KR100194625B1

KR100194625B1 - 직교 상관관계기를 이용한 광주파수 로킹장치

Info

Publication number: KR100194625B1
Application number: KR1019960061295A
Authority: KR
Inventors: 유강희; 박창수
Original assignee: 이계철; 한국전기통신공사; 정선종; 한국전자통신연구원
Priority date: 1996-12-03
Filing date: 1996-12-03
Publication date: 1999-06-15
Also published as: CN1184308A; KR19980043437A

Abstract

본 발명은 광주파수 로킹장치에 관한 것으로서, 특히 직교 상관관계기를 이용한 광주파수 로킹장치에 관한 것이다. 그 목적은 초고주파 기준 주파수를 이용하여 입력 기준 광주파수와 기준 주파수의 차이만큼의 주파수를 유지하면서 기존의 무선 전송에서 사용하는 직교 상관관계기를 이용하여 종속 반도체 레이저의 광주파수를 로크하는 데에 있다. 그 특징은 광커플링 수단에서 기준 광신호와 참조 광신호를 입력 받아 두 광신호를 커플링하여 하나의 광신호로 광전변환 수단에 출력하고, 광전변환 수단에서는 그 광신호를 전기신호로 변환하며, 상관관계 수단은 그 전기신호를 입력받아 상관관계를 이용하여 초고주파대의 기준 주파수와의 주파수의 차이를 검출하여 그 주파수 차이값에 비례하는 DC 전기신호를 출력하고, 전광변환 수단에서는 DC 전기신호를 입력받아 광신호로 변환하여 광신호를 참조 광신호로서 광커플링 수단에 출력하여, 기준 광신호의 주파수와 기준 주파수와의 차이가 일정하도록 기준 주파수를 유지하면서 주파수를 로킹한다. 본 발명은 광검출기와 VCO용 반도체 레이저를 제외한 모든 소자들이 기존의 무전통신에서 사용되는 전자소자들이므로 손쉽게 제작이 가능하다.

Description

직교 상관관계기를 이용한 광주파수 로킹장치

본 발명은 광주파수 로킹장치에 관한 것으로서, 특히 직교 상관관계기를 이용한 광주파수 로킹장치에 관한 것이다.

일반적으로, 광주파수 분할다중 전송 시스템의 기본적인 전송요구 조건은 여러 채널의 광신호들을 광주파수 영역에서 인접채널 사이의 간섭을 가장 최소화하면서 어떻게 표준화된 광주파수 채널 위치에 다중화시키고 다시 역다중화시킬 수 있느냐 하는 점이다. 채널 위치 표준화의 실현은 기존의 동기식 전송장치에서와 같이 일정한 기준 광주파수를 망의 각 노드들에 분배하여 각 노드들이 기준 광주파수에 동기화되도록 해 두어야 한다. 따라서, 망의 기준 노드에서 절대기준 광주파수의 동기신호를 발생하여 이를 각각의 노드들에 전송해 주고 여기에 각 노드의 종속 반도체 레이저들이 주파수가 로크(lock)되도록 해야 하며 이 로크된(locked) 기준 주파수를 기준으로 광주파수 다중화 및 역다중화를 수행한다. 광파를 주파수 로크시키기 위하여 광케리어 주파수(수십만 GHz)를 직접 전자회로를 이용하여 취급하기는 매우 어렵다. 종래의 광주파수 로킹(locking)에는 패브리-패로(Fabry-Perot) 공진기, 광섬유 링 공진기, 광주파수 영역 콤(Comb) 여파기 및 가스 셀(gas cell) 등을 사용하여 주파수를 로크하였다. 그래서, 종래에는 광학적 방식을 주로 이용하였기 때문에 제작이 까다롭다는 문제점이 있었다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 초고주파 기준 주파수를 이용하여 입력 기준 광주파수와 기준 주파수의 차이만큼의 주파수를 유지하면서 기존의 무선 전송에서 직교 상관관계기(Quadricorrelator)를 이용하여 종속 반도체 레이저의 광주파수를 로크하는 데에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 주파수 로킹의 기준이 되는 기준 광신호와 상기 기준 광신호의 드리프트를 보상하기 위하여 루프백된 참조 광신호를 입력받아 두 광신호를 커플링하여 하나의 광신호로 출력하는 광커플링 수단, 상기 광커플링 수단으로부터 커플링된 광신호를 입력받아 전기신호로 변환하는 광전변환 수단, 상기 전기신호를 입력받아 상관관계를 이용하여 초고주파대의 기준 준파수와의 주파수의 차이를 검출하여 그 차이값에 비례하는 상기 참조 광신호를 상기 광커플링 수단에 부궤환시킴으로써 주파수를 로크시키기 위하여 주파수 차이값에 비례하는 DC 전기신호를 출력하는 상관관계 수단 및 상기 상관관계 수단으로부터 상기 DC 전기신호를 입력받아 광신호로 변환하여 상기 광신호를 상기 참조 광신호로서 상기 광커플링 수단에 출력하는 전광변환 수단으로 구성되어, 상기 기준 광신호의 주파수와 상기 기준 주파수와의 차이가 일정하도록 상기 기준 주파수를 유지하면서 주파수를 로킹하는 데에 있다.

따라서, 광커플러 및 광수신기를 이용하여 추출한 차이 광주파수를 1~1.5GHz의 초고주파 기준 주파수로 다시 믹싱시켜 제어 전자회로를 1~1.5GHz 대에서 동작시키도록 하여 기존의 초고주파 전자회로 기술을 이용하여 주파수 로킹이 이루어지도록 하였다. 따라서 본 발명에서는 광검출기, VCO용 반도체 레이저, 광커플러, 편광 제어기를 제외한 모든 소자들을 기존의 무선통신에서 사용하는 전자소자들을 사용할 수 있게 된다. 본 발명은 기준 광주파수와 VCO용 반도체 레이저 주파수 사이의 차이신호를 광커플러 및 광수신기를 이용하여 추출한 후 이 신호를 초고주파대(1~1.5GHz)의 기준 주파수와 믹싱한 후 주파수차이 검출기로서 직교 상관관계기를 이용하여 주파수 차이값에 비례하는 DC 값을 부궤환시켜서 주파수를 로크시킨다.

제1도는 본 발명에 따른 직교 상관관계기를 이용한 광주파수 로킹장치의 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

S1 : 외부로부터의 기준 광신호 S2 : 기준 주파수

1 : 광커플러 2 : 광수신기

3 : 제1전력 분배기 4 : 제2전력 분배기

5 : 90° 위상 이동기 6 : 믹서

7 : 믹서 8 : 저역통과 여파기

9 : 미분기 10 : 믹서

11 : 루프 여파기 12 : 전류원

13 : VCO 반도체 레이저 14 : 편광 제어기

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들 중의 하나를 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 따른 직교 상관관계기를 이용한 광주파수 로킹장치의 구성도이다. 제1도를 참고하여 본 발명에 따른 직교 상관관계기를 이용한 광주파수 로킹장치의 구성을 설명하면 다음과 같다.

3dB 광커플러(1)를 통하여 비팅된(beated) 광입력 신호(S1)는 광수신기(2)에서 전기 신호로 변환된다. 이때에 비팅된 광신호는 광수신기(2)의 대역폭 특성에 의하여 광파 캐리어 성분은 차단되고 기준 광입력과 VCO 반도체 레이저의 차이 주파수인 Wi성분만이 제1전력 분배기(3)에 입력된다. 제1전력 분배기(3)는 출력전력이 입력 전력보다 6dB 낮은 전력 분배기이다. 제1전력 분배기(3)는 이 입력된 신호를 둘로 나누어 2개의 믹서(mixer)(6,7)에 출력한다. 또한, 기준 주파수 발생기(도면에서는 생략된)에서 발생시킨 기준 주파수(Wo)는 제2전력 분배기(4)에서 둘로 나뉘어, 하나는 믹서(6)에 입력되고 다른 하나는 90° 위상 이동기(5)에 입력된다. 90° 위상 이동기(5)는 이 입력된 신호를 90° 지연시켜 믹서(7)에 출력한다. 믹서(6)는 제1전력 분배기(3)와 제2전력 분배기(4)로부터 각각 신호를 입력받아 비팅하여 두 개의 입력단자가 있는 저역통과 여파기(8)의 한 입력단자에 신호를 출력한다. 믹서(7)는 제1전력 분배기(3)와 90° 위상 이동기(5)로부터 각각 신호를 입력받아 비팅하여 두 개의 입력단자가 있는 저역통과 여파기(8)의 다른 한 입력단자에 신호를 출력한다. 제1전력 분배기(3)로부터 믹서(6,7)에 입력되는 신호와, 제2전력 분배기(3)로부터 믹서(6)에 입력되는 신호와, 90° 위상 이동기(5)로부터 믹서(7)에 입력되는 신호를 각각 V_in(t), V_I'(t) 및 V_Q'(t)라고 하면, 다음의 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.

사용된 두 개의 믹서를 이상적인 곱셈기(multiplier)형으로 가정하고 믹서(6,7)에 의해 입력신호와 믹싱된 출력 V_I(t) 및 V_Q(t)는 다음의 수학식 2와 같이 표현할 수 있다.

물론, 저역통과 여파기(8)에 의하여 합의 주파수 성분은 차단된다. 미분기(9)는 이 두 신호 중 V_I(t)신호를 미분하고 믹서(10)에 출력한다. 믹서(10)는 저역통과 여파기(8)와 미분기(9)로부터 V_I(t)신호와, V_I(t)신호의 미분된 신호를 입력받아 비팅하여 출력신호 V_d(t)를 적분기인 루프 여파기(11)에 출력한다. V_d(t)는 다음의 수학식 3과 같다.

윗식의 첫 번째 항은 주파수 차이에 비례하는 DC 성분이며, 두 번째 항은 이 DC 성분에 실린 리플성분이다. 루프 여파기(11)는 이 리플성분을 차단시키고 DC 성분만 통과시켜 전류원(12)에 출력한다. 루프 여파기(11)에 의해 전류원(12)에 입력된 DC성분은 전류원(12)에 대하여 VCO 반도체 레이저(13)에 공급되는 전류를 조절하는 제어전압이 된다. 전류원(12)은 제어전압에 따라 VCO 반도체 레이저(13)를 구동한다. 즉, △ω값이 음(-)의 값을 가지면 이 DC 성분은 양(+)의 값이 되어 전류원(12)의 전류를 증가시킨다. 이렇게 증가된 전류는 VCO 반도체 레이저(13)의 주파수 값을 증가시켜 입력기준 광신호를 추적하게 된다. 반대로, △ω값이 양(+)의 값을 가지면 이 DC 성분은 음(-)의 값이 되어 전류원(12)의 전류를 감소시킨다. 이렇게 감소된 전류는 VCO 반도체 레이저(13)의 주파수 값을 감소시켜 입력기준 광신호를 추적하게 된다. VCO 반도체 레이저(13)에서 출력된 빛은 편광 제어기(14)를 통과하여 광커플러(1)에 입력된다. 광섬유를 거쳐 망의 기준점으로부터 전송되어 온 기준 광신호는(S1)는 편광 제어기(14)를 거쳐 입력된 VCO 반도체 레이저 광주파수와 3dB광커플러(3)에 의하여 비팅되어 광수신기(2)에 출력된다. 광수신기(4)는 이 비팅된 빛을 입력받아 전기신호로 변환하여 제1전력 분배기(3)에 출력한다. 광수신기(2)는 자체의 대역폭 특성 때문에 광캐리어 성분이 제거된 수신 대역내에 포함되는 중간 주파수 성분만을 추출하여 출력한다. 이러한 식으로 부궤환되어 주파수잠김이 이루어지게 된다.

상술한 바와 같은 본 발명은 직교 상관관계기를 주파수 판별기로 이용하여 광파의 주파수를 추적하여 로크시키기 때문에 초고주파대의 기준 주파수대로 제어하여 전자회로의 동작영역을 낮추어 초고주파대의 전자회로를 사용하여 효율적으로 장치를 제작할 수 있다는 데에 그 효과가 있다.

Claims

주파수 로킹의 기준이 되는 기준 광신호와, 상기 기준 광신호의 드리프트를 보상 하기 위하여 루크백된 참조 광신호를 입력받아 두 광신호를 커플링하여 하나의 광신호로 출력하는 광커플링 수단, 상기 광커플링 수단으로부터 커플링된 광신호를 입력받아 전기신호로 변환하는 광전변환 수단, 상기 전기신호를 입력받아 상관관계를 이용하여 초고주파대의 기준 주파수와의 주파수의 차이를 검출하여 그 차이값에 비례하는 상기 참조 광신호를 상기 광커플링 수단에 부궤환시킴으로써 주파수를 로크시키기 위하여 주파수 차이값에 비례하는 DC 전기신호를 출력하는 상관관계 수단 및 상기 상관관계 수단으로부터 상기 DC 전기신호를 입력받아 광신호로 변환하여 상기 광신호를 상기 참조 광신호로서 상기 광커플링 수단에 출력하는 전광변환 수단으로 구성되어; 상기 기준 광신호의 주파수와 상기 기준 주파수와의 차이가 일정하도록 상기 기준 주파수를 유지하면서 주파수를 로킹하는 것을 특징으로 하는 직교 상관관계기를 이용한 광주파수 로킹장치.