KR20050092481A - 편광 변조기를 이용한 광 듀오바이너리 전송장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 듀오바이너리 변조기법을 이용한 광 듀오바이너리 전송장치에 관한 것이다. 본 발명의 편광 변조기를 이용한 광 듀오바이너리 전송장치는 입력되는 이진 데이터 신호를 코딩하는 프리코더와; 상기 코딩된 이진 데이터 신호의 대역폭을 제한하여 삼진신호로 변환시키는 저역통과필터와; 광(light)을 발생시키는 광원과; 상기 삼진신호에 따라, 상기 광원에 의해 출력된 광의 편광을 변조시키는 편광 변조기와; 상기 편광 변조된 광 신호 중 특정 방향의 광 신호만 투과시키는 편광기를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 기존의 광 듀오바이너리 송신기가 대칭구조를 가짐으로 인해 야기되었던 전기 소자의 대칭성 조건이 요구되지 않아 광 듀오바이너리 신호의 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 협대역 광학 필터를 사용하지 않음으로써 광 전송장치의 구현 비용을 절감할 수 있다.

Description

편광 변조기를 이용한 광 듀오바이너리 전송장치{OPTICAL DUO-BINARY TRANSMITTER USING POLARIZATION MODULATOR}
본 발명은 광통신 시스템을 위한 광 전송장치에 관한 것으로 특히, 편광 변조기를 이용한 광 듀오바이너리 전송장치에 관한 것이다.
듀오바이너리 변조 방식은 광신호의 세기에 정보를 싣고 있으며, '0'비트에서 신호의 위상이 역전되는 특징을 가지고 있다. 듀오바이너리 신호는 광 스펙트럼에서 기존의 OOK(on-off keying) 변조 신호에 비하여 스펙트럼 폭이 좁아 고밀도 파장분할 다중방식(dense wavelength-division multiplexing; DWDM) 광 전송 시스템에서 채널 간격을 좁히는데 유리하다. 또한, 광섬유의 분산에 내성이 강하여 OOK를 사용하였을 경우와 비교해서 분산 보상 없이 2~3배 더 멀리 전송할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 광 스펙트럼에서 캐리어 톤(carrier tone) 성분이 존재하지 않으므로 유도 브릴루앙 산란(stimulated Brillouin scattering; SBS)에 강하다는 장점도 있다.
도 1은 종래의 광 듀오바이너리 송신기의 일 구성예를 나타낸 도면이다.
상기 광 듀오바이너리 송신기(10)는 프리코더(11)와, 변조기 드라이버(12, 13)와, 저역통과필터(14, 15)와, CW(continuous wave) 광원(16)과, 마하젠더 광변조기(17)로 구성되며, 그 동작은 다음과 같다.
먼저, 이진(binary) 입력 데이터(DATA)는 프리코더(11)에 의해 코딩된다. 코딩된 이진 데이터는 변조기 드라이버(12, 13)에 의해 증폭된 뒤 저역통과필터(14, 15)에 인가된다. 저역통과필터(14, 15)의 대역폭이 이진 데이터 전송 속도의 1/4에 해당하는 3-dB 대역폭을 가질 경우(예를 들면, 10Gbps 데이터의 경우 2.5GHz) 저역통과필터를 거친 이진 신호는 대역폭이 제한되어 삼진신호로 변환된다. 이러한 저역통과필터는 이상적으로는 코사인 제곱(cosine2) 필터이지만 베셀-톰슨 필터(Bessel-Thomson filter)로 근사 가능하다. CW 광원(11)에서 나온 연속성(Continuous Wave) 광은 삼진 신호에 따라 구동되는 마하젠더 광변조기(17)에 의해 광 듀오바이너리 신호로 변환된다.
그러나, 상기 종래 기술에 의한 광 듀오바이너리 송신기는 상하 대칭적인 구조를 지니고 있어 마하젠더 광변조기에 인가되는 두 전기 신호가 동일한 특성을 지녀야 하므로 2개의 동일한 변조기 드라이버와 저역통과필터를 필요로 한다. 또한, 마하젠더 광변조기를 사용하므로 바이어스 전압의 변화에 민감하다. 따라서 광 송신기의 온도 변화 등으로 인하여 마하젠더 변조기의 바이어스 전압이 변할 경우 시스템의 성능이 열화 되는 문제점이 있다.
도 2는 종래의 광 듀오바이너리 송신기의 다른 구성예를 나타낸 도면이다.
상기 광 듀오바이너리 송신기(20)는 프리코더(21)와, 변조기 드라이버(22)와, CW(continuous wave) 광원(23)과, 위상 변조기(24)와, 광학 필터(25)로 구성된다.
이진(binary) 입력 데이터(DATA)는 프리코더(21)에 의해 코딩되며, 코딩된 이진 데이터는 변조기 드라이버(22)에 의해 증폭되어 변조기 구동신호로 제공된다. CW 광원(23)에서 나온 연속성(Continuous Wave) 광은 위상 변조기(24)에 의해 변조기 구동신호에 따라 위상 변조된다. 위상 변조된 광 신호는 이진 데이터 전송속도의 70%에 해당하는 대역폭(예를 들면, 10Gbps 데이터의 경우 7GHz 필터)을 갖는 광학 필터(25)를 거쳐 광 듀오바이너리 신호로 변환된다.
상기 광 듀오바이너리 송신기(20)에서 발생한 광 듀오바이너리 신호는 광섬유의 분산에 대한 내성은 도 1에 도시된 광 송신기의 그것과 비교해서 다소 떨어지지만 도 1의 광 송신기가 갖는 대칭성 문제 및 마하젠더 변조기의 바이어스 위치에 대한 의존성을 해결할 수 있다.
그러나 상기 종래의 다른 기술은 분산 특성이 우수하면서 통과 대역이 좁은 광학 필터를 요구하며 결국 이러한 필터를 구현하는 것이 용이하지 않다는 단점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 광변조기의 바이어스에 무관하며, 기존의 광 듀오바이너리 송신기가 대칭구조를 가짐으로 인해 야기되었던 전기 소자의 대칭성 조건도 요구되지 않아 광 듀오바이너리 신호의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 편광 변조기를 이용한 광 듀오바이너리 전송장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 구현이 용이하지 않은 협대역 광학 필터를 이용하지 않음으로써 광 전송장치의 구현 비용을 절감할 수 있는 편광 변조기를 이용한 광 듀오바이너리 전송장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 변조기를 이용한 광 듀오바이너리 전송장치는 입력되는 이진 데이터 신호를 코딩하는 프리코더와; 상기 코딩된 이진 데이터 신호의 대역폭을 제한하여 삼진신호로 변환시키는 전기적 저역통과필터와; 광(light)을 발생시키는 광원과; 상기 삼진신호에 따라 상기 연속성 광의 편광을 변조시키는 편광 변조기와; 상기 편광 변조된 광 신호 중 특정 방향의 광 신호만 투과시키는 편광기를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 편광 변조기를 이용한 광 듀오바이너리 전송장치는 상기 코딩된 이진 데이터 신호를 증폭하는 구동 증폭기를 더 포함함을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 편광기는 전기신호'1'이 광신호로 바뀌었을 때 갖는 편광에 직각이 되도록 편광축이 설정됨을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 편광 변조기를 이용한 광 듀오바이너리 전송장치는 입력되는 이진 데이터 신호를 코딩하는 프리코더와; 상기 코딩된 이진 데이터 신호의 대역폭을 제한하여 삼진신호로 변환시키는 전기적 저역통과필터와; 광(light)을 발생시키는 광원과; 제1 편광축을 가지며, 상기 광원에 의해 출력된 광 중 상기 제1 편광축과 일치하는 방향의 광 신호만 투과시키는 제1 편광기와; 상기 삼진신호에 따라, 상기 제1 편광기에 의해 출력되는 광 신호의 위상을 변조시키는 편광의존 위상 변조기와; 상기 제1 편광기의 편광축과 직각인 제2 편광축을 가지며, 상기 위상 변조된 광 신호 중 상기 제2 편광축과 일치하는 방향의 광 신호만 투과시키는 제2 편광기를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 편광 변조기를 이용한 광 듀오바이너리 전송장치의 구성을 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 편광 변조기를 이용한 광 듀오바이너리 전송장치(100)는 입력되는 NRZ 이진 데이터 신호를 코딩하는 프리코더(110)와, 상기 코딩된 이진 데이터 신호를 증폭하는 구동 증폭기(120)와, 상기 증폭된 이진 데이터 신호의 대역폭을 제한하여 삼진신호로 변환시키는 전기적 저역통과필터(130)와, 연속성(continuous wave) 광을 발생시키는 광원(140)과, 상기 삼진신호에 따라 상기 연속성 광의 편광을 변조시키는 편광 변조기(150)와, 상기 편광 변조된 광 신호 중 특정 방향의 광 신호만 투과시키는 편광기(160)를 포함하여 구성된다.
상기 프리코더(110)는 입력되는 NRZ 이진 데이터 신호를 코딩하며, 1 비트 지연 소자(1 bit delayer)와 XOR(exclusive-OR) 논리소자로 구현할 수 있다.
상기 구동 증폭기(120)는 편광 변조기(150)의 구동이 가능하도록 상기 코딩된 이진 데이터 신호를 증폭한다.
상기 저역통과필터(130)는 대역폭이 이진 데이터 신호 전송 속도의 1/4에 해당하는 3-dB 대역폭을 가질 경우(예를 들면, 10Gbps 데이터의 경우 2.5GHz) 저역통과필터를 거친 이진 신호는 대역폭이 제한되어 삼진신호로 변환된다. 이러한 저역통과필터(130)는 이상적으로는 코사인 제곱(cosine2) 필터이지만 베셀-톰슨 필터(Bessel-Thomson filter)로 근사 가능하다.
상기 광원(140)은 연속성 광을 발생시키며, 레이저 다이오드(LD)로 구현할 수 있다.
상기 편광 변조기(150)는 상기 삼진신호에 따라 상기 광원(140)으로부터 발생한 연속성 광의 편광을 변조시킨다.
상기 편광기(160)는 편광 변조기(150)의 출력단에 연결되어 상기 편광 변조된 광 신호 중 특정 방향의 광 신호만 투과시키는 역할을 한다.
상기 구성을 갖는 본 발명에 따른 편광 변조기를 이용한 광 듀오바이너리 전송장치의 동작은 다음과 같다. 도 4의 (a), (b), (c), (d) 및 (e)는 각각 도 3의 A, B, C, D 및 E 노드에서의 신호형태를 예로써 나타낸 것이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, "01011000111010101"데이터 열을 입력신호로 가정하면, 이진 데이터 신호(도 4의 (a))는 프리코더(110)를 거쳐 도 4의 (b)와 같이 코딩된 후 구동 증폭기(120)를 지나 전기적 저역통과필터(130)에 인가된다. 저역통과필터(130)에 인가된 이진 신호는 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이 삼진 신호로 변환된 후 편광 변조기(150)의 구동신호로 제공된다. 이때, 상기 편광 변조기(150)에 인가되는 삼진 신호의 크기는 피크-대-피크(peak-to-peak)로써 편광을 직각으로 변조시킬 수 있어야 한다. 이러한 신호의 크기는 통상 Vπ로 표시한다. 즉, 편광 변조기에 인가되는 전기 신호의 크기는 Vπ이다.
한편, 광원(140)에 의해 생성된 연속성 광은 편광 변조기(150)에 입력되어 삼진 신호에 따라 편광 변조된다(도 4의 (d)). 0, 1, 2로 삼진 신호를 크기 별로 표시할 때 도 4의 (d)의 예시의 경우 전기 신호'0'는 y 편광, '1'은 좌원편광(left-hand circular polarization), '2'는 x 편광을 갖는 광 신호로 바뀐다. 상기 편광 변조기(150)에 의해 편광 변조된 광 신호는 편광기(160)에 인가된다. 이때, 편광기(160)의 편광 축은 전기신호'1'이 광신호로 바뀌었을 때 갖는 편광에 직각이 되도록 설정한다. 도 4의 (d)의 예시의 경우 '1'신호가 좌원편광을 지니고 있으므로 편광기(160)는 편광축 방향이 우원편광(right-hand circular polarization)을 가진다. 편광 변조기(150)에서 변조된 광신호가 상기한 편광축을 지닌 편광기(160)를 거치게 되면 도 4의 (e)에 도시된 바와 같이 광 듀오바이너리 신호로 생성된다. 이는 전기신호 '1'에 의해 발생되는 광 신호는 편광기를 통과할 수 없기 때문에 광 신호에서 '0'비트를 발생시키고, 전기신호'0'과 '2'에 의해 발생되는 광 신호는 편광기를 통과하면서 '1' 비트를 발생시키기 때문이다. 여기에서 '0'과 '2'는 동일한 '1'비트를 발생시키지만 위상이 각각 π/4와 -π/4를 지니게 되어 듀오바이너리 신호와 유사한 특성을 지니게 된다. '1'비트 신호의 위상은 편광 변조기(150)에 인가되는 신호의 크기에 따라 변화한다. 편광 변조기에 인가되는 신호의 크기가 클수록 '1'비트 신호의 위상은 0에 근접하며, 반대로 인가되는 신호가 작을 경우 π/2 와 -π/2 에 근접한다. 수학적으로 '1'비트 신호의 위상 θ는 하기와 같이 기술된다.
θ = ±π(Vπ-V)/2Vπ
상기 식에서 V는 편광 변조기에 인가되는 삼진 신호의 피크-대-피크 크기이다. 따라서 편광 변조기에 인가되는 신호의 크기가 작을 경우 듀오바이너리와 동일한 신호('1'비트 신호의 위상이 반전되는 특징을 지님)를 얻을 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 편광 변조기를 이용한 광 듀오바이너리 전송장치의 구성을 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 편광 변조기를 이용한 광 듀오바이너리 전송장치(200)는 입력되는 NRZ 이진 데이터 신호를 코딩하는 프리코더(210)와, 상기 코딩된 이진 데이터 신호를 증폭하는 구동 증폭기(220)와, 상기 증폭된 이진 데이터 신호의 대역폭을 제한하여 삼진신호로 변환시키는 전기적 저역통과필터(230)와, 연속성(continuous wave) 광을 발생시키는 광원(240)과, 상기 광원(240)에 의해 생성된 연속성 광 중 그 편광축과 일치하는 방향의 광 신호만 투과시키는 제1 편광기(250)와, 상기 삼진신호에 따라 상기 제1 편광기(250)에 의해 출력되는 신호의 위상을 변조시키는 편광의존 위상 변조기(260)와, 상기 제1 편광기의 편광축과 직각인 편광축을 가지며, 상기 위상 변조된 광 신호 중 그 편광축과 일치하는 방향의 광 신호만 투과시키는 제2 편광기(270)를 포함하여 구성된다.
본 실시예의 구성은 도 3에 도시된 편광 변조기(150)를 45°편광축을 가진 편광기(250)와 편광 의존 특성을 지닌 위상 변조기(260)로 대체하여 구현한 경우이며, 그 외의 구성은 도 3과 동일하다. 45°편광축을 가진 편광기와 편광 의존 특성을 지닌 위상변조기를 이용해 편광 변조기를 구현하는 것은 일반적이므로 상세 설명은 생략한다. 이와 같이 편광 의존성을 지닌 위상 변조기의 입력 및 출력단에 서로 직각 방향(예를 들면 각각 45°, 135°)의 편광축을 지닌 2개의 편광기(250, 270)를 배치함으로써 광 듀오바이너리 전송장치를 소형으로 구현할 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 편광 변조기를 이용한 광 듀오바이너리 전송장치는 광변조기의 바이어스에 무관하며, 마한 젠더 변조기를 이용하지 않으므로 마하 젠더 변조기에 인가되는 두 신호의 대칭성 조건도 요구되지 않는다. 또한, 구현이 용이하지 않은 협대역 광학필터를 이용하지 않으므로 경제적 구현이 가능하다.
따라서 본 발명에 의하면 광 듀오바이너리 전송장치의 신뢰성 및 가격 경쟁력을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 종래의 광 듀오바이너리 송신기의 일 구성예를 나타낸 도면,
도 2는 종래의 광 듀오바이너리 송신기의 다른 구성예를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 편광 변조기를 이용한 광 듀오바이너리 전송장치의 구성을 나타낸 도면,
도 4의 (a), (b), (c), (d) 및 (e)는 각각 도 3의 A, B, C, D 및 E 노드에서의 신호형태를 예로서 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 편광 변조기를 이용한 광 듀오바이너리 전송장치의 구성을 나타낸 도면.

Claims (12)

  1. 입력되는 이진 데이터 신호를 코딩하는 프리코더와;
    상기 코딩된 이진 데이터 신호의 대역폭을 제한하여 삼진신호로 변환시키는 저역통과필터와;
    광(light)을 발생시키는 광원과;
    상기 삼진신호에 따라, 상기 광원에 의해 출력된 광의 편광을 변조시키는 편광 변조기와;
    상기 편광 변조된 광 신호 중 특정 방향의 광 신호만 투과시키는 편광기를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 편광 변조기를 이용한 광 듀오바이너리 전송장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 편광 변조기를 이용한 광 듀오바이너리 전송장치는
    상기 편광 변조기의 구동이 가능하도록 상기 코딩된 이진 데이터 신호를 증폭하는 구동 증폭기를 더 포함함을 특징으로 하는 편광 변조기를 이용한 광 듀오바이너리 전송장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 저역통과필터는
    상기 이진 데이터 신호 전송 속도의 1/4에 해당하는 3-dB 대역폭을 가짐을 특징으로 하는 편광 변조기를 이용한 광 듀오바이너리 전송장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 편광 변조기에 인가되는 삼진 신호는
    피크-대-피크(peak-to-peak)로써 편광을 직각으로 변조시킬 수 있도록 증폭됨을 특징으로 하는 편광 변조기를 이용한 광 듀오바이너리 전송장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 편광 변조기에 인가되는 삼진 신호의 크기는 Vπ임을 특징으로 하는 편광 변조기를 이용한 광 듀오바이너리 전송장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 편광기는
    전기신호'1'이 광신호로 바뀌었을 때 갖는 편광에 직각이 되도록 편광축이 설정됨을 특징으로 하는 편광 변조기를 이용한 광 듀오바이너리 전송장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 광원은
    연속성(continuous wave; CW) 광을 출력하는 CW 레이저임을 특징으로 하는 편광 변조기를 이용한 광 듀오바이너리 전송장치.
  8. 입력되는 이진 데이터 신호를 코딩하는 프리코더와;
    상기 코딩된 이진 데이터 신호의 대역폭을 제한하여 삼진신호로 변환시키는 전기적 저역통과필터와;
    광(light)을 발생시키는 광원과;
    제1 편광축을 가지며, 상기 광원에 의해 출력된 광 중 상기 제1 편광축과 일치하는 방향의 광 신호만 투과시키는 제1 편광기와;
    상기 삼진신호에 따라, 상기 제1 편광기에 의해 출력되는 광 신호의 위상을 변조시키는 편광의존 위상 변조기와;
    상기 제1 편광기의 편광축과 직각인 제2 편광축을 가지며, 상기 위상 변조된 광 신호 중 상기 제2 편광축과 일치하는 방향의 광 신호만 투과시키는 제2 편광기를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 편광 변조기를 이용한 광 듀오바이너리 전송장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 편광 변조기를 이용한 광 듀오바이너리 전송장치는
    상기 코딩된 이진 데이터 신호를 증폭하는 구동 증폭기를 더 포함함을 특징으로 하는 편광 변조기를 이용한 광 듀오바이너리 전송장치.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 전기적 저역통과필터는
    상기 이진 데이터 신호 전송 속도의 1/4에 해당하는 3-dB 대역폭을 가짐을 특징으로 하는 편광 변조기를 이용한 광 듀오바이너리 전송장치.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 편광기는
    45°편광축을 가짐을 특징으로 하는 편광 변조기를 이용한 광 듀오바이너리 전송장치.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 광원은
    연속성(continuous wave; CW) 광을 출력하는 CW 레이저임을 특징으로 하는 편광 변조기를 이용한 광 듀오바이너리 전송장치.
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