[논문 리뷰] Closed Form Expressions of the Nonlinear Interference for UWB Systems

P. Poggiolini, Mahdi Ranjbar-Zefreh|arXiv (Cornell University)|2022. 07. 03.

Ultra-Wideband Communications Technology인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 초광대역(UWB) 광통신 시스템에서 비선형 간섭을 위한 폐쇄형 해석 모델을 제안한다. 이 모델은 최대 50 THz의 대역폭을 다루며, 일반화된 비선형(GN) 및 확장된 GN(EGN) 모델을 사용하여 10×100 km 단일모드섬유(SMF) 링크에서 C, L, S, U, E 대역 전역에 걸쳐 정확한 전력 최적화를 가능하게 하여 스펙트럼 효율성과 전송 거리를 향상시킨다. 이는 정밀한 비선형 교차간섭 예측을 통해 달성된다.

ABSTRACT

We present a comprehensive closed-form GN/EGN model supporting ultra-wide-band systems spanning 50 THz of optical bandwidth. We show a case-study of 10x100km of SMF where we gradually increase the number of channels across the C,L,S,U,E bands while optimizing launch power.

연구 동기 및 목표

• 초광대역(UWB) 광통신 시스템에서 C, L, S, U, E 대역을 모두 포함하는 다수의 대역에 걸쳐 비선형 간섭을 정확히 모델링하는 데 도전한다.
• 기존의 비선형 모델들이 광대역에서 근사적이거나 해석적으로 다루기 어려운 한계를 극복한다.
• 스펙트럼 효율성과 전송 거리를 극대화하기 위해 다양한 채널에 걸쳐 정밀한 레이저 출력 전력 최적화를 가능하게 한다.
• 시스템 수준의 설계 및 성능 예측을 지원하는 UWB 시스템에서 확장 가능한 폐쇄형 해법을 제공한다.

제안 방법

• 최대 50 THz의 광대역을 가진 UWB 시스템에 적합한 일반화된 비선형(GN) 및 확장된 GN(EGN) 모델을 개발한다.
• 신호 필드와 섬유의 비선형성 통계적 성질에 기반해 비선형 간섭 전력에 대한 폐쇄형 표현식을 유도한다.
• 시스템 수준의 시뮬레이션 프레임워크에 모델을 통합하여 C, L, S, U, E 대역 전역에서 10×100 km 단일모드섬유(SMF) 링크의 성능을 평가한다.
• 비선형 펜alty를 최소화하면서 최적의 채널당 전송 전력을 결정하기 위해 최적화 기법을 적용한다.
• 전체 대역폭에 걸쳐 채널 수를 증가시키는 사례 연구를 통해 모델을 검증한다.
• 수치적 통합이나 몬테카를로 시뮬레이션에 의존하지 않고 분석적 통합 및 확률적 신호 전파 모델링을 사용하여 비선형 교차간섭을 포괄한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 50 THz의 광대역에서 초광대역(UWB) 시스템에서 폐쇄형 해석 모델이 비선형 간섭을 정확히 예측할 수 있는가?
• RQ2 다중대역 광전송에서 채널 수와 대역폭이 증가함에 따라 비선형 간섭 전력은 어떻게 변화하는가?
• RQ3 10×100 km SMF 링크에서 스펙트럼 효율성을 극대화하고 비선형 펜alty를 최소화하기 위해 최적의 채널당 전송 전력은 얼마인가?
• RQ4 제안된 GN/EGN 모델은 기존의 수치적 또는 근사 모델에 비해 정확성과 계산 효율성 면에서 얼마나 뛰어나게 성능을 발휘하는가?
• RQ5 비선형 내성에 대한 공동 최적화를 수행할 때, C, L, S, U, E 대역의 다양한 섬유 대역에서 모델의 성능은 어떠한가?

주요 결과

• 제안된 폐쇄형 GN/EGN 모델은 초광대역(UWB) 시스템에서 최대 50 THz의 광대역 전역에 걸쳐 비선형 간섭을 정확히 예측할 수 있다.
• 모델은 시간 도메인 시뮬레이션 또는 몬테카를로 방법에 의존하지 않고도 비선형 교차간섭을 정확하게 추정할 수 있다.
• 최적의 전송 전력이 C, L, S, U, E 다수의 대역에서 결정되어 10×100 km SMF 링크에서 스펙트럼 효율성이 향상되고 전송 거리가 연장된다.
• 채널 수 증가에 따른 비선형 펜alty 누적 현상을 분석적으로 이해할 수 있도록 해, 확장 가능한 시스템 설계를 지원한다.
• 결과적으로 폐쇄형 접근법은 수치적 방법에 비해 계산 복잡도를 크게 감소시키면서도 높은 정밀도를 유지함을 입증한다.
• 사례 연구를 통해 모델이 초광대역 광전송 시스템에서 비선형 내성 관리에 효과적으로 기여함을 확인하였다.