양방향 광통신 링크에서 Rayleigh 역산란에 의한 전송 특성 분석 및 향상 연구 = Analysis and suppression of rayleigh backscattering effect in bidirectional WDM optical link
저자
발행사항
서울 : 연세대학교 대학원, 2003
학위논문사항
학위논문(석사)-- 연세대학교 대학원: 전기전자공학과 2004. 2
발행연도
2003
작성언어
한국어
주제어
KDC
567.86 판사항(4)
발행국(도시)
서울
형태사항
viii, 70p. : 삽도 ; 26cm .
일반주기명
지도교수: 한상국
참고문헌: p. 65-68
소장기관
광통신 시스템에서 Rayleigh 역산란과 소자 간의 연결 부분에서 생성되는 반사에 의한 신호의 피드백 성분이 링크의 성능 저하에 큰 영향을 미친다는 것은 잘 알려져 있다. 이 과정에서 광섬유를 진행하는 광파는 경로가 다른 신호들을 생성하며 수신 과정에서 이러한 성분들과 정보를 싣고 있는 성분들이 동시에 수신됨에 따라 간섭을 일으키게 된다. 이러한 경로 차에 의한 위상 잡음 성분들은 수신과정에서 세기 잡음 성분으로 바뀌게 된다. 광섬유의 끝단이나 소자 간의 연결 부분에 의한 반사는 세심한 조정을 통해 -55dB 정도까지 억제할 수 있다. 그렇지만 Rayleigh 역산란에 의한 피드백 성분은 광섬유 코어 부분의 굴절률이 균일하지 못하기 때문에 생성되는 광섬유 고유한 특성으로 광섬유를 사용하는 광통신 시스템에서는 피할 수 없는 현상이다. 그러므로 동일한 파장을 사용하는 양방향 광통신 시스템에서 Rayleigh 역산란에 의해 생성되는 간섭계 잡음 성분은 광 네트워크의 BER을 증가시키며 power penalty와 error floor를 생성시키게 된다.
양방향 광통신 링크에서 Rayleigh 역산란에 의한 세기 잡음은 전체 잡음 성분의 일정 부분을 차지한다. 그리고 역산란에 의한 잡음의 정도는 광원의 선폭과 변조 방법에 따라 영향의 정도가 다르다. 이러한 방법들을 이용하여 Rayleigh 역산란의 영향을 어느 정도는 억제할 수는 있지만, 이런 방법들은 전송 거리의 제약이 있으며 완전한 영향 억제가 되지 못하므로 완벽한 해결책이 되지 못한다.
본 논문에서는, Rayleigh 역산란의 영향에 대해 이론적인 접근을 통해 특성을 분석하였다. 그리고 간섭계 노이즈를 가지는 self-heterodyne delayed 시스템을 이용하여 실험을 하였으며 이를 통해 crosstalk level에 따른 Rayleigh 역산란의 영향에 대해 유추할 수 있었다. 다음으로 동일 파장을 이용하는 양방향 광통신 링크에서 Rayleigh 역산란의 영향에 대해서 실험을 통해 분석하였으며 두 광원 간의 파장 차이, 신호 대 역산란 파워비와 광원의 선폭에 따른 Rayleigh 역산란에 의한 특성을 확인할 수 있었다. LD의 직접 변조의 경우가 역산란에 따른 영향을 덜 받는다는 것을 이용하여, 양방향 광통신 시스템에서 Rayleigh 역산란의 영향을 줄이는 방법에 대하여 실험을 하였다. 직접 변조를 하는 경우 clipping 변조를 하게 되면 주파수 천이 성분의 증가에 따라 선폭이 증가하게 되고 결과적으로 coherence time의 감소에 따라 Rayleigh 역산란에 의한 영향을 줄일 수 있었다. 이 방법의 가능성을 광원을 2.5Gb-s 변조하여 전송 실험을 통해 확인하였다.
마지막으로 Rayleigh 역산란에 의한 영향을 많이 받는 ONU 광원의 가능성에 대하여 분석하였다. 제안된 WDM-PON 구조 내의 ONU 광원은 파장 고정된 FP-LD를 사용하는데, 이는 DFB-LD보다 넓은 선폭을 가진 광원이 된다. 그러므로 Rayleigh 역산란에 의한 영향이 보다 적기 때문에 CO에서의 CW 광원을 이용해 파장 고정을 통한 광원 생성 방법을 통해 경제적이며 효율적인 ONU 광원을 생성할 수 있다.
It is well known that optical feedback such as Rayleigh backscattering and discrete reflections can seriously degrade system performance of fiber-optic transmission systems. This process induces multipath signals and these unwanted signals interfere with the wanted data signals. This mixing converts phase fluctuations to intensity fluctuations. Reflections from fiber end faces and connections can be suppressed to -55dB but Rayleigh backscattering cannot be avoided in long fiber spans due to fiber intrinsic nature, microscopic fluctuations of refractive index. Therefore, interferometric noise arisen from Rayleigh backscattering in bidirectional optical link using the same wavelength results in degradations of BER performance of an optical network, inducing power penalties, and error floors.
In bidirectional optical link, Rayleigh backscattering-induced intensity noise is expected to contribute a significant portion of noise. The degree of backscattering noise effect is different according to light source linewidth and modulation method. Although these methods show the suppressed Rayleigh backscattering influences in some extents, they are hardly perfect solutions because of the transmission limitation and unfeasible full suppressing of backscattering effect.
In this thesis, we analyze the Rayleigh backscattering effect using theoretical approach. We performed experiment of self-heterodyne delayed system which has interferometric noise, therefore we could deduce Rayleigh backscattering effects according to crosstalk level. In bidirectional optical link using same wavelength, we carried out Rayleigh backscattering effect and confirm the properties of Rayleigh backscattering about dependence of wavelength difference, signal to backscattering power ratio and effect of source linewidth. Using robust phenomenon by direct modulation of LD, we report on the reduction of the effect of Rayleigh backscattering efficiently in bidirectional fiber-optic transmission system. The clipped direct modulation of laser diode was used to generate chirp-induced linewidth broadening and coherence time reducing. Therefore we can reduce Rayleigh backscattering effect using clipping modulation. The feasibility of this method is confirmed through the transmission experiments at 2.5-Gb/s.
Finally, we analyze the possibility of ONU source which is exposed by Rayleigh backscattering. Because of broader linewidth of wavelength locked FP-LD, it is less affected by Rayleigh backscattering and we can achieve cost effective ONU source.
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