[論文レビュー] Experimental Analysis on Variations and Accuracy of Crosstalk in Trench-Assisted Multi-core Fibers

Hui Yuan, Alessandro Ottino+9 more|arXiv (Cornell University)|Aug 7, 2020

Optical Network Technologies参考文献 34被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、変動する伝送パラメータを伴う8コアトレンチ補助マルチコアファイバにおける動的および静的コア間クロストーク（IC-XT）を実験的に調査し、理論的IC-XTモデルの妥当性を検証するとともに、温度、波長、バウドレート、変調フォーマット、測定設定がIC-XTのフラクチュエーションの強度と精度に顕著な影響を及ぼすことを示した。本研究では、短い観測ウィンドウと短い平均化時間で高精度なIC-XT特性評価を可能にする新規IC-XTステップ分布モデルを提案し、従来のカイ二乗フィッティングを凌駆する性能を示した。

ABSTRACT

Space division multiplexing using multi-core fiber (MCF) is a promising solution to cope with the capacity crunch in standard single-mode fiber based optical communication systems. Nevertheless, the achievable capacity of MCF is limited by inter-core crosstalk (IC-XT). Many existing researches treat IC-XT as a static interference, however, recent research shows that IC-XT varies with time, wavelength and baud rate. This inherent stochastic feature requires a comprehensive characterization of the behaviour of MCF to its application in practical transmission systems and the theoretical understanding of IC-XT phenomenon. In this paper, we experimentally investigate the IC-XT behaviour of an 8-core trench-assisted MCF in a temperature-controlled environment, using popular modulation formats. We compare the measured results with the theoretical prediction to validate the analytical IC-XT models previously developed. Moreover, we explore the effects of the measurement configurations on the IC-XT accuracy and present an analysis on the IC-XT step distribution. Our results indicate that a number of transmission parameters have significant influence on the strength and volatility of IC-XT. Moreover, the averaging time of the power meter and the observation time window can affect the value of the observed IC-XT, the degrees of the effects vary with the type of the source signals.

研究の動機と目的

• 実世界の伝送条件下におけるトレンチ補助マルチコアファイバ（TA-MCF）におけるコア間クロストーク（IC-XT）の動的挙動を理解すること。
• 多様な変調フォーマットおよびシステムパラメータを用いた実験データと既存の解析的IC-XTモデルを照合すること。
• 温度、波長、バウドレート、PRBS長、励起コア数といった伝送パラメータがIC-XTレベルおよびフラクチュエーションに与える影響を定量化すること。
• 平均化時間および観測ウィンドウ長が測定されたIC-XT値の精度に与える影響を評価すること。
• 従来のカイ二乗フィッティングと比較して、測定効率および精度が向上する新規IC-XTステップ分布モデルの提案および検証すること。

提案手法

• 25 GbaudでCW、ASE、OOK、PAM-4、QAM信号を用い、温度制御環境下で8コアトレンチ補助マルチコアファイバの実験的測定を実施した。
• 温度（20–50 °C）、波長（1480–1630 nm）、バウドレート、PRBSシーケンス長、励起コア数の主な伝送パラメータを変化させた。
• 平均化時間と観測ウィンドウを調整可能な標準的パワー計を用いて静的および動的IC-XTを測定し、精度のトレードオフを評価した。
• 実験的IC-XT分布を、ブラウン運動に基づく時間依存IC-XTおよびカイ二乗分布を含む理論的モデルと比較した。
• 実測データへのフィッティングに基づく新規IC-XTステップ分布モデルを提案し、分布形状を記述する係数μ、σ、αを用いた。
• 信号タイプおよび条件ごとに、最大12時間の長期測定を実施し、IC-XT分布のフィッティング精度を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 温度変動は、トレンチ補助マルチコアファイバにおける静的および動的IC-XTにどのように影響するか？
• RQ2 変調フォーマット、バウドレート、PRBS長は、IC-XTレベルおよびフラクチュエーションのボラティリティにどの程度影響を及ぼすか？
• RQ3 平均化時間および観測ウィンドウ長は、測定されたIC-XT値の精度にどのように影響するか？
• RQ4 IC-XTステップ分布モデルは、短い測定ウィンドウでカイ二乗分布よりも高いフィッティング精度を達成できるか？
• RQ5 理論的IC-XTモデルは、異なる信号タイプおよびシステムパラメータにおいて、実験結果とどの程度一致するか？

主な発見

• 静的IC-XTは温度上昇に伴い0.13 dB/K、波長上昇に伴い0.113 dB/nm増加し、PRBS長および変調順序が増加するにつれて低下する。
• 動的IC-XTは温度およびバウドレートに反比例し、256-QAM信号では1.80 dB（最大安定性）で、OOKでは6.50 dB（最大変動）を示した。
• 励起コア数が増加するにつれて、IC-XTフラクチュエーションの速度は1コアあたり7.4倍に増加した。
• IC-XTステップ分布モデルは、カイ二乗フィッティングに比べて著しく短い観測時間で99.5%以上のフィッティング精度を達成でき、例として平均化時間0.625 sで10分間の観測で十分であった。
• CW光源では、平均化時間3.5 sで50分間の観測でIC-XTステップモデルは99.56%の精度を達成したが、カイ二乗フィッティングは同程度の精度を得るためには3.5 s平均化時間で50分以上を要した。
• ASEおよびQAM信号を含むすべての信号タイプにおいて、IC-XTステップモデルはカイ二乗フィッティングを上回り、12時間測定を経ても収束しないカイ二乗フィッティングに比べて優れた性能を示した。