KR100687753B1

KR100687753B1 - Ｃｓ-ｒｚ 광신호 생성 장치 및 그 생성 방법

Info

Publication number: KR100687753B1
Application number: KR1020050098692A
Authority: KR
Inventors: 조현우; 이동수; 고제수
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2005-10-19
Filing date: 2005-10-19
Publication date: 2007-02-27
Also published as: US20070086787A1; US7817922B2

Abstract

본 발명은 CS-RZ 광신호를 생성하는 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, CS-RZ 광신호 생성장치는 입력 신호를 입력 신호의 총전송 속도의 반에 해당하는 전송 속도를 지닌 두 개의 NRZ 입력 신호로 분류하는 분류부, 분류된 전송 속도와 같은 주파수를 지닌 클럭과 분류된 NRZ 입력 신호를 AND 연산을 하여 상기 NRZ 입력 신호를 RZ 신호로 변환시키는 변환부, RZ 신호를 이중 전극 광변조기의 구동전압 크기로 증폭시키는 증폭부, 두 개의 RZ 신호 간에 RZ 신호의 주기의 반에 해당하는 시간 지연이 존재하도록 조절하는 위상 조절부; 및 증폭된 RZ 신호 중 위상이 반전되지 않은 신호에는 이중 전극 광변조기의 전달 함수의 하향 곡선의 변곡점 지점에 소정의 직류 바이어스 전압을 가하고, 증폭된 RZ 신호 중 위상이 반전된 신호에는 이중 전극 광변조기의 전달 함수의 상향 곡선의 변곡점 지점에 소정의 직류 바이어스 전압을 가하는 바이어스부를 포함한다.

CS-RZ 광신호

Description

ＣＳ-ＲＺ 광신호 생성 장치 및 그 생성 방법{Apparatus and method to generate Carrier Suppressed-Return to Zero optical signal}

도 1 은 두 개의 광변조기를 이용하는 CS-RZ 광송신기의 구성도이다.

도 2 는 도 1의 광변조기에서 클럭 변조시 인접 비트의 위상이 변하는 것을 설명하기 위해 42.8Gb/s CS-RZ 광송신기에서 실험한 결과를 도시한다.

도 3 은 도 1(b)의 CS-RZ 광송신기의 각 지점에서 아이-다이어그램(eye diagram)을 도시한다.

도 4 는 하나의 믹서(mixer)와 하나의 광변조기를 이용한 CS-RZ 광송신기를 도시한다.

도 5는 도 4의 CS- RZ 광송신기의 각 지점에서 아이-다이어그램을 도시한다.

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, CS-RZ 생성 장치의 일 구성도를 도시한다.

도 7 은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, CS-RZ 생성 장치의 상세화된 일 구성도를 도시한다.

도 8 은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 도 6 및 도 7의 타이밍도를 도시한다.

도 9 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 도 6 및 도 7의 구성도에 대한 모의 실험 결과를 도시한다.

도 10(a)는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 도 6 및 도 7의 구성도의 모의 실험 결과인 도 9(c)를 아이-다이어그램으로 변환한 것이다.

도 10(b)는 도 3의 한 개의 믹서와 한 개의 광변조기를 이용한 CS-RZ 광송신기가 40Gb/s 데이터 신호와 20GHz 클럭 신호를 믹싱한 후의 아이-다이어그램이다.

도 10(c)는 도 10(b)를 구현함에 있어, 구동 증폭기가 포화 영역에서 동작했을 경우 아이 닫힘 현상을 도시한다.

도 11(a) 는 도 4의 한 개의 믹서와 한 개의 광변조기를 이용한 CS-RZ 광송신기의 구동 증폭기의 증폭 이득이 충분하지 못할 경우의 광스펙트럼을 도시한다.

도 11(b) 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 도 9(c)의 광 스펙트럼을 도시한다.

도 12는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, CS-RZ 광 생성 장치에 DC 바이어스 인가점을 도시한다.

도 13 은 본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예로서, 도 6의 기본 구성에서 저주파 대역 통과 필터를 제거한 CS-RZ 광 생성 장치를 도시한다.

도 14는 본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예로서, 도 6의 기본 구성에서 분류부(600)를 변형한 CS-RZ 광 생성 장치를 도시한다.

본 발명은 CS-RZ(Carrier Suppressed-Return to Zero) 광신호 발생장치에 관한 것이다.

일반적으로 광통신 시스템에서는 그 구성의 간단함과 이로 인한 제작비용을 절감을 장점으로 하는 NRZ(non-return-to-zero) 변조 방식이 사용되고 있다. 그러나 인터넷 트래픽의 증가에 더불어 광전송에서의 전체 용량을 늘려가는 추세에 있으며, 이를 위해 각 채널 당 전송 속도도 2.5Gb/s에서 10Gb/s로 높아졌으며, 현재는 40Gb/s에 대한 연구가 진행되고 있다. 특히 40Gb/s와 같은 초고속 광전송에서는 비선형 현상 등에 상대적으로 우수하다고 알려진 RZ(return-to-zero) 신호 방식을 이용하려는 노력이 활발히 진행 중이다.

따라서 RZ의 장점을 이어받으면서, 광신호의 스펙트럼을 줄이려는 노력의 일환으로 CS-RZ신호 변조에 대한 연구 결과들이 보고되고 있다. 현재, CS-RZ 광송신기는 일반적으로 두 개의 광 변조기를 이용하는 방식 또는 한 개의 전기적 믹서(mixer)와 한 개의 광변조기를 이용하는 방식이 사용되고 있다.

그러나, 두 개의 광변조기를 이용한 기존 CS-RZ 광송신기는 첩이 없거나 첩을 상쇄시킬 수 있는 간섭계형 광변조기가 반드시 한 개 들어가야 하고, 또한 두 개의 광 변조기를 사용하여야 하므로 광송신기 전체의 단가를 상승시키는 단점이 있다.

또한, 한 개의 믹서와 한 개의 광변조기를 이용한 CS-RZ 광송신기는 초고속 신호에서 제작이 어려움으로 인해, 광 신호의 아이다이어그램이 감기게 되는 문제 점을 지닌다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 하나의 광변조기를 이용하여 CS-RZ 광신호를 생성함에 있어서, 초고속 광통신망에서도 구현이 용이한 CS-RZ 광신호 생성 장치를 제공하고자 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서 CS-RZ 광신호 생성 장치는 입력 신호를 동일한 전송 속도를 지닌 두 개의 NRZ(Non-Return-to-Zero) 입력 신호로 분류하는 분류부; 상기 분류된 NRZ 입력 신호 중 하나의 NRZ 입력 신호와 상기 전송 속도를 지닌 클럭을 AND 연산하여 제 1 RZ(Return-to-Zero) 신호로 변환시키는 제 1 신호변환부; 상기 분류된 두 개의 NRZ 입력 신호 중 또 다른 NRZ 입력 신호와 상기 전송 속도를 지닌 클럭을 AND 연산하여 제 2 RZ 신호로 변환시키는 제 2 신호변환부; 상기 제 1 RZ 신호와 상기 제 2 RZ 신호 간에 상기 입력 신호의 반 주기에 해당하는 시간 지연이 존재하도록 조절하는 위상 조절부;

상기 제 1 RZ 신호 및 상기 제 2 RZ 신호 각각에 상이한 직류 바이어스 전압을 가하는 바이어스부; 및 상기 바이어스 전압을 가한 상기 제 1 RZ 신호 및 상기 제 2 RZ 신호를 광학적으로 변환하여 CS-RZ(Carrier Suppressed Returned to Zero) 신호를 생성하는 이중 전극 광변조기;를 포함한다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예에서, CS-RZ 광신호 생성 방법은 입력 신호를 동일한 전송 속도를 지닌 두 개의 NRZ(Non- Return-to-Zero) 입력 신호로 분류하는 분류 단계; 상기 분류된 각각의 NRZ 입력 신호를 상기 전송 속도를 지닌 클럭과 AND 연산하여 각각 제 1 RZ 신호와 제 2 RZ 신호로 변환시키는 신호변환 단계; 상기 제 1 RZ 신호와 상기 제 2 RZ 신호 간에 상기 입력 신호의 반 주기에 해당하는 시간 지연이 존재하도록 조절하는 위상 조절 단계; 상기 제 1 RZ 신호 및 상기 제 2 RZ 신호 각각에 상이한 직류 바이어스 전압을 가하는 바이어스 인가 단계;및 상기 제 1 RZ 신호 및 상기 제 2 RZ 신호를 광학적으로 변환하여 CS-RZ 신호를 생성하는 CS-RZ 생성 단계;를 포함한다.

일반적으로, RZ 신호 방식은 일반적으로 수신기에서의 수신감도가 좋으며 데이터 복원에 필수적인 동기 클럭을 추출하기 쉬우며, 광링크 상에서 왜곡이 적은 장점을 지니고 있으나, 광 스펙트럼의 대역폭이 NRZ보다 넓기 때문에 색분산에 취약하다는 단점을 지니고 있다. 따라서 RZ의 신호의 장점을 이어받으면서, 광신호의 스펙트럼을 줄이려는 노력의 일환으로 CS-RZ신호 변조에 대한 연구 결과들이 보고되고 있다.

보고된 바에 따르면, CS-RZ 신호는 RZ와 마찬가지로 광섬유의 비선형 현상에 대해 강하여 NRZ에 비하여 장거리 전송이 가능하며, 기존의 일반적인 RZ 신호보다 광 스펙트럼의 대역폭이 좁아서 분산에 의한 영향을 덜 받고, 파장 분할 다중화 방식(WDM; wavelength division multiplexing) 방식에 적용할 경우 더 많은 채널을 보낼 수 있는 특징을 지닌다.

이에 본 발명에서는, 이러한 CS-RZ 신호를 생성하는 광신호 생성 장치에 대하여 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다.

도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

도 1 에 도시된 클럭을 변조하는 두 개의 광변조기는 인접 비트의 위상이 서로 반대인 RZ 신호를 생성한다.

즉, 두 개의 광변조기 중 하나의 광 변조기는 일반적인 NRZ 광변조기로서의 역할을 담당하고, 나머지 하나의 광변조기는 전송 속도의 반(B/2)에 해당하는 클럭 신호를 위상이 교대로 반전되어 나오도록 하는 역할을 함으로써 최종적으로는 인접 비트의 위상이 서로 반대인 RZ 신호를 생성한다.

두 개의 광변조기에서 생성된 RZ 신호의 위상이 정확히 반대가 되기 위해서는 광변조기는 첩(chirp)이 없는 x-cut 간섭계형 광변조기이거나 첩을 상쇄시킬 수 있는 푸쉬-풀(push-pull) 형태의 이중 전극 광변조기를 이용하여야 한다.

즉, 차동 신호(differential signal)형태의 클럭 신호를 이중 전극의 광변조기에 인가하거나(도 1(a)), 단일 종단 신호(single-ended signal) 형태의 클럭 신호를 첩(chirp)이 없는 단일 전극의 광변조기에 인가한다(도 1(b)).

이에 따라, 도 1(a) 및 도 1(b) 모두 첫 번째 광변조기는 단순히 NRZ 전기신호를 광신호로 변환하는 역할을 하고 두 번째 광변조기는 인접 비트 사이의 위상 이 반대가 되도록 한다.

또한 입력되는 클럭 신호의 크기는 광변조기의 전달 함수에서 NRZ 변조를 위해 요구하는 구동 전압의 2배에 해당하도록 증폭되어야 하며, DC 전압의 바이어스 지점은 전달 함수의 널(null) 지점에 위치하도록 하여야 한다. 두 번째 광변조기에서 클럭 변조시 인접 비트 사이의 위상이 변하는 것은 도 2에서 설명하겠다.

42.8Gb/s CS-RZ 광송신기에서 데이터 전송 속도의 반에 해당하는 21.4GHz 클럭 신호(210)를 구동 전압의 2배로 증폭하여 광변조기에 입력한다. 클럭 신호는 전달함수의 크기가 최소가 되는 지점(null 지점, 220)으로 DC 전압을 맞추어 인가한다.

그 결과 인가한 클럭의 2배의 주파수 펄스인 42.8GHz의 광 펄스가 생성되고, 상기 42.8GHz의 광 펄스는 인접 비트의 피크(peak) 값은 각각 광변조기의 전달 함수의 하강곡선과 상승곡선에 의해 변환되었기 때문에 일정하지만 위상은 서로 180°(π 라디안)의 차이를 지니게 된다(230).

도 3(a) 는 도 1(b)의 첫 번째 광변조기의 출력 아이-다이어그램으로서 42.8Gb/s NRZ 광신호가 출력되고 있다. 이렇게 출력된 40Gb/s NRZ 광신호는 도 1(b)의 두 번째 광변조기의 광원으로 제공된다. 도 3의 (b)는 도 1(b)의 두 번째 광변조기에서 출력되는 42.8Gb/s CS-RZ의 광신호이다.

앞에서 언급한 바와 같이, 도 1(b)의 두 번째 광변조기에서의 클럭 변조는 인접 비트의 위상을 반대로 하므로 최종적으로 출력된 도 3(b) 광신호도 인접 비트의 위상이 반대가 되어 캐리어(carrier)의 파워가 상쇄되어 억제된다.

도 4의 CS-RZ 광송신기는 전기적으로 데이터 신호와 그 신호의 전송 속도의 1/2에 해당하는 주파수를 지닌 클럭 신호를 서로 믹싱(mixing)하여 전기적으로 CS-RZ 특성을 갖는 3-레벨 신호를 생성하고, 저주파 대역통과 필터를 이용하여 생성된 3-레벨 신호의 대역폭을 제한한 후, 이를 광변조기에 인가하여 CS-RZ 광신호를 생성한다.

도 5는 40Gb/s에서 모의 실험하에 얻은 도 4의 CS-RZ 광송신기의 아이-다이어그램의 그래프이다. 단, 믹서는 이상적인 특성을 지닌 것을 사용한 것을 가정한다. 즉, 믹서의 입출력 대역폭 특성이 무한대라고 가정한다.

도 5(a)는 믹서와 저주파 대역통과 필터를 거친 후 생성된 전기 신호를 도시한다. 도 5(a)의 아이-다이어그램은 "0"을 기준으로 부호가 상반되나 크기는 동일한 3-레벨 신호의 형태이다. 즉, 인접 비트의 크기는 동일하나 위상은 반대인 CS-RZ 신호의 특성을 지니고 있다.

따라서 이 신호를 증폭하여, 도 2에서와 마찬가지로 광변조기 전달함수의 최소 지점에 바이어스를 맞추어 구동 전압의 2배로 인가하면 도 5의 (b)와 같이 인접 비트의 위상이 서로 반대인 CS-RZ 광신호가 생성된다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에서, CS-RZ 생성장치는 분류부(600), 변환부(610, 611), 저주파 대역통과 필터(620, 621), 증폭부(630, 631), 위상 조절부(640 ), 바이어스부(650) 및 이중 전극 광변조기(660)를 포함한다.

분류부(600)는 예를 들어, 전송 속도(단위: 비트/초) = B (b/s; bit per second)인 전기적 데이터 신호가 입력되면, 이를 상기 입력 신호의 총 전송 속도의 반에 해당하는 전송 속도인 B/2 (b/s) 속도의 두 개의 NRZ 입력 신호로 분류한다.

분류된 두 개의 NRZ 신호는 각각 변환부(610,611)의 논리 회로의 데이터 입력으로 각각 사용된다. 이렇게 입력 신호를 나눔으로써 B (b/s)의 대역폭이 아닌 B/2 (b/s) 대역폭에서 동작하는 전기 소자로 대체하는 효과를 얻을 수도 있다. 이것은 전기소자의 구현의 용이함과 더불어 전체적인 단가 감소의 효과를 위함이다.

변환부(610, 611)는 기본적으로 NRZ 신호 형태인 두 개로 나뉜 B/2 (b/s) 전기신호를, B/2 (Hz)클럭과 함께 논리적 합(AND) 연산을 하여 RZ 형태로 변환시킨다.

이 때, 변환부(610, 611)에서 AND 논리 소자를 이용하여 전기적 NRZ 신호를 RZ 신호로 변환하기 위해서는 클럭과 데이터 사이의 위상이 일치될 것이 요구된다. 그에 따라, 변환부(600, 611)는 입력 신호와 클럭의 위상을 일치시키는 위상 조절기(612, 613)를 더 포함한다.

저주파 대역통과 필터(620, 621)에서는 변환부(610,611)를 통과한 각각의 신호에서 고주파 신호를 억제하여 대역폭을 제한한다. 변환부에서 NRZ 신호에서 RZ 신호로 변환된 신호에 대해 저주파 대역만을 통과시킴으로써 광 스펙트럼 감소의 효과가 생성된다.

증폭부(630, 631)에서는 이중 전극 광변조기(660)에서 각 단자를 구동하기 위해 요구되는 전압 크기까지 입력 신호를 각각 증폭시킨다.

위상 조절부(640 )는 구동 전압까지 증폭된 두 개의 B/2 (b/s) RZ 신호는 서로 반 주기만큼 지연되어 원래의 B (b/s) RZ 신호로 다중화하기 위하여, 증폭부(630, 631) 뒤에 배치된다.

즉, 주기와 전송 속도는 반비례한다는 공식인 (식1)을 이용하여 설명하면,

주기(단위: 초) = 1 / 전송 속도(단위: 비트/초) (식1)

B/2 (b/s) 신호의 한 주기는 2/B (s)가 된다. 따라서 위상 조절부(640 )에서는 두 RZ 신호 사이에 1/B (s) 만큼 시간 지연이 발생하도록 위상을 조절한다.

이것은 한 주기 내에 반드시 "0"인 구간이 존재한다는 RZ 신호의 고유 특성을 이용한 것으로서, 두 개의 입력 B/2 (b/s) 속도의 RZ 신호 중 한 신호의 "0" 구간에 다른 신호의 정보가 담긴 구간을 삽입할 수 있도록 정렬하는 것이다.

즉, 위상조절부(640 )는 두 개의 RZ 신호 간에 1/2 주기만큼의 시간 지연이 존재하고 서로 위상이 반전되도록 조절한다. 이에 관해서는 도 8-(g)에서 보다 상세히 서술하기로 한다.

바이어스부(650)는 상기 증폭된 RZ 신호 중 위상이 반전되지 않은 신호에는 이중 전극 광변조기의 전달 함수의 하향 곡선의 변곡점 지점에 소정의 직류 바이어스 전압을 가하고, 상기 증폭된 RZ 신호 중 위상이 반전된 신호에는 이중 전극 광변조기의 전달 함수의 상향 곡선의 변곡점 지점에 소정의 직류 바이어스 전압을 가한다.

바이어스부(650)에서는 각 RZ 신호에 광변조기의 전달 함수의 상승 곡선 및 하강 곡선의 변곡점 지점에 DC 바이어스를 가한다. 즉, 이중 전극 광변조기(660)의 각 전극에 각각의 RZ 신호가 입력되기 전에 서로 다른 DC 전압 바이어스를 인가함으로써 CS-RZ 신호를 생성한다. DC 바이어스 인가지점에 대해서는 도 12에서 보다 상세히 서술하기로 한다.

이중 전극 광변조기(660)는 상기 바이어스 전압을 가한 각각의 RZ 신호를 광학적으로 변환하여 CS-RZ 신호를 생성한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예로서, CS-RZ 광 생성 장치는 도 1에 도시된 2개의 광변조기를 사용하는 광송신기와 비교할 때 광변조기를 하나만 이용함으로써 전체적 단가를 감소시키고, 반드시 첩(chirp)이 없거나 첩을 상쇄시킬 수 있는 간섭계형 광변조기를 사용하여야 한다는 제약이 많이 해소되는 이점이 있다.

도 7 은 전송 속도가 B = 40Gb/s 인 입력 데이터에 대한 본 발명의 CS-RZ 생성 장치의 일 실시예를 도시한 것이지만, 원칙적으로 전송 속도(B)에 무관하게 동작할 수 있음을 주의하여야 한다.

40Gb/s NRZ 신호 형태의 전기적 데이터 신호가 입력되면, 도 6의 분류부(600)의 역할을 하는 1:2 역다중화기(700)에서 입력 신호를 2개의 20Gb/s 신호로 역다중화 한다. 이것은 두 개의 AND 논리 회로(710, 711)의 데이터 입력으로 각각 사용된다.

그 후, 이를 20GHz 클럭(즉 B/2 클럭)과 함께 논리적 합(AND)를 하게 되면 입력 신호는 RZ 형태로 변환되게 된다. 변환된 RZ 신호를 저주파 대역 통과 필터(720, 721)을 통과시켜 고주파 신호를 억제하여 대역폭을 제한한다.

위상 조절기(712, 713)는 AND 논리 소자에 들어가는 클럭 신호와 전기적 데이터 신호의 위상을 일치시킨다.

그 후 구동 증폭기(730, 731)에서 40Gb/s의 NRZ 형태의 입력신호에서 두 개의 20Gb/s RZ 신호로 변환된 신호를 각각 이중 전극 광변조기의 각 단자를 구동하기 위한 전압 크기까지 증폭한다.

한편, 구동 전압까지 증폭된 20Gb/s RZ 신호는 서로 입력 데이터 신호의 주기의 반(25ps)에 해당하는 시간 지연이 존재하도록 원래의 40Gb/s 신호로 광학적 다중화하기 위하여 위상 조절기(740, 741)를 통해 조절된다.

바이어스티(750, 751)는 이중 전극 광변조기(760)의 전달 함수에서 하향 변 곡점 지점과 상향 변곡점 지점의 DC 바이어스를 각 RZ 신호에 인가하고, 이중 전극 광변조기(760)에서 상기 바이어스 전압을 가한 각각의 RZ 신호를 광학적으로 변환하여 CS-RZ 신호를 생성한다.

도 8(a) 는 전송 속도(B)가 40Gb/s인 "1100010100111101001" NRZ 형태의 입력 신호를 도시한다. 도 8(b)는 입력 전송 속도의 반에 대응하는 주파수를 지닌 20GHz 클럭을 도시한다.

(a)의 40Gb/s 신호와 (b)의 20GHz 클럭 신호를 분류부의 일 예로서 1:2 역다중화기(DEMUX)에 입력하여 (c),(d)와 같이 20Gb/s 신호 2개로 나눈 후, 이 20Gb/s 신호를 20GHz 클럭과 함께 각각 변환부의 일 예로서 AND 논리 소자에 입력하면 각각 (e), (f)와 같이 RZ 신호로 출력되게 된다.

도 8 (g) 신호는 두 개의 RZ 신호 중 임의로 (e) 신호를 그 주기의 반(25ps)에 해당하는 만큼 시간 지연시킨 신호를 도시한 것이다. 그 후 (g) 신호는 도 8 (h)에 도시된 것과 같이 이중 광변조기의 구동 전압만큼 증폭한 후 반전시킨다.

(h)와 같이 반전된 RZ 신호는 광변조기 전달함수의 하강 곡선의 중간 변곡점 지점에 DC 바이어스를 인가하고, 반전되지 않은 RZ 신호는 도 8(i)에 도시된 것과 같이 위상을 그대로 유지한 채 이중 광변조기의 구동 전압만큼 증폭한 후 상승 곡선의 중간 변곡점 지점에 바이어스를 인가하면, 도 8(j)에 도시된 바와 같이 CS-RZ 광신호가 출력된다.

도 9의 (a)및 (b)는 각각 20Gb/s PRBS로서 RZ 신호 형태를 지니고 있으며,도 8의 (h) 신호와 같이, (b) 신호는 위상이 반전되어 있고 (a) 신호에 대해 주기의 반에 해당하는 시간 지연을 지닌다.

도 9(a) 및 도 9(b) 신호를 각각 본 발명의 바람직한 일 실시예인 CS-RZ 광 생성 장치의 이중 전극 광변조기에 인가한다. 이 때, 이중 전극 광변조기의 상승 및 하강 곡선의 변곡점에 DC 바이어스를 인가하면 도 9(c)에 도시된 것과 같은 40Gb/s CS-RZ 신호가 생성된다(도 14 참고).

도 10(b)는 도 3의 한 개의 믹서와 한 개의 광변조기를 이용한 CS-RZ 광송신기가 40Gb/s 데이터 신호와 20GHz 클럭 신호를 믹싱한 후의 아이-다이어그램이며, 도 10(c)는 이를 구현함에 있어, 구동 증폭기가 포화 영역에서 동작했을 경우 아이 닫힘 현상을 도시한다.

도 10(a)는 도 10(b)와 비교할 때, 본 발명의 CS-RZ 광생성 장치는 도 10(b)과 같은 “0” 레벨 근방의 리플이 생성되지 않는 이점이 있음을 보여준다.

즉, 도 4에 도시된 전기적 믹서는 논리적으로는 전기적 곱셈을 수행하는 소자로서 전송 속도(B)의 데이터 신호와 전송 속도의 반(B/2)의 클럭 신호의 곱셈을 기능을 하여야 한다. 예를 들어, 40Gb/s 와 같은 초고속 신호의 경우 데이터 신 호를 위해 거의 DC-32GHz 이상의 대역폭이 요구된다.

그러나, 현존하는 믹서는 고주파용이라고 하더라도 그 용도는 주로 좁은 대역폭의 높은 주파수 신호(RF 신호)를 역시 좁은 대역폭의 낮은 주파수 신호(LO 신호)로 하향-변환(down-conversion)하거나 혹은 반대로 상향-변환(up-conversion)하는 역할을 하므로 광통신 시스템에서 사용하는 광대역 신호를 위해서는 저주파수 컷오프(low-frequency cut-off)가 매우 좋아야 하는 제약이 있다.

그러나, 본 발명의 CS-RZ 광 생성 장치는 이러한 저주파수 컷오프에 따른 제약이 완화되므로, 도 10(a)와 같이 리플이 생성되지 않는 것을 볼 수 있다.

또한 한 개의 믹서와 한 개의 광변조기를 이용한 CS-RZ 광송신기를 사용할 경우 광변조기의 전극에 40Gb/s 광대역 데이터를 구동 전압의 2배(2 * Vπ)까지 증폭하여 인가하여 하나, 본 발명의 경우 상대적으로 낮은 대역폭의 20Gb/s 데이터 2개를 각각 구동 전압(Vπ)만큼만 증폭하면 되므로, 구동 증폭기에 대한 제약이 많이 해소되며, 40Gb/s 이상의 초고속 광통신 시스템에 서도 적용이 가능하다.

뿐만 아니라, 구동 증폭기는 최대 출력을 내는 지점이 증폭 이득이 포화상태에 이르는 영역에서 동작하는 특성을 지닌다. 이러한 구동 증폭기의 특성은 믹서에서 발생시킨 3-레벨의 신호를 선형적으로 증폭하지 못하고 작은 크기의 리플을 크게 증폭시키고, “1”, “-1”에 해당하는 데이터는 작게 증폭되어 최종적으로는 광신호의 아이 다이어그램이 감기게 될 수 있으며, 도 10(c)에 도시된 것과 같이 잡음이 형성된다.

반면, 본 발명의 CS-RZ 광생성 장치는 이중 전극 광변조기의 각 전극에 대해 구동 전압(Vπ)만큼만 증폭하면 되므로, 구동 증폭기를 충분히 선형 영역에서 동작시킬 수 있으므로 상기의 문제점을 억제할 수 있다.

구동 증폭기의 증폭 이득이 충분하지 못할 경우 1110 부분과 같이 가운데 캐리어의 크기가 잘 억제되지 못하고 피크(peak)가 발생하게 되며, 이것은 CS-RZ 신호의 가장 큰 특성인 캐리어의 크기를 억제하는 효과를 충분히 살리지 못한 결과가 된다.

구동 증폭기로 인한 제약이 사라짐에 따라, 도 11(b)에서는 1120 부분과 같이, 캐리어 크기가 잘 억제될 수 있음을 알 수 있다.

도 12의(a)와 같이 동일한 바이어스를 인가하면 두 신호가 섞이므로(1210) 바이어스부(650)는 두 개의 RZ 신호 중 위상이 반전되지 않은 신호에는 이중 전극 광변조기의 전달 함수의 하향 곡선의 변곡점 지점에 소정의 직류 바이어스 전압을 가하고(1220),위상이 반전된 신호에는 이중 전극 광변조기의 전달 함수의 상향 곡선의 변곡점 지점에 소정의 직류 바이어스 전압을 가한다(1230).

도 12(b)와 같이 반전된 RZ 신호는 하강 곡선의 변곡점에 바이어스를 걸고, 반전되지 않은 RZ 신호는 상승 곡선의 변곡점에 바이어스를 걸면 CS-RZ 신호로 출력된다.

도 6에 도시된 저주파 대역 통과 필터는 변환부에서 RZ 신호로 변환된 신호를 저주파 대역만을 통과시킴으로써 광 스펙트럼 감소의 효과를 생성하나, 목표로 하는 전송 거리 등에 따라 필터를 요구하지 않는 도 13의 구성도 가능하다.

도 14는 분류부(600)에서 2:1 다중화기를 이용한 구성도로서, 예를 들어40Gb/s 신호의 발생이 10Gb/s 신호 4채널을 다중화하여 이루어지는 경우의 일 실시예이다. 즉, 10Gb/s 신호 4채널을 40Gb/s로 다중화하기 전에 2:1 다중화기를 이용하여 20Gb/s 2채널로 다중화한다. 이 경우 1:2 역다중화기에 입력되는 20GHz 클럭의 위상을 조절하는 20GHz 위상 조절기 대신에 2:1 다중화기에 입력되는 10GHz 클럭의 위상을 조절하는 10GHz 위상 조절기로 대체될 수 있다.

본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플라피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

이상 도면과 명세서에서 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.

그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명의 광신호 생성 장치는 한 개의 광변조기를 사용하여 잠재적인 비용 절감의 효과가 있으며, 대역폭을 제한하는 기능을 삽입함으로써, 더 많은 스펙트럼 억제 효과에 의해 분산에 강한 특성이 있다.

또한 최대 출력을 증폭이득이 포화 상태에 다다르는 지점에서 생성하는 구동 증폭기의 특징으로 인한 잡음 발생을 현격히 감소시키고, 40Gb/s 이상의 초고속 광통신 시스템에서도 보다 용이하게 광신호를 생성한다.

Claims

입력 신호를 동일한 전송 속도를 지닌 두 개의 NRZ(Non-Return-to-Zero) 입력 신호로 분류하는 분류부;

상기 분류된 NRZ 입력 신호 중 하나의 NRZ 입력 신호와 상기 전송 속도를 지닌 클럭을 연산하여 제 1 RZ(Return-to-Zero) 신호로 변환시키는 제 1 신호변환부;

상기 분류된 두 개의 NRZ 입력 신호 중 또 다른 NRZ 입력 신호와 상기 전송 속도를 지닌 클럭을 연산하여 제 2 RZ 신호로 변환시키는 제 2 신호변환부;

상기 제 1 RZ 신호와 상기 제 2 RZ 신호 간에 상기 입력 신호의 반 주기에 해당하는 시간 지연이 존재하도록 조절하는 위상 조절부;

상기 제 1 RZ 신호 및 상기 제 2 RZ 신호 각각에 상이한 직류 바이어스 전압을 가하는 바이어스부; 및

상기 바이어스 전압을 가한 상기 제 1 RZ 신호 및 상기 제 2 RZ 신호를 광학적으로 변환하여 CS-RZ(Carrier Suppressed Returned to Zero) 신호를 생성하는 이중 전극 광변조기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 CS-RZ 광신호 생성 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 분류부는

입력 신호를 동일한 전송 속도를 지닌 두 개의 NRZ 입력 신호로 역다중화 하는 1:2 역다중화부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 CS-RZ 광신호 생성 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 분류부는

적어도 하나 이상의 입력 신호를 동일한 전송 속도를 지닌 두 개의 NRZ 입력 신호로 다중화하는 다중화부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 CS-RZ 광신호 생성 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 신호변환부는

변환된 제 1 RZ 신호에서 고주파 신호를 억제하여 대역폭을 제한하는 저주파 대역통과 필터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CS-RZ 광신호 생성 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제 2 신호변환부는

변환된 제 2 RZ 신호에서 고주파 신호를 억제하여 대역폭을 제한하는 저주파 대역통과 필터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CS-RZ 광신호 생성 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 신호변환부 및 상기 제 2 신호변환부는 상기 제 1 RZ 신호 및 제 2 RZ 신호 각각을 이중 전극 광변조기의 구동전압 크기로 증폭시키는 증폭부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CS-RZ 광신호 생성 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 신호변환부는

상기 전송 속도를 지닌 클럭과 상기 NRZ 입력 신호를 AND 연산하기 이전에 위상을 일치시키는 위상 조절부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 CS-RZ 광신호 생 성 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제 2 신호변환부는

상기 전송 속도를 지닌 클럭과 상기 NRZ 입력 신호를 AND 연산하기 이전에 위상을 일치시키는 위상 조절부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 CS-RZ 광신호 생성 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 바이어스부는

상기 제 1 RZ 신호와 상기 제 2 RZ 신호 중 위상이 반전되지 않은 신호에는 상기 이중 전극 광변조기의 전달 함수의 하향 곡선의 변곡점 지점에 소정의 직류 바이어스 전압을 가하고

위상이 반전된 신호에는 이중 전극 광변조기의 전달 함수의 상향 곡선의 변곡점 지점에 소정의 직류 바이어스 전압을 가하는 것을 특징으로 하는 CS-RZ 광신호 생성 장치.
입력 신호를 동일한 전송 속도를 지닌 두 개의 NRZ(Non-Return-to-Zero) 입력 신호로 분류하는 분류 단계;

상기 분류된 각각의 NRZ 입력 신호를 상기 전송 속도를 지닌 클럭과 연산하여 각각 제 1 RZ 신호와 제 2 RZ 신호로 변환시키는 신호변환 단계;

상기 제 1 RZ 신호와 상기 제 2 RZ 신호 간에 상기 입력 신호의 반 주기에 해당하는 시간 지연이 존재하도록 조절하는 위상 조절 단계;

상기 제 1 RZ 신호 및 상기 제 2 RZ 신호 각각에 상이한 직류 바이어스 전압을 가하는 바이어스 인가 단계;및

상기 제 1 RZ 신호 및 상기 제 2 RZ 신호를 광학적으로 변환하여 CS-RZ 신호를 생성하는 CS-RZ 생성 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 CS-RZ 광신호 생성 방법.
제 10 항에 있어서, 상기 분류 단계는

입력 신호를 동일한 전송 속도를 지닌 두 개의 NRZ 입력 신호로 역다중화 하는 1:2 역다중화 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 CS-RZ 광신호 생성 방법.
제 10 항에 있어서, 상기 분류 단계는

적어도 하나 이상의 입력 신호를 동일한 전송 속도를 지닌 두 개의 NRZ 입력 신호로 다중화하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 CS-RZ 광신호 생성 방법.
제 10 항에 있어서, 상기 신호변환 단계는

변환된 제 1 RZ 신호와 상기 제 2 RZ 신호에서 고주파 신호를 억제하여 대역폭을 제한하는 저주파 대역통과 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CS-RZ 광신호 생성 방법.
제 10 항에 있어서, 상기 신호변환 단계는

상기 전송 속도를 지닌 클럭과 상기 NRZ 입력 신호를 AND 연산하기 이전에 위상을 일치시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 CS-RZ 광신호 생성 방법.
제 10 항에 있어서, 상기 바이어스 인가 단계에서

상기 제 1 RZ 신호와 상기 제 2 RZ 신호 중 위상이 반전되지 않은 신호에는 상기 이중 전극 광변조기의 전달 함수의 하향 곡선의 변곡점 지점에 소정의 직류 바이어스 전압을 가하고 위상이 반전된 신호에는 이중 전극 광변조기의 전달 함수의 상향 곡선의 변곡점 지점에 소정의 직류 바이어스 전압을 가하는 것을 특징으로 하는 CS-RZ 광신호 생성 방법.