[논문 리뷰] Experimental Analysis on Variations and Accuracy of Crosstalk in Trench-Assisted Multi-core Fibers

Hui Yuan, Alessandro Ottino외 9명|arXiv (Cornell University)|2020. 08. 07.

Optical Network Technologies참고 문헌 34인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 다양한 전송 파rameter를 변화시키면서 터널 보조 다중코어 섬유에서의 동적 및 정적 코어 간 간섭(이하 IC-XT)을 실험적으로 조사하며, 이론적 IC-XT 모델을 검증하고 온도, 파장, 버드 레이트, 변조 형식, 측정 설정 등이 IC-XT 변동성의 강도와 정확도에 상당한 영향을 미친다는 것을 입증한다. 본 연구는 관측 창이 짧고 평균화 시간이 짧아도 정확한 IC-XT 특성화가 가능한 새로운 IC-XT 단계 분포 모델을 제안하며, 기존 카이제곱 적합 방법보다 뛰어난 성능을 보인다.

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.

연구 동기 및 목표

• 실제 전송 조건에서 터널 보조 다중코어 섬유(TA-MCF) 내에서 코어 간 간섭(IC-XT)의 동적 거동을 이해하기 위해.
• 다양한 변조 형식과 시스템 파rameter에서 실험 데이터를 기반으로 기존 분석적 IC-XT 모델을 검증하기 위해.
• 온도, 파장, 버드 레이트, PRBS 길이, 활성화된 코어 수 등의 전송 파rameter가 IC-XT 수준과 변동성에 미치는 영향을 정량화하기 위해.
• 측정 설정(평균화 시간 및 관측 창 길이)이 측정된 IC-XT 값의 정확도에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 기존 카이제곱 적합 방법에 비해 측정 효율성과 정확도가 향상된 새로운 IC-XT 단계 분포 모델을 제안하고 검증하기 위해.

제안 방법

• 25 Gbaud에서 CW, ASE, OOK, PAM-4, QAM 신호를 사용하여 온도 제어 환경에서 8코어 터널 보조 다중코어 섬유에서 실험 측정을 수행하였다.
• 핵심 전송 파ram터를 다양화: 온도(20–50 °C), 파장(1480–1630 nm), 버드 레이트, PRBS 시퀀스 길이, 활성화된 코어 수.
• 표준 전력계를 사용하여 평균화 시간과 관측 창 길이를 조절 가능한 설정으로 정적 및 동적 IC-XT를 측정하여 정확도의 상충 관계 평가.
• 실험적 IC-XT 분포를 브라운 운동 기반 시간에 의존하는 IC-XT 및 카이제곱 분포와 비교.
• 실험적 피팅을 바탕으로 한 새로운 IC-XT 단계 분포 모델을 제안하며, 분포 형태를 기술하는 계수 μ, σ, α를 사용.
• 모든 신호 유형과 조건에서 IC-XT 분포의 피팅 정확도 평가를 위해 최대 12시간의 장기 측정을 수행하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 온도 변화가 터널 보조 다중코어 섬유에서 정적 및 동적 IC-XT에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 변조 형식, 버드 레이트, PRBS 길이가 IC-XT 수준과 변동성에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ3 평균화 시간과 관측 창 길이가 측정된 IC-XT 값의 정확도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 IC-XT 단계 분포 모델이 더 짧은 측정 창으로도 카이제곱 분포보다 더 높은 피팅 정확도를 달성할 수 있는가?
• RQ5 다양한 신호 유형과 시스템 파arameter에서 이론적 IC-XT 모델이 실험 결과와 얼마나 잘 일치하는가?

주요 결과

• 정적 IC-XT는 온도에 대해 매 1K당 0.13 dB 증가하고, 파장에 대해 매 1nm당 0.113 dB 증가하며, PRBS 길이와 변조 순서가 증가할수록 감소한다.
• 동적 IC-XT는 온도와 버드 레이트에 반비례하며, 256-QAM 신호에서 가장 높은 안정성을 보이며(1.80 dB 동적 IC-XT), OOK 신호에 비해 6.50 dB로 더 높다.
• 활성화된 코어 수가 증가함에 따라 IC-XT 변동 속도가 코어당 약 7.4배 빨라진다.
• IC-XT 단계 분포 모델은 카이제곱 적합에 비해 훨씬 짧은 관측 시간으로도 99.5% 이상의 피팅 정확도를 달성한다. 예를 들어, 평균화 시간 0.625 s일 때 관측 창이 10분으로 충분하다.
• CW 신호의 경우, 평균화 시간 3.5 s일 때 관측 시간 50분으로 IC-XT 단계 모델은 99.56%의 정확도를 달성하지만, 카이제곱 적합은 유사한 정확도를 확보하기 위해 3.5 s 평균화 시간으로 50분 이상이 소요된다.
• 모든 신호 유형(ASE 및 QAM 신호 포함)에서 IC-XT 단계 모델은 카이제곱 적합을 능가하며, 카이제곱 적합은 심지어 12시간 이상 측정해도 수렴하지 못하는 경우가 있었다.