KR100339663B1 - 광전송 시스템에 있어서 광신호 성능 감시 장치 - Google Patents

광전송 시스템에 있어서 광신호 성능 감시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광전송 시스템에 관한 것으로, 특히 전송 속도에 상관없이 광신호의 성능을 감시하는 장치에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명에서는 광전송 시스템에 채용되어 광선로로부터 수신된광신호를 전기적 신호로 변환하여 가변 기준 전압과 비교한 후 그 비교 결과 신호에 대한 평균 전압값을 측정하고, 측정된 평균 전압값을 광신호 데이터가 1 또는 0일 때의 기설정된 기준 전압값에 고정되도록 비례 적분하여 피드백하고 각기 그 값들부터 소광비, Q값, 그리고 비트 오율을 산출하므로써, 데이터 전송 속도에 무관하게 광신호의 성능을 감시하고, 또한 안정적이고 유연성있는 파장분할 다중화망 전송 시스템을 구현할 수 있도록 한다.

Description

광전송 시스템에 있어서 광신호 성능 감시 장치 {APPARATUS FOR MONITORING OPTICAL SIGNAL QUALITY IN A OPTICAL COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 광전송 시스템에 관한 것으로, 특히 파장분할다중화(Wavelength Division Multiplexing : WDM) 전송 시스템에 있어서 전송 속도에 상관없이 광신호의 성능을 감시하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 파장분할다중화(Wavelength Division Multiplexing : WDM)망은 전송 용량을 쉽게 증대할 수 있을 뿐만 아니라, 다양한 형태의 종속 신호를 받아들일 수 있기 때문에 차세대 멀티 미디어 서비스를 제공하는 광전달망으로서, 매우 효과적인 기술이다.
이러한 파장분할다중화망은 생존적이고 유연성있도록 데이터 형식에 영향을 받지 않는 광신호 감시 방법이 요구된다.
현재, 파장분할다중화망은 종속신호로 동기식 광전송 시스템(SDH/SONET)을 사용하고 있어, 파장분할다중화 광송수신기는 SDH/SONET의 형식을 그대로 빌려 SDH/SONET 프레임의 B1/J0를 모니터링함으로써 광신호를 감시하고 있다. 즉, 파장분할다중화 시스템내에서 비트 오율(BER)을 직접 측정할 수 없기 때문에 프레임의 모든 바이트에 대해서 각각의 비트에 대한 패러티를 계산하여 프레임내의 B1 바이트에 입력한 뒤, 수신 시 각각의 비트에 대한 패러티를 계산하고 B1 바이트와 비교하여 비트 오율을 측정한다.
상기한 SDH/SONET 형식에 의한 비트 오율 측정 방식은 패러티가 계산되는 비트 중 짝수 개의 오차가 발생한다 해도 패러티의 값에는 영향을 주지 않아서 SDH/SONET 시스템은 그릇된 비트 오율을 제시하게 된다. 또한, 파장분할다중화망의 종속 신호로서 지정된 속도 예를 들면, 622.08Mb/s, 2.48832Gb/s 등의 전송 속도로만 동작하는 SDH/SONET 외에도 데이터 트래픽을 전송하기 위한 1.25Gb/s의 기가비트 이더넷 등 다양한 서비스들이 사용될 것이므로, 전송 속도에 얽매인 SDH/SONET 형식에 의한 비트 오율 측정 방식은 파장분할다중화망에는 부적합하다.
한편, 파장분할다중화망에서 광감시 방법으로서는 데이터 전송 속도에 무관한 비트 오율 측정 방법(Quasi Bit-error Monitoring : QBM 이하, QBM이라 약칭함)과 비트 오율에 영향을 주는 변수들을 측정하여 간접적으로 감시하는 방법이 제시되어 있다.
QBM 방식은 수신시 데이터의 변조된 상태 즉, 온/오프(On/Off) 상태 즉, 1 또는 0을 결정하는 회로에서 문턱값(threshold)의 약간의 차이로 발생되는 데이터 값의 차이를 이용한 것으로, 간단한 회로로 구성되었으나 여기서 사용된 결정 회로는 데이터의 전송 속도와 같은 클럭이 필요하므로 정확한 의미에서 전송 속도에 무관하다고 할 수 없다.
그리고, 비트 오율에 영향을 주는 변수들을 측정하여 간접적으로 감시하는 방법은, 광신호의 광세기, 광신호대 잡음비(optical signal-to-noise ratio : OSNR), 소광비(extinction ratio : ER), 파장 변이 등을 광신호 감시 변수로 이용한다.
특히, 소광비는 광신호의 데이터 변조 폭의 정도를 나타내는 변수로 광송신기의 성능 측정에도 사용이 가능하다. 또한 소광비는 오프 즉, 0 레벨과 온 즉, 1레벨에 대한 비를 나타낸 것이므로 광 신호 대 잡음비보다 광신호에 대한 더 정확한 정보를 준다. 이 때, 소광비는 온/오프시의 단순한 평균값이므로, 소광비가 좋다고 비트 오율이 낮아지는 것은 아니다. 왜냐하면, 데이터는 온 또는 오프시의 분산이 크다면 비트 오율이 나빠지기 때문이다.
따라서, 데이터값에 분산 개념이 포함된 quality factor 즉, Q값을 측정한다면 이론상으로 비트 오율의 측정이 가능하기 때문에 유연한 파장분할다중화망에서의 광신호를 감시하는 좋은 방법이 될 것이다.
이 때, Q값은 수학식 1과 같이 표현되고, 그에 따른 비트 오율(BER)은 수학식 2와 같다.
여기서, 문턱값은 비트오율을 최소로 할 때로 가정하였고, I0,I1은 데이터가 각각 0과 1일 때의 평균값을 나타내고,은 각각에 대한 분산을 나타낸다.
그리고, 광신호의 소광비를 측정하는 방법으로는 변조된 광신호의 dc 레벨(A)과 ac 레벨(B)의 크기를 측정하여 수학식 3에 의해 구하여진다.
이 때, 소광비 측정 방법의 수학식 3은 정해진 규칙이 아니기 때문에 표현하는 곳마다 달라질 수 있음을 이 기술분야에 통상의 지식을 가진 자들은 이해할 수있을 것이다.
상기한 바와 같이, 비트 오율에 영향을 주는 변수들을 측정하여 간접적으로 광신호를 감시하는 방법은 데이터 전송 속도에 무관하게 광신호를 감시할 수 있는 좋은 방법이나, Q값 측정이 이루어지지 않는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 광검출 신호를 피드백 회로를 통해 데이터 온/오프시의 평균값 및 분산을 각각 측정하여 소광비 및 Q값을 검출하고 이로부터 비트 오율을 계산하여 광신호의 성능을 감시하기 위한 광전송 시스템에 있어서 광신호 성능 감시 장치를 제공하는 데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 광전송 시스템에 채용되어 광신호의 성능을 감시하는 장치에 있어서, 광선로로부터 수신된 상기 광신호를 전기적 신호로 변환하여 검출하는 광신호 검출 수단; 상기 광신호 검출부에서 검출된 전기적 신호로부터 기설정된 평균 전압에 대응되는 기준 전압값을 검출하여 피드백하는 다수 개의 기준 전압 검출 수단; 상기 다수개의 기준 전압 검출부로부터 제공되는 기준 전압 각각으로부터 소광비, Q값, 그리고 비트 오율을 산출하는 마이크로프로세서를 포함한다.
도 1은 입력되는 광신호를 전기신호로 변환하여 시간에 따른 전압의 변화를 나타낸 도면이고,
도 2는 입력된 광신호가 온/오프 상태일 때의 전압에 따른 분포도이고,
도 3은 기준 전압의 변화에 따른 광신호의 출력 특성을 나타낸 도면이고,
도 4는 기준 전압 증가에 따른 광신호의 평균 전압값에 대한 그래프와 데이터 분포도이고,
도 5는 본 발명에 따른 광신호 성능 감시 장치의 구성 블록도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 광신호 검출부 200 ∼500 : 기준전압 검출부
210, 310, 410, 510 : 결정회로
220, 320, 420, 520 : 평균 전압 측정부
230, 330, 430, 530 : 비례 적분기 600 : 마이크로 프로세서
700 : 관리 시스템
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 동작을 상세하게 설명한다.
도 1은 광선로를 통하여 입력되는 광신호를 전기신호로 변환하였을 때, 시간에 따른 전압의 변화를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 데이터 '1(하이 : high)'과 '0(로우 : low)'인 광신호는 각각 전압 V1과 V0인 전기 신호로 변환된다고 할 때, 실제 데이터 '1'과 '0'인 광신호가 입력되어 전기 신호로 변환되는 전압은 광전송 시스템 및 광선로의 비선형적인 특성에 의해 그 값이 항상 V1과 V0와 일치하지 않고 각각 V1과 V0을 중심으로 분포하게 된다.
상기한 바에 의하여 하이 전압값 또는 로우 전압값이 발생되는 분포를 그래프로 표시하면 도 2에 도시된 바와 같은 분포로 나타날 것이다. 이러한 분포는 대체로 가우시안 분포(Gaussian Distribution) 즉, 전기 신호로 변환된 데이터 값의 분포는 평균값 V1과 V0을 중심으로 일정 값의 분산을 갖는 분포를 따른다고 알려져 있다.
도 3은 입력된 광신호가 전기 신호로 변환된 후, 결정회로(예를 들어, 비교기)의 기준 전압의 변화에 따른 출력 특성을 나타내는 도면으로, 도 3a는 입력되는 광신호가 전기 신호로 변환된 후에 대한 도면이고, 도 3b 및 도 3c는 결정회로의 기준 전압 즉, 도 3에 도시된 즉, Vref1, Vref2에 따른 결정회로의 출력 결과를 나타낸 도면이다.
이 때, 비교기의 상한 전압값을 VCC라 하고, 하한 전압값을 VEE라 하면, 도3b의 기준 전압값 Vref1에 따른 비교 결과의 평균은 VCC값에 가깝고, 도 3c는 기준 전압값 Vref2에 따른 비교 결과의 평균은 VCC와 VEE의 중간값이 된다.
도 4는 기준 전압 증가에 따른 평균 전압값에 대한 그래프와 데이터 분포도로서, 동 도면에서 도시된 바에서 알 수 있듯이, 기준 전압이 V0가 되었을 때 평균 전압값은 (3/4)VCC+(1/4)VEE가 되고, 기준 전압이 데이터 값이 '0'과 '1'사이에 위치했을 때의 값은 (VCC+VEE)/2가 되고, 기준 전압이 V1일 때 평균 전압값은 (1/4)VCC+(3/4)VEE가 된다.
이 때, V0와 V1은 측정해야할 값으로서, 두 값을 알기 위해서는 도 4에 도시되어 있는 도면을 참조하여 기준 전압을 임의로 증가시키면서, 평균 전압값이 (3/4)VCC+(1/4)VEE에 도달하였을 때 기준 전압값을 고정시키면 그 때의 값이 V0가 되고 계속 증가시켜 (1/4)VCC+(3/4)VEE에 도달하였을 때의 기준 전압값은 V1이 될 것이다.
즉, 빈도수가 가장 많은 로우 전압을 기준 전압으로 설정할 때의 평균 전압값은 (3/4)VCC+(1/4)VEE이고, 빈도수가 가장 많은 하이 전압을 기준 전압으로 설정할 때의 평균 전압값은 (1/4)VCC+(3/4)VEE이 된다.
따라서, 평균 전압값이 (3/4)VCC+(1/4)VEE가 될 때의 기준 전압 즉, V0와 평균전압값이 (1/4)VCC+(3/4)VEE이 될 때의 기준 전압 즉, V1을 검출하여 소광비를 계산할 수 있고, 이와 유사하게 데이터 분포의 분산을 알아냄으로써, Q값 및 비트 오율을 계산할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 광신호의 성능을 감시하기 위하여 상기한 변수들 즉, 소광비, Q값 및 비트 오율을 측정하여 관리 시스템을 제어하기 위한 블록도로서, 입력되는 광신호를 전기적 신호로 검출하는 광신호 검출부(100), 전기적 신호로부터 피드백을 통해서 기설정된 평균 전압에 대응되는 기준 전압을 검출하는 다수개의 기준 전압 검출부(200∼500), 다수개의 기준 전압 검출부(200∼500) 각각에서 제공되는 기준 전압에 의하여 광신호의 성능을 검사하여 그 결과에 따른 제어 신호를 제공하는 마이크로 프로세서(600), 마이크로 프로세서(600)의 제어에 따라 동작하는 관리 시스템(700)으로 구성된다.
이와 같이 구성되는 광신호 성능 감시 장치의 구체적인 동작은 다음과 같이 이루어진다.
광신호 검출부(100)는 광선로를 통해서 입력되는 광신호를 전기적 신호로 변환하여 병렬 연결되어 있는 다수개의 기준 전압 검출부(200∼500)로 제공하고, 다수개의 기준 전압 검출부(200∼500) 각각은 광신호 검출부(100)에서 제공되는 전기적 신호를 피드백하여 기설정된 평균 전압에 대응되는 기준 전압을 검출하여 제공한다.
즉, 다수개의 기준 전압 검출부(200∼500) 각각은 비교기(210, 310, 410,510), 평균 전압 측정부(220, 320, 420, 520), 비례 적분기(230, 330, 430, 530)으로 구성된다.
즉, 비교기(210, 310, 410, 510)는 광신호 검출부(100)로부터 비반전(+) 단자를 통해 전기적 신호가 입력되면 후술하는 피드백 신호와 비교하여 비교 결과 신호를 평균 전압 측정부(220, 320, 420, 520)로 제공하고, 평균 전압 측정부(220, 320, 420, 520)는 비교 결과에 대한 평균 전압값을 측정하여 비례 적분기(230, 330, 430, 530)으로 제공한다.
이 때, 비례 적분기(230, 330, 430, 530)의 반전(-)단자에는 기설정된 평균 전압값 즉, 로우 또는 하이 빈도수가 가장 높을 때의 기설정된 기준 전압값 또는 데이터 분포의 분산을 알 수 있는 기준 전압값이 입력되도록 설정되어 있어, 평균 전압 측정부(220, 320, 420, 520)에서 제공되는 평균 전압값이 기설정된 평균 전압값에 고정되도록 동작하고, 이 값을 비교기(210, 310, 410, 510)의 반전(-) 단자와 마이크로 프로세서(600)로 출력한다.
예를 들어, (3/4)VCC+(1/4)VEE와 (1/4)VCC+(3/4)VEE을 고정시키기 위한 비례적분기를 이용할 경우, 비례적분기(230, 330, 430, 530)의 기준 전압인 Vref1을 (3/4)VCC+(1/4)VEE로 맞추면 평균 전압 측정부((220, 320, 420, 520)에서 측정되는 평균 전압값이 Vref1에 고정되도록 비례 적분기(230, 330, 430, 530)는 동작하고 비례 적분기(230, 330, 430, 530)의 출력은 V0값에 고정된다.
따라서, 비례 적분기(230)의 출력인 V0는 비교기(210)의 입력단자 및 마이크로 프로세서(600)로 제공된다.
또한, V1의 경우, 비례 적분기(330)의 기준 전압 Vref2단자인 반전(-) 단자에 (1/4)VCC+(3/4)VEE로 고정하면 얻을 수 있다.
상기한 바와 같이, 비례 적분기(230, 330)를 통해 얻어진 V0와 V1은 마이크로 프로세서(600)로 제공되어 소광비 즉, 이 두값의 비 log10(V1/V0)를 계산하는 데 이용된다.
이 때, Q값 측정도 상기한 방법에 의하서 이루어진다.
즉, 온/오프 상태의 데이터 분포의 분산을 알아내기 위하여 비례 적분기(430, 530)의 기준 전압을 도 4를 참조하여 좌측에서 각각의 데이터 분포에 대한 분산을 알아낸 후, 우측에서 이에 해당하는 전압으로 하면 비례 적분기(430, 530)의 출력은 정해진 평균 전압값 V2와 V3가 된다.
따라서, 마이크로 프로세서(600)는 비례 적분기(230, 330, 430, 530)에서 V2와 V3가 제공되면 분산즉, 각각 ｜V0-V2｜와 ｜V1-V3｜ 을 구한 후 상기한 수학식 1에 의해 Q값을 계산하여 그에 대응하도록 관리 시스템(700)을 제어한다.
또한, 마이크로 프로세서(600)는 상기한 바와 같이 Q값이 구해지면 비트오율(BER)을 구하기 위하여 상기한 수학식 2 즉, BER=(1/2)·erfc(Q/√2) 에의해 비트오율을 계산하고 그에 대응하여 관리 시스템(700)을 제어한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 광신호 성능 감시 장치는, 광검출 신호로부터 피드백을 통해서 데이터 온/오프시의 평균값 및 분산을 각각 측정하여 광신호 성능을 감시하기 위한 변수들인 소광비 및 Q값, 비트오율을 산출하므로써, 데이터 전송 속도에 무관하게 광신호의 성능을 감시할 수 있으며 유연성있고 안정적인 파중분할 다중화망의 전송 시스템을 구현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 광전송 시스템에 채용되어 광신호의 성능을 감시하는 장치에 있어서,
    광선로로부터 수신된 상기 광신호를 전기적 신호로 변환하여 검출하는 광신호 검출 수단;
    상기 광신호 검출부에서 검출된 전기적 신호로부터 기설정된 평균 전압에 대응되는 기준 전압값을 검출하여 피드백하는 다수 개의 기준 전압 검출 수단;
    상기 다수개의 기준 전압 검출부로부터 제공되는 기준 전압 각각으로부터 소광비, Q값, 그리고 비트 오율을 산출하는 마이크로프로세서를 포함하는 광전송 시스템에 있어서 광신호 성능 감시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수개의 기준 전압 산출 수단 각각은,
    상기 전기적 신호와 가변 기준 전압과의 비교 결과 신호를 제공하는 결정 회로와,
    상기 결정회로에서 제공되는 비교 결과 신호에 대한 평균 전압값을 측정하여 제공하는 평균 전압 측정부와,
    상기 광신호 데이터가 1 또는 0일 때의 기설정된 기준 전압값에 고정되도록 하고 상기 평균 전압 측정부에서 제공되는 평균 전압값을 비례 적분하여 피드백하여 상기 결정 회로로 제공하는 비례 적분기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전송 시스템에 있어서 광신호 성능 감시 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 비례 적분기는, 빈도수가 가장 높을 때 또는 데이터 분포의 분산에 해당하는 기준 전압에서의 평균 전압 각각을 비례 적분의 기준 전압으로 설정되는 것을 특징으로 하는 광전송 시스템에 있어서 광신호 성능 감시 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로 프로세서는 상기 다수개의 기준 전압 검출부 각각에서 제공되는 기준 전압 각각에 의하여 소광비를 산출하는 소광비 산출 수단, Q값을 검출하는 Q값 검출 수단, 비트 오율을 검출하는 비트 오율 검출 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전송 시스템에 있어서 광신호 성능 감시 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 소광비(ER) 산출 수단은, [수학식 ER = log(V1/V0)]에 의거해서 소광비를 산출하며, 상기 V0및 V1는 상기 기준 전압값인 것을 특징으로 하는 광전송 시스템에 있어서 광신호 성능 감시 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 Q값 산출 수단은, [수학식 Q=(I1-I0)/(σ1+σ0)]에 의거해서 산출하며, 상기 I0, I1은 상기 광신호 데이터가 각각 0과 1일 때의 평균값을 나타내고,은 각각에 대한 분산으로서, 각기 ｜V0-V2｜와 ｜V1-V3｜에 구해지는 것을 특징으로 하는 광전송 시스템에 있어서 광신호 성능 감시 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 비트오율(BER) 산출 수단은, [수학식 BER=(1/2)·erfc(Q/√2)]에 의거해서 산출하는 것을 특징으로 하는 광전송 시스템에 있어서 광신호 성능 감시 장치.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 수단 각각은 상술한 식이 적용된 소프트웨어 이거나 또는 그 각각의 소프트 웨어가 탑재된 개별 프로세서인 것을 특징으로하는 광전송 시스템에 있어서 광신호 성능 감시 장치.
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