KR102028193B1

KR102028193B1 - 단일 모듈 양방향 광 송수신 시스템

Info

Publication number: KR102028193B1
Application number: KR1020150154493A
Authority: KR
Inventors: 정수용; 이종진; 강현서; 이세형; 김희승
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2015-11-04
Filing date: 2015-11-04
Publication date: 2019-10-04
Also published as: US9906301B2; KR20170052257A; US20170126317A1

Abstract

본 발명은 단일 모듈 양방향 광 송수신 시스템에 관한 것이다.
이에 따른 본 발명은, 하향 신호를 변환하여 광신호를 송신하고, 수신되는 광신호를 변환하여 상향 신호를 획득하는 송신부 및 상기 상향 신호를 변환하여 상기 광신호를 송신하고, 상기 수신되는 광신호를 변환하여 상기 하향 신호를 획득하는 수신부를 포함하되, 상기 송신부 및 상기 수신부는 모니터 수신 모듈을 내장하는 하나의 광 송신 모듈로 구성되며, 상기 하나의 광 송신 모듈을 통해 상기 광신호를 송신하고, 상기 모니터 수신 모듈을 통해 상기 광신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 단일 모듈 양방향 광 송수신 시스템에 관한 것이다.

Description

단일 모듈 양방향 광 송수신 시스템{Single module bi-directional optical transmitting and receiving System}

본 발명은 단일 모듈 양방향 광 송수신 시스템에 관한 것이다.

일반적인 광 통신 시스템에서 송신부는 레이저 다이오드(Laser Diode; LD)를 이용하여 송신하고자 하는 데이터를 광신호로 송신하는 광 송신기로 구성되고, 수신부는 포토 다이오드(Photo Diode; PD)를 이용하여 수신된 광신호를 전기 신호로 변환하여 데이터를 획득하는 광 수신기로 구성된다.

한편, 양방향 통신을 지원하는 광 통신 시스템(이하, 양방향 광 송수신 시스템)에서는 송신부와 수신부가 모두 광신호를 송신하고 수신할 수 있어야 한다. 따라서, 송신부와 수신부에는 각각의 레이저 다이오드(Laser Diode; LD)와 포토 다이오드(Photo Diode; PD)가 모두 구비되어야 한다. 결과적으로 양방향 광 송수신 시스템을 구성하기 위하여는, 두 개의 레이저 다이오드와 두 개의 포토 다이오드가 필요하다.

이러한 양방향 광 송수신 시스템의 구조는 고속 송수신을 요구하지 않는 경우에도 마찬가지로 적용된다. 예를 들어, HDMI 시스템에서 영상과 음성 데이터의 경우에는 단방향 전송만을 요구하기 때문에, 송신부(Source)는 레이저 다이오드를, 수신부(Display)는 포토 다이오드를 구비하면, 영상과 음성 데이터를 원활하게 송수신할 수 있다. 그러나 HDMI 시스템에서 영상의 최적화 및 저작권 보호를 위해 사용되는 DDC(Display Data Channel) 신호의 경우에는 I2C 통신 규격에 따라 양방향 통신을 요구한다. 이때 요구되는 데이터 전송 속도는 수백 Kbps로 일반적인 광 통신 시스템에 비해 낮은 속도이지만, 양방향 통신을 지원하기 위하여 송신부와 수신부는 레이저 다이오드와 포토 다이오드를 각각 한 개씩 구비하여야 한다.

그에 따라, 기존의 HDMI 시스템에서는 광 송수신 시스템 제작에 드는 과도한 비용을 이유로, DDC 채널을 광 채널로 구성하지 못하고 와이어(wire)로 구성하여 전기 신호에 의한 송수신만을 지원하였다. 그러나 전기 신호를 이용하는 경우 장거리 전송이 어렵다는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 양방향 광 송수신 시스템의 송신부와 수신부를 레이저 다이오드와 포토 다이오드로 구성하지 않고, 레이저 다이오드에 내장되는 모니터 포토 다이오드를 이용하여 단일 모듈로 구성하는 단일 모듈 양방향 광 송수신 시스템을 제공한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 단일 모듈 양방향 광 송수신 시스템은, 하향 신호를 변환하여 광신호를 송신하고, 수신되는 광신호를 변환하여 상향 신호를 획득하는 송신부 및 상기 상향 신호를 변환하여 상기 광신호를 송신하고, 상기 수신되는 광신호를 변환하여 상기 하향 신호를 획득하는 수신부를 포함하되, 상기 송신부 및 상기 수신부는 모니터 수신 모듈을 내장하는 하나의 광 송신 모듈로 구성되며, 상기 하나의 광 송신 모듈을 통해 상기 광신호를 송신하고, 상기 모니터 수신 모듈을 통해 상기 광신호를 수신하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 단일 모듈 양방향 광 송수신 시스템은, 송신부 및 수신부를 각각의 레이저 다이오드와 포토 다이오드로 구성하는 종래 기술에 비하여, 제조 비용을 줄일 수 있도록 한다.

또한, 본 발명에 따른 단일 모듈 양방향 광 송수신 시스템은, HDMI의 DDC 채널과 같이 고송 통신을 요구되지 않으나, 양방향 송수신이 요구되는 광 통신 시스템을 구성함에 있어서 유용하게 사용될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 단일 모듈 양방향 광 송수신 시스템은, 상호 스펙트럼(cross spectrum) 기법을 이용한 노이즈 제거를 적용하여 광 송수신 특성을 향상시킬 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 단일 모듈 양방향 광 송수신 시스템의 구조를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 단일 모듈 양방향 광 송수신 시스템에서 수신되는 광신호의 세기에 따른 모니터 포토 다이오드의 출력 전류를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 단일 모듈 반이중(Half Duplex) 양방향 광 송수신 시스템의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 단일 모듈 전이중(Full duplex) 양방향 광 송수신 시스템의 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 상호 스펙트럼 기법이 적용된 단일 모듈 반이중 양방향 광 송수신 시스템의 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 상호 스펙트럼 기법이 적용된 단일 모듈 전이중 양방향 광 송수신 시스템의 구조를 나타낸 도면이다.

본 명세서의 실시 예를 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명은 생략될 수 있다.

본 명세서에서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 “연결되어 있다.”거나 “접속되어 있다.”라고 언급된 때에는, 해당 구성 요소가 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있는 경우뿐만 아니라, 해당 구성 요소와 다른 구성 요소의 사이에 다른 구성 요소가 존재하는 경우도 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용되는 "포함한다," "포함할 수 있다." 등의 표현은 개시된 해당 기능, 동작, 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작, 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 명세서에서, "포함하다." 또는 "가지다." 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 　

본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.

본 발명에서는 양방향 광 송수신 시스템에 있어서 송신부 및 수신부를 단일 광 모듈로 구성할 수 있다. 단일 광 모듈은 광 송신 모듈로 구성될 수 있으며, 일 예로 단일 광 모듈은 레이저 다이오드로 구성될 수 있다.

본 발명의 다양한 실시 예에서 단일 광 모듈은 수직 캐비티 표면 광 방출 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser; VCSEL), 다중모드 레이저 다이오드(Fabrey Perot Laser Diode; FP-LD), 분포 귀환형 레이저 다이오드(Distributed FeedBack Laser Diode; DFB-LD) 등으로 구성될 수 있다. 또는, 단일 광 모듈은 반사형 반도체 광 증폭기(Reflective Semiconductor Optical Amplifier; RSOA)로 구성될 수 있다. 특히, 수직 캐비티 표면 광 방출 레이저나 다중모드 레이저 다이오드는 광신호의 수신 시 신호의 폭(variation)이 작으므로, 본 발명에서는 수신 광신호의 폭이 보다 넓은 RSOA를 이용할 수 있다.

일반적으로, RSOA와 같은 레이저 다이오드 등의 광 송신 모듈에는 모니터 포토 다이오드(monitor Photo Diode; mPD)가 내장되어 있다. 모니터 포토 다이오드는 수신되는 광신호를 검출할 수 있도록 구성되므로, 본 발명에서는 광 송신 모듈에 내장되는 모니터 포토 다이오드를 광 수신기로 이용한다.

결과적으로, 본 발명에서는 광 송신 모듈이 광 송신기로 동작함과 동시에, 내장된 모니터 포토 다이오드를 이용하여 광 수신기로도 동작하도록 구성되며, 그에 따라 송신부와 수신부가 하나의 광 송신 모듈만을 이용하여 양방향 통신을 수행할 수 있도록 하는 단일 모듈 양방향 광 송수신 시스템을 구현한다.

도 1은 상기한 바에 따라, RSOA를 이용하여 구성된 본 발명에 따른 단일 모듈 양방향 광 송수신 시스템(100)의 구조를 간략하게 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 단일 모듈 양방향 광 송수신 시스템(100)은 송신부(110) 및 수신부(120)를 포함하여 구성된다. 상술한 바와 같이, 송신부(110) 및 수신부(120)는 각각 하나의 RSOA(111, 121)로 구성된다. 또한, 송신부(110) 및 수신부(120)는 RSOA(111, 121)에 연결되는 레이저 다이오드 드라이버(112, 122)를 포함하여 구성될 수 있다.

송신부(110) 및 수신부(120)를 광섬유(130)로 연결하면, 송신부(110)의 RSOA(111)에서 송신되는 광신호(하향 신호)가 수신부(120)의 RSOA(121)에 구비되는 모니터 포토 다이오드를 통하여 수신될 수 있다. 마찬가지로, 수신부(120)의 RSOA(121)에서 송신되는 광신호(상향 신호)는 송신부(110)의 RSOA(111)에 구비되는 모니터 포토 다이오드를 통하여 수신될 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 단일 모듈 양방향 광 송수신 시스템(100)의 RSOA(111, 121)에서 수신되는 광신호의 세기에 따른 모니터 포토 다이오드의 출력 전류를 나타낸 그래프이다.

도 2를 참조하면, 송신부(110)와 수신부(120)를 각각 하나의 RSOA(111, 121)로 구성하고, 송신부(110)와 수신부(120)를 광섬유(130)로 연결하였을 때, RSOA(111, 121)에서 수신되는 광신호의 세기가 셀수록 모니터 포토 다이오드에서 출력되는 전류도 증가함을 알 수 있다. 그에 따라, 송신부(110)의 ASE (Amplified Spontaneous Emission) 광원 신호를 변조하여 RSOA(111)를 통해 전송하였을 때, 수신부(120)에 위치한 RSOA(121)의 모니터 포토 다이오드를 통하여 광신호의 추출이 가능함을 알 수 있다.

이하에서는, 상기한 바에 따라 단일 광 송신 모듈로 구성된 송신부 및 수신부를 포함하는 양방향 광 송수신 시스템의 보다 구체적인 구성을 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 단일 모듈 반이중(Half Duplex) 양방향 광 송수신 시스템의 구조를 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 단일 모듈 반이중 양방향 광 송수신 시스템(300)은 송신부(310) 및 수신부(320)를 포함하여 구성된다. 송신부(310)는 전기 신호 형태의 하향 신호를 광신호로 변환하여 수신부(320)로 송신하거나, 수신부(320)로부터 수신되는 광신호 형태의 상향 신호를 전기 신호로 변환한다. 수신부(320)는 전기 신호 형태의 상향 신호를 광신호로 변환하여 송신부(310)로 송신하거나, 송신부(310)로부터 수신되는 광신호 형태의 하향 신호를 전기 신호로 변환한다.

이를 위하여, 송신부(310) 및 수신부(320)는 각각 하나의 광 송신 모듈(311, 321)로 구성되며, 광 송신 모듈(311, 321)은 모니터 수신 모듈(312, 322)을 포함한다. 도 3에서는, 광 송신 모듈(311, 321)이 RSOA이며, 송신부(310) 및 수신부(320)를 구성하는 각각의 RSOA가 모니터 포토 다이오드를 내장한 실시 예를 도시하였다.

이하에서는, 송신부(310) 및 수신부(320)의 구체적인 구성을 상세히 설명한다.

송신부(310)는 하향 신호를 수신부(320)로 송신하거나, 수신부(320)로부터 상향 신호를 수신한다.

송신부(310)는 구동 회로(driver)(313)를 통하여 전기 신호 형태의 하향 신호를 광신호로 변환하고, 변환된 광신호를 광 송신 모듈(311)을 통해 출력한다. 출력된 광신호는 광섬유(330)를 통해 수신부(320)로 전송될 수 있다.

또한, 송신부(310)는 광섬유(330)를 통해 전송되는 광신호를 광 송신 모듈(311)에 내장된 모니터 광 수신 모듈(312)을 통해 수신한다. 모니터 광 수신 모듈(312)은 수신된 광신호를 전기 신호로 변환하고 전류를 출력한다. TIA(Trans Impedance Amplifier)(314)는 모니터 광 수신 모듈(312)로부터 출력되는 전류를 증폭하고 전압 신호로 변환하여 출력한다. LA(Limiting Amplifier)(315)는 TIA(314)로부터 출력되는 전압 신호를 디지털 신호로 변환하여 증폭한다.

이때, 송신부(310)는 스위치(316)를 이용하여 하향 신호의 송신과 상향 신호의 수신을 교대로 제어할 수 있다.

수신부(320)는 상향 신호를 송신부(310)로 송신하거나, 송신부(310)로부터 하향 신호를 수신한다.

수신부(320)는 구동 회로(323)를 통하여 전기 신호 형태의 상향 신호를 광신호로 변환하고, 변환된 광신호를 광 송신 모듈(321)을 통해 출력한다. 출력된 광신호는 광섬유(330)를 통해 송신부(310)로 전송될 수 있다.

또한, 수신부(320)는 광섬유(330)를 통해 전송되는 광신호를 광 송신 모듈(321)에 내장된 모니터 광 수신 모듈(322)을 통해 수신한다. 모니터 광 수신 모듈(322)은 수신된 광신호를 전기 신호로 변환하고 전류를 출력한다. TIA(324)는 모니터 광 수신 모듈(322)로부터 출력되는 전류를 증폭하고 전압 신호로 변환하여 출력한다. LA(325)는 TIA(324)로부터 출력되는 전압 신호를 디지털 신호로 변환하여 증폭한다.

이때, 수신부(320)는 스위치(326)를 이용하여 상향 신호의 송신과 하향 신호의 수신을 교대로 제어할 수 있다.

도 3에 도시된 송신부(310) 및 수신부(320)는 상술한 바와 같이 스위치(316, 326)를 이용하여 송수신을 제어하며, 그에 따라 도 3에 도시된 실시 예는 반이중 양방향 광 송수신 시스템으로 동작한다. 따라서, 도 3의 실시 예에 따른 단일 모듈 반이중 양방향 광 송수신 시스템(300)은 DDC 등과 같이 I2C 통신 규격에 따르는 통신 시스템에 적용될 수 있다.

도 3과 같이 송신부(310)와 수신부(320)에 각각 하나의 광 송신 모듈(311, 321)을 이용하여 전이중 양방향 광 송수신을 지원하고자 하는 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 시스템을 구성할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 단일 모듈 전이중(Full duplex) 양방향 광 송수신 시스템의 구조를 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 단일 모듈 전이중 양방향 광 송수신 시스템(400)은 송신부(410) 및 수신부(420)를 포함하여 구성된다. 도 3에서와 마찬가지로, 송신부(310) 및 수신부(420)는 각각 하나의 광 송신 모듈(411, 421)로 구성되며, 광 송신 모듈(411, 421)은 모니터 수신 모듈(412, 422)을 포함한다. 도 4에서는 광 송신 모듈(411, 421)이 RSOA이며, 송신부(410) 및 수신부(420)를 구성하는 각각의 RSOA가 모니터 포토 다이오드를 내장한 실시 예를 도시하였다.

도 4에 도시된 단일 모듈 전이중 양방향 광 송수신 시스템(400)의 송신부(410) 및 수신부(420)는 전이중 양방향 송수신을 지원하기 위해, 도 3과 비교하여 곱셈기(413, 426) 및 필터부(416, 425, 427)를 더 포함하여 구성된다. 즉, 송신부(410) 및 수신부(420)는 곱셈기(413, 426) 및 필터부(416, 425, 427)를 이용하여 상향 신호와 하향 신호를 분리할 수 있다. 상향 신호와 하향 신호의 주파수 대역이 다른 경우, 송신부(410) 및 수신부(420)는 필터부(416, 425, 427)만을 이용하여 상향 신호와 하향 신호를 분리할 수 있으며, 상향 신호와 하향 신호의 주파수 대역이 동일한 경우에는 곱셈기(413, 426)를 이용하여 두 신호 중 하나를 상향 변환(up conversion)한 후 필터부(416, 425, 427)를 이용하여 상향 신호와 하향 신호를 분리할 수 있다.

송신부(410)는 하향 신호를 수신부(420)로 송신하거나, 수신부(420)로부터 상향 신호를 수신한다.

송신부(410)는 곱셈기(413)를 통해 하향 신호와 임의의 주파수 신호 fc를 연산하여 하향 신호의 중심 주파수를 변환한다. 이후에 변환된 전기 신호 형태의 하향 신호는 구동 회로(414)를 통하여 광신호로 변환되고, 광 송신 모듈(411)을 통해 출력된다. 출력된 광신호는 광섬유(430)를 통해 수신부(420)로 전송될 수 있다.

또한, 송신부(410)는 광섬유(430)를 통해 전송되는 광신호를 광 송신 모듈(411)에 내장된 모니터 광 수신 모듈(412)을 통해 수신한다. 모니터 광 수신 모듈(412)은 수신된 광신호를 전기 신호로 변환하고 전류를 출력한다. TIA(415)는 모니터 광 수신 모듈(412)로부터 출력되는 전류를 증폭하고 전압 신호로 변환하여 출력한다. 필터부(416)는 변환된 전압 신호를 상향 신호를 위하여 기설정된 주파수 대역으로 필터링한다. 일 실시 예에서, 필터부(416)는 저역 통과 필터(Low Pass Filter; LPF)로 구성될 수 있다. LA(417)는 필터부(416)로부터 출력되는 전압 신호를 디지털 신호로 변환하여 증폭한다.

수신부(420)는 상향 신호를 송신부(410)로 송신하거나, 송신부(410)로부터 하향 신호를 수신한다.

수신부(420)는 구동 회로(423)를 통하여 전기 신호 형태의 상향 신호를 광신호로 변환하고, 변환된 광신호를 광 송신 모듈(421)을 통해 출력한다. 출력된 광신호는 광섬유(430)를 통해 송신부(410)로 전송될 수 있다.

또한, 수신부(420)는 광섬유(430)를 통해 전송되는 광신호를 광 송신 모듈(421)에 내장된 모니터 광 수신 모듈(422)을 통해 수신한다. 모니터 광 수신 모듈(422)은 수신된 광신호를 전기 신호로 변환하고 전류를 출력한다. TIA(424)는 모니터 광 수신 모듈(422)로부터 출력되는 전류를 증폭하고 전압 신호로 변환하여 출력한다. 제1 필터부(425)는 변환된 전압 신호를 하향 신호를 위하여 기설정된 주파수 대역으로 필터링한다. 일 실시 예에서, 제1 필터부(425)는 대역 통과 필터(Band Pass Filter; BPF)로 구성될 수 있다. 곱셈기(426)는 제1 필터부(425)에서 필터링된 전압 신호와 임의의 주파수 신호 fc를 연산하여 전압 신호의 중심 주파수를 변환한다. 제2 필터부(427)는 중심 주파수가 변환된 전압 신호를 다시 한번 하향신호를 위해 기설정된 주파수 대역으로 필터링한다. 일 실시 예에서, 제2 필터부(427)는 저역 통과 필터로 구성될 수 있다. LA(428)는 제2 필터부(427)로부터 출력되는 전압 신호를 디지털 신호로 변환하여 증폭한다.

도 4의 실시 예에서는, 하향 신호의 주파수 대역을 변조하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 다른 실시 예에서는 상향 신호의 주파수 대역이 변조될 수 있다. 이 경우, 송신부(410)와 수신부(420)의 구조는 서로 바뀔 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 상호 스펙트럼 기법이 적용된 단일 모듈 반이중 양방향 광 송수신 시스템의 구조를 나타낸 도면이다.

한 개의 송신기에서 송신된 하향 신호를 두 개의 수신기로 수신할 경우, 두 개의 수신기에서 수신한 신호를 상호 상관(cross correlation)시키면 하향 신호는 두 신호에 포함된 하향 신호는 상관관계에 있기 때문에 증폭되는 반면, 노이즈 신호는 비상관(uncorrelated) 관계에 있기 때문에 제거된다. 상호 스펙트럼 기법은 이러한 원리를 이용하는 것으로, 두 개의 수신기를 이용하여 하향 신호를 수신함으로써 하향 신호에 포함되는 노이즈를 제거하는 기법이다.

상술한 바에 따르면, 상호 스펙트럼 기법을 적용하기 위해서는 두 개의 수신기가 필요하다. 그러나 RSOA의 경우, 입력되는 광의 파워가 변화하게 되면 RSOA 내부의 캐리어 밀도(carrier density)가 변화하게 되고, 캐리어 밀도의 변화는 RSOA의 인가전압 변화를 일으킨다. 그에 따라, RSOA는 그 자체로 수신기로 동작할 수 있게 된다.

이러한 특성을 이용하면, RSOA 자체에서 수신되는 신호와 RSOA에 내장된 모니터링 포토 다이오드에서 수신되는 신호를 이용하여 상호 스펙트럼 기법을 적용할 수 있다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 상호 스펙트럼 기법이 적용된 단일 모듈 반이중 양방향 광 송수신 시스템(500)은 송신부(510) 및 수신부(520)를 포함하여 구성된다. 송신부(510) 및 수신부(520)는 각각 하나의 광 송신 모듈(511, 521)로 구성되며, 광 송신 모듈(511, 521)은 모니터 수신 모듈(512, 522)을 포함한다. 도 5에서는, 광 송신 모듈(511, 521)이 RSOA이며, 송신부(510) 및 수신부(520)를 구성하는 각각의 RSOA가 모니터 포토 다이오드를 내장한 실시 예를 도시하였다.

송신부(510)는 하향 신호를 수신부(520)로 송신하거나, 수신부(520)로부터 상향 신호를 수신한다.

송신부(510)는 구동 회로(513)를 통하여 전기 신호 형태의 하향 신호를 광신호로 변환하고, 변환된 광신호를 광 송신 모듈(511)을 통해 출력한다. 출력된 광신호는 광섬유(530)를 통해 수신부(520)로 전송될 수 있다.

또한, 송신부(510)는 광섬유(530)를 통해 전송되는 광신호를 광 송신 모듈(511)에 내장된 모니터 광 수신 모듈(512)을 통해 수신한다. 모니터 광 수신 모듈(512)은 수신된 광신호를 전기 신호로 변환하고 전류를 출력한다. TIA(514)는 모니터 광 수신 모듈(512)로부터 출력되는 전류를 증폭하고 전압 신호로 변환하여 출력한다. 제1 LA(515-1)는 TIA(514)로부터 출력되는 전압 신호를 디지털 신호로 변환하여 증폭한다.

본 발명의 실시 예에서, 송신부(510)는 광 송신 모듈(511) 자체에서 광섬유(530)를 통해 전송되는 광신호를 수신하도록 구현된다. 광 송신 모듈(511)에서 수신된 광신호는 제2 LA(515-2)를 통하여 디지털 신호로 변환된다.

상호 스펙트럼 연산부(516)는 제1 LA(515-1) 및 제2 LA(515-2)로부터 출력되는 신호에 상호 스펙트럼 기법을 적용하여, 노이즈를 제거한다.

송신부(510)는 복수의 스위치(517-1, 517-2)를 이용하여 하향 신호의 송신과 상향 신호의 수신을 교대로 제어할 수 있다.

수신부(520)는 상향 신호를 송신부(510)로 송신하거나, 송신부(510)로부터 하향 신호를 수신한다.

수신부(520)는 구동 회로(523)를 통하여 전기 신호 형태의 상향 신호를 광신호로 변환하고, 변환된 광신호를 광 송신 모듈(521)을 통해 출력한다. 출력된 광신호는 광섬유(530)를 통해 송신부(510)로 전송될 수 있다.

또한, 수신부(520)는 광섬유(530)를 통해 전송되는 광신호를 광 송신 모듈(521)에 내장된 모니터 광 수신 모듈(522)을 통해 수신한다. 모니터 광 수신 모듈(522)은 수신된 광신호를 전기 신호로 변환하고 전류를 출력한다. TIA(524)는 모니터 광 수신 모듈(522)로부터 출력되는 전류를 증폭하고 전압 신호로 변환하여 출력한다. 제1 LA(525-1)는 TIA(524)로부터 출력되는 전압 신호를 디지털 신호로 변환하여 증폭한다.

본 발명의 실시 예에서, 수신부(520)는 광 송신 모듈(521) 자체에서 광섬유(530)를 통해 전송되는 광신호를 수신하도록 구현된다. 광 송신 모듈(521)에서 수신된 광신호는 제2 LA(525-2)를 통하여 디지털 신호로 변환된다.

상호 스펙트럼 연산부(526)는 제1 LA(525-1) 및 제2 LA(525-2)로부터 출력되는 신호에 상호 스펙트럼 기법을 적용하여, 노이즈를 제거한다.

수신부(520)는 복수의 스위치(527-1, 527-2)를 이용하여 상향 신호의 송신과 하향 신호의 수신을 교대로 제어할 수 있다.

상술한 상호 스펙트럼 기법은 반이중 양방향 광 송수신 시스템뿐만 아니라 전이중 양방향 광 송수신 시스템에도 적용될 수 있다. 이하에서는, 상호 스펙트럼 기법이 적용된 단일 모듈 전이중 양방향 광 송수신 시스템에 대하여 설명한다.

도 6은 본 발명에 따른 상호 스펙트럼 기법이 적용된 단일 모듈 전이중 양방향 광 송수신 시스템의 구조를 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 상호 스펙트럼 기법이 적용된 단일 모듈 전이중 양방향 광 송수신 시스템(600)은 송신부(610) 및 수신부(620)를 포함하여 구성된다. 송신부(610) 및 수신부(620)는 각각 하나의 광 송신 모듈(611, 621)로 구성되며, 광 송신 모듈(611, 621)은 모니터 수신 모듈(612, 622)을 포함한다. 도 6에서는 광 송신 모듈(611, 621)이 RSOA이며, 송신부(610) 및 수신부(620)를 구성하는 각각의 RSOA가 모니터 포토 다이오드를 내장한 실시 예를 도시하였다.

송신부(610)는 하향 신호를 수신부(620)로 송신하거나, 수신부(620)로부터 상향 신호를 수신한다.

송신부(610)는 곱셈기(613)를 통해 하향 신호와 임의의 주파수 신호 fc를 연산하여 하향 신호의 중심 주파수를 변환한다. 이후에 변환된 전기 신호 형태의 하향 신호는 구동 회로(614)를 통하여 광신호로 변환되고, 광 송신 모듈(611)을 통해 출력된다. 출력된 광신호는 광섬유(630)를 통해 수신부(620)로 전송될 수 있다.

또한, 송신부(610)는 광섬유(630)를 통해 전송되는 광신호를 광 송신 모듈(611)에 내장된 모니터 광 수신 모듈(612)을 통해 수신한다. 모니터 광 수신 모듈(612)은 수신된 광신호를 전기 신호로 변환하고 전류를 출력한다. TIA(615)는 모니터 광 수신 모듈(612)로부터 출력되는 전류를 증폭하고 전압 신호로 변환하여 출력한다. 제1 필터부(616-1)는 변환된 전압 신호를 상향 신호를 위하여 기설정된 주파수 대역으로 필터링한다. 일 실시 예에서, 제1 필터부(616-1)는 저역 통과 필터(Low Pass Filter; LPF)로 구성될 수 있다. 제1 LA(617-1)는 제1 필터부(616-1)로부터 출력되는 전압 신호를 디지털 신호로 변환하여 증폭한다.

본 발명의 실시 예에서, 송신부(610)는 광 송신 모듈(611) 자체에서 광섬유(630)를 통해 전송되는 광신호를 수신하도록 구현된다. 광 송신 모듈(611)에서 수신된 광신호는 제2 필터부(616-2)를 통해 필터링되고, 제2 LA(617-2)를 통하여 디지털 신호로 변환된다.

상호 스펙트럼 연산부(618)는 제1 LA(617-1) 및 제2 LA(617-2)로부터 출력되는 신호에 상호 스펙트럼 기법을 적용하여, 노이즈를 제거한다.

수신부(620)는 상향 신호를 송신부(610)로 송신하거나, 송신부(610)로부터 하향 신호를 수신한다.

수신부(620)는 구동 회로(623)를 통하여 전기 신호 형태의 상향 신호를 광신호로 변환하고, 변환된 광신호를 광 송신 모듈(621)을 통해 출력한다. 출력된 광신호는 광섬유(630)를 통해 송신부(610)로 전송될 수 있다.

또한, 수신부(620)는 광섬유(630)를 통해 전송되는 광신호를 광 송신 모듈(621)에 내장된 모니터 광 수신 모듈(622)을 통해 수신한다. 모니터 광 수신 모듈(622)은 수신된 광신호를 전기 신호로 변환하고 전류를 출력한다. TIA(624)는 모니터 광 수신 모듈(622)로부터 출력되는 전류를 증폭하고 전압 신호로 변환하여 출력한다. 제1 필터부(625-1)는 변환된 전압 신호를 하향 신호를 위하여 기설정된 주파수 대역으로 필터링한다. 일 실시 예에서, 제1 필터부(625-1)는 대역 통과 필터(Band Pass Filter; BPF)로 구성될 수 있다. 제1 곱셈기(626-1)는 제1 필터부(625-1)에서 필터링된 전압 신호와 임의의 주파수 신호 fc를 연산하여 전압 신호의 중심 주파수를 변환한다. 제2 필터부(627-1)는 중심 주파수가 변환된 전압 신호를 다시 한번 하향신호를 위해 기설정된 주파수 대역으로 필터링한다. 일 실시 예에서, 제2 필터부(627)는 저역 통과 필터로 구성될 수 있다. 제1 LA(628-1)는 제2 필터부(627-1)로부터 출력되는 전압 신호를 디지털 신호로 변환하여 증폭한다.

본 발명의 실시 예에서, 수신부(620)는 광 송신 모듈(621) 자체에서 광섬유(630)를 통해 전송되는 광신호를 수신하도록 구현된다. 광 송신 모듈(621)에서 수신된 광신호는 제3 필터부(625-2)를 통하여 필터링되고, 제2 곱셈기(626-2)에서 임의의 주파수 신호 fc와 연산된 후, 제4 필터부(627-2)에서 다시 한 번 필터링되어 제2 LA(628-2)를 통해 디지털 신호로 변환된다.

상호 스펙트럼 연산부(629)는 제1 LA(628-1) 및 제2 LA(628-2)로부터 출력되는 신호에 상호 스펙트럼 기법을 적용하여, 노이즈를 제거한다.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 그리고 본 명세서와 도면에 개시된 실시 예들은 본 발명의 내용을 쉽게 설명하고, 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 단일 모듈 양방향 광 송수신 시스템
110: 송신부
120: 수신부
111, 121: RSOA
112, 122: 레이저 다이오드 드라이버

Claims

하향 신호를 변환하여 광신호를 송신하고, 수신된 광신호를 변환하여 상향 신호를 획득하는 송신부; 및
상기 상향 신호를 변환하여 상기 광신호를 송신하고, 상기 수신된 광신호를 변환하여 상기 하향 신호를 획득하는 수신부를 포함하되,
상기 송신부 및 상기 수신부는,
모니터 수신 모듈을 내장하는 단일 광 송신 모듈로 구성되며, 상기 단일 광 송신 모듈을 통해 상기 광신호를 송신하고, 상기 모니터 수신 모듈을 통해 상기 광신호를 수신하며,
상기 송신부 및 상기 수신부에는, 상기 광신호의 송신 및 상기 광신호의 수신을 교대로 제어하기 위한 스위치; 및
상기 모니터 수신 모듈을 통하여 수신된 광신호 및 상기 단일 광 송신 모듈을 통하여 수신된 광신호에 대하여 상호 스펙트럼(cross spectrum)을 적용하여 노이즈를 제거하는 상호 스펙트럼 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 모듈 양방향 광 송수신 시스템.
제1항에 있어서, 상기 광 송신 모듈은,
수직 캐비티 표면 광 방출 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser; VCSEL), 다중모드 레이저 다이오드(Fabrey Perot Laser Diode; FP-LD), 반사형 반도체 광 증폭기(Reflective Semiconductor Optical Amplifier; RSOA) 또는 분포 귀환형 레이저 다이오드(Distributed FeedBack Laser Diode; DFB-LD) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 단일 모듈 양방향 광 송수신 시스템.
제1항에 있어서, 상기 모니터 수신 모듈은,
모니터 포토 다이오드(monitor Photo Diode; mPD)인 것을 특징으로 하는 단일 모듈 양방향 광 송수신 시스템.
제1항에 있어서, 상기 송신부 및 수신부는,
상기 하향 신호 또는 상기 상향 신호에 대응하는 전기 신호를 상기 광신호로 변환하는 구동 회로를 더 포함하고,
상기 단일 광 송신 모듈은,
상기 구동 회로에서 출력되는 상기 변환된 광신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 단일 모듈 양방향 광 송수신 시스템.
제1항에 있어서, 상기 송신부 및 상기 수신부는,
상기 모니터 수신 모듈을 통해 수신된 광신호를 증폭하고 전압 신호로 변환하는 TIA(Trans Impedance Amplifier);
상기 TIA에서 변환된 전압 신호를 디지털 신호로 변환하는 LA(Limiting Amplifier)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 모듈 양방향 광 송수신 시스템.
삭제
제1항에 있어서, 상기 송신부는,
상기 하향 신호에 대응하는 전기 신호를 임의의 주파수 신호와 연산하여 주파수를 변환하는 곱셈기;
상기 주파수가 변환된 전기 신호를 상기 광신호로 변환하는 구동 회로를 더 포함하고,
상기 단일 광 송신 모듈은,
상기 구동 회로에서 출력되는 상기 변환된 광신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 단일 모듈 양방향 광 송수신 시스템.
제7항에 있어서, 상기 송신부는,
상기 모니터 수신 모듈을 통해 수신된 광신호를 증폭하고 전압 신호로 변환하는 TIA;
상기 TIA에서 변환된 전압 신호를 상기 상향 신호를 위해 기설정된 주파수 대역으로 필터링하는 필터부; 및
상기 필터링 된 전압 신호를 디지털 신호로 변환하는 LA를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 모듈 양방향 광 송수신 시스템.
제7항에 있어서, 상기 수신부는,
상기 모니터 수신 모듈을 통해 수신된 광신호를 증폭하고 전압 신호로 변환하는 TIA;
상기 TIA에서 변환된 전압 신호를 상기 하향 신호를 위해 기설정된 주파수 대역으로 1차 필터링하는 제1 필터부;
상기 1차 필터링 된 전압 신호를 상기 임의의 주파수 신호와 연산하여 주파수를 변환하는 곱셈기;
상기 주파수가 변환된 전압 신호를 2차 필터링하는 제2 필터부; 및
상기 2차 필터링 된 전압 신호를 디지털 신호로 변환하는 LA를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 모듈 양방향 광 송수신 시스템.
삭제
제1항에 있어서, 상기 송신부 및 상기 수신부는,
상기 모니터 수신 모듈을 통해 수신된 광신호를 증폭하고 전압 신호로 변환하는 TIA;
상기 TIA에서 변환된 전압 신호를 디지털 신호로 변환하는 제1 LA; 및
상기 단일 광 송신 모듈을 통하여 수신된 광신호를 디지털 신호로 변환하는 제2 LA를 포함하고,
상기 상호 스펙트럼 연산부는,
상기 제1 LA 및 상기 제2 LA에서 변환된 디지털 신호에 대하여 상기 상호 스펙트럼을 적용하는 것을 특징으로 하는 단일 모듈 양방향 광 송수신 시스템.
제1항에 있어서, 송신부는,
상기 모니터 수신 모듈을 통해 수신된 광신호를 증폭하고 전압 신호로 변환하는 TIA;
상기 TIA에서 변환된 전압 신호를 상기 상향 신호를 위해 기설정된 주파수 대역으로 필터링하는 제1 필터부;
상기 제1 필터부에서 필터링 된 전압 신호를 디지털 신호로 변환하는 제1 LA;
상기 단일 광 송신 모듈을 통하여 수신된 광신호를 상기 상향 신호를 위해 기설정된 주파수 대역으로 필터링하는 제2 필터부; 및
상기 제2 필터부에서 필터링 된 광신호를 디지털 신호로 변환하는 제2 LA를 포함하고,
상기 상호 스펙트럼 연산부는,
상기 제1 LA 및 상기 제2 LA에서 변환된 디지털 신호에 대하여 상기 상호 스펙트럼을 적용하는 것을 특징으로 하는 단일 모듈 양방향 광 송수신 시스템.
제11항에 있어서, 수신부는,
상기 모니터 수신 모듈을 통해 수신된 광신호를 증폭하고 전압 신호로 변환하는 TIA;
상기 TIA에서 변환된 전압 신호를 상기 하향 신호를 위해 기설정된 주파수 대역으로 1차 필터링하는 제1 필터부;
상기 제1 필터부에서 필터링 된 전압 신호를 임의의 주파수 신호와 연산하여 주파수를 변환하는 제1 곱셈기;
상기 제1 곱셈기에서 주파수가 변환된 전압 신호를 2차 필터링하는 제2 필터부; 및
상기 제2 필터부에서 필터링 된 전압 신호를 디지털 신호로 변환하는 제1 LA;
상기 단일 광 송신 모듈을 통하여 수신된 광신호를 상기 하향 신호를 위해 기설정된 주파수 대역으로 1차 필터링하는 제3 필터부; 및
상기 제3 필터부에서 필터링 된 광신호를 임의의 주파수 신호와 연산하여 주파수를 변환하는 제2 곱셈기;
상기 제2 곱셈기에서 주파수가 변환된 광신호를 2차 필터링하는 제4 필터부; 및
상기 제4 필터부에서 필터링 된 광신호를 디지털 신호로 변환하는 제2 LA를 포함하고,
상기 상호 스펙트럼 연산부는,
상기 제1 LA 및 상기 제2 LA에서 변환된 디지털 신호에 대하여 상기 상호 스펙트럼을 적용하는 것을 특징으로 하는 단일 모듈 양방향 광 송수신 시스템.
제1항에 있어서,
상기 송신부 및 상기 수신부를 연결하는 광섬유를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 모듈 양방향 광 송수신 시스템.