Recently, voice- and text-oriented services have evolved to data- and image-based services due to the growth of the Internet with new variety of video services. This paradigm change requires new access networks that support high-speed, symmetric, and guaranteed bandwidth. FTTH is considered as an ultimate solution to meet higher bandwidth requirements in access networks. Moreover WDM-PON has been extensively investigated for the FTTH, since it provides almost unlimited bandwidth to the subscribers with protocol and bit rate transparencies. However, WDM-PON requires the wavelength specified sources that bring about difficulties in management and inventory. Recently, a wavelength-locked F-P LD with an ASE injection was proposed to resolve drawbacks in WDM-PON. However, reduction of channel spacing increases an intensity noise of the spectrum sliced ASE. Thus, ASE based BLSs such as an EDFA based ASE, a LED, and a SLD limit scalability of WDM-PON.
In this thesis, we propose and demonstrate a low-noise BLS by using mutually injected F-P LDs. The low-noise BLS shows multimode output with mode spacing of solitary F-P LD. One mode from the low-noise BLS has a broadened 3 ㏈ linewidth of 0.2 ㎚. The measured RIN of each mode is -135 ㏈/㎐ which is about 30 ㏈ less than RIN of the spectrum sliced ASE with the same linewidth. The RIN spectrum has a periodic noise peak at the frequency determined by the passive cavity length between two F-P LDs. The RIN was improved and linewidth was broadened by modulating one of the F-P LDs with a small RF signal. The modulation frequency was detuned from the noise peak to prevent mode locking. These features are important to have the low-noise BLS for high speed applications.
As applications of the proposed low-noise BLS, we proposed and demonstrated a DWDM-PON at a 50 ㎓ channel spacing. The DWDM-PON based on wavelength locked F-P LD showed a color-free operation with the low-noise BLS, while that with a conventional BLS did not show color-free operation. To take advantage of the low-noise characteristic, we used Manchester coded data at 100 Mb/s. The DWDM-PON at higher bit rate of 622 Mb/s was also demonstrated with improved low-noise BLS. We also confirm superior performance of the high speed DWDM-PON compared with ASE based BLS. Moreover, 1.25 Gb/s WDM-PON can be realized by using the low-noise BLS with Manchester data at channel spacing of 100 ㎓ which is not easy in a WDM-PON with ASE based BLS. Thus, WDM-PON with the proposed low-noise BLS is useful to realize highly scalable WDM-PON.
Recently, network service providers have begun to deploy TDM-PONs such as B-PON, E-PON, or G-PON. However, the guaranteed bandwidth and QoS provided by these PONs might not be enough to satisfy the increasing bandwidth requirements of future video-centric services with HDTV quality. Thus, current TDM-PONs will eventually need to be upgraded. We propose and demonstrate an easy and efficient evolution method from TDM-PONs to next-generation PONs. A single-type wavelength band combiner/splitter enables a simple and efficient evolution of TDM-PON maintaining the current PON infrastructure and wavelength plan. The crosstalk effect between the legacy PON and a WDM-PON based on wavelength-locked F-P LD as a next-generation PON is negligibly small. The proposed upgrade method also worked for a TDM-PON with a video overlay channel.
Therefore, the proposed low-noise BLS provides highly scalable WDM-PON. In addition, the proposed evolution scenario enables a simple and efficient evolution from TDM-PON to WDM-PON for future video centric services, although current major deployment is TDM-PON.
오늘날 인터넷의 급속한 확산으로 기존의 음성 전화와 텍스트 중심의 서비스가 영상 및 화상 중심의 멀티미디어 서비스로 빠르게 전환되면서 가입자망 (Access Network)의 고도화에 대한 요구가 급격히 증가하고 있다. 앞으로의 서비스는 음성이나 데이터 중심이 아닌 멀티미디어 영상 중심이 될 것이다. 이로 인해 음성과 데이터 중심의 서비스였던 기존의 인터넷과는 현저히 다른 특성이 차세대 가입자망에 요구된다. 미래의 가입자망은 가입자에게 보장할 수 있는 대역폭이 넓고 (양방향100 Mb/s 이상), QoS가 확보되어야 한다. 따라서, 이러한 넓은 대역폭의 TPS를 안정적으로 제공하기 위해서는 가정집까지 단일모드 광섬유를 포설하여 서비스를 제공하는 FTTH (Fiber-to-the-Home)가 유일한 대안이다. FTTH를 구현하는 여러 기술들 중에서도 경제적이면서 유지 보수가 쉬운 수동형 광가입자망 (PON: Passive Optical Network)에 대한 연구가 가장 활발히 진행되고 있다. PON의 대표적인 방식에는 시간분할 다중방식 수동형 광가입자망 (TDM-PON: Time Division Multiplexing PON)과 파장분할 다중방식 수동형 광가입자망 (WDM-PON: Wavelength Division Multiplexing PON)이 있다. 특히 WDM-PON은 넓은 대역폭, 높은 보안성, 쉬운 확장성, 그리고 전송 속도와 프로토콜에 대한 투명성 등의 장점들을 갖고 있기 때문에 궁극의 광대역 광가입자망으로 인식되고 있으며, 이에 대한 연구가 활발히 진행 되고 있다. 현재까지 제안된 WDM-PON을 위한 광원 중 파장 무의존성을 가진 가장 경제적인 방법은 파장 잠김된 페브리 페롯 레이저 다이오드 (wavelength-locked F-P LD: wavelength-locked Fabry-Perot Laser Diode)이다. 이는 비간섭성 광원을 다중모드로 발진하는 F-P LD에 주입하여, 비간섭성 광원의 파장에 F-P LD의 발진 파장을 고정시키는 방법이다. 현재 주로 사용되고 있는 광대역 비간섭성 광원 (BLS: Broadband Light Source)으로는 발광 다이오드 (LED : Light Emitting Diode), 초발광 다이오드 (SLD : Super Luminescent Diode), 자연 방출광 (ASE : mplified Spontaneous Emission)을 내는 어븀 첨가 광증폭기 (EDFA : Erbium-Doped Fiber Amplifiers)를 예로 들 수 있다. 그러나 LED는 파워 레벨이 낮으며, SLD의 경우는 출력 파워는 충분하나 소자 자체의 가격이 높고, EDFA는 고가이면서 부피가 큰 단점이 있다. 이러한 BLS의 주입으로 파장 잠김된 F-P LD 광원은 WDM-PON에서 사용하는 도파관 배열 격자 (AWG: Array Waveguide Grating)의 통과 대역폭이 좁을수록 주입되는 ASE의 잡음이 증가하므로 좁은 채널 간격을 갖는 50 GHz 간격의 DWDM-PON 에서 파장 무의존성을 보장하기 어려울 뿐만 아니라 고속 전송에도 한계가 있다. 따라서 ASE 기반의 BLS가 가진 한계점을 극복하기 위한 방안으로 저잡음 특성을 지닌 BLS의 필요성이 제기된다. 저잡음 BLS를 광원으로 사용하면 ASE 기반의 BLS보다 잡음 특성이 우수하므로 광가입자 망의 성능을 향상시킬 수 있고 전송 용량을 증대시킬 수 있다. 본 논문에서는 통신과 방송이 융합되어 하나의 네트워크 인프라에서 100 Mb/s 이상의 대역폭을 효율적으로 제공하기 위한 차세대 가입자망 기술인 WDM-PON의 구조에서 활용할 수 있는 저잡음 특성을 구비한 BLS를 저가의 F-P LD를 사용하여 상호 주입 원리로 구현한다. 구현된 저잡음 BLS는 사용된 F-P LD와 동일한 파장 간격을 갖는 다중 모드 형태의 BLS이며, BLS 한 모드의 선 폭이 0.2 nm까지 넓어지고 RIN 또한 -135 dB/Hz로 필터링된 기존의 ASE 기반의 BLS에 비해 30 dB의 잡음이 개선된 특징을 가진다. 이때 저잡음 BLS의 잡음은 BLS를 구성하는 두 개의 F-P LD 사이의 광섬유 길이인 수동 공진기에 의해 발생하는 주기적인 잡음 피크를 제외한 부분에서 저잡음 특성을 보인다. 또한 저잡음 BLS의 RIN과 선 폭은 BLS의 주기적인 잡음 주파수를 벗어난 소신호 변조를 통해 개선시킬 수 있다. 따라서 소신호 변조된 저잡음 BLS는 고속 전송을 위해 적용될 수도 있다. 구현된 저잡음 BLS를 주입하여 파장 잠김된 F-P LD를 광원으로 한 50 GHz 채널 간격의 DWDM-PON 파장 무의존성을 확인였다. 이때, 저잡음 BLS의 저잡음 특성을 활용하기 위해 100 Mb/s의 Manchester 변조 포맷을 이용하였다. 저잡음 BLS의 주입으로 파장 잠김된 F-P LD를 이용하여 비트율이 622 Mb/s로 증가된 WDM-PON의 가능성 또한 살펴보았으며 1.25 Gb/s 의 고속 WDM-PON이 100 GHz 채널 간격으로 구현될 수 있는 가능성을 분석하였다. 따라서, 저잡음 BLS를 기반으로 한 1.25 Gb/s WDM-PON은 기존의 ASE 기반 BLS를 사용한 WDM-PON에 비해 전송 용량을 2배로 확장할 수 있으므로 저잡음 BLS를 적용한 WDM-PON은 전송 확대측면에서 유리하다고 할 수 있다. 최근에 B-PON, E-PON, 또는 G-PON형태의 TDM-PON이 이미 포설되어 가입자망에서 쓰이고 있다. 그러나 기존의 TDM-PON은 하지만 TDM-PON에서는 상 하향 전송 속도가 고정되어 있으므로 가입자 수가 늘어남에 따라 각 가입자당 제공할 수 있는 대역폭이 줄어든다. 또한, 현재의 TDM-PON은 가까운 미래에 가입자가 요구하는 대역폭은 만족할 수 있지만 Super HD TV (8 M pixels): 32 ?? 60 Mb/s 또는 Ultra HD TV (32 M pixels): 256 ?? 480 Mb/s 형태의 고화질 비디오 서비스가 실현되는 것을 감안하면 차세대 PON (next-generation PON)으로의 진화는 필수적이다. 따라서,기존의 TDM-PON의 인프라를 그대로 이용하면서 차세대 PON으로의 진화를 효율적으로 할 수 있는 방법 및 네트워크 구조를 제안하였으며 이의 가능성을 시험하였다. 기존의 TDM-PON 상향 및 하향 신호는 그대로 통과시키면서, WDM-PON에서 사용될 광 신호를 추가할 수 있는 파장대역 결합 및 분리기를 사용하여 기존의 TDM-PON에서 WDM-PON으로의 진화 가능성을 살펴보았다. 또한, video overlay를 포함하는 TDM-PON에서 WDM-PON으로의 진화 가능성에 대해서도 실험적으로 살펴본 결과, 기존의 TDM-PON기반의 가입자 망에 WDM-PON을 추가함으로써 발생되는 crosstalk효과는 거의 무시할 수 있었으므로 파장대역 결합 및 분리기를 사용한 WDM-PON으로의 효율적인 진화가 가능함을 확인하였다.
