[논문 리뷰] 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 Böcherer외 11명|arXiv (Cornell University)|2022. 06. 14.

Optical Network Technologies인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 O-대역 TOSA를 사용한 200 Gb/s 강도변조 직접검출(IM/DD) 시스템에서, 확률적 형태의 PAM-8를 다양한 가우시안 순서로 구현한 것과 균일한 PAM-8를 실험적으로 비교한다. 5km 전송 후, 가우시안 순서 5를 가진 캡형 85-GBd PAM-8는 71-GBd 균일 PAM-8 대비 수신기 감도에서 최대 3.80 dB 향상을 보이며, 단거리 광링크에서 더 뛰어난 스펙트럼 효율성과 전송 거리를 입증한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 고속 IM/DD 광시스템에서 확률적 형태화된 PAM-8가 균일한 PAM-8보다 성능 향상을 보이는지 평가하기 위해.
• 200 Gb/s 네트워크 속도에서 다양한 가우시안 형태화 순서가 시스템의 전송 거리와 스펙트럼 효율성에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 캡형 진폭 분포를 사용하여 스펙트럼 효율성과 수신기 감도 사이의 최적화된 트레이드오프를 도출하기 위해.
• O-대역 TOSA와 고도의 변조 형태화를 활용하여 단거리 광섬유 링크에서 200 Gb/s 전송의 실현 가능성을 검증하기 위해.

제안 방법

• PAM-8 신호 전송을 위해 다양한 가우시안 순서(특히 순서 5)를 갖는 캡형 확률적 형태화 기법을 시스템에 적용한다.
• 송신기에서는 디지털 프리이퀄라이저를 사용하여, 가우시안 확률 밀도 함수에서 유도된 비균일한 진폭 분포에 따라 신호 상자형을 형성한다.
• 단거리 응용 분야에서 고속·저비용 전송을 가능하게 하기 위해 1310 nm O-대역 TOSA(송신 광하위어셈블리)를 사용한다.
• 수신기 감도 및 OSNR 성능 평가를 위해 백투백 및 5 km 광섬유 전송 실험을 실시한다.
• 캡형 진폭 분포와 최적화된 신호 형식을 사용하여 85-GBd PAM-8를 통해 200 Gb/s 네트워크 속도를 달성한다.
• 다양한 변조 형식과 광섬유 스팬에서 Q-factor 및 수신기 감도 측정을 통해 성능을 정량화한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 200 Gb/s에서 가우시안 순서 5를 갖는 확률적 형태화가 균일한 PAM-8 대비 수신기 감도 향상에 기여하는가?
• RQ2 O-대역 IM/DD 시스템에서 가우시안 형태화 순서의 선택이 전송 거리와 스펙트럼 효율성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 최적화된 진폭 분포를 갖는 캡형 PAM-8 신호 전송 방식이 200 Gb/s 네트워크 속도에서 균일한 PAM-8보다 더 뛰어난 성능을 낼 수 있는가?
• RQ4 O-대역 TOSA와 확률적 형태화를 사용할 경우, 200 Gb/s PAM-8 전송의 최대 전달 거리는 얼마인가?

주요 결과

• 백투백 조건에서 캡형 85-GBd PAM-8가 가우시안 순서 5를 사용할 경우, 71-GBd 균일 PAM-8 대비 2.90 dB의 감도 향상을 보였다.
• 5 km 광섬유 전송 후, 캡형 85-GBd PAM-8가 가우시안 순서 5를 사용할 경우, 71-GBd 균일 PAM-8 대비 3.80 dB의 감도 향상을 확보하였다.
• 성능 향상은 신호 상자형의 외곽 영역에서의 전력 효율 향상과 점밀도 감소로 인한 것으로 기인한다.
• 결과적으로, 고차수 가우시안 형태화를 적용한 확률적 형태화 기법이 단거리 광링크에서 시스템의 전송 거리와 스펙트럼 효율성을 크게 향상시킴을 확인하였다.
• O-대역 TOSA를 통해 저비용 구성 요소로도 실현 가능한 200 Gb/s 전송이 가능하며, 이는 데이터센터 인터코ネekt에 적합한 시스템임을 입증하였다.