KR102177925B1 - 세기 변조/직접 검출 광 통신 시스템에서 전자 비선형 등화를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

세기 변조/직접 검출 광 통신 시스템에서 전자 비선형 등화를 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

다양한 실시예들은 세기 변조/직접 검출 광 통신 시스템에서 전자 비선형 등화를 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 이차-계수들로 이루어지는 행렬을 기반으로, 복수 개의 2차 비선형 항들로 이루어진 함수를 이용하여, 입력 신호의 비선형 왜곡을 보상하는 데 있어서, 비선형 항들 중 일부를 그룹화하여, 결정해야 하는 이차 계수들의 수를 감소시도록 구성될 수 있다.

Description

세기 변조/직접 검출 광 통신 시스템에서 전자 비선형 등화를 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPRATUS FOR ELECTRONIC NONLINEAR EQUALIZATION IN INTENSITY-MODULATION/DIRECT-DETECTION OPTICAL COMMUNICATION SYSTEMS}
다양한 실시예들은 세기 변조/직접 검출 광 통신 시스템에서 전자 비선형 등화를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
직접 변조 레이저(direct modulated laser; DML)를 사용하여 구현되는 세기 변조(intensity-modulation; IM)/직접 검출(direct-detection; DD) 시스템은 가장 저렴한 광통신 시스템으로서 저비용의 단거리 전송에 흔히 활용된다. 전계 흡수 변조 레이저(electro-absorption modulated laser; EML) 또는 마하젠더(Mach-Zehnder) 변조기를 사용하는 외부 변조 시스템과 비교하여, DML은 낮은 구현 비용, 높은 출력 전력, 낮은 전력 소비량 및 작은 설치 공간을 특징으로 한다. 그러나 DML 기반 IM/DD 시스템은 레이저의 주파수 처프(chirp)와 광섬유 색분산의 상호작용으로 유발되는 파형 왜곡(waveform distortion)에 의하여 전송 성능이 제한된다. 이러한 파형 왜곡은 DD 수신기의 제곱법 검출(square-law detection)로 인해 본질적으로 비선형이며, 따라서 시스템의 전송 거리 또는 최대 전송 속도를 제한한다.
볼테라(Volterra) 시리즈 이론은 광범위한 실제 시스템에 대하여 비선형 등화기를 설계하는 대중적이고 일반적인 방법을 제공한다. 이를 활용하여 DML 기반 IM/DD 시스템의 파형 왜곡을 보상하는 방안이 제시되고 있다. 특히 DD 수신기의 제곱법 검출 특성에 따라 2차 이차 볼테라 비선형 등화기(Volterra nonlinear equalizer; VNLE)를 수신기에서 활용할 수 있다. 그러나, 이러한 비선형 등화기를 구현하는 데 매우 높은 복잡성이 있기 때문에, 비용에 민감한 DML 기반 IM/DD 시스템에는 적용하는데 큰 어려움이 있다.
다양한 실시예들은, 구현 복잡성이 감소되는 전자 비선형 등화 장치를 제공할 수 있다.
다양한 실시예들은, 비선형 왜곡을 보상하기 위한 성능 열화를 최소화하면서, 구현 복잡성을 획기적으로 감소시킬 수 있는 전자 비선형 등화 장치를 제공할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 전자 비선형 등화 장치는, 복수 개의 1차 선형 항(term)들과 2차 비선형 항들로 이루어진 함수를 이용할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전자 비선형 등화 장치는, 입력 신호의 비선형 왜곡을 보상하도록 구성된 비선형 등화기, 및 상기 2차 비선형 항들 중 일부를 그룹화 함으로써 볼테라 비선형 등화기에서 결정되어야 하는 항의 계수들, 즉 이차-계수들의 숫자를 감소시키도록 구성된 그룹화 모듈을 포함할 수 있다. 이는 볼테라 비선형 등화기의 계수를 행렬로 표현할 때, 행렬의 대각선 수를 감소시키는 것을 의미할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 전자 비선형 등화 장치의 동작 방법은, 이차-계수들을 발생시키는 단계, 및 상기 이차-계수들로 이루어지는 행렬을 기반으로, 복수 개의 2차 비선형 항들로 이루어진 함수를 이용하여, 입력 신호의 비선형 왜곡을 보상하는 단계를 포함하고, 상기 비선형 왜곡을 보상하는 단계는, 상기 비선형 항들 중 일부를 그룹화하여, 상기 결정해야 하는 이차-계수들의 수를 감소시키는 단계, 및 상기 감소된 수의 이차-계수들을 기반으로, 상기 비선형 왜곡을 보상하는 단계를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 전자 비선형 등화 장치에서 이용되는 이차-계수 행렬의 대각선들의 수가 감소될 수 있다. 이로 인해, 전자 비선형 등화 장치가 DML 기반 IM/DD 시스템에 적용됨에 있어서, 구현 복잡성이 크게 감소될 수 있다. 이 때 전자 비선형 등화 장치에 대해, 비선형 왜곡을 보상하기 위한 성능의 희생 거의 없이 구현 복잡성이 대폭 감소될 수 있다.
도 1은 일반적인 전자 비선형 등화 장치를 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 비선형 등화기를 도시하는 도면이다.
도 3은 다양한 실시예들에 따른 광 통신 시스템을 도시하는 도면이다.
도 4는 다양한 실시예들에 따른 송신 장치를 도시하는 도면이다.
도 5는 다양한 실시예들에 따른 수신 장치를 도시하는 도면이다.
도 6은 다양한 실시예들에 따른 전자 비선형 등화 장치를 도시하는 도면이다.
도 7은 도 6의 비선형 등화기를 도시하는 도면이다.
도 8은 도 6의 그룹 깊이 검색 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 6의 그룹 깊이 검색 모듈을 도시하는 도면이다.
도 10은 다양한 실시예들에 따른 전자 비선형 등화 장치의 동작 방법을 도시하는 도면이다.
도 11은 다양한 실시예들에 따른 전자 비선형 등화 장치의 성능을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.
도 1은 일반적인 전자 비선형 등화 장치(100)를 도시하는 도면이다. 도 2는 도 1의 비선형 등화기(110)를 도시하는 도면이다. 일반적으로 비선형 등화 장치는 선형 등화부와 비선형 등화부로 구분된다. 도 1은 그 중 비선형 등화부를 도시한 것으로 입력 신호 x(n)은 선형 등화부의 출력으로 볼 수 있다. 본 발명에서는 잘 알려진 선형 등화부 부분은 생략하고 논의한다. 그럼에도 불구하고 실제 시스템에서는 선형 등화기 이후에 도 1과 같은 비선형 등화기가 위치한 것으로 이해할 수 있다.
도 1을 참조하면, 전자 비선형 등화 장치(100)는 비선형 등화기(110)와 계수 업데이트 모듈(120)을 포함할 수 있다. 비선형 등화기(110)는 계수 업데이트 모듈(120)로부터 획득된 계수(coefficient)들의 행렬을 기반으로, 비선형 왜곡을 보상할 수 있다. 일 예로서 비선형 등화기(110)는 대각선-가지치기 비선형 등화기(diagonally-pruned VNLE; DP VNLE)로 도 2에 도시된 바와 같이 구현될 수 있다. 이 때 비선형 등화기(110)의 유한 임펄스 응답(finite impulse response; FIR) 모듈(230)이 상삼각(upper triangular) 이차-계수 행렬(quadratic-coefficient matrix)의 주(main) 대각선으로부터 멀리 떨어진 대각선들의 계수들을 0으로 설정함으로써, VNLE의 복잡성을 줄일 수 있다. 또한 DP VNLE의 특별한 예로서 다항식 비선형 등화기(polynomial nonlinear equalizer; PNLE)일 수 있으며, 이 때 이차-계수 행렬은 대각선 행렬일 수 있다. 계수 업데이트 모듈(120)은 훈련 시퀀스(training sequence)(121) 또는 결정 모듈(decision module)(123)을 사용하여, 계수 업데이트 알고리즘을 통해 계수들을 획득할 수 있다.
상술된 바에 따르면, 전자 비선형 등화 장치(100)가 간단한 구조, 즉 감소된 복잡성으로 구현될 수 있다. 이는 예를 들면 도 2에 포함되는 항의 개수를 감소시킴으로써 구현될 수 있다. 즉, W의 개수를 낮춤으로써 구현 복잡도를 줄일 수 있다. 그러나, 낮은 복잡성은 비선형 등화기(110)의 성능을 상당히 희생시킬 수 있다. 예를 들면, 비선형 등화기(110)가 DML 기반 IM/DD 시스템에서 2 차(2nd-order) DP VNLE로 적용될 때, 신호와 신호의 시간 적분 사이의 2 차 비팅 항(beating term)으로 인해, 필요한 대각선들의 수, 즉 W가 작지 않아야 하는 문제가 있다. 여기에서 비팅 항이란 x(n)과 x(n-k)와 같이 서로 다른 시간에 샘플된 신호의 곱으로 표현된 항을 의미한다. 즉, x(n)·x(n-k) 항을 뜻한다. 이로 인해, DML 기반 IM/DD 시스템에서 사용하기 위한 2 차 DP VNLE의 구현 복잡성이 증대될 수 있다.
도 3은 다양한 실시예들에 따른 광 통신 시스템(300)을 도시하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 다양한 실시예들 따른 광 통신 시스템(300)은 직접 변조 레이저(direct modulated laser; DML) 기반 세기 변조(intensity-modulation; IM)/직접 검출(direct-detection; DD) 시스템일 수 있다. 이러한 광 통신 시스템(300)은 복수 개의 전자 장치(310, 320)들, 즉 송신 장치(310)와 수신 장치(320)를 포함할 수 있다. 이 때 송신 장치(310)와 수신 장치(320)는 광 섬유(330)를 통해 통신할 수 있다. 그리고, 송신 장치(310)와 수신 장치(320)는 광 섬유(330)의 광섬유 채널(fiber channel)을 통해 인터페이스를 수행할 수 있다. 여기서, 송신 장치(310)는 DML 기반 송신 장치일 수 있다.
도 4는 다양한 실시예들에 따른 송신 장치(310)를 도시하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 다양한 실시예들에 따른 송신 장치(310)는 신호 발생 유닛(410), 전자 비선형 등화 유닛(420), 디지털-아날로그 변환 유닛(430) 및 DML 기반 세기 변조 유닛(440)을 포함할 수 있다. 신호 발생 유닛(410)은 송신을 위한 신호를 생성할 수 있다. 전자 비선형 등화 유닛(420)은 선형 등화기 및 비선형 등화기를 포함할 수 있다. 선형 등화기는 광섬유(330)에서 발생할 것으로 예상되는 왜곡을 미리 선제적으로 보상(pre-compensation)하는 역할을 수행할 수 있다. 비선형 등화기는 신호 발생 유닛(410)으로부터 입력되는 신호에 대해 비선형 왜곡을 보정할 수 있다. 디지털-아날로그 변환 유닛(430)은 전자 비선형 등화 유닛(420)으로부터 입력되는 신호에 대해 디지털-아날로그 변환을 수행할 수 있다. DML 기반 세기 변조 유닛(440)은 디지털-아날로그 변환 유닛(430)으로부터 입력되는 신호에 대해 세기 변조(intensity modulation; IM)를 수행할 수 있다. 이를 통해, 송신 장치(310)가 DML 기반 세기 변조 유닛(440)에서 출력되는 신호를 기반으로, 수신 장치(320)로 신호를 송신할 수 있다.
도 5는 다양한 실시예들에 따른 수신 장치(320)를 도시하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 다양한 실시예들에 따른 수신 장치(320)는 직접 검출 유닛(510), 아날로그-디지털 변환 유닛(520), 전자 비선형 등화 유닛(530) 및 데이터 복구 유닛(540)을 포함할 수 있다. 직접 검출 유닛(510)은 송신 장치(310)로부터 수신되는 신호에 대해 직접 검출(direct detection; DD)을 수행할 수 있다. 아날로그-디지털 변환 유닛(520)은 직접 검출 유닛(510)으로부터 입력되는 신호에 대해 아날로그-디지털 변환을 수행할 수 있다. 전자 비선형 등화 유닛(530)은 선형 등화기 및 비선형 등화기를 포함할 수 있다. 선형 등화기는 광섬유(330)에서 발생할 것으로 예상되는 왜곡을 미리 선제적으로 보상하는 역할을 수행할 수 있다. 비선형 등화기는 아날로그-디지털 변환 유닛(530)으로부터 입력되는 신호에 대해 비선형 왜곡을 보정할 수 있다. 데이터 복구 유닛(540)은 전자 비선형 등화 유닛(530)으로부터 입력되는 신호로부터 데이터를 복구할 수 있다.
도 6은 다양한 실시예들에 따른 전자 비선형 등화 장치(600)를 도시하는 도면이다. 도 7은 도 6의 비선형 등화기(610)를 도시하는 도면이다. 도 8은 도 6의 그룹 깊이 검색 모듈(630)을 설명하기 위한 도면이다. 도 9는 도 6의 그룹 깊이 검색 모듈(630)을 도시하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 다양한 실시예들에 따른 전자 비선형 등화 장치(600)는 송신 장치(310)의 전자 비선형 등화 유닛(420) 또는 수신 장치(320)의 전자 비선형 등화 유닛(530) 중 적어도 어느 하나에 적용될 수 있다. 전자 비선형 등화 장치(600)는 복수 개의 1차 선형 항들과 2차 비선형 항들로 이루어진 함수를 이용할 수 있다. 전자 비선형 등화 장치(600)는 비선형 등화기(610), 계수 업데이트 모듈(620) 및 그룹 깊이 검색 모듈(630)을 포함할 수 있다.
비선형 등화기(610)는 대각선-그룹화 VNLE(diagonally-grouped VNLE; DG VNLE)일 수 있다. 비선형 등화기(610)는 계수 업데이트 모듈(620)로부터의 계수(coefficient)들과 그룹 깊이 검색 모듈(630)로부터의 최적의 그룹 깊이(optimized group-depth), 즉 Q 값을 기반으로, 입력 신호에 대해 비선형 왜곡을 보상할 수 있다. 비선형 등화기(610)는 입력 신호의 비선형 왜곡을 보상하도록 구성되며, 2차 비선형 항들 중 일부를 그룹화함으로써, 볼테라 비선형 등화기에서 결정되어야 하는 항의 계수들, 즉 이차-계수들의 숫자를 감소시킬 수 있다. 이는 볼테라 비선형 등화기의 계수를 일렬로 표현할 때, 행렬의 대각선 수를 감소시키는 것을 의미할 수 있다. 이 때 비선형 등화기(610)가 DML 기반 IM/DD 시스템에서 2 차 DG VNLE로 적용될 때, 하기 [수학식 1]과 같이 비선형 왜곡을 보상할 수 있다.
Figure 112019127898661-pat00001
여기서, m, k, w는 시간 인덱스로서 정수값을 가지고, y(n)과 x(n)은 각각 비선형 등화기(610)에 n 번째로 입력되는 신호와 비선형 등화기(610)로부터 n 번째로 출력되는 신호를 나타내고, Lp와 hp는 p(p=1, 2) 차 항의 메모리 길이와 계수를 나타내고, Q는 그룹 깊이(group depth)를 나타낼 수 있다. L2가 채널 길이일 때, 2≤Q≤L2-W+1 이며, W≥1일 수 있다. 상기 [수학식 1]의 가장 간단한 형태는, W=1일 때 획득되며, 하기 [수학식 2]와 같이 우측의 두 번째 항이 사라질 수 있다.
Figure 112019127898661-pat00002
여기서, 2≤Q≤L2일 수 있다.
기존의 2차 DP VNLE는 Q=1인 DG VNLE의 특수한 경우일 수 있다. 그러나, Q≥2일 때, DG VNLE는 상기 [수학식 1]에서 우측의 세 번째 항에 표시된 대로, 교차-비팅(cross-beating) 항인 x(n-k)·x(n-k-W+1)을 x(n-k)·∑x(n-k-w)로 확장하는 한편, 나머지 교차-비팅 항은 변경되지 않을 수 있다. 새로 추가된 항은 DML 기반 IM/DD 시스템에서 DML의 편차적 처프(adiabatic chirp)와 섬유 분산 사이의 상호 작용으로부터 발생하는 비선형 왜곡을 보상하는 데 사용될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 일부 비팅 항들, 예컨대 유사한 계수들을 갖는 비팅 항들이 h2에 해당하는 이차-계수(quadratic coefficient)들의 수를 줄이기 위해, 그룹화될 수 있다. 즉 기존의 DP VNLE와 비교하여, DG VNLE는 이차-계수들을 덜 요구하므로, 구현 복잡성이 크게 감소될 수 있다.
예를 들면, 비선형 등화기(610)는, 도 7에 도시된 바와 같이 구현될 수 있다. 비선형 등화기(610)는 지연 모듈(710) 및 그룹화 모듈(720) 및 FIR(finite impulse response) 모듈(730)을 포함할 수 있다. 지연 모듈(710)은 입력 신호를 지연시킬 수 있다. 그룹화 모듈(720)은 그룹 깊이, 즉 Q 값을 기반으로, 일부 비팅 항들을 그룹화할 수 있다. FIR 모듈(730)은 상삼각(upper triangular) 이차-계수 행렬(quadratic-coefficient matrix)의 주(main) 대각선으로부터 멀리 떨어진 대각선들의 계수들을 0으로 설정함으로써, VNLE의 복잡성을 줄일 수 있다. 예를 들면, FIR 모듈(730)은 FIR 디지털 필터를 포함할 수 있다.
계수 업데이트 모듈(620)은 비선형 등화기(610)에 계수들을 제공할 수 있다. 계수들은 적응형 알고리즘(adaptive algorithm)에 의해 업데이트되거나, 채널 응답을 사용하여 평균 제곱 오차(mean square error; MMSE) 솔루션의 분석적 표현에 의해 계산될 수 있다. 이를 위해, 계수 업데이트 모듈(620)은 훈련 시퀀스(training sequence)(621) 또는 결정 모듈(decision module)(623)을 사용하여, 계수들을 획득할 수 있다. 예를 들면, 계수 업데이트 모듈(620)은 최소 평균 제곱(lest mean square; LMS) 또는 순환 최소 자승(recursive least square; RLS)과 같은 계수 업데이트 알고리즘을 통해 계수들을 획득할 수 있다.
그룹 깊이 검색 모듈(630)은 비선형 등화기(610)에 최적의 그룹 깊이(optimized group-depth), 즉 Q 값을 제공할 수 있다. 최적의 그룹 깊이, 즉 Q 값은 비트 오류 비율(bit-error ratio; BER) 성능을 측정하거나, Q 값을 변화시키면서 이차-계수들의 절대값들에 대한 합계를 측정함으로써 획득될 수 있다. 이 때 그룹 깊이 검색 모듈(630)은 이차-계수들의 절대값들에 대한 최대 합계를 최적의 그룹 깊이, 즉 Q 값으로 식별할 수 있다.
예를 들면, 그룹 깊이 검색 모듈(630)은, 도 8에 도시된 바와 같이 최적의 그룹 깊이, 즉 Q 값을 검색하기 위한 훈련 시퀀스(training sequence)를 구성할 수 있다. 그룹 깊이 검색 모듈(630)은 각 훈련 시퀀스 블록(d)을 Qmax-1 번 반복하여, 훈련 시퀀스를 구성할 수 있다. 여기서, Qmax는 최대 그룹 깊이를 나타낼 수 있다. Q를 2에서 Qmax까지 변화시킬 때, 순차적으로 각 훈련 시퀀스 블록(d)에서 계수 업데이트 알고리즘과 해당 합계(이하에서, DQ로 지칭됨)를 사용하여, 해당 이차-계수들이 획득될 수 있다.
예를 들면, 그룹 깊이 검색 모듈(630)은, 도 9에 도시된 바와 같이 합산 모듈(910), 비교기(920), Q 값 생성 모듈(930) 및 멀티플렉서(940)를 포함할 수 있다. 합산 모듈(910)은 계수 업데이트 모듈(620)로부터 출력되는 2 차 비선형 계수들을 합산하여, DQ를 획득할 수 있다. 비교기(920)는 DQ와 DQ-1을 비교하여, DQ<DQ-1이면 1을 출력하고, 그렇지 않으면 0을 출력할 수 있다. Q 값 생성 모듈(930)은 Q를 2에서 Qmax까지 변화시킬 수 있다. 멀티플렉서(940)는 비교기(920)의 출력이 1이면, 이전 Q 값을 선택하고 유지할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, DG VNLE는 다양한 유형의 세기 변조 포맷들, 예컨대 M-ary 펄스 진폭 변조(M-ary pulse amplitude modulation; PAM-m), DMT(discrete multi-tone) 등에 적용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 10은 다양한 실시예들에 따른 전자 비선형 등화 장치(600)의 동작 방법을 도시하는 도면이다.
도 10을 참조하면, 전자 비선형 등화 장치(600)는 1010 동작에서 이차-계수들을 발생시킬 수 있다. 비선형 등화기(610)는 대각선-그룹화 VNLE(DG VNLE)일 수 있다. 계수 업데이트 모듈(620)은 비선형 등화기(610)에 이차-계수들을 제공할 수 있다. 이차-계수들은 적응 알고리즘에 의해 업데이트되거나, 채널 응답을 사용하여 평균 제곱 오차(MMSE) 솔루션의 분석적 표현에 의해 계산될 수 있다. 이를 위해, 계수 업데이트 모듈(620)은 훈련 시퀀스(621) 또는 결정 모듈(623)을 사용하여, 이차-계수들을 획득할 수 있다. 예를 들면, 계수 업데이트 모듈(620)은 최소 평균 제곱(LMS) 또는 순환 최소 자승(RLS)과 같은 계수 업데이트 알고리즘을 통해 이차-계수들을 획득할 수 있다.
전자 비선형 등화 장치(600)는 1020 동작에서 최적의 그룹 깊이를 획득할 수 있다. 그룹 깊이 검색 모듈(630)은 비선형 등화기(610)에 최적의 그룹 깊이, 즉 Q 값을 제공할 수 있다. 최적의 그룹 깊이, 즉 Q 값은 비트 오류 비율(BER) 성능을 측정하거나, Q 값을 변화시키면서 이차-계수들의 절대값들에 대한 합계를 측정함으로써 획득될 수 있다. 이 때 그룹 깊이 검색 모듈(630)은 이차-계수들의 절대값들에 대한 최대 합계를 최적의 그룹 깊이, 즉 Q 값으로 식별할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 그룹 깊이 검색 모듈(630)은 현재 식별된 최대 합계를 이전의 최대 합계와 비교하여, 최적의 그룹 깊이를 선택할 수 있다. 예를 들면, 합산 모듈(910)은 계수 업데이트 모듈(620)로부터 출력되는 2 차 비선형 계수들을 합산하여, DQ를 획득할 수 있다. 비교기(920)는 DQ와 DQ-1을 비교하여, DQ<DQ-1이면 1을 출력하고, 그렇지 않으면 0을 출력할 수 있다. Q 값 생성 모듈(930)은 Q를 2에서 Qmax까지 변화시킬 수 있다. 멀티플렉서(940)는 비교기(920)의 출력이 1이면, 이전 Q 값을 선택하고 유지할 수 있다.
전자 비선형 등화 장치(600)는 1030 동작에서 비팅 항들 중 일부를 그룹화할 수 있다. 이 때 비선형 등화기(610)에 대해, 복수 개의 비팅 항들로 이루어진 함수가 정의되어 있을 수 있다. 여기서, 함수는 상기 [수학식 1]과 같이 정의되어 있을 수 있다. 그리고, 비선형 등화기(610)에서, 그룹화 모듈(720)은 그룹 깊이, 즉 Q 값을 기반으로, 일부 비팅 항들을 그룹화할 수 있다. 이를 통해, 이차-계수 행렬에서 대각선들의 수가 감소될 수 있다.
전자 비선형 등화 장치(600)는 1040 동작에서 입력 신호의 비선형 왜곡을 보상할 수 있다. 비선형 등화기(610)는 계수 업데이트 모듈(620)로부터의 이차-계수들과 그룹 깊이 검색 모듈(630)로부터의 최적의 그룹 깊이, 즉 Q 값을 기반으로, 입력 신호에 대해 비선형 왜곡을 보상할 수 있다. 이 때 비선형 등화기(610)는 상삼각 이차-계수 행렬의 주 대각선으로부터 멀리 떨어진 대각선들의 계수들을 0으로 설정함으로써, VNLE의 복잡성을 줄일 수 있다.
도 11은 다양한 실시예들에 따른 전자 비선형 등화 장치(600)의 성능을 설명하기 위한 도면이다. 56 Gb/s 4-ary pulse amplitude modulation (PAM-4) 변조 방식으로 변조된 DML 출력 신호를 20 km 단일 모드 광섬유에 전송한 후 측정한 비트 오율 결과이다.
도 11을 참조하면, 다양한 실시예들에 따른 전자 비선형 등화 장치(600)에서 DG VNLE를 구현하는 데 필요한 이차-계수 행렬의 대각선들의 수가 기존의 DP VNLE를 구현하는 데 필요한 이차-계수 행렬의 대각선들의 수 보다 감소될 수 있다. 이로 인해, DML 기반 IM/DD 시스템에서 사용하기 위한 DG VNLE의 구현 복잡성이 감소될 수 있다. 즉 W=1과 2를 사용하는 DG VNLE은 약 50 %와 약 35 %까지 구현 복잡성이 감소될 수 있다. 이에 따라, 다양한 실시예들에 따른 전자 비선형 등화 장치(600)의 성능이 향상될 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 전자 비선형 등화 장치(600)는, 복수 개의 2차 비선형 항들로 이루어진 함수를 이용하여, 입력 신호의 비선형 왜곡을 보상하도록 구성된 비선형 등화기(610), 및 비선형 항들 중 일부를 그룹화하여, 결정해야 하는 이차-계수들의 수를 감소시키도록 구성된 그룹화 모듈(720)을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 전자 비선형 등화 장치(600)는, 이차-계수들의 절대값들에 대한 최대 합계를 최적의 그룹 깊이로 식별하도록 구성된 그룹 깊이 검색 모듈(630)을 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 그룹화 모듈(720)은, 식별된 그룹 깊이를 기반으로, 비선형 항들 중 일부를 그룹화하도록 구성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 비선형 등화기(610)는, 상기 [수학식 1]과 같이 표현되는 함수를 이용하여, 비선형 왜곡을 보상하도록 구성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 비선형 등화기(610)는, 상기 [수학식 2]와 같이 표현되는 함수를 이용하여, 비선형 왜곡을 보상하도록 구성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 전자 비선형 등화 장치(600)는, 송신 장치(310) 또는 수신 장치(320) 중 적어도 어느 하나에 적용될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 송신 장치(310)는, 입력 신호에 대해 직접 변조 레이저(DML) 기반 세기 변조(IM)를 수행하도록 구성되는 DML 기반 세기 변조 유닛(440)을 포함하고, 전자 비선형 등화 장치(600)는, DML 기반 세기 변조 유닛(440)의 전단에 적용될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 수신 장치(320)는, 송신 장치(310)로부터 수신되는 신호에 대해 직접 검출(DD)을 수행하도록 구성되는 직접 검출 유닛(510)을 포함하고, 전자 비선형 등화 장치(600)는, 직접 검출 유닛(510)의 후단에 적용될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 그룹 깊이 검색 모듈(630)은, 복수 개의 블록들로 이루어지는 훈련 시퀀스를 기반으로 동작하며, 각 블록에서 이차-계수들의 절대값들에 대한 최대 합계를 획득하도록 구성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 그룹 깊이 검색 모듈(630)은, 블록들 중 어느 하나에 대한 최대 합계를 획득하도록 구성되는 합산 모듈(910), 블록들 중 어느 하나에 대한 최대 합계와 이전 블록에 대한 최대 합계를 비교하도록 구성되는 비교기(920), 블록들 중 어느 하나에 대한 최대 합계를 기반으로 그룹 깊이를 생성하도록 구성되는 그룹 깊이 생성 모듈(930), 및 비교기(920)의 비교 결과에 따라, 그룹 깊이를 선택하도록 구성되는 멀티플렉서(940)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 비교기(920)는, 블록들 중 어느 하나에 대한 최대 합계가 이전 블록에 대한 최대 합계 보다 작으면, 1을 출력하고, 그렇지 않으면, 0을 출력하고, 멀티플렉서(940)는, 비교기(920)가 1을 출력하면, 이전의 그룹 깊이를 선택하고 유지하도록 구성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 전자 비선형 등화 장치(600)의 동작 방법은, 이차-계수들을 발생시키는 단계, 및 이차-계수들로 이루어지는 행렬을 기반으로, 복수 개의 2차 비선형 항들로 이루어진 함수를 이용하여, 입력 신호의 비선형 왜곡을 보상하는 단계를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 비선형 왜곡을 보상하는 단계는, 비선형 항들 중 일부를 그룹화하여, 결정해야 하는 이차-계수들의 수를 감소시키는 단계, 및 상기 감소된 수의 이차-계수들을 기반으로, 비선형 왜곡을 보상하는 단계를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 전자 비선형 등화 장치(600)의 동작 방법은, 이차-계수들의 절대값들에 대한 최대 합계를 최적의 그룹 깊이로 식별하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 대각선들의 수를 감소시키는 단계는, 식별된 그룹 깊이를 기반으로, 비선형 항들 중 일부를 그룹화할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 비선형 왜곡을 보상하는 단계는, 상기 [수학식 1]과 같이 표현되는 함수를 이용하여, 비선형 왜곡을 보상할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 비선형 왜곡을 보상하는 단계는, 상기 [수학식 2]와 같이 표현되는 함수를 이용하여, 비선형 왜곡을 보상할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 전자 비선형 등화 장치(600)는, 송신 장치(310) 또는 수신 장치(320) 중 적어도 어느 하나에 적용될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 송신 장치(310)는, 입력 신호에 대해 직접 변조 레이저(DML) 기반 세기 변조(IM)를 수행하도록 구성되는 DML 기반 세기 변조 유닛(440)을 포함하고, 전자 비선형 등화 장치(600)는, DML 기반 세기 변조 유닛(440)의 전단에 적용될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 수신 장치(320)는, 송신 장치(310)로부터 수신되는 신호에 대해 직접 검출(DD)을 수행하도록 구성되는 직접 검출 유닛(510)을 포함하고, 전자 비선형 등화 장치(600)는, 직접 검출 유닛(510)의 후단에 적용될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 최대 합계를 상기 그룹 깊이로 식별하는 단계는, 복수 개의 블록들로 이루어지는 훈련 시퀀스를 기반으로 수행되며, 각 블록에서 이차-계수들의 절대값들에 대한 최대 합계를 획득할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 최대 합계를 상기 그룹 깊이로 식별하는 단계는, 블록들 중 어느 하나에 대한 최대 합계를 획득하는 단계, 블록들 중 어느 하나에 대한 최대 합계와 이전 블록에 대한 최대 합계를 비교하는 단계, 블록들 중 어느 하나에 대한 최대 합계를 기반으로 그룹 깊이를 생성하는 단계, 및 블록들 중 어느 하나에 대한 최대 합계와 이전 블록에 대한 최대 합계에 대한 비교 결과에 따라, 그룹 깊이를 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 비교하는 단계는, 블록들 중 어느 하나에 대한 최대 합계가 이전 블록에 대한 최대 합계 보다 작으면, 1을 출력하고, 그렇지 않으면, 0을 출력하고, 선택하는 단계는, 1의 출력에 대응하여, 이전의 그룹 깊이를 선택하고 유지하는 단계를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 전자 비선형 등화 장치(600)에서 이용되는 이차-계수 행렬의 대각선들의 수가 감소될 수 있다. 이로 인해, 전자 비선형 등화 장치(600)가 DML 기반 IM/DD 시스템에 적용됨에 있어서, 구현 복잡성이 감소될 수 있다. 이 때 전자 비선형 등화 장치(600)에 대해, 비선형 왜곡을 보상하기 위한 성능의 희생 없이, 구현 복잡성이 감소될 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및/또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C" 또는 "A, B 및/또는 C 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", "첫째" 또는 "둘째" 등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구성된 유닛을 포함하며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로 등의 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)으로 구성될 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들은 기기(machine)(예: 송신 장치(310), 수신 장치(320))에 의해 읽을 수 있는 저장 매체(storage medium)에 저장된 하나 이상의 명령어들을 포함하는 소프트웨어로서 구현될 수 있다. 예를 들면, 기기의 프로세서는, 저장 매체로부터 저장된 하나 이상의 명령어들 중 적어도 하나의 명령을 호출하고, 그것을 실행할 수 있다. 이것은 기기가 호출된 적어도 하나의 명령어에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 운영되는 것을 가능하게 한다. 하나 이상의 명령어들은 컴파일러에 의해 생성된 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장매체는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, ‘비일시적’은 저장 매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장 매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다.
다양한 실시예들에 따르면, 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 통합 이전에 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.

Claims (20)

  1. 전자 비선형 등화 장치에 있어서,
    복수 개의 2차 비선형 항들로 이루어진 함수를 이용하여, 입력 신호의 비선형 왜곡을 보상하도록 구성된 비선형 등화기; 및
    상기 비선형 항들 중 일부를 그룹화하여, 결정해야 하는 이차-계수(quadratic-coefficient)들의 수를 감소시키도록 구성된 그룹화 모듈을 포함하고,
    상기 이차-계수들의 절대값들에 대한 최대 합계를 최적의 그룹 깊이로 식별하도록 구성된 그룹 깊이 검색 모듈을 더 포함하고,
    상기 그룹화 모듈은,
    상기 식별된 그룹 깊이를 기반으로, 상기 비선형 항들 중 일부를 그룹화하도록 구성된 전자 비선형 등화 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 비선형 등화기는,
    하기 수학식과 같이 표현되는 함수를 이용하여, 상기 비선형 왜곡을 보상하도록 구성된 전자 비선형 등화 장치.
    Figure 112020105478326-pat00003

    여기서, 상기 x(n)과 상기 y(n)은 각각 상기 비선형 등화기에 n 번째로 입력되는 신호와 상기 비선형 등화기로부터 n 번째로 출력되는 신호를 나타내고, 상기 Lp와 상기 hp는 p(p=1, 2) 차 항의 메모리 길이와 이차-계수를 나타내고, 상기 W는 상기 이차-계수들로 이루어지는 행렬에서 대각선들의 수를 나타내고, 상기 Q는 그룹 깊이를 나타냄.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 비선형 등화기는,
    하기 수학식과 같이 표현되는 함수를 이용하여, 상기 비선형 왜곡을 보상하도록 구성된 전자 비선형 등화 장치.
    Figure 112020105478326-pat00004

    여기서, 상기 x(n)과 상기 y(n)은 각각 상기 비선형 등화기에 n 번째로 입력되는 신호와 상기 비선형 등화기로부터 n 번째로 출력되는 신호를 나타내고, 상기 Lp와 상기 hp는 p(p=1, 2) 차 항의 메모리 길이와 이차-계수를 나타내고, 상기 W는 상기 이차-계수들로 이루어지는 행렬에서 대각선들의 수를 나타내고, 상기 Q는 그룹 깊이를 나타냄.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전자 비선형 등화 장치는,
    송신 장치 또는 수신 장치 중 적어도 어느 하나에 적용되는 전자 비선형 등화 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 송신 장치는,
    입력 신호에 대해 직접 변조 레이저(direct modulated laser; DML) 기반 세기 변조(intensity modulation; IM)를 수행하도록 구성되는 DML 기반 세기 변조 유닛을 포함하고,
    상기 전자 비선형 등화 장치는,
    상기 DML 기반 세기 변조 유닛의 전단에 적용되는 전자 비선형 등화 장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 수신 장치는,
    상기 송신 장치로부터 수신되는 신호에 대해 직접 검출(direct detection; DD)을 수행하도록 구성되는 직접 검출 유닛을 포함하고,
    상기 전자 비선형 등화 장치는,
    상기 직접 검출 유닛의 후단에 적용되는 전자 비선형 등화 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 그룹 깊이 검색 모듈은,
    복수 개의 블록들로 이루어지는 훈련 시퀀스를 기반으로 동작하며,
    각 블록에서 이차-계수들의 절대값들에 대한 최대 합계를 획득하도록 구성되는 전자 비선형 등화 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 그룹 깊이 검색 모듈은,
    상기 블록들 중 어느 하나에 대한 최대 합계를 획득하도록 구성되는 합산 모듈;
    상기 블록들 중 어느 하나에 대한 최대 합계와 이전 블록에 대한 최대 합계를 비교하도록 구성되는 비교기;
    상기 블록들 중 어느 하나에 대한 최대 합계를 기반으로 그룹 깊이를 생성하도록 구성되는 그룹 깊이 생성 모듈; 및
    상기 비교기의 비교 결과에 따라, 그룹 깊이를 선택하도록 구성되는 멀티플렉서를 포함하는 전자 비선형 등화 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 비교기는,
    상기 블록들 중 어느 하나에 대한 최대 합계가 이전 블록에 대한 최대 합계 보다 작으면, 1을 출력하고, 그렇지 않으면, 0을 출력하고,
    상기 멀티플렉서는,
    상기 비교기가 1을 출력하면, 이전의 그룹 깊이를 선택하고 유지하도록 구성되는 전자 비선형 등화 장치.
  11. 전자 비선형 등화 장치의 동작 방법에 있어서,
    이차-계수들을 발생시키는 단계; 및
    상기 이차-계수들로 이루어지는 행렬을 기반으로, 복수 개의 2차 비선형 항들로 이루어진 함수를 이용하여, 입력 신호의 비선형 왜곡을 보상하는 단계를 포함하고,
    상기 비선형 왜곡을 보상하는 단계는,
    상기 비선형 항들 중 일부를 그룹화하여, 상기 이차-계수들의 수를 감소시키는 단계; 및
    비선형 등화기를 통해, 상기 감소된 수의 이차-계수들을 기반으로, 상기 비선형 왜곡을 보상하는 단계를 포함하고,
    상기 이차-계수들의 절대값들에 대한 최대 합계를 최적의 그룹 깊이로 식별하는 단계를 더 포함하고,
    상기 이차-계수들의 수를 감소시키는 단계는,
    상기 식별된 그룹 깊이를 기반으로, 상기 비선형 항들 중 일부를 그룹화하는 방법.
  12. 삭제
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 비선형 왜곡을 보상하는 단계는,
    하기 수학식과 같이 표현되는 함수를 이용하여, 상기 비선형 왜곡을 보상하는 방법.
    Figure 112020105478326-pat00005

    여기서, 상기 x(n)과 상기 y(n)은 각각 상기 비선형 등화기에 n 번째로 입력되는 신호와 상기 비선형 등화기로부터 n 번째로 출력되는 신호를 나타내고, 상기 Lp와 상기 hp는 p(p=1, 2) 차 항의 메모리 길이와 이차-계수를 나타내고, 상기 W는 상기 행렬에서 대각선들의 수를 나타내고, 상기 Q는 그룹 깊이를 나타냄.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 비선형 왜곡을 보상하는 단계는,
    하기 수학식과 같이 표현되는 함수를 이용하여, 상기 비선형 왜곡을 보상하는 방법.
    Figure 112020105478326-pat00006

    여기서, 상기 x(n)과 상기 y(n)은 각각 상기 비선형 등화기에 n 번째로 입력되는 신호와 상기 비선형 등화기로부터 n 번째로 출력되는 신호를 나타내고, 상기 Lp와 상기 hp는 p(p=1, 2) 차 항의 메모리 길이와 이차-계수를 나타내고, 상기 W는 상기 행렬에서 대각선들의 수를 나타내고, 상기 Q는 그룹 깊이를 나타냄.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 전자 비선형 등화 장치는,
    송신 장치 또는 수신 장치 중 적어도 어느 하나에 적용되는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 송신 장치는,
    입력 신호에 대해 직접 변조 레이저(DML) 기반 세기 변조(IM)를 수행하도록 구성되는 DML 기반 세기 변조 유닛을 포함하고,
    상기 전자 비선형 등화 장치는,
    상기 DML 기반 세기 변조 유닛의 전단에 적용되는 방법.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 수신 장치는,
    상기 송신 장치로부터 수신되는 신호에 대해 직접 검출(DD)을 수행하도록 구성되는 직접 검출 유닛을 포함하고,
    상기 전자 비선형 등화 장치는,
    상기 직접 검출 유닛의 후단에 적용되는 방법.
  18. 제 11 항에 있어서, 상기 최대 합계를 상기 그룹 깊이로 식별하는 단계는,
    복수 개의 블록들로 이루어지는 훈련 시퀀스를 기반으로 수행되며,
    각 블록에서 이차-계수들의 절대값들에 대한 최대 합계를 획득하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 최대 합계를 상기 그룹 깊이로 식별하는 단계는,
    상기 블록들 중 어느 하나에 대한 최대 합계를 획득하는 단계;
    상기 블록들 중 어느 하나에 대한 최대 합계와 이전 블록에 대한 최대 합계를 비교하는 단계;
    상기 블록들 중 어느 하나에 대한 최대 합계를 기반으로 그룹 깊이를 생성하는 단계; 및
    상기 블록들 중 어느 하나에 대한 최대 합계와 이전 블록에 대한 최대 합계에 대한 비교 결과에 따라, 그룹 깊이를 선택하는 단계를 포함하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 비교하는 단계는,
    상기 블록들 중 어느 하나에 대한 최대 합계가 이전 블록에 대한 최대 합계 보다 작으면, 1을 출력하고,
    그렇지 않으면, 0을 출력하고,
    상기 선택하는 단계는,
    1의 출력에 대응하여, 이전의 그룹 깊이를 선택하고 유지하는 단계를 포함하는 방법.
KR1020190164416A 2019-12-11 2019-12-11 세기 변조/직접 검출 광 통신 시스템에서 전자 비선형 등화를 위한 방법 및 장치 KR102177925B1 (ko)

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Title
Ahmed Galib Reza et al., "Nonlinear Equalizer Based on Neural Networks for PAM-4 Signal Transmission Using DML," IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 30, NO. 15, (2018. 08. 01)* *
Noriaki Kaneda et al., "Nonlinear Equalizer for 112-Gb/s SSB-PAM4 in 80-km Dispersion Uncompensated Link," OFC 2017, (2017)* *

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