[논문 리뷰] The noise propagator in an optical system using EDFAs and its effect on system performance: accurate evaluation based on linear perturbation

Zhongxi Zhang, Liang Chen외 1명|arXiv (Cornell University)|2012. 07. 13.

Optical Network Technologies인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 연속파(CW) 근사 대신 정확한 신호 프로파일을 사용하여 선형화된 잡음 방정식(LNE)을 풀어 광섬유 시스템에서의 잡음 전파를 정확하게 평가하는 방법을 제안한다. 이 방법은 다중 스팬 DPSK 시스템에서 실험 데이터와 매우 밀접하게 일치하는 모멘트 생성 함수(MGF) 결과를 도출하여 이전의 CW 기반 LNE 방법보다 신뢰성을 크게 향상시킨다.

ABSTRACT

In a nonlinear optical fiber communication (OFC) system with signal power much stronger than noise power, the noise field in the fiber can be described by linearized noise equation (LNE). In this case, the noise impact on the system performance can be evaluated by moment-generating function (MGF) method. Many published MGF calculations were based on the LNE using continuous wave (CW) approximation, where the modulated signal needs to be artificially simplified as an unmodulated signal. Results thus obtained should be treated carefully. More reliable results can be obtained by improving the CW-based LNE with the accurate LNE proposed by Holzlohner et al in Ref. [1]. In this work we show that, for the case of linearized noise amplified by EDFAs, its MGF can be calculated by obtaining the noise propagation information directly from the accurate LNE. Our results agree well with the experimental data of multi-span DPSK systems.

연구 동기 및 목표

• 연속파(CW) 근사를 기반으로 하는 기존의 모멘트 생성 함수(MGF) 계산의 부정확성을 해결하기 위해.
• 간단한 신호 모델 대신 정확한 선형화된 잡음 방정식(LNE)을 사용하여 에르븀 Dop드 섬유 확대기(EDFAs)를 갖는 시스템에서의 잡음 전파 모델링을 향상시키기 위해.
• 이전 방법보다 더 높은 정밀도로 다중 스팬 DPSK 시스템에서의 잡음 영향을 평가하기 위해.
• 실험 데이터와의 비교를 통해 제안된 방법의 정확성과 실용성을 검증하기 위해.

제안 방법

• 연구는 Holzlohner 등이 제안한 정확한 선형화된 잡음 방정식(LNE)을 기반으로 한 잡음 필드 모델링을 사용한다.
• 모odulated 신호를 비조정된 연속파로 근사하는 대신, LNE에 진정한 신호 프로파일을 사용하여 잡음 전파를 계산한다.
• 정확한 LNE의 해에서 직접 모멘트 생성 함수(MGF)를 계산함으로써 정밀한 성능 평가가 가능해진다.
• 신호 환경의 인위적 단순화를 피함으로써 보다 현실적인 잡음 영향 예측이 가능해진다.
• 이 방법은 다중 스팬 차등 위상이동 키싱(DPSK) 시스템에 적용되어 실제 잡음 조건 하에서의 시스템 성능을 평가한다.
• 정확도를 검증하기 위해 결과는 실험 데이터와 비교된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 선형화된 잡음 방정식(LNE)에 정확한 신호 프로파일을 사용할 경우, 광섬유 시스템에서의 모멘트 생성 함수(MGF) 계산 정확도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 연속파(CW) 근사를 정확한 LNE로 대체할 경우, EDFAs에서의 시스템 성능 예측에 얼마나 향상되는가?
• RQ3 제안된 방법은 다중 스팬 DPSK 광통신 시스템에서 실험 결과를 정확하게 재현할 수 있는가?
• RQ4 간단한 CW 기반 LNE 대신 정확한 LNE를 사용할 경우, 잡음 전파가 시스템 성능에 미치는 영향은 어떠한가?

주요 결과

• 진정한 신호 프로파일을 사용한 정확한 LNE 기반의 제안된 방법은 기존의 CW 기반 LNE보다 EDFAs 내 잡음 전파 평가에서 더 정확한 결과를 제공한다.
• 정확한 LNE에서 유도된 모멘트 생성 함수(MGF)는 다중 스팬 DPSK 시스템의 실험 데이터와 뛰어난 일치를 보인다.
• 결과는 CW 근사가 덜 신뢰할 수 있는 성능 예측을 유도하며, 주의 깊게 사용되어야 함을 시사한다.
• 향상된 MGF 계산은 증폭된 자발적 방출(ASE) 잡음으로 인한 시스템 성능 저하를 더 현실적으로 평가할 수 있게 한다.
• 이 방법은 다수의 EDFAs를 갖는 실질적인 광섬유 링크에서 신호와 잡음 간의 비선형 상호작용을 성공적으로 포착한다.
• 정확한 잡음 모델링이 고속 광통신 시스템에서 신뢰할 수 있는 성능 평가를 위해 필수적임을 확인한다.