비간섭성광 주입기반 파장분할 다중방식 수동형 광가입자망의 성능 연구

Abstract

최근 high definition (HD) television, 3-D television, video communications 과 같은 대용량의 영상 서비스가 급증하고 있다. 뿐만 아니라 유선 및 무선 서비스를 단일 플랫폼에서 제공할 수 있는 유무선 통합망에 대한 요구가 증가하고 있다. 이러한 변화를 수용하기 위해 기존의 구리선 기반의 통신망을 광섬유가 대체하고 있고, 이에 따라 통신 대역폭 및 전송 거리가 획기적으로 증가되었다. 이러한 Fiber-to-the-x (FTTx)를 실현하기 위해 다양한 방법이 제안되었고, 특히 넓은 대역폭, 높은 신뢰성과 보안성, 유지 관리의 용이성 등의 장점을 가진 파장분할 다중방식 수동형 광가입자망 (WDM-PON: wavelength division multiplexing-passive optical network)이 궁극적인 해결책으로 고려되고 있다. 그러나 이러한 WDM-PON의 광범위한 활용을 위해서는 저가격이면서 파장 무의존성을 가진 광원의 개발이 필수적으로 여겨진다. 이를 위해 유지 및 관리가 쉽고, 파장 무의존성을 가지며 채널 당 기가 비트 이상의 전송이 가능한 ASE(amplified spontaneous emission)주입 기반 WDM-PON이 제안되었다. 하지만 이러한 ASE주입 기반 WDM-PON에서는 파장분할된 ASE의 비팅 잡음이 시스템의 성능을 제한하게 된다. 광 전송장치에 구비된 반사형 변조기의 이득 포화 현상을 이용하여 이러한 잡음을 억제할 수 있지만 광 신호가 파장분할 다중화/역다중화기를 통과할 때 잡음이 다시 증가하게 된다. 또한 광섬유를 통과할 때 발생하는 색분산 역시 잡음을 증가시키는 요인으로 작용하게 된다. 뿐만 아니라 광선로에서 발생하는 반사에 의한 페널티와 및 옆 채널과의 간섭에 의한 페널티가 발생하게 되고, 색분산에 의해 신호 자체가 왜곡되는 현상도 발생한다. 따라서 이러한 복잡한 장애요인들을 분석하고, 이를 기반으로 ASE주입기반 WDM-PON을 설계할 수 있는 방법이 필요하다. 본 논문에서는 반사형 광변조기의 이론 모델을 제안하고, 이를 이용하여 ASE주입 기반 WDM-PON의 성능을 연구한다. 또한 이러한 연구 결과를 기반으로 성능을 향상시킬 수 있는 방법을 제안한다. 우선 pre-filtering 방법을 이용하여 파장분할 다중화/역다중화기에서 발생하는 잡음 증가 현상을 억제한다. 도한 다중 전극을 갖는 패브리 페롯 레이저 다이오드 (F-P LD: Fabry-Perot Laser Diode)를 이용하여 외부 환경에 의한 성능 열화가 발생하지 않도록 한다. 이를 통해 채널당 2.5 Gb/s 전송이 가능한 32채널 시스템과 채널당 1.25 Gb/s 전송이 가능한 128 채널 시스템을 구현한다. FEC (Forward Error Correction)를 이용하면 요구되는 주입파워를 감소시키고 전송 거리를 확장할 수 있다. 특히 채널 당 1.25 Gb/s 전송이 가능한 시스템에서 FEC를 적용함으로써 수용 가능한 최대 채널 수와 이 때 최대 전송거리를 분석하였다. 또한 채널 당 10 Gb/s 의 신호 전송이 가능한 시스템을 구현하고, 총 40 채널(400 Gb/s)에 대해서 20 km 상향 신호 전송을 수행하였다. 마지막으로, 이러한 연구 결과를 토대로 ASE주입 기반 WDM-PON을 위한 광 링크 설계 방법을 제안하였다.