TDM-PON PAM Downstream Transmission for 25 Gbit/s and Beyond

The optical access network is currently driving studies on transmissions beyond 10 Gbit/s. This paper reports an analysis of Pulse Amplitude Modulation (PAM), seen as a promising candidate for future Passive Optical Networks (PON). Previous 25 Gbit/s real-time PAM4 results are extrapolated here with simulations to higher bit rates and a higher number of PAM levels. Our main goal is to evaluate the compliancy of PAM with the existing standards and legacy networks as far as fiber length, optical budget class, and wavelength plan are concerned. The simulations enlighten us as to the challenges of multilevel modulation formats, such as noise and jitter, compared to the currently adopted Non-Return-to-Zero (NRZ)

Augmentation de la capacité des interfaces PONs TDMA au-delà de 10Gbit/s dans les réseaux d’accès en fibres optiques

The optical access network is booming, especially with the massive deployment of FTTH connecting clients’ home and antenna sites for the incoming 5G. The fiber’s popularization and the transformation of data consumption drive the bitrate growth. Many solutions are proposed. In this thesis, the passive optical network’s (PON) bitrate growth will be studied along three axes :• PAM4 to reuse 10GHz optoelectronical components to reach 25Gbit/s. This four levels modulation format is more bandwidth efficient than NRZ and it allows to transmit two bitratesas the same time on a PON tree. Within the first chapter, optical amplification is studied to enhance the optical budget for a PAM4 transmission. Last part of the chapter presents asimulation based on the real-time experiment to simulate PAM8.• Three vendors’ solutions for the throughput growth. The first prototype is based on theNG-PON2 standard and its PtP WDM option. The second prototype demonstrates how to transmit 25Gbit/s with duobinary and vestigial side band modulation. The last prototype illustrates a youthful solution for 5G fronthauling with a PtP WDM system transmitting at 25Gbit/s.• Equalization in PON’s context. Signal processing and equalization are common in optical transport links. With the throughput rising, equalization in access network seems indispensable. In the chapter, an implementation of equalization is proposed congruently with point-to-multipoints PON application and compliantly with access network’s cost needs and topology.Le réseau d’accès optique est en plein essor, notamment avec le déploiement massif de Fiber to-the-home (FTTH) amenant la fibre jusqu’à l’usager et l’arrivée de la 5ème génération (5G) pour les communications mobiles. Sa démocratisation et l’évolution des usages d’Internet encourage la montée en débit au-delà des 10Gbit/s prévus avec le XG(S)-PON. Il existe de nombreuses solutions pour y parvenir. Dans cette thèse, la montée en débit du réseau d’accès optique passif (PON) sera étudiée sous trois axes :• L’utilisation du format de modulation PAM4 pour réutiliser les composants optiques et électrique sà 10GHz pour atteindre 25Gbit/s. Ce format de modulation à quatre niveaux d’amplitude, en plus d’avoir une meilleure efficacité spectrale que le NRZ couramment utilisé, permet l’introduction d’une structure de PON fonctionnant à deux débits. Au cours du chapitre traitant du PAM4, l’amplification optique sera étudiée pour améliorer les performances de budget optique. La dernière partie traite de l’extrapolation des résultats expérimentaux pour simuler une transmission PAM8.• Les propositions des industriels concernant la montée en débit, à travers trois prototypes. Le premier prototype concerne une application de la norme NG-PON2 et de son option PtP WDM. Le deuxième prototype démontre la faisabilité d’une transmission duobinaire à 25Gbit/s en bande latérale résiduelle. Le troisième et dernier prototype présentera une ébauche de solution pour réaliser le lien fronthaul pour la 5G mobile avec une technologiePtP WDM à 25Gbit/s par canal.• L’implémentation de l’égalisation dans le cadre du PON. Le traitement du signal est très utilisé dans les transmissions optiques du réseau de transport. Avec la montée en débit, son utilisation dans le réseau d’accès semble inévitable. Dans cette partie, les spécificités du PON et des transmissions point-à-multipoints sont étudiées pour proposer une implémentation d’égalisation en accord avec les contraintes de coûts du réseau d’accès et les contraintes liées à la topologie du réseau d’accès

Capacity enhancement for TDMA PON interfaces above 10Gbit/s in optical fiber access networks

Le réseau d’accès optique est en plein essor, notamment avec le déploiement massif de Fiber to-the-home (FTTH) amenant la fibre jusqu’à l’usager et l’arrivée de la 5ème génération (5G) pour les communications mobiles. Sa démocratisation et l’évolution des usages d’Internet encourage la montée en débit au-delà des 10Gbit/s prévus avec le XG(S)-PON. Il existe de nombreuses solutions pour y parvenir. Dans cette thèse, la montée en débit du réseau d’accès optique passif (PON) sera étudiée sous trois axes :• L’utilisation du format de modulation PAM4 pour réutiliser les composants optiques et électrique sà 10GHz pour atteindre 25Gbit/s. Ce format de modulation à quatre niveaux d’amplitude, en plus d’avoir une meilleure efficacité spectrale que le NRZ couramment utilisé, permet l’introduction d’une structure de PON fonctionnant à deux débits. Au cours du chapitre traitant du PAM4, l’amplification optique sera étudiée pour améliorer les performances de budget optique. La dernière partie traite de l’extrapolation des résultats expérimentaux pour simuler une transmission PAM8.• Les propositions des industriels concernant la montée en débit, à travers trois prototypes. Le premier prototype concerne une application de la norme NG-PON2 et de son option PtP WDM. Le deuxième prototype démontre la faisabilité d’une transmission duobinaire à 25Gbit/s en bande latérale résiduelle. Le troisième et dernier prototype présentera une ébauche de solution pour réaliser le lien fronthaul pour la 5G mobile avec une technologiePtP WDM à 25Gbit/s par canal.• L’implémentation de l’égalisation dans le cadre du PON. Le traitement du signal est très utilisé dans les transmissions optiques du réseau de transport. Avec la montée en débit, son utilisation dans le réseau d’accès semble inévitable. Dans cette partie, les spécificités du PON et des transmissions point-à-multipoints sont étudiées pour proposer une implémentation d’égalisation en accord avec les contraintes de coûts du réseau d’accès et les contraintes liées à la topologie du réseau d’accès.The optical access network is booming, especially with the massive deployment of FTTH connecting clients’ home and antenna sites for the incoming 5G. The fiber’s popularization and the transformation of data consumption drive the bitrate growth. Many solutions are proposed. In this thesis, the passive optical network’s (PON) bitrate growth will be studied along three axes :• PAM4 to reuse 10GHz optoelectronical components to reach 25Gbit/s. This four levels modulation format is more bandwidth efficient than NRZ and it allows to transmit two bitratesas the same time on a PON tree. Within the first chapter, optical amplification is studied to enhance the optical budget for a PAM4 transmission. Last part of the chapter presents asimulation based on the real-time experiment to simulate PAM8.• Three vendors’ solutions for the throughput growth. The first prototype is based on theNG-PON2 standard and its PtP WDM option. The second prototype demonstrates how to transmit 25Gbit/s with duobinary and vestigial side band modulation. The last prototype illustrates a youthful solution for 5G fronthauling with a PtP WDM system transmitting at 25Gbit/s.• Equalization in PON’s context. Signal processing and equalization are common in optical transport links. With the throughput rising, equalization in access network seems indispensable. In the chapter, an implementation of equalization is proposed congruently with point-to-multipoints PON application and compliantly with access network’s cost needs and topology

TDM-PON PAM Downstream Transmission for 25 Gbit/s and Beyond

The optical access network is currently driving studies on transmissions beyond 10 Gbit/s. This paper reports an analysis of Pulse Amplitude Modulation (PAM), seen as a promising candidate for future Passive Optical Networks (PON). Previous 25 Gbit/s real-time PAM4 results are extrapolated here with simulations to higher bit rates and a higher number of PAM levels. Our main goal is to evaluate the compliancy of PAM with the existing standards and legacy networks as far as fiber length, optical budget class, and wavelength plan are concerned. The simulations enlighten us as to the challenges of multilevel modulation formats, such as noise and jitter, compared to the currently adopted Non-Return-to-Zero (NRZ)

High Optical Budget 25Gbit/s PON with PAM4 and Optically Amplified O Band Downstream Transmission

International audienceWe experimentally demonstrate real-time downstream PAM4 transmission in O-band over 20km achieving a 35.2dB Optical Budget. Using a PDFA at the OLT and a SOA at the ONU increases the OB and eases the threshold decision of the PAM4 decoder.</p

Real-time Downstream 25 Gbps PAM4 for High Speed TDM-PONs with both 25 and 12.5 Gbps ONUs

International audience<p>We experimentally achieved 40km, real-time, N1 ODN class (29dB) compliant PAM4 transmission with PAM4/NRZ receptions on the same PON. The emitted PAM4 is interpreted either as PAM4 or NRZ to allow full or half line-rates.</p

Subcarrier Index-Power Modulated Optical OFDM (SIPM-OOFDM) for IMDD PON Systems

International audienceSIPM-OOFDM having an extra subcarrier index-power information-bearing dimension is, for the first time, proposed and investigated, which, compared to conventional OOFDM, offers considerable signal transmission capacity improvement without degrading system power budget and dispersion/nonlinearity tolerances

Fabry-Perot Filtered Emission for 25 Gbit/s Single-Side Band NRZ and ODB Transmissions in C-band up to 20 km

International audienceVSB-NRZ and VSB-ODB emitters based on an etalon Fabry-Perot filter is combined to a 12 GHz photodiode and electrical post-equalization to allow transmission performances at 25 Gbit/s in C-band up to 30 km

Subcarrier Index-Power Modulated Optical OFDM and its Performance in IMDD PON Systems

International audienceA novel transmission technique known as subcarrier index-power modulated optical OFDM (SIPM-OOFDM) is proposed, for the first time, by introducing an extra subcarrier index-power information-bearing dimension into conventional OOFDM. Detailed numerical simulations are undertaken of SIPM-OOFDM performance characteristics to identify optimum SIPM-OOFDM transceiver parameters and also to explore corresponding maximum achievable transmission performances over passive optical network (PON) systems based on intensity-modulation and direct-detection (IMDD). It is shown that, compared to conventional OOFDM, SIPM-OOFDM offers considerable signal transmission capacity improvement without increasing minimum required optical signal-to-noise ratios and degrading chromatic dispersion/nonlinearity tolerances