KR101864697B1 - Multi-level optical signal generator - Google Patents
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Abstract
본 발명은 멀티레벨 광신호 생성 장치에 관한 것으로, 기본 마하젠더 변조기의 각 암에 형성되는 제1,제2 마하젠더 변조기, 상기 제1,제2 마하젠더 변조기의 제2 암에 각기 형성되는 제1,제2 위상기 및 상기 제1,제2 마하젠더 변조기 중 제2 마하젠더 변조기의 출력 측에 형성되는 제3 위상기, 상기 제1,제2 마하젠더 변조기의 각 암에 형성된 전극에 인가되는 전기 구동신호의 크기를 각기 증폭하도록 형성되는 증폭기, 상기 제1,제2 마하젠더 변조기와 기본 마하젠더 변조기에 인가되는 직류(DC) 바이어스 전압을 생성하는 바이어스 전압 생성부, 상기 각 증폭기에 각기 입력되는 구동신호를 생성하는 구동신호 생성부, 및 상기 각 증폭기를 각기 제어하기 위한 제어부를 포함한다.The present invention relates to a multilevel optical signal generating apparatus, and more particularly, to a multilevel optical signal generating apparatus which includes first and second Mach-Zehnder modulators formed on respective arms of a basic Mach-Zehnder modulator, first and second Mach-Zehnder modulators formed on the second arms of the first and second Mach- 1, second and third Mach-Zehnder modulators, and third and fourth Mach-Zehnder modulators formed on the output side of the first and second Mach-Zehnder modulators, A bias voltage generator for generating a DC bias voltage to be applied to the first and second Mach-Zehnder modulators and the basic Mach-Zehnder modulator, A drive signal generator for generating an input drive signal, and a controller for controlling each of the amplifiers.
Description
본 발명은 멀티레벨 광신호 생성 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전송수요에 따라 전송용량을 유연하게 조절하기 위해 광신호의 변조방식을 가변시킬 수 있는 멀티레벨 광신호 생성 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a multilevel optical signal generator, and more particularly, to a multilevel optical signal generator capable of modulating a modulation method of an optical signal to flexibly adjust a transmission capacity according to transmission demand.
현재의 철도 통신 기간망은 10Gb/s급 파장 분할 다중방식(WDM : wavelength division multiplexing) 시스템을 사용하고 있으며, 광신호의 채널 간격 및 대역폭이 고정된 시스템이기 때문에 최근 증대되고 있는 데이터 트래픽의 효율적인 운용과 관리를 위해서는 동적으로 대역폭을 할당할 수 있는 기술이 필요한 상황이다.Since the current railway communication network uses a 10 Gb / s wavelength division multiplexing (WDM) system and the channel spacing and bandwidth of optical signals are fixed, efficient operation of data traffic Management requires a technique that can dynamically allocate bandwidth.
일반적으로 기존의 광신호는 빛의 세기를 변조하여 신호를 전송하는 OOK(on-off keying) 변조방식이 주로 사용되었으나, 전송수요가 급증하고 전기/광소자의 기술이 빠르게 발전함에 따라 하나의 심볼(symbol)에 2개 이상의 비트(bit)를 전송하는 멀티레벨 변조방식을 적용되고 있다. 이러한 광신호 변조를 위해서 주로 마하젠더 간섭계(MZI : Mach-Zehnder interferometer)를 기반으로 하는 마하젠더 변조기(MZM : Mach-Zehnder modulator)가 사용되고 있다. Generally, on-off keying (OOK) modulation method, which transmits a signal by modulating the intensity of light, is mainly used in the existing optical signal. However, as the demand for transmission increases rapidly and the technology of the electric / optical device rapidly develops, level modulation scheme in which two or more bits are transmitted to a symbol. For such optical signal modulation, a Mach-Zehnder modulator (MZM) based on a Mach-Zehnder interferometer (MZI) is mainly used.
참고로 상기 마하젠더 변조기(MZM)는 전계(electrical field)를 가하면 굴절률이 변하는 니오브산리튬(LiNbO3)을 사용하며, 이를 통해 광신호의 위상을 변조하고 간섭계를 통과시킴으로써, 보강 또는 상쇄 간섭 특성을 이용해 빛의 크기와 위상을 변조하는 광소자이다. 이때 180o위상 변조를 위한 전압을 Vπ전압이라하며, 상기 니오브산리튬(LiNbO3)의 경우 일반적으로 5V 정도의 값을 갖는다. 이에 따라 변조기 구동을 위해 인가되는 전기신호의 크기를 증폭시켜주는 증폭기(driver)가 필수적으로 사용된다.For reference, the Mach-Zehnder modulator (MZM) uses lithium niobate (LiNbO 3 ) whose refractive index changes when an electric field is applied, through which the phase of an optical signal is modulated and passed through an interferometer, To modulate the size and phase of the light. At this time, the voltage for 180 o phase modulation is referred to as V ? Voltage, and in the case of lithium niobate (LiNbO 3 ), the voltage is generally about 5V. Accordingly, an amplifier for amplifying the magnitude of the electric signal applied for driving the modulator is essentially used.
도 1은 일반적인 마하젠더 변조기에 구동신호가 인가되는 방법을 설명하기 위한 예시도로서, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 마하젠더 변조기(MZM)는 일 측 암(arm)에 전기신호(즉, Data)가 인가되거나, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 양 측 암(arm)에 각기 반전된 전기신호(즉, )가 인가되어 푸시풀(push-pull) 형태로 동작될 수 있다. 푸시풀 방식의 동작은 같은 위상 변조를 위해서 기존 방식보다 인가되는 전압을 1/2로 감소시킬 수 있으므로 높은 출력의 증폭기를 사용하지 않아도 되는 장점이 있다.1 is a diagram for explaining a method of applying a drive signal to a general Mach-Zehnder modulator. As shown in Fig. 1 (a), a Mach-Zehnder modulator MZM modulates an electric signal (I. E., Data) is applied, or electrical signals (i.e., electrical signals) inverted to both arms are applied as shown in Fig. 1 (b) May be applied and operated in a push-pull manner. The push-pull operation can reduce the applied voltage to 1/2 of the conventional method for the same phase modulation, so that it is advantageous not to use a high output amplifier.
또한 광신호 전송의 효율을 향상시킬 수 있는 QPSK(quadrature phase shift keying)와 같은 멀티레벨 변조방식을 생성하기 위해 복소평면의 두 성분(예 : in-phase 및 quadrature 성분)을 변조하는 I/Q 변조기가 사용된다. The I / Q modulator modulates two components (e.g., in-phase and quadrature components) of the complex plane to generate a multi-level modulation scheme such as quadrature phase shift keying (QPSK) Is used.
여기서 상기 I/Q 변조기는, 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 마하젠더 변조기(MZM)가 병렬로 집적된 구조로서, 이중-병렬 마하젠더 변조기(dual-parallel MZM)로 불린다. 이때 광신호의 두 성분(예 : in-phase 및 quadrature) 데이터는 상기 이중-병렬 마하젠더 변조기(dual-parallel MZM)의 각 마하젠더 변조기(MZM)에 각기 인가되는데, 이때 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 각 MZM에 하나의 데이터를 인가하거나, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 각 데이터의 반전신호를 같이 인가하여 각 MZM을 푸시풀(push-pull) 형태로 동작시킴으로써 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 광신호를 생성할 수 있다.Herein, the I / Q modulator is a dual-parallel MZM structure in which two Mach-Zehnder modulators (MZM) are integrated in parallel, as shown in FIG. At this time, two components (e.g., in-phase and quadrature) data of the optical signal are applied to each Mach-Zehnder modulator (MZM) of the dual-parallel MZM, By applying one data to each MZM as shown in FIG. 2B or applying an inverted signal of each data as shown in FIG. 2B to operate each MZM in a push-pull manner, (Quadrature Phase Shift Keying) optical signal.
한편 다양한 변조방식의 광신호를 수요에 따라 유연하게 생성(즉, 멀티레벨 광신호를 생성)하는 광 송신기(또는 광신호 생성기)는 크게 두 가지 방식으로 분류할 수 있다. Meanwhile, optical transmitters (or optical signal generators) that flexibly generate optical signals of various modulation types according to demand (that is, generate multi-level optical signals) can be classified into two types.
첫 번째는 하나의 광 변조기(또는 마하젠더 변조기)를 사용하고 이 광 변조기의 구동 전기신호를 멀티레벨로 사용하는 광 송신기이며(도 3 참조), 두 번째는 여러 개의 광 변조기를 조합하여 사용하고 이 광 변조기의 구동 전기신호를 이진신호로 사용하는 광 송신기이다(도 4 참조).The first is an optical transmitter that uses one optical modulator (or Mach-Zehnder modulator) and uses the driving electrical signal of the optical modulator at multi-level (see FIG. 3), the second uses a combination of multiple optical modulators And uses the driving electrical signal of the optical modulator as a binary signal (see Fig. 4).
도 3은 종래의 I/Q 변조기를 사용한 멀티레벨 광신호 생성기의 개략적인 구성을 보인 예시도이고, 도 4는 종래의 3개의 광 변조기를 직렬 연결한 멀티레벨 광신호 생성기의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.3 is a diagram illustrating a schematic configuration of a multi-level optical signal generator using a conventional I / Q modulator, and FIG. 4 shows a schematic configuration of a multi-level optical signal generator in which three conventional optical modulators are connected in series Fig.
먼저 첫 번째 방식(예 : 하나의 광 변조기에 멀티레벨 전기신호를 사용하는 방식)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 3개의 마하젠더 변조기(MZM)를 집적한 이중-병렬 마하젠더 변조기(dual-parallel MZM)(즉, I/Q 변조기)를 사용하며, 각 마하젠더 변조기(MZM)을 구동하기 위해 멀티레벨 전기신호를 인가한다. 여기서 상기 멀티레벨 전기신호는 이진 전기신호를 직접 합성하거나 고속의 DAC(digital-to-analog converter)를 사용하여 생성할 수 있다. 이에 따라 광 송신기의 각 마하젠더 변조기(MZM)에 입력된 멀티레벨 전기신호는 변조되어 복소평면에서의 두 성분(예 : in-phase 및 quadrature 성분)이 되므로 다양한 멀티레벨 변조방식의 광신호를 생성할 수 있게 된다.First, a first method (e.g., a method of using a multilevel electrical signal in one optical modulator) is performed using a dual-parallel Mach-Zehnder modulator integrated with three Mach-Zehnder modulators (MZM) -parallel MZM) (i.e., an I / Q modulator), and applies a multilevel electrical signal to drive each Mach-Zehnder modulator (MZM). The multilevel electrical signal may be generated by directly synthesizing a binary electrical signal or by using a high-speed digital-to-analog converter (DAC). Accordingly, the multilevel electrical signal inputted to each Mach-Zehnder modulator (MZM) of the optical transmitter is modulated to be two components (for example, in-phase and quadrature components) in the complex plane, thereby generating various multilevel modulation optical signals .
그러나 상기 첫 번째 방식의 경우 멀티레벨 전기신호를 이용하여 멀티레벨 광신호를 생성하므로, 전기신호의 잡음 및 왜곡이 광신호 성능에 직접적으로 영향을 줄 수 있으며, 또한 고품질의 멀티레벨 전기신호 생성을 위해서는 고속 DAC 뿐 아니라 고품질의 선형 증폭기(linear driver) 사용이 필수적이므로 광 송신기의 비용이 증가될 수 있는 문제점이 있다.However, in the case of the first method, since a multilevel optical signal is generated using a multilevel electrical signal, the noise and distortion of the electrical signal can directly affect the performance of the optical signal, and a high- There is a problem that the cost of the optical transmitter can be increased because it is necessary to use a high-quality linear driver as well as a high-speed DAC.
다음 두 번째 방식(예 : 여러 개의 광 변조기를 조합하고 이진신호를 구동 전기신호로 사용)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 여러 개의 마하젠더 변조기를 병렬 및 직렬로 조합하고, 각각의 마하젠더 변조기(즉, 광 변조기)를 구동하는 전기신호로서 이진신호를 사용한다. 그 중 X. Zhou가 제안한 방식(X. Zhou and J. Yu, "200-Gb/s PDM-16QAM generation using a new synthesizing method," in Proceedings of ECOC2009, paper 10.3.5 (2009))은 3개의 마하젠더 변조기를 직렬 연결하여 16레벨의 광신호(16QAM : 16 quadrature amplitude modulation)를 생성하였는데, 연결된 마하젠더 변조기가 많아질수록 변조된 광신호의 잡음 및 왜곡이 누적되므로 광신호의 품질 저하에 영향을 줄 수 있는 문제점이 있다.The following second scheme (e.g., combining multiple optical modulators and using a binary signal as the driving electrical signal) combines several Mach-Zehnder modulators in parallel and in series, as shown in FIG. 4, A binary signal is used as an electrical signal to drive a modulator (i.e., an optical modulator). Among them, the method proposed by X. Zhou (X. Zhou and J. Yu, "200-Gb / s PDM-16QAM generation using a new synthesizing method," in Proceedings of ECOC2009, paper 10.3.5 A Mach-Zehnder modulator is connected in series to generate a 16-level optical signal (16QAM: 16 quadrature amplitude modulation). As the number of connected Mach-Zehnder modulators increases, the noise and distortion of the modulated optical signal accumulate. There is a problem that it can give.
상기 두 번째 방식의 또 다른 실시예로서, 도 5는 종래에 2개의 광 변조기를 직렬 연결한 멀티레벨 광신호 생성기의 개략적인 구성을 보인 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이 두 개의 마하젠더 변조기를 직렬 연결하고 이진신호를 구동신호로 사용하는 방식이다. 5 is a diagram illustrating a schematic configuration of a conventional multi-level optical signal generator in which two optical modulators are connected in series. As shown in FIG. 5, two Mach-Zehnder modulators And a binary signal is used as a drive signal.
그러나 상기 도 4 내지 도 5와 같이 여러 개의 마하젠더 변조기가 직렬 연결될수록 광잡음 및 왜곡이 누적되어 고품질의 멀티레벨 광신호 생성이 어렵고, 이를 해결하기 위해서 별도의 등화(Equalization) 알고리즘을 사용해야 하는 문제점이 있다.However, as shown in FIGS. 4 to 5, as the plurality of Mach-Zehnder modulators are connected in series, the optical noise and the distortion are accumulated so that it is difficult to generate a high-quality multi-level optical signal. To solve this problem, a separate equalization algorithm .
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2014-0061129호(2014.05.21.공개, 멀티레벨 광신호 생성을 위한 광 송신기 및 그 방법)에 개시되어 있다. BACKGROUND OF THE INVENTION [0002] The background art of the present invention is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2014-0061129 (published May 21, 201, 2009, Optical Transmitter for Multilevel Optical Signal Generation and Method Thereof).
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 전송수요에 따라 전송용량을 유연하게 조절하기 위해 광신호의 변조방식을 가변시킬 수 있는 멀티레벨 광신호 생성 장치를 제공하는데 그 목적이 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of generating a multi-level optical signal capable of varying a modulation method of an optical signal in order to flexibly adjust a transmission capacity according to a transmission demand, The purpose of the device is to provide.
본 발명의 일 측면에 따른 멀티레벨 광신호 생성 장치는, 기본 마하젠더 변조기의 각 암에 형성되는 제1,제2 마하젠더 변조기; 상기 제1,제2 마하젠더 변조기의 제2 암에 각기 형성되는 제1,제2 위상기 및 상기 제1,제2 마하젠더 변조기 중 제2 마하젠더 변조기의 출력 측에 형성되는 제3 위상기; 상기 제1,제2 마하젠더 변조기의 각 암에 형성된 전극에 인가되는 전기 구동신호의 크기를 각기 증폭하도록 형성되는 증폭기; 상기 제1,제2 마하젠더 변조기와 기본 마하젠더 변조기에 인가되는 직류(DC) 바이어스 전압을 생성하는 바이어스 전압 생성부; 상기 각 증폭기에 각기 입력되는 구동신호를 생성하는 구동신호 생성부; 및 상기 각 증폭기를 각기 제어하기 위한 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.An apparatus for generating a multilevel optical signal according to an aspect of the present invention includes first and second Mach-Zehnder modulators formed on respective arms of a basic Mach-Zehnder modulator; A first and a second upper and lower beams formed respectively on the second arms of the first and second Mach-Zehnder modulators, and a third upper beam formed on the output side of the second Mach-Zehnder modulator of the first and second Mach- ; An amplifier configured to amplify a magnitude of an electric driving signal applied to an electrode formed on each arm of the first and second Mach-Zehnder modulators; A bias voltage generator for generating a direct current (DC) bias voltage to be applied to the first and second Mach-Zehnder modulators and the basic Mach-Zehnder modulator; A drive signal generator for generating a drive signal input to each of the amplifiers; And a controller for controlling each of the amplifiers.
본 발명에 있어서, 상기 멀티레벨 광신호 생성 장치는, 생성하고자 하는 광신호의 변조 방식에 따라, 상기 각 증폭기를 통해 증폭되는 상기 각 구동신호의 크기, 및 상기 기본 마하젠더 변조기 및 제1,제2 변조기에 인가되는 직류(DC) 바이어스 전압의 크기를 각기 독립적으로 조절하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the multi-level optical signal generating apparatus may further include a demultiplexer that demultiplexes the magnitudes of the respective driving signals amplified through the respective amplifiers, 2 modulator independently of the magnitude of the direct-current (DC) bias voltage applied to the modulator.
본 발명에 있어서, 상기 제1,제2 마하젠더 변조기의 각 암(arm)에 인가되는 구동신호는, 독립적으로 크기가 조절되는 이진 전기신호로서, 상기 제1,제2 마하젠더 변조기의 각 암(arm)에 배치된 각 전극에 독립적인 전기 구동신호가 동일한 타이밍으로 인가되는 것을 특징으로 한다.The driving signal applied to each arm of the first and second Mach-Zehnder modulators is a binary electric signal whose magnitude is independently adjusted. The driving signal applied to each arm of the first and second Mach- independent electric drive signals are applied at the same timing to the respective electrodes arranged in the arm.
본 발명에 있어서, 상기 제1,제2,제3 위상기는, 상기 제1,제2 마하젠더 변조기와 기본 마하젠더 변조기에 인가되는 직류(DC) 바이어스 전압의 설정에 따라 각기 조절되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the first, second and third phase shifters are respectively adjusted according to the setting of a direct current (DC) bias voltage applied to the first and second Mach-Zehnder modulators and the basic Mach-Zehnder modulator do.
본 발명에 있어서, 상기 멀티레벨 광신호 생성 장치는, 광원에서 하나의 광로에 입사되는 광이 2개의 광로로 균등하게 분기되어 상기 제1,제2 마하젠더 변조기로 입사되고, 또한 상기 제1,제2 마하젠더 변조기로 입사된 광은 다시 2개의 광로로 균등하게 분기되어 상기 제1,제2 마하젠더 변조기의 각 암(arm)으로 입사되고, 이 각 암(arm)에 형성된 전극(E1 ~ E4)에 인가되는 구동신호에 의해 광의 굴절률이 변화되게 하고, 상기 제1,제2 마하젠더 변조기의 각 암(arm)을 통해 변조한 광신호를 최종적으로 합성하여 출력하되, 제1 합성부가 상기 제1 마하젠더 변조기의 제1 암(arm)을 통해 출력되는 광 및 제2 암(arm)의 제1 위상기를 통해 위상이 조정되어 출력되는 광을 합성하고, 제2 합성부가 상기 제2 마하젠더 변조기의 제1 암(arm)을 통해 출력되는 광 및 제2 암(arm)의 제2 위상기를 통해 위상이 조정되어 출력되는 광을 합성하며, 제3 합성부가 상기 제1 합성부 및 상기 제3 위상기를 통해 출력되는 광을 합성하여 출력하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the multi-level optical signal generating device may be configured such that light incident on one optical path in a light source is equally branched into two optical paths and is incident on the first and second Mach-Zehnder modulators, The light incident on the second Mach-Zehnder modulator is further equally branched into two optical paths and is incident on each arm of the first and second Mach-Zehnder modulators. The electrodes E1- E4) of the first and second Mach-Zehnder modulators, the optical signals modulated through the respective arms of the first and second Mach-Zehnder modulators are finally synthesized and output, Synthesizes the light outputted through the first arm of the first Mach-Zehnder modulator and the light whose phase is adjusted and output through the first phase shifter of the second arm, The light output through the first arm of the modulator and the light of the second arm And the third synthesizing unit synthesizes and outputs the light output through the first synthesizing unit and the third phase shifter.
본 발명에 있어서, 상기 제1,제2 마하젠더 변조기에 위상기가 형성되지 않은 암(arm)이 제1 암, 상기 제1 위상기 또는 제2 위상기가 형성된 암(arm)이 제2 암인 것을 특징으로 한다.In the present invention, it is preferable that the arm in which the first and second phase shifters are formed is a second arm in which the arm without the phase shifter is formed in the first and second Mach-Zehnder modulators .
본 발명에 있어서, 상기 멀티레벨 광신호 생성 장치는, 상기 제1,제2 마하젠더 변조기의 각 암에 인가되는 구동신호의 크기, 및 상기 기본 마하젠더 변조기 및 제1,제2 변조기에 인가되는 직류(DC) 바이어스 전압의 크기를 기 설정된 값으로 조절하여, OOK(On-Off Keying), BPSK(Binary Phase Shift Keying), QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), 및 16APSK(Amplitude and Phase Shift Keying) 변조방식 중 어느 하나의 변조방식을 선택하여 광신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the multi-level optical signal generating apparatus may further include: magnitudes of drive signals applied to the respective arms of the first and second Mach-Zehnder modulators; and magnitudes of the drive signals applied to the basic Mach- Zehnder modulator and the first and second modulators (DC) bias voltage to a predetermined value, and thereby, the on-off keying (OOK), the binary phase shift keying (BPSK), the quadrature phase shift keying (QPSK), and the amplitude and phase shift keying And the optical signal is generated by selecting any one of the modulation methods.
본 발명에 있어서, 상기 멀티레벨 광신호 생성 장치는, 상기 제1,제2 마하젠더 변조기의 각 제1,제2 암에 각기 인가되는 구동신호인 제1 내지 제4 데이터(data1 ~ data4) 중, 제3 데이터(data3)과 제4 데이터(data4)는 인가하지 않고, 제1 데이터(data1)와 상기 제1 데이터(data1)의 반전(conversion)된 데이터인 제2 데이터(data2)를 상기 제1 마하젠더 변조기(MZM1)에 인가하여, 상기 제1 마하젠더 변조기를 푸시풀 구조로 구동시켜 OOK, 또는 BPSK 변조방식으로 광신호를 생성하되, 상기 제1 마하젠더 변조기에 인가되는 구동신호의 크기를 기 설정된 값으로 조절하여 상기 OOK 또는 BPSK 변조방식 중 하나를 선택하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the multi-level optical signal generating apparatus may include first to fourth data (data1 to data4), which are driving signals applied to the first and second arms of the first and second Mach-Zehnder modulators, (Data2), which is data obtained by converting the first data (data1) and the first data (data1) without applying the third data (data3) and the fourth data (data4) 1 Mach-Zehnder modulator (MZM1) to drive the first Mach-Zehnder modulator in a push-pull configuration to generate an optical signal in an OOK or BPSK modulation scheme, the magnitude of a drive signal applied to the first Mach- To a predetermined value to select one of the OOK or BPSK modulation schemes.
본 발명에 있어서, 상기 제1,제2 마하젠더 변조기의 각 제1,제2 암에 각기 인가되는 구동신호인 제1 내지 제4 데이터(data1 ~ data4) 중, 서로 반전 관계(, )에 있는 구동신호를 상기 제1,제2 마하젠더 변조기의 각 제1,제2 암에 각기 인가하여 상기 QPSK 변조방식의 광신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, among the first to fourth data (
본 발명에 있어서, 상기 멀티레벨 광신호 생성 장치는, 상기 제1,제2 마하젠더 변조기의 각 제1,제2 암에 각기 인가되는 구동신호인 제1 내지 제4 데이터(data1 ~ data4)의 크기와, 상기 제1,제2 마하젠더 변조기 및 기본 마하젠더 변조기의 바이어스 전압을 기 설정된 값으로 각기 조절하여, 4개의 독립된 데이터(data1 ~ data4)를 상기 제1,제2 마하젠더 변조기에 구동신호로 인가하여 상기 제1,제2 마하젠더 변조기를 푸시풀 구조로 구동시켜, 상기 16APSK 변조방식의 광신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the multi-level optical signal generating apparatus may further include first to fourth data (data1 to data4), which are driving signals respectively applied to the first and second arms of the first and second Mach-Zehnder modulators, And the bias voltages of the first and second Mach-Zehnder modulators and the basic Mach-Zehnder modulator are respectively adjusted to predetermined values to drive four independent data (data1 to data4) to the first and second Mach-Zehnder modulators Signal, and drives the first and second Mach-Zehnder modulators in a push-pull structure to generate the optical signal of the 16APSK modulation method.
본 발명에 있어서, 상기 멀티레벨 광신호 생성 장치는, 상기 광신호 생성을 위해 선택할 변조방식에 따라, 상기 제1,제2 마하젠더 변조기의 각 암에 인가되는 구동신호의 크기, 및 상기 기본 마하젠더 변조기 및 제1,제2 변조기에 인가되는 직류(DC) 바이어스 전압의 크기를 조절하기 위한 값이 테이블 형태로 미리 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the multi-level optical signal generating apparatus may further include a control unit configured to control a magnitude of a drive signal applied to each arm of the first and second Mach-Zehnder modulators according to a modulation scheme to be selected for generating the optical signal, A value for adjusting a magnitude of a direct current (DC) bias voltage applied to the gender modulator and the first and second modulators is preset in a table form.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 전송수요에 따라 전송용량을 유연하게 조절하기 위해 광신호의 변조방식을 가변시킬 수 있다.According to an aspect of the present invention, a modulation method of an optical signal can be varied to flexibly adjust a transmission capacity according to a transmission demand.
도 1은 일반적인 마하젠더 변조기에 구동신호가 인가되는 방법을 설명하기 위한 예시도.
도 2는 종래의 2개의 마하젠더 변조기를 이용한 I/Q 변조기를 푸시풀 형태로 동작시키기 위한 구동신호 인가 방법을 설명하기 위한 예시도.
도 3은 종래의 I/Q 변조기를 사용한 멀티레벨 광신호 생성기의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 4는 종래의 3개의 광 변조기를 직렬 연결한 멀티레벨 광신호 생성기의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 5는 종래에 2개의 광 변조기를 직렬 연결한 멀티레벨 광신호 생성기의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티레벨 광신호 생성 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 7은 상기 도 6에 있어서, 제1,제2 마하젠더 변조기에 인가하는 구동신호의 크기 조절과 바이어스 전압 조절에 의해 생성되는 멀티레벨 광신호의 콘스텔레이션을 보인 예시도.1 is an exemplary diagram for explaining a method in which a driving signal is applied to a general Mach-Zehnder modulator;
FIG. 2 is a diagram for explaining a driving signal applying method for operating an I / Q modulator using two conventional Mach-Zehnder modulators in a push-pull manner. FIG.
3 is a diagram illustrating a schematic configuration of a multilevel optical signal generator using a conventional I / Q modulator.
4 is a diagram showing a schematic configuration of a multilevel optical signal generator in which three conventional optical modulators are connected in series.
FIG. 5 is an exemplary diagram showing a schematic configuration of a multilevel optical signal generator in which two optical modulators are connected in series. FIG.
FIG. 6 is an exemplary diagram showing a schematic configuration of a multilevel optical signal generating apparatus according to an embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 7 is an exemplary view showing a constellation of a multilevel optical signal generated by adjusting a magnitude of a driving signal applied to first and second Mach-Zehnder modulators and a bias voltage in FIG. 6; FIG.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 멀티레벨 광신호 생성 장치의 일 실시예를 설명한다. Hereinafter, an embodiment of a multilevel optical signal generating apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In this process, the thicknesses of the lines and the sizes of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, the terms described below are defined in consideration of the functions of the present invention, which may vary depending on the intention or custom of the user, the operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout this specification.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티레벨 광신호 생성 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.FIG. 6 is an exemplary diagram showing a schematic configuration of a multilevel optical signal generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 멀티레벨 광신호 생성 장치는, 복수의 마하젠더 변조기(MZM1, MZM2)가 기본 마하젠더 변조기(MZM0)의 각 암에 형성되고(즉, 복수의 마하젠더 변조기(MZM1, MZM2)가 병렬 형성되고), 상기 제1,제2 마하젠더 변조기(MZM1, MZM2)의 각 암(arm)에 전극(E1 ~ E4)이 각기 형성되며, 상기 제1,제2 마하젠더 변조기(MZM1, MZM2)의 일 측 암(arm)에 각기 제1,제2 위상기(131, 132)가 형성되고, 상기 제1,제2 마하젠더 변조기(MZM1, MZM2) 중 제2 마하젠더 변조기(MZM2)의 출력 측에 제3 위상기(133)가 형성되며, 광원(110)으로부터 출력된 광이 동일한 비율로 분기되어 상기 제1,제2 마하젠더 변조기(MZM1, MZM2)에 각기 입사되게 광로가 형성되고, 상기 제1,제2 마하젠더 변조기(MZM1, MZM2) 및 제3 위상기(133)를 통과하여 출사되는 광을 합성하여 출사되게 광로가 형성된다.6, the multi-level optical signal generating apparatus according to the present embodiment is characterized in that a plurality of Mach-Zehnder modulators MZM1 and MZM2 are formed in each arm of the basic Mach-Zehnder modulator MZM0 (that is, The first and second Mach-Zehnder modulators MZM1 and MZM2 are formed in parallel and the electrodes E1 to E4 are formed on the respective arms of the first and second Mach-Zehnder modulators MZM1 and MZM2, The first and second
여기서 상기 제1,제2,제3 위상기(131, 132, 133)는 반드시 별도의 장치로 형성되어야 하는 것은 아니며 전극의 연결을 통해 위상변조를 수행할 수 있다. 또한 상기 제1,제2,제3 위상기(131, 132, 133)의 위치는 반드시 제2 암(lower arm) 및 제2 마하젠더 변조기(MZM2)의 출력 측으로 한정되는 것은 아니며, 제1 암(upper arm) 및 제1 마하젠더 변조기(MZM1)의 출력 측에 형성될 수도 있음에 유의한다.Here, the first, second, and third
이하 설명의 편의상, 상기 제1,제2 마하젠더 변조기(MZM1, MZM2)에 위상기가 형성되지 않은 암(arm)을 제1 암(arm)이라고 하고 상기 제1 위상기(131) 또는 제2 위상기(132)가 형성된 암(arm)을 제2 암(arm)이라고 한다.For convenience of explanation, an arm in which no phase shifter is formed in the first and second Mach-Zehnder modulators MZM1 and MZM2 is referred to as a first arm and the first
또한 상기 제1,제2 마하젠더 변조기(MZM1, MZM2)의 구동을 위해 각 암(arm)에 형성된 전극(E1 ~ E4)에 인가되는 이진 전기신호()(또는 구동신호, 전기 구동신호)의 크기(A1 ~ A4)(즉, 진폭)를 각기 증폭하는 증폭기(121 ~ 124)가 형성된다.A binary electric signal (E1 to E4) applied to electrodes E1 to E4 formed on each arm for driving the first and second Mach-Zehnder modulators MZM1 and
한편 상기 도면에는 구체적으로 도시되어 있지 않지만, 상기 제1,제2,제3 위상기(131 ~ 133)는 제1,제2 마하젠더 변조기(MZM1, MZM2)와 기본 마하젠더 변조기(MZM0)에 인가되는 직류(DC) 바이어스(bias) 전압()에 의해 각기 조절된다.Meanwhile, although not shown in the figure, the first, second and
따라서 상기 직류(DC) 바이어스 전압()을 각기 생성하는 바이어스 전압 생성부(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 또한 상기 각 증폭기(121 ~ 124)에 각기 입력되는 이진 전기신호()(또는 구동신호, 전기 구동신호)를 생성하는 구동신호 생성부(미도시), 및 상기 각 증폭기(121 ~ 124)를 각기 제어하기 위한 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.Therefore, the DC bias voltage And a bias voltage generator (not shown) for generating a binary electric signal (not shown) input to each of the
도 6을 참조하면, 광원(110)에서 하나의 광로에 입사되는 광은 2개의 광로로 균등하게 분기되어 제1,제2 마하젠더 변조기(MZM1, MZM2)로 입사되고, 또한 제1,제2 마하젠더 변조기(MZM1, MZM2)로 입사된 광은 다시 2개의 광로로 균등하게 분기되어 제1,제2 마하젠더 변조기(MZM1, MZM2)의 각 암(arm)으로 입사되고, 각 암(arm)에 형성된 전극(E1 ~ E4)에 인가되는 이진 전기신호()(또는 구동신호)에 의해 광의 굴절률이 변화된다.6, the light incident on one optical path in the
이때 상기 각 전극(E1 ~ E4)은 제1,제2 마하젠더 변조기(MZM1, MZM2)의 각 암(arm)에 근접해서 배치되는데, 예컨대 전계(electrical field)를 가하면 광의 굴절률이 변하는 니오브산리튬(LiNbO3) 기판 표면에 배치된다.The electrodes E1 to E4 are arranged close to the respective arms of the first and second Mach-Zehnder modulators MZM1 and MZM2. For example, when the electric field is applied, the refractive index of the light is changed. (LiNbO 3 ) substrate surface.
상기와 같이 본 실시예에 따른 멀티레벨 광신호 생성 장치는, 하나의 광로를 4개의 광로로 분기시킨 후, 상기 제1,제2 마하젠더 변조기(MZM1, MZM2)의 각 암(arm)에 배치된 전극(E1 ~ E4)에 독립적인 이진 전기신호()(또는 구동신호, 전기 구동신호)를 인가함으로써, 4개의 광로로 분기된 각각의 광을 제1,제2 마하젠더 변조기(MZM1, MZM2)의 각 암(arm)을 통해 변조한 후 최종적으로 합성하여 출력한다.As described above, the multi-level optical signal generating apparatus according to the present embodiment divides one optical path into four optical paths, and then places the optical paths on each arm of the first and second Mach-Zehnder modulators MZM1 and MZM2 A binary electrical signal (e. G. (Or a drive signal, an electric drive signal) is applied to each of the first and second Mach-Zehnder modulators MZM1 and MZM2 through respective arms of the first and second Mach-Zehnder modulators MZM1 and MZM2, Synthesized and output.
한편 상기 제1,제2 마하젠더 변조기(MZM1, MZM2)의 일 측 암(arm)(예 : 제2 암)에 형성된 제1,제2 위상기(131, 132)는 해당 암(arm)을 통과하는 광(또는 광 신호)의 위상을 조정하는 것으로서, 해당 암(arm)을 통과하는 광 신호 성분(예 : I, 또는 Q)에 기 지정된 위상()을 더하여 위상차를 부여함으로써 위상을 조정한다. 예컨대 이때 상기 더해지는 위상()은 일 수 있으며, 다만 반드시 이 값으로 한정하는 것은 아니다.The first and second upper and
또한 본 실시예에 따른 멀티레벨 광신호 생성 장치는, 상기 제1 마하젠더 변조기(MZM1)의 제1 암(arm)을 통해 출력되는 광 및 제2 암(arm)의 제1 위상기(131)를 통해 위상이 조정되어 출력되는 광을 합성하는 제1 합성부(211), 상기 제2 마하젠더 변조기(MZM2)의 제1 암(arm)을 통해 출력되는 광 및 제2 암(arm)의 제2 위상기(132)를 통해 위상이 조정되어 출력되는 광을 합성하는 제2 합성부(212)를 포함하고, 상기 제3 위상기(133)는 상기 제2 합성부(212)를 통해 합성된 광 신호 성분(예 : I, 또는 Q)에 기 지정된 위상()을 더하여 위상차를 부여함으로써 위상을 조정하고, 상기 제1 합성부(211) 및 상기 제3 위상기(133)를 통해 출력되는 광을 합성하는 제3 합성부(213)를 포함한다.The multi-level optical signal generating apparatus according to the present embodiment further includes a first Mach-Zehnder modulator (MZM1), a first Mach-Zehnder modulator (MZM1) A
한편 상기 제1,제2 마하젠더 변조기(MZM1, MZM2)의 각 암(arm)에 배치된 전극(E1 ~ E4)에 독립적으로 인가되는 이진 전기신호()(또는 구동신호, 전기 구동신호)는 각가의 데이터 정보(data1, data2, data3, data4)를 포함하며, 상기 제1,제2 마하젠더 변조기(MZM1, MZM2)의 각 암(arm)에 배치된 각 전극(E1 ~ E4)에는 전기 구동신호가 동일한 타이밍으로 인가된다. On the other hand, a binary electric signal (?) Applied independently to the electrodes (E1 to E4) arranged on each arm of the first and second Mach-Zehnder modulators (MZM1 and MZM2) (Or drive signal, electric drive signal) includes respective data information (data1, data2, data3, data4) and is arranged in each arm of the first and second Mach- Zehnder modulators MZM1 and MZM2 The electric driving signals are applied to the electrodes E1 to E4 at the same timing.
참고로, 상기 데이터(data)는 전송하고자 하는 디지털 정보를 의미하며, 이진 전기신호는 아날로그 신호를 의미한다.For reference, the data denotes digital information to be transmitted, and the binary electrical signal denotes an analog signal.
따라서 상기 제1,제2 마하젠더 변조기(MZM1, MZM2)의 각 암(arm)에 배치된 각 전극(E1 ~ E4)에는 서로 반전 관계에 있는 구동신호가 동일한 타이밍으로 인가된다.Therefore, the driving signals having mutual inverse relationship with each other are applied to the electrodes E1 to E4 disposed on the respective arms of the first and second Mach-Zehnder modulators MZM1 and MZM2 at the same timing.
다만 본 실시예에서는, 아래 표 1에 기재된 바와 같이, 상기 각 증폭기(121 ~ 124)를 통해 증폭되는 상기 각 구동신호(또는 이진 전기신호)의 크기(A1 ~ A4)(즉, 진폭), 및 기본 마하젠더 변조기(MZM0) 및 제1,제2 변조기(MZM1, MZM2)에 인가되는 직류(DC) 바이어스(bias) 전압()의 크기를 각기 조절함으로써, 마하젠더 변조기를 더 적게 사용하는 간단한 구조에 의해 저렴한 비용(예 : 마하젠더 변조기의 개수가 증가하면 비용이 크게 증가함)으로 멀티레벨(예 : OOK, BPSK, QPSK, 16APSK) 광신호를 생성할 수 있도록 한다. In this embodiment, as shown in Table 1 below, the magnitudes (A 1 to A 4 ) (i.e., amplitude) of the respective driving signals (or the binary electric signals) amplified through the
여기서 Vπ전압은 180o 위상 변조를 위한 전압을 의미한다.Where V π voltage is the voltage for 180 ° phase modulation.
이러한 본 실시예에 따른 멀티레벨 광신호 생성 장치(또는 광 송신기)의 전달함수(transfer function)는 다음 수학식 1과 같으며, 이와 같이 최대 4개의 전기 구동신호를 독립적으로 인가하여 16레벨 광신호 생성이 가능하다. The transfer function of the multilevel optical signal generator (or optical transmitter) according to the present embodiment is as shown in the following
여기서 이진 전기신호()(또는 구동신호, 전기 구동신호)는 제1,제2 마하젠더 변조기(MZM1, MZM2)의 구동을 위해 인가되는 전기 구동신호이며, 이진 전기신호()(또는 구동신호, 전기 구동신호)의 크기(A1 ~ A4)(즉, 진폭)는 각 증폭기(121 ~ 124)에 의해 조절되고, 또한 상기 제1,제2,제3 위상기(131 ~ 133)의 위상()은 제1,제2 마하젠더 변조기(MZM1, MZM2)와 기본 마하젠더 변조기(MZM0)에 인가되는 직류(DC) 바이어스(bias) 전압()에 의해 조절된다.Here, the binary electrical signal ( (Or drive signal, electric drive signal) is an electric drive signal applied for driving the first and second Mach-Zehnder modulators MZM1 and MZM2, and a binary electric signal The magnitudes A 1 to A 4 (i.e., amplitudes) of the driving signals (or driving signals and electric driving signals) are adjusted by the
따라서 상기 제1,제2 마하젠더 변조기(MZM1, MZM2)에 인가되는 구동신호의 크기(A1 ~ A4)(즉, 진폭)와 바이어스 전압()을 상기 표 1에 기초하여 각기 독립적으로 조절하면 멀티레벨(최대 16레벨)의 광신호 생성이 가능하게 된다. 이때 상기 각 구동신호의 크기(A1 ~ A4)(즉, 진폭)는 생성하고자 하는 변조방식에 따라 Vπ전압 이하(예 : 0, 0.25Vπ, 0.5Vπ, Vπ)로 조정된다. Therefore, the magnitude (A 1 to A 4 ) (i.e., amplitude) of the drive signal applied to the first and second Mach-Zehnder modulators MZM 1 and
이에 따라 여러 개의 광 변조기를 직렬 조합하는 기존의 방식 대비 본 실시예에 따른 멀티레벨 광신호 생성 장치(또는 광 송신기)는 하나의 광변조기를 사용함으로써 광신호에 잡음 및 왜곡이 누적되지 않으므로 고품질의 광신호 생성이 가능한 효과가 있다. 또한 본 실시예는 구동신호로서 이진 전기신호를 사용하므로 기존의 멀티레벨 전기 구동신호를 생성하는 것과 비교할 때 고속의 고품질의 전기 구동신호를 생성할 수 있으므로, 결과적으로 고속의 멀티레벨 광신호를 생성할 수 있도록 하는 효과가 있다.Accordingly, the multi-level optical signal generating apparatus (or optical transmitter) according to the embodiment of the present invention uses one optical modulator compared to the conventional method of serially combining a plurality of optical modulators, so that noise and distortion are not accumulated in the optical signal, There is an effect that an optical signal can be generated. In addition, since the present embodiment uses a binary electric signal as a driving signal, it can generate a high-speed electric driving signal of high quality as compared with a conventional multi-level electric driving signal. As a result, There is an effect to be able to do.
도 7은 상기 도 6에 있어서, 제1,제2 마하젠더 변조기에 인가하는 구동신호의 크기 조절과 바이어스 전압 조절에 의해 생성되는 멀티레벨 광신호의 콘스텔레이션(constellation)을 보인 예시도이다.FIG. 7 is an exemplary diagram illustrating the constellation of a multilevel optical signal generated by adjusting a magnitude of a driving signal applied to first and second Mach-Zehnder modulators and a bias voltage in FIG.
도 7에 도시된 바와 같이, 멀티레벨 광신호 생성 장치(또는 광 송신기)는 상기 표 1에 기초하여 상기 제1,제2 마하젠더 변조기(MZM1, MZM2)에 인가되는 구동신호의 크기(A1 ~ A4)(즉, 진폭) 조절과 바이어스 전압()을 독립적으로 조절함으로써 멀티레벨(최대 16레벨)의 광신호 생성이 가능하게 된다.7, the multilevel optical signal generator (or optical transmitter) calculates the magnitude (A 1 ) of the drive signal applied to the first and second Mach-Zehnder modulators (
예컨대 도 7의 (a)와 (b)는 각기 OOK 변조방식과 BPSK 변조방식으로 생성된 광신호의 콘스텔레이션(constellation)으로서, 이는 심볼(symbol)당 한 비트(bit) 정보를 전송하는 변조방식이므로, 제3 데이터(data3)과 제4 데이터(data4)는 인가하지 않고, 제1 데이터(data1)와 제1 데이터(data1)의 반전(conversion)된 데이터인 제2 데이터(data2)를 제1 마하젠더 변조기(MZM1)에 인가함으로써, 제1 마하젠더 변조기(MZM1)를 푸시풀(push-pull) 구조로 구동시켜 광신호를 생성할 수 있다. For example, FIGS. 7A and 7B are constellations of the optical signals generated by the OOK modulation method and the BPSK modulation method, respectively. This is a modulation method for transmitting one bit per symbol The
이때 표 1에 기초하여 구동신호의 크기(즉, 진폭)를 조정함으로써 OOK 또는 BPSK 광신호를 생성할 수 있다. 즉, OOK 방식 광신호는 구동신호의 크기(즉, 진폭)를 0.25Vπ로 조정하고, BPSK 방식 광신호는 구동신호의 크기를 0.5Vπ로 조정함으로써 생성할 수 있다.At this time, an OOK or BPSK optical signal can be generated by adjusting the magnitude (i.e., amplitude) of the drive signal based on Table 1. [ That is, OOK scheme light signal to adjust the magnitude of the driving signal (i.e., amplitude) to 0.25V and π, BPSK scheme light signal may be generated by adjusting the size of the drive signals to the 0.5V π.
다음 도 7의 (c)는 QPSK 변조방식으로 생성된 광신호의 콘스텔레이션(constellation)으로서, 이는 심볼(symbol)당 2개의 비트(bit) 정보를 전송하는 방식이므로, 표 1에 기초하여 구동신호의 크기(A1 ~ A4)(즉, 진폭)과 바이어스 전압()을 조절함으로써, 제1,제2 마하젠더 변조기(MZM1, MZM2)를 푸시풀(push-pull) 구조로 구동시켜 QPSK 광신호를 생성할 수 있다. 7C is a constellation of the optical signal generated by the QPSK modulation method. Since this is a method of transmitting two bits information per symbol, The magnitude (A 1 -A 4 ) (i.e., amplitude) of the signal and the bias voltage The first and second Mach-Zehnder modulators MZM1 and MZM2 can be driven in a push-pull structure to generate a QPSK optical signal.
다음 도 7의 (d)는 16APSK 변조방식으로 생성된 광신호의 콘스텔레이션(constellation)으로서, 이는 심볼(symbol)당 4개의 비트(bit) 정보를 전송하는 방식으로, 표 1에 기초하여 구동신호의 크기(A1 ~ A4)(즉, 진폭)과 바이어스 전압()을 조절하여 4개의 독립된 데이터(data1 ~ data4)를 제1,제2 마하젠더 변조기(MZM1, MZM2)에 구동신호로 인가하여 구동함으로써 16APSK 광신호를 생성할 수 있다.7D is a constellation of the optical signal generated by the 16 APSK modulation method. This is a method of transmitting 4 bits information per symbol, and is based on Table 1 The magnitude (A 1 -A 4 ) (i.e., amplitude) of the signal and the bias voltage ) To generate 16 APSK optical signals by driving four independent data (data1 to data4) as drive signals to the first and second Mach-Zehnder modulators MZM1 and MZM2.
다만 상기 표 1에 기재된 구동신호의 크기와 바이어스 전압 값은 예시적으로 기재된 것이며 이 값으로 한정하기 위한 것은 아님에 유의한다.It should be noted that the magnitude of the drive signal and the bias voltage value shown in Table 1 are described by way of example and are not intended to be limited to this value.
상기와 같이 본 실시예에 따른 멀티레벨 광신호 생성 장치는 전송수요에 따라 유연하게 전송용량을 조절하기 위하여 광신호 변조방식을 가변시킬 수 있으며, 복수의 마하젠더 변조기(MZM1, MZM2)를 내부에 집적시킨 하나의 마하젠더 변조기(MZM0)를 사용하여 멀티레벨(OOK(on-off keying), BPSK, QPSK, 16APSK(amplitude and phase shift keying)) 광신호 생성할 수 있어서 경제적인 효과를 얻을 수 있는 이점이 있다.As described above, the multilevel optical signal generating apparatus according to the present embodiment can vary the optical signal modulation method in order to flexibly adjust the transmission capacity according to the transmission demand, and the plurality of Mach-Zehnder modulators (MZM1, MZM2) (OOK), BPSK, QPSK, and 16 APS (amplitude and phase shift keying)) optical signals can be generated by using a single integrated Mach-Zehnder modulator (MZM0) There is an advantage.
또한 종래의 멀티레벨 QAM 신호 생성기인 3개의 마하젠더 변조기가 집적된 I/Q 변조기(도 4 참조)와 달리, 본 실시예에 따른 멀티레벨 광신호 생성 장치는 기본 마하젠더 변조기(MZM0)의 각 암에 집적된 제1,제2 마하젠더 변조기(MZM1, MZM2)의 각 전극(E1 ~ E4)에 각기 독립적인 구동신호(전압의 크기가 각기 독립적인 구동신호)를 인가할 수 있는 듀얼구동 I/Q 변조기(dual-drive IQ modulator)라는 점에서 차이가 있다. Unlike an I / Q modulator (see FIG. 4) in which three Mach-Zehnder modulators, which are conventional multi-level QAM signal generators, are integrated, the multilevel optical signal generating apparatus according to the present embodiment includes an I / Q modulator A dual drive I (which can apply a drive signal independent of the magnitude of the voltage) to each electrode E1 to E4 of the first and second Mach-Zehnder modulators MZM1 and MZM2 integrated in the arm, / Q modulator (dual-drive IQ modulator).
즉, 종래의 I/Q변조기는 각각의 마하젠더 변조기에 하나의 구동신호(즉, 단지 반전만 되고 전압의 크기는 같은 전기 구동신호)를 인가하지만(도 1, 도 2 참조), 본 실시예에 따른 듀얼구동 I/Q 변조기(즉, 멀티레벨 광신호 생성 장치)는 제1,제2 마하젠더 변조기(MZM1, MZM2)에 각기 독립된 전기 구동신호(즉, 반전만 된 것이 아니라 전압의 크기가 독립된 전기 구동신호)를 인가하는 차이점이 있다. 또한 멀티레벨 광신호 생성을 위한 종래의 I/Q변조기는 멀티레벨 전기신호를 구동신호로 사용하지만(도 3 참조), 본 실시예에 따른 듀얼구동 I/Q 변조기(즉, 멀티레벨 광신호 생성 장치)는 멀티레벨 광신호 생성을 위해 이진 전기신호()(또는 구동신호)를 인가하는 차이점이 있다.That is, the conventional I / Q modulator applies one driving signal to each of the Mach-Zehnder modulators (that is, only the inverting and the electric driving signal having the same magnitude of the voltage) (see FIGS. 1 and 2) (That is, a multi-level optical signal generating device) according to the first to the third Mach-Zehnder modulators MZM1 and MZM2 according to the present invention has independent electric driving signals (that is, Independent electrical drive signals). The conventional I / Q modulator for generating a multilevel optical signal uses a multilevel electrical signal as a driving signal (see FIG. 3), but a dual driving I / Q modulator according to the present embodiment Device) generates a binary electrical signal (< RTI ID = 0.0 > (Or a drive signal) is applied to the sustain pulses.
이에 따라 이미 배경기술에서 설명한 바와 같이 기존에도 마하젠더 변조기를 이용한 멀티레벨 광신호 생성장치가 있었으나, 본 실시예에 따른 멀티레벨 광신호 생성장치는 기존의 멀티레벨 광신호 생성장치와 비교할 때 마하젠더 변조기의 개수를 줄일 수 있도록 함으로써, 간단한 구조로 비용을 절감할 수 있도록 하며, 또한 전송 용량의 수요에 따라 광신호 변조방식을 유연하게 가변할 수 있도록 함으로써, 제한된 스펙트럼 리소스를 효율적으로 이용할 수 있도록 하는 효과가 있다.As described above, there has been a multi-level optical signal generating apparatus using a Mach-Zehnder modulator as described in the background art. However, the multi-level optical signal generating apparatus according to the present embodiment is different from the conventional multi- By reducing the number of modulators, it is possible to reduce the cost with a simple structure and to flexibly change the optical signal modulation method according to the demand of the transmission capacity, thereby making it possible to efficiently use limited spectrum resources It is effective.
이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, I will understand the point. Accordingly, the technical scope of the present invention should be defined by the following claims.
110 : 광원
121 ~ 124 : 증폭기
131 ~ 133 : 위상기
211 ~ 213 : 제1 내지 제3 합성부
E1 ~ E4 : 전극
MZM0 ~ MZM2 : 마하젠더 변조기, 또는 광 변조기110: Light source
121 ~ 124: Amplifier
131 to 133:
211 to 213: First to third synthesis units
E1 to E4: electrode
MZM0 to MZM2: Mach-Zehnder modulator, or optical modulator
Claims (10)
상기 제1,제2 마하젠더 변조기의 제2 암에 각기 형성되는 제1,제2 위상기 및 상기 제1,제2 마하젠더 변조기 중 제2 마하젠더 변조기의 출력 측에 형성되는 제3 위상기;
상기 제1,제2 마하젠더 변조기의 각 암에 형성된 전극에 인가되는 전기 구동신호의 크기를 각기 증폭하도록 형성되는 증폭기;
상기 제1,제2 마하젠더 변조기와 기본 마하젠더 변조기에 인가되는 직류(DC) 바이어스 전압을 생성하는 바이어스 전압 생성부;
상기 각 증폭기에 각기 입력되는 구동신호를 생성하는 구동신호 생성부; 및
상기 각 증폭기를 각기 제어하기 위한 제어부;를 포함하며,
상기 제1,제2 마하젠더 변조기의 두 개의 암(arm) 중, 위상기가 형성되지 않은 암(arm)이 제1 암, 상기 제1 위상기 또는 제2 위상기가 형성된 암(arm)이 제2 암이고,
생성하고자 하는 광신호의 변조 방식에 따라,
상기 각 증폭기를 통해 증폭되는 상기 각 구동신호의 크기, 및
상기 기본 마하젠더 변조기 및 제1,제2 마하젠더 변조기에 인가되는 직류(DC) 바이어스 전압의 크기를 각기 독립적으로 조절하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 광신호 생성 장치.
First and second Mach-Zehnder modulators formed on each arm of the basic Mach-Zehnder modulator;
A first and a second upper and lower beams formed respectively on the second arms of the first and second Mach-Zehnder modulators, and a third upper beam formed on the output side of the second Mach-Zehnder modulator of the first and second Mach- ;
An amplifier configured to amplify a magnitude of an electric driving signal applied to an electrode formed on each arm of the first and second Mach-Zehnder modulators;
A bias voltage generator for generating a direct current (DC) bias voltage to be applied to the first and second Mach-Zehnder modulators and the basic Mach-Zehnder modulator;
A drive signal generator for generating a drive signal input to each of the amplifiers; And
And a control unit for controlling each of the amplifiers,
The first arm and the second arm of the first and second Mach-Zehnder modulators have a first arm and an arm having no phase shifter formed therein, Cancer,
Depending on the modulation scheme of the optical signal to be generated,
A magnitude of each driving signal amplified through each of the amplifiers, and
Wherein the magnitude of the DC bias voltage applied to the basic Mach-Zehnder modulator and the first and second Mach-Zehnder modulators is independently adjusted.
상기 제1,제2 마하젠더 변조기의 각 암(arm)에 인가되는 구동신호는,
독립적으로 크기가 조절되는 이진 전기신호로서,
상기 제1,제2 마하젠더 변조기의 각 암(arm)에 배치된 각 전극에 독립적인 전기 구동신호가 동일한 타이밍으로 인가되는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 광신호 생성 장치.
The method according to claim 1,
The driving signal applied to each arm of the first and second Mach-Zehnder modulators is transmitted to the first Mach-
As a biased electrical signal that is independently scaled,
And an independent electric driving signal is applied to each electrode arranged on each arm of the first and second Mach-Zehnder modulators at the same timing.
상기 제1,제2 마하젠더 변조기와 기본 마하젠더 변조기에 인가되는 직류(DC) 바이어스 전압의 설정에 따라 각기 조절되는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 광신호 생성 장치.
2. The phase shifter of claim 1, wherein the first, second,
And the DC bias voltage applied to the first and second Mach-Zehnder modulators and the basic Mach-Zehnder modulator, respectively.
광원에서 하나의 광로에 입사되는 광이 2개의 광로로 균등하게 분기되어 상기 제1,제2 마하젠더 변조기로 입사되고, 또한 상기 제1,제2 마하젠더 변조기로 입사된 광은 다시 2개의 광로로 균등하게 분기되어 상기 제1,제2 마하젠더 변조기의 각 암(arm)으로 입사되고, 이 각 암(arm)에 형성된 전극(E1 ~ E4)에 인가되는 구동신호에 의해 광의 굴절률이 변화되게 하고, 상기 제1,제2 마하젠더 변조기의 각 암(arm)을 통해 변조한 광신호를 최종적으로 합성하여 출력하되,
제1 합성부가 상기 제1 마하젠더 변조기의 제1 암(arm)을 통해 출력되는 광 및 제2 암(arm)의 제1 위상기를 통해 위상이 조정되어 출력되는 광을 합성하고, 제2 합성부가 상기 제2 마하젠더 변조기의 제1 암(arm)을 통해 출력되는 광 및 제2 암(arm)의 제2 위상기를 통해 위상이 조정되어 출력되는 광을 합성하며, 제3 합성부가 상기 제1 합성부 및 상기 제3 위상기를 통해 출력되는 광을 합성하여 출력하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 광신호 생성 장치.
2. The multi-level optical signal generating apparatus according to claim 1,
The light incident on one optical path from the light source is equally branched into two optical paths and is incident on the first and second Mach-Zehnder modulators, and the light incident on the first and second Mach- And is incident on each arm of the first and second Mach-Zehnder modulators. The refractive index of light is changed by a drive signal applied to the electrodes E1 to E4 formed on the respective arms And finally synthesizing and outputting optical signals modulated through respective arms of the first and second Mach-Zehnder modulators,
The first combining section combines the light output through the first arm of the first Mach-Zehnder modulator and the light whose phase is adjusted and output through the first phase shifter of the second arm, The third combiner combines the light output through the first arm of the second Mach-Zehnder modulator and the light that is phase-adjusted and output through the second phase shifter of the second arm, And the third phase shifter, and outputs the combined light.
상기 제1,제2 마하젠더 변조기의 각 암에 인가되는 구동신호의 크기, 및 상기 기본 마하젠더 변조기 및 제1,제2 변조기에 인가되는 직류(DC) 바이어스 전압의 크기를 기 설정된 값으로 조절하여,
OOK(On-Off Keying), BPSK(Binary Phase Shift Keying), QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), 및 16APSK(Amplitude and Phase Shift Keying) 변조방식 중 어느 하나의 변조방식을 선택하여 광신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 광신호 생성 장치.
2. The multi-level optical signal generating apparatus according to claim 1,
The magnitude of the drive signal applied to each arm of the first and second Mach-Zehnder modulators and the magnitude of the DC bias voltage applied to the basic Mach-Zehnder modulator and the first and second modulators are adjusted to predetermined values So,
It is possible to generate an optical signal by selecting any one of modulation schemes of OOK (On-Off Keying), BPSK (Binary Phase Shift Keying), QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), and 16 APS (Amplitude and Phase Shift Keying) Level optical signal.
상기 제1,제2 마하젠더 변조기의 각 제1,제2 암에 각기 인가되는 구동신호인 제1 내지 제4 데이터(data1 ~ data4) 중,
제3 데이터(data3)과 제4 데이터(data4)는 인가하지 않고,
제1 데이터(data1)와 상기 제1 데이터(data1)의 반전(conversion)된 데이터인 제2 데이터(data2)를 상기 제1 마하젠더 변조기(MZM1)에 인가하여, 상기 제1 마하젠더 변조기를 푸시풀 구조로 구동시켜 OOK, 또는 BPSK 변조방식으로 광신호를 생성하되,
상기 제1 마하젠더 변조기에 인가되는 구동신호의 크기를 기 설정된 값으로 조절하여 상기 OOK 또는 BPSK 변조방식 중 하나를 선택하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 광신호 생성 장치.
7. The multi-level optical signal generating apparatus according to claim 6,
Among the first to fourth data (data1 to data4), which are driving signals respectively applied to the first and second arms of the first and second Mach-Zehnder modulators,
The third data (data3) and the fourth data (data4) are not applied,
The second data (data2), which is data converted from the first data (data1) and the first data (data1), is applied to the first Mach-Zehnder modulator (MZM1) to push the first Mach- The optical signal is generated by the OOK or BPSK modulation method,
Wherein the controller selects one of the OOK and BPSK modulation schemes by adjusting a magnitude of a driving signal applied to the first Mach-Zehnder modulator to a predetermined value.
상기 제1,제2 마하젠더 변조기의 각 제1,제2 암에 각기 인가되는 구동신호인 제1 내지 제4 데이터(data1 ~ data4) 중,
서로 반전 관계(, )에 있는 구동신호를 상기 제1,제2 마하젠더 변조기의 각 제1,제2 암에 각기 인가하여 상기 QPSK 변조방식의 광신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 광신호 생성 장치.
8. The method of claim 7,
Among the first to fourth data (data1 to data4), which are driving signals respectively applied to the first and second arms of the first and second Mach-Zehnder modulators,
Mutually inverse relation ( , ) Is applied to each of the first and second arms of the first and second Mach-Zehnder modulators to generate the optical signal of the QPSK modulation method.
상기 제1,제2 마하젠더 변조기의 각 제1,제2 암에 각기 인가되는 구동신호인 제1 내지 제4 데이터(data1 ~ data4)의 크기와, 상기 제1,제2 마하젠더 변조기 및 기본 마하젠더 변조기의 바이어스 전압을 기 설정된 값으로 각기 조절하여,
4개의 독립된 데이터(data1 ~ data4)를 상기 제1,제2 마하젠더 변조기에 구동신호로 인가하여 상기 제1,제2 마하젠더 변조기를 푸시풀 구조로 구동시켜, 상기 16APSK 변조방식의 광신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 광신호 생성 장치.
7. The multi-level optical signal generating apparatus according to claim 6,
The magnitude of the first to fourth data (data1 to data4), which are drive signals applied to the first and second arms of the first and second Mach-Zehnder modulators, respectively, and the magnitudes of the first and second Mach- By adjusting the bias voltage of the Mach-Zehnder modulator to a predetermined value,
The first and second Mach-Zehnder modulators are driven in a push-pull structure by applying four independent data (data1 to data4) to the first and second Mach-Zehnder modulators as driving signals, and the optical signals of the 16APSK modulation method Level optical signal.
상기 광신호 생성을 위해 선택할 변조방식에 따라,
상기 제1,제2 마하젠더 변조기의 각 암에 인가되는 구동신호의 크기, 및
상기 기본 마하젠더 변조기 및 제1,제2 변조기에 인가되는 직류(DC) 바이어스 전압의 크기를 조절하기 위한 값이 테이블 형태로 미리 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 광신호 생성 장치.7. The multi-level optical signal generating apparatus according to claim 6,
According to a modulation scheme to be selected for generating the optical signal,
The magnitude of the drive signal applied to each arm of the first and second Mach-Zehnder modulators, and
Wherein a value for adjusting a magnitude of a DC bias voltage applied to the basic Mach-Zehnder modulator and the first and second modulators is preset in a table form.
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