KR100480274B1 - 광위상변조기를 이용한 광전송시스템 - Google Patents

광위상변조기를 이용한 광전송시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광전송시스템에 관한 것으로, 특히 통상적으로 사용하는 광 위상변조기(Phase Modulator)를 이용하여 DCS-RZ(Duobinary carrier suppressed RZ) 송신기를 구현한 것으로 종래의 듀오바이너리 송신기를 이용한 DCS-RZ 구조에 비하여 간소한 DCS-RZ 송신기의 구성이 가능하며, 전기적 저대역 필터에 의한 전송품질의 한계성을 극복함으로써, 효율적인 고속, 고밀도 WDM 전송단을 구현할 수 있다. 또한, 본 발명의 DCS-RZ발생 송신기는 광 트랜스폰더(transponder), 광트랜스미터(transmitter), 광트랜시버(transceiver)와 WDM 광전송시스템, SONET/SDH, 이더넷(Ethernet) 전송시스템에도 적용할 수 있다.

Description

광위상변조기를 이용한 광전송시스템 {OPTICAL TRANSMITTING SYSTEM USING CONVENTIONAL PHASE MODULATOR}
본 발명은 광전송시스템에 관한 것으로, 특히 통상적으로 사용하는 광 위상변조기(Phase Modulator)를 이용하여 전송품질의 향상과 고속의 전송을 할 수 있는 광전송시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 고밀도 파장 분할 다중 방식(Dense wavelength division multiplexing: DWDM)의 광전송 시스템은 하나의 광섬유 안에서 여러 개의 파장을 사용하여 전송함으로써 전송효율을 높일 수 있다. 고밀도 파장분할다중방식의 광전송시스템은 전송속도에 무관하게 광 신호를 전송할 수 있어서 전송량이 증가하고 있는 초고속 인터넷망에 유용하게 쓰이고 있다. 그러나, 급격한 데이터 트래픽의 증가와 40Gbps 이상의 고속 데이터의 전송요구로 인하여 종래의 NRZ를 이용한 세기변조(Intensity Modulation)시 50GHz 채널 간격이하에서는 급격한 채널간 간섭과 왜곡으로 전송용량의 확장에 한계가 있다.
종래 바이너리(Binary) NRZ 전송신호의 DC 주파수 성분과 변조시 확산된 고주파성분은 광섬유 매질에서의 전파시 비선형과 분산을 초래하여 10Gbps 이상의 고속 전송시에 있어서는 전송거리의 한계를 가진다. 따라서, 한정된 광섬유 대역을 효율적으로 사용하기 위하여, 비트당 주파수 효율성(bit spectral efficiency)을 향상시키는 광 듀오바이너리(duobinary) 전송기술이 대두되고 있다.
또한, 종래의 바이너리(Binary) NRZ 전송신호의 DC 주파수 성분의 억제를 통한 10Gbps 이상의 고속 중.장거리 전송시 비선형 성분과 분산특성을 억제하는 캐리어 억제된(Carrier Suppressed) RZ 전송기법이 활발히 연구되고 있다.
듀오바이너리 전송의 장점은 전송 스펙트럼이 종래의 바이너리 전송에 비하여 줄어든다는 것이다.
도 1은 종래의 듀오바이너리 캐리어 억제된 RZ(Duo-binary Carrier Suppressed Return-to-Zero: 이하 DCS-RZ라 약칭함) 발생 송신기의 구성을 도시한 것이다.
종래의 DCS-RZ 발생 송신기의 구조는 크게 캐리어 써프레스드(Carrier suppressed) RZ부(10)와 듀오바이너리(Duo Binary)변조부(20)로 구성된다.
캐리어 써프레스드 RZ부(10)는 간섭계 구조의 처프 프리(Chirp Free) 광 세기 변조기 (Intensity modulator)의 입력에 주기가 2T인 클럭(Clock)을 인가하여 캐리어 억제된 RZ 신호를 발생시킨다.
듀오바이너리 변조부(20)는 NRZ 데이터를 듀오바이너리 부호화기(Duobunary precoder)(21)와 전기적 저대역 통과필터(electrical low pass filter)(22)를 통과한 3-레벨의 전기신호를 변조기 구동기(modulator driver amplifier)(23)로 증폭시켜 처프-프리 마하젠더 변조기 (Chirp-free Mach-Zender Modulator)(24)를 구동하게 된다.
이러한 듀오바이너리(Duobinary) 구조는 간섭계 구조의 마하-젠더 광강도 변조기(Mach-Zender modulator)의 전극구조에 따라서 처프-프리 마하젠더 변조기(24)의 양쪽 암(Arm)에서 3 레벨 신호의 인가를 통한 구동이 되는 Z-컷(Cut) 구조를 갖는 처프-프리 마하-젠더 광 강도 변조기와 한쪽 암(Arm)에서 구동되는 X-컷(Cut) 구조를 갖는 처프-프리 마하-젠더 광강도 변조기로 분류 할 수 있다.
도 1은 두 개의 전극(dual arm)을 갖는 Z-컷(cut) 구조의 마하-젠더 광 강도 변조기로, 양쪽 암(arm)에 각각 전기적 저대역 통과필터(22, 26) 및 구동 증폭기(23, 25)를 구비하여 양쪽 전극으로 3-레벨 신호를 인가할 수 있도록 한다.
한편, 도 2는 하나의 전극(arm)을 갖는 X-컷(cut) 구조의 마하-젠더 변조기로, 한쪽 암(arm)에 전기적 저대역 통과필터(22) 및 구동 증폭기(23)를 구비하여 한쪽 전극으로 3-레벨 신호를 인가할 수 있는 것이다.
도 3a는 도 1 과 도 2의 출력신호를 나타내고, 도 3b는 출력신호의 광 스펙트럼 특성을 나타내는 도면으로, 변조된 신호의 스펙트럼을 주파수 영역에서 보면, 반송파(carrier)의 주파수 성분은 없어지고 변조 신호의 주파수 성분이 반송파 주파수를 중심으로 상측과 하측 두 군데에 생기게 됨을 알 수 있다.
그러나, 상술한 종래 구조의 DCS-RZ 시스템에서는 캐리어 억제된 RZ 신호를 다시 듀오바이너리 신호로 변환 시, 전기적 저대역 통과필터를 사용하여 3-레벨의 전기신호를 발생시키므로 저대역 필터의 투과특성에 따른 전송품질의 의존성과 의사잡음 비트 시퀀스(PRBS: Pseudo Random Bit Sequence)의 길이에 따라서 특성의 차이가 발생해 시스템에 치명적인 문제를 야기할 수 있다.
이는 Z-컷 또는 X-컷 구조를 갖는 종래 구조에서 동일하게 발생되며, 이러한 신호 패턴의 의존성은 실제 광전송 시의 시스템 마진의 한계성을 갖게 한다.
한편, 종래의 DCS-RZ발생 송신기는 캐리어 억제된 RZ 신호를 다시 듀오바이너리 신호로 변환 시, 전기적 저대역 통과필터를 사용하여 전기신호를 발생시키므로 투과특성에 따른 전송품질의 의존성과 의사잡음 비트 시퀀스(PRBS: Pseudo Random Bit Sequence)의 길이에 따라서 특성의 차이가 발생해 시스템에 치명적인 문제를 야기할 수 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 종래의 저대역 필터구조를 갖는 듀오바이너리 구조가 가지는 필터 투과특성에 따른 전송품질의 의존성과 비트 패턴(Bit pattern)의 의존성을 극복하고, 10Gbps 이상의 고속 중,장거리 WDM 전송에 있어서 NRZ 전송의 비선형 및 분산특성을 획기적으로 향상하는 DCS-RZ를 생성하기 위하여, 통상적으로 사용하는 광 위상변조기(Phase modulator)를 이용한 듀오바이너리 기술을 적용하였으며, 본 구조를 통하여 DCS-RZ를 구현하는 광송신기의 구현을 간소화하는데 목적을 둔다.
본 발명은 반송파와 NRZ 데이터를 수신하여 위상을 변조하고 필터링하여 듀오바이너리 신호를 출력하는 듀오바이너리 변조부, 듀오바이너리 변조부에서 NRZ 형태의 듀오바이너리 신호를 변조기에 입사하고 소정 주기의 클럭을 인가하여 DCS-RZ신호로 출력하는 캐리어 써프레스드 RZ 생성부를 포함한다.
또한, 본 발명의 듀오바이너리신호 생성부는 수신되는 NRZ 데이터를 부호화하는 차동프리코더, 차동프리코더에서 부호화된 데이터를 증폭하여 소정의 위상차를 가지는 광 위상 정보로 변환시키는 광 위상변조기, 광 위상변조기에서 위상 변조된 광신호를 수신후 필터링하여 듀오바인리 신호를 출력하는 광 대역통과필터를 포함한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은 DWDM 광전송 시스템에서 새로운 듀오바이너리 광송신기 구현기법을 이용한 캐리어 억제된 RZ(Return to Zero) 발생 송신기에 관한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 광위상변조기를 이용한 광전송시스템의 구성을 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 광위상변조기를 이용한 광전송시스템의 구성은 크게 듀오바이너리(Duobinary) 신호를 생성하기 위한 듀오바이너리 변조부(Duobinary Modulator Section)(100)와 캐리어 억제된(Carrier suppressed) RZ를 발생키 위한 캐리어 써프레스드 RZ부(Carrier suppressed RZ Section)(200)로 나누어진다.
본 발명의 듀오바이너리 변조부(100)와 캐리어 써프레스드 RZ부(200)는 위치가 서로 바뀌어도 동일한 특성을 나타낸다.
듀오바이너리 변조부(100)는 NRZ 데이터를 듀오바이너리 부호화기(Duobinary precoder)(101)로 부호화 후에 구동 증폭기(Driving amplifier)(102)에서 증폭시켜 광위상변조기(Phase Modulator)(103)로 입력되며, 광위상변조기(103)에서 위상변조를 한다.
광위상변조기(103)는 변조의 정도를 나타내는 변조지수(modulation index)를 조정하여 위상변조의 정도를 조절할 수 있다.
또한, 광위상변조기(103)에서 위상 변조된 광 신호는 비트율(Bit rate)의 0.7/T를 갖는 광 대역통과 필터(Optical Band Pass Filter)(104)를 통과한다. 광 대역통과 필터(104)를 통과한 광 신호는 듀오바이너리 신호로 변환되어 출력된다.
광 대역통과 필터(104)는 왜곡 없이 전송할 수 있는 범위 내에서는 신호주파수의 대역폭을 조절하여 필터링 할 수 있다.
듀오바이너리 신호로 변환된 광 신호는 캐리어 억제된 RZ 신호를 발생시키기 위해 캐리어 써프레스드 RZ부(200)의 처프 프리 마하-젠더 변조기(201)에 입사되며 처프 프리 마하-젠더 변조기(201)에는 주기가 2T인 클럭(Clock)(202)을 인가하여 캐리어 억제된 RZ 신호(DCS-RZ)를 발생시키는 것이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 광위상변조기를 이용한 광전송시스템의 출력특성을 도시한 것이다.
도 5a는 본 발명의 광위상변조기(103)를 이용한 광전송시스템의 출력을 시간축(time(ps))대 광파워(Optical power(mW))로 나타낸 그래프이며, 도 5b는 파장길이와 주파수축(Wavelength/frequency(GHz)) 대 파워(power(dBm))를 그래프로 나타낸 것이다,
한편, 도 6 내지 도 10은 본 발명에 따른 광전송시스템의 동작과정을 그래프로 나타낸 것이다.
다시 도 4를 참조하면, 반도체 레이저(Semiconductor laser)(30)로부터 발생된 반송파의 광 신호는 일반적으로 사용하는 광 위상변조기(103)에 인가된다. 또한, NRZ(None-To-Zero) 데이터는 듀오바이너리 부호화기(Duobinary Precoder)(101)를 거쳐 구동증폭기(Driving amplifier)(102)에 인가되어 증폭된다. 증폭된 O 또는 1의 정보를 갖는 이진데이터(Binary Data)는 인가되는 NRZ 비트의 크기에 따라 광신호의 위상이 바뀌게 되는데 듀오바이너리 부호화기(Duobinary precoder)(101)와 구동 증폭기(Driving amplifier)(102)로 증폭시켜 광 위상변조기(Phase Modulator)(103)에서 위상변조가 이루어진다.
도 6은 광위상변조기(Phase Modulator)(103)에서 입력되는 NRZ데이터를 위상변조한 것을 나타낸 것으로, 입력되는 0 또는 1의 비트가 위상변조기(103)에서 변조 시에는 전기장(Electric field)에서 0 또는 π의 위상차를 갖는 위상정보로 변환되어진 것을 나타내고 있다.
도 7은 위상 변조된 광신호를 광 대역통과필터(104)를 사용하여 필터링한 결과를 나타낸 것이다.
광위상변조기(103)에서 위상 변조된 광 신호는 비트율(Bit rate)의 0.7/T를 갖는 광 대역통과필터(104)를 통과한다. 광 대역통과필터(104)는 입력되는 신호를 필터링하는 것으로 도 8의 그래프에서 점선으로 나타낸 부분만을 남기고 나머지는 필터링하여 제거하는 것이다.
광 대역통과 필터(104)를 통과한 광 신호는 도 9와 같은 듀오바이너리 신호로 변환된다. 듀오바이너리 신호로 변환된 광 신호는 DCS-RZ신호로 변환하기 위해 캐리어 써프레스드 RZ부(200)의 처프 프리 마하-젠더 변조기(201)로 인가된다.
통상적으로 NRZ 신호를 RZ로 변환하기 위해서는 비트율(Bit-rate)의 반 또는 두배의 주기를 갖는 클럭(Clock)을 세기변조기(intensity Modulator)에 인가하여 입사되는 NRZ 변조된 신호를 RZ로 변환하게 된다.
다시 도 4를 참조하면, 광대역통과필터(104)에서 출력된 듀오바이너리 신호는 처프 프리 마하-젠더 변조기(201)로 인가되며, 전달곡선의 널포인트(Null point)에서 2T의 클럭(Clock)을 인가하여 캐리어가 억제된 RZ를 발생시킨다. 따라서, 듀오바이너리(Duobinary)로 변환된 광신호는 그대로 캐리어 써프레스드RZ부(200)에서 변환되어 출력은 도 10과 같은 DCS-RZ로 변환되어 출력되는 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 광위상변조기를 이용한 광전송시스템으로 전송품질의 의존성과 비트 패턴의 의존성을 극복하고, 10Gbps 이상의 고속 중장거리 WDM 전송에 있어서 NRZ 전송의 비선형 및 분산특성을 획기적으로 향상할 수 있다.
본 발명은 광 위상변조기(Phase Modulator)를 이용하여 DCS-RZ(Duobinary carrier suppressed RZ) 송신기를 구현한 것으로 종래의 듀오바이너리 송신기를 이용한 DCS-RZ 구조에 비하여 간소한 DCS-RZ 송신기의 구성이 가능하며, 전기적 저대역 필터에 의한 전송품질의 한계성을 극복함으로써, 효율적인 고속, 고밀도 WDM 전송단의 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 DCS-RZ발생 송신기는 광 트랜스폰더(transponder), 광트랜스미터(transmitter), 광트랜시버(transceiver)와 WDM 광전송시스템, SONET/SDH, 이더넷(Ethernet) 전송시스템에도 적용할 수 있다.
도 1은 종래의 DCS-RZ 시스템의 구성도,
도 2는 종래의 DCS-RZ 시스템의 구성도,
도 3a 및 도 3b는 도 1과 도 2의 출력신호 및 광 스펙트럼 특성을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 DCS-RZ 광전송시스템의 구성을 나타낸 도면,
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 DCS-RZ 광전송시스템의 출력신호 및 광 스펙트럼 특성을 나타낸 도면,
도 6 내지 도 10은 본 발명의 DCS-RZ 광전송시스템의 동작을 그래프로 도시한 도면.

Claims (7)

  1. NRZ 데이터를 부호화하는 듀오바이너리 부호화기와, 상기 듀오바이너리 부호화기에 의해 부호화된 데이터에 따라 광반송파의 위상을 변조하는 광 위상변조기와, 상기 광 위상변조기에 의해 위상 변조된 광신호를 필터링하여 듀오바이너리 신호를 출력하는 광 대역통과필터를 구비하는 듀오바이너리 변조부와;
    상기 듀오바이너리 변조부에서 수신한 NRZ 형태의 듀오바이너리 신호를 소정 주기의 클럭 신호로써 변조하여 DCS-RZ(duobinary carrier suppressed RZ) 신호를 출력하는 변조기를 구비하는 캐리어 써프레스드 RZ 신호 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광위상변조기를 이용한 광전송시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 듀오바이너리 변조부와 상기 캐리어 써프레스드 RZ 신호 생성부의 전후단 관계를 바꾼 것을 특징으로 하는 광위상변조기를 이용한 광전송시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광 위상변조기는 변조의 정도를 나타내는 변조지수를 조정하여 특성을 조절하는 것을 특징으로 하는 광위상변조기를 이용한 광전송시스템.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광 대역통과필터는 비트율의 0.7/T로 상기 위상변조된 광신호를 필터링하는 것을 특징으로 하는 광위상변조기를 이용한 광전송시스템.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광 대역통과필터는 왜곡 없이 전송할 수 있는 범위 내에서 대역폭을 조절하여 필터링하는 것을 특징으로 하는 광위상변조기를 이용한 광전송시스템.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 캐리어 써프레스드 RZ 생성부는,
    상기 듀오바이너리 변조부에서 NRZ 형태의 듀오바이너리 신호를 수신하여 전달곡선의 널 포인트에서 소정주기의 클럭을 인가함으로써 캐리어 써프레스드 RZ 신호를 발생시키는 처프 프리 마하-젠더 변조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광위상변조기를 이용한 광전송시스템.
  7. 삭제
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