KR100762400B1 - 피드 포워드 방식의 왜곡신호 제거장치 및 광신호 전송장치 - Google Patents

피드 포워드 방식의 왜곡신호 제거장치 및 광신호 전송장치 Download PDF

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Abstract

피드 포워드 방식의 왜곡신호 제거장치 및 광신호 전송장치가 개시된다. 광신호발생소자는 유전체 기판 위에 배치되어 입력신호를 제1광신호로 변조하여 출력한다. 광신호검출소자는 유전체 기판 위에 배치되어 제1광신호를 검출하고, 검출된 제1광신호를 광전변환하여 검출신호를 출력한다. 왜곡신호생성회로는 유전체 기판 위에 배치되는 고주파 모놀리식 집적회로로 제작되며, 외부로부터 공급된 입력신호를 광신호발생소자로 제공하고, 입력신호의 위상을 광신호검출소자에 의해 검출된 검출신호의 위상과 180°의 차이가 나도록 변환하고, 입력신호의 크기를 검출신호의 크기에 대응하여 변환하며, 위상 및 크기가 변환된 입력신호와 검출신호를 결합하여 검출신호에 포함된 왜곡신호를 출력한다. 제2광신호발생소자는 유전체 기판 위에 배치되어 왜곡신호를 제2광신호로 변조하여 출력한다. 광결합소자는 유전체 기판 위에 배치되어 제1광신호와 제2광신호를 결합하여 출력한다. 본 발명에 따르면, 피드포워드 보상기법을 이용하여 광송신기의 잡음성분과 비선형 왜곡성분들을 제거하고, 광송신 모듈 및 광 집적회로와 고주파 단일 집적회로로 제작된 RF 부품을 사용하여 광송수신기의 크기를 크게 줄일 수 있다.
광송신기, 레이저 다이오드, 피드포워드, 왜곡, 고주파 모놀리식 집적회로

Description

피드 포워드 방식의 왜곡신호 제거장치 및 광신호 전송장치{Feed forward type device for removing distorted signals and device for transmitting optical signals using the same}
도 1은 일반적인 광송수신 시스템의 구성을 도시한 도면,
도 2는 일반적인 광송수신 시스템에서의 프리 디스토션 방식의 왜곡신호 제거장치의 구성을 도시한 도면,
도 3은 일반적인 광송수신 시스템에서의 피드 포워드(Feedforward) 아날로그 광 송신기의 구조를 도시한 도면,
도 4 및 도 5는 각각 본 발명에 따른 피드 포워드 방식의 왜곡신호 제거장치에 대한 바람직한 일 실시예의 상세한 구성을 도시한 블록도 및 구조도, 그리고,
도 6a 및 도 6b는 각각 주발광소자와 광신호검출소자가 집적된 티오캔 패키지의 평면도와 측면도이다.
본 발명은 피드 포워드 방식의 왜곡신호 제거장치 및 이를 구비한 광신호 전송장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 광송신 시스템에서 피드 포워드 방식에 의해 잡음성분과 상호변조 왜곡성분들을 제거하는 장치 및 이를 구비한 광신호 전송장치에 관한 것이다.
정보화 시대가 도래함에 따라 음성, 영상, 문자를 동시에 포함하는 대용량의 멀티미디어형 데이터를 주고받는 형태로 발전하고 있다. 광통신기술은 광섬유가 갖는 초고속. 대용량의 신호전송능력을 이용하는 것으로서 현재 기간통신망 및 사업용 사업자가 인구 밀집률이 높은 지역을 중심으로 서비스 커버리지가 적은 피코 셀(Pico cell)이나 마이크로 셀(Micro cell)을 이용하여 멀티미티어형 서비스를 개발하고 있다. 광송신 및 광수신 모듈은 각각 레이저 다이오드 및 포토 다이오드를 전광 및 광전 변환소자로하는 전광 및 광전 변환장치로 광송신기의 보급을 위해서는 소형이며 저가인 것이 요구된다.
무선이동통신 시스템에서 사용하는 일반적인 광 전송시스템은 다수의 RF신호를 광원에 동시에 직접 변복조하는 아날로그 부반송파 다중 송신(Analog subcarrier multiplexing)방식이다. 이러한 방식을 채용하는 광전송 시스템의 주요한 단점은 아날로그 신호가 광송수신기와 광선로망을 통한 신호의 전송시 시스템이 가진 비선형성에 의해 왜곡된다는 점에 있다. 이러한 비선형 왜곡 성분들은 상호변조 왜곡(IMD)으로서 표현된다. 광 송신기 내부에 사용된 반도체 레이저 다이오드의 변조시 혹은 광 출력 신호가 장거리 전송시 광선로 내부의 전파 특성들에 의해 fi+fj와 fi+fj±fk와 같은 형태의 새로운 주파수를 갖는 비선형 성분이 발생한다. 그리고 이러한 비선형으로 인한 주파수 성분들은 아날로그 신호를 왜곡하고, 전송 대 역폭 안에 놓여 시스템의 성능을 열화시킨다. 특히, 광송신기의 광원에 의해 광전송 시스템의 상호변조(Intermodulation) 및 동적 영역(Dynamic range)이 많은 제한을 받는다. 따라서 이동통신 사용자의 급격한 증가로 인해 많은 이동 기지국을 요하는 마이크로/피코 셀 기술에 있어서 아날로그 광 송수신 링크의 비선형성 문제를 해결하기 위한 기술적 돌파구가 필요하다.
광통신이란 빛을 매체로 광섬유를 통하여 정보를 송수신하는 것이다. 도 1에 도시된 바와 같은 광통신 시스템은 크게 송신부(110), 전송부(120) 및 수신부(130)로 구성된다. 송신부(110)는 전기적신호를 광신호로 변환시켜주는 전광변환소자(즉 광원)이며, 레이저 다이오드, 발광 다이오드 또는 레이저 다이오드와 외부변조기를 결합한 장치가 채용된다. 전송부(120)는 광섬유와 같은 광전달수단이다. 수신부(130)는 광신호를 전기적신호로 변환시켜주는 광전변환소자(즉, 광검출기(Photo detector))이며, PN 포토다이오드, PIN 포토다이오드, 애버랜치(avalanche) 포토다이오드, 포토트랜지스터 등이 채용된다.
이와 같은 종래의 광통신 장치는 비선형 왜곡성분이 포함된 신호가 광섬유(120)를 통해 송신부(110)의 발광소자로부터 그대로 수신부(130)의 광검출소자로 전달되기 때문에 정보의 정확성을 요구하는 대부분의 광통신 네트워크에는 적합하지 않다. 이를 해결하기 위해 사용하고자 하는 성능보다 더 좋은 성능의 레이저 다이오드를 사용하는 백오프(Back-off) 방식이나 주신호에 포함된 왜곡신호와 크기는 같고 위상이 반대인 신호를 생성하여 왜곡신호를 제거하는 프리디스토션(Predistortion) 방식이 제안된 바 있다. 도 2 및 도 3에는 각각 기존의 프리디 스토션 방식 및 일반적인 피드 포워드 방식의 왜곡신호 제거장치의 구성이 도시되어 있다. 하지만 백오프 방식은 가격에 비해 성능향상이 높지 않고, 고효율의 레이저다이오드의 제작에도 한계가 있다. 또한 프리디스토션 방식은 개선도가 7~10 dB로 선형화 정도에 한계가 있다. 또한 기존의 피드 포워드 방식은 소요되는 소자의 수가 많아져 장치의 크기가 대형화되는 문제가 있고, 서로 다른 경로를 따라 전달되는 신호지연시간의 차이를 상쇄시키기 위한 지연선로로 동축케이블을 사용하고 있어 신호지연시간의 조절이 곤란한 문제가 있다. 또한 일반적인 피드포워드 기법은 레이저 다이오드의 선형화 개선정도가 크고 넓은 동적영역을 가지고 있다고 널리 알려져 있으나, 제작의 어려움과 시스템의 복잡성 때문에 실제 시스템에 적용하기에는 한계가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 저가이고 초소형이면서 잡음성분과 비선형 왜곡신호를 효과적으로 제거시킬 수 있는 피드 포워드 방식의 왜곡신호 제거장치 및 광신호 전송장치를 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 피드 포워드 방식의 왜곡신호 제거장치는, 유전체 기판 위에 배치되어 입력신호를 제1광신호로 변조하여 출력하는 제1광신호발생소자; 상기 유전체 기판 위에 배치되어 상기 제1광신호를 검출하고, 상기 검출된 제1광신호를 광전변환하여 검출신호를 출력하는 광신호검출소자; 상기 유전체 기판 위에 배치되는 고주파 모놀리식 집적회로로 제작되며, 외부로부터 공급된 상기 입력신호를 상기 광신호발생소자로 제공하고, 상기 입력신호의 위상을 상기 광신호검출소자에 의해 검출된 검출신호의 위상과 180°의 차이가 나도록 변환하고, 상기 입력신호의 크기를 상기 검출신호의 크기에 대응하여 변환하며, 상기 위상 및 크기가 변환된 입력신호와 상기 검출신호를 결합하여 상기 검출신호에 포함된 왜곡신호를 출력하는 왜곡신호생성회로; 상기 유전체 기판 위에 배치되어 상기 왜곡신호를 제2광신호로 변조하여 출력하는 제2광신호발생소자; 및 상기 유전체 기판 위에 배치되어 상기 제1광신호와 상기 제2광신호를 결합하여 출력하는 광결합소자;를 구비한다.
상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 광신호 전송장치는, 유전체 기판 위에 배치되어 입력신호를 제1광신호로 변조하여 출력하는 제1광신호발생소자; 상기 유전체 기판 위에 배치되어 상기 제1광신호를 검출하고, 상기 검출된 제1광신호를 광전변환하여 검출신호를 출력하는 광신호검출소자; 상기 유전체 기판 위에 배치되는 고주파 모놀리식 집적회로로 제작되며, 외부로부터 공급된 상기 입력신호를 상기 광신호발생소자로 제공하고, 상기 입력신호의 위상을 상기 광신호검출소자에 의해 검출된 검출신호의 위상과 180°의 차이가 나도록 변환하고, 상기 입력신호의 크기를 상기 검출신호의 크기에 대응하여 변환하며, 상기 위상 및 크기가 변환된 입력신호와 상기 검출신호를 결합하여 상기 검출신호에 포함된 왜곡신호를 출력하는 왜곡신호생성회로; 상기 유전체 기판 위에 배치되어 상기 왜곡신호를 제2광신호로 변조하여 출력하는 제2광신호발생소자; 및 상기 유전체 기판 위에 배치되어 상기 제1광신호와 상기 제2광신호를 결합하여 출력하는 광결합소 자;를 구비한다.
이에 의해 잡음성분과 비선형 왜곡신호를 효과적으로 제거시킬 수 있고 초소형이면서 저가의 피드 포워드 방식의 왜곡신호 제거장치 및 광신호 전송장치를 제공할 수 있다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 피드 포워드 방식의 왜곡신호 제거장치 및 광신호 전송장치에 대한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 4 및 도 5는 각각 본 발명에 따른 피드 포워드 방식의 왜곡신호 제거장치에 대한 바람직한 일 실시예의 상세한 구성을 도시한 블록도 및 구조도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 피드 포워드 방식의 왜곡신호 제거장치(400)는 광부품부(410), 왜곡신호생성부(420) 및 광학부(450)를 포함한다. 이러한 광부품부(410), 왜곡신호생성부(420) 및 광학부(450)는 단일의 유전체 기판 상에 배치되거나, 각각 독립적인 모듈로 제작되어 하나의 기판 상에 장착될 수 있다.
광부품부(410)는 주발광소자(412), 광신호검출소자(414) 및 보조발광소자(416)로 구성된다. 주발광소자(412)는 유전체 기판 위에 배치되어 입력신호를 제1광신호로 변조하여 출력한다. 주발광소자(412)로는 레이저 다이오드가 사용된다. 이러한 제1광신호에는 입력신호에 대응하는 주광신호와 함께 주발광소자(412)에 의한 전기신호의 광신호로의 변조시 발생한 새로운 주파수 성분들로 이루어진 왜곡신호가 포함되어 있다. 광신호검출소자(414)는 유전체 기판 위에 배치되어 제1광신호 를 검출하고, 검출된 제1광신호를 광전변환하여 검출신호를 출력한다. 광신호검출소자(414)로는 PN 포토 다이오드, PIN 포토 다이오드, 에버랜치(Avalanche) 포토 다이오드, 포토 트랜지스터 등이 채용된다. 보조발광소자(416)는 유전체 기판 위에 배치되어 왜곡신호생성부(420)로부터 입력된 왜곡신호를 제2광신호로 변조하여 출력한다. 보조발광소자(416)로는 레이저 다이오드가 사용되며, 주발광소자(412)와 동일한 소자를 사용하거나 동일한 파장의 광을 방출하는 소자가 사용된다. 보조발광소자(416)로 사용되는 레이저 다이오드는 서브-마운트 기판 위에 다이본딩되며 구동시 발생하는 열은 열전도가 뛰어난 세라믹 기판으로 방출된다.
한편 주발광소자(412)와 광신호검출소자(414)는 티오캔 형태의 패키지 안에 집적될 수 있다. 도 6a 및 도 6b에는 각각 주발광소자(412)와 광신호검출소자(414)가 집적된 티오캔 패키지의 평면도와 측면도가 도시되어 있다. 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 스템(610) 위에 놓인 서브-마운트(620)는 열전도도가 우수한 세라믹 기판을 사용하여 원활한 열방출을 통해 레이저 다이오드(630)가 안정된 동작 상태로 구동이 가능하게 한다. 서브-마운트(620)에 다이 본딩된 레이저 다이오드(630)의 후면에 실장된 고속 동작용 포토 다이오드(650)는 레이저 다이오드(630)의 후면 방출광을 검출한다.
왜곡신호생성부(420)는 외부로부터 공급된 입력신호를 주발광소자(412)로 제공하고, 입력신호의 위상을 광신호검출소자(414)에 의해 검출된 검출신호의 위상과 180°의 차이가 나도록 변환하고, 위상변환된 입력신호와 검출신호를 결합하여 검출신호에 포함된 왜곡신호를 출력한다. 이러한 왜곡신호생성부(420)는 각각의 RF 부품이 고주파 단일 집적회로(Microwave Monolithic Integrated Circuit : MMIC)의 형태로 제작된다. 왜곡신호생성부(420)는 신호분기소자(422), 제1신호조정부(424), 제1증폭소자(426), 신호결합소자(428), 제2신호조정부(440) 및 제2증폭소자(442)로 구성된다.
신호분기소자(422)는 입력신호를 분기하여 주발광소자(412)와 제1신호조정부(424)로 제공한다. 신호분기소자(422)는 전기적 신호를 분기하거나 결합하는 수동소자인 분배기가 사용되며, 본 발명에 따른 피드 포워드 방식의 왜곡신호 제거장치(400)에서는 원하는 주파수 대역에서 동작하는 전력 분배기를 고주파 단일 집적회로의 형태로 제작한다. 제1신호조정부(424)는 신호분기소자(422)와 전송선로를 통해 전기적으로 결합되며, 신호분기소자(422)에 의해 분기된 입력신호의 위상 및 크기를 변환하여 출력한다. 이때 제1신호조정부(424)는 신호분기소자(422), 주발광소자(412), 광신호검출소자(414), 제1증폭소자(426) 및 신호결합소자(428)로 이루어진 제1신호전달경로와 신호분기소자(422), 제1신호조정부(424) 및 신호결합소자(428)로 이루어진 제2신호전달경로에 의한 시간지연을 일치시키는 역할을 수행한다.
이와 같이 상이한 신호전달경로에 의한 시간지연의 차이를 상쇄시키기 위해 본 발명에 따른 피드 포워드 방식의 왜곡신호 제거장치(400)는 신호분기소자(422)와 제1신호조정부(424) 사이를 전기적으로 연결하는 전송선로의 길이에 의해 제1신호전달경로에 사용되는 각각의 부품들의 시간지연 특성에 의해 결정되는 시간지연을 상쇄시킨다. 이때 전송선로의 길이는 제1증폭소자(426)를 통과한 신호와 제1신 호조정부(424)를 통과한 신호의 위상과 크기의 차이가 제1신호조정부(424)의 동작범위 내에 들도록 조절된다. 이와 같이 제1신호조정부(424)의 동작범위를 광송신 모듈의 규격과 RF 소자의 특성에 맞춰 설계 및 제작함으로써 신호의 위상과 크기를 전기적으로 조절할 수 있다. 제1신호조정부(424)의 시간지연을 위한 소자로는 전기적 전송라인, 케이블 타입의 시간지연라인, 필터타입의 시간지연소자 등이 사용되며, 위상천이를 위한 소자로는 기계적 위상천이기, 전기적 위상천이기 등이 사용된다.
또한, 제1신호조정부(424)는 상이한 신호전달경로에 의해 전달된 두 신호(즉, 신호분기소자(422)의 출력신호와 제1증폭소자(426)의 출력신호)의 세기를 맞추기 위해 신호분기소자(422)로부터 입력되는 신호의 크기를 감쇄시킨다. 이때, 제1신호조정부(424)에 의한 신호분기소자(422)로부터 입력되는 신호의 감쇄량은 신호분기소자(422)의 출력신호의 세기에 대한 제1증폭소자(426)의 출력신호의 세기의 비로부터 결정된다. 나아가 신호분기소자(422)의 출력신호의 세기에 대한 제1증폭소자(426)의 출력신호의 세기의 비는 주발광소자(412)와 광신호검출소자(414)의 신호감쇄와 관련된 동작특성, 제1증폭소자(426)의 증폭비 등에 의해 실험적으로 결정된다. 감쇄를 위한 소자로는 기계식 감쇄기, 전기적 감쇄기 등이 사용될 수 있다.
제1증폭소자(426)는 광신호검출소자(414)와 전송선로를 통해 전기적으로 결합되며, 광신호검출소자(414)로부터 입력된 검출신호를 반전증폭하여 신호결합소자(428)로 출력한다. 신호결합소자(428)는 제1신호조정부(424) 및 제1증폭소자(426)와 전송선로를 통해 전기적으로 결합되며, 제1신호조정부(424)로부터 입력 된 신호와 제1증폭소자(426)로부터 입력된 신호를 결합하여 왜곡신호를 출력한다. 제2신호조정부(440)는 신호결합소자(428)와 전송선로를 통해 전기적으로 결합되며, 신호결합소자(428)의 출력신호의 위상을 제1광신호발생소자(412)의 출력신호의 위상과 180°의 차이가 나도록 변환한다. 또한 제2신호조정부(440)는 제2신호결합소자(428)의 출력신호의 크기가 제1광신호발생소자(412)의 출력신호의 크기와 일치하도록 감쇄시켜 출력한다. 이때 입력단은 보조발광소자(416)와 광결합되고 출력단은 광결합소자(452)와 광결합되는 제2광도파로(456) 및 제2신호조정부(440)와 보조발광소자(416)를 전기적으로 결합시키는 전송선로 각각의 길이는 입력단은 주발광소자(412)와 광결합되고 출력단은 광결합소자(452)와 광결합되는 제1광도파로(454)에 의한 신호지연시간과 제2광도파로 및 제5전송선로에 의한 신호지연시간의 차이에 해당하는 위상차가 제2신호조정부(440)의 위상변환범위에 속하도록 결정된다. 제2증폭소자(442)는 보조발광소자(416)와 전송선로를 통해 전기적으로 결합되며, 제2신호조정부(440)로부터 입력된 신호를 증폭하여 출력한다.
한편 일반적으로 광전송로로 사용되는 광섬유가 가진 분산 특성 때문에 광신호는 파장에 따라 진행속도가 달라지고, 이런 현상은 주 신호와 왜곡신호의 위상차를 변화시킨다. 또한 파장에 따른 감쇄량의 변화는 주 신호와 왜곡신호의 크기차를 변화시킨다. 제2신호조정부(440)는 이와 같은 광섬유가 가진 분산 특성에 의한 신호의 위상변화 및 크기변화를 보상하기 위해 제1광도파로(454) 및 제2광도파로(456)의 길이, 분산계수값, 감쇄상수값, 그리고, 주발광소자(412)와 보조발광소자(416)로부터 출력되는 광의 파장차이를 고려하여 신호결합소자(428)로부터 입력 되는 신호의 크기와 위상을 조정한다.
광학부(450)는 광결합소자(452)와 복수의 광도파로(454, 456)로 구성된다. 광학부(450)는 주발광소자(412)와 광학적으로 연결되어 있으며, 주발광소자(412)로부터 입력된 왜곡성분이 포함된 제1광신호와 보조발광소자(416)로부터 입력된 제1광신호와 상호왜곡성분의 크기는 같고, 위상이 180도 차이나는 제2광신호를 상쇄시키는 역할을 한다. 제1광섬유(454)의 일단은 주발광소자(412)와 광결합되고 타단은 광결합소자(452)와 광결합되어 주발광소자(412)의 출력신호를 광결합소자(452)로 전달한다. 또한 제2광도파로(456)의 일단은 보조발광소자(416)와 광결합되고 타단은 광결합소자(452)와 광결합되어 보조발광소자(412)의 출력신호를 광결합소자(452)로 전달한다. 광결합소자(452)는 유전체 기판 위에 배치되어 제1광도파로(454)를 통해 광학적으로 결합되어 있는 주발광소자(412)의 출력신호와 제2광도파로(546)를 통해 광학적으로 결합되어 있는 보조발광소자(416)의 출력신호를 결합하여 왜곡신호가 제거된 광신호를 출력한다. 이때 제1광도파로(454) 및 제2광도파로(456)는 광부품부(410) 및 왜곡신호생성부(420)가 실장된 유전체 기판 상에 형성된 복수의 V-홈에 본딩되어 배치된다.
보조발광소자(416)로 사용되는 발광소자의 특성에 따라 본 발명에 따른 피드 포워드 방식의 왜곡신호 제거장치의 왜곡제거 특성은 조금씩 달라질 수 있다. 광결합소자(452)는 제1광도파로(454)를 통해 전송된 제1광신호와 보조발광소자(416)에 의해 전광변환된 왜곡신호인 제2광신호를 결합하는 역할을 한다. 이때 주발광소자(412)와 보조발광소자(416)로부터 출력되는 각각의 광신호는 동일한 파장을 가지 기 힘들기 때문에 광 특성상 광결합소자(452)에서 완벽하게 상쇄되지 않는다. 또한 광전송로는 광결합소자(452)와 광학적으로 연결되어 있으며, 광결합소자(452)에서 결합된 광신호를 원하는 곳까지 전송하는 역할을 한다. 광수신기는 광신호의 전송수단으로 사용되는 광결합소자(452)인 광커플러와 광학적으로 연결되어 있으며, 광섬유를 통해 전송된 광신호를 전기 신호로 변환한다.
상술한 바와 같은 광학부(450)를 구성하는 광결합소자(452)는 광인쇄회로기판(Optical Printed Circuit Board : OPCB) 위에 배치되며, 광인쇄회로기판에는 입력단은 주발광소자(412)와 광결합되고 출력단은 광결합소자(450)와 광결합되는 제1광도파로 및 입력단은 보조발광소자(416)와 광결합되고 출력단은 광결합소자(450)와 광결합되는 제2광도파로가 형성된다. 이와 달리, 광학부(450)를 구성하는 광결합소자(452)는 실리콘 기판 상에 형성될 수 있다. 이때 실리콘 기판에는 입력단은 주발광소자(412)와 광결합되고 출력단은 광결합소자(450)와 광결합되는 제1광도파로 및 입력단은 보조발광소자(416)와 광결합되고 출력단은 광결합소자(450)와 광결합되는 제2광도파로가 형성된다. 이러한 광인쇄회로기판 또는 실리콘 기판 상에는 광부품부(410), 왜곡신호생성부(420) 등이 장착될 수 있다. 이때 광인쇄회로기판 또는 실리콘 기판 상에 장착되는 주발광소자(412) 및 보조발광소자(416)는 각각의 발광소자(412, 416)로부터 출력되는 광이 각각의 대응되는 광도파로로 입력되도록 배치된다. 또한 광인쇄회로기판 또는 실리콘 기판에는 MMIC 칩으로 제작된 왜곡신호생성부(420)의 각 핀을 주발광소자(412), 광검출소자(414) 및 보조발광소자(416), 그리고, 전원공급장치 등의 다른 구성요소들과 전기적으로 결합시키기 위 한 선로가 형성된다. 나아가 MMIC 칩으로 제작된 왜곡신호생성부(420)는 광부품부(410)와 광학부(450)가 배치된 광인쇄회로기판 또는 실리콘 기판과는 별도의 반도체 기판 상에 장착되는 독립적인 모듈로 제작될 수 있다. 이때 왜곡신호생성부(420)가 장착된 반도체 기판은 광부품부(410)와 광학부(450)가 배치된 광인쇄회로기판 또는 실리콘 기판 상에 배치되거나 광부품부(410)와 광학부(450)가 배치된 광인쇄회로기판 또는 실리콘 기판과 결합된다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 피드 포워드 방식의 왜곡신호 제거장치는 신호전달경로의 측면에서 에러루프와 상쇄루프로 구성되는데 새롭게 제안된 광송신 모듈을 사용하여 에러루프에서의 광전송지연이 거의 없어 전기적 지연선로의 길이를 최소화할 수 있게 된다. 여기에서 왜곡루프는 제1신호전달경로를 통해 전달되는 주발광소자(412)로부터 방출된 왜곡신호를 포함한 제1광신호와 제2신호전달경로를 통해 전달되는 신호결합소자(422)에서 분기된 왜곡신호를 포함하지 않은 신호와의 결합으로 왜곡신호만을 생성하는 루프이다. 또한 상쇄루프는 주발광소자(412)로부터 방출된 왜곡신호를 포함한 제1광신호와 보조발광소자(416)로부터 방출된 왜곡신호를 결합하여 제1광신호로부터 왜곡성분을 제거하는 루프이다.
한편 본 발명에 따른 광신호 전송장치는 상술한 바와 같은 구조를 갖는 피드 포워드 방식의 왜곡신호 제거장치를 구비한다. 본 발명에 따른 광신호 전송장치는 에러루프(Error loop)와 상쇄루프(Cancellation loop)의 광부품부를 새로운 패키지 형태인 광송신 모듈과 집적형 광 지연모듈을 사용하고 RF 부품부를 고주파 단일 집적회로로 집적화함으로써 장치의 크기를 소형화 및 저가격화를 달성할 수 있다. 또 한 상쇄루프(Cancellation loop)에서 광 지연선로를 RF 부품의 동작 범위에 맞춰 Optical printed circuit board(OPCB), Planar lightwave circuit(PLC) 등으로 구현하여 재현성을 높일 수 있다. 나아가 새로운 광송신 모듈과 집적형 광 지연모듈을 적용해 불필요한 광부품을 줄일 수 있으며, 광신호 전송장치에 사용되는 RF 부품을 고주파 모놀리식 집적회로로 제작함으로써 광신호 전송장치의 저가격화를 실현할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
본 발명에 따른 피드 포워드 방식의 왜곡신호 제거장치 및 광신호 전송장치에 의하면, 광부품 및 RF 부품들을 각각 광집적회로와 고주파 모놀리식 집적회로의 형태로 구현함으로써 광신호 전송장치를 낮은 생산비용에 의해 초소형으로 제조할 수 있다. 특히, 기존의 광 송신기에 적용된 피드 포워드 방식의 왜곡신호 제거장치의 문제점으로 지적되고 있는 신호의 시간지연, 위상 그리고 신호 크기등에 나타나는 오차문제를 새롭게 제안된 광송신 모듈과 고주파 모놀리식 집적회로를 사용함으로써 RF 부품의 회로 컨트롤 영역을 줄여 미세조정의 어려움을 해결할 수 있는 초소형 피드포워드 광송신기 제작이 가능하다는 이점이 있다. 또한, 비선형 왜곡성분 의 개선정도가 크기 때문에 저출력, 저효율의 발광부를 고출력, 고효율의 발광부가 필요한 광 송수신 시스템에서 사용할 수 있다.

Claims (21)

  1. 외부로부터 공급된 입력신호를 제1광신호로 변조하여 출력하는 제1광신호발생소자;
    상기 제1광신호를 검출하고, 상기 검출된 제1광신호를 광전변환하여 검출신호를 출력하는 광신호검출소자;
    상기 입력신호를 상기 제1광신호발생소자로 제공하고, 상기 입력신호의 위상을 상기 검출신호의 위상과 180°의 차이가 나도록 변환하고, 상기 입력신호의 크기를 상기 검출신호의 크기에 대응하여 변환하며, 상기 위상 및 크기가 변환된 입력신호와 상기 검출신호를 결합하여 상기 검출신호에 포함된 왜곡신호를 출력하는 왜곡신호생성회로;
    상기 왜곡신호를 제2광신호로 변조하여 출력하는 제2광신호발생소자; 및
    상기 제1광신호와 상기 제2광신호를 결합하여 출력하는 광결합소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 피드 포워드 방식의 왜곡신호 제거장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1광신호발생소자는, 입력단과 출력단이 각각 상기 제1광신호발생소자와 상기 광결합소자에 광결합되는 광도파로의 입력단과 상기 광신호검출소자 사이에 배치되며, 상기 광도파로의 입력단과 상기 광신호검출소자로 상기 제1광신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 피드 포워드 방식의 왜곡신호 제거장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제1광신호발생소자와 상기 광신호검출소자는 티오캔(TO-can) 내에 실장되는 것을 특징으로 하는 피드 포워드 방식의 왜곡신호 제거장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제1광신호발생소자는 서브 마운트 기판 위에 다이본딩된 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 피드 포워드 방식의 왜곡신호 제거장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 왜곡신호생성회로는,
    상기 입력신호를 분기하는 신호분기소자;
    상기 광신호검출소자로부터 입력된 검출신호를 증폭하여 출력하는 제1증폭소자;
    상기 분기된 입력신호의 위상을 상기 광신호검출소자에 의해 검출된 검출신호의 위상과 180°의 차이가 나도록 변환하고, 상기 분기된 입력신호의 크기를 상기 제1증폭소자의 출력신호의 크기로 변환하여 출력하는 제1신호조정부; 및
    상기 제1신호조정부의 출력신호와 상기 제1증폭소자의 출력신호를 결합하여 상기 왜곡신호를 출력하는 신호결합소자;를 포함하며,
    상기 신호분기소자와 상기 제1신호조정부를 전기적으로 결합시키는 제1전송선로의 길이는 상기 제1광신호발생소자, 상기 광신호검출소자 및 상기 제1증폭소자의 시간지연특성에 의해 발생하는 상기 제1증폭소자의 출력신호와 상기 제1신호조정부의 출력신호의 시간지연의 차이에 해당하는 위상차가 상기 제1신호조정부의 위상변환범위에 속하도록 결정되는 것을 특징으로 하는 피드 포워드 방식의 왜곡신호 제거장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 왜곡신호생성회로는 상기 신호결합소자의 출력신호의 위상을 상기 제1광신호발생소자의 출력신호의 위상과 180°의 차이가 나도록 변환하고, 상기 신호결합소자의 출력신호의 크기를 상기 제1광신호발생소자의 입력신호의 크기에 대응하여 변환하여 출력하는 제2신호조정부를 더 포함하며,
    입력단과 출력단이 각각 상기 제1광신호발생소자 및 상기 광결합소자와 광결합되는 제1광도파로, 유전체 기판 위에 형성되며 입력단과 출력단이 각각 상기 제2광신호결합소자 및 상기 광결합소자와 광결합되는 제2광도파로 및 상기 제2신호조정부와 상기 제2광신호발생소자를 전기적으로 결합시키는 제2전송선로의 각각의 길이는 상기 제1광도파로에 의한 신호지연시간과 상기 제2광도파로와 상기 제2전송선로에 의한 신호지연시간의 차이에 해당하는 위상차가 상기 제2신호조정부의 위상변환범위에 속하도록 결정되는 것을 특징으로 하는 피드 포워드 방식의 왜곡신호 제거장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 왜곡신호생성회로는 상기 제2신호조정부로부터 출력되는 신호를 증폭하여 상기 신호결합소자로 출력하는 제2증폭소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피드 포워드 방식의 왜곡신호 제거장치.
  8. 제 1항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 광결합소자는 광인쇄회로기판 위에 배치되며, 상기 광인쇄회로기판에는 입력단은 상기 제1광신호발생소자와 광결합되고 출력단은 상기 광결합소자와 광결합되는 제1광도파로 및 입력단은 상기 제2광신호발생소자와 광결합되고 출력단은 상기 광결합소자와 광결합되는 제2광도파로가 형성되는 것을 특징으로 하는 피드 포워드 방식의 왜곡신호 제거장치.
  9. 제 1항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 광결합소자는 실리콘 기판 상에 형성되며, 상기 실리콘 기판에는 입력단은 상기 제1광신호발생소자와 광결합되고 출력단은 상기 광결합소자와 광결합되는 제1광도파로 및 입력단은 상기 제2광신호발생소자와 광결합되고 출력단은 상기 광결합소자와 광결합되는 제2광도파로가 형성되는 것을 특징으로 하는 피드 포워드 방식의 왜곡신호 제거장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 왜곡신호생성회로는 상기 제1광신호발생소자, 상기 제2광신호발생소자 및 상기 광신호검출소자와 전기적인 접속을 제공하는 신호라인이 인쇄된 반도체 기판 상에 장착되며, 상기 실리콘 기판과 상기 반도체 기판은 다이본딩되는 것을 특징으로 하는 피드 포워드 방식의 왜곡신호 제거장치.
  11. 제 1항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 제1광신호발생소자, 상기 제2광신호발생소자 및 상기 광신호검출소자는 유전체 기판에 배치되고, 상기 유전체 기판에 형성된 복수의 V-홈 각각에는 입력단은 상기 제1광신호발생소자와 광결합되고 출력단은 상기 광결합소자와 광결합되는 제1광섬유 및 입력단은 상기 제2광신호발생소자와 광결합되고 출력단은 상기 광결합소자와 광결합되는 제2광섬유가 본딩되어 배치되는 것을 특징으로 하는 피드 포워드 방식의 왜곡신호 제거장치.
  12. 제 1항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 제1광신호발생소자, 상기 제2광신호발생소자 및 상기 광신호검출소자는 유전체 기판에 배치되고, 상기 왜곡신호생성회로는 상기 제1광신호발생소자, 상기 제2광신호발생소자 및 상기 광신호검출소자와 전기적인 접속을 제공하는 신호라인이 인쇄된 반도체 기판 상에 장착되며, 상기 유전체 기판과 상기 반도체 기판은 다이본딩되는 것을 특징으로 하는 피드 포워드 방식의 왜곡신호 제거장치.
  13. 제 1항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 왜곡신호 생성회로는 고주파 모놀리식 집적회로로 제작되는 것을 특징으로 하는 피드 포워드 방식의 왜곡신호 제거장치.
  14. 입력신호를 제1광신호로 변조하여 출력하는 제1광신호발생소자;
    상기 제1광신호를 검출하고, 상기 검출된 제1광신호를 광전변환하여 검출신호를 출력하는 광신호검출소자;
    외부로부터 공급된 상기 입력신호를 상기 제1광신호발생소자로 제공하고, 상기 입력신호의 위상을 상기 광신호검출소자에 의해 검출된 검출신호의 위상과 180°의 차이가 나도록 변환하고, 상기 입력신호의 크기를 상기 검출신호의 크기에 대응하여 변환하며, 상기 위상 및 크기가 변환된 입력신호와 상기 검출신호를 결합하여 상기 검출신호에 포함된 왜곡신호를 출력하는 왜곡신호생성회로;
    상기 왜곡신호를 제2광신호로 변조하여 출력하는 제2광신호발생소자; 및
    상기 제1광신호와 상기 제2광신호를 결합하여 출력하는 광결합소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 전송장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 왜곡신호생성회로는,
    상기 입력신호를 분기하는 신호분기소자;
    상기 광신호검출소자로부터 입력된 검출신호를 증폭하여 출력하는 제1증폭소자;
    상기 분기된 입력신호의 위상을 상기 광신호검출소자에 의해 검출된 검출신호의 위상과 180°의 차이가 나도록 변환하고, 상기 분기된 입력신호의 크기를 상기 제1증폭소자의 출력신호의 크기로 변환하여 출력하는 제1신호조정부; 및
    상기 제1신호조정부의 출력신호와 상기 제1증폭소자의 출력신호를 결합하여 상기 왜곡신호를 출력하는 신호결합소자;를 포함하며,
    상기 신호분기소자와 상기 제1신호조정부를 전기적으로 결합시키는 제1전송선로의 길이는 상기 제1광신호발생소자, 상기 광신호검출소자 및 상기 제1증폭소자의 시간지연특성에 의해 발생하는 상기 제1증폭소자의 출력신호와 상기 제1신호조정부의 출력신호의 시간지연의 차이에 해당하는 위상차가 상기 제1신호조정부의 위상변환범위에 속하도록 결정되는 것을 특징으로 하는 광신호 전송장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 왜곡신호생성회로는 상기 신호결합소자의 출력신호의 위상을 상기 제1광신호발생소자의 출력신호의 위상과 180°의 차이가 나도록 변환하고, 상기 신호결합소자의 출력신호의 크기를 상기 제1광신호발생소자의 입력신호의 크기에 대응하여 변환하여 출력하는 제2신호조정부를 더 포함하며,
    입력단은 상기 제1광신호발생소자와 광결합되고 출력단은 상기 광결합소자와 광결합되는 제1광도파로, 입력단은 상기 제2광신호발생소자와 광결합되고 출력단은 상기 광결합소자와 광결합되는 제2광도파로 및 상기 제2신호조정부와 상기 제2광신호발생소자를 전기적으로 결합시키는 제2전송선로의 각각의 길이는 상기 제1광도파로에 의한 신호지연시간과 상기 제2광도파로와 상기 제2전송선로에 의한 신호지연시간의 차이에 해당하는 위상차가 상기 제2신호조정부의 위상변환범위에 속하도록 결정되는 것을 특징으로 하는 광신호 전송장치.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 왜곡신호생성회로는 상기 제2신호조정부로부터 출력되는 신호를 증폭하여 상기 신호결합소자로 출력하는 제2증폭소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 전송장치.
  18. 제 14항 또는 제 15항에 있어서,
    상기 광결합소자는 광인쇄회로기판 위에 배치되며, 상기 광인쇄회로기판에는 입력단은 상기 제1광신호발생소자와 광결합되고 출력단은 상기 광결합소자와 광결합되는 제1광도파로 및 입력단은 상기 제2광신호발생소자와 광결합되고 출력단은 상기 광결합소자와 광결합되는 제2광도파로가 형성되는 것을 특징으로 하는 광신호 전송장치.
  19. 제 14항 또는 제 15항에 있어서,
    상기 광결합소자는 실리콘 기판 상에 형성되며, 상기 실리콘 기판에는 입력단은 상기 제1광신호발생소자와 광결합되고 출력단은 상기 광결합소자와 광결합되는 제1광도파로 및 입력단은 상기 제2광신호발생소자와 광결합되고 출력단은 상기 광결합소자와 광결합되는 제2광도파로가 형성되는 것을 특징으로 하는 광신호 전송장치.
  20. 제 14항 또는 제 15항에 있어서,
    상기 제1광신호발생소자, 상기 제2광신호발생소자 및 상기 광신호검출소자는 유전체 기판에 배치되고, 상기 왜곡신호생성회로는 상기 제1광신호발생소자, 상기 제2광신호발생소자 및 상기 광신호검출소자와 전기적인 접속을 제공하는 신호라인이 인쇄된 반도체 기판 상에 장착되며, 상기 유전체 기판과 상기 반도체 기판은 다이본딩되는 것을 특징으로 하는 광신호 전송장치.
  21. 제 14항 또는 제 15항에 있어서,
    상기 왜곡신호 생성회로는 고주파 모놀리식 집적회로로 제작되는 것을 특징으로 하는 광신호 전송장치.
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