KR100559138B1 - 광 통신 시스템 및 그 변조 및 송신 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광 신호를 수신하는 수신 장치를 포함하는 광 통신 시스템과 그 변조 및 송신 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는, 광 신호의 교환을 제어하는 제어 신호를 사인(sine) 신호의 주파수를 이용하여 양측파대 부반송파(DSB-SCM) 신호로 생성한다. 그리고, 광 출력이 최대가 되는 지점에 바이어스(bias) 전압을 인가한 후, 외부로부터 수신하는 광 신호와 앞서 생성한 양측파대 부반송파 신호를 반송파 및 상기 반송파와 일정 거리 떨어진 파장(반송파를 기준으로 사인 신호의 주파수의 적어도 두 배 이상 떨어진 파장)에 위치하는 부 반송파로 각각 변조하여 출력시킨다.
이후, 반송파와 동일한 파장을 이용하여 반송파의 세기를 감쇄시켜 부 반송파만을 상기 외부로부터 수신하는 광 신호를 변조시킨 페이로드(payload) 신호와 결합시켜 수신 장치로 송신한다.
이를 통하여, 제어 및 광 신호의 상호 간섭에 의한 신호 왜곡을 피할 수 있으며, 주변 환경에 따른 파장 흔들림에도 큰 내구성을 갖는 광 통신 시스템을 구현할 수 있다.
반송파/부반송파, 선형/비선형, 바이어스(bias) 전압, 광 필터, 신호 왜곡

Description

광 통신 시스템 및 그 변조 및 송신 그 방법 {OPTICAL COMMUNICATION SYSTEM AND MODULATION AND TRANSMISSION METHOD THEREOF THE SAME OF OPTICAL COMMUNICATION SYSTEM}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광 통신 시스템의 광 변조 및 송신 장치의 세부적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 제1 광 변조기의 출력 특성을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광 통신 시스템의 변조 및 송신 방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.
도 4는 도 1에 도시한 제1 광 변조기로부터 출력되는 광 신호의 스펙트럼 출력 결과를 도시한 도면이다.
도 5는 도 1에 도시한 광 변조 및 송신 장치를 포함하는 광 통신 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명은 광 통신 시스템과 그 변조 및 송신 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광 신호를 변조하여 수신측으로 송신하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 광변조기를 이용하여 전기적인 신호를 광 신호로 변조시키는 경우, 광변조기의 비선형적인 전달 특성으로 인해 가장 선형성이 높은 전달 함수의 중앙 부근에 바이어스(bias) 전압을 걸어 동작시킨다.
이렇게 하면, 반송파(carrier)의 파장을 중심으로 RF(Radio Frequency, 이하 'RF' 라 함) 주파수 만큼 떨어진 위치에서 부 반송파에 변조된 광 신호가 나타난다.
즉, 초고속 광 데이터를 부반송파에 실리는 제어 신호와 동시에 전송하기 위해서는, 광 데이터의 컷오프(cut-off) 주파수보다 더 큰 주파수를 갖는 RF 부반송파를 사용해야 한다. 그래야만, 기저대역의 광 데이터와 부반송파에 실린 제어 신호의 주파수가 겹치지 않게 된다.
그러나, RF 부반송파를 이용하여 제어 신호를 전송할 경우, 반송파 중심으로 양쪽에 주파수가 다른 부 반송파에 변조된 신호가 발생하게 된다. 이러한 서로 다른 주파수 때문에 광섬유를 통하여 전송하는 경우, 광섬유의 색분산 효과에 의해 광신호의 그룹 전송 속도 차가 발생한다.
이러한 속도차로 인해, 수신측이 광·전 변환기를 이용하여 수신한 신호를 검출할 경우, 검출한 신호의 세기는 전송 거리, RF 주파수 등에 따라 주기적으로 변화되어 검출된다.
이러한 현상이 바로 부 반송파에 신호를 전송할 때 나타나는 RF 페이딩 현상 으로서, 이러한 문제점들을 해결하기 위해 여러 가지 방법들이 제시되었으며, 이에 대해 자세히 설명한다.
먼저, 광변조기를 사용하여 전기적인 신호를 광신호로 변조하는 경우, 반송파의 파장을 중심으로 양쪽에 RF 주파수 만큼 떨어진 파장 위치(예를 들어, 광캐리어 주파수 신호
Figure 112003037717518-pat00001
광부캐리어 주파수 신호)에 변조한 광신호가 나타난다.
이러한 신호를 더블 사이드 밴드(Double-sideband, 이하 'DSB' 라 함) 부 반송파 다중(Subcarrier Multiplexed, 이하 'SCM' 라 함) 신호라고 하는데, 이렇게 변조된 DSB-SCM 신호를 수신측으로 전송할 경우, RF 페이딩 현상이 나타난다.
이러한 현상을 피하기 위해, 광변조시 특별한 조건을 부가하여 한 쪽 광부캐리어 신호가 억제되는 싱글 사이드밴드(Single-sideband, 이하 'SSB' 라 함) 신호를 발생시켜 전송하는데, 이는 서로 다른 주파수 차이에 의한 RF 페이딩 현상을 줄일 수 있다.
하지만, 상기한 SSB-SCM 신호를 발생시키기 위해서는 2개의 입력 신호 단자를 갖는 특별한 형태의 2 전극 마하젠더(Mach-Zehnder) 광변조기를 사용해야 한다. 그리고, 2 전극 마하젠더 광변조기의 각 전극에 입력시키는 RF 신호의 위상을 정밀하게 제어해야 하기 때문에, 시스템을 구현하기가 현실적으로 매우 어려운 실정이다.
다른 방법으로는, DSB-SCM 신호를 발생시키고 정밀한 광 필터를 이용하여 한쪽 부 반송파의 신호를 억제하는 방식이 알려져 있다.
여기에 사용하는 광 필터는 좁은 대역의 주파수를 걸러내야 하기 때문에, 광 섬유를 이용한 가변 파장의 광 패브리 페롯(Fabry-Perot) 필터나, 광섬유의 비선형 특성을 이용한 광섬유 미러(Nonlinear Optical Loop Mirror)를 이용한 주기적인 스펙트럼 필터, 또는 특별히 제작된 광섬유 브래그 그레이팅(Fiber Bragg Grating, 이하 'FBG' 라 함) 필터 등이 있다.
이와 같이, 좁은 주파수 대역을 갖는 광필터를 이용하여 SSB-SCM 신호를 생성 및 분리하는 방식은 RF 페이딩 현상을 제어하여 효율적으로 기저대역의 초고속 데이터와 부 반송파상의 제어 신호를 동시에 전송 및 처리할 수 있다.
하지만, 온도 변화 등과 같은 주변 환경에 따라 광전송기, 광 필터의 파장 흔들림에 큰 영향을 받으므로, 실제 시스템 구현에 많은 제약이 따른다.
또 다른 방법으로는, 기저대역의 초고속 데이터 신호와 부 반송파에 실린 제어 신호를 각각의 광변조기를 이용하여 광변조한 후, 광신호 결합기(-광커플러-)를 이용하여 2개의 신호를 광다중화시키는 방법이 있다.
이 방식은 각 신호를 따로 광변조 시키기 때문에 두 신호간의 간섭에 의한 상호 변조 효과(Intermodulation)를 최소화할 수 있다.
하지만, 이러한 방식은 고가의 광변조기를 추가로 사용해야 하며, 다른 DSB-SCM 방식에서와 마찬가지로 두 신호를 분리, 검출할 때 좁은 대역폭의 광필터를 사용해야 하는 단점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 광 변조기의 비선형 특성이 가장 큰 지점에 바이어스 전압을 인가하여 상호 일정 간격을 가지는 반송파(carrier)와 부반송파(subcarrier)를 출력시킴으로써, 제어 신호와 페이로드 신호간의 상호 간섭에 의한 신호 왜곡을 피할 수 있는 광 통신 시스템과 그 변조 및 송신 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 수신측에서 넓은 반사 대역폭의 광 필터를 이용하여 제어 및 페이로드 신호를 분리 및 검출할 수 있도록 함으로써, 주변 환경에 따른 파장 흔들림에도 큰 내구성을 갖는 광 통신 시스템과 그 변조 및 송신 방법을 제공하기 위한 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 광 신호를 송수신하는 광 통신 시스템에 있어서, 상기 광 신호의 교환을 제어하는 제어 신호를 사인(sine) 신호의 주파수를 이용하여 양측파대 부반송파 신호로 생성하는 믹서(mixer); 광 출력이 최대가 되는 지점에 바이어스(bias) 전압을 인가한 후, 외부로부터 수신하는 광 신호와 상기 믹서로부터 수신하는 양측파대 부반송파 신호를 반송파 및 상기 반송파와 일정 거리 떨어진 파장에 위치하는 부 반송파로 각각 변조하여 출력시키는 제1 광 변조기; 상기 제1 광 변조기로부터 출력되는 반송파와 동일한 파장을 이용하여 상기 반송파의 세기를 감쇄시키고, 상기 부 반송파를 출력시키는 FBG(Fiber Bragg Grating) 필터; 상기 외부로부터 수신하는 광 신호를 페이로드(payload) 신호로 변조하여 출력시키는 제2 광 변조기; 및 상기 FBG 필터로부터 출력되는 부 반송파와 상기 제2 광 변조기로부터 출력되는 페이로드 신호를 결합하여 상기 수신 장치로 송신하는 커플러(coupler)를 포함한다.
그리고, 상기 제어 신호를 생성하는 신호 발생기; 상기 생성한 제어 신호의 고조파 성분을 차단시켜 상기 믹서로 출력시키는 저역 통과 필터(filter); 상기 외부로부터 수신하는 광 신호를 일정 비율로 나누어 상기 제1 및 제2 광 변조기로 각각 분배하는 광 분배기; 및 상기 FBG 필터로부터 반사되는 반송파가 상기 제1 광 변조기로 입사되는 것을 방지하는 아이솔레이터(Isolator)를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 특징에 따른 광 신호를 송수신하는 광 통신 시스템의 광 변조 및 송신 방법에 있어서, a)상기 광 신호의 교환을 제어하는 제어 신호를 사인(sine) 신호의 주파수를 이용하여 양측파대 부반송파 신호로 생성하는 단계; b)광 출력이 최대가 되는 지점에 바이어스(bias) 전압을 인가한 후, 외부로부터 수신하는 광 신호와 상기 양측파대 부반송파 신호를 변조하여, 반송파 및 상기 반송파와 일정 거리 떨어진 파장에 위치하는 부 반송파를 각각 생성하여 출력시키는 단계; c)상기 반송파와 동일한 파장을 이용하여 상기 반송파의 세기를 감쇄시켜 상기 부 반송파를 출력시키는 단계; d)상기 외부로부터 수신하는 광 신호를 페이로드(payload) 신호로 변조하여 출력시키는 단계; 및 e)상기 c)단계에서 출력되는 부 반송파와 상기 제2 광 변조기로부터 출력되는 페이로드 신호를 결합하여 상기 수신 장치로 송신하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 b)단계는, 상기 반송파를 기준으로 상기 사인 신호의 주파수의 적어도 두 배 이상 떨어진 파장에 상기 부 반송파를 출력시키는 단계인 것을 특징 으로 한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광 통신 시스템의 광 변조 및 송신 장치의 세부적인 구성을 도시한 도면이다.
도 1에 도시되어 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 광 통신 시스템에서의 광 변조 및 송신 장치(100)는 신호 발생기(111)와 저역 통과 필터(Low Pass Filter, 112), 국부 발진기(Local Oscillator, 113), 믹서(Mixer, 114), 고주파 증폭기(115), ECL(반도체 레이저, 121), 광 분배기(122), 제1 광 변조기(130), 제2 광 변조기(140), 아이솔레이터(Isolator, 151), FBG 필터(Fiber Bragg Grating Filter, 152) 및 커플러(Coupler, 153)를 포함한다.
자세히 설명하면, 신호 발생기(111)는 광 신호를 전송하기 위해 필요한 기저 대역(fIF)의 제어 신호(control signal)를 생성하며, 저역 통과 필터(Low Pass Filter, 112)는 생성한 제어 신호의 고조파 성분만을 차단시킨 후 통과 시킨다.
국부 발진기(Local Oscillator, 113)는 생성한 기저 대역의 제어 신호를 부 반송파상에 변조시키기 위해, 단일 주파수의 사인 신호(fLO, 스펙트럼 상에 단일 주파수를 가지는 싱글 톤 신호)를 발생시킨다.
믹서(Mixer, 114)는 발생시킨 사인 신호(fLO)의 주파수를 중심으로 제어 신호를 진폭 변조(Amplitude Shift Keying)하여 DSB SCM(Double Side Band Subcarrier Multiplexed : 양측파대 부반송파 다중, 이하 'DSB SCM' 이라 함) 신호(fRF = fLO
Figure 112003037717518-pat00002
fIF, 일명 부 반송파 신호)로 생성한다.
고주파 증폭기(115)는 생성한 DSB SCM 신호의 크기를 일정 레벨(level) 증폭시킨다. 이처럼, 크기를 증폭시키는 이유는 이후에 언급하는 제1 광 변조기(130)의 스위칭 전압이 수 볼트(volt) 정도밖에 안되기 때문이다.
한편, ECL(반도체 레이저, 121)는 외부로부터 CW(Continuous Wave, 이하 'CW' 라 함) 광 신호를 수신하며, 광 분배기(122)는 수신한 CW 광 신호를 50:50으로 분리하여 제1 및 제2 광 변조기(130, 140)로 출력시킨다.
먼저, 제1 광 변조기(130)는 두 개의 제1 및 제2 입력 신호 단자를 가지고 있으며, 그 내부에는 두 개의 광신호 도파로로 구성되어 있다. 그리고, 두 도파로상의 광 신호 위상차에 따라 입력된 신호를 변조한다. 이때, 두 신호의 위상차가 보통 180도가 되는 전압의 크기를 앞서 언급한 스위칭 전압이라 한다.
또한, 제1 광 변조기(130)는 제1 광 변조기(130)로부터 출력되는 광 신호의 크기가 비선형적인 특성을 갖는데, 도 2는 도 1에 도시한 제1 광 변조기의 출력 특성을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 2에 도시되어 있듯이, 제1 광 변조기(130)는 신호 입력 단자를 통해 인가하는 바이어스(bias) 전압에 따라 출력되는 광신호(-광파워-)의 크기가 비선형적으로 변하는 비선형 전달 함수의 특성을 갖는다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 이러한 비선형 특성에 따른 광 신호 왜곡을 피하기 위해, 제1 광 변조기(130)의 비선형성 특성이 가장 크게 나타나는 지점(출력되는 광신호의 크기가 최대치이거나 최소치인 지점, 도 2에서 Vπ)에 바이어스 전압을 인가한다. 그리고, 제1 광 변조기(130)는 고주파 증폭기(115)로부터 수신하는 DSB SCM 신호와 광 분배기(122)로부터 수신하는 광 신호를 변조시킨다.
그러면, 반송파 주파수(광 신호)를 중심으로 일정 거리 떨어진 거리에 양쪽으로 부반송파 신호(제어 신호)가 나타나게 된다. 이때, 부 반송파 신호는 반송파 주파수를 중심으로 사인 신호의 주파수(fLO)의 두 배가 되는 지점에 양쪽으로 나타난다.
이처럼, 본 발명의 실시예에 따른 광 변조 및 송신 장치는 비선형 특성이 가장 큰 지점에 바이어스 전압을 인가하여 일정 크기의 간격을 가지는 반송파와 부반송파를 출력시킴으로써, 상호 간섭에 의한 신호 왜곡을 피할 수 있다.
그리고, 수신측에서도 두 신호(제어 신호와 광 신호)를 분리하여 검출할 경우, 구현이 용이하며 비교적 넓은 반사 대역폭의 광 필터를 이용할 수 있음으로써, 주변 환경에 따른 파장 흔들림에도 큰 내구성을 갖는 광 통신 시스템을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 두 개의 입력 신호 단자를 갖는 2 전극 마하 젠더(Mach-Zehnder) 광 변조기를 사용하여 외부로부터 수신하는 광 신호를 변조시키지만, 이는 본 발명에 한정되는 것이 아니라 경우에 따라서는 다른 광 변조기를 사용할 수도 있다.
참고로, 광 변조시 처핑(chirping)이 없는 x-cut 마하젠더 광변조기는 2차 모드 부반송파만이 강하게 생성되고, 기본 모드의 부반송파는 상쇄되어 거의 나타나지 않는다.
다음으로, FBG 필터(Fiber Bragg Grating Filter, 152)는 반송파와 동일한 파장을 이용하여 반송파의 세기를 억제하여 변조된 부반송파, 즉 제어 신호만이 수신측으로 전송될 수 있도록 한다.
이처럼, 제어 신호만을 출력시키는 이유는 이후에 합해질 페이로드(payload) 신호와 반송파의 파장이 동일하기 때문에, 상호 간섭에 의한 신호 왜곡을 방지시키기 위함이다.
아이솔레이터(Isolator, 151)는 FBG 필터(152)로부터 반사되는 신호가 제1 광 변조기(130)로 입사되는 것을 방지한다.
다음으로, 제2 광 변조기(140)는 광 분배기(122)로부터 수신하는 광 신호를 변조시켜 페이로드 신호를 발생시킨다. 이때, 제2 광 변조기(140)는 선형 특성이 나타나는 지점(도 2에서 Vπ/2)에 바이어스 전압을 인가한 후, 광 분배기(122)로부터 수신하는 광 신호를 변조시켜 페이로드 신호를 생성한다.
커플러(coupler, 153)는 FBG 필터(152)로부터 수신하는 제어 신호와 제2 광 변조기(140)로부터 수신하는 페이로드 신호를 결합하여 동일한 파장을 통해 수신측으로 전송한다. 이때, 제어 신호와 페이로드 신호는 스펙트럼 상에서도 완벽하게 분리되어 있기 때문에, 전송시 상호 간섭에 의한 신호 왜곡이 발생하지 않는다.
그리고, 초고속의 광 전송망에서 페이로드의 데이터를 전기적인 신호로 변환하지 않고 광 신호 형태를 그대로 유지하여 전송함으로써, 초고속의 광 페이로드 신호를 처리할 수 있게 된다.
또한, 페이로드가 실리는 반송파 주파수와 제어 신호가 변조된 부 캐리어 주파수간의 간격이 상당히 크기 때문에, 수신측에서도 서큘레이터(circulator)와 반사 대역폭(예를 들어, 부 반송파 주파수×4 이하)이 비교적 큰 FBG 필터를 이용하여 완벽하게 두 신호를 분리할 수 있다.
그러면, 이러한 구성의 광 통신 시스템에서의 광 변조 및 송신 장치의 동작 과정에 대해 첨부한 도면을 통해 알아본다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광 통신 시스템의 변조 및 송신 방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.
도 3에 도시되어 있듯이, 먼저 신호 발생기(111)는 광 신호를 전송하기 위해 필요한 기저 대역(fIF)의 제어 신호(control signal)를 생성(S310)하며, 저역 통과 필터(112)는 생성한 제어 신호의 고조파 성분만을 차단시킨 후 통과 시킨다(S320).
이후, 국부 발진기(Local Oscillator, 113)는 생성한 기저 대역의 제어 신호를 부 반송파상에 변조시키기 위해, 단일 주파수의 사인 신호(fLO)를 발생(S330)시 킨다.
그리고, 믹서(114)는 발생시킨 사인 신호(fLO)의 주파수를 중심으로 제어 신호를 진폭 변조(Amplitude Shift Keying)시켜 DSB SCM 신호(fRF = fLO ±fIF )를 생성한다(S340). 이때, 주파 증폭기(115)는 생성한 DSB SCM 신호의 크기를 일정 레벨(level) 증폭시킨다.
이후, 제1 광 변조기(130)는 광 신호 왜곡을 피하기 위해, 제1 광 변조기(130)의 비선형성 특성이 가장 크게 나타나는 지점(출력되는 광신호의 크기가 최대치이거나 최소치인 지점, 도 2에서 Vπ)에 두 개의 제1 및 제2 입력 신호 단자(131, 132)로 바이어스 전압을 인가한다. 그리고, 제1 광 변조기(130)는 고주파 증폭기(115)로부터 수신하는 DSB SCM 신호와 광 분배기(122)로부터 수신하는 광 신호를 변조시킨다(S351).
그러면, 반송파 주파수(광 신호)를 중심으로 일정 거리 떨어진 거리에 양쪽으로 부반송파 신호(제어 신호)가 나타나게 된다. 이때, 부 반송파 신호는 반송파 주파수를 중심으로 사인 신호의 주파수(fLO)의 두 배가 되는 지점에 양쪽으로 나타난다. 이러한 출력 결과에 대한 표시예가 첨부한 도 4이다.
도 4는 도 1에 도시한 제1 광 변조기로부터 출력되는 광 신호의 스펙트럼 출력 결과를 도시한 도면이다.
도 4에 도시되어 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 부 반송파(B)의 파장은 반송파(A)의 파장을 중심으로 일정 간격(사인 신호 주파수의 두배) 떨어져 양쪽에 나타나며, 이는 종래 기술에 따른 부 반송파(C)의 파장과 큰 간격차를 보임을 알 수 있다.
이후, FBG 필터(Fiber Bragg Grating Filter, 152)는 반송파와 동일한 파장으로 반송파의 세기를 억제(S352)하여 변조된 부반송파, 즉 제어 신호만이 수신측으로 전송될 수 있도록 한다.
이처럼, 제어 신호만을 출력시키는 이유는 이후에 합해질 페이로드(payload) 신호와 반송파의 파장이 동일하기 때문에, 상호 간섭에 의한 신호 왜곡을 방지시키기 위함이다.
한편, ECL(반도체 레이저, 121)는 외부로부터 CW(Continuous Wave) 광 신호를 수신(S361)하며, 광 분배기(122)는 수신한 CW 광 신호를 50:50으로 분리(S362)하여 제1 및 제2 광 변조기(130, 140)로 출력시킨다.
이후, 제2 광 변조기(140)는 광 분배기(122)로부터 수신하는 광 신호를 변조시켜 페이로드 신호를 발생시킨다(S363). 이때, 제2 광 변조기(140)는 선형 특성이 나타나는 지점(도 2에서 Vπ/2)에 바이어스 전압을 인가한 후, 광 분배기(122)로부터 수신하는 광 신호를 변조시켜 페이로드 신호를 생성한다.
이후, 커플러(coupler, 153)는 FBG 필터(152)로부터 수신하는 제어 신호와 제2 광 변조기(140)로부터 수신하는 페이로드 신호를 결합하여 동일한 파장을 통해 수신측으로 전송한다(S370). 이때, 제어 신호와 페이로드 신호는 스펙트럼 상에서도 완벽하게 분리되어 있기 때문에, 전송시 상호 간섭에 의한 신호 왜곡이 발생하지 않는다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 광 변조 및 송신 장치(100)를 포함하는 광 통신 시스템에 대해 첨부한 도면을 통해 알아본다.
도 5는 도 1에 도시한 광 변조 및 송신 장치를 포함하는 광 통신 시스템의 구성을 도시한 도면으로서, 앞서 언급한 광 변조 및 송신 장치와 수신 장치를 포함한다. 따라서, 수신 장치의 내부 구성 및 그에 따른 동작 과정만을 설명하기로 한다.
도 5에 도시되어 있듯이, 수신 장치(200)는 EDFA 증폭기(210)와 서큘레이터(220), FBG 필터(230), 수신기(Receiver, 240), 교환 노드(Switching node, 250)를 포함한다.
자세히 설명하면, 송신측의 커플러(210)로부터 광 결합된 신호가 광 섬유를 통해 수신되면, EDFA 증폭기(210)는 전송시 약해진 광 신호의 세기를 일정 레벨 증폭시킨다.
그러면, 서큘레이터(220)와 FBG 필터(230)는 EDFA 증폭기(210)로부터 수신하는 신호를 광 섬유의 색분산에 의한 RF 페이딩 패널티를 없앤 후, 수신한 신호를 페이로드 신호와 부 반송파 상에 변조된 제어 신호로 분리한다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 FBG 필터(230)는 비교적 넓은 반사 대역폭을 갖는 광 필터로서, 이는 제1 광 변조기(100)의 바이어스 전압 인가 시점에 따라 다르게 나타나는 광 파장 때문이다. 이는 곧, 주변 환경으로 인한 파장 흔들림에도 큰 내구성을 갖는 광 통신 시스템을 구현할 수 있도록 한다.
이후, 수신기(Receiver, 240)는 분리된 제어 신호를 전기 신호로 변환하여 기저 대역의 제어 신호를 직접 검출한다. 검출한 제어 신호는 교환 노드(250)의 신호 제어부(미도시)로 입력되어 광 교환, 광파장 변환 및 새로운 부 반송파 제어 신호의 생성 등과 같은 각종 기능을 제어한다.
이때, 수신기(Receiver, 240)는 복잡한 구조의 RF 헤테로다인 수신기가 아닌 일반 구조의 수신기로서, 이는 곧 광 통신 시스템의 구성을 간단하게 하며, 처리 속도 역시 높일 수 있다.
그리고, 교환 노드(Switching node, 250)는 분리된 페이로드 신호의 광 상태를 그대로 유지하며, 수신기(240)로부터 수신하는 제어 신호에 따라 다음 목적지로 포워딩(forwarding) 시킨다.
이처럼, 본 발명은 페이로드 신호를 제어 신호처럼 광·전 변환하지 않고, 그 상태를 그대로 유지하여 다음 목적지로 포워딩(forwarding) 함으로써, 라우팅 및 포워딩 제어, 광 신호의 품질 측정 등에 유용하게 사용할 수 있다.
도면과 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명에 따른 광 통신 시스템과 그 광 변조 및 송신 방법은 비선형 특성이 가장 큰 지점에 바이어스 전압을 인가하여 일정 크기의 간격(사인 신호 주파수의 적어도 두 배 이상)을 가지는 반송파와 부반송파를 출력시킴으로써, 상호 간섭에 의한 신호 왜곡을 피할 수 있다.
또한, 본 발명은 수신측에서도 두 신호(제어 신호와 광 신호)를 분리하여 검출할 경우, 구현이 용이한 넓은 반사 대역폭의 광 필터를 이용할 수 있도록 함으로써, 주변 환경에 따른 파장 흔들림에도 큰 내구성을 갖는 광 통신 시스템을 구현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 광 신호를 송수신하는 광 통신 시스템에 있어서,
    상기 광 신호의 교환을 제어하는 제어 신호를 사인(sine) 신호의 주파수를 이용하여 양측파대 부반송파 신호로 생성하는 믹서(mixer);
    광 출력이 최대가 되는 지점에 바이어스(bias) 전압을 인가한 후, 외부로부터 수신하는 광 신호와 상기 믹서로부터 수신하는 양측파대 부반송파 신호를 반송파 및 상기 반송파와 일정 거리 떨어진 파장에 위치하는 부 반송파로 각각 변조하여 출력시키는 제1 광 변조기;
    상기 제1 광 변조기로부터 출력되는 반송파와 동일한 파장을 이용하여 상기 반송파의 세기를 감쇄시키고, 상기 부 반송파를 출력시키는 FBG(Fiber Bragg Grating) 필터;
    상기 외부로부터 수신하는 광 신호를 페이로드(payload) 신호로 변조하여 출력시키는 제2 광 변조기; 및
    상기 FBG 필터로부터 출력되는 부 반송파와 상기 제2 광 변조기로부터 출력되는 페이로드 신호를 결합하여 상기 수신 장치로 송신하는 커플러(coupler)
    를 포함하는 광 통신 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제어 신호를 생성하는 신호 발생기;
    상기 생성한 제어 신호의 고조파 성분을 차단시켜 상기 믹서로 출력시키는 저역 통과 필터(filter);
    상기 외부로부터 수신하는 광 신호를 일정 비율로 나누어 상기 제1 및 제2 광 변조기로 각각 분배하는 광 분배기; 및
    상기 FBG 필터로부터 반사되는 반송파가 상기 제1 광 변조기로 입사되는 것을 방지하는 아이솔레이터(Isolator)
    를 더 포함하는 광 통신 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 광 변조기는,
    상기 반송파를 기준으로 상기 사인 신호의 주파수의 적어도 두 배 이상 떨어진 파장에 상기 부 반송파를 출력시키는 것을 특징으로 하는 광 통신 시스템.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 광 변조기는,
    상기 광 출력이 선형 특성을 나타내는 지점에 바이어스(bias) 전압을 인가한 후, 상기 광 신호를 페이로드 신호로 변조시키는 것을 특징으로 하는 광 통신 시스템.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 광 변조기는,
    두 개의 입력 신호 단자를 가지며, 상기 입력 신호 단자를 통해 상기 바이어스 전압이 인가되는 마하젠더(Mach-Zehnder) 광 변조기인 것을 특징으로 하는 광 통신 시스템.
  6. 광 신호를 변조하여 송신하는 송신 장치와 상기 송신한 광 신호를 수신하는 수신 장치를 포함하는 광 통신 시스템에 있어서,
    상기 송신 장치는,
    광 출력이 최대가 되는 지점에 바이어스(bias) 전압을 인가한 후, 외부로부터 수신하는 광 신호와 양측파대 부반송파 신호를 반송파 및 상기 반송파와 일정 거리 떨어진 파장에 위치하는 부 반송파로 각각 변조하여 출력시키는 제1 광 변조기;
    상기 제1 광 변조기로부터 출력되는 반송파와 동일한 파장을 이용하여 상기 반송파의 세기를 감쇄시키고, 상기 부 반송파를 출력시키는 제1 FBG(Fiber Bragg Grating) 필터;
    상기 외부로부터 수신하는 광 신호를 페이로드(payload) 신호로 변조하여 출력시키는 제2 광 변조기; 및
    상기 제1 FBG 필터로부터 출력되는 부 반송파와 상기 제2 광 변조기로부터 출력되는 페이로드 신호를 결합하여 상기 수신 장치로 송신하는 커플러(coupler)
    를 포함하며,
    상기 수신 장치는,
    상기 커플러부터 수신하는 결합 신호의 세기를 일정 레벨 증폭시키는 EDFA 증폭기;
    상기 일정 레벨 증폭시킨 결합 신호를 페이로드 신호와 상기 부 반송파 상에 변조되어 있는 제어 신호로 각각 분리하는 제2 FBG 필터;
    상기 분리된 제어 신호를 전기 신호로 변환하여 기저 대역의 제어 신호를 직접 검출하는 수신기; 및
    상기 검출한 분리 제어 신호에 따라, 상기 분리된 페이로드 신호의 광 상태를 그대로 유지하면서 다음 목적지로 포워딩(forwarding)시키는 교환 노드
    를 포함하는 광 통신 시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제2 FBG 필터는,
    상기 부 반송파 주파수의 최대 4배 이하의 반사 대역폭을 갖는 광 필터인 것을 특징으로 하는 광 통신 시스템.
  8. 광 신호를 송수신하는 광 통신 시스템의 광 변조 및 송신 방법에 있어서,
    a)상기 광 신호의 교환을 제어하는 제어 신호를 사인(sine) 신호의 주파수를 이용하여 양측파대 부반송파 신호로 생성하는 단계;
    b)광 출력이 최대가 되는 지점에 바이어스(bias) 전압을 인가한 후, 외부로부터 수신하는 광 신호와 상기 양측파대 부반송파 신호를 변조하여, 반송파 및 상기 반송파와 일정 거리 떨어진 파장에 위치하는 부 반송파를 각각 생성하여 출력시키는 단계;
    c)상기 반송파와 동일한 파장을 이용하여 상기 반송파의 세기를 감쇄시켜 상기 부 반송파를 출력시키는 단계;
    d)상기 외부로부터 수신하는 광 신호를 페이로드(payload) 신호로 변조하여 출력시키는 단계; 및
    e)상기 c)단계에서 출력되는 부 반송파와 상기 페이로드 신호를 결합하여 상기 수신 장치로 송신하는 단계
    를 포함하는 광 통신 시스템의 광 변조 및 송신 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 b)단계는,
    상기 반송파를 기준으로 상기 사인 신호의 주파수의 적어도 두 배 이상 떨어진 파장에 상기 부 반송파를 출력시키는 단계
    를 포함하는 광 통신 시스템의 광 변조 및 송신 방법.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 d)단계는,
    상기 광 출력이 선형 특성을 나타내는 지점에 바이어스(bias) 전압을 인가하는 단계; 및
    상기 외부로부터 수신하는 광 신호를 페이로드 신호로 변조하여 출력시키는 단계
    를 포함하는 광 통신 시스템의 광 변조 및 송신 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 a) 단계는,
    상기 제어 신호를 생성하는 단계;
    상기 제어 신호의 고조파 성분만을 차단시켜 통과 시키는 단계;
    상기 사인(sine) 신호를 발생시키는 단계; 및
    상기 사인(sine) 신호의 주파수를 중심으로 상기 제어 신호를 진폭 변조시켜 양측파대 부반송파 신호를 생성하는 단계를 포함하는 광 통신 장치의 광 변조 및 송신 방법.
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