KR101226956B1

KR101226956B1 - 편광 다중 광 ｏｆｄｍ 송신기 및 수신기

Info

Publication number: KR101226956B1
Application number: KR1020090101134A
Authority: KR
Inventors: 윤천주; 권용환; 김종회; 최중선; 최광성; 허경우; 남은수
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2009-10-23
Filing date: 2009-10-23
Publication date: 2013-01-28
Also published as: KR20110044453A; US20110096855A1; US8693459B2

Abstract

본 발명의 편광 다중 광 OFDM 송신기는, 송신 신호를 복수의 그룹들로 다중화하는 데이터 분리부, 상기 다중화된 그룹들 각각에 포함되어 있는 OFDM(Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 데이터 각각에 대해 복수의 훈련 심볼들을 할당하고, 각각의 훈련 심볼에 대해 주파수 영역에서 주기적으로 0의 데이터가 나타날 수 있도록 상기 각각의 훈련 심볼에 대해 시간 영역에서 반복적인 데이터를 할당하는 훈련신호 생성부, 그리고 상기 훈련신호 생성부의 출력에 대해 광주파수 대역 변환 및 편광 다중화를 수행하여, 복수의 편광 성분들에 대응되는 편광 다중 광 OFDM 신호를 출력하는 광상향 변환부 및 편광 다중화부를 포함한다.

편광 다중, 광 OFDM, 채널 추정, 동기화

Description

편광 다중 광 ＯＦＤＭ 송신기 및 수신기{POLARIZATION DIVISION MULTIPLEXED OPTICAL ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING TRANSMITTER AND RECEIVER}

본 발명은 통신 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 편광 다중 광 OFDM(Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 송신기 및 수신기에 관한 것이다.

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)은, 광대역의 신호를 좁은 간격을 갖는 다수의 수직한 부반송파(subcarrier)들을 할당하고, 각 부반송파에 대해 상대적으로 낮은 심볼 속도로 변조하여 전송하는 통신 방식이다. OFDM 통신 기술은 높은 스펙트럼 효율과 다중 페이딩 효과에 대처할 수 있는 기술로서, WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access), 무선랜(Wireless LAN), ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line), 디지털 라디오와 비디오 방송 시스템 등에서 많이 사용되고 있다.

최근에는, OFDM에 광통신 기술을 적용한 광 OFDM에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 광 OFDM 기술은, 광섬유의 색분산(Chromatic Dispersion) , 편광모드 분산(Polarization Mode Dispersion) 등과 같이 광신호의 품질을 열화 시키는 요소에 큰 허용치를 가지는 기술로 여겨지고 있다. 여기에, 광신호의 전송 속도를 높이기 위한 방법으로 편광 다중 기술이 접목되고 있다. 편광 다중 기술은, 신호의 전송 속도를 높이기 위하여 광신호를 같은 대역폭 내에서 두 개의 편광 성분(예를 들면, x-편광, y-편광)으로 다중화하여 전송하는 기술이다. 이상과 같이, OFDM에 광통신 기술과 편광 다중 기술이 적용된 경우를, 편광 다중 광 OFDM 이라 한다.

편광 다중 광 OFDM 기술은 각각의 편광에 대해 채널의 특성을 추정하고 동기화하는 과정을 필요로 하는 기술로서, 다양한 형태의 채널 추정 방법 및 동기화 방법이 제안되고 있다. 그러나, 현재 제안되고 있는 편광 다중 광 OFDM의 채널 추정 및 동기화 방법들은, 채널 추정 기능에만 유리하거나 또는 동기화에만 유리한 특성을 갖는다. 따라서, 채널 추정과 동기화에 모두 유리한 특성을 갖는 편광 다중 광 OFDM의 채널 추정 및 동기화 방법이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 채널 추정 및 동기화 모두를 효과적으로 수행할 수 있는 편광 다중 광 OFDM 송신기 및 수신기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 비선형 효과에 대한 허용치를 개선할 수 있는 편광 다중 광 OFDM 송신기 및 수신기를 제공하는 데 있다.

상기의 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 편광 다중 광 OFDM 송신기는, 송신 신호를 복수의 그룹들로 다중화하는 데이터 분리부; 상기 다중화된 그룹들 각각에 포함되어 있는 OFDM(Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 데이터 각각에 대해 복수의 훈련 심볼들을 할당하고, 각각의 훈련 심볼에 대해 주파수 영역에서 주기적으로 0의 데이터가 나타날 수 있도록 상기 각각의 훈련 심볼에 대해 시간 영역에서 반복적인 데이터를 할당하는 훈련신호 생성부; 그리고 상기 훈련신호 생성부의 출력에 대해 광주파수 대역 변환 및 편광 다중화를 수행하여, 복수의 편광 성분들에 대응되는 편광 다중 광 OFDM 신호를 출력하는 광상향 변환부 및 편광 다중화부를 포함할 수 있다.

이 실시예에 있어서, 상기 훈련 신호 생성부는 제 1 그룹 및 제 2 그룹 각각에 포함된 각각의 OFDM 데이터에 대해 적어도 2개의 훈련 심볼들을 할당하고, 상기 할당된 적어도 2개의 훈련 심볼들의 서로 다른 위치의 부반송파에 데이터를 할당 할 수 있다.

이 실시예에 있어서, 상기 훈련 신호 생성부는, 상기 제 1 그룹의 상기 각각의 OFDM 데이터에 제 1 훈련심볼 및 제 2 훈련심볼을, 그리고 상기 제 2 그룹의 상기 각각의 OFDM 데이터에 제 3 훈련심볼 및 제 4 훈련심볼을 할당하고, 상기 제 1 훈련심볼 및 상기 제 3 훈련심볼의 동일한 부반송파 위치에 제 1 데이터를 할당하고, 상기 제 2 훈련심볼 및 상기 제 4 훈련심볼의 동일한 부반송파 위치에 제 2 데이터를 할당 할 수 있다.

이 실시예에 있어서, 상기 제 1 데이터 및 상기 제 2 데이터는 서로 상이하게 구성될 수 있다.

이 실시예에 있어서, 상기 훈련 신호 생성부는, 상기 다중화된 그룹들 각각에 대해 시간축 상에 빈 공간이 존재하지 않도록 상기 복수의 훈련 심볼들을 할당 할 수 있다.

상기의 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 편광 다중 광 OFDM 수신기는, 수신된 편광 다중 광 OFDM 신호에 포함되어 있는 복수의 편광 성분들 각각에 대응되는 복수의 훈련 심볼들을 이용하여 심볼시간 동기와 주파수 동기를 수행하는 동기화부; 상기 편광 성분들 각각에 대응되는 상기 복수의 훈련 심볼들을 근거로 하여 채널 추정 및 신호 왜곡 보상을 수행하는 채널 추정 및 등화부; 그리고 상기 채널 추정 및 등화부의 출력의 이진 복조 결과를 원래의 신호로 합쳐주는 데이터 다중화부를 포함 할 수 있다.

이 실시예에 있어서, 상기 편광 성분들 각각에 대응되는 상기 복수의 훈련 심볼들은 주파수 영역에서 주기적으로 0의 데이터가 나타나도록 구성될 수 있다.

이 실시예에 있어서, 상기 동기화부는 상기 주기적으로 나타내는 0의 데이터를 이용하여 상기 심볼시간 동기 및 상기 주파수 동기를 수행 할 수 있다.

이상과 같은 본 발명의 구성에 따르면, 편광 다중 광 OFDM 송신기는 주파수 영역에서 주기적으로 0의 데이터가 나타나도록 편광 다중 광 OFDM 훈련 심볼을 발생할 수 있게 된다. 그리고, 편광 다중 광 OFDM 수신기는 편광 다중 광 OFDM 훈련 심볼을 이용하여 각각의 편광에 대해 채널 추정 및 동기화를 모두 수행할 수 있게 된다.

그리고, 본 발명의 구성에 따르면 시간 영역에서 훈련 심볼이 모든 시간에 걸쳐 존재하게 된다(즉, 시간 영역에서 훈련 심볼에 빈 공간이 존재하지 않으므로). 따라서, 편광 다중 광 OFDM 송신기 및 수신기에서 송수신되는 편광 다중 광 OFDM 신호의 인접한 훈련 심볼들 사이의 전력 차이가 줄어들게 되어, 비선형 효과에 의한 허용치를 개선할 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 실시예는 이 기술 분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서, 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 편광 다중 광 OFDM 송신기는, 다중화된 두 개의 편광 성분(예를 들면, x-편광, y-편광) 각각에 대응되는 OFDM(Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 데이터에 대해 연속된 훈련 심볼들을 할당할 수 있다. 그리고, 각각의 훈련 심볼에 대해 시간 영역에서 데이터를 모두 할당함으로써, 비워 있는 시간 구간을 두지 않을 수 있다. 그 결과, 인접한 훈련 심볼들 사이의 전력 차이가 줄어들게 되어 비선형 효과에 의한 허용치를 개선할 수 있고, 효과적인 동기화가 가능해 진다. 또한, 본 발명의 편광 다중 광 OFDM 송신기는, 시간 영역에서 반복되는 구조의 훈련 심볼의 경우 주파수 영역에서 주기적으로 0의 데이터가 반복적으로 나타나는 특성을 이용하여 편광 다중 훈련 심볼을 구성한다. 그 결과, 본 발명의 편광 다중 광 OFDM 수신기는 본 발명의 편광 다중 훈련 심볼을 이용하여 채 널 추정과 동기화를 모두 수행할 수 있게 된다.

도 1는 본 발명의 실시예에 따른 편광 다중 광 OFDM 시스템의 전체 구성을 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 편광 다중 광 OFDM 시스템은, 편광 다중 광 OFDM 송신기(100) 및 편광 다중 광 OFDM 수신기(300)를 포함한다.

본 발명의 편광 다중 광 OFDM 송신기(100)는 크게 다음과 같이 구성될 수 있다. 예를 들면, 데이터 분리부(미 도시됨)는 송신 신호를 복수의 그룹들로 다중화하도록 구성될 수 있다. 훈련신호 생성부(160)는 다중화된 그룹들 각각에 포함되어 있는 OFDM(Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 데이터 각각에 대해 복수의 훈련 심볼들을 할당하고, 각각의 훈련 심볼에 대해 주파수 영역에서 주기적으로 0의 데이터가 나타날 수 있도록 상기 각각의 훈련 심볼에 대해 시간 영역에서 반복적인 데이터를 할당할 수 있다. 그리고, 광상향 변환부 및 편광 다중화부(180)는 훈련신호 생성부(160)의 출력에 대해 광주파수 대역 변환 및 편광 다중화를 수행하여, 복수의 편광 성분들(예를 들면, x-편광 및 y-편광)에 대응되는 편광 다중 광 OFDM 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 편광 다중 광 OFDM 송신기(100)의 보다 상세한 구성은 다음과 같다.

편광 다중 광 OFDM 송신기(100)는, 데이터 분리부(data demultiplexing unit), 직렬-병렬 변환기(serial to parallel converter ; 111, 115), 심볼 맵핑부(symbol mapping unit; 121, 125), 역 고속 퓨리에 변환부(IFFT unit ; 130), 순환 전치 삽입부(cyclic prefix insertion unit ; 140), 병렬-직렬 변환기(parallel to serial converter ; 150), 훈련 신호 생성부(training symbol generation unit ; 160), 디지털-아날로그 변환기(digital to analog converter ; 171, 173, 175, 177)(도면에는 DAC로 표시됨), 그리고 광 상향 변환부 및 편광 다중화부(RF to optical up-converter and polarization division multiplexing unit ; 180)를 포함할 수 있다.

데이터 분리부는 송신될 신호를 2개의 그룹으로 분리하는 기능을 수행한다. 예를 들면, 데이터 분리부의 각 출력은 신호의 전송 속도를 높이기 위하여 같은 대역폭 내에서 두 개의 편광 성분(예를 들면, x-편광, y-편광)으로 다중화되는데 사용된다. 직렬-병렬 변환기(111, 115)는 데이터 분리부에 의해 분리된 x-편광 성분 및 y-편광 성분 각각에 대해 직렬 데이터를 병렬 데이터로 변환한다.

심볼 맵핑부(121, 125)는, 직렬-병렬 변환기(111, 115)의 출력 신호를 복수 개의 OFDM 부반송파들로 변조하는 심볼 맵핑을 수행한다. 역 고속 퓨리에 변환부(130)는, 복수 개의 OFDM 부반송파들에 대해 역 고속 퓨리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform ; IFFT)을 수행하여, 복수 개의 OFDM 부반송파들을 복수 개의 시간 영역의 신호들로 변환한다. 순환 전치 삽입부(140)는, 역 고속 퓨리에 변환부(130)로부터 출력된 시간 영역의 신호들에게 시간축 상의 보호구간(guard interval) 또는 보호시간(guard time)을 삽입한다. 보호구간 또는 보호시간의 삽입은 순환전치(cyclic prefix ; CP) 삽입으로 불리기도 한다. 순환 전치 삽입부(140)의 보호구간 또는 보호시간의 삽입에 따르면, 광섬유의 색분산(chromatic disperison)이나 편광모드분산(polarization mode disperison)에 의한 심볼간 간섭이 줄어들게 된다. 순환 전치 삽입부(140)의 출력 신호는 병렬-직렬 변환기(150)를 통해 직렬 OFDM 데이터로 변환된 후, 훈련 신호 생성부(160)로 제공된다.

훈련 신호 생성부(160)는, 각각의 편광 성분에 대해 시간축 상에 빈 공간이 존재하지 않도록 훈련 심볼들을 생성한다. 훈련 신호 생성부(160)는 각각의 훈련 심복들을 생성함에 있어서, 주파수 영역에서 주기적으로 0의 데이터가 나타날 수 있도록 상기 각각의 훈련 심복들에 대해 시간 영역에서 반복적인 데이터를 할당한다. 훈련 신호 생성부(160)에서 생성된 훈련 심볼은, 병렬-직렬 변환기(150)로부터 제공된 직렬 형태의 OFDM 데이터와 주기적으로 더해진 후 출력된다. 훈련 신호 생성부(160)에서 생성된 훈련심볼의 구성은 도 3 내지 도 5를 참조하여 아래에서 상세히 설명될 것이다.

훈련 신호 생성부(160)의 출력 신호는, 훈련 심볼들과 OFDM 데이터 심볼들로 구성될 수 있다. 그리고, OFDM 데이터 심볼들은 각각의 편광 성분에 대해 실수부와 허수부로 구분될 수 있다. 즉, 훈련 신호 생성부(160)의 출력 신호는 x-편광 성분의 실수부에 대응되는 출력 신호, x-편광 성분의 허수부에 대응되는 출력신호, y-편광 성분의 실수부에 대응되는 출력 신호, 그리고 y-편광 성분의 허수부에 대응되는 출력신호로 구분될 수 있다.

훈련 신호 생성부(160)의 출력 신호는 디지털-아날로그 변환기(171, 173, 175, 177)로 제공되어, 디지털 데이터 형태에서 아날로그 데이터 형태로 변환된다. 예시적인 실시예에 있어서, 훈련 신호 생성부(160)의 출력 신호 중 x-편광 성분의 실수부 및 허수부에 대응되는 신호는 디지털-아날로그 변환기(171, 173)에 의해 아날로그 신호로 변환될 수 있다. 그리고, 훈련 신호 생성부(160)의 출력 신호 중 y-편광 성분의 실수부 및 허수부에 대응되는 신호는 디지털-아날로그 변환기(175, 177)에 의해 아날로그 신호로 변환될 수 있다. 디지털-아날로그 변환기(171, 173, 175, 177)의 출력 신호는 광 상향 변환부 및 편광 다중화부(180)로 제공된다.

광 상향 변환부 및 편광 다중화부(180)는, 디지털-아날로그 변환기(171, 173, 175, 177)의 출력 신호들을 기저대역에서 광주파수 대역으로 상향 변환(up-conversion)하고, 상향 변환된 결과를 편광 다중화(polarization division multiplexing)하는 기능을 수행한다. 광 상향 변환부 및 편광 다중화부(180)의 출력 신호는 편광 다중 광 OFDM 신호가 되며 광섬유(200)를 통해 전송된다.

본 발명의 편광 다중 광 OFDM 수신기(300)는 크게 다음과 같이 구성될 수 있다. 예를 들면, 동기화부(330)는 수신된 편광 다중 광 OFDM 신호에 포함되어 있는 복수의 편광 성분들 각각에 대응되는 복수의 훈련 심볼들을 이용하여 심볼시간 동기와 주파수 동기를 수행하도록 구성될 수 있다. 채널 추정 및 등화부(370)는 편광 성분들 각각에 대응되는 상기 복수의 훈련 심볼들을 근거로 하여 채널 추정 및 신호 왜곡 보상을 수행하도록 구성될 수 있다. 그리고 데이터 다중화부(미 도시됨)는 채널 추정 및 등화부(370)의 출력의 이진 복조 결과를 원래의 신호로 합쳐주는 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 편광 다중 광 OFDM 수신기(300)의 보다 상세한 구성은 다음과 같다.

편광 다중 광 OFDM 수신기(300)는 광하향 변환부(optical to RF converter ; 310), 아날로그-디지털 변환기(analog to digital converter ; 321, 323, 325, 327)(도면에는 ADC로 표시됨), 동기화부(synchronization unit ; 330), 직렬-병렬 변환기(340), 순환 전치 제거부(cyclic prefix elimination unit ; 350), 고속 퓨리에 변환부(FFT unit ; 360), 채널 추정 및 등화부(channel estimation and euqalization unit ; 370), 심볼 맵핑부(381, 385), 병렬-직렬 변환기(391, 395), 그리고 데이터 다중화부(data multiplexer)를 포함할 수 있다.

광하향 변환부(310)는 광섬유(200)를 통해 전송된 편광 다중 광 OFDM 신호를 기저 대역(baseband)의 신호로 하향 변환(down-conversion)한다. 기저 대역의 아날로그 OFDM 신호는, 각각의 편광 성분에 대해 실수부와 허수부로 구분될 수 있다. 아날로그-디지털 변환기(321, 323, 325, 327)는 기저 대역의 신호를 각각의 편광 성분의 실수부 및 허수부로 구분하고, 각각의 신호에 대해 아날로그-디지털 변환을 수행한다. 예시적인 실시예에 있어서, 기저 대역 신호의 x-편광 성분의 실수부와 허수부는, 참조번호 321 및 323의 아날로그-디지털 변환기에 의해 디지털 신호로 변환될 수 있다. 그리고, 기저 대역 신호의 y-편광 성분의 실수부와 허수부는, 참조번호 325 및 327의 아날로그-디지털 변환기에 의해 디지털 신호로 변환될 수 있다. 아날로그-디지털 변환기(321, 323, 325, 327)의 출력 신호는 동기화부(330)로 제공된다.

동기화부(330)는 아날로그-디지털 변환기(321, 323, 325, 327)의 출력 신호에 응답해서 심볼 시간 동기와 주파수 동기를 수행할 수 있다. 아래에서 상세히 설명되겠지만, 아날로그-디지털 변환기(321, 323, 325, 327)의 출력 신호에는 두 개의 편광 성분(예를 들면, x-편광, y-편광) 각각에 대해 훈련 심볼들이 연속적으로 할당되어 있다. 그리고, 연속된 훈련 심볼 각각에 대해 시간 영역에서 데이터가 모 두 할당됨으로써, 비워 있는 시간 구간이 존재하지 않게 된다. 그 결과, 비선형 효과에 대한 허용치가 개선되어, 편광 다중 광 OFDM 신호에 대한 동기화 동작이 효과적으로 수행될 수 있게 된다. 동기화부(330)의 동기화 결과는 직렬-병렬 변환기(340)를 통해 직렬-병렬 변환이 수행된다. 직렬-병렬 변환기(340)의 출력은 순환전치 제거부(350)로 제공된다. 순환 전치 제거부(350)는, 직렬-병렬 변환기(340)의 출력 신호로부터 OFDM 데이터의 시간축 상의 보호구간(guard interval)에 삽입되어 있는 순환전치(cyclic prefix ; CP)를 제거한다. 순환전치(CP)가 제거된 데이터는, 고속 퓨리에 변환부(360)를 통해 주파수 영역의 데이터로 변환된다. 고속 퓨리에 변환부(360)로부터 제공된 주파수 영역의 데이터에는 주파수 영역에서 0의 데이터가 주기적으로 발생되는 훈련 심볼이 포함되어 있다.

채널 추정 및 등화부(370)는 고속 퓨리에 변환부(360)의 출력 신호와, 송신된 훈련 심볼들 및 수신된 훈련심볼들을 근거로 하여 채널 특성을 추정하는 채널 추정(channel estimation) 동작과, 신호 왜곡을 보상하는 채널 등화(channel equalization) 동작을 수행한다. 채널 추정 및 등화부(370)에 의해 수행된 채널 추정 및 채널 등화 결과는 심볼 맵핑부(381, 385)로 제공된다. 심볼 맵핑부(381, 385)는 채널 추정 및 등화부(370)의 출력 신호들의 복조하여 이진 데이터로 변환하는 심볼 맵핑을 수행한다. 심볼 맵핑부(381, 385)의 출력 신호는 병렬-직렬 변환기(391, 395)로 제공된다. 병렬-직렬 변환기(391, 395)는, 심볼 맵핑부(381, 385)의 출력 신호의 x-편광 성분 및 y-편광 성분 각각에 대해 직렬 데이터로 변환한다. x-편광 성분 및 y-편광 성분 각각에 대한 직렬 변환 데이터는 데이터 다중화부(미 도시됨)를 거쳐 원래의 신호로 복원된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 훈련 심볼의 시간 영역 상에서의 구조를 보여주는 도면이다. 도 2에는 본 발명에 따른 편광 다중 광 OFDM 송신기(100)에서 송신될 OFDM 송신 프레임의 시간 영역 상에서의 구조가 예시적으로 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 OFDM 프레임은 다중화된 두 개의 편광 성분(예를 들면, x-편광, y-편광) 각각에 대해 독립적으로 구성될 수 있다. OFDM 프레임의 x-편광 성분 및 y-편광 성분 각각은, 복수 개의 편광 다중 훈련 심볼들(이하, 훈련 심볼로 칭함)과, OFDM 데이터(Data1, Data2)로 구성될 수 있다. 그리고, 각각의 OFDM 데이터(Data1, Data2)에는 복수 개의 OFDM 데이터 심볼들이 포함될 수 있다.

도 2에는 송신 프레임의 x-편광 성분과 y-편광 성분 각각에 대해 훈련 심볼들이 2개 구비되고, 각각의 훈련 심볼마다 소정의 데이터 패턴이 시간 영역에서 2번 반복되는 구조(AA, BB, B'B', A'A' 등)가 예시적으로 도시되어 있다. 예를 들면, OFDM 송신 프레임의 x-편광 성분은, 2 개의 훈련 심볼들과, OFDM 데이터(Data1)를 포함할 수 있다. 동일한 편광 성분(예를 들면, x-편광) 내에 할당된 2 개의 훈련 심볼들은, 시간 영역에서 빈 공간 없이 연속해서 할당될 수 있다. 그리고, 연속해서 할당된 2 개의 훈련 심볼들은 서로 상이하게 구성될 수 있다. 첫번째 편광 다중 훈련 심볼은 첫번째 훈련 심볼 구간(t1) 동안 편광 다중 광 OFDM 송신기(100)에서 송신될 것이다. 두번째 편광 다중 훈련 심볼은 두번째 훈련 심볼 구간(t2) 동안 편광 다중 광 OFDM 송신기(100)에서 송신될 것이다. 편광 다중 광 OFDM 송신기(100)로부터 송신된 편광 다중 광 OFDM 프레임은, 광섬유(200)를 통해 편광 다중 광 OFDM 수신기(300)로 제공될 것이다.

만일 편광 다중 광 OFDM 송신기(100)와 편광 다중 광 OFDM 수신기(300)에 주파수 옵셋이 존재하면, 편광 다중 광 OFDM 수신기(300)에서 수신된 신호는 송신 시간 신호에 위상 회전을 곱한 신호로 나타나게 될 것이다. 이와 같은 문제를 해결하기 위한 동기화 방안으로, 본 발명에서는 편광 다중 광 OFDM 송신기(100)에서 시간 영역에서 반복되는 구조를 갖는 훈련 심볼을 송신하고, 편광 다중 광 OFDM 수신기(300)에서 수신된 반복 훈련 심볼의 위상 회전 양을 계산하여 보상할 수 있다. 본 발명에서, 수신된 반복 훈련 심볼의 위상 회전 양은 훈련 심볼이 주파수 영역에서 주기적으로 0의 데이터가 나타나는 특성을 이용하여 계산될 수 있다. 아래에서 상세히 설명되겠지만, 시간 영역에서 반복되는 구조를 갖는 훈련 심볼은, 주파수 영역에서 주기적으로 데이터가 0인 신호로 나타난다. 따라서, 본 발명에서는 주파수 영역에서 주기적으로 데이터가 0이 나타나는 훈련 신호를 생성하고, 이것을 훈련 심볼에 적용함으로써 편광 다중 광 OFDM 수신기(300)에서 채널 추정과 동기화를 모두 수행하게 된다.

예시적인 실시예에 있어서, x-편광 성분의 첫번째 훈련 심볼은 A 패턴의 데이터가 2번 반복되는 구조를 가질 수 있다. 그리고, x-편광 성분의 두번째 훈련 심볼은 B 패턴의 데이터가 2번 반복되는 구조를 가질 수 있다. 하나의 훈련 심볼 내에서 반복되는 패턴의 개수 및 반복 횟수는 다양한 형태로 변경 및 변형 가능하다.예를 들면, 하나의 편광 다중 광 OFDM 심볼이 8 개의 시간 샘플로 구성되는 경우, A 패턴은 "0.1, -0.03, 0.1, -0.25, 0.1, -0.03, 0.1, -0.25"와 같이 4개의 샘플이 2번 반복되는 구조를 가질 수 있으며, B 패턴은 A 패턴의 데이터와 시간 영역에서 서로 다른 값을 가지도록 구성될 수 있다. 시간 영역에서 서로 다른 패턴으로 구성된 훈련 심볼은, 주파수 영역에서도 서로 다른 패턴으로 나타내질 것이다. 예를 들면, A 패턴의 데이터와 B 패턴의 데이터는 주파수 영역의 서로 다른 위치에서 0의 데이터(도 3의 점선 참조)가 반복적으로 나타나도록 구성될 수 있다.

한편, OFDM 송신 프레임의 y-편광 성분은, 2 개의 훈련 심볼들과 OFDM 데이터(Data2)를 포함할 수 있다. OFDM 데이터(Data2)는 복수 개의 OFDM 심볼들로 구성될 수 있다. y-편광 성분의 첫번째 훈련 심볼은 B 패턴의 데이터가 2번 반복되는 구조를 가질 수 있다. 그리고, y-편광 성분의 두번째 훈련 심볼은 A 패턴의 데이터가 2번 반복되는 구조를 가질 수 있다. 즉, y-편광 성분에서 연속해서 할당된 2 개의 훈련 심볼들 역시 서로 상이하게 구성될 수 있다.

한편, A와 A' 데이터가 실리는 부반송파의 위치는 동일하지만 부반송파에 실리는 데이터는 다를 수 있음을 의미하며, B와 B' 데이터가 실리는 부반송파의 위치는 동일하지만 부반송파에 실리는 데이터는 다를 수 있음을 의미한다.

또한, 동일한 훈련 심볼 구간 동안(예를 들면, t1, t2) 서로 다른 편광의 OFDM 프레임에서 송신될 훈련 심볼들은 시간 영역에서 서로 상이하게 구성될 수 있다. 따라서, 첫번째 훈련 심볼 구간(t1) 동안 전송될 x-편광 성분의 첫번째 훈련 심볼과 y-편광 성분의 첫번째 훈련 심볼은, 주파수 영역에서도 서로 다른 값을 가지게 될 것이다. 그리고, 두번째 훈련 심볼 구간(t2) 동안 전송될 x-편광 성분의 두번째 훈련 심볼과 y-편광 성분의 두번째 훈련 심볼 역시 주파수 영역에서 서로 다른 값을 가지게 될 것이다. 아래에서 상세히 설명되겠지만, 동일한 훈련 심볼 구간 동안(예를 들면, t1, t2) 서로 다른 편광의 OFDM 프레임에서 송신될 훈련 심볼들은, 주파수 영역의 서로 다른 위치에서 0의 데이터가 나타나도록 구성될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 훈련 심볼의 주파수 영역에서의 구조를 보여주는 도면이다.

도 3에는 각각의 편광 성분(x-편광, y-편광)마다 2개의 훈련 심볼이 할당되고 각각의 훈련 심볼마다 소정의 데이터 패턴이 2번 반복될 때, 주파수 영역 상에서의 훈련 심볼의 구성이 편광 성분과 훈련 심볼의 순서에 따라 도시되어 있다. 도 3에 도시된 데이터 패턴은 본 발명이 적용되는 일 실시예로서, 각각의 편광에 할당될 수 있는 훈련 심볼의 개수와, 각각의 훈련 심볼 내에서 반복될 수 있는 패턴의 개수 및 반복 횟수는 다양하게 변경 및 변형 가능하다.

도 3에서 실선으로 표시된 화살표는 데이터가 존재하는 부반송파를 의미하고, 점선으로 표시된 화살표는 0의 데이터에 대응되는 부반송파를 의미한다.

도 3을 참조하면, 동일한 편광 성분에서 연속해서 할당된 2개의 훈련 심볼은, 주파수 영역의 서로 다른 부반송파 위치에서 데이터(도 3의 실선 화살표 참조)가 주기적으로 나타나도록 구성될 수 있다. 예를 들면, x-편광 성분의 첫번째 훈련 심볼은 주파수 영역의 짝수번째 부반송파마다 데이터가 주기적으로 나타나도록 구성될 수 있다. 도 3에서는 이와 같은 데이터 패턴이 참조기호 A로 표시되어 있다. 그리고, x-편광 성분의 두번째 훈련 심볼은 주파수 영역의 홀수번째 부반송파마다 데이터가 주기적으로 나타나도록 구성될 수 있다. 도 3에서는 이와 같은 데이터 패턴이 참조기호 B로 표시되어 있다. 또한, 동일한 훈련 심볼 구간 동안(예를 들면, t1, t2) 서로 다른 편광의 OFDM 프레임에서 송신될 훈련 심볼들은, 주파수 영역에서 데이터가 존재하는 위치가 서로 다르게 구성될 수 있다.

본 발명의 편광 다중 광 OFDM 신호에 대한 편광 다중 광 OFDM 수신기(300)의 채널 응답 특성을 수학식으로 표시하면 [수학식1]과 같다.

여기서,

는 k번째 부반송파에 대한 x-편광 성분과 y-편광 성분의 수신 훈련 심볼을 나타낸다.

는 k번째 부반송파에 대한 x-편광 성분과 y-편광 성분의 송신 훈련 심볼을 나타낸다. 편광 다중 광 OFDM 수신기(300)에서 수행되는 채널 추정 동작은 각 부반송파에 대해 채널 행렬 요소 a(k), b(k), c(k), d(k)를 구하는 것을 의미한다. 이와 같은 채널 추정 동작은 도 1에 도시된 채널 추정 및 등화부(370)에서 수행될 수 있다.

도 3에서 도시된 바와 같이, 첫번째 훈련 심볼 구간(t1)동안 x-편광 성분이 짝수번째 부반송파에 신호를 보내고 y-편광 성분이 홀수 번째 부반송파에 신호를 보내는 경우를 수학식으로 나타내면 [수학식2]와 같다.

그리고, 두번째 훈련 심볼 구간(t2)동안 x-편광 성분이 홀수번째 부반송파에 신호를 보내고 y-편광 성분이 짝수 번째 부반송파에 신호를 보내는 경우를 수학식으로 나타내면 [수학식3]과 같다.

[수학식2]로부터 [수학식4] 및 [수학식5]를 얻을 수 있고, [수학식3]으로부터 [수학식6] 및 [수학식7]을 얻을 수 있다.

이 경우, 편광 다중 광 OFDM의 채널 행렬은 [수학식4]에서-[수학식7]로부터 [수학식8]과 같이 구할 수 있다.

각각의 편광 성분에 포함되어 있는 훈련 심볼은 도 2에 도시된 바와 같이 시간 영역에서 반복적인 데이터 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 하나의 편광 다중 광 OFDM 심볼이 8 개의 시간 샘플로 구성되는 경우, 상기 훈련 심볼은 시간 영역에서 "0.1, -0.03, 0.1, -0.25, 0.1, -0.03, 0.1, -0.25"와 같이 4개의 샘플이 2번 반복되는 구조를 가질 수 있다. 이와 같은 시간 영역에서의 훈련 심볼의 구조는, 편광 다중 광 OFDM 수신기(300)에서 주파수 옵셋 추정에 이용될 수 있다.

예를 들면, 훈련 심볼이 시간 영역에서 심볼 주기 내에 2번 반복되는 패턴을 가질 경우, 부반송파 간격으로 정규화된 반송파 주파수 옵셋ε(반송파 주파수 옵셋/부반송파 채널간격)는 [수학식9]와 같이 나타낼 수 있다.

여기서 y[n]는 시간영역에서 수신된 훈련 심볼의 샘플 값들을 나타내고 D는 심볼 주기내의 반복 횟수를 나타낸다. 그러므로, 심볼이 2번 반복되는 경우 D는 2의 값을 가지게 된다.

잎에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 편광 다중 광 OFDM 프레임의 각 훈련 심볼들은 시간 영역에서는 빈 공간 없이 모든 시간 영역에 대해 데이터가 연속해서 반복적으로 할당될 수 있고, 주파수 영역에서 특정 위치(예를 들면, 짝수 또는 홀수 번째 위치)에만 실제 데이터가 존재할 수 있다. 여기서, 주파수 영역에서 실제 데이터가 존재하는 위치 또는 0의 데이터가 존재하는 위치는 주기적으로 반복될 수 있다. 본 발명의 편광 다중 광 OFDM 수신기(300)은 이와 같은 본 발명의 편광 다중 광 OFDM 프레임의 특성을 반송파 주파수 옵셋의 추정에 이용한다.

주파수 영역에서 특정 위치(예를 들면, 짝수 또는 홀수 번째 위치)에만 실제 데이터가 존재하는 본 발명의 편광 다중 광 OFDM 프레임의 구성은, [수학식8]과 같은 편광 다중 광 OFDM의 채널 행렬을 구하는데 이용될 수 있으며, 동기화에도 응용될 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 훈련 심볼의 주파수 영역에서의 구조를 보여주는 도면이다.

도 4a 및 도 4b에는 각각의 편광 성분(x-편광, y-편광)마다 2개의 훈련 심볼이 할당되고, 각각의 훈련 심볼이 시간 영역에서 4번 반복 될 때 주파수 영역에서의 구성을 예시적으로 나타낸 것이다. 그러나, 이는 본 발명이 적용되는 일 실시예로서, 각각의 편광에 할당될 수 있는 훈련 심볼의 개수와, 각각의 훈련 심볼 내에서 반복될 수 있는 패턴의 개수 및 반복 횟수는 다양하게 변경 및 변형 가능하 다.

먼저 도 4a를 참조하면, x-편광 성분의 첫번째 훈련 심볼은 주파수 영역의 2번째 부반송파에 데이터를 할당하고(도 4a의 참조기호 Ⅱ 참조), 상기 2번째 부반송파로부터 4 개의 부반송파 간격으로 데이터를 할당할 수 있다. x-편광 성분의 두번째 훈련 심볼은 주파수 영역의 4번째 부반송파에 데이터를 할당하고(도 4a의 참조기호 Ⅳ 참조), 상기 4번째 부반송파로부터 4 개의 부반송파 간격으로 데이터를 할당할 수 있다. y-편광 성분의 첫번째 훈련 심볼은 주파수 영역의 4번째 부반송파에 데이터를 할당하고(도 4a의 참조기호 IV' 참조), 상기 4번째 부반송파로부터 4 개의 부반송파 간격으로 데이터를 할당할 수 있다. 그리고, y-편광 성분의 두번째 훈련 심볼은 주파수 영역의 2번째 부반송파에 데이터를 할당하고(도 4a의 참조기호 II' 참조), 상기 2번째 부반송파로부터 4 개의 부반송파 간격으로 데이터를 할당할 수 있다. 이 경우, 동일한 훈련 심볼 구간 동안(예를 들면, t1, t2) 서로 다른 편광의 OFDM 프레임에서 송신될 훈련 심볼들은, 주파수 영역에서 데이터가 존재하는 위치가 서로 다르게 구성될 수 있다.

계속해서 도 4b를 참조하면, x-편광 성분 및 y-편광 성분의 훈련 심볼은 2번째 및 4번째 부반송파 대신에 1번째 및 3번째 부반송파를 이용하여 데이터를 할당할 수 있다. 이 경우, 동일한 훈련 심볼 구간 동안(예를 들면, t1, t2) 서로 다른 편광의 OFDM 프레임에서 송신될 훈련 심볼들은, 주파수 영역에서 데이터가 존재하는 위치가 서로 다르게 구성될 수 있다.

앞에서 설명한 바와 같이, 주파수 영역에서 y-편광 성분의 훈련 심볼 각각 의 데이터 존재 위치는, 동일한 훈련 심볼 구간 동안(예를 들면, t1, t2) 전송될/수신될 x-편광 성분의 훈련 심볼의 데이터 존재 위치와 어긋나도록(즉, 서로 중첩되지 않도록) 구성될 수 있다. 부반송파를 할당한 주파수에 대한 채널 행렬은 [수학식2] 내지 [수학식8]과 유사한 방법으로 구할 수 있다. 그리고, 부반송파를 할당하지 않은 주파수에 대한 채널 행렬은, 부반송파를 할당한 주파수로부터 보간법을 사용하여 구할 수 있다.

도 4a 및 도 4b에는 각각의 편광 성분에 할당된 훈련 심볼에 대해 4개의 데이터 패턴들(참조기호 I 내지 Ⅳ 또는 I' 내지 Ⅳ') 중 적어도 2개가 선별적으로 적용된 경우가 도시되어 있다. 이와 같은 구성에 따르면, 훈련 심볼들에 대해 적용 가능한 데이터 패턴들이 한꺼번에 적용되지 않으므로, 채널 추정의 효율을 높일 수 있게 된다.

한편, I와 I', II와 II', III와 III', 그리고 Ⅳ와 IV' 데이터가 실리는 부반송파의 위치는 동일하지만 부반송파에 실리는 데이터는 다를 수 있음을 의미한다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 훈련 심볼의 주파수 영역에서의 구조를 보여주는 도면이다.

도 5에는 각각의 편광 성분(x-편광, y-편광)마다 4개의 훈련 심볼이 할당되고, 각각의 훈련 심볼이 시간 영역에서 4번 반복 될 때 주파수 영역에서의 구성을 예시적으로 나타낸 것이다. 그러나, 이는 본 발명이 적용되는 일 실시예로서, 각각의 편광에 할당될 수 있는 훈련 심볼의 개수와, 각각의 훈련 심볼 내에서 반복될 수 있는 패턴의 개수 및 반복 횟수는 다양하게 변경 및 변형 가능하다. 예를 들면, 각 훈련 심볼의 시간 영역에서 반복하고자 하는 패턴의 수가 정해지면, 주파수 영역에서 반복 패턴의 개수 만큼의 간격으로 부반송파들이 할당될 수 있다.

도 5는 각각의 편광 성분에 할당된 4개의 훈련 심볼을 위해 4개의 데이터 패턴들(참조기호 I 내지 Ⅳ 또는 I' 내지 Ⅳ')을 모두 사용한다는 점에서 도 4a 및 도 4b와 차이점이 있다. 도 5에 도시된 프레임의 구조에서는 구성 가능한 모든 훈련 심볼을 사용하기 때문에 보간법 없이 모든 부반송파에서 채널 행렬을 얻을 수 있게 된다.

앞에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 편광 다중 광 OFDM 송신기는, 다중화된 두 개의 편광 성분(예를 들면, x-편광, y-편광) 각각에 대해 연속된 훈련 심볼들을 할당할 수 있다. 그리고, 연속된 훈련 심볼 각각에 대해 시간 영역에서 데이터를 모두 할당함으로써, 비워 있는 시간 구간을 두지 않을 수 있다. 그 결과, 인접한 훈련 심볼들 사이의 전력 차이가 줄어들게 되어 비선형 효과에 의한 허용치를 개선할 수 있고, 효과적인 동기화가 가능해 진다. 또한, 본 발명의 편광 다중 광 OFDM 송신기는, 시간 영역에서 반복되는 구조의 훈련 심볼의 경우 주파수 영역에서 주기적으로 0의 데이터가 반복적으로 나타나는 특성을 이용하여 편광 다중 훈련 심볼을 구성한다. 그 결과, 본 발명의 편광 다중 광 OFDM 수신기는 본 발명의 편광 다중 훈련 심볼을 이용하여 채널 추정과 동기화를 모두 수행할 수 있게 된다.

이상에서와 같이 본 발명의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 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.

도 1는 본 발명의 실시예에 따른 편광 다중 광 OFDM 시스템의 전체 구성을 보여주는 도면이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 훈련 심볼의 시간 영역 상에서의 구조를 보여주는 도면이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : 편광 다중 광 OFDM 송신기 111, 115 : 직렬-병렬 변환기

130 : 역 고속 퓨리에 변환부 140 : 순환 전치 삽입부

150 : 병렬-직렬 변환기 160 : 훈련 신호 생성부

171, 173, 175, 177 : 디지털-아날로그 변환기(DAC)

180 : 광 상향 변환부 및 편광 다중화부

300 : 편광 다중 광 OFDM 수신기 310 :광하향 변환부

321, 323, 325, 327 : 아날로그-디지털 변환기(ADC)

330 : 동기화부 340 : 직렬-병렬 변환기

350 : 순환 전치 제거부 360 : 고속 퓨리에 변환부

370 : 채널 추정 및 등화부 381, 385 : 심볼 맵핑부

391, 395 : 병렬-직렬 변환기

Claims

송신 신호를 복수의 그룹들로 다중화하는 데이터 분리부;

상기 다중화된 그룹들 각각에 포함되어 있는 OFDM(Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 데이터 각각에 대해 복수의 훈련 심볼들을 할당하고, 각각의 훈련 심볼에 대해 주파수 영역에서 주기적으로 0의 데이터가 나타날 수 있도록 상기 각각의 훈련 심볼에 대해 시간 영역에서 반복적인 데이터를 할당하는 훈련신호 생성부; 그리고

상기 훈련신호 생성부의 출력에 대해 광주파수 대역 변환 및 편광 다중화를 수행하여, 복수의 편광 성분들에 대응되는 편광 다중 광 OFDM 신호를 출력하는 광상향 변환부 및 편광 다중화부를 포함하는 편광 다중 광 OFDM 송신기.
제 1 항에 있어서,

상기 훈련 신호 생성부는 제 1 그룹 및 제 2 그룹 각각에 포함된 각각의 OFDM 데이터에 대해 적어도 2개의 훈련 심볼들을 할당하고, 상기 할당된 적어도 2개의 훈련 심볼들의 서로 다른 위치의 부반송파에 데이터를 할당하는 편광 다중 광 OFDM 송신기.
제 2 항에 있어서,

상기 훈련 신호 생성부는,

상기 제 1 그룹의 상기 각각의 OFDM 데이터에 제 1 훈련심볼 및 제 2 훈련심볼을, 그리고 상기 제 2 그룹의 상기 각각의 OFDM 데이터에 제 3 훈련심볼 및 제 4 훈련심볼을 할당하고,

상기 제 1 훈련심볼 및 상기 제 3 훈련심볼의 동일한 부반송파 위치에 제 1 데이터를 할당하고, 상기 제 2 훈련심볼 및 상기 제 4 훈련심볼의 동일한 부반송파 위치에 제 2 데이터를 할당하는 편광 다중 광 OFDM 송신기.
제 3 항에 있어서,

상기 제 1 데이터 및 상기 제 2 데이터는 서로 상이한 편광 다중 광 OFDM 송신기.
제 1 항에 있어서,

상기 훈련 신호 생성부는, 상기 다중화된 그룹들 각각에 대해 시간축 상에 빈 공간이 존재하지 않도록 상기 복수의 훈련 심볼들을 할당하는 편광 다중 광 OFDM 송신기.
수신된 편광 다중 광 OFDM 신호에 포함되어 있는 복수의 편광 성분들 각각에 대응되는 복수의 훈련 심볼들을 이용하여 심볼시간 동기와 주파수 동기를 수행하는 동기화부;

상기 편광 성분들 각각에 대응되는 상기 복수의 훈련 심볼들을 근거로 하여 채널 추정 및 신호 왜곡 보상을 수행하는 채널 추정 및 등화부; 그리고

상기 채널 추정 및 등화부의 출력의 이진 복조 결과를 원래의 신호로 합쳐주는 데이터 다중화부를 포함하는 편광 다중 광 OFDM 수신기.
제 6 항에 있어서,

상기 편광 성분들 각각에 대응되는 상기 복수의 훈련 심볼들은 주파수 영역에서 주기적으로 0의 데이터가 나타나는 편광 다중 광 OFDM 수신기.
제 7 항에 있어서,

상기 동기화부는 상기 주기적으로 나타내는 0의 데이터를 이용하여 상기 심볼시간 동기 및 상기 주파수 동기를 수행하는 편광 다중 광 OFDM 수신기.