간섭형 잡음억제를 이용한 DWDM 광통신 시스템

Abstract

최근, 엑세스 및 메트로망에서 지속적으로 증가하는 대역폭 수요를 대처하기 위해 고밀도 파장분할 다중방식 (DWDM: Dense Wavelength Division Multiplexing) 광통신 시스템이 궁극적인 해결책으로 고려되고 있다. DWDM 시스템은 head-end와 tail-end 사용자 사이를 가상의 점대점 연결방식을 기반으로 하여 높은 대역폭, 우수한 보안성과, 간편한 확장성, 프로토콜에 투명성을 갖는 장점이 있다. 특히, 외부 다파장 광원을 이용한 주입기반 DWDM 시스템은 경제적이면서 안정적으로 멀티-기가급 서비스를 사용자에게 제공할 수 있기 때문에 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 주입기반 DWDM 시스템은 광대역으로 포설 가능성이 높고 이를 인정받아 ITU-T 국제 표준 기술로 승인되기도 하였다. 저가격의 외부 다파장 광원으로 고려되고 있는 광원은 증폭자발방출 (ASE: Amplified Spontaneous Emission) 기반의 광원과 패브리-페롯 레이저 다이오드 (F-P LD: Fabry-Perot Laser Diode) 및 상호주입된 F-P LD (MI F-P LD: Mutually Injected F-P LD)가 있다. 그러나 이러한 다파장 광원을 스펙트럼 분할하게 되면, ASE 기반의 광원의 경우, ASE-ASE 비팅 잡음이 발생하고 양자우물 이득매질 기반의 F-P LD의 경우 모드 분할 잡음이 크게 증가하는 문제점이 있다. 이러한 잡음은 광세기 잡음의 형태로 전송 시스템의 성능을 상당히 제한하는 요인이 된다. 본 논문에서는 주입기반 DWDM 시스템에서 광세기 잡음을 억제하기 위해서 간섭형 잡음억제 기술을 제안한다. 잡음억제기는 광섬유 기반의 마크-젠더 간섭계 구조를 갖고 있으며 DWDM시스템의 head-end에서 모든 DWDM 사용자에게 공유될 수 있기 때문에 비용-효율적으로 구현될 수 있다. 간섭형 잡음억제기의 성능을 평가하기 위해서 상대세기잡음 (RIN: Relative Intensity Noise) 측정과 통계적 잡음 분포 측정을 수행하였다. 또한 주입기반 DWDM 시스템에서 기존에 이용되고 있던 이득포화된 반사형 광증폭기 (RSOA: Reflective Semiconduc-tor Optical Amplifier)와 함께 간섭형 잡음억제가 수행되었을 때, 잡음억제 특성에 대해서 분석하였다. 마크-젠더 간섭계를 이용하여 잡음이 억제된 광원으로 채널당 10-Gb/s 상하향 신호 및 방송신호를 전송할 수 있는 주입기반 DWDM 시스템을 구현하였으며 비트오율 (BER: Bit-Error-Rate)을 실험적으로 측정하여 전송성능을 검증하였다. ASE 주입기반 광통신 시스템에서는 간섭형 잡음억제기의 영향으로 ─18 dBm의 낮은 주입광파워에서 1세대 전향오류정정 (FEC: Forward Error Correction) 코드의 임계치를 달성할 수 있었으며 3 dB의 요구 주입광파워를 감소시킴으로 인해서 서비스 제공 가능한 DWDM 시스템 수를 두 배로 증가시키는 효과를 얻었다. 또한 전송 성능 향상을 위해서 광펄스 형태의 ASE 광을 광송신기에 주입하여 10-Gb/s RZ (Return-to-Zero) 신호를 생성하였다. RZ 신호는 기존의 NRZ (Non-Return-to-Zero) 신호에 비해서 시간영역 비트-디시젼-마진이 넓고 신호-대-잡음비 (SNR: Signal-to-Noise Ratio)가 높기 때문에 더 나은 전송 결과를 얻을 수 있었다. F-P LD 주입기반의 DWDM 시스템에서는 마크-젠더 간섭계의 영향으로 BER이 3차수 (1/1000배) 이상 대폭적으로 감소하여 시스템 성능을 향상시켰다. 또한 F-P LD의 좁은 레이저 선폭으로 이 시스템에서는 색분산 보상 기술을 추가적으로 요구하지 않는 장점이 있다. 뿐만 아니라, 광송신기에서 발생하는 주파수 처핑에 대한 영향을 분석하였으며 그 영향으로 펄스 주입광 신호로 생성된 10-Gb/s RZ신호가 스펙트럼 폭이 더 넓음에도 불구하고 기존의 좁은 스펙트럼 폭을 갖는 NRZ 신호에 비해서 색분산에 더욱 내구성을 갖는 전송 특성을 보여주었다. 더불어 색분산에 대한 내구성을 더욱 강화시키기 위해서 CS-RZ (Carrier-Suppressed Return-to-Zero) 신호 변조 방식을 제안하는 시스템에 도입하여 성능 분석을 하였다...