KR100405820B1 - 저주파가 첨가된 광신호의 수신 에러율 개선 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저주파가 첨가된 광신호의 수신 에러율(BER) 개선 시스템에 관한 것이다. 특히, 저주파의 변조 효과로 인해 발생되는 에러율 증가를 효과적으로 완화시키는 광통신 수신 시스템에 관한 것이다.

현재의 광통신 시스템은 고정된 결정 문턱 값을 이용하는 방식이다. 이러한 방식은 수신시 0과 1을 판단하는 기준으로서 어떠한 고정된 판단 기준값을 이용한다. 이러한 방식을 이용할 경우 저주파가 첨가된 광신호를 수신할 경우에 수신 에러율이 급격히 증가하는 문제점을 안고 있다.

이에 본 발명은 수신된 광신호에서 저주파 대역(또는 특정 주파수 대역)의 신호를 추출하여 이를 가변 결정문턱 신호로 이용함으로서 저주파 변조효과로 인한 수신 에러율 증가를 완화시키는 가변 결정문턱 방식을 이용한 광통신 수신 시스템을 제공한다.

따라서, 본 발명은 저주파로 인한 수신 에러율 증가 때문에 효과적으로 이용되지 못하였던 여러 종류의 실제 광통신 시스템(예컨대, 저주파를 이용한 광통신 감시방법, 저주파 변조효과를 낳는 여러 광소자들)에 쉽게 적용될 수 있다.

Description

저주파가 첨가된 광신호의 수신 에러율 개선 시스템{BER improvement system of the optical signal including low-frequency tones}

본 발명은 저주파가 첨가된 광신호의 수신 에러율(bit error rate; BER) 개선 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 저주파의 변조 효과로 인해 발생되는 에러율 증가를 효과적으로 완화시키는 광통신 수신 시스템에 관한 것이다.

최근 많은 광통신 시스템에서 저주파(pilot tone)를 이용한 신호 품질 감시방법을 이용하고 있으나, 이로 인해 광신호에 저주파 변조효과가 발생한다. 또한,여러 광소자에서도 누화로 인한 광신호의 저주파 변조효과가 발생한다. 이러한 광신호의 저주파 변조효과로 인해 발생하는 에러율 증가는 이미 연구된 바 있다.

그러나, 현재의 광통신 시스템은 고정된 결정 문턱 값을 이용하는 방식이다. 이러한 방식은 수신시에 0과 1을 판단하는 기준으로서 어떠한 고정된 판단 기준값을 이용한다. 이러한 방식을 이용할 경우에는 저주파가 첨가된 광신호를 수신할 경우에 수신 에러율이 급격히 증가하는 문제점을 안고 있다.

즉, 도 1a 및 도 1b를 살펴보면, (a)와 같은 정상적인 광신호에서 최적 결정 문턱값(decision threshold)은 표준(Guassian) 잡음 분포를 가정하였을 때, 다음과 같은 수학식으로 주어진다 .

는 각각 0, 1 레벨에서 잡음분포의 표준편차를 나타내고,은 각각 0, 1 레벨의 전류값을 나타낸다.이 때,값이 시간에 따라 변하지 않는다면 최적 결정 문턱값은 어떠한 상수값이 된다.

그러나, 저주파 변조 효과가 존재하는 광신호의 모습은 (b)와 같으며, 이 경우 (a)신호에서 쓰이는 고정 결정 문턱값을 그대로 이용한다면 파워 페널티(power penalty; 특정 에러율을 만족시키기 위해 추가되는 입력 광파워)가 발생하게 된다.

이 때, 만약 결정 문턱값을 매 순간마다 최적값으로 변화시켜 줄 수 있다면저주파 변조로 인한 에러율 증가를 줄일 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 본 발명의 목적은 저주파 변조효과로 인해 발생되는 에러율 증가를 효과적으로 완화시키는 광통신수신 시스템을 제공하는데 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로써 본 발명은 수신된 광신호에서 저주파 대역(또는 특정 주파수 대역)의 신호를 추출하여 이를 가변 결정문턱 신호로 이용함으로서 저주파 변조효과로 인한 수신 에러율 증가를 완화시키는 가변 결정문턱 방식을 이용한 광통신 수신 시스템을 제공하는데 있다.

도 1a 및 도 1b는 정상적인 광신호와 저주파가 첨가된 광신호의 도식도이다.

도 2 내지 도 5는 본 발명의 제 1,2,3,4 실시예에 따른 가변 결정문턱 방법을 구현한 수신기의 구성도이다.

도 6은 본 발명에 따른 가변 결정문턱을 이용한 수신 에러율 향상을 위한 실험 구성도이다.

도 7a 내지 도 7d는 본 발명에 따른 가변 결정문턱을 이용한 수신 에러율의 실험 결과 그래프이다.

이하, 본 발명의 실시예에 대한 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.

도 2 내지 도 5는 본 발명의 제 1,2,3,4 실시예에 따른 가변 결정문턱 방법을 구현한 수신기의 구성도이다.

도 2에 도시된 제 1실시예를 살펴보면, 저주파 변조가 실린 광신호가 입력되는 광 분리기(11)의 일측 후방에는 저대역 추출수단이 연결되어 출력된 광신호를 결정회로(16)의 가변 결정문턱 신호로 이용하고, 상기 광 분리기(11)의 타측 후방에는 고주파 신호 수신수단이 연결되어 출력된 광신호를 결정회로(16)의 데이터 신호로 이용하게 된다.

이 때, 상기 고주파 신호 수신수단에는 고속의 데이터 신호를 광/전 변환하는 고주파용 제 1광수신기(13)와, 상기 저대역 추출수단과의 광신호 지연을 동일하게 조절하는 지연장치(12)로 구성된다.

또한, 상기 저대역 추출수단에는 광신호의 저주파 대역을 광/전 변환하는 저주파용 제 2광수신기(14)와, 상기 제 2광수신기(14)의 출력 신호가 적절한 크기를 갖도록 조절하는 가변 감쇄기(15)로 구성된다. 여기서, 상기 가변 감쇄기(15) 대신에 가변 증폭기를 사용하여도 무방하다.

상기와 같은 구성의 작용을 살펴보면, 저주파 변조가 실린 광신호가 입력되는 경우 입력 광신호는 광분배기(11)에서 둘로 나뉘어진다. 대부분의 신호는 고주파용 제 1광수신기(13)로 보내고, 나머지 일부분의 신호는 값 싼 저주파용 제 2광수신기(14)로 보낸다.

이 때, 고주파용 제 1광수신기(13)의 전단에 위치하는 지연장치(12)는 두 신호라인의 지연(delay)을 맞추기 위한 것이다.

저주파용 제 2광수신기(14)를 통과한 신호는 가변 감쇄기(15)를 이용하여 적당한 크기로 조정된다. 이 신호는 결정회로(16)의 결정문턱 신호로 입력된다.

이러한 구성에 의해 " 가변 결정 문턱 방법 " 이 구현될 수 있으며, 이는 저주파 변조가 실린 광신호의 에러율 증가를 극복할 수 있다.

이어서, 도 3에 도시된 제 2실시예를 살펴보면, 도 2의 제 1실시예와 구성 및 작용은 유사하나, 다른 점은 저대역 필터의 통과 특성을 가지는 광수신기 대신, 광수신기(24)와 협대역 필터(25)를 이용한 방식이다. 따라서, 이에 대한 구성 및 작용에 대한 상세한 설명은 중복되므로 생략하기로 한다.

도 4에 도시된 제 3실시예를 살펴보면, 저주파 변조가 실린 광신호가 입력되는 광 수신기(31)의 후방에는 파워 분배기(32)가 연결되고, 상기 파워 분배기(32)의 일측 후방에는 저대역 추출수단이 연결되어, 출력된 광신호를 결정회로(36)의 가변 결정문턱 신호로 이용한다. 상기 파워 분배기(32)의 타측 후방에는 지연장치(33)가 연결되어 출력된 광신호를 결정회로의 데이터 신호로 이용한다.

상기 저대역 추출수단에는 전기 신호의 저주파 대역을 추출하는 저대역 필터(34)와, 상기 저대역 필터(34)의 출력신호가 적절한 크기를 갖도록 조절하는 가변 감쇄기(35)로 구성된다. 여기서, 상기 가변 감쇄기(35) 대신에 가변 증폭기를 사용하여도 무방하다.

여기서, 상술한 제 1,2 실시예와 다른 점은 광 분리기(11,21)를 이용하지 않고 파워 분배기(32)를 이용하는 방식이다. 즉, 광 수신기(31) 하나만으로 광신호를 전기신호로 바꾼 후 신호를 파워 분배기(32)로 나누어 한쪽 신호에 저주파 필터(34)를 이용하는 방식이다.

이는 광 분리기(21)를 이용하였던 제 2실시예와는 달리 전기신호를 분리하는 파워 분배기(32)를 이용한 점이 다르다. 이렇게 하면, 광 수신기(31)를 하나만 써도 된다는 장점이 있다.

이어서, 도 5에 도시된 제 4실시예를 살펴보면, 도 4의 제 3실시예와 마찬가지로 구성 및 작용은 유사하나, 다른 점은 저대역 필터(34) 대신 협대역 필터(44)를 이용한 방식이다. 따라서, 이에 대한 구성 및 작용에 대한 상세한 설명은 중복되므로 생략하기로 한다.

한편, 상기와 같은 시스템의 실효성을 검증하기 위하여 도 6에서와 같은 구성도를 가지고 실험을 하였다.

도 6를 살펴보면, 레이저(51)와; 제 1,2 편광 조절기(52,54); 제 1,2변조기(53,55); 광섬유(56); 광분배기(57); ADP수신기(58); 광수신기(59); 가변감쇄기(60) 및; 결정회로(61)로 구성된다.

상기의 작용을 살펴보면, 광신호를 2.5 Gb/s 2²³-1 PRBS (pseudo-random binary signal) 신호로 제 1변조기(53)에서 변조한 후, 다시 직렬로 연결한 제 2변조기(55)를 이용하여 저주파 변조를 하였다. 이 때, 저주파 변조 주파수는 3 MHz 로 사용하였다.

수신단에서 대부분의 파워는 2.5 Gb/s용 APD 광수신기(Avalanche photodiode; 58)로 들어가고, 저주파 결정 문턱신호를 위한 일부 파워는 값싼 저주파용 광수신기(59)(대역폭을 4 MHz로 조정, 저주파 통과 형태)로 들어간다. 저주파용 광수신기(59)를 거친 신호는 가변 감쇄기(60)를 거쳐 최적값의 결정문턱 변화폭을 가지도록 한 후 수신기의 결정문턱 입력으로 들어간다.

또한, 가변 결정문턱 신호와 입력 신호에 들어있는 저주파의 위상이 일치하여야 하기 때문에 APD 수신기(58) 앞의 광섬유의 길이를 조정하여 위상을 맞추었다. 이 때 쓰인 광섬유의 길이는 12 m 였다.

이어서, 도 7a 내지 도 7d는 가변 결정문턱을 이용한 수신 에러율의 실험 결과로써 저주파 변조지수 10%(a), 16%(b), 22%(c), 29%(d)에서 입력 파워에 대한 에러율을 고정 결정 문턱(fixed decision threshold; 기존의 시스템에서 쓰이는 방식)과 가변 결정 문턱(variable decision threshold)을 이용한 경우에 대한 실험 결과이다.

이 때, 각 그래프에서 B-to-B는 저주파 변조효과가 없는 경우의 광신호의 에러율이다. 따라서, 본 발명에 의한 가변 결정 문턱 방식을 이용하면 저주파 변조효과로 인한 에러율 증가를 감소시킬 수 있음을 알 수 있다.

이상에서와 같이 양호한 실시예에 근거하여 이 발명을 설명하였지만, 이러한 실시예는 이 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이다. 이 발명이 속하는 분야의 숙련자에게는 이 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능함이 자명할 것이다. 그러므로, 이 발명의 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정될 것이 아니라, 위와 같은 변화예나 변경예 또는 조절예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상에서와 같이 본 발명에 의한 광신호의 수신 에러율 개선 시스템에 따르면, 저주파가 첨가된 광신호를 수신할 때 수신 에러율(BER)을 줄일 수 있다. 또한, 저주파로 인한 수신 에러율 증가 때문에 효과적으로 이용되지 못하였던 여러 종류의 실제 광통신 시스템(예컨대, 저주파를 이용한 광통신 감시방법, 저주파 변조효과를 낳는 여러 광소자들)에 쉽게 적용될 수 있다.

Claims (11)

1. 가변 결정문턱 신호를 이용하여 광신호의 수신 에러율을 개선하기 위한 광통신 수신 시스템에 있어서,

   저주파 변조가 실린 광신호가 입력되는 광 분리기의 일측 후방에는 저대역 추출수단이 연결되어 출력된 광신호를 결정회로의 가변 결정문턱 신호로 이용하고;

   상기 광 분리기의 타측 후방에는 고주파 신호 수신수단이 연결되어 출력된 광신호를 결정회로의 데이터 신호로 이용함을 특징으로 하는 광신호의 수신 에러율 개선 시스템.
2. 청구항 1 에 있어서, 상기 저대역 추출수단에는 광신호의 저주파 대역을 광/전 변환하는 저주파용 광수신기와;

   상기 광수신기의 출력 신호가 적절한 크기를 갖도록 조절하는 가변 감쇄기로 구성된 것을 특징으로 하는 광신호의 수신 에러율 개선 시스템.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 고주파 신호 수신수단에는 고속의 데이터 신호를 광/전 변환하는 고주파용 광수신기와;

   상기 저대역 추출수단과의 광신호 지연을 동일하게 조절하는 지연장치로 구성된 것을 특징으로 하는 광신호의 수신 에러율 개선 시스템.
4. 가변 결정문턱 신호를 이용하여 광신호의 수신 에러율을 개선하기 위한 광통신 수신 시스템에 있어서,

   저주파 변조가 실린 광신호가 입력되는 광 분리기의 일측 후방에는 협대역 추출수단이 연결되어 출력된 광신호를 결정회로의 가변 결정문턱 신호로 이용하고;

   상기 광 분리기의 타측 후방에는 고주파 신호 수신수단이 연결되어 출력된 광신호를 결정회로의 데이터 신호로 이용하는 것을 특징으로 하는 광신호의 수신 에러율 개선 시스템.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 협대역 추출수단에는 광신호를 전기신호로 변환하는 광수신기와;

   상기 광수신기로부터 특정 주파수 대역을 추출하는 협대역 필터와;

   상기 협대역 필터의 출력 신호 크기를 조절하는 가변 감쇄기로 구성된 것을 특징으로 하는 광신호의 수신 에러율 개선 시스템.
6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서, 상기 고주파 신호 수신수단에는 고속의 데이터 신호를 광/전 변환하는 고주파용 광 수신기와;

   상기 협대역 추출수단과의 광신호 지연을 동일하게 조절하는 지연장치로 구성된 것을 특징으로 하는 광신호의 수신 에러율 개선 시스템.
7. 가변 결정문턱 신호를 이용하여 광신호의 수신 에러율을 개선하기 위한 광통신 수신 시스템에 있어서,

   저주파 변조가 실린 광신호가 입력되는 광 수신기의 후방에는 파워 분배기가 연결되고;

   상기 파워 분배기의 일측 후방에는 저대역 추출수단이 연결되어 출력된 광신호를 결정회로의 가변 결정문턱 신호로 이용하고;

   상기 파워 분배기의 타측 후방에는 지연장치가 연결되어 출력된 광신호를 결정회로의 데이터 신호로 이용하는 것을 특징으로 하는 광신호의 수신 에러율 개선 시스템.
8. 청구항 7에 있어서, 상기 저대역 추출수단에는 전기 신호의 저주파 대역을 추출하는 저대역 필터와;

   상기 저대역 필터의 출력신호가 적절한 크기를 갖도록 조절하는 가변 감쇄기로 구성된 것을 특징으로 하는 광신호의 수신 에러율 개선 시스템.
9. 가변 결정문턱 신호를 이용하여 광신호의 수신 에러율을 개선하기 위한 광통신 수신 시스템에 있어서,

   저주파 변조가 실린 광신호가 입력되는 광 수신기의 후방에는 파워 분배기가 연결되고;

   상기 파워 분배기의 일측 후방에는 협대역 추출수단이 연결되어 출력된 광신호를 결정회로의 가변 결정문턱 신호로 이용하고;

   상기 파워 분배기의 타측 후방에는 지연장치가 연결되어 출력된 광신호를 결정회로의 데이터 신호로 이용하는 것을 특징으로 하는 광신호의 수신 에러율 개선 시스템.
10. 청구항 9 에 있어서, 상기 협대역 추출수단에는 전기 신호의 특정 주파수 대역을 추출하는 협대역 필터와;

    상기 협대역 필터의 출력 신호 크기를 조절하는 가변 감쇄기로 구성된 것을 특징으로 하는 광신호의 수신 에러율 개선 시스템.
11. 청구항 2, 5, 8, 10 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가변 감쇄기 대신에 가변 증폭기를 사용하는 것을 특징으로 하는 광신호의 수신 에러율 개선 시스템.