KR100561947B1 - 광학적 송신 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광 세기 변조를 이용하는 광학적 듀오바이너리 송신 시스템 및 방법에 관한 것이다. 상기 시스템은 제 1의 바이너리 신호를 수신하도록 배열된 입력 단자(51), 이 입력 단자에 접속되고, 제 1의 바이너리 신호를 제 2 및 제 3의 바이너리 신호로 변환하도록 배열된 구동 회로(53), 변조기의 상위 및 하위 전극이 각각 상기 제 2 및 제 3의 바이너리 신호에 의해 구동될 수 있도록 하는 방식으로 상기 구동 회로에 접속되고, 바이너리 구동 신호에 따라 광학적 캐리어의 진폭 및 위상을 변조하여 상기 제 1의 바이너리 신호에 대응하고 미리 정해진 부의 변조 처프 파라미터를 갖는 광학적 듀오바이너리 신호를 제공하는 이중 전극 광 변조기(55), 및 상기 광 변조기에 접속되고, 광 송신 라인에 변조된 광학적 듀오바이너리 신호를 공급하도록 배치된 출력 단자(57)를 포함한다. 상기 변조기는 대안으로 의사-3진 신호에 의해 구동되도록 배치될 수 있다.
광 변조, 광학적 듀오바이너리 신호, 변조 처프 파라미터, 바이너리 신호, 광학적 송신 시스템.

Description

광학적 송신 시스템 및 방법{OPTICAL TRANSMITTER SYSTEM AND METHOD}
본 발명은 광 세기 변조(optical intensity modulation)를 이용하는 광학적 듀오바이너리(duobinary) 송신 시스템 및 방법에 관한 것이다.
고 비트 레이트에서는, 표준 단일 모드 광섬유(SSMF)에서의 색 분산이 1550 nm 윈도우에서 송신 거리를 제한한다. 이러한 한계를 극복하기 위한 다양한 방법이 제안되어 있는데, 그 중 가장 통상적인 것은 프리처프 변조기(prechirped modulators), 분산 보상 광섬유(dispersion compensating fibers), 처프 브래그 격자(chirped bragg gratings), 미드-스팬 스펙트럼 반전(mid-span spectral inversion), 및 분산 지원 송신(dispersion supported transmission) 및 듀오바이너리 송신과 같은 특정 신호 포맷이다.
듀오바이너리 송신은 처프가 없거나, 매우 적은 처프, 즉, α
Figure 112006012102264-pct00001
0를 나타내는 변조기를 위해 연구되어 왔는데, 이것은 예를 들어 Gu et al., 10 Gbit/s unrepeatered three-level optical transmission over 100 km of standard fiber, Electron. Lett., Vol. 29, No. 25, 1993, pp. 2209-2211, 및 May et al., Extended 10 Gbit/s fiber transmission distance at 1538 nm using a duobinary receiver, IEEE Phot. technol. Lett., Vol. 6, No. 5, 1994, pp 648-650를 참조하라. 처프 파라미터 α는 다음과 같이 규정되며,
Figure 112006012102264-pct00002
여기서,
Figure 112000002987864-pct00003
는 위상이고, P는 광신호의 세기이다.
듀오바이너리 신호는 DC-프리(free)이고, 그 신호의 송신 스펙트럼은 바이너리 신호의 스펙트럼보다 좁다. 듀오바이너리 신호가 캐리어 상에서 변조되면, 상기 변조된 신호는 억압 캐리어(suppressed carrier)를 갖는 양측파대 신호로서 동작한다.
듀오바이너리 송신의 주요 이점은 송신 스펙트럼이 통상적인 바이너리 송신에 비해 감소된다는 것이다. 분산 제한 시스템(dispersion limited system)에서, 전송 길이(transfer length)는 송신 스펙트럼의 대역폭의 제곱에 반비례한다. 이것은 송신 스팩트럼이 1/2로 감소되면, 전송 길이가 4배로 된다는 것을 의미한다.
더욱이, 캐리어 주파수가 듀오바이너리 송신 스펙트럼에서 억압되므로, 광섬유 내의 유도 브리유앵 산란(Brillouin scattering)으로 인한 출력 광 전력에 대한 제한이 완화될 수 있다.
광학적 듀오바이너리 송신은 통상적인 바이너리 수신기로 검출될 수 있는 3-레벨 시그널링 방식(3-level signaling scheme)으로서 간주될 수 있다. 듀오바이너리 송신에서의 마크가 "-1", "0" 및 "1"이든지 간에, 바이너리 송신에서의 통상적인 마크는 "0" 및 "1"이다. 광학적인 경우에, 듀오바이너리 마크는 "
Figure 112006012102264-pct00004
", "0" 및 "
Figure 112006012102264-pct00005
"로 변조되고, 여기서 P는 광학적 피크 전력(optical peak power)이다. 이들은 통상적인 광전기 2차 검파기에서 "P", "0" 및 "P"로서 해석된다.
광학적 듀오바이너리 송신기를 구성하는 통상적인 방법은 이중 전극 Mach-Zehnder (DEMZ) 변조기를 이용하는 것인데, 이것은 예를 들어, 미국 특허 제5,543,952호 또는 국제 출원 WO95/29539를 참조하라. DEMZ 변조기는 또한 조절 가능한 처프 애플리케이션 뿐만 아니라 동시적인 2:1 멀티플렉싱 및 변조를 위해서 제안되는데, 조절 가능한 처프 애플리케이션에 대해서는 A.H. Gnauck et al., Dispersion penalty reduction using an optical modulator with adjustable chirp, IEEE Phot. Technol. Lett., Vol. 3, No. 10, 1991, pp 916-918을 참조하고, 동시적인 2:1 멀티플렉싱 및 변조에 대해서는 P. B. Hansen et al., A dual-drive Ti:LiNbO3 Mach-Zehnder Modulator used as an optoelectric logic gate for 10 Gbit/s simultaneous multiplexing and modulation, IEEE Phot. Technol. Lett., Vol. 4, No. 6, 1992, pp 592-593을 참조하라.
종래 기술에 따른 DEMZ 변조기를 기초로 한 전형적인 광학적 듀오바이너리 송신기는 도 1에 나타낸 바와 같은 레이아웃(layout)을 참조하여 설명된다.
송신기의 입력 신호는 전기적 바이너리 신호(S1) 및 그의 보수 S2=
Figure 112006012102264-pct00036
이다. 이들 신호의 각각은 바이너리-대-듀오바이너리 인코더(1,3) 및 AC 증폭기(5,7)를 통해 공급된다. 결과적인 듀오바이너리, 즉 3 레벨 신호(S3,S4)는 증폭되고 나서, 변조기(9)의 전극의 구동 신호로서 사용된다.
레이저 다이오드(11)로부터의 연속광은 변조기(9)에 결합되어, 변조기의 좌측 부분의 Y-접합부(9a)에서 두 개의 성분으로 분리된다. 그 후, 변조기의 2개의 브랜치(9b, 9c) 내의 광은 변조기의 중앙 부분에서 정 또는 부의 위상 시프트되고, 상기 위상 시프트는 변조기의 전극의 인가된 전압, 즉 변조기의 전극의 듀오바이너리 구동 신호(S3, S4)에 의한 선형 전기 광학 효과를 통해 제어된다. 상위 브랜치에서의 위상 시프트는 상위 전극에 의해 제어되고, 하위 브랜치에서의 위상 시프트는 하위 전극에 의해 제어된다. 구동 신호가 전극에 인가되지 않는 경우, 2개의 브랜치에서 동일한 위상 시프트를 달성하기 위하여 전극에 바이어스 전압(13)이 공급된다.
그 후, 2개의 브랜치 내의 광은 변조기의 우측 부분의 Y-접합부(9d)에서 코히어런트(coherent)로 결합된다. 성분간에 0°위상 시프트가 있는 경우에, 모든 광은 유출하는(outgoing) 광학 도파관에 주입될 것이다. 180°위상 시프트가 있는 경우에, 광이 유출하는 도파관에 주입되지 않을 것이다. 후자의 경우에, 광은 변조기 내로 방사될 것이다.
듀오바이너리 송신을 위한 코딩 절차는 매우 간단하다. 도 2에는 2개의 플립-플롭(15, 17) 및 클록 펄스(19)를 사용함으로써 바이너리 신호(S1)를 듀오바이너리 신호(S3)로 변환하는 바이너리-대-듀오바이너리 인코더(1)가 도시되어 있다. 플립-플롭은 바이너리 출력 신호(S5, S6)를 가지며, 이들 신호는 입력 바이너리 신호와 동일하지만, 각각 1비트 및 2비트 시프트된다. 그 후, 바이너리 출력 신호(S5, S6)는 다음의 기능을 갖는 가산기(21)를 통해 공급되므로,
S3 = S5 + S6 - 1
듀오바이너리 신호(S3)를 생성한다. 도 3에는, 바이너리 신호(S1)의 듀오바이너리 변조를 위한 출력 신호(S3) 및 인코딩 중간 신호(S5, S6)의 예가 도시되어 있다. 듀오바이너리 변조에서 마크 "-1" 및 "1" 간의 직접적인 천이가 발생하지 않는다는 것이 관측될 수 있다. 바이너리-대-듀오바이너리 인코더(3)도 마찬가지로 구성되고 마찬가지로 기능을 하고, 유일한 차이는 입력 신호(S2)가 바이너리 신호(S1)의 보수라는 것이다.
각각의 마크에 대한 광학적 듀오바이너리 변조기의 상위 및 하위 브랜치에서 도입된 위상 시프트는 도 4a에 도시되어 있다. 논리적 "1" 마크는 최대 진폭 및 0°위상 시프트를 갖는 광 펄스에 대응하고, "0" 마크는 2개의 성분의 위상이 반대여서 서로 상쇄되기 때문에 비광 펄스(no light pulse)에 대응하며, "-1" 마크는 최대 진폭 및 180° 위상 시프트를 갖는 광 펄스에 대응한다.
도 4b는 광학적 출력 신호의 자취(locus)(굵은 실선) 및 각각의 듀오바이너리 마크의 위치(점선)의 극성 그래프(진폭 대 위상)를 도시한 것이다. 광학적 출력 신호의 위상은 마크 간의 도중에서 변하지 않는다. 그래서, 상기 제공된 공식에 따라, d
Figure 112006012102264-pct00007
/dt = 0, α= 0이다.
상술된 바와 같은 듀오바이너리 송신기의 주요 문제는 색 분산이 송신 거리를 여전히 제한하고, 긴 홀(haul)의 광섬유 송신 시스템에 대해 문제가 될 수 있다.
본 발명의 목적은 분산 면제(dispersion immunity)에 의하여 성능이 개선된 광학적 듀오바이너리 송신기를 제공하는 것이다.
이 목적은 특히 블루-시프트 주파수 처프(blue-shift frequency chirp)를 도입하는 본 발명의 광학적 듀오바이너리 송신 시스템 및 방법에 의해 달성된다.
본 발명의 시스템 및 방법은 입력 단자, 구동 회로, 특히 Mach-Zehnder 유형의 이중 전극 광 변조기 및 출력 단자를 포함한다.
입력 단자는 제 1의 바이너리 신호를 수신하도록 배열되고, 상기 입력 단자에 접속된 구동 회로는 제 1의 바이너리 신호를 제 2 및 제 3의 바이너리 신호로 변환하도록 배열된다. 이중 전극 광 변조기는 자신의 상위 및 하위 전극이 각각 상기 제 2 및 제 3의 바이너리 신호에 의해 구동될 수 있도록 하는 방식으로 구동 회로에 접속되고, 바이너리 구동 신호에 따라 광학적 캐리어의 진폭 및 위상을 변조하여 상기 제 1의 바이너리 신호에 대응하고 미리 정해진 부의 변조 처프 파라미터를 갖는 광학적 듀오바이너리 신호를 제공하도록 더 배열된다. 최종적으로, 상기 광 변조기에 접속된 출력 단자는 광학적 송신 라인에 변조된 광학적 듀오바이너리 신호를 공급하도록 배열된다.
바람직하게는, 구동 회로는 제 1 및 제 2 논리 게이트를 포함하고, 상기 게이트의 출력은 이중 전극 광 변조기의 각각의 전극에 접속된다. 상기 논리 게이트는 각각 AND 게이트 또는 NAND 게이트, 및 OR 게이트 또는 NOR 게이트일 수 있다.
논리 게이트는 제 1의 바이너리 신호에 의해 차례로 구동되는 디멀티플렉서 또는 2개의 플립-플롭 중 하나의 출력일 수 있는 2개의 바이너리 신호에 의해 구동된다.
디멀티플렉서는 제 1의 바이너리 신호, 예를 들어, ABCDEFGH를, 2개의 바이너리 신호, 예를 들어, AACCEEGG* 및 *BBDDFFHH로 각각 디멀티플렉싱하도록 배열되며, 여기서 *는 미정의 신호 마크를 나타낸다.
2개의 플립-플롭은 직렬로 접속되고, 제 1의 바이너리 신호, 예를 들어, ABCDEFGH를 2개의 바이너리 신호, 예를 들어, *ABCDEFGH 및 **ABCDEFGH로 각각 디멀티플렉싱하도록 배열된다.
더욱이, 제 2 및 제 3의 바이너리 신호는 변조기의 전극을 구동시키기 전에 증폭되도록 배열될 수 있다.
이중 전극 광 변조기는 바람직하게는, 소정의 인가 전압에 대해 2개의 브랜치를 통한 광학적 캐리어 성분의 동일한 위상 시프트를 도입하도록 배열된다. 3개의 광학적 듀오바이너리 마크는 비광 펄스(또는, 매우 낮은 진폭을 갖는 광 펄스), 높은 진폭을 가진 제 1 광 펄스, 및 높은 진폭을 가진 제 2 광 펄스로서 제공될 수 있고, 2개의 후자의 광 펄스는 서로 위상이 반대된다.
이중 전극 광 변조기는 또한 변조된 광의 세기가 상승되고 있는 경우에, 부의 시간 도함수, 즉 d
Figure 112006012102264-pct00008
/dt<0을 갖는 위상(
Figure 112006012102264-pct00009
)의 변조된 광을 제공하도록 배열될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 변조기의 상위 및 하위 전극은 제 1 및 제 2 의사-3진(quasi-ternary) 신호에 의해 구동된다. 바람직하게는, 제 1 및 제 2 의사-3진 신호에는, 부등거리(non-equidistant) 마크, 예를 들어, "1", "0.25", "0" 및 "1", "0.75", "0"이 각각 제공되어, 미리 정해진 양의 부의 처프, 예를 들어 α3dB = -0.5를 달성한다.
본 발명의 장점은 표준 단일 모드 광섬유에서의 1550 nm에서 동작하는 광섬유 광학 시스템과 같은 분산 시스템에서 분산을 어느 정도 보상할 수 있다는 것이다.
다른 장점은 종래 기술에서 설명한 송신 시스템에 비하여 소정의 송신 거리에 대해 더 낮은 수신기 감도를 필요로 한다는 것이다.
본 발명의 또 다른 장점은 AC 증폭기가 듀오바이너리 신호 대신에 바이너리 신호를 증폭할 경우, 그들에 대한 요건이 완화된다는 것이다.
또 다른 장점은 본 발명이 구현하기 용이하고 간단하며, 최소의 코딩 전자 기기를 사용한다는 것이다.
본 발명을 제한하지 않고 단지 예시할 목적으로 이하에 제공된 상세한 설명과 첨부도 5-11로부터 본 발명이 보다 충분히 이해될 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 광학적 듀오바이너리 송신기를 도시한 것이다.
도 2는 종래 기술에 따라 바이너리 신호를 듀오바이너리 신호로 변환하는 인코더 회로를 도시한 것이다.
도 3은 종래 기술에 따라 출력 신호, 및 바이너리 신호를 인코딩하기 위한 인코딩 중간 신호의 일례를 도시한 것이다.
도 4a는 도 1의 광학적 듀오바이너리 송신기의 상위 및 하위 브랜치에서 각각의 듀오바이너리 마크에 대한 위상 시프트를 도시한 것이다.
도 4b는 도 1의 듀오바이너리 송신기의 광 출력 신호의 자취 및 각각의 듀오바이너리 마크의 위치의 극성 그래프를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학적 듀오바이너리 송신기를 도시한 것이다.
도 6은 도 5의 본 발명의 광학적 듀오바이너리 송신기에 의한 출력 신호 및 바이너리 신호의 듀오바이너리 변조를 위한 인코딩 중간 신호의 일례를 도시한 것이다.
도 7a는 도 5의 본 발명의 듀오바이너리 송신기의 상위 및 하위 브랜치에서 각각의 듀오바이너리 마크에 대한 위상 시프트를 도시한 것이다.
도 7b는 도 5의 본 발명의 듀오바이너리 송신기의 광 출력 신호의 자취 및 듀오바이너리 마크의 각각의 위치의 극성 그래프를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 제 2 바람직한 실시예에 따른 광학적 듀오바이너리 송신기를 도시한 것이다.
도 9는 도 8에 도시된 본 발명의 광학적 듀오바이너리 송신기에 의한 출력 신호, 및 바이너리 신호의 듀오바이너리 변조를 위한 인코딩 중간 신호의 일례를 도시한 것이다.
도 10은 상이한 전송 길이에 대해 시뮬레이팅될 시에 본 발명에 따른 하나의 변조 방식 및 종래 기술에 따른 3개의 상이한 변조 방식에 대한 수신기의 감도를 도시한 것이다.
도 11a는 본 발명의 제 3 바람직한 실시예에 따라 의사-3진 신호에 의해 구동되는 광학적 듀오바이너리 송신기의 상위 및 하위 브랜치에서 각각의 듀어바이너리 마크에 대한 위상시프트를 도시한 것이다.
도 11b는 도 11a에 따라 위상 시프트를 갖는 광학적 듀오바이너리 송신기의 광 출력 신호의 자취 및 각각의 듀오바이너리 마크의 위치의 극성 그래프를 도시한 것이다.
본 발명에 따른 듀오바이너리 송신기는 DEMZ 변조기에 기초로 하지만, 변조는 종래 기술에 서술된 바와 같은 변조 기술에 비하여 완전히 상이하다.
본 발명의 제 1 바람직한 실시예는 도 5를 참조하여 설명된다. 광학적 듀오바이너리 송신기는 입력 단자(51), 구동 회로(53), 이중 전극 광 변조기(55), 바람직하게는 DEMZ 변조기, 및 출력 단자(57)를 포함한다.
구동 회로는 입력 단자에 접속되고, 디멀티플렉서(59) 및 2개의 논리 게이트(61, 63), 바람직하게는 AND 게이트 및 OR 게이트를 포함한다. 디멀티플렉서는 입력 바이너리 신호(S1)를 각각 상기 입력 바이너리 신호(S1)의 1/2 비트 레이트를 갖는 2개의 바이너리 신호(S7 및 S8)로 디멀티플렉싱하도록 배열된다. 이 경우에, 이들 신호는 자신의 마크를 서로 위상이 상이하게 변경하는 것이 필수적이다. 예를 들어, 입력 신호 시퀀스 ABCDEFGH는 시퀀스 AACCEEGG* 및 *BBDDFFHH로 디멀티플렉싱되어야 하며, 여기서 *는 정의되지 않은 신호 마크를 나타낸다.
디멀티플렉싱된 신호(S7 및 S8)가 이미 입력 단자에서 이용 가능하다면, 디멀티플렉서는 필요치 않는다. 이 경우에, 예를 들어, 4개의 플립-플롭을 포함하고, 클록 펄스를 사용하는 동기 회로(도 5에 도시되지 않음)가 디멀티플렉싱된 신호를 동기화하도록 배열되어, 이들 신호가 자신의 마크를 서로 위상이 상이하게 변경시키는 것을 보장할 수 있다.
입력으로서 2개의 바이너리 신호(S7 및 S8)를 각각 가지는 논리 게이트는 이중 전극 광 변조기(55)의 전극을 구동시키는데 차례로 사용되는 2개의 바이너리 신호(S9, S10)를 생성시킨다.
AC 증폭기(65, 67)는 변조기의 전극을 구동시키기 전에, 바이너리 신호(S9 및 S10)를 각각 증폭하도록 배열될 수 있다.
전극에 바이어스 전압(69)이 공급되는 광학적 이중 전극 변조기(55)는 광학적 캐리어, 예를 들어, 레이저 다이오드(71)로부터의 연속 광의 진폭 및 위상을 바이너리 구동신호에 따라 변조시켜, 입력 바이너리 신호에 대응하고 소정의 부의 변조 처프 파라미터(즉, α<0)를 갖는 광학적 듀오바이너리 신호(S3)를 제공하도록 배열된다. 출력 듀오바이너리 신호(S3)는 입력 바이너리 신호(S1)와 동일한 데이터 정보를 포함하지만, 송신 스펙트럼이 보다 좁게 된다.
최종적으로, 출력 단자(57)는 광 변조기에 접속되고 광학적 송신 라인(도 5에 도시되지 않음)에 변조된 광학적 듀오바이너리 신호(S3)를 공급하도록 배열된다.
도 6에는, 본 발명에 따라, 출력 듀오바이너리 신호(S3), 및 바이너리 신호(S1)의 듀오바이너리 변조를 위한 인코딩 중간 신호(S7, S8, S9 및 S10)의 일례가 도시되어 있다.
이중 전극 광 변조기는 바람직하게는, 대응하는 구동 신호의 소정의 전압 시프트(ΔV)에 대해, 변조기의 2개의 브랜치를 통하게 되는 광학적 캐리어의 광이 실질적으로 동일한 위상 시프트(Δ
Figure 112006012102264-pct00010
)을 도입하도록, 즉 Δ
Figure 112006012102264-pct00042
/ΔV가 동일해야만 하는 종류의 것이다. 이것은 고 품질의 변조 신호를 얻기 위한 최고의 가능성을 제공한다.
바이너리 신호(S9, S10)에 의해 각각 구동될 때, 이중 전극 광 변조기는 3개의 광학적 듀오바이너리 신호 마크 "0", "1", "-1"을 실질적으로 비광 펄스, 및 높은 진폭을 갖지만, 서로 위상이 반대인 2개의 광 펄스로서 제공하도록 배열된다.
도 7a에는, 각 마크에 대해 듀오바이너리 변조기의 상위 및 하위 브랜치에서 도입된 위상 시프트가 도시되어 있다. "0" 마크는 두 개의 성분의 위상이 반대여서 서로 상쇄되기 때문에 실질적으로 비광 펄스에 대응하고, 논리적 "1" 마크는 최대 진폭 및 0°위상 시프트를 갖는 광 펄스에 대응하며, "-1" 마크는 최대 진폭 및 180°위상 시프트를 갖는 광 펄스에 대응한다. 전극 전압이 하이(high)가 되는 경우, 변조기의 상위 브랜치 내의 광은 부의 위상 시프트를 겪게 되고, 하위 브랜치내의 광은 정의 위상 시프트를 겪게 된다고 가정된다.
특히, 도 6 및 도 7a로부터, 바이너리 신호(S9 및 S10)의 마크와 결과적으로, 변조기의 상위 및 하위 브랜치에 도입된 위상 시프트가 동시에 변화되지 않는다는 것이 관측될 수 있다. 이것은, 본 발명의 실시예의 원하는 특성을 제공하기 위해 필요한 필수적인 특성이다.
도 7b는 광학적 출력 신호(굵은 실선)의 자취 및 각각의 듀오바이너리 마크(점선)의 위치의 극성 그래프(진폭 대 위상)를 도시한 것이다.
간섭계(interferometer)의 상위 암(arm)은 극성 도의 제 1 및 제 2 사분면(quadrant)을 이용하여 0°와 180°사이에서 변조되고, 하위 암은 제 3 및 제 4 사분면을 이용하여 0° 및 -180°사이에서 변조된다. 광학적 출력 신호의 위상은 도면에 도시된 바와 같이, "0" 및 "1" 마크 사이의 도중에 90°와 0°사이에서 변화한다. 따라서, dP/dt > 0이면, d
Figure 112006012102264-pct00012
/dt < 0이고, 이것은 관련 기술의 설명에 제시된 공식에 따라 α< 0을 제공한다. "0" 및 "-1" 마크 사이에서, 위상은 -90°와 -180°사이에서 변화한다. 다시, dP/dt > 0이면, d
Figure 112006012102264-pct00013
/dt < 0이고, 이것은 α< 0을 제공한다.
결과적으로, 광 변조기는 변조된 광의 세기가 증가되고 있을 때 부의 시간 도함수를 가지고, 즉 d
Figure 112006012102264-pct00043
/dt < 0이고, 변조된 광의 세기가 감소되고 있을 때 정의 시간 도함수를 가지며, 즉 d
Figure 112006012102264-pct00044
/dt > 0인 위상(
Figure 112006012102264-pct00037
)을 변조된 광을 제공하도록 배열된다.
모든 트레이스(trace)에 대하여, 처프 파리미터(α)는 0보다 작으며, 이것은 블루-시프트 주파수 처프(blue-shift frequency chirp)가 발생함을 의미한다. 이 주파수 처프는 SSMF 상의 1550 nm에서 동작하는 광섬유 시스템과 같은 변칙적인 분산 시스템에서 분산을 어느 정도 보상할 수 있다. 처프 파리미터(α3db)는 광학적 피크 전력의 절반으로 정의되고, 상술된 바와 같은 실시예에서는 -1과 동일하다. 이 값은 최적의 값보다 약간 더 높다.
제안된 본 발명의 변조 방식은 종래의 듀오바이너리 송신 링크에 비하여 매우 적은 부가적인 전자 부품으로 구현될 수 있다. 송신기 측에서, 가산기는 하나의 AND 게이트 및 하나의 OR 게이트와 같은 2개의 논리 게이트로 대체될 수 있다. 수신기 측에서, 부가적인 장치가 필요로 되지 않는다. 표준 듀오바이너리 수신기가 사용될 수 있다.
듀오바이너리 송신을 위한 좁은 주파수 신호 스펙트럼의 장점과 처프 변조의 분산 보상 특성의 장점이 조합된다. 더욱이, AC 증폭기는 이 경우에, 바이너리 신호에 의해 구동된다. 종래의 듀오바이너리 변조 방식과 비교해 보면, 바이너리 구동 신호는 AC 증폭기의 요구 사항을 완화시킨다.
도 8은 본 발명의 따른 광학적 듀오바이너리 송신기의 제 2 바람직한 실시예를 도시한 것이다. 이 송신기는 상술된 것과 매우 유사하며, 구동 회로(73)만이 상이하다.
구동 회로(73)는 디멀티플렉서 대신에, 2개의 직렬 접속된 D-플립-플롭(75, 77) 및 클록 펄스(79)를 포함한다. D-플립-플롭은 입력 바이너리 신호(S1)를 각각 상기 입력 바이너리 신호(S1)의 전체 비트 레이트를 갖는 2개의 바이너리 출력 신호(S11 및 S13)로 각각 변환하도록 배열된다. 이 구성에서, 입력 신호 시퀀스 ABCDEFGH는 2개의 시퀀스 *ABCDEFGH 및 **ABCDEFGH로 각각 변환되는데, 즉, 바이너리 출력 신호는 입력 바이너리 펄스와 동일하지만, 각각 1 비트 및 2 비트 시프트된다.
본 실시예에서, 입력으로서 2개의 바이너리 출력 신호(S11 및 S12)를 각각 가지는 논리 게이트(61, 63)는 이중 전극 광 변조기(55)의 전극을 구동시키기 위해 차례로 사용되는 2개의 바이너리 신호(S13 및 S14)를 생성한다. 신호(S13 및 S14)는 논리 게이트가 동일하면, 신호(S9 및 S10)와 동일하다. 따라서, 제 1 및 제 2의 바람직한 실시예의 변조기는 동일한 신호에 의해 구동되어, 동일한 듀오바이너리 신호를 생성시킨다. 결과적으로, 변조된 신호의 원하는 블루-시프트 주파수 처프가 또한 이 실시예에서도 달성된다.
도 9에는, 본 발명의 제 2 바람직한 실시예에 따라, 바이너리 신호(S1)의 듀오바리너리 변조를 위한 출력 듀오바이너리 신호(S3) 및 인코딩 중간 신호(S11, S12, S13 및 S14)의 일례가 도시되어 있다.
본 발명과 호환 가능한 다른 가능한 구동 회로는 다른 유형의 논리 게이트를 사용한다. 예를 들어, 변조기의 도파관 매체로서 LiNbO3을 사용하면, 바이어스 전압 및 전극의 유형을 적절히 선택함으로써, 표 1에 목록화된 조합들 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
1 x-cut AND OR
2 x-cut AND NOR
3 x-cut NAND OR
4 x-cut NAND NOR
5 y-cut AND NOR
6 y-cut NAND OR

반전 또는 비반전 구동단을 사용하는 것이 가능하다. 바이너리 구동 신호를 얻는 원리는 동일하다.
변조기의 도파관용의 다른 가능한 재료는 예를 들어, InP와 같은 반도체 재료이다. 이러한 재료를 사용하면, 2개의 브랜치에 대해 동일한 Δ
Figure 112006012102264-pct00017
/ΔV를 변조기에 제공하는 것이 용이하다.
4개의 상이한 변조 방식에 대한 이론적인 비교 연구가 수행되었다:
1. 처프가 없는 세기 변조
2. 처프가 있는 세기 변조
3. 처프가 없는 듀오바이너리 변조
4. 본 발명에 따른 처프가 있는 듀오바이너리 변조
제 1 방식은 자신의 전극 둘 모두 상에서 2개의 동기화된 바이너리 신호에 의해 변조되는 DEMZ 변조기를 포함한다. 이 변조 방식은 도 4b의 "1" 마크와 "0" 마크 간의 천이에 대응한다. 피크 대 피크(peak-to-peak) 구동 전압은 Vn/2이고, 구동 신호에 필요한 슬로 레이트(slow-rate)는 Vn/2T이며, 여기서 T는 마크 간의 시간이며, Vn은 광의 위상을 180°시프트시킨 전압이다.
제 2 변조 방식에서, DEMZ 변조기는 자신의 상위 전극 상에서 단일 바이너리 신호에 의해 변조된다. 이 방식은 도 7b의 "1" 마크와 "0" 마크 간의 천이에 대응한다. 피크 대 피크 구동 전압은 Vn이고, 구동 신호에 필요한 슬로 레이트는 Vn/T이다.
제 3 방식은 자신의 전극 둘 모두 상에서 2개의 동기화된 3-레벨 신호에 의해 변조되는 DEMZ 변조기를 포함한다. 이 변조 방식은 관련 기술에서 설명된 것과 일치한다. 피크 대 피크 구동 전압은 Vn이고, 구동 신호에 필요한 슬로-레이트는 Vn/2T이다. 이 경우에, 마크 "1"과 "-1" 간의 직접적인 천이와 그 역이 결코 발생하지 않는다.
제 4 변조 방식에서, DEMZ 변조기는 자신의 전극 둘 모두 상에서 서로 위상이 상이한 2개의 바이너리 신호에 의해 변조된다. 이 변조는 본 발명서 서술된 것과 일치한다. 피크 대 피크 구동 전압은 Vn이고, 구동 신호에 필요한 슬로 레이트는 Vn/T이다. 이 방식에서도, 마크 "1"과 "-1"간의 직접적인 천이 및 그 역도 결코 발생하지 않는다.
상기 4개의 변조 방식의 성능은 DEMZ 변조기로의 입력 신호로서 상승된 코사인 유형(raised cosine type) 구동 신호를 이용하고, ITU(International Telecommunication Union) 기준에 따라 최적화된 수신 필터로서 4차 베셀 필터(Bessel filter)를 이용함으로써 분석되었다. 비트 레이트는 10 Gbit/s로 설정되었고, 광섬유에 대한 분산 파라미터(D)는 SSMF 상의 1550 nm에서 동작하는 STM-64(Synchronous Transfer Mode) 시스템에 대응하는 D = 17 ps/nm/km이었다. 광섬유는 송신 함수
Figure 112006012102264-pct00018
를 갖는 위상 회전 필터(phase-revolving filter)로서 모델화되었고, 여기서, λ는 파장이고, D는 분산 파라미터이며, L은 송신 거리이며, ωc는 캐리어 주파수이고, ω는 신호 주파수이며, c는 진공에서의 광 속도이다.
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더욱이, 상업용 에르븀 도핑된 광섬유 증폭기(erbium doped fiber amplifier)(EDFA)가 수신측에서 전치 증폭기로서 사용되었다(증폭도 G = 29 dB이고 잡음 팩터 F = 4.5 dB임). 그 후, EDFA로부터의 출력 신호는 패브리-페롯 필터(Fabry-Perot filter)(Δλ= 2.5 nm)를 통해 필터링되었다.
도 10에는, 데시벨 단위의 수신 감도 대 킬로미터 단위의 송신 거리에 관한 조사 결과가 도시되어 있다. 실선은 처프가 없는 세기 변조에 대응하고, 파선은 처프가 있는 세기 변조에 대응하며, 점선은 처프가 없는 듀오바이너리 변조에 대응하며, 일점쇄선은 본 발명에 따른 처프가 있는 듀오바이너리 변조에 대응한다. 4개의 상이한 변조 방식에 대해서는 비트 에러율이 1*10-9인 것으로 가정된다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 제 4 변조 방식, 즉 처프가 있는 듀오바이너리 변조는 고려된 모든 송신 거리, 즉 0-160 km에 대한 최고의 성능을 나타낸다.
본 발명에 따른 광학적 듀오바이너리 송신기의 제 3 바람직한 실시예에서, 구동 신호는 바이너리 신호가 아니라 의사-3진 신호이다. 이에 의하여, 처프 파라미터(α3dB)는 보다 복잡한 구동 회로로 최적화 될 수 있다. 예를 들어, 3dB 포인트에서 -0.5의 처프 파라미터가 필요한 경우, 변조기의 2개의 브랜치에서 획득된 위상 시프트는 1:3의 비율을 가진다. 이것은 입력 바이너리 신호를 2개의 의사-3진 신호로 변환함으로써 실현되며, 변조기의 상위 브랜치의 전극을 구동시키는 것은 3개의 마크 "1", "0.25" 및 "0"을 가지며, 변조기의 하위 브랜치의 전극을 구동시키는 것은 3개의 마크 "1", "0.75" 및 "0"을 가진다.
도 11a에는, 듀오바이너리 변조기의 상위 및 하위 브랜치에서, 각각의 마크에 대해 도입된 위상 시프트가 도시되어 있다. "0" 마크는, 2개의 성분의 위상이 반대이어서 서로 상쇄되기 때문에, 실질적으로 비광 펄스에 대응하고, 논리 "1" 마크는 최대 진폭 및 0°위상 시프트를 갖는 광 펄스에 대응하며, "-1" 마크는 최대 진폭 및 180°위상 시프트를 갖는 광 펄스에 대응한다. 전극 전압이 하이로 되는 경우, 변조기의 상위 브랜치 내의 광은 부의 위상 시프트를 겪게 되고, 하위 브랜치 내의 광은 정의 위상 시프트를 겪게 되는 것으로 가정된다.
도 11a로부터, 의사-3진 신호의 마크, 및 결과적으로 변조기의 상위 및 하위 브랜치 내의 광의 도입된 위상 시프트는 본 실시예에서는 동시에 변화한다는 것이 관측될 수 있다.
도 11b는 광 출력 신호의 자취(굵은 실선) 및 각각의 듀오바이너리 마크의 위치(점선)의 극성 그래프(진폭 대 위상)를 도시한 것이다.
본 특허 출원에 서술된 바와 같이 듀오바이너리 송신을 위한 신규 발명의 시스템 및 방법은 듀오바이너리 송신이 제공하는 좁은 스펙트럼을 처프 기술이 제공하는 분산 보상 특성과 조합한다. 이론적인 연구에서, 본 발명의 한 실시예에 따른 변조 방식은 DEMZ 변조기에 기초한 공지된 변조 기술이 비하여 분산 면제(immunity) 면에서 전체적으로 보다 양호한 성능을 나타낸다.
본 발명의 제 1 실시예에 따르면, DEMZ 전극용 구동기는 3-레벨 신호 대신에 바이너리 신호에 의해 구동된다. 이것은 구동 회로의 설계상의 요구 사항을 완화시킨다.
본 발명의 최종 실시예에 따르면, DEMZ 전극용 구동기는 통상의 듀오바이너리 신호 대신에 의사-3진 신호에 의해 구동된다. 이로써, 처프 파라미터는 최적화될 수 있다.
이와 같이 설명한 본 발명은 다수의 방식으로 변형될 수 있다. 이와 같은 변형은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주된다. 당업자에게 명백한 모든 이와 같은 변경은 다음의 청구범위 내에 포함된다.

Claims (20)

  1. 광학적 듀오바이너리 송신 시스템으로서:
    제 1의 바이너리 신호를 수신하도록 배열된 입력 단자,
    상기 입력 단자에 접속되고, 상기 제 1의 바이너리 신호를 제 2 및 제 3의 바이너리 구동 신호로 변환하도록 배열되며, 디멀티플렉서 및 직렬 접속된 제 1 및 제 2의 플립 플롭 중 하나를 포함하는 구동 회로,
    상위 및 하위 전극이 각각 상기 제 2 및 제 3의 바이너리 구동 신호에 의해 구동되도록 상기 구동 회로에 접속되고, 바이너리 구동 신호에 따라 광학적 캐리어의 진폭 및 위상을 변조하여 상기 제 1의 바이너리 신호에 대응하고 미리 정해진 부의 변조 처프 파라미터를 갖는 광학적 듀오바이너리 신호를 제공하도록 더 배열되는 이중 전극 광 변조기, 및
    상기 광 변조기에 접속되고, 광 송신 라인에 변조된 광학적 듀오바이너리 신호를 공급하도록 배열된 출력 단자를 포함하는 광학적 듀오바이너리 송신 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 회로는 제 1 및 제 2 논리 게이트(61, 63)를 포함하며, 상기 게이트의 출력은 각각 상기 제 2 및 제 3의 바이너리 신호인 것을 특징으로 하는 광학적 듀오바이너리 송신 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 구동 회로는, 상기 입력 단자에 접속되고, 제 1의 바이너리 신호(ABCDEFGH)를 각각 제 4 및 제 5의 바이너리 신호(AACCEEGG*, *BBDDFFHH)로 디멀티플렉싱하는 디멀티플렉서(59)를 포함하며, 상기 제 4 및 제 5의 바이너리 신호는 차례로 상기 제 1 및 제 2 논리 게이트를 구동시키도록 배열되는 것을 특징으로 하는 광학적 듀오바이너리 송신 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 구동 회로는 상기 입력 단자에 직렬 접속되고, 상기 제 1의 바이너리 신호(ABCDEFGH)를 각각 제 6 및 제 7의 바이너리 신호(*ABCDEFGH, **ABCDEFGH)로 변환하도록 배열되는 제 1 및 제 2 플립-플롭(75, 77)을 포함하며, 상기 제 6 및 제 7의 바이너리 신호는 차례로 상기 제 1 및 제 2 논리 게이트를 구동시키도록 배열되는 것을 특징으로 하는 광학적 듀오바이너리 송신 시스템.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 논리 게이트는 AND 게이트 또는 NAND 게이트이고, 상기 제 2 논리 게이트는 OR 게이트 또는 NOR 게이트인 것을 특징으로 하는 광학적 듀오바이너리 송신 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변조기의 전극을 구동하기 전에 제 2 및 제 3의 바이너리 신호를 각각 증폭하는 제 1 및 제 2 AC 증폭기(65, 67)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 듀오바이너리 송신 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이중 전극 광 변조기는 Mach-Zehnder 유형인 것을 특징으로 하는 광학적 듀오바이너리 송신 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 이중 전극 광 변조기는 대응하는 구동 신호의 소정의 전압 시프트(ΔV)에 대해 변조기의 2개의 브랜치를 통하게 되는 광학적 캐리어 광의 동일한 위상 시프트(Δ
    Figure 112006012102264-pct00019
    )를 도입하도록, 즉, Δ
    Figure 112006012102264-pct00020
    /ΔV는 2개의 브랜치에 대해 동일하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 광학적 듀오바이너리 송신 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 이중 전극 광 변조기는 3개의 광학적 듀오바이너리 신호 마크(0, 1, -1)를, 실질적으로 비광 펄스, 고 진폭을 가진 제 1 광 펄스, 및 고 진폭을 가진 제 2 광 펄스로서 제공하고, 2개의 상기 광 펄스의 위상은 서로에 반대인 것을 특징으로 하는 광학적 듀오바이너리 송신 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 이중 전극 광 변조기는 변조된 광의 세기가 상승하고 있는 경우, 즉, dP/dt > 0인 경우, 부의 시간 도함수 즉, d
    Figure 112006012102264-pct00021
    /dt < 0을 갖는 위상(
    Figure 112006012102264-pct00022
    )을 변조된 광에 제공하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 광학적 듀오바이너리 송신 시스템.
  11. 광학적 듀오바이너리 송신 방법으로서:
    제 1의 바이너리 신호를 수신하는 단계,
    상기 제 1의 바이너리 신호를 디멀티플렉싱 또는 시프팅 및 중복(duplicating)함으로써 제 2 및 제 3의 바이너리 구동 신호로 변환하는 단계,
    상기 제 2 및 제 3의 바이너리 구동 신호에 따라 광학적 캐리어의 진폭 및 위상을 변조시켜, 상기 제 1의 바이너리 신호에 대응하고 미리 정해진 부의 변조 처프 파라미터를 갖는 광학적 듀오바이너리 신호를 제공하는 단계, 및
    광학적 송신 라인에 변조된 광학적 듀오바이너리 신호를 공급하는 단계를 포함하는 광학적 듀오바이너리 송신 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1의 바이너리 신호(*ABCDEFGH*)를 제 4 및 제 5의 바이너리 신호(AACCEEGG*, *BBDDFFHH)로 각각 디멀티플렉싱하는 단계, 및 논리 연산을 수행함으로써 상기 제 4 및 제 5의 바이너리 신호를 제 2 및 제 3의 바이너리 신호로 각각 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 듀오바이너리 송신 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 4 및 제 5의 바이너리 신호의 AND 또는 NAND 논리 연산, 및 상기 제 4 및 제 5의 바이너리 신호의 OR 또는 NOR 논리 연산을 수행하는 것을 특징으로 하는 광학적 듀오바이너리 송신 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    제 1의 바이너리 신호(*ABCDEFGH*)를 시프트하여 제 6 및 제 7의 바이너리 신호(*ABCDEFGH, ABCDEFGH*)로 각각 중복하는 단계, 및 논리 연산을 수행함으로써, 상기 제 6 및 제 7의 바이너리 신호를 상기 제 2 및 제 3의 바이너리 신호로 각각 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 듀오바이너리 송신 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 6 및 제 7의 바이너리 신호의 AND 또는 NAND 논리 연산, 및 상기 제 6 및 제 7의 바이너리 신호의 OR 또는 NOR 논리 연산을 수행하는 것을 특징으로 하는 광학적 듀오바이너리 송신 방법.
  16. 제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 및 제 3의 바이너리 신호를, 변조하기 전에, 각각 증폭하는 것을 특징으로 하는 광학적 듀오바이너리 송신 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    3개의 광학적 듀오바이너리 신호 마크(0, 1, -1)를, 실질적으로 비광 펄스, 고 진폭을 가진 제 1 광 펄스, 및 고 진폭을 가진 제 2 광 펄스로서 제공하고, 2개의 상기 광 펄스의 위상은 서로에 반대인 것을 특징으로 하는 광학적 듀오바이너리 송신 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    변조된 광의 세기가 상승되고 있는 경우, 즉, dP/dt > 0인 경우, 부의 시간 도함수 즉, d
    Figure 112006012102264-pct00040
    /dt < 0을 갖는 위상(
    Figure 112006012102264-pct00041
    )을 변조된 광에 제공하는 것을 특징으로 하는 광학적 듀오바이너리 송신 방법.
  19. 삭제
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