[논문]광 위상 공액이 적용된 비대칭 구조의 분산 제어 링크

이성렬

doi:10.12673/jant.2021.25.1.84

[국내논문] 광 위상 공액이 적용된 비대칭 구조의 분산 제어 링크
Asymmetric-type Dispersion-managed Link with Optical Phase Conjugation 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.25 no.1, 2021년, pp.84 - 89

초록
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표준 단일 모드 광섬유가 가지는 색 분산과 비선형 현상에 의한 광 신호 왜곡을 보상할 수 있는 분산 제어와 광 위상 공액이 결합된 링크의 한계인 대칭적 구조를 해결할 수 있는 방법을 제안하였다. 대칭적 구조는 전반 전송 구간과 후반 전송 구간의 중계 구간수, 분산 분포 등등이 광 위상 공액기를 중심으로 대칭되어야 한다는 것을 의미한다. 본 연구에서 제안하는 분산 제어 링크는 광 위상 공액기가 전반의 6개 중계 구간과 후반의 14개 사이에 존재하고, 각 전송 반 구간에서의 평균 중계 구간 당 잉여 분산 (RDPS; residual dispersion per span)이 서로 동일한 구조이다. 제안된 분산 제어 링크에서의 광 신호 왜곡 보상 효과의 분석은 평균 RDPS가 각 전송 반 구간에서 서로 다르게 설정된 링크에서의 결과와의 비교를 통해 이루어졌다. 시뮬레이션 결과 전송 반 구간 사이의 RDPS 평균값의 동일 여부보다 인접한 중계 구간 간 RDPS 편차가 보상에 더 큰 영향을 미치는 것은 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The alternative method for symmetric configuration in optical link consisted of dispersion management and optical phase conjugation for compensating of the distorted optical signals due to chromatic dispersion and nonlinear effects of standard single mode fiber is proposed. The symmetric configuration means number of fiber spans, dispersion distribution in former half section and latter half section, etc should be symmetrical about optical phase conjugator. In dispersion-managed proposed in this research, optical phase conjugator is located after former half section consisted of 6 fiber spans and before latter half section of 14 fiber spans, and the averaged residual dispersion per span (RDPS) of each half section are consistence. The compensation effects of the distorted signals in the proposed link is analyzed by comparing with the results obtained in dispersion-managed link with the unequally averaged RDPS of each half section. From the simulation results, it is confirmed that RDPS deviation between adjacent fiber span has a grater effect on the compensation than the equivalent of the averaged RDPS.

주제어

표/그림 (6)

그림 그림 1. 24×40 Gbps WDM 전송 시스템 구조 [16] Fig. 1. Configuration of 24×40 Gbps WDM transmission system [16].
표 표 1. RDPS 편차에 따른 실제 RDPS 값 (점진적 증가 분포의 경우) Table 1. The exact RDPSs were decided by deviations (in case of the ascending distribution).
그림 그림 2. 입사 전력이 0 dBm인 경우 최악 채널의 NRD에 따른 눈열림 패널티 Fig. 2. The eye opening penalty (EOP) of the worst channel as a function of NRD in case of transmitting 0 dBm launch power.
그림 그림 3. DA 분포에서 RDPS 편차 조합에 따른 최대 입사 전력 Fig. 3. Maximum launch power as a function of RDPS deviation combination in DA distribution.
그림 그림 4. DA 분포 구조에서의 유효 NRD Fig. 4. Effective NRDs in DM link configured with DA distribution pattern.
그림 그림 5. NRD와 입사 전력의 곱 Fig. 5. The product of NRD and launch power.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서도 시뮬레이션 결과 동일한 결과가 나옴을 확인하였다. 따라서 본 연구에서는 4가지의 RDPS 분포 패턴 중에서 DA 패턴에 집중하여 OPC를 중심으로 양쪽 전송 반 구간에서의 RDPS 평균값이 동일한 경우의 비대칭 DM 링크에서의 왜곡된 WDM 채널의 보상 특성을 지난 연구 결과와 비교해 분석해 보도록 한다.
본 연구는 비대칭 분산 제어 링크를 제안한 지난 연구의 후속 연구로 각 전송 반 구간에서의 중계 구간 RDPS의 평균값 이서로 일정한 비대칭 분산 제어 링크에서의 WDM 채널 왜곡 보상 특성을 살펴보고자 한다. RDPS 평균값 분포 외에 모든 요소의 파라미터 값은 지난 연구에서와 동일하게 하였다.
설정한 점이다. 즉 본 연구에서는 6개의 FHS와 14개의 LHS 의 중계 구간 각각의 RDPS들이 인접한 중계 구간의 RDPS와인위적인 편차에 따라 달라지기는 하지만 FHS에서의 평균 RDPS 값과 LHS에서의 평균 RDPS 값이 모두 130 ps/nm로 동일하게 설정된 링크에서 왜곡된 WDM 채널들을 최상 특성을 살펴본다. 반면 지난 연구에서는 FHS에서의 평균 RDPS 값은 150 ps/nm로, LHS에서의 평균 RDPS 값은 120 ps/nm로 서로 다르게 설정한 링크를 대상으로 하였다.

제안 방법

FHS에서의 평균 RDPS 값과 LHS에서의 평균 RDPS 값은 동일하지만 임의의 중계 구간이 갖게 되는 RDPS는 앞서 언급했지만 인위적으로 설정된 편차에 따라 바로 앞에 위치한 중계 구간의 RDPS와 차이를 갖도록 하였다. 인접한 중계 구간 사이의 RDPS 인위적 편차는 우선 FHS에서는 40 ps/nm (이를 small(S) 편차라고 칭함)과 370 ps/nm (이를 large(L) 편차라고 칭함), 그리고 LHS에서는 20 ps/nm (즉 S 편차)과 160 ps/nm (즉 L 편차)를 고려하였다.
그림 1에서 22개 중계 구간을 구성하는 SSMF의 길이는 80 km로 고정시켰다. 각 중계 구간마다 축적된 잉여 분산, 즉 RDPS는 DCF의 길이에 따라 달라지도록 하였다. 그리고 NRD는 각 전송 구획, 즉 FHS에서는 pre-DC 구간을 통해, LHS에서는 post-DC 구간을 통해 조절된다.
우선 FHS와 LHS에서 각각의 편차를 모두 작게 한 경우 (이를 S:S라고 칭함), S:L, L:S와 L:L의 4가지로 한 경우이다. 그리고 이 각각의 편차로 각 중계 구간의 RDPS를 점진적으로 증가 또는 감소시키는 방법에 따라서는 우선 FHS와 LHS 모두에서 점진적으로 증가시키는 패턴 (이를 AA라고 칭함), FHS에서는점진적으로 증가시키는 반면 LHS에서는 점진적으로 감소시키는 패턴 (이를 AD라고 칭함), FHS에서는 점진적으로 감소시키는 반면 LHS에서는 점진적으로 증가시키는 패턴 (이를 DA라고 칭함), 그리고 FHS와 LHS 모두에서 점진적으로 감소시키는 패턴 (이를DD라고 칭함)을 고려하였다. 표 1(b)는 편차 크기에 따라 점진적으로 증가하는 패턴에서의 각 중계 구간의 RDPS 값을 예를 들어 보인 것이다.
NRD를 없애거나 낮추어 주어야 한다. 본 연구에서는 그림 1에 보인 바와 같이 첫 번째와 마지막 중계 구간의 pre-DC 와 post-DC를 통해 NRD를 조절하도록 하였다. 본 연구에서는 시뮬레이션 경우의 수를 줄이기 위해 post-DC 중계 구간의 DCF 길이, 즉 _는 LHS의 NRD를 0 ps/nm가 되도록 고정시키고 pre-DC 중계 구간의 DCF 길이, 즉 _ 만을 통해 전체 링크에서의 NRD를 조절하도록 하였다.
본 연구에서는 그림 1에 보인 바와 같이 첫 번째와 마지막 중계 구간의 pre-DC 와 post-DC를 통해 NRD를 조절하도록 하였다. 본 연구에서는 시뮬레이션 경우의 수를 줄이기 위해 post-DC 중계 구간의 DCF 길이, 즉 _는 LHS의 NRD를 0 ps/nm가 되도록 고정시키고 pre-DC 중계 구간의 DCF 길이, 즉 _ 만을 통해 전체 링크에서의 NRD를 조절하도록 하였다. 즉 NRD 조절은 pre-DC만 기여하도록 하였다.
지금까지 OPC가 전체 전송로 중간이 아닌 6:14 구조에서 인접 중계 구간의 RDPS 편차를 달리 하지만 FHS와 LHS에서의 RDPS 평균값은 서로 동일하게 한 DM 링크에서의 왜곡된 WDM 채널의 보상 특성을 지난 연구 결과인 RDPS 평균값을 서로 다르게 설정한 DM 링크에서의 보상 특성과의 비교를 통해 살펴보았다.

대상 데이터

구조는 참고 문헌 [16]과 동일하게 설정하였다. 또한 24개 채널 각각의 중심 파장도 참고 문헌 [16]과 동일하게 100 GHz (즉 0.8 nm) 간격으로 1, 550 nm부터 1, 568.4 nm로 설정하였다. 광 전송 링크를 통해 손실과 비선형 효과의 영향을 겪으면서 전파하는 각 채널들은 비선형 쉬뢰딩거 방정식 (NLSE; nonlinear Schrödiger equation)에 의해 표현된다[6].
본 연구에서 분석해야 할 DM 링크의 구조는 총 16개이다. 우선 FHS와 LHS에서 각각의 편차를 모두 작게 한 경우 (이를 S:S라고 칭함), S:L, L:S와 L:L의 4가지로 한 경우이다.
RDPS 평균값 분포 외에 모든 요소의 파라미터 값은 지난 연구에서와 동일하게 하였다. 즉 FHS에서의 중계 구간 수는 6개, LHS에서의 중계 구간 수는 14 개인 DM 링크 구조에 40 Gbps × 24 채널 WDM 전송을 대상으로 하였다.

이론/모형

4 nm로 설정하였다. 광 전송 링크를 통해 손실과 비선형 효과의 영향을 겪으면서 전파하는 각 채널들은 비선형 쉬뢰딩거 방정식 (NLSE; nonlinear Schrödiger equation)에 의해 표현된다[6]. 본 논문에서 40 Gbps의 24 채널 WDM 전송을 위한 NLSE의 수치적 분석은 단계 분할 퓨리에 (SSF; split-step Fourier) 기법[6]에 따라 Matlab으로 구현하여 이루어졌다.
광 전송 링크를 통해 손실과 비선형 효과의 영향을 겪으면서 전파하는 각 채널들은 비선형 쉬뢰딩거 방정식 (NLSE; nonlinear Schrödiger equation)에 의해 표현된다[6]. 본 논문에서 40 Gbps의 24 채널 WDM 전송을 위한 NLSE의 수치적 분석은 단계 분할 퓨리에 (SSF; split-step Fourier) 기법[6]에 따라 Matlab으로 구현하여 이루어졌다.

성능/효과

또한 RDPS 편차 조합이 S:S인 경우에 대해 분석을 이어가면, 중계 구간 사이의 작은 편차로 FHS에서는 RDPS를 점진적으로 감소시키고 LHS에서는 점진적으로 증가시키는 구조에서 각 전송 구간의 RDPS 평균값을 동일하게 만드는 구조 (balanced)가 RDPS 평균값이 서로 다른 구조보다 최대 입사전력의 크기를 0.2 에서 0.3 dBm 정도 개선시키는 것을 확인할 수 있다. 전반적인 RDPS 편차 조합에서 FHS와 LHS에서의 RDPS 평균값이 동일하면서 DM 링크 전체의 NRD가 -10 ps/nm로 설정된 경우가 전송광 전력 면에서 바람직한 것을 아울러 알 수 있다.
것을 확인할 수 있었다. 반면 각 중계 구간이 갖는 RDPS를 점진적으로 증가/감소시키는데 있어 인접 중계 구간 사이의 RDPS 편차를 어떻게 조합하느냐가 왜곡된 WDM 채널 보상에 큰 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다. 특히 FHS와 LHS 모두 RDPS 편차를 적게 하는 것이 가장 우수한 보상을 얻을 수 있는 방법인 것을 확인하였다.
시뮬레이션을 통한 분석 결과 OPC 위치에 따른 6:14 DM 링크에서 FHS와 LHS에서의 RDPS 평균값이 서로 동일해야 하느냐의 여부는 왜곡된 WDM 채널 보상 정도에 큰 영향을 미치지 못하는 것을 확인할 수 있었다. 반면 각 중계 구간이 갖는 RDPS를 점진적으로 증가/감소시키는데 있어 인접 중계 구간 사이의 RDPS 편차를 어떻게 조합하느냐가 왜곡된 WDM 채널 보상에 큰 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다.
또한 그림 3을 통해 지난 연구 결과, 즉 RDPS 평균값이 FHS와 LHS에서 서로 다른 경우 (그림 3에서 “unbalanced”)와 비교할 수 있다. 우선 그림 2의 결과를 통해 예측할 수 있듯이 RDPS 편차 조합이 S:S인 경우에서 가장 큰 입사 전력 전송이 가능한 것을 확인할 수 있다.
반면 WDM 채널의 입사 전력을 그보다 크게 한 경우에서는 유효 NRD 범위가 달라지기는 하지만 그 차이가 심하지 않는다는 것을 확인할 수 있다. 즉 6:14 DM 링크의 RDPS 편차 조합을 S:S로 하고 그 분포를 DA로 설정하면 FHS와 LHS에서의 RDPS 평균값 동일 여부가 입사 전력에 따른 유효 NRD 범위에 큰 영향을 미치지 않는 것을 확인할 수 있다. 그림 4에 보인 유효 NRD 범위는 폐곡선 모양을 띄는 것을 알 수 있다.
dB EOP를 유지할 수 있다는 것을 알 수 있다. 즉 WDM 채널의 입사 전력에 따라 1 dB EOP 이하를 얻을 수 있는 NRD 범위를 결정할 수 있다는 것을 파악할 수 있다. 이 범위를 “유효 NRD 범위” 라고 정의하여 RDPS 편차 조합이 S:S이고 그 분포가 DA인 경우에 대하여 그림 4에 나타냈다.
우선 앞선 결과들과 마찬가지로 FHS와 LHS에서의 RDPS 평균값이 동일 여부에 큰 상관없이 RDPS 편차 조합이 S:S인 경우가 다른 세 조합에 비해 NRD와 전력 곱이 월등하게 우수한 것을 그림 5를 통해 확인할 수 있다. 큰 차이는 아니지만, 4가지 RDPS 편차 조합 모두 FHS와 LHS에서의 RDPS 평균값을 동일하게 설정하는 경우가 다르게 하는 경우보다 NRD와 전력 곱이 조금은 개선되는 것을 알 수 있다. 특히 RDPS 편차를 L:L로 조합하는 경우에 있어 FHS와 LHS에서의 RDPS 평균값이 동일한 링크에서의 NRD와 전력 곱이 평균값이 다른 링크에 비해 크게 개선되는 것을 아울러 확인할 수 있다.
반면 각 중계 구간이 갖는 RDPS를 점진적으로 증가/감소시키는데 있어 인접 중계 구간 사이의 RDPS 편차를 어떻게 조합하느냐가 왜곡된 WDM 채널 보상에 큰 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다. 특히 FHS와 LHS 모두 RDPS 편차를 적게 하는 것이 가장 우수한 보상을 얻을 수 있는 방법인 것을 확인하였다.
큰 차이는 아니지만, 4가지 RDPS 편차 조합 모두 FHS와 LHS에서의 RDPS 평균값을 동일하게 설정하는 경우가 다르게 하는 경우보다 NRD와 전력 곱이 조금은 개선되는 것을 알 수 있다. 특히 RDPS 편차를 L:L로 조합하는 경우에 있어 FHS와 LHS에서의 RDPS 평균값이 동일한 링크에서의 NRD와 전력 곱이 평균값이 다른 링크에 비해 크게 개선되는 것을 아울러 확인할 수 있다.

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S. H. Hong and S. R. Lee, "Dispersion-managed link with different numbers of fiber spans and asymmetric distribution of RDPS," Journal of Advanced Navigation Technology, Vol. 23, No. 6, pp. 570-576, Dec. 2019.

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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].

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