KR102638666B1 - 대역폭 효율을 향상시킬 수 있는 광 통신 시스템 및 방법 - Google Patents

대역폭 효율을 향상시킬 수 있는 광 통신 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

개시된 실시예는 데이터를 인가받아 I 성분과 Q 성분을 포함하는 심볼로 변환하고, 상기 I 성분과 상기 Q 성분에 따라 상기 제1 및 제2 제어 신호를 생성하는 데이터 변환 모듈; 및 광원에서 방출된 광을 제1 및 제2 광으로 분배하고, 심볼 주기에 따라 구분된 타임 슬롯마다 상기 제1 및 제2 제어 신호에 따라 상기 제1 및 제2 광을 세기 변조하여 획득되는 I 광 신호와 Q 광 신호를 결합하여 송신 광 신호를 생성하는 광 변조 모듈을 포함하되, 광 변조 모듈은 2개의 타임 슬롯 간격으로 제1 및 제2 광이 각각 I 성분과 Q 성분을 갖도록 세기 변조하여 광 수신 장치에서 수신 신호 검출 시에 세기-위상의 차원간 간섭이 발생하지 않도록 함으로써, 안정적으로 대역폭 효율을 향상시킬 수 있고, 매우 간단한 구성으로 수신 광 신호를 검출할 수 있으므로, 저비용으로 제조 가능한 광 통신 시스템 및 방법을 제공한다.

Description

대역폭 효율을 향상시킬 수 있는 광 통신 시스템 및 방법{Optical Communication System and Method for Improving Bandwidth Efficiency}
개시되는 실시예들은 광 통신 시스템 및 방법에 관한 것으로, 대역폭 효율을 향상시킬 수 있는 광 통신 시스템 및 방법에 관한 것이다.
4차 산업혁명시기가 도래함에 따라, 빅 데이터, AI, IoT, AR, VR 등 다양한 정보산업들이 주를 이루어 발전하고 있다. 이러한 어플리케이션의 발전에 발맞춰 더 빠른 통신에 대한 수요 또한 날이 갈수록 늘고 있는 추세이다.
통신 기술이 5G, 나아가 각 통신 사업자 및 산업체들이 준비하고 있는 6G로 감에 따라 액세스 망이 부담해야 하는 총 데이터 통신 량은 수 Tbps급이 될 것으로 예상된다. 그러나 기존 액세스 망은 OOK(On-Off Keying) 기반으로 단일 파장의 광을 방출하는 광원을 온/오프하여 광 신호를 전송하고, 전송된 광 신호를 광 검출기가 검출하는 직접 변조-직접 검출(Direct Modulation-Direct Detection: DM/DD) 방식으로서 이러한 늘어나는 수요에 충분히 대응하지 못할 것으로 예상된다. 이러한 수요에 대응하기 위해서는 더 넓은 대역폭을 사용하는 것이 가장 바람직하나, 광 변조기의 대역폭 한계로 인해 변조기 대역폭의 발전이 요구 대역폭을 따라가지 못하는 실정이다.
따라서 편광, 위상, 파장, 모드 등 여러 특성들을 이용한 다차원 전송방식이 더 높은 대역폭 효율로 주목받고 있다. 그 중에서도 광 위상 변조를 이용한 코히어런트 검출(Coherent Detection) 기법은 높은 민감도(Sensitivity)와 대역폭 효율로 인해 차세대 통신 방법으로서 주목을 받아왔다.
그러나 코히어런트 검출 기법은 광 수신 장치가 로컬 오실레이터(Local-Oscillator) 기반 광원과 광 위상 고정 루프 (Optical Phase-locked loop), 2개의 밸런스 검출기(Balanced Detector)을 구비해야 하는 구조적 복잡성으로 인해, 비용과 크기 문제로 인해 상용화에는 어려움이 있었다. 이를 해결하기 위해 보다 간단한 직접 검출(Direct Detection: DD) 기반의 위상-크기 다차원 변조기법인 DPSK-ASK(Differential Phase Shift Keying-Amplitude Shift Keying)가 제안되었다. 그러나 기존의 DPSK-ASK는 광 신호에 크기-위상 간 간섭이 발생한다는 문제점이 있었다.
한국 등록 특허 제10-2404946호 (2022.05.30 등록)
개시되는 실시예들은 크기-위상의 차원간 간섭이 발생되지 않아 전력의 열화가 발생되지 않도록 함으로써 안정적으로 대역폭 효율을 향상시킬 수 있는 광 통신 시스템 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.
개시되는 실시예들은 광 수신 장치가 직접 검출 방식으로 수신 광 신호를 검출할 수 있어 간단한 구성을 가지므로 저비용으로 제조 가능한 광 통신 시스템 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.
실시예에 따른 광 송신 장치는 데이터를 인가받아 I 성분과 Q 성분을 포함하는 심볼로 변환하고, 상기 I 성분과 상기 Q 성분에 따라 제1 및 제2 제어 신호를 생성하는 데이터 변환 모듈; 및 광원에서 방출된 광을 제1 및 제2 광으로 분배하고, 심볼 주기에 따라 구분된 타임 슬롯마다 상기 제1 및 제2 제어 신호에 따라 상기 제1 및 제2 광을 세기 변조하여 획득되는 I 광 신호와 Q 광 신호를 결합하여 송신 광 신호를 생성하는 광 변조 모듈을 포함하되, 상기 광 변조 모듈은 2개의 타임 슬롯 간격으로 상기 제1 및 제2 광이 각각 상기 I 성분과 Q 성분을 갖도록 세기 변조한다.
상기 광 변조 모듈은 상기 제1 및 제2 제어 신호에 응답하여, 2개의 타임 슬롯 간격 사이의 타임 슬롯에서는 상기 I 광 신호 또는 상기 Q 광 신호 중 하나가 기준 세기를 갖도록 상기 제1 또는 제2 광을 세기 변조할 수 있다.
상기 광 변조 모듈은 2개의 타임 슬롯 간격 사이의 타임 슬롯에서 상기 제1 및 제2 광을 교대로 세기 변조하는 상기 제1 및 제2 제어 신호를 생성할 수 있다.
상기 광 변조 모듈은 상기 기준 세기에 따라 가능한 최대 세기로 세기 변조하여 상기 I 광 신호 또는 상기 Q 광 신호가 기준 세기를 갖도록 할 수 있다.
상기 광 변조 모듈은 광원에서 방출된 광을 상기 제1 및 제2 광으로 분배하는 제1 광 커플러; 상기 제1 제어 신호에 응답하여 상기 제1 광을 광 세기 변조하여 상기 I 광 신호를 획득하는 제1 광 세기 변조기; 상기 제2 제어 신호에 응답하여 상기 제2 광을 광 세기 변조하는 제2 광 세기 변조기; 광 세기 변조된 상기 제2 광을 인가받아 90도 위상 조절하여 상기 Q 광 신호를 획득하는 위상 조절기; 및 상기 I 광 신호와 상기 Q 광 신호를 결합하여 상기 송신 광 신호를 획득하는 제2 광 커플러를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 광 수신 장치는 광 송신 장치에서 심볼 주기에 따라 구분된 2개의 타임 슬롯 간격으로 심볼의 I 성분과 Q 성분에 따라 세기 변조되고 90도 위상차를 갖는 I 광 신호와 Q 광신호가 결합되어 전송된 수신 광 신호를 인가받아 제1 및 제2 수신 광 신호로 분배하고, 상기 제1 및 제2 수신 광 신호 중 하나를 상기 심볼 주기만큼 지연하여 다시 결합한 후 재분배하는 차동 세기 검출 모듈; 및 상기 차동 세기 검출 모듈에서 재분배된 2개의 광 신호 각각의 세기를 감지하고, 감지된 광 신호의 세기 차에 따른 수신 신호를 획득하는 밸런스 검출기를 포함한다.
실시예에 따른 광 송신 방법은 데이터를 인가받아 I 성분과 Q 성분을 포함하는 심볼로 변환하고, 상기 I 성분과 상기 Q 성분에 따라 제1 및 제2 제어 신호를 생성하는 단계; 및 광원에서 방출된 광을 제1 및 제2 광으로 분배하고, 심볼 주기에 따라 구분된 타임 슬롯마다 상기 제1 및 제2 제어 신호에 따라 상기 제1 및 제2 광을 세기 변조하여 획득되는 I 광 신호와 Q 광 신호를 결합하여 송신 광 신호를 생성하는 단계를 포함하되, 상기 송신 광 신호를 생성하는 단계는 2개의 타임 슬롯 간격으로 상기 제1 및 제2 광이 각각 상기 I 성분과 Q 성분을 갖도록 세기 변조한다.
따라서, 실시예에 따른 광 통신 시스템 및 방법은 세기-위상의 차원간 간섭이 발생하지 않아 전력의 열화가 발생되지 않도록 함으로써, 안정적으로 대역폭 효율을 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 직접 검출 방식에 따른 매우 간단한 구성으로 수신 광 신호를 검출할 수 있으므로, 저비용으로 제조 가능하여 상용화가 용이하다.
도 1 및 도 2는 기존의 광 통신 시스템의 개략적 구성을 나타낸다.
도 3은 일 실시예 따른 광 통신 시스템의 개략적 구성을 나타낸다.
도 4는 도 3의 광 송신 장치의 변조 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 3의 광 수신 장치의 복조 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 기존과 실시예에 따른 광 통신 시스템의 스펙트럼 효율성을 설명하기 위한 성상도이다.
도 7은 일 실시예 따른 광 통신 방법을 나타낸다.
이하, 도면을 참조하여 일 실시예의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
일 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 일 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 일 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다. 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 1 및 도 2는 광 통신 시스템의 개략적 구성을 나타낸다.
여기서는 실시예에 따른 광 통신 시스템을 설명하기에 앞서, 이해의 편의를 위하여 기존의 광 통신 시스템을 우선 설명한다.
도 1에서는 광 직교 진폭 변조(Optical Quadrature Amplitude Modulation: Optical QAM) 및 코히어런트 검출(Coherent Detection) 기반 광 통신 시스템을 도시하였다.
도 1의 광 통신 시스템에서 광 송신 장치(10)는 광원(11), 데이터 변환 모듈(12), 광 변조 모듈(13)을 포함한다. 그리고 광 변조 모듈(13)은 제1 및 제2 광 커플러(14, 18), 2개의 광 세기 변조기(15, 16) 및 위상 조절기(17)를 포함할 수 있다.
광원(11)은 지정된 파장의 CW(continuous wave) 모드의 광을 생성하여 방출한다. 제1 광 커플러(14)는 광 분배기로 동작하여 광원에서 방출된 광을 인가받아 2개의 광으로 분할하고, 분할된 2개의 광을 각각 2개의 광 세기 변조기(15, 16)로 인가한다.
데이터 변환 모듈(12)은 전송하고자 하는 데이터(D)를 입력받고, 입력된 데이터(D)에 따른 심볼을 결정하며, 결정된 심볼을 기반으로 제1 및 제2 제어 신호를 생성한다. 그리고 생성된 제1 및 제2 제어 신호를 각각 광 변조 모듈(13)의 2개의 광 세기 변조기(15, 16)로 인가한다. 이때 제1 및 제2 제어 신호는 각각 1비트 데이터에 대응할 수도 있으나 다중 비트 데이터에 대응할 수도 있다. 그리고 제1 제어 신호는 심볼의 I(In-phase) 성분에 따라 생성될 수 있으며, 제2 제어 신호는 심볼의 I(In-phase) 성분에 따라 생성될 수 있다.
제1 광 세기 변조기(15)는 제1 제어 신호에 따라 인가된 광을 세기 변조하여 출력하고, 제2 광 세기 변조기(16)는 제2 제어 신호에 따라 인가된 광을 세기 변조하여 출력한다. 즉 제1 및 제2 광 세기 변조기(15)는 각각 독립적으로 인가된 광을 세기 변조한다.
위상 조절기(17)는 제2 광 세기 변조기에서 세기 변조된 광 신호를 인가받아 90도 위상 지연한다. 위상 조절기(17)는 제1 및 제2 광 세기 변조기(15, 16)에서 독립적으로 세기 변조된 2개의 광 신호의 위상이 서로 직교(orthogonal)하도록 조절한다. 여기서 위상 지연되지 않은 광 신호를 I 광 신호(I)라 하고, 90도 위상 지연된 신호를 Q 광 신호(Q)라 할 수 있다.
제2 광 커플러(18)는 광 결합기로 동작하여 제1 광 세기 변조기(15)에서 세기 변조되어 출력되는 I 광 신호(I)와 세기 변조되고 위상 조절기(17)에서 지연되어 인가되는 Q 광 신호(Q)를 결합하여 송신 광 신호를 생성하고, 생성된 송신 광 신호를 액세스 네트워크(20)를 통해 광 수신 장치(30)로 전달한다.
도 1의 광 송신 장치(10)에서는 데이터 변환 모듈(12)이 데이터를 QAM 방식에 따른 심볼로 변환하고, 변환된 심볼을 기반으로 제1 및 제2 제어 신호를 생성하며, 2개의 광 세기 변조기(15, 16)는 제1 및 제2 제어 신호에 따라 인가된 광을 독립적으로 광 세기 변조하므로, 전송되는 송신 광 신호의 대역폭 효율을 높일 수 있다.
액세스 네트워크(20)는 광 송신 장치(10)와 광 수신 장치(30) 사이에 형성된 광 통신 채널로서 유선 채널이거나 무선 채널일 수 있다.
한편 광 수신 장치(30)는 로컬 광원(32)과 광 위상 고정 루프(Optical Phase-locked loop: 이하 OPLL)(33), 4개의 광 커플러(31, 34, 36, 37), 위상 조절기(35) 및 2개의 밸런스 검출기(Balanced Detector)(38, 39)를 포함할 수 있다.
제1 광 커플러(31)는 광 분배기로 동작하여, 액세스 네트워크(20)를 통해 전송된 수신 광 신호를 2개의 수신 광 신호로 분배한다. 로컬 광원(32)은 광 수신 장치의 로컬 오실레이터로서, 광 송신 장치(10)의 광원(11)과 동일한 파장의 광을 생성하여 방출하고, OPLL(33)은 로컬 광원(32)에서 방출되는 광의 위상이 수신 광 신호의 광 위상과 동기되도록 조절한다. 제2 커플러(34)는 OPLL(33)에서 위상 조절된 광을 인가받아 2개의 동기 광 신호로 분배한다. 위상 조절기(35)는 제2 커플러(34)에서 분배된 2개의 동기 광 신호 중 하나를 인가받고, 인가된 동기 광 신호의 위상을 90도 지연하여 출력한다.
제3 및 제4 광 커플러(36, 37)는 광 결합기 및 분배기로 동작한다. 제3 광 커플러(36)는 제1 광 커플러(31)에서 분배된 2개의 수신 광 신호 중 하나와 위상 조절기(35)에서 90도 위상 지연되어 출력되는 동기 광 신호를 결합 및 분배하여 제1 밸런스 검출기(38)로 인가한다. 그리고 제4 광 커플러(37)는 제1 광 커플러(31)에서 분배된 나머지 하나의 수신 광 신호와 제2 광 커플러(34)에서 분배된 동기 광 신호를 인가받아 결합 및 분배하여 제2 밸런스 검출기(39)로 인가한다.
제1 및 제2 밸런스 검출기(38, 39)는 각각 제3 및 제4 광 커플러(36, 37)에서 분배된 2개의 광 신호를 인가받아 광 세기 검출하고, 검출된 광 세기 사이의 차를 기반으로 2개의 수신 신호를 획득한다. 90도 위상 지연된 동기 광 신호와 수신 광 신호를 인가받아 결합 및 분배하는 제3 커플러(36)의 출력 신호를 인가받는 제1 밸런스 검출기(38)에서는 심볼의 Q 성분의 신호가 검출되고, 위상 지연되지 않은 동기 광 신호와 수신 광 신호를 인가받아 결합 및 분배하는 제4 커플러(37)의 출력 신호를 인가받는 제2 밸런스 검출기(39)에서는 심볼의 I 성분의 신호가 검출될 수 있다.
도시하지 않았으나, 광 수신 장치(30)는 ADC(미도시)와 디지털 신호 처리 모듈(미도시)을 더 포함하여 검출된 I 및 Q 성분의 신호로부터 전송된 데이터(D)를 복구할 수 있다.
도 1과 같은 광 통신 시스템은 QAM 변조 방식의 다차원 전송 방식을 이용하여 다중 비트의 데이터를 전송하도록 구성되므로, 높은 대역폭 효율을 가질 수 있으며, 로컬 오실레이터 기반 광원(32)을 별도로 사용함으로써 높은 민감도를 갖는다는 장점이 있다. 그러나 코히어런트 검출 기법을 적용하기 위해서는, 광 수신 장치(30)가 로컬 광원(32), OPLL(33)을 구비해야 할 뿐만 아니라 2개의 밸런스 검출기(38, 39)가 요구되며, 4개의 광 커플러(31, 34, 36, 37)가 필요하다. 따라서 광 수신 장치의 구조가 매우 복잡하여 제조 비용이 매우 높을 뿐만 아니라 소형화하기 어렵다는 문제가 있어, 실제로는 거의 사용되지 않고 있다.
도 2에서는 MDPSK-ASK(M-ary Differential Phase Shift Keying-Amplitude Shift Keying) 기반 광 통신 시스템을 도시하였으며, 도 2는 도 1의 광 통신 시스템의 문제를 해소하기 위해 제안된 광 통신 시스템으로서 매우 간단한 구조를 갖는다. 도 2의 광 통신 시스템에서 송신 장치(40)는 광원(41), 데이터 변환 모듈(42), 광 변조 모듈(43)을 포함한다. 데이터 변환 모듈(42)은 하나의 광 세기 변조기(44)와 위상 변조기(45)를 포함할 수 있다.
광원(41)은 도 1의 광원(11)과 마찬가지로, 지정된 파장의 광을 생성하여 방출하고, 데이터 변환 모듈(42)은 전송하고자 하는 데이터(D)를 입력받고, 입력된 데이터(D)에 대응하는 심볼에 따라 제1 및 제2 제어 신호를 생성할 수 있다. 여기서 제1 제어 신호는 광 세기 변조기(44)로 인가되고, 제2 제어 신호는 위상 변조기(45)로 인가된다. 이때 일 예로 제1 제어 신호는 심볼의 I 성분에 따라 생성될 수 있으며, 제2 제어 신호는 심볼의 Q 성분에 따라 생성될 수 있다. 여기서 제1 제어 신호는 다중 비트의 데이터의 데이터에 대응하도록 생성될 수 있다.
광 세기 변조기(44)는 제1 제어 신호의 제어에 따라 광원(41)에서 인가되는 광을 세기 변조하여 출력하고, 위상 변조기(45)는 제2 제어 신호의 제어에 따라 광 세기 변조기(44)에서 세기 변조된 광의 위상을 변조하여 송신 광 신호를 생성한다. 여기서 위상 변조기(45)는 제2 제어 신호에 응답하여 현재 심볼의 위상과 다음 심볼의 위상이 동일하거나 일정 위상차(예를 들면 위상 반전(π))를 갖도록 조절할 수 있다. 즉 데이터의 비트값이 연속하는 심볼 사이의 위상의 변화로 나타나도록 조절할 수 있다.
그리고 생성된 송신 광 신호는 액세스 네트워크(20)를 통해 광 수신 장치(50)로 전달된다. 여기서도 액세스 네트워크(20)는 광 송신 장치(10)와 광 수신 장치(30) 사이에 형성된 광 통신 채널로서 유선 채널이거나 무선 채널일 수 있다.
도 2에서 광 수신 장치(50)는 3개의 광 커플러(51,53, 55)와 광 검출기(52), 광 지연기(54) 및 밸런스 검출기(56)를 포함할 수 있다. 3개의 광 커플러(51,53, 55) 중 제1 광 커플러(51)는 광 분배기로 동작하여, 액세스 네트워크(20)를 통해 전송된 수신 광 신호를 2개의 수신 광 신호로 분배한다. 광 검출기(52)는 제1 광 커플러(51)에서 분배된 2개의 수신 광 신호 중 하나를 인가받아 광 세기 검출하여, 송신 광 신호에 포함된 I 성분의 신호를 검출한다.
한편, 제2 광 커플러(53)는 제1 광 커플러(51)에서 분배된 나머지 하나의 수신 광 신호를 인가받아 분배하고, 광 지연기(54)는 제2 광 커플러(53)에서 분배된 2개의 수신 광 신호 중 하나를 인가받아 1 심볼 주기만큼 지연한다. 제3 광 커플러(55)는 광 결합 및 분배기로 동작하여, 제2 광 커플러(53)에서 분배된 다른 하나의 수신 광 신호와 광 지연기(54)에서 1 심볼 주기만큼 지연된 수신 광 신호를 인가받아 결합하고, 결합된 신호를 분배하여 밸런스 검출기(56)로 인가한다. 이때, 제2 광 커플러(53)에서는 수신 광 신호와 1 심볼 주기만큼 지연된 수신 광 신호가 결합되므로, 2개의 광 신호 사이의 위상 차에 따라 보상 또는 감쇄가 발생하게 된다.
이에 밸런스 검출기(56)는 제3 광 커플러(55)에서 분배된 2개의 수신 광 신호를 인가받아 각각 광 세기를 검출하고, 검출된 광 세기 사이의 차를 기반으로 심볼간 위상 차를 나타내는 위상 차 신호를 획득한다.
도 2의 광 수신 장치(50)는 도 1의 광 수신 장치(30)와 달리 별도의 로컬 광원(32)이나 OPLL(33)를 구비하지 않으므로, 수신 광 신호와의 동기가 용이하지 않다. 이에 2개의 광 커플러(53, 54)와 광 지연기(54)를 이용하여 연속하는 2개의 심볼 사이의 위상 차를 검출하는 방식을 이용한다.
도시하지 않았으나, 광 수신 장치(50)에서도 ADC(미도시)가 복조 신호와 위상 차 신호를 각각 디지털 신호로 변환하고, 디지털 신호 처리 모듈(미도시)은 디지털 신호로부터 전송된 데이터를 복구할 수 있다. 즉 광 신호의 세기와 함께 위상을 이용하여 다중 비트 데이터를 전송하여 대역폭 효율성을 높일 수 있다.
도 2의 광 통신 시스템의 광 송신 장치(40)와 광 수신 장치(50) 각각을 도 1의 광 통신 시스템의 광 송신 장치(10)와 광 수신 장치(30)와 비교하면, 광 수신 장치(50)의 구성이 매우 간소화되었음을 알 수 있다. 특히 고비용이 소요되는 로컬 광원(32)과 OPLL(33)을 구비하지 않음을 알 수 있다. 뿐만 아니라 광 송신 장치(40) 또한 구성이 단순화되었음을 알 수 있다. 따라서 광 송신 장치(40)와 광 수신 장치(50)를 모두 저비용으로 용이하게 제조할 수 있다.
다만 도 2의 광 통신 시스템에서는 광 수신 장치(50)의 밸런스 검출기(56)가 광 세기를 검출하여 위상 차 신호를 획득하므로, 세기 변조에 의한 광 신호 세기의 변화가 위상 차 신호에 함께 반영된다. 즉 세기와 위상 사이의 차원간 간섭이 발생하게 되며, 이러한 차원간 간섭으로 인해 신호 전력이 열화되는 문제가 있다. 또한 연속하는 심볼 사이의 위상 차를 기반으로 변조를 수행하므로, 위상 측에서 스펙트럼을 충분하게 활용하지 못하여 스펙트럼 효율성(Spectral Efficiency)이 낮다는 한계가 있다.
도 3은 일 실시예 따른 광 통신 시스템의 개략적 구성을 나타내고, 도 4는 도 3의 광 송신 장치의 변조 동작을 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 도 3의 광 수신 장치의 복조 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 실시예에 따른 광 통신 시스템에서 광 송신 장치(60)는 광원(61), 데이터 변환 모듈(62), 광 변조 모듈(63)을 포함하고, 광 변조 모듈(63)은 제1 및 제2 광 커플러(64, 68), 2개의 광 세기 변조기(65, 66) 및 위상 조절기(67)를 포함할 수 있다. 즉 실시예의 광 송신 장치(60)는 기본적으로 도 1의 광 송신 장치(10)와 동일한 구성을 갖는다.
광원(61)은 지정된 파장의 광을 생성하여 방출한다. 여기서 광원(61)은 일 예로 레이저 다이오드(Laser Diode)로 구현될 수 있다. 제1 광 커플러(64)는 광원(61)에서 방출된 광을 인가받아 2개의 광으로 분할하고, 분할된 2개의 광을 각각 2개의 광 세기 변조기(65, 66)로 인가한다.
데이터 변환 모듈(62)은 전송하고자 하는 데이터(D)를 입력받고, 입력된 데이터(D)에 따라 제1 및 제2 제어 신호를 생성하고, 생성된 제1 및 제2 제어 신호를 각각 2개의 광 세기 변조기(65, 66)로 인가한다. 제1 광 세기 변조기(65)는 제1 제어 신호에 따라 인가된 광 세기 변조하여 출력하고, 제2 광 세기 변조기(66)는 제2 제어 신호에 따라 인가된 광을 세기 변조하여 출력할 수 있다. 여기서 2개의 광 세기 변조기(65, 66)는 일 예로 대표적인 외부 광 변조기인 마흐젠더 변조기(Mach-Zehnder Modulator: 이하 MZM)로 구현될 수 있다. 즉 2개의 광 세기 변조기(65, 66)는 광 세기 변조 모듈로 볼 수 있으며, 듀얼 MZM(Dual MZM)으로 구현될 수 있다.
그리고 위상 조절기(67)는 제2 광 세기 변조기(66)에서 세기 변조된 광 신호를 인가받아 90도 위상 지연하여 출력한다. 광 지연기(97)에 의해 세기 변조된 2개의 광 신호는 90도 위상 차를 가져 서로 직교하게 되며, 지연되지 않은 광 신호를 I 광 신호(I)라 하고, 90도 위상 지연된 신호를 Q 광 신호(Q)라 할 수 있다.
제2 광 커플러(68)는 광 결합기로 동작하여 90도 위상차를 갖고 인가되는 I 광 신호(I)와 Q 광 신호(Q)를 결합하여 송신 광 신호를 생성하고, 생성된 송신 광 신호를 액세스 네트워크(20)를 통해 광 수신 장치(70)로 전달한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 광 통신 시스템에서 광 송신 장치(60)의 구성은 기본적으로 도 1의 광 송신 장치(10)와 동일하다. 다만 실시예는 광 수신 장치(70)의 구성의 간략화를 위하여 광 송신 장치(60)의 데이터 변환 모듈(62)이 도 1의 데이터 변환 모듈(42)과 다른 방식으로 데이터를 변환하여 제1 및 제2 제어 신호를 생성하고, 2개의 광 세기 변조기(65, 66)는 이에 따라 제1 광 커플러(64)에서 분배된 2개의 광을 세기 변조한다. 이에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.
한편, 실시예의 광 통신 시스템에서 광 수신 장치(70)는 2개의 광 커플러(73, 75), 광 지연기(74) 및 밸런스 검출기(76)를 포함할 수 있다. 즉 실시예의 광 수신 장치(70)는 도 2의 광 수신 장치(50)와 유사한 구성을 갖지만, 도 2의 광 수신 장치(50)에 비해 광 커플러(51)와 광 검출기(52)가 제외되어 더욱 간소한 구성을 갖는다.
2개의 광 커플러(73, 75) 중 제1 광 커플러(73)는 액세스 네트워크(20)를 통해 전송된 수신 광 신호를 인가받아 2개의 수신 광 신호로 분배한다. 그리고 광 지연기(74)는 제1 광 커플러(73)에서 분배된 2개의 수신 광 신호 중 하나를 인가받아 1 심볼 주기(또는 타임 슬롯, 1비트 데이터 주기)만큼 지연한다. 제2 광 커플러(75)는 광 결합 및 분배기로 동작하여, 제1 광 커플러(73)에서 분배된 다른 하나의 수신 광 신호와 광 지연기(74)에서 1 심볼 주기만큼 지연된 수신 광 신호를 인가받아 결합하고, 결합된 신호를 다시 분배하여 밸런스 검출기(76)로 인가한다.
여기서 2개의 광 커플러(73, 75)와 광 지연기(74)는 수신 광 신호에서 심볼 주기 간격으로 광 신호 사이의 세기 차를 획득하기 위한 차동 세기 검출 모듈이라고 할 수 있다.
밸런스 검출기(76)는 제2 광 커플러(75)에서 분배된 2개의 광 신호를 인가받아 각각 광 세기를 검출하고, 검출된 광 세기 사이의 차에 따른 신호를 출력한다. 밸런스 검출기(76)는 2개의 광 검출기를 포함하여 구성될 수 있으며, 2개의 광 검출기 중 하나의 광 검출기가 검출한 세기 신호에서 다른 하나의 광 검출기가 검출한 세기 신호를 차감한 수신 신호가 출력될 수 있다.
실시예에 따른 광 수신 장치(70) 또한 ADC(미도시)와 디지털 신호 처리 모듈(미도시)을 더 포함할 수 있으며, ADC는 밸런스 검출기(76)에서 검출된 신호를 디지털 신호로 변환하고, 디지털 신호 처리 모듈(미도시)은 ADC에서 획득된 디지털 신호로부터 전송된 데이터를 복원할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 광 수신 장치(70)는 기본적으로 도 2에 도시된 광 수신 장치(50)에서 위상 신호를 검출하는 방식과 동일한 방식으로 수신 신호를 획득한다. 그러나 실시예에 따른 광 통신 시스템에서는 광 송신 장치(60)가 광 위상 변조를 수행하지 않고, 광 세기 변조만을 수행하여 송신 신호를 생성하므로, 광 세기-위상 변조에 의한 차원간 간섭이 발생되지 않는다.
이하에서는 도 4를 참조하여, 광 송신 장치(60)의 광 변조 방식을 설명한다. 도 4에서 (a)는 도 3의 광 송신 장치(60)이고, (b)는 광 변조 모듈(63)의 제1 세기 변조기(65)에서 출력되는 I 광 신호(I)이고, (c)는 위상 조절기(67)에서 출력되는 Q 광 신호(Q)이며, (d)는 제2 광 커플러(68)에서 I 광 신호(I)와 Q 광 신호(Q)가 결합되어 출력되는 송신 광 신호를 나타낸다.
데이터 변환 모듈(42)은 인가된 다중 비트 데이터를 I 성분(a)과 Q 성분(b)을 갖는 심볼로 변환하고, 변환된 심볼의 I 성분(a)과 Q 성분(b)에 따라 제1 및 제2 제어 신호를 생성한다. 이때, 실시예의 데이터 변환 모듈(42)은 단지 데이터에 기초한 I 성분(a)과 Q 성분(b)뿐만 아니라, 도 4의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이, 동기를 위한 기준 신호 성분(A)이 주기적으로 I 광 신호(I)와 Q 광 신호(Q)에 포함되도록 제1 및 제2 제어 신호를 생성한다.
여기서 기준 신호 성분(A)은 광 수신 장치(70)에서 별도의 로컬 광원(32)나 OPLL(33)을 구비하지 않고서도 용이하게 수신 광 신호로부터 수신 신호를 검출할 수 있도록 하기 위한 일종의 동기 신호로서, 차원간 간섭 없이 수신 신호를 검출할 수 있도록 한다. 기준 신호 성분(A)은 데이터에 따른 심볼과 무관하게 제1 및 제2 광 세기 변조기(65, 66)가 지정된 세기로 인가된 광을 세기 변조한 성분으로, 일 예로, 광 세기 변조기(65, 66)가 가능한 최대 변조 세기로 세기 변조한 성분일 수 있다. 그리고, 기준 신호 성분(A)은 광 수신 장치(70)가 수신 광 신호로부터 수신 신호를 획득하는 과정에서 I 성분(a)과 Q 성분(b) 각각을 일부 증폭하는 효과를 가질 수 있어 신호대 잡음비 또는 민감도를 향상시킬 수도 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.
데이터 변환 모듈(42)은 심볼 주기에 따른 타임 슬롯(time slot)(n)을 기준으로 2개의 타임 슬롯 간격으로 I 성분(a = {a1, a2, a3, …})이 I 광 신호(I)에 포함되고, 4개의 타임 슬롯 간격으로 기준 신호 성분(A)이 포함되도록 제1 제어 신호를 생성할 수 있다. 또한 2개의 타임 슬롯 간격으로 Q 성분(b = {b1, b2, b3, …})이 Q 광 신호(Q)에 포함되고, 4개의 타임 슬롯 간격으로 기준 신호 성분(A)이 포함되도록 제2 제어 신호를 생성할 수 있다. 여기서 I 성분(a)이나 Q 성분(b) 또는 기준 신호 성분(A)이 포함되지 않는 타임 슬롯에는 제1 및 제2 광 세기 변조기(65, 66)가 세기 변조가 수행되지 않도록 비변조 성분(0)이 적용되도록 제1 및 제2 제어 신호를 생성한다.
즉 I 광 신호(I)는 제1 제어 신호에 따라 2개의 타임 슬롯 간격으로 데이터에 따른 I 성분(a)이 적용되고, 그 사이 타임 슬롯에서는 각각 4개의 타임 슬롯 간격으로 기준 신호 성분(A)과 비변조 성분(0)이 교대로 적용되어 광 세기 변조됨으로써 생성된다. 그리고 Q 광 신호(Q)는 제2 제어 신호에 따라 2개의 타임 슬롯 간격으로 데이터에 따른 Q 성분(b)이 적용되고, 그 사이 타임 슬롯에서는 비변조 성분(0)과 기준 신호 성분(A)이 교대로 적용되어 광 세기 변조됨으로써 생성될 수 있다.
I 광 신호(I)와 Q 광 신호(Q) 각각은 수학식 1 및 2로 표현될 수 있다.
여기서 n은 타임 슬롯 인덱스이고, a, b는 데이터 심볼에 따른 I 성분과 Q 성분, A는 기준 신호 성분을 나타낸다.
이에 I 광 신호(I)와 Q 광 신호(Q)가 결합된 송신 신호는 도 4의 (d)에 도시된 바와 같이, 2개의 타임 슬롯 간격으로 데이터에서 변환된 심볼의 I 성분(a)과 Q 성분(b)이 포함된 심볼 성분(a+jb)이 포함되고, 심볼 성분(a+jb)이 포함된 타임 슬롯 사이의 타임 슬롯에는 지정된 기준 신호 성분(A)이 포함되되, 90도 위상차를 갖는 I 및 Q 기준 신호 성분(A, iA)으로 교대로 포함된다.
결과적으로 송신 신호는 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
한편 도 5에서 (a)는 도 3의 광 수신 장치이고, (b)는 제1 광 커플러(73)에 의해 분배된 수신 광 신호를 나타내고, (c)는 광 지연기(74)에 의해 1 타임 슬롯만큼 지연된 수신 광 신호를 나타내며, (d)는 밸런스 검출기(76)에서 검출된 수신 신호의 세기를 나타낸다. 도 5에서는 이해의 편의를 위하여, 각 신호의 성분만을 고려하였으며, 액세스 네트워크(20)에서 전송되는 과정에서의 노이즈 등에 의한 감쇠나 왜곡을 고려하지 않았으며, 제1 광 커플러(73)에서 분배되는 과정에서의 전력 분할 또한 별도로 고려하지 않고 도시하였다.
도 5를 참조하면, (b)에 도시된 수신 광 신호는 도 4의 (d)에 도시된 송신 광 신호와 동일한 패턴을 갖는다. 그리고 (b)의 수신 광 신호와 (c)에서와 같이 1 타임 슬롯만큼 지연된 수신 광 신호가 제2 광 커플러(75)에서 결합되면, 2 타임 슬롯 간격으로 포함된 심볼 성분(a+jb)이 I 및 Q 기준 신호 성분(A, iA)과 교대로 결합되된다. 이에 밸런스 검출기(76)에서 검출되는 수신 신호는 심볼 성분(a+jb)과 Q 기준 신호 성분(iA)이 결합된 경우에 I 성분(a)이 소거되어 Ab로 검출되고, 심볼 성분(a+jb)과 I 기준 신호 성분(A)이 결합된 경우에 Q 성분(b)이 소거되어 Aa로 검출된다.
즉 수신 신호(S(n))는 수학식 4와 같이 검출될 수 있다.
수학식 4에 따르면, 수신 신호(S(n))는 심볼 성분(a+jb)에서 I 성분(a)과 Q 성분(b)에 기준 신호 성분(A)이 가중된 세기가 교대로 나타나도록 획득될 수 있다.
이때 광 송신 장치(60)에서 심볼에 대한 위상 변조가 수행되지 않고, 광 세기 변조만이 수행되었으므로, 광 세기에만 기초하여 수신 신호(S(n))를 획득하며, 따라서 도 2의 광 통신 시스템과 달리 광 세기-위상 변조에 따른 차원간 간섭이 발생되지 않는다.
다만, 실시예에 따른 광 통신 시스템에서는 송신 광 신호(s)의 모든 타임 슬롯에 데이터에 따른 심볼 성분(a+jb)이 반영되지 않고 2개의 타임 슬롯마다 심볼 성분(a+jb) 반영되므로, 상기한 바와 같이 도 1의 광 통신 시스템의 경우, 광 수신 장치의 구성의 복잡도로 인해 실제로는 사용되지 못하고 있다. 그에 반해, 실시예에 따른 광 통신 시스템은 도 2의 광 통신 시스템과 동일한 수준의 대역폭 효율을 가질 수 있음에도 광 수신 장치가 더욱 간단한 구성으로 제조될 수 있을 뿐만 아니라, 차원간 간섭이 발생되지 않는다는 장점이 있다. 이는 실시예에 따른 광 통신 시스템이 도 2의 광 통신 시스템에 비해 더 높은 스펙트럼 효율성을 갖기 때문이다.
도 6은 기존과 실시예에 따른 광 통신 시스템의 스펙트럼 효율성을 설명하기 위한 성상도이다.
도 6에서 (a)는 OOK 기반 DM 방식에 따른 성상도를 나타내고, (b)는 도 1의 QAM 방식, (c)는 도 2의 MDPSK 방식을 나타내며, (d)는 실시예의 변조 방식에 따른 성상도를 나타낸다. 도 6에 도시된 바와 같이, (a)의 DM 방식 변조에서는 IQ 공간에서 2개의 심볼만을 활용하여 스펙트럼 효율성이 매우 낮고, MDPSK 방식 또한 Q 공간의 절반만을 활용하므로 스펙트럼 효율성이 낮은 반면, (d)에 도시된 실시예의 변조 방식은 (b)의 QAM 방식과 마찬가지로, IQ 공간에서 다수의 심볼을 활용할 수 있어 스펙트럼 효율성이 매우 높다는 것을 알 수 있다.
즉 제한된 대역폭에서의 스펙트럼을 매우 효율적으로 사용하여 차원간 간섭없이 데이터를 전송할 수 있다.
도시된 실시예에서, 각 구성들은 이하에 기술된 것 이외에 상이한 기능 및 능력을 가질 수 있고, 이하에 기술되지 것 이외에도 추가적인 구성을 포함할 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 각 구성은 물리적으로 구분된 하나 이상의 장치를 이용하여 구현되거나, 하나 이상의 프로세서 또는 하나 이상의 프로세서 및 소프트웨어의 결합에 의해 구현될 수 있으며, 도시된 예와 달리 구체적 동작에 있어 명확히 구분되지 않을 수 있다.
그리고 도 1에 도시된 광 통신 시스템의 적어도 하나의 구성 요소는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합에 의해 로직회로 내에서 구현될 수 있고, 범용 또는 특정 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수도 있다. 장치는 고정배선형(Hardwired) 기기, 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, FPGA), 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC) 등을 이용하여 구현될 수 있다. 또한, 장치는 하나 이상의 프로세서 및 컨트롤러를 포함한 시스템온칩(System on Chip, SoC)으로 구현될 수 있다.
도 7은 일 실시예 따른 광 통신 방법을 나타낸다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 도 7의 광 통신 방법은 광 송신 방법(80)과 광 수신 방법(90)으로 크게 구분될 수 있다.
광 송신 방법(80)에서는 우선 지정된 파장의 광을 생성하고, 생성된 광을 제1 및 제2 광으로 분할한다(81). 그리고 전송하고자 하는 데이터(D)가 입력되면, 입력된 데이터(D)를 I 성분(a = {a1, a2, a3, …})과 Q 성분(b = {b1, b2, b3, …})으로 구성되는 심볼 성분(a + jb)으로 변환한다(82).
심볼 성분(a + jb)의 I 성분(a)과 Q 성분(b)이 확인되면, 제1 및 제2 광에 각 심볼이 포함되는 주기인 심볼 주기에 따라 구분된 현재 타임 슬롯이 홀수번째 타임 슬롯인지 판별한다(83). 만일 현재 타임 슬롯이 홀수번째 타임 슬롯이라면, 제1 및 제2 광을 각각 I 성분(a)과 Q 성분(b)에 따라 광 세기 변조한다(84).
그러나 짝수번째 타임 슬롯인 것으로 판별되면, 제1 광에 기준 세기 성분(A)이 포함되도록 할지 여부를 판별한다(85). 실시예에서 기준 세기 성분(A)은 제1 광 및 제2 광 각각에 4개의 타임 슬롯 간격으로 삽입되며, 서로 2개의 타임 슬롯 간격으로 교대로 삽입되는 지정된 광 세기를 갖는 신호이다. 만일 제1 광에 기준 세기 성분(A)을 포함하는 것으로 판별되면, 제1 광이 기준 세기 성분(A)을 갖도록 세기 변조를 수행한다(86). 그러나 제1 광에 기준 세기 성분(A)을 포함하지 않는 것으로 판별되면, 제2 광이 기준 세기 성분(A)을 갖도록 세기 변조를 수행한다(87).
세기 변조된 제2 광을 90도 위상 지연하고, 위상 지연되지 않은 제1 광과 결합하여 송신 광 신호를 생성하며, 생성된 송신 광 신호를 액세스 네트워크(20)를 통해 광 수신 장치(70)로 전송한다(88)
광 수신 장치(70)는 액세스 네트워크(20)를 통해 수신 광 신호가 전송되면, 전송된 수신 광 신호를 분배한다(91). 그리고 분배된 2개의 수신 광 신호 중 하나를 1 타임 슬롯만큼 지연한다(92). 이후, 수신 광 신호와 지연된 수신 광 신호를 결합하고 재분배한다(93). 재분배된 2개 광 신호 각각의 광 세기를 검출하고, 검출된 광 세기의 차에 따른 수신 신호를 획득한다(94). 추가적으로 수신 신호를 디지털 신호로 변환하고 디지털 신호 처리를 수행하여, I 성분(a)과 Q 성분(b)을 판별함으로써 데이터(D)를 복원할 수 있다.
도 6에서는 각각의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나 이는 예시적으로 설명한 것에 불과하고, 이 분야의 기술자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 6에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 또는 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하거나 다른 과정을 추가하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능하다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 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.
61: 광원 62: 데이터 변환 모듈
63: 광 변조 모듈 64: 제1 광 커플러
65: 제1 광 세기 변조기 66: 제2 광 세기 변조기
67: 위상 조절기 68: 제2 광 커플러

Claims (13)

  1. 데이터를 인가받아 I 성분과 Q 성분을 포함하는 심볼로 변환하고, 상기 I 성분과 상기 Q 성분에 따라 제1 및 제2 제어 신호를 생성하는 데이터 변환 모듈; 및
    광원에서 방출된 광을 제1 및 제2 광으로 분배하고, 심볼 주기에 따라 구분된 타임 슬롯마다 상기 제1 및 제2 제어 신호에 따라 상기 제1 및 제2 광을 세기 변조하여 획득되는 I 광 신호와 Q 광 신호를 결합하여 송신 광 신호를 생성하는 광 변조 모듈을 포함하되,
    상기 광 변조 모듈은
    2개의 타임 슬롯 간격으로 상기 제1 및 제2 광이 각각 상기 I 성분과 Q 성분을 갖도록 세기 변조하는 광 송신 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광 변조 모듈은
    상기 제1 및 제2 제어 신호에 응답하여, 2개의 타임 슬롯 간격 사이의 타임 슬롯에서는 상기 I 광 신호 또는 상기 Q 광 신호 중 하나가 기준 세기를 갖도록 상기 제1 또는 제2 광을 세기 변조하는 광 송신 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 광 변조 모듈은
    2개의 타임 슬롯 간격 사이의 타임 슬롯에서 상기 제1 및 제2 광을 교대로 세기 변조하는 상기 제1 및 제2 제어 신호를 생성하는 광 송신 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 광 변조 모듈은
    상기 기준 세기에 따라 가능한 최대 세기로 세기 변조하여 상기 I 광 신호 또는 상기 Q 광 신호가 기준 세기를 갖도록 하는 광 송신 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광 변조 모듈은
    광원에서 방출된 광을 상기 제1 및 제2 광으로 분배하는 제1 광 커플러;
    상기 제1 제어 신호에 응답하여 상기 제1 광을 광 세기 변조하여 상기 I 광 신호를 획득하는 제1 광 세기 변조기;
    상기 제2 제어 신호에 응답하여 상기 제2 광을 광 세기 변조하는 제2 광 세기 변조기;
    광 세기 변조된 상기 제2 광을 인가받아 90도 위상 조절하여 상기 Q 광 신호를 획득하는 위상 조절기; 및
    상기 I 광 신호와 상기 Q 광 신호를 결합하여 상기 송신 광 신호를 획득하는 제2 광 커플러를 포함하는 광 송신 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광 세기 변조기는
    마흐젠더 변조기(Mach-Zehnder Modulator)로 구현되는 광 송신 장치.
  7. 광 송신 장치에서 심볼 주기에 따라 구분된 2개의 타임 슬롯 간격으로 심볼의 I 성분과 Q 성분에 따라 세기 변조되고 90도 위상차를 갖는 I 광 신호와 Q 광신호가 결합되어 전송된 수신 광 신호를 인가받아 제1 및 제2 수신 광 신호로 분배하고, 상기 제1 및 제2 수신 광 신호 중 하나를 상기 심볼 주기만큼 지연하여 다시 결합한 후 재분배하는 차동 세기 검출 모듈; 및
    상기 차동 세기 검출 모듈에서 재분배된 2개의 광 신호 각각의 세기를 감지하고, 감지된 광 신호의 세기 차에 따른 수신 신호를 획득하는 밸런스 검출기를 포함하는 광 수신 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 차동 세기 검출 모듈은
    상기 수신 광 신호를 인가받아 상기 제1 및 제2 수신 광 신호로 분배하는 제1 광 커플러;
    상기 제2 수신 광 신호를 인가받아 상기 심볼 주기만큼 지연하는 광 지연기; 및
    상기 제1 수신 광 신호와 상기 광 지연기에서 지연된 상기 제2 수신 광 신호를 인가받아 결합하고, 재분배하는 제2 광 커플러를 포함하는 광 수신 장치.
  9. 데이터를 인가받아 I 성분과 Q 성분을 포함하는 심볼로 변환하고, 상기 I 성분과 상기 Q 성분에 따라 제1 및 제2 제어 신호를 생성하는 단계; 및
    광원에서 방출된 광을 제1 및 제2 광으로 분배하고, 심볼 주기에 따라 구분된 타임 슬롯마다 상기 제1 및 제2 제어 신호에 따라 상기 제1 및 제2 광을 세기 변조하여 획득되는 I 광 신호와 Q 광 신호를 결합하여 송신 광 신호를 생성하는 단계를 포함하되,
    상기 송신 광 신호를 생성하는 단계는
    2개의 타임 슬롯 간격으로 상기 제1 및 제2 광이 각각 상기 I 성분과 Q 성분을 갖도록 세기 변조하는 광 송신 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 송신 광 신호를 생성하는 단계는
    상기 제1 및 제2 제어 신호에 응답하여, 2개의 타임 슬롯 간격 사이의 타임 슬롯에서는 상기 I 광 신호 또는 상기 Q 광 신호 중 하나가 기준 세기를 갖도록 상기 제1 또는 제2 광을 세기 변조하는 광 송신 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 송신 광 신호를 생성하는 단계는
    2개의 타임 슬롯 간격 사이의 타임 슬롯에서 상기 제1 및 제2 광을 교대로 세기 변조하는 상기 제1 및 제2 제어 신호를 생성하는 광 송신 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 송신 광 신호를 생성하는 단계는
    상기 기준 세기에 따라 가능한 최대 세기로 세기 변조하여 상기 I 광 신호 또는 상기 Q 광 신호가 기준 세기를 갖도록 하는 광 송신 방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 송신 광 신호를 생성하는 단계는
    광원에서 방출된 광을 상기 제1 및 제2 광으로 분배하고,
    상기 제1 제어 신호에 응답하여 상기 제1 광을 광 세기 변조하여 상기 I 광 신호를 획득하고,
    상기 제2 제어 신호에 응답하여 상기 제2 광을 광 세기 변조하고,
    광 세기 변조된 상기 제2 광을 인가받아 90도 위상 조절하여 상기 Q 광 신호를 획득하며,
    상기 I 광 신호와 상기 Q 광 신호를 결합하여 상기 송신 광 신호를 획득하는 광 송신 방법.
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