KR101559520B1 - 광신호의 색분산 감시 방법 및 장치 - Google Patents

광신호의 색분산 감시 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

광신호의 색분산 감시 방법 및 장치에 대해 개시한다. 본 발명의 가장 큰 특징은 광신호의 일부를 추출하여 둘로 나눈 후, 하나는 직접 검파 방식으로 수신하여 광전류를 검출하고, 다른 하나는 잔류측파대 신호로 광 필터링 한 후 직접 검파 방식으로 수신하여 광전류를 검출한 후, 검출한 광전류를 광신호의 심볼 속도보다 현저하게 느린 속도로 비동기 샘플하고 소프트웨어 기반으로 양측파대와 잔류측파대 신호 간의 클럭 위상 편이를 검출하여 색분산을 감시하는 것이다. 본 발명에 의하면, 색분산의 양과 부호를 함께 감시할 수 있고, 편광 모드 분산이 존재하는 경우에도 높은 정확도로 색분산을 감시할 수 있을 뿐만 아니라, 클럭 위상 편이를 검출함에 있어서 클럭 신호를 추출하기 위한 별도의 회로 대신 상대적으로 낮은 속도에서 동작하는 샘플링 회로와 소프트웨어 기반의 클럭 위상 편이 검출 방법을 사용함으로써 경제적인 구현이 가능하다.

Description

광신호의 색분산 감시 방법 및 장치{Chromatic dispersion monitoring method and apparatus}
본 발명은 광신호의 색분산을 감시하는 방법에 관한 것으로, 특히 광신호의 색분산을 감시하기 위해 광신호를 비동기 샘플하고 소프트웨어 기반으로 클럭 위상 편이를 검출함으로써 광신호의 색분산을 감시하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 위상 편이 변조 방식(Quadrature phase shift keying; QPSK)과 같은 위상변조 신호와 수신감도가 우수한 코히어런트 수신기술을 적용하여 차세대 장거리 광통신망을 구축하는 방안이 많은 각광을 받고 있지만, 저전력 소비와 저비용이 중요한 메트로 네트워크에서 차동 위상 편이 변조 방식(Differential quadrature phase shift keying; DQPSK) 신호와 직접 수신 기술을 사용하는 방안도 여전히 많은 관심의 대상이 되고 있다. [1, 2]
이러한 DQPSK 신호의 효율적인 송수신을 위해서는 광선로의 색분산(Chromatic dispersion; CD)을 적절히 보상해 주어야 한다. 그러나 색분산 값은 광 네트워크에서 광경로 변경이나 온도 변화에 의해 달라질 수 있다. 따라서 이러한 신호를 적절하게 수신하기 위해서는 색분산에 대한 감시가 필수적이다. 그동안 색분산을 감시하기 위한 다양한 방법들이 제안되었다.[3-7]
그러나 이러한 종래 방법들은 대부분 색분산의 절대적인 크기만 감시할 수 있을 뿐 색분산의 부호가 양인지 음인지는 판별할 수 없었다. 또한, 이러한 기술들을 사용하는 경우 색분산을 감시하기 위한 파라미터가 색분산 값에 대하여 비선형적으로 변화하기 때문에 비선형 전달 함수의 기울기가 작은 부분에서는 감시 정확도가 저하될 수 있다.
또한, 종래 방법들은 광신호대 잡음비(Optical signal-to-noise ratio; OSNR)가 낮은 경우나 편광모드분산(polarization mode dispersion; PMD)과 같은 채널의 다른 장애 요인이 있는 경우 감시 정확도가 저하될 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 광신호의 두 개의 측파대(side band) 사이의 상대적인 군지연(group delay)에 기반한 색분산 감시 방법이 제안된 바 있다.[8] 그러나 이 방법은 복잡하고 전송 속도에 의존적인, 클럭 추출 회로를 사용해야 하는 단점이 있다.
(비특허문헌 1) [1] A. H. Gnauck et al., in Proc. of OFC 2007, paper PDP19.
(비특허문헌 2) [2] T.Ito et al;, in Proc. of ECOC 2008, Paper We.1.E.6.
(비특허문헌 3) [3] K. T. Tsai and W. Way, "Chromatic-dispersion monitoring using an optical delay-and-add filter," J. Lightw. Technol., vol. 23, no. 11, pp. 3737-3747, Nov. 2005.
(비특허문헌 4) [4] N. Liu, W. Zhong, Y. Wen, and Z. Li, "New transmitter configuration for subcarrier multiplexed DPSK systems and its application to chromatic dispersion monitoring," Opt. Exp., vol. 15, pp. 839-844, 2007.
(비특허문헌 5) [5] J. Zhao, A. P. T. Lau, K. K. Qureshi, Z. Li, C. Lu, and H. Y. Tam, "Chromatic dispersion monitoring for DPSK systems using RF power spectrum," J. Lightw. Technol., vol. 27, no. 24, pp. 5704-5709, Dec. 15, 2009.
(비특허문헌 6) [6] B. Kozicki, O. Takuya, and T. Hidehiko, "Optical performance monitoring of phase modulated signals using asynchronous amplitude histogram analysis," J. Lightw. Technol., vol. 26, no. 16, pp. 1353-1364, May 15, 2008.
(비특허문헌 7) [7] B. Kozicki, A. Maruta, and K. Kitayama, "Experimental demonstration of optical performance monitoring for RZ-DPSK signals using delay-tap sampling method," Opt. Exp., vol. 16, pp. 3566-3576, 2008.
(비특허문헌 8) [8] Q. Yu, Z. Pan, L.-S. Yan, and A. E.Willner, "Chromatic dispersion monitoring technique using sideband optical filtering and clock phase-shift detection," J. Lightw. Technol., vol. 20, no. 12, pp. 2267-2271, Dec. 2002.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발병에 따른 광신호의 색분산 감시 장치의 목적은 광신호를 비동기 샘플하고 소프트웨어 기반의 클럭 위상 편이 검출 방법을 적용하여, 광신호의 색분산을 감시할 수 있는 장치를 제공하는데 있다.
다른 목적은, 검출된 광신호에 관하여, 심볼 속도보다 현저하게 느린 속도로 비동기 샘플하고, 소프트웨어 기반으로 클럭 위상 편이를 추출하는데 있다.
또 다른 목적은, 색분산에 의한 클럭 위상 편이를 검출하여, 색분산의 양과 부호를 판별하는데 있다.
또 다른 목적은, 색분산에 의한 클럭 위상 편이를 검출하여, 광신호대 잡음비가 낮거나 편광모드분산이 존재하는 경우에도 색분산을 정확히 감시하는데 있다.
본 발명에 따른 광신호의 색분산 감시 방법의 목적은 검출된 광신호를 비동기 샘플링 후, 소프트웨어 기반의 클럭 위상 편이 검출 방법을 이용하여 색분산의 양과 부호를 정확히 감시할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 색분산 감시 장치는 광선로에서 변조된 광신호의 일부를 추출하여 둘로 나눈 후, 하나는 광검출기를 이용하여 양측파대(Double side band; DSB) 신호를 직접 수신하고, 다른 하나는 잔류측파대(Vestigial side band; VSB) 신호로 필터링하여 직접 수신하는 광검출부와 상기 광검출부의 전기적 출력 신호를 저속으로 비동기 샘플하는 비동기샘플부 및 비동기샘플부에서 샘플된 데이터를 이용하여 양측파대와 잔류측파대 신호 사이의 클럭 위상 편이를 검출하는 디지털 시그널 프로세서(digital signal processor; DSP)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 색분산 감시 장치에 있어서, 광검출부는 광신호를 둘로 나누기 위한 광섬유 결합기와 잔류측파대 신호를 생성하기 위한 광대역통과필터(Optical band pass filter; OBPF), 그리고 둘로 나눠진 광신호를 각각 검출하기 위한 두 개의 광검출기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 색분산 감시 장치에 있어서, 비동기샘플부는 상기 광검출기에서 전기적 신호를 샘플하는 샘플 앤드 홀드 증폭기(sample and hold amplifier; SHA) 및 상기 샘플 앤드 홀드 증폭기에서 샘플한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기(analog-to-digital convertor; ADC)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 색분산 감시 장치에 있어서, 비동기샘플부는 광신호의 심볼 속도보다 느린 속도로 비동기 샘플링하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 색분산 감시 장치에 있어서, 디지털 시그널 프로세서는 양측파대 또는 잔류측파대 신호의 비동기 샘플된 데이터를 퓨리에 변환하여, 샘플된 데이터의 클럭 신호를 추출하는 클럭신호 추출부와 상기 추출한 클럭을 기준신호로 하여 양측파대와 잔류측파대 신호의 클럭의 위상을 검출(phase sensitive detection)하고 위상차를 계산하는 클럭 위상 편이 검출부 및 클럭 위상 편이를 이용하여 색분산을 추정하는 색분산 감시부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 광신호의 색분산 감시 방법은 광신호의 일부를 추출하여 둘로 나눈 후, 하나는 광검출기를 이용하여 양측파대 신호를 직접 수신하고, 다른 하나는 잔류측파대 신호로 필터링하여 직접 수신하여, 전기적 신호로 변환하는 단계, 비동기샘플부를 이용하여, 상기 전기적 신호를 비동기 샘플링하는 단계 및 디지털 시그널 프로세서를 이용하여, 양측파대와 잔류측파대 신호 사이의 클럭 위상 편이를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 광신호의 색분산 감시 방법에 있어서, 상기 광신호를 직접 수신하여 전기적 신호로 변환하는 단계는, 광신호를 광섬유 결합기를 이용하여 둘로 나누는 단계, 광대역통과필터를 이용하여 잔류측파대 신호를 생성하는 단계 및 양측파대 신호와 잔류측파대 신호를 전기적 신호로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 색분산 감시 방법에 있어서, 상기 양측파대와 잔류측파대 사이의 클럭 위상 편이를 검출하는 단계는 샘플된 데이터를 퓨리에 변환하여, 샘플데이터의 클럭주파수를 추출하는 단계, 상기 추출한 클럭을 기준신호로 하여 양측파대와 잔류측파대 신호의 위상을 검출하는 단계, 양측파대와 잔류측파대 신호의 클럭의 위상차를 계산하는 단계 및 클럭 위상 편이를 이용하여 색분산을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 광신호의 색분산 감시 장치는 광신호를 비동기 샘플하여 소프트웨어 기반의 클럭 위상 편이 검출 방법을 적용함으로써, 고속의 샘플링 회로와 클럭 추출을 위한 회로의 구비 없이 경제적으로 광신호의 색분산을 감시할 수 있는 효과가 있다.
또한, 검출된 광신호를 심볼 속도보다 현저하게 느린 속도로 비동기 샘플함으로써, 광신호의 심볼 속도에 관계없이 광신호의 색분산을 감시할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 광신호의 색분산 감시 방법은 양측파대와 잔류 측파대 신호의 클럭의 상대적인 위상 차이를 계산하여 색분산을 감시함으로써, 색분산의 양과 부호를 감시할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 광신호의 색분산 감시 방법은 광신호대 잡음비가 낮은 경우나 편광모드분산이 존재하는 경우에도 광신호의 색분산을 감시할 수 있으며, 나아가 색분산 감시 정확성을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 광신호의 색분산 감시 장치를 포함하는 실험 시스템 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 광신호의 색분산 감시 방법에 있어서, 소프트웨어 기반의 클럭 위상 편이 검출 방법의 상세 과정을 나타낸 블록 다이어그램.
도 3은 본 발명에 따른 광신호의 색분산 감시 방법의 전체 흐름을 나타내는 흐름도.
도 4는 본 발명에 따른 광신호의 색분산 감시 방법에 있어서, S30의 상세 흐름도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광신호의 색분산 감시 장치를 이용하여 측정한 색분산에 따른 클럭 위상 편이를 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명에 따른 광신호의 색분산 감시 방법에 있어서, 색분산과 샘플링 속도에 따른 색분산 감시 정확도를 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 광신호의 색분산 감시 방법에 있어서, 광신호대 잡음비에 따른 색분산 감시 정확도를 나타낸 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 광신호의 색분산 감시 방법에 있어서, DGD(differential group delay)에 따른 색분산 감시 정확도를 나타낸 그래프.
이하, 본 발명에 따른 광신호의 색분산 감시 방법 및 장치를 실시하기 위한 구체적인 내용을 설명하면 다음과 같다.
[도 1]은 본 발명의 실시예에 따른 광신호의 품질 감시 장치를 설명하기 위한 개략도로, 본 발명에 따른 광신호의 색분산 감시 장치는 광검출부(10), 비동기샘플부(20) 및 디지털 시그널 프로세서(30)를 포함한다.
상기 광검출부(10)는 광선로에서 검출된 광신호의 일부를 추출하여 광섬유 결합기(11)를 이용하여 둘로 나눈 후, 하나는 광검출기(13)를 이용하여 양측파대 신호를 직접 수신하고, 다른 하나는 잔류측파대 신호를 생성하기 위해 광대역통과필터(12)로 광 필터링 한 후, 광검출기(13)로 직접 수신하여 전기적 신호로 변환하며, 본 발명에 있어서, 상기 광신호의 변조방식은 M-ary DPSK(M-ary differential phase-shift keying), M-ary PAM(M-ary pulse-amplitude modulation) 중의 어느 하나의 신호인 것이 바람직하다.
또한, 상기 광 필터링에 사용하는 광대역통과필터(12)의 중심 주파수는 광신호의 캐리어 주파수로부터 오프셋이 있어야 하며, 상기의 오프셋과 광대역통과필터(12)의 대역폭은 잔류측파대 신호를 생성하기 위해, 광신호의 변조 방식과 심볼 속도에 따라 적절히 조절해야 한다.
상기 비동기샘플부(20)는 상기 광검출기의 전기적 신호를 저속으로 비동기 샘플하는 역할을 하며, 본 발명에 따른 상기 비동기샘플부(20)는 상기 광검출기(13)의 전기적 출력 신호를 샘플하는 샘플 앤드 홀드 증폭기(21) 및 상기 샘플 앤드 홀드 증폭기(21)에서 샘플한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기(22)를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 비동기샘플부(20)의 샘플링 속도는 광신호의 심볼 속도보다 훨씬 느린 속도(fs)로 비동기 샘플링한다.
상기 디지털 시그널 프로세서(30)는 샘플된 데이터를 이용하여 양측파대와 잔류측파대 신호의 클럭의 위상을 검출하고, 둘 사이의 위상차를 계산하여, 광신호의 색분산을 감시하는 역할을 하며, 상기의 소프트웨어 기반의 클럭 위상 편이 검출 방법의 상세 과정은 [도 2]에 도시된 바와 같다.
본 발명에 따른 양측파대와 잔류측파대 사이의 클럭 위상 편이를 검출하기 위해, 상기 비동기샘플부(20)에서 샘플된 양측파대와 잔류측파대 신호의 샘플된 데이터를 고속 퓨리에 변환(fast Fourier transform, FFT)한다. 이 때 주파수영역에 양측파대와 잔류측파대 신호의 클럭 성분이 ±fs/2의 영역에서 앨리어스(alias)되어 나타난다. 앨리어스된 클럭과 신호의 심볼 속도와 샘플링 클럭의 관계는 수학식 1로 표현된다.
Figure 112014074442471-pat00001
여기서, fa는 앨리어스된 광신호의 클럭 주파수, B는 광신호의 심볼 속도, fs는 샘플링 클럭의 주파수를 의미하고, M은 정수 이다.
이 때, 0~fs /2의 주파수 영역에서 파워가 가장 큰 피크(peak) 성분, fp를 위상 검출을 위한 기준 신호로 하여, 양측파대와 잔류측파대 신호의 클럭의 위상을 검출하였다. 이를 상술하면, 먼저 양측파대와 잔류측파대 신호의 샘플링한 데이터의 주파수 스펙트럼 상에서 fp를 중심으로 대역통과필터로 앨리어스된 클럭 성분을 잘라낸다. 이를 역 퓨리에 변환하면 시간 도메인 상에서 주파수가 |fa|인 앨리어스된 클럭을 나타낼 수 있다. 이 신호에 주파수가 fp이고 위상차가 90도인 2개의 정현파를 곱하면, 주파수가 fp인 기준 신호에 대한 앨리어스된 클럭 신호의 상대적인 위상을 구할 수 있다. 또한, 이렇게 구한 양측파대 신호의 클럭의 위상과 잔류측파대 신호의 클럭의 위상의 차를 구하여 클럭 위상 편이를 검출 할 수 있고 색분산의 크기와 부호를 알 수 있다.
이를 상술하면, 광섬유의 색분산이 양수인 경우 빛이 광섬유를 진행할 때, 주파수가 높은 빛이 빠른 속도로 진행하므로, 광대역통과필터의 중심주파수가 광신호의 캐리어 주파수보다 낮은 경우, 양측파대 신호의 클럭 위상에서 잔류측파대 신호의 클럭 위상 편이를 뺀 값이 양수가 되고, 그 크기는 색분산의 양에 비례하여 증가한다. 반대로, 색분산이 음수인 경우 양측파대 신호의 클럭 위상에서 잔류측파대 신호의 클럭 위상 편이를 뺀 값이 음수가 되고, 그 크기는 색분산의 양에 비례하여 증가한다. 이와 같이 클럭 위상 편이를 계산함으로써 색분산의 양과 부호를 알 수 있다.
그런데, 수학식1에서 fa가 음수인 경우 클럭 위상 편이의 부호가 반전되어 나타난다. 그러나 신호의 심볼 속도와 샘플링 속도를 아는 경우, 다음의 수학식 2로 부터 fa의 부호를 판별할 수 있다.
Figure 112014074442471-pat00002
여기서, 'round'는 가장 가까운 정수로 반올림 하는 것을 의미하고, 상기 수학식2의 값이 양수이면 fa가 음수가 된다. 이 때, 신호의 심볼 속도와 샘플링 속도를 아는 것은 색분산을 감시하기 위한 전제조건이기 때문에 항상 fa의 부호를 알 수 있고, 따라서 색분산의 부호를 정확히 판별할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 광신호의 색분산 감시 방법 및 장치를 실시하기 위한 구체적인 내용을 40-Gb/s NRZ-DQPSK(non-return-to-zero differential quadrature phase-shift keying) 신호와 40-Gb/s RZ-DQPSK(return-to-zero differential quadrature phase-shift keying) 신호의 색분산 감시를 이용한 실시예를 통해 설명하면 다음과 같다.
40-Gb/s NRZ-DQPSK 신호는 파장가변 레이저의 출력을 IQ 변조기에 인가하고 두 개의 20-Gb/s NRZ 신호로 변조하여 생성하였다. 40-Gb/s RZ-DQPSK 신호는 생성한 NRZ-DQPSK 신호를 별도의 Mach-Zehnder 변조기에 인가하여 생성하였다. 생성된 신호의 광신호대 잡음비는 자연방출광(amplified spontaneous emission; ASE) 잡음을 이용하여 조절하였다. 또한, 색분산의 크기와 부호를 조절하기 위하여 다양한 길이의 단일 모드 광섬유(single mode fiber; SMF)와 분산 보상 광섬유(dispersion compensating fiber; DCF)를 사용하였다. 생성된 광신호를 본 발명의 실시예에 따른 광신호의 색분산 감시 장치에 인가하였다. 본 발명에 따른 광신호의 색분산 감시 장치를 이용한 광신호의 색분산 감시 방법은 도 3에 도시된 바와 같이, 광신호는 광섬유 결합기(11)에 의해 두 부분으로 나눠지며, 그 중 하나는 광검출기(13)에 의해 직접 수신되고, 다른 하나는 광대역통과필터(12)에 의해 잔류측파대 신호로 필터링되며, 수신된 광신호는 전기적 신호로 변환한다.(S10) 이 때, 본 발명의 실시예에서는 광대역통과필터에 의한 광출력(optical power) 손실을 고려하여 결합비가 10/90인 광섬유 결합기를 사용하였고, 광출력의 90%를 광대역통과필터에 인가하였다. 또한, 본 발명의 실시예에서 상기 광대역통과필터는 광신호가 40-Gb/s NRZ-DQPSK인 경우, 광신호의 캐리어 주파수에 대한 오프셋과 대역폭을 각각 0.16nm와 0.16nm로 조절하였고, 광신호가 40-Gb/s RZ-DQPSK인 경우, 오프셋과 대역폭을 각각 0.13nm와 0.16nm로 조절하였다.
광검출기(13)에 의해 전기적 신호로 변환된 양측파대와 잔류측파대 신호는 두 채널의 샘플 앤드 홀드 증폭기와 아날로그-디지털 변환기에 의해 동시에 저속으로 비동기 샘플된다.(S20) 본 발명의 실시예에서는 샘플링 속도를 625MSamples/s로 설정하였다. 샘플된 데이터는 디지털 시그널 프로세서(30)에 의해 처리되어 본 발명에 따른 소프트웨어 기반의 클럭 위상 편이를 검출하는데 사용된다. 검출된 위상 편이는 색분산에 비례하므로 검출된 위상 편이를 통해 색분산을 감시한다.(S30)
상기 S30 단계는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 양측파대 또는 잔류측파대 신호의 비동기 샘플된 데이터를 퓨리에 변환하여, 샘플된 데이터의 클럭 신호를 추출하는 클럭신호 추출단계(S31), 상기 추출한 클럭을 기준신호로 하여 양측파대와 잔류측파대 신호의 클럭의 위상을 검출하고 양측파대 신호와 잔류측파대 신호의 클럭의 상대적인 위상 편이를 계산하는 클럭 위상 편이 검출단계(S32) 및 상기 클럭 위상 편이를 이용하여 광신호의 색분산을 추정하는 색분산 감시단계(S33)를 포함한다.
이 때, 색분산이 0ps/nm인 경우, 0도의 위상 편이를 얻기 위해, 광검출부에서 광검출기 앞단에 광 지연선(optical delay line)을 사용하여 양측파대 신호의 위상을 조정하거나, 디지털 시그널 프로세서를 이용하여 색분산이 0ps/nm인 경우의 위상차를 보정 할 수 있다.
도 5은 본 발명의 실시예에 따른 광신호의 색분산 감시 장치를 이용하여 모의 실험과 실험을 통해 얻은 색분산에 따른 클럭 위상 편이를 나타낸 그래프이며, 도 5의 (a)와 (b)는 각각 40-Gb/s NRZ-DQPSK 신호와 40-Gb/s RZ-DQPSK 신호에 대해 색분산을 감시한 결과를 나타낸다. 클럭 위상은 누적된 색분산에 비례하여 변화하였으며, 모의 실험 결과와 실험 결과가 잘 일치하였다. 이 때, 색분산의 감시 범위는 phase ambiguity에 의해 위상 편이가 -180°~+180° 범위에 있는 경우로 제한된다. 따라서, 40-Gb/s NRZ-DQPSK 신호의 색분산 감시 범위는 ±170ps/nm이었다. 40-Gb/s RZ-DQPSK 신호의 경우, 색분산에 의한 클럭 페이딩의 영향으로 클락 위상 편이가 -150°~+150° 범위 이내일 때, RF 스펙트럼 상에서 앨리어스된 클럭을 검출할 수 있었다. 따라서, 40-Gb/s RZ-DQPSK 신호의 색분산 감시 범위는 ±220ps/nm이었다.
도 6는 본 발명에 따른 광신호의 색분산 감시 방법에 있어서, 색분산과 샘플링 속도에 따른 색분산 감시 정확도를 나타낸다. 색분산 감시 정확도를 평가하기 위해 각각의 색분산 값에 대해 색분산을 10회 감시 한 후, 실제 색분산 값에 대한 오차의 표준편차를 계산하였다. 또한 샘플링 속도가 감시 성능에 미치는 영향을 확인하기 위해 샘플링 속도를 5MSamples/s~3125MSamples/s의 범위에서 다양하게 변화시켰다. 그 결과, 도 6의 (a)에서 NRZ-DQPSK 신호의 경우, 색분산 감시 범위 내의 모든 색분산 값에 대해 색분산 감시 오차의 표준편차가 2ps/nm 이하로 나타났다. 반면에 도 6의 (b)에서 RZ-DQPSK 신호의 경우 색분산이 누적됨에 따라 RF 클럭 파워 페이딩에 의한 효과로 인해 클럭 위상 편이 추정의 오차가 증가하여 색분산 추정의 정확도가 감소하였지만, 색분산이 ±200ps/nm이내인 경우, 5ps/nm이하의 감시 오차로 색분산을 감시할 수 있었다. 또한 본 발명에 따른 광신호의 색분산 감시 방법의 감시 성능은 샘플링 속도에 영향을 받지 않음을 알 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 광신호의 색분산 감시 방법에 있어서, 광신호대 잡음비에 따른 색분산 감시 정확도를 나타낸다. 광신호대 잡음비를 10~25dB의 범위에서 조절해가며 색분산을 감시하였고, 도 7의 (a)와 (b)는 각각 40-Gb/s NRZ-DQPSK 신호와 40-Gb/s RZ-DQPSK 신호에 대해 측정한 결과를 나타낸다. 그 결과, 본 발명에 따른 광신호의 색분산 감시 방법을 적용하면 광신호대 잡음비가 10dB까지 낮아져도 높은 정확도로 색분산을 감시할 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 광신호의 색분산 감시 방법에 있어서, DGD(differential group delay)에 따른 색분산 감시 정확도를 나타낸다. DGD를 0~20ps의 범위에서 조절해가며 색분산을 감시하였고, 도 8의 (a)와 (b)는 각각 40-Gb/s NRZ-DQPSK 신호와 40-Gb/s RZ-DQPSK 신호에 대해 측정한 결과를 나타낸다. 그 결과, DGD가 증가함에 따라 편광 모드 분산에 의한 RF 클럭 파워 페이딩에 의해 색분산 감시 오차가 증가하였고 이러한 영향은 RZ-DQPSK 신호에서 특히 두드러졌다. 그러나 DGD가 10ps이내인 경우에는 높은 정확도로 색분산을 감시할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 광신호의 색분산 감시 장치를 적용 시, 광신호대 잡음비가 낮거나 DGD가 존재하는 경우에도 높은 정확도로 색분산의 양과 부호를 감시할 수 있는 효과를 누릴 수 있다.
본 발명에 따른 광신호의 색분산 감시 방법을 적용함에 있어 샘플 앤드 홀드 증폭기와 아날로그-디지털 변환기는 샘플링 오실로스코프로 대체할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 색분산 감시 방법의 적용 시, 잔류측파대 신호를 생성하기 위한 광대역통과필터의 대역폭과 중심 주파수는 광신호의 변조 방식과 전송 속도에 따라 다르게 할 수 있다.
이 때, 본 발명에 따른 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자는 본 발명에 따른 광신호의 색분산 감시 방법을 이용하여 광신호의 변조 방식과 전송 속도에 충분히 반영시켜 적용할 수 있다고 판단되므로 상세한 설명은 생략한다.
이상 본 발명의 실시예로 설명하였으나 본 발명의 기술적 사상이 상기 실시예로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 광신호의 색분산 감시 방법 및 장치로 구현할 수 있다.

Claims (9)

  1. 광신호의 색분산을 감시하는 장치에 있어서,
    광선로에서 변조된 광신호의 일부를 추출하여 둘로 나눈 후, 하나는 양측파대 신호를 직접 수신하고 다른 하나는 잔류측파대 신호로 변환하여 직접 수신하여, 전기적 신호로 변환하는 광검출부;
    상기 광검출부의 전기적 신호를 저속으로 비동기 샘플하는 비동기샘플부 및
    상기 비동기샘플부에서 샘플된 데이터를 이용하여 광신호의 클럭과 잔류측파대 신호의 클럭의 상대적인 위상 편이를 검출하여, 광신호의 색분산을 감시하는 디지털 시그널 프로세서(digital signal processor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호의 색분산 감시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광검출부는,
    상기 광신호를 둘로 나누는 광섬유 결합기와
    상기 잔류측파대 신호를 생성하는 광대역통과필터 및 광신호를 검출하기 위한 광검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호의 색분산 감시 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광대역통과필터는,
    잔류측파대 신호를 생성하기 위해 대역폭이 심볼 속도의 60%이상 140%이하이고, 중심 주파수가 상기 광신호의 캐리어 주파수로부터 심볼 속도의 40%이상 140%이하의 오프셋이 있는 것을 특징으로 하는 광신호의 색분산 감시 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 비동기샘플부는
    상기 광신호의 심볼 속도보다 느린 속도로 비동기 샘플링하는 것을 특징으로 하는 광신호의 색분산 감시 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 디지털 시그널 프로세서는,
    상기 양측파대 또는 잔류측파대 신호의 비동기 샘플된 데이터를 퓨리에 변환하여, 샘플된 데이터의 클럭 신호를 추출하는 클럭신호 추출부;
    상기 추출한 클럭을 기준신호로 하여 양측파대와 잔류측파대 신호의 클럭의 위상을 검출하고 양측파대 신호와 잔류측파대 신호의 클럭의 상대적인 위상 편이를 계산하는 클럭 위상 편이 검출부 및
    상기 클럭 위상 편이를 이용하여 광신호의 색분산을 추정하는 색분산 감시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호의 색분산 감시 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광신호는,
    변조 방식이 M-ary DPSK(M-ary differential phase-shift keying), M-ary PAM(M-ary pulse-amplitude modulation)으로 이루어진 군 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광신호의 색분산 감시 장치.
  7. (a) 광섬유 결합기와 광대역통과필터 및 광검출기를 이용하여 광신호의 양측파대 신호와 잔류측파대 신호를 직접 수신하여, 전기적 신호로 변환하는 단계;
    (b) 비동기샘플부를 이용하여, 상기 전기적 신호를 비동기 샘플링하는 단계 및
    (c) 디지털 시그널 프로세서를 이용하여, 상기 양측파대 신호와 잔류측파대 신호의 클럭 사이의 상대적인 위상 편이를 검출하여, 광신호의 색분산을 감시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호의 색분산 감시 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    상기 광신호의 심볼 속도보다 느린 속도로 비동기 샘플링하는 것을 특징으로 하는 광신호의 색분산 감시 방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    (c-1) 상기 양측파대 또는 잔류측파대 신호의 비동기 샘플된 데이터를 퓨리에 변환하여, 샘플된 데이터의 클럭 신호를 추출하는 클럭신호 추출단계;
    (c-2) 상기 추출한 클럭을 기준신호로 하여 양측파대와 잔류측파대 신호의 클럭의 위상을 검출하고 양측파대 신호와 잔류측파대 신호의 클럭의 상대적인 위상 편이를 계산하는 클럭 위상 편이 검출단계 및
    (c-3) 상기 클럭 위상 편이를 이용하여 광신호의 색분산을 추정하는 색분산 감시단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호의 색분산 감시 방법.

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