KR20070095725A - 광송신기용 비선형 왜곡 제거장치 및 제거방법 - Google Patents

광송신기용 비선형 왜곡 제거장치 및 제거방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광송신기의 비선형 왜곡신호를 제거하는 장치 및 제거방법에 관한 것으로, 제 1 신호의 진폭을 조정하여 제 2 신호를 생성하기 위한 레이져다이오드; 제 1 신호의 위상을 변환시켜 제 3 신호를 생성하기 위한 위상변환기; 제 3 신호를 입력받아 제 4 신호를 생성하며, 제 2 신호를 입력받아 제 4 신호와 상호이득변조시켜 제 5 신호를 생성하는 반도체 광증폭기;를 구비한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 광송신기용 비선형 왜곡 제거장치 및 제거방법은, ROSA의 상호이득변조 현상을 이용하여 다수의 무선 RF신호를 동시 변조 전송할 때 발생하는 레이져다이오드의 비선형성분에 의한 3차 IMD신호 및 다른 비선형신호를 제거함으로써, 비선형성에 의한 RoF시스템의 성능 감소영향을 최소화할 수 있는 효과를 제공한다.
상호이득변조, 분산피드백 다이오드, 포토 다이오드, 상호변조왜곡

Description

광송신기용 비선형 왜곡 제거장치 및 제거방법{Apparatus For Removing Non-linear Distortion In Optic Transmitter And Removing Method Thereof}
도 1은 무선광통신 시스템의 대략적인 개요도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광송신기용 비선형 왜곡 제거장치의 각 구성을 나타낸 블럭도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광송신용 비선형 왜곡 제거장치의 구성도.
도 4는 DFB LD만을 이용하여 무선광링크로 신호를 전송했을 때의 RF주파수 스펙트럼을 나타낸 예시도.
도 5는 DFB LD를 통해 RSOA내에 주입된 신호의 RF주파수 스펙트럼을 도시한 예시도.
도 6은 ROSA 출력신호의 RF주파수 스펙트럼을 도시한 예시도.
도 7은 RSOA 내에서의 신호와 그에 따른 출력신호를 나타낸 예시도.
도 8은 RSOA 내에서의 위상변화에 의한 IMD3 감소 원리를 도시한 예시도.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광송신용 비선형 왜곡 제거장치의 각 구성을 나타낸 블럭도.
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광송신용 비선형 왜곡 제거장치의 구성도.
도 11은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광송신용 비선형 왜곡 제거방법을 나타낸 순서도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 중앙국 20 : 기지국
30 : 단말 50 : 광링크
100 : 위상변환기 200 : DFB LD 300 : RSOA 400 : 커플러 500 : 광검출기 700 : 신호분배기
본 발명은 광송신기의 비선형 왜곡 제거장치 및 제거방법에 관한 것으로, 특히 레이져다이오드에 의한 비선형 왜곡 성분을 제어할 수 있는 광송신기용 비선형 왜곡 제거장치 및 제거방법에 관한 것이다.
최근의 무선 액세스 네트워크(Wireless access network) 시스템은 음성 신호뿐만 아니라 다양한 서비스의 데이터를 전송한다. 최근 들어 다양한 대용량의 서비스를 수용하기 위해 RoF(Radio-over-fiber) 기술이 각광받고 있다. RoF시스템은 보내고자 하는 다수의 RF 신호를 동시에 광 변조하여 무선 시스템에 전송하는 시스템이다. 도 1에 도시된 바와 같이, RoF시스템은 믹서(Mixer:미도시)를 이용하여 보내고자 하는 여러 개의 데이터를 다수의 RF 신호에 실은 후 이를 다시 레이저 다이오드 (LD: Laser diode)에 인가하여 전기신호를 광신호로 변조시킨다. 이 신호는 광케이블(50)을 통하여 전송되며 무선시스템의 기지국(Base station:20) 광수신기(PD: Photo-diode)에 인가되어 광신호를 무선신호로 전송될 전기신호로 변환된다.
무선시스템에서 모든 셀을 제어하기 위해서는 많은 수의 기지국(20)이 필요하다. 이런 SCM(Subcarrier-Multiplexing) 광 전송에 있어서, 모든 RF 제어를 기지국(20)에서 수행하는 것보다 중앙국(central station:10)에서 제어하는 것이 경제적 또는 시스템 운용 측면에서 효율적이다.
일반적으로, 광통신은 신호, 메시지 또는 다른 형태의 정보를 전기적으로 전달하는 전자파와는 달리 레이저광 등의 광영역 전자파를 이용하여 정보를 전송한다. 음성 및 영상정보가 전기적인 신호로 전환되어 송신기에 전달되면 송신기에서는 이 신호를 발광다이오드 또는 레이져다이오드를 통해 빛의 형태로 전환하여 광섬유 또는 포토다이오드 같은 수광장치로 전송된다. 광섬유로 전달된 빛은 1초에 수억 내지 수십억 회나 점멸하면서 빛의 속도로 이동하며, 빛의 세기가 약해지는 것을 방지하기 위해 광신호를 증폭시키는 중계기를 130~140km마다 설치하여 광신호를 일정하게 유지시킨다. 이와 같이 전달된 광 신호는 다시 수신기를 통해 빛의 형태에서 전기적인 신호로 전환되어 원래의 음성 또는 영상정보로 복원된다. 이러한 광통신은 선명한 음성과 영상을 고속 및 다량으로 전달할 수 있다는 장점이있고, 구리회선 또는 전파를 이용하는 통신은 속도 및 질적인 면에서 광통신에 비해 현저히 낮은 수준이다.
일반적인 광송신 시스템은 전기신호를 광신호로 전환하기 위해 발광다이오드(LED:Light Emitting Diode) 또는 레이져다이오드 같은 발광소자를 사용한다. 즉 전기신호를 발광소자에 인가하여 광신호로 변조하여 수광소자에 전송하고 수광소자는 이를 광전변환 한다. 그러나 전기신호를 광신호로 변환시, 비선형특성이 가장 큰 레이져다이오드와 발광다이오드로 인해 왜곡신호인 고차의 상호변조왜곡(Intermodulation Distortion:이하IMD)신호와 하모닉왜곡신호(Harmonic distortion)가 발생하여 메인신호와 함께 수광소자에 전송되고, 수광소자의 신호처리과정에서 왜곡신호와 메인신호가 함께 생성되게 된다. 특히 3차 IMD성분은 기본주파수와 근접해 있으므로 수신단에서 필터로 제거하기 힘들며, 주파수 차원의 효율적 사용측면에서 큰 문제점으로 대두되고 있다. 현재 사용되고 있는 모든 아날로그 직접 변조방식은 이러한 비선형 왜곡에 의한 발광소자의 특성에 따라 시스템전체의 IM(Intermodulation)이 결정된다. 현재 상용화되어 사용되고 있는 무선 통신 광중계기 역시 이러한 제한을 받고 있으며, 이동전화 가입자 및 이동전화 서비스업체의 증가로 인해 서비스해야 할 밴드(Band)와 총 입력 전력이 증가함으로써 현재의 광송신기의 특성으로는 이 같은 요구를 만족할 수 없다.
이를 해결하기 위해 종래의 비선형왜곡신호 처리장치는 메인신호에 포함된 왜곡신호와 크기는 같고 위상이 반대인 신호를 생성하여 왜곡신호와 커플링하여 서 로 상쇄시키는 방법으로 왜곡신호를 제거하는 프리디스토션방식, 피드포워드방식, 또는 이들의 혼합방식을 사용하고 있다. 이들 기술들은 1920년도부터 제안되어온 기술로써 주로 RF 증폭기나 Mixer의 비선형성을 제어하기 위한 고전적인 방법이다.
한편, 전기신호를 광신호로 변환하여 수십 또는 수백 Km를 전송한 뒤 다시 광신호를 전기신호로 변환해야 하는 광통신장치에는 폐쇄루프를 형성하는 피드포워드방식을 적용하기 어려우며, 프리디스토션방식은 메인신호에서 발생할 왜곡을 예측 및 실측하여 고주파를 발생시키지만 2차IMD 이상의 고주파는 제어할 방법이 없다는 문제가 있으며, 프리디스토션방식과 피드포워드방식의 혼합방식은 많은 전기소자와 광소자를 사용함으로써 시스템이 복잡하고 제어가 어렵다.
또한, 상기의 방법들은 선형화를 위해 많은 전기소자를 사용함으로 인해 선형화에 따른 주파수 범위가 한정됨으로써 광대역 무선신호 전송에 어려움이 있다.
게다가, 공통적으로 상기 세 방식은 전기적인 시스템으로 광송신기의 왜곡신호를 제어하는데, 이는 왜곡신호의 제어를 위해 또 다른 왜곡신호가 발생 될 수 있는 문제점이 있으며 오작동과 같은 제품의 불량을 초래한다.
마지막으로, 기존 시스템은 레이져 다이오드의 비선형성에 의해 발생되는 여러가지 하모닉성분과 IMD성분들 중 인접채널에 간섭이 가장 심한 특정신호만을 제어할 수 있었다. 따라서 여러 개의 비선형 왜곡신호를 처리하기 위해 별도의 복잡한 시스템을 추가해야 하는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기의 문제를 해결하기 위한 것으로써, 무선광송신기에서발생하는 비선형 왜곡을 제거할 수 있는 광송신기용 비선형 왜곡 제거장치 및 제거방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, ROSA의 상호이득변조 현상을 이용하여 다수의 무선 RF신호를 동시 변조하여 전송할 때 발생하는 레이져다이오드의 비선형성분에 의한 3차 IMD신호 및 다른 비선형 왜곡신호를 제거함으로써, 비선형성에 의한 RoF시스템의 성능 감소영향을 최소화할 수 있는 광송신기용 비선형 왜곡 제거장치 및 제거방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 비선형 왜곡 제거장치를 위한 최소한의 전기소자를 사용함으로써 전기소자들이 갖는 비선형특성을 최대한 줄일 수 있으며, 기존의 전기적인 시스템에서, 왜곡신호제어를 위해 메인신호를 커플링, 정합, 이득조정 및 위상전환하는 과정에서 발생할 수 있는 또 다른 왜곡신호를 제거하는 광송신기용 비선형 왜곡 제거장치 및 제거방법을 제공하는 데 있다.
마지막으로 본 발명의 다른 목적은, 무선광송신기에서 발생하는 비선형 왜곡을 제어하는 방법에 있어서 전기적인 방법에서 벗어나 광학적인 방법으로 구현함으로써 비교적 단순한 구조의 시스템을 갖는 광송신기용 비선형 왜곡 제거장치 및 제거방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광송신용 왜 곡 제거장치는, 제 1 신호의 진폭을 조정하여 제 2 신호를 생성하기 위한 레이져다이오드; 제 1 신호의 위상을 변환시켜 제 3 신호를 생성하기 위한 위상변환기; 제 3 신호를 입력받아 제 4 신호를 생성하며, 제 2 신호를 입력받아 제 4 신호와 상호이득변조시켜 제 5 신호를 생성하는 반도체 광증폭기;를 구비한다.
또한, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광송신용 왜곡 제거장치는, 제 1 신호의 위상을 변환하여 제 2 신호를 생성하기 위한 위상변환기; 제 2 신호의 진폭을 조정하여 제 3 신호를 생성하기 위한 레이져다이오드; 제 1 신호를 입력받아 제 4 신호를 생성하며, 제 3 신호를 입력받아 제 4 신호와 상호이득변조시켜 제 5 신호를 생성하는 반도체 광증폭기;를 구비한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 광송신용 왜곡 제거방법은, 메인신호가 입력되어 분기되는 제 1단계; 분기 된 메인신호간의 크기와 위상이 조정되는 제 2 단계; 반도체 광증폭기내에서 상호이득변조현상이 유도되는 제 3 단계; 반도체 광증폭기의 출력신호를 송신하는 제 4 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 비선형 왜곡신호 제거장치는, 무선광송신기의 레이져다이오드에서 발생하는 출력빛을 반도체 광증폭기(SOA:Semiconductor Optical Amplifier)에 주입시켜 상호이득변조현상(XGM:Cross gain Modulation)으로 비선형 왜곡신호를 제거하는 메커니즘을 제공한다. 상호이득변조현상이란 반도체 광증폭기와 같은 광 이득 매질에 두 개의 광 신호가 입사되어 증폭되는 경우, 한쪽 광의 세기 변화가 다른 광의 이득에 영향을 주는 현상을 말하는 것으로써, 예를 들어, 파장이 서로 다르고 어느 정도 강한 세기를 갖는 두 광신호가 증폭되는 경우, 증폭기의 이득포화현상으로 인하여 한 신호가 사라지면 다른 신호는 두 신호가 동시에 들어올 때보다 더 크게 증폭된다. 이를 이용하여 크기와 위상이 같은 두 왜곡신호를 반도체 광증폭기에 주입시켜 제거할 수 있다.
상술한 목적 및 기타의 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광송신기용 비선형왜곡신호 제거장치의 각 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광송신기용 비선형 왜곡신호 제거장치는 위상변환기(100a), DFB LD(Distibute Feedback Laser Diode:200a), 반사형 반도체 광증폭기(Reflective semiconductor optical amplifier:300a, 이하 RSOA)를 구비한다.
위상변환기(100a)는 인가된 RF신호(S1)의 위상을 변환하여 RSOA(300a)에 공급한다. 위상변환기(100a)는 입력된 RF신호(S1)를 위상변환하여 RSOA(300a)에 공급함으로써 발생된 광신호의 비선형 왜곡신호 위상을 DFB LD(200a)에서 RSOA(300a)에 공급되는 광신호의 비선형 왜곡신호 위상과 같게 함과 아울러 회로의 위상이 틀어졌을 때 이를 보정해주고 회로의 특정위상으로 동기시켜주는 역할을 한다.
DFB LD(200a)는 RF신호(S1)를 광신호로 변환하여 RSOA(300a)로 전달한다. 이때, DFB LD(200a)의 비선형특성으로 인해 DFB LD(200a)의 출력신호에는 메인신호와는 별도의 하모닉 또는 IMD3같은 비선형 왜곡신호가 발생한다. DFB LD(200a)의 출력신호 중 비선형 왜곡신호의 크기를, 위상변환기(100a)의 출력신호에 따라 RSOA(300a)내에 생성되는 광신호의 비선형 왜곡신호의 크기와 같도록 해 주어야 한다. 여기서, 크기와 위상이 같은 두 신호가 RSOA(300a)에서 제거되는 점을 감안할 때, 두 메인신호가 상호이득변조를 일으키지 않도록 두 메인신호의 크기를 서로 달리해줄 필요가 있다. 이것은 DFB LD(200a)에서 출력되는 비선형 왜곡신호의 크기를 RSOA(300a)내에 생성된 다른 광신호의 왜곡신호 크기와 같게 하는 과정에서, 즉 DFB LD(200a)의 바이어스 전류를 조절할 때, 메인신호의 크기 또한 RSOA(300a)내에 주입되는 다른 메인신호의 크기와 다르게 조절된다. 따라서 RSOA(300a)내에서 위상과 크기가 같은 두 비선형 왜곡신호는 제거되고 크기가 다른 두 메인신호만 남아 광선로로 송신되는 것이다. 즉 DFB LD(200a)의 출력신호 중 비선형 왜곡신호의 크기를 조절하기 위해 DFB LD(200a)에 인가되는 바이어스 전류를 달리 공급하는 과정에서 메인신호 또한 크기가 조절됨으로써 비선형 왜곡신호의 크기와 비슷해진다. 이에 따라 RSOA(300a)내에서 크기가 다른 두 메인신호가 공급되어 상호이득변조현상이 발생하지 않는다.
한편, 레이져다이오드의 사용에 있어서, 일반적인 레이져 다이오드를 사용할 수 있으나 본 발명의 실시예에 따른 레이져다이오드로는 선형성이 좋고 동작 온도 범위가 넓으며 잡음 지수가 낮은 DFB 레이저 다이오드를 사용하는 것이 바람직할 것이다.
RSOA(300a)는 반도체 광증폭기의 출력을 개선한 것으로써, 반도체 광증폭기의 입출력 단자에 AR코팅(Anti-Reflection Coating) 하여 입출력이 원할하게 될 수 있도록 하며, 반도체 광증폭기의 한 단면을 HR코팅(high Reflection Coating) 하여 빛이 밖으로 새지 않도록 만든 구조를 가진다. RSOA(300a)는 DFB LD(200a)에서 공급된 광신호와 위상변환기(100a)에서 공급되어 RSOA(300a)내에서 변환된 광신호를 공급받아 상호이득변조 현상을 이용해 비선형 왜곡신호가 제거된 메인신호만을 출력한다.
상기의 구성을 갖는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광송신기용 비선형 왜곡 제거장치의 동작원리는 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광송신용 비선형 왜곡 제거장치의 구성도이고, 도 4는 DFB LD만을 이용하여 RoF링크로 신호를 전송하였을 때의 RF주파수 스펙트럼을 나타낸 예시도이고, 도 5는 DFB LD를 통해 RSOA내에 주입된 신호의 RF주파수 스펙트럼을 도시한 예시도이고, 도 6은 ROSA 출력신호의 RF주파수 스펙트럼을 도시한 예시도이다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 도 3에서 도시된 바와 같이 본 발명의 제 1실시예에 따른 비선형 왜곡 제거장치는, 입력단(800)에서 입력된 신호를 위상변환기(100a)와 DFB LD(200a)에 각각 공급하여 이를 거쳐 RSOA(300a)내에 생성된 제 2 신호(S2)와 제 4 신호(S4)를 상호이득변조시켜 비선형 왜곡신호가 제거된 제 5 신호(S5)를 광링크를 통해 외부로 송신한다.
도 4에 도시된 바와 같이 DFB LD(200a)는 1 GHz와 1.1 GHz의 제 1 신호(S1)를 DFB LD(200a)에 공급하면, DFB LD(200a)의 출력신호로써 결과적으로 생기지 말아야 할 IMD3 성분이 900 MHz와 1.2 GHz에 발생되고, 이때의 크기는 약 -55 dBm으 로 측정된다. 이를 제거하기 위해 선형화하고자 하는 빛, 즉 제 2 신호(S2)를 RSOA(300a)안으로 입력시켜 상호이득변조현상을 발생시킨다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 광송신용 비선형 왜곡 제거장치에서, 입력단(800)은 제 1 커플러(400a)에서 결합 된 제 1 신호(S1)를 제 2 커플러(400b)로 공급하고 이를 통해 분기된 제 1 신호(S1)는 위상변환기(100a)와 DFB LD(200a)에 각각 공급된다. 위상변환기(100a)는 도 5에 도시된 900MHz 와 1,2GHz의 비선형 왜곡신호, 즉 IMD3 신호와 위상이 같도록 제 1 신호를 위상변환시킨 제 3 신호(S3)를 RSOA(300a)의 전기단자에 인가함으로써 RSOA(300a)내에서 DFB LD(200a)를 거친 출력신호(S2)의 IMD3신호와 위상이 같은 제 4 신호(S4)가 생성되도록 한다.
한편, DFB LD(200a)에 공급된 제 1 신호(S1)는, DFB LD(200a)에 공급되는 바이어스 전류를 낮게 인가하여 메인신호인 f1과 f2를 클리핑(clipping) 시킴으로써 도 5에 도시된 바와 같이, 메인신호와 IMD3 성분이 비슷한 크기를 갖는 제 2 신호(S2)로 변환됨과 아울러 신호분배기(700)을 거쳐 RSOA(300a)에 공급된다. 따라서 도 6에 도시된 바와 같이 RSOA(300a)는 위상변환기(100a)에서 공급되어 RSOA(300a)내에서 광변환된 제 4 신호(S4) 중 IMD3 신호와 DFB LD(200a)에서 공급된 제 2 신호(S2) 중 IMD3신호를 상호이득변조시킴으로써 IMD3 신호가 줄어든 제 5 신호(S5)를 생성한다. 이때, RSOA(300a)내에서 상호이득변조를 일으키는 중요한 제어 변수는 IMD3신호의 크기와 위상으로써, RSOA(300a)안에서 이 두 신호의 크기와 위상이 같으면 불필요한 IMD3 성분을 제거할 수 있게 된다.
한편, 위상과 크기를 최적화하면 최종 단에서 향상된 스펙트럼을 얻을 수 있다. 도 5 및 6에서 도시된 바와 같이 900 MHz와 1.2 GHz에서의 IMD3의 크기는 약 -65 dBm으로써 DFB LD(200a)만 사용하였을 경우와 비교하여 약 10 dB 의 CNR (Carrier-to-noise ratio) 향상을 가져옴을 알 수 있다. 기본 주파수 성분인 f1(1 GHz)와 f2(1.1 GHz) 성분들은 선형화 시스템을 적용하여도 크기 변화가 일어나지 않는다. 그 이유는 상호이득변조현상에 의한 크기 변화를 일으키기 위해서는 크기와 위상이 거의 일치해야 하지만, DFB LD(200a)의 인가 바이어스 전류를 10mA 정도로 아주 낮게 공급하여 메인신호(f1 ,f2)를 클리핑(clipping)시켜 RSOA(300a)에 인가시킴으로써, 위상변환기(100a)를 거쳐 RSOA(300a)에 직접 인가된 메인신호와의 상대적인 크기를 30 dB 이상으로 크게 할 수 있다. 따라서 기본 주파수들 간에는 XGM현상이 거의 발생되지 않는다.
도 7은 RSOA 내에서의 신호와 그에 따른 출력신호를 나타낸 예시도이다.
도 7을 참조하면, DFB LD(200a)에 인가되는 바이어스 전류량을 조절함으로써, RSOA(300a)안으로 인가되는 제 2 신호(S2), 즉 메인신호(f1 ,f2)와 IMD3신호(2f1-f2,2f2-f1)의 크기를 조절함과 아울러, 위상변환기(100a)로 제 3 신호(S3)의 위상을 조절함으로써 결국 제 4 신호(S4)의 위상을 조절하게 된다. 이에 따라 RSOA(300a)내에서 크기와 위상이 같아진 두 IMD3신호가 상호이득변조현상으로 제거된다.
상술한 바와 같이 비선형 왜곡신호를 상호이득변조현상으로 없애기 위해서는 크기는 같고 위상 또한 같은 두 신호를 RSOA(300a)에 인가해야 한다.
도 8은 RSOA안에서 위상변화에 의한 IMD3 감소 원리를 도시한 예시도로서 위상과 크기가 같은 두 신호가 제거되는 원리를 설명한다.
도 8을 참조하면, DFB LD(200a)의 신호가 + high 상태로 입력되면(A), RSOA(300a)내의 캐리어 밀도 변화는 캐리어의 고갈로 인해 - high 상태(B)가 된다. 결과적으로 RSOA(300a)의 출력은 - high 상태로 될 것이고, 동시에 DFB LD(200a)에 인가시킨 것과 같은 + high 상태의 RF 신호를 RSOA(300a)의 전기 단자에 인가해 주면 RSOA내부에 캐리어를 공급해주는 역할(C)을 한다. 따라서 캐리어가 고갈된 상태에서 외부에서 캐리어를 공급해 주는 상태로 변화되었으므로 출력은 0 상태(D)로 된다. 즉 제어하고자 하는 IMD3의 크기가 0으로 된다. 이 상태를 잘 살펴보면 최종 출력을 0으로 만들기 위해서는 (A) 위상과 (C)의 위상이 같아야함을 알 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 DFB LD(200a)의 낮은 바이어스 조건 때문에 기본 주파수 성분 1GHz와 1.1GHz는 많은 감쇄가 발생하여 IMD3신호의 크기와 비슷함을 알 수 있다. 이런 주파수 성분들이 RSOA(300a)내부로 입력됨과 동시에 RSOA(300a)의 전기단자에 IMD3와 같은 주파수 성분이 입력된다. 결과적으로 RSOA(300a)내에서 발생하는 상호이득변조현상은 기본주파수 즉 메인신호에는 영향을 미치지않고 위상과 크기가 같은 두 IMD3신호는 제거하는 효과를 낸다.
한편, 본 발명에 제 1 실시예는 입력단에서 공급된 RF신호가 위상변환기(100a)를 거쳐 RSOA(300a)에 인가되는 구성으로만 설명하고 있지만, 입력단에서 공급된 RF신호가 위상변환기를 거쳐 DFB LD(200a)에 인가돼 RSOA(300a)로 공급될 수 있다. 즉 위상변환기(100a)가 DFB LD(200a)의 전단에 위치하여 RF신호를 위상변환시켜 DFB LD로 공급할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 비선형 왜곡제거 장치의 각 구성을 나타낸 블럭도이고, 도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광송신용 비선형 왜곡 제거장치의 구성도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 비선형 왜곡 제거장치는 위상변환기(100b)의 출력단이 DFB LD(200b)의 입력단과 연결되어 있다. 따라서 제 1 신호(S1)는 위상변환기(100b)를 거쳐 제 2 신호(S2)로 변환되어 DFB LD(200b)에 인가된다.
또한, 제 2 커플러(400b)를 통해 분기된 또 다른 제 1 신호(S1)는 바로 RSOA(300b)의 전기단자에 인가되고 이에 따라 RSOA(300b)는 제 4 신호(S4)를 발생시키게 된다.
한편, DFB LD(200b)는 위상이 변환된 제 2 신호를 가지고 바이어스 전류로 크기를 조절하여 제 3 신호(S3)를 생성시켜 RSOA(300b)로 주입한다. 따라서 위상과 크기가 제 4 신호(S4)의 IMD3 신호와 같도록 조절됨과 아울러, 제 3 신호(S3)의 IMD3신호가 RSOA(300b)로 주입되면서, 두 IMD3신호는 상호이득변조현상에 의해 제거되고 메인신호(f1,f2)는 출력되어 광링크를 통해 외부로 송신된다.
한편, 본 발명에 제 2 실시예에 따른 광송신기용 비선형 왜곡 제거장치의 RSOA(300b), DFB LD(200b), 및 위상변환기(100b)등 각 구성요소 간의 내부 신호처 리나 작동원리는 제 1 실시예에서 상술한 바와 같으므로 생략한다.
도 11은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광송신기용 비선형 왜곡 제거방법을 나타낸 순서도이다.
도 11를 참조하면, 이와 같은 구성을 가지는 본 발명의 실시예에 따른 비선형 왜곡 제거방법은 다음과 같다.
메인신호가 입력되고 크기와 위상이 같은 두 신호로 분기된다(S101).
S101 단계에서, 커플러를 통해 크기와 위상이 같은 2개의 메인신호로 분기되어 DFB LD, 위상변환기, RSOA 중 적어도 하나에 공급된다. 여기서 메인신호는 DFB LD와 위상변환기에 각각 공급될 수 있으며, RSOA에는 위상변환기를 거친 신호가 인가된다. 또한 메인신호가 RSOA와 위상변환기에 각각 공급될 수 있는데, 이때 DFB LD에는 위상변환기를 거친 신호가 인가된다. 이는 시스템을 어떻게 구성할 것인가에 따라 각 구성요소들의 배치가 달라지게 되며 다양한 변형이 생길 수 있다.
분기 된 메인신호간의 크기와 위상이 조정된다(S102).
S102 단계에서, DFB LD를 바이어스 전류량을 통해 메인신호의 크기를 조절하고 위상변환기를 통해 메인신호의 위상을 조절하여 RSOA에 인가한다. 이때 위상변환기를 통해 인가된 신호는 RSOA의 전기단자에 걸리고, 이에 따라 RSOA의 내부에 광신호가 발생하게 된다.
RSOA내에서 XGM 현상이 유도된다(S103).
S103 단계에서, RSOA내에 크기와 위상이 같은 비선형 왜곡신호를 포함한 두 광신호 즉 DFB LD를 통해 인가된 광신호와 RSOA내에서 생성된 다른 광신호 사이에 XGM을 일으켜 비선형 왜곡신호가 제거된다.
마지막으로 RSOA의 출력신호를 송신한다(S104).
S104 단계에서, 비선형 왜곡신호가 제거된 RSOA의 출력신호는 광링크를 통해 외부로 송신된다.
한편, 본 발명에 따른 실시예에서는 비선형 왜곡 신호의 제거에 있어서 비선형 왜곡신호 중 IMD3 신호를 대표적으로 설명하고 있지만, 이에 한정되는 것이 아니라 하모닉 왜곡성분 또는 고차 상호변조 왜곡 성분 등의 다른 비선형 왜곡신호에도 적용될 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광송신기용 비선형 왜곡 제거장치 및 제거방법은, ROSA의 상호이득변조 현상을 이용하여 다수의 무선 RF신호를 동시 변조하여 전송할 때 발생하는, 레이져다이오드의 비선형성분에 의한 3차 IMD신호 및 다른 비선형신호를 제거함으로써, 비선형성에 의한 RoF시스템의 성능 감소영향을 최소화할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 광송신기용 비선형 왜곡 제거장치 및 제거방법은, 비선형 왜곡 제거장치를 위한 최소한의 전기소자를 사용함으로써 전기소자들이 갖는 비선형특성을 최대한 줄일 수 있으며, 기존의 전기적인 시스템에서, 왜곡신호제어를 위해 메인신호를 커플링, 정합, 이득조정 및 위상전환 과정 시에 발생할 수 있는 또 다른 왜곡신호를 제거할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 광송신기용 비선형 왜곡 제거장치 및 제거방법은, 무선광송신기에서 발생하는 비선형 왜곡을 제어하는 방법에 있어서 전기적인 방법에서 벗어나 광학적인 방법으로 구현함으로써 종래의 시스템보다 단순한 구조를 갖는 효과를 제공한다.
마지막으로, 본 발명의 실시예에 따른 광송신기용 비선형 왜곡 제거장치 및 제거방법은, 광대역 신호 적용에도 사용될 수 있으므로 기존의 시스템에서 주로 사용된 전기소자 등에 의해 제한된 변조 주파수 범위를 극복할 수 있는 효과를 제공한다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (18)

  1. 제 1 신호의 진폭을 조정하여 제 2 신호를 생성하기 위한 레이져다이오드;
    상기 제 1 신호의 위상을 변환시켜 제 3 신호를 생성하기 위한 위상변환기;
    상기 제 3 신호를 입력받아 제 4 신호를 생성하며, 상기 제 2 신호를 입력받아 상기 제 4 신호와 상호이득변조시켜 제 5 신호를 생성하는 반도체 광증폭기;를 구비하는 것을 특징으로 하는 광송신기용 비선형 왜곡 제거장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 레이져다이오드는,
    입력되는 바이어스 전류량에 따라 신호의 크기가 조절되는 상기 제 2 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 광송신기용 비선형 왜곡 제거장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 레이져다이오드는,
    상기 제 2 신호에 포함된 비선형 왜곡신호의 크기를 상기 제 4 신호에 포함되는 비선형 왜곡신호의 크기와 같도록 하는 것을 특징으로 하는 광송신기용 비선형 왜곡 제거장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 위상변환기는,
    상기 제 4 신호에 포함되는 비선형 왜곡신호의 위상을 상기 제 2 신호에 포함된 비선형 왜곡신호의 위상과 같도록 조정하는 것을 특징으로 하는 광송신기용 비선형 왜곡 제거장치.
  5. 제 1 신호의 위상을 변환하여 제 2 신호를 생성하기 위한 위상변환기;
    상기 제 2 신호의 진폭을 조정하여 제 3 신호를 생성하기 위한 레이져다이오드;
    상기 제 1 신호를 입력받아 제 4 신호를 생성하며, 상기 제 3 신호를 입력받아 상기 제 4 신호와 상호이득변조시켜 제 5 신호를 생성하는 반도체 광증폭기;를 구비하는 것을 특징으로 하는 광송신기용 비선형 왜곡 제거장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 레이져다이오드는,
    입력 바이어스 전류량에 따라 신호의 크기가 조절되는 상기 제 3 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 광송신기용 비선형 왜곡 제거장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 레이져다이오드는,
    상기 제 3 신호에 포함된 비선형 왜곡신호의 크기를 상기 제 4 신호에 포함되는 비선형 왜곡신호의 크기와 같도록 조절하는 것을 특징으로 하는 광송신기용 비선형 왜곡 제거장치.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 위상변환기는,
    상기 제 3 신호에 포함된 비선형 왜곡신호와 상기 제 4 신호에 포함된 비선 형 왜곡신호의 위상과 같도록 조절하는 것을 특징으로 하는 광송신기용 비선형 왜곡 제거장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반도체 광증폭기는,
    반사형 반도체 광증폭기인 것을 특징으로 하는 광송신기용 비선형 왜곡 제거장치.
  10. 제 1 항에 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 레이져다이오드는,
    분산 피드백 레이져 다이오드인 것을 특징으로 하는 광송신기용 비선형 왜곡 제거장치.
  11. 제 1 항에 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    입력단을 더 구비하며,
    상기 입력단에서 입력된 RF신호를 같은 크기와 위상을 가진 두 개의 상기 제 1 신호로 분기하여 상기 위상변환기, 상기 레이져다이오드, 상기 반도체 광증폭기 중 적어도 하나의 장치에 공급하기 위한 커플러를 구비하는 것을 특징으로 하는 광송신기용 비선형 왜곡 제거장치.
  12. 제 1 항에 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 광증폭기와 레이져다이오드 사이에 위치하여 신호를 분배하는 신호분배기를 더 구비하며,
    상기 신호분배기는 상기 레이져다이오드에서 출력된 신호를 상기 반도체 광증폭기로 공급하고, 상기 반도체 광증폭기에서 출력된 신호를 광링크를 통해 외부로 공급하는 것을 특징으로 하는 광송신기용 비선형 왜곡 제거장치.
  13. 메인신호가 입력되어 분기되는 제 1단계;
    분기 된 메인신호 간의 크기와 위상이 조정되는 제 2 단계;
    반도체 광증폭기 내에서 상호이득변조현상이 유도되는 제 3 단계;
    반도체 광증폭기의 출력신호를 송신하는 제 4 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광송신기용 비선형 왜곡 제거방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 제 1 단계는,
    반도체 광증폭기, 레이져다이오드, 위상변환기 중 적어도 하나에 메인신호가 공급되는 것을 특징으로 하는 광송신기용 비선형 왜곡 제거방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 제 2 단계는,
    상기 레이져다이오드에 인가되는 바이어스 전류량에 따라 입력된 상기 메인신호의 크기를 조절하여 제 1 광신호로 변환하는 제 1 부단계;
    상기 위상변환기에 의해 상기 메인신호의 위상이 변환되어 상기 반도체 광증폭기에 인가되는 제 2 부단계;
    위상변환기에서 공급된 신호에 따라 반도체 광증폭기 내에서 제 2 광신호를 생성하는 제 3 부단계;
    상기 레이져다이오드에서 공급된 상기 제 1 광신호가 상기 반도체 광증폭기에 주입되는 제 4 부 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광송신기용 비선형 왜곡 제거방법.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 제 2 단계는,
    상기 위상변환기에 의해 상기 메인신호의 위상이 변환되어 상기 레이져다이오드에 인가되는 제 1부단계;
    상기 레이져다이오드의 바이어스 전류량에 의해 상기 위상변환기로부터 공급된 신호의 크기가 조절되어 제 1 광신호로 변환되는 제 2 부단계;
    공급된 메인신호에 따라 반도체 광증폭기 내에서 제 2 광신호를 생성하는 제 3 부단계;
    상기 레이져다이오드에서 공급된 상기 제 1 광신호가 상기 반도체 광증폭기에 주입되는 제 4 부 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광송신기용 비선형 왜곡 제거방법.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 광신호는,
    메인신호와는 별도의 비선형 왜곡신호를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 광신호의 비선형 왜곡신호들 간의 위상과 크기는 같고 메인신호들 간의 크기는 다르게 하여 상기 반도체 광증폭기 내부로 입력되는 것을 특징으로 하는 광송신기용 비선형 왜곡 제거방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 제 3 단계는,
    상기 반도체 광증폭기 내에서 두 광신호의 상호이득변조현상을 유도하여 크기와 위상이 같은 두 비선형 왜곡신호는 제거되고, 크기가 다른 두 메인신호는 제거되지 않고 출력되는 것을 특징으로 하는 광송신기용 비선형 왜곡 제거방법.
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