KR20140003646A - 다중 모드 통신들을 위한 광 수신기 - Google Patents

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KR20140003646A
KR20140003646A KR1020137031570A KR20137031570A KR20140003646A KR 20140003646 A KR20140003646 A KR 20140003646A KR 1020137031570 A KR1020137031570 A KR 1020137031570A KR 20137031570 A KR20137031570 A KR 20137031570A KR 20140003646 A KR20140003646 A KR 20140003646A
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Abstract

다중 모드 통신들을 위한 광 수신기(20)는: 다중 모드 링크(22)에 연결된 입력부 및 복수의 출력 라인들(output line; 231-234)을 가진 모드 디멀티플렉서(mode demultiplexer; 21)로서, 상기 모드 디멀티플렉서는 상기 광 신호의 상기 모달 구성 요소들의 각각을 실질적으로 상기 출력 라인들 중 선택된 하나와 연결하도록 구성되는, 상기 모드 디멀티플렉서(21)와, 동상의 구성 요소와 직각-위상 구성 요소를 각각 포함한 전기 디지털 신호들의 세트를 생성하도록 출력 라인들에 각각 연결된 복수의 코히런트 광 검출기들(coherent optical detector; 251-254)과, 대응하는 모달 구성 요소들의 각각에 선택된 지연을 부여하도록 상기 출력 라인들 상에 배열된 복수의 독립적으로 조절 가능한 광 지연 디바이스들(241-244)과, 상기 다중 모드 링크의 모드-혼합 특성(mode-mixing characteristic)을 인버팅하여(inverting) 각각의 모달 구성 요소들의 독립적인 변조들을 리커버링(recover)하도록 디지털 신호들을 처리하도록 구성된 신호 프로세싱 디바이스(26)를 포함한다.

Description

다중 모드 통신들을 위한 광 수신기{OPTICAL RECEIVER FOR MULTIMODE COMMUNICATIONS}
본 발명은 하나 이상의 전파 모드를 지지하는 웨이브가이드들(waveguide)을 이용한 광 통신 시스템들의 기술 분야에 관한 것이고, 특히 이러한 시스템들에 적합한 광 수신기들에 관한 것이다.
원거리 광 전송 시스템들에서 커패시티(capacity)를 더 증가시키는 잠재적인 파열 해결책은 광 섬유들에서 하나 이상의 공간 전파 모드를 활용하는 것이다. 이러한 모드 분할 멀티플렉싱(mode division multiplexing)은 MIMO(multiple-input multiple-output) 전송을 가능하게 한다. WO-A-2010/151432호는 이러한 광 다중 모드 전송 시스템의 예들을 개시한다. 광 다중 모드 전송 시스템들에서, 다른 공간 모드들은 다른 전파 상수들을 갖고 수신기 측면에서 시간 지연에 따라 도착한다. 이 지연은 전송 거리와 차동 모드 그룹 지연(differential mode group delay; DMGD)의 함수이다.
원거리 적용들에서, 이러한 지연은 종래의 디지털 신호 프로세서들의 프로세싱 깊이 기능(processing depth capability)을 초과할 것 같다.
하나의 실시예에서, 본 발명은:
다중 모드 링크에 연결된 입력부 및 복수의 출력 라인들(output line)을 가진 모드 디멀티플렉서(mode demultiplexer)로서, 상기 다중 모드 링크는 상기 다중 모드 링크의 원점(remote point)에서 독립적으로 변조되었던 복수의 모달 구성 요소들(modal component)을 포함한 광 신호를 전파하도록 구성되고, 상기 모드 디멀티플렉서는 상기 광 신호의 상기 모달 구성 요소들의 각각을 실질적으로 상기 출력 라인들 중 선택된 하나와 연결하도록 구성되는, 상기 모드 디멀티플렉서와,
동상의 구성 요소와 직각-위상 구성 요소를 각각 포함한 전기 디지털 신호들의 세트를 생성하도록 상기 출력 라인들에 각각 연결된 복수의 코히런트 광 검출기들(coherent optical detector)과,
대응하는 모달 구성 요소들의 각각에 선택된 지연을 부여하도록 상기 출력 라인들 상에 배열된 복수의 독립적으로 조절 가능한 광 지연 디바이스들과,
상기 다중 모드 링크의 모드-혼합 특성(mode-mixing characteristic)을 인버팅하여(inverting) 상기 각각의 모달 구성 요소들의 독립적인 변조들을 리커버링(recover)하도록 상기 디지털 신호들을 처리하도록 구성된 신호 프로세싱 디바이스를 포함하는, 다중 모드 통신들을 위한 광 수신기를 제공한다.
실시예들에 따라, 이러한 수신기 디바이스는 이하의 하나 이상의 특징들을 포함할 수 있다.
하나의 실시예에서, 조절 가능한 광 지연 디바이스는 병렬로 연결된 각각의 길이들을 가진 광 섬유들의 세트 및 병렬로 연결된 상기 광 섬유들 중 선택된 하나로 상기 출력 라인에서 전파하는 상기 광 신호를 패스(pass)하도록 구성된 광 스위치를 포함한 지연 모듈(delay module)을 포함한다.
하나의 실시예에서, 상기 제 1 세트의 섬유들의 길이들은 기준 길이의 연속적인 정수 배들이다.
하나의 실시예에서, 상기 기준 길이는 상기 신호 프로세싱 디바이스의 최대 프로세싱 깊이와 실질적으로 일치한다.
하나의 실시예에서, 상기 조절 가능한 광 지연 디바이스는 병렬로 연결된 각각의 길이들을 가진 광 섬유들의 제 2 세트 및 병렬로 연결된 상기 광 섬유들 중 선택된 하나로 상기 제 1 지연 모듈로부터 나온 광 신호를 패스하도록 구성된 제 2 광 스위치를 포함한 제 2 지연 모듈을 추가로 포함하고, 상기 제 2 세트의 섬유들의 길이들은 상기 제 1 세트의 섬유들의 길이들 곱하기 정수의 곱수(multiplier)와 동일하다.
하나의 실시예에서, 상기 정수의 곱수는 상기 제 1 세트의 섬유들의 수와 실질적으로 동일하다.
하나의 실시예에서, 상기 출력 라인들 및 광 지연 디바이스들은 단일-모드 광 섬유들을 포함한다.
하나의 실시예에서, 광 수신기는 상기 조절 가능한 광 지연 디바이스들을 조절하는 지연 제어 모듈을 추가로 포함하고, 상기 지연 제어 모듈은:
상기 모달 구성 요소와 기준 사이의 차동 모드 지연에 관한 지연 데이터와 상기 다중 모드 링크에서 사용된 광 섬유의 길이에 관한 길이 데이터에 따라 상기 광 신호의 상기 모달 구성 요소들의 각각에 대해 코스 보상 지연(coarse compensation delay)을 결정할 수 있고,
상기 모달 구성 요소에 대해 결정된 상기 코스 보상 지연에 따라 상기 모달 구성 요소에 대응하는 상기 조절 가능한 광 지연 디바이스를 조절할 수 있다.
하나의 실시예에서, 상기 코스 보상 지연은 상기 모달 구성 요소의 전파 시간과 상기 기준의 전파 시간 사이의 차이를 보상한다.
하나의 실시예에서, 상기 지연 제어 모듈은 또한 데이터 저장소로부터 상기 지연 데이터와 상기 길이 데이터를 검색할 수 있다.
하나의 실시예에서, 상기 데이터 저장소는 상기 광 수신기가 설치되는 광 네트워크의 복수의 링크들에 대응하는 지연 데이터 및 길이 데이터를 포함하고, 상기 지연 제어 모듈은 상기 다중 모드 링크의 링크 식별자에 따라 상기 지연 데이터 및 길이 데이터를 검색할 수 있다.
하나의 실시예에서, 상기 지연 제어 모듈은:
상기 코히런트 광 검출기들에서 상기 광 신호의 모달 구성 요소들의 각각에 대한 잔류 지연을 결정할 수 있고,
상기 모달 구성 요소에 대해 결정된 상기 잔류 지연에 따라 상기 모달 구성 요소에 대응하는 상기 조절 가능한 광 지연 디바이스를 조절할 수 있다.
하나의 실시예에서, 잔류 지연의 결정은 상기 모달 구성 요소로부터 리커버링된 디지털 스트림(digital stream)과 다른 모달 구성 요소로부터 리커버링된 디지털 스트림 사이의 상호-상관 함수(cross-correlation function)를 최적화하는 것을 포함하고, 모달 구성 요소들 둘 다는 동일한 러닝 시퀀스(learning sequence)로 원래 변조된다.
하나의 실시예에서, 상기 지연 제어 모듈은 또한 상기 잔류 지연에 따라 상기 모달 구성 요소에 대해 업데이트된 지연 데이터를 결정할 수 있고 데이터 저장소로 상기 업데이트된 지연 데이터를 업로딩(uploading)할 수 있다.
하나의 실시예에서, 상기 신호 프로세싱 디바이스는 조절 가능한 지연을 상기 디지털 신호 구성 요소에 부여하는 각각의 디지털 신호 구성 요소와 연관된 각각의 조절 가능한 디지털 지연 라인을 포함하고, 상기 지연 제어 모듈은 또한 상기 대응하는 모달 구성 요소에 대해 결정된 상기 잔류 지연에 따라 디지털 신호 구성 요소와 연관된 상기 조절 가능한 디지털 지연 라인을 조절할 수 있다.
본 발명의 양태들은 광 섬유의 하위 모드들, 예를 들어, 모드들(LP01, LP02 및 LP11)의 DMGD(differential mode group delay)가 기본 모드를 참조하여 약 6.1ps/nm, 0.73ps/nm 및 0.5ps/nm일 수 있다는 관찰에서 기인한다. 1000km의 전송 거리 후에, 약 6.1μs, 0.73μs 및 0.5μs의 모드 지연이 축적된다. 매우 고속의 전송들에 대해, 예를 들어, 100Gb/s의 PDM-QPSK 변조로, 축적된 지연은 170,800 심볼들, 20,440 심볼들 및 14,000 심볼들 각각에 대응한다. 이러한 큰 값들은 종래의 디지털 신호 프로세싱 유닛에서 보상될 수 없다.
본 발명의 양태들은 묶인(lumped) 선형 모드 연결이 광 섬유들의 비선형 현상뿐만 아니라 모달 멀티플렉서들 및 이용된 디멀티플렉서들의 비-이상적 거동에 의해 다중 모드 통신 시스템들에서 초래될 수 있다는 관찰에서 기인한다. 그러므로, 조인트 디지털 신호 프로세싱(joint digital signal processing)은 결과로 초래된 장애들, 즉, 모드들 사이의 혼선을 줄이도록 등화(equalization)를 필요로 한다. 그러나, DSP의 조인트 디지털 신호 프로세싱은 신호 지연들이 DSP의 이용할 수 있는 프로세싱 깊이를 크게 초과할 때 등화를 성취할 수 없다.
본 발명은 적어도 디지털 FIR 이퀄라이저(equalizer)의 기능을 초과하는 경우에 차동 모드 그룹 지연을 보상하는 광 DMGD 보상기(compensator)를 사용하는 발상에 기초한다. 본 발명의 양태들은 광 수신기의 몇몇의 층들에서, 예를 들어, 광학 층에서 및 전자 층에서 DMGD를 보상하는 발상에 기초한다.
본 발명의 이 양태들 및 다른 양태들은 도면들을 참조하여, 예로써, 이후에 설명되는 실시예들을 참조하여 명백해질 것이고 자세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들이 사용될 수 있는 광 통신 네트워크의 기능 표현을 도시한 도면.
도 2는 실시예에 따라 광 수신기의 기능 표현을 도시한 도면.
도 3은 도 2의 광 수신기에서 사용될 수 있는 조절 가능한 지연 디바이스의 기능 표현을 도시한 도면.
도 4는 실시예에 따라 도 2의 광 수신기에서 사용될 수 있는 신호 프로세싱의 기능 표현을 도시한 도면.
도 5는 다른 실시예에 따라 도 2의 광 수신기에서 사용될 수 있는 신호 프로세싱 유닛의 기능 표현을 도시한 도면.
도 1은 복수의 노드들(A 내지 G) 및 노드들(A 내지 G)을 서로 연결하는 복수의 다중 모드 광 링크들(1-9)을 포함한 광 네트워크(10)의 개략도이다. 다중 모드 광 링크들(1-9)은 사용된 캐리어 주파수 범위에서 복수의 모드들을 지지하는 웨이브가이드들(waveguide), 예를 들어, MMF(Multimode fibers) 또는 FMF(few-mode fibers)로 구성된다. 여기에 사용된 바와 같이, FMF는 캐리어 주파수 범위의 관심에서 최대 10 횡단 모드들을 가진 섬유들을 지칭한다. 노드들의 수, 링크들의 수 및 도시된 토폴로지(topology)는 순전히 예시적이다.
공간 모드 분할 멀티플렉싱은 동일한 광 섬유에 걸쳐 인접한 노드 또는 비-인접한 노드 사이에 복수의 변조된 광 신호들을 전송하도록 네트워크(10)에서 사용될 수 있는 기술이다. 그 목적을 위해, 모드 멀티플렉서는 복수의 변조된 광 신호들을 광 섬유의 각각의 공간 모드들에 연결하도록, 광 통신 경로의 하나의 단부에서 이용된다. 반대로, 모드 디멀티프렉서(mode demultiplexer)는 광 통신 경로를 통해 전파된 복수의 공간 모드들을 각각의 출력들에 연결하도록, 통신 경로의 다른 단부에서 이용된다. 그러나, 전파 동안 다모드 크로스-토크(intermodal cross-talk) 때문에, 이러한 모드 디멀티플렉서는 디코딩하기 위한 충분한 품질로 원래의 변조된 신호들을 리커버링 하기에 충분하지 않을 수 있다.
도 2를 참조하면, 공간 모드 분할 멀티플렉싱으로 전송된 광 신호들의 수신을 향상시키도록 사용될 수 있는 광 수신기 장치(20)가 이제 설명될 것이다.
광 수신기 장치(20)는 디코딩될 신호들이 수신되는 다중 모드 광 링크(22)에 연결된 입력부 및 각각의 단일-모드 광 섬유들(231 내지 234)에 연결된 복수의 출력부들을 포함하는, 광 모드 디멀티플렉서(21)를 포함한다. 광 모드 디멀티플렉서(21)는 다중 모드 광 링크(22)를 통해 수신된 다중 모드 광 신호의 모달 구성 요소들의 각각을 섬유들(231 내지 234) 중 각각의 하나에 선택적으로 연결시키도록 작동한다. 4개의 공간 모드들은 도 2의 예시적인 실시예의 방법으로 분리될 수 있다. "섬유들(231 내지 234) 중 하나에 선택적으로"는 모드 디멀티플렉서(21)의 출력부에서의 단일-모드 섬유가 다중 모드 링크(22)의 광 모드들 중 하나로부터 대부분 나오는 (예를 들어, 90%보다 많은) 에너지를 수신한다는 것을 의미한다. 출력 섬유들(231 내지 234)에서 전파하는 광 신호들은 다음의 설명에서 "모달 신호들"로 불릴 것이다.
각각의 출력 섬유(231 내지 234)는 각각의 지연에 의해 각각의 모달 신호들을 지연하도록 독립적으로 조절 가능한 지연 라인(241 내지 244)을 포함한다. 지연 라인들(241 내지 244)의 지연들은 광 경로의 하나의 단부에서의 모드 멀티플렉서와 광 경로의 다른 단부에서의 모드 디멀티플렉서 사이의 다중 모드 링크 내의 전파 동안 발생했던 지연들을 보상하도록 각각의 공간 모드들의 DMGD(differential mode group delays)에 따라 설정된다. 지연 라인들(241 내지 244)은 다음의 설명에서 광 DMDG 보상기(24)로 총체적으로 지정된다.
점선으로 도시된 지연 라인(241)은 가장 느린 모드 상에서 전파된 신호가 광 수신기 장치(20)에서 또한 지연될 필요가 없기 때문에 하나의 실시예에서 삭제될 수 있다. 즉, 지연 라인들(242 내지 244)은 출력 섬유(231)에 연결되는, 통신을 위해 사용되었던 가장 느린 모드로 실질적인 동기화를 리커버링하기 위해 구성된 양에 의해 수신되는 각각의 모달 신호들을 지연하도록 설정될 수 있다.
각각의 코히런트 수신기(251 내지 254)는 각각의 모달 신호들을 전기 신호들로 변환하도록 각각의 출력 섬유(231 내지 234)에 연결된다. 코히런트 수신기들(251 내지 254)은 검출되는 모달 신호의 진폭과 위상 둘 다를 나타내도록 동상 신호와 직각-위상 신호를 각각 생성한다. 도시되지 않은 아날로그-대-디지털 컨버터들(converter)은 디지털 신호 프로세서(26)에 각각의 전기 신호들을 공급하도록 또한 제공된다.
편광-분할 멀티플렉싱(PDM)과의 통신에 적합한 하나의 실시예에서, 각각의 코히런트 수신기는 4개의 전기 신호들이 단일 모달 신호로부터 생성되도록, 모달 신호의 2개의 편광된 구성 요소들을 각각 검출한다. PDM에 대한 코히런트 수신기들은 기술 분야에 잘 공지되어 있다.
디지털 신호 프로세서(26)는 전기 신호들을 등화(equalize)하고 각각의 모달 구성 요소들 상으로 원래 변조되었던 데이터를 디코딩하도록 작동한다. 특히, DSP(26)에서의 신호 프로세싱은 잔류 색 분산 및 광 DMDG 보상기(24) 뒤에 있을 수 있는 잔류 DMGD를 보상하도록 서빙(serve)한다. 조절 가능한 버퍼들(buffer) 및 FIR 필터들은 그 목적을 위해 사용될 수 있다. 그러나, 버퍼들 및 FIR 필터가 제공할 수 있는 보상량은 하드웨어 한계들 때문에 무한정 증가될 수 없는, 탭(tap)들의 수에 의해 제한된다. 그 결과, 광 DMDG 보상기(24)의 설정들은 잔류 DMGD의 양이 DSP에 의해 관리될 수 있도록 충분히 꼼꼼해야한다.
도 2의 실시예에서, DMGD 보상의 2개의 층들이 구현되어 있다:
- DSP 층은 하나 미만의 심볼 기간(T)으로부터 최대 대략 1000·T까지 지연들을 정확히 보상할 수 있다.
- 광 수신기 장치(20)의 광 DMDG 보상기(24)는 0 S로부터 최대 256 S 또는 1024·S까지의 약 1000·T의 단계들(S)에서의 지연들을 보상할 수 있다.
도 3을 참조하면, 광 DMDG 보상기(24)를 구현하는 데 적합한 조절 가능한 지연 라인(240)의 실시예가 이제 설명될 것이다.
도 3의 조절 가능한 지연 라인(240)은 M 블록들(30)의 체인(chain)을 포함한다. 각각의 블록(30)은 다른 길이들로 단일-모드 광 섬유의 N 스풀들(spool)(33)을 연결하는 N×1 스위치(32) 및 1×N 스위치(31)의 연결을 포함한다. M과 N은 정수들을 말하고, 그 값은 구현 필요 조건들에 따라 선택될 수 있다.
실례를 위해서, 다음의 숫자로 나타낸 값들은 실시예들에서 선택될 수 있다. 통합된 보상 지연(S), 예를 들어, S=1000T는 32GBaud의 심볼 속도에 대해 약 33ns가 된다. 결과로서, 보상하는 데 요구된 통합된 SMF 길이(S)는 L=6.25m이다. 예로서, 표 1은 섬유(33)의 N=4 스풀들을 각각 포함한 M=4 블록들인 하나의 실시예에 대한 각각의 SMF 길이들을 나타낸다.
이 실시예에서, 4×4 지연 라인(240)은 L과 동일한 증가에 의해 0 내지 1593.75m의 범위 내의 길이들을 가진 섬유의 256 세그먼트들을 형성하도록 선택적으로 구성될 수 있다. 최대 보상 지연은 Dmax=7968ns이다. 이 지연은 다중 모드 전파의 900km 초과 후의 최악의 경우의 시나리오의 일반적인 지연이다.
도 2를 다시 참조하면, DSP(26)는 화살표(27)로 도시된 바와 같이, 광 DMGD 보상기(24)를 자동으로 구성하는 기능으로 설계될 수 있다. 그 목적을 위해, 하나의 실시예에서, DSP(26)는 광 경로의 물리적 파라미터들(길이 및 섬유 유형) 및 모달 구성 요소의 물리적 파라미터들(그룹 속도)에 따라 각각의 모달 신호의 DMGD를 추정하고 추정된 지연에 따라 각각의 지연 라인을 조절하는 지연 제어 모듈(28)을 포함한다. 대응하는 물리적 파라미터들은 데이터 베이스(50)에 저장될 수 있고, 필요할 때 지연 제어 모듈(28)에 의해 데이터 베이스(50)로부터 검색된다.
하나의 실시예에서, 데이터 베이스(50)는 정적 지연 정보를 포함한 룩-업 테이블(look-up table)을 포함한다. 룩-업 테이블은 다음의 정보를 포함할 수 있다:
- 각각의 링크에 대한 스팬 길이들(span length),
- 각각의 스팬을 통해 이용할 수 있는 모드들의 식별,
- 각각의 스팬을 통한 각각의 모드에 대한 모드 지연 값들.
표 2는 네트워크(10)의 경우에 대한 이러한 룩-업 테이블의 가능한 구현을 도시한다. 스팬들은 도 1 상에서 및 표 2의 제 1 열에서 도시 스팬 인덱스(span index)에 의해 식별된다. 표 2의 물리적 데이터는 섬유 제조업자들 및/또는 실험 특성화로부터 획득된 이론적 값들을 작성하여 초기화될 수 있다.
이 데이터를 사용하여, 수신기 장치(20)에 수신된 모달 신호들 사이의 각각의 지연들은 네트워크를 통해 광 경로의 이전의 지식에 기초하여 지연 제어 모듈(28)에 의해 계산될 수 있다. 이러한 지식은 예를 들어, LSP 데이터를 포함한 GMPLS 트래픽 엔지니어링 데이터베이스들로부터 검색된, 제어 평면 메커니즘들 때문에 획득될 수 있다. 이러한 계산의 원리들은 다음의 예시적인 예들로 더욱 명백해질 것이다.
예 1: 2개의 변조된 광 신호들은 2개의 모드들(LP01 및 LP11)을 통해 노드(A)로부터 노드(G)로 전송된다. 모드들 둘 다는 이 순서로 스팬들(1 및 6)을 통해 전파된다. 2개의 모드들 사이의 결과로 초래된 지연은(표 2 참조):
Figure pct00001
이다.
예 2: 3개의 변조된 광 신호들은 3개의 모드들(LP01, LP11 및 LP02)을 통해 노드(A)로부터 노드(G)로 전송된다. 모든 모드들은 스팬(6)을 통한 루트(route)가 이용 불가능하고, 예를 들어, 스팬(6)이 모드(LP02)를 지지하지 않기 때문에, 이 순서로 스팬들(1, 5 및 9)을 통해 전파된다.
LP11에 대한 결과로 초래된 지연은(표 2 참조):
Figure pct00002
이다.
LP02에 대한 결과로 초래된 지연은(표 2 참조):
Figure pct00003
이다.
하나의 실시예에서, 지연 제어 모듈(28)은 화살표(29)로 도시된 바와 같이, 데이터베이스(50)의 룩-업 테이블을 업데이트하는 업데이트 기능을 또한 실행할 수 있다. 표 2의 데이터는 몇몇의 방법들에 의해 업데이트될 수 있다.
하나의 실시예에서, DSP(26)는 미리 공지된 트레이닝 시퀀스들(training sequence)을 수신하자마자 알고리즘과 함께 물리적 파라미터들을 결정한다. 임의의 변조 포맷들은 그 목적을 위해 사용될 수 있다. 데이터-애드(data-aided) 알고리즘을 사용한 이러한 업데이트는 가끔, 예를 들어, 관계된 파라미터들의 변동들의 기간에 의존하여 1주일에 한 번 또는 1달에 한 번 실행된다.
적합한 데이터-애드 알고리즘에 대한 예로서, DSP(26)는 다음과 같이 진행할 수 있다: 동일한 트레이닝 시퀀스(training sequence)의 몇몇의 예들이 다른 전파 모드들을 사용하여 하나의 다중 모드 스팬을 통해 동시에 전송되는 동안, DSP(26)는 대응하는 디코딩된 시퀀스들 사이의 상호-상관 함수가 최적화될 때까지, 즉, 최대의 상관 관계가 획득될 때까지 DMGD 보상기(24)에서 적용된 광 지연들을 변화시킨다.
상기 해결책들이 모든 모달 신호가 각각 검출될 수 있고 디코딩될 수 있는 충분한 정도로 정적 또는 준-정적 전파 지연들을 보상하기 위해 기반으로서 사용될 수 있는 반면, DSP(26)는 성능을 향상시키도록 적응, 블라인드(blind), 실시간 알고리즘에 의해 미세한 조정을 실행하도록 또한 개선될 수 있다.
고정적으로 결정된 값들 주위의 DMGD 변동들이 짧은 시간 프레임들 동안 매우 작게 있어야한다는 것이 관찰된다. 예를 들어, 변동들의 진폭은 다음과 같이 추정될 수 있다. 색 분산은 1초에 약 0.005ps/nm/km만큼 변화하고, 즉, 2000km에 걸쳐 10ps/nm이고, 일반적인 20ps/nm/km 섬유의 색 분산 값에 대해, 즉, 전체 분산 값의 1/4000만큼의 변동이다.
약 5ns/km의 DMGD 값에 대해; 1/4000의 동일한 변동률은 변동 진폭에 대해 1.25ps/km를 초래한다. 28Gbaud에서, 이것은 섬유의 20-30km 마다 약 1 심볼에 대응한다. 잠수함에서 최대 전송 거리가 약 12,000km이기 때문에, 그 거리에 대응하는 최대 변동 범위는 최대 약 600 심볼들이다.
이러한 진폭의 DMGD 변동을 보상하도록, 적응 알고리즘은 DSP(26)에 의해 실행될 수 있다. 적응 알고리즘은 다음의 원리들에 기초될 수 있다:
- 다른 모드들을 통해 전송된 신호들이 모드 분할 멀티플렉싱의 원리에 따라 전송기 측면에서 보통 독립적인 경우, 수신기 측면에서의 지연 보상은 양 방향들의 모드들 사이의 크로스-토크를 보상해야한다. 크로스-토크는 모달 신호들이 관련되도록 다른 모달 신호 상의 "풋프린트(footprint)"를 만든 하나의 모달 신호를 초래한다.
- 적응 알고리즘은 룩-업 테이블에서 찾은 코스 지연 값 주위의 보상 지연을 변화시키는 동안 2개의 모드들 사이의 상호-상관 함수를 최대화하도록 작동한다.
- 예를 들어, 적응 알고리즘은 길이(T)의 데이터의 블록에 걸쳐 다음의 함수를 최대화하도록 작동한다.
Figure pct00004
등식(1)에서:
Figure pct00005
및
Figure pct00006
은 룩-업 테이블을 통해 결정된 코스 값으로 초기에 설정되었던 DMGD 보상기(24)에 의해 이미 정정된 모드들(LPmn 및 LPkl)에 대응하는 진입 모달 신호들을 지정한다.
- 상호-상관 함수의 최대 값에서 가변적인 값(t)은 최적화된 지연에 대응한다.
언급된 바와 같이, 광 DMGD 보상기(24)에 의해 부여된 지연들은 많이 충분할 수 있는, 통합된 보상 지연에 의해 조절될 수 있다. 이는 광 DMGD 보상기(24)의 아래쪽의 모달 신호들 사이의 보다 미세한 보상 지연들을 부여하고, DSP(26)는 또한 각각의 검출된 신호에 대해 조절 가능한 전자 버퍼들을 포함할 수 있다. 이러한 버퍼들은 모달 신호들 사이의 잔류 DMGD에 대해 정교하게 리커버링하도록 조절 가능한 디지털 DMGD 보상기로서 작동될 수 있다. 이러한 디지털 DMGD 보상기를 포함한 디지털 신호 프로세싱 디바이스들의 실시예들은 도 4 및 도 5를 참조하여 이제 설명될 것이다.
도 4를 참조하면, 도 2의 요소들과 동일하거나 또는 유사한 요소들은 300만큼 증가된 동일한 도면 부호에 의해 지정되어 있다.
디지털 신호 프로세서(326)는 PDM 변조된 신호의 편광 구성 요소들 둘 다의 동상의 구성 요소와 직각-위상 구성 요소를 수신하는 데 적합한, 각각의 검출된 모달 신호에 대한 4개의-라인 입력부(51)를 포함한다. 4개의-라인 입력부(51)는 화살표 53에 의해 도시된 바와 같이, DMGD 보상 모듈(328)에 의해 제어되고 디지털 버퍼들로 구성된 조절 가능한 디지털 DMGD 보상기(52)에 연결된다. 조절 가능한 디지털 DMGD 보상기(52)는 고정 또는 적응 FIR 필터로서 구현될 수 있는, 색 분산(CD) 보상 블록(54)에 연결된다. CD 보상 블록(54)의 출력부에서의 추가의 블록들(55)은 프로세스되는 모달 신호의 각각의 편광 구성 요소에 대응하는 2개의 복합 디지털 신호들을 재구성하도록 작동하고 MIMO 모듈(56)에 복합 신호들을 공급한다.
MIMO 모듈(56)은 광 경로의 모드-혼합 매트릭스를 인버트하여 디지털 도메인(domain)으로 모달 신호들(및 PDM 전송의 경우에 그것들의 편광된 구성 요소들)을 등화하거나 또는 분리하도록 작동한다. 이것은 CMA(constant module algorithm)와 같은 블라인드 적응 알고리즘들(blind adaptation algorithms)을 사용하여 적응 FIR 필터들의 세트로서 구현될 수 있다.
MIMO 모듈(56)의 아래쪽에서, 프로세싱 체인은 캐리어 웨이브의 주파수와 위상을 리커버링하는 캐리어 주파수 및 위상 추정 모듈들(57), 광 보상기(24)와 디지털 보상기(52)에 의해 보상되지 않았던 잔류 DMGD를 추정하는 DMGD 추정 블록(58) 및 경우에 따라 FEC 디코딩을 포함한, 데이터 스트림들을 디코딩하는 심볼 식별 블록(59)을 포함한다.
DMGD 추정 블록(58)은 광 보상기(24) 및 디지털 보상기(52)에서 설정된 보상 값 대 실제 DMGD의 편차의 실시간 추정치(60)를 획득하도록, 상술된 바와 같이 신호들 사이의 상호-상관 함수들을 계산하고 최적화하여 작동한다. DMGD 계산 모듈(328)은 화살표들 53 및 327에 의해 도시된 바와 같이, 디지털 보상기(52)와 광 보상기(24)에서의 업데이트된 보상 지연들을 설정하도록 이 추정치를 사용한다.
하나의 실시예에서, 광 보상기(24)의 설정들은 보상 지연들의 비교적 큰 수정들에 대해서만 수정되고, 반면에 미세한 수정들은 디지털 보상기(52)에 부여될 수 있다. 다른 실시예에서, 디지털 보상기(52)는 감춰지고 보다 미세한 지연 보상들은 많은 수의 필터 탭들을 사용하여 MIMO 모듈(56)에 의해 직접 실행된다.
DMGD 보상 모듈(328)은 화살표(329)에 의해 도시된 바와 같이, 데이터베이스(350)의 광 경로의 물리적 파라미터들을 업데이트하도록 추정치(60)를 사용할 수 있다. 하나의 실시예에서, 이러한 업데이트는 러닝 모드에서, 즉, 트레이닝 시퀀스들로 작동할 때만 업로딩(uploaded)된다.
다른 실시예에서, 업데이트는 정상적인 이용 동안 또한 업로딩된다. 사전-FEC 비트-에러율 및 프레임 동시성과 같은 FEC 정보는 그 목적을 위해, 즉, 완전한 데이터 스트림이 검출되는 경우에 다른 모드들 상의 다른 신호들 사이의 지연을 직접 계산하도록 사용될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 데이터베이스(350)의 룩-업 테이블은 매우 높은 속도로 업데이트될 수 없다. 이 테이블은 오히려 평균 값들을 열거해야하고 높은 주파수 변동들을 뒤따르지 않아야한다. 변동들은 디지털 DMGD 보상기(52)를 통해 실시간으로 수신기 측면에서 보상될 수 있다.
도 5의 실시예에서, 분리된 편광 디멀티플렉싱 모듈(66)에는 공유 MIMO 모듈(56) 대신에 각각의 모달 신호가 제공된다. 편광 디멀티플렉싱 모듈(66)은 기술 분야에 공지된 바와 같이 나비 구조의 적응 FIR 필터들의 세트로서 구현될 수 있다. 게다가, 분리된 심볼 식별 블록(69)에는 공유 심볼 식별 블록(59) 대신에 각각의 모달 신호가 제공된다. 그렇지 않으면, 도 5의 실시예는 도 4의 실시예와 유사하고 추가로 설명될 필요가 없다.
지연 제어 모듈 또는 신호 프로세싱 모듈들과 같은 요소들은 예를 들어, ASIC과 같은 하드웨어 수단 또는 예를 들어, ASIC과 FPGA와 같은, 하드웨어 수단과 소프트웨어 수단의 조합 또는 그 내부에 위치된 소프트웨어 모듈들을 가진 적어도 하나의 마이크로프로세서와 적어도 하나의 메모리일 수 있다.
발명은 설명된 실시예들로 제한되지 않는다. 첨부된 청구항들은 여기에 제시된 기본 교시 내에 완전히 포함되는, 기술 분야의 숙련자에게 발생할 수 있는 대안적인 구조들 및 모든 수정을 구현하는 것으로서 해석된다.
동사 "포함하도록(to comprise)" 또는 "포함하도록(to include)" 및 동사 활용형들의 사용은 청구항에 언급된 것들 이외의 요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다. 게다가, 요소 또는 단계 앞의 부정 관사 "a" 또는 "an"의 사용은 복수의 이러한 요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다.
청구항들에서, 괄호들 사이에 위치된 임의의 도면 부호들은 청구항들의 범위를 제한하는 것으로서 해석되어서는 안 된다.
표 1: 조절 가능한 지연 라인(240)에서의 SMF의 길이(m)
Figure pct00007
표 2: 데이터베이스(50)의 룩-업 테이블로부터의 발췌
Figure pct00008

Claims (15)

  1. 다중 모드 통신들을 위한 광 수신기(20)에 있어서,
    다중 모드 링크(22)에 연결된 입력부 및 복수의 출력 라인들(output line; 231-234)을 가진 모드 디멀티플렉서(mode demultiplexer; 21)로서, 상기 다중 모드 링크는 상기 다중 모드 링크의 원점(remote point)에서 독립적으로 변조되었던 복수의 모달 구성 요소들(modal component)을 포함한 광 신호를 전파하도록 구성되고, 상기 모드 디멀티플렉서는 상기 광 신호의 상기 모달 구성 요소들의 각각을 실질적으로 상기 출력 라인들 중 선택된 하나와 연결하도록 구성되는, 상기 모드 디멀티플렉서(21)와,
    동상의 구성 요소와 직각-위상 구성 요소를 각각 포함한 전기 디지털 신호들의 세트를 생성하도록 상기 출력 라인들에 각각 연결된 복수의 코히런트 광 검출기들(coherent optical detector; 251-254)과,
    대응하는 모달 구성 요소들의 각각에 선택된 지연을 부여하도록 상기 출력 라인들 상에 배열된 복수의 독립적으로 조절 가능한 광 지연 디바이스들(240, 241-244)과,
    상기 다중 모드 링크의 모드-혼합 특성(mode-mixing characteristic)을 인버팅하여(inverting) 상기 각각의 모달 구성 요소들의 독립적인 변조들을 리커버링(recover)하도록 상기 디지털 신호들을 처리하도록 구성된 신호 프로세싱 디바이스(26, 326, 426)를 포함하는, 다중 모드 통신들을 위한 광 수신기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    조절 가능한 광 지연 디바이스(240)는 병렬로 연결된 각각의 길이들을 가진 광 섬유들(33)의 세트 및 병렬로 연결된 상기 광 섬유들 중 선택된 하나로 상기 출력 라인에서 전파하는 상기 광 신호를 패스(pass)하도록 구성된 광 스위치(31)를 포함한 지연 모듈(delay module; 30)을 포함하는, 다중 모드 통신들을 위한 광 수신기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 세트의 섬유들의 길이들은 기준 길이의 연속적인 정수 배들인, 다중 모드 통신들을 위한 광 수신기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 기준 길이는 상기 신호 프로세싱 디바이스(26, 326, 426)의 최대 프로세싱 깊이와 실질적으로 일치하는, 다중 모드 통신들을 위한 광 수신기.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조절 가능한 광 지연 디바이스(240)는 병렬로 연결된 각각의 길이들을 가진 광 섬유들의 제 2 세트 및 병렬로 연결된 상기 광 섬유들 중 선택된 하나로 상기 제 1 지연 모듈로부터 나온 광 신호를 패스하도록 구성된 제 2 광 스위치를 포함한 제 2 지연 모듈(30)을 추가로 포함하고, 상기 제 2 세트의 섬유들의 길이들은 상기 제 1 세트의 섬유들의 길이들 곱하기 정수의 곱수(multiplier)와 동일한, 다중 모드 통신들을 위한 광 수신기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 정수의 곱수는 상기 제 1 세트의 섬유들의 수(N)와 실질적으로 동일한, 다중 모드 통신들을 위한 광 수신기.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 출력 라인들(231-234) 및 광 지연 디바이스들(240, 241-244)은 단일-모드 광 섬유들을 포함하는, 다중 모드 통신들을 위한 광 수신기.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조절 가능한 광 지연 디바이스들을 조절하는 지연 제어 모듈(28, 328, 428)을 추가로 포함하고,
    상기 지연 제어 모듈은:
    상기 모달 구성 요소와 기준 사이의 차동 모드 지연에 관한 지연 데이터와 상기 다중 모드 링크에서 사용된 광 섬유의 길이에 관한 길이 데이터에 따라 상기 광 신호의 상기 모달 구성 요소들의 각각에 대해 코스 보상 지연(coarse compensation delay)을 결정할 수 있고,
    상기 모달 구성 요소에 대해 결정된 상기 코스 보상 지연에 따라 상기 모달 구성 요소에 대응하는 상기 조절 가능한 광 지연 디바이스(241-244)를 조절할 수 있는, 다중 모드 통신들을 위한 광 수신기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 코스 보상 지연은 상기 모달 구성 요소의 전파 시간과 상기 기준의 전파 시간 사이의 차이를 보상하는, 다중 모드 통신들을 위한 광 수신기.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 지연 제어 모듈은 또한 데이터 저장소(50, 350, 450)로부터 상기 지연 데이터와 상기 길이 데이터를 검색할 수 있는, 다중 모드 통신들을 위한 광 수신기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 데이터 저장소(50, 350, 450)는 상기 광 수신기가 설치되는 광 네트워크의 복수의 링크들에 대응하는 지연 데이터 및 길이 데이터를 포함하고, 상기 지연 제어 모듈은 상기 다중 모드 링크의 링크 식별자에 따라 상기 지연 데이터 및 길이 데이터를 검색할 수 있는, 다중 모드 통신들을 위한 광 수신기.
  12. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지연 제어 모듈(328, 58; 428, 58)은:
    상기 코히런트 광 검출기들에서 상기 광 신호의 모달 구성 요소들의 각각에 대한 잔류 지연(60)을 결정할 수 있고,
    상기 모달 구성 요소에 대해 결정된 상기 잔류 지연(60)에 따라 상기 모달 구성 요소에 대응하는 상기 조절 가능한 광 지연 디바이스를 조절할(27, 327, 427) 수 있는, 다중 모드 통신들을 위한 광 수신기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    잔류 지연(60)의 결정은 상기 모달 구성 요소로부터 리커버링된 디지털 스트림(digital stream)과 다른 모달 구성 요소로부터 리커버링된 디지털 스트림 사이의 상호-상관 함수(cross-correlation function)를 최적화하는 것을 포함하고, 모달 구성 요소들 둘 다는 동일한 러닝 시퀀스(learning sequence)로 원래 변조된 것인, 다중 모드 통신들을 위한 광 수신기.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 지연 제어 모듈(28, 328, 428)은 또한 상기 잔류 지연에 따라 상기 모달 구성 요소에 대해 업데이트된 지연 데이터를 결정할 수 있고 데이터 저장소(50, 350, 450)로 상기 업데이트된 지연 데이터를 업로딩(uploading; 29, 329, 429)할 수 있는, 다중 모드 통신들을 위한 광 수신기.
  15. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신호 프로세싱 디바이스는 조절 가능한 지연을 상기 디지털 신호 구성 요소에 부여하는 각각의 디지털 신호 구성 요소와 연관된 각각의 조절 가능한 디지털 지연 라인(52)을 포함하고, 상기 지연 제어 모듈(328, 428)은 또한 상기 대응하는 모달 구성 요소에 대해 결정된 상기 잔류 지연(60)에 따라 디지털 신호 구성 요소와 연관된 상기 조절 가능한 디지털 지연 라인(52)을 조절할(53) 수 있는, 다중 모드 통신들을 위한 광 수신기.
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