[論文レビュー] A Joint Technique for Nonlinearity Compensation in CO-OFDM Superchannel Systems

O. S. Sunish Kumar, Abdelkerim Amari+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 27, 2021

Optical Network Technologies参考文献 5被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、CO-OFDMスーパーチャネルシステムにおける光ファイバー非線形性を低減するため、ジョイント単一チャネルデジタルバックプロパゲーションおよび位相共役 twin-wave (SC-DBP-PCTW) 技術を提案する。SC-DBPによるチャンネル内補償とPCTWによるチャンネル間およびチャンネル内非線形歪みキャンセリングを組み合わせることで、16ステップ/スパンのマルチチャネルDBPと同等の性能を達成しつつ、計算複雑度を著しく低減した。この手法はPCTWに比べ28%の伝送距離向上を達成し、線形分散補償の2倍以上の距離を実現する。

ABSTRACT

We propose a technique combining the singlechannel digital-back-propagation (SC-DBP) with phaseconjugated-twin-wave (PCTW) to compensate nonlinearities in CO-OFDM superchannel systems. This exhibits a similar performance as multi-channel DBP while providing increased transmission reach compared to SC-DBP, PCTW, and linear dispersion compensation (LDC).

研究の動機と目的

• CO-OFDMスーパーチャネルシステムにおける光ファイバー非線形性を低減するための単一チャネルデジタルバックプロパゲーション（SC-DBP）および位相共役 twin-wave（PCTW）技術の性能制限を解消すること。
• 動的光ネットワークにおけるマルチチャネルDBP（MC-DBP）の高い計算複雑度と実用性の欠如を克服すること。
• SC-DBPとPCTWの長所を組み合わせた、低複雑度かつ高性能な代替手法を開発し、非線形性補償を向上させること。
• LDC、SC-DBP、PCTW、MC-DBPといった既存手法と比較して、ジョイント手法の伝送距離、Q因子の向上、計算複雑度を評価すること。

提案手法

• ジョイントSC-DBP-PCTW手法は、1スパンあたり1ステップの単一チャネルデジタルバックプロパゲーション（SC-DBP）を用いて、確定的チャンネル内非線形歪みを補償する。
• SC-DBP処理後、2つの直交偏光状態のコherent合成により位相共役 twin-wave（PCTW）手法を適用し、1次結合のチャンネル間およびチャンネル内非線形歪みをキャンセルする。
• 受信機での2段階処理チェーンにおいて、SC-DBP（チャンネル内補償）とPCTW（チャンネル間およびチャンネル内補償）の相補的利点を活用する。
• シミュレーション設定では、401.33 Gbpsの16-QAM CO-OFDMスーパーチャネル（4つの37.5 GHz間隔のチャネル、3300個のデータサブキャリア、3%のサイクリックプリフィックス）を用い、25×80 kmのSSMFスパンにEDFA増幅を適用する。
• 受信機処理には偏波多重検出、キャリア位相回復、チャネル均衡、SC-DBP、およびシンボルデマッピング前のPCTWコherent合成が含まれる。
• 計算複雑度は、サブキャリアあたりの実数乗算回数とCPU実行時間の観点から評価され、LDC、SC-DBP、PCTW、16ステップ/スパンのMC-DBPと比較された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 401.33 Gbps CO-OFDMスーパーチャネルシステムにおいて、ジョイントSC-DBP-PCTW手法は16ステップ/スパンのMC-DBPと同等の性能を達成できるか？
• RQ2 個別のSC-DBP、PCTW、および線形分散補償（LDC）手法と比較して、ジョイント手法は顕著な伝送距離の向上を達成できるか？
• RQ3 MC-DBPおよび個々のコンponentsと比較して、SC-DBP-PCTW手法の計算複雑度のトレードオフはいかなるものか？
• RQ4 PCTWベースの手法のスペクトル効率は他の手法と比較してどうか？このトレードオフに伴う性能コストは何か？
• RQ5 動的光ネットワークにおける実用的導入を想定した場合、ジョイント手法は望ましい性能-複雑度トレードオフを達成できるか？

主な発見

• SC-DBP-PCTW方式は、2000 km伝送距離において線形分散補償（LDC）に比べ3 dBのQ因子向上を達成した。
• 同じ距離でSC-DBPに比べ2.3 dB、PCTWに比べ0.5 dBのQ因子向上を示し、優れた非線形補償性能を実証した。
• SC-DBP-PCTW方式の最大伝送距離は、20%オーバーヘッドのソフトデシジョンFEC限界で5600 kmに達し、PCTWに比べ28%高い。LDC（2380 km）の2倍以上に達する。
• SC-DBP-PCTW手法は、16ステップ/スパンのMC-DBPと同等の性能を達成しており、チャンネル内およびチャンネル間非線形性の効果的低減を示している。
• SC-DBP-PCTWの計算複雑度はMC-DBPの1桁低い水準であり、個々のSC-DBPとPCTWの複雑度の合計よりも低い。これにより、その効率性が確認された。
• PCTWによるスペクトル効率の損失は見られるが、ジョイント方式は顕著な伝送距離および性能向上を実現しており、大容量・長距離光伝送に非常に有望な候補である。