Recently, there have been substantial interests in differential phase shift keying (DPSK) for the development of ultra long-haul fiber-optic transmission systems. This is because, in comparison to the conventional on-off keying (00K), DPSK has not only higher receiver sensitivity, but also more tolerance to fiber nonlinearities. Thus, it is expected that DPSK can increase the system margin and amplifier spacing. Previously, Gaussian noise statistics has been commonly used to estimate the bit-error-rate (BER) performances of fiber-optic transmission systems. However, it has been reported that, unlike in 00K system, this method is quite inaccurate for the DPSK system using a balanced receiver.
In this thesis, an exact noise statistics of DPSK signal has been analyzed in a pre-amplified system. The result shows that the noise statistics of DPSK signal obtained by single-ended receiver and balanced receiver can be characterized by Ricean distribution and convoluted Ricean distribution, respectively. The BER performances estimated by these noise statistics agreed well with the experimental results obtained by using 40-Gb/s DPSK signals.
최근 초장거리 대용량 광전송 시스템의 성능을 향상시키기 위한 방안의 일환으로 차동위상변조방식(DPSK: differential phase shift keying)에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. DPSK 변조방식은 balanced detector를 이용하여 수신할 경우 동일한 성능을 얻기 위하여 필요한 광신호대 잡음비가 세기변조방식(OOK: on-off keying)과 비교하여 3 dB 개선되는 효과가 있어 초장거리 광전송 시스템에 적합한 변조방식으로 인식되고 있다. 일반적으로 OOK 변조방식을 사용하는 광전송 시스템의 경우 광신호의 성능을 나타내기 위한 파라미터로서 Q값이 사용된다. 이는 수신된 신호의 잡음이 Gaussian 확률밀도함수를 갖는다고 가정하여 Q값으로부터 쉽게 비트오율(BER: bit error rate)을 계산할 수 있기 때문이다. 그러나 balanced detector를 이용하여 검출된 DPSK 신호의 경우 잡음의 분포를 Gaussian으로 가정하여 비트오율을 계산하면 3 dB의 신호대 잡음비 개선을 얻을 수 없다. 이는 balanced detector를 이용하여 수신된 DPSK 신호의 잡음 확률밀도함수가 정확하게 Gaussian을 따르지 않기 때문이다. 따라서 DPSK 변조방식과 balanced detector를 사용하는 광전송 시스템의 성능을 정확하게 예측하기 위해서는 정확한 잡음의 분포를 분석할 필요가 있다. 본 논문에서는 DPSK 변조방식을 사용하는 광전송 시스템의 수신기를 모델링하여 수신된 잡음의 정확한 확률밀도함수를 구하고 실험을 통해 이를 확인하였다.
