KR100723860B1

KR100723860B1 - 광 코드 분할 다중화 수신기의 잡음 저감 장치와 방법 및이를 이용한 수신장치와 방법

Info

Publication number: KR100723860B1
Application number: KR1020050101740A
Authority: KR
Inventors: 정환석; 박혁; 김광준
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2005-10-27
Filing date: 2005-10-27
Publication date: 2007-05-31
Also published as: EP1780922A2; US7356220B2; KR20070045447A; US20070097854A1

Abstract

본 발명은 광 코드 분할 다중화 수신기의 잡음 저감 장치와 방법 및 이를 이용한 수신장치와 방법에 있어서,다중 접속자에 의한 간섭 잡음이 포함된 OCDMA 디코더 출력으로부터 정현파 형태의 클럭을 추출하는 클럭 복구기;상기 클럭 복구기에서 추출된 클럭 신호를 이용하여 상기 OCDMA 디코더 출력으로부터 자기상관 피크 신호와 다중 접속자에 의한 간섭 잡음을 분리하는 타임 게이팅부;및 상기 자기 상관 피크 신호에 잔존하는 신호 간섭 잡음을 제거하는 광 간섭부;를 포함하며, 반도체 기반의 타임 게이팅부와 광간섭부를 이용하여 OCDMA 수신기의 잡음 저감 장치를 구성함으로써, 낮은 광 파워로 다중 접속자에 의한 간섭 (MAI) 잡음과 신호 간섭(SI) 잡음을 제거할 수 있다. 또한 복구된 광신호의 펄스폭 변환이 쉬우며 수신 장치의 파워 다이나믹 레인지를 증가시킬 수 있어 동시에 접속 가능한 OCDMA 채널의 수를 증가시키고, 크기가 작고 집적화가 용이한 OCDMA 수신 장치를 구현할 수 있다.

OCDMA, 광간섭계, 타임 게이팅부, SOA, 디코더

Description

광 코드 분할 다중화 수신기의 잡음 저감 장치와 방법 및 이를 이용한 수신장치와 방법{Apparatus and method for reducing signal noise and OCDMA receiver and method }

도 1은 광 코드 분할 다중화(OCDMA) 시스템의 동작원리를 보여주는 도면이다.

도 2는 도 1에 도시된 OCDMA 네트워크의 각 노드에서의 파형도를 보여주는 도면이다.

도 3은 광 코드 분할 다중화(OCDMA) 수신기에 동시에 입력되는 채널수에 따른 디코더의 출력 파형을 보여주는 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 잡음 저감 장치를 포함한 광 코드 분할 다중화 (OCDMA) 수신기의 구성을 보여주는 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 OCDMA 수신기의 잡음 저감 장치의 타임 게이팅부의 구성을 보여주는 도면이다.

도 6은 본 발명에 따른 OCDMA 수신기의 잡음 저감 장치에 있어 하나의 반도체 광 증폭기(SOA)로 이루어진 광 간섭부의 구성을 보여주는 도면이다.

도 7은 도 6의 구성에 의한 광 간섭부에서 발생되는 위상패턴, 입력.출력 파형도와 입출력 전달 곡선을 보여주는 그래프이다.

도 8은 본 발명에 따른 OCDMA 수신기의 잡음 저감 장치에 있어 두개의 반도체 광 증폭기(SOA)로 이루어진 광 간섭부의 또 다른 구성을 보여주는 도면이다.

도 9는 도 5의 구성에 의한 타임 게이팅부에서 디코더 출력으로부터 다중 접속자 간섭(MAI)잡음이 제거된 자기 상관 피크 신호를 얻는 과정을 보여주는 흐름도이다.

도 10은 도 6의 구성에 의한 광 간섭부에서 신호 간섭(SI) 잡음을 제거하는 흐름을 보여주는 흐름도이다.

도 11은 도 8의 구성에 의한 광 간섭부에서 신호 간섭(SI) 잡음을 제거하는 흐름을 보여주는 흐름도이다.

도 12는 본 발명에 따른 잡음 저감 장치를 포함하는 OCDMA 수신기의 동작 과정을 보여주는 흐름도이다.

본 발명은 광 코드 분할 다중화(OCDMA) 수신기의 잡음 저감 장치와 방법 및이를 이용한 수신 장치와 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수개의 채널이 동시에 접속될 때 수신기에서 발생하는 잡음을 제거하여 수신기의 성능이 저하되는 것을 방지하는 잡음 저감 장치 및 방법과 이를 이용한 수신 장치와 방법에 관한 것이다.

종래의 광 코드 분할 다중화(OCDMA) 수신기의 잡음 저감 장치로서 두개의 NOLM (Nonlinear optical loop mirror)을 직렬로 연결하여 광잡음을 억제하는 장치가 제안된 바 있다.

NOLM을 직렬로 연결하여 광잡음을 억제하는 장치중 제안된 첫번째 구성은 NOLM은 커플러와 편광조절기, 비선형 광섬유를 이용한 루프로 구성되어 있고 비선형 광섬유에 발생하는 상호위상변조(XPM) 와 자기위상변조(SPM)를 이용하여 첫 번째 NOLM에서 디코딩된 신호의 메인 로브를 추출하고, 두 번째 NOLM에서 잔존하는 잡음을 제거한다.

NOLM을 직렬로 연결하여 광잡음을 억제하는 장치중 제안된 두번째 구성은 하나의 NOLM을 이용하여 신호대 잡음비를 증가시키고, NOLM에 인가되는 신호 광전력값을 조절하여 출력신호의 펄스폭을 감소시킴으로써 신호의 품질 향상을 도모하는 방식이 제한되었다. 그러나, 펄스폭 변화를 위하여 1 W 이상의 높은 광전력이 필요하다.

NOLM을 직렬로 연결하여 광잡음을 억제하는 장치중 제안된 세번째 구성은 비선형성이 높은 광섬유 (HNLF: highly nonlinear fiber)에서 발생하는 자기위상변조 현상을 이용하여 신호와 잡음을 구별하는 장치가 제안된바 있다. 신호가 “1”일 경우에는 큰 위상변조가 일어나 신호의 파장이 장파장으로 이동하고, “0”일 경우에는 기존의 파장에 고정되므로, 장파장 대역만을 필터로 선택하면 "0" 레벨의 잡음을 현저히 감소시키고 “1” 레벨의 잡음도 필터에서 발생하는 위상/강도 변환에 의해서 일정 부분 억제가 가능하다.

그러나, 비선형 광섬유를 사용하는 기존의 방식들은 모두 잡음제거에 높은 광전력이 필요하고, 광섬유 기반이며, 출력이 큰 광섬유증폭기가 요구되므로 소형화가 용이하지 않고, 상기한 바와 같이 채널수 증가에 따른 다중 접속자에 의한 간섭 (MAI) 잡음의 광전력 증가를 방지하지 못하므로 하나의 잡음 저감 장치가 여러 개의 채널을 동시에 수용하지 못한다.

종래의 광 코드 분할 다중화(OCDMA) 수신기의 잡음 저감 장치중 또 다른 방식으로는 두개의 반도체 광증폭기 (SOA: semiconductor optical amplifier)를 마흐 젠더 간섭계 (Mach-Zehnder Interferometer) 형태로 구성하여 신호와 잡음을 분리하는 장치가 제안된 바 있다.

디코더에서 출력되는 펄스는 분리되어 서로 시간 지연을 가지고 두 SOA에 각각 입력되며, SOA 내에서 신호와 동일한 방향으로 진행하는 probe 광에 상호위상변조를 유발하여 출력단에서 간섭현상을 일으킴으로써, 자기 상관 피크 신호와 잡음을 구별한다. 그러나, 두개의 반도체 광증폭기 (SOA: semiconductor optical amplifier)를 마흐 젠더 간섭계 형태로 구성하여 신호와 잡음을 분리하는 장치 역시 채널수 증가에 따른 다중 접속자에 의한 간섭(MAI)잡음을 제거하지 못하므로 하나의 잡음 저감 장치가 여러개의 OCDMA 신호를 수용하지 못하는 단점이 있다.

그러므로, 채널수 증가에 따른 주변 잡음 성분(side lobe)의 다중 접속자에 의한 간섭(MAI) 잡음 증가현상을 제거하여 잡음저감장치에 입력되는 광전력을 증가를 방지하고, 저전력으로 잡음을 저감할 수 있는 장치가 필요하다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 반도체 기반의 타임 게이팅부와 광 간섭계를 이용하여 OCMDA 수신기를 구성함으로써 낮은 광파워로 다중 접속자에 의한 간섭(MAI) 잡음과 신호간섭 (SI) 잡음을 제거할 수 있고 복구된 광신호의 펄스폭 변환이 쉬우며, 수신기의 파워 다이나믹 레인지를 증가시킬 수 있어 동시에 접속 가능한 OCDMA 채널의 수를 증가시키고, 크기가 작고 집적화가 용이한 광 코드 분할 다중화(OCDMA) 수신 장치의 잡음 저감 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 광 코드 분할 다중화

(OCDMA) 수신기의 잡음 저감 장치의 일 실시예는,다중 접속자에 의한 간섭 잡음이 포함된 OCDMA 디코더 출력으로부터 정현파 형태의 클럭을 추출하는 클럭 복구기; 상기 클럭 복구기에서 추출된 클럭 신호를 이용하여 상기 OCDMA 디코더 출력으로부터 자기상관 피크 신호와 다중 접속자에 의한 간섭 잡음을 분리하는 타임 게이팅부;및 상기 자기 상관 피크 신호에 잔존하는 신호 간섭 잡음을 제거하는 광 간섭부;를 포함한다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 광 코드 분할 다중화 (ODCMA) 수신기의 잡음 저감 방법의 일 실시예는,다중 접속자에 의한 간섭 잡음이 포함된 OCDMA 디코더 출력으로부터 정현파 형태의 클럭을 추출하는 클럭 추출 단계; 상기 추출된 클럭 신호를 이용하여 상기 OCDMA 디코더 출력으로부터 자기상관 피크 신호와 다중 접속자에 의한 간섭 잡음을 분리하는 잡음 분리 단계;및 상기 자기 상관 피크 신호에 잔존하는 신호 간섭 잡음을 제거하는 잡음 제거단계;를 포함한다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 잡음 저감 장치를 이용한 광 코드 분할 다중화(OCDMA) 수신기의 일 실시예는,입력되는 신호를 디코딩하여 출력하는 OCDMA 디코더;상기 OCDMA 디코더 출력으로부터 추출된 정현파 형태의 클럭 신호를 이용하여 자기상관 피크 신호와 다중접속자에 의한 간섭 잡음을 분리하고 상기 자기 상관 피크 신호에서 잔존하는 신호 간섭 잡음을 제거하는 잡음 저감 장치; 및 상기 추출된 정현파 형태의 클럭 신호를 이용하여 상기 신호 간섭 잡음이 제거된 자기 상관 피크 신호를 전기 신호로 변환하는 광전 데이터 변환부;를 포함한다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 잡음 저감 장치를 이용한 광 코드 분할 다중화(OCDMA) 수신 방법의 일 실시예는,입력되는 신호를 디코딩하여 다중접속자에 의한 간섭 잡음이 포함된 자기상관 피크 신호를 출력하는 단계;상기 다중접속자에 의한 간섭 잡음이 포함된 자기상관 피크 신호로부터 정현파 형태의 클럭을 추출하는 단계;상기 추출된 클럭 신호를 이용하여 상기 다중접속자에 의한 간섭 잡음이 포함된 자기상관 피크 신호를 자기상관 피크 신호와 다중접속자에 의한 간섭 잡음을 분리하는 단계;상기 다중접속자에 의한 간섭 잡음이 제거된 자기 상관 피크 신호에 잔존하는 신호 간섭 잡음을 제거하는 단계; 및 상기 추출된 클럭 신호를 이용하여 상기 신호 간섭 잡음이 제거된 자기 상관 피크 신호를 전기 신호로 변환하는 단계;를 포함한다.

이하 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록한다.

OCDMA 송신기(100)에서는 우선 극초단 펄스생성기(101)로부터 발생된 짧은 펄스폭을 갖는 제로복귀(RZ) 펄스를 전기데이터 변조기(102)를 이용하여 데이터 신호로 변조한 후 OCDMA 엔코더(103)에 입력한다. OCDMA 신호의 인코딩은 시간영역이나 파장영역에서 수행할 수 있다.

시간 영역 엔코딩은 한 비트 구간을 다수의 좀 더 작은 구간, 즉 칩으로 나눈 후, 정해진 코드에 따라 입력된 펄스를 여러 개로 분리한 후 각 펄스에 서로 다른 시간 지연을 주어 수행한다. 파장영역 엔코딩은 짧은 펄스폭을 갖는 극초단 펄스가 넓은 파장대역을 점유하고 있으므로, 이를 좁은 파장대역, 즉 칩으로 나눈 후, 정해진 코드에 따라 입력된 각 파장 성분을 위상 변조를 하여 수행한다.

수신기(105)에서는 송신기에서 행해진 엔코딩과 반대로 디코딩 과정을 수행하여 신호를 복구하게 된다. 정해진 코드에 맞는 입력 신호가 수신되면 OCDMA 디코더(106) 출력에서는 작은 펄스폭과 큰 파워를 가지는 자기상관 피크 (auto-correlation peak) 를 생성하고,OCDMA 디코더 출력 신호는 잡음 저감 장치(107)에 입력되어 잔존하는 잡음이 제거되어 깨끗한 신호로 변환된 후 전기 데이터 변환부(108)에 입력된다.

그러나, 디코딩된 자기상관 피크 (auto-correlation peak) 성분은 펄스폭이 수 ps 이하이므로 전기데이터 수신부의 대역폭이 이를 제대로 재현할 수 있을 만큼 수백 GHz 이상으로 넓지 않으면 복구된 신호의 크기가 작아지게 되고, 사용되는 칩 수가 수백칩 이하로 작을 경우 다중접속자에 의한 간섭 (MAI:Multiple Access Interference) 잡음이 시간영역에서 넓게 퍼지지 않으므로 신호와 잡음의 레벨이 유사해져 신호의 판별이 어렵게 된다. 따라서, 다중 접속자에 의한 간섭(MAI) 잡음을 제거하고 깨끗한 신호만을 추출하기 위한 잡음저감장치 (107)는 OCDMA에서 반드시 필요하다.

도 2 (ii)는 OCDMA 엔코더(103)의 출력 신호로서 시간영역에서 넓게 퍼지에 되어 잡음과 유사하게 전환되므로 높은 보안성을 가지게 된다. 그리고, 엔코딩에 사용된 칩수가 많을수록 엔코딩된 신호는 좀 더 넓게 퍼지게 된다.

도 2(iii)-1를 참조하면, OCDMA 디코더(106)의 출력신호는 정해진 코드에 맞는 입력 신호가 수신되면 작은 펄스폭과 큰 파워를 가지는 자기상관 피크 (auto-correlation peak) 성분을 생성한다.

그리고 도 2(iii)-2에 도시된 그래프와 같이 정해진 코드에 맞지 않는 코드를 가지는 입력 신호는 디코딩 과정에서 시간 영역에서 넓게 퍼져 파워가 현저하게 감소되는 상호상관(cross-correlation) 성분을 발생한다.

OCDMA 수신기에서는 자기상관 피크(auto-correlation peak) 성분과 상호상관(cross-correlation) 성분간의 크기 차이를 이용하여 원하는 신호를 복구함을 알 수 있다.

도3은 OCDMA 수신기에 동시 접속되는 채널수에 따른 디코더 출력 파형을 나 타낸 것이다.

도 3(a)는 한 개의 채널만 OCDMA 수신기에 입력되었을 경우이고, 도 3(b)는 복수개의 채널이 동시에 OCDMA 수신기에 입력되었을 경우이다.

도 3(a)를 참조하면 OCDMA 수신기에 입력되는 채널이 한 개일 경우 디코딩 된 파형에서 주된 신호 성분 (main lobe) 과 주변 잡음 성분들 (side lobe) 간의 구별이 비교적 용이하다.

그러나, 도 3(b)를 참조하면 여러 개의 OCDMA 신호가 동시에 수신기에 입력될 경우, 입력되는 신호들 중 디코더에서 정해진 코드에 맞는 신호는 디코더 출력단에서 도3(b)와 같이 비교적 구별이 용이한 자기상관 피크 (auto-correlation peak) 성분을 출력하지만, 정해진 코드와 맞지 않는 나머지 신호들은 시간영역에서 넓게 퍼지는 여러개의 상호 상관(cross-correlation) 성분들을 출력하게 된다.

결과적으로, 많은 채널이 동시 입력될 경우 디코딩된 하나의 자기상관 피크 (auto-correlation peak) 성분과 여러개의 상호 상관(cross-correlation) 성분들은 모두 더해지게 되므로, 주된 신호 성분(main lobe)과 주변 잡음 성분(side lobe)들간의 구별이 어렵게 된다.

이때, 주변 잡음 성분(side lobe)들이 더해진 것을 다중 접속자에 의한 간섭(MAI:Multiple Access Interference) 잡음, 주된 신호 성분(main lobe) 에 포함된 잡음을 신호간섭 (SI: signal interference) 잡음으로 구분할 수 있다.

수신기에 정해진 코드를 가지는 OCDMA 신호가 수신되지 않아 자기 상관 피크(auto-correlation peak) 성분이 생성되지 않을 때도 다중 접속자에 의한 간섭 (MAI) 잡음의 크기가 너무 크면, 신호가 존재하는 것으로 수신기가 판별할 수 있다.

한편, 자기상관 피크(auto-correlation peak) 성분은 특정한 짧은 시간에서 높은 피크 광전력을 가지지만 그 평균 광전력값은 각 채널의 상호 상관 성분의 평균 광전력과 동일하다. 따라서, 다중 접속자에 의한 간섭(MAI) 잡음으로 인하여 디코더 출력 신호의 평균 광전력 값은 입력되는 채널의 수에 비례하여 증가하게 된다.

일반적으로, 디코더 출력단에 연결되는 잡음 저감 장치들에서는 잡음을 효과적으로 억제하기 위해 필요한 주된 신호 성분(main lobe)의 피크 광전력의 값이 정해져 있으므로, 채널수 증가에 따라 잡음저감 장치에 인가되는 신호의 평균 광전력이 동반하여 증가하지 않으면, 피크 광전력이 감소하게 되어 효과적인 잡음 억제가 되지 않는다. 이는 잡음저감장치에 사용되는 광증폭기가 수십 dBm 이상의 높은 saturation power를 보유하여야 함을 의미한다.

특히, 많은 채널이 동시에 입력되는 비선형 광섬유 기반의 잡음저감장치를 이용하여 잡음을 억제하고자 할 때에는, 광섬유에서 비선형 현상을 유도하기 위해 필요한 높은 광전력을 광증폭기가 공급하지 못하므로, 하나의 잡음저감장치가 동시에 수용 가능한 채널의 수가 제한된다.

도 4는 본 발명에 따른 잡음 저감 장치를 포함한 광부호 분할 다중화방식 수신기의 구성을 보여주는 도면이다.

광부호 분할 다중화 방식 수신기는 OCDMA 디코더(400)와 클럭복구기(410), 타임 게이팅부(421), 반도체 광 간섭부(422), 광전데이터 수신부(450)를 포함한다.

OCDMA 디코더는 OCDMA 엔코더에서 행해진 반대의 과정을 거친다. OCDMA 디코더(400)는 서로 다른 코드로 엔코딩된 채널들이 더해진 여러 개의 입력 신호들 중에서, 정해진 코드에 맞는 하나의 입력 신호는 작은 펄스폭과 큰 파워를 가지는 자기상관피크(auto-correlation peak)신호를 생성한다.

정해진 코드에 맞지 않는 코드를 가지는 다른 입력 신호들은 시간영역에서 넓게 퍼져 파워가 현저하게 감소되는 상호 상관(cross-correlation )성분을 발생시킨다.

클럭복구기(410)는 잡음이 많이 포함된 디코더 출력신호의 일부를 이용하여 디코더 출력 신호와 동기화되면서 깨끗한 정현파 형태의 클럭을 추출하여 각각 타임 게이팅부(421)와 광전데이터 변환부(450)로 보낸다.

본 발명에 따른 잡음 저감 장치의 타임 게이팅부는 전계흡수 변조기 (EA modulator: electro-absorption modulator) 혹은 LiNbO3 변조기가 사용된 타임게이팅 장치의 일례를 나타낸다.

타임 게이팅부(500)에서는 클럭복구기(410)로부터 받은 정현파 클럭을 RF증 폭기(520)를 이용하여 증폭한후 DC 블록(530)에서 정현파 신호에 존재하는 DC 성분을 제거하고 EA 변조기(540)나 LiNbO3 변조기(540)에 입력된다.

이때, RF 위상변환기(510)를 이용하여 사인파 클럭의 위상 (혹은 시간지연)을 조절하고 DC 바이서스 조절 회로(550)를 통하여EA 변조기(540)나 LiNbO3 변조기(540)의 DC 바이어스를 제어하면 디코더 출력신호 중 통과시킬 수 있는 시간영역에서의 신호성분 정할 수 있고, 본 발명에서는 주된 신호 성분(main lobe)만을 통과시키게 설정하였다.

따라서, 클럭복구기(410)로부터 받은 정현파 클럭을 이용하여 디코더 출력 신호중 주된 신호 성분(main lobe)만이 추출되고 주변 잡음 성분(side lobe)에 존재하는 다중 접속자에 의한 간섭(MAI) 잡음이 제거된다.

상당부분의 광전력을 차지하는 다중 접속자에 의한 간섭(MAI) 잡음 성분이 타임 게이팅부를 통과하지 못하고 주된 신호 성분(main lobe) 성분만 통과됨으로써, 반도체 광 간섭부에 입력되는 광전력이 입력 OCDMA 채널 수의 증가에 비례하여 증가되는 문제가 해결된다.

타임 게이팅부에서 제거되는 다중 접속자에 의한 간섭(MAI) 잡음의 광전력 값은 자기 상관 피크(auto-correlation peak)에서 주된 신호 성분(main lobe) 의 펄스폭이 좁을수록 증가한다. 예를 들어, 주된 신호 성분(main lobe)의 펄스폭이 비트폭의 50 % 일 경우 50 %의 다중 접속자에 의한 간섭(MAI) 잡음 광전력이 제거되고, 주된 신호 성분(main lobe) 펄스폭이 10 %이면 90%가 제거된다.

통상적으로, 비트폭이 100 ps 인 10 Gb/s 전송 속도에서 주된 신호 성분 (main lobe) 의 펄스폭은 5 ps 이내이므로 이상적으로는 약 95 % 의 다중 접속자에 의한 간섭(MAI) 잡음이 제거된다.

타임 게이팅부에서 선택된 자기 상관 피크(auto-correlation peak) 의 주된 신호 (main lobe)성분은 반도체 광 증폭기(SOA) 기반의 광간섭부에 입력된다. 반도체 광간섭부(422)는 반도체 광 증폭기(SOA) 고유의 비선형 전달 특성으로 인해 주된 신호 성분(main lobe)에 잔존하는 신호 간섭(SI) 잡음을 제거한다.

반도체 광 간섭부(422)는 통상적으로 1 mW 이하의 광전력에서 동작하므로 별도의 고출력 광섬유 증폭기를 사용하지 않고도 용이하게 신호 간섭(SI) 잡음을 제거할 수 있는 장점이 있다.

도시 되지 않았지만, 도4의 본 발명에 따른 잡음 저감 장치를 포함한 광 코드 분할 다중화 방식(OCDMA) 수신기를 구성하는 각 블록사이에는 신호의 레벨조정을 위하여 광증폭기와 광감쇠기가 사용될 수 있다.

도 6는 본 발명에 OCMDA 수신기의 잡음 저감 장치에 있어 하나의 반도체 광 증폭기(SOA)로 이루어진 광 간섭부의 구성을 보여주는 도면이다.

광간섭부는 하나의 SOA(610), 광circulator(620), 파장이 λ2인 CW (continuous wave ) probe 광 (600), 시간 지연 소자(630),편광 조절기(640), 편광기(650)로 구성된다.

신호 간섭(SI)잡음이 포함되어 있고 파장이 λ1 인 RZ신호(601)는 광 circulator(620)를 거쳐 SOA(610)의 후면으로 인가된다. 인가된 신호 간섭(SI)잡음이 포함된 파장이 λ1 인 RZ 신호는 SOA 내의 캐리어 밀도 변화를 일으켜 SOA내의 굴절율를 변하게 한다.

따라서 SOA의 굴절율 변화가 파장 λ2 인 CW probe 광에 도 7(a)-ii 와 같은 위상 변화 (Φ) 를 유도한다. 위상변화는 입력신호의 rising edge 부분에 비례하여 빠르게 증가하고, 이후 캐리어 복구시간에 비례하면서 천천히 감소하는 패턴을 보인다.

이상적으로는 CW probe 광이 위상변조만을 겪고, 크기의 변화는 없는 것이 바람직하지만 신호 간섭(SI)잡음이 포함된 파장이 λ1 인 RZ 신호의 인가는 CW probe광에 상호위상변조(XPM)뿐만 아니라 상호이득변조(XGM) 현상도 함께 유발하여 CW probe 광의 크기 왜곡을 초래할 수 있다.

CW probe 광의 크기 왜곡을 최소화하기 위한 방법으로 RZ 신호를 CW probe광과 역방향으로 인가하면 RZ 신호가 증폭되어 CW probe광이 초기에 강한 위상변조를 겪음으로서, RZ 신호를 CW probe광과 같은 방향으로 인가할때와 비교하면 상대적으로 낮은 RZ 신호 광전력으로 CW probe광에 위상 변조가 가능해져, SOA 내의 상호이득변조를 감소시키는 장점이 있다.

위상변조된 CW probe 광은 광circulator(601)를 거쳐 시간지연소자(630)에 입력된다. 입력되는 CW probe광의 편광방향을 시간지연소자의 편광축과 45도가 되도록 조절하면, 위상 변조 성분 (Φ) 은 각각 두개의 직교하는 Φfast 와 Φslow 로 분리되며 두 성분의 amplitude (E1)은 같고, 출력신호는 다음과 같이 표현된다.

여기서,

이때, 편광기의 방향은 빠른 편광성분(

)과 45도를 이루게 되며, 빠른 편광성분(

)과 느린편광성분 (

)는 서로 90도를 이루게 된다. 두 성분은 시간지연소자에서 Φfast성분이 Φslow 성분보다 시간지연, 즉 τ만큼 빠르게 진행하며, 시간지연 소자 출력단에서는 도 7(a)-iii 과 같이 두개의 위상변조 성분이 서로 τ만큼 지연된다.

편광기 출력의 크기는 다음과 같이 다시 나타낼 수 있다.

여기서

편광조절기(640)를 이용하여 파장이 λ1인 입력신호가 편광기(650)에 인가되지 되지 않을 때, Φfast와 Φslow의 위상 차이가 180 도가 되도록 조절하면 출력에는 아무런 신호가 나오지 않게 된다.

Φfast와 Φslow의 위상 차이가 180 도가 되도록 유지된 상태에서 파장이

λ1인 입력신호가 편광기(650)에 인가되면 Φfast와 Φslow의 두 편광 성분에 추가적인 위상차이가 발생하게 되며, 편광기(650) 출력에서는 두 시간지연성분이 서로 상쇠간섭을 일으키며, 이는 도 7(a)-iv 와 같이 Φfast성분과 Φslow 성분의 차에 해당하는 값이 편광기에 출력되어, 신호 간섭(SI)잡음이 포함된 파장이 λ1 인 RZ 입력 신호는 파장이 λ2 인 CW probe 광으로 입력 정보가 옮겨져 출력 됨을 볼 수 있다.

입력 정보가 옮겨진 파장 λ2 신호의 펄스폭은 시간지연 τ에 비례하므로, 종래의 NOLM을 직렬로 연결하여 광잡음을 억제하는 방법과 다르게 본 발명에 따른 잡음 저감 장치를 포함한 OCDMA 수신기에서는, 입력 신호의 광전력을 변화시키지 않고도 복구된 펄스의 폭을 τ를 변화시킴으로써 가변 할 수 있는 특징이 있다.

본 발명에 따른 잡음 저감 장치의 광간섭계는 도 7(b) 와 같은 입출력 전달 특성을 갖는다. SOA 내부에서 발생되는 위상변화는 입력 신호의 광전력이 P1 이하로 미약할 때에는 아주 작게 일어나며, 신호의 광전력이 P2 이상으로 클 때에는 포화되어 위상변화가 입력 신호 전력에 비례하여 선형적으로 증가하지 않는다.

따라서, 입력 신호에서 광전력이 P1 보다 작은 잡음성분이나 P2보다 큰 잡음 전력은 입출력 전달 곡선에 의거하여 출력단에서는 많은 부분이 억제된다. 통상적 으로 SOA내의 위상변화를 유도하기 위하여 필요한 P1 과 P2 사이의 평균 광전력은 1 mW이하이므로, 낮은 광전력으로도 OCMDA 디코딩된 신호에서 신호 간섭(SI) 잡음의 제거가 가능하다.

도 7은 도6의 구성에 의한 광 간섭부에서 발생되는 위상패턴, 입력.출력 파형도와 입출력 전달 곡선을 보여주는 그래프이다.

도 7은 본 발명에 따른 OCDMA 수신기의 잡음 저감 장치에 있어 하나의 반도체 광 증폭기(SOA)로 이루어진 광 간섭부의 입력 파형(i), 위상변화 패턴(ii),시간 지연부에서의 두 편광 성분의 위상과 시간 지연(iii) 및 출력 파형(iv)이고, 도 7(b)는 광간섭부의 입력.출력 전달곡선도이다.

도 8은 본 발명에 따른 OCDMA 수신기의 잡음 저감 장치에 있어 두개의 반도체 광 증폭기로 구성된 광 간섭부 또 다른 실시예이다.

광 간섭부는 마흐-젠더( Mach Zehnder)구조로 연결된 두개의 SOA(810,820), 커플러(800), 시간지연소자(830), 대역통과필터(840)로 구성된다. 신호 간섭(SI) 잡음이 포함되어 있고 파장이 λ1 인 신호(801)는 커플러(800)를 통하여 두개의 신호로 분리된 후, 한개의 신호는 SOA1(810)의 전면으로 인가되고, 나머지 한개의 신호는 시간 지연 소자(830)에 의해 시간지연 τ를 겪은 후 SOA2(820)의 후면으로 인가된다.

SOA 1(810)에서는 RZ 신호와 CW probe광(802)이 서로 순방향으로 진행하며, SOA2(820)에서는 RZ신호와 CW probe광이 서로 역방향으로 진행한다. 이와 같이 두개의 SOA에서 RZ 신호와 CW probe광을 서로 순방향과 역방향으로 진행하는 구조는 SOA 내에서 발생하는 상호이득변조현상을 보상하여 광간섭부의 동작을 빠르게 할 수 있다.

인가된 RZ 신호는 CW probe 광에 상기한 도 7(a)-iii 과 같은 위상변화를 유발하고 마흐 젠더(Mach Zehnder)간섭계의 출력단에서 서로 상쇠간섭을 일으켜 도 7(a)-iv 와 같은 신호를 생성한다. SOA를 이용한 마흐 젠더(Mach Zehnder) 간섭계 역시 도 7(b)와 같은 입출력 전달특성을 가지고 있으므로, 낮은 광전력으로 OCMDA 디코딩된 신호에서 신호 간섭(SI) 잡음의 제거가 가능하다.

도 9는 도 5의 구성에 의한 타임 게이팅부에서 디코더 출력으로부터 다중 접속자 간섭(MAI)잡음이 제거된 자기 상관 피크 신호를 얻는 과정을 보여주는 흐름도이다. 클록 복구기에서 얻는 정현파 클럭 신호는 RF 증폭기에서 증폭되고, DC블럭부에서 정현파 클럭 신호에 존재하는 DC 성분을 제거하여 EA 변조기나 LiNbO3 변조기에 입력한다(S900). EA 변조기나 LiNbO3 변조는 증폭되고 DC성분이 제거된 입력 받음과 동시에 디코더 출력신호를 입력으로 한다.(S910).

이때 위상변환기를 이용하여 사인파 클럭의 위상 (혹은 시간지연)을 조절하고 DC 바이어스 조절기로 변조기의 바이어스를 제어하면(S920), 디코더 출력신호 중 통과시킬 수 있는 시간영역에서의 신호성분 정할 수 있고, 본 발명에서는 주된 신호 성분(main lobe)만을 통과시키게 설정하였다.

따라서, 클럭복구기로부터 받은 정현파 클럭을 이용하여 디코더 출력 신호중 주된 신호 성분(main lobe)만이 추출되고 주변 잡음 성분( side lobe)에 존재하는 다중 접속자에 의한 간섭(MAI) 잡음이 제거된다(S930). 그리고 디코더 출력중 상당 부분의 광전력을 차지하는 다중 접속자에 의한 간섭(MAI) 잡음 성분이 타임 게이팅부를 통과하지 못하고 주된 신호 성분(main lobe)성분만 통과됨으로써, 반도체 광간섭부에 입력되는 광전력이 입력 OCDMA 채널 수의 증가에 비례하여 증가되는 문제가 해결된다.

도 10은 도 6의 구성에 의한 광 간섭부에서 신호 간섭(SI) 잡음을 저감하는 흐름을 보여주는 흐름도이다.

타임 게이팅부의 출력인 신호 간섭(SI) 잡음이 포함된 자기 상관 피크 신호 (λ1)와 자기 상관 피크 신호와 다른 파장(λ2)인 CW probe신호를 서로 반대방향으로 하여 반도체 광 증폭기에 입사한다(S1010). SOA의 비선형 특성에 의하여 CW probe 신호는 위상변조를 겪게 되고, 위상 변조된 CW probe 광 신호는 써큘레이터를 거쳐 시간 지연 소자에 입력된다.

특정 방향의 편광축을 가지고 있는 시간 지연 소자에 의하여 위상 변조된 CW probe 광 신호는 두 편광성분 신호로 나뉘어 지고 시간 지연 소자가 가지고 있는 고유의 시간 지연 값에 따라 두 편광성분 신호간에는 시간지연이 생긴다(S1020). 파장이 λ1인 입력신호가 인가되지 되지 않도록 한 상태에서 편광조절기를 이용하여 Φfast와 Φslow의 위상 차이가 180 도가 되도록 조절하면 출력에는 아무런 신호가 나오지 않게 된다 (S1030).

두 편광 성분의 위상차가 유지되도록 편광기의 편광축을 고정하고 λ1신호가 입력하면 추가적인 위상차이가 발생하게 되어 편광기 출력에서는 두 시간지연성분이 서로 상쇠간섭을 일으킨다(S1040). 편광기의 출력은 두 편광 성분 신호, Φ fast성분과 Φslow 성분,의 차에 해당하는 값이 편광기에 출력되어, 신호 간섭 (SI) 잡음이 포함된 자기 상관 피크 신호 (λ1)는 시간 지연 소자의 고유의 시간 지연값을 가지고 λ1의 정보를 그대로 가지고 있지만 파장은 λ2로 변환되어 신호 간섭 (SI)잡음이 제거된 신호를 얻는다.(S1060)

도 11은 도 8의 구성에 의한 광 간섭부에서 신호 간섭(SI) 잡음을 저감하는 흐름을 보여주는 흐름도이다.

신호 간섭(SI)잡음이 포함되어 있고 파장이 λ1 인 자기 상관 피크 신호는 커플러를 통하여 제1신호와 제2신호로 분리된다(S1110). 제1신호는 SOA1의 전면으로 인가되고, 제2호는 시간지연 τ를 겪은 후 SOA2의 후면으로 인가된다.

그러므로, SOA 1 에서는 λ1 신호와 CW probe광이 서로 순방향으로 진행하며 (S1120), SOA2에서는 λ1 신호와 CW probe광이 서로 역방향으로 진행한다(S1130). SOA에 인가된 λ1 신호는 CW probe 광에 위상변화를 유발하고 제1신호에 의해 위상 변화된 CW probe 신화와 제2신호에 의해 위상 변화된 CW probe 신호는 마흐 젠더(Mach Zehnder)간섭계의 출력단에서 서로 상쇠간섭을 일으킨다(S1150).

신호 간섭 (SI) 잡음이 포함된 자기 상관 피크 신호 (λ1)는 λ1의 정보를 그대로 가지고 있지만 파장은 λ2로 변환되어 신호 간섭 (SI)잡음이 제거된 신호는 λ1신호와 함께 출력되므로, λ2만을 통과 시키는 대역 통과 필터의 출력에서 신호 간섭(SI)잡음이 제거된 신호를 얻는다(S1160).

복수개의 채널을 동시에 OCDMA 수신기에서 수신한다(S1210). 수신된 채널중 정해진 코드에 맞는 신호는 디코더 출력단에서 비교적 구별이 용이한 자기 상관 피크(auto-correlation peak)성분을 출력하지만, 정해진 코드와 맞지 않는 나머지 채널들은 시간영역에서 넓게 퍼지는 여러 개의 상호 상관(cross-correlation)성분들을 출력하게 된다(S1220).

다중 접속자에 의한 간섭(MAI) 잡음이 포함된 자기 상관 피크 신호로부터 클럭 복구기에서 클럭 신호를 추출한다(S1230). 타임 게이팅부에서 추출된 클럭 신호를 이용하여 자기 상관 피크 신호와 주변 잡음 성분(side lobe)인 다중 접속자에 의한 간섭(MAI)을 분리한다(S1240). 반도체 광 증폭기의 비선형 특성을 광 간섭부에서 자기 상관 피크 신호에 포함된 신호간섭(SI)잡음을 제거한다(S1250). 광 간섭부의 출력신호인 신호 간섭(SI) 잡음이 제거된 자기 상관 피크 신호는 광전 데이터 수신부에서 광신호를 전기 신호로 전환된다(S1260).

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정 되는 것은 아니며, 특허 청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 광 부호분할다중화방식 수신기의잡음 저감 장치와 방법 및 이를 이용한 수신 장치 및 방법에 따르면 반도체 기반의 타임 게이팅부와 반도체 광 증폭기 (SOA)기반의 광간섭부로 구성됨으로써 채널수 증가에 따른 다중 접속자에 의한 간섭 (MAI) 잡음 증가 현상을 제거하여 광간섭부 에 입력되는 광전력 증가를 방지하여 낮은 광전력으로 잔존하는 신호 간섭(SI) 잡음을 제거할 수 있고 결과적으로 수신기의 파워 다이나믹 레인지를 증가시켜 최종적으로는 동시에 접속 가능한 OCDMA 채널의 수를 증가시킬 수 있다.

나아가, 복구된 신호의 펄스폭 변환이 용이하며, 크기가 작고 집적화가 용이한 OCDMA 수신기를 구현할 수 있다.

Claims

다중 접속자에 의한 간섭 잡음이 포함된 OCDMA 디코더 출력으로부터 정현파 형태의 클럭을 추출하는 클럭 복구기;

상기 클럭 복구기에서 추출된 클럭 신호를 이용하여 상기 OCDMA 디코더 출력으로부터 자기상관 피크 신호와 다중 접속자에 의한 간섭 잡음을 분리하는 타임 게이팅부;및

상기 자기 상관 피크 신호에 잔존하는 신호 간섭 잡음을 제거하는 광 간섭부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 OCDMA 수신기의 잡음 저감 장치.
제1항에 있어서, 상기 타임 게이팅부는

상기 추출된 클럭 신호에서 증폭되고 DC성분이 제거된 클럭 신호를 이용하여 상기 OCDMA 수신기의 디코더 출력으로부터 다중 접속자에 의한 간섭 잡음을 제거하고 자기상관 피크 신호를 출력하는 변조기;

상기 변조기에 입력된 클럭 신호 피크값이 상기 자기 상관 피크 신호의 피크값과 같도록 조절하는 시간 지연 조절부;및

상기 변조기의 입력 신호와 출력 신호의 전달 특성을 조절하는 DC 바이어스 조절부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 OCDMA 수신기의 잡음 저감 장치.
제2항에 있어서, 상기 변조기는

LiNbo3 변조기나 전계 흡수 변조기로 구성되는 것을 특징으로 하는 OCDMA 수신기의 잡음 저감 장치.
제1항에 있어서, 상기 광간섭부는

상기 자기 상관 피크 신호와 CW Probe 광 신호를 서로 반대 방향으로 입력받아 위상 변조된 CW Probe 광 신호를 출력하는 반도체 광 증폭기(SOA);

특정 방향의 편광축을 가져 상기 위상 변조된 CW Probe 광 신호를 fast 편광성분과 slow 편광성분으로 분리하고 상기 분리된 편광성분 신호들간에 시간 지연을 주는 시간 지연부;

상기 분리된 편광 성분 신호들간의 시간 지연을 유지하고 특정 방향의 편광축을 가져 상기 분리된 편광 성분 신호들 각각의 특정 성분만 통과시키는 편광기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 OCDMA 수신기의 잡음 저감 장치.
제4항에 있어서, 상기 광 간섭부는

상기 반도체 광 증폭기와 상기 시간 지연부 사이에 위치하고, 상기 자기 상관 피크 신호를 손실 없이 방향 전환하여 상기 반도체 광 증폭기의 후면으로 입력하고, 상기 위상 변조된 CW Probe 광 신호를 상기 시간 지연부에 유도하는 써큘레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 OCDMA 수신기의 잡음 저감 장치.
제1항에 있어서, 상기 광 간섭부는

마흐 젠더 간섭계로 구성된 것을 특징으로 하는 OCDMA 수신기의 잡음 저감 장치.
제1항에 있어서, 상기 광 간섭부는

상기 자기 상관 피크 신호를 제 1 신호와 제 2신호로 분리하는 광 커플러;

상기 제1신호와 CW Probe 광 신호를 서로 같은 방향으로 입력받아 상기 CW Probe 광 신호에 위상 변화를 주는 제1 반도체 광 증폭기;

상기 제 2신호에 특정 길이의 시간 지연을 주는 시간 지연부;

상기 CW Probe 광 신호와 상기 시간 지연된 제 2신호를 서로 반대 방향으로 입력받아 상기 CW Probe 광 신호에 위상 변화를 주는 제2반도체 광 증폭기; 및

상기 제1반도체 광 증폭기에서 위상 변화된 CW Probe 광 신호와 상기 제2반도체 광 증폭기에서 위상 변화된 CW Probe 광 신호의 소멸 간섭으로 얻은 상기 자기 상관 피크 신호에 잔존했던 신호 간섭(SI) 잡음이 제거된 신호를 통과시키는 대역 통과 필터부;를 포함하는 것을 특징으로 OCDMA 수신기의 잡음 저감 장치.
다중 접속자에 의한 간섭 잡음이 포함된 OCDMA 디코더 출력으로부터 정현파 형태의 클럭을 추출하는 클럭 추출 단계;

상기 추출된 클럭 신호를 이용하여 상기 OCDMA 디코더 출력으로부터 자기상관 피크 신호와 다중 접속자에 의한 간섭 잡음을 분리하는 잡음 분리 단계;및

상기 자기 상관 피크 신호에 잔존하는 신호 간섭 잡음을 제거하는 잡음 제거 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 OCDMA 수신기의 잡음 저감 방법.
제8항에 있어서, 상기 잡음 분리 단계는

상기 추출된 클럭 신호에서 증폭되고 DC성분을 제거된 클럭 신호를 이용하여 상기 OCDMA 수신기의 디코더 출력으로부터 다중 접속자에 의한 간섭 잡음을 제거하고 자기상관 피크 신호를 출력하는 단계;

상기 변조기에 입력된 클럭 신호 피크값이 상기 자기 상관 피크 신호의 피크값과 같도록 조절하는 시간 지연 조절 단계;및

상기 변조기의 입력 신호와 출력 신호의 전달 특성을 조절하는 DC 바이어스 조절 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 OCDMA 수신기의 잡음 저감 방법.
제8항에 있어서, 상기 잡음 제거 단계는

상기 자기 상관 피크 신호와 CW Probe광 신호를 서로 반대 방향으로 입력받아 위상 변조된 CW Probe 광 신호를 출력 하는 단계;

특정 방향의 편광축을 가져 상기 위상 변조된 CW Probe 광 신호를 fast 편광성분과 slow 편광 성분으로 분리하고 상기 분리된 편광 성분 신호들간에 시간지연을 주는 단계;

상기 시간 지연된 편광 성분 신호들간의 소멸 간섭으로 상기 자기 상관 피크 신호에 잔존했던 신호 간섭(SI) 잡음이 제거된 신호를 얻는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 OCDMA 수신기의 잡음 저감 방법.
제8항에 있어서, 상기 잡음 제거 단계는

상기 자기 상관 피크 신호를 제 1 신호와 제 2신호로 분리하는 단계;

상기 제1신호와 CW Probe광 신호를 서로 같은 방향으로 입력받아 상기 CW Probe 광 신호에 위상 변화를 주는 단계;

상기 제 2신호에 특정 길이의 시간 지연을 주는 시간 지연단계;

상기 CW Probe 광 신호와 상기 시간 지연된 제 2신호를 서로 반대 방향으로 입력받아 상기 CW Probe 광 신호에 위상 변화를 주는 단계;및

상기 제1신호에서 위상 변화된 CW Probe 광 신호와 상기 시간 지연된 제2신호에서 위상 변화된 CW Probe 광 신호의 소멸 간섭으로 얻은 상기 자기 상관 피크 신호에 잔존했던 신호 간섭 잡음이 제거된 신호를 얻는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 OCDMA 수신기의 잡음 저감 방법.
입력되는 신호를 디코딩하여 출력하는 OCDMA 디코더;

상기 OCDMA 디코더 출력으로부터 추출된 정현파 형태의 클럭 신호를 이용하여 자기상관 피크 신호와 다중접속자에 의한 간섭 잡음을 분리하고 상기 자기 상관 피크 신호에서 잔존하는 신호 간섭 잡음을 제거하는 잡음 저감 장치; 및

상기 추출된 정현파 형태의 클럭 신호를 이용하여 상기 신호 간섭 잡음이 제거된 자기 상관 피크 신호를 전기 신호로 변환하는 광전 데이터 변환부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 OCDMA 수신 장치.
제12항에 있어서, 상기 잡음 저감 장치는

상기 OCDMA 디코더 출력신호인 다중 접속자에 의한 간섭 잡음이 포함된 자기 상관 피크 신호로부터 정현파 형태의 클럭을 추출하는 클럭 복구기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 OCDMA 수신 장치.
제12항에 있어서, 상기 잡음 저감 장치는

상기 추출된 클럭 신호의 피크와 자기상관 피크 신호의 피크가 같도록 시간 지연을 조절하고 변조기의 입력 출력 전달특성을 조절하여 상기 OCDMA 디코더 출력으로부터 자기상관 피크 신호와 다중 접속자에 의한 간섭 잡음을 분리하는 타임 게이팅부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 OCDMA 수신 장치.
제12항에 있어서, 상기 잡음 저감 장치는

상기 자기 상관 피크 신호에 잔존하는 신호 간섭 잡음 제거를 하는 광 간섭부;를 포함하는 것을 특징으로 OCDMA 수신 장치.
입력되는 신호를 디코딩하여 다중접속자에 의한 간섭 잡음이 포함된 자기상관 피크 신호를 출력하는 단계;

상기 다중접속자에 의한 간섭 잡음이 포함된 자기상관 피크 신호로부터 정현파 형태의 클럭을 추출하는 단계;

상기 추출된 클럭 신호를 이용하여 상기 다중접속자에 의한 간섭 잡음이 포함된 자기상관 피크 신호를 자기상관 피크 신호와 다중접속자에 의한 간섭 잡음을 분리하는 단계;

상기 다중접속자에 의한 간섭 잡음이 제거된 자기 상관 피크 신호에 잔존하는 신호 간섭 잡음을 제거하는 단계; 및

상기 추출된 클럭 신호를 이용하여 상기 신호 간섭 잡음이 제거된 자기 상관 피크 신호를 전기 신호로 변환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 OCDMA 수신 방법.