KR102510313B1

KR102510313B1 - 광 수신 디바이스

Info

Publication number: KR102510313B1
Application number: KR1020210067506A
Authority: KR
Inventors: 쿠엔-팅 차이; 야오-웬 리앙; 주온-민 추앙; 웨이-훙 췐
Original assignee: 몰렉스 엘엘씨
Priority date: 2020-05-27
Filing date: 2021-05-26
Publication date: 2023-03-17
Also published as: CN113746550A; US11411655B2; JP7234295B2; JP2021191001A; EP3917037A1; US20210376934A1; KR20210147933A

Abstract

광 수신 디바이스는 변환 모듈, 신호 생성 모듈 및 제어 모듈을 포함한다. 변환 모듈은 광 신호에 대해 광전 변환 및 증폭을 수행하여 광전류를 생성하며, 신호 생성 모듈은 이득 신호를 제공하고, 사전설정된 출력 전압 스윙을 나타내는 입력 신호에 따라 광전류에 대해 트랜스임피던스 및 증폭을 수행하여 전압 신호를 생성하고, 광전류에 따라 광 신호와 연관된 평균 광 파워를 나타내는 측정 신호를 생성하며, 제어 모듈은 변환 모듈의 이득을 조정하기 위한 가변적인 제어 신호를 출력하여 변환 모듈 자체의 이득이 변함에 따라 변환 모듈의 동적 범위가 변하게 한다.

Description

광 수신 디바이스{OPTICAL RECEIVING DEVICE}

본 발명은 디바이스에 관한 것으로, 특히 광 수신 디바이스에 관한 것이다.

기존 광 통신 시스템은 광 전송 디바이스, 광섬유, 광 수신 디바이스, 조정가능 광 감쇠기, 광 분할기 및 광 검출기를 포함한다.

광 전송 디바이스는, 다중레벨 펄스 진폭 변조의 광 신호를 전송하고 광 신호를 순차적으로 광섬유 및 조정가능 광 감쇠기를 통해 광 분할기로 전달하는 데 사용된다. 광 분할기는 수신된 광 신호를 제1 광 신호 및 제2 광 신호로 분할하고, 제1 광 신호 및 제2 광 신호를 각각 광 검출기 및 광 수신 디바이스로 전달한다. 광 수신 디바이스는 디지털 데이터 출력을 생성하기 위해 수신된 제2 광 신호에 대한 광전 변환, 증폭, 및 복조를 수행하여, 포스트-스테이지 디지털 회로가 사용되게 한다. 광 검출기는 제1 광 신호에 따른 광 신호의 광 파워를 나타내는 측정 신호를 생성하고, 측정 신호를 조정가능 광 감쇠기로 전달한다. 측정 신호에 따라, 조정가능 광 감쇠기는 광섬유를 통해 수신된 광 신호가 먼저 출력 감쇠 및 조정에 대해 수행되고 이어서 광 분할기로 출력되는지 여부를 결정하여, 광 분할기로부터 광 수신 디바이스에 의해 수신된 제2 광 신호의 광 파워가 너무 크기 때문에 광 수신 디바이스가 내측 반도체 광 증폭기로 하여금 포화 영역에서 작동되게 하지 않을 것이어서, 내측 반도체 광 증폭기가 포화 영역에서 작동되기 때문에 광 수신 디바이스에 의해 생성된 디지털 데이터 출력이 부정확하다는 것을 피하게 한다.

이와 같이, 기존 광 통신 시스템에 포함되는 광 전송 디바이스, 광섬유 및 광 수신 디바이스와 같은 기본 요소에 더하여, 그것은 추가적으로 기존 광 통신 시스템이 조정가능 광 감쇠기, 광학 분할기 및 광 검출기를 추가로 포함할 것을 요구하는데, 이는 기존 광 통신 시스템이 더 큰 체적 및 더 높은 비용을 갖게 되는 결과를 야기한다. 더욱이, 광 신호의 입력 파워와 연관된 광 수신 디바이스의 동적 범위가 더 제한된다. 따라서, 기존 광 통신 시스템은 여전히 개선의 여지를 갖는다.

따라서, 본 발명의 목적은 기존 기술의 결점을 극복할 수 있는 광 수신 디바이스를 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명의 광 수신 디바이스는 변환 모듈, 신호 생성 모듈 및 제어 모듈을 포함한다. 변환 모듈은 광섬유로부터 광 신호를 수신하고 광 신호에 대해 광전 변환 및 증폭을 수행하여 광전류를 생성하는 데 사용된다. 신호 생성 모듈은 사전설정된 출력 전압 스윙(swing)을 나타내는 입력 신호를 수신하고 변환 모듈에 전기적으로 연결되어 광전류를 수신하며, 자체의 총 이득을 나타내는 이득 신호를 제공하고, 입력 신호에 따라 광전류에 대해 트랜스임피던스 및 증폭을 수행하여 전압 신호를 생성하고, 광전류에 따라 광 신호와 연관된 평균 광 파워를 나타내는 측정 신호를 생성한다. 제어 모듈은 변환 모듈 및 신호 생성 모듈에 전기적으로 연결되어, 변환 모듈의 이득을 조정하기 위한 가변적인 제어 신호를 변환 모듈로 출력하여, 변환 모듈 자체의 이득이 변함에 따라 변환 모듈의 동적 범위가 변하게 한다.

본 발명의 기술적 효과는, 제어 모듈이 제어 신호를 생성하여 변환 모듈의 이득을 조정하고, 변환 모듈의 동적 범위가 그에 따라 추가로 증가될 수 있어서, 광섬유를 통한 광 신호의 전달 거리가 덜 제한되게 하고, 이어서, 링크 성능이 증진된다는 점에 있다.

본 발명의 다른 특징 및 기술적 효과는 첨부 도면을 참조한 실시예에서 명백할 것이다.
도 1은 광 통신 시스템을 위해 사용되는 본 발명의 광 수신 디바이스의 제1 실시예를 예시하는 블록 다이어그램이다.
도 2는 상이한 구동 전류들 하에서 입력 파워에 따라 제1 실시예의 반도체 광 증폭기의 자체의 이득이 변하는 것을 예시하는 시뮬레이션 다이어그램이다.
도 3은 제1 실시예의 반도체 광 증폭기의 이득이 일정할 때 비트 에러 레이트가 입력 파워에 따라 변하는 것을 예시하는 시뮬레이션 다이어그램이다.
도 4는 제1 실시예의 반도체 광 증폭기의 이득이 일정할 때 소광비가 입력 파워에 따라 변하는 것을 예시하는 시뮬레이션 다이어그램이다.
도 5는 제1 실시예의 반도체 광 증폭기의 이득이 일정하지 않을 때 비트 에러 레이트가 입력 파워에 따라 변하는 것을 예시하는 시뮬레이션 다이어그램이다.
도 6은 반도체 광 증폭기의 제1 실시예의 이득이 일정하지 않을 때 소광비가 입력 파워에 따라 변하는 것을 예시하는 시뮬레이션 다이어그램이다.
도 7은 본 발명의 광 수신 디바이스의 제2 실시예를 예시하는 블록 다이어그램이다.
도 8은 다른 광 통신 시스템을 위해 사용되는 본 발명의 광 수신 디바이스의 제3 실시예를 예시하는 블록 다이어그램이다.
도면 부호는 하기와 같이 표현된다:
1 광 수신 디바이스
10 광 통신 시스템
11, 11a, 11b 변환 모듈
111, 116 반도체 광 증폭기
112 광학 대역 통과 필터
113, 118 광검출기
114 광전 변환기
115 바이어스 전압 발생기
117 역다중화기(demultiplexer)
12, 12a 신호 생성 모듈
121 파워 검출기
122 트랜스임피던스 증폭기
123 가변 이득 증폭기
124 자동 이득 제어기
125 신호 생성 유닛
13 제어 모듈
14 다중레벨 펄스 진폭 복조기
15 추정 모듈
2 광 전송 디바이스
3 광섬유
Ac 이득 제어 신호
Cs 제어 신호
Do 데이터 출력
Do1 내지 Don 데이터 출력
DR, DR' 동적 범위
Es 추정 신호
Gs 이득 신호
Gs1 내지 Gsn 이득 신호 부분
La 증폭된 광 신호
Lf 필터링된 광 신호
L1 내지 Ln 조정 광 신호
Ls 광 신호
Ms 측정 신호
Ms1 내지 Msn 측정 신호 부분
Pb 사전설정된 비트 에러 레이트 임계치
Pc 광전류
Pc1 내지 Pcn 광전류 부분
Pt 사전설정된 소광비 임계치
Q 위치
Q1 제1 입력 파워
Q2 제2 입력 파워
Si 입력 신호
Si1 내지 Sin 입력 신호 부분
Va 증폭된 전압 신호
Vb 바이어스 전압
Vs 전압 신호
Vs1 내지 Vsn 전압 신호 부분

본 발명이 상세히 설명되기 전에, 동일한 요소들이 하기의 설명에서 동일한 도면 부호들로 표시된다는 것에 유의하여야 한다.

<제1 실시예>

도 1을 참조하면, 본 발명의 광 수신 디바이스(1)의 일 실시예는 광 통신 시스템(10)에 적응된다. 광 통신 시스템(10)은 광학 전송 디바이스(2) 및 광섬유(3)를 포함한다. 광 전송 디바이스(2)는 다중레벨 펄스 진폭 변조(PAM-N)의 광 신호(Ls)를 전송하고 광 신호(Ls)를 광섬유(3)를 통해 광 수신 디바이스(1)로 전달하는 데 사용된다. 광 신호(Ls)는 적어도 4개 레벨의 다중레벨 펄스 진폭 변조 신호이다. 본 실시예에서, 광 신호(Ls)가 4개 레벨의 펄스 진폭 변조 신호인 것이 예로서 취해지지만, 본 발명은 이로 제한되지 않는다.

본 실시예의 광 수신 디바이스(1)는 변환 모듈(11), 신호 생성 모듈(12), 제어 모듈(13) 및 다중레벨 펄스 진폭 복조기(14)를 포함한다.

변환 모듈(11)은, 광섬유(3)로부터 광 신호(Ls)를 수신하고 광 신호(Ls)에 대해 광전 변환 및 증폭을 수행하여 광전류(Pc)를 생성하는 데 사용된다. 본 실시예에서, 변환 모듈(11)은 반도체 광 증폭기(111), 광학 대역 통과 필터(112) 및 광검출기/광 검출기(113)를 포함한다.

반도체 광 증폭기(111)는 광 신호(Ls)를 수신하고 가변적인 제어 신호(Cs)를 수신하는 데 사용된다. 반도체 광 증폭기(111)는 제어 신호(Cs)에 따라 자체의 이득을 조정하고, 광 신호(Ls)를 증폭하여 증폭된 광 신호(La)를 생성한다. 반도체 광 증폭기(111)의 이득은 변환 모듈(11)의 이득으로서 작용된다. 구체적으로, 제어 신호(Cs)가 변함에 따라 반도체 광 증폭기(111)의 구동 전류가 변하고, 구동 전류가 변함에 따라 반도체 광 증폭기(111)의 이득이 변한다. 도 2를 추가로 참조하면, 도 2는 상이한 구동 전류들 하에서 반도체 광 증폭기(111)의 이득과 광 신호(Ls)의 입력 파워 사이의 관계를 예시한다. 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 반도체 광 증폭기(111)의 더 큰 (더 작은) 이득이 요구되는 경우, 구동 전류는 제어 신호(Cs)에 따라 증가될 (감소될) 것이다.

광학 대역 통과 필터(112)는 반도체 광 증폭기(111)에 커플링되어 증폭된 광 신호(La)를 수신하고 증폭된 광 신호(La)를 대역 통과 필터링하여 필터링된 광 신호(Lf)를 생성한다. 구체적으로, 광학 대역 통과 필터(112)는, 검출하고자 하는 파장을 갖는 광 신호가 통과되게 하고 검출하고자 하지 않는 파장을 갖는 다른 광 신호를 필터링 아웃(filter out)하는 데 사용된다.

광검출기(113)는 광학 대역 통과 필터(112)에 커플링되어 필터링된 광 신호(Lf)를 수신하고 필터링된 광 신호(Lf)를 광전류(Pc)로 광전기적으로 변환시킨다.

신호 생성 모듈(12)은 사전설정된 출력 전압 스윙을 나타내는 입력 신호(Si)를 수신하고, 변환 모듈(11)의 광검출기(113)에 전기적으로 연결되어 광전류(Pc)를 수신한다. 신호 생성 모듈(12)은 자체의 총 이득을 나타내는 이득 신호(Gs)를 제공한다. 신호 생성 모듈(12)은 입력 신호(Si)에 따라 광전류(Pc)에 대해 트랜스임피던스 및 증폭을 수행하여 전압 신호(Vs)를 생성하고, 광전류(Pc)에 따라 광 신호(Ls)와 연관된 평균 광 파워를 나타내는 측정 신호(Ms)를 생성한다. 측정 신호(Ms)는 광 수신 디바이스(1)의 수신 신호 강도 표시(received signal strength indication, RSSI)로서 작용된다. 전압 신호(Vs)는 적어도 4개 레벨의 다중레벨 펄스 진폭 변조 신호이다. 본 실시예에서, 전압 신호(Vs)가 4개 레벨의 펄스 진폭 변조 신호이지만, 본 발명은 이로 제한되지 않는다. 신호 생성 모듈(12)은 파워 검출기(121), 트랜스임피던스 증폭기(122), 가변 이득 증폭기(123) 및 자동 이득 제어기(124)를 포함한다.

파워 검출기(121)는 광검출기(113)에 전기적으로 연결되어 광전류(Pc)를 검출하고 광전류(Pc)에 따라 측정 신호(Ms)를 생성한다.

트랜스임피던스 증폭기(122)는 광검출기(113)에 전기적으로 연결되어 광전류(Pc)를 수신하고 광전류(Pc)에 대해 트랜스임피던스 및 증폭을 수행하여 증폭된 전압 신호(Va)를 생성한다.

가변 이득 증폭기(123)는 가변 이득을 나타내는 이득 제어 신호(Ac)를 수신하고, 트랜스임피던스 증폭기(122)에 전기적으로 연결되어 증폭된 전압 신호(Va)를 수신한다. 가변 이득 증폭기(123)는 이득 제어 신호(Ac)에 따라 자체의 이득을 가변 이득으로 조정하고 증폭된 전압 신호(Va)를 증폭하여 전압 신호(Vs)를 생성한다.

자동 이득 제어기(124)는 입력 신호(Si)를 수신하고, 가변 이득 증폭기(123)에 전기적으로 연결되어 전압 신호(Vs)를 수신한다. 자동 이득 제어기(124)는 이득 신호(Gs)를 제공하고, 이득 신호(Gs)에 의해 나타나는 총 이득은 트랜스임피던스 증폭기(122)와 가변 이득 증폭기(123)의 이득들의 합이다(따라서, 자동 이득 제어기(124)는 트랜스임피던스 증폭기(122)의 이득을 사전저장하고, 트랜스임피던스 증폭기(122)의 이득은 일정하다). 자동 이득 제어기(124)는 전압 신호(Vs)의 전압 스윙과 입력 신호(Si)에 의해 나타나는 사전설정된 출력 전압 스윙 사이의 비교를 수행하여 비교의 결과에 따라 이득 제어 신호(Ac)를 조정 및 생성하고 이득 제어 신호(Ac)를 가변 이득 증폭기(123)로 출력한다. 예를 들어, 전압 신호(Vs)의 전압 스윙이 사전설정된 출력 전압 스윙 미만일 때, 자동 이득 제어기(124)는 이득 제어 신호(Ac)의 가변 이득을 증진시키고, 이어서, 가변 이득 증폭기(123)의 이득은 이득 제어 신호(Ac)의 제어 하에서 이득 제어 신호(Ac)에 따라 증가하여, 전압 신호(Vs)의 전압 스윙이 사전설정된 출력 전압 스윙과 동일하게 점진적으로 조정되게 하여, 전압 신호(Vs)의 출력 크기가 포스트-스테이지 회로의 요건에 따르는 것을 보장하게 한다.

제어 모듈(13)은 변환 모듈(11)의 반도체 광 증폭기(111) 및 신호 생성 모듈(12)의 파워 검출기(121) 및 자동 이득 제어기(124)에 전기적으로 연결된다. 제어 모듈(13)은, 입력 신호(Si)를 수신하고 입력 신호(Si)를 자동 이득 제어기(124)로 출력하고, 추가로, 자동 이득 제어기(124)로부터 이득 신호(Gs)를 그리고 파워 검출기(121)로부터 측정 신호(Ms)를 각각 수신하는 데 사용된다. 제어 모듈(13)은 적어도 입력 신호(Si), 이득 신호(Gs) 및 측정 신호(Ms)에 따라 제어 신호(Cs)를 생성하고, 제어 신호(Cs)를 반도체 광 증폭기(111)로 출력하여 변환 모듈(11)의 반도체 광 증폭기(111)의 이득을 조정하여, 반도체 광 증폭기(111)의 이득이 변함에 따라 변환 모듈(11)의 동적 범위가 변하게 한다.

구체적으로, 제어 모듈(13)은 입력 신호(Si), 이득 신호(Gs), 측정 신호(Ms), 및 광검출기(113)의 광전 변환과 연관된 광 응답도에 따라 소광비를 얻고, 소광비는 변환 모듈(11)의 반도체 광 증폭기(111)가 포화 영역에서 작동되는지 여부를 판단하는 데 사용되고, 제어 모듈(13)은 소광비와 사전설정된 소광비 임계치 사이의 비교를 수행하여 비교로부터의 결과에 따라 제어 신호(Cs)를 조정 및 생성하여, 소광비가 사전설정된 소광비 임계치 미만일 때(즉, 그것은 반도체 광 증폭기(111)가 선형 영역보다는 오히려 포화 영역에서 작동되는 것은 나타내는데, 이는 증폭된 광 신호(La)의 아이 다이어그램(eye diagram)의 변형을 야기할 것이고, 이어서 포스트-스테이지 회로의 복조의 정확도에 영향을 줄 것임), 반도체 광 증폭기(111)의 이득이, 조정된 후의 소광비가 사전설정된 소광비 임계치보다 크거나 그와 동일하게 하는 제어 신호(Cs)의 제어 하에서 낮아지게 하여, 반도체 광 증폭기(111)가 선형 영역에서 작동되게 한다. 소광비는 하기 식 (1)로부터 얻어질 수 있다:

식 (1),

여기서, 파라미터 ER은 소광비이고, 파라미터 Pavg는 측정 신호(Ms)와 광 응답도의 비와 연관되고, 파라미터 Oma는 입력 신호(Si)와 이득 신호(Gs)의 비와 연관된다.

다중레벨 펄스 진폭 복조기(14)는 가변 이득 증폭기(123)에 전기적으로 연결되어 전압 신호(Vs)를 수신하고 전압 신호(Vs)를 복조하여 데이터 출력(Do)을 생성한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 도 3은 반도체 광 증폭기(111)의 이득이 일정할 때 (광섬유(3)의 손실에 종속하는) 광 신호(Ls)의 입력 파워와 데이터 출력(Do)의 비트 에러 레이트 (BER) 사이의 관계를 예시한다. 도 4는 반도체 광 증폭기(111)의 이득이 일정할 때 소광비(ER)와 광 신호(Ls)의 입력 파워 사이의 관계를 예시한다. 도 3에서, 비트 에러 레이트가 사전설정된 비트 에러 레이트 임계치(PB) 이하일 때, 광 통신 시스템(10)은 더 우수한 링크 성능을 갖고, 다양한 광섬유 전송 길이들에서 광 수신 디바이스(1)의 동적 범위(즉, 도 3의 심볼 DR에 의해 표현되는 변환 모듈(11)의 동적 범위)를 최대화하는 것이 바람직하다. 광 신호(Ls)의 더 작은 입력 파워(즉, Q 포인트 전)에 대해서, 데이터 출력(Do)의 비트 에러 레이트는 광 통신 시스템(10)의 잡음에 의해 제한되지만, 광 신호(Ls)의 더 큰 입력 파워(즉, Q 포인트 후)에 대해서, 광 통신 시스템(10)의 링크 성능은 열악해질 것이고, 데이터 출력(Do)의 비트 에러 레이트는 반도체 광 증폭기(111)에 의해 야기되는 비선형 왜곡에 의해 제한된다(즉, 반도체 광 증폭기(111)가 포화 영역에서 작동됨). 따라서, 이는 반도체 광 증폭기(111)가 작동되는 비선형 왜곡의 시작 위치(즉, Q 포인트)를 조정함으로써 최상의 링크 성능의 광 신호(Ls)의 입력 파워 범위를 획득할 수 있어서, 광 수신 디바이스(1)의 동적 범위(DR)를 최대화하게 한다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 증폭된 광 신호(La)의 선형 작동에 대해서, 광 신호(Ls)의 더 작은 입력 파워(즉, Q 포인트 전)에 대응하는 반도체 광 증폭기(111)의 이득이 선형으로 변하기 때문에, 소광비(ER)는 일정하게 유지된다. 그러나, 광 신호(Ls)의 더 큰 입력 파워(즉, Q 포인트 후)에 대해서, 반도체 광 증폭기(111)의 이득이 점진적으로 비선형으로 되기 때문에(즉, 반도체 광 증폭기(111)가 포화 영역에서 작동되기 때문에), 소광비(ER)는 사전설정된 소광비 임계치보다 작아지기 시작한다. 따라서, 본 발명의 광 수신 디바이스(1)는 소광비(ER)가 사전설정된 소광비 임계치(즉, 도 4에서 심볼 Pt로 표현됨) 미만인지 여부를 판단함으로써 반도체 광 증폭기(111)가 선형 영역에서 작동되는지 여부를 결정하고, 소광비(ER)가 사전설정된 소광비 임계치(Pt) 미만일 때, 광 수신 디바이스(1)는 반도체 광 증폭기(111)의 이득을 낮춰서(즉, 반도체 광 증폭기(111)의 구동 전류를 감소시켜서), 반도체 광 증폭기(111)가 작동되는 비선형 왜곡의 시작 위치(Q)가 그에 따라 늦춰져, 변환 모듈(11)의 동적 범위가 그에 따라 증가하게 하고, 광섬유(3)를 통한 광 신호(Ls)의 전달 거리는 링크 전송 성능을 증진시키도록 덜 제한된다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 도 5 및 도 6은 반도체 광 증폭기(111)의 이득이 일정하지 않다는 점에서 도 3 및 도 4와 각각 상이하다. 도 5 및 도 6의 시뮬레이션 다이어그램들로부터, 광 신호(Ls)의 입력 파워가 제1 입력 파워(Q1) 초과일 때, 소광비(ER)는 사전설정된 소광비 임계치(Pt)보다 작아지기 시작하는 것을 알 수 있다. 따라서, 제어 모듈(13)은 반도체 광 증폭기(111)의 이득을 낮추어, 반도체 광 증폭기(111)가 선형 영역에서 계속 작동되게 하고, 선형 영역에서 작동되는 반도체 광 증폭기(111)는 포화 영역의 시작 위치가 그에 따라 제1 입력 파워(Q1)가 위치되는 위치로부터 제2 입력 파워(Q2)가 위치되는 위치로 늦춰지는 것으로 바뀌고, 이어서, 변환 모듈(11)의 동적 범위(DR')는 그에 따라 증가하여, 본 발명의 광 수신 디바이스(1)는 실제로 바람직한 링크 성능을 갖는다.

다른 실시예들에서, 광 수신 디바이스(1)는 다중레벨 펄스 진폭 복조기(14)와 제어 모듈(13) 사이에 전기적으로 연결되는 추정 모듈(도시되지 않음)을 추가로 포함한다는 것에 유의한다. 추정 모듈은 데이터 출력(Do)에 따라 (광 신호(Ls)의 신호 대 잡음비(SNR) 및 비트 에러 레이트 중 하나와 연관되는) 추정 신호를 생성하고, 추정 신호를 제어 모듈(13)로 출력하여, 제어 모듈(13)이, 추가로 추정 신호에 따라 제어 신호(Cs)를 조정하게 한다.

<제2 실시예>

도 7을 참조하면, 본 발명의 광 수신 디바이스(1)의 제2 실시예는 제1 실시예와 유사하지만, 제2 실시예에서, (1) 변환 모듈(11a)이 제1 실시예의 변환 모듈(11)(도 1 참조)을 대체하고, 변환 모듈(11a)이 광전 변환기(114) 및 바이어스 전압 발생기(115)를 포함하고; (2) 파워 검출기(121)가 광검출기(113)(도 1 참조)보다는 오히려 광전 변환기(114)에 전기적으로 연결된다는 점에서 제1 실시예와 상이하다.

광전 변환기(114)는 바이어스 전압(Vb)을 수신하고, 광섬유(3)로부터 광 신호(Ls)를 수용하는 데 사용된다. 광전 변환기(114)는 바이어스 전압(Vb)에 따라 자체 이득을 조정하고(예를 들어, 바이어스 전압(Vb)이 증가할 때, 광전 변환기(114)의 이득은 그에 따라 증가함), 광 신호(Ls)에 대해 광전 변환 및 증폭을 수행하여 광전류(Pc)를 생성한다. 본 실시예에서, 광전 변환기(114)의 이득은 변환 모듈(11a)의 이득으로서 작용된다. 광전 변환기(114)는 애벌런치 광자 다이오드(avalanche photon diode)로 이루어진다.

바이어스 전압 생성기(115)는 광전 변환기(114)와 제어 모듈(13) 사이에 전기적으로 연결되고, 제어 모듈(13)로부터 제어 신호(Cs)를 수신하고, 제어 신호(Cs)에 따라 바이어스 전압(Vb)을 조정 및 생성하고, 바이어스 전압(Vb)을 광전 변환기(114)로 출력한다.

제어 모듈(13)은, 적어도 입력 신호(Si), 이득 신호(Gs), 측정 신호(Ms), 및 광전 변환기(114)의 광전 변환과 연관된 광 응답도에 따라 소광비(ER)를 얻고, 수학식 (1)에서, 파라미터 Pavg는 측정 신호(Ms), 광 응답도, 및 광전 변환기(114)의 이득과 연관된다. 광 수신 디바이스(1)의 제2 실시예의 작동은 광 수신 디바이스(1)의 제1 실시예의 작동과 유사하여, 그의 설명은 생략된다.

<제3 실시예>

도 8을 참조하면, 본 발명의 광 수신 디바이스(1)의 제3 실시예는 다른 광 통신 시스템에 사용되고, 다른 광 통신 시스템은 파장 분할 다중화(wavelength division multiplexing, WDM) 전달 시스템이다. 제3 실시예는 제1 실시예와 유사하고, 제3 실시예는, 제3 실시예에서, (1) 광 신호(Ls)가 각각이 적어도 4개 레벨의 펄스 진폭 변조 신호인 복수의 다중레벨 펄스 진폭 변조 신호들을 갖고)(본 실시예에서, 각각의 다중레벨 펄스 진폭 변조 신호가 4개 레벨의 펄스 진폭 변조 신호인 것이 일례로서 취해지지만, 본 발명은 이로 제한되지 않음); (2) 복수의 광전류 부분들(Pc1 내지 Pcn)이 광전류(Pc)를 구성하고(도 1 참조), 복수의 이득 신호 부분들(Gs1 내지 Gsn)이 이득 신호(Gs)를 구성하고(도 1 참조), 복수의 측정 신호 부분들(Ms1 내지 Msn)이 측정 신호(Ms)를 구성하고, 복수의 전압 신호 부분들(Vs1 내지 Vsn)이 전압 신호(Vs)를 구성하며; (3) 복수의 입력 신호 부분들(Si1 내지 Sin)이 입력 신호(Si)를 구성하고(도 1 참조), 복수의 입력 신호 부분들(Si1 내지 Sin)이 복수의 사전설정된 출력 전압 스윙 부분들을 각각 나타내고, 복수의 사전설정된 출력 전압 스윙 부분들이 입력 신호(Si)에 의해 나타나는 사전설정된 출력 전압 스윙을 구성하고; (4) 변환 모듈(11b) 및 신호 생성 모듈(12a)이 제1 실시예의 변환 모듈(11) 및 신호 생성 모듈(12)(도 1 참조)을 각각 대체하며; (5) 복수의 다중레벨 펄스 진폭 복조기들(14) 및 추정 모듈(15)이 추가로 포함된다는 점에서 제1 실시예와 상이하다.

본 실시예에서, 변환 모듈(11b)은 반도체 광 증폭기(116), 역다중화기(117) 및 복수의 광검출기들(118)을 포함한다. 반도체 광 증폭기(116)의 작동이 도 1의 반도체 광 증폭기(111)의 작동과 유사하기 때문에, 그의 설명은 생략된다는 것에 유의한다.

역다중화기(117)는 반도체 광 증폭기(116)에 커플링되어 증폭된 광 신호(La)를 수신하고 증폭된 광 신호(La)를 역다중화하여 광 신호(Ls)의 복수의 다중레벨 펄스 진폭 변조 신호들과 각각 연관된 복수의 조정 광 신호들(L1 내지 Ln)을 생성한다.

복수의 광검출기들(118)은 역다중화기(117)에 커플링되어 복수의 조정 광 신호들(L1 내지 Ln)을 각각 수신하고 복수의 조정 광 신호들(L1 내지 Ln)을 대응하게 복수의 광전류 부분들(Pc1 내지 Pcn)로 각각 광전기적으로 변환한다.

본 실시예에서, 신호 생성 모듈(12a)은 복수의 신호 생성 유닛들(125)을 포함한다. 상세한 컴포넌트들 및 각각의 신호 생성 유닛(125)의 작동이 도 1의 신호 생성 모듈(12)의 것들과 유사하기 때문에, 최상부의 신호 생성 유닛(125)만이 일례로서 취해지고 간단히 설명된다는 것에 유의한다.

신호 생성 유닛(125)은 제어 모듈(13)에 전기적으로 연결되어 대응하는 입력 신호 부분(Si1)을 수신하고, 대응하는 광검출기(118)에 전기적으로 연결되어 대응하는 광전류 부분(Pc1)을 수신한다. 신호 생성 유닛(125)은 대응하는 이득 신호 부분(Gs1)을 제공하고, 대응하는 입력 신호 부분(Si1)에 따라 대응하는 광전류 부분(Pc1)을 증폭하여 대응하는 전압 신호 부분(Vs1)을 생성하며, 대응하는 광전류 부분(Pc1)에 따라 대응하는 광전류 부분(Pc1)의 평균 광 파워를 나타내는 대응하는 측정 신호 부분(Ms1)을 생성한다.

복수의 다중레벨 펄스 진폭 복조기들(14)은 복수의 신호 생성 유닛들(125)에 각각 전기적으로 연결되어 복수의 전압 신호 부분들(Vs1 내지 Vsn)을 각각 수신하고 복수의 전압 신호 부분들(Vs1 내지 Vsn)을 각각 복조하여 복수의 데이터 출력들(Do1 내지 Don)을 각각 생성한다.

추정 모듈(15)은 제어 모듈(13)에 전기적으로 연결되고, 복수의 다중레벨 펄스 진폭 복조기들(14)에 전기적으로 연결되어 복수의 데이터 출력들(Do1 내지 Don)을 수신하고, 복수의 데이터 출력들(Do1 내지 Don)에 따라 추정 신호(Es)를 생성하고 추정 신호(Es)를 제어 모듈(13)로 출력하여, 제어 모듈(13)이, 추가로 추정 신호(Es)에 따라 제어 신호(Cs)를 조정하게 한다. 본 실시예에서, 추정 신호(Es)는 광 신호(Ls)의 신호 대 잡음비 및 비트 에러 레이트 중 하나와 연관된다.

광 수신 디바이스(1)의 제3 실시예의 작동은 광 수신 디바이스(1)의 제1 실시예의 작동과 유사하여, 그의 설명은 생략된다는 것에 유의한다. 더욱이, 제어 모듈(13)이 제어 신호(Cs)를 조정하는 방식은, (1) 적어도 복수의 입력 신호 부분들(Si1 내지 Sin), 복수의 이득 신호 부분들(Gs1 내지 Gsn) 및 복수의 측정 신호 부분들(Ms1 내지 Msn)에 따라 복수의 소광비들을 얻어 제어 신호(Cs)를 조정하는 것; (2) 대응하는 광 응답도 및 신호 생성 유닛들(125) 중 하나에 의해 대응하게 출력되는 측정 신호 부분, 이득 신호 부분, 및 입력 신호 부분에 따라서만 소광비를 얻어 제어 신호(Cs)를 조정하는 것; (3) 추정 신호(Es)에 따라서만 제어 신호(Cs)를 조정하는 것; 및 (4) 방식 (2)로부터의 소광비 및 방식 (3)으로부터의 추정 신호(Es)를 포괄적으로 고려하여 제어 신호(Cs)를 조정하는 것이지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

결론적으로, 광 수신 디바이스(1) 자체 내측의 신호 생성 모듈(12(12a))과 제어 모듈(13) 사이의 협동에 의해, 본 발명의 광 수신 디바이스(1)는 반도체 광 증폭기(111(116)) 또는 광전 변환기(114)가 포화 영역에서 작동되는지 여부를 알고, 제어 모듈(13)은 반도체 광 증폭기(111(116)) 또는 광전 변환기(114)에 대해 대응하는 이득 제어를 수행하여 반도체 광 증폭기(111(116)) 또는 광전 변환기(114)가 포화 영역에서 작동되는 문제를 회피할 것이다. 이와 같이, 본 발명의 광 수신 디바이스(1)를 채용하는 광 통신 시스템은, 기존 광 통신 시스템에 추가로 제공되는 조정가능 광 감쇠기, 광학 분할기, 및 광 검출기를 생략할 수 있다. 따라서, 본 발명의 광 수신 디바이스(1)를 채용하는 광 통신 시스템은 기존 광 통신 시스템과 비교하여 더 작은 부피 및 더 낮은 비용을 갖는다. 더욱이, 반도체 광 증폭기(111(116)) 또는 광전 변환기(114)의 이득을 조정함으로써, 변환 모듈(11(11a, 11b))의 동적 범위는 그에 따라 추가로 증가될 수 있어서, 광섬유(3)를 통한 광 신호(Ls)의 전달 거리가 덜 제한되게 하여, 이어서, 링크 성능이 증진된다.

그러나, 상기 설명은 단지 본 발명의 실시예에 대한 것이고, 이는 본 발명의 구현 범주를 제한하고자 하는 것이 아니며, 청구범위에 따라 이루어지는 단순한 등가의 변경과 수정, 및 본 명세서의 내용은 여전히 본 발명의 범주 내에 포함된다.

Claims

광 수신 디바이스로서,
광섬유로부터 광 신호를 수신하고 상기 광 신호에 대해 광전 변환 및 증폭을 수행하여 광전류를 생성하는 데 사용되는 변환 모듈;
사전설정된 출력 전압 스윙(swing)을 나타내는 입력 신호를 수신하고 상기 변환 모듈에 전기적으로 연결되어 상기 광전류를 수신하며, 상기 입력 신호에 따라 상기 광전류에 대해 트랜스임피던스 및 증폭을 수행하여 전압 신호를 생성하고, 상기 광전류에 따라 상기 광 신호와 연관된 평균 광 파워를 나타내는 측정 신호를 생성하는 신호 생성 모듈; 및
상기 변환 모듈 및 상기 신호 생성 모듈에 전기적으로 연결되어, 상기 변환 모듈의 이득을 조정하기 위한 가변적인 제어 신호를 상기 변환 모듈로 출력하여, 상기 변환 모듈 자체의 이득이 변함에 따라 상기 변환 모듈의 동적 범위가 변하게 하는 제어 모듈을 포함하고,
상기 신호 생성 모듈은, 상기 신호 생성 모듈의 총 이득을 나타내는 이득 신호를 상기 제어 모듈에 제공하고,
상기 제어 모듈은, 적어도 상기 입력 신호, 상기 이득 신호, 및 상기 측정 신호에 따라 상기 제어 신호를 생성하고,
상기 제어 모듈은, 상기 입력 신호를 수신하여 상기 입력 신호를 상기 신호 생성 모듈로 출력하고 상기 신호 생성 모듈로부터 상기 이득 신호 및 상기 측정 신호를 추가로 수신하는 데 사용되고, 상기 제어 모듈은 상기 입력 신호, 상기 이득 신호, 상기 측정 신호, 및 상기 변환 모듈의 광전 변환과 연관된 광 응답도에 따라 소광비 - 상기 소광비는, 상기 변환 모듈이 포화 영역에서 작동되는지 여부를 판단하는데 사용됨 - 를 얻고, 상기 소광비와 사전설정된 소광비 임계치 사이의 비교를 수행하여 상기 비교로부터의 결과에 따라 상기 제어 신호를 조정 및 생성하여, 상기 소광비가 상기 사전설정된 소광비 임계치 미만일 때, 상기 변환 모듈의 이득이 상기 제어 신호의 제어 하에서 낮아지게 하는, 광 수신 디바이스.
제1항에 있어서, 상기 변환 모듈은,
상기 광섬유로부터 상기 광 신호를 수신하는 데 사용되고 상기 제어 모듈에 전기적으로 연결되어 상기 제어 신호를 수신하며, 상기 제어 신호에 따라 자체의 이득을 조정하고 상기 광 신호를 증폭하여 증폭된 광 신호를 생성하는 반도체 광 증폭기 - 상기 반도체 광 증폭기의 이득은 상기 변환 모듈의 이득으로서 작용됨 -,
상기 반도체 광 증폭기에 커플링되어 상기 증폭된 광 신호를 수신하고, 상기 증폭된 광 신호를 대역 통과 필터링하여 필터링된 광 신호를 생성하는 광학 대역 통과 필터, 및
상기 광학 대역 통과 필터에 커플링되어 상기 필터링된 광 신호를 수신하고 상기 필터링된 광 신호를 상기 광전류로 광전기적으로 변환시키는 광검출기를 포함하는, 광 수신 디바이스.
제1항에 있어서, 상기 변환 모듈은,
바이어스 전압을 수신하고, 상기 광섬유로부터 상기 광 신호를 수신하는 데 사용되며, 상기 바이어스 전압에 따라 자체의 이득을 조정하고 상기 광 신호에 대해 광전 변환 및 증폭을 수행하여 상기 광전류를 생성하는 광전 변환기 - 상기 광전 변환기의 이득은 상기 변환 모듈의 이득으로서 작용함 -, 및
상기 광전 변환기와 상기 제어 모듈 사이에 전기적으로 연결되고, 상기 제어 모듈로부터 상기 제어 신호를 수신하고, 상기 제어 신호에 따라 상기 바이어스 전압을 조정 및 생성하고, 상기 바이어스 전압을 상기 광전 변환기로 출력하는 바이어스 전압 발생기를 포함하는, 광 수신 디바이스.
제3항에 있어서, 상기 광전 변환기는 애벌런치 광자 다이오드(avalanche photon diode)로 이루어지는, 광 수신 디바이스.
제1항에 있어서, 상기 광 신호 및 상기 전압 신호 각각은 적어도 4개 레벨의 다중레벨 펄스 진폭 변조 신호인, 광 수신 디바이스.
광 수신 디바이스로서,
광섬유로부터 광 신호를 수신하고 상기 광 신호에 대해 광전 변환 및 증폭을 수행하여 광전류를 생성하는 데 사용되는 변환 모듈;
사전설정된 출력 전압 스윙(swing)을 나타내는 입력 신호를 수신하고 상기 변환 모듈에 전기적으로 연결되어 상기 광전류를 수신하며, 상기 입력 신호에 따라 상기 광전류에 대해 트랜스임피던스 및 증폭을 수행하여 전압 신호를 생성하고, 상기 광전류에 따라 상기 광 신호와 연관된 평균 광 파워를 나타내는 측정 신호를 생성하는 신호 생성 모듈; 및
상기 변환 모듈 및 상기 신호 생성 모듈에 전기적으로 연결되어, 상기 변환 모듈의 이득을 조정하기 위한 가변적인 제어 신호를 상기 변환 모듈로 출력하여, 상기 변환 모듈 자체의 이득이 변함에 따라 상기 변환 모듈의 동적 범위가 변하게 하는 제어 모듈을 포함하고,
상기 신호 생성 모듈은, 상기 신호 생성 모듈의 총 이득을 나타내는 이득 신호를 상기 제어 모듈에 제공하고,
상기 제어 모듈은, 적어도 상기 입력 신호, 상기 이득 신호, 및 상기 측정 신호에 따라 상기 제어 신호를 생성하고,
상기 신호 생성 모듈은,
상기 변환 모듈에 전기적으로 연결되어 상기 광전류를 검출하고, 상기 광전류에 따라 상기 측정 신호를 생성하고, 상기 측정 신호를 상기 제어 모듈로 출력하는 파워 검출기,
상기 변환 모듈에 전기적으로 연결되어 상기 광전류를 수신하고 상기 광전류에 대해 트랜스임피던스 및 증폭을 수행하여 증폭된 전압 신호를 생성하는 트랜스임피던스 증폭기,
가변 이득을 나타내는 이득 제어 신호를 수신하고, 상기 트랜스임피던스 증폭기에 전기적으로 연결되어 상기 증폭된 전압 신호를 수신하고, 상기 이득 제어 신호에 따라 자체의 이득을 상기 가변 이득으로 조정하고 상기 증폭된 전압 신호를 증폭하여 상기 전압 신호를 생성하는 가변 이득 증폭기, 및
상기 가변 이득 증폭기 및 상기 제어 모듈에 전기적으로 연결되어 상기 전압 신호 및 상기 입력 신호를 각각 수신하고, 상기 전압 신호의 전압 스윙과 상기 입력 신호에 의해 나타나는 상기 사전설정된 출력 전압 스윙 사이의 비교를 수행하여 상기 비교의 결과에 따라 상기 이득 제어 신호를 조정 및 생성하고 상기 이득 제어 신호를 상기 가변 이득 증폭기로 출력하는 자동 이득 제어기를 포함하고,
상기 자동 이득 제어기는 상기 이득 신호를 추가로 제공하고, 상기 이득 신호에 의해 나타나는 총 이득은 상기 트랜스임피던스 증폭기와 상기 가변 이득 증폭기의 이득들의 합인, 광 수신 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 신호 생성 모듈에 전기적으로 연결되어 상기 전압 신호를 수신하고 상기 전압 신호를 복조하여 데이터 출력을 생성하는 다중레벨 펄스 진폭 복조기를 추가로 포함하는, 광 수신 디바이스.
삭제
제1항에 있어서, 상기 광 신호는, 각각이 적어도 4개 레벨의 펄스 진폭 변조 신호인 복수의 다중레벨 펄스 진폭 변조 신호들을 갖고, 상기 광전류는 복수의 광전류 부분들을 갖고, 상기 변환 모듈은,
광섬유로부터 상기 광 신호를 수신하는 데 사용되고 상기 제어 모듈에 전기적으로 연결되어 상기 제어 신호를 수신하며, 상기 제어 신호에 따라 자체의 이득을 조정하고 상기 광 신호를 증폭하여 증폭된 광 신호를 생성하는 반도체 광 증폭기 - 상기 반도체 광 증폭기의 이득은 상기 변환 모듈의 이득으로서 작용됨 -,
상기 반도체 광 증폭기에 커플링되어 상기 증폭된 광 신호를 수신하고 상기 증폭된 광 신호를 역다중화하여 상기 복수의 다중레벨 펄스 진폭 변조 신호들과 각각 연관된 복수의 조정 광 신호들을 생성하는 역다중화기, 및
상기 역다중화기에 커플링되어 상기 복수의 조정 광 신호들을 각각 수신하고 상기 복수의 조정 광 신호들을 대응하게 상기 복수의 광전류 부분들로 각각 광전기적으로 변환하는 복수의 광검출기들을 포함하는, 광 수신 디바이스.
제9항에 있어서, 상기 사전설정된 출력 전압 스윙은 복수의 사전설정된 출력 전압 스윙 부분들을 갖고, 상기 입력 신호는 상기 복수의 사전설정된 출력 전압 스윙 부분들 중 대응하는 하나를 각각 나타내는 복수의 입력 신호 부분들을 갖고, 상기 이득 신호는 복수의 이득 신호 부분들을 갖고, 상기 전압 신호는 복수의 전압 신호 부분들을 갖고, 상기 신호 생성 모듈은,
복수의 신호 생성 유닛들 - 각각의 신호 생성 유닛은 상기 제어 모듈에 전기적으로 연결되어 대응하는 상기 입력 신호 부분을 수신하고, 대응하는 광검출기에 전기적으로 연결되어 대응하는 광전류 부분을 수신하고, 각각의 신호 생성 유닛은 대응하는 이득 신호 부분을 제공하고 대응하는 입력 신호 부분에 따라 상기 대응하는 광전류 부분을 증폭하여 대응하는 전압 신호 부분을 생성하며, 상기 대응하는 광전류 부분에 따라 상기 대응하는 광전류 부분의 평균 광 파워를 나타내는 측정 신호 부분을 생성하고, 복수의 측정 신호 부분들이 상기 측정 신호를 구성함 - 을 포함하는, 광 수신 디바이스.
제10항에 있어서, 상기 광 수신 디바이스는,
상기 복수의 신호 생성 유닛들에 각각 전기적으로 연결되어 상기 복수의 전압 신호 부분들을 각각 수신하고 상기 복수의 전압 신호 부분들을 각각 복조하여 복수의 데이터 출력들을 각각 생성하는 복수의 다중레벨 펄스 진폭 복조기들; 및
상기 제어 모듈에 전기적으로 연결되고, 상기 복수의 다중레벨 펄스 진폭 복조기들에 전기적으로 연결되어 상기 복수의 데이터 출력들을 수신하고, 상기 복수의 데이터 출력들에 따라 추정 신호를 생성하고 상기 추정 신호를 상기 제어 모듈로 출력하여, 상기 제어 모듈이, 추가로 상기 추정 신호에 따라 상기 제어 신호를 조정하게 하는 추정 모듈을 추가로 포함하고, 상기 추정 신호는 상기 광 신호의 신호 대 잡음비 및 비트 에러 레이트 중 하나와 연관되는, 광 수신 디바이스.