The required bandwidth of access networks increases rapidly to support image based WWW, Internet shopping, video on demand, HDTV, and interactive game, etc. The copper based access network can support a few Mb/s data rate depends on transmission distance. However, it is not sufficient for high speed users. To accommodate the high speed users, the access network based on optical fiber is the only solution.
Among many optical access networks, a passive optical network is regarded as the most cost effective one, since it has no active elements between the central office and the subscribers. The passive optical network based on wavelength division multiple access (WDM-PON) can provide almost unlimited bandwidth to the subscriber with protocol transparency. To realize cost-effective WDM-PON, development of a low cost WDM source is essential. We used a wavelength-locked Fabry-Perot laser as a low cost WDM source. To increase the number of subscribers, we propose subcarrier multiple access (SCMA) with wavelength division multiple access (WDMA).
The proposed hybrid WDMA/SCMA PON was realized for a single WDM channel and 3 SCMA channels. In the experiment, there were 10 km fiber between central office and AWG, 5 km fiber between the AWG and subscribers. For SCMA, RF frequency of 580, 900 and 1,210 MHz were assigned to 3 different subscribers. The data rate for the subscribers is 100 Mb/s. We demonstrated error free transmission for two users, while we have error floor at $10^{-8}$ BER for 3 subscribers. We expect error free transmission with 3 subscribers with the numerical simulation, since the wavelength locked F-P lasers have wide linewidth of 60 GHz. The discrepancy can be explained with a small modulation index of the optical signal in the experiment. It may be noted that we can not realized hybrid WDMA/SCMA PON with DFB lasers, since optical beat interference noise is too high due to narrow linewidth of the DFB laser.
The proposed PON can reduce the cost of WDMA only system and it will be a key architecture of the cost effective PON for high speed subscribers.
본 논문에서는 앞으로 도래하게 될 파장 분할 다중 방식 수동형 가입자망에 있어서 용량 증대를 위한 방법으로 WDM PON에 SCMA를 적용하여 Hybrid WDMA/SCMA PON을 제안하였다. 또한, 광원으로는 파장 고정 패브리 페로 레이저를 사용하여 광 가입자망의 경제성을 제고하였다.
실험에 앞서 각 광원에 대해서 WDMA/SCMA PON에 적합한 광원인지를 시뮬레이션 해보았다. 먼저 파장 고정 광원으로 가장 많이 쓰이는 DFB( Distributed Feedback) laser의 경우 linewidth를 4MHz 라고 했을 때, OBI ( Optical Beat Interference ) 잡음이 커지게 되어 WDMA/SCMA PON 광원으로 적합하지 않음을 보았다. 그러나 파장 고정 패브리 페로 레이저를 사용한 경우, linewidth가 60GHz로 넓어 DFB전송 때보다 OBI 잡음이 줄어 들었고 PSK 전송 포맷을 사용할 경우 BER= $10^{-9}$ 품질로 가입자를 셋까지 유치할 수 있음을 보았다.
실험 구성은 CO( Central Office )와 AWG사이, AWG와 가입자 사이에 각각 10km, 5km 광섬유를 놓고, 하나의 파장에 대해서 각 가입자에게 RF 주파수를 580, 900, 1210 MHz로 할당 하였다. 전송 속도는 100Mb/s였다. 실험 결과 4MHz의 linewidth를 갖는 DFB 레이저와 Tunable 레이저를 동시에 전송했을 때, OBI 잡음이 커서 전송 할 수 없음을 보였다. 그러나 파장 고정 패브리 페로 레이저를 광원으로 사용하였을 경우, 두 가입자까지 error free 전송이 가능하였고, 세 가입자 전송에서는 BER=$10^{-8}$ 근처에서 error floor가 발생했으나 이것은 실험에서 사용된 광신호의 modulation index가 시뮬레이션 때의 그것보다 작았기 때문이었다.
본 논문에서는 제안된 WDMA/SCMA PON이 가입자 수를 WDMA PON만 있을 때보다 늘릴 수 있음을 보였을 뿐만 아니라, 가입자 당 가격을 낮추게 되어 향후 가입자 망에 저가의 PON을 구축하는데 핵심 구조가 될 것으로 기대된다.
