[논문]Non-midway 광 위상 공액기를 중심으로 중계 구간 당 잉여 분산이 일치하지 않는 분산 제어 링크

이성렬

doi:10.12673/jant.2021.25.6.517

초록
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장거리 파장 분할 시스템을 위해 해결해야 하는 광 색 분산과 비선형 현상에 의한 광 신호 왜곡을 보상할 수 있는 광 위상 공액과 결합된 분산 제어 링크를 네트워크 토폴로지의 유연성 관점에서 제안하고 분석하였다. 비선형 효과에 의해 왜곡되는 광 신호의 보상을 위해 적용된 광 위상 공액기는 전체 전송로 중간이 아닌 곳에 위치시켰다. 그리고 광 위상 공액기를 중심으로 전반 전송 구획과 후반 전송 구획을 구성하는 각각의 중계 구간의 잉여 분산 (RDPS; residual dispersion per span)을 서로 다르게 한 분산 제어 링크를 적용하였다. 각 중계 구간의 RDPS가 전반 전송 구획과 후반 전송 구획의 전체 잉여 분산을 같게 만드는 값이 아닌 그 근처의 서로 다른 값으로 결정되어야 왜곡된 광 신호 보상에 효과적이라는 것을 시뮬레이션 결과를 통해 확인하였다.

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Optical dispersion-managed link combined with optical phase conjugation for compensating of the distorted optical signals due to chromatic dispersion and nonlinear effects, which is required to implement long-haul wavelength division multiplexed system, is proposed and assessed in viewpoint of netwo...

Optical dispersion-managed link combined with optical phase conjugation for compensating of the distorted optical signals due to chromatic dispersion and nonlinear effects, which is required to implement long-haul wavelength division multiplexed system, is proposed and assessed in viewpoint of network topology flexibility. Optical phase conjugator capable to compensate for the distorted optical signal due to nonlinear effects is placed non-midway of total transmission distance. And, in dispersion-managed link, residual dispersion per span (RDPS) of each fiber spans in former half section and latter half section with respect to optical phase conjugator are different to each other. Simulation results show when the RDPS of each fiber sections in one half section makes it's own net residual dispersion slight different from another half section's net residual dispersion, the compensation effect in the proposed link configuration is more increased.

Keyword

표/그림 (8)

그림 그림 1. 24×40 Gbps WDM 전송 시스템 구조 Fig. 1. Configuration of 24×40 Gbps WDM transmission system.
그림 그림 2. 광섬유 배치와 OPC 구조 Fig. 2. Fiber deployment and OPC configuration.
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 3. 입사 전력에 따른 최악 채널의 눈 열림 패널티 Fig. 3. Eye opening penalty (EOP) of the worst channel as a function of launch power.
그림 그림 4. 입사 전력이 0 dBm인 경우 Δ에 따른 최악 채널의 눈 열림 패널티 Fig. 4. Eye opening penalty (EOP) of the worst channel as a function of Δ in case of launch power of 0 dBm.
그림 그림 5. 유효 NRD와 입사 전력의 곱 Fig. 5. Product of NRD and launch power.
그림 그림 6. 6vs14 구조에서 유효 전력과 Δ Fig. 6. Effective launch power and Δ in 6vs14 scheme.
그림 그림 7. Δ에 따른 전력 마진 Fig. 7. Power margin as a function of Δ.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 non-midway OPC를 갖고 FHS를 구성하는 각 중계 구간의 RDPS와 LHS를 구성하는 각 중계 구간의 RDPS가 서로 다른 (물론 일치하는 경우도 포함) DM 링크에서의 960 Gbps WDM 신호 왜곡 보상에 대해 시뮬레이션을 통해 분석해 보도록 한다.

제안 방법

지금까지 non-midway OPC를 갖고 전반 전송 구획과 후반 전송 구획을 구성하는 중계 구간의 RDPS가 서로 독립적인 분산 제어 링크에서의 왜곡된 WDM 채널의 보상 특성을 살펴보았다. RDPS에 의해 각 전송 반 구획의 전체 잉여 분산이 결정되는데, 각 전송 반 구획의 전체 잉여 분산을 같게 만드는 값이 아닌 둘 사이에 적은 차이를 만들 수 있는 서로 다른 RDPS를 선택한 링크에서 왜곡된 WDM 채널의 보상 효과가 좋아지는 것을 확인하였다.

대상 데이터

또한 WDM 송신단과 수신단의 구성도 같이 보이고 있다. 본 연구에서 고려한 총 중계 구간 수는 20, 즉 그림 1에서 n = 20이다. OPC는 m-번째 중계 구간 다음에 위치한다.
그리고 OPC의 구조는 그림 2(b)에 보인 바와 같고, 공액파 발생을 위한 각 구성부의 파라미터도 참고 문헌 [11]과 동일하게 설정하였다. 이울러 24개 채널 각각의 중심 파장도 참고 문헌 [11]과 동일하게 100 GHz (즉 0.8 nm) 간격으로 1,550 nm부터 1,568.4 nm로 설정하였다.

이론/모형

광 전송 링크를 통해 손실과 비선형 효과의 영향을 겪으면서 전파하는 각 채널들은 비선형 쉬뢰딩거 방정식 (NLSE; nonlinear Schrödiger equation)에 의해 표현된다[1]
광 전송 링크를 통해 손실과 비선형 효과의 영향을 겪으면서 전파하는 각 채널들은 비선형 쉬뢰딩거 방정식 (NLSE; nonlinear Schrödiger equation)에 의해 표현된다[1]. 본 논문에서 40 Gbps의 24 채널 WDM 전송을 위한 NLSE의 수치적 분석은 단계 분할 퓨리에 (SSF; split-step Fourier) 기법[1]에 따라 Matlab으로 구현하여 이루어졌다.

성능/효과

다행스럽게도 이 두 기술을 결합하면 OPC가 중간이 아닌 곳에 위치하더라도 색 분산과 비선형 Kerr 효과에 의한 왜곡을 동시에 보상할 수 있다는 것을 그동안의 연구를 통해 확인하였다[9]-[11]. 즉 SSMF와 DCF로 구성된 중계 구간의 개수가 OPC를 중심으로 다른 링크 (이를 non-midway OPC라고 부름)에서도 왜곡 보상을 통해 960 Gbps 파장 분할 다중(WDM; wavelength division multiplexing) 신호의 장거리 전송이 가능한 것을 확인하였다. 이러한 결과는 WDM 네트워크 구성에 있어 고품질 전송과 더불어 유연한 토폴로지 구성이 가능하다는 것을 의미한다.
본 연구에서 고려한 Δ 값 범위 내에서 6vs14와 14vs6 모두 6개 중계 구간을 갖는 전송 반 구획에서의 RDPS는 570 ps/nm로 설정되고 14개 중계 구간을 갖는 전송 반 구획에서의 RDPS는 -90 ps/nm로 설정된 링크에서 전력 마진이 가장 좋은 것을 확인할 수 있다.
그림 6은 6vs14 구조에서 1 dB EOP를 얻을 수 있는 최소 입사 전력과 최대 입사 전력을 Δ에 따라 나타낸 것이다. 제안된 링크를 통해 WDM 채널을 전송하고자 하는 경우 각 채널이 그림 5에 보인 최소 입사 전력과 최대 입사 전력 사이의 값을 유지하면 1 dB 이하의 EOP로 수신 품질을 얻을 수 있다.
반면 RDPS가 음의 값으로 설정되면 광 펄스의 폭이 압축된다. 본 연구에서 제안하는 non-midway OPC를 갖는 DM 링크에서 전력 마진을 늘려 전송 운용의 유연성을 제고하고자 한다면 중계 구간 수가 적은 전송 구간에서는 RDPS를 큰 양의 값으로 설정하여 광 펄스 폭을 신장시키고 반대로 중계 구간 수가 많은 전송 구간에서는 RDPS를 큰 음의 값으로 설정하여 광 펄스 폭을 압축할 수 있는 구조가 왜곡된 WDM 채널 보상에 유리하다는 것을 알 수 있다.
지금까지 non-midway OPC를 갖고 전반 전송 구획과 후반 전송 구획을 구성하는 중계 구간의 RDPS가 서로 독립적인 분산 제어 링크에서의 왜곡된 WDM 채널의 보상 특성을 살펴보았다. RDPS에 의해 각 전송 반 구획의 전체 잉여 분산이 결정되는데, 각 전송 반 구획의 전체 잉여 분산을 같게 만드는 값이 아닌 둘 사이에 적은 차이를 만들 수 있는 서로 다른 RDPS를 선택한 링크에서 왜곡된 WDM 채널의 보상 효과가 좋아지는 것을 확인하였다. 또한 두 전송 반 구획의 전체 잉여 분산을 크게 차이 나게 하는 RDPS를 선택한 경우에는 전력 마진이 늘어나는 것을 동시에 확인하였다.
RDPS에 의해 각 전송 반 구획의 전체 잉여 분산이 결정되는데, 각 전송 반 구획의 전체 잉여 분산을 같게 만드는 값이 아닌 둘 사이에 적은 차이를 만들 수 있는 서로 다른 RDPS를 선택한 링크에서 왜곡된 WDM 채널의 보상 효과가 좋아지는 것을 확인하였다. 또한 두 전송 반 구획의 전체 잉여 분산을 크게 차이 나게 하는 RDPS를 선택한 경우에는 전력 마진이 늘어나는 것을 동시에 확인하였다.

후속연구

왜곡된 WDM 채널들의 보상을 위해 분산 제어 링크에 OPC를 추가 결합하는 전송 방식에 있어 본 연구를 통해 얻은 결과들을 적용하면 좀 더 유연성 있는 광 네트워크 구성이 가능할 것으로 기대된다.

참고문헌 (11)

G. P. Agrawal, Nonlinear Fiber Optics, 3rd ed. San？Francisco:CA, Academic Press, 2001.
M. P. Yankov, P. M. Kaminski, H. E. Hansen, and F. D. Ros,？"SNR optimization of multi-span fiber optic communication？systems employing EDFAs with non-flat gain and noise？figure," Journal of Lightwave Technology, Vol. 39, Issue 21,？pp. 6824-6832, Aug. 2021.
M. Morshed, A. J. Lowery, and L. B. Du, "Improving？performance of optical conjugation by splitting the nonlinear？element," Optics Express, vol. 21, pp. 4567-4577, 2013.
I. Sackey, F. D. Ros, J. K. Fischer, T. Richter, M. Jazayerifar, C.？Peucheret, K. Petermann, and C. Schubert, "Kerr nonlinearity？mitigation: mid-link spectral inversion versus digital？backpropagation in 5×28-GBd PDM 16-QAM signal？transmission," Journal of Lightwave Technology, vol. 33, no. 9,？pp. 1821-1827, May 2015.
M. Morshed, L. B. Du, and A. J. Lowery, "Mid-span spectral？inversion for coherent optical OFDM systems: fundamental？limits to performance," Journal of Lightwave Technology, vol.？31, no. 1, pp. 58-66, Jan. 2013.

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X. Xiao, C. Yang, S. Gao, and Y. Tian, "Partial compensation of？Kerr nonlinearities by optical phase conjugation in optical fiber？transmission systems without power symmetry," Optical？Communications, vol. 265, no. 1, pp. 326-330. 2016.
A. Chowdhury and R. J. Essiambre, "Optical phase conjugation？and pseudolinear transmission," Optics Letters, vol. 29, no. 10,？pp. 1105-1107, 2014.
L. N. Venkatasubramani, A. Sobhanan, A. Vijay, R. D. Koilpillai？and D. Venkitesh, "Optical phase conjugation using nonlinear？SOA for nonlinearity and dispersion compensation of coherent？multi-carrier lightwave systems," IEEE Access, Vol. 9, pp.？44059-44068, Mar. 2021.

상세보기
H. B. Yim and S..R. Lee, "Compensation for the distorted？WDM signals through dispersion-managed optical links？combined with non-midway optical phase conjugation,"？International Journal of Control and Automation, Vol. 11,？No. 9, pp.1-10, Nov. 2018.

상세보기
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.
S. R. Lee, "Decaying/expanding distribution of RDPS in？the half section of a dispersion-managed optical link？combined with mid-span spectral inversion," Journal of？Information and Communication Convergence Engineering, Vol. 17, No. 4, pp. 227-233, Dec. 2019.

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