I n d o n e s i a n   J o u r n a l   o f   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g   a n d   C o m p u t e r   S c i e n c e   V o l .   11 ,   N o .   3 S e p t e m b e r   201 8 ,   p p .   891 ~ 897   I S S N :   2502 - 4 7 5 2 D O I :   1 0 . 1 1 5 9 1 / i j e e c s . v 11 .i 3 . p p 8 9 1 - 8 9 7           891       J o u r n a l   h o m e p a g e h t t p : / / i a e s c o r e . c o m / j o u r n a l s / i n d e x . p h p / i j e e c s   Lo n g   R e a c h   a n d   H i g h   C a p a c i ty   H y b r i d   P a s s i v e   O p ti c a l   N e tw o r k       S u b h a s h i n i .   N ,   A .   B r i n t h a   T h e r e s e   S c hool   of E l e c t roni c s   E ng i ne e ri ng V e l l ore   Ins t i t ut e  of T e c hnol og y , Che nna i , Indi a       A r t i c l e   I n f o     A B S T R A C T     A r t i c l e   h i s t o r y :   R e c e i v e d   N o v   22 ,   2 0 1 7   R e v i s e d   J a n   9 ,   2 0 1 8   A c c e p t e d   J u n   14 ,   2 0 1 8       A  num be r of a p p l i c a t i ons  a re  g row i ng   da y   by   da y  a nd s o t he  t ra ffi c . T he  ne e for  ba ndw i dt i s   a l s i nc re a s i ng   a t   a   ra p i ra t e T he   ba ndw i dt a nd  s p e e w i t w hi c da t a   c a be   t ra ns fe rre i s   ve ry   l e s s   w he c om p a re t c ore   ne t w orks T he   a c c e s s   ne t w ork  w hi c w a s   onc e   a   bot t l e ne c i s   no  l ong e s be c a us e   of  us e   of  op t i c   fi be (F T T H   ne t w orks ).  A   num be of  va ri a nt s   of  P a s s i ve  O p t i c a l   N e t w ork  (P O N ha ve   be e p rop os e l i ke  t he   W D M   P O N  a nd  t he   H y bri P O N H y bri P O N   i s   a   c om bi na t i on  of  T D M   P O N   a nd  W D M   P O N   a nd  i s   a dv a nt a g e ous   ove W D M P O N T hi s   p a p e foc us e s   on  hi g c a p a c i t y   ne t w orks   t ha t  c a n p rovi de  hi g h da t a  ra t e  a nd l ong  re a c h i n t he  a c c e s s   p a rt   of  t he   ne t w ork.  N RZ   m odul a t i on  form a t   i s   norm a l l y   us e for  t ra ns m i s s i on.  W e   c ons i de t he   a dva nt a g e s   p rovi de by   t he   a dva nc e m odul a t i on  form a t s   l i ke   D P S K T hi s   m odul a t i on  form a t   i s   us e he re   a nd  i t s   be ne fi t s   a re   e va l ua t e i H y bri P O N   ne t w ork  t i nc re a s e   t he   c a p a c i t y   a nd  t he   re a c of  t he   ne t w ork.  P a ra m e t e rs   l i ke   t he   BE a nd  t he   Q   fa c t ors   a re   a na l y s e us i ng   O p t i s y s t e m   S oft w a r e D i s t ort i on  a nd  t he   p he nom e na   of  di s p e rs i on  c a l i m i t   t he   p e rform a nc e   of  s uc a   s y s t e m H e nc e   a   D i s p e rs i on  c om p e ns a t i on  m e c ha ni s m   l i ke   t he   D i s p e rs i on  Com p e ns a t i on  F i be (D CF i s   us e d i n t he  s y s t e m  t o t ra ns m i t  da t a  ove r l a rg e  di s t a nc e .     K e y w o r d s :   A c c e s s   n e t w o r k s   F T T H   n e t w o r k s   H y b r i d   P O N   M o d u l a t i o n   f o r m a t s   P a s s i v e   o p t i c a l   n e t w o r k s     Copy r i ght   ©   201 8   Ins t i t ut e   of   A dv anc e d E ngi ne e r i ng  and Sc i e nc e   A l l   r i ght s  r e s e r v e d .   C o r r e s p o n d i n g   A u t h o r :   S u b h a s h i n i .   N ,   S c h o o l   o f   E l e c t r o n i c s   E n g i n e e r i n g ,     V e l l o r e   I n s t i t u t e   o f   T e c h n o l o g y ,   C h e n n a i ,   I n d i a .   E m a i l :   s u b h a s h i n i . n @v i t . a c . i n       1.   I N T R O D U C T I O N     A   n u m b e r   o f   a p p l i c a t i o n s   a r e   g r o w i n g   d a y   b y   d a y .   T h e r e   i s   a n   e n o r m o u s   a m o u n t   o f   b a n d w i d t h   r e q u i r e m e n t   a n d   a   n e e d   f o r   g r e a t e r   s p e e d   w i t h   w h i c h   d a t a   s h o u l d   b e   t r a n s m i t t e d   [ 1 ] .   O p t i c a l   f i b e r s   a r e   u s e d   i n   t h e   c o r e   n e t w o r k   w h i c h   p r o v i d e s   e n o r m o u s   a m o u n t   o f   b a n d w i d t h   a n d   l a r g e   s p e e d .   T h e   b o t t l e n e c k   w a s   o n l y   t h e   a c c e s s   n e t w o r k   w h i c h   c o n n e c t s   t h e   c o r e   n e t w o r k   t o   t h e   s u b s c r i b e r s .   S i n c e   t h e n   o p t i c a l   f i b e r s   w e r e   u s e d   i n   t h e   a c c e s s   p a r t   o f   t h e   n e t w o r k ,   c a l l e d   t h e   F i b e r   t o   t h e   H o m e   ( F T T H )   n e t w o r k s ,   t h i s   p r o b l e m   s e e m s   t o   b e   d w i n d l i n g   [ 2 ] .   T h e   a c c e s s   p a r t   o f   t h e   n e t w o r k   c o n t a i n s   a n   O p t i c a l   L i n e   T e r m i n a l   ( O L T ) ,   a n   O p t i c a l   D i s t r i b u t i o n   N e t w o r k   ( O D N )   a n d   t h e   O p t i c a l   N e t w o r k i n g   U n i t s   ( O N U )   o r   t h e   s u b s c r i b e r s .   T h e   O L T   i s   h o u s e d   i n   t h e   C e n t r a l   o f f i c e   ( C O ) .   I f   t h e   O p t i c a l   D i s t r i b u t i o n   n e t w o r k   c o n t a i n s   o n l y   p a s s i v e   e l e m e n t s   t h e n   t h e   a c c e s s   n e t w o r k   i s   c a l l e d   t h e   P a s s i v e   O p t i c a l   N e t w o r k   P O N ) .   T h e   e l e m e n t s   i n   t h e   C e n t r a l   O f f i c e   a r e   s h a r e d   b y   t h e   s u b s c r i b e r s   o f   t h e   n e t w o r k   [ 3 ] .   F i g u r e   1   s h o w s   a   P a s s i v e   o p t i c a l   N e t w o r k .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2502 - 4 7 5 2   I n d o n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m p   S c i ,   V o l 11 ,   N o .   3 S e p t e m b e r   201 8   :     891     897   892       F i g u r e   1 .   P a s s i v e   O p t i c a l   N e t w o r k         T h e r e   a r e   a   n u m b e r   o f   v a r i a n t s   o f   P O N   c a l l e d   t h e   E P O N ,   W D M   P O N   a n d   t h e   H y b r i d   P O N   [ 3 - 7 ] .   E P O N   u s e s   E t h e r n e t   p a c k e t s   f o r   i t s   t r a n s m i s s i o n .   I t   u s e s   1 3 1 0 n m   f o r   i t s   d o w n s t r e a m   t r a n s m i s s i o n   a n d   1 4 9 0 n m   f o r   i t s   d o w n s t r e a m   t r a n s m i s s i o n .   W h e n   d a t a   i s   t r a n s m i t t e d   d o w n s t r e a m ,   t h e   E t h e r n e t   f r a m e s   r e a c h   a l l   t h e   O N U s .   T h e   O N U s   d i s c a r d s   t h e   f r a m e s   i r r e l e v a n t   t o   t h e m   a n d   r e t r i e v e s   t h e   i n f o r m a t i o n   p e r t a i n i n g   t o   t h a t   O N U .   W h i l e   t r a n s m i t t i n g   i n   t h e   u p s t r e a m   d i r e c t i o n ,   i f   a l l   t h e   O N U s   t r a n s m i t   a t   t h e   s a m e   t i m e ,   i t   m a y   r e s u l t   i n   c o l l i s i o n .   T h e r e f o r e ,   T i m e   D i v i s i o n   M u l t i p l e   A c c e s s   ( T D M A )   i s   u s e d   t o   g a i n   a c c e s s   f o r   t h e   u p s t r e a m   t r a n s m i s s i o n   b a n d w i d t h   [ 8 ] .   F o r   t h i s   a   n u m b e r   o f   D y n a m i c   B a n d w i d t h   a l l o c a t i o n   a l g o r i t h m s   ( D B A )   a r e   p r o p o s e d   i n   t h e   l i t e r a t u r e   a n d   i s   u s e d   [ 9 - 1 1 ] .     I n   t h e   s e c o n d   v a r i a n t   c a l l e d   t h e   W D M   P O N ,   t h e r e   a r e   a   n u m b e r   o f   t r a n s m i t t e r s   i n   t h e   O L T .     E a c h   s u b s c r i b e r   i s   a s s i g n e d   a   s p e c i f i c   w a v e l e n g t h   f o r   i t s   u p s t r e a m   a n d   d o w n s t r e a m   t r a n s m i s s i o n .   T h i s   p r o v i d e s   e n o r m o u s   b a n d w i d t h   a s   a   n u m b e r   o f   w a v e l e n g t h s   a r e   u s e d .   B u t   t h e   b a n d w i d t h   p r o v i d e d   i s   n o t   c o m p l e t e l y   u t i l i s e d   b y   t h e   s u b s c r i b e r s   a n d   t h e   c o s t   o f   t h e   e q u i p m e n t   i s   a l s o   h i g h   [ 1 2 ] .       T o   p r o v i d e   t h e   a d v a n t a g e s   o f   W D M   P O N   a n d   a t   t h e   s a m e   t i m e   t o   i n c r e a s e   t h e   u t i l i s a t i o n   o f   t h e   b a n d w i d t h   a n d   t o   r e d u c e   t h e   c o s t   f o r   t h e   c u s t o m e r ,   H y b r i d   P O N   w a s   p r o p o s e d   [ 1 3 ] .   I t   c o m b i n e s   b o t h   T D M   P O N   a n d   W D M   P O N   a n d   i s   s h o w n   i n   F i g u r e   2 .   A s   i n   W D M   a   n u m b e r   o f   w a v e l e n g t h s   a r e   u s e d   f o r   u p s t r e a m   a n d   d o w n s t r e a m   t r a n s m i s s i o n .   A   g r o u p   o f   O N U s   s h a r e   a   s i n g l e   u p s t r e a m   a n d   d o w n s t r e a m   w a v e l e n g t h .     W h e n   a   s u b s c r i b e r   d o e s n t   h a v e   e n o u g h   d a t a   t o   t r a n s m i t ,   t h e   w a v e l e n g t h   i s   u t i l i s e d   b y   a n o t h e r   s u b s c r i b e r   o f   t h e   s a m e   g r o u p   t o   t r a n s m i t   i t s   d a t a .   T h u s   t h e   b a n d w i d t h   i s   h i g h l y   u t i l i s e d .   A l s o   t h e   d a t a   r a t e   i s   m o r e   w h e n   c o m p a r e d   t o   E P O N   n e t w o r k s   [ 1 4 ] .     T h e   r o l e   o f   M o d u l a t i o n   f o r m a t s ,   o p t i c a l   c o m p o n e n t s ,   o p t i c a l   a m p l i f i e r s   a n d   o p t i c a l   f i b e r s   h a v e   b e e n   p r o v e d   t o   b e   t h e   k e y   p l a y e r s   t o   p r o v i d e   h i g h   s p e c t r a l   e f f i c i e n c y   i n   o p t i c a l   n e t w o r k s .   M o d u l a t i o n   f o r m a t   s p e c i f i e s   h o w   t h e   b i t   s t r e a m   i s   c o n v e r t e d   f r o m   e l e c t r i c a l   t o   o p t i c a l   d o m a i n .   T h e   i n f o r m a t i o n   i s   c a r r i e d   e i t h e r   i n   a m p l i t u d e ,   P h a s e   o r   p o l a r i s a t i o n   o f   t h e   s i g n a l   [ 1 5 ] .   U s u a l l y ,   N R Z   m o d u l a t i o n   f o r m a t   i s   u s e d   f o r   t r a n s m i s s i o n   i n   s u c h   n e t w o r k s   [ 1 6 ] .   M o r e   r e s e a r c h   i s   u n d e r w a y   h e r e   f o r   h y b r i d   P O N .   T h i s   p a p e r   f o c u s e s   o n   i n c r e a s i n g   t h e   d a t a   r a t e   a n d   e x t e n d i n g   t h e   r e a c h   o f   H y b r i d   P O N   n e t w o r k s   b y   u t i l i s i n g   a d v a n c e d   m o d u l a t i o n   f o r m a t s   l i k e   t h e   D P S K   f o r m a t .   I n   L i t e r a t u r e ,   t h e   e f f e c t   o f   d i f f e r e n t   m o d u l a t i o n   f o r m a t   i n   t h e   t r a n s m i t t e r   o f   W D M   P O N   h a s   b e e n   s t u d i e d .   A   b i - d i r e c t i o n a l   p a s s i v e   o p t i c a l   n e t w o r k   w a s   i n v e s t i g a t e d   w i t h   d i f f e r e n t   m o d u l a t i o n   f o r m a t s   s u c h   a s   N R Z ,   R Z   a n d   O O K   i n   [ 1 7 ] .   T h e   d o w n s t r e a m   ( 1 0 G b p s )   a n d   u p s t r e a m   ( 2 . 5 G b p s )   t r a f f i c   d a t a   w a s   s u c c e s s f u l l y   t r a n s m i t t e d   u p   t o   a   d i s t a n c e   o f   1 5 0   k m .     I t   w a s   o b s e r v e d   t h a t   N R Z   m o d u l a t i o n   f o r m a t   h a s   a n   e d g e   o v e r   R Z   a n d   O O K   m o d u l a t i o n   f o r m a t s .   I n   o r d e r   t o   m e e t   t h e   f u t u r e   n e t w o r k   n e e d s   a n d   r e d u c e   d i s p e r s i o n   a n d   n o n - l i n e a r   s i g n a l   d e g r a d a t i o n ,   A . G a r c i a - P e r e z   e t . a l   [ 1 8 ]   s t u d i e d   t h e   d i f f e r e n t   m o d u l a t i o n   f o r m a t   f o r   a   h i g h   s p e e d   o p t i c a l   t r a n s m i s s i o n   s y s t e m   f o r   a   c h a n n e l   r a t e   o f   4 0 G b p s   a n d   c o m p a r e d   t h e i r   p e r f o r m a n c e   i n   l o n g   r e a c h   s y s t e m s   f o r   a   d i s t a n c e   o f   8 0 K m s .   T h e   s t u d y   i n c l u d e d   t h e   R Z ,   N R Z ,   a n d   D P S K   s y s t e m s   f o r   a   s i n g l e   c h a n n e l .     T h e   r e s u l t s   s h o w e d   t h a t   D P S K   b a s e d   f o r m a t s   w a s   t h e   b e s t   d u e   t o   i t s   s i m p l e   t r a n s m i t t e r   c o n f i g u r a t i o n   a n d   r e c e i v e r   c o s t   e f f e c t i v e n e s s .     I n   [ 1 9 ] ,   t h e   a u t h o r s   a n a l y s e d   d i f f e r e n t   t y p e s   o f   m o d u l a t i o n   f o r m a t s   l i k e   N R Z ,   R Z ,   D B   a n d   D P S K   f o r   W D M - P O N   n e t w o r k .   T h e   Q   f a c t o r   a n d   B E R   w e r e   s t u d i e d   f o r   v a r i o u s   d a t a   r a t e s   u p   t o   1 0 G b p s   b y   v a r y i n g   t h e   d i s t a n c e   b e t w e e n   t h e   t r a n s m i t t e r   a n d   t h e   r e c e i v e r .   I t   w a s   s e e n   t h a t   m o r e   s t a b l e   v a l u e s   o f   Q - f a c t o r   w e r e   a c h i e v e d   f o r   D B   a n d   C S R Z - D P S K   w h e n   c o m p a r e d   t o   t h e   c o m m o n l y   u s e d   i n t e n s i t y   m o d u l a t i o n   f o r m a t ,   N R Z .   I n   [ 2 0 ] ,   a u t h o r s   a n a l y s e d   t h e   v a r i o u s   m o d u l a t i o n   f o r m a t s ,   N o n - r e t u r n - to - z e r o   ( N R Z )   o n - o f f   k e y i n g ,   r e t u r n - to - z e r o   ( R Z )   O O K ,   c a r r i e r   s u p p r e s s e d   R Z   ( C S R Z )   O O K ,   D u o b i n a r y   ( D B ) ,   N R Z   d i f f e r e n t i a l   p h a s e   s h i f t   k e y i n g   ( N R Z - D P S K ) ,   R Z - D P S K   a n d   C S R Z - D P S K   f o r m a t s     a n d     c o m p a r e d   t h e   m a x i m a l   r e a c h   w h i c h   c o u l d   b e   ac h i e v e d   w i t h   a   l e s s e r   B E R   f o r   a   d a t a   r a t e   o f   1 0 G b p s .   W i t h   D C F   u s e d   i n   t h e   s y s t e m ,   t h e   l o n g e s t   t r a n s m i s s i o n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m p   S c i     I S S N :   2502 - 4 7 5 2     L o n g   R e a c h   a n d   H i g h   C a p a c i t y   H y b r i d   P a s s i v e   O p t i c a l   N e t w o r k   ( S u b h a s h i n i   N )   893   d i s t a n c e   w a s   a c h i e v e d   w i t h   R Z - D P S K   m o d u l a t i o n   f o r m a t .   I n   [ 2 1 ] ,   a   w a v e l e n g t h - d i v i s i o n - m u l t i p l e x i n g   p a s s i v e   o p t i c a l   n e t w o r k   ( W D M - P O N )   i s   d e m o n s t r a t e d   u s i n g   s y m m e t r i c   d i f f e r e n t i a l   p h a s e - s h i f t   k e y i n g   ( D P S K )   s i g n a l s   a n d   o n - o f f   k e y i n g   ( O O K )   s i g n a l s ,   i n   t h e   d o w n s t r e a m   a n d   u p s t r e a m   d i r e c t i o n s   r e s p e c t i v e l y   a t   1 0   G b i t / s .   A   r e f l e c t i v e   s e m i c o n d u c t o r   o p t i c a l   a m p l i f i e r   ( R S O A )   a s   a n   i n t e n s i t y   m o d u l a t o r   a t   t h e   o p t i c a l   n e t w o r k   u n i t   ( O N U ) .   T h e   a u t h o r s   s h o w e d   t h a t   a n   e r r o r   f r e e   t r a n s m i s s i o n   c o u l d   b e   a c h i e v e d   f o r   a   d i s t a n c e   o f   o v e r   2 5 - k m   w i t h   l o w   p o w e r   p e n a l t y .   D P S K   m o d u l a t i o n   h a s   b e e n   p r o v e d   t o   b e   q u i t e   s u c c e s s f u l   f o r   a   t r a n s m i s s i o n   r a t e   o f   1 0 G b p s   i n   W D M   n e t w o r k s .   T h i s   p a p e r   e x p e r i m e n t s   t h e   u s e   o f   D P S K   m o d u l a t i o n   f o r m a t   a t   a   d a t a   r a t e   o f   4 0 G b p s   w i t h   n e c e s s a r y   d i s p e r s i o n   c o m p e n s a t i o n   m e c h a n i s m s   t o   e x p l o i t   i t s   m a x i m u m   u s e   i n   H y b r i d   P O N   n e t w o r k   [ 2 2 ] .               F i g u r e   2 .   H y b r i d   P O N   N e t w o r k       2.   S I M U L A T I O N   S E T U P   T h e   s i m u l a t i o n   i s   c a r r i e d   o u t   u s i n g   O p t i s y s t e m .   F o u r   t r a n s m i t t e r s   a r e   u s e d   w i t h   1 9 2 . 1 T H z ,   1 9 2 . 3 T H z ,   1 9 2 . 5   T H z   a n d   1 9 2 . 7   T H z   i n   w h i c h   D P S K   m o d u l a t i o n   i s   c a r r i e d   o u t .   T h e   d a t a   r a t e   o f   t h e   s i g n a l s   t r a n s m i t t e d   i s   s e t   a t   4 0 G b p s .   T h e   f o u r   w a v e l e n g t h s   a r e   m u l t i p l e x e d   b y   a   W D M   m u l t i p l e x e r   a n d   a r e   t r a n s m i t t e d   o v e r   a n   o p t i c   f i b e r .   I n   t h e   o p t i c a l   d i s t r i b u t i o n   n e t w o r k ,   t h e   s i g n a l s   a r e   d e m u l t i p l e x e d   u s i n g   a   d e m u l t i p l e x e r .   A l l   t h e   f o u r   w a v e l e n g t h s   a r e   o b t a i n e d   a t   t h e   o u t p u t   o f   t h e   d e m u l t i p l e x e r .   E a c h   o f   t h e s e   w a v e l e n g t h s   i s   c o n n e c t e d   t o   a   p a s s i v e   s p l i t t e r   c o n s i s t i n g   o f   1 2 8   p o r t s   w i t h   a   l o s s   o f   2 1 d B .   T h e r e f o r e ,   e v e r y   w a v e l e n g t h   c a n   c a t e r   t o   1 2 8   s u b s c r i b e r s .   W h e n   4   w a v e l e n g t h s   a r e   u s e d ,   t h e   t o t a l   n u m b e r   o f   s u b s c r i b e r s   r e a c h e s   5 1 2   n u m b e r s .   T h e   b l o c k   d i a g r a m   r e p r e s e n t a t i o n   o f   t h e   s i m u l a t i o n   s e t u p   i s   s h o w n   o n   F i g u r e   3 .             F i g u r e   3 .   S i m u l a t i o n   Se t u p   o f   D i s p e r s i o n   C o m p e n s a t e d   H y b r i d   P O N   w i t h   D P S K   M o d u l a t i o n     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2502 - 4 7 5 2   I n d o n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m p   S c i ,   V o l 11 ,   N o .   3 S e p t e m b e r   201 8   :     891     897   894   I n   t h e   t r a n s m i t t e r   s e c t i o n ,   d a t a   a n d   v o i c e   s i g n a l s   a r e   c o m b i n e d   ( v o i c e   o v e r   i n t e r n e t   p r o t o c o l )   h a v i n g   4 0 G b p s   d a t a   r a t e   a n d   i s   g e n e r a t e d   b y   P R B S   s i g n a l   g e n e r a t o r   a n d   t h e   s i g n a l   p a s s   t h r o u g h   N o n - r e t u r n   t o   Z e r o   ( N R Z )   d r i v e r .   T w o   c o n c a t e n a t e d   m o d u l a t o r s   a r e   u s e d   f o r   D P S K   M o d u l a t i o n .   T h e   p h a s e   m o d u l a t e d   s i g n a l   i s   g e n e r a t e d   b y   e n c o d i n g   t h e   N R Z   s i g n a l   u s i n g   a   D u o b i n a r y   p r e c o d e r .   I t   t h e n   d r i v e s   a   L i t h i u m   N i o b a t e   M a c h - Z e h n d e r   M o d u l a t o r   a n d   m o d u l a t e s   t h e   p h a s e   o f   t h e   C W   s i g n a l .   T h e   o u t p u t   o f   t h i s   m o d u l a t o r   t h e n   d r i v e s   a   s e c o n d   m o d u l a t o r ,   w h i c h   i s   d r i v e n   b y   s i n u s o i d   o f   2 0 G H z   f r e q u e n c y .   F o u r   s u c h   t r a n s m i t t e r s   a r e   c o n n e c t e d   t o   a   W D M   m u l t i p l e x e r   a n d   t h e   m u l t i p l e x e d   s i g n a l   i s   s e n t   t h r o u g h   t h e   o p t i c   f i b e r .   T h e   t r a n s m i t t e r   s e c t i o n   i s   s h o w n   i n   F i g u r e   4 .           F i g u r e   4 .   T r a n s m i t t e r   s e c t i o n   o f   H y b r i d   P O N       W h e n   a   n u m b e r   o f   w a v e l e n g t h s   a r e   s e n t   t h r o u g h   t h e   f i b e r   c h r o m a t i c   d i s p e r s i o n   c a u s e s   p u l s e   b r o a d e n i n g   a n d   h e n c e   t h e   a d j a c e n t   b i t   p e r i o d s   o v e r l a p   l e a d i n g   t o   i n t e r - s y m b o l   i n t e r f e r e n c e .   B r o a d e n i n g   o f   p u l s e   d e p e n d s   b o t h   o n   t h e   w a v e l e n g t h ,   d i s t a n c e   a n d   t h e   d i s p e r s i o n   p a r a m e t e r .   T h e   D i s p e r s i o n   p a r a m e t e r   o f   t h e   S M F   i s   t a k e n   t o   b e   1 7 p s / n m / k m   i n   1 . 5 5 µ m   w a v e l e n g t h   r a n g e .   U s i n g   d i s p e r s i o n   c o m p e n s a t e d   f i b e r   r e d u c e s   t h e   d i s p e r s i o n   i n   f i b e r   [ 2 3 ] .   O u t   t h e   t h r e e   d i s p e r s i o n   c o m p e n s a t i o n   s c h e m e s   l i k e   t h e   p r e   c o m p e n s a t i o n ,   p o s t   c o m p e n s a t i o n   a n d   t h e   s y m m e t r i c a l   c o m p e n s a t i o n   s c h e m e ,   s y m m e t r i c a l   c o m p e n s a t i o n   h a s   p r o v e d   t o   b e   a   b e t t e r   t e c h n i q u e   a n d   h e n c e   i s   a d o p t e d   h e r e   [ 2 4 ] .   T h e   s y m m e t r i c a l   c o m p e n s a t i o n   a p p l i e d   t o   t h e   f i b e r   i s   s h o w n   i n   F i g u r e   5 .           F i g u r e   5 .   S y m m e t r i c   c o m p e n s a t i o n   D C F         A t   t h e   r e c e i v e r   e n d ,   a   d e - m u l t i p l e x e r   i s   u s e d   t o   s e p a r a t e   t h e   d i f f e r e n t   w a v e l e n g t h s .   E a c h   o f   t h e   o u t p u t   p o r t s   o f   t h e   d e - m u l t i p l e x e r   i s   t h e n   c o n n e c t e d   t o   a   p a s s i v e   s p l i t t e r / c o m b i n e r .   T h e   s p l i t t e r   h e l p s   i n   c o n n e c t i n g   t h e   s u b s c r i b e r s   t o   t h e   a c c e s s   n e t w o r k .   A   g r o u p   o f   u s e r s   c o n n e c t e d   t o   t h e   s a m e   p a s s i v e   s p l i t t e r   s h a r e s   a   s i n g l e   w a v e l e n g t h .   D e m o d u l a t i o n   o f   t h e   r e c e i v e d   s i g n a l   i s   c a r r i e d   o u t   b y   M a c h - Z e h n d e r   i n t e r f e r o m e t e r   a n d   b a l a n c e d   p h o t o d i o d e s   a t   t h e   r e c e i v e r .   T h e   r e c e i v e r   s e c t i o n   i s   s h o w n   i n   F i g u r e   6 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m p   S c i     I S S N :   2502 - 4 7 5 2     L o n g   R e a c h   a n d   H i g h   C a p a c i t y   H y b r i d   P a s s i v e   O p t i c a l   N e t w o r k   ( S u b h a s h i n i   N )   895       F i g u r e   6 .   R e c e i v e r   S e c t i o n   o f   H y b r i d   P O N       3.   R E S U L T S   A N D   D I S C U S S I O N   T h e   o p t i c a l   s p e c t r u m   a t   t h e   o u t p u t   o f   t h e   m o d u l a t o r   f o r   t h e   l i g h t   w a v e   f o r   1 5 6 0   n m   i s   s h o w n   i n   F i g u r e   7   f o r   a n   i n p u t   c o n s i s t i n g   o f   d a t a   a n d   v o i c e .   T h e   o p t i c a l   s p e c t r u m   h a s   e n o u g h   S i n g l e   M o d e   S u p p r e s s i o n   R a t i o   ( S M S R )   w h i c h   e n a b l e s   t r a n s m i s s i o n   o f   s i g n a l s   o v e r   l o n g   d i s t a n c e   t h r o u g h   t h e   S i n g l e   M o d e   F i b e r .   T h e   e y e   d i a g r a m   f o r   t h e   t r a n s m i s s i o n   o f   d a t a / v o i c e   i n   t h e   d o w n s t r e a m   l i n k   a t   6 0 K m   i s   s h o w n   i n   F i g u r e   8 .   T h e   r e c e i v e d   s i g n a l s   q u a l i t y   i s   e s t i m a t e d   f r o m   t h e   e y e   d i a g r a m .   T h e   h e i g h t   a n d   w i d t h   o f   t h e   e y e   o p e n i n g   s p e c i f i e s   t h e   e f f e c t   o f   i n t e r   s y m b o l   i n t e r f e r e n c e   a n d   n o i s e .   T h e   n o i s e   m a r g i n   o f   t h e   s i g n a l   i s   s p e c i f i e d   b y   t h e   v e r t i c a l   e y e   o p e n i n g     a n d   t h e   h o r i z o n t a l   e y e   o p e n i n g   d e f i n e s   t h e   i n t e r v a l   o f   t i m e   o v e r   w h i c h   s a m p l i n g   o f   t h e   r e c e i v e d   s i g n a l   c a n   b e   d o n e   w i t h o u t   t h e   e f f e c t   o f   n o i s e .   A   l a r g e   e y e   o p e n i n g   i n d i c a t e s   a   l o w   B E R   i n   t h e   s y s t e m .   T h e   Q   f a c t o r   i s   m e a s u r e d   u s i n g       10 10 Q       W h e r e 1 , 2   a r e   t h e   m e a n   o f   t h e   r e c e i v e d   s i g n a l   a t   t h e   s a m p l i n g   i n s t a n t   w h e n   a   l o g i c a l   1   a n d   0   i s   t r a n s m i t t e d   a n d 1   , 2   a r e   t h e   s t a n d a r d   d e v i a t i o n s   o f   t h e   i n t e n s i t i e s   a r o u n d   t h e   l e v e l s   o f   1   a n d   0 .   T h e   d e p e n d e n c y   o f   Q   f a c t o r   o n   t h e   t r a n s m i s s i o n   l e n g t h   i s   g i v e n   b y     () L i Q P e     w h e r e   L   i s   l e n g t h   o f   t r a n s m i s s i o n   a n d   α   i s   t h e   c o e f f i c i e n t   o f   a t t e n u a t i o n .   T h e   m a x i m u m   l e n g t h   f o r   w h i c h   t r a n s m i s s i o n   c a n   t a k e   p l a c e   i s   g i v e n   b y   L .     1 (4 ) L D B S     W h e r e   B   i s   t h e   r a t e   a t   w h i c h   d a t a   i s   t r a n s m i t t e d ,   D   i s   t h e   c o e f f i c i e n t   o f   d i s p e r s i o n   a n d   S d e n o t e s   t h e   r m s   v a l u e   o f   t h e   s p e c t r u m   w i d t h .   T h e   r e s u l t s   o f   o u r   w o r k   a r e   s h o w n   i n   F i g u r e   9   w h e r e   t h e   Q   f a c t o r   v e r s u s   l e n g t h   o f   t h e   f i b e r   f o r   6 4 , 1 2 8   a n d   2 5 6   u s e r s   a r e   p l o t t e d .   W e   u s e   D P S K   M o d u l a t i o n   f o r m a t   a t   4 0 G b p s   w i t h   S y m m e t r i c   D i s p e r s i o n   C o m p e n s a t i o n   t e c h n i q u e s .   T h o u g h   N R Z   M o d u l a t i o n   f o r m a t   i s   w i d e l y   u s e d   i n   P O N   N e t w o r k ,   d u e   t o   i t s   s i m p l i c i t y   i n   i m p l e m e n t a t i o n ,   c o n s i d e r i n g   t h e   h i g h e r   d a t a   r a t e   r e q u i r e m e n t   o f   f u t u r e   g e n e r a t i o n   n e t w o r k s ,   w e   e v a l u a t e d   t h e   p e r f o r m a n c e   o f   D P S K   M o d u l a t i o n   f o r m a t   a t   4 0 G b p s   t r a n s m i s s i o n   r a t e   i n   t h e   H y b r i d   P O N   N e t w o r k .   T h e   i n f l u e n c e   o f   t h e   t r a n s m i s s i o n   l i n k   d i s t a n c e   o n   t h e   f a c t o r   a n d   t h e   i n f l u e n c e   o f   n u m b e r   o f   u s e r s   i n   t h e   n e t w o r k   i s   s t u d i e d   f o r   t h e   g i v e n   d a t a   r a t e   a n d   i s   s h o w n   i n   F i g u r e   9 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2502 - 4 7 5 2   I n d o n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m p   S c i ,   V o l 11 ,   N o .   3 S e p t e m b e r   201 8   :     891     897   896   A   Q   f a c t o r   o f     4 0 . 7 5 , 3 1 . 9   a n d   1 7 . 2 8     i s   o b s e r v e d   f o r   6 4 ,   1 2 8   a n d   2 5 6     u s e r s   r e s p e c t i v e l y   a t   4 0 G b p s   d a t a   r a t e   f o r   a n   o p t i c a l   f i b e r   o f   l e n g t h   1 0   K m .   T h e   Q   f a c t o r     d e c r e a s e s   t o     8 . 8 9 9 ,   6 . 2 9   a n d   3 . 0 4       f o r   6 4 ,   1 2 8   a n d   2 5 6     u s e r s   r e s p e c t i v e l y   a t     t h e   s a m e   d a t a   r a t e   f o r   a   f i b e r   l e n g t h   o f     6 0   K m .   I t   i s   s e e n   f r o m   t h e   g r a p h   t h a t   t h e   Q   f a c t o r   i s   d e c r e a s i n g   f o r   i n c r e a s e   i n   t h e   l e n g t h   o f   f i b e r .   T h i s   i s   d u e   t o   f a c t o r s   l i k e   c h r o m a t i c   d i s p e r s i o n   a n d   f i b e r   a t t e n u a t i o n   e t c .     A l s o   t h e   Q   f a c t o r   r e d u c e s   w h e n   t h e   n u m b e r   o f   u s e r s   s h a r i n g   t h e   s a m e   w a v e l e n g t h   i n c r e a s e s .   T h i s   i s   b e c a u s e   o f   t h e   s p l i t t e r   l o s s e s   i n   t h e   H y b r i d   P O N .   I t   i s   s e e n   f r o m   t h e   g r a p h   t h a t   t h e   H y b r i d   P O N   n e t w o r k   e m p l o y i n g   s y m m e t r i c a l   d i s p e r s i o n   c o m p e n s a t i o n   w h i c h   u t i l i s e s   D P S K   m o d u l a t i o n   c a n   b e   u s e d   f o r   l o n g   r e a c h   w i t h   l a r g e r   n u m b e r   o f   u s e r s   a c c e s s i n g   t h e   s a m e   w a v e l e n g t h .   I t   c a n   b e   s e e n   f r o m   t h e   g r a p h   t h a t   1 2 8   u s e r s   c a n   u s e   t h e   s a m e   w a v e l e n g t h   u p   t o   a   d i s t a n c e   o f   6 0 k m s   w i t h   a   Q   f a c t o r   o f   6 . 2 9   a n d   2 5 6   u s e r s   c a n   u s e   t h e   n e t w o r k   f o r   a   d i s t a n c e   o f   u p   t o   4 0 k m s .     W h e n   4   s u c h   w a v e l e n g t h s   a r e   u s e d   i n   t h e   n e t w o r k ,   t h e   n u m b e r   o f   u s e r s   i n c r e a s e s   t o   5 1 2   u s e r s   a t   a   d i s t a n c e   o f   6 0 k m s   f r o m   t h e   C O   a n d   1 0 2 4   u s e r s   f o r   a   d i s t a n c e   o f   4 k m s .               F i g u r e   7 .   O p t i c a l   S p e c t r u m   a t   t h e   O u t p u t     o f   t h e   M o d u l a t o r   F i g u r e   8 .   E y e   D i a g r a m   f o r   t h e   T r a n s m i s s i o n   o f   D a t a / V o i c e   i n   t h e   D o w n s t r e a m   L i n k   a t   6 0 K m           F i g u r e   9 .   Q   F a c t o r   v s .   L e n g t h   o f   F i b e r       4.   C O N C L U S I O N   An   h y b r i d   W D M / T D M - P O N   a c c e s s   n e t w o r k   h a s   b e e n   p r o p o s e d   a n d   s i m u l a t e d   t o   p r o v i d e   n e t w o r k   s e r v i c e s   f o r   b u s i n e s s   a n d   r e s i d e n t i a l   s u b s c r i b e r s .   4 0 G b p s   d a t a   a n d   v o i c e   s i g n a l s   a r e   s u c c e s s f u l l y   t r a n s m i t t e d   o v e r   a   d i s t a n c e   o f   6 0 k m   u s i n g   D P S K   M o d u l a t i o n .     D i s p e r s i o n   c o m p e n s a t e d   S i n g l e   M o d e   F i b e r   w i t h   1 2 8   u s e r s   p e r   w a v e l e n g t h   a n d   o v e r   4 0 k m s   w i t h   2 5 6   u s e r s   p e r   w a v e l e n g t h .     T h e   Q   f a c t o r   o f   6 . 2 9   i s   o b t a i n e d   f o r   1 2 8   u s e r s   u p   t o   6 0   k m   o f   t r a n s m i s s i o n   d i s t a n c e   w i t h   a   b i t   r a t e   4 0   G b p s ,   w h i c h   i s   a n   a c c e p t a b l e   v a l u e .   E y e   d i a g r a m s   w i t h   s u f f i c i e n t   e y e   o p e n i n g s   a r e   a l s o   s e e n .   T h e r e f o r e ,   D P S K   w i t h   s y m m e t r i c a l   d i s p e r s i o n   c o m p e n s a t i o n   i s   p r e f e r r e d   f o r   H y b r i d   P O N   N e t w o r k s   f o r   a   d i s t a n c e   o f   u p   t o   6 0 k m s   w i t h   1 2 8   u s e r s   p e r   w a v e l e n g t h .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m p   S c i     I S S N :   2502 - 4 7 5 2     L o n g   R e a c h   a n d   H i g h   C a p a c i t y   H y b r i d   P a s s i v e   O p t i c a l   N e t w o r k   ( S u b h a s h i n i   N )   897   R E F E R E N C E S   [1]   O og us hi S . ,   S a t ou,  S . S a e ki N .    D e ve l o p m e nt   of  10G - E P O N   t be t t e ha ndl e   i nc re a s e t ra ffi c NE T e c hni c al   J our nal . J ul y  2016;  10(3):  58 - 61.   [2]   B haum i k   .P   e t .a l IP T V   ove E P O N :   S y nt he t i c   t ra ffi c   g e ne ra t i on  a nd  p e rform a nc e   e va l ua t i on.  O pt i c al   Swi t c hi ng  and Ne t wor k i ng . N ove m be 2015;  18(P 2):  180 - 19 0.   [3]   Mi c hae l   P .M c g a rry   e t .a l E t he rne t   p a s s i ve   O p t i c a l   N e t w ork  A rc hi t e c t ure s   a nd  D y na m i c   Ba ndw i dt A l l oc a t i on  A l g ori t hm s IE E E   Com m uni c at i ons  Sur v e y s  &  T ut or i al s . 3rd Q ua rt e r 2008;  10(3): 46 - 60.   [4]   G l e n   K ra m e e t .a l E t he rne t   P a s s i ve   O p t i c a l   N e t w ork  (E P O N ):   Bui l di ng   a   N e x t - G e ne ra t i on  O p t i c a l   A c c e s s   N e t w ork.  IE E E  Com m uni c at i ons  Magaz i ne F e brua ry  2002;  40(2): 66 - 73.   [5]   A m i t a bha   Ba ne rj e e   e t .a l W a ve l e ng t h - di vi s i on - m ul t i p l e x e p a s s i ve   op t i c a l   ne t w ork  (W D M - P O N t e c hnol og i e s   for  br oadband   a c c e s s :   a  re vi e w   [Invi t e d].  J our n al  of  O pt i c al   Ne t wor k i ng . N ove m be 2005;  4(11): 737 - 758.   [6]   J un - i c hi   K a ni E na bl i ng   T e c hnol og i e s   for  F ut ure   S c a l a bl e   a nd  F l e x i bl e   W D M - P O N   a nd  W D M / T D M - PON  S y s t e m s IE E E  J our nal  of   Se l e c t e T opi c s  i n Q uant um  E l e c t r oni c s S e p t e m be r/   O c t obe r 2010;  16(5): 1290 - 1297.   [7]   Ing   w a ng   e t .a l D y na m i c   Ba ndw i dt a nd  W a ve l e ng t A l l oc a t i on  S c he m e   for  N e x t - G e ne ra t i on  W a ve l e ng t h - A g i l e   E P O N .   J our nal  of  Com m uni c at i on  Ne t wor k s . M a rc h 2017;  9(3): B33 - B42.   [8]   K ra m e G M ukhe rj e e B,  P e s a ve nt G IP A CT   a   dy na m i c   p rot oc ol   for  a E t he rne t   P O N   ( E P O N ).  IE E E     Com m uni c a t i ons   Magaz i ne . F e brua ry  2002:  40(2), 74 80.    [9]   N .S ubha s hi ni .e t .a l U s e P ri ori t i z e Cons t ra i nt   F re e   D y na m i c   Ba ndw i dt A l l oc a t i on  A l g ori t hm   for  E P O N   N e t w orks .   Indi an J our nal  of  Sc i e nc e   and T e c hnol ogy .   D e c e m be 2015;  8(33).   [10]   N .S ubha s hi n i .e t .a l M odi fi e Rus s i a D ol l   M ode l   for  E ffi c i e nt   D y na m i c   Ba ndw i dt A l l oc a t i on  i E P O N .        Int e rna t i ona l   J our nal   of  A ppl i e E ngi ne e r i ng  R e s e ar c h . 2014;   9(19): 5611 - 5621.   [11]   Ba i   X S ha m i   A A s s i   C.  O t he   fa i rne s s   of  dy na m i c   ba ndw i dt a l l oc a t i on  s c he m e s   i E t he rne t   p a s s i ve   op t i c a l   ne t w orks .   Com put e r  Com m uni c at i on . J ul y  2006;  29(11):  2123 35.   [12]   M c G a rry M .P .   W D M   E t he rne t   p a s s i ve   op t i c a l   ne t w orks IE E E   Com m uni c at i ons   Magaz i ne F e brua ry   2006;   44(2): 15 - 22.    [13]   A bba s .H .S .e t .a l T he   ne x t   g e ne ra t i on  of  p a s s i ve   op t i c a l   ne t w orks :   A   re vi e w J our nal   of   Ne t wor k   and  Com put e r   A p p l i c a t i ons . M a y  2016;  67: 53 - 74.    [14]   Bi s he ng   Q u a n H ui   L i Z i c hun  L e D y na m i c   Rout i ng   a nd  Re s ourc e   A s s i g nm e nt   A l g ori t hm   i S l ot t e O p t i c a l   N e t w orks T E L KO MNIKA   (T e l e c om m uni c at i on, Com put i ng, E l e c t r oni c s   and Cont r ol ) .   2013;  11(4): 1813 - 1821.   [15]   P J W i nz e r,  R.  E s s i a m bre A dv anc e O pt i c al   Modul at i on  F or m at s .   In  P roc e e di ng s   of  t he   IE E E 2006;     94(5):     952 - 985   [16]   L i   L i W e i   J i a n - y i   Z ha ng   X i u - t a i   ,L i   H ong - a n.  Re s e a rc on  M i x e D a t a   Ra t e   a nd  F orm a t   T ra ns m i s s i on i n W D M   N e t w orks T E L KO MNIKA   (T e l e c om m uni c at i on, Com put i ng, E l e c t r oni c s   and Cont r ol ) .   2013;  11(1): 127 - 136.   [17]   S i m ra nj i t   S i ng h,  A m i t   K a p oor,  G urp re e t   K a ur,  R.S K a l e r Ra ke s G oy a l Inve s t i g a t i on  on  w a ve l e ng t re - m odul a t e bi - di re c t i ona l   p a s s i ve  op t i c a l  ne t w ork for di ffe re nt  m odul a t i on form a t s O pt i k . 2014; 5378 5382   [ 18]   A G a rc í a - P é re z , J . A . A ndra de - L uc i o, O . G . Iba rra - M a nz a no, E . A l va ra do - M é nde z , M . T re j o - D ura n, H . G ut i é rre z - M a rt í n. E ffi c i e nt   Modul at i on  F or m at s  f or  H i gh B i t - R at e   F i be r   T r ans m i s s i on. May o - A gos t o. 2006; 16(2).   [19]   J L at al   e t .al Si m ul at i on  of   m odul at i on  f or m at s   f or   opt i c al   ac c e s s   ne t wor k  bas e d on WD M - P O N .   In P roc e e di ng s  of  16t h Int e rna t i ona l  Confe re nc e   i n T ra ns p a re nt  O p t i c a l  N e t w orks  (ICT O N ):  2014; 1 - 7   [20]   I.  K urba t s ka V Bobrovs S S p ol i t i s P G a va rs G Iva novs R. P a rt s . Inve s t i g a t i on on M a x i m um  A va i l a bl e  Re a c for  D i ffe re nt   M odul a t i on  F orm a t s   i W D M   P O N   S y s t e m s L at i v i an  J our nal   of   P hy s i c s   and  T e c hni c al   Sc i e nc es 2016; 53(4): 66 - 75    [21]   F a dy   I.  E l - N a ha l A   W D M - P O N   w i t D P S K   m odul a t e dow ns t re a m   a nd O O K  m odul a t e d up s t re a m  s i g na l s  ba s e on  s y m m e t ri c   10  G bi t / s   w a ve l e ng t re us e bi di re c t i ona l   re fl e c t i ve   S O A O pt oe l e c t r oni c s   L e t t e r s J a nua ry   2017; 13(1)   [22]   M a nda l G .C.   e t .a l .   H i g c a p a c i t y   hy bri W D M / T D M - P O N   e m p l oy i ng   fi be r - to - t he - hom e   for  t ri p l e - p l a y  s e rvi c e s   w i t h 128 O N U s J our nal  of  O pt i c s  (Indi a) . S e p t e m be r 2017;  46(3): 347 - 351.   [23]   Bri a P a m ukt i D oa P e rda na P e rform a nc e   E va l ua t i on  of  D CF   L e ng t for  H i g S c a l a bi l i t y   N G - P O N 2.  T E L K O M N IK A . M a rc h 2017;  15(1): 165 - 171.   [24]   Z ha ng P .   e t .a l Com par i s on of  di s pe r s i on c om pe ns at i on f or  D Q P SK m odul at e d f or m at s  i n 100G bps  D WD M opt i c al   c om m uni c at i on  s y s t e m P roc e e di ng s   of S P IE   -   T he  Int e rna t i ona l  S oc i e t y  for O p t i c a l  E ng i ne e ri ng 2013;   8906         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.