KR20140081910A - 간섭형 잡음억제장치 및 이를 포함하는 광통신 시스템 - Google Patents

간섭형 잡음억제장치 및 이를 포함하는 광통신 시스템 Download PDF

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Abstract

광통신 시스템에서 잡음억제장치가 개시된다. 본 발명의 잡음억제장치는, 광원의 잡음이 존재하는 대역에 상관잡음간섭에 의해 잡음이 억제되도록 하여, 해당 대역에서의 잡음을 효율적으로 억제할 수 있다.

Description

간섭형 잡음억제장치 및 이를 포함하는 광통신 시스템{INTERFEROMETRIC NOISE SUPPRESSION APPARATUS AND OPTICAL COMMUNICATION SYSTEM COMPRISING THE SAME}
본 발명은 간섭형 잡음억제장치 및 이를 포함하는 광통신 시스템에 관한 것이다.
최근 동영상 중심의 서비스에 대한 가입자의 광대역 수요를 다루기 위해, 파장분할 다중방식 수동형 광통신망(Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network; 이하, 'WDM-PON'이라 함)이 차세대 네트워크로 고려되고 있다. 이는 매우 높은 비트-레이트를 제공할 수 있다.
그러나, WOM-PON으로 방송 서비스를 제공하기에는 어려움이 있는데, 이는 가상 점대점(point-to-point) 연결방식을 사용하기 때문이다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 다양한 다중화 기술이 제안되었다.
그중, 파장 대역 다중화 방법은 원격 노드(Remote Node; RN)의 복잡도를 감소하고 방송(braodcast)신호와 유니캐스트(unicast) 신호를 쉽게 분리할 수 있는데, 이는 RN에서의 배열 도파로 격자(Arrayed-Waveguide Grating); AWG)의 주기적 특성 때문이다. 이 경우, 저가의 모듈형 다파장 광원(Multi-Wavelength light Source; MWS)이 고가의 분산 피드백(Distributed-FeedBack;DFB) 레이저 어레이 대신 사용될 필요가 있다. 최근 고전력 초발광 다이오드(superluminescent diode; SLED)가 비용면에서의 효율을 위해 적용되어 왔다.
그러나, 순방향 에러정정(Forward Error Correction; FEC) 코드가 사용되어도, 자연 증폭 방출(Amplified Spontaneous Emission; ASE)-ASE 비팅(beating)으로부터 유래하는 고강도 잡음은 비트-레이트를 1.25 Gbps로 제한한다. 어븀이 도핑된 광섬유 증폭기(Erbium-Doped Fiber Amplifier; EDFA)의 무편광 출력광이 주입된 반사형 모듈레이터를 사용하면, 편광된 SLED를 사용할 때와 비교하여 3dB의 잡음성능을 향상한다. 그러나 FEC 코드가 없이 에러 없는 전송이 가능할 수는 있지만, 비트-레이트는 여전히 제한된다. 또한, 간섭구조(interferometric structure)는 EDFA의 ASE-ASE 비트 잡음이 주기적으로 억제되게 하지만, 이 경우에도 여전히 베이스밴드 전송에 대한 잡음억제 비율은 여전히 3 dB에 고정된다.
저잡음 MWS의 대안으로써, 상호 주입된(mutually injected) 패브리-페로(Fabry-Perot) 레이저 다이오드(MI F-P LD)가 제안되었다. 여기서, 맨체스터 데이터 형식(Manchester data format)이 사용되어 2.5 Gbps 방송신호를 저잡음 주파수에 위치시켜, 저대역에서 발생하는 잡음과 주기적인 잡음피크를 피하게 하였지만, 근본적인 문제점이 해결된 것은 아니다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 상호주입 F-P LD를 사용하여 신호를 전송하는 광통신 시스템 및 파장분할 다중방식 수동형 광통신망(WDM-PON) 시스템에서, 상호주입 F-P LD의 잡음을 억제하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 광통신 시스템 및 WDM-PON 시스템에서, 송신단의 광원에 대한 잡음을 억제하는 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 잡음억제장치는, 입력되는 광을 동일한 강도로 분할하여, 제1경로 및 제2경로로 제공하는 광커플러; 각각 상기 제1경로 및 상기 제2경로에 배치되어, 상기 제1경로의 광과 상기 제2경로의 광이 각각 수직으로 편광되도록 제어하는 제1 및 제2편광제어부; 상기 제2경로에 배치되어, 상기 제2편광제어부로부터 출력되는 광을 소정 시간차로 지연하는 지연부; 및 상기 제1경로 및 상기 제2경로의 광을 결합하는 결합부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제1경로에 배치되어, 상기 제1편광제어부로부터 출력되는 광의 파워를 조절하는 가변 광감쇄부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제1경로와 상기 제2경로의 광으로부터, 수신기에서 생성된 광전류는 상관잡음간섭이 발생하며, 상기 시간차에 의해 상쇄간섭이 일어나는 중심주파수가 결정될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 광커플러는, 파장분할되는 경우 소정 대역에서 잡음피크를 출력하는 제1광원으로부터 광을 수신할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제1광원은, 상호주입 패브리-페로 레이저 다이오드(F-P LD)일 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 광커플러는, 파장분할되는 경우 일정한 잡음레벨을 출력하는 제2광원으로부터 광을 수신할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제2광원은, 어븀이 도핑된 광섬유 증폭기(EDFA) 또는 반사형 반도체 광증폭기(RSOA); 및 상기 EDFA 또는 RSOA의 출력을 편광화하는 편광부를 포함할 수 있다.
또한, 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 중앙기지국(CO)에 상기의 잡음억제장치를 포함하여, 복수의 광네트워크유닛(ONU)에 방송신호를 전송하는 본 발명의 광통신 시스템에서, 상기 CO는, 상기 잡음억제장치로부터 출력되는 광에 방송신호를 변조하는 변조부를 포함하고, 상기 복수의 ONU의 수신부는, 전기적 고역통과필터(HPF)를 포함하며, 상기 변조부는 빛의 편광에 무관하게 동작할 수 있다.
또한, 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 상기의 잡음억제장치를 포함하여, 신호를 전송하는 본 발명의 주입잠김기반 파장분할 다중방식 수동형 광통신망(WDM-PON) 시스템에서, CO는 상기 잡음억제장치를 포함하여, 상기 잡음억제장치로부터 출력되는 광을 주입광원으로 사용하며, 복수의 다운스트림 신호 또는 복수의 업스트림 신호를 변조하여 상기 복수의 ONU 또는 CO에 전송하고, 상기 복수의 OUN의 수신부 또는 상기 CO의 수신부는, 전기적 HPF를 포함할 수 있다.
또한, CO에 상기의 잡음억제장치를 포함하여, 복수의 ONU에 방송신호를 전송하는 본 발명의 광통신 시스템에서, 상기 CO는, 상기 잡음억제장치로부터 출력되는 광에 방송신호를 직교진폭변조(QAM)하는 변조부를 포함하고, 상기 복수의 ONU의 수신부는, 상기 변조부에 의해 변조된 신호의 대역에 해당하는 신호를 필터링하는 전기적 대역통과필터(BPF)를 포함할 수 있다.
또한, 상기의 잡음억제장치를 포함하여, 신호를 전송하는 본 발명의 주입잠김기반 WDM-PON 시스템에 있어서, CO는 상기 잡음억제장치를 포함하여, 상기 잡음억제장치로부터 출력되는 광을 주입광원으로 사용하며 복수의 다운스트림 신호 또는 복수의 업스트림 신호를 직교진폭변조(QAM)하여 각각 상기 복수의 ONU 또는 CO에 전송하고, 상기 복수의 OUN의 수신부 또는 상기 CO의 수신부는, 상기 변조된 신호의 대역에 해당하는 신호를 필터링하는 전기적 BPF를 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 편광특성을 이용하여 잡음을 제거함으로써, 광원에 출력되는 잡음을 효율적으로 감소할 수 있으며, 따라서 신뢰성있는 광통신 시스템을 구축하도록 하는 효과가 있다.
도 1a는 본 발명에서 사용되는 상호주입 F-P LD의 파형에 따른 광 스펙트럼을 설명하기 위한 일예시도이다.
도 1b는 도 1a의 상호주입 F-P LD의 파장을 단일 파장으로 분할한 경우 수신기에서 측정된 RIN 스펙트럼의 예를 도시한 일예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 상호주입 F-P LD의 잡음억제장치의 일실시예 구성도이다.
도 3은 본 발명의 잡음억제장치에 의해 주기적인 잡음피크가 제거된 것을 설명하기 위한 일예시도이다.
도 4는 ODL의 시간지연차에 따른 저잡음 윈도우의 일예시도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 잡음억제장치에 의한 실험결과를 보여주는 일예시도이다.
도 6은 ASE가 광원으로서 사용된 경우의 RIN 스펙트럼을 설명하기 위한 것이다.
도 7은 본 발명의 잡음억제장치가 적용되는 방송신호 전송을 위한 광통신 시스템의 일실시예 구성도이다.
도 8은 WDM-PON 시스템에서 사용되는 신호의 파장대역 스펙트럼을 나타낸 일예시도이다.
도 9a는 도 7의 시스템에서 본 발명의 잡음억제장치가 없는 경우, 도 9b는 잡음억제장치가 있는 경우의 BER을 설명하기 위한 일예시도이다.
도 10은 본 발명의 잡음억제장치가 적용된 WDM-PON 시스템의 일실시예 구성도이다.
도 11은 QAM 신호와 ASE 저잡음 윈도우의 적용을 설명하기 위한 일예시도이다.
도 12는 본 발명의 잡음억제장치를 편광된 EDFA의 출력에 적용한 방송신호를 전송하는 광통신 시스템의 일실시예 구성도이다.
도 13은 본 발명의 잡음억제장치를 편광된 ASE 광원의 출력에 적용한 WDM-PON 시스템의 일실시예 구성도이다.
도 14a는 편광된 EDFA를 사용한 경우 RIN 스펙트럼을 나타낸 것이며, 도 14b는 유효 대역폭에 따른 평균 RIN과 SNR을 나타낸 것이다.
도 15는 QAM 심볼수에 따른 SNR에 대한 BER을 설명하기 위한 것이고, 도 16은 QAM 심볼수에 따라 최대 데이터-레이트를 나타낸 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1a는 본 발명에서 사용되는 상호주입 F-P LD의 파형에 따른 광 스펙트럼을 설명하기 위한 일예시도이고, 도 1b는 도 1a의 상호주입 F-P LD의 파장을 단일 파장으로 분할한 경우 수신기에서 측정된 상대적 세기 잡음(Relative Intensity Noise; RIN) 스펙트럼의 예를 도시한 일예시도이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 10 dB 대역폭 이내에서 15개 이상의 레이징 모드(lasing mode)가 생성됨을 알 수 있다. 이와 같이 상호주입 F-P LD는 두개의 F-P LD가 상호간 광자를 주입하는 것으로서, 다파장 광원으로 발진하며, 편광특성을 지닌다.
도 1b를 참조로 하면, 상호주입 F-P LD는 전체 대역폭에서 매우 낮은 RIN(-130dB 이하)을 가지지만, 외부 공진기 길이에 의해 결정되는 주기적 잡음피크가 6.1 GHz에서 발생하는 것을 알 수 있다.
본 발명의 일실시예의 잡음억제장치는, 위와 같은 주기적 잡음피크를 억제하기 위한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 상호주입 F-P LD의 잡음억제장치의 일실시예 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 잡음억제장치(1)는, 상호주입 F-P LD(2)로부터 출력되는 광원의 잡음을 억제하는 것으로서, 광커플러(optical coupler)(11), 편광제어부1, 2(Polarization Controller; PC)(12, 14), 가변 광감쇄부(Variable Optical Attenuator; VOA)(13), 광지연부(Optical Delay Line; ODL)(15) 및 편광 빔 컴바이너(Polarization Beam Combiner; PBC)(16)를 포함한다. PBC(16)를 통해 출력된 광은 AWG(3) 및 VOA(4) 등 광 소자를 통해 광통신 시스템의 수신단(4A)으로 전송될 수 있다. 전체적인 시스템 구성은 추후 설명하기로 한다.
광커플러(11)는 상호주입 F-P LD(2)로 출력되는 편광된 빛을 50:50의 동일한 강도의 빔으로 분할하여, 편광제어부1(12)을 포함하는 제1경로 및 편광제어부2(14)를 포함하는 제2경로로 출력한다.
편광제어부1(12) 및 편광제어부2(14)는 광커플러(11)로부터 각각 수신되는 빔의 편광을 제어하여, 제1경로와 제2경로의 빔이 각각 수직으로 편광되도록 제어한다.
제1경로의 VOA(13)는 편광제어부1(12)로부터 출력되는 빔의 파워를 조절한다.
제2경로의 ODL(15)은 편광제어부2(14)로부터 출력되는 빔을 소정 시간차(Δtd) 지연한다.
PBC(16)는 제1경로와 제2경로의 빔을 각각 결합하는데, 제1경로와 제2경로로부터 출력되는 빔은 서로 수직으로 편광(A, B)되어 있으므로, PBC(16)의 출력은 편광 다중화된(polarization-multiplexed)(C) 빛이다.
AWG(3)는 잡음억제장치(1)로부터 출력되는 빛을 스펙트럼별로 분할한다. 다만, 본 발명의 일실시예에서는 AWG가 사용되었으나, 스펙트럼별로 빛을 분할할 수 있는 다른 소자를 사용할 수도 있으며, 예를 들어, 파장가변 광 대역통과필터(Tunable Optical Band Pass Filter; TOBPF)가 사용될 수도 있다.
또한, VOA(4)는 AWG(3)로부터 출력된 빛의 파워를 조절하여, 이를 수신단의 광검출기(Photodetector; PD)(4A)로 전송되도록 출력할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 잡음억제장치(1)에 의하면, 상호주입 F-P LD가 출력하는 편광된 빛을 편광 다중화하여, 편광 다중화된 두개의 광빔이 출력되며, 이때 수신기의 광검출기(4A)에서 두개의 광빔으로부터 각각 생성된 광전류가 상관 잡음 간섭(correlated noise interference)을 하고, 이때 상쇄간섭이 일어나는 중심주파수에서 잡음이 억제될 수 있다. ODL(15)에서 지연되는 시간차(Δtd)에 의해 상쇄간섭이 일어나는 중심주파수를 결정될 수 있다. 예를 들어, 상쇄간섭이 일어나는 간섭 주파수는 다음 수학식과 같이 결정될 수 있다.
Figure pat00001
즉, 본 발명에 의하면, 상호주입 F-P LD의 주기적인 잡음피크가 잡음억제장치(1)의 주파수 특성과 맞는 점을 이용하여, 상호주입 F-P LD의 잡음을 효율적으로 억제할 수 있다.
도 3은 본 발명의 잡음억제장치에 의해 주기적인 잡음피크가 제거된 것을 개략적으로 설명하기 위한 일예시도이다.
도 3의 (a)는 도 1b를 간략화한 것으로서, 상호주입 F-P LD(2)로부터 출력되는 빔에서 소정 주파수(D)에서 잡음이 발생하는 것을 나타낸 것이다. (b)는 본 발명의 잡음억제장치(1)에 의해 수신기의 광검출기(4A)에서 발생하는 간섭을 설명하기 위한 것으로서, E는 첫번째 상쇄간섭이 일어나는 주파수(
Figure pat00002
)이고, F는 두번째 상쇄간섭이 일어나는 주파수(
Figure pat00003
)이며, 상쇄간섭이 일어나는 주파수를, 잡음피크(D)에 위치시키면, (c)와 같이 잡음피크를 제거할 수 있다. 이와 같이 상쇄간섭이 일어나는 주파수 대역을 이하에서 '저잡음 윈도우(low-noise window)'라 하기로 하자. 도 4는 ODL의 시간지연차에 따른 저잡음 윈도우의 일예시도로서, 시간지연차에 따라 저잡음 윈도우의 대역 및 대역폭이 변경됨을 알 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 잡음억제장치에 의한 실험결과를 보여주는 일예시도이다.
도 5a는 도 1b의 싱글모드 RIN 스펙트럼에 대해, 잡음억제장치(1)의 저잡음 윈도우가 6.1GHz에 위치하도록 한 것이다. 도면에 도시된 바와 같이, 잡음억제장치(1)를 사용하지 않은 RIN 스펙트럼(G)에 비해, 본 발명의 잡음억제장치(1)를 사용한 RIN 스펙트럼(H)이 주기적 잡음피크에서 약 21.1dB의 잡음이 줄어든 것을 확인할 수 있다.
도 5b는 수신기의 저주파 차단주파수에 따른 복수의 주파수 대역에 대한 RIN 스펙트럼으로서, 본 발명의 잡음억제장치에 의해 주기적 잡음피크에서의 잡음이 줄어, 전체적으로 -120 dB/Hz 이하의 RIN을 유지하고 있음을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 잡음억제장치(1)가 적용되는 광원의 종류를 도 2에서는 상호주입 F-P LD로 사용하였으나, 주기적 잡음피크와 유사한 잡음이 발생하는 어떠한 광원에 대해서도 본 발명이 적용될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명하다 할 것이다.
즉, 잡음억제장치(1)에 입력되는 광원으로서, ASE 광원 또는 EDFA가 사용될 수도 있다. 도 5a에서 I는 EDFA가 광원으로서 사용된 예를 나타낸 것이다.
도 6은 EDFA가 광원으로서 사용된 경우의 RIN 스펙트럼을 설명하기 위한 것이다. 도 6에서, J는 편광된 ASE를 사용한 경우, K는 편광되지 않은 ASE를 광원으로 사용한 경우, L은 편광된 ASE를 본 발명의 잡음억제장치(1)에 적용하여 측정한 것을 나타낸다. 또한, M은 편광된 ASE를 본 발명의 잡음억제장치에 적용하여 시뮬레이션한 것을 나타내는 것이다.
도 7은 본 발명의 잡음억제장치가 적용되는 방송신호 전송을 위한 광통신 시스템의 일실시예 구성도로서, 광통신을 위한 광원으로서 상호주입 F-P LD가 사용된 경우를 나타낸 것이다.
도면에 도시된 바와 같이, 방송신호 전송을 위한 광통신 시스템은, 중앙기지국(Central Office; CO)(100)과 원격노드(Remote Node; 이하, 'RN')(200) 및 가입자단인 복수의 광네트워크유닛(Optical Network Unit; 이하, 'ONU')(300)으로 구성되며, 상호주입 F-P LD(2)로부터 출력되는 광의 잡음을 억제하여 전자흡수 모듈레이터(Electroabsorption Modulator; EAM)(5)에 전달하면, EAM(5)은 방송신호를 광신호에 변조한다. EAM(5)은 편광에 민감하지 않은 변조기의 일종으로서, 빛의 편광에 무관하게 동작한다. 이후, 분산보상 파이버 모듈(Dispersion Compensating Fiber Module; DCM)(6)을 통과하여, 광통신 시스템의 피더 파이버(Feeder Fiber; FF)를 통해 RN(200)으로 전송되며, RN(200)에서 주기적 AWG에 의해 역다중화된 빛은 드랍 파이버(Drop Fiber; DF)를 통해 복수의 ONU(300)에 각각 전송된다.
다만, 이와 같은 방송신호 전송 시스템은, 종래의 WDM-PON 시스템에 비해 ONU(300)에서 신호를 수신하는 수신부가 하나 더 포함되어야 한다(도 7에서 RXBn(310)). 도 8은 WDM-PON 시스템에서 사용되는 신호의 파장대역 스펙트럼을 나타낸 일예시도이다. 도 8에서 각각의 신호는 각각 스펙트럼이 겹치지 않게(Free Spectral Range; FSR) 운용되고 있음을 알 수 있다.
따라서, 도 7의 복수의 ONU(300)에서는, WDM 필터(320)가 수신되는 다운링크 신호에서 방송신호에 해당하는 파장의 신호를 역다중화하여 이를 수신부(320)에 전달할 수 있다.
수신부(320)는 예를 들어 고역통과필터(High Pass Filter; HPF)를 포함하여, 도 5b와 같이 컷오프 주파수(cut-off frequency)에 따라 저주파 대역의 잡음을 제거할 수 있다.
그 외의 CO(100), RN(200) 및 ONU(300)의 구성과 이의 동작은 이미 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명하다 할 것이므로, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 9a는 도 7의 시스템에서 본 발명의 잡음억제장치(1)가 없는 경우, 도 9b는 잡음억제장치(1)가 있는 경우의 비트 에러 레이트(Bit Error Rate; BER)를 설명하기 위한 일예시도로서, 수신단에서 HPF를 사용하지 않은 경우, 10.6 MHz, 43.9 MHz, 83.8 MHz 및 144.7 MHz의 컷오프 주파수(cut-off frequency)의 HPF를 사용한 경우를 나타낸 것이다.
도 9a 및 도 9b에서, 1st G. FECth는 1세대 FEC를 이용하였을 때 1.0×10-12 BER 이하로 데이터를 전송할 수 있는 역치를 말하는 것으로서, 본 발명의 잡음억제장치에 의해 BER이 개선됨을 알 수 있다. 이때, 도 9b에서, 83.8MHz 이상의 컷오프 주파수인 경우, 잡음의 영향보다 신호의 왜곡으로 인한 영향이 더 커지게 됨을 알 수 있다.
도 10은 본 발명의 잡음억제장치가 적용된 주입잠김기반 WDM-PON 시스템의 일실시예 구성도로서, 본 발명의 잡음억제장치(1)의 출력이 광대역 주입 광원으로서 사용된 것을 나타낸 것이다.
잡음억제장치(1)의 출력광은 광서큘레이터(7) 및 WDM 필터를 통해 CO(100)의 AWG로 입력되어 파장분할된 후, CO(100)의 송신부(Tx)에 주입되고, 다운스트림 신호와 함께 변조되며, 이는 AWG를 통해 다중화되어 FF를 통해 RN(200)으로 전송된다. RN(200)의 AWG는 이를 역다중화하고, 역다중화된 신호는 DF와 WDM 필터를 통해 ONU(300)에 각각 전송되어, 이를 ONU(300)의 수신부(Rx)가 수신할 수 있다. 업스트림 신호 역시 이러한 방식으로 ONU(300)에서 CO(100)로 전송될 수 있다.
이러한 시스템에서, 상호주입 F-P LD(2)로부터 발생하는 잡음을 본 발명의 잡음억제장치(1)에 의해 억제할 수 있으며, 상세한 동작에 대해서는 위에서 설명한 바와 같다.
다만, 위 도 10에서는 다운스트림 링크에 대해 설명하였으나, 업스트림 링크에도 동일한 방식이 적용된다 할 수 있다.
한편, 본 발명의 잡음억제장치를 상호주입 F-P LD가 아닌 EDFA로부터 출력되는 광을 편광화하고, 여기에 방송신호를 직교진폭변조(Quadrature Amplitude Modulation; QAM) 방식으로 변조하면, 본 발명의 잡음억제장치를 통해 출력되는 ASE의 저잡음 윈도우에 QAM 신호가 배치되도록 하여, 최적 데이터 레이트를 얻을 수 있다. 도 11은 QAM 신호와 ASE 저잡음 윈도우의 적용을 설명하기 위한 일예시도이다.
도면에 도시된 바와 같이, QAM 신호(N)가 ASE 잡음(O)의 저잡음 윈도우에 배치되도록 QAM 신호의 대역폭(bandwidth; BW)을 결정할 수 있다. 신호대 잡음비(Signal-to-Noise Ratio; SNR)는 RIN과 BW의 곱의 역수(SNR=1/(RIN×BW))이고, SNR에 의해 사용가능한 QAM 심볼수가 결정되며, BW와 사용가능한 QAM 심볼수의 곱에 의해 데이터 레이트가 결정된다.
즉, BW이 증가하면 SNR은 감소하고, 이에 따라 사용가능한 QAM 심볼수도 감소하므로, 전송가능한 데이터 레이트는 BW와 사용가능한 QAM 심볼수간 트레이드 오프(trade-off) 관계에 의해 결정된다.
또한, 이와 같은 편광된 ASE를 사용하는 시스템에서는, 수신단에 전기적 BPF를 사용하여야 함은 자명하다.
도 12는 본 발명의 잡음억제장치(1)를 편광된 EDFA의 출력에 적용한 방송신호를 전송하는 광통신 시스템의 일실시예 구성도이다.
도 12의 시스템이 도 7과 다른 점은 잡음억제장치(1)의 광원을 편광된 EDFAE(8)를 사용한다는 것이며, 편광된 EDFA(8)는 EDFA(81) 및 편광부(polarizer)(82)를 포함한다. 또한, EDFA(8)를 사용함으로써, 수신단에 전기적 HPF 대신 BPF를 사용하여야 하는 것은 이미 설명한 바와 같다.
편광된 EDFA(8)는 편광되지 않은 EDFA(81)의 출력을 편광부(82)를 통해 편광되도록 제어한 후 본 발명의 잡음억제장치(1)에 제공하는 것이다. 다만, 본 발명에서는 ASE 광원으로서 EDFA를 참조로 설명하였으나, 반사형 반도체 광증폭기(Reflective Semiconductor Optical Amplifier; RSOA)가 EDFA 대신 사용될 수도 있음은 자명하다.
또한, 도 13은 본 발명의 잡음억제장치를 편광된 EDFA의 출력에 적용한 주입잠김기반 WDM-PON 시스템의 일실시예 구성도로서, 도 12와 유사하게, 편광된 EDFA(8)를 도 10의 시스템에 적용한 것이며, 수신단에서는 도 10에서의 전기적 HPF 대신 BPF를 사용한다. 또한, 도 13에서는 다운스트림 링크에 대해 설명하였으나, 업스트림 링크에도 동일한 방식이 적용된다 할 수 있다.
도 14a는 편광된 EDFA를 사용한 경우 RIN 스펙트럼을 나타낸 것이며, 도 14b는 ASE 저잡음 윈도우의 유효 대역폭에 따른 평균 RIN과 SNR을 나타낸 것이다. 여기서, 유효대역폭은 도 14a에서 bw1에서 bw5까지 대역폭의 합을 의미한다. 각 도면에서, 점선은 본 발명의 잡음제거장치가 없는 경우, 실선은 본 발명의 잡음제거장치가 적용된 경우이며, RN에서 사용되는 AWG의 BW는 80GHz, 수신부의 BW는 10GHz이며, 잡음제거장치의 ODL(15)의 시간지연차는 1ns가 사용된 경우이다.
도 14a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 잡음제거장치가 적용되지 않은 경우에는, -110 dB/Hz의 RIN을 나타내지만, 본 발명이 적용된 경우에는 QAM 신호가 전송되는 대역폭에서 -120 dB/Hz 이하의 RIN을 나타냄을 알 수 있다.
또한, 도 14b에 도시된 바와 같이, 전체 평균 RIN은 유효 대역폭에서 잡음제거장치가 적용되지 않은 경우보다 RIN이 줄어들고, SNR은 증가하고 있음을 알 수 있다.
도 15는 QAM 심볼수에 따른 SNR에 대한 BER을 설명하기 위한 것이고, 도 16은 QAM 심볼수에 따라 최대 데이터-레이트를 나타낸 것이다.
도면에 도시된 바와 같이, 16 QAM(심볼당 비트수는 4)에서 가장 좋은 특성을 가지게 됨을 알 수 있다. 따라서, 도 12 및 도 13과 같은 시스템에서, QAM 심볼수를 16으로 하는 경우, 가장 최대의 데이터-레이트로 데이터를 전송할 수 있을 것이다.
이상과 같은 본 발명은, 편광특성을 이용하여 잡음을 제거함으로써, 광원에 출력되는 잡음을 효율적으로 감소할 수 있으며, 따라서 신뢰성있는 광통신 시스템을 구축할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
1: 잡음억제장치 2: 상호주입 F-P LD
11: 광커플러 12, 14: 편광제어부
13: 가변 광감쇄부 15: 광지연부
16: 편광 빔컴바이너

Claims (11)

  1. 입력되는 광을 동일한 강도로 분할하여, 제1경로 및 제2경로로 제공하는 광커플러;
    각각 상기 제1경로 및 상기 제2경로에 배치되어, 상기 제1경로의 광과 상기 제2경로의 광이 각각 수직으로 편광되도록 제어하는 제1 및 제2편광제어부;
    상기 제2경로에 배치되어, 상기 제2편광제어부로부터 출력되는 광을 소정 시간차로 지연하는 지연부; 및
    상기 제1경로 및 상기 제2경로의 광을 결합하는 결합부를 포함하는 잡음억제장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1경로에 배치되어, 상기 제1편광제어부로부터 출력되는 광의 파워를 조절하는 가변 광감쇄부를 더 포함하는 잡음억제장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1경로와 상기 제2경로의 광으로부터, 수신기에서 생성된 광전류는 상관잡음간섭이 발생하며, 상기 시간차에 의해 상쇄간섭이 일어나는 중심주파수가 결정되는 잡음억제장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광커플러는,
    파장분할되는 경우 소정 대역에서 잡음피크를 출력하는 제1광원으로부터 광을 수신하는 잡음억제장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1광원은, 상호주입 패브리-페로 레이저 다이오드(F-P LD)인 잡음억제장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 광커플러는,
    파장분할 되는 경우 일정한 잡음레벨을 출력하는 제2광원으로부터 광을 수신하는 잡음억제장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2광원은,
    어븀이 도핑된 광섬유 증폭기(EDFA) 또는 반사형 반도체 광증폭기(RSOA); 및
    상기 EDFA 또는 RSOA의 출력을 편광화하는 편광부를 포함하는 잡음억제장치.
  8. 중앙기지국(CO)에 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 잡음억제장치를 포함하여, 복수의 광네트워크유닛(ONU)에 방송신호를 전송하는 광통신 시스템에 있어서,
    상기 CO는, 상기 잡음억제장치로부터 출력되는 광에 방송신호를 변조하는 변조부를 포함하고, 상기 복수의 ONU의 수신부는, 전기적 고역통과필터(HPF)를 포함하며, 상기 변조부는 빛의 편광에 무관하게 동작하는 광통신 시스템.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 잡음억제장치를 포함하여, 신호를 전송하는 주입잠김기반 파장분할 다중방식 수동형 광통신망(WDM-PON) 시스템에 있어서,
    CO는 상기 잡음억제장치를 포함하여, 상기 잡음억제장치로부터 출력되는 광을 주입광원으로 사용하며, 복수의 다운스트림 신호 또는 복수의 업스트림 신호를 변조하여 상기 복수의 ONU 또는 CO에 전송하고, 상기 복수의 OUN의 수신부 또는 상기 CO의 수신부는, 전기적 HPF를 포함하는 WDM-PON 시스템.
  10. CO에 제1항 내지 제3항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항의 잡음억제장치를 포함하여, 복수의 ONU에 방송신호를 전송하는 광통신 시스템에 있어서,
    상기 CO는, 상기 잡음억제장치로부터 출력되는 광에 방송신호를 직교진폭변조(QAM)하는 변조부를 포함하고, 상기 복수의 ONU의 수신부는, 상기 변조부에 의해 변조된 신호의 대역에 해당하는 신호를 필터링하는 전기적 대역통과필터(BPF)를 포함하는 광통신 시스템.
  11. 제1항 내지 제3항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항의 잡음억제장치를 포함하여, 신호를 전송하는 주입잠김기반 WDM-PON 시스템에 있어서,
    CO는 상기 잡음억제장치를 포함하여, 상기 잡음억제장치로부터 출력되는 광을 주입광원으로 사용하며 복수의 다운스트림 신호 또는 복수의 업스트림 신호를 직교진폭변조(QAM)하여 각각 상기 복수의 ONU 또는 CO에 전송하고, 상기 복수의 OUN의 수신부 또는 상기 CO의 수신부는, 상기 변조된 신호의 대역에 해당하는 신호를 필터링하는 전기적 BPF를 포함하는 WDM-PON 시스템.
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