[論文レビュー] Analytical Estimation in Differential Optical Transmission Systems Influenced by Equalization Enhanced Phase Noise

Tianhua Xu, Gunnar Jacobsen+4 more|arXiv (Cornell University)|Aug 23, 2016

Optical Network Technologies参考文献 31被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、等価化強化位相雑音（EEPN）によって劣化する差動m-PSK光伝送システムにおけるビット誤り率（BER）性能を推定する解析的モデルを提示する。DQPSK、D8PSK、D16PSKの閉形式表現を導出し、シミュレーション結果と良好な一致を示し、特にDQPSKにおいては正確なBER予測が可能である。高次フォーマットに対しては一次近似を用いる。

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.

研究の動機と目的

• 差動m-PSKコherent光通信システムにおけるBER性能を評価するための解析的フレームワークの構築を目的とする。
• 等価化強化位相雑音（EEPN）がさまざまな変調フォーマットに与える影響を調査することを目的とする。
• 現実的なシステムパラメータ下でEEPNによるBER劣化を正確に予測できる理論的モデルを提供することを目的とする。
• 先行して報告されたシミュレーション結果およびEEPNによるBERフロアと比較して、モデルの妥当性を検証することを目的とする。
• DQPSKを超えてD8PSKやD16PSKのような高次フォーマットに対しても、EEPN効果の解析的理解を拡張することを目的とする。

提案手法

• EEPN下での差動m-PSKシステムにおける意思決定度の確率密度関数（PDF）の解析的表現を導出する。
• 受信機における電子的等価化によって誘発される位相雑音成分としてEEPN効果をモデル化し、信号の位相分布に与える影響を評価する。
• 漸近的解析およびガウス近似技術を用いて、m-PSKフォーマットにおけるBER表現を簡略化する。
• ファイバ分散、局所発振器レーザーの線幅、シンボルレート、変調次数などのシステムパラメータを導出の過程で考慮する。
• 先行して報告されたシミュレーション結果およびBERフロア測定値と比較することで、解析的モデルの妥当性を検証する。
• 摂動に基づくアプローチを用い、D8PSKおよびD16PSKのBERを近似する。高次位相雑音効果を二次補正項として取り扱う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 等価化強化位相雑音（EEPN）は、差動m-PSK光伝送システムにおけるBER性能をどのように劣化させるか？
• RQ2 解析的モデルは、EEPN下でのDQPSK、D8PSK、D16PSKにおけるBERをどの程度正確に予測できるか？
• RQ3 ファイバ分散、局所発振器レーザー線幅、およびシンボルレートは、EEPNに起因するBER劣化にどのように影響するか？
• RQ4 EEPNが影響を及ぼす差動m-PSKシステムにおけるBERについて、閉形式の解析的表現を導出可能か？
• RQ5 解析的モデルは、シミュレーションで観測されたBERフロアをどの程度正確に予測できるか？

主な発見

• 解析的モデルは、EEPN下でのDQPSKシステムにおける先行研究のBERフロア測定値と優れた一致を示した。
• DQPSKにおいて、SNRやシステムパラメータの変動にかかわらず、EEPNによるBER劣化を正確に予測できた。
• D8PSKおよびD16PSKにおいては、BERの一次近似が得られ、定性的および準定量的分析に有効であることが示された。
• EEPNがBERに与える影響は、局所発振器レーザー線幅およびシンボルレートに強く依存しており、線幅が大きく、シンボルレートが高いほどBER劣化が顕著に増大することが明らかになった。
• ファイバ分散は、EEPNの影響を形作る上で非自明な役割を果たしており、導出された解析的表現がこの依存関係を捉えていることが確認された。
• モデルは、EEPNが差動m-PSKシステムに根本的なBERフロアを導入することを確認した。このフロアはSNRを向上させても解消されない。