[論文レビュー] Experimental Comparison of PAM-8 Probabilistic Shaping with Different Gaussian Orders at 200 Gb/s Net Rate in IM/DD System with O-Band TOSA

Md Sabbir-Bin Hossain, Georg Böcherer+11 more|arXiv (Cornell University)|Jun 14, 2022

Optical Network Technologies被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、OバンドTOSAを用いた200 Gb/s強度変調・直接検出（IM/DD）システムにおいて、確率的形状付けされたPAM-8（Gaussian次数別）を、均一なPAM-8と実験的に比較している。5次Gaussian形状付けを施したキャップ型85-GBd PAM-8は、5 km伝送後、71-GBd均一PAM-8と比較して受信感度で最大3.80 dBの向上を達成し、短距離光ファイバー接続におけるスペクトル効率および伝送距離の優位性を実証した。

ABSTRACT

For 200Gb/s net rates, cap probabilistic shaped PAM-8 with different Gaussian orders are experimentally compared against uniform PAM-8. In back-to-back and 5km measurements, cap-shaped 85-GBd PAM-8 with Gaussian order of 5 outperforms 71-GBd uniform PAM-8 by up to 2.90dB and 3.80dB in receiver sensitivity, respectively.

研究の動機と目的

• 高レートIM/DD光システムにおける確率的形状付けPAM-8の性能向上を評価すること。
• 200 Gb/sのネットレートにおける異なるGaussian形状付け次数が、システムの伝送距離およびスペクトル効率に与える影響を調査すること。
• キャップ型振幅分布を用いて、スペクトル効率と受信感度のトレードオフを最適化すること。
• OバンドTOSAと高度な変調形状付けを用いて、短距離ファイバー接続における200 Gb/s伝送の実現可能性を検証すること。

提案手法

• PAM-8信号伝送に、変動するGaussian次数（特に次数5）を有するキャップ型確率的形状付け方式を採用した。
• 送信機では、Gaussian確率密度関数から導出された非均一振幅分布に従って信号コンステレーションを整形するためのデジタルプリエーキュエートを用いた。
• 短距離応用における高速・低コスト伝送を可能にするために、1310 nmのOバンドTOSA（送信光サブアセンブリ）を採用した。
• 受信感度およびOSNR性能を評価するために、バック・トゥ・バックおよび5 kmファイバー伝送実験を実施した。
• 85-GBd PAM-8とキャップ型振幅分布、最適化された信号フォーマットを用いることで、200 Gb/sのネットレートを達成した。
• 異なる変調フォーマットおよびファイバー伝送距離における性能を、Qファクタおよび受信感度測定により定量評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 200 Gb/sにおいて、Gaussian次数5の確率的形状付けは、均一PAM-8と比較して受信感度が向上するか？
• RQ2 OバンドIM/DDシステムにおけるGaussian形状付け次数の選択が、伝送距離およびスペクトル効率に与える影響は何か？
• RQ3 最適化された振幅分布を有するキャップ型PAM-8信号伝送は、200 Gb/sのネットレートにおいて、均一PAM-8と比較して優れた性能を達成できるか？
• RQ4 OバンドTOSAおよび確率的形状付けを用いた200 Gb/s PAM-8伝送の最大到達距離は何か？

主な発見

• バック・トゥ・バック条件下では、Gaussian次数5のキャップ型85-GBd PAM-8が、71-GBd均一PAM-8と比較して受信感度で2.90 dBの向上を示した。
• 5 kmのファイバー伝送後、Gaussian次数5のキャップ型85-GBd PAM-8は、71-GBd均一PAM-8と比較して3.80 dBの感度向上を達成した。
• この性能向上は、信号コンステレーションの外側領域におけるエネルギー効率の向上および点密度の低減に起因する。
• 結果から、高次Gaussian形状付けを用いた確率的形状付けが、短距離光ファイバー接続において、伝送距離およびスペクトル効率を顕著に向上させることを確認した。
• OバンドTOSAを用いることで、低コスト部品を組み合わせた実現可能な200 Gb/s伝送が可能となり、データセンターアーキテクチャへの応用が可能である。