KR100469726B1

KR100469726B1 - 이중 바이너리 방식의 광송신 장치

Info

Publication number: KR100469726B1
Application number: KR10-2002-0062162A
Authority: KR
Inventors: 이한림; 황성택; 정희원; 오윤제; 정지채; 강병창
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2002-10-11
Publication date: 2005-02-02
Also published as: EP1408632A2; KR20040033218A; US20040071473A1; JP2004135345A; US7215892B2; EP1408632B1; EP1408632A3; DE60301184D1; DE60301184T2

Abstract

본 발명에 따른 이중 바이너리 방식의 광송신 장치는, 기설정된 파장의 광을 출력하는 레이저 광원과; 변조 단자를 통해 입력된 3준위 신호에 따라 상기 광을 세기 변조하는 마하-젠더 타입의 광세기 변조기와; 코드간의 간섭을 통해 입력된 2준위 바이너리 신호를 3준위 신호로 변환하는 저역 통과 필터와; 상기 3준위 신호를 증폭하여 상기 변조 단자로 출력하는 변조기 구동기를 포함하여 구성되며, 상기 저역 통과 필터, 변조기 구동기 및 광세기 변조기의 종합적인 대역폭은 실질적으로 상기 2준위 바이너리 신호의 클럭 주파수의 1/4에 해당한다.

Description

이중 바이너리 방식의 광송신 장치{DUOBINARY OPTICAL TRANSMITTER}

본 발명은 광전송 시스템(optical communication system)에 관한 것으로서,특히 광신호를 생성하기 위한 광송신 장치에 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 인터넷망에 유용하게 쓰이고 있는 시스템이다. 현재 DWDM을 사용하여 100개 이상의 채널들을 하나의 광섬유를 이용하여 전송하는 시스템이 상용화 되었으며, 하나의 광섬유에 200개 이상의 40Gb/s 채널들을 동시에 전송하여 10Tbps 이상의 전송속도를 가지는 시스템에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다.

이러한 급격한 데이터 트래픽(data traffic)의 증가에 대처하기 위한 파장 분할 다중 방식의 기술의 발달로 인해, 어븀 첨가 광섬유 증폭기(Erbium Doped Fiber Amplifier, EDFA)의 대역폭과 기존에 사용되는 세기 변조(intensity modulation) 방식의 한계에 도달하고 있으며, 미래에 예상되는 데이터 트래픽 증가에 대처하기 위해 새로운 기술이 요구되고 있다. 고밀도 파장 분할 다중 방식 시스템의 전송 용량의 증대를 위한 해결안으로서, 한정된 광섬유 대역을 효율적으로 사용하여 비트당 주파수 효율성(bit spectral efficiency)를 향상시키는 이중 바이너리(duobinary) 전송 기술이 대두되고 있다.

도 1은 종래에 따른 이중 바이너리 방식의 광송신 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 상기 광송신 장치는 제1 및 제2 저역 통과 필터(low-pass filter, 120,150)와, 제1 및 제2 변조기 구동기(modulator driver amplifier, 130,160)와,레이저 광원(laser source, 170)과, 마하-젠더 타입의 광세기 변조기(Mach-Zehnder interferometer type optical intensity modulator, 180)를 구성된다.

2준위 바이너리 신호(2-level binary data signal)는 상기 제1 저역 통과 필터(120)에 입력되고, 상기 제1 저역 통과 필터(120)는 상기 2준위 바이너리 신호의 클럭 주파수(clock frequency)의 약 1/4에 해당하는 대역폭을 갖는다. 상기 대역폭의 과도한 제한으로 인해 코드간의 간섭이 발생하고, 이러한 코드간의 간섭으로 인해 상기 2준위 바이너리 신호는 3준위 신호(3-level data signal)로 변환된다. 상기 3준위 신호는 상기 제1 변조기 구동기(130)에 입력되고, 상기 제1 변조기 구동기(130)는 상기 3준위 신호를 증폭하여 상기 마하-젠더 타입의 광세기 변조기(180)로 출력한다. 상기 변조기 구동기(130) 및 광세기 변조기(180)는 상기 2준위 바이너리 신호의 클럭 주파수에 해당하는 대역폭을 갖는다. 상기한 과정과 유사하게, 역전된 2준위 바이너리 신호(binary inverted data signal)는 상기 제2 저역 통과 필터(150)에 의해 역전된 3준위 신호(3-level inverted data signal)로 변환되고, 상기 역전된 3준위 신호는 상기 제2 변조기 구동기(160)에 의해 증폭되어 상기 광세기 변조기(180)로 입력된다. 상기 레이저 광원(170)은 기설정된 파장의 광을 출력하고, 상기 광세기 변조기(180)는 상기 3준위 신호들로 상기 광을 변조하여 출력한다. 상기 제1 저역 통과 필터(120) 및 제1 변조기 구동기(130)는 상기 광세기 변조기(180)를 중심으로 하여 제1 아암(first arm, 110)을 이루고, 상기 제2 저역 통과 필터(150) 및 제2 변조기 구동기(160)는 상기 광세기 변조기(180)를 중심으로 하여 제2 아암(140)을 이룬다. 상기 제1 아암(110)은 상기 광세기 변조기(180)의제1 변조 단자(RF+)와 연결되고, 상기 제2 아암(140)은 상기 광세기 변조기(180)의 제2 변조 단자(RF-)와 연결된다.

그러나, 종래에 따른 이중 바이너리 방식의 광송신 장치는 저역 통과 필터만이 2준위 바이너리 신호의 클럭 주파수의 1/4에 해당하는 대역폭을 갖고, 나머지 변조기 구동기와 광 변조기는 상기 클럭 주파수에 해당하는 대역폭을 갖는다. 높은 대역폭을 갖는 소자를 사용함에 따라서 전체 광송신 장치의 제작비도 높아지게 되며, 이로 인하여 상기 광송신 장치의 가격 경쟁력이 약화된다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 종래에 비하여 낮은 대역폭을 갖는 구성 소자를 사용함으로써 가격 경쟁력을 향상시킬 수 있는 이중 바이너리 방식의 광송신 장치를 제공함에 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 이중 바이너리 방식의 광송신 장치는, 기설정된 파장의 광을 출력하는 레이저 광원과; 변조 단자를 통해 입력된 3준위 신호에 따라 상기 광을 세기 변조하는 마하-젠더 타입의 광세기 변조기와; 코드간의 간섭을 통해 입력된 2준위 바이너리 신호를 3준위 신호로 변환하는 저역 통과 필터와; 상기 3준위 신호를 증폭하여 상기 변조 단자로 출력하는 변조기 구동기를 포함하여 구성되며, 상기 저역 통과 필터, 변조기 구동기 및 광세기 변조기의 종합적인 대역폭은 실질적으로 상기 2준위 바이너리 신호의 클럭 주파수의 1/4에 해당한다.

도 1은 종래에 따른 이중 바이너리 방식의 광송신 장치의 구성을 나타내는 도면,

도 2는 본 발명에 따른 이중 바이너리 방식의 광송신 장치의 구성을 나타내는 도면,

도 3은 바이너리 NRZ 신호와 이중 바이너리 NRZ 신호의 주파수 특성을 나타내는 도면,

도 4는 다양한 대역폭들을 갖는 광세기 변조기들의 주파수 특성들을 나타내는 도면,

도 5 및 도 6은 광세기 변조기 및 저역 통과 필터의 대역폭 변화에 따른 아이 다이어그램들을 나타낸 도면들.

이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능이나 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 2는 본 발명에 따른 이중 바이너리 방식의 광송신 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 상기 광송신 장치는 차동 전부호화기(differential precoder, 210)와, 저역 통과 필터(230)와, 변조기 구동기(240)와, 레이저 광원(250)과, 마하-젠더 타입의 광세기 변조기(260)로 구성된다. 상기 저역 통과 필터(230) 및 변조기 구동기(240)는 아암(220)을 이루고, 상기 아암(220)은 상기 광세기 변조기(260)의 변조 단자(RF)와 연결된다.

상기 차동 전부호화기(210)는 지연기(one-bit delay line, 212)와 EXOR(EXclusive-OR circuit, 214)을 포함하며, 입력된 2준위 바이너리 신호를 차동 부호화하여 출력한다. 상기 차동 전부호화기(210)는 2준위 바이너리 신호를 전부호화함으로써 수신기의 변화없이도 이중 바이너리 송수신이 가능하게 한다. 상기 차동 전부호화기(210)의 구성을 일 예를 들어 설명하였으나, 차동 전부호화기는 전부호화 기능을 수행하도록 다양하게 구성될 수 있다. 다른 예를 들자면, 2진수 카운터(counter)와 지연기를 이용하여 차동 전부호화기를 구성할 수도 있는데, 상기 2진수 카운터는 입력된 2준위 바이너리 신호가 기설정된 값('0' 또는 '1')을 가질 때 입력된 클럭 신호를 카운트한 후 그 결과를 출력하게 된다.

상기 저역 통과 필터(230)는 대역폭의 제한으로 인해 발생된 코드간의 간섭을 통해 상기 전부호화된 2준위 바이너리 신호를 3준위 신호로 변환한다.

상기 변조기 구동기(240)는 상기 3준위 신호를 증폭하여 상기 변조 단자(RF)로 출력한다.

상기 레이저 광원(250)은 기설정된 파장의 광을 출력한다.

상기 광세기 변조기(260)는 변조 단자(RF)를 통해 입력된 3준위 신호에 따라 상기 광을 세기 변조하여 출력한다.

상기 저역 통과 필터(230), 변조기 구동기(240) 및 광세기 변조기(260)의 종합적인 대역폭은 실질적으로 상기 2준위 바이너리 신호의 클럭 주파수의 1/4에 해당하며, 바람직하게는 상기 광세기 변조기(260)의 대역폭이 실질적으로 상기 2준위 바이너리 신호의 클럭 주파수의 2/5 또는 4/5에 해당한다.

본 발명은 주파수 평면에서의 스펙트럼 형태가 이중 바이너리 신호의 품질을 결정짓는다는 점에서 출발하며, 이러한 주파수 특성에 대하여 이하 살펴보기로 한다.

도 3은 바이너리 NRZ(Non-Return-to-Zero) 신호와 이중 바이너리 NRZ 신호의 주파수 특성들을 나타내는 도면이다. 도 3에는 바이너리 NRZ 신호의 주파수-세기 곡선(310)과, 이중 바이너리 NRZ 신호의 주파수-세기 곡선(320)이 도시되어 있다.

상기 바이너리 NRZ 신호의 전송율은 10Gbps, 20Gbps, 40Gbps, 80Gbps, 160Gbps 등 임의의 값을 가질 수 있으나, 이하 설명상의 편의를 위하여 상기 바이너리 NRZ 신호의 전송율을 10Gbps라고 가정하기로 한다. 이러한 경우에, 종래에는 상기 바이너리 NRZ 신호의 전송율에 해당하는 대역폭, 즉 10GHz의 대역폭을 갖는변조기 구동기와 광세기 변조기를 사용하였고, 이로 인하여 전체 광송신 장치의 가격 경쟁력이 약화되는 문제점을 초래하였음은 전술된 바와 같다.

한편, 이중 바이너리 신호의 발생 과정에 있어서 저역 통과 필터(230), 변조기 구동기(240) 및 광세기 변조기(260)의 종합적인 대역폭이 상기 이중 바이너리 신호의 품질에 결정적인 영향을 미친다. 다시 말하자면, 아암(220)을 구성하는 소자들(230,240)과 상기 광세기 변조기(260)의 종합적인 스펙트럼이 도 3의 빗금친 형태(A1)를 만족시키면 광통신에 요구되는 특성을 만족시킬 수 있므로, 모든 구성 소자가 높은 대역폭을 가질 필요는 전혀 없는 것이다. 따라서, 상기 저역 통과 필터(230), 변조기 구동기(240) 및 광세기 변조기(260)의 종합적인 대역폭이 실질적으로 2준위 바이너리 신호의 클럭 주파수의 1/4, 즉 2.5㎓에 해당하면 광통신에 요구되는 특성을 만족시킬 수 있다.

현존하는 상기 변조기 구동기(240)의 경우는 이득뿐만 아니라 군속도 지연 등이 중요한 변수이므로 10GHz의 대역폭을 가지는 소자를 본 발명에서는 사용하지만, 기술의 진보로 인해 이러한 문제가 해결된다면 상기 변조기 구동기(240)의 대역폭도 감소시킬 수 있음은 물론이다. 또한, 주목할 점은 상기 광세기 변조기(260)의 주파수 특성이 전기 소자와는 달리 선형적으로 감소한다는 것이다.

도 4는 다양한 대역폭들을 갖는 광세기 변조기들의 주파수 특성들을 나타내는 도면이다. 도 4에는 3GHz, 6GHz 및 10GHz의 대역폭을 갖는 광세기 변조기들의 주파수-세기 곡선들(420,430,440)과, 이중 바이너리 NRZ 신호의 주파수-세기 곡선(410)이 나타나 있다. 6GHz 대역폭의 광세기 변조기의 곡선(430)을 보면, 그주파수 특성이 이중 바이너리 신호의 것보다 양호하므로 신호의 왜곡 현상이 없이 이중 바이너리 광변조가 가능함을 확인할 수 있다. 이러한 경우에 저역 통과 필터의 대역폭을 증가시켜서 이중 바이너리 신호를 발생시킬 수 있다. 또한, 3GHz 대역폭의 광세기 변조기는 그 주파수 특성이 이중 바이너리 신호의 것보다 불량하므로 신호의 왜곡 현상이 없이는 이중 바이너리 광변조를 할 수 없음을 알 수 있다. 이러한 결과는 아이 다이어그램(eye diagram)을 측정함으로써 좀 더 정확히 검증될 수 있다.

도 5 및 도 6은 광세기 변조기 및 저역 통과 필터의 대역폭 변화에 따른 아이 다이어그램들을 나타낸 도면들이다. 도 5에는 10GHz 대역폭의 광세기 변조기와 2.6GHz 대역폭의 저역 통과 필터를 사용하여 얻어진 아이 다이어그램이 도시되어 있고, 도 6에는 6GHz 대역폭의 광세기 변조기와 2.8GHz 대역폭의 저역 통과 필터를 사용하여 얻어진 아이 다이어그램이 도시되어 있다. 상기 아이 다이어그램들을 비교하면 그 특성 차이가 거의 없음을 수 없다. 따라서, 대역폭이 4.5~6GHz의 광세기 변조기와 상대적으로 대역폭이 소폭 증가한 저대역 여과기를 사용하면 10GHz 광세기 변조기와 2.6GHz 대역폭의 저역 통과 필터를 대체할 수 있다. 4.5 ~ 6GHz의 광 변조기는 2.5GHz 광세기 변조기를 변형시킴으로써 제작이 가능하므로, 10GHz 광세기 변조기 대비 30~40%의 가격 절감 효과를 유발시킨다.

이상, 도 2에 도시된 바와 같이 단일 아암 구조를 갖는 마하-젠더 타입의 광세기 변조기에 대하여 기술하였으나, 도 1에 도시된 바와 같이 2-아암 구조를 갖는 마하-젠더 타입의 광세기 변조기에도 본원발명이 적용될 수 있음은 물론이다. 2-아암 구조를 갖는 마하-젠더 타입의 광세기 변조기의 경우에는, 제1 아암을 구성하는 저역 통과 필터 및 변조기 구동기와 상기 광세기 변조기의 종합적인 대역폭과, 제2 아암을 구성하는 저역 통과 필터 및 변조기 구동기와 상기 광세기 변조기의 종합적인 대역폭이 모두 2준위 바이너리 신호의 클럭 주파수의 1/4에 해당하면 광통신에 요구되는 특성을 만족시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 이중 바이너리 방식의 광송신 장치는 구성 소자들의 전체적인 대역폭이 2준위 바이너리 신호의 클럭 주파수의 1/4에 해당하도록 설정함으로써, 낮은 대역폭을 갖는 구성 소자를 사용함으로 인한 가격 경쟁력의 향상을 이룰 수 있다는 이점이 있다.

Claims

이중 바이너리 방식의 광송신 장치에 있어서,

기설정된 파장의 광을 출력하는 레이저 광원과;

변조 단자를 통해 입력된 3준위 신호에 따라 상기 광을 세기 변조하는 마하-젠더 타입의 광세기 변조기와;

코드간의 간섭을 통해 입력된 2준위 바이너리 신호를 3준위 신호로 변환하는 저역 통과 필터와;

상기 3준위 신호를 증폭하여 상기 변조 단자로 출력하는 변조기 구동기를 포함하여 구성되며,

상기 저역 통과 필터, 변조기 구동기 및 광세기 변조기의 종합적인 대역폭은 실질적으로 상기 2준위 바이너리 신호의 클럭 주파수의 1/4에 해당함을 특징으로 하는 이중 바이너리 방식의 광송신 장치.
제1항에 있어서,

입력된 2준위 바이너리 신호를 차동 부호화하여 상기 저역 통과 필터로 출력하는 차동 전부호화기를 더 포함함을 특징으로 하는 이중 바이너리 방식의 광송신 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 광세기 변조기의 대역폭은 실질적으로 상기 2준위 바이너리 신호의 클럭 주파수의 2/5 또는 4/5에 해당함을 특징으로 하는 이중 바이너리 방식의 광송신 장치.