KR101821970B1 - 편광 분할 다중화 광신호의 직접 검출 방법 및 장치 - Google Patents

편광 분할 다중화 광신호의 직접 검출 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

편광 분할 다중화 광신호의 직접 검출 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명의 가장 큰 특징은, 편광 분할 다중화 광신호의 편광을 추적하기 위한 동적 편광 조절기의 존재 없이, 편광 분할 다중화 광신호를 직접 검출하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 직접 검출 방법 및 장치에 의하면, 편광이 빠르게 변화하는 광링크의 환경에서도, 편광 분할 다중화 광신호를 직접 검출할 수 있다. 본 발명에 의한 광통신망은 편광 분할 다중화 방법의 경제적인 구현과 대용량 데이터의 전송이 가능하다.

Description

편광 분할 다중화 광신호의 직접 검출 방법 및 장치{Direct-detection method and apparatus for polarization-division-multiplexed optical signals}
본 발명은 편광 분할 다중화 광신호를 직접 검출하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 편광 분할 다중화 광신호의 편광을 추적하기 위한 동적 편광 조절기의 사용 없이 직접 검출하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 HDTV급 동영상 서비스, 클라우드 서비스, 그리고 무선 데이터 서비스 등의 출현 및 대중적인 확산으로 인하여 요구되는 광통신망의 데이터 전송량이 꾸준히 지수적으로 증가하고 있다. 이러한 요구를 지속적으로 충족시키기 위해서는 유한한 광섬유 대역폭에 보다 많은 정보를 효율적으로 밀집시켜 전송하는 기술이 요구된다. 이러한 관점에서 편광 분할 다중화 기술이 최근 크게 각광을 받고 있다. 편광 분할 다중화 기술은 두 직교 편광 성분에 각각 독립적인 신호를 실어 전송함으로써 시스템의 스펙트럼 효율(SE: spectral efficiency)을 두 배로 증가시킬 수 있다[1].
편광분할 다중화 광신호를 수신 단에서 역다중화하는 방법은 디지털 코히어런트 수신기를 사용하여 전기적 영역에서 전기적 필터를 사용하여 신호를 역다중화 하거나, 동적 편광 조절기(dynamic polarization controller)를 사용하여 편광분할다중화된 신호를 광학적 영역에서 역다중화한 후 각 편광의 신호를 수신하는 방법이 있다[2-6].
그러나 코히어런트 수신기는 로컬 오실레이터(LO: local oscillator) 레이저와 90°하이브리드(hybrid) 등의 고가의 광소자가 필요하므로 가격에 민감한 시스템에 적용하기 어렵다는 단점이 있다.
또한, 동적 편광 조절기 역시 고가의 광소자일 뿐만 아니라 시변하는(time varying) 광섬유 링크의 편광 상태를 순간적인 편광 정렬 오차 없이 수신단에서 정확한 편광 역다중화를 구현하기 까다롭다는 단점이 있다.
[1] P. M. Hill, R. Olshansky, and W. K. Burns, "Optical polarization division multiplexing at 4 Gb/s," IEEE Photon. Technol. Lett. vol. 4, no. 5, pp. 500-502, May 1992. [2] S. J. Savory, "Digital filters for coherent optical receivers," Opt. Exp., vol. 16, pp. 804-817, 2008. [3] X. S. Yao, L.-S. Yan, B. Zhang, A. E. Willner, and J. Jiang, "All-optic scheme for automatic polarization division demultiplexing," Opt. Exp., vol. 15, pp. 7407-7414, 2007. [4] J. Zhang, X.Yuan, M. Lin, T. Jinjing, Y. Zhang, M. Zhang, and X. Zhang, "Transmission of 112Gb/s PM-RZ-DQPSK over 960 km with adaptive polarization tracking based on power difference," in Proc. of ECOC 2010, Paper P2.09. [5] B. Koch, R. Noe, V. Mirvoda, H. Griesser, S. Bayer, and H. Wernz, "Record 59-krad/s polarization tracking in 112-Gb/s 640-km PDM-RZ-DQPSK transmission," IEEE Photon. Technol. Lett. vol. 22, no. 19, pp. 1407-1409, Oct. 2010. [6] Y. Shen, X. Liu, S. Zhong, L. Zong, J. Veselka, P. Kim, J. Ferment, and H. P. Sardesai, "Design of polarization de-multiplexer and PMD compensator for 112 Gb/s direct-detect PDM RZ-DQPSK systems," J. Lightw. Technol., vol. 28, no. 22, pp. 3282-3293, Nov. 2010. [7] M. I. Hayee, M. C. Cardakli, A. B. Sahin, and A. E. Willner, "Doubling of bandwidth utilization using two orthogonal polarizations and power unbalancing in a polarization-division-multiplexing scheme," IEEE Photon. Technol. Lett. vol. 13, no. 8, pp. 881-883, Aug. 2001.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명에 따른 직접 검출 장치의 목적은, 광통신 시스템에 있어서, 광통신망의 전송 용량을 2배로 증가시키기 위해 사용하는 편광 분할 다중화된 광신호를, 코히어런트 수신기 또는 동적 편광 조절기를 사용하지 않고 수신하는 장치를 제공하는 데 있다.
다른 목적은, 광섬유 링크의 편광이 빠르게 변화하는 환경에서도, 편광 분할 다중화 광신호의 편광 상태에 관계없이 편광 분할 다중화 광신호를 검출하는데 있다.
또 다른 목적은, 광섬유 링크에 색분산과 편광 모드 분산이 존재하는 경우에도 편광 분할 다중화 광신호를 정확히 수신하는 데 있다.
본 발명에 따른 직접 검출 방법의 목적은, 별도의 동적 편광 조절기의 사용 없이, 광섬유 링크의 편광이 빠르게 변화하는 환경에서도, 편광 분할 다중화 광신호를 직접 검출하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 편광 분할 다중화 광신호를 직접 검출하는 장치는, 별도의 동적 편광 조절기와 그에 따른 귀환 신호의 필요 없이, 광링크의 편광이 변화하여도 편광 분할 다중화 광신호를 수신할 수 있도록, 하나의 편광 분할기, 세 개의 광섬유 커플러, 네 개의 광검출기 및 디지털 시그널 프로세서(DSP: digital signal processor)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 편광 분할 다중화 광신호를 직접 검출하는 장치는, 네 개의 광검출기의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기(ADC: analog-to digital converter)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 편광 분할 다중화 광신호를 직접 검출하는 장치에 있어서, 하나의 편광 분할기, 세 개의 광섬유 커플러는 소자 집적과 안정적인 수신기 동작을 위하여 평면 도파관(planar waveguide)에 집적화시켜 제작 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 편광 분할 다중화 광신호를 직접 검출하는 장치의 디지털 시그널 프로세서는 전기적 등화(electrical equalization) 장치를 이용하는 것을 특징으로 하여도 좋다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 편광 분할 다중화 광신호를 직접 검출하는 장치는,
입력되는 편광 분할 다중화된 광신호를 편광 분할한 후, 상기 편광 분할된 두 광신호를 각각 둘로 나누어 제1 내지 제4 광신호로 나누고, 상기 제1 및 제2 광신호는 직접 검출하며, 상기 제3 및 제4 광신호는 간섭 성분을 생성한 후 직접 검출하여, 전기적 신호들로 변환하는 광검출부; 및
상기 광검출부에 의해 검출된 전기적 신호들을 이산 신호들로 샘플링한 뒤 상기 샘플링된 신호들에 기반하여 상기 편광 분할 다중화된 광신호를 판별하는 디지털 시그널 프로세서(digital signal processor)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 편광 분할 다중화 광신호를 직접 검출하는 장치에 있어서, 상기 광검출부는,
상기 입력되는 편광 분할 다중화된 광신호를 편광 분할하는 편광 분할기;
상기 편광 분할기의 서로 다른 두 출력을 각각 둘로 나누어 상기 제1 내지 제4 광신호로 나누는 제1 및 제2 광섬유 커플러;
상기 제3 및 제4 광신호의 간섭 성분을 생성하기 위한 제3 광섬유 커플러;
상기 제1 및 제2 광신호를 각각 직접 검출하여 전기적 신호로 변환하는 제1 및 제2 광검출기; 및
상기 제3 광섬유 커플러에서 출력되는 광신호들을 각각 직접 검출하여 전기적 신호로 변환하는 제3 및 제4 광검출기를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 편광 분할 다중화 광신호를 직접 검출하는 장치에 있어서, 상기 디지털 시그널 프로세서는,
상기 광검출부에 의해 검출된 전기적 신호들을 이산 신호들로 샘플링하는 아날로그-디지털 변환기;
상기 샘플링된 신호들에 기반하여 판별 신호를 생성하는 판별 신호 생성부;
상기 생성된 판별 신호에 기반하여 상기 편광 분할 다중화된 광신호를 판별하는 판별부; 및
상기 샘플링된 신호들에 기반하여 채널 파라미터를 추정하는 채널 추정부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 편광 분할 다중화 광신호를 직접 검출하는 장치에 있어서, 상기 디지털 시그널 프로세서는, 상기 판별 신호를 생성하는 판별 신호 생성부와 상기 편광 분할 다중화된 광신호를 판별하는 판별부 사이에, 전기적 등화기를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 편광 분할 다중화 광신호를 직접 검출하는 장치에 있어서, 상기 광신호는, M-ary PAM(M-ary pulse-amplitude modulation) 및 M-ary DPSK(M-ary differential phase-shift keying)으로 이루어진 군 중 어느 하나의 변조 방식에 의해 변조된 신호일 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 편광 분할 다중화 광신호를 직접 검출하는 방법은,
(a) 입력되는 편광 분할 다중화된 광신호를 편광 분할기를 사용하여 편광 분할한 후, 상기 편광 분할된 두 광신호를 각각 둘로 나누어 제1 내지 제4 광신호로 나누고, 상기 제1 및 제2 광신호는 직접 검출하며, 상기 제3 및 제4 광신호는 간섭 성분을 생성한 후 직접 검출하여, 전기적 신호들로 변환하는 단계; 및
(b) 디지털 시그널 프로세서를 이용하여, 상기 전기적 신호들을 이산 신호들로 샘플링한 뒤 상기 샘플링된 신호들에 기반하여 채널 파라미터를 추정하고, 상기 샘플링된 신호들과 상기 추정된 채널 파라미터에 기반하여 판별 신호를 생성하며, 상기 판별 신호에 기반하여 상기 편광 분할 다중화된 광신호를 판별하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 편광 분할 다중화 광신호를 직접 검출하는 방법에 있어서, 상기 (b) 단계는, 상기 판별 신호를 생성하는 단계와 상기 편광 분할 다중화된 광신호를 판별하는 단계 사이에, 전기적 등화 단계를 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 편광 분할 다중화 광신호를 직접 검출하는 장치 및 방법은, 별도의 동적 편광 조절기와 그에 따른 귀환 신호의 필요 없이 편광 분할 다중화 광신호를 검출할 수 있음으로써, 광 링크의 전송 용량을 경제적으로 2배 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 편광 분할 다중화 광신호를 직접 검출하는 장치 및 방법은, 광섬유 링크의 편광이 빠르게 변화하는 환경에서도, 편광 분할 다중화 광신호의 편광 상태에 관계없이 편광 분할 다중화 광신호를 직접 검출할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 편광 분할 다중화 광신호를 직접 검출하는 장치 및 방법은, 광링크에 색분산과 편광 모드 분산이 존재하는 경우에도 편광 분할 다중화 광신호를 검출할 수 있는 효과가 있다.
[도 1]은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 분할 다중화 광신호를 직접 검출하는 장치를 포함하는 편광 분할 다중화 시스템 구성도.
[도 2]는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 분할 다중화 광신호를 직접 검출하는 방법에 의해 도출된 아이 다이어그램.
[도 3]은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 분할 다중화 광신호를 직접 검출하는 장치의 실시예를 위한 실험 시스템 구성도.
[도 4]는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 분할 다중화 광신호를 직접 검출하는 장치를 이용하여 측정한 편광 분할 다중화 광신호의 비트 오율을 나타낸 그래프.
[도 5]는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 분할 다중화 광신호를 직접 검출하는 방법에 있어서, 트레이닝 시퀀스(training sequence)의 오버헤드(overhead)에 따른 파워 페널티를 나타낸 그래프.
[도 6]은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 분할 다중화 광신호를 직접 검출하는 방법에 있어서, 광링크의 전송 거리에 따른 파워 페널티를 나타낸 그래프.
[도 7]은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 분할 다중화 광신호를 직접 검출하는 방법에 있어서, DGD(differential group delay)에 따른 파워 페널티를 나타낸 그래프.
이하, 본 발명에 따른 편광 분할 다중화 광신호의 직접 검출 방법 및 장치를 실시하기 위한 구체적인 내용을 설명하면 다음과 같다.
[도 1]은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 분할 다중화 광신호를 직접 검출하는 장치를 설명하기 위한 개략도로, 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 분할 다중화 광신호를 직접 검출하는 장치는, 광검출부(102) 및 디지털 시그널 프로세서(104)를 포함한다.
상기 광검출부(102)는 하나의 편광 분할기(100), 제1 내지 제3 광섬유 커플러(coupler1, coupler2, coupler3), 및 제1 내지 제4 광 검출기(PD1, PD2, PD3, PD4)를 포함한다.
상기 디지털 시그널 프로세서(104)는 아날로그-디지털 변환기(ADC: analog to digital converter), 리샘플링부(105), 판별 신호 생성부(110), 판별부(118), 채널 추정부(120), 및 전기적 등화기(112)를 포함한다.
상기 판별 신호 생성부(110)는 제1 판별 신호 생성부(106)와 제2 판별 신호 생성부(108)를 포함하고, 상기 판별부(118)는 제1 판별부(114)와 제2 판별부(116)를 포함한다.
상기 제1 및 제2 광 검출기(PD1, PD2)는 편광 분할기(100)의 출력인 |Ex|2/2 와 |Ey|2/2 를 검출하며, 다른 두 개의 광 검출기인 제3 및 제4 광 검출기(PD3, PD4)는 Ex 와 Ey 간의 간섭(interference)을 검출하기 위해 사용된다.
Ex 와 Ey 간의 간섭을 최대화하기 위하여 광 지연선(optical delay line)(101)을 이용하여 편광 분할기(100)와 제3 광섬유 커플러(coupler3)까지의 두 광 궤도 길이가 같도록 조절하는 것이 바람직하다. 또한 편광 조절기(PC: polarization controller)를 사용하여 Ex 와 Ey 간의 편광이 정렬되도록 조절하는 것이 바람직하다.
제1 내지 제4 광 검출기(PD1, PD2, PD3, PD4)의 출력 전류(i1, i2, i3, i4)는 디지털 시그널 프로세서(104)로 인가되어, 아날로그-디지털 변환기(ADC:　analog to digital converter)를 사용하여 디지털화되고, 리샘플링부(105)에 의해 리샘플링된다. 디지털 시그널 프로세서(104)의 제1 판별 신호 생성부(106)는, 먼저, 제1 내지 제4 광 검출기(PD1, PD2, PD3, PD4)의 출력 전류(i1, i2, i3, i4)의 합인 S1=i1+i2+i3+i4 를 생성하고, 이는 [수학식 1]로 표현된다.
Figure 112015127808455-pat00001
여기서, Ein,x 와 Ein,y는 편광 분할 다중화 광신호의 송신 단에서의 x 편광과 y 편광의 전기장(electric field)을 의미한다.
이때, 송신단의 편광 분할 다중화 광신호가 on-off keying(OOK)의 변조 방식이라고 가정하면, 편광 분할 다중화 광신호는 (x 편광, y 편광) = (0, 0), (0, 1), (1, 0), (1, 1)와 같이 4개의 심벌(symbol)로 나뉠 수 있기 때문에, [수학식 1]의 S1은 [도 2]의 (a)와 같이 3개의 진폭 레벨을 가진다. (0, 0)과 (1, 1) 심벌은 각각 최저 레벨과 최고 레벨에 대응되기 때문에 쉽게 판별(decision)된다. 따라서, 제1 판별부(114)는 S1에 기반하여 (0, 0)과 (1, 1) 심벌을 판별한다.
그러나 나머지 두 심벌 (0, 1)과 (1, 0)은 하나의 중간 레벨을 형성하므로 중간 레벨의 검출만으로는 두 심벌을 판별할 수 없다.
이를 해결하기 위해, S2를 정의하고, 이는 [수학식 2]로 표현된다.
Figure 112015127808455-pat00002
Figure 112015127808455-pat00003
, for (0,1) and (1,0)
여기서, sgn(·)은 부호 함수로 양수 값이면 +1, 음수 값이면 -1이 되는 함수이다. 또한 α는 두 편광 분할 다중화 광신호 간의 광전력 계수를 의미하고, δ는 위상 차이를 나타낸다.
디지털 시그널 프로세서(104)의 제2 판별 신호 생성부(108)는, 제1 내지 제4 광 검출기(PD1, PD2, PD3, PD4)의 출력 전류(i1, i2, i3, i4), 두 편광 분할 다중화 광신호 간의 광전력 계수(α), 및 위상 차이(δ)에 기반하여, [수학식 2]에 따라 S2를 생성한다.
[수학식 2]에서 α와 δ는 채널 추정부(120)를 통해 송신 단에서 주기적으로 보내는 트레이닝 시퀀스(training sequence)에 기반하여 추정될 수 있다. 이를 위해 송신 단에서 (0, 1), (1, 0), (1, 1)의 트레이닝 시퀀스(training sequence)를 주기적으로 신호에 삽입한다. 트레이닝 심벌(training symbol)이 (0, 1)이면 α=1/(1+R12)와 같이 표현되며, 트레이닝 심벌(training symbol)이 (1, 0)이면 α=R12/(1+R12) 이 된다. 또한 트레이닝 심벌(training symbol)이 (1, 1)이면 cosδ=(1-R12)/[2(1+R12){α(1-α)}1/2]을 얻을 수 있다(R12=i1/i2). 이렇게 추정된 α와 cosδ를 [수학식 2]에 적용하면, 송신단의 심벌 (0, 1)과 (1, 0)을 서로 구별할 수 있다. 예를 들어, [도 2]의 (b)와 같이 판별 임계치(threshold)를 0으로 설정했을 경우, S2가 음수가 되면 입력 심벌은 (0, 1)으로 판별되며, 양수가 되면 (1, 0)으로 판별된다. 따라서, 제2 판별부(116)는 S2에 기반하여 (0, 1)과 (1, 0) 심벌을 판별한다.
이하, 본 발명에 따른 편광 분할 다중화 광신호의 직접 검출 방법 및 장치를 실시하기 위한 구체적인 내용을 20-Gb/s PDM-OOK(polarization division multiplexing on-off keying ) 신호의 실시예를 통해 설명하면 다음과 같다.
[도 3] (a)는 본 발명에 따른 편광 분할 다중화 광신호를 직접 검출하기 위한 실험 시스템 구성도이다. 1551 nm에서 동작하는 광원(300)은 외부 변조기(302)를 사용하여 10-Gb/s NRZ 신호로 변조되었다 (패턴 길이: 215-1). 광 지연선(306)과 편광 분할기(304)를 이용하여 20-Gb/s PDM-OOK 신호를 생성할 때, 두 편광 신호의 비트를 정렬하기 위해 10.6 ns(106 bits)의 광 지연선(306)을 세밀하게 조절하였다. 또한 전송 링크의 무작위적 편광 변화를 모의하기 위하여 3 Mrad/s 편광 스크램블러(polarization scrambler)(308)를 광전송 링크 앞 단에 삽입하였다. 전송 후 편광 분할 다중화 광신호는 EDFA(Erbium-doped fiber amplifier)와 0.25 nm의 광 대역통과 필터(OBPF)로 구성된 프리-앰플리파이어(pre-amplifier)를 거쳐 제안된 직접 검출 수신기(310)로 인가된다. 제안된 수신기가 플레이너형 도파관(planar waveguide) 구조로 제작된다면, 수신 장치의 안정성이 더욱 향상될 것으로 판단된다.
수신된 신호는 아날로그-디지털 변환기를 통하여 50 Gsample/s 속도로 디지털화되며 디지털 시그널 프로세서에 의해 처리된다. 본 발명에 따른 직접 검출 장치와의 성능 비교를 위해, [도 3] (b)와 같이 20-Gb/s power unbalanced PDM-OOK 신호를 생성하였다. [7] 이 경우 PDM 신호를 생성할 때, 한쪽 편광 성분을 3 dB 감쇠시킨다. 따라서 결국 수신기에서는 4개의 진폭을 가지는 20 Gb/s 신호가 검출된다. 20-Gb/s power unbalanced PDM-OOK 신호의 스펙트럼 효율과 전송 용량은 20-Gb/s PDM-OOK 신호와 동일하다.
[도 4]는 본 발명의 실시예에 따른 직접 검출 장치를 이용하여 실험을 통해 얻은 비트 오율 그래프이며, 성능 비교를 위해 power unbalanced PDM-OOK의 경우에도 실험을 통해 얻은 비트 오율 그래프를 첨부하였다. 검은 정사각형의 그래프는 본 발명에 따른 직접 검출 장치를 이용하여 수신한 20-Gb/s PDM-OOK 광신호의 비트 오율을 나타낸다. 이 결과는 편광이 3 Mrad/s 속도로 빠르게 변화하는 광링크에서도 20 Gb/s PDM-OOK 신호를 성공적으로 수신할 수 있음을 보여준다. 수신감도는 -30.2 dBm (@비트오율 = 10- 4)으로 측정되었다. 또한, 이 결과는 20-Gb/s power unbalanced PDM-OOK보다 5.0 dB의 수신감도가 우수함을 확인할 수 있다 (빈 정사각형). 이것은 20-Gb/s power unbalanced PDM-OOK 신호는 4개의 진폭 레벨을 가지기 때문에, 같은 성능을 얻기 위한 신호 잡음비가 더욱 크게 요구되기 때문이다.
[도 5]는 본 발명에 따른 직접 검출 방법에 사용되는 트레이닝 시퀀스(training sequence)의 오버헤드를 변화시켜가며 측정한 파워 페널티 그래프이다. 본 발명에 따른 직접 검출 방법은 시간에 따라 변화하는 채널 파라미터인 α와 cosδ를 추정하기 위한 트레이닝 시퀀스(training sequence)가 주기적으로 송신 신호에 삽입되어야 한다. 만약 광링크의 편광 변화 속도에 미치지 못하는 트레이닝 시퀀스(training sequence)를 보낸다면, 채널 파라미터 추정 시 오류가 발생할 수 있다. [도 5]에서 확인할 수 있듯이, 트레이닝 시퀀스(training sequence)의 오버헤드가 0.7 %으로 낮아져도 이에 대한 파워 페널티는 1.6 dB로 매우 작기 때문에, 이렇게 작은 오버헤드만으로도 3 Mrad/s의 빠른 속도로 변화하는 편광 분할 다중화 광신호에 대하여, 본 발명에 따른 직접 검출 방법이 잘 동작함을 확인할 수 있다. 한편, 실제 광섬유 전송 링크에서 편광은 0.1 ms의 수준으로 변할 수 있기 때문에, 따라서 실제 전송 링크에서는 본 발명에 따른 직접 검출 방법에서 사용하는 트레이닝 시퀀스(training sequence)의 오버헤드가 0.1 % 보다 훨씬 더 작아질 수 있을 것으로 판단된다.
[도 6]은 본 발명의 실시예에 따른 직접 검출 방법을 이용하여 광링크의 전송 거리를 증가시켜 가며 실험을 통해 얻은 비트 오율 그래프이다. 전송거리가 증가할수록 색분산 영향으로 파워 페널티가 증가하였다. 전송거리가 각각 9.5 km, 15.9 km, 26.7 km 일 때, 측정된 파워 페널티는 각각 1.5 dB, 2.0 dB, 5.7 dB 였다. 이러한 색분산 영향은 전기적 등화 방법을 S1=i1+i2+i3+i4에 적용하여 크게 줄일 수 있다. 예를 들면, 7-tap feed-forward equalizer와 5-tap decision-feedback equalizer를 사용하는 경우 30 km 전송 후 파워 페널티가 2 dB 이하로 감소됨을 확인하였다. 등화기의 tap coefficient는 LMS(least mean square) 알고리즘을 통하여 갱신된다.
[도 7]은 본 발명의 실시예에 따른 직접 검출 방법을 이용하여 편광 모드 분산을 증가시켜 가며 실험을 통해 얻은 비트 오율 그래프이다. DGD(differential group delay)가 심벌 주기의 반절(50 ps)에 근접할수록, 파워 페널티가 증가한다. 이는 DGD가 증가할수록 두 직교 편광 성분간의 시간 옵셋(time offset)이 커지기 때문에, 결국 S1의 펄스 왜곡(pulse distortion) 때문이다. 그러나 이러한 왜곡(distortion)은 역시 전기적 등화기(112)를 이용하여 줄일 수 있다. 예를 들어, DGD가 35 ps 일 때 전기적 등화기(112)를 사용하여 파워 페널티를 1 dB 이하로 줄일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 직접 검출 장치를 적용 시, 편광이 매우 빠르게 변화하는 광링크 환경에서도 별도의 동적 편광 조절기의 필요 없이 편광 분할 다중화 광신호를 경제적으로 수신할 수 있는 효과를 누릴 수 있다.
본 발명에 따른 직접 검출 장치를 적용함에 있어 아날로그-디지털 변환기는 샘플링 오실로스코프(sampling oscilloscope)로 대체할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 직접 검출 방법 및 장치는, 광신호의 변조 방식에 따라 본 발명에 따른 직접 검출 방법 및 장치를 포함하는 추가적인 변형을 가할 수 있다.
이 때, 본 발명에 따른 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자는 본 발명에 따른 직접 검출 방법 및 장치를 이용하여 광신호의 변조 방식에 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 직접 검출 방법 및 장치로 구현할 수 있다.
100 : 편광 분할기 101 : 광 지연선
102 : 광검출부 104 : 디지털 시그널 프로세서
105 : 리샘플링부 106 : 제1 판별 신호 생성부
108 : 제2 판별 신호 생성부 110 : 판별 신호 생성부
112 : 전기적 등화기 114 : 제1 판별부
116 : 제2 판별부 118 : 판별부
120 : 채널 추정부 ADC : 아날로그-디지털 변환기
coupler1, coupler2, coupler3 : 제1 내지 제3 광섬유 커플러
PD1, PD2, PD3, PD4 : 제1 내지 제4 광 검출기
PC : 편광 조절기

Claims (7)

  1. 입력되는 편광 분할 다중화된 광신호를 편광 분할한 후, 상기 편광 분할된 두 광신호를 각각 둘로 나누어 제1 내지 제4 광신호로 나누고, 상기 제1 및 제2 광신호는 직접 검출하며, 상기 제3 및 제4 광신호는 간섭 성분을 생성한 후 직접 검출하여, 전기적 신호들로 변환하는 광검출부; 및
    상기 광검출부에 의해 검출된 전기적 신호들을 이산 신호들로 샘플링한 뒤 상기 샘플링된 신호들에 기반하여 상기 편광 분할 다중화된 광신호를 판별하는 디지털 시그널 프로세서(digital signal processor)를 포함하는, 편광 분할 다중화 광신호를 직접 검출하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광검출부는,
    상기 입력되는 편광 분할 다중화된 광신호를 편광 분할하는 편광 분할기;
    상기 편광 분할기의 서로 다른 두 출력을 각각 둘로 나누어 상기 제1 내지 제4 광신호로 나누는 제1 및 제2 광섬유 커플러;
    상기 제3 및 제4 광신호의 간섭 성분을 생성하기 위한 제3 광섬유 커플러;
    상기 제1 및 제2 광신호를 각각 직접 검출하여 전기적 신호로 변환하는 제1 및 제2 광검출기; 및
    상기 제3 광섬유 커플러에서 출력되는 광신호들을 각각 직접 검출하여 전기적 신호로 변환하는 제3 및 제4 광검출기를 포함하는, 편광 분할 다중화 광신호를 직접 검출하는 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 디지털 시그널 프로세서는,
    상기 광검출부에 의해 검출된 전기적 신호들을 이산 신호들로 샘플링하는 아날로그-디지털 변환기;
    상기 샘플링된 신호들에 기반하여 판별 신호를 생성하는 판별 신호 생성부;
    상기 생성된 판별 신호에 기반하여 상기 편광 분할 다중화된 광신호를 판별하는 판별부; 및
    상기 샘플링된 신호들에 기반하여 채널 파라미터를 추정하는 채널 추정부를 포함하는, 편광 분할 다중화 광신호를 직접 검출하는 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 디지털 시그널 프로세서는,
    상기 판별 신호를 생성하는 판별 신호 생성부와 상기 편광 분할 다중화된 광신호를 판별하는 판별부 사이에, 전기적 등화기를 더 포함하는, 편광 분할 다중화 광신호를 직접 검출하는 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광신호는,
    M-ary PAM(M-ary pulse-amplitude modulation) 및 M-ary DPSK(M-ary differential phase-shift keying)으로 이루어진 군 중 어느 하나의 변조 방식에 의해 변조된 신호인, 편광 분할 다중화 광신호를 직접 검출하는 장치.
  6. (a) 입력되는 편광 분할 다중화된 광신호를 편광 분할기를 사용하여 편광 분할한 후, 상기 편광 분할된 두 광신호를 각각 둘로 나누어 제1 내지 제4 광신호로 나누고, 상기 제1 및 제2 광신호는 직접 검출하며, 상기 제3 및 제4 광신호는 간섭 성분을 생성한 후 직접 검출하여, 전기적 신호들로 변환하는 단계; 및
    (b) 디지털 시그널 프로세서를 이용하여, 상기 전기적 신호들을 이산 신호들로 샘플링한 뒤 상기 샘플링된 신호들에 기반하여 채널 파라미터를 추정하고, 상기 샘플링된 신호들과 상기 추정된 채널 파라미터에 기반하여 판별 신호를 생성하며, 상기 판별 신호에 기반하여 상기 편광 분할 다중화된 광신호를 판별하는 단계를 포함하는, 편광 분할 다중화 광신호를 직접 검출하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    상기 판별 신호를 생성하는 단계와 상기 편광 분할 다중화된 광신호를 판별하는 단계 사이에, 전기적 등화 단계를 더 포함하는, 편광 분할 다중화 광신호를 직접 검출하는 방법.
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