KR100249816B1 - 대역폭이 서로 다른 두개의 증폭기를 사용한 버스트 모드 광수신기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 프리앰블 비트를 사용하지 않고 버스트 모드 신호 수신시에 생기는 1.5dB의 패널티를 감소시킬 수 있는 새로운 방식의 버스트 모드 광수신기를 제공 한다. 본 발명의 광 수신기는 광 커플러, 광 지연기 그리고 두개의 서로 다른 대역폭을 갖는 전치 증폭기로 구성되어 있다. 광 커플러의 파워 나눔비는 전치 증폭기의 대역폭비의 역수이다. 파워가 큰 광신호는 광지연기를 통하여 대역폭이 넓은 전치 증폭기에 입력되어 신호로 이용되고, 파워가 낮은 광신호는 대역폭이 좁은 전치 증폭기에 입력되어 잡음이 제거된 다음 신호를 판별하는 리미팅 증폭기의 제어신호로 이용된다. 임계 전압을 설정하기 위하여 S/H신호와 아날로그 먹스(MUX)를 사용하였으며 이들을 제어하는 방법도 제안하였다. 본 발명에서 제안한 구조를 사용하고 두 전치증폭기간의 대역폭비가 0.1 이하이면 버스트 모드 수신시의 패널티를 0.5dB 이하로 줄일 수 있다.

Description

대역폭이 서로 다른 두개의 증폭기를 사용한 버스트 모드 광수신기
본 발명은 프리앰블 비트를 사용하지 않고 수신감도를 개선할 수 있는 새로운 구조의 버스트 모드 광 수신기에 관한 것이다.
초고속 멀티미디어 신호 전송을 위하여 빠른 패킷 신호(예를 들면 ATM)를 이용한 시분할 다중 엑세스(TDMA) 방식의 광통신 시스템 구현에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 시스템의 중심국(central office)에서는 경제성을 높이기 위하여 여러 가입자에게서 오는 패킷 신호를 하나의 광수신기를 이용하여 수신하므로, 수신하는 패킷 신호의 크기와 위상이 매 패킷마다 크게 다르다. 이러한 신호를 버스트 신호라 하며 이를 수신하기 위한 광수신기를 버스트 모드 광수신기라고 한다.
기존의 점 대 점 광통신용 광수신기는 선형증폭기의 출력과 판별회로를 AC-커플링하여 입력신호의 DC성분을 제거함으로써, 판별회로가 일정한 임계 전압을 갖고 동작할 수 있도록 되어 있다. 이러한 광수신기를 이용하여 버스트 데이터를 수신하기 위해서는 패킷과 패킷 사이의 여유시간(보호 시간과 프리앰블 시간의 합)을 커플링 콘덴서의 충전 및 방전 시간보다 길게 하여야 한다. 그러나 여유시간이 늘어나면 패깃의 전송 효율이 감소하게 되며, 여유시간을 줄이기 위해서 커플링 콘덴서의 용량을 감소시키면 전송하고자 하는 데이터를 코딩/디코딩 하는 새로운 장치가 필요하게 된다. 따라서, 짧은 여유시간을 가지면서 입력신호의 크기 변화를 충분히 수용할 수 있는 넓은 다이나믹 레인지를 갖는 여러 가지 버스트 모드 광수신기가 제안되었다.
버스트 모드 광수신기에서는 커플링 콘덴서의 영향을 제거하기 위해서 기존의 방식과는 다르게 DC-커플링 방식을 사용한다. 또한, 입력신호의 크기 변화를 수신한 신호의 피크 값으로부터 검출하고 이를 전치 증폭기의 입력에 궤환하거나 다음 단 증폭기 입력에 보내서 입력신호의 크기 변화에 따른 판별회로(대부분의 경우 리미팅 증폭기)의 최적 판별값 변화를 보상해 준다. 버스트 모드 광수신기는 이러한 보상방식에 따라 피드백 형과 피드 포워드 형(feed forward type)으로 나누어 진다.
먼저 Ota와 Swartz에 의한 제안된 궤환 방식의 버스트 모드 수신기(USA patent NO. 502456)는 차등 입력을 갖는 전치 증폭기 및 리미팅 증폭기로 구성되어 있고, 전치 증폭기의 출력 신호에서 입력신호의 평균값의 변화를 최고치 감지 회로로 검출하여 전치증폭기의 입력단의 차등 입력에 궤환하는 방식으로 빠르게 변화하는 버스트 신호를 수신할 수 있도록 하고 있다. 또한, 수신기의 성능을 향상시키기 위해 익스틴크션 비(extinction ratio)패널티를 줄이는 방식, 저속 및 고속 데이터를 동시에 수신하는 방식 등이 추가로 제안되었으며, 1 Gb/s 버스트 모드 광수신기를 구현한 결과가 보고되었다. 이 방식은 전치 증폭기와 리미팅 증폭기 모두 차등 입력 및 출력을 갖도록 설계 되어야 한다. 이러한 버스트 모드 광수신기는 수신 감도 측면에서 보면 종래의 광수신기와 비교하여 1.5dB 패널티가 있으며, 신호가 없을 때 에러의 증가를 방지하기 위하여 적절한 옵셋 전압을 설정해야 하는 단점이 있다.
버스트 모드 광수신기를 구현하는 또 다른 방법으로는 나까무라(Nakamura)등이 제안한 피드-포워드(feed-forward)방식이 있다. 이 방식에서는 전치 증폭기 뒷단 에서 증폭된 신호의 최고값과 최소값을 감지하여 그 평균을 취한다. 이 값이 리미팅 증폭기에서 신호의 "1" 레벨과 "0" 레벨을 결정하는 임계 전압이 된다.
이 방식은 구현이 간단한 반면, 잡음 섞인 1비트 샘플링 전압에서 임계 전압을 추출하기 때문에 앞의 방식과 동일한 1.5dB 파워 패널티가 발생한다.
버스트 모드 광수신기에서 기존의 광수신기와 비교하여 1.5dB 파워 패널티가 생기는 것을 감소시키는 방법으로 패킷의 앞 단에 보내고자 하는 데이터와 상관 없는 프리앰블 비트를 삽입하는 방법이 제안되었다. 수신단에서는 수신된 프리앰블 비트를 평균하여 임계 전압 제어에 사용함으로써, 임계전압 제어 신호의 잡음을 감소시켜 패널티가 줄어든다.
본 발명의 목적은 프리앰블 비트를 사용하지 않고 수신감도를 개선시킬 수 있는 새로운 방식의 광수신기를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 버스트 모드 광수신기는 입력광 신호를 두 개로 분리하여 출력하는 광 커플러와, 상기 광 커플러를 통해 출력되는 광신호 패킷을 1/2지연하는 제 1 광섬유와 광신호 패킷을 지연하지 않고 통과시키는 제 2 광섬유로 구성되는 지연회로와, 상기 제 1 광섬유로부터의 광신호를 수신하여 증폭하는 높은 대역폭을 가지는 제 1 전치증폭기와 제 2 광섬유로부터의 광신호를 수신하여 증폭하는 낮은 대역폭을 가지는 제 2 전치 증폭기를 포함한다.
본 발명은 프리앰블 비트를 사용하지 않고 1.5dB의 패널티를 감소시킬 수 있는 새로운 방식의 버스트 모드 광수신기를 제안한다. 제안한 광수신기는 광커플러, 광학적 지연기, 서로 다른 대역폭을 갖는 두 개의 전치증폭기로 구성되어 있어서, 프리앰블을 이용하지 않고 데이터를 적분하여 잡음을 제거한 임계전압 제어 신호를 추출하는 새로운 피드-포워드 방식의 버스트 모드 수신기이다.
도 1은 본 발명의 버스트 모드 광수신기 구조,
도 2는 본 발명의 버스트 모드 광수신기 동작 파형도,
도 3은 본 발명의 버스트 모드의 두 전치 증폭기 대역폭 비에 따른 패널티를 나타낸 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 따른 버스트 모드 광 수신기의 회로도이다.
본 발명의 광 수신기는 광 커플러 (10), 입력광 신호 패킷을 1/2 지연시키는 제 1 광 섬유(11a)와 입력광 신호 패킷을 그대로 통과시키는 제 2 광섬유(11b)로 구성되는 지연회로와, 넓은 대역폭과 좁은 대역폭을 가지는 제 1 과 제 2 전치 증폭기 (12a, 12b), S/H 회로(14), 아날로그 MUX (16) 및 리미팅 증폭기(18)로 구성되어 있다.
먼저 1 : n의 출력 파워 비를 갖는 광 커플러(10)에 광신호가 입력되면 이 광신호는 둘로 나누어져 제 1과 제 2 광섬유(11a, 11b)를 통해 출력된다. 이 광신호중 제 1 광섬유(11a)를 통해 출력되는 큰 파워 신호는 패킷 길이의 1/2 정도에 해당하는 시간만큼 지연되어 대역폭 (BS)를 갖는 제 1 전치 증폭기(12a)에 입력되어 증폭된다. 증폭된 신호는 리미팅 증폭기(18)의 정입력단에 인가된다. 신호 패킷을 지연시키는 이유는 좁은 대역폭을 가지는 제 2 전치 증폭기(12b)의 출력이 평균값에 충분히 도달할 때까지 시간을 확보하기 위함이다.
한편 제 2 광섬유(11b)를 통해 출력되는 작은 파워 신호는 좁은 대역폭(BTH)을 갖는 제 2 전치 증폭기(12b)로 입력되어 증폭된 후, S/H회로(14)와 아날로그 MUX(16)를 통해 리미팅 증폭기(18)의 부입력단에 입력된다. 이 때 제 2 전치 증폭기(12b)의 대역폭 BTH가 전송 속도보다 훨씬 낮으므로 이 증폭기(12b)의 출력은 전송된 신호를 적분한 결과가 되어, 잡음이 제거된 신호의 평균값을 얻는다. 이 평균값을 판별회로의 임계 전압으로 설정하여 사용함으로 기존의 광수신기와 비교한 수신 패널티는 두 전치 증폭기(12a, 12b)의 대역폭 비로 다음과 같이 표현된다.
Figure 1019970069541_B1_M0001
또한, 광 커플러(10)를 사용하여 입력 광신호를 나누기 때문에 추가 패널티가 발생한다. 광 커플러(10)의 파워 나눔비는 두개의 전치증폭기 출력레벨이 같도록 하기 위해서 대역폭비의 역수가 되어야 하므로 커플러로 인해 추가되는 패널티는 다음과 같다.
Figure 1019970069541_B1_M0002
따라서 제안하는 광수신기에서의 총 패널티는 아래와 같이 표현할 수 있다.
Figure 1019970069541_B1_M0003
도 2는 제안된 버스트 모드 광 수신기의 동작을 설명하기 위한 각 부분에서의 신호 파형이다. (a)는 대역폭이 큰 제 1 전치 증폭기(12a)에서 수신한 패킷 신호의 엔벨로프(envelope)이다. 좁은 대역폭을 갖는 제 2 전치 증폭기(12b)의 출력 파형(b)에 대하여 (a)의 파형은 패킷 길이의 1/2만큼 지연되었다. (c)는 S/H 신호와 리셋 신호를 보여준다. S/H 신호는 패킷의 첫번째 데이터 비트를 수신했을 때, 리셋 신호는 패킷의 마지막 데이터 비트를 수신한 후, 여유시간 만큼 지연되어 펄스로 출력된다. 먹스(MUX)(16)는 좁은 대역폭을 갖는 제 2 전치 증폭기(12b) 출력을 선택하고 있다가 S/H 펄스가 들어오면 샘플링된 임계 전압을 선택하고 이를 지속하고 있다. 리셋 신호는 S/H 회로(14)의 출력을 "0"으로 하는 기능과 먹스(MUX)(16)의 선택 스위치를 제 2 전치증폭기(12b) 쪽으로 전환시키는 기능을 수행한다. (d)는 이러한 과정으로 얻어지는 리미팅 증폭기(18)의 임계전압 제어 신호를 나타낸 것이다.
도 3은 발명된 광 수신기를 이용하여 버스트 신호를 수신할 때 발생하는 파워 패널티를 나타낸 것이다. 두 전치 증폭기의 대역폭이 동일한 경우에는 광커플러(10)의 패널티(3dB)와 버스트 모드 광수신기의 패널티가 합해지므로 4.5dB 패널티가 생기는 것을 알 수 있다. 그러나, 하나의 전치증폭기의 대역폭을 감소시키면 패널티가 감소한다. 도 3에서 양방향 화살표로 표시한 범위로 두 증폭기의 대역폭 비를 정하면 1.5dB 이하의 패널티를 갖는 광수신기를 구현할 수 있으며, 만약 대역폭 비가 0.1 이하이면 패널티를 0.5dB 이하로 줄일 수 있다.
기존의 버스트 모드 수신방식에서는 패킷마다 평균파워가 다른 것을 보상하는 과정에서 1.5dB 파워 패널티가 발생하며, 패널티를 줄이기 위해서는 패킷의 앞부분에 프리앰블 비트를 삽입하여야 하기 때문에 전송 효율이 떨어진다.
본 발명의 광수신기는 서로 다른 대역폭을 갖는 두 개의 전치 증폭기, 광커플러, 그리고 광지연기로 구성되어 있다. 좁은 대역폭의 전치 증폭기로 광커플러에서 분리된 신호를 수신하여 잡음을 제거한 신호를 얻고 이를 다음단의 리미팅 증폭기의 임계 전압 설정에 이용함으로써, 프리앰블 비트를 사용하지 않고 1.5dB의 패널티를 감소시킬 수 있다. 페널티를 O.5dB 이하로 줄이기 위해서는 두 전치 증폭기의 대역폭비를 0.1 이하로 하면된다.

Claims (3)

  1. 입력광 신호를 두 개로 분리하여 출력하는 광 커플러와,
    상기 광 커플러를 통해 출력되는 광신호 패킷을 1/2지연하는 제 1 광섬유와 광신호 패킷을 지연하지 않고 통과시키는 제 2 광섬유로 구성되는 지연회로와,
    상기 제 1 광섬유로부터의 광신호를 수신하여 증폭하는 높은 대역폭을 가지는 제 1 전치증폭기와 제 2 광섬유로부터의 광신호를 수신하여 증폭하는 낮은 대역폭을 가지는 제 2 전치증폭기를 포함하는 버스트 모드 광수신기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전치 증폭기의 출력단에 정입력단이 접속되고, 상기 제 2 전치 증폭기의 출력단에 부입력단이 접속되는 리미팅 증폭기를 더욱 포함하는 버스트 모드 광수신기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전치 증폭기와 리미팅 증폭기 사이에 리미팅 증폭기의 출력을 제어하기 위한 S/H 회로와 아날로그 MUX를 더욱 포함하는 버스트 모드 광수신기.
KR1019970069541A 1997-12-17 1997-12-17 대역폭이 서로 다른 두개의 증폭기를 사용한 버스트 모드 광수신기 KR100249816B1 (ko)

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