본 논문에서는 MSSI 보상 기법을 채택한 1,200 km의 WDM 전송 시스템에서의 비트 에러율, 수신 감도, 입사 전력 최소 허용치를 증폭기 간격에 따라 수치적으로 살펴보았다. 변조 파형 형식에 관계없이 수신 감도와 입사 전력 최소 허용치 모두 증폭기 간격이 증가할수록 나빠지는 것을 알 수 있었다. 수신 감도 측면에서는 NRZ 전송보다 RZ 전송을 하는 경우 감도를 개선할 수 있었지만 실제 입사 전력 허용치 면에서는 NRZ가 RZ 전송보다 유리한 것을 확인하였다. 아울러 증폭기 간격을 50 km 이하로 해야만 수신 감도와 입사 전력 최소 허용치 모두 분산 계수, 채널 파장, 펌프광 전력에 비교적 영향을 적게 받는 것을 확인할 수 있었다.
단일 모드 광섬유 (SMF; single mode fiber)로 구성된 960 km의 전체 전송 링크에 축적된 분산을 보상하기 위해 inline 분산 제어 (DM; dispersion management)이 적용된 경우에 precompensation만의 조절로 24개의 각기 다른 파장을 갖는 RZ 형식의 신호를 양호하게 전송할 수 있는 전체 잉여 분산량 (NRD; net residual dispersion)을 RZ 형식의 충격 계수와 전송 링크의 중계 거리 당 잉여 분산량 (RDPS; residual dispersion per span)에 따라 도출하였다. 전송 링크의 RDPS가 적을수록 24개 파장 모두의 유효 NRD 범위를 늘릴 수 있고, 동일한 RDPS에서는 RZ 형식의 충격 계수가 증가될수록 유효 NRD 범위가 증가되는 것을 확인하였다.
파장 분할 다중 (WDM; wavelength division multiplexed)과 같은 다중 전송 신호의 장거리 전송은 전송 링크에 분산 제어와 광 위상 공액의 적용, 그리고 이 둘의 결합을 통해 색 분산과 비선형성에 의한 왜곡을 보상할 수 있기 때문에 가능해졌다. 광 위상 공액을 광 전송 링크에 적용하는 데 있어 가장 큰 장애 요소는 핵심 소자인 광 위상 공액기의 위치가 전체 전송 라인 중간에만 위치해야 한다는 것이다. 본 논문은 이러한 OPC의 위치 제약성을 비대칭 분산 맵의 적용을 통해 극복할 수 있다는 것을 보이고 있다. 본 논문에서 고려한 OPC의 위치는 전체 48개의 광섬유 스팬 중 8번째와 9번째 광섬유 스팬 사이에 존재한다. 또한 분산 맵은 OPC를 중심으로 비대칭한 누적 분산 프로파일을 갖는다. 시뮬레이션 결과 제안한 비대칭 분산 맵의 누적 분산 프로파일 분포의 전체적 모양과 프로파일 기울기의 선택에 따라 WDM 채널의 왜곡 보상 효과를 전통적 분산 맵이 적용된 링크에서보다 늘릴 수 있는 것을 확인하였다.
광 위상 공액과 분산 제어 (DM; dispersion management)를 결합한 기술은 단일 모드 광섬유 (SMF; single mode fiber)의 색 분산과 비선형 Kerr 효과에 의한 광 신호 왜곡을 보상하는 대표적인 기술이다. 하지만 일반적으로 사용되는 고정된 각 중계 구간의 SMF 길이는 광전송 링크의 유연한 구성을 방해한다. 본 연구의 목적은 DM 광전송 링크를 구성하는 모든 중계 구간의 SMF 길이의 랜덤 분포를 통한 초고속 장거리 광전송 시스템의 유연한 구성 가능성을 살펴보는 것이다. 랜덤 분포에 의해 평균적으로 갖게 되는 SMF 길이가 짧을수록 파장 분할 다중 (WDM; wavelength division multiplexing) 신호 왜곡 보상에 효과적인 것을 확인하였다. 또한 각 중계 구간의 SMF 길이를 랜덤하게 분포시키는 DM 링크에서 우수한 보상을 위한 전체 잉여 분산의 조절은 postcompensation이 적합하고, 그 전체 잉여 분산(NRD; net residual dispersion) 크기는 -10 ps/nm인 것을 확인하였다.
전체 광 중계 구간 모두 불규칙한 분산 계수를 갖는 단일 모드 광섬유와 분산 보상 광섬유 (DCF; dispersion compensating fiber)를 이용한 융통적인 분산 제어 링크 구조를 제안하였다. 링크의 융통적 구성은 각 전송 반 구획에서 DCF의 분산 계수를 기준으로 이들을 인위적으로 분포시켜서 가능하게 하였다. 광 위상 공액기 전의 전송 반 구획에서는 DCF의 분산 계수를 점진적으로 증가시키고, 광 위상 공액기 다음의 전송 반 구획에서는 DCF의 분산 계수를 점진적으로 감소시키는 'AD' 분포에서 왜곡된 파장 분할 다중(WDM; wavelength division multiplexed) 신호가 최상으로 보상되는 것을 확인하였다. 따라서 왜곡된 WDM 채널의 보상 효과를 더욱 증가시키기 위해서는 광섬유의 길이, 중계 구간 당 잉여 분산뿐만 아니라 광섬유의 분산 계수에 상관없이 'AD' 분포를 선택할 필요가 있다는 것을 확인하였다.
본 논문에서는 역지향성 능동배열 안테나용 2-포트 주파수 혼합기를 설계 제작하였다. 역지향성 안테나는 임의의 방향에서 입사하는 전파를 그 방향으로 되돌려 복사시키는 안테나 배열 시스템으로서, 반사파가 입사 반대방향으로 파면(wave front)을 갖도록 하기 위해서는 입사신호의 위상을 180도 천이 시키는 공액 위상변위기가 필요하다. 역지향성 배열에서 공액 위상변위기는 주파수 혼합기로 구현할 수 있다. 2-포트 주파수 혼합기는, 일반적인 3-포트 구조와 달리, RF/IF 신호를 동일 포트에서 사용함으로써 입력단의 신호 결합회로를 사용하지 않아도 되며, 임피던스 정합이 용이하다는 장점을 갖는다. 회로 제작을 위한 비선형소자로 p-HEMT가 사용되었으며, -10 dBm의 LO 전력을 인가하였을 때, 변환손실 -1 dB와 RF 전력 -15 dBm의 1-dB 억압점(compression point)이 측정되었다.
대용량 장거리 광통신 시스템에서 광섬유가 갖는 색 분산과 비선형 효과 때문에 신호 왜곡이 발생한다. MSSI (mid-span spectral inversion)와 결합된 분산 제어 (DM; dispersion management) 기술은 이러한 단점을 극복할 수 있는 기술 중 하나이다. DM 링크의 가장 간단한 구조는 전송 링크를 구성하는 모든 광 중계 구간의 단일 모드 광섬유 (SMF; single mode fiber) 길이와 중계 구간 당 잉여분산 (RDPS; residual dispersion per span)을 모두 균일하게 분포시키는 것이다. 본 논문에서는 SMF 길이와 RDPS를 인위적으로 분포시키거나 랜덤하게 분포시킨 링크 구조에서의 성능 평가 시 중요한 기준이 되는 MSSI와 결합된 균일 분포 DM 링크에서의 시스템 성능을 중계 구간 수에 따라 분석하였다.
본 논문에서는 분산 천이 광섬유를 전송로로 채택한 10 Gbps, 20 Gbps, 40 Gbps 전송 시스템에서의 전력 대칭 MSSI(mid-span spectral inversion)에 의한 보상 정도를 변조된 광 펄스의 다양한 첩 파라미터에 따라 분석하였다. 우선 각각의 전송 속도에서 입력 전력 변화에 따른 수신단에서의 EOP(eye-opening penalty)를 계산하여 수신 성능을 양호하게 유지할 수 있는 최대 입력 전력의 크기를 첩 파라미터에 따라 살펴보았다. 또한 MSSI의 장거리 광대역 WDM 전송 시스템에의 적용 가능성을 확인해 보기 위하여 송신단부터 광 위상 공액기(OPC; optical phase conjugator)가지의 첫 번째 광섬유의 분산 계수 D$_{11}$ 변동에 따른 EOP의 고찰을 통해 수신 성능이 양호하게 유지될 수 있는 송신 과장의 범위를 살펴보았다. 본 논문에서 제안된 최적 펌프 전력 조건을 유지하는 MSSI 방법은 이상 분산(anomalous dispersion) 영역에서 변조 과정을 통해 광 펄스에 인가된 초기 첩이 up-chirp 인 경우보다 down-chirp인 경우에서 더욱 효과적임을 확인할 수 있었고. 장거리 WDM 전송에서 비트율에 따라 3.5 dBm 이상의 비교적 높은 전력으로 수~수 십 nm 이상의 광대역 전송이 가능하다는 것을 확인할 수 있었다.다.
320 Gbps WDM 시스템의 전송로에 색 분산과 자기 위상 변조 외에 상호 위상 변조 현상(XPM ; Cross Phase modulation)이 존재하는 경우 XPM 현상이 광 펄스 왜곡 보상에 미치는 영향을 광섬유분산 계수와 변조 파형 형식에 따라 분석해 보았다. 본 논문에서 고찰한 WDM 시스템은 전체 전송 링크 중간에 HNL-DSF (Highly Nonlinear Dispersion Shifted Fiber)를 비선형 매질로 이용한 광 위상 공액기를 두어 보상하는 MSSI (Mid-Span Spectral version) 기법에 기초를 두고 있다. MSSI가 적용 된다고 하더라도 WDM 채널간 XPM의 영향이 존재하면 전체적인 보상 정도가 감소하여 최대 전송 채널 전력의 크기가 광섬유 분산 계수에 관계하여 줄어드는 것을 확인할 수 있었고, WDM 시스템의 광섬유 분산 계수가 클수록 임의의 채널에 왜곡을 유도하는 XPM의 영향을 크게 감소시킬 수 있는 것을 알 수 있었다. 아울러 XPM의 영향을 최소화하기 위해 WDM 시스템에 분산 계수가 큰 광섬유를 사용하는 경우 전송 펄스 형식을 RZ보다 오히려 NRZ로 하게 되면 모든 채널을 매우 비슷한 정도로 보상할 수 있다는 것을 확인하였다.
HNL-DSF(Highly Nonlinear Dispersion Shifted Fiber) 광 위상 공액기를 이용한 MSSI(Mid-Span Spectral Inversion) 기법이 적용된 320 Gbps WDM시스템에서 전송 형식으로 각각 NRZ와 RZ를 사용하는 경우 채널 입력 전력, 광섬유 분산 계수, 전송 거리 변화에 따른 보상 특성을 분석해 보았다. 우선 광섬유의 분산 계수가 비교적 낮은 WDM시스템에서는 파형 형식이 RZ인 경우가 NRZ인 경우보다 더욱 높은 전력의 신호에 대해서도 고품질 전송이 가능하다는 것을 알 수 있었다. 두 번째 광섬유로 입사되는 공액파의 전력이 낮은 채널들에 대한 보상 효과 감소가 광섬유의 분산 계수가 클수록, 그리고 NRZ 형식보다는 RZ 형식에서 더욱 두드러지게 나타나고, 그로 인해 전체 채널의 고품질 전송을 보장하는 광섬유의 분산 계수가 제한되어야 한다는 것을 확인할 수 있었다. 또한 광섬유의 분산 계수가 작은 WDM 시스템에서는 RZ 형식이, 광섬유의 분산 계수가 큰 WDM 시스템에서는 NRZ 형식이 장거리 전송에 적합하다는 것을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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