[論文レビュー] The noise propagator in an optical system using EDFAs and its effect on system performance: accurate evaluation based on linear perturbation

Zhongxi Zhang, Liang Chen+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 13, 2012

Optical Network Technologies被引用数 1

ひとこと要約

本論文では、連続波（CW）近似の代わりに正確な信号プロファイルを用いて線形化ノイズ方程式（LNE）を解くことで、EDFAを用いた光ファイバー系におけるノイズ伝播を高精度に評価する手法を提案する。この手法により、マルチスパンDPSK系において実験データに非常に近い一致を示すモーメント生成関数（MGF）の結果が得られ、従来のCWベースのLNE手法に比べて信頼性が著しく向上する。

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.

研究の動機と目的

• 連続波（CW）近似に依存する従来のモーメント生成関数（MGF）計算における不正確さを是正すること。
• 簡略化された信号モデルの代わりに正確な線形化ノイズ方程式（LNE）を用いることで、ホルマーサイド・ファイバー増幅器（EDFAs）を有する系におけるノイズ伝播のモデリングを改善すること。
• より高精度に、マルチスパンDPSK系におけるノイズのシステム性能への影響を評価すること。
• 提案手法を実験データと比較することで、実用的関連性と正確性を検証すること。

提案手法

• ノイズ場のモデリングの基盤として、Holzlohnerらが提唱した正確な線形化ノイズ方程式（LNE）を採用する。
• 変調信号を未変調の連続波に近似するのではなく、LNEに真の信号プロファイルを組み込むことでノイズ伝播を計算する。
• 正確なLNEの解から直接モーメント生成関数（MGF）を計算し、正確な性能評価を可能にする。
• 信号エンベロープの人工的な簡略化を回避することで、より現実的なノイズ影響予測が得られる。
• マルチスパン差動位相シフトキーイング（DPSK）系にこの手法を適用し、現実的なノイズ条件下でのシステム性能を評価する。
• 結果を実験データと比較することで、MGFに基づく性能評価の正確性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 線形化ノイズ方程式（LNE）に正確な信号プロファイルを用いることで、光ファイバー系におけるモーメント生成関数（MGF）計算の正確性はどのように変化するか？
• RQ2 連続波（CW）近似を正確なLNEに置き換えることで、EDFAsを有する系の性能予測はどの程度向上するか？
• RQ3 提案手法は、マルチスパンDPSK光通信系において実験結果を正確に再現できるか？
• RQ4 簡略化されたCWベースのLNEではなく正確なLNEを用いることで、ノイズ伝播がシステム性能に与える影響は何か？

主な発見

• 真の信号プロファイルを用いた正確なLNEに基づく提案手法は、従来のCWベースのLNEに比べ、EDFAにおけるノイズ伝播の評価がより正確である。
• 正確なLNEから導出されたモーメント生成関数（MGF）は、マルチスパンDPSK系の実験データと優れた一致を示す。
• 結果から、CW近似は信頼性の低い性能予測をもたらし、注意深く使用する必要があることが示された。
• 向上したMGF計算により、増幅自発放射（ASE）ノイズによるシステム性能の劣化がより現実的に評価可能となった。
• この手法は、複数のEDFAを有する実用的な光ファイバー回線における信号とノイズの非線形的相互作用を的確に捉えている。
• 本研究は、高速光通信系における信頼性の高い性能評価のために、正確なノイズモデリングが不可欠であることを確認した。