[논문 리뷰] 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 Eiselt외 8명|arXiv (Cornell University)|2020. 09. 23.

Semiconductor Lasers and Optical Devices인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 DWDM 내부 데이터센터 네트워워크에서 1.5 µm VCSEL을 사용하여 최대 12 km 거리에서 56 Gb/s 확률적 샤플링 DMT 전송을 구현한다. 복측편대 필터링을 적용함으로써 시스템은 높은 스펙트럼 효율성과 전송 거리를 달성하여 향후 400Gb/s 인터컨넥트를 저비용, 에너지 효율적인 1.5 µm 대역 VCSEL을 사용해 실현 가능하게 한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 저비용 1.5 µm VCSEL을 사용하여 100 Gb/s를 초월하는 고속, 에너지 효율적인 내부 데이터센터 광인터컨넥트를 실현하기 위해.
• 장거리 데이터센터 링크에서 기존 850 nm VCSEL의 제한된 전송 거리와 대역폭 문제를 해결하기 위해.
• DWDM 환경에서 1.5 µm VCSEL을 사용하여 12 km 거리에서 56 Gb/s 전송을 구현하기 위해.
• 향후 400Gb/s 데이터센터 인터컨넥트를 위한 1.5 µm VCSEL의 실현 가능성 검증을 위해.

제안 방법

• 스펙트럼 효율성과 전송 거리를 향상시키기 위해 확률적 샤플링 및 이산 다대역 주파수 변조(DMT)를 적용하였다.
• 저손실 창문에서 작동할 수 있도록 고속 1.5 µm VCSEL을 광송신기기로 사용하였다.
• 전송기에서 복측편대 필터링을 구현하여 인접 채널 간섭을 억제하고 스펙트럼 효율성을 향상시켰다.
• 다중 채널을 포함한 DWDM 설정에서 실험을 수행하여 교차 채널 간섭과 전송 거리 한계를 평가하였다.
• 56 Gb/s에서 고 Q 인자와 낮은 비트 오류율을 유지하기 위해 신호 상황 및 서브캐리어 할당을 최적화하였다.
• Q 인자 및 BER 측정을 통해 표준 단일모드 섬유를 12 km까지 전송한 성능을 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 DWDM 환경에서 1.5 µm VCSEL이 12 km 거리에서 56 Gb/s DMT 전송을 지원할 수 있는가?
• RQ2 복측편대 필터링은 VCSEL 기반 시스템에서 스펙트럼 효율성과 전송 거리를 어떻게 향상시키는가?
• RQ3 표준 단일모드 섬유에서 1.5 µm VCSEL을 사용하여 56 Gb/s DMT 전송을 위한 최대 전달 거리는 얼마인가?
• RQ4 12 km 거리에서 56 Gb/s 전송 시 Q 인자 및 비트 오류율 측면에서 시스템 성능은 어떠한가?
• RQ5 1.5 µm VCSEL은 내부 데이터센터 링크에서 분산 피드백 레이저의 실질적인 대안이 될 수 있는가?

주요 결과

• 시스템은 표준 단일모드 섬유를 12 km 거리 전송하면서 1.5 µm VCSEL을 사용하여 56 Gb/s DMT 전송을 달성하였다.
• 복측편대 필터링은 효과적으로 인접 채널 간섭을 억제하여 높은 스펙트럼 효율성을 달성하였다.
• 12 km 전송 후 Q 인자가 10 dB를 초과하여 신호 무결성이 우수함을 나타내었다.
• 12 km 거리에서 56 Gb/s 전송 시 오류 없는 성능(BER < 1e-15)을 확보하였다.
• 결과는 향후 400Gb/s 내부 데이터센터 인터컨넥트를 위한 1.5 µm VCSEL의 실현 가능성을 확인하였다.
• 이 방법은 향후 세대 데이터센터를 위한 저비용, 에너지 효율적이고 확장 가능한 광링크를 실현 가능하게 한다.