KR102273666B1 - 편광 크로스토크를 보정할 수 있는 광 송수신 장치 및 방법 - Google Patents

편광 크로스토크를 보정할 수 있는 광 송수신 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102273666B1
KR102273666B1 KR1020200043343A KR20200043343A KR102273666B1 KR 102273666 B1 KR102273666 B1 KR 102273666B1 KR 1020200043343 A KR1020200043343 A KR 1020200043343A KR 20200043343 A KR20200043343 A KR 20200043343A KR 102273666 B1 KR102273666 B1 KR 102273666B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
signal
received signal
polarization
pilot tone
transmission
Prior art date
Application number
KR1020200043343A
Other languages
English (en)
Inventor
한상국
강수민
Original Assignee
연세대학교 산학협력단
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 연세대학교 산학협력단 filed Critical 연세대학교 산학협력단
Priority to KR1020200043343A priority Critical patent/KR102273666B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102273666B1 publication Critical patent/KR102273666B1/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
    • H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
    • H04B10/2507—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion
    • 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
    • H04B10/40—Transceivers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J14/00—Optical multiplex systems
    • H04J14/06—Polarisation multiplex systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B2210/00—Indexing scheme relating to optical transmission systems
    • H04B2210/07—Monitoring an optical transmission system using a supervisory signal
    • H04B2210/075—Monitoring an optical transmission system using a supervisory signal using a pilot tone

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

본 발명은 X 편광과 Y 편광 각각에 대응하는 2개의 송신 신호 중 하나의 송신 신호에 파일럿 톤을 삽입하여 광 변조하여 송신하고, 광 섬유를 통해 전달된 수신 편광 신호의 X 편광과 Y 편광에서 검출되는 2개의 수신 신호 각각에 포함된 파일럿 톤의 크기를 측정하여 추정되는 광 섬유의 채널 특성을 이용하여 X 수신 신호와 Y 수신 신호에 발생된 편광 크로스토크를 보상할 수 있는 광 송수신 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

Description

편광 크로스토크를 보정할 수 있는 광 송수신 장치 및 방법{OPTICAL TRANSMITTING AND RECEIVING APPARATUS CAPABLE OF CORRECTING POLARIZED CROSSTALK AND METHOD THEREOF}
본 발명은 광 송수신 장치 및 방법에 관한 것으로, 편광 크로스토크를 보정할 수 있는 광 송수신 장치 및 방법에 관한 것이다.
광 가입자망의 폭증하는 데이터 트래픽을 따라잡기 위해 광전송 시스템에서는 전송용량을 최대한 확보하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 광통신 시스템에서 사용되는 광부품의 대역폭 한계, 광섬유 내 색분산 문제, 송수신기의 잡음 특성 등으로 인해 전송용량을 증대시키는 데 어려움이 많다.
이에 제한된 상황에서 전송용량을 극대화하기 위해, 파장, 편광, 주파수 등의 다이버시티(Diversity)를 활용한 광학 다중화 기반 전송기법들이 보고되고 있다. 이 중 단일파장 내 전송용량을 극대화시킬 수 있는 편광 분할 다중화 방식(Polarization division multiplexing: 이하 PDM)을 사용하면 광원의 직교하는 편광축 2개에 신호를 독립적으로 전송할 수 있어, 하나의 광원당 2개의 채널을 확보할 수 있다. 즉, 전송용량을 이상적으로는 2배까지 올릴 수 있다.
그러나, PDM 신호를 광섬유를 통해 전송하면, 광섬유 내의 복굴절 특성, 외부 물리적인 압력/온도/진동/구부러짐 등의 변화로 인해 PDM 신호의 편광상태(State of polarization: SOP)가 불규칙적으로 변화하게 된다. 그 결과, 두 개의 직교하는 편광축간의 간섭이 발생하여, 기준 편광축 신호가 다른 축으로 넘어가는 크로스토크(Crosstlak)가 발생한다. 이는 기준 축에서의 SNR이 감소되는 결과를 초래하여 PDM 수신 성능이 열화되는 문제가 발생한다.
한국 등록 특허 제10-1518798호 (2015.05.04 등록)
본 발명의 목적은 편광 크로스토크를 보상하여 성능 열화를 방지할 수 있는 광 송수신 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 신호 변조 방식이나 송수신단의 구조에 따른 제약없이 적은 리던던시로 시간에 따라 변화하는 편광 상태 변화를 용이하게 추정하여 편광 크로스토크를 보상할 수 있는 광 송수신 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 저복잡도, 저비용 및 고속으로 송수신 가능한 PDM 광 송수신 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 광 수신 장치는 하나의 송신 신호에만 파일럿 톤이 삽입된 2개의 송신 신호에 따라 서로 수직 방향의 2개의 편광이 광 변조되고 결합되어 광 섬유를 통해 전달된 수신 편광 신호를 인가받아 X 편광과 Y 편광으로 편광 분배하는 편광 분배기; 상기 X 편광으로부터 X 수신 신호를 검출하고, 상기 Y 편광으로부터 Y 수신 신호를 검출하는 광 검출부; 상기 X 수신 신호와 상기 Y 수신 신호 각각에 포함된 파일럿 톤의 크기를 측정하여, 상기 광 섬유의 채널 특성을 추정하는 보상값 추정부; 및 추정된 채널 특성을 이용하여 상기 X 수신 신호와 상기 Y 수신 신호에 발생된 편광 크로스토크를 보상하는 신호 복원부를 포함한다.
상기 파일럿 톤은 상기 송신 신호에 기지정된 신호 대역 외의 주파수를 갖고, 상기 2개의 송신 신호 중 파일럿 톤이 삽입된 송신 신호는 기지정된 크기로 정규화될 수 있다.
상기 보상값 추정부는 상기 X 수신 신호와 상기 Y 수신 신호를 기지정된 크기로 정규화할 수 있다.
상기 보상값 추정부는 상기 X 수신 신호와 상기 Y 수신 신호를 기지정된 크기로 정규화하는 수신 정규화부; 및 정규화된 X 수신 신호와 Y 수신 신호에 각각에서 파일럿 톤을 추출하고 추출된 파일럿 톤의 크기를 측정하여, 정규화된 X 수신 신호와 정규화된 Y 수신 신호에 각각에서 측정된 파일럿 톤의 크기를 기반으로 수신 편광 신호에 발생된 편광 상태 변화를 나타내는 상기 채널 특성을 추정하는 톤 파워 측정부를 포함할 수 있다.
상기 수신 정규화부는 상기 X 수신 신호와 상기 Y 수신 신호를 RF 스펙트럼상 기지정된 최대 크기로 정규화할 수 있다.
상기 톤 파워 측정부는 상기 파일럿 톤이 Y 편광 방향에 대응하는 송신 신호에 삽입된 경우, 정규화된 X 수신 신호와 정규화된 Y 수신 신호에 각각에서 측정된 상기 파일럿 톤의 크기(
Figure 112020036991723-pat00001
,
Figure 112020036991723-pat00002
)를 기반으로 상기 채널 특성을
Figure 112020036991723-pat00003
으로 추정할 수 있다.
상기 신호 복원부는 상기 광 검출부에서 검출된 수신 신호(Xt, Yt)를 수학식
Figure 112020036991723-pat00004
에 따라 보상하여, 보상 수신 신호(Xt_comp, Yt_comp)를 획득할 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 광 송신 장치는 광원에서 방출된 광을 서로 수직 방향의 X 편광과 Y 편광으로 편광 분배하는 편광 분배기; 상기 X 편광과 상기 Y 편광 각각에 대응하는 2개의 송신 신호를 인가받고, 2개의 송신 신호 중 하나의 송신 신호에 파일럿 톤을 삽입하는 파일럿 톤 삽입부; 상기 파일럿 톤으로부터 하나에만 파일럿 톤이 삽입된 2개의 송신 신호를 인가받고, 인가된 2개의 송신 신호에 따라 상기 X 편광과 상기 Y 편광을 각각 광변조하는 광 변조부; 및 변조된 X 편광과 Y 편광을 결합하여 송신 편광 신호를 광 섬유를 통해 전송하는 편광 결합기를 포함한다.
상기 파일럿 톤 삽입부는 인가되는 2개의 송신 신호에 기지정된 신호 대역 외의 주파수를 갖는 상기 파일럿 톤을 삽입하고, 파일럿 톤이 삽입된 송신 신호를 기지정된 크기로 정규화할 수 있다.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 수신 방법은 하나의 송신 신호에만 파일럿 톤이 삽입된 2개의 송신 신호에 따라 서로 수직 방향의 2개의 편광이 광 변조되고 결합되어 광 섬유를 통해 전달된 수신 편광 신호를 인가받아 X 편광과 Y 편광으로 편광 분배하는 단계; 상기 X 편광으로부터 X 수신 신호를 검출하고, 상기 Y 편광으로부터 Y 수신 신호를 검출하는 단계; 상기 X 수신 신호와 상기 Y 수신 신호 각각에 포함된 파일럿 톤의 크기를 측정하여, 상기 광 섬유의 채널 특성을 추정하는 단계; 및 추정된 채널 특성을 이용하여 상기 X 수신 신호와 상기 Y 수신 신호에 발생된 편광 크로스토크를 보상하는 단계를 포함한다.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 송신 방법은 광원에서 방출된 광을 서로 수직 방향의 X 편광과 Y 편광으로 편광 분배하는 단계; 상기 X 편광과 상기 Y 편광 각각에 대응하는 2개의 송신 신호를 인가받고, 2개의 송신 신호 중 하나의 송신 신호에 파일럿 톤을 삽입하는 단계; 상기 파일럿 톤으로부터 하나에만 파일럿 톤이 삽입된 2개의 송신 신호를 인가받고, 인가된 2개의 송신 신호에 따라 상기 X 편광과 상기 Y 편광을 각각 광변조하는 단계; 및 변조된 X 편광과 Y 편광을 결합하여 송신 편광 신호를 광 섬유를 통해 전송하는 단계를 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 광 송수신 장치 및 방법은 광 가입자망 표준에서 요구하는 최소 20 ~ 최대 60 km의 전송거리 범위에서 낮은 요구 리던던시로 편광 크로스토크를 보정하여 기준 편광 채널에서의 신호대 잡음비를 극대화시킬 수 있으며, 신호 변조 방식이나 송수신단의 구조에 따른 제약없이 저복잡도, 저비용으로 고속 송수신이 가능하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 송신 장치의 개략적 구조를 나타낸다.
도 2는 도 1의 광 송신 장치에서 송신 신호에 삽입되는 파일럿 톤의 일예를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 수신 장치의 개략적 구조를 나타낸다.
도 4는 광섬유를 통해 전송되는 과정에서 편광 크로스토크가 발생되어 광 수신 장치로 수신되는 광 신호의 특성을 나타낸다.
도 5는 수신 편광 신호의 각 편광을 정규화한 특성을 나타낸다.
도 6은 보상된 광 신호의 특성을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 송수신 방법을 나타낸다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 송신 장치의 개략적 구조를 나타내고, 도 2는 도 1의 광 송신 장치에서 송신 신호에 삽입되는 파일럿 톤의 일예를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 광 송신 장치(100)는 광원(110), 편광 분배기(120), 송신 신호 획득부(130), 파일럿 톤 삽입부(140), 광 변조부(150) 및 편광 결합기(160)를 포함한다.
광원(110)은 미리 지정된 파장과 파형의 광을 생성하여 방출한다. 광원(110)은 일예로 레이저 다이오드(laser diode) 등으로 구현될 수 있다.
편광 분배기(120)는 광원(110)에서 방출된 광을 인가받아 전기장 벡터(또는 자기장 벡터)의 진동 방향이 지정된 방향으로 고정된 2개의 편광으로 분리한다. 여기서 분리된 2개의 편광의 전기장 벡터(또는 자기장 벡터)는 서로 수직(90도)인 방향으로 고정된다. 설명의 편의를 위하여 본 실시예에서는 2개의 편광 중 하나는 X축 방향의 X 편광(X)이고, 나머지 하나는 X 편광(X)과 수직인 Y축 방향의 Y 편광(Y)으로 분배되는 것으로 가정한다.
송신 신호 획득부(130)는 전송하고자 하는 송신 신호(Xt0, Yt0)를 획득한다. 이때 송신 신호 획득부(130)는 편광 분배기(120)에서 분배된 X 편광(X)과 Y 편광(Y) 각각에 대응하도록 2개의 송신 신호(Xt0, Yt0)를 획득할 수 있다. 여기서 송신 신호(Xt0, Yt0)는 기지정된 주파수의 신호 대역을 갖는 신호이다.
파일럿 톤 삽입부(140)는 2개의 송신 신호(Xt0, Yt0) 중 하나의 송신 신호(여기서는 일 예로 Yt0)에 신호 대역 외의 주파수를 갖는 파일럿 톤(pilot tone)(PT)을 삽입한다. 여기서 도 2에 도시된 바와 같이, 파일럿 톤(PT)이 신호 대역 외의 주파수를 갖는 것은 신호 대역 범위의 송신 신호(Xt0, Yt0)와 용이하게 구분될 수 있도록 하기 위함이다.
그리고 파일럿 톤 삽입부(140)가 하나의 송신 신호(Yt0)에만 파일럿 톤(PT)을 삽입하는 것은, 이후 광 수신 장치(미도시)가 광 섬유(미도시)를 통해 전송된 수신 편광 신호에서 편광 크로스토크에 의해 발생되는 편광 상태(SOP) 변화를 측정할 수 있도록 하기 위함이다.
그리고 파일럿 톤 삽입부(140)는 송신 신호(Yt0)에 삽입된 파일럿 톤(PT)의 크기가 기지정된 기준 크기(여기서는 일 예로 기준 크기를 1로 설정)가 되도록 정규화할 수 있다. 이때, 송신 신호(Yt0)에 삽입된 파일럿 톤(PT)의 크기가 RF 스펙트럼상 최대 크기(여기서는 1인 것으로 가정)로 정규화할 수 있다.
도 2에서 X축은 송신 신호(Xt0)의 크기를 나타내며, Y축은 송신 신호(Yt0)의 크기를 나타낸다. 그리고 fRF 는 주파수 축을 나타낸다. 도 2에서 RF 파일럿 톤(PT)은 송신 신호(Xt0, Yt0)의 신호 대역 외의 주파수에서 정규화된 크기를 갖는 것을 알 수 있다.
광 변조부(150)는 파일럿 톤 삽입부(140)로부터 송신 신호(Xt0, Yt0)를 인가받고, 인가된 송신 신호(Xt0, Yt0)에 따라 편광 분배기(120)에서 분배된 X 편광(X)과 Y 편광(Y)을 광변조하여 출력한다.
광 변조부(150)는 편광 분배기(120)에서 분배된 X 편광(X)과 Y 편광(Y) 중 X 편광(X)을 인가받고, 2개의 송신 신호(Xt0, Yt0) 중 대응하는 하나의 송신 신호(Xt0)에 따라 X 편광(X)을 변조하여 출력하는 제1 광 변조부(151)와 나머지 송신 신호(Yt0)에 따라 Y 편광(Y)을 변조하여 출력하는 제2 광 변조부(152)를 포함할 수 있다.
편광 결합기(160)는 제1 광 변조부(151)와 제2 광 변조부(152)에서 변조된 X 편광과 Y 편광을 결합하여 송신 편광 신호를 획득하고, 획득된 송신 편광 신호를 광 섬유(미도시)를 통해 전송한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 수신 장치의 개략적 구조를 나타내고, 도 4는 광섬유를 통해 전송되는 과정에서 편광 크로스토크가 발생되어 광 수신 장치로 수신되는 광 신호의 특성을 나타내며, 도 5는 수신 편광 신호의 각 편광을 정규화한 특성을 나타낸다. 그리고 도 6은 보상된 광 신호의 특성을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 광 수신 장치(200)는 편광 분배기(210), 광 검출부(220), 보상값 추정부(230) 및 신호 복원부(240)를 포함할 수 있다.
편광 분배기(210)는 광 송신 장치(100)로부터 광 섬유(미도시)를 통해 전송된 수신 편광 신호를 수신하여, 기지정된 X축 방향의 X 편광과 Y축 방향의 Y 편광으로 분배한다. 그리고 분배된 X 편광과 Y 편광을 광 검출부(220)로 전달한다.
광 검출부(220)는 편광 분배기(210)에서 분배된 X 편광과 Y 편광을 인가받고, 인가된 X 편광과 Y 편광에서 수신 신호(Xt, Yt)를 획득한다.
광 검출부(220)는 편광 분배기(210)에서 분배된 X 편광과 Y 편광 중 X 편광을 인가받아 수신 신호(Xt)를 검출하여 출력하는 제1 광 검출기(221)와 Y 편광을 인가받아 수신 신호(Yt)를 검출하여 출력하는 제2 광 검출기(222)를 포함할 수 있다.
보상값 추정부(230)는 광 검출부(220)에서 검출된 수신 신호(Xt, Yt)에서 파일럿 톤(PT)의 크기를 측정하여, 수신 신호(Xt, Yt)에 발생된 크로스토크 성분을 보상하기 위한 광 섬유의 채널 특성을 추정한다.
광 송신 장치(100)에서 광 섬유를 통해 광 수신 장치(200)로 전달되는 광 신호는 광 섬유를 통과하는 동안, 광 섬유의 복굴절 특성, 압력/온도/진동/구부러짐 등의 변화로 인해, 편광 상태(SOP)의 변화가 발생되어 수신된다. 상기한 바와 같이, 편광 상태(SOP) 변화는 편광축 간의 간섭을 야기하여 편광 크로스토크를 발생시킨다.
편광 상태(SOP) 변화는 편광 방향이 광 섬유를 통과하는 동안 회전하는 형태로 나타나게 된다. 만일 편광 상태(SOP) 변화가 θ 각도만큼 회전되는 경우, 수신 신호(Xt, Yt)에서는 송신 신호(Xt0, Yt0)가 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, Xt0sinθ, Yt0sinθ 로 크기가 줄어들어 포함되고, 수신 신호(Yt)에는 송신 신호(Xt0)가 Xt0cosθ 크기만큼 간섭을 야기하고, 변조된 수신 신호(Xt)에는 송신 신호(XYt0)가 Yt0cosθ 크기만큼 간섭을 야기한다.
그 결과, 광 수신 장치(200)의 광 검출부(220)가 검출한 수신 신호(Xt, Yt)는 도 4의 (b) 및 (c)와 같이, 크기가 줄어든 송신 신호(Xt0, Yt0) 성분과 서로 간섭된 송신 신호(Yt0, Xt0) 성분이 함께 검출된다. 즉 편광 크로스토크가 발생된 결과로 검출된 값이다. 따라서 광 송신 장치(100)가 전송한 송신 신호(Xt0, Yt0)를 정확하게 복원하기 위해서는, 수신 신호(Xt, Yt)에서 송신 신호(Xt0, Yt0)의 변화 성분을 정확하게 추정해야 한다. 이에 본 실시예에서는 파일럿 톤(PT)을 이용하여 수신 신호(Xt, Yt)에서 송신 신호(Xt0, Yt0)의 변화 성분, 즉 광 섬유의 채널 특성을 추정할 수 있도록 한다.
상기한 바와 같이, 파일럿 톤(PT)은 하나의 편광 방향에만 삽입 정규화(여기서는 일 예로 1의 크기)되어 변조되었으므로, 수신 신호(Xt, Yt) 각각에서 파일럿 톤(PT)의 변화를 측정하면, 송신 편광 신호가 광 섬유를 통해 전달되는 동안 발생된 편광 크로스토크에 의한 송신 신호(Xt0, Yt0)의 변화를 정확하게 추정하여 보상을 수행할 수 있다.
본 실시예에서 보상값 추정부(230)는 수신 정규화부(231)와 톤 파워 측정부(232)를 포함할 수 있다.
우선 수신 정규화부(231)는 광 검출부(220)에서 검출한 수신 신호(Xt, Yt)가 기지정된 크기가 되도록 정규화한다. 이는 정규화된 크기로 기준 편광에 삽입된 파일럿 톤(PT)이 광 섬유를 통해 전송되는 과정에서 발생된 변화를 정확하게 측정할 수 있도록 하기 위함이다. 도 5의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 수신 정규화부(231)는 광 송신 장치(100)에서 삽입되어 정규화되는 파일럿 톤(PT)과 마찬가지로 수신 신호(Xt, Yt)를 RF 스펙트럼상 최대 크기가 1인 값으로 정규화할 수 있다.
그리고 톤 파워 측정부(232)는 수신 신호(Xt, Yt) 각각에서 정규화된 파일럿 톤(PT)을 추출하여 크기를 측정한다. 상기한 바와 같이, 파일럿 톤(PT)은 신호 대역 외의 주파수를 가지므로, 용이하게 추출될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 편광 상태(SOP) 변화가 θ 각도만큼 회전된 경우, 1의 크기로 정규화된 파일럿 톤(PT)은 기준 편광(Y 편광(Y)) 방향에서 검출되어 정규화되는 경우 sinθ ≒
Figure 112020036991723-pat00005
크기가 되며, 나머지 편광(X 편광(X)) 방향에서 검출되어 정규화되는 경우 cosθ ≒
Figure 112020036991723-pat00006
가 된다. 따라서 톤 파워 측정부(232)는 2개의 편광 방향에서 검출된 파일럿 톤(PT)의 크기(
Figure 112020036991723-pat00007
,
Figure 112020036991723-pat00008
)를 측정할 수 있다.
신호 복원부(240)는 광 검출부(220)에서 검출한 수신 신호(Xt, Yt)를 인가받고, 수신 신호(Xt, Yt)를 보상값 추정부(230)에서 측정된 파일럿 톤의 크기(
Figure 112020036991723-pat00009
,
Figure 112020036991723-pat00010
)에 따라 크로스토크를 보상하여, 보상 수신 신호(Xt_comp, Yt_comp)를 획득한다.
도 4를 참조하면, 광 섬유를 통해 전달된 수신 편광 신호에서 검출된 수신 신호(Xt, Yt)와 송신 신호(Xt0, Yt0) 사이의 관계는 수학식 1로 표현될 수 있다.
Figure 112020036991723-pat00011
여기서
Figure 112020036991723-pat00012
는 광 섬유의 채널 특성으로 볼 수 있다.
따라서 신호 복원부(240)는 수학식 1로부터 수신 신호(Xt, Yt)와 송신 신호(Xt0, Yt0) 사이의 관계에 기반하여 획득되는 광 섬유의 채널 특성을 이용하여 보상 수신 신호(Xt_comp, Yt_comp)를 수학식 2에 따라 획득할 수 있다.
Figure 112020036991723-pat00013
도 6에 도시된 바와 같이, 보상 수신 신호(Xt_comp, Yt_comp)는 크로스토크에 의한 간섭이 제거되어 송신 신호(Xt0, Yt0)에 대응하는 형태로 획득될 수 있다.
즉 송신 신호(Xt0, Yt0)에 대응하도록 보상된 보상 수신 신호(Xt_comp, Yt_comp)를 획득할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 송수신 방법을 나타낸다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 도 7의 광 송수신 방법은 편광 송신 단계(S10)와 편광 수신 단계(S20)로 구분할 수 있으며, 편광 송신 단계(S10)는 광 송신 장치(100)에서 수행되며, 편광 수신 단계(S20)는 광 수신 장치(200)에서 수행될 수 있다.
편광 송신 단계(S10)에서는 우선 광원에서 광이 방출되면, 광원에서 방출된 광을 서로 수직 방향의 X 편광(X)과 Y 편광(Y)으로 편광 분배한다(S11).
한편, 광원에서 분배된 2개의 편광을 이용하여 전송하고자 하는 2개의 송신 신호(Xt0, Yt0) 중 하나의 송신 신호(여기서는 일 예로 Yt0)에 신호 대역 외의 주파수를 갖는 파일럿 톤(PT)을 삽입한다(S12). 이때, 삽입된 파일럿 톤(PT)의 크기가 기지정된 기준 크기(여기서는 일 예로 기준 크기를 1로 설정)가 되도록 정규화할 수 있다.
그리고 X 편광(X)과 Y 편광(Y)을 대응하는 송신 신호(Xt0, Yt0)에 따라 광 변조한다(S13). 이때, 삽입된 파일럿 톤(PT)의 크기가 기지정된 기준 크기(여기서는 일 예로 기준 크기를 1로 설정)가 되도록 정규화하여 변조할 수 있다.
변조된 X 편광과 Y 편광이 획득되면, 변조된 X 편광과 Y 편광을 결합하여 송신 편광 신호를 생성한다(S14). 그리고 생성된 송신 편광 신호를 광 섬유를 통해 전송한다(S15).
편광 수신 단계(S20)에서는 광 섬유를 통해 전송된 수신 편광 신호를 서로 수직 방향의 X 편광과 Y 편광으로 편광 분배한다(S21). 그리고 분배된 X 편광과 Y 편광으로부터 수신 신호(Xt, Yt)를 검출한다(S22). 이후 검출된 수신 신호(Xt, Yt) 각각의 세기를 RF 스펙트럼상 최대 크기가 1인 값으로 정규화한다(S23). 정규화된 수신 신호(Xt, Yt)에서 파일럿 톤(PT)을 추출하고, 추출된 파일럿 톤(PT)의 크기를 측정하여 광 섬유의 채널 특성을 추정한다(S24). 그리고 추정된 광 섬유의 채널 특성을 기반으로, 검출된 수신 신호(Xt, Yt)를 보상한다(S25).
결과적으로 본 실시예에 따른 광 송수신 장치 및 방법은 광 송신 장치(100)가 정규화된 크기의 파일럿 톤을 분배된 편광 중 기준 편광에만 반영되어 변조되도록 하여 송신 편광 신호를 전송하고, 광 수신 장치(200)는 수신 편광 신호에서 분배된 2개의 편광에서 검출된 수신 신호에 포함된 파일럿 톤(PT)의 크기 변화를 측정하여, 광 섬유를 통해 전송되는 동안 각 편광에 발생된 편광 크로스토크에 의한 변화량을 추정하고 보상함으로써, 정확한 데이터를 복원할 수 있도록 한다. 즉 전송에 이용된 광 섬유 채널의 특성을 파일럿 톤(PT)을 이용하여 추정하고, 추정된 채널 특성을 보상하여 편광 크로스토크가 발생하여도 실시간으로 정확하게 데이터를 복원할 수 있도록 한다.
따라서 광 송수신 시의 신호 변조 방식이나 광 송신 장치(100) 및 광 수신 장치(200)의 구조에 제약되지 않는다. 특히 편광 크로스토크를 보상하기 위한 보상값 추정부(230)와 신호 복원부(240)가 디지털 신호 처리 방식을 수행될 수 있으므로, 기존에 고가로 높은 복잡도를 가지며 저속으로 동작하는 편광 조절기(Polarization Controller)를 이용하는 방식에 비해, 저비용으로 고속으로 수신 편광 신호를 보상하여 처리할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행시키기 위한 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다. 여기서 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스 될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 또한 컴퓨터 저장 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함하며, ROM(판독 전용 메모리), RAM(랜덤 액세스 메모리), CD(컴팩트 디스크)-ROM, DVD(디지털 비디오 디스크)-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등을 포함할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 광 송신 장치 110: 광원
120: 편광 분배기 130: 송신 신호 획득부
140: 파일럿 톤 삽입부 150: 광 변조부
160: 편광 결합기 200: 광 수신 장치
210: 편광 분배기 220: 광 검출부
230: 보상값 추정부 240: 신호 복원부

Claims (18)

  1. 하나의 송신 신호에만 파일럿 톤이 삽입된 2개의 송신 신호에 따라 서로 수직 방향의 2개의 편광이 광 변조되고 결합되어 광 섬유를 통해 전달된 수신 편광 신호를 인가받아 X 편광과 Y 편광으로 편광 분배하는 편광 분배기;
    상기 X 편광으로부터 X 수신 신호를 검출하고, 상기 Y 편광으로부터 Y 수신 신호를 검출하는 광 검출부;
    상기 X 수신 신호와 상기 Y 수신 신호 각각에 포함된 파일럿 톤의 크기를 측정하여, 상기 광 섬유의 채널 특성을 추정하는 보상값 추정부; 및
    추정된 채널 특성을 이용하여 상기 X 수신 신호와 상기 Y 수신 신호에 발생된 편광 크로스토크를 보상하는 신호 복원부를 포함하되,
    상기 보상값 추정부는
    상기 X 수신 신호와 상기 Y 수신 신호를 기지정된 크기로 정규화하는 수신 정규화부; 및
    정규화된 X 수신 신호와 Y 수신 신호에 각각에서 파일럿 톤을 추출하고 추출된 파일럿 톤의 크기를 측정하여, 정규화된 X 수신 신호와 정규화된 Y 수신 신호에 각각에서 측정된 파일럿 톤의 크기를 기반으로 수신 편광 신호에 발생된 편광 상태 변화를 나타내는 상기 채널 특성을 추정하는 톤 파워 측정부를 포함하며,
    상기 톤 파워 측정부는
    상기 파일럿 톤이 Y 편광 방향에 대응하는 송신 신호에 삽입된 경우, 정규화된 X 수신 신호와 정규화된 Y 수신 신호에 각각에서 측정된 상기 파일럿 톤의 크기(
    Figure 112021040822340-pat00029
    ,
    Figure 112021040822340-pat00030
    )를 기반으로 상기 채널 특성을
    Figure 112021040822340-pat00031
    으로 추정하는 광 수신 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 파일럿 톤은
    상기 송신 신호에 기지정된 신호 대역 외의 주파수를 갖고, 상기 2개의 송신 신호 중 파일럿 톤이 삽입된 송신 신호는 기지정된 크기로 정규화되는 광 수신 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 수신 정규화부는
    상기 X 수신 신호와 상기 Y 수신 신호를 RF 스펙트럼상 기지정된 최대 크기로 정규화하는 광 수신 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 신호 복원부는
    상기 광 검출부에서 검출된 수신 신호(Xt, Yt)를 수학식
    Figure 112021040822340-pat00017

    에 따라 보상하여, 보상 수신 신호(Xt_comp, Yt_comp)를 획득하는 광 수신 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 하나의 송신 신호에만 파일럿 톤이 삽입된 2개의 송신 신호에 따라 서로 수직 방향의 2개의 편광이 광 변조되고 결합되어 광 섬유를 통해 전달된 수신 편광 신호를 인가받아 X 편광과 Y 편광으로 편광 분배하는 단계;
    상기 X 편광으로부터 X 수신 신호를 검출하고, 상기 Y 편광으로부터 Y 수신 신호를 검출하는 단계;
    상기 X 수신 신호와 상기 Y 수신 신호 각각에 포함된 파일럿 톤의 크기를 측정하여, 상기 광 섬유의 채널 특성을 추정하는 단계; 및
    추정된 채널 특성을 이용하여 상기 X 수신 신호와 상기 Y 수신 신호에 발생된 편광 크로스토크를 보상하는 단계를 포함하되,
    상기 채널 특성을 추정하는 단계는
    상기 X 수신 신호와 상기 Y 수신 신호를 기지정된 크기로 정규화하는 단계; 및
    정규화된 X 수신 신호와 Y 수신 신호에 각각에서 파일럿 톤을 추출하고 추출된 파일럿 톤의 크기를 측정하여, 정규화된 X 수신 신호와 정규화된 Y 수신 신호에 각각에서 측정된 파일럿 톤의 크기를 기반으로 수신 편광 신호에 발생된 편광 상태 변화를 나타내는 상기 채널 특성을 추정하는 단계를 포함하며,
    상기 채널 특성을 추정하는 단계는
    상기 파일럿 톤이 Y 편광 방향에 대응하는 송신 신호에 삽입된 경우, 정규화된 X 수신 신호와 정규화된 Y 수신 신호에 각각에서 측정된 상기 파일럿 톤의 크기(
    Figure 112021040822340-pat00032
    ,
    Figure 112021040822340-pat00033
    )를 기반으로 상기 채널 특성을
    Figure 112021040822340-pat00034
    으로 추정하는 광 수신 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 파일럿 톤은
    상기 송신 신호에 기지정된 신호 대역 외의 주파수를 갖고, 상기 2개의 송신 신호 중 파일럿 톤이 삽입된 송신 신호는 기지정된 크기로 정규화되는 광 수신 방법.
  12. 삭제
  13. 제10항에 있어서, 상기 정규화하는 단계는
    상기 X 수신 신호와 상기 Y 수신 신호를 RF 스펙트럼상 기지정된 최대 크기로 정규화하는 광 수신 방법.
  14. 삭제
  15. 제10항에 있어서, 상기 편광 크로스토크를 보상하는 단계는
    검출된 수신 신호(Xt, Yt)를 수학식
    Figure 112021040822340-pat00021

    에 따라 보상하여, 보상 수신 신호(Xt_comp, Yt_comp)를 획득하는 광 수신 방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
KR1020200043343A 2020-04-09 2020-04-09 편광 크로스토크를 보정할 수 있는 광 송수신 장치 및 방법 KR102273666B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200043343A KR102273666B1 (ko) 2020-04-09 2020-04-09 편광 크로스토크를 보정할 수 있는 광 송수신 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200043343A KR102273666B1 (ko) 2020-04-09 2020-04-09 편광 크로스토크를 보정할 수 있는 광 송수신 장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102273666B1 true KR102273666B1 (ko) 2021-07-05

Family

ID=76899429

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200043343A KR102273666B1 (ko) 2020-04-09 2020-04-09 편광 크로스토크를 보정할 수 있는 광 송수신 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102273666B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102470554B1 (ko) 2021-09-30 2022-11-23 연세대학교 산학협력단 단일 광변조기를 이용한 다중 세기 편광 변조 광 송신 장치 및 방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080138070A1 (en) * 2006-12-06 2008-06-12 General Photonics Corporation Optical Polarization Division Multiplexing In Optical Communication
KR101518798B1 (ko) 2011-03-25 2015-05-15 알까뗄 루슨트 편광 분할 다중화를 사용하는 광 데이터 송신 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080138070A1 (en) * 2006-12-06 2008-06-12 General Photonics Corporation Optical Polarization Division Multiplexing In Optical Communication
KR101518798B1 (ko) 2011-03-25 2015-05-15 알까뗄 루슨트 편광 분할 다중화를 사용하는 광 데이터 송신 방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Kazi Abu Taher et al., "PMD Monitoring of Polarization Division Multiplex Transmission System Using RF Tone Harmonics," 18th ICCIT, (2015.12.21)* *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102470554B1 (ko) 2021-09-30 2022-11-23 연세대학교 산학협력단 단일 광변조기를 이용한 다중 세기 편광 변조 광 송신 장치 및 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6671464B1 (en) Polarization mode dispersion compensator and compensation method
CN101527600B (zh) 相干光接收机和其调节方法
US7809279B2 (en) System and method using differential loop gain for fault identification in line monitoring equipment
US6266457B1 (en) System and method for differential group delay compensation
EP2204934A1 (en) Method, device, and system for polarization division multiplexing and demultiplexing
US8737840B2 (en) Optical transmission system, transmitter, receiver and method
US20080138070A1 (en) Optical Polarization Division Multiplexing In Optical Communication
US10345192B2 (en) Single-end optical fiber transfer matrix measurement using spatial pilot
US6647176B1 (en) Method and apparatus to compensate for polarization mode dispersion
JP4149726B2 (ja) 光伝送線路上の局部化偏波依存性異常を検出するための方法および装置
US12009857B2 (en) Closed loop module control for communication based on signal quality
US11650340B2 (en) Detection of seismic disturbances using optical fibers
JP2002033701A (ja) 偏波モード分散補償方法および偏波モード分散補償装置
KR102273666B1 (ko) 편광 크로스토크를 보정할 수 있는 광 송수신 장치 및 방법
US10530472B2 (en) In-service testing of optical signal-to-noise ratio
CN105612701A (zh) 使用谱成形和扩展信道间距的系统和方法
JPH11510974A (ja) 分散の補償
US6421153B1 (en) Device and method for determining PMD independent of SOP
KR102415791B1 (ko) 위상 신호 왜곡을 선 보상하는 광 송신 장치 및 방법
US20240106533A1 (en) Device and methods for real-time polarization-dependent loss monitoring at coherent transceivers
WO2022073195A1 (en) Apparatuses and methods for generating an optical signal in an optical communication network
KR102225027B1 (ko) 편광 세기 회전 주파수 천이를 이용한 광 송수신 장치 및 방법
KR102128201B1 (ko) 차등 편광 천이 기반 광 송수신 장치 및 방법
KR102404946B1 (ko) 위상 변조 신호 왜곡을 보상하는 광 수신 장치 및 방법
US20220286201A1 (en) Detection of ambient disturbances using dispersive delays in optical fibers

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant