[논문]80 km × 56 spans의 초장거리 전송 링크에서 왜곡된 WDM 채널의 보상

이성렬

doi:10.12673/jant.2019.23.3.251

80 km × 56 spans의 초장거리 전송 링크에서 왜곡된 WDM 채널의 보상
Compensation of the Distorted WDM Channels in Ultra-long Transmission Link of 80 km × 56 Spans 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.23 no.3 = no.96, 2019년, pp.251 - 257

초록
AI-Helper

분산 제어와 광 위상 공액이 결합된 초장거리 광전송 링크의 구조를 제안하였다. 전체 전송 링크는 80 km (단일 모드 광섬유 span) ${\times}$ 56 fiber span으로 구성된다. 왜곡된 파장 분할 다중 채널을 보상하기 위하여 각 fiber span의 단일 모드 광섬유 길이와 중계 구간 당 잉여 분산을 점진적으로 증가/감소시키는 인위적 분포 구조를 채택하였다. 다른 선행 연구에서 제안된 인위적 분포는 fiber span이 많아질수록 보상 효과가 줄어들 수 있기 때문에 인위적 분포 패턴을 9개의 fiber span 마다 반복시키는 구조를 분산 제어와 광 위상 공액 링크에 적용하였다. 시뮬레이션 결과 제안된 4개의 분포 패턴 중 특정한 인위적 분포 패턴이 적용된 링크를 사용하면 기존에 제안되었던 반복이 없는 인위적 분포에 비해 왜곡된 WDM 채널의 보상 효과가 다소 크게 나타나는 것을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The configuration of ultra-long optical transmission link with dispersion management and optical phase conjugation is proposed. The whole transmission link consist of 80 km (single mode fiber span) ${\times}$ 56 fiber spans. The artificial distribution of single mode fibers' lengths and residual dispersions in fiber spans, which are gradually increased/decreased as the span number is increased, is adopted to compensate for the distorted wavelength division multiplexed channels. Since the compensation effect through the artificial distribution in the previous researches is expected to decrease as the number of fiber spans are increased, three-time repetition of the artificial distribution patterns at intervals of 9 fiber spans applied into the link with dispersion management and optical phase conjugation is proposed. From the simulation results, it is confirmed that the compensation in the link configured by the special distribution pattern among 4 proposed patterns is slightly improved than the link configured by the conventional method, which is designed by the repeat-less distribution pattern.

주제어

표/그림 (7)

그림 그림 1. 24×40 Gbps WDM 전송 시스템 구조 Fig. 1. Configuration of 24×40 Gbps WDM transmission system.
표 표 1. RDPS 편차에 따른 실제 RDPS 값 Table 1. The exact RDPSs were decided by deviations.
그림 그림 2. 입사 전력이 3 dBm인 경우 최악 채널의 EOP Fig. 2. The EOP of the worst channel in case of transmitting 3 dBm launch power.
그림 그림 3. RDPS 편차에 따른 유효 입사 전력 값 Fig. 3. Effective launch power depending on the deviation of RDPS.
그림 그림 4. 기본 분포 패턴이 A:D-D:A인 구조에서의 유효 NRD Fig. 4. Effective NRDs in the configurations based on A:D-D:A distribution pattern.
그림 그림 5. NRD와 입사 전력의 곱 Fig. 5. The product of NRD and launch power.
그림 그림 6. 기본 분포 패턴이 D:A-A:D인 구조에서의 유효 NRD Fig. 6. Effective NRDs in the configurations based on D:A-A:D distribution pattern.

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서 본 연구에서는 그동안 저자가 제안하였던 SMF 길이 와 RDPS를 인위적으로 분포시킨 구조 [15],[16]를 초장거리 광전송 링크에 맞게 개선하여 적용해 보도록 한다. 제안하는 인위적 분포 구조의 링크를 통해 40 Gbps × 24 채널 WDM 신호를 전송하는 경우 보상 정도를 분석한다.
본 연구에서 고려하고 있는 인위적 분포 패턴 모두의 유효 NRD 특성을 하나의 그래프로 표현하기 어려운 점이 있어 좀 더 쉽게 이해할 수 있는 정량적 척도를 고려해 보았다. 그림 4를 통해 알 수 있듯이 유효 NRD 특성은 등고선(contour) 형태를 띠고 있기 때문에 이 등고선의 면적을 구할 수 있고, 이 면적이 넓을수록 유효 NRD 특성이 우수한 링크 구조라고 판단할 수 있다.
그림 1(c) 와 1(d) 에서 확인할 수 있듯이 첫 번째와 마지막을 제외한 나머지 fiber span 을 구성하는 SMF 와 DCF의 길이는 span 마다 달라진다. 이는 본 논문의 목적인 SMF 길이와 RDPS를 인위적으로 분포 (artificial distribution) 시키기 위해서이다. 본 연구에서 고려한 인위적 분포 방식은 전송 반 구획별로 하나의 패턴을 띄게 하는 것과 동일 패턴을 세 번 반복시키는 것의 두 종류이다.

가설 설정

그림 1의 24 채널 WDM 전송을 위한 송신기 (Tx)들의 중심 파장은 100 GHz (즉 0.8 nm) 간격으로 1,550 nm 부터 1,568.4 nm로 가정하였고, 그 광원은 분포 궤환 레이저 다이오드 (DFB-LD; distributed feedback laser diode) 로 가정하였다. 각 DFB-LD 는 서로 독립적인 128(=27) 의사 랜덤 비트열 (PRBS; pseudo random bit sequence) 에 의해 소광비 (ER; extinction ratio) 가 10 dB 인 2차 가우시안 펄스의 RZ (return-to-zero) 를 발생시키는 것으로 모델링하였다.
먼저 한 패턴의 경우 각 fiber span 의 DCF 길이에 의해 결정 되는 RDPS 는 최소 -710 ps/nm 부터 최대 1,110 ps/nm 까지 (fiber span 간 6 ps/nm 또는 7 ps/nm 간격) 각기 다른 27개의 값이 점진적으로 증가(ascending)/ 감소(descending) 되도록 하였다. 또 한 점진적으로 증가 /감소되는 SMF의 길이는 각 전송 반 구획 내에서 최소 67 km 부터 최대 93 km 까지로 가정하였다. 이는 인접한 fiber span 간의 편차가 1 km가 됨을 의미한다.
수신 대역폭은 0.65×비트율로 가정하였다.

제안 방법

즉 그림 1(a)에서 마지막 중계 구간의 DCF 길이, 즉 $l$_$post$는 후반 전송 구획의 NRD를 0 ps/nm 가 되도록 고정시키고 첫 번째 중계 구간 (span 1) 의 DCF 길이, 즉 $l$ _{$pre $}만을 통해 전체 링크에서의 NRD 를 조절하는 역할을 수행하는 pre-DC 와 이와는 반대되는 역할 분담, 즉 span 1의 DCF 길이, 즉 $l$_{$pre $}는 전반 전송 구획의 NRD 를 0 ps/nm 가 되도록 고정시킨 상태에서 span 56 의 DCF 길이, 즉 $l$_$post$만을 통해 전체 링크에서의 NRD를 조절하는 역할을 수행하는 post-DC 의 2가지 방식으로 설계하였다. 그림 1(b) 와 1(e) 에서 표현했듯이, pre-DC 와 post-DC 를 수행하는 fiber span 에 서 SMF 길이는 모두 80 km 로 고정하였다.
SMF 길이와 RDPS 가 fiber span 에 따라 인위적으로 분포하는 DM을 초장거리 (80 km × 56 spans) 링크에 적용한 경우에서의 40 Gbps × 24 채널 WDM 신호의 왜곡 보상 효과를 살펴보았다.
SMF 길이와 RDPS 가 fiber span 에 따라 인위적으로 분포하는 DM을 초장거리 (80 km × 56 spans) 링크에 적용한 경우에서의 40 Gbps × 24 채널 WDM 신호의 왜곡 보상 효과를 살펴보았다. SMF를 통한 중계 거리의 제한에 따라 fiber span 이 늘어날수록 span 간 SMF 길이 편차가 줄어들어 인위적 분포 효과가 더욱 줄어드는 문제를 해결하기 위하여 동일한 인위적 분포 패턴을 3번 반복시키는 구조를 제안하고 56 spans 에 적용하였다.
4 nm로 가정하였고, 그 광원은 분포 궤환 레이저 다이오드 (DFB-LD; distributed feedback laser diode) 로 가정하였다. 각 DFB-LD 는 서로 독립적인 128(=27) 의사 랜덤 비트열 (PRBS; pseudo random bit sequence) 에 의해 소광비 (ER; extinction ratio) 가 10 dB 인 2차 가우시안 펄스의 RZ (return-to-zero) 를 발생시키는 것으로 모델링하였다.
기존 다른 연구자들에 의해 제안된 DM과 광 위상 공액이 결합된 링크의 구조가 고정된 형태 (이하 “균일 분포 ”)를 띄고 있어 이들 기술의 한계인 융통적 링크 구성에 제한을 갖는다는 단점을 극복하기 위해 fiber span을 구성하는 SMF 길이와 각 중계 구간 당 잉여 분산량 (RDPS; residual dispersion per span) 을 랜덤하게 분포시키는 구조 [13],[14] 와 이들을 점진적으로 증가 /감소시키는 형태의 인위적 분포 구조 [15],[16]를 제안하였다.
그림 2는 입사 전력이 3 dBm인 각 WDM 채널들을 인위적 분포가 3번 반복 (이하 “3-time repeat” 라 함)하는 4가지 형태의 링크 를 통해 전송시킨 경우 최악 채널의 눈 열림 패널티 (EOP; eye opening penalty) 를 나타낸 것이다. 또한 이러한 구조의 링크에서 WDM 채널 보상에 2가지의 DC과 10가지의 RDPS 편차가 미치는 영향도 함께 고려하였다. 그림 2(a) 와 (b) 는 각각 pre-DC 와 post-DC 에 의해 NRD가 10 ps/nm 로 설정된 링크와.
먼저 한 패턴의 경우 각 fiber span 의 DCF 길이에 의해 결정 되는 RDPS 는 최소 -710 ps/nm 부터 최대 1,110 ps/nm 까지 (fiber span 간 6 ps/nm 또는 7 ps/nm 간격) 각기 다른 27개의 값이 점진적으로 증가(ascending)/ 감소(descending) 되도록 하였다. 또 한 점진적으로 증가 /감소되는 SMF의 길이는 각 전송 반 구획 내에서 최소 67 km 부터 최대 93 km 까지로 가정하였다.
본 연구에서는 그림 1(a) 에 보인 바와 같이 첫 번째와 마지막 fiber span 의 DCF 를 통해 NRD를 조절 (이를 DC (dispersion calibrator) 라고 부름 )하도록 하였다. 본 연구에서는 2가지의 DC 방식을 고려하였다.
각 fiber span 마다 RDPS를 갖기 때문에 (평균적으로 200 ps/nm) NRD 는 매우 큰 값을 가질 수밖에 없고, WDM 채널의 효과적 보상을 위해서는 NRD 를 없애거나 낮추어 주어야 한다. 본 연구에서는 그림 1(a) 에 보인 바와 같이 첫 번째와 마지막 fiber span 의 DCF 를 통해 NRD를 조절 (이를 DC (dispersion calibrator) 라고 부름 )하도록 하였다. 본 연구에서는 2가지의 DC 방식을 고려하였다.
본 연구에서는 저자의 선행 연구 결과들 [13]-[16] 에 기초하여 NRD를.10 ps/nm 와 10 ps/nm 의 두 가지에 대해서만 시뮬레이션을 수행하지만, 선행 연구를 통해 특정 입사 전력에서 EOP를 1 dB 이하로 만들 수 있는 NRD는 위의 두 값뿐만이 아니라는 것도 동시에 확인하였다. 그림 4는 A:D-DA 와 3(A:D)-3(DA) 분포를 갖는 링크를 통해 WDM 채널을 전송한 경우 1 dB 이하의 EOP 를 얻을 수 있는 NRD 범위를 입사 전력에 따라 나타낸 것이다.
수신기는 5 dB의 잡음 지수를 갖는 전치 증폭기, 1 nm 대역 폭의 광 필터, PIN 다이오드, 버터워스 형태의 펄스 정형 필터와 판별 회로로 구성된 직접 검파 (direct detection) 방식의 수신기로 모델링하였다. 수신 대역폭은 0.
앞으로 이들의 분포 패턴은 본 연구에서 분석하는 두 가지 인위적 방식 모두 각 전송 반 구획에서의 “SMF 분포 순서 :RDPS 분포 순서 ”를 바탕으로 기호로 표시하여 분석하였다.
이 외에 3(A:D)3(D:A), 3(D:A)-3(A:D) 와 3(D:D)-3(A:A)를 포함 총 4가지 구조들에서의 왜곡된 WDM 채널의 보상을 분석한다.
제안하는 인위적 분포 구조의 링크를 통해 40 Gbps × 24 채널 WDM 신호를 전송하는 경우 보상 정도를 분석한다.
앞으로 이들의 분포 패턴은 본 연구에서 분석하는 두 가지 인위적 방식 모두 각 전송 반 구획에서의 “SMF 분포 순서 :RDPS 분포 순서 ”를 바탕으로 기호로 표시하여 분석하였다. 즉 전송 반 구획에서 SMF 길이와 RDPS 가 한 번만 반복하는 경우는 A:A-D:D, A:D-D:A, D:A-A:D 와 D:D-A:A 의 4가지로 표시되는 구조들을 살펴본다. 예를 들어, A:D-D:A 의 의미는 전반 전송 구획에서 이들을 구성하는 fiber span 각각의 SMF 길이는 OPC 에 가까워질수록 점진적으로 증가하고 동시에 RDPS 의 크기는 점진적으로 감소하는 분포를 띄는 구조이다.

대상 데이터

제안하는 인위적 분포 구조의 링크를 통해 40 Gbps × 24 채널 WDM 신호를 전송하는 경우 보상 정도를 분석한다. 본 연구에서 고려하는 전체 링크는 56개의 fiber span으로 구성되고 각각의 SMF의 평균 길이는 80 km 이다.

이론/모형

광전송 링크를 통해 손실과 비선형 효과의 영향을 겪으면서 전파하는 각 채널들은 비선형 쉬뢰딩거 방정식 (NLSE; nonlinear Schriger equation) 에 의해 표현된다[4]. 본 논문에서 40 Gbps 의 24 채널 WDM 전송을 위한 NLSE 의 수치적 분석은 단계 분할 퓨리에 (SSF; split-step Fourier) 기법[4] 에 따라 Matlab으로 구현하여 이루어졌다.

성능/효과

그러나 3-time repeat 구조의 인위적 분포에서의 왜곡된 WDM 채널의 보상 효과가 기존의 방식인 무반복에 의한 인위적 분포 링크에서보다 전반적으로 우수하지 못하다는 것을 확인할 수 있다. 다만 3-time repeat 구조의 인위적 분포 패턴 중 3(D:A)-3(A:D) 로 분포한 경우 RDPS 편차를 적절히 선택하면 D:A-A:D 로 분포한 링크에서보다 왜곡된 WDM 채널 보상을 약간이나마 개선할 수 있는 것도 동시에 파악할 수 있다.
선행 연구들을 통해 랜덤 구조가 링크의 다양한 형태를 만들 수 있다는 장점은 있지만 경우에 따라 균일 분포보다 보상 효과가 현저히 떨어진다는 것을 확인하였다. 반면 인위적 분포는 전체적인 분산 맵 (dispersion map; 송신단부터 수신단까지의 분산 분포 프로파일)이 OPC 를 중심으로 대칭의 형태를 띄면 균일 분포에서 보다 왜곡된 WDM 신호의 보상 효과가 더욱 좋아지는 것을 확인하였다.
본 연구에서 제안한 4가지의 인위적 반복 분포 방식 모두가 왜곡된 WDM 채널 보상에 만족할만한 효과를 보이지는 못했지만, DM과 OPC가 결합된 방식이 고품질 전송을 위한 초장거리 광전송 링크를 구성하는 효과적인 방법 중 하나라는 것을 확인할 수 있었다.
선행 연구들을 통해 랜덤 구조가 링크의 다양한 형태를 만들 수 있다는 장점은 있지만 경우에 따라 균일 분포보다 보상 효과가 현저히 떨어진다는 것을 확인하였다. 반면 인위적 분포는 전체적인 분산 맵 (dispersion map; 송신단부터 수신단까지의 분산 분포 프로파일)이 OPC 를 중심으로 대칭의 형태를 띄면 균일 분포에서 보다 왜곡된 WDM 신호의 보상 효과가 더욱 좋아지는 것을 확인하였다.
시뮬레이션을 통하여 제안된 인위적 반복 분포 중 3(D:A)3(A:D), 즉 전반 전송 구획은 9개의 fiber span 간격으로 SMF 길이는 점진적으로 감소시키고 동시에 RDPS 는 점진적으로 증가시키는 인위적 패턴을 3번 반복시키고, 후반 전송 구획은 9개의 fiber span 간격으로 SMF 길이는 점진적으로 증가시키고 동시에 RDPS는 점진적으로 감소시키는 인위적 패턴을 3번 반복시키는 구조가 동일한 인위적 분포 패턴을 한 번 적용한 구조에 비해 왜곡된 WDM 채널의 보상 효과가 다소 개선되는 것을 확인하였다.
특히 post-DC에 의해 NRD 가 결정되는 구조에서 보상 효과가 더욱 떨어진다. 이들 결과를 전체적으로 검토해 보면, 다른 외적 요인에 의해 전반 전송 구획의 각 fiber span 들의 SMF 길이는 점진적으로 감소시키고 동시에 RDPS는 점진적으로 증가시키는 반면 후반 전송 구획의 각 fiber span 들의 SMF 길이는 점진적으로 증가시키고 동시에 RDPS 는 점진적으로 감소시키는 형태로 분포시키고자 한다면 각각의 SMF 길이와 RDPS 의 편차를 크게 유지할 수 있는 인위적 분포 구조가 바람직하다고 판단할 수 있다. 즉 인위적 반복 패턴을 전송 반 구획에 한 번만 적용하는 구조보다 2번 이상 반복시키는 구조가 왜곡된 WDM 채널의 보상에 더욱 효과적이라고 할 수 있다.
이들 결과를 전체적으로 검토해 보면, 다른 외적 요인에 의해 전반 전송 구획의 각 fiber span 들의 SMF 길이는 점진적으로 감소시키고 동시에 RDPS는 점진적으로 증가시키는 반면 후반 전송 구획의 각 fiber span 들의 SMF 길이는 점진적으로 증가시키고 동시에 RDPS 는 점진적으로 감소시키는 형태로 분포시키고자 한다면 각각의 SMF 길이와 RDPS 의 편차를 크게 유지할 수 있는 인위적 분포 구조가 바람직하다고 판단할 수 있다. 즉 인위적 반복 패턴을 전송 반 구획에 한 번만 적용하는 구조보다 2번 이상 반복시키는 구조가 왜곡된 WDM 채널의 보상에 더욱 효과적이라고 할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	왜곡된 WDM 채널의 보상 효과가 다소 개선되는 방식은 무엇인가?	시뮬레이션을 통하여 제안된 인위적 반복 분포 중 3(D:A)3(A:D), 즉 전반 전송 구획은 9개의 fiber span 간격으로 SMF 길이는 점진적으로 감소시키고 동시에 RDPS 는 점진적으로 증가시키는 인위적 패턴을 3번 반복시키고, 후반 전송 구획은 9개의 fiber span 간격으로 SMF 길이는 점진적으로 증가시키고 동시에 RDPS는 점진적으로 감소시키는 인위적 패턴을 3번 반복시키는 구조가 동일한 인위적 분포 패턴을 한 번 적용한 구조에 비해 왜곡된 WDM 채널의 보상 효과가 다소 개선되는 것을 확인하였다. 본 연구에서 제안한 4가지의 인위적 반복 분포 방식 모두가 왜곡된 WDM 채널 보상에 만족할만한 효과를 보이지는 못했지만, DM과 OPC가 결합된 방식이 고품질 전송을 위한 초장거리 광전송 링크를 구성하는 효과적인 방법 중 하나라는 것을 확인할 수 있었다.
	fiber span은 무엇인가?	그러나 SMF 가 갖는 고유의 손실 (loss) 로 인해 SMF 를 단일 구간으로 구성하는 방식이 아닌 적당한 길이 (주로 50 km - 80 km) 간격으로 광 중계기를 설치하 여 장거리를 구현한다. 여기서 광 중계기로 구분되는 간격을 fiber span 이라 한다. 과거에는 증폭, 재생과정을 거쳐 광 중계가 이루어졌지만 요즈음은 전송되어 온 광 신호를 펌핑 (pumping) 에 의해 직접 증폭하는 에르븀 첨가 광섬유 증폭기 (EDFA; erbium-doped fiber amplifier) 와 같은 광섬유 증폭기를 fiber span 마다 삽입하여 광 중계를 한다 [1].
	EDFA 와 같은 광섬유 증폭기를 적용한 링크에서 어떤 현상이 발생하는가?	그러나 EDFA 와 같은 광섬유 증폭기를 적용한 링크에서는 광 신호 강도 (intensity) 의 증폭이 필연적으로 나타나게 되고, 강도의 세기에 의존하는 자기 위상 변조 (SPM; self-phase modulation), 상호 위상 변조 (XPM; cross-phase modulation), 4광파 혼합 (FWM; four-wave mixing) 등의 광섬유가 갖는 Kerr 효과에 의해 비선형 현상이 발생하게 된다 [3]. 이 비선형 현상은 전송되는 광신호에 영향을 주어 시간적 (temporal) 이고 공간적 (spatial, 주파수적이라고도 한다)인 신호 왜곡을 일으키게 된다 [4].

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증