Recently, a wavelength division multiplexing-passive optical network (WDM-PON) has been regarded as an ultimate solution for a next-generation access network since it has many advantages such as unlimited bandwidth, high flexibility, and high security. A colorless optical network unit can be realized with injection seeding. One of key limitation factors of WDM-PON with a coherent seed light is an optical in-band crosstalk caused by Rayleigh back-scattering and external reflections. There are many studies to mitigate the penalty of the in-band crosstalk in WDM-PON. Among them, filtering of low frequency noise with a signal process was proposed as an effective solution. However, there is room for improvement in this work since broad cut-off band of high pass filter (HPF) causes a signal distortion. To effectively apply this method, the HPF design should be investigated in detail.
In this paper, we mainly focus on design rule of the HPF for WDM-PON with a coherent seed light source. We investigate effects of the cut-off frequency of the HPF on the transmission performance as a function of linewidth of the seed light. We found that the cut off frequency-to-linewidth (C/L) ratio is a figure of merit to characterize effectiveness of the HPF. For effective supressuon of the in-band crosstalk, the C/L ratio of 5 is required. We verified it both simulation and ecxperimet. Beside of the C/L ratio, the cut-off frequency of the HPF should be select not higher than the first signal spectrum of the signal (10 MHz for 1.25 Gb/s signal with 27-1 PRBS) to prevent excessive signal distortion. We also investigated the effect of filter order on the signal distortion. Higher order filter is preferable for higher cut-off frequency. By employing the designed HPF, we also experimentally demonstrated improvement of the power penalty of 9 dB when the signal to crosstalk ratio was 16 dB.
가간섭성 주입 광원 주입 기반의 WDM-PON의 경우가 비간섭성 광원 주입의 경우와 비교했을 때 역산란 효과로 인한 제약이 더욱 크기 때문에 이를 효과적으로 억제할 필요성이 있다. 본 논문에서는 가간섭성 주입 광원 기반의 WDM-PON에서 수신단에 적절한 HPF 설계를 통해 DC 캐리어에 의해 발생하는 비팅 잡음을 억제하는 방법을 소개하였다. NRZ 신호를 진폭 변조하면 ER이 충분히 클 경우, 전체 비팅 잡음의 70% 정도가 DC 근방에 집중되므로 수신단에 HPF를 추가하여 비팅 잡음을 억제할 수 있다. 이 방법은 PRBS 패턴의 길이가 짧을수록, 고속 전송을 할수록 적용시키기에 더욱 적합하다. 왜냐하면 NRZ신호를 진폭 변조할 경우, PRBS 패턴 길이가 짧아질수록, 전송률이 높아질수록 신호 스펙트럼 간격이 넓어져서 신호 왜곡없이 차단시킬 수 있는 주파수 영역이 넓어지기 때문이다. 따라서 이 방법을 효율적으로 적용시키기 위해서는 HPF 설계를 최적화시킬 필요가 있다. 효과적인 역산란 효과 억제를 위해서는 C/L 값, HPF의 차단주파수, 필터의 차수를 고려해야 한다.
우선 효과적인 비팅 잡음 억제를 위해서 HPF의 차단주파수는 광원 선폭의 5배가 되어야 한다는 것을 이론과 실험을 통해 확인하였다. 따라서 27-1의 PRBS 패턴 길이를 사용할 경우, 광원의 선폭이 수백 kHz로 충분히 좁을 경우 신호 왜곡 없이 역산란 효과를 억제하는 것이 가능하다. 하지만 선폭이 수 MHz인 경우 C/L=5의 조건을 만족시키려면 신호 왜곡을 야기시킬 수 있다. 이 경우 높은 차수의 필터를 사용하여 신호 왜곡을 완화시킬 수 있다는 것을 이론과 실험을 통해 확인하였다. 결과적으로 27-1의 PRBS 패턴 길이를 사용하면 1.25 Gb/s 전송의 경우 이 방법을 효과적으로 적용시키기 위해서 광원의 선폭은 2 MHz 이내가 되어야 한다. 전송률에 비례하여 신호 스펙트럼 간격 역시 넓어지므로 전송 속도가 높아질수록 주입 광원의 선폭 역시 넓어질 수 있다. 본 논문에서는 이론과 실험을 통해서 효율적으로 비팅 잡음의 영향을 억제하기 위한 주입 광원의 선폭과 차단 주파수의 비를 구하였다. C/L값이 5 가 되도록 HPF를 설계하면 SCR이 16 dB일 때, BER=10-9에서의 파워페널티가 9 dB 이상 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 높은 차단 주파수로 인해 신호 왜곡이 발생할 경우 높은 차수의 필터를 설계하여 필터로 인한 신호 왜곡을 줄일 수 있었다. 본 논문에서 제시한 방법은 매우 경제적으로 구현 가능하며, WDM-PON의 전송속도가 높아질수록 적용에 용이하다는 장점이 있다.
