Current transport optical networks are approaching its capacity limits, mainly due to new applications and services that require a huge amount of resources. To increase the network capacity, multiband solutions, that exploit the unused capacity of actual fibers, in particular the L-band, are being currently commercially explored. However, this strategy is assumed as a short to medium term solution. A long-term solution is to use spatial-division multiplexing (SDM) in the optical domain, which leads to the concept of SDM-based optical networks.
In this work, different SDM switching architectures (spatial, spatial-wavelength, wavelength, fractional space-full wavelength) are studied and compared in terms of cost per bit, power consumption and flexibility. For the switching architectures with spatial and spatial-wavelength granularities (the architectures that have superior performance), the most relevant physical impairments (PLIs) (amplifiers noise, non-linear interference, narrowing penalty due to filtering and in-band crosstalk) are analytically studied, for a SDM reconfigurable optical add-drop multiplexer (ROADM) cascade. Furthermore, a Monte Carlo simulation is used to assess more rigorously the PLIs effects on the performance of SDM ROADMs, with spatial-wavelength switching architecture, in cascade.
The main difference, regarding PLIs, between the single spatial channel ROADM architecture and the SDM ROADM architectures is the enhanced effect of in-band crosstalk. For cascaded ROADMs with 16 directions, 19 spatial channels and filtering isolation of -25 dB, the in-band crosstalk can lead to a 2 dB optical signal-to-noise ratio penalty. Due to this penalty, the signal crosses less 9 ROADMs than in a single spatial channel ROADM architecture.As redes óticas de transporte atuais estão a aproximar-se do seu limite de capacidade devido às novas aplicações e serviços que requerem uma maior quantidade de recursos de rede. Uma possível solução de curto a médio prazo para a falta de recursos é o uso de múltiplas bandas da fibra, para além da banda C. Uma solução a longo prazo será o uso de multiplexagem com divisão no espaço (SDM) no domínio óptico.
Neste trabalho são estudados, o custo por bit, consumo de energia e flexibilidade, das diferentes arquiteturas SDM (no espaço, no espaço e comprimento de onda, no comprimento de onda, fracionada no espaço e completa no comprimento de onda). Para as arquiteturas com granularidades no espaço e no espaço e comprimento de onda estuda-se analiticamente os efeitos das principais limitações do nível físico (PLIs) (ruído dos amplificadores, interferência não-linear, penalidade de filtragem e diafonia homódina), para cascatas de multiplexadores óticos de inserção/extração reconfiguráveis (ROADMs). Usa-se uma simulação Monte Carlo para calcular mais rigorosamente os efeitos das PLIs na arquitetura com granularidade no espaço e comprimento de onda.
A principal diferença, em termos de PLIs, entre uma rede SDM e uma rede com um único canal espacial é o efeito da diafonia homódina. Para uma rede com 16 direções, 19 canais espaciais e isolamento dos filtros de -25 dB, a diafonia homódina causa uma penalidade na relação sinal-ruído óptica de 2 dB e o sinal atravessa menos 9 ROADMs que numa rede com apenas um canal espacial
