동적인 광통신망에서 멀티레벨 위상변조방식 신호에 대한 광 필터링의 영향

Abstract

최근 각종 데이터 서비스의 급격한 증가와 정보화의 발전으로 광통신망의 전송 용량의 확대가 점점 더 요구되고 있다. 이러한 요구로 인해 현재 대부분의 광전송 시스템에서 채택하고 있는 10 Gb/s급 광신호를 40 Gb/s로 증가시키는 작업이 진행되고 있으며, 최근에는 이를 100 Gb/s 급으로 증가시키는 방안의 표준화 작업이 IEEE, ITU 등에서 진행되고 있다. 또한 50 GHz의 채널 간격 (channel spacing)으로 파장분할다중화 (Wavelength Division Multiplexing: WDM) 되어있는 구조를 25 GHz 등의 조밀한 간격으로 향상시키려는 노력이 계속되고 있다. 이러한 변화는 높은 주파수 효율을 가지는 시스템이라는 장점에서 기인한 것으로 한정된 주파수 대역 안에서 얼마나 많은 용량을 전송할 수 있는지에 대한 문제로 귀결된다. 기존의 이진 변조방식들의 주파수 효율이 1 bit/s/Hz/polarization에 한정 되어있는 것에 비해, 한 심볼에 2개 이상의 비트를 사용하는 경우에는 그 이상의 주파수 효율을 얻을 수 있기 때문에 이러한 멀티레벨 변조방식을 사용하여 많은 연구팀들에서 100 Gb/s이상의 초고속 전송 실험이 활발히 진행되고 있다. 예를 들어, 차동 4위상변조 (Differential Quadrature Phase Keying) 방식을 balanced detection으로 전송하거나 [1]-[2], 편광 다중화된(Polarization-multiplexed: PolMux) RZ-QPSK(Return-to-zero Quadrature Phase Keying) 신호를 코히어런트 수신기를 사용해서 전송한 연구결과가 있었다 [3]-[4]. 그 밖에도PolMux-RZ-8PSK나 PolMux-16QAM 신호의 코히어런트 수신기를 사용한 전송 실험이 이루어졌다 [5]-[6]. 하지만 이러한 신호를 실제 WDM 구조로 전송할 시에는 채널간의 정보를 분리하기 위한 interleaver나 Arrayed Waveguide Grating (AWG)으로 인해 필터링 효과를 겪게 된다. 또한 메트로 망에서는 가변 광파장다중화기 (Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer: ROADM)의 직렬적 연결로 인해 필터링 효과가 중첩되어 전송 성능의 열화가 생길 수 있다. 따라서 채널 간격에 따라 ROADM의 추가적인 필터링 영향이 감안된 가장 적합한 변조방식을 분석하기 위해서는 필터링 대역폭에 따른 각 변조방식의 성능 변화가 반드시 고려되어야 한다. 그러나, 지금까지 이에 대한 자세한 연구는 보고된 바 없다. 본 논문에서는 특정한 채널 간격을 가진 시스템에서 최적의 변조방식을 찾기 위해, 총 비트 전송률을 고정시키고 변조방식을 바꾸어 가면서 광신호 대 잡음비 (Optical-signal-to-noise ratio: OSNR)에 따른 비트오율 (Bit-error ratio)을 측정하였다. 특히, 멀티레벨 위상변조방식 (Phase Shift Keying: PSK) 신호는 변조와 복조 과정이 비교적 간단하며, 광섬유의 비선형 현상에 강한 내성을 가지고 있고, OOK (On-Off Keying) 방식보다 좋은 수신감도를 가지고 있는 장점이 있다. 따라서 본 논문에서는 BPSK, QPSK, 8PSK의 신호를 멀티레벨 신호 수신에 적합한 코히어런트 수신기 (Coherent receiver)를 사용하여 비교를 하였다. 본 논문의 구성은 다음과 같다. 제 2장에서는 높은 주파수 효율을 위한 멀티레벨 변조방식을 기술하고, 특별히 멀티레벨 위상변조방식에 대해 논의한다. 제 3장에서는 코히어런트 수신기에 대해 다루고 이를 사용해 멀티레벨 위상변조방식의 성능을 측정하였다. 제 4장에서는 단일 채널에서의 각 변조방식의 필터링 영향을 살펴보았다. 그리고 WDM 채널에서의 40 Gb/s 신호의 전송에 대해 제 5장에서 기술하였다. 마지막으로 제 6장에서는 본 논문의 내용을 요약하고 결론을 맺는다.