본 논문에서는 0.8bit/s/Hz의 높은 대역효율을 얻을 수 있는 12.5GHz채널 간격의 양방향 초고밀도 파장분할다중화(UD-WDM: ultra-dense wavelength division multiplexing) 광채널을 80 km의 단일 모드 광섬유로 전송하였다. 초고밀도 WDM 시스템에서 요구되는 광채널 주파수의 안정화를 위해 BFL(beat-frequency-locking) 기술을 이용하였으며, 실험을 통하여 $\pm$200MHz 이내로 광채널을 안정화 시킬 수 있음을 보였다. 특히, 다수개의 비트 주파수 변별과 높은 주파수 변별력을 확보하기 위하여 RF 스펙트럼 분석기를 이용하였다. BFL 기술이 적용된 채널간격 12.5 GHz 양방향 광채널의 전송 패널티는 단방향 전송과 비교시 단지 0.3dB이었다.
본 논문에서는 광섬유에서 발생하는 그룹 속도 분산과 비선형 효과에 의한 왜곡을 보상하기 위해 적용하는 MSSI(Mid-Span Spectral Inversion)에서 광 위상 공액기(OPC; optical phase conjugator)를 중심으로 광 전력의 비대칭화 때문에 나타나는 기술적 한계를 부가적으로 집중형 분산 제어(DM; dispersion management) 기술을 결합시켜 극복할 수 있다는 것을 고찰하였다. 본 연구에서 고려한 집중형 DM은 송신단 바로 다음과 수신단 바로 앞에만 분산 보상 광섬유(DCF; dispersion compensating fiber)를 두는 구조(구조 A)와 전체 전송 링크 중간에 위치한 OPC의 바로 전후에 DCF를 두는 구조(구조 B)로 나누어 각 경우에 대해 전송 성능 개선 정도를 비교하였다. 분석 결과 MSSI에 구조 A의 집중형 DM이 결합된 경우가 구조 B가 결합된 경우에 비해 전송 성능을 크게 개선하는 것을 확인하였다. 본 논문에서 고려한 2가지 구조 모두 비선형 현상 중 자기 위상 변조(SPM; self phase modulation)에 의해 성능이 제한되는 WDM 시스템에서 총 전송 링크의 전체 잉여 분산량(NRD; net residual dispersion)이 양의 값으로 결정되어야 모든 채널에 대해 최상의 성능을 얻을 수 있다는 것을 확인하였다.
채널 간격이 100 ㎓로 일정하고 채널 비트율이 40 Gbps인 16-채널 WDM 시스템에 MSSI(Mid-Span Spectral Inversion) 기법을 적용한 경우의 4-광파 혼합(FWM: Four-Wave Mixing)에 의해 왜곡된 채널 신호의 보상 특성을 살펴보았다. MSSl를 통한 광대역 보상을 위해 광 위상 공액기(OPC: Optical Phase Conjugator)의 비선형 매질로 HNL-DSF(Highly-Nonlinear Dispersion Shifted Fiber)를 사용하였다. 우선 MSSI 기법을 이용하면 FWM에 의한 채널 간섭의 영향을 모든 채널에 걸쳐 특정 입력 전력 범위 내에서 비슷한 특성으로 줄일 수 있다는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 OPC에 의해 생성되는 공액파 전력이 입력 신호파 전력에 비해 작은 장파장 채널들은 광섬유의 분산 계수가 커질수록 보상의 정도가 줄어드는 것도 알 수 있었다. 즉 분산 계수가 비교적 적은 광섬유를 통해 채널 간격이 일정한 WDM 채널들을 특정 전력 이내에서 양호한 품질로 전송하는데 HNL-DSF를 이용한 MSSI 보상 기법이 효과적이라는 것을 확인할 수 있었다.
4G 이동통신 기지국에 있어서 최근에 DU (Digital Unit) 와 RU (Radio Unit) 로 분리되는 형상의 기지국이 많이 등장하고 있다. 본 논문에서는 차세대 4G LTE 및 LTE-Advanced 이동통신망에서 DU 와 RU 사이를 연결하는 CPRI (common public radio interface) 링크에 요구되는 통신망의 규격을 살펴보고 이를 WDM-PON 으로 구현하기 위한 요구규격을 분석하여 본 응용 시장에 뛰어들고자 하는 WDM-PON 시스템의 개발목표를 설정하고자 한다.
본 논문에서는 광 전송로로 비영 분산 천이 광섬유(NZ-DSF: Non Zero-Dispersion Shifted fiber)를 이용한 $8{\times}40$ Gbps WDM 시스템에서 모든 채널을 효과적으로 보상할 수 있는 광 위상 공액기(OPC: Optical Phase Conjugator)의 최적 위치와 광섬유의 최적 분산 계수 값을 도출하는 수치적 방법을 제안하였다. 이 방법의 유용성을 확인하기 위하여 도출된 두 최적 파라미터를 갖는 시스템에서의 보상 특성을 MSSI(Mid-Span Spectral Inversion)에서의 보상 특성과 비교하였다. 우선 OPC를 이용한 WDM 시스템에서 모든 채널을 효과적으로 보상하는데 있어 본 논문에서 구한 최적 파라미터 값들이 매우 유용하다는 것을 확인하였다. 그리고 이 최적 파라미터들은 구하는 순서에 크게 의존하지 않지만 서로 연관되어 있어야 한다는 것을 알 수 있었다. 본 논문에서 제안한 방법은 WDM 시스템에 OPC를 적용하고자 할 때 발생되는 OPC를 중심으로 한 광 신호 전력과 총 분산 값의 비대칭 문제를 해결할 수 있는 방법을 대체할 것으로 예상된다.
전체 전송 거리의 중간에서 위상 공액파로 반전시키는 MSSI (mid-span spectral inversion)을 분산 제어 링크에 결합시키면 색 분산과 비선형 효과에 의한 파장 분할 다중 (WDM; wavelength division multiplexed) 신호의 왜곡 보상에 매우 효과적이다. 이러한 MSSI 결합 분산 제어 링크에서 분산 맵의 모양, 채널의 데이터율, 채널 파장과 파장 간격 등은 보상 정도에 영향을 미치고, 결과적으로 WDM 신호의 전송 거리와 용량을 결정하게 한다. 본 논문에서는 MSSI 결합 분산 제어 링크에서 WDM 신호를 구성하는 RZ (return-to-zero) 펄스의 소광비에 따른 보상 특성을 분석하였다. 시뮬레이션 결과 소광비가 커질수록 '1'과 '0' 신호의 전력 차이가 증가하여 수신 성능이 좋아지는 일반적인 광전송 시스템에서의 결과가 아닌 분산 맵의 형태와 분산 맵의 구체적 모양을 결정하는 광섬유 스팬 당 잉여 분산의 크기에 따라 최상의 보상을 얻을 수 있는 소광비가 결정되어야 한다는 것을 알 수 있었다.
본 논문에서는 $16{\times}40$ Gbps WDM 시스템에서 모든 채널을 효과적으로 보상할 수 있는 광 위상 공액기의 최적 위치와 광섬유의 최적 분산 계수 값을 도출하는 수치적 방법을 제안하였다. 그리고 이 방법의 유용성을 확인하기 위하여 도출된 두 최적 파라미터를 갖는 시스템에서의 보상 특성을 현재 일반화된 MSSI (Mid-Span Spectral Inversion)에서의 보상 특성과 비교하였다. 우선 눈 열림 패널티와 비트 에러율 특성 분석을 통해 최적화된 파라미터를 사용하면 기존 MSSI를 채택한 시스템에 비해 매우 큰 성능 개선이 이루어지는 것을 확인하였다. 그리고 최적 파라미터들은 그것을 구하는 순서에 크게 관계없지만 두 파라미터가 서로 의존해서 구해져야 한다는 것을 확인할 수 있었다.
파장분할다중화(WDM) 방식은 그 풍부한 수용능력 때문에 늘어나는 인터넷 망 또는 고품질 통신망의 대용량 정보수요를 충족할 수 있는 최상의 해법이다. WDM 방식을 이용한 광전송시스템은 관리가 용이하고 설치비가 저렴하여, 최근 십여년 간 집중적으로 연구 개발되어지고 있다. 수 년 전까지도 이 분야의 주된 연구목적은 WDM 채널간의 최소간격을 1000Hz로 고정하고 채널 수를 늘려서 전체 광전송 용량을 증가시키려는 것이었다. 그러나 점차 광섬유의 손실을 보상하기 위해 사용되는 광섬유 증폭기의 비용부담이 증가하면서 채널간격을 줄여 대역효율을 높이는 전송기술이 연구되고 있다.(중략)
최근 양방향 전송에 기반을 둔 양방향 파장 분할 다중 방식(WDM: wavelength division multiplexing) 광통신망$^{(1-3)}$ 이 제안되고 있다. 양방향 파장 분할 다중 방식 광통신망은 광섬유의 수나 광증폭기의 수 등 경제적 비용을 경감할 수 있고 비선형 현상을 줄일 수 있다는 장점을 갖는다. 그러나 이러한 양방향 광통신망에서는 Rayleigh 역산란이나 다중 광반사, 각종 소자의 누화에 의한 상대 강도 잡음(RIN: relative intensity noise)에 의해 시스템의 성능과 통신망의 확장성이 심각하게 저하될 수 있다$^{(4)}$ . 따라서 상대 강도 잡음을 억제하면서도 양방향 광통신망의 장점을 살릴 수 있는 광증폭기 및 애드/드롭 모듈의 설계가 필수적이다. (중략)
분산 제어 (DM; dispersion management)와 광 위상 공액 (optical phase conjugation)이 적용된 파장 다중 (WDM; wavelength division multiplexing) 시스템의 유연한 구성을 위하여 중계 구간 당 잉여 분산 (RDPS; residual dispersion per span)이 랜덤하게 분포하는 전송 링크에서 전체 전송 거리에 따른 설계 기준을 도출하였다. 설계기준 분석에 사용된 DM 파라미터는 유효 전체 잉여 분산 (NRD; net residual dispersion)과 유효 입사 전력이다. 단일 모드 광섬유 (SMF; single mode fiber) 기준 전체 전송 거리가 1,000 km 이하인 링크에 랜덤 분포의 RDPS가 적용되는 경우 일정 분포에 비해 시스템 성능이 크게 차이나지 않아 유연한 네트워크 구성이 가능하고, 넓은 범위에 걸쳐 있는 WDM 채널에 대해 하나의 값이 아닌 폭넓은 NRD를 링크에 적용할 수 있다는 것을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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