KR100703267B1 - 색분산 내성이 강화된 이진 데이터 전기신호를 사용하는듀오바이너리 광송신기 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야

본 발명은 광통신 시스템을 위한 광송신기에 관한 것으로 특히, 이진 데이터 전기신호(two-level electrical signals)를 사용한 듀오바이너리(duobianry) 변조 방식의 광송신기에 관한 것임.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

본 발명은 이진 데이터 전기 신호를 사용한 듀오바이너리 광송신기의 지연과 드라이빙 파워를 조절함으로써 색분산을 줄임으로써 전송효율을 높이기 위한 색분산 내성이 강화된 이진 데이터 전기신호를 사용하는 듀오바이너리 광송신기를 제공하는데 그 목적이 있음.

3. 발명의 해결 방법의 요지

본 발명은, 이진 데이터 전기신호를 사용하는 듀오바이너리 광송신기에 있어서, 상기 듀오바이너리 광송신기의 출력 신호를 궤환하여 상기 출력 신호를 분석하는 출력신호 분석부; 상기 듀오바이너리 광송신기의 송신 거리에 따른 설정 데이터를 저장하는 저장부; 및 상기 출력 신호 분석부의 분석 정보를 수신하여, 상기 저장부에 저장된 설정 데이터와 맵핑한 후, 이를 상기 듀오바이너리 광송신기에 입력하여 상기 듀오바이너리 광송신기를 제어하는 제어부를 포함함.

4. 발명의 중요한 용도

본 발명은 듀오바이너리 광송신기 등에 이용됨.

듀오바이너리 광송신기, 마하 젠더 변조기, 색분산

Description

색분산 내성이 강화된 이진 데이터 전기신호를 사용하는 듀오바이너리 광송신기{Binary-Electrical-signal-Based Duobinary Transmitter with Improved Dispersion Tolerance}

도 1 은 종래의 기술에 따른 이진 데이터 전기신호를 사용한 듀오바이너리 광송신기에 관한 일실시예 구성도.

도 2 는 본 발명에 따른 색분산 내성이 강화된 이진 데이터 전기신호를 사용하는 듀오바이너리 광송신기의 일실시예 구성도.

도 3 은 본 발명의 실시예의 실효성을 검증하기 위한 이진 데이터 전기신호를 사용하는 듀오바이너리 광송신기의 위상(Phasor) 옵티컬 아이(optical eye)에 관한 일실시예 다이어그램도.

도 4 는 본 발명의 실시예의 실효성을 검증하기 위한 이진 데이터 전기신호를 사용하는 듀오바이너리 광송신기의 출력 신호인 듀오바이너리 신호의 수신감도에 관한 예시도.

도 5 는 본 발명의 실시예의 실효성을 검증하기 위한 이진 데이터 전기신호를 사용하는 듀오바이너리 광송신기의 전송거리에 따라 측정된 수신 감도를 도시한 예시도.

본 발명은 광통신 시스템을 위한 광송신기에 관한 것으로 특히, 이진 데이터 전기신호(two-level electrical signals)를 사용한 듀오바이너리(duobianry) 변조 방식의 광송신기에 관한 것이다.

일반적으로 듀오바이너리 변조 방식은 광신호의 세기에 정보를 싣는데 '0' 비트에서 신호의 위상이 역전되는 특징을 지니고 있다. 이러한 듀오바이너리 신호는 광 스펙트럼에서 기존의 OOK(on-off keying) 신호보다 좁은 선폭을 지니고 있어 고밀도 파장 분할 다중 방식(dense wavelength-division multiplexing; DWDM) 광전송 시스템에서 채널 간격을 좁히는데 유리하며, 광섬유 분산에 대한 내성이 강하여 OOK 신호를 사용하였을 경우에 비하여 분산 보상없이 2~3배 정도 더 멀리 전송할 수 있다. 그런데, 삼진 데이터 전기신호(three-level electrical signals)를 사용한 듀오바이너리 광송신기에서는 저대역 필터 및 포화영역에서 야기되는 광변조기의 불완전한 전달특성으로 인하여 심각한 신호의 왜곡을 야기하게 된다.

도 1 은 종래의 기술에 따른 이진 데이터 전기신호를 사용한 듀오바이너리 광송신기에 관한 일실시예 구성도이다.

도 1을 참조하면, 이진 입력 데이터인 NRZ(None Return Zero) 데이터를 인코딩하여 정/부 데이터를 출력하는 프리코더(11), 프리코더(11)로부터 인코딩된 정 데이터를 받아 변조하는 제 1 드라이버(driver)(12), 프리코더(11)로부터 인코딩된 부 데이터를 받아 변조하는 제 2 드라이버(13), 제 2 드라이버(13)의 출력을 1비트 지연하기 위한 지연기(14), 마하 젠더(Mach-Zehnder) 변조기(16)를 통해 데이터를 변조하여 전송시키기 위한 레이저(15) 및 제 1 드라이버(12)의 출력 신호와 지연기(14)의 출력 신호를 각각 입력받아 이를 변조한 후 송신하기 위한 마하 젠더 변조기(16)를 포함한다.

그 동작을 살펴보면, 이진 입력 데이터인 NRZ 데이터는 프리코더(precoder)(11)에서 인코딩된다. 여기서 프리코더(11)는 일반적으로 1 비트(bit) 지연(delay) 소자와 익스클루시브 논리합(exclusive-OR) 소자로 구성이 가능하다.

그리고 인코딩된 이진 데이터 신호는 정 데이터와 부 데이터로 만들어지는데, 그 중 정 데이터는 변조를 위한 드라이버인 제 1 드라이버(12)를 거쳐 마하젠더 변조기(16)의 한쪽 단자에 입력된다. 한편, 프리코더(11)로부터 출력된 부 데이터는 변조를 위한 드라이버인 제 2 드라이버(13)를 거쳐 지연기(14)로 입력되고 지연기(14)에서 1-비트 지연되어 마하 젠더 변조기(16)의 다른 한쪽 단자에 입력된다.

이와 같은 도 1에 따른 종래의 듀오바이너리 광송신기의 구성은 송신기에서 발생하는 부호간 간섭(intersymbol interference)이 매우 작음으로, 일반적인 OOK 시스템에 비해 수신감도가 매우 좋은 장점을 지니고 있다. 그런데, 도 1 에서 도시하고 있는 바와 같은 1-비트 지연된 듀오바이너리 광송신기의 출력 신호의 경우는 출력 신호의 펄스가 올라갈 때(rising edge)와 내려올 때(falling edge) 위상 변화에 의한 주파수 첩(chirp)이 발생하게 되어, 색분산의 영향이 저주파 필터를 사용 한 일반적인 듀오바이너리의 경우보다 훨씬 크게 되는 문제점이 발생한다.

본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 이진 데이터 전기 신호를 사용한 듀오바이너리 광송신기의 지연과 드라이빙 파워를 조절함으로써 색분산을 줄임으로써 전송효율을 높이기 위한 색분산 내성이 강화된 이진 데이터 전기신호를 사용하는 듀오바이너리 광송신기를 제공함을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 이진 데이터 전기신호를 사용하는 듀오바이너리 광송신기에 있어서, 상기 듀오바이너리 광송신기의 출력 신호를 궤환하여 상기 출력 신호를 분석하는 출력신호 분석부; 상기 듀오바이너리 광송신기의 송신 거리에 따른 설정 데이터를 저장하는 저장부; 및 상기 출력 신호 분석부의 분석 정보를 수신하여, 상기 저장부에 저장된 설정 데이터와 맵핑한 후, 이를 상기 듀오바이너리 광송신기에 입력하여 상기 듀오바이너리 광송신기를 제어하는 제어부를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

종래 기술에 따른 이진 데이터 전기신호를 사용한 듀오바이너리 광송신기에서는 1-비트 지연된 듀오바이너리 신호의 경우 펄스가 올라갈 때와 내려올 때 위상변화에 의한 주파수 첩(chirp)이 발생하여, 저대역 필터를 사용한 일반적인 듀오바이너리 광송신기보다 색분산의 영향이 매우 크다는 단점이 있는데, 본 발명은 종래 기술에 따른 이진 데이터 전기신호를 사용한 듀오바이너리 광송신기의 지연과 신호 세기를 조절함으로써 이를 줄일 수 있다는 점을 이용하여 듀오바이너리 광송신기의 지연과 신호 세기를 자동 조절함으로써 색 분산의 영향을 줄일 수 있도록 한다.

도 2 는 본 발명에 따른 색분산 내성이 강화된 이진 데이터 전기신호를 사용하는 듀오바이너리 광송신기의 일실시예 구성도이다.

도 2를 참조하면, 이진 입력 데이터인 NRZ(None Return Zero) 데이터를 인코딩하여 정/부 데이터를 출력하는 프리코더(21), 프리코더(21)로부터 인코딩된 정 데이터를 받아 변조하는 제 1 드라이버(driver)(22), 프리코더(21)로부터 인코딩된 부 데이터를 받아 변조하는 제 2 드라이버(23), 제 2 드라이버(23)의 출력을 소정의 비트 지연하여 출력하기 위한 지연기(24), 마하 젠더(Mach-Zehnder) 변조기(26)를 통해 데이터를 광변조하여 전송시키기 위한 레이저(25), 제 1 드라이버(22)의 출력 신호와 지연기(24)의 출력 신호를 각각 입력받아 이를 변조한 후 송신하기 위한 마하 젠더 변조기(26), 마하 젠더 변조기(26)를 통해 출력되는 신호를 궤환하여 신호 성분을 분석하는 출력 신호 분석기(27), 출력 신호 별 신호 강도 및 지연의 적합화 데이터를 저장하는 저장부(28) 및 출력 신호 분석기(27)를 통해 분석된 출력 신호 정보를 전달받아 이를 통해 저장부(28)의 저장된 신호 강도 및 지연의 적합화 데이터를 매핑하여 마하 젠더 변조기(26)의 드라이빙 세기를 제어하고 지연기(24)에 지연을 위한 소정의 비트를 설정하는 제어부(29)를 포함한다.

그 동작을 살펴보면, 이진 입력 데이터인 NRZ 데이터는 프리코더(precoder)(21)에서 인코딩된다. 여기서 프리코더(21)는 일반적으로 1 비트(bit) 지연(delay) 소자와 익스클루시브 논리합(exclusive-OR) 소자로 구성이 가능하다.

그리고 프리코더(21)에서 인코딩된 이진 데이터 신호는 정 데이터와 부 데이터로 만들어지는데, 그 중 정 데이터는 변조를 위한 드라이버인 제 1 드라이버(22)를 거쳐 마하젠더 변조기(26)의 한쪽 단자에 입력된다. 한편, 프리코더(21)로부터 출력된 부 데이터는 변조를 위한 드라이버인 제 2 드라이버(23)를 거쳐 지연기(24)로 입력되고 지연기(24)에서 제어부(29)에 의해 설정되는 소정의 비트만큼 지연되어 마하 젠더 변조기(26)의 다른 한쪽 단자에 입력된다.

그리고 마하 젠더 변조기(26)의 출력 신호는 일부 궤환하여 출력 신호 분석기(27)로 입력되어 그 출력 신호의 특성을 분석한다. 이와 같이 분석된 출력 신호에 대한 정보는 제어부(29)로 전달되고 제어부(29)는 이를 저장부(28)에 저장된 마하 젠더 변조기(26)에 대한 드라이빙 파워 및 지연기(24)의 지연 비트수에 대한 제어 정보 테이블에서 분석된 출력 신호에 관한 정보를 맵핑하고 그 결과에 따라 마하 젠더 변조기(26)의 드라이빙 파워 및 지연기(24)의 지연 비트를 설정한다.

이와 같이 본 발명에 따른 색분산 내성이 강화된 이진 데이터 전기신호를 사 용하는 듀오바이너리 광송신기는 기존의 이진 데이터 전기신호를 사용한 듀오바이너리 광송신기와 유사한 구성을 가지고, 마하 젠더 변조기(26)의 양쪽 단자에 인가되는 전기 신호들 사이의 지연 시간을 조절하여 색분산에 대한 내성을 증가시킬 수 있다. 또한, 마하 젠더 변조기(26)에 인가되는 드라이빙 파워(driving voltage)을 조절함으로써 첩(chirp)을 줄여 전송 특성을 개선할 수 있게 된다.

도 3 은 본 발명의 실시예의 실효성을 검증하기 위한 이진 데이터 전기신호를 사용하는 듀오바이너리 광송신기의 위상(Phasor) 옵티컬 아이(optical eye)에 관한 일실시예 다이어그램도이다.

도 3 에 도시된 다이어그램도를 참조하면, 도 3(a)와 도 3(d)는 1 비트 지연된 이진 데이터 전기신호를 사용하는 듀오바이너리 신호의 위상과 옵티컬 아이에 관한 다이어그램도이다(예컨대, 지연시간 = 1 비트, 입력전압세기 = 100%). 여기서, 도 3(a)에 도시된 위상 다이어그램은 두 개의 원으로 구성되어 있는데, 이 원들은 펄스가 올라가고 내려올 때 생기는 첩(chirp) 뿐만 아니라 '0' 비트에서 신호의 위상이 바뀌는 첩(chirp)을 동시에 지니고 있다. 이러한 첩(chirp)들은 1 비트 지연된 이진 데이터 전기신호를 사용하는 듀오바이너리 신호의 분산 내성을 감소시키는 나쁜 영향을 갖고 있다. 그런데, 옵티컬 아이에 관한 다이어그램은 도 3(d)에서 보이는 바와 같이 '0'과 '1' 레벨은 넓게 열려 있어 수신감도가 -32.5dBm으로 좋다.

그리고, 도 3(b)와 도 3(e)는 0.5 비트 지연된 이진 데이터 전기신호를 사용하는 듀오바이너리 신호의 위상과 옵티컬 아이에 관한 다이어그램도이다(예컨대, 지연시간 = 0.5 비트, 입력전압세기 = 100%). 여기서, 도 3 (b)에 도시된 위상 다이어그램도는 네 개의 원을 가지고 있는데, 바깥쪽의 두 개는 '0'과 '1' 비트 사이의 전이에 의한 것이고, 안쪽의 두 개는 '0'과 '0' 비트 사이의 전이에 의한 것이다. 안쪽의 원들은 '0' 비트들 사이의 리플(ripple)을 의미하는데, 이와 같은 리플은 듀오바이너리 신호들의 분산 내성을 증가시키는 성질이 있다. 따라서, 도 3(b)와 같이 리플이 발생한 신호는 도 3(a)에 비해 분산 내성이 강하게 된다. 또한, 도 3(e)의 옵티컬 아이 다이어그램도에서도 '0' 비트들 사이의 리플들을 명확하게 보여준다. 그런데, 도 3(b) 및 도 3(e)와 같은 0.5 비트 지연된 듀오바이너리 신호에서도 펄스가 올라갈 때와 내려올 때에 여전히 큰 값의 주파수 첩(chirp)을 지니고 있다. 이에 따라, 마하 젠더 변조기에 가해지는 드라이빙 파워의 세기를 낮춤으로써 주파수 첩(chirp)을 줄인다.

도 3(c)와 도 3(f)는 0.5 비트 지연과 25% 드라이빙 파워로 설정된 이진 데이터 전기신호를 사용하는 듀오바이너리 신호의 위상과 옵티컬 아이에 관한 다이어그램도이다(예컨대, 지연시간 = 0.5 비트, 입력전압세기 = 25%). 여기서, 도 3 (c)에 도시된 위상 다이어그램도는 도 3(b)와 같이 네 개의 원을 가지고 있는데, 바깥쪽의 두 개는 '0'과 '1' 비트 사이의 전이에 의한 것이고, 안쪽의 두 개는 '0'과 '0' 비트 사이의 전이에 의한 것이다. 따라서, 도 3(c)와 같이 리플이 발생한 신호는 도 3(a)에 비해 분산 내성이 강하게 된다. 또한, 도 3(c)에 보여진 위상 다이어그램도는 펄스가 올라갈 때와 내려올 때 생기는 주파수 첩(chirp)이 세로방향으로 현저하게 위축되어 있음을 나타내고 있다.

이상의 도 3(a) 내지 도 3(f)를 통해 듀오바이너리 신호의 분산 내성과 첩(chirp)의 양은 지연과 마하 벤더 변조기의 드라이빙 파워와 관계가 있음을 보여준다.

도 4 는 본 발명의 실시예의 실효성을 검증하기 위한 이진 데이터 전기신호를 사용하는 듀오바이너리 광송신기의 출력 신호인 듀오바이너리 신호의 수신감도에 관한 예시도이다.

도 4(a)는 본 발명의 실시예의 실효성을 검증하기 위한 이진 데이터 전기신호를 사용하는 듀오바이너리 광송신기의 시간지연의 양에 대한 측정된 수신감도를 보여준다. 도시된 바에 따르면, Back-to-back(BTB) 전송의 경우, 수신감도는 시간 지연이 증가함에 따라서 같이 증가한다. 그런데, 100km 이상의 전송일 경우, 수신감도는 시간지연이 0.5 비트에서 제일 좋은데, 이는 '0' 비트들 사이에서 발생한 리플에 의해서 개선되었음을 알 수 있다.

또한, 마하 젠더 변조기의 드라이빙 파워를 최적화시키기 위하여 도 4(b)에서 드라이빙 파워에 따라 측정된 수신감도를 도시한다. 도시된 바에 따르면, BTB에서의 수신감도는 드라이빙 파워의 세기에 크게 영향을 받지 않았는데 반하여 100km와 150km 전송의 경우는 수신감도가 개선됨을 알 수 있다. 또한 드라이빙 파워의 세기를 25%로 조절하였을 경우 100km와 150km 전송의 경우, 각각, 1.4dB와 2.0dB 개선되었다.

그러나, 드라이빙 파워의 세기를 낮추는 일은 듀오바이너리 송신기에 대한 입력 손실(insertion loss)을 증대시키는 부작용이 있다. 즉, 도 4(b)에 도시된 바 에 의하면, 드라이빙 파워를 20% 아래로 감소시킬 경우 야기되는 입력 손실은 10dB이상으로 매우 큼을 알 수 있다. 따라서, 손실된 입력을 보상하기 위하여 광송신기 다음에 광증폭기를 둘 경우, 신호대 잡음비를 감소시키게 되어 각각의 입력 손실과 수신 감도를 감안한 드라이빙 파워의 최적화 값을 본 발명의 실시예에서는 기본 출력의 25%로 정하였다.

도 3 내지 도 4에서 보여진 바와 같은 각각의 전송 거리 등에 따른 최적의 지연 및 드라이빙 파워에 관련한 데이터는 예시와 일치하는 것은 아니고, 각각의 경우에 따라 실험적인 결과에 따라 맵핑할 수 있는 맵핑 테이블을 본 발명의 실시예에 따른 이진 데이터 전기신호를 사용하는 듀오바이너리 광송신기의 저장부에 저장하도록 한다.

도 5 는 본 발명의 실시예의 실효성을 검증하기 위한 이진 데이터 전기신호를 사용하는 듀오바이너리 광송신기의 전송거리에 따라 측정된 수신 감도를 도시한 예시도이다.

도 5에 도시된 바에 따르면, 1 비트 지연된 듀오바이너리 신호는 주파수 첩(chirp)이 너무 커서 표준 단일 모드 광선로(standard single-mode fiber : SSMF)에서 50km 이상 전송이 불가능하였으나, 시간 지연을 0.5 비트로 줄였을 경우 분산에 대한 내성이 현격히 좋아졌음을 알 수 있다. 이와 같이 도 5에 도시된 바에 의하면 0.5 비트 지연된 듀오바이너리 신호는 SSMF에서 175km까지 전송이 가능하였다. 또한 0.5 비트 지연된 듀오바이너리 신호의 드라이빙 파워의 세기를 25%로 감소시켰을 경우 200km 전송에서 수신감도가 -26dBm 됨을 알수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

상기와 같은 본 발명은, 이진 데이터 전기신호를 사용한 듀오바이너리 변조방식의 광송신기에서 입력되는 신호들의 상대적인 시간지연을 조절하고, 송신을 위한 마하젠더 변조기의 세기를 낮춤으로써, 이진 데이터 전기신호를 사용한 듀오바이너리 광송신기의 색분산 특성 및 첩(chirp) 특성을 개선하여 별다른 분산 보상없이 전송 거리를 늘일수 있게 되는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 이진 데이터 전기신호를 사용하는 듀오바이너리 광송신기에 있어서,

   듀오바이너리 변조 방식에 따라 송신 광신호를 변조하여 출력하는 듀오바이너리 광송신기 모듈;

   상기 듀오바이너리 광송신기 모듈의 출력 신호를 궤환하여 상기 출력 신호를 분석하는 출력신호 분석부;

   상기 듀오바이너리 광송신기 모듈의 송신 거리에 따른 설정 데이터를 저장하는 저장부; 및

   상기 출력 신호 분석부의 분석 정보를 수신하여, 상기 저장부에 저장된 설정 데이터와 맵핑한 후, 이를 상기 듀오바이너리 광송신기 모듈에 입력하여 상기 듀오바이너리 광송신기 모듈을 제어하는 제어부를 포함하는 분산 내성을 강화한 이진 데이터 전기신호를 사용하는 듀오바이너리 광송신기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 듀오바이너리 광송신기 모듈은,

   이진 입력 데이터인 NRZ(None Return Zero) 데이터를 인코딩하여 정/부 데이터를 출력하는 프리코더;

   상기 프리코더로부터 인코딩된 정 데이터를 받아 변조하는 제 1 드라이버(driver);

   상기 프리코더로부터 인코딩된 부 데이터를 받아 변조하는 제 2 드라이버;

   상기 제 2 드라이버의 출력을 상기 제어부의 제어에 따른 소정의 비트만큼 지연하기 위한 지연기;

   상기 제 1 드라이버의 출력 신호와 상기 지연기의 출력 신호를 각각 입력받아 이를 광변조한 후 송신하기 위한 마하 젠더(Mach-Zehnder) 변조기; 및

   상기 마하 젠더 변조기를 통해 데이터를 광변조하여 전송시키기 위한 레이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 내성을 강화한 이진 데이터 전기신호를 사용하는 듀오바이너리 광송신기.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 설정 데이터는

   상기 지연기의 지연을 위한 소정의 비트와 상기 마하 젠더 변조기의 드라이빙 파워를 제어하기 위한 설정 데이터임을 특징으로 하는 분산 내성을 강화한 이진 데이터 전기신호를 사용하는 듀오바이너리 광송신기.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 지연기의 지연을 위한 소정의 비트는 0.5비트일 경우 최적의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 분산 내성을 강화한 이진 데이터 전기신호를 사용하는 듀오바이너리 광송신기.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 마하 젠더 변조기의 드라이빙 파워는 25%이상의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 분산 내성을 강화한 이진 데이터 전기신호를 사용하는 듀오바이너리 광송신기.

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