国際海底ケーブルの100Gbps化について
Pacnet Global Singapore
Hideo Ishii

なぜ100G化なのか
1. fiber pairの効率性を高めたい
Bit Rate(Gbps)

Carrier Spacing(GHz)

Spectral Efficiency (b/s/Hz)

1050

0.2

1033

0.3

4050

0.8

4033

1.2

100100

1

10080

1.25

10050

2

10040

2.5

2. 40G/100G Client Interfaceの要望なぜ100Gなのかというか、なぜ今まで100G (line side) が商用の国際海底ケーブルシステムでは一般的でなかったのか？

国際海底ケーブル⿥㐳〒㔌䇮ᄢኈ㊂વㅍ䉕ታ⃻䈜䉎ᛛⴚ

運用されている国際海底ケーブルは、100Gに対応できなかった。
 ಽᢔ⵬ఘᛛⴚz ᵄ㐳ಽᢔ䈫䈲䇮ᵄ㐳䉋䈦䈩䊐䉜䉟䊋ਛ䈱વ᠞ㅦᐲ䈏⇣䈭䉎․ᕈ䈪䈅વㅍᓟ䈱ᵄᒻ䈏ᱡ䉃z વㅍ〝ਛ䈮ᝌ౉䈚䈢ಽᢔ⵬ఘ↪䊐䉜䉟䊋䈪ᢙ⊖km䈗䈫䈮➅䉍㄰䈚z વㅍ〝䈪⵬ఘ䈚䈐䉏䈭䈇ᱷ⇐ಽ䉕┵ዪⵝ⟎䈪⵬ఘz นᄌಽᢔ⵬ఘᛛⴚ䈪䇮BER (Bit Error Rate)䈏ᦨዊ䈮䈭䉎䉋䈉䈮⥄

1. 海底ケーブルシステム、光信号システムは、デジタル信号1 or0をそのまま光信号に変調する(OOK – On-Off Keying)を基に設計されている。 D+/- fibre

RZ-OOK䈱ᵄಽᢔ⵬ఘ೨(ps/nm)⚥Ⓧಽᢔ㊂శᶏᐩ䉬䊷䊑䊦䉲䉴䊁䊛䈱᭴ᚑ

10,000
㐳ᵄ㐳
8,000
ਛᔃᵄ㐳
6,000
⍴ᵄ㐳
4,000
2,000
0-2,000-4,000-6,000-8,000-10,000
Cable Landing
0 Station C2,000ᶏᐩ䉬䊷䊑䊦㒽឴䈕ዪ
Cable Landing Station A
NMS

MCP
F
E

SIE/NPEWDM
SLTECT
B

To/From
BackhaulCableLanding
Station B

Cable

REP GEQ㒽឴䈕ዪ
SLTE : శᶏᐩવㅍⵝ⟎PFE : ⛎㔚ⵝ⟎MC : ᶏᐩ䉲䉴䊁䊛⋙ⷞⵝ⟎CTB : 䉬䊷䊑䊦⚳┵▫

PFEMCNMSCT
B

WDM
SLTE

SIE/NPE

To/FromBackhaul

4,000〒㔌 (km)

6,000

8,000

All Rights Reserved, Copyright FUJITSU LIMITED 2008

GEQ REP

BUᶏਛᯏེ
NPE: 䊈䉾䊃䊪䊷䉪ಾᦧⵝ⟎
SIE: SDHធ⛯ⵝ⟎
NMS: 䊈䉾䊃䊪䊷䉪⋙ⷞⵝ⟎Cable: శᶏᐩࠤ࡯ࡉ࡞
REP : శჇ᏷ਛ⛮ེ
GEQ : ೑ᓧ╬ൻེ
BU : 䉬䊷䊑䊦ಽጘⵝ⟎

12/11/13	

MPLS JAPAN 2008 fujitsu oikawa
4	All Rights Reserved, Copyright FUJITSU LIMITED 2008⥄

国際海底ケーブル

OOK向けで設計された、そんなレガシーな海底ケーブルシステムで、どうやって100Gを導入するの？？

12/11/13	

5	

100G化に必要な技術 – ざっくり• Optical Transport Network (OTN)– 100G STM1024はITU-T G.707では標準化されていないが、100GOTU4はITU-T G.709で標準化されている• Digital Coherent Technology– Digital Signal Processor (DSP)の処理により、分散補償処理が柔軟で強力• Soft Decision Forward Error Correction (SD-FEC)– 強力なFEC処理で、FECオーバーヘットも20-25%と大きい

12/11/13	

6	

city in theplenty ofsurprising
ent remains

100Gb/s
sked abouts higher bita single

ultra high speed digital signal processing in
the coherent receiver, and a phasemodulated format such as BPSK
(Differential Phase Shift Keying) or
QPSK (Quadrature Phase Shift keying)
becoming state of the art on 100Gbps
deployment.
Modulation技術

100G化に必要な技術 – ざっくり•

Advanced modulation schemes are– OOK方式から、X
comparedto previous OOK Polarization
generation in / Y Polarizationで多重して大容量を実現
Figure 1.
Ex1011OOK

00 1

WDM

logy offers
0Gb/s overchannel foral spacing.
resents bit

Ex025ps (@40Gb/s)

ExS

S

0

BPSK

S

0S

~5fs (@1.55µm)

S

0

QPSK
S

S

S

S

S

S

S

Page 2 of 5

チャネル幅、100GHzのBPSK (binary Phase-Shift Keying)で2の位相で送るなら、25GHz、16QAMの16位相で送ったら、３２倍のspectrum efficiency
Super Channelっていう、光スペクトルの間を狭めて、もっと効率的に送る技術もある。

12/11/13	

7	Optical Transport Network (OTN)

12/11/13	

8	

OTNって？	

Function	OTN	

SDH	

DWDM	

Part of the basic frame work	Not part of SDH	FEC	Supported 	Not supported	Standardized
Protection	

Linear, Ring
Mesh is working in progress	

Linear, Ring	

Client rates	

1Gbps – 100Gbps( > 100Gbps will bestandardized in the future)	

2Mbps (1.5M SONET) to 40Gbps(no plan to standardization for> 40Gbps)	

Synchronization oftransport nodes	

Free Running	

Typically part of synchronization
hierarchy	

TCM (TandemConnection
Monitoring)	

6 Layers – Cleanly defined	

1 Layer 	Client signaltransparency	

Bit and timing	

Bit and Timing	

Recommendation 	

ITU-T G.709 etc..	

ITU-T G.707 etc..	

OTUk and ODUk Overhead (k = 0,1,2,2e,3,4)1123423456789
FAS2("F6F6F6282828")
MFAS
SM
RES2ODUk
DM TCM2ACT
TCM6
TCM5
TCM3
TCM2
TCM1
GCC12ODUk
GCC22ODUk
APS/PCC2ODUk

ACT
APS
EXP
FAS
FTFL
GCC
DM
MFAS
PCC
PM
PSI
PT
RES
SM
TCM
12/11/13	

101112
GCC02OTUk
TCM4PM
RES2ODUK

1314
RED2OTUk
FTFL
EXP

1515
Mapping2&2
Concat.2SpecificPSI

Activation / Deactivation Control channel
Automatic Protection Switching coordination channel
Experimental
Frame Alignment Signal
Fault Type and Fault Location reporting channel
General Communication channel
Delay Measurement
Multi-Frame Alignment Signal
Protection Communication Control channel
Path Monitoring
Payload Structure Identifier
Payload Type
Reserved for Future International Standardization
Section Monitoring
Tandem Connection Monitoring
10	Client mapping and Multiplexing 	
Client Interface	

Mapping	

STM1/STM4/
FC-1G	

GMP

1000BASE-X	
STM16	
FC-2G	STM64

TTT+GMPODU0 (L)AMP,BMPGMP

ODU1 (H)OTU1ODU2 (H)OTU2ODU3 (H)OTU3ODU4 (H)OTU4ODU1 (L)

BMP, AMPODU2(L)

10GBASE-R

16FS+BMP

FC-1200

TTT+16FS+BMP

STM256

Transported ODUk	ODU2e(L)AMP or BMP
ODU3(L)

40GBASE

TTT+GMP

FC-4G
FC-8G

BMP

ODU
flex(L)

100GBASE
OTU4GMPODU4(L)

100G Technologies for Ultra & Long
Submarine Cable System

12/11/13	

12	

国際海底ケーブル

12 November 2013

CONFIDENTIAL

13Submarine Cable System• 100G (40G) Line システムを長距離光回線システムに導入するに際して、実際の伝送品質を調査し、DWDM (SLTE)がその品質で導入可能かを検証する。
– OSNR (Optical Signal to Noise Ratio)– 非線形効果– 波長、偏波モード分散補償– 誤り訂正– Q値– などなど12 November 2013

CONFIDENTIAL

14OSNR• 実際の海底ケーブルに測定レーザを入れて、OSNRを測定• 実際のOptical Fibre + RepeaterのQ値を測定し、伝送装置のFECリミットと比較する

12 November 2013

CONFIDENTIAL

15

inter-connection with the rapidly growing
terrestrial 100Gbps systems. However,signal has an inherent 4dB
Submarine Cable System 100Gbps
receiver sensitivity penalty with respect to40Gbps as a result of the baud rateincrease. Figure 5 shows the performancecomparison of 40Gbps DP-QPSK signal
and 100Gbps DP-QPSKsignalShifted
over 7,000
既存の海底ケーブルでつかわれている、NZ-DSF(Non-ZeroDispersionFibre)
km transmission of DMF Fiber. As shown
えは、長距離ケーブルとリピータによる物理的制限や、増幅時の雑音、非線形効果など
in this figure, the transmission distance ofを発生させ、その劣化分をDWDMが十分補償てきず、Q値を出せないことがある。
100G is now limited to 4,000 km due tofrom ocean to cloud
the above mentioned OSNR penalty.
121086-4000-3000-2000-1000

01000

2000

3000

4000

Q value [dB]

Dispersion [ps/nm](a) NZ-DSF line

Q Value [dB]

141210861535

1540

15451550

1555

To increase the 100G transmission reachover legacy cable systems, the deployment
40G DP-QPSKof new technologies 100G
areDP-QPSK
indispensable,
14even beyond the choice of the mostnonlinearity
tolerant modulation format,
12such as DP-BPSK modulation, and10superior
FEC technology [1]. Towards
100G
capacity upgrades for trans-Pacific8
distance transmission system, we have
6
extensively
studied advanced technologies
1000
3000
5000
7000
9000 non11000
such as signal spectral
shapingandTransmission Distance [km]linear compensation and their effectivenesshas beenverified throughlong ofdistance
Figure5: Transmission
Performance
40Gbpstransmission
experiment.
DP-QPSKand 100G DP-QPSK

Optical Level

Q value (dB)

1415601565

Wavelength [nm](b) DMF line

3100G UPGRADES FOR LEGACYCABLE SYSTEM

3.1

Spectral Pre-Shaping for increased
nonlinearity
tolerance
Copyright© SubOptic
2013

CONFIDENTIAL

One of the technologies for nonlinearityw

FigureS

Refof: EC04_Poster_77
SubOptics2013
Figure 4: Transmission Performance
40Gbps
DP-BPSK over 9,000 km
12 November 2013

spectralon spectr
mitigatio
and to th
thanks t
Figureimprovem
shaping
after 10,Spectral
enhancesreducing
penalty a
non-linea

16

100G Deployment• という様々な検証実験、運用試験、などなどを行った上で、ベンダー、技術などを決定する
1. Soft-Decision (SD)FECは、比較的新しい技術
2. ケーブルの物理的長さは、大きな影響を与える
3. Spectrum efficiency (spectrum spacing100GHz or 80GHz..)
4. 今後のRoadmap
5. 信頼性12 November 2013

CONFIDENTIAL

17

100G/40G/10G

12 November 2013

CONFIDENTIAL

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Client Interface Specifications

Speed

10G40G

100G

Specifications

Ethernet

OTN

SDH

Standards
Compliance

IEEE802.3ae

G.709

G.707

Interface Protocol

10G Ethernet
WAN/LAN Phy

OTU2/OTU2e

STM-64Standards
Compliance

IEEE802.3ba

G.709

G.707

Interface Protocol

40Gigabit Ethernet

OTU3/OTU3e2*STM-256

Standards
Compliance

IEEE802.3ba

G.709

N/A

Interface Protocol

100Gigabit
Ethernet

OTU4

N/A

*Not offered at the momentsignalfailorsignaldegradedefectsdetectedattheODUkTsublayertrail(TCM).AnODUkTsublayertrailisestablishedforeachworkingandprotectionentity.Protectionswitchingistriggeredonlyondefectsoftheprotecteddomain.TheRecommendationspointoutthatcarehastobetakentomakesurethat
therearenooverlappingdomainsofuseofaTCMlevel(i.e.TCMlevelsshouldonlybeusedinnestedorconcatenatedmodes).

Rec.G.873.2alsosuggeststheuseofTCMlevel6formonitoringanODUkconnectionwhichis
supportedbytwoormoreconcatenatedODUklinkconnections(supportedbybackͲtoͲbackOTUk
trails).G.873.2specifiesanODUSRPͲ1protectionapplicationwhichusestheTCM6fieldtomonitorthe
status/performanceoftheODUconnectionbetweentwoadjacentODUSRPͲ1nodes.OTN Interface Service Offering• OTNでは、キャリアズキャリアのような利用の為、TCM(Tandem Connection
3 TerminologyandDefinitionsforOTNTCM
Monitoring)というフィールドがあって、最大６タンデム接続まで対応可能
3.1 ITUǦTRec.G.798TCMModes
ITUͲTRec.G.798definesthreemodesforTCM:

＊＊xxx

Operationalmode• InOperationalmode,theTCMinformationisextractedfromtheTCMfieldandusedto
triggeractionssuchasalarmgeneration,switchingaction,etc.
Transparentmode• InTransparentmode,theTCMinformationispassedthroughwithoutchange(i.e.,
transparently)andnoprocessingisperformed.
Monitoringmode• InMonitoringmode,TCMinformationisprocessedtorecoverdefectsandstatus
information,butisstillpassedthroughunchangedtosucceedingnodes.

3.2 TCMFunctionalBlocks
TheRec.G.798TCMfunctionalblocksandtheirbasicfunctionalityareasfollows:

• OTNのヘッダーフィールドは、伝送装置間特有の制御データフィールドとして使われているケースがある。
x

ODUkT/ODUk_A_So:ODUkT/ODUkAdaptationSourceFunctionwww.oiforum.com8

今後、OTN Interfaceでの回線引き渡しの場合(UNI)、どんな要求がでてきるのか。
TCMはトランスペアレントなので、それをどのように使ってくるのか。
＊＊Optical Internetworking Forum(OIF), Guidelines for Application of OTN TCM
12 November 2013

CONFIDENTIAL

20今後• 技術開発がより一層進み、超高速(400G or 1T)のLineスピードが実現– 海底ケーブルで敷設されるケーブルがかわる• Uncompensated Fibre - Coherent処理に適したファイバー特性• Large Care Fiber– 分散の補償処理向上 – 長距離伝送• Coherent技術• FEC• Raman?

– DPSK -> QPSK -> 8QAM -> 16QAM -> 32QAM -> 64….
• Q値改善によって、波長効率向上• 100GHz --! 25GHz / 100G???

– SuperChannel• より効率的にスペクトラムを構成

12 November 2013

CONFIDENTIAL

21

終わり

12 November 2013

CONFIDENTIAL

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