[論文レビュー] A Simple and Accurate Closed-Form EGN Model Formula

P. Poggiolini, Y. Jiang+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 13, 2015

Optical Network Technologies参考文献 11被引用数 11

ひとこと要約

本稿では、光通信におけるファイバー非線形性の拡張非線形ガウス（EGN）モデルを正確に近似する簡素化された閉形式の式を提示する。従来の研究を拡張し、チャネル間干渉および単一チャネル非線形干渉（SCI）の両方を補正し、同一でない非均一なチャネル間隔をサポートする。このモデルは最小限の計算コストで高い精度を達成し、数値積分を必要とせず、標準GNモデルよりも大幅に精度の高い伝送距離予測を実現する。

ABSTRACT

The GN model of non-linear fiber propagation has been shown to overestimate the variance of non-linearity due to the signal Gaussianity approximation, leading to maximum reach predictions for typical optical systems which may be pessimistic by about 5% to 15%, depending on fiber type and system set-up. Various models have been proposed which improve over the GN model accuracy. One of them is the EGN model, which completely removes the Gaussianity approximation from all non-linear interference (NLI) components. The EGN model is, however, substantially more complex than the GN model. Recently, we proposed a simple closed-form formula which permits to approximate the EGN model, starting from the GN. It was however limited to all-identical, equispaced channels, and did not correct single-channel NLI (also called SCI). In this follow-up contribution, we propose an improved version which both allows to address non-identical channels and corrects the SCI contribution as well. Extensive simulative testing shows the new formula to be asymptotically very accurate, for sufficiently large number of spans. This is a preliminary document which will be followed by a journal submission.

研究の動機と目的

• 標準GNモデルが非線形干渉分散を過大評価するという不正確さを是正すること。
• 以前に提案された閉形式EGN近似を拡張し、同一でないチャネルと単一チャネル干渉（SCI）の補正を含めること。
• 数値積分を必要とせず、反復的または数値的解法を避けることで、計算効率の高い解析的式を構築すること。
• GNモデルの楽観的予測を5%〜15%低減することで、光伝送システムにおける伝送距離予測の精度を向上させること。

提案手法

• 著者らは、標準GNモデルの非線形干渉パワーをより正確なEGNモデルの予測にマップする閉形式の解析的式を導出する。
• この手法は、元のGNモデルが無視するチャネル間干渉および単一チャネル非線形干渉（SCI）の両方の補正を組み込む。
• チャネル間隔とチャネル間のパワー変動を考慮した、修正された非線形干渉パワースケーリング係数を用いる。
• 完全なEGNモデルからの実験的シミュレーションデータにフィッティングすることで、スパン数が大きい場合の漸近的精度を保証する。
• 反復的または数値的解法を避けることで、リアルタイムのシステム設計に適した計算の簡便性を維持する。
• 多様なファイバー種別およびシステム構成において、広範なシミュレーションを通じてモデルを検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 光システムにおけるファイバー非線形性の完全なEGNモデルを、単純で閉形式の式で正確に近似できるか？
• RQ2 元のすべてが同一で等間隔の状況を超えて、同一でない非均一なチャネル間隔に対応できるようにモデルを拡張できるか？
• RQ3 GNモデルが無視する単一チャネル非線形干渉（SCI）を、どの程度まで補正できるか？
• RQ4 本式の精度は、ファイバー・リンク内のスパン数の増加に伴いどのように変化するか？
• RQ5 異なるファイバー種別およびシステム構成において、モデルは高い精度を維持するか？

主な発見

• 提案された式は漸近的精度に達し、スパン数が十分に大きい場合には完全なEGNモデルと非常に近い一致を示す。
• GNモデルの楽観的予測を、ファイバー種別およびシステム設定に応じて5%〜15%低減する。
• SCI補正の導入により、特に高スペクトル効率または非均一チャネルシステムにおいて、精度が顕著に向上する。
• 式は高い計算効率を維持しており、システム設計および最適化における実用的応用が可能である。
• 広範なシミュレーションにより、多様なファイバー種別およびシステム構成においてモデルの頑健性が確認された。
• 計算コストの高い完全なEGNモデルに対する信頼性のある解析的代替手段を提供する。