KR101402641B1 - 멀티―캐리어 광 신호의 디지털 코히어런트 검출 - Google Patents

멀티―캐리어 광 신호의 디지털 코히어런트 검출 Download PDF

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Abstract

멀티 캐리어 광 신호의 서브대역들이 디지털 코히어런트 검출되고, 그 후, 서브대역들 중 적어도 하나에 대응하는 변조된 캐리어들에 의해 반송된 데이터를 복구하기 위해 프로세싱되는 광 통신을 위한 실시예들이 제공된다. 예시적인 광 통신 시스템은 주파수 고정된 M개의 변조된 캐리어들을 갖는 멀티 캐리어 광 신호를 수신하는 멀티 캐리어 코히어런트 광 수신기를 포함하고, M은 2보다 크다. 멀티 캐리어 코히어런트 광 수신기는 멀티 캐리어 광 신호의 N개의 상이한 서브대역들에 대해 출력 신호들을 디지털 형태로 제공하도록 구성된 서브대역 디지털 코히어런트 검출기로서, N은 1보다 크고 M보다 작은 정수인, 상기 서브대역 디지털 코히어런트 검출기, 및 멀티 캐리어 광 신호의 서브대역들 중 적어도 하나에 대응하는 변조된 캐리어들에 의해 반송된 데이터를 복구하기 위해 검출된 출력 신호들의 디지털 형태를 프로세싱하도록 구성된 디지털 신호 프로세서를 포함한다.

Description

멀티―캐리어 광 신호의 디지털 코히어런트 검출{DIGITAL COHERENT DETECTION OF MULTI-CARRIER OPTICAL SIGNAL}
본 발명은 광 송신 시스템에 관한 것으로, 특히, 멀티-캐리어 광 신호의 디지털 코히어런트 검출을 위한 시스템들, 장치들 및 기술들에 관한 것이다.
색 분산(CD)은 광섬유의 설계에 의해 제공된 결정적인 왜곡이다. 이것은 대역폭 소모 또는 동등하게는 데이터 레이트와 2차식으로 송신된 신호 스케일들에 대한 광 위상 및 그것의 효과의 주파수 의존을 초래한다. 따라서, CD 공차는, 신호의 데이터 레이트가 사(4)의 계수 만큼 증가되는 경우에 1/16로 감소된다. 2.5 Gb/s 데이터 레이트까지, 광 데이터 송신은 장거리에서도 CD의 어떠한 보상없이 실현가능하다. 10 Gb/s에서, 색 분산의 고려가 필요하게 되고, 분산 보상 광섬유(DCF)들이 종종 이용된다. 40 Gb/s 이상에서는, DCF의 적용 이후에도, 잔류 CD는 실현가능한 광 통신에 대해 여전히 너무 클 수도 있다.
광 송신에서, 예를 들면, 코히어런트 광 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(CO-OFDM) 시스템들에서 경험되는 다른 송신 장애는, 생산 및 설치에서의 결함들로 인한 광섬유의 확률적 특징인 편광 모드 분산(PMD)이다. 1990년도 이전의 섬유들은 10 Gb/s에 대해서도 경계선인
Figure 112012022776281-pct00001
를 훨씬 넘는 높은 PMD 값들을 나타낸다. 더 새로운 섬유들이
Figure 112012022776281-pct00002
보다 낮은 PMD를 갖지만, 재구성가능한 애드/드롭 멀티플렉서들(ROADMs)과 같은 섬유 링크에서의 다른 광 컴포넌트들은 상당한 PMD를 초래할 수도 있다. 40 Gb/s 시스템들이 다수의 ROADM들로 구형 섬유 링크들 또는 신형 섬유 링크들을 통해 동작되는 경우에, PMD는 상당히 손상될 수도 있다.
PMD는 섬유로의 인버스 송신 특징을 갖는 광 엘리먼트들에 의해 보상될 수 있다. 그러나, 수 kHz까지의 빠른 변동 속도를 갖는 PMD의 통계적 본질로 인해, 광 PMD 보상기들의 실현은 도전과제이다. 채널 데이터 레이트의 증가로, 광 신호는 CD 및 PMD와 같은 광 섬유에서의 송신 장애들에 의해 더욱더 제한된다.
따라서, 고속 송신의 성능에 중대하게 영향을 미치는 색 분산 (CD) 및 편광 모드 분산(PMD)과 같은 송신 장애들을 보상하기 위한 높은 수신기 감도 및 능력으로 인해 장래의 고속 광 송신을 위한 유망한 기술으로서 디지털 코히어런트 검출이 고려된다. 100-Gb/s 이더넷이 차세대 광 전송 시스템들에 대해 현재 연구되고 개발되고 있지만, 테라비트/s 이더넷이 광 전송 시스템들에 대한 향후 방향으로서 이미 언급되었다.
시스템 엘리먼트들의 제한들은 디지털 코히어런트 검출을 활용하는 장래의 광 송신 시스템들의 개발에 여러 장애물들을 제공한다. 예를 들면, 디지털 코히어런트 검출을 위해 필요한 중요한 컴포넌트가 전자 아날로그-디지털 컨버터(ADC)이다. 최근의 연구 시범들에서 이용된 ADC의 샘플링 속도는 일반적으로 50 Gsamples/s이고, ADC의 샘플링 속도는 가까운 장래에 100 Gsamples/s 훨씬 아래로 제한될 것으로 예상된다. 또한, 광 변조기 및 변조기 드라이버 대역폭이 현재, 100 GHz 훨씬 아래로 제한된다. 그 결과, 이들 샘플링 제한들은 초고속(예를 들면, ≥400 Gb/s) 단일 채널 송신을 실현하는데 전자적 병목현상(bottleneck)을 초래한다.
다중의 변조기들을 이용함으로써 변조기 및 변조기 드라이버에 대한 대역폭 요건의 감소를 허용하는 멀티-캐리어 No-GI-CO-OFDM(no-guard-interval coherent optical orthogonal frequency-division multiplexing) 신호를 생성함으로써 전자적 병목현상을 다루는 것이 제안되었다. No-GI-OFDM의 이용은 또한, GI를 요구하는 종래의 CO-OFDM에 비교하여 신호의 스펙트럼 대역폭을 약간 감소시켜서, ADC에 대한 대역폭 요건을 완화시킨다.
그러나, 예를 들면, 단일의 디지털 코히어런트 수신기로 캐리어 변조를 위해 대중적인 편광 분할 멀티플렉싱된 직교 위상 시프트 키잉(PDM-QPSK) 변조를 이용한 1-Tb/s 멀티-캐리어 채널을 수신하기 위해, 요구된 ADC 샘플링 속도는 250 Gsamples/s 보다 클 필요가 있으며, 이것은 가까운 장래에 구현되기에는 너무 크다.
본 발명의 실시예들은 멀티플렉싱 및 검출 방법을 이용하여 전자적 병목현상을 다룬다. Rs의 변조 심볼 레이트를 각각 갖고, 예를 들면, 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM) 조건하에서 M(M은 2보다 큰 정수)개의 변조된 캐리어들을 포함하는 초고속 멀티 캐리어 신호가 수신기로 송신된다. 이러한 컨텍스트에서, "초고속"은 ADC 샘플링 속도의 제한들로 인해 단일의 디지털 코히어런트 수신기에 의해 캡처될 수 없는 멀티 캐리어 광 신호 속도를 의미한다. 예를 들면, 초고속 멀티 캐리어 신호는 ≥400 Gb/s 또는 ≥1-Tb/s의 속도를 가질 수도 있다.
수신기는 약 (m+1)Rs의 ADC 샘플링 속도(RADC)로 서브대역 디지털 코히어런트 검출을 통해 한번에 m(2≤m<M)개의 변조된 캐리어들을 검출하고, 디지털 신호 프로세싱(DSP)을 통해 캐리어 분리 및 데이터 복구를 실행한다. 적절한 에일리어싱 제거(anti-aliasing) 필터링이 ADC 샘플링 이전에 실행될 수도 있다. 이러한 장치로, 필요한 ADC 샘플링 속도는 인접 서브대역들로부터의 큰 코히어런트 크로스토크없이 m/M의 계수 만큼 감소될 수도 있다. 또한, 서브대역 당 적어도 두개(2)의 캐리어들의 동시 검출은, 샘플링 레이트와 신호 변조 심볼 레이트 사이의 비율로서 정의된 유효 오버샘플링 계수가 (m+1)/m으로서 스케일되기 때문에, 캐리어 복구를 위해 필요한 DSP의 효율성을 증가시킨다. 예를 들면, 단지 하나의 캐리어가 한번에 검출되는 경우에 대한 오버샘플링 계수가 2이고, 이것은 m=3일 때 1.33으로 감소된다. 또한, 더 많은 캐리어들이 디지털 샘플링 마다 검출될 때 수신기 광 복잡성이 감소된다.
초고속 멀티 캐리어 광 신호들의 효율적인 디지털 코히어런트 검출을 위한 시스템, 방법 및 장치 실시예들이 제공된다. 본 발명의 실시예들은 ADC 및 높은 DSP 효율에 대한 매우 완화된 샘플링 속도 요건으로 초고속(예를 들면, 1-Tb/s) 디지털 코히어런트 검출을 가능하게 한다. 예시적인 실시예들은, 멀티 캐리어 광 신호의 서브대역에서 변조된 캐리어들에 의해 반송된 데이터를 복구하기 위해 검출된 디지털 신호들의 서브대역 디지털 코히어런트 검출 및 프로세싱을 실행하기 위한 단계들 및 구조를 포함한다.
본 발명에 따른 예시적인 광 통신 시스템은, 주파수 고정된 M개의 변조된 캐리어들을 갖는 멀티 캐리어 광 신호를 수신하는 멀티 캐리어 코히어런트 광 수신기를 포함하고, M은 두개(2) 보다 크다. 멀티 캐리어 코히어런트 광 수신기는, 멀티 캐리어 광 신호의 N개의 상이한 서브대역들에 대해 디지털 형태로 출력 신호들을 제공하도록 구성된 서브대역 디지털 코히어런트 검출기로서, N은 1보다 큰 정수인, 서브대역 디지털 코히어런트 검출기; 및 멀티 캐리어 광 신호의 서브대역들 중 적어도 하에 대응하는 변조된 캐리어들에 의해 반송된 데이터를 복구하기 위해 검출된 출력 신호들의 디지털 형태를 프로세싱하도록 구성된 디지털 신호 프로세서를 포함한다.
하나의 실시예에서, 멀티 캐리어 광 신호는 NGI-CO-OFDM(no-guard-interval coherent optical orthogonal frequency-division multiplexing) 신호이다. 하나의 실시예에서, 서브대역 디지털 코히어런트 검출기는, 멀티 캐리어 광 신호를 복수의 멀티 캐리어 광 신호로 스플릿하도록 구성된 1:N 스플리터; 멀티 캐리어 광 신호의 N개의 상이한 서브대역들에 대략 중심이 있는 상이한 파장들을 갖는 N개의 광 로컬 오실레이터들; N개의 편광 다이버시티 광 하이브리드들로서, 각 편광 다이버시티 광 하이브리드는 스플릿된 멀티 캐리어 광 신호들 중 하나를 N개의 광 로컬 오실레이터들 중 대응하는 광 로컬 오실레이터의 레퍼런스 소스와 믹싱하도록 구성되는, 상기 N개의 편광 다이버시티 광 하이브리드들; N개의 편광 다이버시티 광 하이브리드들 중 적어도 하나의 편광 다이버시티 광 하이브리드의 출력 신호들을 검출하도록 구성된 복수의 광검출기; 및 복수의 광검출기로부터의 검출된 광 신호들을 디지털 형태로 변환하도록 구성된 복수의 아날로그-디지털 컨버터(ADC)를 포함한다.
N개의 광 로컬 오실레이터들은 주파수에서 균등하게 이격될 수도 있다. 하나의 실시예에서, N개의 측파대역들의 중심 주파수는 균등하게 이격된다. 하나의 실시예에서, N개의 서브대역들 각각은 적어도 2개의 변조된 캐리어들을 포함할 수도 있다. 멀티 캐리어 광 신호의 각 서브대역은 동일한 수의 변조된 캐리어들을 가질 수도 있다. 광검출기들은 밸런싱된 검출기들, 단일 엔드형(single ended) 검출기들 또는 이들의 조합일 수도 있다.
하나의 실시예에서, 서브대역에 대응하는 복수의 ADC는 대략 (m+1)Rs의 샘플링 레이트를 갖고, 여기서 Rs는 각 캐리어의 변조 심볼 레이트이고, m은 멀티 캐리어 광 신호의 서브대역에서 커버된 변조 캐리어들의 수이다. 적절한 에일리어싱 제거 필터링이 ADC 샘플링 이전에 실행될 수도 있다.
하나의 실시예에서, DSP는 또한, 멀티 캐리어 광 OFDM 신호의 각 서브대역에 대한 송신 장애들을 개별적으로 보상하도록 구성된다. 이들 송신 장애들은 CD, PMD, 및 셀프-위상 변조(SPM)를 포함할 수도 있다.
하나의 실시예에서, DSP는 분산 보상 모듈, CMA(constant modulus algorithm) 기반 블라인드 등화 모듈, 셀프-위상 변조(SPM) 보상 모듈, 캐리어 분리 모듈, 주파수 추정 및 보상 모듈, 위상 추정 및 보상 모듈, 복조 모듈, 및 수신된 멀티 캐리어 광 신호의 적어도 하나의 서브대역을 프로세싱하는 데이터 복구 모듈 중 적어도 하나를 포함한다.
하나의 실시예에서, 광 통신 시스템은 또한 멀티 캐리어 광 수신기에 제공된 멀티 캐리어 광 신호를 생성하는 멀티 캐리어 광 송신기를 포함한다. 하나의 예시적인 멀티 캐리어 광 송신기는, 입력 광을 수신하고 M(M≥2)개의 주파수 고정된 광 캐리어들 생성하도록 구성된 멀티 캐리어 생성기; 생성된 다중의 주파수 고정 광 캐리어들을 분리하도록 구성된 파장 디멀티플렉서; 대응하는 광 캐리어들을 동기적으로 변조하여 대응하는 변조된 캐리어들을 생성하도록 구성된 복수의 변조기; 및 M개의 변조된 캐리어들을 갖는 멀티 캐리어 광 신호로의 복수의 대응하는 변조된 캐리어를 시간 정렬된 심볼들과 결합하는 결합기를 포함한다.
수신기에서 실행된 예시적인 방법은, 주파수 고정된 M개의 변조된 캐리어들을 포함하는 멀티 캐리어 광 신호를 획득하는 단계로서, M은 2보다 크고, 각 변조된 캐리어는 Rs의 변조 심볼 레이트를 갖는, 멀티 캐리어 광 신호를 획득하는 단계; 대략 (m+1)Rs의 아날로그-디지털(ADC) 샘플링 속도로 서브대역 디지털 코히어런트 검출을 통해 복수의 변조된 캐리어들의 서브세트를 검출하는 단계로서, m은 멀티 캐리어 광 신호의 대응하는 서브대역에서 커버된 변조 캐리어들의 수이고, 복수의 변조된 캐리어들의 서브세트는 2개 이상의 캐리어들을 포함하는, 상기 복수의 변조된 캐리어들의 서브세트를 검출하는 단계; 및 캐리어 분리 및 복구를 실행하기 위해 캐리어들의 서브세트를 함께 프로세싱하는 단계를 포함한다.
하나의 실시예에서, 복수의 변조된 캐리어의 서브세트를 검출하는 단계는, 멀티 캐리어 광 신호의 대응하는 서브대역에 대해, 그 주파수가 대략, 대응하는 서브대역의 중심에 있는 광 로컬 오실레이터의 레퍼런스 소스와 멀티 캐리어 광 신호를 믹싱하여 복수의 제 1 출력 신호를 생성하는 단계; 복수의 제 1 출력 신호를 광검출하는 단계; 및 광검출된 복수의 제 1 출력 신호를 디지털 형태로 변환하는 단계를 포함한다. 검출하는 단계는 멀티 캐리어 광 신호의 복수의 서브대역에 대해 실행될 수도 있고, 광 로컬 오실레이터는 멀티 캐리어 광 신호의 스펙트럼의 일부의 커버리지를 제공하기 위해 각 서브대역에 대한 상이한 주파수에서 구성된다.
하나의 실시예에서, 멀티 캐리어 광 신호의 모든 서브대역들은 동일한 수의 캐리어들, 예를 들면, 2개, 3개, 또는 4개의 캐리어들을 갖는다. 다른 실시예에서, 멀티 캐리어 광 신호의 모든 서브대역들은 동일한 수의 캐리어를 갖지 않는다.
하나의 실시예에서, 캐리어들의 서브세트를 함께 프로세싱하는 단계는 복수의 서브대역 각각에 대해 개별적으로 실행된다. 서브세트를 프로세싱하는 단계는, 분산 보상, CMA(constant modulus algorithm) 기반 블라인드 등화, 셀프-위상 변조(SPM) 보상, 캐리어 분리, 주파수 추정 및 보상, 위상 추정 및 보상, 복조, 및 데이터 복구 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다. 멀티 캐리어 광 신호는 초고속(예를 들면, 1-Tb/s) 신호일 수도 있다.
예시적인 실시예들이 아래에 제공된 상세한 설명 및 첨부한 도면들로부터 더욱 완전하게 이해될 것이고, 여기서 동일한 엘리먼트들은 단지 예시로서 제공되어서 본 발명을 제한하지 않는 동일한 참조 부호들에 의해 표현된다.
도 1은 본 발명에 따른 예시적인 멀티 캐리어 광 송신기 및 예시적인 송신기내의 위치들에서 생성된 대응하는 신호 스펙트럼들의 개략도.
도 2는 멀티 캐리어 광 신호를 수신하는 본 발명에 따른 예시적인 멀티 캐리어 코히어런트 광 수신기의 개략도.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 멀티 캐리어 광 신호의 예시적인 서브대역 파티셔닝(partitioning)의 그래픽 예시를 도시한 도면들.
이제, 다양한 예시적인 실시예들이 첨부한 도면들을 참조하여 더욱 완전하게 설명될 것이고, 여기에 개시된 특정한 구조적 및 기능적 상세들은 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위한 전형적인 예이다는 것에 유의한다. 예시적인 실시예들은 다수의 대안의 형태들로 실시될 수도 있으며, 여기에 설명된 실시예들에만 제한되는 것으로 해석되어서는 안된다.
용어들 제 1, 제 2 등이 다양한 엘리먼트들을 설명하기 위해 여기에 이용될 수도 있지만, 이들 용어들이 하나의 엘리먼트를 다른 엘리먼트로부터 구별하기 위해 단지 이용되기 때문에, 이들 엘리먼트들은 이들 용어들에 의해 제한되어서는 안된다는 것이 이해될 것이다. 예를 들면, 예시적인 실시예들의 범위를 벗어나지 않고 제 1 엘리먼트가 제 2 엘리먼트를 칭할 수도 있고, 유사하게는, 제 2 엘리먼트가 제 1 엘리먼트를 칭할 수 있다. 여기에서의 설명에 이용되는 바와 같이, 용어 "및"은 접속적(conjunctive) 및 이접적(disjunctive) 의미 양자로 이용되고, 관련된 리스트된 아이템들 중 하나 이상의 임의의 및 모든 조합들을 포함한다. 여기에서 이용될 때, 용어들 "구비한다", "구비하는", "포함한다" 및 "포함하는"는 논의한 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 엘리먼트들 및/또는 컴포넌트들의 존재를 특정하지만, 하나 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 엘리먼트들, 컴포넌트들 및/또는 이들의 그룹들의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다르게 규정되지 않으면, 여기에서 이용된 (기술적 및 과학적 용어들을 포함하는) 모든 용어들은 예시적인 실시예들이 속하는 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 또한, 몇몇 다른 구현예들에서, 논의한 기능들/작용들은 도면에서 논의한 순서에서 벗어나 발생할 수도 있다는 것에 유의해야 한다. 예를 들면, 연속적으로 도시된 2개의 도면들은 사실, 수반된 기능/작용들에 의존하여, 실질적으로 동시에 실행될 수도 있거나, 때때로 역순서로 실행될 수도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 예시적인 멀티 캐리어 광 송신기 및 예시적인 송신기내의 위치들에서 대응하는 신호 스펙트럼들의 개략도이다. 멀티 캐리어 광 송신기(100)는 멀티 캐리어 광 수신기로 송신되는 멀티 캐리어 광 신호를 생성한다. 예시적인 송신기(100)가 f0의 주파수를 갖는 레이저(110)를 포함한다. 참조 번호 111은 주파수 f0에서 원래의 캐리어의 광 스펙트럼을 그래픽적으로 예시한다. 레이저(110)로부터의 연속파 광은 입력 광을 수신하고,
Figure 112012022776281-pct00003
f의 소정의 주파수 간격을 갖는 M(M>2)개의 주파수 고정 광 캐리어들을 생성하는 멀티 캐리어 생성기(120)에 제공된다. 참조 번호 121은 M개의 주파수 고정 광 캐리어들을 그래픽적으로 예시한다.
M개의 주파수 고정 광 캐리어들은 생성된 다중의 주파수 고정 광 캐리어들을 분리하는 파장 디멀티플렉서(130)에 제공된다. 그 후, 개별 캐리어들 각각은 복수의 변조기(140) 중 대응하는 하나에 제공된다. 변조기들은 대응하는 광 캐리어를 동기적으로 변조하여 대응하는 변조된 캐리어들을 생성한다. 이러한 컨텍스트에서 "동기적"은, 각 캐리어가 동일한 변조 심볼 레이트(Rs) 및 변조된 심볼의 동일한 시간 정렬을 갖는다는 것을 의미한다. 변조기들은 PDM 위상 시프트 키잉(PSK 및 PDM 직교 진폭 변조(QAM) 등과 같은 다양한 변조 방식들 중 어느 하나로 구동된 편광 다이버시티 I/Q 변조기들일 수도 있다. 변조 심볼 레이트(Rs)는 멀티 캐리어 NGI-CO-OFDM 신호를 형성하기 위해
Figure 112012022776281-pct00004
f의 주파수 간격과 동일하도록 설정될 수도 있다.
변조 이후에, 결합기(150)는 M개의 변조된 캐리어들을 갖는 멀티 캐리어 광 신호로의 복수의 대응하는 변조된 캐리어를 시간 정렬된 심볼들과 결합한다. 참조 번호 151은, 송신기에 의해 송신되는 M개의 변조된 캐리어들을 갖는 멀티 캐리어 광 신호를 그래픽적으로 예시한다. 멀티 캐리어 광 신호는 초고속(예를 들면, 1-Tb/s) 신호일 수도 있다.
멀티 캐리어 광 신호는 광 링크(미도시)를 통해 멀티 캐리어 광 수신기로 송신된다. 예를 들면, 광 링크는 다수의 에르븀 도핑된 섬유 증폭기(EDFA)들 및 다수의 섬유 스팬들을 구비하는 장거리 섬유 링크일 수도 있다. 통상적으로, 광 링크는 섬유 비선형성, 셀프-위상 변조(SPM), 색 분산(CD), 및 편광 모드 분산(PMD)으로부터 손상을 받는다.
도 2는 멀티 캐리어 광 신호를 수신하는 본 발명에 따른 예시적인 멀티 캐리어 코히어런트 광 수신기의 개략도이다. 예시적인 광 통신 시스템내에서, 멀티 캐리어 코히어런트 광 수신기(200)는 광 섬유 링크를 횡단한 이후에 멀티 캐리어 광 신호를 수신한다. 멀티 캐리어 코히어런트 수신기(200)에 의해 수신된 멀티 캐리어 광 신호는 주파수 고정된 M개의 변조된 캐리어들을 갖고, 여기서, M은 2보다 크다. 각 변조된 캐리어는 Rs의 변조 심볼 레이트를 가질 수도 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 멀티 캐리어 광 신호는 NGI-CO-OFDM(no-guard-interval coherent optical orthogonal frequency-division multiplexing) 신호이다.
멀티 캐리어 코히어런트 광 수신기는 서브대역 디지털 코히어런트 검출기(210) 및 디지털 신호 프로세서(DSP)(240)를 포함한다. 서브대역 디지털 코히어런트 검출기는 각 변조된 캐리어가 Rs의 변조 심볼 레이트를 갖는 복수의 변조된 캐리어를 포함하는 멀티 캐리어 광 신호를 획득하고, 멀티 캐리어 광 신호의 N개의 상이한 서브대역들에 대한 디지털 형태로 광 신호들을 제공하고, 여기서 N은 1보다 크고 M보다 작은 정수이다. 하나의 실시예에서, 서브대역 디지털 코히어런트 검출기의 아날로그-디지털(ADC) 샘플링 속도는 대략 (m+1)Rs이고, m은 멀티 캐리어 광 신호의 대응하는 서브대역에서 커버된 변조 캐리어들의 수이다. 이러한 방식으로, 변조된 캐리어들 중 2개 이상을 커버하는 복수의 변조된 캐리어의 서브세트가 검출된다.
디지털 신호 프로세서(DSP)는 멀티 캐리어 광 신호의 서브대역들 중 적어도 하나에 대응하는 변조된 캐리어들에 의해 반송된 데이터를 복구하기 위해 검출된 출력 신호들의 디지털 형태를 프로세싱한다. DSP는 장애 보상 및 캐리어 분리 및 복구를 실행하기 위해 멀티 캐리어 광 신호의 각 서브세트의 변조된 캐리어들을 함께 프로세싱한다. 다른 실시예에서, 멀티 캐리어 광 신호의 단일의 서브세트를 검출하고, 그 서브세트의 하나 이상의 변조된 캐리어들에 대한 데이터를 복구하도록 단일의 서브세트에 대한 디지털 형태를 프로세싱하는 것이 바람직할 수도 있다.
도 2의 예시적인 실시예에서, 서브대역 디지털 코히어런트 검출기는 1:N 스플리터(12)에 의해 복수의 멀티 캐리어 광 신호로 스플릿되는 멀티 캐리어 광 신호를 획득한다. 스플릿된 멀티 캐리어 광 신호들은 N개의 편광 다이버시티 광 하이브리드들(214) 중 하나로 향한다. 각 편광 다이버시티 광 하이브리드는 스플릿된 멀티 캐리어 광 신호들 중 하나를 N개의 광 로컬 오실레이터들 중 대응하는 광 로컬 오실레이터(OLO)(216)의 레퍼런스 소스와 믹싱한다.
멀티 캐리어 광 신호의 각 서브대역에 대해, 멀티 캐리어 광 신호는 복수의 제 1 출력 신호를 생성하기 위해 그 주파수가 대략 그 서브대역의 중심에 있는 광 로컬 오실레이터의 레퍼런스 소스와 믹싱된다. N개의 광 로컬 오실레이터들은 주파수에서 균등하게 이격되고, 따라서, 멀티 캐리어 광 신호의 N개의 서브대역들의 중심 주파수들은 균등하게 이격된다. 하나의 실시예에서, 서브대역은 적어도 2개의 변조된 캐리어들을 포함한다. 다른 실시예에서, 멀티 캐리어 광 신호의 모든 서브대역들은 동일한 수의 캐리어들을 갖지 않는다. 예를 들면, 서브대역들의 제 1 세트는 3개의 캐리어들을 커버할 수도 있고, 제 2 서브대역 세트는 더 적거나 더 큰 수의 캐리어들을 커버할 수도 있다.
복수의 광 검출기(218)는 N개의 편광 다이버시티 광 하이브리드들의 적어도 하나의 편광 다이버시티 광 하이브리드의 출력 신호를 검출한다. 편광 다이버시티 광 하이브리드들 각각은 멀티 캐리어 광 신호의 N개의 서브대역들의 광 검출을 위해 대응하는 하이브리드로부터의 출력 신호들을 검출하는 대응하는 복수의 광검출기를 갖는다. 광검출기는 밸런싱된 검출기들, 단일 엔드형 검출기들 또는 이들의 조합일 수도 있다.
그 후, 복수의 아날로그-디지털 컨버터(ACD)(220)가 복수의 광검출기로부터의 검출된 출력 신호들을 디지털 형태로 변환한다. 하나의 실시예에서, 서브대역에 대응하는 복수의 ADC는 대략 (m+1)Rs의 샘플링 레이트를 갖고, 여기서, Rs는 각 캐리어의 변조 심볼 레이트이고, m은 멀티 캐리어 광 신호의 서브대역에서 커버된 변조 캐리어들의 수이다. 이러한 컨텍스트에서, 주파수
Figure 112012022776281-pct00005
에 중심이 있는 변조된 캐리어를,
Figure 112012022776281-pct00006
내의 그것의 메인 스펙트럼 콘텐츠가 서브대역의 스펙트럼 범위내부에 있을 때, "서브대역에서 커버된" 으로 칭한다. 상기에 따라, 더 큰 수의 캐리어들이 서브대역에서 커버되고, 더 높은 ADC 샘플링 속도가 소정의 변조 심볼 레이트에 대해 필요하다는 것에 유의한다. 광 로컬 오실레이터는 멀티 캐리어 광 신호의 스펙트럼의 일부의 커버리지를 제공하기 위해 각 서브대역에 대한 상이한 주파수에서 구성된다.
하나의 실시예에서, DSP(240)는 멀티 캐리어 광 OFDM 신호의 각 서브대역에 대한 송신 장애들을 개별적으로 보상하도록 또한 구성된다. 이들 송신 장애들은 색 분산, PMD, 및 셀프-위상 변조를 포함할 수도 있다. 따라서, DSP는 분산 보상 모듈, CMA(constant modulus algorithm) 기반 블라인드 등화 모듈, 셀프-위상 변조(SPM) 보상 모듈, 캐리어 분리 모듈, 주파수 추정 및 보상 모듈, 위상 추정 및 보상 모듈, 복조 모듈, 및 수신된 멀티 캐리어 광 신호의 적어도 하나의 서브대역을 프로세싱하는 데이터 복구 모듈 중 적어도 하나를 포함한다. 캐리어들의 서브세트의 프로세싱은 복수의 서브대역 각각에 대해 개별적으로 실행될 수도 있다. 지정된 모듈들은 모듈의 언급한 명칭을 구현하는데 필요한 프로세싱을 실행한다. 예를 들면, 분산 보상 모듈은 프로세싱되는 서브대역의 캐리어들에 대한 분산 보상을 실행하고, 데이터 복구 모듈은 변조된 캐리어에 의해 반송된 데이터를 복구한다.
도 3은 본 발명에 따른 멀티 캐리어 광 신호의 예시적인 서브대역 파티셔닝의 그래픽 예시이다. 도 3a 내지 도 3c는 참조 번호 151에 의해 도 1에 이전에 예시된 M개의 변조된 캐리어들을 갖는 멀티 캐리어 광 신호의 예시적인 파티셔닝을 도시한다. M은 멀티 캐리어 광 신호에서 캐리어들의 총 수를 나타낸다. N은 서브대역들의 총 수이고, m(i)는 i번째 서브대역에서 커버되고 검출될 캐리어들의 수이다. i번째 서브대역에서 검출된 캐리어들의 수는
Figure 112012022776281-pct00007
이다. 따라서, 도 3a는 2개의 캐리어들(m=2)이 서브대역 마다 검출되도록 멀티 캐리어 광 신호가 파티셔닝된다는 것을 예시한다. 그 후, 이러한 원하는 파티셔닝을 실행하는데 M/2개의 서브대역들이 요구된다. 따라서, 서브대역들의 수는 서브대역 디지털 코히어런트 검출기(210)의 구현을 결정한다. 멀티 캐리어 광 신호의 각 서브대역은 도 3a에 도시된 바와 같이 동일한 수의 변조된 캐리어들을 가질 수도 있다. 그러나, 파티셔닝은 각 서브대역들이 동일한 수의 캐리어를 커버하지 않도록 착수될 수 있다.
유사하게, 도 3b는 3개의 캐리어들(m=3)이 서브대역 마다 커버되고 검출되는 파티셔닝을 예시하고, 도 3c는 4개의 캐리어들(m=4)이 서브대역 마다 커버되고 검출되는 파티셔닝을 예시한다.
예시적인 방법에 관하여 상술된 다양한 기능들은 예를 들면, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 하드웨어 프로그래밍에서 구현된 적절한 명령들 하에서 동작하는 특수 또는 범용 디지털 정보 프로세싱 디바이스들에 의해 용이하게 실행된다. 예를 들면, DSP 및 다른 로직 회로들의 기능적 모듈들은 반도체 기술로 구성된 주문형 반도체(ASIC)로서 구현될 수 있고, 필드 프로그래밍가능한 게이트 어레이(FPGA)들 또는 임의의 다른 하드웨어 블록들로 또한 구현될 수도 있다.
100: 멀티 캐리어 광 송신기 120: 멀티 캐리어 생성기
130: 파장 디멀티플렉서 140: 변조기
150: 결합기

Claims (11)

  1. 광 통신 시스템에 있어서:
    주파수 고정된 M개의 변조된 캐리어들을 갖는 멀티 캐리어 광 신호를 수신하는 멀티 캐리어 코히어런트 광 수신기를 포함하고, M은 2보다 크고,
    상기 멀티 캐리어 코히어런트 광 수신기는,
    상기 멀티-캐리어 광신호를 복수의 멀티-캐리어 광 신호들로 스플릿하기 위해 스플리터를 사용하고 상기 복수의 멀티-캐리어 광 신호들로부터 상기 멀티 캐리어 광 신호의 N개의 상이한 서브대역들에 대해 디지털 형태로 광 신호를 제공하도록 구성된 서브대역 디지털 코히어런트 검출기로서, N은 1보다 크고 M보다 작은 정수인, 상기 서브대역 디지털 코히어런트 검출기; 및
    상기 멀티 캐리어 광 신호의 상기 서브대역들 중 적어도 하나에 대응하는 상기 변조된 캐리어들에 의해 반송된 데이터를 복구하기 위해 검출된 출력 신호의 상기 디지털 형태를 프로세싱하도록 구성된 디지털 신호 프로세서를 포함하는, 광 통신 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 멀티 캐리어 광 신호는 NGI-CO-OFDM(no-guard-interval coherent optical orthogonal frequency-division multiplexing) 신호인, 광 통신 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 서브대역 디지털 코히어런트 검출기는:
    상기 멀티 캐리어 광 신호를 상기 복수의 멀티 캐리어 광 신호로 스플릿하도록 구성된 1:N 스플리터;
    상기 멀티 캐리어 광 신호의 상기 N개의 상이한 서브대역들에 중심이 있는 상이한 파장들을 갖는 N개의 광 로컬 오실레이터들;
    N개의 편광 다이버시티 광 하이브리드들로서, 각 편광 다이버시티 광 하이브리드는 상기 스플릿된 멀티 캐리어 광 신호들 중 하나를 상기 N개의 광 로컬 오실레이터들의 대응하는 광 로컬 오실레이터와 믹싱하도록 구성되는, 상기 N개의 편광 다이버시티 광 하이브리드들;
    상기 N개의 편광 다이버시티 광 하이브리드들의 적어도 하나의 편광 다이버시티 광 하이브리드의 출력 신호들을 검출하도록 구성된 복수의 광검출기; 및
    상기 복수의 광검출기로부터의 검출된 출력 신호들을 디지털 형태로 변환하도록 구성된 복수의 아날로그-디지털 컨버터(ADC)를 포함하는, 광 통신 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 N개의 서브대역들 각각은 적어도 2개의 변조된 캐리어들을 커버하는, 광 통신 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서,
    서브대역에 대응하는 복수의 ADC는 (m+1)Rs의 샘플링 레이트를 갖고, Rs는 각 캐리어의 변조 심볼 레이트이고, m은 상기 멀티 캐리어 광 신호의 상기 서브대역에서 커버된 변조 캐리어들의 수인, 광 통신 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 멀티 캐리어 광 수신기에 제공된 상기 멀티 캐리어 광 신호를 생성하는 멀티 캐리어 광 송신기를 추가로 포함하고,
    상기 멀티 캐리어 광 송신기는:
    입력 광을 수신하고 M(M>2)개의 주파수 고정된 광 캐리어들을 생성하도록 구성된 멀티 캐리어 생성기;
    상기 생성된 다중의 주파수 고정된 광 캐리어들을 분리하도록 구성된 파장 디멀티플렉서;
    대응하는 광 캐리어들을 동기적으로 변조하여 대응하는 변조된 캐리어들을 생성하도록 구성된 복수의 변조기; 및
    M개의 변조된 캐리어들을 갖는 상기 멀티 캐리어 광 신호로의 복수의 대응하는 변조된 캐리어를 시간 정렬된 심볼들과 결합하는 결합기를 포함하는, 광 통신 시스템.
  7. 수신기에서의 방법에 있어서:
    주파수 고정된 M개의 변조된 캐리어들을 포함하는 멀티 캐리어 광 신호를 획득하는 단계로서, M은 2보다 크고, 각 변조된 캐리어는 Rs의 변조 심볼 레이트를 갖는, 상기 멀티 캐리어 광 신호를 획득하는 단계;
    상기 멀티-캐리어 광 신호를 복수의 멀티-캐리어 광 신호들로 스플릿하기 위해 스플리터를 이용하는 단계;
    (m+1)Rs의 아날로그-디지털(ADC) 샘플링 속도로 서브대역 디지털 코히어런트 검출을 통해 상기 복수의 멀티-캐리어 광 신호들 중 하나로부터 복수의 변조된 캐리어의 서브세트를 검출하는 단계로서, m은 상기 멀티 캐리어 광 신호의 대응하는 서브대역에서 커버된 변조 캐리어들의 수이고, 상기 복수의 변조된 캐리어의 상기 서브세트는 상기 변조 캐리어들 중 2개 이상을 커버하는, 상기 복수의 변조된 캐리어의 서브세트를 검출하는 단계; 및
    캐리어 분리 및 복구를 실행하기 위해 상기 캐리어들의 서브세트를 함께 프로세싱하는 단계를 포함하는, 수신기에서의 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 멀티 캐리어 광 신호는 NGI-CO-OFDM(no-guard-interval coherent optical orthogonal frequency-division multiplexing) 신호인, 수신기에서의 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 변조된 캐리어의 서브세트를 검출하는 단계는:
    상기 멀티 캐리어 광 신호의 상기 대응하는 서브대역에 대해,
    복수의 제 1 출력 신호를 생성하기 위해 주파수가 상기 대응하는 서브대역의 중심에 있는 레퍼런스 소스와 상기 멀티 캐리어 광 신호를 믹싱하는 단계;
    상기 복수의 제 1 출력 신호를 광검출하는 단계; 및
    상기 광검출된 복수의 제 1 출력 신호를 디지털 형태로 변환하는 단계를 포함하는, 수신기에서의 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 검출하는 단계는 상기 멀티 캐리어 광 신호의 복수의 서브대역에 대해 실행되고, 광 로컬 오실레이터는 상기 멀티 캐리어 광 신호의 스펙트럼의 일부의 커버리지를 제공하기 위해 각 서브대역에 대한 상이한 주파수에서 구성되는, 수신기에서의 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 캐리어들의 서브세트를 함께 프로세싱하는 단계는 복수의 서브대역 각각에 대해 개별적으로 실행되는, 수신기에서의 방법.
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