12코어 결합섬유 1017km 전송 0.389Pb/s 기록

초록

본 논문은 현장에 설치된 12코어 결합다중코어섬유(12CCF)를 이용해 140 GBaud PS‑36QAM 신호를 4.65 THz WDM으로 전송하고, 53.5 km 구간에서 0.455 Pb/s, 1017 km 구간에서 0.389 Pb/s의 순전송 용량을 달성한 실험을 보고한다. 12코어 전체를 24‑채널 MIMO 처리한 공간 MIMO 전송으로 파장당 12 Tb/s 이상의 순비트레이트를 구현했으며, 장거리 현장 환경에서도 메모리 길이와 모드‑의존 손실이 안정적으로 유지됨을 확인하였다.

상세 분석

이 연구는 SDM(공간 분할 다중화) 기술을 실제 현장 배선에 적용한 최초 사례로, 12코어 결합다중코어섬유(12CCF)를 200 fiber 구성으로 구축하고, 15개의 스플라이스와 커넥터를 포함한 53.5 km 구간을 11개의 섬유로 직렬 연결해 4.86 km 길이의 케이블을 만든 뒤, 이를 19번 순환하여 총 1017 km 전송을 구현하였다. 핵심은 140 GBaud PS‑36QAM(2D 엔트로피 4.688 bit) 신호를 150 GHz 격자, 31 채널 WDM으로 전송하고, 96×24 복소수 MIMO 적응 이퀄라이저를 사용해 24 채널(12코어×2편파) 공간 MIMO 처리를 수행한 점이다.

전송 라인 손실은 0.176 dB/km(섬유 자체)이며, 스플라이스·커넥터 손실은 평균 0.12 dB로 매우 낮다. SMD(공간 모드 분산)는 전체 C‑밴드에서 평균 5.3 ps/√km 이하로 억제되어, 강하게 결합된 코어 간의 교차 결합 효과를 최소화한다. 20 dBm/코어(총 30.8 dBm) 입력 파워를 사용했으며, 전송 중 광증폭기와 WSS 기반 이득 평탄화가 적용돼 신호 대 잡음비가 유지된다.

수신 측은 단일 고속 코히어런트 수신기와 SDM‑TDM 변환기를 통해 12코어 신호를 시간분할로 복원하고, 70 GHz 밸런스 포토다이오드와 70 GHz 오실로스코프로 디지털 샘플링한다. 이후 오프라인 DSP에서 색소성 보정, CD 보정, 96×24 복소수 MIMO 이퀄라이저(FFT 2048)와 FEC(전방 오류 정정) 적용으로 순비트레이트를 산출한다.

실험 결과, 1 스팬(53.5 km)에서는 파장당 평균 14.69 Tb/s, 전체 455.4 Tb/s 순전송을 달성했으며, 19 스팬(1017 km)에서는 파장당 평균 12.55 Tb/s, 전체 389.3 Tb/s 순전송을 기록했다. 메모리 길이(Impulse response width)와 rms MDL은 거리와 시간에 걸쳐 거의 일정하게 유지돼(평균 1.34 ns, 1.98 dB) 현장 환경에서도 안정적인 전송이 가능함을 입증한다. 또한, 12 Tb/s/λ 이상의 비트레이트를 실현함으로써, 차세대 장거리 텔레콤망에서 코어당 10 Tb/s 수준, 전체 시스템에서 페타비트급 용량을 구현할 수 있는 실용적 로드맵을 제시한다.

이 연구는 (1) 현장 배선에서 다중 스플라이스·커넥터를 포함한 복잡한 네트워크 토폴로지에서도 고용량 SDM 전송이 가능함을, (2) 고속 140 GBaud PS‑QAM 신호와 넓은 4.65 THz 대역폭을 활용한 WDM/SDM 융합 전송이 실현 가능함을, (3) 96×24 복소수 MIMO 이퀄라이저가 대규모 공간 채널을 효율적으로 복구함을, (4) 전송 거리와 시간에 따른 메모리 길이·MDL 변동이 미미해 실제 운영망에서 신뢰성을 확보할 수 있음을 보여준다. 향후 연구는 전력 효율 개선, 더 높은 차수의 코어(예: 19코어) 활용, 그리고 실시간 DSP 구현을 통해 상용화 단계로 나아가는 것이 과제로 남는다.