KR100563492B1 - 실시간 자동적응 편광모드분산 보상 장치 - Google Patents

실시간 자동적응 편광모드분산 보상 장치 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야
본 발명은 실시간 자동적응 편광모드분산 보상 장치에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은 고속 광전송 시스템에서 PMD 보상시 두 개의 서로 다른 피백드신호를 이용하여 각각 PSP 제어와 DGD 제어를 분리하여 독립적으로 제어함과 동시에 전기적인 DGD가변장치를 사용함으로써, PMD 보상소요시간을 감소시키기 위한 실시간 자동적응 편광모드분산 보상 장치를 제공하고자 함.
3. 발명의 해결 방법의 요지
본 발명은, 편광모드분산(PMD) 보상 장치에 있어서, 편광조절 피드백 제어신호에 따라, 전송광섬유를 통과함으로 인해 편광모드분산(PMD)에 의해 군지연차(DGD)를 갖는 신호광의 편광을 소정의 편광상태로 변환하기 위한 편광조절수단; 상기 편광조절수단으로부터 출력된 신호광의 서로 수직한 편광성분(PSP)을 분리하기 위한 편광분리수단; 시간지연 피드백 제어신호에 따라, 제1 경로상으로 분기된 제1 편광성분을 가변적으로 시간지연시키기 위한 시간지연수단; 제2 경로상으로 분기된 제2 편광성분 중, 광학탭에 의해 분기된 제2 편광성분의 광전변환 후 여과된 전력세기를 검출하여, 현재 측정값과 이전 측정값의 비교로부터 측정전력이 최소값에 수렴하도록 '상기 편광조절수단을 피드백 제어하기 위한 상기 편광조절 피드백 제어신호'를 발생하는 편광조절 제어수단; 상기 제1 및 제2 편광성분이 각각 광전변환 후 서로 결합한 전력세기를 검출하여, 현재 측정값과 이전 측정값의 비교로부터 측정전력이 최대값에 수렴하도록 '상기 시간지연수단을 피드백 제어하기 위한 상기 시간지연 피드백 제어신호'를 발생하는 시간지연 제어수단; 및 상기 광학탭에 의해 투과된 상기 제2 편광성분과 시간보상된 상기 제1 편광성분을 결합하기 위한 결합수단을 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 광전송 시스템 등에 이용됨.
편광모드분산(PMD), PMD 보상, 주편광상태(PSP), 군지연차(DGD), 전기지연선(EDL)

Description

실시간 자동적응 편광모드분산 보상 장치{Polarization mode dispersion compensation apparatus for real-time automatically-adaptive}
도 1 은 본 발명에 따른 실시간 자동적응 편광모드분산(PMD) 보상 장치의 일실시예 구성도.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따라 [수학식 1]에서 여러 주파수에 대해 전력변화를 PSP와 PBS축 사이의 각의 함수로 나타낸 설명도.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따라 [수학식 2]에서 여러 주파수에 대해 전력의 변화를 DGD의 함수로 나타낸 설명도.
도 4 는 신호광에 60ps의 DGD가 인가되었을 때 왜곡된 신호의 아이 다이어그램(eye diagram)을 나타낸 설명도.
도 5 는 본 발명의 실시예에 따라 PMD 보상후의 보상된 신호의 아이 다이어그램(eye diagram)을 나타낸 설명도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명
31 : 편광조절기(PC) 32 : 편광 광분할기(PBS)
33 : 시간지연부 34 : 편광조절 제어부
35 : 시간지연 제어부 36 : 결합기
331,342,342 : 광검출기(PD) 332 : 전기지연선(EDL)
341 : 광학탭 344,352 : 대역통과필터(BPF)
345,353 : RF 검출기(RFD) 346 : PC 제어기
351 : 분리기 354 : EDL 제어기
본 발명은 광전송 기술분야에 관한 것으로, 특히 고속 광전송 시스템에서 전송성능 및 전송거리를 제한하는 주요 인자인 전송 광섬유에서 발생하는 편광모드분산(PMD : Polarization Mode Dispersion)을 고속으로 자동 보상할 수 있는 실시간 자동적응 편광모드분산 보상 장치에 관한 것이다.
편광모드분산(PMD)은 광섬유 링크에서 광섬유의 복굴절과 무작위적인 편광모드결합으로 발생한다. 이러한 광섬유 복굴절과 편광모드결합은 광섬유상의 주편광상태(PSP : Principal States of Polarization)라고 부르는 서로 수직한 두 편광모드 사이에 군지연차(DGD : Differential Group Delay)를 발생시키며, 이로 인해 신호가 손상된다. 상기 PMD에 의한 영향은 채널당 전송속도가 증가할수록 또한 전송거리가 증가할수록 더욱더 커지게 된다. 또한, PMD는 시간에 따라 변하며, 그 변화가 랜덤하여 통계적 성격을 지닌다.
이러한 PMD를 보상하기 위해서는 그 변화에 실시간 자동 적응하는 고속의 보상기가 필요하다.
종래 보상기의 일예로, "Planar lightwave circuit polarization mode dispersion compensator(European conference on optical communications(ECOC 2001), vol 1, pp10-11, 2001.)"가 있는데, 이 보상기는 실리카 기반 PLC(Planar Lightwave Circuit) 집적형으로 제작된 광학적 보상기로 마하젠더 간섭계(Mach-Zehnder interferometer)를 이용하여 편광과 시간지연을 인가하여 보상한다. 이 보상기는 소형으로 제작하여 수신기에 장착할 수 있는 장점이 있는 반면, 삽입손실이 크고 시간지연된 두 PSP 신호의 분리 및 보상이 완전하지 않는 경우가 발생한다는 단점이 있다. 또한, 하나의 피드백신호를 이용하여 여러 마하젠더 간섭계와 지연선(delay line)을 교대로 제어해야 하므로 보상시간이 상대적으로 많이 소요된다.
한편, 종래 보상기의 다른 예로, "Polarization mode dispersion compensation at 20 Gbit/s with fiber-based distributed equalizer(Electronics Letters, vol.34, pp,2421-2422, 1998. 10. 20)"가 있는데, 여기서 보상기는 여러 가닥의 편광유지광섬유(PMF : Polarization Maintaining Fiber) 사이에 위치한 편광변환기들을 광전변환된 여러 특정주파수 전력성분들의 선형조합으로부터 조정하여 PMD로 발생한 두 PSP 사이의 시간지연차를 제거한다. 그러나, 이 보상기는 여러 편광변환기를 조정함으로써 보상소요시간이 많이 걸린다는 점과 시간지연제어가 연속적이지 않다는 문제가 있다.
다른 한편, 종래 보상기의 또 다른 예로, "Method and Apparatus for Automatic Compensation of First-Order Polarization Mode Dispersion(PMD)(미국특허등록번호 제5,930,414호, 1999. 7. 27 등록)"이 있는데, 여기에서는 마하젠더(Mach-Zehnder) 간섭계형의 보상기를 사용하여 보상기 출력의 전기스펙트럼을 적분하고 그 값을 모니터링하여 광학지연선과 편광변환기를 하나의 제어기에 의해 교대로 피드백 제어함으로써 PMD로 인한 시간지연차를 보상한다. 하지만, 이 보상기 역시 하나의 피드백신호를 감시하여 편광변환기와 지연선(delay line)을 교대로 제어함으로써, 보상시간이 상대적으로 많이 소요되는 한편, 모터에 의해 구동되는 광학지연선으로 인해 보상시간은 더욱더 증가되는 문제가 있다.
본 발명은, 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 고속 광전송 시스템에서 PMD 보상시 두 개의 서로 다른 피백드신호를 이용하여 각각 PSP 제어와 DGD 제어를 분리하여 독립적으로 제어함으로써, PMD 보상소요시간을 감소시킬 수 있는 실시간 자동적응 편광모드분산 보상 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 상기 PMD 보상시, PSP 제어와 DGD 제어를 분리하여 각각 독립적으로 제어할 뿐만 아니라, 속도에 한계가 있는 광학적 DGD 제어대신, 전기적 DGD 가변방식을 사용함으로써, PMD 보상 속도를 대폭 향상시킬 수 있는 실시간 자동적응 편광모드분산 보상 장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 편광모드분산(PMD) 보상 장치에 있어서, 편광조절 피드백 제어신호에 따라, 전송광섬유를 통과함으로 인해 편광모드분산(PMD)에 의해 군지연차(DGD)를 갖는 신호광의 편광을 소정의 편광상태로 변환하기 위한 편광조절수단; 상기 편광조절수단으로부터 출력된 신호광의 서로 수직한 편광성분(PSP)을 분리하기 위한 편광분리수단; 시간지연 피드백 제어신호에 따라, 제1 경로상으로 분기된 제1 편광성분을 가변적으로 시간지연시키기 위한 시간지연수단; 제2 경로상으로 분기된 제2 편광성분 중, 광학탭에 의해 분기된 제2 편광성분의 광전변환 후 여과된 전력세기를 검출하여, 현재 측정값과 이전 측정값의 비교로부터 측정전력이 최소값에 수렴하도록 '상기 편광조절수단을 피드백 제어하기 위한 상기 편광조절 피드백 제어신호'를 발생하는 편광조절 제어수단; 상기 제1 및 제2 편광성분이 각각 광전변환 후 서로 결합한 전력세기를 검출하여, 현재 측정값과 이전 측정값의 비교로부터 측정전력이 최대값에 수렴하도록 '상기 시간지연수단을 피드백 제어하기 위한 상기 시간지연 피드백 제어신호'를 발생하는 시간지연 제어수단; 및 상기 광학탭에 의해 투과된 상기 제2 편광성분과 시간보상된 상기 제1 편광성분을 결합하기 위한 결합수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 시간지연수단은, 상기 시간지연 제어수단의 상기 시간지연 피드백 제어신호에 따라, 상기 제1 경로상으로 분기된 상기 제1 편광성분(PSP)을 전기적으로 가변 시간지연시킨다.
한편, 본 발명은, 편광모드분산(PMD) 보상 장치에 있어서, 전송광섬유를 통해 수신된 신호광의 편광의 상태를 변환하는 편광조절기(PC); 상기 편광조절기(PC)로부터 출력된 신호광의 두 수직한 편광성분 중, 제1 편광성분은 제1 경로로 전송하고, 제2 편광성분은 제2 경로로 각각 전송하는 편광 광분할기(PBS); 상기 제1 경로를 진행하는 상기 제1 편광성분을 전기신호로 변환하는 제1 광검출기(PD1); 상기 제2 경로로 진행하는 상기 제2 편광성분 중 일부는 분기하고 나머지는 투과시키는 광학탭; 상기 광학탭에서 통과된 광을 전기신호로 변환하는 제2 광검출기(PD2); 상기 광학탭으로부터 분기된 광을 전기신호로 변환하는 제3 광검출기(PD3); 상기 제3 광검출기(PD3)로부터 구한 전력스펙트럼 중 소정 주파수 성분을 여과시키는 제1 대역통과필터(BPF1); 상기 제1 대역통과필터(BPF1)에 의해 여과된 전력의 세기를 검출하는 제1 RF 검출기(RFD1); 상기 제1 RF 검출기(RFD1)로부터 검출된 세기를 이용하여 상기 편광조절기(PC)를 제어하는 편광조절기(PC) 제어기; 상기 제1 광검출기(PD1)를 통해 변환된 전기신호를 시간지연시키는 전기지연선(EDL); 상기 전기지연선(EDL)에 의해 시간지연된 신호와 상기 제2 광검출기(PD2)의 출력신호를 결합시키는 결합기; 상기 결합기에 의해 결합된 신호를 분기시키는 분리기; 상기 분리기에 의해 분리된 신호 중 소정 주파수 영역을 여과시키는 제2 대역통과필터(BPF2); 상기 제2 대역통과필터(BPF2)에 의해 여과된 전력의 세기를 검출하는 제2 RF 검출기(RFD2); 및 제2 RF 검출기(RFD2)에 의해 검출된 신호를 이용하여 상기 전기지연선(EDL)을 제어하는 전기지연선(EDL) 제어기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명은 하나의 피드백 제어신호를 이용하여 교대로 PSP 제어와 DGD 제어를 수행함으로써 보상시간이 많이 소요되는 문제를 해결하기 위하여, 두 개의 서로 다른 피백드신호를 이용하여 각각 PSP 제어와 DGD 제어를 분리하여 독립적으로 제 어함으로써, PMD 보상소요시간을 대폭 감소시키고자 한다. 또한, 상기 PSP와 DGD 분리제어 방식 중, DGD 제어 방식에서 속도에 한계가 있는 광학적 DGD 제어 대신, 속도가 빠른 전기적 DGD 제어 방식을 결합시키고자 한다.
전술한 바와 같이, PMD는 광섬유의 복굴절과 랜덤 편광모드결합(random polarization mode coupling)으로 발생하며, 신호광의 수직한 두 주편광상태(PSP) 사이에 군지연차(DGD)가 유도됨을 의미한다. 또한, PMD는 시간에 따라 랜덤하게 변한다.
이러한 PMD를 보상하기 위해, 본 발명의 실시간 자동적응 PMD 보상 장치는 신호광의 두 PSP를 광학적으로 분리시키는 PSP 제어 기능과, DGD를 전기적으로 제어하는 DGD 제어 기능을 수행한다. 또한, 광학적 PSP 제어 기능과 전기적 DGD 제어 기능이 서로 분리되어 독립적으로 실시간 자동 적응하여 동작한다. 이 결과, 고속의 PMD 보상이 가능하고, 따라서 보상소요시간을 대폭 줄일 수 있다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명에 따른 실시간 자동적응 편광모드분산(PMD) 보상 장치의 일실시예 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 실시간 자동적응 편광모드분산(PMD) 보상 장치는, 편광조절 피드백 제어신호에 따라, 전송광섬유를 통과함으로 인해 편광모드분산(PMD)에 의해 군지연차(DGD)을 갖는 신호광의 편광을 소정의 편광상태로 변환하기 위한 편광조절기(PC : Polarization Controller)(31)와, 편광조절기(PC)(31)로부터 출력된 신호광의 서로 수직한 편광성분(PSP)을 분리하기 위한 편광 광분할기(PBS : Polarization Beam Splitter)(32)와, 시간지연 피드백 제어신호에 따라, 제1 경로(1a)상으로 분기된 제1 편광성분을 가변적으로 시간지연시키기 위한 시간지연부(33)와, 제2 경로(1b)상으로 분기된 제2 편광성분 중, 광학탭(341)에 의해 분기된 제2 편광성분의 광전변환 후 여과된 전력세기를 검출하여, 현재 측정값과 이전 측정값의 비교로부터 측정전력이 최소값에 수렴하도록 편광조절기(PC)(31)를 피드백 제어하기 위한 편광조절 피드백 제어신호를 발생하는 편광조절 제어부(34)와, 제1 및 제2 편광성분이 각각 광전변환 후 서로 결합한 전력세기를 검출하여, 현재 측정값과 이전 측정값의 비교로부터 측정전력이 최대값에 수렴하도록 시간지연부(33)를 피드백 제어하기 위한 시간지연 피드백 제어신호를 발생하는 시간지연 제어부(35)와, 광학탭(341)에 의해 투과된 제2 편광성분과 시간보상된 제1 편광성분을 결합하기 위한 결합기(36)를 포함한다.
특히, 시간지연부(33)는 광학적 DGD 제어대신 속도가 빠른 전기적 DGD 제어방식에 의해 제1 편광성분(PSP)을 전기적으로 가변 시간지연시키는 전기지연선(EDL)(332)을 포함한다.
즉, 시간지연부(33)는 제1 경로(1a)로 진행하는 제1 편광성분을 전기신호로 변환하는 제1 광검출기(PD : Photodetector)(32)와, 시간지연 제어부(35)의 시간지연 피드백 제어신호에 따라, 제1 광검출기(PD1)(32)를 통해 변환된 전기신호를 시간지연시키는 전기적 가변지연선(EDL)(332)을 포함한다.
그리고, 편광조절 제어부(34)는 현재 측정전력을 이전 측정값과 비교한 후, 작은 값을 선택하도록 편광조절기(PC)(31)에 피드백 제어신호를 인가하여, 결국 두 편광성분(PSP)을 편광 광분할기(PBS)(32)의 두 축에 정렬하여 서로 분리하도록 한다.
상기 편광조절 제어부(34)의 구성을 살펴보면, 제2 경로(1b)로 진행하는 제2 편광성분 중 일부는 분기하고 나머지는 투과시키는 광학탭(optical tap)(341)과, 광학탭(341)에서 통과된 광을 전기신호로 변환하는 제2 광검출기(PD2)(342)와, 광학탭(341)으로부터 분기된 광을 전기신호로 변환하는 제3 광검출기(PD3)(343)와, 제3 광검출기(PD3)(343)로부터 구한 전력 스펙트럼중 특정 주파수 성분을 여과시키는 제1 대역통과필터(BPF1)(344)와, 제1 대역통과필터(BPF1)(344)에 의해 여과된 전력의 세기를 검출하는 제1 RF 검출기(RFD1)(345)와, 제1 RF 검출기(RFD1)(345)로부터 검출된 세기를 이용하여 편광조절기(PC)(31)를 제어하는 편광조절기(PC) 제어기(346)를 포함한다.
또한, 시간지연 제어부(35)는 현재 측정값과 이전에 측정된 전력값을 비교한 후 큰 값을 선택하도록 시간 지연부(33)에 피드백 제어신호를 인가하여, 결국 총 군지연차(DGD) 양이 0가 되어 PMD를 보상하도록 한다.
상기 시간지연 제어부(35)의 구성을 살펴보면, 제1 경로(1a)상으로 분기되어 가변적으로 시간지연된 신호와 제2 광검출기(PD2)(342)의 출력신호를 결합시키는 결합기(36)에 의해 결합된 신호를 분기시키는 분리기(divider)(351)와, 분리기(351)에 의해 분리된 신호 중 특정 주파수 영역을 여과시키는 제2 대역통과필터(BPF2)(352)와, 제2 대역통과필터(BPF2)(352)에 의해 여과된 전력의 세기를 검 출하는 제2 RF 검출기(RFD2)(353)와, 제2 RF 검출기(RFD2)(353)에 의해 검출된 신호를 이용하여 전기적 가변지연선(EDL)(332)을 제어하는 전기지연선(EDL) 제어기(354)를 포함한다.
이제, 본 발명에 따른 실시간 자동적응 편광모드분산(PMD) 보상 장치의 전체적인 구성을 정리해 보면, 전송광섬유(20)를 통해 수신된 신호광의 편광의 상태를 변환하는 편광조절기(PC)(31)와, 편광조절기(PC)(31)로부터 출력된 신호광의 두 수직한 편광성분 중 제1 편광성분은 제1 경로(1a)로 전송하고 제2 편광성분은 제2 경로(1b)로 각각 전송하는 편광 광분할기(PBS)(32)와, 제1 경로(1a)를 진행하는 제1 편광성분을 전기신호로 변환하는 제1 광검출기(PD1)(331)와, 제2 경로(1b)로 진행하는 제2 편광성분 중 일부는 분기하고 나머지는 투과시키는 광학탭(341)과, 광학탭(341)에서 통과된 광을 전기신호로 변환하는 제2 광검출기(PD2)(342)와, 광학탭(341)으로부터 분기된 광을 전기신호로 변환하는 제3 광검출기(PD3)(343)와, 제3 광검출기(PD3)(343)로부터 구한 전력스펙트럼 중 특정 주파수 성분을 여과시키는 제1 대역통과필터(BPF1)(344)와, 여과된 전력의 세기를 검출하는 제1 RF 검출기(RFD1)(345)와, 제1 RF 검출기(RFD1)(345)로부터 검출된 세기를 이용하여 편광조절기(PC)(31)를 제어하는 편광조절기 제어기(PC controller)(346)와, 제1 광검출기(PD1)(331)를 통해 변환된 전기신호를 시간지연시키는 전기지연선(EDL)332)과, 시간지연된 신호와 제2 광검출기(PD2)(342)의 출력신호를 결합시키는 결합기(36)와, 결합된 신호를 분기시키는 분리기(351)와, 분리된 신호 중 특정 주파수 영역을 여과시키는 제2 대역통과필터(BPF2)(352)와, 여과된 전력의 세기를 검출하는 제2 RF 검출기(RFD2)(353)와, 검출된 신호를 이용하여 전기지연선(EDL)(332)을 제어하는 전기지연선 제어기(EDL controller)(354)를 포함한다.
그럼, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 실시간 자동적응 편광모드분산(PMD) 보상 장치의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
송신기(Tx)(10)로부터 발생한 광신호는 전송링크(광섬유전송로)(20)를 통과하면서 두 수직한 편광성분, 즉 주편광상태(PSP) 사이에 PMD로 인한 시간지연차를 경험한 후 PMD 보상 장치(30)에 입력된다.
상기 PMD 보상 장치(30)에서, 편광조절기(PC)(31)는 왜곡된 입력광신호의 편광을 임의의 편광상태로 변환하여, 편광 광분할기(PBS)(32)로 입력한다.
그러면, 편광 광분할기(PBS)(32)에서, 서로 수직한 두 출력 편광 중, 제1 편광은 제1 경로(1a)를 따라 제1 광검출기(PD1)(331)를 통과하며, 전기신호로 변환된 후 전기지연선(EDL)(332)을 거쳐 결합기(36)에 입력된다.
그리고, 편광 광분할기(PBS)(32)에서, 서로 수직한 두 출력 편광 중, 제2 편광은 제2 경로(1b)를 따라 광학탭(341)에서 분기되어, 그 중 한 성분은 제2 광검출기(PD2)(342)로 입력되어 전기신호로 전환된 후, 결합기(36)로 진행한다. 그리고, 광합탭(341)에서, 분기된 다른 한 성분은 제3 광검출기(PD3)(343)로 입력되어 광전 변환후, 제1 대역통과필터(BPF1)(344)에 의해 특정 주파수에서 여과된다. 이후에, 제1 RF 검출기(RFD1)(345)는 여과된 전력을 검출하여, 그 세기를 PC 제어기(346)로 보낸다. 그러면, PC 제어기(346)는 현재 측정값과 이전 측정값을 비교하여 최소값으로 수렴하도록 편광조절기(PC)(31)를 반복적으로 피드백 제어한다. 이때, PC 제 어기(346)는 제1 대역통과필터(BPF1)(344)로부터 출력된 현재 측정전력을 이전 측정값과 비교하는 전력비교기능과 편광조절기(PC)(31)에 피드백 제어신호를 인가하는 피드백 제어신호 인가기능을 수행한다.
한편, 제1 경로(1a)와 제2 경로(1b)를 통해 결합기(36)로 입력된 두 전기신호는 여기서 중첩된 후 전기적 분리기(divider)(351)에서 분리되어, 그 중 한 성분은 보상 장치 최종 출력신호로서 출력되고, 나머지 한 성분은 제2 대역통과필터(BPF2)(352)에 의해 특정 주파수에서 여과되어 제2 RF 검출기(RFD2)(353)에 의해 그 세기가 검출된다. 이후, 전기지연선(EDL) 제어기(354)는 이 신호를 받아 이전 측정값과 비교하여 측정전력이 최대값으로 수렴하도록 반복적으로 전기지연선(EDL)(332)을 피드백 제어한다. 이때, EDL 제어기(354)는 제2 RF 검출기(RFD2)(353)로부터 출력된 현재 측정값과 이전 측정값을 비교하는 전력비교기능과 전기지연선(EDL)(332)에 피드백 제어신호를 인가하는 피드백 제어신호 인가기능을 수행한다.
상기 EDL 제어기(354) 및 PC 제어기(346)의 이러한 독립적인 피드백 제어를 통해, 결국 PMD로 왜곡된 신호는 보상이 되어 최종적으로 보상된 신호가 보상 장치 출력으로 나오게 된다.
이제, 구체적인 PMD 보상 원리를 살펴보기로 한다.
서로 수직한 두 PSP를 각각 PSP+와 PSP-라고 표기한다. 단색광(monochromatic light)의 광원이 외부 변조기를 통과하여 전송광섬유(전송링크)(20)에 입사한다고 가정하자. 이때, 입사광은 두 PSP 성분간의 군지연차(DGD) 만큼의 시간지연차를 겪고 전송광섬유(20)를 통과한 후, 편광조절기(PC)(31)를 거쳐 편광 광분할기(PBS)(32)의 제2 경로(1b)상의 광학탭(341)에서 분기되어 제3 광검출기(PD3)(343)에 입력된다. 이때, 제3 광검출기(PD3)(343)에 의해 광전변환된 전력스펙트럼은 다음의 [수학식 1]과 같이 표현된다.
Figure 112003048255067-pat00001
상기 [수학식 1]에서, F(ω)와 H(ω)는 각각 cos2(Δφ(t)/2)와 cos(Δφ(t+τ)/2)cos(Δφ(t)/2)의 Fourier transform이고, a=cosθocosθ, b=sinθosinθ이다.
그리고, Δφ(t)(=π[1-f(t)])는 외부 변조기의 두 도파로(waveguide) 사이의 위상차, ωo는 광주파수, θo는 광섬유 입력광의 편광과 광섬유의 fast axis(PSP+)가 이루는 각이고, θ는 전송광섬유 출력광의 PSP+ 성분과 편광 광분할기(PBS)(32)의 한 편광축(x-axis)이 이루는 각이다. 또한, Io는 송신단 광원의 세기이고, ω는 ω=2πf이다. 광링크 손실은 무시한다고 가정한다. 일반적으로, bit period가 T인 PRBS(Pseudo random bit sequence) NRZ(non return to zero) 데이터 펄스신호에 대해 F(ω)의 envelope은 sinc함수를 나타내며, 주파수 f=n/T(n=1,2,3,...)에서 0의 값을 갖는다. 이때, S(w)는 θ의 함수로 표현되며, θ=nπ/2(n=0,1,2,...)에서 최소값에 수렴한다. 이때, 두 PSP 성분은 편광 광분할기(PBS)(32)의 수직한 두 축과 평행하게 정렬되어 각각 따로 분리된다. 이를 위해서는, S(w)의 현재 측정값과 이전 측정값과 비교하여, 그 중 작은 값을 선택하도록 편광조절기(PC)(31)에 피드백 전압을 인가하는 피드백 과정이 필요하다.
S(w)의 구체적인 계산을 위해 임의의 10Gb/s NRZ 데이터 펄스열 f(t)를 -7T≤t≤7T에서 01011100101100라고 가정하자. 도 2는 감시주파수를 변화시켜 가며 전력의 변화를 θ의 함수로 나타낸 것이다. 이때, θo=π/4, τf=60ps 로 두었다. 도 2에 도시된 바와 같이, 10, 20GHz를 제외한 주파수에서는 두 PSP 분리가 불가능함을 알 수 있다. 즉, θ=nπ/2(n=0,1,2,...)에서 S(w)가 수렴하지 않고 있다. Bit period에 대한 펄스폭 비가 0.5인 RZ 데이터 펄스 신호인 경우에는 PSP 추적이 가능한 감시주파수는 f=2n/T(n=1,2,3,...)가 된다. 이러한 실시간 PSP 추적방법은 시간적으로 변화하는 PMD에도 두 수직한 PSP성분이 항상 분리가 되도록 유지시켜 준다.
한편, 결합기(36)에서 결합된 전기신호는 분리기(351)에서 분기되는데, 다음의 [수학식 2]와 같은 전력스펙트럼 식으로 나타낼 수 있다.
Figure 112003048255067-pat00002
상기 [수학식 2]에서, τ는 전송광섬유상에서 발생한 DGD τf와 보상 장치(30)에서 발생시킨 DGD τc의 합으로서 총 DGD 양을 나타낸다.
도 3은 서로 다른 감시주파수에 대해 전력 Q(w)의 변화를 DGD τ의 함수로 나타낸 것이다.
보상된 신호를 얻기 위해서는 총 DGD양 τ가 0이 되어야 한다. 이를 위해, 특정 주파수에서 EDL 제어기(354)는 현재 측정값과 이전 측정값을 비교하여, 더 큰 값을 선택하도록 전기지연선(EDL)(332)에 피드백신호를 가한다. 이러한 반복적인 피드백 과정을 거치면 최종적으로 Q(w)는 최대값을 가지게 되고, 이때 τ는 0이 된다. 즉, 보상신호를 얻게 되는 것이다.
여기서, 주의해야 할 점은 Q(w)가 τ=n/f(n=1,2,3,...)에서도 τ=0에서와 같은 최대값을 보인다는 사실이다. 즉, 도 3에서 감시주파수가 5GHz인 경우, τ가 200ps에서도 Q(w)가 최대값을 가지므로 추적 과정을 통해 여기로 수렴할 수도 있다는 것이다. 이러한 모호한 신호를 방지하기 위해서, 감시주파수가 5GHz인 경우에는 총 DGD 값의 범위를 100ps이하로 제한한다.
이러한 총 DGD 값의 범위는 감시주파수에 따라 변화한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 감시주파수가 감소할수록 조정 가능한 τ의 범위는 증가한다. 감시주파수가 f=n/T(n=1,2,3,...)일 경우 τ의 변화에 대해 Q(w)는 항상 0값을 가지므로 DGD 추적이 불가능하므로 상기 주파수는 피해야 한다.
도 4는 PMD emulator를 사용하여 인위적으로 DGD=60ps의 PMD를 인가한 경우, 왜곡된 신호의 eye diagram을 나타내고 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, PMD로 인해 eye가 상당히 감겨져 있어 eye margin이 감소해 있음을 알 수 있다.
도 5는 PMD를 보상한 후의 eye diagram을 나타내고 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, PMD를 보상하게 되면 eye가 회복되어 eye margin이 증가함을 알 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명은, PSP 제어와 DGD 제어를 분리 독립적으로 제어함으로써 보다 정확하고 빠른 PMD 보상이 가능하고, DGD 제어를 전기적으로 처리함으로써 보상시간을 대폭 단축할 수 있는 효과가 있다.
즉, 본 발명은 PSP 제어와 DGD 제어를 분리 독립적으로 제어함과 동시에, 전기적 DGD 제어로 수 MHz급 보상 속도를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 편광모드분산(PMD) 보상 장치에 있어서,
    편광조절 피드백 제어신호에 따라, 전송광섬유를 통과함으로 인해 편광모드분산(PMD)에 의해 군지연차(DGD)를 갖는 신호광의 편광을 소정의 편광상태로 변환하기 위한 편광조절수단;
    상기 편광조절수단으로부터 출력된 신호광의 서로 수직한 편광성분(PSP)을 분리하기 위한 편광분리수단;
    시간지연 피드백 제어신호에 따라, 제1 경로상으로 분기된 제1 편광성분을 가변적으로 시간지연시키기 위한 시간지연수단;
    제2 경로상으로 분기된 제2 편광성분 중, 광학탭에 의해 분기된 제2 편광성분의 광전변환 후 여과된 전력세기를 검출하여, 현재 측정값과 이전 측정값의 비교로부터 측정전력이 최소값에 수렴하도록 '상기 편광조절수단을 피드백 제어하기 위한 상기 편광조절 피드백 제어신호'를 발생하는 편광조절 제어수단;
    상기 제1 및 제2 편광성분이 각각 광전변환 후 서로 결합한 전력세기를 검출하여, 현재 측정값과 이전 측정값의 비교로부터 측정전력이 최대값에 수렴하도록 '상기 시간지연수단을 피드백 제어하기 위한 상기 시간지연 피드백 제어신호'를 발생하는 시간지연 제어수단; 및
    상기 광학탭에 의해 투과된 상기 제2 편광성분과 시간보상된 상기 제1 편광성분을 결합하기 위한 결합수단
    을 포함하는 실시간 자동적응 편광모드분산 보상 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 시간지연수단은,
    상기 시간지연 제어수단의 상기 시간지연 피드백 제어신호에 따라, 상기 제1 경로상으로 분기된 상기 제1 편광성분(PSP)을 전기적으로 가변 시간지연시키는 것을 특징으로 하는 실시간 자동적응 편광모드분산 보상 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 시간지연수단은,
    상기 제1 경로로 진행하는 상기 제1 편광성분을 전기신호로 변환하는 제1 광검출기; 및
    상기 시간지연 제어수단의 상기 시간지연 피드백 제어신호에 따라, 상기 제1 광검출기를 통해 변환된 전기신호를 시간지연시키는 전기적 가변지연선(EDL)
    을 포함하는 실시간 자동적응 편광모드분산 보상 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광조절 제어수단은,
    현재 측정전력을 이전 측정값과 비교한 후 작은 값을 선택하도록 상기 편광조절수단에 상기 편광조절 피드백 제어신호를 인가하여, 결국 두 편광성분(PSP)을 상기 편광분리수단의 두 축에 정렬하여 서로 분리하도록 하는 것을 특징으로 하는 실시간 자동적응 편광모드분산 보상 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 시간지연 제어수단은,
    현재 측정값과 이전에 측정된 전력값을 비교한 후 큰 값을 선택하도록 상기 시간지연수단에 상기 시간지연 피드백 제어신호를 인가하여, 결국 총 군지연차(DGD) 양이 0이 되어 PMD를 보상하도록 하는 것을 특징으로 하는 실시간 자동적응 편광모드분산 보상 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 편광조절 제어수단은,
    상기 제2 경로로 진행하는 상기 제2 편광성분 중 일부는 분기하고 나머지는 투과시키는 상기 광학탭;
    상기 광학탭에서 통과된 광을 전기신호로 변환하는 제2 광검출기;
    상기 광학탭으로부터 분기된 광을 전기신호로 변환하는 제3 광검출기;
    상기 제3 광검출기로부터 구한 전력 스펙트럼 중 소정 주파수 성분을 여과시키는 제1 대역통과필터;
    상기 제1 대역통과필터에 의해 여과된 전력의 세기를 검출하는 제1 RF 검출기; 및
    상기 제1 RF 검출기로부터 검출된 세기를 이용하여 상기 편광조절수단(PC)을 제어하는 편광조절수단(PC) 제어기
    를 포함하는 실시간 자동적응 편광모드분산 보상 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 시간지연 제어수단은,
    상기 제1 경로상으로 분기되어 가변적으로 시간지연된 신호와 상기 제2 광검출기의 출력신호를 결합시키는 결합기에 의해 결합된 신호를 분기시키는 분리기;
    상기 분리기에 의해 분리된 신호 중 소정 주파수 영역을 여과시키는 제2 대역통과필터;
    상기 제2 대역통과필터에 의해 여과된 전력의 세기를 검출하는 제2 RF 검출기; 및
    상기 제2 RF 검출기에 의해 검출된 신호를 이용하여 상기 전기적 가변지연선(EDL)을 제어하는 전기지연선(EDL) 제어기
    를 포함하는 실시간 자동적응 편광모드분산 보상 장치.
  8. 편광모드분산(PMD) 보상 장치에 있어서,
    전송광섬유를 통해 수신된 신호광의 편광의 상태를 변환하는 편광조절기(PC);
    상기 편광조절기(PC)로부터 출력된 신호광의 두 수직한 편광성분 중, 제1 편광성분은 제1 경로로 전송하고, 제2 편광성분은 제2 경로로 각각 전송하는 편광 광분할기(PBS);
    상기 제1 경로를 진행하는 상기 제1 편광성분을 전기신호로 변환하는 제1 광검출기(PD1);
    상기 제2 경로로 진행하는 상기 제2 편광성분 중 일부는 분기하고 나머지는 투과시키는 광학탭;
    상기 광학탭에서 통과된 광을 전기신호로 변환하는 제2 광검출기(PD2);
    상기 광학탭으로부터 분기된 광을 전기신호로 변환하는 제3 광검출기(PD3);
    상기 제3 광검출기(PD3)로부터 구한 전력스펙트럼 중 소정 주파수 성분을 여과시키는 제1 대역통과필터(BPF1);
    상기 제1 대역통과필터(BPF1)에 의해 여과된 전력의 세기를 검출하는 제1 RF 검출기(RFD1);
    상기 제1 RF 검출기(RFD1)로부터 검출된 세기를 이용하여 상기 편광조절기(PC)를 제어하는 편광조절기(PC) 제어기;
    상기 제1 광검출기(PD1)를 통해 변환된 전기신호를 시간지연시키는 전기지연선(EDL);
    상기 전기지연선(EDL)에 의해 시간지연된 신호와 상기 제2 광검출기(PD2)의 출력신호를 결합시키는 결합기;
    상기 결합기에 의해 결합된 신호를 분기시키는 분리기;
    상기 분리기에 의해 분리된 신호 중 소정 주파수 영역을 여과시키는 제2 대역통과필터(BPF2);
    상기 제2 대역통과필터(BPF2)에 의해 여과된 전력의 세기를 검출하는 제2 RF 검출기(RFD2); 및
    제2 RF 검출기(RFD2)에 의해 검출된 신호를 이용하여 상기 전기지연선(EDL)을 제어하는 전기지연선(EDL) 제어기
    를 포함하는 실시간 자동적응 편광모드분산 보상 장치.
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