KR102186056B1 - 정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 입력신호로 사용하는 광학적 시분할 다중화 방식 광전송 시스템 - Google Patents

정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 입력신호로 사용하는 광학적 시분할 다중화 방식 광전송 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102186056B1
KR102186056B1 KR1020190092208A KR20190092208A KR102186056B1 KR 102186056 B1 KR102186056 B1 KR 102186056B1 KR 1020190092208 A KR1020190092208 A KR 1020190092208A KR 20190092208 A KR20190092208 A KR 20190092208A KR 102186056 B1 KR102186056 B1 KR 102186056B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
optical
signal
time division
pam
division multiplexing
Prior art date
Application number
KR1020190092208A
Other languages
English (en)
Inventor
정윤철
배성현
김병곤
김민식
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020190092208A priority Critical patent/KR102186056B1/ko
Priority to PCT/KR2020/002758 priority patent/WO2021020684A1/ko
Priority to US17/631,412 priority patent/US11799556B2/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102186056B1 publication Critical patent/KR102186056B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/516—Details of coding or modulation
    • H04B10/524—Pulse modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00—Baseband systems
    • H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/14—Channel dividing arrangements, i.e. in which a single bit stream is divided between several baseband channels and reassembled at the receiver
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
    • H04B10/2581—Multimode transmission
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/501—Structural aspects
    • H04B10/503—Laser transmitters
    • H04B10/504—Laser transmitters using direct modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/516—Details of coding or modulation
    • H04B10/5161—Combination of different modulation schemes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/516—Details of coding or modulation
    • H04B10/54—Intensity modulation
    • H04B10/541—Digital intensity or amplitude modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60—Receivers
    • H04B10/61—Coherent receivers
    • H04B10/612—Coherent receivers for optical signals modulated with a format different from binary or higher-order PSK [X-PSK], e.g. QAM, DPSK, FSK, MSK, ASK
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J14/00—Optical multiplex systems
    • H04J14/08—Time-division multiplex systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J14/00—Optical multiplex systems
    • H04J14/08—Time-division multiplex systems
    • H04J14/086—Medium access
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00—Baseband systems
    • H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/03—Shaping networks in transmitter or receiver, e.g. adaptive shaping networks
    • H04L25/03891—Spatial equalizers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B2210/00—Indexing scheme relating to optical transmission systems
    • H04B2210/003—Devices including multiple stages, e.g., multi-stage optical amplifiers or dispersion compensators

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 입력신호로 사용하는 광학적 시분할 다중화 방식 광전송 방법 및 장치가 제시된다. 본 발명에서 제안하는 정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 입력신호로 사용하는 광학적 시분할 다중화 방식 광전송 장치는 하나의 정현파 전기신호, 제1 다치 레벨 전기신호 및 제2 다치 레벨 전기신호를 인가하여, 광학적 시분할 다중화된 다치 PAM 광신호를 생성하는 시분할 다중화 광송신기, 생성된 PAM 광신호를 광섬유를 통해 입력 받아 전기신호로 변환하는 광 검출기, 광 검출기로 검출된 전기 신호를 두 개의 신호로 역다중화하여 MIMO 이퀄라이저에 인가하는 시분할 역다중화기 및 MIMO 이퀄라이저로부터 역다중화된 두 개의 신호를 각각 입력 받아 각 심볼의 레벨을 결정하는 서로 다른 두 개의 판별 소자를 포함한다.

Description

정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 입력신호로 사용하는 광학적 시분할 다중화 방식 광전송 시스템{Optical transmission system utilizing optical-time-division-multiplexed signals generated by using the sinusoidally modulated input light}
본 발명은 근거리 광통신망에서 광학적 시분할 다중화 기법을 비용 효율적으로 구축하기 위하여 정현파로 세기 변조된 신호를 사용하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
현재 근거리 통신망에서는 100기가 이더넷이 통용되고 있다. 100기가 이더넷에서는 4개의 25 Gb/s의 OOK(On-Off-Keying) 신호를 파장 분할 다중화하여 전송한다. OOK 신호는 가장 단순한 변조 방식으로서, 송수신기의 구조가 복잡하지 않아 비용/에너지 효율적으로 통신망을 구축할 수 있다는 장점을 지닌다. 그러나 오늘날 데이터 센터 등의 근거리 통신망에서의 데이터 트래픽이 급격이 증가하고 있어, 채널 당 100 Gb/s의 신호를 전송하는 400기가 이더넷이 요구되고 있을 뿐 아니라, 1테라 이더넷도 곧 요구될 것으로 예측된다. 그러나 이러한 고속의 신호를 OOK로 변조한다면, 광 송수신기의 대역폭은 매우 넓어야만 한다. 그러나 이처럼 넓은 대역폭의 광 송신기를 만드는 것이 쉽지 않으므로, 주파수 효율이 우수한 PAM4(4-level Pulse-Amplitude Modulated) 신호를 사용하려 한다. PAM4 신호는 주파수 효율이 우수할 뿐 아니라, 비교적 복잡도가 낮기 때문에 비용에 민감한 근거리 통신망에 적합하기 때문이다. 그러나 이러한 PAM4 신호를 적용하더라도 100 Gb/s의 신호를 생성하기 위해서는 대역폭이 40 GHz에 달하는 광 송신기가 필요하다. 속도를 더욱 증대시켜 200 Gb/s의 신호를 생성한다면 대역폭이 무려 80 GHz에 달하는 광 송신기가 요구된다. 그러나 이렇게 대역폭이 넓은 광송신기를 제작하는 것은 쉽지 않다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 광학적 시분할 다중화 기술을 사용할 수 있다. 광학적 시분할 기술을 적용하기 위해서는 소광비와 반복률이 높고 지터가 작은 광학 펄스를 생성해야만 하는데, 이러한 펄스를 생성하는 것은 쉽지 않다. 일례로 반복률이 높은 광학 펄스를 생성하기 위해 actively mode-locked laser를 사용할 수 있는데, 지터를 줄이기 위해서는 레이저의 공진 거리를 안정적으로 제어하기 위해 복잡한 회로가 요구된다. 또 다른 방법으로는 두 개의 변조기와 분산 보상 광섬유(dispersion compensating fiber)를 사용하여 펄스를 생성하는 방안이 있다. 그러나 긴 거리의 분산 보상 광섬유가 요구되기 때문에 집적화하기 어려우며, 두 개의 변조기를 사용하여 삽입 손실이 크고, 두 변조기를 변조하는 전기신호의 크기가 커야 한다는 단점이 있다.
근거리 광 전송 시스템에서 채널당 요구되는 전송 속도가 급증하고 있어, PAM4 변조 방식을 사용하더라도 하나의 광 송신기로 생성하기 위해서는 광 송신기의 대역폭이 매우 넓어야 한다. 그러나 광 송신기에 비해 상대적으로 광 수신기의 대역폭은 더욱 넓은 것으로 알려져 있다. 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 광 송신기의 대역폭 제한을 극복하기 위해 광학적 시분할 다중화 기법을 적용하는데 있어, 이 기술을 비용 효율적으로 구현하는 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 입력신호로 사용하는 광학적 시분할 다중화 방식 광전송 장치는 하나의 정현파 전기신호, 제1 다치 레벨 전기신호 및 제2 다치 레벨 전기신호를 인가하여, 광학적 시분할 다중화된 다치 PAM 광신호를 생성하는 시분할 다중화 광송신기, 생성된 PAM 광신호를 광섬유를 통해 입력 받아 전기신호로 변환하는 광 검출기, 상기 광 검출기로 검출된 전기 신호를 두 개의 신호로 역다중화하여 MIMO 이퀄라이저에 인가하는 시분할 역다중화기 및 MIMO 이퀄라이저로부터 역다중화된 두 개의 신호를 각각 입력 받아 각 심볼의 레벨을 결정하는 서로 다른 두개의 판별 소자를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 시분할 다중화 광송신기는 레이저의 광신호를 입력된 정현파 전기신호로 변조하여, 정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 생성하는 제1 외부 변조기, 생성된 광학 펄스를 제1 광학 펄스 및 제2 광학 펄스로 분배하는 광분배기, 제1 다치 레벨 전기신호를 인가하여 제1 광학 펄스를 변조하는 제2 외부 변조기 및 제2 다치 레벨 전기신호를 인가하여 제2 광학 펄스를 변조하는 제3 외부변조기를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 시분할 다중화 광송신기는 광신호를 입력된 정현파 전기신호로 변조하여, 정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 생성하는 직접 변조 레이저, 생성된 광학 펄스 중 미리 정해진 세기 이상의 파장 성분만을 통과시켜 광학 펄스의 소광비를 증가시키는 광학 밴드 패스 필터, 광학 밴드 패스 필터를 통과한 광학 펄스를 제1 광학 펄스 및 제2 광학 펄스로 분배하는 광분배기, 제1 다치 레벨 전기신호를 인가하여 제1 광학 펄스를 변조하는 제1 외부 변조기 및 제2 다치 레벨 전기신호를 인가하여 제2 광학 펄스를 변조하는 제2 외부변조기를 포함한다.
시분할 다중화 광송신기는 제2 외부 변조기를 통해 변조된 제1 광학 펄스가 서로 시간 영역에서 직교하도록 펄스 주기의 절반만큼 시간 지연시키는 시간 지연기, 제3 외부 변조기를 통해 변조된 제2 광학 펄스가 서로 직교하는 I/Q 또는 서로 다른 편광 또는 공간 모드 도메인에서 동작하도록 도메인을 변환하는 도메인 변환기 및 시간 지연된 제1 광학 펄스 및 위상 변환된 제2 광학 펄스를 결합하여 시분할 다중화 광신호를 생성하는 광 결합기를 더 포함한다.
외부 변조기들의 대역폭 제한에 의해 발생하는 정현파로 세기 변조된 광학 펄스의 소광비 제한을 해결하기 위해, 비선형적인 전달 함수를 갖는 외부 변조기들을 사용하고, 외부 변조기들의 전달함수가 비선형적 영역에서 동작하도록 미리 정해진 크기 이상의 진폭을 갖는 정현파 전기신호를 인가한다.
또 다른 일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 입력신호로 사용하는 광학적 시분할 다중화 방식 광전송 방법은 하나의 정현파 전기신호, 제1 다치 레벨 전기신호 및 제2 다치 레벨 전기신호를 인가하여, 시분할 다중화 광송신기를 통해 광학적 시분할 다중화된 다치 PAM 광신호를 생성하는 단계, 생성된 PAM 광신호를 입력 받아 광 검출기를 통해 전기신호로 변환하는 단계, 상기 광 검출기로 검출된 전기 신호를 두 개의 신호로 역다중화하여 시분할 역다중화기를 통해 MIMO 이퀄라이저에 인가하는 단계 및 MIMO 이퀄라이저로부터 역다중화된 두 개의 신호를 서로 다른 두개의 판별 소자를 통해 각각 입력 받아 각 심볼의 레벨을 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 하나의 정현파 전기신호, 제1 다치 레벨 전기신호 및 제2 다치 레벨 전기신호를 인가하여, 시분할 다중화 광송신기를 통해 광학적 시분할 다중화된 다치 PAM 광신호를 생성하는 단계는 제1 외부 변조기를 통해 레이저의 광신호를 입력된 정현파 전기신호로 변조하여, 정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 생성하는 단계, 생성된 광학 펄스를 광분배기를 통해 제1 광학 펄스 및 제2 광학 펄스로 분배하는 단계, 제1 다치 레벨 전기신호를 인가하여 제2 외부 변조기를 통해 제1 광학 펄스를 변조하는 단계 및 제2 다치 레벨 전기신호를 인가하여 제3 외부변조기를 통해 제2 광학 펄스를 변조하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 하나의 정현파 전기신호, 제1 다치 레벨 전기신호 및 제2 다치 레벨 전기신호를 인가하여, 시분할 다중화 광송신기를 통해 광학적 시분할 다중화된 다치 PAM 광신호를 생성하는 단계는 직접 변조 레이저를 통해 광신호를 입력된 정현파 전기신호로 변조하여, 정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 생성하는 단계, 광학 밴드 패스 필터를 통해, 생성된 광학 펄스 중 미리 정해진 세기 이상의 파장 성분만을 통과시켜 광학 펄스의 소광비를 증가시키는 단계, 광학 밴드 패스 필터를 통과한 광학 펄스를 광분배기를 통해 제1 광학 펄스 및 제2 광학 펄스로 분배하는 단계, 제1 다치 레벨 전기신호를 인가하여 제2 외부 변조기를 통해 제1 광학 펄스를 변조하는 단계 및 제2 다치 레벨 전기신호를 인가하여 제3 외부변조기를 통해 제2 광학 펄스를 변조하는 단계를 포함한다.
하나의 정현파 전기신호, 제1 다치 레벨 전기신호 및 제2 다치 레벨 전기신호를 인가하여, 시분할 다중화 광송신기를 통해 광학적 시분할 다중화된 다치 PAM 광신호를 생성하는 단계는 제2 외부 변조기를 통해 변조된 제1 광학 펄스가 서로 시간 영역에서 직교하도록 시간 지연기를 통해 펄스 주기의 절반만큼 시간 지연시키는 단계, 제3 외부 변조기를 통해 변조된 제2 광학 펄스가 서로 직교하는 I/Q 또는 서로 다른 편광 또는 공간 모드 도메인에서 동작하도록 도메인 변환기를 통해 도메인을 변환하는 단계 및 광 결합기를 통해 시간 지연된 제1 광학 펄스 및 위상 변환된 제2 광학 펄스를 결합하여 시분할 다중화 광신호를 생성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 광학적 시분할 다중화 기술을 비용 효율적으로 적용하여 고속의 다치 PAM 신호를 생성할 수 있으며, 이를 단일 광수신기로 수신하고 복잡도가 낮은 선형 이퀄라이저를 적용하여 수신할 수 있다. 일반적으로 광수신기의 대역폭이 광송신기에 비해 넓다고 알려져 있으나, 현재 상용화된 광수신기의 최대 대역폭은 광송신기의 최대 대역폭의 2배 이상 차이가 나지 않기 때문에, 2채널 다중화는 광수신기의 성능을 최대한 활용할 수 있는 수치이다. 또한 정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 사용하면, 다중화된 신호의 광학 스펙트럼을 최소화할 수 있기 때문에, 파장분할 다중화를 하여 확장하기 용이하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 입력신호로 사용하는 광학적 시분할 다중화 방식 광전송 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세 개의 외부 변조기를 사용하는 시분할 다중화 광송신기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 직접 변조 레이저와 두 개의 외부 변조기를 사용하는 시분할 다중화 광송신기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 입력신호로 사용하는 광학적 시분할 다중화 방식 광전송 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 시분할 다중화 광송신기를 통해 광학적 시분할 다중화된 다치 PAM 광신호를 생성하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시분할 다중화 광송신기를 통해 광학적 시분할 다중화된 다치 PAM 광신호를 생성하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 두 RZ 광신호를 동작시켰을 때 시뮬레이션으로 도출한 시분할 다중화된 PAM4 광신호의 아이다이어그램이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 변조기의 대역폭에 따른 신호의 품질을 시뮬레이션으로 도출한 결과 그래프이다.
본 발명에서 제안하는 광 전송 방법 및 장치는 정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 사용하여 광학적 시분할 다중화 기법을 적용함으로써 초고속 광 신호를 비용 효율적으로 생성하고, 이를 단일 광 수신기로 수신하는 전송 방법 및 장치이다.
정현파로 세기 변조된 광학 펄스는 펄스의 폭이 펄스의 반복률의 50%에 해당한다. 이 광학 펄스를 펄스 주기의 절반만큼 시간 지연시키면, 원래 광학 펄스와 시간 영역에서 직교한다. 따라서 광학 펄스와 지연된 광학 펄스를 각각 변조하면, 서로 직교하는 두 개의 RZ(Return-to-Zero) 광신호(제1 RZ PAM 방식 광신호 및 제2 RZ PAM 방식 광신호)를 얻을 수 있다. 그러나 이 두 RZ 광신호(제1 RZ PAM 방식 광신호 및 제2 RZ PAM 방식 광신호)가 같은 도메인(다시 말해, 같은 공간, 파장, 같은 편광, 같은 I/Q(In-phase/Quadrature) 도메인)에서 동작하면, 하나의 광 수신기로 수신할 때 심볼 천이(symbol transition) 영역에서 비팅(beating)이 발생하여 신호가 크게 왜곡된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 두 RZ 광신호를 광학적으로 시분할 다중화할 때, 두 RZ 광신호를 서로 다른 공간 또는 편광, 또는 I/Q 도메인에서 동작시킨다.
이와 같은 방식으로 고속의 광신호를 생성하더라도, 생성된 펄스의 소광비가 충분히 크지 않다면, 다중화된 광신호에서는 ISI(Inter-Symbol Interference)가 발생한다. 펄스의 소광비는 광 송신기의 대역폭 제한에 의해 발생할 수 있다. 이를 극복하기 위한 한가지 방법으로 비선형적인 전달 함수를 갖는 변조기를 사용하고, 광변조기 전달함수의 비선형적 영역에서 동작하도록 진폭이 큰 정현파 전기 신호를 인가하여 광학 펄스의 소광비를 높이는 방법이 있다. 또 다른 방법으로서, 수신기에서 선형 이퀄라이저(linear equalizer)를 사용하는 방법이 있다. 시분할 다중화 과정에 있어, 서로 다른 공간 또는 편광, I/Q 도메인에서 동작하는 서로 다른 두 RZ 광신호를 결합하였기 때문에, 광 파워가 선형적으로 결합하여, 채널 간 간섭에 의해 발생한 ISI를 선형 이퀄라이저(linear equalizer)로 효과적으로 제거할 수 있다.
신호 발생 장치에서 광학적 시분할 다중화 기술을 적용할 때, 두 개의 RZ 광신호 간의 평균 광 파워가 다르다면, 수신된 신호의 레벨을 판별할 때 채널마다 동일한 판별 레벨을 적용하면 신호의 비트 오율이 급격히 증가한다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여 광 검출기에 의해 수신된 전기 신호를 전기 도메인에서 시분할 역다중하고 다수의 판별 소자(decision device)로 판별할 수 있다. 신호의 품질을 더욱 개선하기 위해 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 이퀄라이저를 추가적으로 적용할 수 있다. 이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 입력신호로 사용하는 광학적 시분할 다중화 방식 광전송 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
본 발명에서는 정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 사용하여 광학적 시분할 다중화 기술을 비용 효율적으로 구축하고, 이를 단일 광수신기로 수신하는 것을 목표로 한다. 근거리 광통신망의 속도가 급증함에 따라 대역폭이 넓은 송수신기가 요구되고 있다. 광수신기에 비하여 상대적으로 광송신기는 대역폭이 넓은 소자를 만들기 어렵다. 본 발명은 이러한 문제를 광학적 시분할 다중화 기술을 적용하여 극복하는 것을 특징으로 한다. 정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 펄스 주기의 절반만큼 시간 지연 시키면 원래 펄스와 직교하게 된다. 이 두 개의 펄스를 활용하여 두 개의 직교하는 RZ 광신호를 생성할 수 있으나, 이 두 RZ 광신호를 하나의 광 수신기로 검출할 경우 비팅(beating)이 발생할 수 있고, 그 경우 더 이상 직교성이 성립하지 않는다. 또한, 광학적 시분할 다중화 시스템에서는 사용되는 펄스의 품질에 따라 다중화된 신호의 품질이 좌우되므로, 소광비가 높은 펄스가 필요하다. 기존의 광학적 시분할 다중화 전송 시스템에서는 주로 OOK 신호를 사용하였기 때문에, 펄스의 소광비 제한이 다중화된 신호의 품질에 영향이 적었으나, 다치 PAM 신호를 사용하게 되면 다중화된 신호의 품질에 미치는 영향이 급격히 증가하므로 이 문제를 극복하는 방안이 제시되어야만 한다. 본 발명에서는 이 문제를 해결하는 방안으로서, 광 수신기에서 전기 이퀄라이저를 사용하는 방안을 제시하였다.
제안하는 정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 입력신호로 사용하는 광학적 시분할 다중화 방식 광전송 장치는 시분할 다중화 광송신기(110), 광 검출기(120), 시분할 역다중화기(130), MIMO 이퀄라이저(140), 서로 다른 두 개의 판별 소자(151, 152)를 포함하는 광수신기를 포함한다.
시분할 다중화 광송신기(110)는 하나의 정현파 전기신호(111), 제1 다치 레벨 전기신호(112) 및 제2 다치 레벨 전기신호(113)를 인가하여, 광학적 시분할 다중화된 초고속 다치 PAM 광신호를 생성한다. 정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 사용하는 시분할 다중화 광송신기(110)로 초고속 다치 PAM 광신호를 생성한다.
광 검출기(120)는 생성된 PAM 광신호를 광섬유를 통해 입력 받아 전기신호로 변환한다.
시분할 역다중화기(130)는 광 검출기로 검출된 전기 신호를 두 개의 신호로 역다중화하여 MIMO 이퀄라이저(140)에 인가한다.
서로 다른 두 개의 판별 소자(151, 152)는 MIMO 이퀄라이저(140)로부터 역다중화된 두 개의 신호를 각각 입력 받아 각 심볼의 레벨을 결정한다.
광학적 시분할 다중화 신호의 성능은 광학 펄스의 소광비에 크게 좌우되며, 그 영향은 PAM 신호의 세기 레벨 수가 증가할수록 커진다. 광학 펄스의 소광비가 작으면 한 채널의 신호가 인접 채널의 신호에 영향을 미쳐 ISI가 발생하기 때문이다. 정현파로 세기 변조된 광학 펄스의 소광비 제한은 변조기의 대역폭 제한에 의해 발생 가능하다.
이를 극복하기 위한 한 가지 방법은 비선형적인 전달 함수를 갖는 변조기 (예를 들어, 마하젠더 변조기, 전계흡수 변조기)를 사용하고, 광변조기 전달함수가 비선형적 영역에서 동작하도록 진폭이 큰 정현파 전기 신호를 인가하는 방법이다. 정현파 신호의 경우 하나의 주파수 성분만 갖기 때문에 이 방법을 통해 펄스의 왜곡 없이 효과적으로 소광비를 높일 수 있다. 또 다른 방법은 선형 이퀄라이저를 사용하는 방법이다. 다중화되는 두 개의 RZ 광신호가 서로 다른 공간 모드 또는 편광 또는 I/Q 도메인에서 동작하기 때문에 선형적으로 결합되어, 선형 이퀄라이저로 ISI가 효과적으로 제거된다.
광학적 시분할 다중화 과정에서 두 개의 RZ 광신호가 동일한 광파워로 다중화된다면 광 검출기로 검출하고, 한 개의 전기 이퀄라이저를 적용한 후, 한 개의 판별 소자를 사용해도 된다. 그러나 시분할 다중화 과정에서 두 개의 채널 신호는 서로 다른 광파워를 지닐 수 있다. 이를 극복하기 위해서 광수신기로 검출된 전기 신호를 시분할 역다중화하고, 2x2 MIMO 이퀄라이저를 적용하고, 두 개의 판별 소자를 사용할 수 있다.
이는 본 발명의 실시예일뿐, 수신기의 구조는 변경될 수 있다. 생성된 광신호의 품질에 따라 광 검출기에 사용된 시분할 역다중화기와 2x2 MIMO 이퀄라이저는 사용되지 않을 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세 개의 외부 변조기를 사용하는 시분할 다중화 광송신기의 구성을 나타내는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 시분할 다중화 광송신기는 제1 외부 변조기(210), 광분배기(220), 제2 외부 변조기(230), 제3 외부변조기(240), 시간 지연기(250), 도메인 변환기(260) 및 광 결합기(270)를 포함할 수 있다.
제1 외부 변조기(210)는 레이저(212)의 광신호를 입력된 정현파 전기신호(211)로 변조하여, 정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 생성한다.
광분배기(220)는 생성된 광학 펄스를 제1 광학 펄스 및 제2 광학 펄스로 분배한다.
제2 외부 변조기(230)는 제1 다치 레벨 전기신호(231)를 인가하여 제1 광학 펄스를 변조한다.
제3 외부변조기(240)는 제2 다치 레벨 전기신호(241)를 인가하여 제2 광학 펄스를 변조한다. 다치 PAM 신호를 변조하기 위하여, 다치 레벨의 전기 신호를 인가하였다고 가정한다.
시간 지연기(250)는 제2 외부 변조기를 통해 변조된 제1 광학 펄스가 서로 시간 영역에서 직교하도록 펄스 주기의 절반만큼 시간 지연시킨다. 다시 말해, 제2 외부 변조기(230) 및 제3 외부변조기(240)를 통해 생성된 두 개의 RZ-PAM 광신호가 서로 시간 영역에서 직교하도록, 하나의 RZ-PAM 신호를 펄스 주기의 절반만큼 시간 지연시킨다.
도메인 변환기(260)는 제3 외부 변조기를 통해 변조된 제2 광학 펄스가 서로 직교하는 I/Q 또는 서로 다른 편광 또는 공간 모드 도메인에서 동작하도록 도메인을 변환한다. 다시 말해, 두 개의 RZ-PAM 광신호가 서로 직교하는 I/Q 또는 서로 다른 편광 또는 공간 모드 도메인에서 동작하도록, 다른 하나의 RZ-PAM 광신호의 도메인을 변환한다.
광 결합기(270)는 시간 지연된 제1 광학 펄스 및 위상 변환된 제2 광학 펄스, 다시 말해 두 개의 RZ-PAM 신호를 결합하여 시분할 다중화 광신호를 생성한다.
이는 본 발명의 실시예일뿐, 광송신기의 구조는 변경될 수 있다. 일례로 두 RZ-PAM 신호가 서로 직교하는 편광 도메인에 존재하도록 도메인 변환기 대신 편광 변환기를 사용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 직접 변조 레이저와 두 개의 외부 변조기를 사용하는 시분할 다중화 광송신기의 구성을 나타내는 도면이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 시분할 다중화 광송신기는 직접 변조 레이저(310), 광학 밴드 패스 필터(320), 광분배기(330), 제1 외부 변조기(340), 제2 외부변조기(350), 시간 지연기(360), 도메인 변환기(370), 광 결합기(380)를 포함할 수 있다.
직접 변조 레이저(310)는 광신호를 입력된 정현파 전기신호(311)로 변조하여, 정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 생성한다.
광학 밴드 패스 필터(320)는 생성된 광학 펄스 중 미리 정해진 세기 이상의 파장 성분만을 통과시켜 광학 펄스의 소광비를 증가시킨다.
광분배기(330)는 광학 밴드 패스 필터를 통과한 광학 펄스를 제1 광학 펄스 및 제2 광학 펄스로 분배한다.
제1 외부 변조기(340)는 제1 다치 레벨 전기신호(341)를 인가하여 제1 광학 펄스를 변조한다.
제2 외부변조기(350)는 제2 다치 레벨 전기신호(351)를 인가하여 제2 광학 펄스를 변조한다. 다치 PAM 신호를 변조하기 위하여, 다치 레벨의 전기 신호를 인가하였다고 가정한다.
시간 지연기(360)는 제2 외부 변조기를 통해 변조된 제1 광학 펄스가 서로 시간 영역에서 직교하도록 펄스 주기의 절반만큼 시간 지연시킨다. 다시 말해, 제1 외부 변조기(340) 및 제2 외부변조기(350)를 통해 생성된 두 개의 RZ-PAM 광신호가 서로 시간 영역에서 직교하도록, 하나의 RZ-PAM 신호를 펄스 주기의 절반만큼 시간 지연시킨다.
도메인 변환기(370)는 제3 외부 변조기를 통해 변조된 제2 광학 펄스가 서로 직교하는 I/Q 또는 서로 다른 편광 또는 공간 모드 도메인에서 동작하도록 도메인을 변환한다. 다시 말해, 두 개의 RZ-PAM 광신호가 서로 직교하는 I/Q 또는 서로 다른 편광 또는 공간 모드 도메인에서 동작하도록, 다른 하나의 RZ-PAM 광신호의 도메인을 변환한다.
광 결합기(380)는 시간 지연된 제1 광학 펄스 및 위상 변환된 제2 광학 펄스를 결합하여 시분할 다중화 광신호를 생성한다.
이는 본 발명의 실시예일뿐, 광송신기의 구조는 변경될 수 있다. 일례로 소광비를 높이기 위해 사용된 광학 밴드 패스 필터는 사용되지 않을 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 입력신호로 사용하는 광학적 시분할 다중화 방식 광전송 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
제안하는 정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 입력신호로 사용하는 광학적 시분할 다중화 방식 광전송 방법은 하나의 정현파 전기신호, 제1 다치 레벨 전기신호 및 제2 다치 레벨 전기신호를 인가하여, 시분할 다중화 광송신기를 통해 광학적 시분할 다중화된 다치 PAM 광신호를 생성하는 단계(410), 생성된 PAM 광신호를 입력 받아 광 검출기를 통해 전기신호로 변환하는 단계(420), 수신된 전기신호를 시분할 역다중화기를 통해 두 개의 신호로 역다중화하여 MIMO 이퀄라이저에 인가하는 단계(430) 및 MIMO 이퀄라이저로부터 역다중화된 두 개의 신호를 서로 다른 두 개의 판별 소자를 통해 각각 입력 받아 각 심볼의 레벨을 결정하는 단계(440)를 포함할 수 있다.
단계(410)에서, 하나의 정현파 전기신호, 제1 다치 레벨 전기신호 및 제2 다치 레벨 전기신호를 인가하여, 시분할 다중화 광송신기를 통해 광학적 시분할 다중화된 다치 PAM 광신호를 생성한다. 정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 사용하는 시분할 다중화 광송신기로 초고속 다치 PAM 광신호를 생성한다.
단계(420)에서, 생성된 PAM 광신호를 입력 받아 광 검출기를 통해 전기신호로 변환한다.
단계(430)에서, 수신된 전기신호를 시분할 역다중화기를 통해 두 개의 신호로 역다중화하여 MIMO 이퀄라이저에 인가한다. 다시 말해, 광 검출기로 검출된 전기 신호를 두 개의 신호로 역다중화하여 시분할 역다중화기를 통해 MIMO 이퀄라이저에 인가한다.
단계(440)에서, MIMO 이퀄라이저로부터 역다중화된 두 개의 신호를 서로 다른 두 개의 판별 소자를 통해 각각 입력 받아 각 심볼의 레벨을 결정한다.
광학적 시분할 다중화 신호의 성능은 광학 펄스의 소광비에 크게 좌우되며, 그 영향은 PAM 신호의 세기 레벨 수가 증가할수록 커진다. 광학 펄스의 소광비가 작으면 한 채널의 신호가 인접 채널의 신호에 영향을 미쳐 ISI가 발생하기 때문이다. 정현파로 세기 변조된 광학 펄스의 소광비 제한은 변조기의 대역폭 제한에 의해 발생 가능하다.
이를 극복하기 위한 한 가지 방법은 비선형적인 전달 함수를 갖는 변조기 (예를 들어, 마하젠더 변조기, 전계흡수 변조기)를 사용하고, 광변조기 전달함수가 비선형적 영역에서 동작하도록 진폭이 큰 정현파 전기 신호를 인가하는 방법이다. 정현파 신호의 경우 하나의 주파수 성분만 갖기 때문에 이 방법을 통해 펄스의 왜곡 없이 효과적으로 소광비를 높일 수 있다. 또 다른 방법은 선형 이퀄라이저를 사용하는 방법이다. 다중화되는 두 개의 RZ 광신호가 서로 다른 공간 모드 또는 편광 또는 I/Q 도메인에서 동작하기 때문에 선형적으로 결합되어, 선형 이퀄라이저로 ISI가 효과적으로 제거된다.
광학적 시분할 다중화 과정에서 두 개의 RZ 광신호가 동일한 광파워로 다중화된다면 광 검출기로 검출하고, 한 개의 전기 이퀄라이저를 적용한 후, 한 개의 판별 소자를 사용해도 된다. 그러나 시분할 다중화 과정에서 두 개의 채널 신호는 서로 다른 광파워를 지닐 수 있다. 이를 극복하기 위해서 광수신기로 검출된 전기 신호를 시분할 역다중화하고, 2x2 MIMO 이퀄라이저를 적용하고, 두 개의 판별 소자를 사용할 수 있다.
이는 본 발명의 실시예일뿐, 수신기의 구조는 변경될 수 있다. 생성된 광신호의 품질에 따라 광 검출기에 사용된 시분할 역다중화기와 2x2 MIMO 이퀄라이저는 사용되지 않을 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 시분할 다중화 광송신기를 통해 광학적 시분할 다중화된 다치 PAM 광신호를 생성하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 시분할 다중화 광송신기를 통해 광학적 시분할 다중화된 다치 PAM 광신호를 생성하는 단계는 제1 외부 변조기를 통해 레이저의 광신호를 입력된 정현파 전기신호로 변조하여, 정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 생성하는 단계(510), 생성된 광학 펄스를 광분배기를 통해 제1 광학 펄스 및 제2 광학 펄스로 분배하는 단계(520), 제1 다치 레벨 전기신호를 인가하여 제2 외부 변조기를 통해 제1 광학 펄스를 변조하는 단계(530), 제2 다치 레벨 전기신호를 인가하여 제3 외부변조기를 통해 제2 광학 펄스를 변조하는 단계(540), 제2 외부 변조기를 통해 변조된 제1 광학 펄스가 서로 시간 영역에서 직교하도록 시간 지연기를 통해 펄스 주기의 절반만큼 시간 지연시키는 단계(550), 제3 외부 변조기를 통해 변조된 제2 광학 펄스가 서로 직교하는 I/Q 또는 서로 다른 편광 또는 공간 모드 도메인에서 동작하도록 도메인 변환기를 통해 도메인을 변환하는 단계(560) 및 광 결합기를 통해 시간 지연된 제1 광학 펄스 및 위상 변환된 제2 광학 펄스를 결합하여 시분할 다중화 광신호를 생성하는 단계(570)를 포함한다.
단계(510)에서, 제1 외부 변조기를 통해 레이저의 광신호를 입력된 정현파 전기신호로 변조하여, 정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 생성한다.
단계(520)에서, 생성된 광학 펄스를 광분배기를 통해 제1 광학 펄스 및 제2 광학 펄스로 분배한다.
단계(530)에서, 제1 다치 레벨 전기신호를 인가하여 제2 외부 변조기를 통해 제1 광학 펄스를 변조한다.
단계(540)에서, 제2 다치 레벨 전기신호를 인가하여 제3 외부변조기를 통해 제2 광학 펄스를 변조한다. 다치 PAM 신호를 변조하기 위하여, 다치 레벨의 전기 신호를 인가하였다고 가정한다.
단계(550)에서, 제2 외부 변조기를 통해 변조된 제1 광학 펄스가 서로 시간 영역에서 직교하도록 시간 지연기를 통해 펄스 주기의 절반만큼 시간 지연시킨다. 다시 말해, 제2 외부 변조기 및 제3 외부변조기를 통해 생성된 두 개의 RZ-PAM 광신호가 서로 시간 영역에서 직교하도록, 하나의 RZ-PAM 신호를 펄스 주기의 절반만큼 시간 지연시킨다.
단계(560)에서, 제3 외부 변조기를 통해 변조된 제2 광학 펄스가 서로 직교하는 I/Q 또는 서로 다른 편광 또는 공간 모드 도메인에서 동작하도록 도메인 변환기를 통해 도메인을 변환한다. 다시 말해, 두 개의 RZ-PAM 광신호가 서로 직교하는 I/Q 또는 서로 다른 편광 또는 공간 모드 도메인에서 동작하도록, 다른 하나의 RZ-PAM 광신호의 도메인을 변환한다.
단계(570)에서, 광 결합기를 통해 시간 지연된 제1 광학 펄스 및 위상 변환된 제2 광학 펄스를 결합하여 시분할 다중화 광신호를 생성한다.
이는 본 발명의 실시예일뿐, 광송신기의 구조는 변경될 수 있다. 일례로 두 RZ-PAM 신호가 서로 직교하는 편광 도메인에 존재하도록 도메인 변환기 대신 편광 변환기를 사용할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시분할 다중화 광송신기를 통해 광학적 시분할 다중화된 다치 PAM 광신호를 생성하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 시분할 다중화 광송신기를 통해 광학적 시분할 다중화된 다치 PAM 광신호를 생성하는 단계는 직접 변조 레이저를 통해 광신호를 입력된 정현파 전기신호로 변조하여, 정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 생성하는 단계(610), 광학 밴드 패스 필터를 통해, 생성된 광학 펄스 중 미리 정해진 세기 이상의 파장 성분만을 통과시켜 광학 펄스의 소광비를 증가시키는 단계(620), 광학 밴드 패스 필터를 통과한 광학 펄스를 광분배기를 통해 제1 광학 펄스 및 제2 광학 펄스로 분배하는 단계(630), 제1 다치 레벨 전기신호를 인가하여 제2 외부 변조기를 통해 제1 광학 펄스를 변조하는 단계(640), 제2 다치 레벨 전기신호를 인가하여 제3 외부변조기를 통해 제2 광학 펄스를 변조하는 단계(650), 제2 외부 변조기를 통해 변조된 제1 광학 펄스가 서로 시간 영역에서 직교하도록 시간 지연기를 통해 펄스 주기의 절반만큼 시간 지연시키는 단계(660), 제3 외부 변조기를 통해 변조된 제2 광학 펄스가 서로 직교하는 I/Q 또는 서로 다른 편광 또는 공간 모드 도메인에서 동작하도록 도메인 변환기를 통해 도메인을 변환하는 단계(670) 및 광 결합기를 통해 시간 지연된 제1 광학 펄스 및 위상 변환된 제2 광학 펄스를 결합하여 시분할 다중화 광신호를 생성하는 단계(680)를 포함할 수 있다.
단계(610)에서, 직접 변조 레이저를 통해 광신호를 입력된 정현파 전기신호로 변조하여, 정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 생성한다.
단계(620)에서, 광학 밴드 패스 필터를 통해, 생성된 광학 펄스 중 미리 정해진 세기 이상의 파장 성분만을 통과시켜 광학 펄스의 소광비를 증가시킨다.
단계(630)에서, 광학 밴드 패스 필터를 통과한 광학 펄스를 광분배기를 통해 제1 광학 펄스 및 제2 광학 펄스로 분배한다.
단계(640)에서, 제1 다치 레벨 전기신호를 인가하여 제2 외부 변조기를 통해 제1 광학 펄스를 변조한다.
단계(650)에서, 제2 다치 레벨 전기신호를 인가하여 제3 외부변조기를 통해 제2 광학 펄스를 변조한다. 다치 PAM 신호를 변조하기 위하여, 다치 레벨의 전기 신호를 인가하였다고 가정한다.
단계(660)에서, 제2 외부 변조기를 통해 변조된 제1 광학 펄스가 서로 시간 영역에서 직교하도록 시간 지연기를 통해 펄스 주기의 절반만큼 시간 지연시킨다. 다시 말해, 제1 외부 변조기 및 제2 외부변조기를 통해 생성된 두 개의 RZ-PAM 광신호가 서로 시간 영역에서 직교하도록, 하나의 RZ-PAM 신호를 펄스 주기의 절반만큼 시간 지연시킨다.
단계(670)에서, 제3 외부 변조기를 통해 변조된 제2 광학 펄스가 서로 직교하는 I/Q 또는 서로 다른 편광 또는 공간 모드 도메인에서 동작하도록 도메인 변환기를 통해 도메인을 변환한다. 다시 말해, 두 개의 RZ-PAM 광신호가 서로 직교하는 I/Q 또는 서로 다른 편광 또는 공간 모드 도메인에서 동작하도록, 다른 하나의 RZ-PAM 광신호의 도메인을 변환한다.
단계(680)에서, 광 결합기를 통해 시간 지연된 제1 광학 펄스 및 위상 변환된 제2 광학 펄스를 결합하여 시분할 다중화 광신호를 생성한다.
이는 본 발명의 실시예일뿐, 광송신기의 구조는 변경될 수 있다. 일례로 소광비를 높이기 위해 사용된 광학 밴드 패스 필터는 사용되지 않을 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 두 RZ 광신호를 동작시켰을 때 시뮬레이션으로 도출한 시분할 다중화된 PAM4 광신호의 아이다이어그램이다.
도 7(a)는 두 RZ 광신호를 본 발명의 실시예에 따른 서로 다른 도메인에서 동작시켰을 때, 도 7(b)는 두 RZ 광신호를 서로 같은 도메인에 동작시켰을 때 시뮬레이션으로 도출한 시분할 다중화된 PAM4 광신호의 아이다이어그램이다.
도 7(a)의 광신호는 세 개의 마하 젠더 변조기를 사용하여 생성되었다. 마하 젠더 변조기에 정현파 전기 신호를 인가하여 소광비가 무한대인 광학 펄스를 생성한다. 생성된 광학 펄스를 이용하여 두 개의 마하 젠더 변조기에 4레벨 전기 신호를 인가하여 두 개의 RZ-PAM4 광신호를 생성하고, 이 두 신호가 서로 다른 I/Q 도메인에서 동작하도록 한 후 시분할 다중화하였다. 이 때 RZ-PAM4 신호를 생성하는 두 개의 마하 젠더 변조기의 대역폭은 무한대라 가정하였다. 변조기의 대역폭이 제한되면, 더욱 진폭이 큰 전기 신호를 인가하여 소광비를 증대시킬 수 있으므로, 합리적인 가정이다. 변조기에 인가되는 전기 신호의 진폭은 0.6V (V: 반파 전압)이다. 사용된 광학 펄스의 소광비가 무한대이므로, 다중화된 PAM4 신호에서는 ISI가 발생하지 않았다.
도 7(b)의 광신호도 마찬가지로 세 개의 마하 젠더 변조기를 사용하여 생성되었으나, 두 개의 RZ-PAM4 신호를 같은 I/Q 도메인에서 동작하도록 하고 시분할 다중화하였다. 그 때, 심볼 천이영역에서 비팅이 발생하여 신호가 크게 왜곡되는 것을 알 수 있다.
도 7(a)와 도 7(b)를 통해, 정현파로 세기 변조된 펄스를 사용하여 시분할 다중화할 때에는, 생성된 두 개의 RZ 신호를 서로 다른 공간모드, 편광, 또는 I/Q 도메인에서 동작하게 한 후 시분할 다중화해야 성능이 크게 개선됨을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 변조기의 대역폭에 따른 신호의 품질을 시뮬레이션으로 도출한 결과 그래프이다.
도 8은 본 발명의 우수성을 입증하기 위해, 변조기 한 개만을 사용하는 기존의 방법으로 생성한 PAM4 신호와 본 발명에서 제안한 방식으로 시분할 다중화 기술을 적용하여 생성한 PAM4 신호를 각기 단일 광 수신기로 수신하였을 때, 요구되는 변조기의 대역폭 요구조건을 비교한 시뮬레이션 결과 그래프이다. 본 발명의 우수성을 강조하기 위하여, 펄스 폭이 펄스 주기의 20%인 펄스를 사용하여 시분할 다중화한 PAM4 신호의 성능도 함께 비교하였다.
변조기의 대역폭 요구 조건을 비교하기 위하여, 변조기의 3 dB 대역폭에 따라 3.8x10-3의 비트 오율을 얻기 위해 필요한 광 파워 페널티를 비교하였다. 본 시뮬레이션에서는 무한대의 소광비를 갖는 광학 펄스가 사용되었고, 변조기의 주파수 응답은 베셀 4차 함수를 따랐다. 광 검출기의 3 dB 대역폭은 PAM4 신호의 심볼 속도와 동일하였다.
기존의 방식으로 생성된 PAM4 신호와 본 발명에서 제안한 방법으로 PAM4 신호를 비교하면, 본 발명이 변조기 대역폭 관점에서 2배의 이득이 있다는 사실을 확인할 수 있다. 변조기의 대역폭 제한을 더욱 극복하기 위하여 6탭의 선형 이퀄라이저를 적용하여도, 여전히 본 발명에서 제안한 방법이 변조기의 대역폭 관점에서 2배의 이득이 있었다.
펄스 폭이 펄스 주기의 20%인 펄스를 사용한 광학적 시분할 다중화 시스템과 비교하면, 대역폭 관점에서는 본 발명의 방식과 동일한 성능을 보이는 것을 알 수 있었다. 그러나 본 발명에서 사용되는 펄스는 매우 간단한 구조로 생성될 수 있기 때문에, 비용/에너지 측면에서 더욱 이득이 있음을 알 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다.　 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다.　 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다.　 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다.　 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다.　 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다.　 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다.　 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.　 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.　 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.　 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.　
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.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (12)

  1. 정현파로 세기 변조된 하나의 입력 광학 펄스를 두 부분으로 분리하고, 분리된 한 부분에서는 하나의 광변조기에 제1 다치 레벨 전기신호를 인가하여 제1 RZ PAM 방식 광신호를 생성하고,
    분리된 다른 부분에는 다른 하나의 광변조기에 제2 다치 레벨 전기신호를 인가하여 제2 RZ PAM 방식 광신호를 생성하며,
    제1 RZ PAM 방식 광신호를 입력 광학 펄스 주기의 미리 정해진 기간만큼 시간 지연한 후 제2 RZ PAM 방식 광신호와 광학적 시분할 다중화하여 PAM 방식 광신호를 생성하는 시분할 다중화 광송신기; 및
    광섬유를 통해 전송된 PAM 방식 광신호를 입력 받아 전기신호로 변환하는 광검출기를 포함하는 광수신기
    를 포함하는 광학적 시분할 다중화 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    시분할 다중화 광 송신기는,
    레이저의 광출력을 입력된 정현파 전기 신호로 변조하여, 정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 생성하는 외부 변조기
    를 포함하는 광학적 시분할 다중화 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 생성하는 직접 변조 레이저; 및
    직접 변조 레이저로 출력된 광학 펄스의 소광비를 높이기 위하여, 광학 펄스를 입력 받는 광학적 밴드패스 필터
    를 포함하는 광학적 시분할 다중화 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    시분할 다중화 광 송신기는,
    시분할 다중화되는 제1 RZ PAM 방식 광신호와 제2 RZ PAM 방식 광신호가 서로 직교하는 I/Q 또는 편광 또는 공간 모드 도메인에 위치하도록 변환하는 도메인 변환기
    를 더 포함하는 광학적 시분할 다중화 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    광수신기는,
    광검출기로 검출된 전기 신호를 입력 받아 신호처리하는 전기적 이퀄라이저; 및
    신호처리된 전기 신호의 각 심볼의 레벨을 결정하는 판별 소자
    를 더 포함하는 광학적 시분할 다중화 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 광수신기는,
    상기 광검출기로 검출된 전기 신호를 두 개의 신호로 역다중화하는 시분할 역다중화기; 및
    역다중화된 두 개의 신호를 입력 받는 MIMO 이퀄라이저; 및,
    신호처리된 두 개의 전기 신호들의 각 심볼의 레벨을 결정하는 서로 다른 두 개의 판별 소자
    를 더 포함하는 광학적 시분할 다중화 시스템.
  7. 시분할 다중화 광송신기를 통해 정현파로 세기 변조된 하나의 입력 광학 펄스를 두 부분으로 분리하고, 분리된 한 부분에서는 하나의 광변조기에 제1 다치 레벨 전기신호를 인가하여 제1 RZ PAM 방식 광신호를 생성하고, 분리된 다른 부분에는 다른 하나의 광변조기에 제2 다치 레벨 전기신호를 인가하여 제2 RZ PAM 방식 광신호를 생성하며, 제1 RZ PAM 방식 광신호를 입력 광학 펄스 주기의 미리 정해진 기간만큼 시간 지연한 후 제2 RZ PAM 방식 광신호와 광학적 시분할 다중화하여 PAM 방식 광신호를 생성하는 단계; 및
    광섬유를 통해 전송된 PAM 방식 광신호를 입력 받아 광검출기를 포함하는 광수신기를 통해 전기신호로 변환하는 단계
    를 포함하는 광학적 시분할 다중화 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    시분할 다중화 광송신기를 통해 정현파로 세기 변조된 하나의 입력 광학 펄스를 두 부분으로 분리하고, 분리된 한 부분에서는 하나의 광변조기에 제1 다치 레벨 전기신호를 인가하여 제1 RZ PAM 방식 광신호를 생성하고, 분리된 다른 부분에는 다른 하나의 광변조기에 제2 다치 레벨 전기신호를 인가하여 제2 RZ PAM 방식 광신호를 생성하며, 제1 RZ PAM 방식 광신호를 입력 광학 펄스 주기의 미리 정해진 기간만큼 시간 지연한 후 제2 RZ PAM 방식 광신호와 광학적 시분할 다중화하여 PAM 방식 광신호를 생성하는 단계는,
    레이저의 광출력을 입력된 정현파 전기 신호로 변조하여, 정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 생성하는 외부 변조기
    를 포함하는 광학적 시분할 다중화 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    직접 변조 레이저를 통해 정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 생성하는 단계; 및
    직접 변조 레이저로 출력된 광학 펄스의 소광비를 높이기 위하여, 광학적 밴드패스 필터를 통해 광학 펄스를 입력 받는 단계
    를 포함하는 광학적 시분할 다중화 방법.
  10. 제7항 내지 제9항중 어느 한 항에 있어서,
    시분할 다중화 광송신기를 통해 정현파로 세기 변조된 하나의 입력 광학 펄스를 두 부분으로 분리하고, 분리된 한 부분에서는 하나의 광변조기에 제1 다치 레벨 전기신호를 인가하여 제1 RZ PAM 방식 광신호를 생성하고, 분리된 다른 부분에는 다른 하나의 광변조기에 제2 다치 레벨 전기신호를 인가하여 제2 RZ PAM 방식 광신호를 생성하며, 제1 RZ PAM 방식 광신호를 입력 광학 펄스 주기의 미리 정해진 기간만큼 시간 지연한 후 제2 RZ PAM 방식 광신호와 광학적 시분할 다중화하여 PAM 방식 광신호를 생성하는 단계는,
    시분할 다중화되는 제1 RZ PAM 방식 광신호와 제2 RZ PAM 방식 광신호가 서로 직교하는 I/Q 또는 편광 또는 공간 모드 도메인에 위치하도록 도메인 변환기를 통해 변환하는 단계
    를 더 포함하는 광학적 시분할 다중화 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    광섬유를 통해 전송된 PAM 방식 광신호를 입력 받아 광검출기를 포함하는 광수신기를 통해 전기신호로 변환하는 단계는,
    전기적 이퀄라이저를 통해 광검출기로 검출된 전기 신호를 입력 받아 신호처리하는 단계; 및
    신호처리된 전기 신호의 각 심볼의 레벨을 판별 소자를 통해 결정하는 단계
    를 더 포함하는 광학적 시분할 다중화 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    광섬유를 통해 전송된 PAM 방식 광신호를 입력 받아 광검출기를 포함하는 광수신기를 통해 전기신호로 변환하는 단계는,
    상기 광검출기로 검출된 전기 신호를 시분할 역다중화기를 통해 두 개의 신호로 역다중화하는 단계; 및
    역다중화된 두 개의 신호를 MIMO 이퀄라이저를 통해 입력 받는 단계; 및,
    신호처리된 두 개의 전기 신호들의 각 심볼의 레벨을 서로 다른 두 개의 판별 소자를 통해 결정하는 단계
    를 더 포함하는 광학적 시분할 다중화 방법.
KR1020190092208A 2019-07-30 2019-07-30 정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 입력신호로 사용하는 광학적 시분할 다중화 방식 광전송 시스템 KR102186056B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190092208A KR102186056B1 (ko) 2019-07-30 2019-07-30 정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 입력신호로 사용하는 광학적 시분할 다중화 방식 광전송 시스템
PCT/KR2020/002758 WO2021020684A1 (ko) 2019-07-30 2020-02-26 정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 입력신호로 사용하는 광학적 시분할 다중화 방식 광전송 시스템
US17/631,412 US11799556B2 (en) 2019-07-30 2020-02-26 Optical-time-division-multiplexed transmission system using sinusoidally modulated optical signal as input pulse source

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190092208A KR102186056B1 (ko) 2019-07-30 2019-07-30 정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 입력신호로 사용하는 광학적 시분할 다중화 방식 광전송 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102186056B1 true KR102186056B1 (ko) 2020-12-03

Family

ID=73779449

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190092208A KR102186056B1 (ko) 2019-07-30 2019-07-30 정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 입력신호로 사용하는 광학적 시분할 다중화 방식 광전송 시스템

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11799556B2 (ko)
KR (1) KR102186056B1 (ko)
WO (1) WO2021020684A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220150809A (ko) * 2021-05-04 2022-11-11 한국전자통신연구원 광 시분할 다중화 기반 광송신기

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE60142814D1 (de) * 2000-02-28 2010-09-30 Nippon Telegraph & Telephone Optisches Übertragungsverfahren, optischer Sender und optischer Empfänger
US6445476B1 (en) * 2001-01-29 2002-09-03 Stratalight Communications, Inc. Transmission and reception of duobinary multilevel pulse-amplitude-modulated optical signals using subsequence-based encoder
US6690894B2 (en) * 2001-05-14 2004-02-10 Stratalight Communications, Inc. Multilevel optical signals optimized for systems having signal-dependent and signal-independent noises, finite transmitter extinction ratio and intersymbol interference
US7321733B2 (en) 2003-06-13 2008-01-22 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Split-band optical transmission system and optical transmission method used therein
US20050271394A1 (en) * 2004-06-02 2005-12-08 James Whiteaway Filter to improve dispersion tolerance for optical transmission
US7398022B2 (en) * 2005-07-08 2008-07-08 Mario Zitelli Optical return-to-zero phase-shift keying with improved transmitters
US8238014B2 (en) * 2008-09-08 2012-08-07 Luxtera Inc. Method and circuit for encoding multi-level pulse amplitude modulated signals using integrated optoelectronic devices
US8364042B2 (en) * 2009-06-12 2013-01-29 Kalpendu Shastri Optical interconnection arrangement for high speed, high density communication systems
US20120224867A1 (en) * 2011-03-04 2012-09-06 Alcatel-Lucent Usa Inc. Method and apparatus for all-optical discrete fourier transform including all-optical ofdm demultiplexing
US8983291B1 (en) * 2012-07-30 2015-03-17 Inphi Corporation Optical PAM modulation with dual drive mach zehnder modulators and low complexity electrical signaling
KR20140061129A (ko) * 2012-11-13 2014-05-21 한국전자통신연구원 멀티레벨 광신호 생성을 위한 광 송신기 및 그 방법
KR20140122355A (ko) * 2013-04-09 2014-10-20 한국전자통신연구원 직접변조 방식의 멀티레벨 광신호 생성장치 및 그 방법
CN104333419A (zh) * 2014-09-25 2015-02-04 华中科技大学 一种可调谐多波长光源及其调制方法
US9838239B2 (en) * 2015-01-22 2017-12-05 Futurewei Technologies, Inc. Digital generation of multi-level phase shifting with a Mach-Zehnder modulator (MZM)
TWI641881B (zh) * 2016-02-19 2018-11-21 光聯通訊有限公司 一種具有馬赫-詹德調變器的光傳送器及其操作方法
US20190319712A1 (en) * 2018-04-14 2019-10-17 Zte Corporation Amplitude coherent detection for pulse amplitude modulation signals
GB201902970D0 (en) * 2019-03-06 2019-04-17 Cambridge Entpr Ltd Optical transmitter
US20200174514A1 (en) * 2020-02-03 2020-06-04 Intel Corporation Optical signal skew compensation

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Alireza Samani et al., "A Silicon Photonic PAM-4 Modulator Based on Dual-Parallel Mach-Zehnder Interferometers," IEEE Photonics Journal, Volume 8, Number 1, (February 2016)* *
Hiroto Kawakami et al., "Novel Optimizing Technique for Linear Optical Mach-Zehnder Modulator and Its Experimental Verification using PAM-8 Signal," Pro. 2018 ECOC (23-27 Sept. 2018)* *
Mohamed Morsy-Osman et al., "224-Gb/s 10-km Transmission of PDM PAM-4 at 1.3 μm Using a Single Intensity-Modulated Laser and a Direct-Detection MIMO DSP-Based Receiver," JLT, VOL. 33, NO. 7, P. 1417,* *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220150809A (ko) * 2021-05-04 2022-11-11 한국전자통신연구원 광 시분할 다중화 기반 광송신기
KR102557191B1 (ko) 2021-05-04 2023-07-21 한국전자통신연구원 광 시분할 다중화 기반 광송신기

Also Published As

Publication number Publication date
US11799556B2 (en) 2023-10-24
US20220278751A1 (en) 2022-09-01
WO2021020684A1 (ko) 2021-02-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Seimetz High-order modulation for optical fiber transmission
JP4278332B2 (ja) 光送信器および光伝送システム
EP1566903B1 (en) Method and apparatus for optical transmission
US20140133870A1 (en) Optical transmitter for generating multi-level optical signal and method therefor
US10270632B2 (en) Modulator, modulation system, and method for implementing higher order modulation
US20040184723A1 (en) Multi-channel optical equalizer for intersymbol interference mitigation
US8873953B2 (en) Multiple-symbol polarization switching for differential-detection modulation formats
JP2004289831A (ja) 記号間干渉を軽減するマルチチャネル光イコライザ
US20140301736A1 (en) Directly modulated multi-level optical signal generator and method thereof
WO2017177372A1 (zh) 生成光信号的器件、方法和芯片
US20060110168A1 (en) Return-to-zero alternative-mark-inversion optical transmitter and method for generating return-to-zero alternative-mark-inversion optical signal using the same
Tan et al. Optical Nyquist filtering for elastic OTDM signals: Fundamentals and demonstrations
CN106792281B (zh) 光线路终端及光网络单元
da Silva et al. Combined optical and electrical spectrum shaping for high-baud-rate nyquist-WDM transceivers
KR102186056B1 (ko) 정현파로 세기 변조된 광학 펄스를 입력신호로 사용하는 광학적 시분할 다중화 방식 광전송 시스템
JP5634296B2 (ja) 光ナイキストパルス伝送
JP5207993B2 (ja) 光伝送装置及び方法
JP4809270B2 (ja) 光送信装置及び方法
Kim et al. 300-Gb/s transmission using OTDM system implemented with sinusoidally modulated input light source
KR20240061925A (ko) 광송신기, 광수신기 및 상기 광송신기와 광수신기의 동작 방법
Du et al. Optical inverse Fourier transform generated 11.2-Tbit/s no-guard-interval all-optical OFDM transmission
KR102086945B1 (ko) 다수의 저속 광변조기를 이용하여 초고속 다치 pam 광신호를 생성하기 위한 방법 및 장치
Ha et al. SOP change robust optical modulation based on dual polarization modulation for multi-dimensional optical transmission
CN105450325A (zh) 低成本的40Gb/s对称的TWDM-PON系统
JP4104999B2 (ja) 光送信器、光受信器、光伝送システムおよび光伝送方法

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant
G170 Re-publication after modification of scope of protection [patent]