The wavelength division multiplexed (WDM) optical network has been considered as one of the prom-ising solutions for the next generation optical network, because of its wide bandwidth, high security, ex-pandability and protocol transparency. However, because of the high implementation cost, applications to metropolitan and access networks were limited. To solve this problem, an ASE seeded WDM system was pro-posed and established as an international standardization for 1.25 Gb/s × 32 channel system by the Interna-tional Telecommunication Union Telecommunication (ITU-T). It is attractive because of its simplicity, cost-effectiveness, and color-free (or colorless) operation. However, the ASE-ASE beat noise of the spectrum sliced light limits its transmission capacity. Until now, several methods have been proposed to suppress the noise. One of the most well-spread noise suppression methods is the gain saturation in the reflective modula-tors. The noise can be suppressed by simply increasing the injection power to the reflective modulator. In-deed, the ASE seeded WDM system inherently supports the noise suppression by the gain saturation. Howev-er, it requires high injection power for strong noise suppression that increases the system cost. To reduce the cost and/or to extend the transmission length, the injection power should be kept as low as possible.
In this dissertation, we propose a method of noise suppression for the ASE seeded WDM system based on a feedforward circuit. To do that a portion of injection light was fed to the photo-detector in the opto-electrionic feed forward loop. The feedforward current that contains the input ASE noise was inverted and added to the modulator. Then, a destructive interference was induced at the modulator between the in-jection light and the feedforwad current. As a result, the noise of injection light was suppressed. We investi-gated the noise suppression ratio and limitation factors both experimental and theoretically. The methods to overcoming the limitation factors were also discussed.
When we measured the improvement of the bit error rate (BER) after the noise suppression, we found that the improvement was less than the expected value. This was caused by changes in the statistical distribu-tion of the noise. The Gamma distribution that is the noise distribution of the spectrum sliced ASE light was changed to Gaussian distribution as we suppressed the noise. This feature can be understood by the operation principle of the noise suppression. This modification of noise distribution was proportional to degree of noise suppression. In addition, its effect become more serious as we increase the transmission speed. The distribu-tion distortion can be considered as a side effect of the noise suppression, and it degrades the benefit of the noise suppression. We also compared the noise distortion of two noise suppression methods (gain saturation method and feed forward method).
We demonstrated the ASE seeded WDM system with the feedforward noise suppression method. For the 1.25 Gb/s WDM system with polarized light sources, the relative intensity noise (RIN) was reduced by 5 dB. As a result, the required injection power was reduced by 8 dB. For 2.5 Gb/s WDM system, we demon-strated the feasibility of the dense (50 GHz spaced) WDM system. Without the feedforward noise suppres-sion, the error free transmission (BER below 10-12) could not be achived. Applying the feedforward noise sup-pression method, we achieved 20 km error free transmission with -12 dBm injection power. For 10 Gb/s WDM system, The required injection power for the 1st generation FEC was reduced by 12.5 dB. Plus, the achievable BER was decreased by 1 order of magnitude. We also investigated the feasibility of 20 Gb/s transmission using the polarization multiplexing.
파장 분할 다중화 방식 광통신망은 넓은 대역폭, 높은 보안성, 확장성과 프로토콜의 투명성으로 인해 차세대 광통신망으로 각광받고 있다. 그러나 높은 가격으로 인해 메트로/가입자망에서의 응용은 제한되고 있는 상황이다. 이 문제를 해결하기 위해, ASE 주입기반의 파장 분할 다중화 시스템이 제안되어 1.25 Gb/s x 32 채널에 대해 표준화가 완료되었다. 이 망은 간단하고, 가격효율적이며, 파장무관성을 가진다는 장점이 있다. 그러나, spectrum sliced 빛의 ASE-ASE 비팅 잡음으로 인해, 전송 용량이 제한된다는 단점이 있다. 지금까지, 이 잡음을 제한하기 위해 여러 방법들이 제안되어 왔다. 그중 가장 널리 사용되고 있는 방법은 반사형 변조기에서 발생하는 이득포화 현상을 이용한 방법이다. 이 방법의 경우 반사형 변조기에 주입되는 광파워를 증가시키는 방법만으로, 잡음을 억제할 수 있어 간단하다는 장점이 있다. 그러나, 높은 잡음 억제율을 위해서는 높은 광파워가 필요하고 이로 인해 시스템의 가격이 증가한다. 가격을 줄이고, 전송거리를 확장하기 위해서는 주입광파워는 최대한 낮게 유지되어야 한다.
본 논문에서는 피드포워드 루프에 기반한 잡음 억제 방법을 제안한다. 빛의 일부분을 광-전 변환회로를 포함한 피드포워드 루프에 삽입한다. 그러면, 빛 안의 ASE-ASE 비팅 잡음이 피드포워드 전류로 변환되고, 그 피드포워드 전류는 반전된후 변조기에 삽입된다. 이렇게 하면 변조기 내에서 피드포워드 전류와 빛 안의 ASE-ASE 비팅 잡음이 서로 상쇄간섭을 일으켜 잡음을 억제할 수 있다. 피드포워드 잡음 억제율과 제한요인을, 실험과 이론을 통하여 분석하였다. 또 제한요인을 극복하기 위한 방법 역시 논하였다.
잡음 억제후 비트오율을 측정할 경우, 비트오율 상승폭이 예상한 값보다 적음을 알 수 있다. 이는 잡음의 통계적 분포가 잡음 억제 후 변화되기 때문이다. ASE-ASE 비팅잡음은 감마 분포를 갖는데, 이 분포는 잡음 억제후 왜곡되어 가우시안 분포와 비슷하게 변화된다. 이 변화는 잡음 억제 수준에 비례한다. 추가적으로, 이 효과는 전송속도가 올라갈수록 점점 크게 나타난다. 분포왜곡은 잡음 억제에 따르는 부작용 처럼 생각할 수 있으며, 잡음 억제의 긍정적인 효과를 줄인다. 기존의 이득포화를 이용한 잡음 억제법과 피드포워드 방법을 이용한 잡음억제법을 비교하고 분석하였다.
피드포워드 잡음억제법을 적용한 ASE 주입기반 WDM 시스템을 제시하였다. 1.25 Gb/s 시스템의 경우, RIN을 5 dB 감소시켜 필요한 주입광파워를 8 dB 줄일수 있었다. 2.5 Gb/s 시스템의 경우, 50 GHz 채널간격 (일반적 시스템의 절반)을 갖는 촘촘한 파장분할 시스템을 구현하였다. 피드포워드 잡음억제법을 사용하지 않았을 경우에는 무오류 전송이 불가능하였으나, 피드포워드 잡음 억제를 통해 -12 dBm 의 주입파워에서 20 km 의 거리를 전송하였다. 10 Gb/s 시스템의 경우에는 1세대 FEC 기준으로 필요주입 광파워를 12.5 dB 감소시켰고, 달성가능한 비트오율을 1 order 감소시킬 수 있었다. 또 편광다중화를 통해 20 Gb/s 시스템의 가능성을 보였다.
