[논문 리뷰] Analytical Estimation in Differential Optical Transmission Systems Influenced by Equalization Enhanced Phase Noise

Tianhua Xu, Gunnar Jacobsen외 4명|arXiv (Cornell University)|2016. 08. 23.

Optical Network Technologies참고 문헌 31인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 등화보정 증폭된 위상 잡음(EEPN)으로 인해 영향을 받는 차등 m-PSK 광전송 시스템에서 비트 오류율(BER) 성능을 추정하기 위한 분석 모델을 제시한다. DQPSK, D8PSK, D16PSK에 대해 닫힌 형태의 표현식을 유도하였으며, 시뮬레이션 결과와 양호한 일치를 보이며, 특히 DQPSK의 경우 정확한 BER 예측이 가능하다. 고차원 포맷에 대해서는 주요 항 근사치를 제공한다.

ABSTRACT

An analytical model is presented for assessing the performance of the bit-error-rate (BER) in the differential m-level phase shift keying (m-PSK) transmission systems, where the influence of equalization enhanced phase noise (EEPN) has been considered. Theoretical analysis has been carried out in differential quadrature phase shift keying (DQPSK), differential 8-PSK (D8PSK), and differential 16-PSK (D16PSK) coherent optical transmission systems. The influence of EEPN on the BER performance, in term of signal-to-noise ratio (SNR), are investigated for different fiber dispersion, LO laser linewidths, symbol rates, and modulation formats. Our analytical model achieves a good agreement with previously reported EEPN induced BER floors, and can give an accurate prediction for the DQPSK system, and a leading-order approximation for the D8PSK and the D16PSK systems.

연구 동기 및 목표

• 차등 m-PSK 코herent 광통신 시스템의 BER 성능 평가를 위한 분석적 프레임워크를 개발하는 것.
• 등화보정 증폭된 위상 잡음(EEPN)이 다양한 변조 포맷에서 시스템 성능에 미치는 영향을 조사하는 것.
• 실제 시스템 파rameter를 바탕으로 EEPN로 인한 BER 열화를 정확히 예측할 수 있는 이론적 모델을 제공하는 것.
• 이전에 보고된 시뮬레이션 결과 및 EEPN에 의한 BER 플로어와의 비교를 통해 모델을 검증하는 것.
• DQPSK를 초월하여 D8PSK 및 D16PSK와 같은 고차원 포맷으로 EEPN 영향의 분석적 이해를 확장하는 것.

제안 방법

• EEPN 하에서의 차등 m-PSK 시스템에서 결정 메트릭의 확률 밀도 함수(PDF)에 대한 분석적 표현식을 유도한다.
• 수신기에서 전자 등화보정에 의해 유도되는 위상 잡음 성분으로서 EEPN 효과를 모델링하여 신호의 위상 분포에 영향을 미친다.
• 점근적 분석 및 가우시안 근사 기법을 적용하여 m-PSK 포맷의 BER 표현식을 단순화한다.
• 섬유 분산, 로컬 오실레이터 레이저의 스피드, 심볼 속도, 변조 차수 등의 시스템 파rameter를 유도 과정에 포함한다.
• 이전에 보고된 시뮬레이션 결과 및 BER 플로어 측정치와의 비교를 통해 분석 모델을 검증한다.
• 고차원 위상 잡음 효과를 2차 보정으로 간주하여 D8PSK 및 D16PSK의 BER을 근사하기 위해 펌터베이션 기반 접근법을 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 등화보정 증폭된 위상 잡음(EEPN)은 차등 m-PSK 광전송 시스템의 BER 성능을 어떻게 열화시키는가?
• RQ2 분석 모델은 EEPN 하에서 DQPSK, D8PSK, D16PSK의 BER을 얼마나 정확하게 예측하는가?
• RQ3 섬유 분산, 로컬 오실레이터 레이저 스피드, 심볼 속도는 EEPN로 인한 BER 열화에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 EEPN 영향을 받는 차등 m-PSK 시스템에서 BER에 대한 닫힌 형태의 분석적 표현식을 도출할 수 있는가?
• RQ5 분석 모델은 시뮬레이션에서 관측된 BER 플로어를 얼마나 정확하게 예측하는가?

주요 결과

• 분석 모델은 EEPN 하에서 DQPSK 시스템의 이전에 보고된 BER 플로어 측정치와 뛰어난 일치를 보였다.
• DQPSK의 경우, 다양한 신호 대 잡음비와 시스템 파rameter에서 EEPN로 인한 BER 열화를 정확하게 예측하였다.
• D8PSK 및 D16PSK의 경우, 모델는 BER의 주요 항 근사를 제공하여 정성적 및 반정량적 분석에 유효함을 시사한다.
• EEPN이 BER에 미치는 영향은 로컬 오실레이터 레이저 스피드와 심볼 속도에 의해 크게 영향을 받으며, 높은 스피드와 심볼 속도는 BER 열화를 증가시킨다.
• 섬유 분산은 EEPN 영향을 형상화하는 데 비중요하지 않은 역할을 하며, 유도된 분석 표현식을 통해 이 의존성을 모델이 포착하였다.
• 모델는 EEPN가 차등 m-PSK 시스템에 기본적인 BER 플로어를 유도하며, 신호 대 잡음비(SNR)를 높여도 제거될 수 없다는 점을 확인하였다.