KR102061944B1 - Receiver and method for digital signal processing based compensation of dispersion included composite second order distortion in anlog optical system - Google Patents
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Abstract
아날로그 광전송 시스템의 분산 유도 2차 왜곡 보상 수신 장치 및 디지털 신호 처리 방법이 개시된다. 아날로그 광 전송 시스템이 수행하는 CSO 왜곡 보상 방법에 있어서, 광 송신 장치에서 전송된 신호를 광섬유를 통해 수신하는 단계, 상기 광섬유를 통해 수신된 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계, 및 디지털 신호 처리 기법을 이용하여 예측된 분산 유도된 CSO(Composite Second Order) 왜곡에 기초하여 상기 변환된 디지털 신호에 포함된 CSO 왜곡을 보상하는 단계를 포함하고, 상기 CSO 왜곡을 보상하는 단계는, 상기 변환된 디지털 신호를 대상으로, 수치적 미분 연산을 이용하여 분산에 의해 유도된 상기 CSO 왜곡에 해당하는 성분을 예측하는 단계, 및 상기 변환된 디지털 신호에서 상기 예측된 CSO 왜곡에 해당하는 성분을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.Disclosed are a distributed induced secondary distortion compensation receiving apparatus and an analog signal processing method of an analog optical transmission system. A CSO distortion compensation method performed by an analog optical transmission system, the method comprising: receiving a signal transmitted from an optical transmission apparatus through an optical fiber, converting a signal received through the optical fiber into a digital signal, and a digital signal processing technique Compensating for the CSO distortion included in the converted digital signal based on the dispersion-derived composite second order (CSO) distortion predicted using the method, and the compensating for the CSO distortion comprises: Subject to predicting a component corresponding to the CSO distortion induced by variance using a numerical differential operation, and removing the component corresponding to the predicted CSO distortion from the transformed digital signal. Can be.
Description
본 발명은 아날로그 광 전송 시스템에서 분산에 의해 유도된 2차 비선형 왜곡(즉, CSO 왜곡)을 보상하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for compensating for secondary nonlinear distortion induced by dispersion (i.e., CSO distortion) in an analog optical transmission system.
4세대 이동통신 이후 무선 액세스 네트워크(RAN: radio access network)는 Cloud RAN(CRAN) 구조로 진화하고 있다. 이러한 CRAN 구조에서는 기저대역 신호를 처리하는 BBU(base band unit)는 중앙 기지국에 위치하고 기저신호를 무선 신호로 변환하여 송/수신하는 RRH(remote radio head)는 셀(cell)에 위치한다. BBU와 RRH의 연결인 모바일 프론트홀 네트워크는 통상 CPRI(common public radio interface) 프로토콜을 활용한 디지털 광전송 링크로 구현된다. 그러나, 디지털 광전송 링크기반 모바일 프론트홀 네트워크는 무선 신호를 디지털 샘플링하여 전송하므로 무선 신호 대역폭에 비하여 과도하게 높은 전송 용량이 요구된다.Since the fourth generation of mobile communication, radio access networks (RANs) have evolved into a Cloud RAN (CRAN) structure. In the CRAN structure, a base band unit (BBU) for processing a baseband signal is located at a central base station, and a remote radio head (RRH) for converting and transmitting / receiving a base signal into a radio signal is located in a cell. The mobile fronthaul network, which is the connection between the BBU and the RRH, is typically implemented as a digital optical transmission link utilizing the common public radio interface (CPRI) protocol. However, since the digital optical transmission link-based mobile fronthaul network digitally samples and transmits a radio signal, an excessively high transmission capacity is required compared to the radio signal bandwidth.
디지털 샘플링에 따른 문제점을 해결하기 위해서 아날로그 광전송 링크를 활용한 모바일 프론트홀 네트워크가 제안되었으나, 아날로그 광전송 링크기반 모바일 프론트홀 네트워크에서는 여러 채널의 협대역 무선 신호가 주파수 변환만 되어 전송된다. 그리고, 아날로그 광전송 링크를 활용한 모바일 프론트홀 네트워크에서는 CPRI기반 디지털 광전송 링크와 달리 포맷 변환을 하지 않기 때문에, 무선 신호를 디지털 샘플링하지 않으므로 높은 주파수 효율을 가진다.In order to solve the problems caused by digital sampling, a mobile fronthaul network using an analog optical transmission link has been proposed. However, in a mobile optical fronthaul network based on an analog optical transmission link, narrowband radio signals of various channels are transmitted only by frequency conversion. In addition, unlike a CPRI-based digital optical transmission link, a mobile fronthaul network using an analog optical transmission link does not perform format conversion, and thus does not digitally sample a radio signal and thus has high frequency efficiency.
또한, 포맷 변환에 의한 추가적인 시간 지연이 없기 때문에, 아날로그 광전송 링크기반 모바일 프론트홀 네트워크에서의 시간 지연은 디지털 광전송 링크를 활용한 모바일 프론트홀 네트워크보다 링크에서 발생하는 시간 지연이 상대적으로 적다. 아날로그 광전송 링크기반 모바일 프론트홀 네트워크는 경제성이 우수한 작은 대역폭을 갖는 광송신기와 광검출기로 구현된다. 이러한 아날로그 광전송 링크는 주로 액세스 네트워크에 사용되므로 시스템의 경제성이 중요하기 때문에 주로 세기 변조-직접 수신기반 광링크로 구현된다.In addition, since there is no additional time delay due to format conversion, the time delay in the analog optical transmission link-based mobile fronthaul network is relatively shorter in the link than the mobile fronthaul network utilizing the digital optical transmission link. The analog optical transmission link-based mobile fronthaul network is implemented as an optical transmitter and photodetector with a small bandwidth, which is economical. Since the analog optical transmission link is mainly used in an access network, the economic efficiency of the system is important, and thus, mainly implemented as an intensity modulation-direct receiver optical link.
그러나, 세기 변조-직접수신기반 아날로그 광전송 링크의 경우, 분산에 의하여 유도된 2차 비선형(CSO: composite second-order) 왜곡에 의하여 성능이 크게 저하된다. However, in the case of the intensity modulation-direct reception-based analog optical transmission link, performance is greatly degraded by composite second-order (CSO) distortion induced by dispersion.
아날로그 신호 처리를 이용하여 CSO 왜곡이 보상 가능하지만, 아날로그 신호 처리를 이용한 보상 기법은, 감쇠기와 지연 선로 등의 아날로그 소자의 정밀한 튜닝과 복잡한 교정 절차를 요구한다. 그리고, 광 송신기와 아날로그 소자들의 특성이 아날로그 광전송 링크마다 다르기 때문에, 정밀한 튜닝과 복잡한 교정 절차를 각 아날로그 광전송 링크마다 진행하여야 한다. 또한, 아날로그 신호 처리에 사용되는 신호처리 기술 특성 상 수 GHz의 대역폭 이상을 사용하는 아날로그 광전송 링크에 적용하는데 어려움이 존재한다.While CSO distortion can be compensated for using analog signal processing, compensation techniques using analog signal processing require precise tuning and complex calibration procedures for analog devices such as attenuators and delay lines. In addition, since the characteristics of the optical transmitter and the analog elements are different for each analog optical transmission link, precise tuning and complicated calibration procedures must be performed for each analog optical transmission link. In addition, there is a difficulty in applying to an analog optical transmission link using a bandwidth of several GHz due to the characteristics of the signal processing technology used for analog signal processing.
따라서, 정밀한 튜닝 및 복잡한 교정 절차를 요구하지 않으면서, 수 GHz 대역폭 이상의 아날로그 광전송 링크에 적용 가능하며, 분산에 의해 유도된 2차 비선형(CSO) 왜곡을 제거하는 기술이 요구된다.Accordingly, there is a need for a technique that can be applied to analog optical transmission links over a few GHz bandwidth without requiring precise tuning and complex calibration procedures, and to eliminate secondary nonlinear (CSO) distortion induced by dispersion.
미국등록특허 제5,418,637호는 아날로그 신호처리 기술을 이용하여 CSO 왜곡을 보상하는 기술을 기재하고 있다.US Patent No. 5,418,637 describes a technique for compensating for CSO distortion using analog signal processing techniques.
본 발명은 광 송신 장치, 광섬유 및 광 수신 장치로 이루어진 아날로그 광 전송 시스템에서, 디지털 신호 처리(Digital Signal Processing, DSP) 기법을 기반으로 분산에 의해 유도된 CSO 왜곡을 보상하는 기술에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
아날로그 광 전송 시스템이 수행하는 CSO 왜곡 보상 방법에 있어서, 광 송신 장치에서 전송된 신호를 광섬유를 통해 수신하는 단계, 상기 광섬유를 통해 수신된 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계, 및 디지털 신호 처리 기법을 이용하여 예측된 분산 유도된 CSO(Composite Second Order) 왜곡에 기초하여 상기 변환된 디지털 신호에 포함된 CSO 왜곡을 보상하는 단계를 포함하고, 상기 CSO 왜곡을 보상하는 단계는, 상기 변환된 디지털 신호를 대상으로, 수치적 미분 연산을 이용하여 분산에 의해 유도된 상기 CSO 왜곡에 해당하는 성분을 예측하는 단계, 및 상기 변환된 디지털 신호에서 상기 예측된 CSO 왜곡에 해당하는 성분을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.A CSO distortion compensation method performed by an analog optical transmission system, the method comprising: receiving a signal transmitted from an optical transmission apparatus through an optical fiber, converting a signal received through the optical fiber into a digital signal, and a digital signal processing technique Compensating for the CSO distortion included in the converted digital signal based on the dispersion-derived composite second order (CSO) distortion predicted using the method, and the compensating for the CSO distortion comprises: Subject to predicting a component corresponding to the CSO distortion induced by variance using a numerical differential operation, and removing the component corresponding to the predicted CSO distortion from the transformed digital signal. Can be.
일측면에 따르면, 상기 예측하는 단계는, 디지털 신호 처리(DSP)의 샘플링 속도를 변환시킨 후, 상기 CSO 왜곡에 해당하는 성분을 예측할 수 있다.According to one aspect, the predicting step, after converting the sampling rate of the digital signal processing (DSP), it is possible to predict the component corresponding to the CSO distortion.
다른 측면에 따르면, 상기 CSO 왜곡을 보상하는 단계는, 수치적 미분 연산을 위하여 뉴턴 계차몫, 대칭 계차몫, 유한 차이 계수법, 및 미분 구적법 중 어느 하나에 기초하여 상기 CSO 왜곡을 보상할 수 있다.According to another aspect, the compensating the CSO distortion may compensate for the CSO distortion based on any one of Newton's difference quotient, symmetric difference quotient, finite difference coefficient method, and differential quadrature method for numerical differential calculation.
또 다른 측면에 따르면, 상기 광섬유를 통해 수신된 광신호를 전기 신호로 변환하는 단계를 더 포함할 수 있다. 그러면, 상기 디지털 신호로 변환하는 단계는, 변환된 상기 전기 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다.According to another aspect, the method may further include converting an optical signal received through the optical fiber into an electrical signal. Then, in the converting into the digital signal, the converted electrical signal may be converted into a digital signal.
아날로그 광 전송 시스템이 수행하는 CSO 왜곡 보상 방법에 있어서, 전송하고자 하는 전기 신호를 광 신호로 변환하는 단계, 및 변환된 광 신호를 광섬유를 통해 광 수신 장치로 전송하는 단계를 포함하고, 상기 광 수신 장치에서 수신된 광 신호는, 디지털 신호 처리를 기반으로 예측된 CSO 왜곡에 기초하여, 상기 수신된 광 신호에 포함된 CSO 왜곡이 보상될 수 있다. 이때, 상기 예측된 CSO 왜곡은, 수치적 미분 연산을 이용하여 분산에 의해 유도된 상기 CSO 왜곡에 해당하는 성분을 나타낼 수 있다.A CSO distortion compensation method performed by an analog optical transmission system, the method comprising: converting an electrical signal to be transmitted into an optical signal, and transmitting the converted optical signal to an optical receiving apparatus through an optical fiber, and receiving the optical signal The optical signal received at the device may be compensated for the CSO distortion included in the received optical signal based on the predicted CSO distortion based on digital signal processing. In this case, the predicted CSO distortion may represent a component corresponding to the CSO distortion induced by variance using a numerical differential operation.
일측면에 따르면, 상기 아날로그 광 전송 시스템의 출력 광 주파수는 상기 변환된 광 신호의 광 세기에 비례할 수 있다.According to one aspect, the output optical frequency of the analog optical transmission system may be proportional to the light intensity of the converted optical signal.
다른 측면에 따르면, 상기 광 신호로 변환하는 단계는, 직접 변조 레이저(directly modulated laser, DML)에 기초하여 이진 전기 신호를 상기 광 신호로 직접 변조할 수 있다.According to another aspect, the converting into the optical signal may directly modulate a binary electrical signal into the optical signal based on a directly modulated laser (DML).
아날로그 광 전송 시스템은, 광 송신 장치에서 전송된 신호를 광섬유를 통해 수신하는 직접 검출부, 상기 광섬유를 통해 수신된 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 변환부, 및 디지털 신호 처리 기법을 이용하여 예측된 분산 유도된 CSO(Composite Second Order) 왜곡에 기초하여 상기 변환된 디지털 신호에 포함된 CSO 왜곡을 보상하는 왜곡 보상부를 포함하고, 일측면에 따르면, 상기 왜곡 보상부는, 상기 변환된 디지털 신호를 대상으로, 수치적 미분 연산을 이용하여 분산에 의해 유도된 상기 CSO 왜곡에 해당하는 성분을 예측하는 왜곡 예측부, 및 상기 변환된 디지털 신호에서 상기 예측된 CSO 왜곡에 해당하는 성분을 제거하는 왜곡 제거부를 포함할 수 있다.The analog optical transmission system includes a direct detector for receiving a signal transmitted from an optical transmission device through an optical fiber, an AD converter for converting a signal received through the optical fiber into a digital signal, and a dispersion predicted using a digital signal processing technique. And a distortion compensator configured to compensate for the CSO distortion included in the converted digital signal based on the derived CSO distortion. According to one aspect, the distortion compensator is configured to target the converted digital signal. A distortion predictor for predicting a component corresponding to the CSO distortion induced by variance using a numerical differential operation, and a distortion remover for removing a component corresponding to the predicted CSO distortion from the converted digital signal; Can be.
일측면에 따르면, 상기 왜곡 예측부는, 디지털 신호 처리(DSP)의 샘플링 속도를 변환시킨 후, 상기 CSO 왜곡에 해당하는 성분을 예측할 수 있다.According to one aspect, the distortion predicting unit, after converting the sampling rate of the digital signal processing (DSP), may predict the component corresponding to the CSO distortion.
다른 측면에 따르면, 상기 왜곡 보상부는, 수치적 미분 연산을 위하여 뉴턴 계차몫, 대칭 계차몫, 유한 차이 계수법, 및 미분 구적법 중 어느 하나에 기초하여 상기 CSO 왜곡을 보상할 수 있다.According to another aspect, the distortion compensator may compensate for the CSO distortion based on any one of Newton's difference quotient, symmetric difference quotient, finite difference coefficient method, and differential quadrature for numerical differential calculation.
또 다른 측면에 따르면, 상기 직접 검출부는, 상기 광섬유를 통해 수신된 광신호를 전기 신호로 변환하고, 상기 AD 변환부는, 변환된 상기 전기 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다.According to another aspect, the direct detector may convert an optical signal received through the optical fiber into an electrical signal, and the AD converter may convert the converted electrical signal into a digital signal.
아날로그 광 전송 시스템은, 전송하고자 하는 전기 신호를 광 신호로 변환하는 광 변조부, 및 변환된 광 신호를 광섬유를 통해 광 수신 장치로 전송하는 전송부를 포함하고, 상기 광 수신 장치에서 수신된 광 신호는, 디지털 신호 처리를 기반으로 예측된 CSO 왜곡에 기초하여, 상기 수신된 광 신호에 포함된 CSO 왜곡이 보상될 수 있다. 이때, 상기 예측된 CSO 왜곡은, 수치적 미분 연산을 이용하여 분산에 의해 유도된 상기 CSO 왜곡에 해당하는 성분을 나타낼 수 있다.The analog optical transmission system includes an optical modulator for converting an electrical signal to be transmitted into an optical signal, and a transmitter for transmitting the converted optical signal to an optical receiver through an optical fiber, and the optical signal received by the optical receiver The CSO distortion included in the received optical signal may be compensated based on the CSO distortion predicted based on the digital signal processing. In this case, the predicted CSO distortion may represent a component corresponding to the CSO distortion induced by variance using a numerical differential operation.
일측면에 따르면, 상기 아날로그 광 전송 시스템의 출력 광 주파수는 상기 변환된 광 신호의 광 세기에 비례할 수 있다.According to one aspect, the output optical frequency of the analog optical transmission system may be proportional to the light intensity of the converted optical signal.
다른 측면에 따르면, 상기 광 변조부는, 직접 변조 레이저(directly modulated laser, DML)에 기초하여 이진 전기 신호를 상기 광 신호로 직접 변조할 수 있다.According to another aspect, the optical modulator may directly modulate a binary electrical signal into the optical signal based on a directly modulated laser (DML).
본 발명의 실시예들에 따르면, 디지털 신호 처리 기술인 수치적 미분 연산을 이용하여 분산에 의해 유도된 CSO 왜곡을 보상함으로써, 정밀한 튜닝과 복잡한 교정 절차 없이 수신 신호에 포함된 CSO 왜곡을 보상할 수 있다.According to embodiments of the present invention, the CSO distortion induced by variance is compensated for by using a numerical differential operation, which is a digital signal processing technique, so that the CSO distortion included in the received signal can be compensated without precise tuning and complicated correction procedures. .
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 광 송신 장치 및 광 수신 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, CSO 왜곡 보상 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 왜곡 보상부의 세부 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, CSO 왜곡을 예측 및 제거하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 전송 속도에 따른 CSO 왜곡을 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 대칭 계차몫을 이용하는 CSO 왜곡 보상부의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 있어서, 광 송신 장치에서 광섬유를 통해 광 신호를 전송하는 방법을 도시한 흐름도이다.1 is a block diagram showing the configuration of an optical transmitting apparatus and an optical receiving apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a CSO distortion compensation method according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram illustrating a detailed configuration of a distortion compensator according to an exemplary embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a method of predicting and removing CSO distortion according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph illustrating CSO distortion according to a transmission rate according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a block diagram illustrating an internal configuration of a CSO distortion compensator using a symmetric difference quotient according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating a method of transmitting an optical signal through an optical fiber in an optical transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 분산에 의해 유도된 2차 비선형 왜곡(즉, CSO 왜곡)을 디지털 신호 처리(DSP)를 이용하여 보상하는 기술에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 수치적 미분 연산에 기초하여 분산에 의해 유도된 CSO 왜곡의 양을 이론적으로 계산하고(즉, 예측하고), 계산된 CSO 왜곡에 기초하여 수신 신호에 포함된 CSO 왜곡을 제거하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for compensating for secondary nonlinear distortion induced by dispersion (i.e., CSO distortion) using digital signal processing (DSP). In particular, the present invention theoretically calculates (i.e. predicts) the amount of CSO distortion induced by variance based on numerical differential operations and removes the CSO distortion included in the received signal based on the calculated CSO distortion. It's about technology.
본 실시예들에서, "아날로그 광 전송 시스템"은 광 송신 장치, 광섬유 및 광 수신 장치를 포함하며, 광신호를 전송하는 송신측에 해당하는 "광 송신 장치"가 아날로그 광 전송 시스템으로 표현될 수도 있고, 광신호를 수신하는 수신측에 해당하는 "광 수신 장치"가 아날로그 광 전송 시스템으로 표현될 수도 있다.In the present embodiments, the "analog optical transmission system" includes an optical transmission apparatus, an optical fiber, and an optical reception apparatus, and an "optical transmission apparatus" corresponding to a transmitting side for transmitting an optical signal may be represented by an analog optical transmission system. In addition, the "light receiving apparatus" corresponding to the receiving side for receiving the optical signal may be represented by an analog light transmission system.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 광 송신 장치 및 광 수신 장치의 구성을 도시한 블록도이다.1 is a block diagram showing the configuration of an optical transmitting apparatus and an optical receiving apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1에 따르면, 아날로그 광 전송 시스템(100)은 광 송신 장치(110), 광 수신 장치(120) 및 광섬유를 포함하고, 광 송신 장치(110)와 광 수신 장치(120)는 광섬유로 연결될 수 있다. 즉, 광 송신 장치(110)와 광 수신 장치(120)는 광 섬유를 통해 데이터(즉, 신호)를 주고받을 수 있다.According to FIG. 1, the analog
광 송신 장치(110)는 광 변조부(111)를 포함할 수 있으며, 광 변조부(111)는 변조된 광 신호를 전송하는 전송부(미도시)를 포함하는 형태로 구현될 수도 있고, 광 변조부(111)와 전송부(미도시)가 별도의 구성으로 구현될 수도 있다.The
광 수신 장치(120)는 직접 검출부(121), 아날로그-디지털 변환부(AD 변환부, 122), 및 왜곡 보상부(123)를 포함할 수 있다. 여기서, 광 수신 장치(120)에서 CSO 왜곡을 보상하고, 광 송신 장치(110)에서 직접 변조된 광 신호를 전송하는 동작은 후술될 도 2 내지 도 7을 참고하여 상세히 설명하기로 한다.The
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, CSO 왜곡 보상 방법을 도시한 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a CSO distortion compensation method according to an embodiment of the present invention.
도 2의 각 단계들(즉, 210 내지 230 단계)은 도 1의 광 수신 장치(120)의 구성 요소인 직접 검출부(121), AD 변환부(122), 및 왜곡 보상부(123)에 의해 수행될 수 있다.Each step (ie,
210 단계에서, 직접 검출부(121)는 광 송신 장치(110)로부터 전송된 광 신호를 광섬유를 통해 수신할 수 있다. 이때, 직접 검출부(121)는 수신된 광신호를 전기 신호로 변환할 수 있다.In
220 단계에서, AD 변환부(Analog to Digital Converter, 122)는 변환된 전기 신호에 해당하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 디지털 신호 처리를 위해, 수신된 신호를 디지털 신호로 변환하는 과정이 수행될 수 있다.In
230 단계에서, 왜곡 보상부(123)는 변환된 디지털 신호를 대상으로 디지털 신호 처리 기법을 이용하여 2차 비선형 왜곡(즉, CSO 왜곡)을 예측할 수 있으며, 예측된 2차 비선형 왜곡(즉, CSO 왜곡)에 기초하여 수신 신호에 포함된 2차 비선형 왜곡(즉, CSO 왜곡)을 제거함으로써, 왜곡을 보상할 수 있다.In
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 왜곡 보상부의 세부 구성을 도시한 블록도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, CSO 왜곡을 예측 및 제거하는 방법을 도시한 흐름도이다.3 is a block diagram illustrating a detailed configuration of a distortion compensator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of predicting and removing CSO distortion according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참고하면, 왜곡 보상부(123)는 왜곡 예측부(310) 및 왜곡 제거부(320)를 포함할 수 있으며, 도 4의 각 단계들(410 내지 420 단계)은 왜곡 예측부(310) 및 왜곡 제거부(320)에 의해 수행될 수 있다.Referring to FIG. 3, the
먼저, AD 변환부(122)에서 변환된 디지털 신호가 디지털 신호 처리를 기반으로 CSO 왜곡 보상을 위해, 왜곡 보상부(123)로 입력될 수 있다.First, the digital signal converted by the
410 단계에서, 왜곡 예측부(310)는 디지털 신호를 대상으로, 수치적 미분 연산을 이용하여 분산에 의해 유도된 CSO 왜곡에 해당하는 성분을 예측할 수 있다.In
예컨대, 왜곡 예측부(310)는 수치적 미분 연산을 위하여 뉴턴 계차몫, 대칭 계차몫, 유한 차이 계수법, 및 미분 구적법 중 어느 하나에 기초하여 2차 비선형 성분(즉, CSO 왜곡에 해당하는 성분)의 양을 계산(즉, 예측)할 수 있다.For example, the distortion predicting unit 310 is a second order nonlinear component (ie, a component corresponding to CSO distortion) based on any one of Newton's difference quotient, symmetric difference quotient, finite difference coefficient method, and differential quadrature for numerical differential calculation. Calculate (ie, predict) the amount of.
420 단계에서, 왜곡 제거부(320)는 계산된 상기 2차 비선형 성분(즉, CSO 왜곡에 해당하는 성분)의 양에 기초하여 수신 신호(즉, 디지털 신호로 변환된 수신 신호)에 포함된 CSO 왜곡을 제거함으로써, CSO 왜곡을 보상할 수 있다.In
이하에서는 왜곡 보상부(123)에서 수치적 미분 연산에 기초하여 수신 신호로부터 CSO 왜곡을 계산(즉, 예측)한 후, 계산된 C SO 왜곡을 기반으로 수신 신호에 포함된 CSO 왜곡을 제거하는 방법을 수학식들을 참고하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the
광 송신 장치(110)에서 전송된 신호를 광섬유를 통해 광 수신 장치(120)에서 수신될 수 있으며, 이때, 광 수신 장치(120)에서 수신되는 수신 신호는 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.The signal transmitted from the
[수학식 1][Equation 1]
수학식 1에서, 은 신호의 크기 성분인 직접 수신기(예컨대, 도 1의 직접 검출부)의 효율을 나타내고, 는 링크 손실, η는 광 송신 장치의 변조효율, ITX(t)는 광 송신 장치에 인가된 아날로그 신호, D는 분산 파라미터, L은 전송거리, βFM는 광 송신 장치의 FM 효율, c는 빛의 속도를 나타낼 수 있다. 수학식 1에서, 첫 번째 항에 해당하는 ITX(t)는 전송하고자 하는 신호에 해당하고, 두 번째 항에 해당하는 이 분산에 의해 유도된 CSO 왜곡에 해당할 수 있다.In
도 5를 참고하면, 0km 전송한 경우(510), 위의 수학식 1에서 CSO 왜곡에 해당하는 항이 0이기 때문에(즉, L = 0), CSO 왜곡이 관측되지 않는 것을 확인할 수 있다. 520을 참고하면, 20km로 광 신호를 전송한 경우, 색분산에 의한 비선형 왜곡이 관측되는 것을 확인할 수 있다. 그러면, 수신 신호에서 변조 신호 성분은 분산 유도된 CSO 왜곡 성분에 비하여 매우 크기 때문에, 수신 신호로부터 변조 신호가 근사적으로 계산될 수 있다. 여기서, 수신 신호로부터 변조 신호는 아래의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.Referring to FIG. 5, when 0 km is transmitted (510), since the term corresponding to the CSO distortion in
[수학식 2][Equation 2]
수학식 2의 변조 신호를 디지털 신호 처리(DSP)를 위해, 디지털 영역에서 정의되지 않는 미분을 표현해야 하며, 변조 신호를 미분으로 표현하기 위해, DSP에서 수치적 미분 연산이 이용될 수 있다. 다시 말해, 왜곡 보상부(123)는 상기 변조 신호를 미분으로 표현하기 위치 수치적 미분 연산을 이용할 수 있으며, 수치적 미분 연산을 통해 수신 신호에 해당하는 CSO 왜곡을 예측할 수 있다. 이때, 대칭 계차몫(symmetric difference quotient), 유한 차이 계수법 등이 이용될 수 있으며, 대칭 계차몫을 이용하는 경우, 위의 수학식 2는 아래의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다. 즉, 수학식 2의 변조 신호가 아래의 수학식 3과 같이 미분으로 표현될 수 있다.For the digital signal processing (DSP), the modulated signal of equation (2) must represent an undefined derivative in the digital domain, and to express the modulated signal as a derivative, a numerical differential operation can be used in the DSP. In other words, the
[수학식 3][Equation 3]
수학식 3에서, Ts는 DSP의 샘플링 간격(즉, 샘플링 속도)에 해당할 수 있다. 수학식3의 두 번째 항 이 대칭 계차몫을 이용하여 CSO 왜곡을 예측한 부분(즉, 성분)에 해당할 수 있다.In Equation 3, T s may correspond to a sampling interval (ie, a sampling rate) of the DSP. Second term of equation (3) It may correspond to a portion (ie, a component) for predicting the CSO distortion using this symmetric series quotient.
도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 대칭 계차몫을 이용하는 CSO 왜곡 보상부의 내부 구성을 도시한 블록도이다.FIG. 6 is a block diagram illustrating an internal configuration of a CSO distortion compensator using a symmetric difference quotient according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참고하면, 왜곡 보상부(600)는 왜곡 예측부(610) 및 왜곡 제거부(620)를 포함할 수 있다. 왜곡 예측부(610)에서 위의 수학식 3에 기초하여 예측된 CSO 왜곡(즉, 2차 비선형 성분)이 수신 신호에 포함되어 있기 때문에, 왜곡 제거부(620)는 수신 신호와 예측된 CSO 왜곡의 음의 값을 더해줌으로써, 수신 신호에 포함된 CSO 왜곡을 제거할 수 있다. 이때, CSO 왜곡 예측의 정확성을 증가시키기 위하여, 샘플링 속도를 변경하거나(예컨대, 샘플링 속도를 올리거나) 인접한 여러 샘플을 이용될 수 있다. 즉, 유한 차이 계수법 등의 더 정밀한 수치 미분법이 이용될 수도 있다. Referring to FIG. 6, the
도 7은 본 발명의 일실시예에 있어서, 광 송신 장치에서 광섬유를 통해 광 신호를 전송하는 방법을 도시한 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a method of transmitting an optical signal through an optical fiber in an optical transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 7에서 각 단계들(즉, 710 내지 720 단계)은 도 1의 광 수신 장치(110)에 의해 수행될 수 있다.Each step (ie, steps 710 to 720) in FIG. 7 may be performed by the
710 단계에서, 광 변조부(111)는 전송하고자 하는 전기 신호를 광 신호로 변환할 수 있다. In
일례로, 광 변조부(111)는 직접 변조 레이저(directly modulated laser, DML)에 기초하여 이진 전기 신호를 상기 광 신호로 직접 변조할 수 있다. 예컨대, 프리코딩된 이진 전기 신호는 상기 레이저로 직접 변조될 수 있으며, 변조된 광 신호는 광 섬유를 통해 광 수신 장치(120)로 전송될 수 있다. 이때, 광섬유뿐만 아니라 단일모드 광섬유(SSMF)를 통해 변조된 광 신호가 광 수신 장치(120)로 전달될 수 있다. 예를 들어, 광 변조부(111)는 이진 전기 신호를 레이저 다이오드(LD)를 이용하여 직접 변조하고 신호를 전송할 수 있다. 이외에, 광 변조부(111)는 프리코딩된 이진 전기 신호를 직접 변조하는 DFB 레이저(distributed feedback laser)를 이용할 수도 있고, 프리코딩된 이진 전기 신호를 직접 변조하는 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(vertical cavity surface emitting laser, VCSEL)를 이용할 수도 있고, 프리코딩된 이진 전기 신호를 직접 변조하는 DBR 레이저(distributed bragg reflection laser)를 이용하여 직접 변조를 수행할 수도 있다. 이처럼, 직접 변조 레이저(directly modulated laser, DML)로 직접 변조하는 경우, 별도의 변조기가 필요하지 않기 때문에 비용적인 측면에서도 효율적이며, 별도의 삽입 손실 없이 높은 광 전력을 확보할 수 있다. For example, the
720 단계에서, 전송부는 직접 변조된(directly modulated) 광 신호를 광섬유를 통해 광 수신 장치(120)로 전송할 수 있다. 이때, 광 송신 장치(110)의 출력 광 주파수는 변환된 광 신호의 광 세기(즉, 직접 변조된 신호의 광 세기)에 비례할 수 있다.In
여기서, 전송부는 광 변조부(111)에 포함되는 형태로 구현될 수도 있고, 전송부와 광 변조부(111)가 별도로 구현될 수도 있다. 그러면, 광 수신 장치(120)에서 수신된 광 신호는, 디지털 신호 처리를 기반으로 예측된 CSO 왜곡에 기초하여, 상기 수신된 광 신호에 포함된 CSO 왜곡을 제거함으로써, CSO 왜곡을 보상 처리할 수 있다.Here, the transmitter may be implemented in a form included in the
이때, 상기 예측된 CSO 왜곡은, 수치적 미분 연산을 이용하여 분산에 의해 유도된 CSO 왜곡에 해당하는 성분을 나타낼 수 있으며, 뉴턴 계차몫, 대칭 계차몫, 유한 차이 계수법, 및 미분 구적법 등에 기초하여 CSO 왜곡(즉, 2차 비선형 성분의 양)이 예측(즉, 계산)된 후, 예측된 CSO 왜곡에 기초하여 수신 신호에 포함된 CSO 왜곡이 제거될 수 있다. 여기서, 수치적 미분 연산에 기초하여 CSO 왜곡을 보상 처리하는 동작은 도 3, 도 4 및 도 6에서 상세히 설명하였으므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.In this case, the predicted CSO distortion may represent a component corresponding to the CSO distortion induced by variance using a numerical differential operation, and based on Newton's difference quotient, symmetric difference quotient, finite difference coefficient method, and differential quadrature method. After the CSO distortion (i.e., amount of secondary nonlinear components) is predicted (i.e., calculated), the CSO distortion included in the received signal may be removed based on the predicted CSO distortion. Here, since the operation of compensating for the CSO distortion based on the numerical derivative operation has been described in detail with reference to FIGS. 3, 4, and 6, redundant descriptions thereof will be omitted.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described by the limited embodiments and the drawings as described above, various modifications and variations are possible to those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques may be performed in a different order than the described method, and / or components of the described systems, structures, devices, circuits, etc. may be combined or combined in a different form than the described method, or other components. Or even if replaced or substituted by equivalents, an appropriate result can be achieved.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are within the scope of the claims that follow.
Claims (14)
직접 검출부가 광 송신 장치에서 전송된 신호를 광섬유를 통해 수신하는 단계;
AD 변환부가 상기 광섬유를 통해 수신된 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계; 및
왜곡 보상부가 디지털 신호 처리 기법을 이용하여 예측된 분산 유도된 CSO(Composite Second Order) 왜곡에 기초하여 상기 변환된 디지털 신호에 포함된 CSO 왜곡을 보상하는 단계
를 포함하고,
상기 CSO 왜곡을 보상하는 단계는,
상기 변환된 디지털 신호를 대상으로, 수치적 미분 연산을 이용하여 분산에 의해 유도된 상기 CSO 왜곡에 해당하는 성분을 예측하는 단계; 및
상기 변환된 디지털 신호에서 상기 예측된 CSO 왜곡에 해당하는 성분을 제거하는 단계
를 포함하고,
상기 광섬유를 통해 수신된 신호는 하기 수학식과 같이 표현되고,
여기서, 상기 은 상기 직접 검출부의 효율을 나타내고, 상기 는 링크 손실을 나타내고, 상기 η 는 상기 광 송신 장치의 변조 효율을 나타내고, 상기 ITX(t) 는 상기 광 송신 장치에서 전송된 신호를 나타내고, 상기 D는 분산 파라미터를 나타내고, 상기 L은 전송거리를 나타내고, 상기 βFM는 상기 광 송신 장치의 FM 효율을 나타내고, 상기 c는 빛의 속도를 나타냄.
상기 변환된 디지털 신호는 하기 수학식과 같이 근사되고,
상기 예측하는 단계는,
상기 수치적 미분 연산을 이용하여, 상기 변환된 디지털 신호를 하기 수학식과 같은 미분으로 표현하고,
상기 미분에서 두 번째 항 을 상기 CSO 왜곡에 해당하는 성분으로 예측하고,
상기 예측된 CSO 왜곡에 해당하는 성분을 제거하는 단계는,
상기 변환된 디지털 신호에 상기 예측된 CSO 왜곡에 해당하는 성분의 음의 값을 더하는 단계를 포함하는 CSO 왜곡 보상 방법.In the CSO distortion compensation method performed by the analog optical transmission system,
Receiving, by the direct detection unit, the optical signal transmitted from the optical transmission device through the optical fiber;
Converting, by an AD converter, a signal received through the optical fiber into a digital signal; And
Compensating for the CSO distortion included in the converted digital signal based on the dispersion-derived composite second order (CSO) distortion predicted by the digital signal processing technique using a distortion compensator
Including,
Compensating the CSO distortion,
Predicting a component corresponding to the CSO distortion induced by variance using a numerical differential operation on the converted digital signal; And
Removing a component corresponding to the predicted CSO distortion from the converted digital signal
Including,
The signal received through the optical fiber is expressed as the following equation,
Where Denotes the efficiency of the direct detection unit, Denotes a link loss, η denotes a modulation efficiency of the optical transmission device, I TX (t) denotes a signal transmitted from the optical transmission device, D denotes a dispersion parameter, and L denotes a transmission distance Β FM denotes the FM efficiency of the optical transmission device, and c denotes the speed of light.
The converted digital signal is approximated as in the following equation,
The predicting step,
By using the numerical differential operation, the converted digital signal is expressed as a derivative such as
Second term from the derivative Is predicted as the component corresponding to the CSO distortion,
Removing the component corresponding to the predicted CSO distortion,
And adding a negative value of a component corresponding to the predicted CSO distortion to the converted digital signal.
상기 예측하는 단계는,
디지털 신호 처리(DSP)의 샘플링 속도를 변환시킨 후, 상기 CSO 왜곡에 해당하는 성분을 예측하는 것
을 특징으로 하는 CSO 왜곡 보상 방법.The method of claim 1,
The predicting step,
Predicting the component corresponding to the CSO distortion after converting the sampling rate of the digital signal processing (DSP)
CSO distortion compensation method characterized in that.
상기 CSO 왜곡을 보상하는 단계는,
상기 수치적 미분 연산을 위하여 뉴턴 계차몫, 대칭 계차몫, 유한 차이 계수법, 및 미분 구적법 중 어느 하나에 기초하여 상기 CSO 왜곡을 보상하는 것
을 특징으로 하는 CSO 왜곡 보상 방법.The method of claim 1,
Compensating the CSO distortion,
Compensating for the CSO distortion based on any one of Newton's series quotient, symmetric series quotient, finite difference coefficient method, and differential quadrature method for the numerical differential operation
CSO distortion compensation method characterized in that.
상기 광섬유를 통해 수신된 광신호를 전기 신호로 변환하는 단계
를 더 포함하고,
상기 디지털 신호로 변환하는 단계는,
변환된 상기 전기 신호를 디지털 신호로 변환하는 것
을 특징으로 하는 CSO 왜곡 보상 방법.The method of claim 1,
Converting the optical signal received through the optical fiber into an electrical signal
More,
Converting to the digital signal,
Converting the converted electrical signal into a digital signal
CSO distortion compensation method characterized in that.
상기 광섬유를 통해 수신된 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 변환부; 및
디지털 신호 처리 기법을 이용하여 예측된 분산 유도된 CSO(Composite Second Order) 왜곡에 기초하여 상기 변환된 디지털 신호에 포함된 CSO 왜곡을 보상하는 왜곡 보상부
를 포함하고,
상기 왜곡 보상부는,
상기 변환된 디지털 신호를 대상으로, 수치적 미분 연산을 이용하여 분산에 의해 유도된 상기 CSO 왜곡에 해당하는 성분을 예측하는 왜곡 예측부; 및
상기 변환된 디지털 신호에서 상기 예측된 CSO 왜곡에 해당하는 성분을 제거하는 왜곡 제거부
를 포함하고,
상기 광섬유를 통해 수신된 신호는 하기 수학식과 같이 표현되고,
여기서, 상기 은 상기 직접 검출부의 효율을 나타내고, 상기 는 링크 손실을 나타내고, 상기 η 는 상기 광 송신 장치의 변조 효율을 나타내고, 상기 ITX(t) 는 상기 광 송신 장치에서 전송된 신호를 나타내고, 상기 D는 분산 파라미터를 나타내고, 상기 L은 전송거리를 나타내고, 상기 βFM는 상기 광 송신 장치의 FM 효율을 나타내고, 상기 c는 빛의 속도를 나타냄.
상기 변환된 디지털 신호는 하기 수학식과 같이 근사되고,
상기 왜곡 예측부는,
상기 수치적 미분 연산을 이용하여, 상기 변환된 디지털 신호를 하기 수학식과 같은 미분으로 표현하고,
상기 미분에서 두 번째 항 을 상기 CSO 왜곡에 해당하는 성분으로 예측하고,
상기 왜곡 제거부는,
상기 변환된 디지털 신호에 상기 예측된 CSO 왜곡에 해당하는 성분의 음의 값을 더하는 아날로그 광 전송 시스템. A direct detector for receiving a signal transmitted from the optical transmission device through an optical fiber;
An AD converter converting a signal received through the optical fiber into a digital signal; And
Distortion compensator for compensating CSO distortions included in the converted digital signal based on dispersion-derived composite second order (CSO) distortion predicted using a digital signal processing technique
Including,
The distortion compensator,
A distortion prediction unit for predicting a component corresponding to the CSO distortion induced by variance using a numerical differential operation on the converted digital signal; And
A distortion remover that removes a component corresponding to the predicted CSO distortion from the converted digital signal.
Including,
The signal received through the optical fiber is expressed as the following equation,
Where Denotes the efficiency of the direct detection unit, Denotes a link loss, η denotes a modulation efficiency of the optical transmission device, I TX (t) denotes a signal transmitted from the optical transmission device, D denotes a dispersion parameter, and L denotes a transmission distance Β FM denotes the FM efficiency of the optical transmission device, and c denotes the speed of light.
The converted digital signal is approximated as in the following equation,
The distortion prediction unit,
By using the numerical differential operation, the converted digital signal is expressed as a derivative such as
Second term from the derivative Is predicted as the component corresponding to the CSO distortion,
The distortion removing unit,
And a negative value of a component corresponding to the predicted CSO distortion to the converted digital signal.
상기 왜곡 예측부는,
디지털 신호 처리(DSP)의 샘플링 속도를 변환시킨 후, 상기 CSO 왜곡에 해당하는 성분을 예측하는 것
을 특징으로 하는 아날로그 광 전송 시스템. The method of claim 8,
The distortion prediction unit,
Predicting the component corresponding to the CSO distortion after converting the sampling rate of the digital signal processing (DSP)
Analog optical transmission system, characterized in that.
상기 왜곡 보상부는,
수치적 미분 연산을 위하여 뉴턴 계차몫, 대칭 계차몫, 유한 차이 계수법, 및 미분 구적법 중 어느 하나에 기초하여 상기 CSO 왜곡을 보상하는 것
을 특징으로 하는 아날로그 광 전송 시스템. The method of claim 8,
The distortion compensator,
Compensating for the CSO distortion based on any one of Newton's series quotient, symmetric series quotient, finite difference coefficient method, and differential quadrature method for numerical differential operation
Analog optical transmission system, characterized in that.
상기 직접 검출부는,
상기 광섬유를 통해 수신된 광신호를 전기 신호로 변환하고,
상기 AD 변환부는,
변환된 상기 전기 신호를 디지털 신호로 변환하는 것
을 특징으로 하는 아날로그 광 전송 시스템. The method of claim 8,
The direct detection unit,
Converts the optical signal received through the optical fiber into an electrical signal,
The AD conversion unit,
Converting the converted electrical signal into a digital signal
Analog optical transmission system, characterized in that.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020170153260A KR102061944B1 (en) | 2017-11-16 | 2017-11-16 | Receiver and method for digital signal processing based compensation of dispersion included composite second order distortion in anlog optical system |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020170153260A KR102061944B1 (en) | 2017-11-16 | 2017-11-16 | Receiver and method for digital signal processing based compensation of dispersion included composite second order distortion in anlog optical system |
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20020036713A1 (en) * | 1998-02-10 | 2002-03-28 | Wavetek Coporation | Noise measurement system |
JP2005204019A (en) * | 2004-01-15 | 2005-07-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Optical transmission method, optical transmitter, optical receiver, and optical transmitter/receiver |
-
2017
- 2017-11-16 KR KR1020170153260A patent/KR102061944B1/en active IP Right Grant
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US20020036713A1 (en) * | 1998-02-10 | 2002-03-28 | Wavetek Coporation | Noise measurement system |
JP2005204019A (en) * | 2004-01-15 | 2005-07-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Optical transmission method, optical transmitter, optical receiver, and optical transmitter/receiver |
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