KR20040046381A - 듀오바이너리 광 전송장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기적 저역 통과 필터를 사용하지 않고 일반적인 위상 변조기를 이용하여 듀오바이너리 광 신호를 생성할 수 있도록 한 듀오바이너리 광 전송장치에 관한 것으로, 반송파를 출력하는 광원과, NRZ(Non Return to Zero) 신호를 입력하고, 상기 NRZ 신호에 따라 상기 광 반송파를 변조한 변조 광 신호를 출력하는 듀오바이너리 광 신호 생성부; 및 상기 NRZ 신호를 RZ(Return to Zero) 신호로 변환하는 RZ 신호 발생부를 구비하여 듀오바이너리 RZ 신호를 출력하는 광 전송장치에 있어서, 상기 듀오바이너리 광 신호 생성부는 상기 NRZ 신호를 부호화하는 프리코더와; 상기 부호화된 2-레벨의 NRZ 신호를 증폭하는 증폭기와; 반송파를 출력하는 광원과; 상기 증폭된 2-레벨의 NRZ 신호를 수신하여 상기 반송파를 위상 변조하여 출력하는 위상 변조기와; 상기 위상 변조된 광 신호의 대역폭을 제한하여 듀오바이너리 광신호를 출력하는 광대역 통과 필터를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

Description

듀오바이너리 광 전송장치{DUOBINARY OPTICAL TRANSMITTER}

본 발명은 광 전송장치에 관한 것으로, 특히 듀오바이너리(duobinary) RZ(Return to Zero) 신호를 전송하는 듀오바이너리 광 송신장치에 관한 것이다.

고밀도 파장 분할 다중 방식(Dense Wavelength Division Multiplexing, DWDM)의 광전송 시스템은 하나의 광섬유 내에 서로 다른 파장을 갖는 다수의 채널들로 구성된 광신호를 전송함으로써 전송 효율을 높일 수 있으며, 전송 속도에 무관하게 광신호를 전송할 수 있으므로 최근과 같이 전송량이 증가하고 있는 초고속 인터넷 망에 유용하게 쓰이고 있는 시스템이다. 현재 DWDM을 사용하여 100개 이상의 채널들을 하나의 광섬유를 이용하여 전송하는 시스템이 상용화되었으며, 하나의 광섬유에 200개 이상의 40Gb/s 채널들을 동시에 전송하여 10Tbps 이상의 전송속도를 가지는 시스템에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다.

그러나, 급격한 데이터 트래픽의 증가와 40Gbps 이상의 고속 데이터 전송 요구로 인하여 기존 NRZ를 이용한 광 세기변조 시 50GHz 채널 간격 이하에서는 급격한 채널간 간섭과 왜곡으로 전송용량의 확장에 한계가 있으며, 기존 바이너리(binary) NRZ 전송신호의 DC 주파수 성분과 변조시 확산된 고주파 성분은 광섬유 매질에서의 전파시 비선형과 분산을 초래하여 10Gbps 이상의 고속 전송에 있어서는 전송거리에 한계를 가진다.

최근, 광 듀오바이너리 기술이 색분산(chromatic dispersion)으로 인한 전송거리 제한을 극복할 수 있는 광 전송기술로 주목받고 있다. 듀오바이너리 전송의 주요 장점은 전송 스펙트럼이 일반적인 바이너리 전송에 비해 줄어든다는 것이다. 분산 제한 시스템에 있어서, 전달거리는 전송 스펙트럼 대역폭의 제곱에 반비례한다. 이는, 전송 스펙트럼이 1/2로 줄어들면 전달거리는 4배가된다는 것을 의미한다. 또한, 바이너리 NRZ 전송신호보다 10Gbps 이상의 고속 중.장거리 전송시 비선형 성분과 분산특성이 우수한 듀오바이너리 RZ 전송기법이 활발히 연구되고 있다.

도 1은 종래의 듀오바이너리 RZ 광 전송장치의 일 구성예를 도시한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 듀오바이너리 RZ 광 전송장치는 반송파와 NRZ 전기신호를 수신하여 듀오바이너리 광신호를 출력하는 듀오바이너리 광 신호 생성부(10)와, RZ 펄스신호를 출력하는 RZ 신호 발생부(20)로 구성된다.

상기 듀오바이너리 광신호 생성부(10)는 NRZ 방식의 전기신호를 수신하여 부호화(encoding)하는 프리코더(pre-coder, 11)와, 상기 프리코더(11)에서 출력되는 2-레벨 신호를 증폭하는 구동 증폭기(12)와, 상기 증폭된 2-레벨 신호를 3-레벨 신호로 변화시키고 신호의 대역폭을 줄이는 저역 통과 필터(13)와, 반송파를 출력하는 레이저 광원(laser source, 14)과, 상기 증폭된 3-레벨 신호를 수신하여 상기 반송파를 2-레벨의 광신호로 변환시키는 마하-젠더 타입의 광세기 변조기(Mach-Zehnder interferometer type optical intensity modulator, 15)로 구성된다.

상기 듀오바이너리 광신호 생성부(10)는 간섭계형 마하-젠더 광 변조기의 전극구조에 따라서 Z-컷(cut) 구조와 X-컷(cut) 구조의 두 가지로 분류할 수 있다. 하나의 전극(sing electrode)을 갖는 X-컷(cut) 구조의 마하-젠더 광 변조기의 경우 도 1에 도시된 바와 같이, 한쪽 암(arm)에 변조기 구동 증폭기 및 전기적 저역 통과 필터를 구비하여 한쪽 전극으로 3-레벨 신호를 인가할 수 있도록 한다. 두 개의 전극(dual electrode)을 갖는 Z-컷(cut) 구조의 마하-젠더 광 변조기의 경우 도시하지는 않았으나, 양쪽 암(arm)에 각각 구동 증폭기 및 전기적 저역 통과 필터를 구비하여 양쪽 전극으로 3-레벨의 전기신호를 인가할 수 있도록 한다.

상기 RZ 신호 발생부(20)는 처프 프리(chirp free) 마하-젠더 광 변조기(21)와, NRZ 데이터의 전송 비트율(bit rate, T)의 주기를 갖는 클럭신호를 발생시키는 클럭신호 발생기(22)로 구성된다.

상기와 같은 구성을 갖는 듀오바이너리 RZ 광 전송장치의 동작은 다음과 같다.

NRZ 방식의 전기적인 펄스신호는 프리코더(11)에 의해 0 또는 1의 정보를 갖는 바이너리 신호로 부호화(encoding) 되며, 부호화된 2-레벨의 바이너리 신호는 구동 증폭기(12)에 의해 증폭된다. 증폭된 2-레벨 바이너리 신호는 저역 통과 필터(13)에 입력되고, 저역 통과 필터(13)는 상기 2-레벨 바이너리 신호의 클럭 주파수(clock frequency)의 약 1/4에 해당하는 대역폭을 갖는다. 이러한 대역폭의 과도한 제한으로 인해 코드간의 간섭이 발생하고, 코드간의 간섭으로 인해 상기 2-레벨 바이너리 신호는 3-레벨의 듀오바이너리 신호(3-level Duo-binary signal)로 변환된다. 변환된 3-레벨 듀오바이너리 신호는 마하-젠더 광 변조기(15)의 변조 단자에 인가되어, 레이저 광원(14)으로부터 출력된 반송파를 변조하여 2-레벨의 광 듀오바이너리 신호로 출력한다.

상기 듀오바이너리 광신호 생성부(10)에서 출력된 듀오바이너리 광신호는 RZ 신호 발생부(20)에 위치한 처프 프리 마하-젠더 광 변조기(21)에 입력된다. 일반적으로 NRZ 신호를 RZ 신호로 변환하기 위해서는 전송 비트율의 주기를 갖는 클럭을 광 변조기의 변조단자에 인가하며, 처프 프리 마하-젠더 광 변조기(21)는 클럭신호에 동기되어 입력된 상기 듀오바이너리 광신호를 RZ 신호로 변환시킨다.

도 2a 및 도 2b는 종래의 듀오바이너리 광 전송장치의 출력과 광 스펙트럼 특성를 도시한 것이다. 도 2a는 시간축(time(ps))대 광파워(Optical power(mW))로 나타낸 그래프이며, 도 2b는 파장/주파수축(Wavelength/frequency(GHz)) 대 파워(power(dBm))로 나타낸 것이다.

그러나, 상술한 종래 구조의 듀오바이너리 광 전송장치는 2-레벨의 바이너리 신호를 듀오바이너리 신호로 변환시 전기적 저대역 통과필터를 사용하여 3-레벨의 전기신호를 발생시키므로 저역 통과 필터의 투과특성에 따른 전송품질의 의존성과 의사잡음 비트 시퀀스(PRBS: Pseudo Random Bit Sequence)의 길이에 따라서 특성의 차이가 발생해 시스템에 치명적인 문제를 야기할 수 있다. 이는 Z-컷 또는 X-컷 구조를 갖는 종래 구조에서 동일하게 발생되며, 이러한 신호 패턴의 의존성은 실제 광전송 시의 시스템 마진의 한계성을 갖게 한다.

또한 저역 통과 필터로 주로 사용되는 Bessel-Thomoson 형태의 저역 통과 필터의 경우 가격이 비싸며 이로 인해 전체 광 전송장치의 가격 경쟁력이 약화되는 문제점이 있다.

따라서, 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은 저역 통과 필터를 사용하는 듀오바이너리 광 송신기가 가지는 필터 투과 특성에 따른 전송품질의 의존성과 비트 패턴의 의존성을 극복하고, 10Gbps 이상의 고속 중, 장거리 WDM 전송 시 비선형 및 분산특성을 크게 향상시키는 듀오바이너리광 전송장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 반송파를 출력하는 광원과, NRZ(Non Return to Zero) 신호를 입력하고, 상기 NRZ 신호에 따라 상기 광 반송파를 변조한 변조 광 신호를 출력하는 듀오바이너리 광 신호 생성부; 및 상기 NRZ 신호를 RZ(Return to Zero) 신호로 변환하는 RZ 신호 발생부를 구비하여 듀오바이너리 RZ 신호를 출력하는 광 전송장치에 있어서, 상기 듀오바이너리 광 신호 생성부는 상기 NRZ 신호를 부호화하는 프리코더와; 상기 부호화된 2-레벨의 NRZ 신호를 증폭하는 증폭기와; 반송파를 출력하는 광원과; 상기 증폭된 2-레벨의 NRZ 신호를 수신하여 상기 반송파를 위상 변조하여 출력하는 위상 변조기와; 상기 위상 변조된 광 신호의 대역폭을 제한하여 듀오바이너리 광신호를 출력하는 광대역 통과 필터를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 RZ 신호 발생부는 소정 주기의 클럭신호를 발생시키는 클럭신호 발생기와, 상기 클럭신호에 동기되어 입력되는 NRZ 신호를 RZ 신호로 변환하여 출력하는 마하-젠더형(Mach-Zender type) 광 변조기를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 광대역 통과 필터의 대역폭은 상기 NRZ 데이터의 전송 비트율의 0.7/T인 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 마하-젠더형(Mach-Zender type) 광 변조기의 전달곡선의 최대점과 최소점 사이의 중간점(Quad point)에서 클럭신호를 인가하여 변조가 이루어지도록 한 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 듀오바이너리 광 전송장치의 일 구성 예를 나타낸 도면,

도 2a 및 도 2b는 종래의 듀오바이너리 광 전송장치의 출력특성를 나타낸 도면,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀오바이너리 광 전송장치의 구성을 나타낸 도면,

도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀오바이너리 RZ 출력신호의 변환과정을 나타낸 도면,

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 광 위상 변조기를 이용한 듀오바이너리 광 전송장치의 출력특성을 나타낸 도면.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 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.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀오바이너리 광 전송장치의 구성을 나타낸 도면이다. 본 발명의 듀오바이너리 RZ 광 전송장치는 반송파를 생성 출력하는 광원(50)과, 듀오바이너리 신호 생성부(100)와 RZ 신호 발생부(200)를 포함하여 구성된다. 본 실시예에서는 듀오바이너리 신호 생성부(100)가 앞단에 위치하고, RZ 신호 발생부(200)가 뒷단에 위치한 구조에 대해 설명할 것이나, 이들 신호 발생부의 위치는 서로 바뀌어도 무방하다.

상기 광원(50)은 정보를 실을 수 있는 반송파를 생성 출력하며, 레이저 다이오드를 사용할 수 있다.

상기 듀오바이너리 신호 생성부(100)는 입력된 NRZ 전기신호를 듀오바이너리 광신호로 변환하여 출력하며, 차동 부호화기(110), 변조기 구동 증폭기(120), 위상 변조기(130) 및 광대역통과필터(140)를 포함하여 구성된다.

상기 차동 부호화기(110)는 입력된 NRZ 전기신호를 부호화하며, 2-레벨의 바이너리 신호를 부호화함으로써 수신기의 변화 없이도 듀오바이너리 송수신이 가능하게 한다.

상기 변조기 구동 증폭기(120)는 상기 부호화된 바이너리 신호를 증폭하여 출력하며, 증폭된 신호는 상기 위상 변조기(130)의 구동신호로 이용된다.

상기 위상 변조기(130)는 변조 단자(RF)를 통해 입력된 2-레벨 바이너리 신호에 따라 상기 반송파를 위상 변조하여 출력하며, 변조의 정도를 나타내는 변조지수(modulation index)를 조정하여 위상변조 정도를 조절할 수 있다.

상기 광대역 통과 필터(140)는 대역폭이 NRZ 데이터의 전송 비트율(bit rate)의 0.7/T이며, 상기 대역폭을 벗어난 신호를 제거함으로써, 상기 위상 변조된 듀오바이너리 광신호의 대역폭을 제한한다.

상기 RZ 펄스 생성부(200)는 NRZ 변조된 신호를 RZ로 변환하는 기능을 수행하며, 처프 프리(chirp free) 마하-젠더형(Mach-Zender type) 광 변조기(210)와, NRZ 데이터의 전송 비트율(bit rate, T)의 주기를 갖는 클럭신호를 발생시키는 클럭신호 발생기(220)로 구성된다.

도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀오바이너리 RZ 출력신호의 변환과정을 나타낸 도면으로, 이를 통해 본 발명의 듀오바이너리 광 전송장치의 동작을 살펴보자.

도 3 및 도 4a를 참조하면, NRZ 방식의 전기신호는 듀오바이너리 광신호 생성부(100)의 차동 부호화기(110)에 입력되어 0 또는 1의 정보를 갖는 바이너리 신호로 부호화된다. 부호화된 NRZ신호는 변조기 구동 증폭기(120)에 의해 변조기 구동에 필요한 적정 크기로 증폭된 뒤, 일반적인 위상변조기(130)에 인가되어, 광 반송파의 위상을 변조시킨다. 도 4a는 위상변조된 결과를 나타낸 도면으로, 0 또는 1의 비트는 세기변조 없이 도일한 크기로 광 출력되지만, 0또는 1의 비트는 변조시 전기장(Electric field)에서 0 또는 π의 위상차를 갖는 위상정보로 변환됨을 알 수 있다. 위상변조된 광신호는 NRZ 데이터의 전송 비트율(Bit rate)의 0.7/T의 대역폭을 갖는 광대역 통과 필터(140)에 입력되며, 이러한 대역폭의 과도한 제한으로 인해 입력된 바이너리 신호는 듀오바이너리 신호로 변환된다. 이때의 과정이 상기 도 1의 전기적 저역 통과 필터를 통과하는 단계와 동일한 기능을 수행하는 과정이다. 도 4b는 위상 변조된 광신호를 광대역 통과 필터(104)를 사용하여 필터링하는 과정을, 도 4c는 필터링 후의 결과를 나타낸 것이다. 도 4b에서 점선으로 나타낸 부분만을 남기고 나머지는 필터링하여 제거함으로써, 도 4c의 아이-다이어그램에 나타난 바와 같은 듀오바이너리 신호를 얻을 수 있다. 본 실시예에서는 대역폭이 0.7/비트율인 광대역 통과필터를 사용하여 듀오바이너리 광신호를 발생시켰으나, 광대역 통과 필터의 대역폭을 조절하여 출력되는 듀오바이너리 광신호의 특성을 조절할 수 있다.

다시 도 3을 참조하며, 듀오바이너리 광신호 생성부(100)에서 듀오바이너리 신호로 변환된 광 신호는 RZ신호로의 변환을 위해 RZ 신호 발생부(200)에 위치한 처프 프리 마하-젠더 광 변조기(210)에 입력된다. 통상적으로 NRZ 신호를 RZ 신호로 변환하기 위해서는 Vπ진폭과 비트율의 주기를 갖는 클럭을 광 변조기의 변조단자에 인가하며, 처프 프리 마하-젠더 광 변조기(210)는 클럭신호에 동기되어 입력된 상기 듀오바이너리 광신호를 RZ 신호로 변환시킨다. 도 4d는 RZ 신호로의 변환과정을 나타낸 것으로, 도 4d에서와 같이 광 변조기(210)의 전달곡선의 최대점과 최소점의 중간점인 쿼드 포인트(quad point, Q)에서 비트율(bit rate, T)의 주기를 갖는 클럭신호를 인가하여 RZ 신호를 발생시킨다. 도 4e는 RZ 변환 후의 아이-다이어그램으로, 듀오바이너리 RZ 신호로의 변환을 확인 할 수 있다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 광 위상 변조기를 이용한 듀오바이너리 광 전송장치의 출력특성을 도시한 것이다. 도 5a는 시간축(time, ps)대 광파워(Optical power, mW)로 나타낸 그래프이며, 도 5b는 파장/주파수축(Wavelength/frequency, GHz)) 대 파워(power(dBm))로 나타낸 것이다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 듀오바이너리 광 전송장치는 전기적 저대역 통과 필터를 사용하지 않고 일반적인 위상 변조기를 이용하여 듀오바이너리 광 신호를 생성할 수 있다. 따라서, 전기적 저역 통과 필터에 의한 전송품질의 한계성을 극복하고, 고속 중, 장거리 WDM 전송 시 비선형 및 분산특성을 향상시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 반송파를 출력하는 광원과, NRZ(Non Return to Zero) 신호를 입력하고, 상기 NRZ 신호에 따라 상기 광 반송파를 변조한 변조 광 신호를 출력하는 듀오바이너리 광 신호 생성부; 및 상기 NRZ 신호를 RZ(Return to Zero) 신호로 변환하는 RZ 신호 발생부를 구비하여 듀오바이너리 RZ 신호를 출력하는 광 전송장치에 있어서, 상기 듀오바이너리 광 신호 생성부는

   상기 NRZ 신호를 부호화하는 프리코더와;

   상기 부호화된 2-레벨의 NRZ 신호를 증폭하는 증폭기와;

   반송파를 출력하는 광원과;

   상기 증폭된 2-레벨의 NRZ 신호를 수신하여 상기 반송파를 위상 변조하여 출력하는 위상 변조기와;

   상기 위상 변조된 광 신호의 대역폭을 제한하여 듀오바이너리 광신호를 출력하는 광대역 통과 필터

   를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 듀오바이너리 광 전송장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 RZ 신호 발생부는

   소정 주기의 클럭신호를 발생시키는 클럭신호 발생기와,

   상기 클럭신호에 동기되어 입력되는 NRZ 신호를 RZ 신호로 변환하여 출력하는 마하-젠더형(Mach-Zender type) 광 변조기를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 듀오바이너리 광 전송장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 광대역 통과 필터의 대역폭은

   상기 NRZ 데이터의 전송 비트율의 0.7/T인 것을 특징으로 하는 듀오바이너리 광 전송장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 마하-젠더형(Mach-Zender type) 광 변조기의 전달곡선의 최대점과 최소점 사이의 중간점(Quad point)에서 클럭신호를 인가하여 변조가 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 듀오바이너리 광 전송장치.