KR101953861B1 - Optical receiving apparatus having improved receiving performance for multilevel optical signal and method thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an optical reception apparatus improved in multi-level optical signal reception performance, which can optimize the reception performance by grasping reception characteristics of an optical signal received at multi-levels in an installation environment without a separate measuring device, and to a method thereof. The optical reception apparatus automatically estimates a reference voltage set for optimal multi-level classification in accordance with a characteristic of a used avalanche photodiode in a state where the optical reception apparatus is installed without a separate precision measuring instrument or a connection configuration for measurement in an actual installment environment by setting a limit reference voltage of a limit amplifier configured in a reception unit to provide optimal reception performance considering the characteristic of the avalanche photodiode of a current optical reception apparatus by simply performing the optical reception apparatus as required after actual installation.

Description

멀티레벨 광신호 수신성능이 개선된 광수신 장치 및 방법{Optical receiving apparatus having improved receiving performance for multilevel optical signal and method thereof}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an optical receiving apparatus and a method for receiving multilevel optical signals,

본 발명은 멀티레벨 광신호 수신성능이 개선된 광수신 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 별도의 계측 장비 없이도 설치 환경에서 멀티레벨로 수신되는 광신호의 수신특성을 파악하여 수신성능 최적화를 수행하는 멀티레벨 광신호 수신성능이 개선된 광수신 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an optical receiving apparatus and method with improved multi-level optical signal reception performance, and more particularly, to a multi-level optical receiving apparatus and a method for receiving multi-level optical signals, Level optical signal reception performance is improved.

5세대 이동통신의 도입과 고품질 서비스의 확산, IoT(Internet of Things) 장비의 보급에 따라 가입자망에서 요구하는 통신 용량이 급증하고 있다. 따라서, 이러한 가입자망과 매트로망에 사용되는 광통신에 요구되는 대역폭 역시 가파르게 증가하고 있는 실정이다 .With the introduction of 5G mobile communication, the spread of high-quality services, and the spread of IoT (Internet of Things) equipment, the communication capacity required by the subscriber's network is increasing rapidly. Therefore, the bandwidth required for optical communication used in the subscriber network and the metro network is also increasing rapidly.

이렇듯 가파르게 요구 대역폭이 증가하는 광통신 방식이지만 아직까지 대부분은 광신호의 세기를 2단계, '1' 또는 '0'으로 구분하는 NRZ(NonReturn to Zero) 변조 방식을 사용하고 있다. 하지만 25기가, 50기가 및 100기가 초광대역 통신에 NRZ통신을 사용할 경우에는 펨토초 수준의 극초단위의 비트전환시간으로 인하여 개발에 어려움이 있다. 이러한 배경으로 인하여 최근 한 번의 신호 전달을 통해 복수의 데이터를 전송할 수 있는 멀티레벨 광신호를 이용하는 변조 방식(예를 들어, PAM(Pulse Amplitude Modulation) 4나 PAM 8 등)을 적용하고자 하는 여러 연구들이 진행되고 있다.In this way, the optical communication system that requires a steep increase in the required bandwidth is used. However, the NRZ (NonReturn to Zero) modulation method is used, in which the intensity of the optical signal is divided into two levels of '1' or '0'. However, when NRZ communication is used for 25 Gigabit, 50 Gigabit and 100 Gigabit broadband communication, it is difficult to develop due to bit switching time of the femtosecond level. Due to this background, various studies to apply a modulation scheme (for example, PAM (Pulse Amplitude Modulation) 4 or PAM 8) using a multilevel optical signal capable of transmitting a plurality of data through one signal transmission It is progressing.

광통신에서 가입자망 기술로 통상 가장 널리 사용되는 수동형 광네트워크(PON) 기술은 고속 가입자망을 구성하기 위한 것으로, 시분할 방식이나 파장 분할 방식을 통해서 복수 가입자의 동시 접속을 처리할 수 있도록 구성된다. 이러한 방식들 중에서 비용 대비 효율이 높은 시분할 방식이 주로 사용되는데, IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.3av/ah에 따른 EPON(Ethernet PON)이나 ITUT(International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector) G.984/7에 따른 GPON(Gigabit PON)이 대표적이다.Passive optical network (PON) technology, which is widely used as a subscriber network technology in optical communication, is configured to configure a high-speed subscriber network and is configured to process simultaneous access of a plurality of subscribers through a time division scheme or a wavelength division scheme. Among these methods, a cost-effective time-sharing method is mainly used, and EPON (Ethernet PON) according to IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.3av / ah, International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector (ITUT) G.984 / GPON (Gigabit PON) according to 7 is representative.

이러한 PON의 구성을 보면, 기본적으로 전화국사에 설치된 하나의 OLT(Optical Line Terminal)와 복수 가입자의 ONT(Optical Network Terminal) 혹은 ONU(Optical Network Unit)가 수동 광분기 장치인 리모트 노드(Remote Node)(광스플리터 이용)를 통해 일대다(Point to Multipoint) 네트워크 구조를 가진다.In the configuration of such a PON, a single optical line terminal (OLT) installed in the telephone company and an ONT (Optical Network Terminal) or an ONU (Optical Network Unit) of a plurality of subscribers are connected to a remote node, (Point-to-Multipoint) network structure through an optical splitter (using an optical splitter).

기본적인 PON의 구성은 도 1에 도시된 바와 같이 OLT(10)와 ONT(20)가 광선로를 통해 연결되며, 이러한 광선로를 통한 직접적 통신은 광트랜시버(11, 21)에 의해 이루어진다.1, the OLT 10 and the ONT 20 are connected to each other through an optical line, and the direct communication through the optical line is performed by the optical transceivers 11 and 21.

이러한 광 네트워크의 통신 품질에 영향을 미치는 다양한 요소들이 존재하지만 직접적으로 통신 품질을 결정하는 요소로서 광트랜시버 레이저 다이오드의 특성과 광트랜시버의 포토다이오드의 특성이 우선적으로 고려된다.Although there are various factors affecting the communication quality of the optical network, the characteristics of the optical transceiver laser diode and the characteristics of the photodiode of the optical transceiver are considered as the factors directly determining the communication quality.

도 2는 일반적인 광트랜시버들 간의 통신 구성을 보인 것으로, 도시된 바와 같이 트랜시버(11, 21)는 레이저 다이오드에 의해 설정된 파장의 광원을 제공하는 송신부(11a, 21a)와 포토다이오드를 통해 레이저 다이오드로부터 제공되는 설정된 파장의 광을 수신하는 수신부(11b, 21b)로 이루어진다. As shown in the figure, the transceivers 11 and 21 include a transmitter 11a and a transmitter 21a for providing a light source of a wavelength set by a laser diode, a laser diode And receiving units 11b and 21b for receiving light of the set wavelength provided.

이러한 광트랜시버의 송신부 레이저 다이오드는 그 특성상 문턱 전류(Ith)와 입력 전류에 따른 출력의 기울기, 포화 전류(Isat)에 대한 특성 곡선이 존재하는데, 이는 제조사와 개별 제품마다 상이하며, 온도가 증가함에 따라 문턱 전류가 증가하고 기울기가 감소하는 등 특성 곡선이 변화하게 된다. The laser diode of the transmitter of the optical transceiver has characteristic curves for the slope of the output and the saturation current (Isat) according to the threshold current (Ith) and the input current, which are different for each manufacturer and individual product, As a result, the characteristic curves change as the threshold current increases and the slope decreases.

나아가, 이러한 편차가 존재하는 레이저 다이오드의 출력을 광선로를 통해 전달 받아 이를 레벨에 따라 분류해야 하는 포토다이오드의 경우 역시 수신 광전력에 따른 광전류 출력 특성이 제조사와 개별 제품마다 상이하다. 특히, Gbps 이상의 고속 신호 수신을 위해서 효율과 감도가 높으며 고속 동작이 가능한 애벌런치 포토다이오드(APD: Avalanche PhotoDiode)를 이용하게 되는데, 이러한 애벌런치 포토다이오드는 그 구조적 특성상 광전자에 대한 반응을 급격히 확장하는 방식으로 동작하기 때문에 약간의 공정 편차에 의해서도 상이한 수신 특성을 가지게 된다.Further, in the case of a photodiode in which the output of the laser diode having such a deviation is received through the optical line and classified according to the level, the photocurrent output characteristic according to the received optical power differs from one manufacturer to another. In particular, Avalanche Photo Diode (APD), which has high efficiency and high sensitivity and can operate at high speed, is used for high speed signal reception of Gbps or higher. Such avalanche photodiodes rapidly expand the response to photoelectrons due to their structural characteristics So that different reception characteristics are obtained even by a slight process variation.

현재 통상적으로 사용되고 있는 광트랜시버의 동작 방식은 0과 1의 NRZ(Non-Return-to-Zero) 코드에 따른 변조 방식으로, 그 출력을 0이나 1로 구분할 수 있으면 된다. 따라서, 레이저다이오드의 특성 곡선 중 선형 구간을 선별하여 사용 구간으로 이용하고 있다. 이렇게 NRZ 코드에 대응하기 위한 용도로 사용되는 레이저 다이오드는 선형 구간이 일정 정도이면 되므로 제조사나 제품의 등급에 따라 선형 특성이 좋지 않은 것도 사용되고 있는 실정이며, 애벌런치 포토다이오드 역시 이와 유사하게 NRZ 변조에 고속 대응하여 구분된 광전류를 제공하는 것을 목적으로 하므로 수신 광전력에 따른 광전류 출력 특성에 일부 편차가 있더라도 동일 규격의 제품으로 사용되고 있는 실정이다. Currently, the optical transceiver that is commonly used is a modulation scheme based on a non-return-to-zero (NRZ) code of 0 and 1, and the output can be divided into 0 or 1. Therefore, a linear section of the characteristic curve of the laser diode is selected and used as a usage section. Since the laser diode used for the purpose of responding to the NRZ code must have a certain linear range, a linear characteristic of the laser diode is not good depending on the manufacturer or the product, and the avalanche photodiode is also similar to the NRZ modulation The present invention is intended to provide a photocurrent differentiated by a high speed response, so that even if there is some variation in the photocurrent output characteristic according to the received optical power, it is used as a product of the same standard.

하지만, 더욱 고속의 통신을 위해서 레이저 다이오드로 전송할 신호를 4단계나 8단계의 상이한 레벨로 구분하여 2비트나 3비트의 데이터를 하나의 광신호로 전송할 수 있는 PAM(Pulse Amplitude Modulation)-4/8 방식으로 변조하는 경우도 등장하고 있다. 이러한 경우 높은 균일도와 넓은 선형 영역을 가지는 고가의 제품을 사용해야 하는 문제가 발생한다.However, in order to achieve higher-speed communication, a PAM (Pulse Amplitude Modulation) -4 / 8, which can transmit 2-bit or 3-bit data as one optical signal by dividing a signal to be transmitted to the laser diode into 4 levels or 8 levels, Modulation scheme is also emerging. In this case, there arises a problem of using a high-priced product having a high uniformity and a wide linear region.

이와 같이 고품질 레이저 다이오드나 고품질 애벌런치 포토다이오드를 이용할 경우 비용이 크게 증가하며 이러한 고품질 레이저 다이오드나 애벌런치 포토다이오드를 이용한다 하더라도 사용에 따른 성능 열화나 환경에 따른 특성 변화가 발생할 경우 통신 품질이 낮아지는 한계가 있고, 각각 정확한 특성을 파악하기 위해서는 전용 계측장비가 필요하므로 제조 수율이 낮아지게 되며, 송신과 수신이 서로 대향되어 사용되고 그 전송을 위한 광케이블의 품질과 거리와 같은 설치 환경에 따른 특성 변화에 대응하기 어려우며, 이러한 실제 설치 환경에서의 성능이나 사용에 따른 열화를 매번 전용 계측장비로 확인하기 어려운 문제가 발생한다.The use of a high quality laser diode or a high quality avalanche photodiode greatly increases the cost. Even if such a high quality laser diode or avalanche photodiode is used, if the performance degradation due to use or the characteristic change due to the environment occurs, In order to understand the exact characteristics of each, there is a need for dedicated measurement equipment, so that the manufacturing yield is lowered. In addition, transmission and reception are used in opposition to each other, and the characteristics of the optical cable for the transmission There is a problem that it is difficult to confirm the deterioration in the performance or the use in the actual installation environment with the dedicated measuring equipment every time.

결국, 고속 통신을 위한 멀티레벨 광신호의 경우 이를 생성하는 송신측과 수신측 모두가 높은 선형성을 지원하는 특성을 가져야만 하며, 그 중에서도 송신측 편차및 선로의 특성과 길이를 포함하는 다양한 요인들이 반영된 설치환경에서도 정확하게 멀티레벨을 구분해야하는 수신측 선형성에 대한 중요성이 더욱 높은 상황이다. As a result, in the case of a multi-level optical signal for high-speed communication, both the transmitting side and the receiving side that generate the multi-level optical signal must have characteristics that support high linearity. Among them, various factors including the transmission side deviation, Even in the reflected installation environment, the receiver linearity, which requires precise multi-level distinction, is more important.

레이저 다이오드의 특성을 검출하여 이를 보상하거나, 정밀하게 제어하고자 하는 연구는 일부 존재하였으나, 정작 중요성이 더 높은 애벌런치 포토다이오드의 특성에 따라 수신 해상도를 높이고자 하는 연구는 거의 진행되고 있지 않은 상황이며, 실제 설치 환경에서 애벌런치 포토다이오드의 광수신 특성에 따라 멀티레벨 수준의 최적화를 수행하는 기술 역시 아직 제공되고 있지 못한 실정이다.There have been some researches to detect or compensate for the characteristics of laser diodes, but there has been little research to improve the reception resolution according to the characteristics of the avalanche photodiodes. , A technique for performing multi-level optimization according to the optical reception characteristics of the avalanche photodiode in an actual installation environment has not yet been provided.

한국등록특허 제10-1541975호 [발명의 명칭: 광통신 수신기 및 이에 사용되는 칩]Korean Patent No. 10-1541975 [Title of the invention: Optical communication receiver and chip used therein] 한국 등록특허 제10-1513372호 [발명의 명칭: 이득 또는 트랜스컨덕턴스를 조절하는 광통신 수신기]Korean Patent No. 10-1513372 entitled " Optical Communication Receiver Controlling Gain or Transconductance "

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 실제 설치 환경에서 별도의 정밀 계측기나 계측을 위한 연결 구성 없이도 설치된 그 상태에서 자동으로 사용 애벌런치 포토다이오드의 특성에 따른 최적의 멀티레벨 구분을 위한 기준 전압 세트를 추정하여 수신부에 구성되는 리미트 증폭기의 리미트 기준 전압들을 설정하도록 한 멀티레벨 광신호 수신성능이 개선된 광수신 장치 및 방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-described problems and provide an apparatus and a method for automatically determining a multi-level classification according to characteristics of a used avalanche photodiode in a state where the apparatus is installed without a separate precision meter or connection for measurement in an actual installation environment And a limit reference voltage of a limit amplifier formed in the receiver is set by estimating a reference voltage set.

본 발명의 다른 목적은 실제 설치 환경에서 상대측 송신부로부터 약속된 테스트 패턴을 수신하여 수신 광신호에 따른 전압을 테스트 패턴 별로 분류한 후 각 분류를 구분하기 위한 기준 전압 세트를 추정함으로써 수신 광전력에 따라 상이한 특성을 보이는 개별 애벌런치 포토다이오드의 실제 사용 환경에 따른 특성을 반영한 해상도 개선이 가능하며, 이러한 과정을 최초 설치시에는 물론이고 사용 중에도 필요한 경우마다 수행할 수 있으므로 환경의 변화나 성능의 열화가 발생하더라도 항상 최적 상태의 수신 성능을 제공할 수 있도록 한 멀티레벨 광신호 수신성능이 개선된 광수신 장치 및 방법을 제공하는 것이다. It is another object of the present invention to provide a method and apparatus for receiving a test pattern promised from a counterpart transmission unit in an actual installation environment, classifying a voltage according to a received optical signal according to a test pattern, estimating a reference voltage set for classifying each classification, It is possible to improve the resolution reflecting the characteristic of the individual avalanche photodiodes showing different characteristics according to the actual use environment and it is possible to perform such a process every time when it is necessary during the initial installation as well as during use, Level optical signal reception performance that can always provide an optimum reception performance even when a plurality of optical signals are generated.

나아가, 본 발명의 또 다른 목적은 비교적 간단한 구성 만을 통해서 트랜스미터 수준에서 각 장치들 간 수신 성능 최적화가 가능하므로 낮은 비용으로 통신 품질을 개선할 수 있도록 한 멀티레벨 광신호 수신성능이 개선된 광수신 장치 및 방법을 제공하는 것이다. It is still another object of the present invention to provide an optical receiver device with improved multilevel optical signal reception performance that can improve communication quality at low cost by optimizing the reception performance between the devices at the transmitter level through a relatively simple configuration And a method thereof.

본 발명의 일 실시예에 따른 멀티레벨 광신호 수신성능이 개선된 광수신 장치는 광선로를 통해 연결된 상대측 광송신 장치로부터 미리 약속된 테스트 패턴에 따른 멀티레벨 광신호를 수신하여 대응되는 광전류를 출력하는 포토다이오드를 포함한 광수신부와, 상기 광 수신부의 포토다이오드 광전류를 수신 전압으로 변환 및 증폭하는 트랜스임피던스 증폭기와, 상기 트랜스임피던스 증폭기의 수신 전압을 약속된 테스트 패턴의 각 패턴 별로 분류하여 각 패턴을 구분할 수 있는 기준 전압 세트를 추정하는 제어부와, 상기 트랜스임피던스 증폭기의 수신 전압을 상기 제어부에서 추정한 기준 전압 세트에 따라 구분 증폭하여 복수의 상이한 출력 전압으로 제공하는 리미팅 증폭기를 포함한다.The optical receiving apparatus with improved multi-level optical signal reception performance according to an embodiment of the present invention receives a multi-level optical signal according to a test pattern predetermined from a partner optical transmission apparatus connected through an optical line and outputs a corresponding photocurrent A transimpedance amplifier for converting and amplifying photodiode photocurrents of the light receiving unit into a receiving voltage and a receiving voltage of the transimpedance amplifier for each pattern of the test pattern, And a limiting amplifier that separately amplifies the received voltage of the transimpedance amplifier according to a reference voltage set estimated by the controller and provides the received voltage to a plurality of different output voltages.

일례로서, 테스트 패턴은 다양한 멀티레벨 광신호를 제공하기 위해 마련된 일련의 데이터 세트일 수 있다. As an example, the test pattern may be a set of data provided to provide various multilevel optical signals.

일례로서, 제어부는 트랜스임피던스 증폭기의 수신 전압을 약속된 테스트 패턴의 데이터를 기준으로 상이한 데이터에 대응되는 수신 전압을 구분하여 저장하면서 데이터별로 저장된 수신 전압들의 분포 범위를 기준으로 각 데이터를 구분할 수 있는 기준 전압을 각 데이터별 수신 전압 분포 범위 사이에서 각각 추정할 수 있다.As an example, the control unit may divide the reception voltage of the transimpedance amplifier by dividing the reception voltage corresponding to the different data based on the data of the promised test pattern, and divide each data based on the distribution range of the reception voltages stored for each data The reference voltage can be estimated between the reception voltage range of each data.

일례로서, 제어부는 데이터별로 저장된 수신 전압들 중 상이한 데이터 영역의 전압 분포 범위에 속하는 전압이 존재하는 경우 상기 광수신부의 포토다이오드 역방향 바이어스 전압을 미리 설정된 복수의 전압 중 하나로 변경할 수 있다.As an example, the controller may change the photodiode reverse bias voltage of the light receiving unit to one of a plurality of preset voltages when there is a voltage belonging to a voltage distribution range of different data areas among reception voltages stored for each data.

일례로서, 상대측 광송신 장치와 약속된 멀티레벨 신호의 전송 패턴인 테스트 패턴을 저장하여 제어부에 제공하는 테스트 패턴 저장부를 더 포함할 수 있다.For example, the test pattern storage unit may store a test pattern, which is a transmission pattern of a multilevel signal promised to the other optical transmission apparatus, and provide the test pattern storage unit to the control unit.

일례로서, 포토다이오드는 애벌런치 포토다이오드일 수 있다.As an example, the photodiode may be an avalanche photodiode.

일례로서, 멀티레벨 광신호는 PAM-4나 PAM-8 변조에 따른 광신호일 수 있다.As an example, the multilevel optical signal may be an optical signal according to PAM-4 or PAM-8 modulation.

일례로서, 제어부 동작은 초기 구동이나 미리 설정된 주기 또는 별도의 외부 요청 신호에 따라 수행될 수 있다.As an example, the controller operation may be performed in accordance with an initial drive or a predetermined period or a separate external request signal.

본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티레벨 광신호 수신성능이 개선된 광수신 방법은 광신호를 수신하여 대응되는 광전류를 출력하는 애벌런치 포토다이오드를 포함하는 광수신부를 통해 광선로를 통해 연결된 상대측 광송신 장치로부터 미리 약속된 테스트 패턴에 따른 멀티레벨 광신호를 수신하는 단계와, 트랜스임피던스 증폭기를 통해 상기 광수신부의 애벌런치 포토다이오드 광전류를 수신 전압으로 변환 및 증폭하는 단계와, 제어부가 상기 트랜스임피던스 증폭기의 수신 전압을 약속된 테스트 패턴의 각 패턴 별로 분류하여 각 패턴을 구분할 수 있는 기준 전압 세트를 추정하는 단계와, 리미팅 증폭기가 상기 트랜스임피던스 증폭기의 수신 전압을 상기 제어부에서 추정한 기준 전압 세트에 따라 구분 증폭하여 복수의 상이한 출력 전압으로 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of receiving multilevel optical signals, the method comprising: receiving optical signals and outputting corresponding photocurrents; receiving optical signals transmitted through the optical receiver through a light receiving unit including an avalanche photodiode, Converting the avalanche photodiode photocurrent of the light receiving unit into a receiving voltage through a transimpedance amplifier and amplifying the amplified photocurrent of the avalanche photodiode photocurrent to a receiving voltage through the transimpedance amplifier; Estimating a reference voltage set capable of distinguishing each pattern by classifying the received voltage of the transimpedance amplifier according to each pattern of the promised test pattern; Differential amplification to provide multiple different output voltages It is characterized by including the steps:

일례로서, 테스트 패턴은 다양한 멀티레벨 광신호를 제공하기 위해 마련된 일련의 데이터 세트일 수 있다.As an example, the test pattern may be a set of data provided to provide various multilevel optical signals.

일례로서, 기준 전압 세트를 추정하는 단계는 트랜스임피던스 증폭기의 수신 전압을 약속된 테스트 패턴의 데이터를 기준으로 상이한 데이터에 대응되는 수신 전압을 구분하여 저장하면서 데이터별로 저장된 수신 전압들의 분포 범위를 기준으로 각 데이터를 구분할 수 있는 기준 전압을 각 데이터별 수신 전압 분포 범위 사이에서 각각 추정하는 단계를 포함할 수 있다.For example, the step of estimating the reference voltage set may include calculating the reception voltage of the transimpedance amplifier by dividing the reception voltage corresponding to the different data based on the data of the promised test pattern, And estimating a reference voltage capable of distinguishing each data between a range of the reception voltage distribution for each data.

일례로서, 기준 전압 세트를 추정하는 단계는 데이터별로 저장된 수신 전압들 중 상이한 데이터 영역의 전압 분포 범위에 속하는 전압이 존재하는 경우 상기 광수신부의 애벌런치 포토다이오드 역방향 바이어스 전압을 미리 설정된 복수의 전압 중 하나로 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다.For example, the step of estimating the reference voltage set may include a step of estimating a set of reference voltages, wherein when a voltage belonging to a voltage distribution range of a different data region among reception voltages stored for each data exists, the avalanche photodiode reverse bias voltage of the light- And a step of changing to one.

본 발명의 실시예에 따른 멀티레벨 광신호 수신성능이 개선된 광수신 장치 및 방법은 실제 설치 환경에서 별도의 정밀 계측기나 계측을 위한 연결 구성 없이도 설치된 그 상태에서 자동으로 사용 애벌런치 포토다이오드의 특성에 따른 최적의 멀티레벨 구분을 위한 기준 전압 세트를 추정하여 수신부에 구성되는 리미트 증폭기의 리미트 기준 전압들을 설정하도록 함으로써 실제 설치 후 필요에 따른 간단한 수행만으로 현재 광수신 장치의 애벌런치 포토다이오드 특성을 고려한 최적 수신 성능을 제공하는 효과가 있다.The optical receiving apparatus and method with improved multilevel optical signal receiving performance according to the embodiment of the present invention can be used in a practical installation environment without the need for a separate precision measuring instrument or connection for measurement, And the limit reference voltages of the limit amplifier formed in the receiver are set so that the avalanche photodiode characteristics of the current optical receiver can be determined by performing a simple operation as required after actual installation Thereby providing an optimal reception performance.

또한, 실제 설치 환경에서 상대 송신부로부터 약속된 테스트 패턴을 수신하여 수신 광전류에 따른 전압을 테스트 패턴 별로 분류한 후 각 분류를 구분하기 위한 기준 전압 세트를 추정함으로써 수신 광전력에 따라 상이한 특성을 보이는 애벌런치 포토다이오드를 사용하더라도 실제 사용 환경에 따른 특성을 반영한 수신 해상도 개선이 가능하며, 이러한 과정을 최초 설치시에는 물론이고 사용 중에도 필요한 경우마다 수행할 수 있으므로 환경의 변화나 성능의 열화가 발생하더라도 4레벨 이상의 고해상도 사용 구간을 실효성 있게 구분함으로써 항상 최상의 수신 성능을 제공할 수 있는 효과가 있다.In addition, in the actual installation environment, a test pattern promised from the counterpart transmitter is received, the voltage according to the received photocurrent is classified according to the test pattern, and the reference voltage set for classifying each classification is estimated, Even if the launch photodiode is used, it is possible to improve the reception resolution reflecting the characteristics according to the actual use environment. Since this process can be performed at the time of initial installation as well as at the time of use, even if environmental change or deterioration occurs, The high-resolution usable interval above the level is effectively distinguished, thereby providing the best reception performance at all times.

나아가, 비교적 간단한 구성 만을 통해서 트랜스미터 수준에서 각 장치들 간 수신 성능 최적화가 가능하므로 낮은 비용으로 통신 품질을 개선할 수 있어 성능 개선 비용이 낮고 호환성 유지가 가능하여 활용성을 높일 수 있는 효과가 있다.Furthermore, it is possible to optimize the reception performance between the devices at the transmitter level only through a relatively simple configuration, thereby improving the communication quality at a low cost, and it is possible to improve the usability because the performance improvement cost is low and the compatibility can be maintained.

도 1은 일반적인 수동형 광네트워크의 구성 예.
도 2는 일반적인 수동형 광네트워크에 적용되는 광트랜시버의 광선로 연결 예시도.
도 3은 NRZ 변조 방식과 PAM 4 변조 방식에 따른 레이저 다이오드 출력 해상도를 비교한 예시도.
도 4는 애벌런치 포토다이오드의 광수신 특성을 NRZ 변조 방식에 대응하여 보인 특성 그래프.
도 5는 애벌런치 포토다이오드의 광수신 특성을 PAM 4 변조 방식에 대응하여 보인 특성 그래프.
도 6은 PAM 4 변조 방식에서 각 수신 광신호를 구분하기 위한 광전류 범위를 보인 개념도.
도 7은 동일한 수신 광신호에 대한 복수 애벌런치 포토다이오드들 간 특성 편차를 보인 특성 그래프.
도 8은 PAM 4 변조 방식에서 서로 다른 애벌런치 포토다이오드의 특성 차이에 의한 수신 성능 감소의 이유를 보이는 개념도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 멀티레벨 광수신 장치 및 대응되는 상대측 광송신 장치를 보인 광통신 시스템을 보인 구성도.
도 10은 테스트 패턴과 그에 따른 복수 레벨 신호 및 이를 수신한 멀티레벨 광수신 장치의 기준 전압 세트 추정 방식을 설명하기 위한 예시적 개념도.
도 11은 본 발명의 동작 과정을 설명하기 위한 순서도.
1 is a configuration example of a general passive optical network.
2 is a diagram illustrating an optical line connection of an optical transceiver applied to a general passive optical network.
FIG. 3 is a diagram for comparing laser diode output resolution according to the NRZ modulation method and the PAM 4 modulation method; FIG.
4 is a characteristic graph showing the optical reception characteristics of the avalanche photodiode in correspondence with the NRZ modulation method.
5 is a characteristic graph showing the light receiving characteristics of the avalanche photodiode in correspondence with the PAM 4 modulation method.
6 is a conceptual diagram showing a photocurrent range for distinguishing each received optical signal in the PAM 4 modulation scheme.
7 is a characteristic graph showing characteristic deviations between a plurality of avalanche photodiodes for the same received optical signal.
8 is a conceptual diagram showing the reason for the reduction in reception performance due to the difference in characteristics of different avalanche photodiodes in the PAM 4 modulation method.
9 is a configuration diagram showing an optical communication system showing a multi-level optical receiver and a corresponding counterpart optical transmitter according to an embodiment of the present invention.
10 is an exemplary conceptual diagram for explaining a test pattern, a corresponding multi-level signal, and a reference voltage set estimation method of a multi-level optical receiving apparatus that receives the multi-level signal.
11 is a flowchart for explaining an operation procedure of the present invention.

본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.It is noted that the technical terms used in the present invention are used only to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. In addition, the technical terms used in the present invention should be construed in a sense generally understood by a person having ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless otherwise defined in the present invention, and an overly comprehensive It should not be construed as meaning or overly reduced. In addition, when a technical term used in the present invention is an erroneous technical term that does not accurately express the concept of the present invention, it should be understood that technical terms that can be understood by a person skilled in the art can be properly understood. In addition, the general terms used in the present invention should be interpreted according to a predefined or context, and should not be construed as being excessively reduced.

또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서 "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.Furthermore, the singular expressions used in the present invention include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. The term "comprising" or "comprising" or the like in the present invention should not be construed as necessarily including the various elements or steps described in the invention, Or may include additional components or steps.

또한, 본 발명에서 사용되는 제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.In addition, terms including ordinals such as first, second, etc. used in the present invention can be used to describe elements, but the elements should not be limited by terms. Terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to like or similar elements throughout the several views, and redundant description thereof will be omitted.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. It is to be noted that the accompanying drawings are only for the purpose of facilitating understanding of the present invention, and should not be construed as limiting the scope of the present invention with reference to the accompanying drawings.

특히, 본 발명의 실시예로서 수동형 광네트워크(PON) 장비에 적용되는 트랜스미터를 예로 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 실시예에 따른 광수신 장치는 PON 뿐만 아니라 다양한 광통신 시스템의 수신측 포토다이오드의 특성을 추정하고 이를 통해 광수신 해상도를 높이는 용도로 활용될 수 있으므로, 그 기술 범주는 PON을 위한 트랜스미터의 수신 장치로 한정되지 않으며 다양한 광 통신용 광수신 장치를 포괄한다.Particularly, although a transmitter applied to a passive optical network (PON) apparatus is described as an example of the present invention, the optical receiver according to an embodiment of the present invention can be used not only for a PON, And thus the technology category is not limited to the receiving device of the transmitter for the PON and covers various optical receiving devices for optical communication.

도 3은 NRZ 변조 방식과 PAM 4 변조 방식에 따른 레이저 다이오드 출력 해상도를 비교한 예시도이다.FIG. 3 is a diagram for comparing laser diode output resolution according to the NRZ modulation method and the PAM 4 modulation method.

통상 광트랜시버의 송신부는 전송할 데이터를 아날로그 신호로 변환하는 디지털 아날로그 변환기(DAC:Digital Analog Converter)와 레이저 다이오드를 구동하는 레이저 다이오드 구동부(LDD:Laser Diode Driver) 및 레이저 다이오드(LD)를 포함하며, 레이저 다이오드의 출력을 모니터링하기 위한 모니터링 포토다이오드(MPD)가 구성된다.Generally, a transmitter of an optical transceiver includes a digital analog converter (DAC) for converting data to be transmitted into an analog signal, a laser diode driver (LDD) and a laser diode (LD) for driving the laser diode, A monitoring photodiode (MPD) is configured to monitor the output of the laser diode.

광트랜시버의 송신부에 구성되는 레이저 다이오드는 원거리 디지털 광통신을 위한 것이므로 환경적인 변화나 자체적인 열화가 존재하더라도 그 신호를 구분할 수 있어야 하는데, 예를 들어 입력이 0과 1인 NRZ 변조를 사용하는 경우 레이저 다이오드에서 제공되는 0의 출력과 1의 출력을 명확하게 구분할 수 있어여 한다. 이렇게 0 레벨의 광세기 대비 1 레벨의 광세기의 비를 소광비(Extinction Ratio)라 한다. 예컨대 소광비가 3dB라면 0 레벨의 광세기와 1 레벨의 광세기의 차이가 2배라는 것을 의미한다.Since the laser diode constituting the transmitter of the optical transceiver is for remote digital optical communication, even if there is environmental change or deterioration of its own, it is necessary to be able to distinguish the signal. For example, in the case of using NRZ modulation with input 0 and 1, The output of 0 and the output of 1 provided from the diode can be clearly distinguished from each other. The ratio of the light intensity of the first level to the light intensity of the zero level is referred to as an extinction ratio. For example, if the extinction ratio is 3 dB, it means that the difference between the light intensity at the 0 level and the light intensity at the 1 level is doubled.

이러한 소광비가 클수록 전송 데이터에 대한 BER(Bit Error Rate)이 작아지게 되며 이는 거의 완전한 반비례 관계를 가지게 되므로 레이저 다이오드를 동작시킬 때 소광비를 유지하기 위해서 모니터링 포토다이오드를 통한 피드백으로 제어 전류를 가변하여 설정된 사용 구간에 대한 소광비를 유지하도록 하고 있다. The larger the extinction ratio is, the smaller the BER (Bit Error Rate) of the transmitted data becomes, and this is almost completely inversely proportional. Therefore, in order to maintain the extinction ratio when operating the laser diode, the control current is varied by feedback through the monitoring photodiode And maintains the extinction ratio for the use period.

다만, 이러한 모니터링 포토다이오드는 피드백 용도이고 이러한 포토다이오드에서도 특성과 편차가 존재하므로 이를 레이저 다이오드의 특성을 파악하기 위한 용도로 활용하기는 어렵다.However, such a monitoring photodiode is used for feedback, and since there is a characteristic and a deviation in such a photodiode, it is difficult to use it as a purpose for grasping the characteristics of the laser diode.

도시된 도 3a와 도 3b에 나타난 그래프는 레이저 다이오드의 특성 곡선 예시도로서, 도시된 바와 같이 문턱 전류(출력이 변화되기 시작하는 시점의 전류)와 포화 전류(출력이 증가하지 않게 되는 시점의 전류) 사이의 제어 영역 중에서 선형성이 높은 일정 구간(I0~I1)을 사용 구간으로 선택한다.3A and 3B illustrate characteristic curves of the laser diode. As shown in the graph, the threshold current (the current at the time when the output starts changing) and the saturation current (the current at the time when the output does not increase) (I0 to I1) having high linearity are selected as the usable period.

도 3a에 도시된 레이저 다이오드는 예시적인 것으로 제어 영역 중 상당한 영역이 선형 특성을 가지는 고품질 레이저 다이오드로서, 사용 구간의 출력 차이(P0과 P1의 차이)가 상당하다. 즉 소광비가 높아 NRZ 변조 방식의 통신에서 높은 신뢰성을 제공할 수 있다.The laser diode shown in FIG. 3A is an exemplary high-quality laser diode in which a substantial region of the control region has a linear characteristic, and the output difference (difference between P0 and P1) of the use region is significant. That is, since the extinction ratio is high, it is possible to provide high reliability in the NRZ modulation type communication.

이러한 고품질 레이저 다이오드라 하더라도 도 3b에 도시된 바와 같이 그 제어 영역을 복수 레벨로 구분할 경우 제어 전류(I0 내지 I3)에 따른 출력들(P0 내지 P3) 간 출력 차이는 크게 줄어들게 되며, 이는 이를 수신하는 광수신 장치에서 이들을 서로 다른 신호로 명확하게 구분하기 위해 상당히 높은 해상도를 가져야 함을 의미한다. 즉, 2레벨 광출력을 제공하는 경우라면 P0과 P3의 출력 비로 소광비가 결정되겠지만 이를 4레벨로 세분화할 경우 소광비는 1/3로 줄어들게 된다.3B, when the control region is divided into a plurality of levels, the output difference between the outputs P0 to P3 according to the control currents I0 to I3 is greatly reduced, Which means that the optical receiver must have a fairly high resolution to clearly distinguish them from each other. That is, in case of providing 2-level optical output, the extinction ratio will be determined by the output ratio of P0 and P3. However, when the level is divided into 4 levels, the extinction ratio is reduced to 1/3.

한편, 도시된 경우는 제어 영역 중 상당한 영역이 선형 특성을 가지는 고품질 레이저 다이오드의 예로서, 이러한 경우라 하더라도 광선로 전송을 통해 그 전달 광량이 다르게 전달되므로 수신측이 고정된 기준으로 수신할 경우 수신 품질이 낮아질 수 밖에 없고, 사용되는 레이저 다이오드의 품질이 좋지 않을 경우, 이러한 문제는 더욱 심화될 수 밖에 없다.On the other hand, the illustrated case is an example of a high-quality laser diode in which a considerable region of the control region has a linear characteristic. Even in this case, since the transmitted light amount is transmitted through the light ray transmission differently, If the quality is inevitably lowered and the quality of the laser diode used is not good, this problem will become even more serious.

도 4는 애벌런치 포토다이오드의 광수신 특성을 NRZ 변조 방식에 대응하여 보인 특성 그래프이다. 4 is a characteristic graph showing the optical reception characteristics of the avalanche photodiode in correspondence with the NRZ modulation method.

애벌런치 포토다이오드는 일반 포토다이오드와 달리 광증배 영역을 두어 입사 광자에 대한 2차적인 캐리어를 생성함으로써 효율과 감도가 높아지도록 한 것으로, 높은 광전 변화 효율과 고속 동작에 의해 Gbps 이상의 광수신 장치는 대부분 애벌런치 포토다이오드를 사용하게 된다. The avalanche photodiode is designed to increase the efficiency and sensitivity by forming a secondary carrier for incident photons by placing a region of diffuse light in contrast to a general photodiode. Due to high photoelectric conversion efficiency and high-speed operation, Most avalanche photodiodes will be used.

이러한 애벌런치 포토다이오드는 도시된 바와 같은 특성 곡선을 가지는데, 입사되는 광자에 의한 전자-정공 쌍의 생성을 위해 일반적인 포토다이오드와 마찬가지로 역전압을 가해주어야 한다.These avalanche photodiodes have characteristic curves as shown, and in order to generate electron-hole pairs by the incident photons, a reverse voltage must be applied in the same manner as a general photodiode.

애벌런치 포토다이오드는 일정한 크기 이상의 역방향 바이어스 전압이 걸리면 입사되는 광자에 의해 급격한 광전류를 출력하게 되는데, 도시된 바와 같이 일정 구간 선형 영역이 존재하므로, 통상 해당 영역 중 적당한 위치(BV1)에서 동작하도록 광수신 회로가 구성된다. The avalanche photodiode outputs an abrupt photocurrent by an incident photon when a reverse bias voltage of a predetermined magnitude or more is applied. Since the linear photodiode has a constant section linear region as shown in the figure, A receiving circuit is constituted.

도시된 바와 같이 2개의 상이한 광전력(도시된 예에서는 0.25㎼와 2㎼)이 수신되는 NRZ 변조 신호의 경우 애벌런치 포토다이오드는 비교적 큰 차이를 보이는 광전류(A0, A1)를 출력하므로 오류 없이 수신되는 광신호의 레벨을 구분할 수 있다.As shown, in the case of an NRZ modulated signal in which two different optical powers (0.25 and 2 in the example shown) are received, the avalanche photodiode outputs photocurrents A0 and A1 that exhibit relatively large differences, It is possible to distinguish the level of the optical signal.

한편, 도시된 애벌런치 포토다이오드의 특성 곡선을 살펴보면 동일한 바이어스 전압이라 하더라도 수신되는 광전력에 따라 그 특성 곡선의 형상이 다른 것을 알 수 있다. 즉, 하나의 애벌런치 포토다이오드의 수신 특성이 수신 광량에 따라 다르며, 이는 동일한 기준(BV1)에서 상이한 광량에 따른 수신 광전류의 변화가 비선형적임을 의미한다.In the characteristic curve of the illustrated avalanche photodiode, it can be seen that the shape of the characteristic curve is different according to the received optical power even when the bias voltage is the same. That is, the reception characteristic of one avalanche photodiode differs depending on the amount of received light, which means that the change of the received photocurrent according to the different amount of light in the same reference (BV1) is nonlinear.

수신되는 광량이 2개의 상이한 레벨을 제공하는 NRZ 변조 방식에서 4개의 상이한 레벨이 되는 PAM 4 변조 방식으로 변화될 경우, 이러한 수신 광량에 따른 광전류의 비선형성은 상당한 문제를 유발하게 된다.If the amount of received light is changed in the NRZ modulation scheme providing two different levels and in the PAM 4 modulation scheme becoming four different levels, the nonlinearity of the photocurrent according to the amount of received light causes a considerable problem.

도 5는 애벌런치 포토다이오드의 광수신 특성을 PAM 4 변조 방식에 대응하여 보인 특성 그래프로서, 도시된 바와 같이 0.25㎼에서 2㎼로 2배씩 증가하는 4개 레벨의 광전력에 대한 출력 광전류(A0 내지 A3)를 살펴보면 그 변화 정도가 선형적이지 않음을 알 수 있다.5 is a characteristic graph showing the optical reception characteristics of the avalanche photodiode corresponding to the PAM 4 modulation method. As shown in FIG. 5, the output photocurrent A0 To A3), it can be seen that the degree of change is not linear.

이와 같이 애벌런치 포토다이오드는 수신되는 선형적 광전력 변화에 대해 비선형적으로 변화되는 광전류를 출력하기 때문에 4개의 상이한 레벨 수준의 해상도 증가에 대해서도 구분에 문제를 유발하게 된다.As such, the avalanche photodiode outputs a nonlinearly varying photocurrent with respect to the received linear optical power variation, thus causing a problem in the classification of the resolution increase of four different levels.

앞서 도 3을 통해 설명했던 바와 같이 레이저 다이오드의 PAM 4 변조에 따른 광 출력이 서로 유사한 수준의 크기 차이로 구분된 복수 레벨이고, 도 5에 도시된 바와 같은 특성을 가지는 애벌런치 포토다이오드가 이러한 복수 레벨의 광신호를 수신한다면 복수 레벨 광신호 수신에 따른 출력 광전류들 중 구분이 모호해지는 레벨들이 나타날 수 있게 된다.As described above with reference to FIG. 3, when the avalanche photodiodes having the characteristics as shown in FIG. 5 are a plurality of levels in which the optical output according to the PAM 4 modulation of the laser diode is divided into the size difference of similar level, Level optical signal, it is possible to display the levels of the output photocurrent due to the reception of the multi-level optical signal, in which the distinction is ambiguous.

하지만 일반적인 광수신 장치의 경우 애벌런치 포토다이오드의 광전류를 그대로 사용하는 것이 아니라 트랜스임피던스 증폭기를 통해 광전류를 전압으로 변환하면서 증폭하기 때문에 도 5에 도시된 바와 같이 광신호 레벨 간 차이가 어느정도 구분만 가능하다면 이를 변환 증폭한 전압을 기준으로 레벨 차이를 구분할 수 있다.However, in the case of a general optical receiver, since the photocurrent of the avalanche photodiode is not used as it is but the photocurrent is converted into the voltage through the transimpedance amplifier and amplified, the difference between the levels of the optical signals can be distinguished If so, the level difference can be distinguished based on the converted amplified voltage.

도 6은 PAM 4 변조 방식에서 각 수신 광신호를 구분하기 위한 광전류 범위를 보인 개념도로서, 도 5에 도시된 일부 영역을 확대한 후 각 광전류 간 중간 값을 레벨을 나누는 기준으로 설정한 것이다. FIG. 6 is a conceptual diagram showing a photocurrent range for distinguishing each received optical signal in the PAM 4 modulation scheme. In FIG. 6, after a partial region shown in FIG. 5 is enlarged, the intermediate value between the photocurrents is set as a reference for dividing the level.

도시된 바와 같이 수신되는 광전력, 즉 수신 광량이 가장 작은 광신호 레벨일 때 출력되는 광전류 A0의 경우 수신에 따른 환경 변화(송신측 변화, 광선로 변화, 수신 노이즈, 수신부 온도 상승, 송수신측 소자의 열화 등)에 의해 일부 광전류의 변화가 있더라도 해당 범위(A0을 기준으로 하는 사각형 영역)에 속하는 광전류가 출력되면 이를 가장 낮은 레벨로 구분하며, 동일한 방식으로 수신 광량이 가장 큰 광신호 레벨일 때 출력되는 광전류 A3의 경우 수신에 따른 환경 변화에 의해 일부 광전류의 변화가 있더라도 해당 범위(A3을 기준으로 하는 사각형 영역)에 속하는 광전류가 출력되면 이를 가장 높은 레벨로 구분하면 된다.As shown in the figure, in the case of the photocurrent A0 outputted when the received optical power, that is, the received optical power level is the smallest, the change in the environment due to reception (change in the transmission side, change in the optical path, reception noise, Even if there is a change in some photocurrents due to deterioration of the photocurrent due to deterioration of the photocurrent, etc.), if the photocurrent belonging to the range (a rectangular region with reference to A0) is output, In the case of the output photocurrent A3, if a photocurrent belonging to the range (a rectangular area based on A3) is output even if there is a change in some photocurrent due to an environmental change due to reception, the photocurrent can be classified into the highest level.

하지만, 일반적인 모든 종류의 반도체 소자는 제품의 종류마다, 같은 제품이라도 공정 라인마다, 같은 공정 라인이라도 웨이퍼마다, 같은 웨이퍼라도 각 소자마다 특성의 편차가 존재한다.However, all kinds of general semiconductor devices have characteristic deviations in each kind of products, whether they are the same product, in each process line, in the same process line, in each wafer, and in each wafer.

특히, 애벌런치 포토다이오드의 경우 앞서 설명했던 바와 같이 작은 수의 광자만 입사하더라도 광 증배에 의해 수십~수백배의 전자-정공 쌍이 눈사태처럼 생기도록 하여 출력 광전류를 증가시키도록 구성된 것이어서, 애벌런치 포토다이오드의 제조 공정(통상 p+와 n+ 영역 사이에 p-로 된 드리프트 영역과 p로 된 애벌런치 영역을 구성)의 미세한 편차(예를 들어, 불순물 도핑 편차) 정도에 의해서도 특성의 차이를 유발하게 된다. In particular, in the case of the avalanche photodiode, as described above, even if only a small number of photons are incident, the photocoupler is configured to increase the output photocurrent by causing a couple of electron-hole pairs of several tens to several hundreds of times like an avalanche, (For example, impurity doping drift) of the diode manufacturing process (usually forming a drift region between p + and n + regions and an avalanche region of p) .

도 7은 동일한 수신 광신호에 대한 복수 애벌런치 포토다이오드들 간 특성 편차를 보인 특성 그래프로서, 동일한 바이어스 전압(BV1)과 동일한 수신 광신호의 환경에서도 각 애벌런치 포토다이오드의 광전류 출력은 상당한 차이(dA)를 나타내는 것을 볼 수 있다. FIG. 7 is a characteristic graph showing characteristic deviations between a plurality of avalanche photodiodes for the same received optical signal. Even in the environment of the same received optical signal as the bias voltage BV1, the photocurrent output of each avalanche photodiode has a considerable difference dA).

동일한 제품으로 판매되는 애벌런치 포토다이오드들 간에도 이와 같은 차이가 발생할 수 있으며, 상이한 제품이나 제조사의 경우 이러한 특성 편차는 더욱 커질 수 있는데, 기존의 '1' 또는 '0'으로 구분되는 NRZ 환경에서는 편차에 의한 수신감도의 차이가 크지 않았으나, 복수 레벨 광신호가 수신될 경우 이러한 복수 레벨을 구분하기 위한 애벌런치 포토다이오드의 광전류 구분 기준을 고정하기 어렵게 된다.Such a difference may occur between the avalanche photodiodes sold in the same product, and in the case of different products or manufacturers, such characteristic deviations may become larger. In the conventional NRZ environment classified as '1' or '0' It is difficult to fix the photocurrent sorting criterion of the avalanche photodiode for distinguishing the plural levels when a multi-level optical signal is received.

도 8은 PAM 4 변조 방식에서 서로 다른 애벌런치 포토다이오드의 특성 차이에 의한 수신 성능 감소의 이유를 보이는 개념도로서, 도시된 바와 같이 도 8a는 앞서 도 6과 같은 제 1 애벌런치 포토다이오드를 기준으로 측정한 서로 다른 레벨의 광신호에 따른 광전류와 이를 기준으로 설정한 수신 레벨 구분 범위를 보인 것이다.FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating the reason for the reduction in the reception performance due to the difference in characteristics of different avalanche photodiodes in the PAM 4 modulation method. As shown in FIG. 8A, the first avalanche photodiode And the photocurrent according to the measured optical signals of different levels and the range of the reception level classification based on the photocurrent.

이러한 수신 레벨 구분 범위에 따라 수신되는 광신호에 약간의 노이즈가 있더라도 수신광의 복수 레벨을 광전류 범위로 구분할 수 있다. According to such a reception level classification range, multiple levels of the received light can be classified into the photocurrent range even if there is some noise in the received optical signal.

이러한 수신 레벨 구분 범위는 그동안 NRZ 신호방식에서는 2단계로 구분되어, 애벌런치 포토다이오드의 생산 로트별, 생산 방식에 따른 편차를 허용하는 수준이었다. 하지만 멀티레벨(PAM 4 3단계 레벨, PAM8 7단계 레벨)에서는 생산 로트별, 생산 공정에 따른 8b와 같은 약간의 광전류 편차에도 수신레벨 구분 범위를 신뢰할 수 없다.The range of the reception level classification is divided into two stages in the NRZ signaling method, and the deviation according to the production lot and the production method of the avalanche photodiode was allowed. However, in the case of multi-level (PAM 4 3-level, PAM 8 7-level), the range of the received level can not be relied on even slight photocurrent deviations such as production lot and production process 8b.

즉, 도시된 바와 같이 수신 광량이 가장 작은 광신호 레벨(예를 들어 0~3 중 0)일 때 출력되는 광전류가 제 1 애벌런치 포토다이오드에 의해 마련된 수신 레벨 구분 범위(표시된 각 빗금 영역들)에 따르면 수신 광량이 두 번째로 낮은 광신호 레벨인 경우의 수신 레벨 구분 범위(수평 빗금 영역: 레벨 1이 속하는 범위)에 속하게 되고, 수신 광량이 두 번째로 작은 광신호 레벨(예를 들어 0~3 중 1)일 때 출력되는 광전류는 이전 기준에 따르면 수신 광량이 두 번째로 큰 광신호 레벨을 구분하는 범위(우하 방향 빗금: 레벨 2가 속하는 범위)에 속하게 되므로 도 8a와 같은 수신 레벨 구분 범위를 고정할 경우 도 8b와 같은 특성을 가지는 애벌런치 포토다이오드를 이용한다면 수신 광신호의 레벨을 정상적으로 구분할 수 없게 된다.That is, as shown in the figure, the photocurrent output when the received light quantity is the smallest (for example, 0 to 3) is smaller than the received level classification range (the displayed hatched areas) provided by the first avalanche photodiode, (Horizontally shaded area: a range to which level 1 belongs) in the case where the received light amount is the second lowest optical signal level, and the received light amount becomes the second lowest optical signal level (for example, 3), the photocurrent outputted from the photodetector belongs to a range in which the amount of light received is classified into the range of the second largest optical signal level The level of the received optical signal can not be normally discriminated if an avalanche photodiode having the characteristics as shown in FIG. 8B is used.

특히, 이는 동일한 애벌런치 포토다이오드를 이용한 광수신 장치라 하더라도 실제 설치 환경이 달라지는 경우 전체적인 수신광의 광전력 특성이 광선로에 따라 달라지게 되므로 도 8b와 같은 문제가 발생할 수 있게 된다.Particularly, even if the optical receiving apparatus using the same avalanche photodiode is used, the optical power characteristic of the entire received light changes depending on the optical path when the actual installation environment is changed, so that a problem as shown in FIG.

따라서, 본 발명에서는 다양한 편차를 가지는 애벌런치 포토다이오드를 이용한다 하더라도 그 특성을 자동적으로 파악하여 최적의 멀티레벨 광신호를 구분할 수 있도록 함과 아울러, 실제 설치 환경에서 별도의 정밀 계측기나 계측을 위한 연결 구성 없이도 설치된 그 상태에서 연결된 멀티레벨 광송신 장치에 대응되는 현재의 애벌런치 포토다이오드의 광 수신 특성을 파악하여 최적의 멀티레벨 광신호를 구분할 수 있도록 한다.Accordingly, in the present invention, even if an avalanche photodiode having various deviations is used, it is possible to identify the optimum multi-level optical signal automatically by grasping the characteristics thereof, and to provide a separate precision measuring device or a connection Level optical signal corresponding to the connected multilevel optical transmission device in the state in which the multilevel optical transmission apparatus is installed without any configuration.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 멀티레벨 광수신 장치(200) 및 대응되는 상대측 광송신 장치(100)를 보인 광통신 시스템을 보인 구성도이다. 기본적으로 PAM 4를 예로 들어 설명하지만 그 보다 높은 해상도의 PAM 8 변조 방식을 이용할 수도 있고, 기술 발전에 따라 그 이상의 해상도가 적용될 수도 있다.9 is a configuration diagram showing an optical communication system showing a multi-level optical receiving apparatus 200 and a corresponding optical transmitting apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. Basically, PAM 4 is described as an example, but a higher resolution PAM 8 modulation scheme may be used, or a higher resolution may be applied depending on the technology.

실질적으로 하나의 트랜시버에는 광송신 장치와 광수신 장치가 한 쌍으로 구성되므로 도시된 멀티레벨 광수신 장치(200)에 별도의 광송신 장치가 인접 배치되어 하나의 트랜시버를 구성할 수 있고, 마찬가지로 상대측 멀티레벨 광송신 장치(100) 역시 별도의 광수신 장치가 인접 배치되어 하나의 트랜시버를 구성할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 트랜시버에는 각각 도시된 바와 같은 멀티레벨 광송신 장치(100)와 멀티레벨 광수신 장치(200)가 함께 구성될 수 있으므로, 도시된 연결 구성이 상호 반대 방향으로 병렬 구성될 수 있다. Since one optical transceiver and one optical receiver are substantially formed in one transceiver, a separate optical transmitter may be disposed adjacent to the multilevel optical receiver 200 to constitute one transceiver, The multilevel optical transmission apparatus 100 may also be disposed adjacent to a separate optical receiving apparatus to form one transceiver. That is, since the multilevel optical transmitting apparatus 100 and the multilevel optical receiving apparatus 200 shown in FIG. 1 can be combined together in the transceiver according to the embodiment of the present invention, Lt; / RTI >

도시된 실시예에서는 이러한 병렬 구성 중에서 일측 트랜시버의 멀티레벨 광송신 장치(100)와 타측 트랜시버의 멀티레벨 광수신 장치(200)만 예를 들어 설명한다.In the illustrated embodiment, only the multilevel optical transmitter 100 of one transceiver and the multilevel optical receiver 200 of the other transceiver among the parallel configurations will be described as an example.

본 발명의 도시된 실시예는 실제 네트워크 구성에 따라 설치된 환경에서 상대측 멀티레벨 광송신 장치(100)에서 제공하는 멀티레벨 광신호를 광선로(10)를 통해 원거리에서 수신하는 멀티레벨 광수신 장치(200)의 애벌런치 포토다이오드 특성을 자동적으로 파악하기 위한 것이므로, 본 발명에 따른 멀티레벨 광수신 장치(200)는 광선로(10)를 통해 연결된 상대측 멀티레벨 광송신 장치(100)로부터 서로 약속된 테스트 패턴을 수신하여 애벌런치 포토다이오드의 수신 특성을 파악한다.The illustrated embodiment of the present invention is a multi-level optical receiving apparatus that receives a multi-level optical signal provided by a counterpart multi-level optical transmitting apparatus 100 at a remote location through an optical line 10 in an environment installed according to an actual network configuration The multilevel optical receiving apparatus 200 according to the present invention is capable of automatically grasping the avalanche photodiode characteristics of the multi-level optical transmitting apparatus 100 connected to the multilevel optical transmitting apparatus 100 via the optical line 10, And receives the test pattern to grasp the reception characteristics of the avalanche photodiode.

이를 위한 상대측 멀티레벨 광송신 장치(100)는 도시된 바와 같이 레이저 다이오드(120)를 구동하는 구동부(110)와, 약속된 테스트 패턴에 대한 정보가 저장된 테스트 패턴 저장부(140)와, 상기 테스트 패턴 저장부(140)에 저장된 테스트 패턴에 따라 구동부(110)를 제어하여 약속된 테스트 패턴에 따른 멀티레벨 광신호를 레이저 다이오드(120)를 통해 출력하도록 구성된다. As shown in the figure, the counterpart multilevel optical transmission apparatus 100 includes a driving unit 110 for driving the laser diode 120, a test pattern storage unit 140 for storing information on an appointed test pattern, And controls the driving unit 110 according to the test pattern stored in the pattern storage unit 140 so as to output the multilevel optical signal according to the promised test pattern through the laser diode 120. [

여기서, 약속된 테스트 패턴은 다양한 멀티레벨 광신호를 제공하기 위해 마련된 일련의 데이터 세트로서, 하나의 테스트 패턴을 일회 전송할 수도 있고, 복수회 전송할 수도 있으며, 여러 종류의 테스트 패턴들을 한번 씩 혹은 여러 번 전송할 수도 있다. 이는 초기 구동이나 설정 시 수행되거나, 제어부(130)에 대한 외부 제어 신호(해당 광송신 장치가 구성된 장비의 제어 신호나 상대측 트랜시버의 요청에 따른 제어 신호)에 따라 수행될 수 있다.Here, the promised test pattern is a series of data sets provided to provide various multi-level optical signals, and one test pattern may be transmitted once or plural times, and various kinds of test patterns may be transmitted once or several times . This may be performed during initial driving or setting, or may be performed according to an external control signal to the control unit 130 (a control signal of the equipment in which the optical transmitter is configured or a control signal in response to a request of the counterpart transceiver).

예를 들어 멀티레벨 광송신 장치(100)가 포함된 트랜시버가 구성된 장비(A)와 멀티레벨 광수신 장치(200)가 포함된 트랜시버가 구성된 장비(B)가 구성된 상황에서, 통신 성능이 낮아지면 장비(A)가 장비(B)에게 수신 최적화 과정을 수행하도록 요청(그 반대도 가능)할 수 있고, 장비(A)에 구성된 트랜시버와 장비(B)에 구성된 트랜시버가 상호 약속된 시점(일측 장비의 초기 구동이나 약속된 시간)이나 일측 트랜시버의 요청에 의해 이러한 테스트 패턴 전송이 이루어질 수 있다. For example, in a situation where the equipment A configured with the transceiver including the multilevel optical transmission device 100 and the equipment B configured with the transceiver including the multilevel optical reception device 200 are configured, It is possible that the equipment A can request the equipment B to perform the reception optimization process and vice versa and the transceiver configured in the equipment A and the transceiver configured in the equipment B can be mutually agreed upon Such as an initial drive or an appointed time of the transceiver, or at the request of one transceiver.

본 발명의 일 실시예에 따른 멀티레벨 광수신 장치(200)는 광선로(10)를 통해 연결된 상대측 멀티레벨 광송신 장치(100)로부터 미리 약속된 테스트 패턴에 따른 멀티레벨 광신호를 수신하여 대응되는 광전류를 출력하는 애벌런치 포토다이오드를 포함한 광수신부(210)와, 광 수신부(210)의 애벌런치 포토다이오드 광전류를 수신 전압으로 변환 및 증폭하는 트랜스임피던스 증폭기(TIA)(220)와, 약속된 테스트 패턴에 대한 정보가 저장된 테스트 패턴 저장부(250)와, 트랜스임피던스 증폭기(220)의 수신 전압을 테스트 패턴 저장부(250)에 저장된 약속된 테스트 패턴을 참조하여 각 패턴(PAM 4 에서는 2비트 데이터) 별로 분류하고, 그에 따라 각 패턴을 구분할 수 있는 기준 전압 세트(235)를 추정하는 제어부(240)와, 트랜스임피던스 증폭기(220)의 수신 전압을 제어부(240)에서 추정한 기준 전압 세트(235)에 따라 구분 증폭하여 복수의 상이한 출력 전압으로 제공하는 리미팅 증폭기(230)를 포함하여 구성된다.The multilevel optical receiving apparatus 200 according to an embodiment of the present invention receives a multilevel optical signal according to a predetermined test pattern from a counterpart multilevel optical transmission apparatus 100 connected through a light path 10, A transimpedance amplifier (TIA) 220 for converting and amplifying the avalanche photodiode photocurrent of the light receiving unit 210 into a receiving voltage, A test pattern storage unit 250 for storing information on a test pattern and a test pattern storage unit 250 for storing a received voltage of the transimpedance amplifier 220 in accordance with a predetermined test pattern stored in the test pattern storage unit 250, The control unit 240 estimates a reference voltage set 235 that can classify each pattern according to the input voltage of the transimpedance amplifier 220 and the received voltage of the transimpedance amplifier 220 to the control unit 240 Separately amplifying a reference voltage according to the estimated set 235 is configured to include a limiting amplifier 230 is provided with a plurality of different output voltages.

테스트 패턴 저장부(250)에 저장되는 테스트 패턴은 다양한 멀티레벨 광신호를 제공하기 위해 마련된 일련의 데이터 세트로서 광송신 장치(100)의 테스트 패턴 저장부(140)에 저장된 테스트 패턴 정보와 동일하다. 물론, 제어부(240)가 이러한 테스트 패턴을 자체적으로 구비할 수도 있으므로 테스트 패턴 저장부(250)는 필수적이지 않다.The test pattern stored in the test pattern storage unit 250 is the same as the test pattern information stored in the test pattern storage unit 140 of the optical transmitting apparatus 100 as a series of data sets provided to provide various multi- . Of course, since the control unit 240 may include such a test pattern itself, the test pattern storage unit 250 is not essential.

도시된 애벌런치 포토다이오드를 포함한 광수신부(210)는 애벌런치 포토다이오드와 이를 동작시키는데 필요한 회로 구성(역 바이어스 전압 제공 부 등)을 포함할 수 있다.The light receiving unit 210 including the avalanche photodiode may include an avalanche photodiode and a circuit configuration (a reverse bias voltage providing unit, etc.) necessary for operating the avalanche photodiode.

제어부(240)는 트랜스임피던스 증폭기(220)의 수신 전압을 약속된 테스트 패턴의 데이터를 기준으로 상이한 데이터에 대응되는 수신 전압을 구분하여 저장하면서 데이터별로 저장된 수신 전압들의 분포 범위를 기준으로 각 데이터를 구분할 수 있는 기준 전압을 각 데이터별 수신 전압 분포 범위 사이에서 각각 추정할 수 있는데, 이를 도 10을 참조하여 좀 더 상세히 설명한다.The control unit 240 stores the received voltage of the transimpedance amplifier 220 by dividing the received voltage corresponding to the different data based on the data of the test pattern promised and storing each data on the basis of the distribution range of the received voltages stored for each data The reference voltage that can be discriminated can be estimated between the reception voltage range of each data, which will be described in more detail with reference to FIG.

도 10은 테스트 패턴과 그에 따른 복수 레벨 신호 및 이를 수신한 멀티레벨 광수신 장치의 기준 전압 세트 추정 방식을 설명하기 위한 예시적 개념도이다.10 is an exemplary conceptual diagram for explaining a test pattern, a corresponding multi-level signal, and a reference voltage set estimation method of a multi-level optical receiving apparatus that receives the multi-level signal.

도시된 바와 같이 도 10a는 PAM 4에 대한 테스트 패턴의 일례를 보인 것으로, 설명의 편의를 위해서 2비트 씩 구분하여 표시하였으나 실제 테스트 패턴은 이러한 구분 없이 비트들의 나열로 이루어질 수 있다. As shown in FIG. 10A, FIG. 10A shows an example of a test pattern for PAM 4. For convenience of explanation, the test pattern is divided into two bits.

도시된 바와 같이 일정한 준비 신호(1111...11) 후 실제 테스트 패턴은 PAM 4에서 사용되는 4가지 종류의 상이한 레벨로 한 번에 나타낼 수 있는 2비트 데이터들이 변화되도록 구성된다. 즉, 도 10a에 도시된 2비트 데이터 패턴들은 도 10b와 같은 서로 다른 4개 레벨을 나타내며, 각 패턴을 명확하게 구분할 수 있도록 테스트 패턴이 구성될 수 있다. 예를 들어 n개의 패턴이 나열될 수 있고, 포함되는 패턴의 분포는 유사할 수 있으며, 이러한 테스트 패턴 세트는 여러번 반복 구성될 수 있고, 상이한 복수의 테스트 패턴들이 마련될 수도 있다. As shown in the figure, the actual test pattern after the predetermined preparation signals 1111 ... 11 is configured such that 2-bit data that can be displayed at one time at four different levels used in the PAM 4 are changed. That is, the 2-bit data patterns shown in FIG. 10A represent four different levels as shown in FIG. 10B, and a test pattern can be configured to clearly distinguish each pattern. For example, n patterns may be listed, the distribution of the patterns included may be similar, and such a set of test patterns may be repeated many times, and a plurality of different test patterns may be provided.

멀티레벨 광송신 장치(100)는 테스트 패턴 저장부(140)에 저장된 테스트 패턴에 따라 구동부(110)를 제어하여 약속된 테스트 패턴에 따른 멀티레벨 광신호를 레이저 다이오드(120)를 통해 출력하는데, 멀티레벨 광수신 장치(200)의 광수신부(210)는 광선로(10)를 통해서 전달된 멀티레벨 광신호를 수신하여 그에 대한 광전류를 출력한다. 광수신부(210)는 역방향으로 소정의 바이어스 전압이 제공되는 애벌런치 포토다이오드를 포함하며, 해당 애벌런치 포토다이오드는 멀티레벨 광신호의 세기에 따라 고유한 특성에 따른 광전류를 출력한다. 이러한 광전류는 수신되는 광신호의 세기마다, 애벌런치 포토다이오드마다 상이하며 예측하기도 어렵기 때문에 실제 수신되는 멀티레벨 광신호에 대응되는 현재 구성된 애벌런치 포토다이오드의 특성을 확인해야만 한다.The multilevel optical transmission apparatus 100 controls the driving unit 110 according to the test pattern stored in the test pattern storage unit 140 to output a multilevel optical signal according to the promised test pattern through the laser diode 120, The light receiving unit 210 of the multilevel optical receiving apparatus 200 receives the multilevel optical signal transmitted through the optical line 10 and outputs a photocurrent for the multilevel optical signal. The light receiving unit 210 includes an avalanche photodiode provided with a predetermined bias voltage in a reverse direction, and the avalanche photodiode outputs a photocurrent corresponding to a characteristic inherent to the intensity of the multilevel optical signal. Since the photocurrent is different for each avalanche photodiode and difficult to predict for each intensity of the received optical signal, the characteristics of the currently configured avalanche photodiode corresponding to the actually received multilevel optical signal must be confirmed.

트랜스임피던스 증폭기(220)는 광수신부(210)가 출력하는 광전류를 전압으로 변환하면서 증폭하여 수신 전압으로 출력하는데, 제어부(240)는 이러한 수신 전압을 테스트 패턴 저장부(250)에 저장된 테스트 패턴에 따라 구분한다.The transimpedance amplifier 220 amplifies the photocurrent output from the light receiving unit 210 into a voltage and outputs the amplified voltage as a reception voltage. The control unit 240 converts the received voltage into a test pattern stored in the test pattern storage unit 250 It is classified according to.

즉, 이번에 수신되는 멀티레벨 광신호는 테스트 패턴 상 데이터 '00'에 해당하는 것이면 해당 수신 전압을 데이터 '00'에 대응하여 분류하고, 수신되는 광신호가 테스트 패턴상 데이터 '01'에 해당하는 것이면 해당 수신 전압을 데이터 '01'에 대응하는 것으로 분류하는 식으로 각 패턴을 의미하는 데이터 '00', '01', '10', '11'에 대해서 수신 전압을 구분한다.That is, if the multi-level optical signal received this time corresponds to the test pattern data '00', the received voltage is classified according to the data '00', and if the received optical signal corresponds to the test pattern data '01' 00 ',' 01 ',' 10 ', and' 11 ', which represent each pattern, by classifying the received voltage as corresponding to data' 01 '.

이렇게 수십~수백개의 테스트 패턴에 따른 수신 전압을 패턴별로 구분하면 도 10c와 같이 패턴 데이터별 수신 전압을 분류할 수 있다.If the reception voltages according to the test patterns of several tens to several hundreds are classified according to the patterns, the received voltages according to the pattern data can be classified as shown in FIG. 10C.

이는 현재 멀티레벨 광수신 장치(200)에 구성된 애벌런치 포토다이오드의 특성을 기반으로 멀티레벨 광신호의 패턴별 수신 전압의 실제 수신 범위를 의미하며, 달리 말하면 수신 레벨을 구분할 수 있는 범위를 의미한다.This means the actual reception range of the reception voltage for each pattern of the multilevel optical signal based on the characteristics of the avalanche photodiode configured in the current multilevel optical receiving apparatus 200. In other words, .

결국, 도 10d와 같이 패턴 데이터별로 저장된 수신 전압들의 분포 범위를 기준으로 각 패턴 데이터를 구분할 수 있는 기준 전압(LV2 내지 LV4)을 각 데이터별 수신 전압 분포 범위 사이에서 추정할 수 있는데, 예를 들어 각 패턴 데이터별 수신 전압 분포 영역 사이에 수신 전압이 없는 영역을 검출한 후 해당 영역의 중간으로 기준 전압을 추정할 수 있다. 나아가, 수신 전압들의 분포 범위를 참조하여 추가적인 기준 전압(LV1, LV5)도 추정할 수 있다. 10D, the reference voltages LV2 to LV4 that can distinguish each pattern data based on the distribution range of the reception voltages stored for each pattern data can be estimated between the reception voltage distribution ranges for the respective data. For example, It is possible to estimate a reference voltage in the middle of a corresponding area after detecting an area having no reception voltage between reception voltage distribution areas for each pattern data. Further, it is possible to estimate the additional reference voltages LV1 and LV5 by referring to the distribution range of the reception voltages.

이러한 기준 전압 세트(LV1 내지 LV5)는 수신되는 멀티레벨 광신호에 대한 애벌런치 포토다이오드의 광전류를 트랜스임피던스 증폭기로 변환 증폭한 수신 전압을 어떤 패턴 데이터로 구분할 것인지를 판단하는 기준이 되며, 그에 따라 수신 전압을 '00', '01', '10', '11' 중 하나로 구분할 수 있으며, 필요에 따라 LV1 이하이거나 LV5 이상인 경우 노이즈로 간주할 수도 있다.The reference voltage sets LV1 to LV5 serve as a reference for determining which pattern data the received voltage obtained by converting the photocurrent of the avalanche photodiode to the transimpedance amplifier with respect to the received multilevel optical signal is divided into pattern data, The reception voltage can be classified into one of '00', '01', '10', and '11'. If necessary, it may be regarded as noise when LV1 or less or LV5 or more.

제어부(240)는 이러한 기준 전압 세트 추정을 모든 테스트 패턴에 대한 멀티레벨 광신호를 수신한 다음 누적 저장한 수신 전압을 대상으로 수행할 수도 있고, 테스트 패턴에 따른 멀티레벨 광신호를 수신하는 과정 중에 실시간으로 수행할 수도 있으며, 복수의 테스트 패턴을 이용하거나, 동일한 테스트 패턴을 복수회 반복하는 경우 각 단위 테스트 패턴이 수행된 다음 수행할 수도 있다.The control unit 240 may perform the reference voltage set estimation on the basis of the accumulated voltage of the received multi-level optical signal for all the test patterns, or the multi-level optical signal according to the test pattern Or may be performed in real time. Alternatively, when a plurality of test patterns are used, or when the same test pattern is repeated a plurality of times, each unit test pattern may be performed and then performed.

이와 같은 과정을 통해 제어부(240)가 추정한 기준 전압 세트(실시예에서는 LV1 내지 LV5)를 리미팅 증폭기(230)가 참조하여 동작하는데, 리미팅 증폭기(230)는 특정 범위에 속하는 전압을 목표 전압으로 증폭하는 것으로서, 이와 같은 기준 전압 세트를 참조하여 동작하게 되면 트랜스임피던스 증폭기(220)의 수신 전압이 LV1과 LV2 사이라면 데이터 '00'을 나타내는 출력 전압으로 증폭하여 출력하고, LV2와 LV3 사이라면 데이터 '01'을 나타내는 출력 전압으로 증폭하여 출력하며, LV3와 LV4 사이라면 데이터 '10'을 나타내는 출력 전압으로 증폭하여 출력하고, LV4와 LV5 사이라면 데이터 '11'을 나타내는 출력 전압으로 증폭하여 출력한다. The limiting amplifier 230 operates by referring to the reference voltage set (LV1 to LV5 in the embodiment) estimated by the control unit 240. The limiting amplifier 230 outputs the voltage belonging to the specific range as the target voltage When the reception voltage of the transimpedance amplifier 220 is between LV1 and LV2, the reference voltage set is amplified. When the received voltage is between LV1 and LV2, And amplifies and outputs the amplified data to an output voltage indicating '10' if it is between LV3 and LV4 and amplifies and outputs the amplified data to an output voltage that indicates data '11' if it is between LV4 and LV5 .

만일 트랜스임피던스 증폭기(220)의 수신 전압이 LV1 이하이거나 LV5 이상이면 노이즈로 간주하여 동작하지 않을 수 있다. If the reception voltage of the transimpedance amplifier 220 is equal to or lower than LV1 or equal to or higher than LV5, it may be regarded as noise and may not operate.

한편, 도시된 10d와 같이 특정 패턴 데이터로 수신된 수신 전압이 다른 패턴 데이터의 수신 전압 영역과 겹치지 않아 기준 전압 추정에 성공하는 경우가 바람직하지만, 특정 패턴 데이터로 수신된 수신 전압이 다른 패턴 데이터의 전압 영역과 겹쳐 기준 전압 추정을 할 수 없는 경우도 발생할 수 있다. 따라서, 단위 테스트 패턴이 수행된 다음 기준 전압 추정을 수행하여 문제가 있는 경우 다음 단위 테스트 패턴이나 이전 단위 테스트 패턴에 의한 기준 전압 추정 중 성공한 것을 이용할 수도 있다. 물론, 단순 노이즈에 의한 문제일 수 있으므로 단위 테스트 패턴 수행 후 특정 패턴 데이터의 수신 전압이 다른 패턴 데이터의 수신 전압 영역에 속하는 경우 해당 수신 전압을 제외시킬 수도 있다.On the other hand, it is preferable that the reception voltage received with the specific pattern data does not overlap with the reception voltage region of the other pattern data as shown in 10d, so that the reference voltage estimation succeeds. However, It may occur that the reference voltage can not be estimated by overlapping with the voltage region. Therefore, if the reference voltage is estimated after the unit test pattern is performed, if the reference voltage is estimated, the succeeding unit test pattern or the succeeding reference voltage estimation based on the previous unit test pattern may be used. Of course, it may be a problem due to simple noise. Therefore, if the received voltage of the specific pattern data belongs to the received voltage region of the other pattern data after the unit test pattern is performed, the corresponding received voltage may be excluded.

나아가, 상기 제어부(240)는 상기 데이터별로 저장된 수신 전압들 중 상이한 데이터 영역의 전압 분포 범위에 속하는 전압이 존재하는 경우(실질적으로는 이러한 특정 패턴 데이터로 수신된 수신 전압이 다른 패턴 데이터의 전압 영역에 속하는 경우가 기준보다 많은 경우), 상기 광수신부(210)의 애벌런치 포토다이오드 역방향 바이어스 전압을 미리 설정된 복수의 전압 중 하나로 변경해 볼 수 있다. 예를 들어, 도 5를 참조해 볼 때 본 발명의 실시예는 현재 바이어스 전압(BV1)을 기준으로 애벌런치 포토다이오드의 광수신에 따른 광전류 특성을 파악하여 이들을 가장 잘 구분할 수 있는 기준을 마련하는 것을 것인데, 성능의 열화 등에 의해서 수신 멀티레벨 광신호 중 서로 다른 레벨의 광신호지만 이를 광전류로 변환하는 애벌런치 포토다이오드의 현재 바이어스 전압에 따른 광전류 특성이 유사하다면 이를 구분하는 것이 어려울 수 있다. 따라서, 몇 개의 후보 바이어스 전압(BV1 ~BVn)을 마련한 후 단위 테스트 패턴에 의한 기준 전압 추정에 실패하는 경우 제어부(240)가 광수신부(210)의 바이어스 전압을 다음 후보로 변경하여 단위 테스트 패턴에 따른 기준 전압 추정 과정을 수행함으로써 기준 전압 추정 실패 가능성을 낮출 수 있으면서 애벌런치 포토다이오드의 특성을 적응적으로 반영할 수 있게 된다.In addition, when a voltage belonging to a voltage range of a different data region is present among the reception voltages stored for each data (substantially, the reception voltage received in the specific pattern data is a voltage region The back bias voltage of the avalanche photodiode of the light receiving unit 210 may be changed to one of a plurality of preset voltages. For example, referring to FIG. 5, the embodiment of the present invention grasps the photocurrent characteristic according to the light reception of the avalanche photodiode based on the present bias voltage BV1, However, it may be difficult to distinguish the optical signals of different levels among the received multi-level optical signals due to deterioration of performance or the like if the photocurrent characteristics are similar to the current bias voltage of the avalanche photodiode that converts the optical signals into the photocurrent. Therefore, if the reference voltage estimation by the unit test pattern fails after the provision of several candidate bias voltages BV1 to BVn, the control unit 240 changes the bias voltage of the light reception unit 210 to the next candidate, It is possible to reduce the possibility of the reference voltage estimation failure and reflect the characteristics of the avalanche photodiode adaptively.

이를 통해서 실제 설치 환경에서 상대 광송신 장치로부터 약속된 테스트 패턴에 따른 멀티레벨 광신호를 수신하여 수신 광전류에 따른 전압을 테스트 패턴 별로 분류한 후 각 분류(패턴 데이터)를 구분하기 위한 기준 전압 세트를 추정함으로써 수신 광전력에 따라 상이한 특성을 보이는 개별 애벌런치 포토다이오드의 실제 사용 환경에 따른 특성을 반영한 해상도 개선이 가능하게 된다.Through this, a multi-level optical signal according to the test pattern promised by the relative optical transmission apparatus is received from the relative optical transmission apparatus, the voltage according to the received photocurrent is classified according to the test pattern, and a reference voltage set for distinguishing each classification (pattern data) It is possible to improve the resolution reflecting the characteristics of the individual avalanche photodiodes showing different characteristics according to the received optical power according to the actual use environment.

이러한 과정은 초기 설치시 한 번만 수행할 수도 있으나 실제 트랜스미터가 구성된 장비들의 기동 시마다 수행하거나 주기적으로 수행할 수도 있고 통신 성능이 낮아지는 경우 수행할 수도 있어 환경의 변화나 성능의 열화가 발생하더라도 항상 최적 상태의 수신 성능을 제공할 수 있도록 적응적으로 최적화될 수 있다.This process can be performed only once at the initial installation, but it can be performed when the actual transmitter is performed at the startup of the configured devices, periodically, or when the communication performance is lowered. Therefore, even if the environment changes or the performance deteriorates, Lt; RTI ID = 0.0 > and / or < / RTI > state reception performance.

도 11은 본 발명의 동작 과정을 설명하기 위한 순서도이다.11 is a flowchart for explaining an operation procedure of the present invention.

도시된 바와 같이 약속된 시점이거나 소정의 조건에 따라 상대측 멀티레벨 광송신 장치가 레이저 다이오드를 통해서 미리 약속된 테스트 패턴에 따른 멀티레벨 광신호 제공을 시작한다. As shown in the figure, the counterpart multilevel optical transmission apparatus starts to provide the multi-level optical signal according to the test pattern previously promised through the laser diode according to the predetermined time or predetermined condition.

본 발명의 실시예에 따른 멀티레벨 광수신 장치는 광선로를 통해 멀티레벨 광신호를 수신하는데, 멀티레벨 광수신 장치의 애벌런치 포토다이오드가 수신 광신호에 대응되는 광전류를 생성하며, 멀티레벨 광수신 장치의 트랜스임피던스 증폭기가 해당 광전류를 전압으로 변환 및 증폭하여 수신 전압을 생성한다.A multilevel optical receiving apparatus according to an embodiment of the present invention receives a multilevel optical signal through an optical line. The avalanche photodiode of the multilevel optical receiving apparatus generates a photocurrent corresponding to the received optical signal, The transimpedance amplifier of the device converts and converts the photocurrent into a voltage to generate the receive voltage.

멀티레벨 광수신 장치의 제어부는 약속된 테스트 패턴에 따라 트랜스임피던스 증폭기의 수신 전압을 분류한다. The control unit of the multilevel optical receiving apparatus classifies the received voltage of the transimpedance amplifier according to the promised test pattern.

제어부는 패턴에 따라 분류된 수신 전압의 분포 영역을 고려하여 각 패턴을 구분할 수 있는 기준 전압 세트를 추정한다.The control unit estimates a reference voltage set capable of distinguishing each pattern in consideration of the distribution area of the reception voltage classified according to the pattern.

트랜스임피던스 증폭기의 수신 전압을 수신하는 멀티레벨 광수신 장치의 리미팅 증폭기는 추정된 기준 전압 세트를 이용하여 수신 전압을 구분 증폭하여 복수의 상이한 출력 전압으로 제공함으로서 수신 전압을 변조 방식에 대응되는 멀티레벨로 구분할 수 있도록 한다. The limiting amplifier of the multilevel optical receiving apparatus that receives the receiving voltage of the transimpedance amplifier amplifies the receiving voltage by using the estimated reference voltage set and provides it with a plurality of different output voltages so that the receiving voltage is multiplied by the multi- .

예를 들어 PAM 4 변조 방식의 멀티레벨인 경우 제어부는 수신 테스트 패턴을 2비트 데이터 '00', '01', '10', '11'로 구분하고 그에 대응되는 수신 전압 분포를 분류하여 기준 전압 세트를 추정하며, 리미팅 증폭기는 수신 전압을 해당 기준 전압 세트를 통해서 해당 수신 전압이 '00', '01', '10', '11' 에 대응되는 전압 범위 중 어디에 속하는 지 구분하여 이들을 구분하기 위해 미리 설정된 복수의 전압중 하나로 출력한다.For example, in the case of the multi-level of the PAM 4 modulation scheme, the controller divides the received test pattern into 2-bit data '00', '01', '10', '11' And the limiting amplifier identifies the reception voltage belonging to the voltage range corresponding to '00', '01', '10', and '11' through the corresponding reference voltage set to distinguish them And outputs it to one of a plurality of voltages preset in advance.

이와 같이 비교적 간단한 구성 만을 통해서 트랜스미터 수준에서 각 장치들 간 수신 성능 최적화가 가능하므로 낮은 비용으로 통신 품질을 개선할 수 있게 된다.Thus, it is possible to optimize the reception performance between the devices at the transmitter level only through a relatively simple configuration, thereby improving the communication quality at a low cost.

한편, 앞서 언급된 광송신 장치나 광수신 장치의 제어부는 제어 기능을 가지는 능동 및 수동 소자의 조합을 포함하는 전자회로로 구성될 수 있고, 마이크로 콘트롤러나 그와 동등한 제어 수단을 포함하는 칩으로 구성될 수도 있는 등, 그 구체적인 구현 방식은 알려져 있는 다양한 방법들을 포괄할 수 있다. Meanwhile, the control unit of the above-mentioned optical transmitting apparatus or optical receiving apparatus may be composed of an electronic circuit including a combination of active and passive elements having a control function, and may be constituted by a chip including a microcontroller or equivalent control means And the concrete implementation method thereof may encompass various known methods.

전술된 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

100: 멀티레벨 광송신 장치 110: 구동부
120: 레이저 다이오드 130: 제어부
140: 테스트 패턴 저장부 200: 멀티레벨 광수신 장치
210: 광수신부 220: 트랜스임피던스 증폭기
230: 리미팅 증폭기 235: 기준 전압 세트
240: 제어부 250: 테스트 패턴 저장부
100: Multilevel optical transmitter 110:
120: laser diode 130:
140: Test pattern storage unit 200: Multilevel optical receiver
210: optical receiver 220: transimpedance amplifier
230: Limiting amplifier 235: Reference voltage set
240: control unit 250: test pattern storage unit

Claims (12)

광선로를 통해 연결된 상대측 광송신 장치로부터 미리 약속된 테스트 패턴에 따른 멀티레벨 광신호를 수신하여 대응되는 광전류를 출력하는 포토다이오드를 포함한 광수신부와;
상기 광 수신부의 포토다이오드 광전류를 수신 전압으로 변환 및 증폭하는 트랜스임피던스 증폭기와;
상기 트랜스임피던스 증폭기의 수신 전압을 약속된 테스트 패턴의 각 패턴 별로 분류하여 각 패턴을 구분할 수 있는 기준 전압 세트를 추정하는 제어부와;
상기 트랜스임피던스 증폭기의 수신 전압을 상기 제어부에서 추정한 기준 전압 세트에 따라 구분 증폭하여 복수의 상이한 출력 전압으로 제공하는 리미팅 증폭기를 포함하되,
상기 테스트 패턴은 다양한 멀티레벨 광신호를 제공하기 위해 마련된 일련의 데이터 세트이며,
상기 제어부는 상기 트랜스임피던스 증폭기의 수신 전압을 약속된 테스트 패턴의 데이터를 기준으로 상이한 데이터에 대응되는 수신 전압을 구분하여 저장하면서 데이터별로 저장된 수신 전압들의 분포 범위를 기준으로 각 데이터를 구분할 수 있는 기준 전압을 각 데이터별 수신 전압 분포 범위 사이에서 각각 추정하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 광신호 수신성능이 개선된 광수신 장치.
A light receiving unit including a photodiode receiving a multilevel optical signal according to a predetermined test pattern from a partner optical transmission apparatus connected through an optical line and outputting a corresponding photocurrent;
A transimpedance amplifier for converting and amplifying photodiode photocurrent of the light receiving unit into a receiving voltage;
A control unit for classifying a received voltage of the transimpedance amplifier according to each pattern of the promised test pattern and estimating a reference voltage set capable of distinguishing each pattern;
And a limiting amplifier for amplifying the received voltage of the transimpedance amplifier according to a reference voltage set estimated by the controller to provide a plurality of different output voltages,
The test pattern is a set of data provided to provide various multi-level optical signals,
Wherein the controller divides the received voltage of the transimpedance amplifier by the received test pattern data and divides the received voltage corresponding to the different data, And the voltage is estimated between the reception voltage distribution range for each data, respectively.
삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 제어부는 상기 데이터별로 저장된 수신 전압들 중 상이한 데이터 영역의 전압 분포 범위에 속하는 전압이 존재하는 경우 상기 광수신부의 포토다이오드 역방향 바이어스 전압을 미리 설정된 복수의 전압 중 하나로 변경하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 광신호 수신성능이 개선된 광수신 장치.
The method of claim 1, wherein the control unit changes the photodiode reverse bias voltage of the light receiving unit to one of a plurality of preset voltages when there is a voltage belonging to a voltage distribution range of different data areas among the reception voltages stored for the data Wherein the light receiving device has improved performance of receiving multi-level optical signals.
청구항 1에 있어서, 상기 상대측 광송신 장치와 약속된 멀티레벨 신호의 전송 패턴인 테스트 패턴을 저장하여 상기 제어부에 제공하는 테스트 패턴 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 광신호 수신성능이 개선된 광수신 장치.
The optical transmission apparatus according to claim 1, further comprising a test pattern storage unit for storing a test pattern, which is a transmission pattern of a multilevel signal promised to the partner optical transmission apparatus, and providing the test pattern to the control unit. Optical receiver.
청구항 1에 있어서, 상기 포토다이오드는 애벌런치 포토다이오드인 것을 특징으로 하는 멀티레벨 광신호 수신성능이 개선된 광수신 장치.
The optical receiver according to claim 1, wherein the photodiode is an avalanche photodiode.
청구항 1에 있어서, 상기 멀티레벨 광신호는 PAM-4나 PAM-8 변조에 따른 광신호인 것을 특징으로 하는 멀티레벨 광신호 수신성능이 개선된 광수신 장치.
The optical receiver of claim 1, wherein the multi-level optical signal is an optical signal according to PAM-4 or PAM-8 modulation.
청구항 1에 있어서, 상기 제어부 동작은 초기 구동이나 미리 설정된 주기 또는 별도의 외부 요청 신호에 따라 수행되는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 광신호 수신성능이 개선된 광수신 장치.
The optical receiver as claimed in claim 1, wherein the controller operation is performed according to an initial driving operation or a predetermined period or a separate external request signal.
광신호를 수신하여 대응되는 광전류를 출력하는 애벌런치 포토다이오드를 포함하는 광수신부를 통해 광선로를 통해 연결된 상대측 광송신 장치로부터 미리 약속된 테스트 패턴에 따른 멀티레벨 광신호를 수신하는 단계와;
트랜스임피던스 증폭기를 통해 상기 광수신부의 애벌런치 포토다이오드 광전류를 수신 전압으로 변환 및 증폭하는 단계와;
제어부가 상기 트랜스임피던스 증폭기의 수신 전압을 약속된 테스트 패턴의 각 패턴 별로 분류하여 각 패턴을 구분할 수 있는 기준 전압 세트를 추정하는 단계와;
리미팅 증폭기가 상기 트랜스임피던스 증폭기의 수신 전압을 상기 제어부에서 추정한 기준 전압 세트에 따라 구분 증폭하여 복수의 상이한 출력 전압으로 제공하는 단계를 포함하되,
상기 테스트 패턴은 다양한 멀티레벨 광신호를 제공하기 위해 마련된 일련의 데이터 세트이며,
상기 기준 전압 세트를 추정하는 단계는 상기 트랜스임피던스 증폭기의 수신 전압을 약속된 테스트 패턴의 데이터를 기준으로 상이한 데이터에 대응되는 수신 전압을 구분하여 저장하면서 데이터별로 저장된 수신 전압들의 분포 범위를 기준으로 각 데이터를 구분할 수 있는 기준 전압을 각 데이터별 수신 전압 분포 범위 사이에서 각각 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 광신호 수신성능이 개선된 광수신 방법.
Receiving a multilevel optical signal according to a predetermined test pattern from a counterpart optical transmission apparatus connected through an optical line through a light receiving unit including an avalanche photodiode receiving an optical signal and outputting a corresponding photocurrent;
Converting and converting the avalanche photodiode photocurrent of the light receiving portion into a receiving voltage through a transimpedance amplifier;
The control unit classifying the received voltage of the transimpedance amplifier for each pattern of the promised test pattern and estimating a reference voltage set capable of distinguishing each pattern;
Amplifying the received voltage of the transimpedance amplifier according to a reference voltage set estimated by the controller, and providing the amplified voltage to a plurality of different output voltages,
The test pattern is a set of data provided to provide various multi-level optical signals,
Wherein the step of estimating the reference voltage set comprises: dividing the received voltage of the transimpedance amplifier by the received test data corresponding to different data, And estimating a reference voltage capable of distinguishing data between a range of receiving voltage distributions for each data, respectively.
삭제delete 삭제delete 청구항 9에 있어서, 상기 기준 전압 세트를 추정하는 단계는 상기 데이터별로 저장된 수신 전압들 중 상이한 데이터 영역의 전압 분포 범위에 속하는 전압이 존재하는 경우 상기 광수신부의 애벌런치 포토다이오드 역방향 바이어스 전압을 미리 설정된 복수의 전압 중 하나로 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 광신호 수신성능이 개선된 광수신 방법.[12] The method of claim 9, wherein the step of estimating the reference voltage set comprises: if a voltage belonging to a voltage distribution range of a different data region among the reception voltages stored for each data exists, the avalanche photodiode reverse bias voltage of the light reception unit is preset And converting the received signal into one of a plurality of voltages.
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