KR101448383B1 - Rf 톤을 이용하여 rb 잡음을 억제하는 광 통신 시스템 - Google Patents

Rf 톤을 이용하여 rb 잡음을 억제하는 광 통신 시스템 Download PDF

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RF 신호를 이용하여 RB 잡음을 억제하는 광 통신 시스템이 개시된다. 상기 광 통신 시스템에서 광 신호 전송 방법은 RF 신호로 광 캐리어를 변조시켜 광 신호를 생성하는 단계 및 상기 생성된 광 신호를 출력하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 RF 신호의 사용 주파수는 상기 광 캐리어의 중심 주파수보다 낮다.

Description

RF 톤을 이용하여 RB 잡음을 억제하는 광 통신 시스템{OPTICAL COMMUNICATION SYSTEM FOR REDUCING RAYLEIGH BACKREFLECTION NOISE BY USING A RF TONE}
본 발명은 광 통신 시스템에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 광 통신 시스템을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 광 통신 시스템에서의 채널 특성 및 안정도를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 광 통신 시스템에서 OLT(Optical line terminal, 100)는 하향 광 신호를 광 섬유를 통하여 ONU(Optical Network Unit, 102)로 전송한다. 이 경우, OLT(100)에서 ONU(102)로 보낸 신호의 반사 성분과 ONU(102)에서 OLT(100)로 전송하는 광 신호와의 간섭으로 인하여 RB(Rayleigh Backreflection) 잡음이 생기며, 그 결과 광 신호를 전송하는 채널 환경이 도 2의 (A)에 도시된 바와 같이 계속적으로 변하게 된다. 즉, 상기 채널이 불안정해지며, 그 결과 채널 상태 정보(Channel State Information, CSI)의 변화를 고려하지 않고 부반송파 할당 및 광 신호 전송 과정을 수행하면 도 2의 (B)에 도시된 바와 같이 채널 상태 정보와 추정된 채널 상태 정보 사이의 오차로 인하여 안정적인 광 신호 전송을 할 수가 없다.
한국공개특허공보 제2012-0080607호(2012년 7월 17일)
본 발명은 RF 신호를 이용하여 RB 잡음을 억제하는 광 통신 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 통신 시스템에서 광 신호 전송 방법은 RF 신호로 광 캐리어를 변조시켜 제 1 광 신호를 생성하는 단계; 상기 생성된 제 1 광 신호를 출력하는 단계; 및 채널 추정을 위한 채널 상태 정보를 복수의 슬롯들 단위로 업데이트하여 전송하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 RF 신호의 사용 주파수는 상기 광 캐리어의 중심 주파수보다 낮으며, 상기 슬롯은 데이터가 전송되는 구간이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 통신 시스템에 사용되는 광 송신기는 광 캐리어를 출력하는 광 출력부; 및 상기 광 출력부로 RF톤을 제공하여 상기 광 캐리어를 변조시키는 RF톤부를 포함한다. 여기서, 상기 광 송신기는 상기 변조에 따라 생성된 광 신호 및 채널 추정을 위한 채널 상태 정보를 복수의 슬롯들 단위로 업데이트하여 광 수신기로 전송하며, 상기 슬롯은 데이터가 전송되는 구간이다.
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본 발명에 따른 광 통신 시스템은 저주파의 RF 신호(RF톤)로 변조된 광 신호를 출력시켜서 광 신호의 스펙트럼을 확산시키며, 그 결과 채널 내에 발생할 수 있는 RB 잡음이 억제될 수 있다. 따라서, 상기 광 신호를 전송하는 채널이 안정화되며, 적응형 비트/파워 로딩 방식을 사용하는 광 통신 시스템이 효율적으로 동작하고, 광 송신기는 채널 상태 정보를 자주 업데이트할 필요가 없다.
도 1은 일반적인 광 통신 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 광 통신 시스템에서의 채널 특성 및 안정도를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 통신 시스템을 도시한 블록도이다.
도 4는 도 3의 광 통신 시스템에서의 광 신호의 흐름을 도시한 도면이다.
도 5는 도 3의 광 통신 시스템에서 RB 잡음을 억제하는 방법을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 6 및 도 7은 RB 잡음이 억제된 결과를 도시한 도면들이다.
도 8은 OFDMA 신호 구조를 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 자세히 설명하도록 한다.
본 발명은 채널이 안정화된 광 통신 시스템에 관한 것으로서, 광 신호를 전송하는 채널에 발생할 수 있는 RB(Rayleigh Backreflection) 잡음을 억제하거나 제거하는 방법을 제시한다. 예를 들어, 본 발명은 디더링(Dithering) 방법의 하나로서 광 캐리어(Optical Carrier)에 저주파의 RF톤(RF tone)을 제공하는 방식을 사용하여 RF 신호로 변조된 광 신호를 출력할 수 있다. 결과적으로, RB 잡음이 억제될 수 있으며, 따라서 채널이 안정화될 수 있다.
본 발명은 직교 주파수 다중 변조(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식의 일종인 DMT(Discrete Multi Tone) 변조 방식에 적용될 수 있으며, DMT 변조 방식은 부반송파들(multiple subcarriers)로 구성되는 서브 채널들로 분리하여 정보를 전달한다. 특히, 본 발명은 서브 채널들의 채널 특성, 예를 들어 SNR 특성 등에 따라 서브 채널들로 제공되는 광 신호의 비트 수 및 파워를 다르게 설정하는 적응형 비트/파워 로딩 방식을 사용하는 광 통신 시스템에 유용하게 적용될 수 있다. 적응형 비트/파워 로딩 방식에 따르면, 우수한 특성을 가지는 서브 채널에 더 많은 비트 수 및 파워가 설정될 수 있다.
이하, 본 발명의 광 통신 시스템의 구성 및 동작을 첨부된 도면들을 참조하여 상술하겠다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 통신 시스템을 도시한 블록도이고, 도 4는 도 3의 광 통신 시스템에서의 광 신호의 흐름을 도시한 도면이다. 도 5는 도 3의 광 통신 시스템에서 RB 잡음을 억제하는 방법을 개념적으로 도시한 도면이고, 도 6 및 도 7은 RB 잡음이 억제된 결과를 도시한 도면들이다. 도 8은 OFDMA 신호 구조를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예의 광 통신 시스템은 예를 들어 파장 분할 다중화/부반송파 다중화 수동형 광 가입자망(WDM/SCM-PON)이거나 OFDMA-PON일 수 있으며, 광 송신기(300), 분배부(302), 광 수신기(304) 및 광 섬유(306)를 포함할 수 있다.
광 송신기(300)는 저주파의 RF 신호로 변조된 하향 광 신호(또는 제 1 광 신호라 함)를 분배부(302)로 출력한다. 일 실시예에 따르면, 광 송신기(300)는 중앙 기지국일 수도 있고, 다른 장치로부터 전송된 하향 광 신호를 분배부(302)로 전달하는 OLT(Optical line terminal) 등과 같은 소자일 수도 있다. 즉, 광 송신기(300)는 광 신호를 광 수신기(304)로 출력하는 한 특별히 제한되지는 않는다.
일반적으로, RB 잡음은 저주파 대역에서 발생하며, 따라서 광 송신기(300)는 RB 잡음을 억제시키기 위하여 저주파의 RF 신호로 하향 광 신호를 변조시킨다. 예를 들어, 하향 광 신호의 캐리어 주파수(중심 주파수)가 193㎔일 때, 상기 캐리어 주파수보다 상당히 작은 10㎒(사용 주파수)의 RF 신호를 사용할 수 있다. 이 경우, 도 5에 도시된 바와 같이 하향 광 신호의 스펙트럼(선폭)이 확산될 수 있으며, 그 결과 도 6에 도시된 바와 같이 RB 잡음의 크기가 작아지게 된다. 즉, RB 잡음이 억제되며(도 6에서 녹색 곡선은 종래 광 통신 시스템에서의 RB 잡음을 표시하며, 적색 곡선은 본 발명의 광 통신 시스템에서의 RB 잡음을 나타낸다), 그 결과 채널이 안정화될 수 있다. 실제로 실험한 결과는 도 7에서 보여진다. 한편, 도 6 및 도 7은 RF 스펙트럼에서 본 그래프들이며, 이 경우 하향 광 신호의 캐리어 중심 주파수는 0㎐로 표시된다.
RB 잡음은 광 송신단에서 광 수신단으로 전송하는 광 신호의 반사 성분과 수신단에서 송신단으로 보내는 광 신호의 간섭으로 인하여 생기는 잡음으로서, 비선형(nonlinear) 특성을 가진다. 본 발명의 광 통신 시스템이 저주파의 RF 신호로 광 캐리어를 변조시켜 광 신호를 출력하면, 광섬유(306) 내의 반사 성분들과 상향 광 신호(또는 제 2 광 신호라 함) 사이의 코히어런트(Coherent) 관계가 감소되어 RB 잡음이 억제될 수 있다.
한편, 본 발명의 광 통신 시스템 RF 신호를 사용하여 하향 광 신호의 스펙트럼을 확산시키므로 상향 광 신호에 색분산 영향을 미칠 수 있으나, 본 발명은 RF 주파수를 저주파 대역으로 최적화시켜서 이러한 색분산 영향을 최소화시킬 수 있다.
일 실시예에 따르면, 광 송신기(100)는 광 출력부(310) 및 RF 톤부(312)를 포함할 수 있다.
광 출력부(310)는 광을 출력하는 광 시드 소스(Optical seed source)로서, 예를 들어 연속파 레이저(Continuous Wave Laser, CW laser)일 수 있으며, 광 캐리어를 출력한다.
RF톤부(312)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 저주파, 예를 들어 10㎒의 RF톤을 광 출력부(310)로 제공할 수 있으며, 즉 디더링할 수 있다. 예를 들어, RF톤부(312)는 10㎒의 교류 전류를 광 출력부(310)로 제공할 수 있다. 결과적으로, 하향 광 신호(예를 들어 CW seed carrier)의 스펙트럼이 확산될 수 있으며, 그 결과 도 4에 도시된 바와 같이 하향 광 신호가 RF 클리핑(Clipping)될 수 있다.
RF톤부(312)가 광 출력부(310)로 제공하면, 광 출력부(310)로부터 출력된 광이 RF톤(RF 신호)으로 변조되어 하향 광 신호가 생성되며, 상기 생성된 하향 광 신호가 광 섬유(306)를 통하여 분배부(302)로 전송된다.
광 섬유(306)는 하향 광 신호 및 상향 광 신호가 통과하는 채널로서, 단일 광 섬유일 수 있다.
분배부(302)는 예를 들어 파워 스플리터(Power Splitter)로서, 상기 전송된 하향 광 신호를 분배하여 예를 들어 전력만 분배하여 광 수신기(304)로 제공할 수 있다.
광 수신기(304)는 하향 광 신호를 수신하는 소자로서, 복수의 가입자단 유닛들(320a 내지 320n)을 포함할 수 있다. 여기서, 가입자단 유닛(320)은 망 종단에 위치하는 광 통신망 유닛(Optical Network Unit, ONU)일 수 있다.
분배부(302)로부터 분배된 하향 광 신호는 광 수신기(304)의 각 가입자단 유닛들(320a 내지 320n)로 제공된다. 일 실시예에 따르면, 각 가입자단 유닛들(320a 내지 320n)은 도시하지 않았지만, 필터, 반사부 및 광 검출부를 포함할 수 있다.
필터는 분배부(302)로부터 전송된 하향 광 신호를 필터링하여 상기 하향 신호 중 해당 부반송파에 해당하는 서브 하향 광 신호를 반사부 및 광 검출부로 전송한다.
반사부는 상기 서브 하향 광 신호를 변조시켜 가입자측에서 전달하고자 하는 정보를 가지는 상향 광 신호, 예를 들어 DMT 신호를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 반사부는 반사형 반도체 광 증폭기(Reflective Semiconductor Optical Amplifier, RSOA)일 수 있으며, 특히 이득 포화형 RSOA일 수 있다. 즉, 반사부는 서브 하향 광 신호를 반사시키는 방법을 통하여 상향 광 신호를 발생시킨다.
일 실시예에 따르면, 반사부는 서브 하향 광 신호에 포함된 대역폭 정보에 따라 해당 대역폭을 가지는 상향 광 신호를 출력할 수도 있다.
광 검출부는 상기 서브 하향 광 신호에 포함된 데이터를 검출하고, 상기 검출된 데이터를 가입자 소자(미도시)로 전송할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 복수의 가입자단 유닛들(320a 내지 320n)이 동일한 파장을 가지되 서로 다른 주파수들을 가질 수도 있다. 구체적으로는, 본 실시예의 광 통신 시스템에 m(정수임) 개의 서로 다른 파장들이 존재하고 각 파장에 대하여 n(정수임)개의 서로 다른 주파수들이 할당될 수도 있다. 따라서, 광 수신기(304)는 (n×m) 개의 가입자단 유닛들을 포함할 수 있다.
한편, 위에서는 광 수신기(304)가 하향 광 신호의 광을 반사시키는 것으로 언급하였으나, 상향 신호 발생을 위한 별도의 광원을 사용할 수도 있다.
정리하면, 본 발명의 광 통신 시스템은 저주파의 RF 신호로 변조된 하향 광 신호를 출력하여 RB 잡음을 억제하고, 이득 포화형 RSOA를 이용하여 RB 잡음을 더 억제할 수 있다. 특히, 서브 하향 광 신호가 RSOA로 인가되어 DMT 변조될 때, 이득 포화로 동작하는 RSOA의 고주파 통과 필터(HPF)의 특성을 이용하여 RF 클리핑을 최대화하여 가입자단 유닛(320)이 출력하는 상향 광 신호(DMT 출력)의 성능 열화를 방지할 수도 있다.
종래의 광 통신 시스템에서는 채널에 RB 잡음이 발생하였기 때문에, 채널 특성이 계속적으로 변화되는 문제점이 있었다. 즉, 채널이 불안정하였으며, 따라서 채널 상태 정보(Channel State Information, CSI)의 변화를 고려하지 않고 부반송파 할당 및 광 신호 전송 과정을 수행하면 채널 상태 정보와 추정된 채널 상태 정보 사이의 오차로 인하여 안정적인 광 신호 전송을 수행할 수가 없다. 결과적으로, 채널 상태 정보를 도 8의 (A)에 도시된 바와 같이 업데이트하여야만 한다.
그러나, 본 발명은 RB 잡음을 억제시켜 채널 자체를 안정화시키므로, 광 송신기(300)는 채널 상태 정보의 업데이트를 자주 하지 않아도 먼저 수행한 CSI 추정치를 활용하여 다수의 OFDMA 심볼들을 안정적으로 전송할 수 있다. 결과적으로, 도 8의 (B)에 도시된 바와 같이 채널 상태 정보의 업데이트를 상대적으로 적게 하여도 되며, 따라서 광 송신기(300)의 부하가 감소할 수 있을 뿐만 아니라 안정적으로 서브 채널들로 대역폭들을 할당할 수 있다.
또한, RB 잡음을 억제하므로, 광 통신 시스템은 적응형 비트/파워 로딩 알고리즘 기반 DMT 변조 기술을 사용하여 RSOA의 제한된 대역폭 문제를 해결할 수도 있다. 구체적으로는, RSOA가 처리할 수 있는 대역폭이 한정됨에도 불구하고, 서브 채널들의 채널 환경에 따라 비트/파워를 적응적으로 할당하면 대역폭을 최대한 활용할 수 있다. 다만, 서브 채널의 환경이 불안정하면 적응형 비트/파워 로딩 알고리즘을 적용하기가 어렵고 효율이 낮으나, 본 발명의 광 통신 시스템은 RB 잡음을 억제하여 서브 채널을 안정화시키므로 적응형 비트/파워 로딩 알고리즘을 유용하게 활용할 수 있다. 따라서, RSOA의 제한된 대역폭 내에서 최대로 데이터를 송수신할 수 있다.
위에서는, RF톤을 광 출력부(310)에 제공하는 방식으로 광 캐리어를 변조시켰으나, RF 신호로 광 신호가 변조되는 한 변조 방법은 다양하게 변형될 수 있다.
또한, 위에서는 광 송신기(300)를 OLT로 가정하고 광 수신기(304)를 ONU로 가정하고 설명하였지만, 이들로 제한되지는 않는다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
300 : 광 송신기 302 : 분배부
304 : 광 수신기 306 : 광 섬유
310 : 광 출력부 312 : RF톤부
320 : 가입자단 유닛

Claims (11)

  1. RF 신호로 광 캐리어를 변조시켜 제 1 광 신호를 생성하는 단계;
    상기 생성된 제 1 광 신호를 출력하는 단계; 및
    채널 추정을 위한 채널 상태 정보를 복수의 슬롯들 단위로 업데이트하여 전송하는 단계를 포함하되,
    상기 RF 신호의 사용 주파수는 상기 광 캐리어의 중심 주파수보다 낮으며, 상기 슬롯은 데이터가 전송되는 구간인 것을 특징으로 하는 광 통신 시스템에서 광 신호 전송 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제 1 광 신호를 생성하는 단계는,
    RF톤을 상기 광 캐리어로 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 통신 시스템에서 광 신호 전송 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 출력된 제 1 광 신호는 단일 광 섬유를 통하여 광 수신기로 전송되며, 상기 광 수신기의 가입자단 유닛은 반사형 가입자단 유닛인 것을 특징으로 하는 광 통신 시스템에서 광 신호 전송 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 출력된 제 1 광 신호를 변조시켜 제 2 광 신호를 출력하는 단계를 더 포함하되,
    상기 변조는 이득 포화형 반사형 반도체 광 증폭기(Reflective Semiconductor Optical Amplifier, RSOA)인 것을 특징으로 하는 광 통신 시스템에서 광 신호 전송 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 광 송신기에 있어서,
    광 캐리어를 출력하는 광 출력부; 및
    상기 광 출력부로 RF톤을 제공하여 상기 광 캐리어를 변조시키는 RF톤부를 포함하되,
    상기 광 송신기는 상기 변조에 따라 생성된 광 신호 및 채널 추정을 위한 채널 상태 정보를 복수의 슬롯들 단위로 업데이트하여 광 수신기로 전송하며, 상기 슬롯은 데이터가 전송되는 구간인 것을 특징으로 하는 광 통신 시스템에 사용되는 광 송신기.
  10. 제9항에 있어서, 상기 광 신호의 스펙트럼을 확산시킴에 의해 RB(Rayleigh Backreflection) 잡음이 억제되도록 상기 RF톤의 사용 주파수는 상기 광 캐리어의 중심 주파수보다 낮은 것을 특징으로 하는 광 통신 시스템에 사용되는 광 송신기.



  11. 삭제
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