WDM-PONs based on amplified spontaneous emission(ASE) seeding were proposed and the optical system based on this optical source has been standardized by ITU-T(Recommendation G.698.3). The proposed optical source provides an attractive solution for WDM-PON due to its cost-effectiveness and color-free characteristics. However, the system performance is limited by the relative intensity noise(RIN) induced by the injected spectrum-sliced ASE. As a result, the optimum decision threshold level of the optical receiver due to the RIN is a function of the incident optical power, since the noise power depends on the signal optical power. In this thesis, we propose a cost-effective way to control the decision threshold level of the optical receiver for ASE seeded WDM systems.
For the optical source based on ASE seeding, the ‘1’ level noise is larger than ‘0’ level noise due to the RIN. As a result, the optimum decision threshold level for the optical receiver is lower than that of the thrermal-noise-limited receiver and decreases as the average received power increases. Based on these noise characteristics, we propose a simple decision threshold control circuit that can adust the decision threshold level automatically according to the average received optical power. By realizing optical receivers with the proposed method, we demonstrated performance improvement experimentally at 1.25 Gb/s, 2.5 Gb/s, and 10 Gb/s transmission with ASE seeded WDM systems.
To check the effectiveness of the proposed method in various situations, we investigate the receiver performance according to the RIN, the extinction ratio(ER), and the transmission length at different transmission speeds. An electro absorption modulator(EAM) was used at the transmitter for 2.5 Gb/s and 10 Gb/s signal to overcome the limited modulation bandwidth and a dispersion compensation fiber(DCF) was employed for 10 Gb/s tansmission. The proposed method improves receiver performance regardless of the data rate, the RIN level, and the ER. Moreover, the receiver performance degradation by adopting the proposed decision threshold control method was marginal compared with the receiver based on the optimum decision threshold. Thus, we expect that the proposed method can be useful for multiple bit rates with various signal qualities.
ASE 주입기반의 WDM-PON 광원은 파장 무의존성(color-free) 특성과 그 경제성으로 인해 광가입자용 광원으로 많은 주목을 받아 왔으며, ITU-T에 의해 국제 표준(권고안 G.698.3)으로 승인되었다. 하지만, 외부에서 주입되는 스펙트럼 분할된 ASE광원의 광세기 잡음(RIN)에 의해 시스템 성능이 제한되며, 그 결과 광수신기의 최적 판단 문턱값이 광수신 파워에 따라 변하게 된다. 본 논문에서는 ASE 주입기반 WDM-PON 광원이 가지는 RIN으로 인한 수신기의 판단 문턱값을 자동으로 조절하는 효과적인 방법을 제안하고, 이를 직접 구현하여 ASE 주입기반 WDM-PON 적용결과에 대해 살펴보았다.
ASE 주입기반 WDM-PON의 광원은 AWG에 의해 스펙트럼 분할되어 주입되는 ASE 광원의 비팅잡음(RIN)에 의해 ‘1’ 레벨의 잡음이 ‘0’ 레벨의 잡음보다 크게 나타난다. 그 결과 광수신기의 최적 판단 문턱값은 열잡음에 의해 제한되는 광수신기의 판단 문턱값보다 아래쪽에 위치하며, 수신되는 광파워가 증가함에 따라 점점 낮아진다. 이러한 특성을 바탕으로 수신되는 광파워에 따라 수신기의 판단 문턱값이 자동으로 조절되는 간단한 회로를 제안하였다. 그리고, 제안된 판단 문턱값 자동 조절 회로가 포함된 광수신기를 직접 구현하여 ASE 주입기반 WDM-PON에 적용하였다. 그 결과 1.25 Gb/s 및 2.5 Gb/s, 10 Gb/s 전송 시 나타나는 시스템 성능 향상을 시뮬레이션 및 실험을 통해 검증하였다.
제안된 판단 문턱값 자동 조절 방법의 유효성을 확인하기 위해, RIN과 ER 그리고 전송거리 등과 같은 다양한 외부환경 변화로 인한 광수신기의 성능변화를 전송 속도에 따라 살펴보았다. 2.5 Gb/s 및 10 Gb/s 신호 전송 시, 반사형 변조기의 제한된 변조 대역폭을 해결하기 위해 EAM을 이용하였고, 색분산에 의한 페널티를 극복하기 위해 10 Gb/s 신호 전송 시 DCF가 사용되었다. 제안된 방법은 전송 속도 및 RIN과 ER 등에 관계없이 광수신기의 성능을 향상시켰으며, 최적 판단 문턱값으로 조절되는 광수신기와 비교할 경우에도 수신기의 성능 저하는 거의 나타나지 않았다. 따라서, 제안된 판단 문턱값 자동 조절 방법은 전송 속도 및 신호의 품질에 제약없이 간단하면서도 경제적으로 WDM-PON에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
