Interconexão ótica de data centers usando fibras multimodo

Abstract

O amplo desenvolvimento das interconexões ópticas nos data centers e supercomputadores renovou o interesse nas comunicações com fibras multimodo (multimode fiber - MMF). Devido à complexidade das técnicas modernas de transmissão, as análises de desempenho se baseiam em simulacõe numéricas que requerem um modelo de canal que reflita a realidade com a precisão necessária. Como náo há um modelo padrão para simulacão de canal da fibra multimodo, nós investigamos um modelo determinístico, um estaístico e o modelo “Cambridge 108 Fiber” para derivação da resposta deste canal. Realizamos simulacões numéricas com o intuito de calcular a banda de 3 dB para cada modelo. Nós mostramos que o modelo de Cambridge é geralmente um meio termo entre o modelo estatístico e o determinístico, que aparentam representar cenários pessimistas e otimistas, respectivamente. Paralelamente, propomos utilizar a modulaçãao de portadora única com equalização no domínio da frequência (single-carrier frequency-domain equalization - SC-FDE) para a compensação da dispersão modal em enlaces ópticos de curta distância utilizando fibras multimodo e VCSELs operando no comprimento de onda de 850 nm. Fazendo processamento on line de dados experimentais, nós demonstramos, com um overhead de 7,9%, a transmissão sem erros (calculada em uma sequência de 4 Mbits) de um sinal modulado com forma de onda OOK a uma taxa de 5 Gb/s sobre 2443 metros de fibra OM3 (com uma largura de banda nominal de 3300 MHz×km). Também utilizamos simulações numéricas para analisar o desempenho do sistema. A solução proposta pode ser aplicada como uma alternativa de baixo custo para o aprimoramento de interconexões ópticas de alto desempenho empregadas em data centers e supercomputadores. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT

The widespread deployment of optical interconnects in data centers has renewed the interest in multimode fiber communications. Due to the complexity of modern transmission techniques, performance analysis relies on numerical simulations that require an accurate channel model to reflect reality with the needed precision. As there is no standard model for channel simulation, we investigate a deterministic, a statisti- cal and the Cambridge 108 Fiber model for derivation of the multimode fiber (MMF) impulse response. Numerical simulations are performed in order to calculate the 3-dB bandwidth for each model. We show that the Cambridge model is generally a compromise between the statistical and the theoretical model, which seem to represent a pessimistic and an optimistic scenarios, respectively. We also propose the use of single-carrier frequency-domain equalization (SC-FDE) for the compensation of modal dispersion in short distance optical links using multimode fibers and 850 nm VCSELs. By post-processing of experimental data, we demonstrate, at 7.9% overhead, the error-free transmission (over a 4 Mbit sequence) of OOK-modulated 5 Gbps over 2443 meters of OM3 fiber (with a nominal 3300 MHz×km bandwidth). We also performed numerical simulations to evaluate the system perfor- mance. The proposed solution may be applied as a low cost alternative for data center and supercomputer interconnects.