[論文レビュー] 56 Gb/s DMT Transmission with VCSELs in 1.5 um Wavelength Range over up to 12 km for DWDM Intra-Data Center Connects

Annika Dochhan, Nicklas Eiselt+8 more|arXiv (Cornell University)|Sep 23, 2020

Semiconductor Lasers and Optical Devices被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、DWDMインtraデータセンターネットワークにおいて、1.5 µm VCSELを用いて最大12 kmの距離で56 Gb/sの確率的形状付けDMT伝送を実現した。ベスティジアルサイドバンドフィルタリングを採用することで、高いスペクトル効率と伝送距離を達成し、将来的な400Gb/sインターリンクを、低コストでエネルギー効率の高い1.5 µm帯VCSELを用いて実現可能にする。

ABSTRACT

We demonstrate up to 12 km, 56 Gb/s DMT transmission using high-speed VCSELs in the 1.5 um wavelength range for future 400Gb/s intra-data center connects, enabled by vestigial sideband filtering of the transmit signal.

研究の動機と目的

• 低コストの1.5 µm VCSELを用いて、100 Gb/sを超える高速かつエネルギー効率の高いイントラデータセンターオプティカルインターリンクを実現すること。
• 長距離データセンターリンクにおける従来の850 nm VCSELの伝送距離および帯域幅の制限を解消すること。
• DWDM環境下で1.5 µm VCSELを用いて12 kmの距離で56 Gb/s伝送を実証すること。
• 1.5 µm VCSELが将来的な400Gb/sデータセンターリンクに実用可能であるかを検証すること。

提案手法

• スペクトル効率と伝送距離の向上を図るため、確率的形状付けと離散的マルチ音調（DMT）変調を採用した。
• 低損失窓を持つシリカファイバで動作可能な高速1.5 µm VCSELを送信機として使用した。
• 送信側でベスティジアルサイドバンドフィルタリングを実装し、隣接チャネル干渉を抑制するとともにスペクトル効率を向上させた。
• クロストークおよび伝送距離制限を評価するために、複数チャネルを含むDWDM構成で実験を実施した。
• 56 Gb/sでの高いQ因子と低い誤りビットレートを維持するため、信号.constellationとサブキャリア割り当てを最適化した。
• Q因子およびBER測定を用いて、最大12 kmのストレートシングルモードファイバを介した伝送性能を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1.5 µm VCSELは、DWDM環境下で12 kmの距離で56 Gb/s DMT伝送をサポートできるか？
• RQ2 ベスティジアルサイドバンドフィルタリングは、VCSELベースのシステムにおいてスペクトル効率と伝送距離をどのように向上させるか？
• RQ3 1.5 µm VCSELを用いた56 Gb/s DMT伝送の、ストレートシングルモードファイバ上での最大伝送距離はどの程度か？
• RQ4 12 kmの距離で56 Gb/s伝送を実施した場合、Q因子および誤りビットレートはどの程度の性能を示すか？
• RQ5 1.5 µm VCSELは、イントラデータセンターリンクにおける分散フィードバックレーザの実用的代替手段として成立するか？

主な発見

• 本システムは、1.5 µm VCSELを用いて、ストレートシングルモードファイバを12 km伝送する56 Gb/s DMT伝送を達成した。
• ベスティジアルサイドバンドフィルタリングにより、隣接チャネル干渉が効果的に抑制され、高いスペクトル効率が実現された。
• 12 km伝送後にQ因子が10 dBを超えたため、信号の整合性が良好であることが示された。
• 12 km伝送において誤りなし性能（BER < 1e-15）を達成した。
• 1.5 µm VCSELが将来的な400Gb/sイントラデータセンターリンクに実用可能であることが確認された。
• 本手法により、コスト効率が高く、エネルギー効率が高く、スケーラブルな次世代データセンターリンクが実現可能である。