시간 지연 보상 방식의 라만 잡음 억제를 통한 TDM-PON기반의 고전 채널과 양자 채널의 통합 운용 성능 개선

Abstract

고전 통신 시스템과 양자 암호 키 분배를 통합 운용하는 보안 통신 체계가 경제적인 측면에서 주목을 받고 있다. 그러나 이러한 보안 통신 체계에서는 고전 채널의 스트림 파워로 인한 자연 라만 산란 잡음이 걸림돌로 작용해 양자 키 분배의 성능을 크게 저하시킨다. 우리는 고전 통신 시스템으로써 보편적인 TDM-PON을 상정할 때 이 같은 라만 잡음 문제를 개선하는 방법에 대해 연구하였다. 기존 연구 중 ‘라만 갭’ 방식이 이러한 문제를 해결하기 위해 제안된 바 있다. 그들은 1.25Gbps NRZ 변조 방식을 고전 통신에 차용했고, 하향 신호를 보내기 위해 1550nm 파장을 채택해 성능 검증을 수행했다. 그들은 상향 신호 채널을 1330nm 파장에 두고, 양자 채널을 1290nm 부근에 두는 것이 가장 좋다는 결과를 얻은 바 있다. 본 연구는 고전 통신을 10Gbps로 변조하는 상황에서 시뮬레이션을 수행했다. 우리는 RZ 변조 방식과 독자적인 시간 지연 보상 기술을 추가해 기존의 라만 갭 방식의 성능을 높이고자 했다. 시간 지연 보상은 양자 채널에 작용해 두 채널 간의 시간차를 보상하는 방식으로 동작한다. 이 방식은 라만 갭을 넓고 깊게 만드는 효과가 있고 이에 따라 우리는 양자 통신의 성능 개선을 확인할 수 있었다. 우리는 표준화를 준수하는 TDM-PON 의 파장 할당(1490nm를 하향 신호에 사용하고, 1310nm를 상향 신호에 사용)을 포함해 고전 통신 채널 및 양자 채널의 파장 할당과 양자 통신의 수신단의 위치를 변화시켜 가면서 시뮬레이션을 수행했다. 양자 비트 오류율(Quantum Bit Error Rate, QBER)은 RZ 변조 방식과 표준화된 고전 채널의 파장 할당을 사용하고 수신단을 ONU 측에 둘 때 얻을 수 있었다. 라만 에너지가 낮게 도출되는 구간은 1310nm 근방에서 넓게 나타났지만, 광섬유의 손실 때문에 최소 QBER은 1490nm 근처에서 확인할 수 있었다.