Wavelength-division-multiplexed passive optical network (WDM PON) has many advantages such as large capacity, easy management, network security, and upgradeability. However, it has not been widely deployed yet due to the costs and complexities involved in the wavelength-specific light sources required at every subscriber's site. To solve this problem, various types of colorless light sources have been proposed including the spectrum-sliced LED's, ASE-injected FP-LD, and reflective semiconductor optical amplifiers (RSOA's). In particular, the RSOA is attractive because it can reuse the downstream signal received at the optical network unit (ONU) for upstream transmission (i.e., the RSOA amplifies and re-modulates the downstream signal with upstream data and sends back to the central office (CO)). Thus, this technique does not require any additional broadband light sources (such as high-power ASE source) at the CO and can provide sufficient power budgets for the upstream signals. However, if the RSOA operates in the unsaturated regime, the performance of the upstream signal could be seriously deteriorated due to the uncompressed thick '1-level'. Thus, the optical power of the downstream signal incident on the RSOA should be large enough to ensure its operation in the saturated regime.
In this thesis, the possibility of mitigating the requirement of the incident power is evaluated by using various modulation formats for the downstream signals in the WDM PON using the RSOA's. For this purpose, the downstream signals were modulated in non-return-to-zero (NRZ), inverse-return-to-zero (IRZ), and Manchester codes, and then the effects of using these formats on the performances of the upstream signals were evaluated. The results showed that the performances of the upstream signals in the WDM PON using the RSOA's could become insensitive to the optical power incident on the RSOA by modulating the downstream signal in Manchester format. Thus, the power budget of the RSOA-based WDM PON could be substantially improved by modulating the downstream signals in Manchester format. As a result, the maximum transmission distance of the RSOA-based WDM PON could be doubled by modulating the downstream signals in Manchester format instead of NRZ format.
최근 데이터 서비스와 인터넷 사용량의 급격한 증가와 더불어 각종 미래형 통신서비스의 발달로 인하여, 광섬유를 가입자까지 연결하여 초고속 광대역 데이터 전송이 가능한 광 가입자망 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 광 가입자망 중, 수동형 광 가입자망 (passive optical network)은 중앙기지국 (central office)과 각 가입자 (subscriber)를 연결하는 망의 구성에 있어서 광섬유 (optical fiber), 다중화기/역다중화기 (multiplexer/demultiplexer), 분배기 (splitter), 연결기 (connector) 등의 수동형 광 소자만을 사용한다. 따라서 망의 유지/관리 및 보수가 용이하고, 별도의 전력 공급이 필요 없는 장점을 가진다.
특히, 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망 (Wavelength-Division-Multiplexed Passive Optical Network: WDM PON)은 각 가입자마다 고유의 파장을 할당하여 전송 채널을 형성하기 때문에, 각 채널마다 광대역 전송이 가능하고 데이터의 보안성이 우수하며, 새로운 파장을 추가함으로써 가입자를 쉽게 증가시킬 수 있다. 그러나 각 가입자마다 독립적인 파장을 가지는 광원이 필요하기 때문에 포설 비용이 증가하며 구조가 복잡해지는 단점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 스펙트럼 분할 광원 (spectrum sliced LED’s), ASE 주입 FP-LD (ASE-injected FP-LD), 반사형 반도체 광 증폭기 (reflective semiconductor optical amplifier: RSOA)등과 같은 여러 가지 가입자광원 방식이 제안되었다. 이 중, 스펙트럼 분할 광원 방식은 스펙트럼 분할 시 낭비되는 파워가 크기 때문에 출력 파워가 낮은 단점이 있고, ASE 주입 FP-LD 방식은 중앙기지국에 별도의 광대역 광원(broadband light source)이 추가적으로 필요한 단점이 있다. 반면, RSOA를 사용하게 되면, 하향신호를 입력 받아 증폭/재변조하여 상향신호를 만들어내기 때문에 중앙기지국에 추가적인 광대역 광원이 필요 없을 뿐 아니라, 상향신호에 충분한 power budget 을 제공할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 최근의 연구에서 RSOA는 WDM PON의 구현에 있어서 colorless한 특징을 가지는 저가의 가입자 광원으로 각광 받고 있다.
하지만, RSOA를 가입자 광원으로 사용하는 경우에도 문제점은 발생한다. 하향신호를 입력 받아 증폭/재변조하여 상향신호를 만드는 RSOA의 특징으로 인하여, 상향신호의 성능이 하향신호에 의하여 영향을 받게 되는 것이다. RSOA 입력 파워가 충분히 커서 RSOA가 포화영역에서 동작하면, 하향신호의 소광비 (Extinction ratio)가 압축되어 출력되기 때문에 재변조된 상향신호의 high-level이 얇아져서 상향신호의 전송에 문제가 없다. 하지만, RSOA 입력 파워가 작아져서 RSOA가 선형영역에서 동작하게 되면, 하향신호의 소광비가 압축되는 효과를 얻지 못하기 때문에 재변조된 상향신호의 high-level이 두꺼워져서 상향신호의 전송성능이 급격히 나빠지게 된다. 또한, 하향신호의 소광비를 일정크기 이상으로 높이지 못하기 때문에, 하향신호의 전송성능도 나빠지게 된다. 따라서 RSOA기반 WDM PON에서는 RSOA에 충분히 큰 파워를 입력하여 RSOA를 포화영역 사용해야 하는 문제점이 발생한다.
본 논문에서는, 하향신호 변조방식을 변화시킴으로써, 기존의 NRZ 방식을 사용할 때 발생하는 RSOA 입력파워 문제 및 상향신호 성능 열화 문제를 해결하여 RSOA 기반 WDM PON시스템의 성능을 개선하는 방법을 제안하고, 실험을 통하여 알아보았다. 실험을 통하여, Manchester coding된 하향신호를 사용함으로써 기존의 NRZ 방식을 사용할 때에 비해서, RSOA 기반 WDM PON에서 현저히 개선된 상향신호 성능을 얻을 수 있고, power budget을 개선하여 전송 가능한 최대 거리를 2배 이상 증가시킬 수 있음을 확인하였다.
