KR100744721B1 - PON system and method for reducing Optical beat interference - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광 간섭 잡음을 감소시키기 위한 수동형 광가입자 시스템 및 방법에 관한 것으로 단일 파장 광신호를 출력하는 광원; 복수의 가입자단으로부터 상기 단일 파장 광신호를 각각의 부반송파 신호에 의해 변조되어 다중화된 광신호를 수신하는 수신부; 상기 광원과 상기 수신부의 중간단에 위치하여 상기 다중화된 광신호의 저주파 대역을 제거하는 필터를 포함하며, 일정한 선폭을 갖는 optical carrier 들간의 간섭에 의한 광간섭 잡음과 부반송파 신호와 optical carrier간의 간섭으로 인해서 발생되는 광간섭 잡음을 감소하는 장치 및 방법을 제공한다.The present invention relates to a passive optical subscriber system and method for reducing optical interference noise, comprising: a light source for outputting a single wavelength optical signal; A receiving unit for receiving the multiplexed optical signal modulated by each subcarrier signal by a single wavelength optical signal from a plurality of subscriber stations; A filter disposed at an intermediate end of the light source and the receiver to remove a low frequency band of the multiplexed optical signal, and includes an optical interference noise caused by interference between optical carriers having a constant line width, and interference between a subcarrier signal and an optical carrier. An apparatus and method for reducing optical interference noise generated thereby are provided.

광간섭 잡음, 부반송파 다중 접속 방식 Optical interference noise, subcarrier multiple access method

Description

광 간섭 잡음을 감소시키기 위한 수동형 광 가입자 시스템 및 방법{PON system and method for reducing Optical beat interference }Passive optical subscriber system and method for reducing optical interference noise

도 1a는 높은 변조 지수를 갖는 RF 신호에 의한 광 간섭 잡음 감소의 영향을 알아 보기 위한 과정을 보여주는 도면이다. FIG. 1A is a diagram illustrating a process for examining the effect of optical interference noise reduction caused by an RF signal having a high modulation index.

도 1b는 높은 변조 지수를 갖는 RF 신호(Dithering signal)와 광 위상변조기를 이용하여 광 간섭 잡음 감소하는 방법을 보여주는 도면이다.FIG. 1B is a view illustrating a method of reducing optical interference noise using an RF signal having a high modulation index and an optical phase modulator.

도 2는 LSM기법을 이용하여 광 간섭 잡음을 감소하는 방법을 보여주는 도면이다. 2 is a view showing a method of reducing optical interference noise by using the LSM technique.

도 3은 버스트 모드로 동작하는 레이저를 이용하여 광 간섭 잡음을 감소하는 방법을 보여주는 도면이다.3 is a diagram illustrating a method of reducing optical interference noise using a laser operating in a burst mode.

도 4는 본 발명이 적용되는 파장 분할 다중 방식에 부반송파 다중방식이 적용된 단일 광원 수동형 광 가입자 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.4 is a view showing the configuration of a single light source passive optical subscriber system to which the subcarrier multiplexing is applied to the wavelength division multiplexing to which the present invention is applied.

도 5는 본 발명에 따른 도 4의 광 가입자 시스템에서 발생되는 광 간섭 잡음을 제거하는 장치의 구성을 보여주는 도면이다.5 is a view showing the configuration of an apparatus for removing optical interference noise generated in the optical subscriber system of FIG. 4 according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 광 간섭 잡음 제거 장치의 성능 측정을 위한 실험 구성도를 보여주는 도면이다.6 is a view showing an experimental configuration for measuring the performance of the optical interference noise canceller according to the present invention.

도 7은 본 발명에 따른 중앙기지국(CO: Central Office)에서의 이득 포화 영 역에서 동작하는 광 증폭기의 고주파 필터 특성을 보여주는 도면이다.FIG. 7 is a diagram illustrating high frequency filter characteristics of an optical amplifier operating in a gain saturation region in a central office (CO) according to the present invention.

도 8은 본 발명에 따른 고주파 필터 특성을 가지는 SOA의 통과후의 광간섭 잡음이 제거된 결과 그래프를 보여주는 도면이다.8 is a graph showing a result of removing optical interference noise after passing SOA having high frequency filter characteristics according to the present invention.

본 발명은 광 간섭 잡음을 감소시키기 위한 광 가입자 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 optical carrier들간의 간섭에 의한 광간섭 잡음과 부반송파 신호와 optical carrier간의 간섭으로 인해서 발생되는 광간섭 잡음을 감소시키기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an optical subscriber system and method for reducing optical interference noise, and more particularly, to reduce optical interference noise caused by interference between optical carriers and interference between subcarrier signals and optical carriers. A system and method for making

파장분할다중방식(WDM : Wavelength Division Multiplexing) 기반의 부반송파 다중방식(SCM: Subcarrier Multiplexing)이 적용된 수동형 광 가입자 시스템(PON: Passive Optical Network)은 멀지않은 미래의 광대역 가입자망 구현을 위한 하나의 훌륭한 해결책으로 인식 되어 온지 오래다. Passive Optical Network (PON) with Subcarrier Multiplexing (SCM) based on Wavelength Division Multiplexing (WDM) is an excellent solution for the implementation of broadband broadband networks in the near future. It has been recognized as a long time.

그 이유는 시스템대비 많은 가입자 수를 확보할 수 있고, 시스템 보안성, 프로토콜 적용 용이도, 시스템 확장성 등에서 동일한 기능을 하는 다른 시스템에 비해 탁월한 성능을 발휘하기 때문이다. The reason is that the number of subscribers can be secured compared to the system, and the performance is superior to other systems having the same function in system security, protocol application ease, and system scalability.

그러나 부반송파 다중방식 (SCM: Subcarrier Multiplexing)을 이용하는 수동형 광 가입자시스템 (PON: Passive Optical Network) 성능 열화의 주된 요인은 가입자단(ONU:Optical Network Unit)에서 중앙기지국 (CO : Central Office)으로 광 신호들을 상향 전송할 때, 중앙기지국내의 광수신 모듈에서 Square-Law 검출방식으로 신호를 검출하기 때문에, 광신호들 간에 간섭으로 인해서 광간섭 잡음이 발생을 하게 된다. However, a major factor in the degradation of passive optical network (PON) performance using subcarrier multiplexing (SCM) is the optical signal from the optical network unit (ONU) to the central office (CO). In the uplink transmission, since the optical reception module in the central base station detects a signal using a square-law detection method, optical interference noise is generated due to interference between optical signals.

이러한 광간섭 잡음이 데이터신호를 포함하고 있는 부반송파 신호대역에 존재하게 되면, 시스템 성능지표인 신호 대 잡음비(SNR)를 심각하게 감소시키게 된다. When such optical interference noise is present in the subcarrier signal band including the data signal, it significantly reduces the signal-to-noise ratio (SNR), which is a system performance indicator.

광간섭 잡음은 부반송파 다중방식을 이용한 저가의 광송수신 모듈을 이용하는 시스템에서는 반드시 해결 해야하는 문제로 남아있다. Optical interference noise remains a problem that must be solved in systems using low cost optical transceiver modules using subcarrier multiplexing.

파장 분할 다중접속방식에 부 반송파 다중접속방식이 적용된 수동형 광 가입자시스템에서 광 간섭 잡음 제어 기술을 구현하는 것이 필수적인 사항이 될 것 이다.Implementing the optical interference noise control technique in the passive optical subscriber system using the subcarrier multiple access method in the wavelength division multiple access method will be essential.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 파장 분할 다중 접속 방식에 부반송파 다중 접속 방식이 적용된 수동형 광 가입자시스템에서의 광 간섭 잡음 감소장치 및 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to solve the above problems, and to provide an apparatus and method for reducing optical interference in a passive optical subscriber system in which a subcarrier multiple access scheme is applied to a wavelength division multiple access scheme.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 광 간섭 잡음을 감소시키기 위한 수동형 광 가입자 시스템의 일 실시예는 단일 파장 광신호를 출력하는 광원;복수의 가입자단으로부터 상기 단일 파장 광신호를 각각의 부반송파 신호에 의해 변조되어 다중화된 광신호를 수신하는 수신부;및 상기 광원과 상기 수신부의 중간 단에 위치하여 상기 다중화된 광신호의 저주파 대역을 제거하는 필터;를 포함한다.One embodiment of a passive optical subscriber system for reducing optical interference noise according to the present invention for achieving the above technical problem is a light source for outputting a single wavelength optical signal; each sub-carrier signal to the single wavelength optical signal from a plurality of subscriber end And a receiver configured to receive the multiplexed optical signal modulated by the filter; and a filter positioned at an intermediate end of the light source and the receiver to remove a low frequency band of the multiplexed optical signal.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 광 간섭 잡음을 감소시키기 위한 수동형 광 가입자 시스템의 일 실시예는 수신된 단일 파장의 광신호를 정보가 포함된 부반송파 신호에 따라 변조하고, 상기 변조된 광신호를 증폭하는 복수의 가입자단의 변조부; 상기 변조된 복수개의 광신호를 다중화하는 다중화부; 및 상기 변조부에 상기 단일 파장 광신호를 전송하고 상기 다중화된 광신호의 저주파 대역을 제거하여 수신하는 광 선로 터미널을 포함한다.One embodiment of a passive optical subscriber system for reducing the optical interference noise according to the present invention for achieving the technical problem is to modulate the received optical signal of a single wavelength according to the subcarrier signal containing information, the modulated optical signal A plurality of subscriber station modulators for amplifying a plurality of subscriber stations; A multiplexing unit to multiplex the plurality of modulated optical signals; And an optical line terminal for transmitting the single wavelength optical signal to the modulator and removing and receiving the low frequency band of the multiplexed optical signal.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 수동형 광 가입자 시스템의 광 간섭 잡음을 감소시키기 위한 방법의 일 실시예는 단일 파장 광신호를 출력하는 광원 출력 단계; 복수의 가입자단으로부터 상기 단일 파장 광신호를 각각의 부반송파 신호에 의해 변조되어 다중화된 광신호를 수신하는 수신 단계; 및 상기 다중화된 광신호의 저주파 대역을 제거하는 필터링 단계를 포함한다.One embodiment of a method for reducing optical interference noise of a passive optical subscriber system according to the present invention for achieving the above technical problem is a light source output step of outputting a single wavelength optical signal; A receiving step of receiving a multiplexed optical signal modulated by each subcarrier signal by a single wavelength optical signal from a plurality of subscriber stations; And a filtering step of removing a low frequency band of the multiplexed optical signal.

이하 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

광 간섭 잡음을 감소시키기 위한 발표된 방법 중의 첫 번째 방법은 전송하려는 RF 신호 외에 높은 변조지수를 갖는 정보가 담겨있지 않은 RF 신호를 추가하여 광 신호의 스펙트럼을 넓히는 방법이다. The first of the published methods for reducing optical interference noise is to broaden the spectrum of optical signals by adding RF signals that do not contain information with a high modulation index in addition to the RF signals to be transmitted.

도 1a는 높은 변조 지수를 갖는 RF 신호에 의한 광 간섭 잡음 감소의 영향을 알아 보기 위한 과정을 보여주는 도면이다. FIG. 1A is a diagram illustrating a process for examining the effect of optical interference noise reduction caused by an RF signal having a high modulation index.

광 간섭 잡음을 발생시키기 위해 2 개의 광원인 Laser Diode를 이용하는 대 신에 Self-Heterodyne 기법을 이용하여 광 간섭 잡음을 발생시켰다. Instead of using two light sources, Laser Diode, to generate the optical interference noise, the optical interference noise was generated using the Self-Heterodyne technique.

그 결과 광 간섭 잡음에 의한 스펙트럼은 주파수가 0인 기점을 중심으로 분포하게 된다. 실제로 최악의 경우는 광 간섭 잡음이 RF 신호 대역 내에서 크기가 최대가 되는 경우이고 이 실험은 최악의 상황은 아니지만 주파수가 0인 지점에서의 잡음과 RF 신호 대역에서의 잡음 차이를 측정하면 최악의 경우를 예측할 수 있다.As a result, the spectrum due to the optical interference noise is distributed around the zero point of frequency. In fact, the worst case is the case where the optical interference noise is the maximum in the RF signal band, and this experiment is not the worst case, but the worst case is when measuring the noise difference at the point where the frequency is 0 and the noise in the RF signal band. The case can be predicted.

도 1a에서 잡음 신호 발생기와 연결된 광원에서 생성된 신호가 광 간섭 잡음을 유발하고, 아래쪽 광원에서 생성된 신호로부터 실제 전송하려는 정보가 실려 있는 RF 신호가 발생한다. In FIG. 1A, a signal generated from a light source connected to a noise signal generator causes optical interference noise, and an RF signal including information to be actually transmitted is generated from a signal generated from a lower light source.

두 신호에 모두 1GHz의 높은 변조지수를 갖는 RF 신호를 추가해서 없는 경우와 성능을 비교하였다. 이 때, 1GHz의 높은 변조지수를 갖는 RF 신호를 선택한 이유는 이 신호에 의해서 발생하는 비선형 왜곡성분이 RF 신호대역 내에 떨어지지 않도록 하기 위해서이다. Both signals were compared with the RF signal with a high modulation index of 1 GHz without the performance. At this time, the reason why the RF signal having a high modulation index of 1 GHz is selected is to prevent the nonlinear distortion generated by the signal from falling in the RF signal band.

두 번째 방법은 Level Shifted Signal Modulation(LSM)을 이용한 기법이다.The second method is based on Level Shifted Signal Modulation (LSM).

도 2는 LSM기법을 이용하여 광 간섭 잡음을 감소시키는 방법을 보여주는 도면이다. 2 is a view showing a method of reducing optical interference noise by using the LSM technique.

LSM은 직류레벨로 천이된 RF 부반송파 신호와 직류성분의 부가신호가 곱해져서 RF 신호의 변조지수를 크게 하는 경우에도 도 1에서 발생한 Chirp과 같은 비선형 현상이 없도록 RF 신호의 파형을 재 형성하는 방법이다. LSM is a method of reshaping the waveform of the RF signal so that there is no nonlinear phenomenon such as Chirp in FIG. 1 even when the RF subcarrier signal transitioned to the DC level is multiplied by the additional signal of the DC component to increase the modulation index of the RF signal. .

도 2의 LSM 회로를 살펴보면 RF 부반송파 신호와 부가신호가 존재한다.Referring to the LSM circuit of FIG. 2, an RF subcarrier signal and an additional signal exist.

RF 주파수로 변조된 신호와 부가신호가 진폭 변조회로로 입력이 되어 RF 신 호가 부가신호의 주파수로 변조된다. 진폭변조된 신호와 부가 신호가 덧셈기에서 합쳐지게 된다. The signal modulated at the RF frequency and the additional signal are input to the amplitude modulation circuit so that the RF signal is modulated at the frequency of the additional signal. The amplitude modulated signal and the additional signal are combined in the adder.

LSM 기법을 이용하게 되면 RF 신호의 변조지수를 크게 하면서도 Chirp 현상이 발생하지 않기 때문에 비선형 왜곡현상이 발생하지 않음을 알 수 있다. 그러나 다 채널 RF 신호를 전송해야 하는 경우 이웃하는 RF 신호와의 간섭을 고려해야 하는 것과 RF 신호를 추가해서 사용해야 한다는 것이 단점으로 작용할 수 있다. Using the LSM technique, it is known that nonlinear distortion does not occur because the modulation index of the RF signal is increased while the chirp phenomenon does not occur. However, when multi-channel RF signals need to be transmitted, it may be disadvantageous to consider interference with neighboring RF signals and to use additional RF signals.

세 번째 방법은 버스트 모드로 동작하는 레이저를 이용한 방법이다.The third method uses a laser that operates in burst mode.

도 3은 버스트 모드로 동작하는 레이저를 이용하여 광 간섭 잡음을 감소하는 방법을 보여주는 도면이다.3 is a diagram illustrating a method of reducing optical interference noise using a laser operating in a burst mode.

여러 가입자가 통신을 원하는 경우에 생기는 광 간섭 잡음을 해결하기 위하여 한 수신기로 들어오는 각 가입자의 광원을 버스트 모드로 동작시켜 보낼 정보가 있을때만 빨리 보내고 정보가 없으면 빠른 시간내에 레이저의 파워를 낮추는 방법을 사용하여 광 간섭잡음이 생기는 것을 억제한다.In order to solve the optical interference noise generated when multiple subscribers want to communicate, operate the light source of each subscriber in one receiver in burst mode, and send it only when there is information to send and when the information is not available, it lowers the laser power in a short time. This suppresses the occurrence of optical interference noise.

즉 가입자가 정보를 전송하지 않을 때도 광파워가 수신기에 수신되어 다른 광원과 비팅을 일으켜 광 간섭잡음이 생기는 것을 막기 위함이다. That is, even when the subscriber does not transmit the information, the optical power is received by the receiver to bet the other light source to prevent the optical interference noise.

버스트 모드로 광송신기를 동작시키기 위하여 가입자의 광송신기에서 변조하기 이전의 기저 대역 정보와 반송파로 변조 신호뿐만 아니라 광파워를 모두 모니터링 하여 버스트 모드로 동작하기에 알맞은 레이저의 바이어스 전류로 바이어스 전류를 조정한다.To operate the optical transmitter in burst mode, it monitors both the baseband information and modulated signal with carrier wave prior to modulation in the subscriber's optical transmitter and adjusts the bias current with the bias current of the laser suitable for operating in burst mode. do.

상기와 같이 제안되거나 실험을 통해 증명된 광 간섭 잡음 감소 방법 중에 변조지수를 크게 하는 방법은 물리적으로 광원의 변조지수를 1이상으로 하는 것은 불가능하고 또한 비선형 현상인 Chirp현상이 많이 발생을 하므로 이러한 문제에 대한 해결을 하는 것이 중요하다. The method of increasing the modulation index among the optical interference noise reduction methods proposed or proved through the experiment is impossible because the modulation index of the light source is not more than 1, and the chirp phenomenon, which is a non-linear phenomenon, occurs frequently. It is important to solve the problem.

높은 변조지수를 갖는 RF 신호를 주입하는 방법은 도 1a와 1b의 방법이 있는데 도 1a의 방법은 높은 변조지수를 갖는 RF 신호의 주파수와 전송신호의 주파수가 겹치지 않도록 선정을 해야하며 도 1b의 방법은 광 위상변조기와 같은 고가의 부품을 사용해야한다는 부담이 발생한다. The method of injecting an RF signal having a high modulation index is the method of FIGS. 1A and 1B. The method of FIG. 1A should be selected so that the frequency of the RF signal having a high modulation index does not overlap with the frequency of the transmission signal. There is a burden of using expensive components such as optical phase modulator.

도2에서 나타낸 LSM 기술을 이용한 방법은 RF신호의 변조지수를 크게하면서도 Chirp현상이 발생하지 않기 때문에 비선형 왜곡현상이 발생하지 않음을 알 수 있다. 그러나 다채널 RF신호를 전송해야 하는 경우 이웃하는 RF신호와의 간섭을 고려해야 하는 것과 RF신호를 추가해서 사용해야 한다는 단점을 가지고 있다.It can be seen that the method using the LSM technique shown in FIG. 2 does not generate a nonlinear distortion phenomenon because the chirp phenomenon does not occur while the modulation index of the RF signal is increased. However, in case of transmitting multi-channel RF signal, there are disadvantages of considering interference with neighboring RF signal and using additional RF signal.

도3에서 버스트 모드로 동작하는 레이저를 이용한 방법은 시간적으로 동시에 수신되는 광원을 최소화함으로써 광 간섭 잡음(OBI: Optical Beat Interference)를 생기지 않게 하는 것이지만 각 광원이 보내려는 데이터가 많아 수신기에서 계속 비팅 잡음이 생성될 경우 원하는 품질의 정보전송이 어려워진다.In FIG. 3, the method using the laser operating in the burst mode minimizes light sources received at the same time in time so as not to generate optical beat interference (OBI). If it is generated, it is difficult to transmit information of a desired quality.

도 4는 본 발명이 적용되는 파장 분할 다중 방식에 부반송파 다중방식이 적용된 단일 광원 수동형 광 가입자 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.4 is a view showing the configuration of a single light source passive optical subscriber system to which the subcarrier multiplexing is applied to the wavelength division multiplexing to which the present invention is applied.

파장분할 다중 접속 방식에 부반송파 다중 접속 방식이 적용된 단일 광원 수동형 광 가입자 시스템은 중앙 기지국내의 단일 광원인 LD(410)에서 ONU(ONU:Optical Network Unit;430)로 전송된 광신호가 RSOA(Reflective Semiconductor Optical Amplifier;440)에 주입되어 RF신호인 부반송파 신호에 의해 변조되어 중앙기지국으로 다시 상향 전송된다.In a single light source passive optical subscriber system in which a subcarrier multiple access method is applied to a wavelength division multiple access method, an optical signal transmitted from an LDU (410), which is a single light source in a central base station, to an ONU (ONU: Optical Network Unit) 430 (Reflective Semiconductor) The optical amplifier 440 is modulated by a subcarrier signal, which is an RF signal, and transmitted upward to the central base station.

최근 광대역 가입자망의 용량 확장 및 전송 속도 향상을 위해 수동형 광가입자망(PON:Passive Optical Network)가 활발히 연구되고 있다.Recently, passive optical subscriber networks (PONs) have been actively studied to expand the capacity of broadband subscriber networks and improve transmission speeds.

이러한 PON기술 가운데 파장분할 다중방식(WDM:Wavelength Division Multiplexing) PON의 경우는 광섬유의 광대역특성을 이용하여 손쉽게 대용량 가입자망을 구성할 수 있도록 하는 차세대 기술로 주목받고 잇다.Among the PON technologies, WDM (Wavelength Division Multiplexing) PON is attracting attention as a next-generation technology that makes it possible to easily configure a large capacity subscriber network using the broadband characteristics of an optical fiber.

일반적인 WDM-PON 기반의 광전송 시스템은 상향 신호의 경우 각 가입자(Subscriber)들은 고유의 파장을 갖는 광송수신기(ONU:Optcial Network Unit)를 보유하고 NRZ(Non Return-to-Zero) 또는 RZ 디지털 신호 등으로 광원의 직접변조된 전송 신호를 다중화기(MUX)로 전송하며, 다중화기(MUX)에서 파장 분할로 각 가입자들의 신호를 다중화하여 단일 광섬유를 통해 중앙 기지국으로 전송하는 방식이다.In general, WDM-PON-based optical transmission system each subscriber has an optical network unit (ONU) having a unique wavelength in the case of an uplink signal, and Non Return-to-Zero (NRZ) or RZ digital signal, etc. The direct modulated transmission signal of the light source is transmitted to the multiplexer (MUX), and the signal of each subscriber is multiplexed by wavelength division in the multiplexer (MUX) and transmitted to the central base station through a single optical fiber.

그러나 WDM 광가입자망 구조에서는 파장 하나당 하나의 가입자만을 수용할 수 있어, 각 가입자마다 독립한 광원이 필요하다.그러나 가입자에 사용되는 광원의 가격문제로 인하여 실제 구현에 많은 어려움이 있다.However, in the WDM optical subscriber network structure, only one subscriber can be accommodated per wavelength, so an independent light source is required for each subscriber. However, there are many difficulties in actual implementation due to the price problem of the light source used for the subscriber.

이러한 문제를 해결하기 위하여 시분할 다중화 액세스(TDMA) 또는 코드분할 다중화 액세스(CDMA)등 전송 효율을 높일 수 있는 변조 방식이 제안 되었다.In order to solve this problem, modulation schemes for improving transmission efficiency such as time division multiple access (TDMA) or code division multiple access (CDMA) have been proposed.

도 4의 단일 광원을 가지는 WDM/SCM 방식의 광 가입자 시스템은 가입자단에 RSOA를 사용하여 독립적인 파장을 내는 광원을 사용하지 않기 때문에 가입자단을 간단하게 디자인이 가능하고, 양방향 링크구현시 하나의 fiber를 사용함으로써, 네 트워크 사이즈를 줄일 수 있고, CO또는 OLT같은 외부와의 연결을 간단하게 할 수 있다. The WDM / SCM optical subscriber system having a single light source of FIG. 4 can easily design a subscriber end because it does not use an independent wavelength light source using RSOA at the subscriber end, By using fiber, the network size can be reduced and the connection to the outside such as CO or OLT can be simplified.

또한 RSOA(Reflective Semiconductor Optical Amplifier)의 이득 및 변조특성을 모두 이용 가능하기 때문에 증폭기가 필요없는 PON시스템 구현이 가능하다. In addition, the gain and modulation characteristics of the Reflective Semiconductor Optical Amplifier (RSOA) are available, enabling the implementation of a PON system without the need for an amplifier.

가입자단에 RSOA를 사용하는 PON시스템에서 양방향 전송방식을 모두 디지털전송방식을 사용하거나, 또는 가입자단에서는 TDM방식을 사용하여 상향링크를 구성하는 방식은 주파수를 효율적으로 사용하지 못하는 단점이 있다.In the PON system using the RSOA at the subscriber end, the bidirectional transmission method uses the digital transmission method or the uplink configuration using the TDM method at the subscriber end does not use the frequency efficiently.

본 발명에 따른 RSOA를 이용한 WDM/SCM-PON을 구성하게 되면 양방향 모두 부반송파 다중방식을 사용하기 때문에 주파수를 효율적으로 사용이 가능하게 되고 더 많은 데이터 전송이 가능하게 된다. When the WDM / SCM-PON using the RSOA according to the present invention is configured, since the subcarrier multiplexing is used in both directions, the frequency can be efficiently used and more data can be transmitted.

그러나 부반송파 다중 방식이 적용된 PON시스템에서는 성능열화의 주된 요인인 광신호들 간에 발생하는 광간섭잡음이 문제된다. However, in the PON system in which subcarrier multiplexing is applied, optical interference noise generated between optical signals, which is a major factor of performance degradation, is a problem.

잡음을 줄이기 위해서 다양한 방법들이 보고되어왔다. 도 4 에서 보여주는 것처럼, RSOA를 이용한 WDM/SCM-PON에서는 하향 전송시 사용되었던 광원을 상향 링크 전송시 재사용하기 때문에 동일광원끼리의 광간섭 현상으로 인하여 CO에서 광신호를 수신하는 과정에서 저주파 대역에서 광간섭 잡음이 발생을 하게 된다.Various methods have been reported to reduce noise. As shown in FIG. 4, in the WDM / SCM-PON using RSOA, the light source used in the downlink transmission is reused in the uplink transmission, and thus, in the low frequency band in the process of receiving the optical signal from the CO due to the optical interference between the same light sources. Optical interference noise is generated.

잡음이 상향링크 전송시 RSOA에서 인가되는 부반송파 신호와 광간섭현상을 일으키면서 CO에서 부반송파 신호 검출시 신호주변에 광간섭잡음이 발생하여 신호의 특성을 저하시키게 된다. Noise causes optical interference with the subcarrier signal applied by the RSOA during uplink transmission, and optical interference is generated around the signal when CO subcarrier signal is detected, thereby degrading signal characteristics.

도 5는 본 발명에 따른 도 4의 광 가입자 시스템에서 발생되는 광 간섭 잡음 을 제거하는 장치의 구성을 보여주는 도면이다.5 is a diagram illustrating a configuration of an apparatus for removing optical interference noise generated in the optical subscriber system of FIG. 4 according to the present invention.

도 4의 광 가입자 시스템에서 발생되는 광 간섭 잡음을 제어하기 위해서 중앙 기지국(CO:Central Office)에서 광증폭기의 한 종류인 SOA를 사용하였다.In order to control the optical interference noise generated in the optical subscriber system of FIG. 4, SOA, a type of optical amplifier, is used in a central base station (CO).

CO(500)의 광원인 LD(510)에서 ONU(530)로 전송된 광신호가 RSOA(540)에 주입되어 부반송파신호(545)에 의해 변조되면서 CO로 다시 상향 전송된다. The optical signal transmitted from the LD 510, which is a light source of the CO 500, to the ONU 530 is injected into the RSOA 540 and modulated by the subcarrier signal 545, and is then upwardly transmitted back to the CO.

이때 optical combiner(520)에 (다만 CO(500)의 광원인 LD(510)에서 ONU(530)로 전송된 광신호는 splitter로 동작) 연결된 여러 가입자가 동일파장의 광원을 사용하여 부반송파 다중방식에 의해 변조된 데이터를 상향 전송하기 때문에, CO의 PD(Photo Diode:560)에서 광수신할 경우에 도 5에서 보여 지는 것처럼, 일정한 선폭을 갖는 optical carrier들 간의 간섭에 의해서 저주파대역으로 광간섭 잡음이 발생하고, 부반송파신호와 optical carrier간의 간섭으로 인해서 부반송파신호 주변으로 또 다른 광간섭잡음이 발생하게 된다. At this time, multiple subscribers connected to the optical combiner 520 (but the optical signal transmitted from the LD 510, which is the light source of the CO 500 to the ONU 530, act as a splitter) are connected to the subcarrier multiplexing scheme using the same wavelength light source. Since the data modulated by the uplink is transmitted, the optical interference noise is generated in the low frequency band due to the interference between optical carriers having a constant line width as shown in FIG. In addition, due to the interference between the subcarrier signal and the optical carrier, another optical interference noise is generated around the subcarrier signal.

이러한 잡음들로 인해서, 신호 대 잡음비가 현격하게 감소하게 된다.Due to these noises, the signal-to-noise ratio is significantly reduced.

이러한 광간섭잡음을 제어하기위해서, OA의 한 종류인 SOA(550)를 이득포화영역에서 동작시키면, 저주파 대역신호들은 SOA 내부의 carrier density 변화에 충분히 반응하여 감소하게 되지만, 고주파 대역신호들은 SOA의 carrier lifetime에 제한되어지기 때문에 carrier density변화에 반응을 하지 못하게 된다. 따라서 이득포화영역에서 동작하는 SOA는 고주파 필터특성을 나타내게 된다. In order to control the optical interference noise, when the SOA 550, which is a type of OA, is operated in the gain saturation region, the low frequency band signals are sufficiently reduced in response to a change in the carrier density inside the SOA, but the high frequency band signals of the SOA Due to the limited carrier lifetime, it is impossible to respond to changes in carrier density. Therefore, the SOA operating in the gain saturation region exhibits high frequency filter characteristics.

부반송파신호로 변조된 동일광파장의 광신호들이 optical combiner를 거쳐 고주파필터 특성을 갖는 SOA(550)를 통과한후 PD(560)에서 검출될 때 광간섭잡음이 감소하게 된다. The optical interference noise is reduced when optical signals of the same wavelength modulated by the subcarrier signal pass through the SOA 550 having a high frequency filter characteristic through the optical combiner and then detected by the PD 560.

가입자에서 부반송파신호로 변조된 광신호들이 optical combiner에 의해서 합쳐진 후, SOA를 통과하게 되면 이득포화현상으로 인해서 광신호 크기가 감소하게 되고 부반송파신호로 변조된 광신호내부의 저주파 성분이 SOA의 고주파 필터특성에 의해 감소하게 된다. When the optical signals modulated by subcarrier signals at the subscriber are combined by the optical combiner and pass through the SOA, the optical signal size decreases due to gain saturation, and the low frequency component inside the optical signal modulated by the subcarrier signal is a high frequency filter of the SOA. It is reduced by the characteristics.

PD의 square-law detection 과정에 의해, 크기 및 저주파신호성분이 감쇄된 광신호들 간에 발생한 광간섭 잡음은 필연적으로 감소할 수밖에 없게 된다. 동시에, 부반송파신호와 optical carrier간의 간섭에 의해 부반송파신호 주변에 발생한 광간섭잡음도 감소하게 된다. Due to the PD's square-law detection process, optical interference noise generated between optical signals whose magnitude and low frequency signal components are attenuated is inevitably reduced. At the same time, optical interference noise generated around the subcarrier signal due to interference between the subcarrier signal and the optical carrier is also reduced.

왜냐하면, 이 잡음은 크기 및 저주파 광신호 성분이 감소된 optical carrier와 부반송파신호간의 간섭에 의한 결과물이기 때문이다. 따라서 RSOA를 이용한 WDM/SCM-PON에서 CO에 SOA를 사용하여 광간섭 잡음을 제어할 수 있기 때문에 시스템 성능지표인 신호 대 잡음비 및 비트 에러율이 향상될 것을 쉽게 예상할 수 있다.This is because this noise is the result of interference between the optical carrier and the subcarrier signal with reduced magnitude and low frequency optical signal components. Therefore, the WDM / SCM-PON using RSOA can control the optical interference noise by using SOA for CO, and it is easy to anticipate that the system performance indicators such as signal-to-noise ratio and bit error rate will be improved.

도 6은 본 발명에 따른 광 간섭 잡음 제거 장치의 성능 측정을 위한 실험 구성도를 보여주는 도면이다.6 is a view showing an experimental configuration for measuring the performance of the optical interference noise canceller according to the present invention.

양방향 전송시 발생하는 Rayleigh Scattering Noise 영향을 배제하기 위해서 CO의 LD(610)에서 나온 광신호가 RSOA(620,630)로 전송 경로를 거치지 않고 바로 주입된 후에, RSOA에 주입된 광신호를 부반송파 신호로 변조한 후, CO의 PD(650)로 10Km전송하였다. 이때 사용한 DFB-LD(610)의 파장은 1543.42nm이고 광파워는 5dBm 으로 설정하였다.In order to exclude the Rayleigh Scattering Noise effect generated in the bidirectional transmission, the optical signal from the LD LD 610 of the CO is directly injected into the RSOA 620 and 630 without passing through the transmission path, and then the optical signal injected into the RSOA is modulated into a subcarrier signal. After that, 10 km transmission to PD 650 of CO. The wavelength of the DFB-LD 610 used at this time is 1543.42nm and the optical power was set to 5dBm.

RSOA1,2(620,630)에 입력되는 광파워는 각각 1.5dBm이고, 입력 전류는 모두 50mA로 설정하였다. 이때, 광이득은 입력광파워가 20dBm일때 22dB 이고, 1.5dBm일때 약 4dB였다. 따라서 RSOA1,2가 모두 이득포화영역에서 동작하였음을 알 수 있다.The optical power input to RSOA1, 2 (620, 630) is 1.5dBm, respectively, and the input currents are all set to 50mA. At this time, the optical gain was 22 dB when the input optical power was 20 dBm, and about 4 dB when the 1.5 dBm. Therefore, it can be seen that both RSOA1 and 2 operate in the gain saturation region.

RSOA1(620)에서 변조되는 부반송파 신호의 주파수는 1GHz,-5dBm으로 설정하였고, RSOA2(630)에서 변조되는 부반송파 신호의 주파수는 800MHz, -5dBm으로 설정하였다.The frequency of the subcarrier signal modulated by the RSOA1 620 is set to 1 GHz, -5 dBm, and the frequency of the subcarrier signal modulated by the RSOA2 630 is set to 800 MHz and -5 dBm.

광결합효율을 최대화하기 위해서 RSOA 앞에 편광조절기(660)를 사용하였다. In order to maximize the optical coupling efficiency, the polarization controller 660 was used in front of the RSOA.

RSOA1,2에 주입된 후 변조된 광신호가 circulator(670)를 통과하고, 10km fiber로 전송한 후 SOA(640)에 입력되는 광파워가 약 3.5dBm 이었다. The optical signal modulated after being injected into the RSOA1, 2 passes through the circulator 670, is transmitted to the 10km fiber, and the optical power input to the SOA 640 is about 3.5 dBm.

SOA가 적은 입력 광파워에도 쉽게 이득 포화영역에서 동작하도록 입력 전류를 56mA로 낮게 설정하였다. 이때의 SOA의 주파수 응답을 측정하기 위해서 네트워크 분석기를 사용하였고, 광간섭 잡음 제어 유무를 확인하기 위해서 스펙트럼 분석기를 이용하였다.The input current is set as low as 56mA to operate easily in the gain saturation region even with low SOA input optical power. A network analyzer was used to measure the frequency response of SOA at this time, and a spectrum analyzer was used to check the presence of optical interference noise control.

도 7은 본 발명에 따른 중앙기지국(CO: Central Office)에서의 이득 포화 영역에서 동작하는 광 증폭기의 고주파 필터 특성을 보여주는 도면이다.FIG. 7 is a diagram illustrating a high frequency filter characteristic of an optical amplifier operating in a gain saturation region in a central office (CO) according to the present invention.

이득포화영역에서 동작하는 SOA(640)의 주파수 응답을 네트워크 분석기를 통해 측정한 결과이다. SOA(640)의 입력 전류는 56mA로 설정하였고, 입력 광파워는 약3.5dBm이다. 주파수 응답이 DC에서 2GHz까지 저주파 대역에서는 증폭의 감소율 크지만 고주파 신호에서는 감소율이 작아지는 것을 알 수 있다. The frequency response of the SOA 640 operating in the gain saturation region is measured by the network analyzer. The input current of the SOA 640 was set to 56 mA, and the input optical power was about 3.5 dBm. It can be seen that the frequency response is large in the reduction rate of amplification in the low frequency band from DC to 2GHz but decreases in the high frequency signal.

따라서 가입자단의 RSOA 에서 변조된 복수개의 광신호들이 power combiner로 합쳐진후 이득포화된 영역에서 동작하는 SOA를 통과하게 되면 각각의 광신호의 저주파 신호 성분에 해당하는 optical carrier 와 linewidth내의 저주파 광신호 성분들은 모두 감소하게 된다. Therefore, when a plurality of optical signals modulated in the RSOA of the subscriber end are combined with a power combiner and passed through the SOA operating in the gain-saturated region, the low frequency optical signal component within the optical carrier and linewidth corresponding to the low frequency signal component of each optical signal They all decrease.

따라서 동일 파장의 광원 사용으로 인해서 저주파대역에서 발생한 광간섭 잡음의 크기는 작아지면서 잡음의 대역폭도 감소할 수 밖에 없게 된다.Therefore, due to the use of light sources of the same wavelength, the amount of optical interference noise generated in the low frequency band is reduced, and the bandwidth of the noise is inevitably reduced.

또한 이와 부반송파 신호와 간섭해서 발생한 잡음도 동시에 감소가 될 수 있다는 것을 쉽게 예상할 수 있다.It is also easy to anticipate that noise generated by interfering with the subcarrier signal can be reduced simultaneously.

도 8은 본 발명에 따른 고주파 필터 특성을 가지는 SOA의 통과후의 광간섭 잡음이 제거된 결과 그래프를 보여주는 도면이다.8 is a graph showing a result of removing optical interference noise after passing SOA having high frequency filter characteristics according to the present invention.

도 4의 WDM/SCM이 적용된 단일 광원 수동형 광 가입자 시스템에서 중앙기지국에서의 이득 포화 영역에서 동작되는 SOA 통과후의 광간섭 잡음의 제거 결과를 비교하기 위하여 (a)SOA를 사용하지 않은 경우와 (b)SOA를 사용한 경우의 PD에서 검출된 RF 신호를 스펙트럼 분석기를 통해서 측정한 결과이다.In the single-source passive optical subscriber system to which the WDM / SCM of FIG. 4 is applied, (a) the SOA is not used to compare the result of removing the optical interference noise after passing the SOA operating in the gain saturation region of the central base station. The RF signal detected by PD when SOA is used is measured by spectrum analyzer.

부 반송파 신호는 각각 0.8GHz, 1GHz이고, 광 간섭잡음이 1GHz까지 존재함을 알 수 있다. 이 잡음과 부반송파 신호와의 간섭으로 발생한 광간섭 잡음이 부반송파 신호 주변으로 발생하였음을 알 수 있다. 그러나 (b)에 나타낸 바와 같이 이득포화된 영역에서 동작하는 SOA가 저주파 대역의 광간섭잡음을 감소시키면서 동시에 부반송파 신호 주변에 발생한 광간섭잡음도 제어함을 알 수 있다.It can be seen that the subcarrier signals are 0.8 GHz and 1 GHz, respectively, and optical interference noise exists up to 1 GHz. It can be seen that the optical interference noise generated by the interference between the noise and the subcarrier signal is generated around the subcarrier signal. However, as shown in (b), the SOA operating in the gain-saturated region reduces the optical interference noise in the low frequency band and simultaneously controls the optical interference noise generated around the subcarrier signal.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정 되는 것은 아니며, 특허 청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above by way of example, the scope of the present invention is not limited to these specific embodiments, and may be appropriately changed within the scope of the claims.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 파장 분할 다중 방식에 부반송파 다중방식이 적용된 단일 광원 수동형 광 가입자 시스템에서 optical carrier들간의 간섭과 부반송파 신호와 optical carrier간의 간섭으로 인한 광간섭 잡음을 효율적으로 제거할 수 있다.As described above, the present invention can efficiently remove optical interference due to interference between optical carriers and interference between subcarrier signals and optical carriers in a single light source passive optical subscriber system in which subcarrier multiplexing is applied to wavelength division multiplexing. .

가입자단의 ONU에서 단일 파장을 내는 복수의 단일 광원을 이용하지 아니하고 중앙기지국의 단일 광원을 수신하여 RSOA로 증폭하여 상향 전송하고 전송 효율 확장을 위해 부반송파 다중 방식을 이용하는 바 시스템의 구성이 간단하고, 양방향 링크구현시 하나의 fiber를 사용함으로써, 네트워크 사이즈를 줄일 수 있고, CO또는 OLT같은 외부와의 연결을 간단하게 할 수 있다. Instead of using a single light source of a single wavelength in the ONU of the subscriber end, the system receives a single light source of the central base station, amplifies it to RSOA, transmits it upwards, and uses subcarrier multiplexing scheme to expand transmission efficiency. By using one fiber in bidirectional link implementation, the network size can be reduced and the connection to the outside such as CO or OLT can be simplified.

광간섭 잡음을 제어할 수 있기 때문에 수동형 광 가입자 시스템의 성능 지표인 신호 대 잡음비 및 비트 에러율이 향상되어 신뢰성을 확보 할 수 있다.Since optical interference noise can be controlled, reliability is improved by improving signal-to-noise ratio and bit error rate, which are performance indicators of passive optical subscriber systems.

Claims (8)

단일 파장 광신호를 출력하는 광원;A light source for outputting a single wavelength optical signal; 복수의 가입자단으로부터 상기 단일 파장 광신호를 각각의 부반송파 신호에 의해 변조되어 다중화된 광신호를 수신하는 수신부; 및A receiving unit for receiving the multiplexed optical signal modulated by each subcarrier signal by a single wavelength optical signal from a plurality of subscriber stations; And 상기 광원과 상기 수신부의 중간단에 위치하여 상기 다중화된 광신호의 저주파 대역을 제거하는 필터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 간섭 잡음을 감소시키기 위한 수동형 광 가입자 시스템.And a filter positioned at an intermediate end of the light source and the receiver to remove a low frequency band of the multiplexed optical signal. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 필터는 바이어스 전류값을 기초로 이득 포화 영역에서 동작하는 광증폭기인 것을 특징으로 하는 광 간섭 잡음을 감소시키기 위한 수동형 광 가입자 시스템.The filter is an optical amplifier operating in a gain saturation region based on a bias current value. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 단일 파장 광신호와 상기 다중화된 광신호의 이득 손실 없이 방향을 전환하는 서큘레이터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 간섭 잡음을 감소시키기 위한 수동형 광 가입자 시스템.Passive optical subscriber system for reducing the optical interference noise, characterized in that it further comprises; a circulator for changing the direction without gain loss of the single wavelength optical signal and the multiplexed optical signal. 단일 파장 광신호를 출력하는 광원 출력 단계;A light source output step of outputting a single wavelength optical signal; 복수의 가입자단으로부터 상기 단일 파장 광신호를 각각의 부반송파 신호에 의해 변조되어 다중화된 광신호를 수신하는 수신 단계; 및A receiving step of receiving a multiplexed optical signal modulated by each subcarrier signal by a single wavelength optical signal from a plurality of subscriber stations; And 상기 다중화된 광신호의 저주파 대역을 제거하는 필터링 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수동형 광 가입자 시스템의 광 간섭 잡음을 감소시키기 위한 방법.Filtering to remove the low frequency band of the multiplexed optical signal; the method of reducing optical interference noise of a passive optical subscriber system. 제4항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 필터링 단계는 광증폭기에 바이어스 전류값을 기초로 이득 포화 영역에서 동작시켜 필터링하는 것을 특징으로 하는 수동형 광 가입자 시스템의 광 간섭 잡음을 감소시키기 위한 방법.And wherein said filtering step filters the optical amplifier by operating in a gain saturation region based on a bias current value to filter optical interference noise of a passive optical subscriber system. 수신된 단일 파장의 광신호를 정보가 포함된 부반송파 신호에 따라 변조하고, 상기 변조된 광신호를 증폭하는 복수의 가입자단의 변조부;A plurality of subscriber station modulators for modulating the received single wavelength optical signal according to a subcarrier signal including information and amplifying the modulated optical signal; 상기 변조된 복수개의 광신호를 다중화하는 다중화부; 및A multiplexing unit to multiplex the plurality of modulated optical signals; And 상기 변조부에 상기 단일 파장 광신호를 전송하고 상기 다중화된 광신호의 저주파 대역을 제거하여 수신하는 광 선로 터미널;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 간섭 잡음을 감소시키기 위한 수동형 광 가입자 시스템.And an optical line terminal for transmitting the single wavelength optical signal to the modulator and removing the low frequency band of the multiplexed optical signal to receive the modulated optical signal. 제6항에 있어서, The method of claim 6, 상기 변조부는 반사형 광 증폭기에 의해 구현되는 것을 특징으로 하는 광 간 섭 잡음을 감소시키기 위한 수동형 광 가입자 시스템.Passive optical subscriber system for reducing the optical interference noise, characterized in that the modulator is implemented by a reflective optical amplifier. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 광선로 터미널은The optical terminal is 상기 단일 파장 광신호를 출력하는 광원;A light source for outputting the single wavelength optical signal; 광증폭기를 바이어스 전류값을 기초로 이득 포화 영역에서 동작시켜 상기 다중화된 광신호의 저주파 대역을 제거하는 필터;A filter for operating an optical amplifier in a gain saturation region based on a bias current value to remove the low frequency band of the multiplexed optical signal; 상기 필터 통과 신호를 수신하는 수신부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 간섭 잡음을 감소시키기 위한 수동형 광 가입자 시스템.Passive optical subscriber system for reducing the optical interference noise comprising a; receiving unit for receiving the filter passing signal.
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