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광 가입자망을 위한 전계흡수 광변조기 (electro- absorption modulator) 기반 양방향 RoF 전송 링크 연구
Reports NRF is supported by Research Projects( 광 가입자망을 위한 전계흡수 광변조기 (electro- absorption modulator) 기반 양방향 RoF 전송 링크 연구 | 2004 Year 신청요강 다운로드 PDF다운로드 | 정현도(연세대학교) ) data is submitted to the NRF Project Results
Researcher who has been awarded a research grant by Humanities and Social Studies Support Program of NRF has to submit an end product within 6 months(* depend on the form of business)
  • Researchers have entered the information directly to the NRF of Korea research support system
Project Number D00042
Year(selected) 2004 Year
the present condition of Project 종료
State of proposition 재단승인
Completion Date 2007년 10월 30일
Year type 결과보고
Year(final report) 2007년
Research Summary
  • Korean
  • 본 연구에서는 Radio-over-Fiber(RoF) 기술을 적용한 양방향 광통신 시스템에 관해 논의하고, 새로운 구조의 base-station을 제안하였다. 고성능의 광통신 시스템을 구축하기 위해서는 광 변조기의 비선형성, 광전송 링크의 색분산의 영향, 그리고 양방향 RoF에서 base-station의 구조 등과 같은 여러 문제들을 고려해야 한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 이중 병렬 변조기술과 반도체 광 증폭기(semiconductor optical amplifier, SOA)와 직렬로 연결된 전계 흡수 광 변조기(electro-absorption modulator, EAM) 구조를 제안하였다.
    제안한 이중 병렬 변조 기술은 EAM의 비선형적인 전달특성을 선형화하기 위한 것이다. 서로 다른 두 개의 광 변조기에서 생성된 비선형 신호의 위상차는 각 변조기의 기울기 변화를 고려해 변조기의 바이어스 전압을 적절히 조절함으로써 180°로 만들 수 있다. 이 성질을 이용하여 EML에서 생성된 IMD3 비선형 성분을 억제하고 변조기의 동작영역을 향상시킴으로써 제안한 구조의 효용성을 증명하였다. 그러나, 제안한 이중 병렬 변조기술은 광전송 링크에서 분산 문제에 취약하기 때문에, EAM과 SOA가 연결된 구조를 새로이 제안하였다.
    EAM+SOA 구조에서 SOA는 다음과 같은 주요 특성을 가진다. 첫째, SOA의 이득 포화 영역에서의 이득특성은 광 변조기의 선형화에 이용할 수 있다. 둘째, 이득 포화 영역에서 SOA의 음의 chirp 특성은 광전송 링크에서 색분산의 영향을 완화시킨다. 셋째, SOA의 광 이득은 광 수신된 RF 신호에 RF 이득을 제공한다. 이러한 특성을 이용하여, 광 변조기의 비선형 특성과 색분산에 의한 RF 신호의 주기적인 감쇄현상(dispersion-induced RF carrier suppression, DICS)을 억제를 실험적으로 증명하였다.
    이러한 SOA의 특성과 EAM이 변조기와 광 검출기의 동시기능을 수행한다는 사실을 이용하여, EAM+SOA 구조를 이용한 새로운 구조의 base-station이 적용된 양 방향 RoF 링크를 제안하였다. 이 base-station에서 SOA는 광 이득과 음의chirp 특성을 제공한다. 그러므로, EAT(elector-absorption transceiver)의 광 검출 효율을 향상시키고, 상향 링크에서 광 링크 손실과 DICS 문제를 해결할 수 있다.
    SOA의 특성을 이용한 제안한 양방향 링크를 검증하기 위해, 앞서 언급한 특성에 기초하여 데이터 전송 실험을 수행하였고, 2.5GHz의 RF carrier에 실린 6Ms/s, 16QAM 신호의 양방향 전송이 성공적으로 이루어졌다. 제안한 EAM+SOA 구조는 간단한 구조로 양방향 링크의 여러 문제점을 해결할 수 있기 때문에, 차세대 융합 통신망에 유용하게 이용될 것이다.
  • English
  • Bi-directional optical systems using the Radio-over-Fiber techniques have been discussed, and a new base-station configuration has been proposed. To build high performance fiber-optic systems, some issues should be considered, such as the non-linearity of the optical modulator, the dispersion induced effects in fiber-optic link, and the configuration of the base-station in bi-directional RoF link. To solve those problems, the dual-parallel modulation technique and the EAM cascaded SOA configuration have been proposed.
    The proposed dual-parallel modulation technique is for the linearization of nonlinear transmission characteristics of an EAM. The phase difference between nonlinear signals from two different modulators can be out-of-phase by the proper selection of the modulator bias position, considering the slope variation of each modulator. By using these characteristic, the suppression of IMD3 nonlinear signals from EML and the following dynamic range enhancement could be achieved. However, the proposed dual-parallel modulation scheme is not applicable to the dispersion-induced problems in fiber-optic link. For this reason, the EAM cascaded SOA configuration was newly proposed.
    The major features of the SOA in the EAM cascaded SOA configuration are as follows: Firstly, the gain profile in gain saturation region of the SOA can be used for linearization of an optical modulator. Secondly, the negative chirp characteristic of the gain-saturated SOA mitigates the chromatic dispersion-induced effects in fiber-optic link. In third, the optical gain of SOA provides the RF gain to the photo-detected RF signals. Using these useful features, the suppression of the nonlinearity of the optical modulator and the dispersion-induced RF carrier suppression effects was experimentally demonstrated.
    Based on these characteristics and the dual-functionality of the EAM which acts as a modulator and photo-detector at the same time, the novel bi-directional RoF structure with a base-station employed the EAM cascaded SOA configuration where the SOA in a base-station provides the optical gain and the negative chirp has been proposed. Thus, the photo-detection efficiency of an EAT can be improved greatly, and the problem of link budget and DICS phenomenon in up-stream link, which is caused by the elimination of the optical source in the BS and the fiber chromatic dispersion respectively, can also be settled.
    To verify the proposed idea related to the functionality of the SOA, the experimental demonstration bas been performed. Based on above-mentioned characteristics, the bi-directional SCM data transmission with 6Msps, 16QAM data carried on 2.5GHz RF carrier was successfully demonstrated. Since this proposed the EAM cascaded SOA configuration is very simple and robust, it would be useful for next generation convergence networks.
Research result report
  • Abstract
  • 본 연구에서는 Radio-over-Fiber(RoF) 기술을 적용한 양방향 광통신 시스템에 관해 논의하고, 새로운 구조의 base-station을 제안하였다. 고성능의 광통신 시스템을 구축하기 위해서는 광 변조기의 비선형성, 광전송 링크의 색분산의 영향, 그리고 양방향 RoF에서 base-station의 구조 등과 같은 여러 문제들을 고려해야 한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 이중 병렬 변조기술과 반도체 광 증폭기(semiconductor optical amplifier, SOA)와 직렬로 연결된 전계 흡수 광 변조기(electro-absorption modulator, EAM) 구조를 제안하였다.
    제안한 이중 병렬 변조 기술은 EAM의 비선형적인 전달특성을 선형화하기 위한 것이다. 서로 다른 두 개의 광 변조기에서 생성된 비선형 신호의 위상차는 각 변조기의 기울기 변화를 고려해 변조기의 바이어스 전압을 적절히 조절함으로써 180°로 만들 수 있다. 이 성질을 이용하여 EML에서 생성된 IMD3 비선형 성분을 억제하고 변조기의 동작영역을 향상시킴으로써 제안한 구조의 효용성을 증명하였다. 그러나, 제안한 이중 병렬 변조기술은 광전송 링크에서 분산 문제에 취약하기 때문에, EAM과 SOA가 연결된 구조를 새로이 제안하였다.
    EAM+SOA 구조에서 SOA는 다음과 같은 주요 특성을 가진다. 첫째, SOA의 이득 포화 영역에서의 이득특성은 광 변조기의 선형화에 이용할 수 있다. 둘째, 이득 포화 영역에서 SOA의 음의 chirp 특성은 광전송 링크에서 색분산의 영향을 완화시킨다. 셋째, SOA의 광 이득은 광 수신된 RF 신호에 RF 이득을 제공한다. 이러한 특성을 이용하여, 광 변조기의 비선형 특성과 색분산에 의한 RF 신호의 주기적인 감쇄현상(dispersion-induced RF carrier suppression, DICS)을 억제를 실험적으로 증명하였다.
    이러한 SOA의 특성과 EAM이 변조기와 광 검출기의 동시기능을 수행한다는 사실을 이용하여, EAM+SOA 구조를 이용한 새로운 구조의 base-station이 적용된 양 방향 RoF 링크를 제안하였다. 이 base-station에서 SOA는 광 이득과 음의chirp 특성을 제공한다. 그러므로, EAT(elector-absorption transceiver)의 광 검출 효율을 향상시키고, 상향 링크에서 광 링크 손실과 DICS 문제를 해결할 수 있다.
    SOA의 특성을 이용한 제안한 양방향 링크를 검증하기 위해, 앞서 언급한 특성에 기초하여 데이터 전송 실험을 수행하였고, 2.5GHz의 RF carrier에 실린 6Ms/s, 16QAM 신호의 양방향 전송이 성공적으로 이루어졌다. 제안한 EAM+SOA 구조는 간단한 구조로 양방향 링크의 여러 문제점을 해결할 수 있기 때문에, 차세대 융합 통신망에 유용하게 이용될 것이다.
  • Research result and Utilization method
  • 해당과제에서는 RoF(Radio-over-Fiber) 기술을 이용한 양방향 광 통신 시스템에 대해 다루었다. 인터넷과 이동통신의 발달로 인해 정보량이 급격하게 증가하고 통신 환경에 많은 변화가 있었다. RoF 기술을 이용한 양방향 광통신 시스템은 이러한 통신환경의 변화와 광대역 멀티미디어 서비스들을 아우르기 위한 차세대 광대역 융합 네트워크의 기반기술로 각광받고 있다. 그러나 고성능의 광통신 시스템을 구축하기 위해서는 광변조기의 선형성, 광전송 링크에서 색분산 효과, 양방향 RoF 시스템에서 BS구조 등과 같은 여러 사항들이 우선적으로 고려해야 한다.

    앞서 언급했듯이 광변조기의 선형성을 향상시키고 광전송 링크에서 색분산의 효과를 완화시키기 위해 이중 병렬 변조 기법과 EAM과 SOA의 직렬 구조를 제안하고 실험적으로 검증하였다. 이러한 연구 결과와 동시 광 변조/검출이 가능한 EAM의 특성을 바탕으로 WDM/SCMA-PON 네트워크를 위한 새로운 BS 구조를 제안하였다. 제안된 BS는 SOA를 EAM 앞쪽에 배치함으로써 기존 EAT의 낮은 광 검출 효율을 향상 시키고, 상향링크에서 광 전력 링크 budget 문제와 색분산 현상을 해결할 수 있다.
    제안된 BS 구조를 검증하기 위해 SCM 데이터 전송 실험을 수행하였고 성공적으로 16QAM(6Msps)@2.5GHz 데이터 전송을 수행하였다.

    본 연구 결과와 연구자료는 인터넷을 통해 공개하여 향후 비슷한 연구를 수행하는 사람에게 참고자료로 활용될 수 있으며, 이 연구 결과를 바탕으로 계속 연구를 수행한다면 근래 차세대 통합 네트워크의 구축의 기초자료로 활용될 수도 있을 것이다.
  • Index terms
  • radio-over-fiber, 선형화, 이중 병렬 변조, 전계 흡수 광 변조기, 반도체 광 증폭기, 분산에 의한RF 신호 감쇄, 양방향 RF 신호 전송 시스템, 전계 흡수 광 송수신기, 부 반송파 신호, 차세대 광대역 융합망
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