KR20180010831A - 가간섭성 광 수신기 및 그 주파수 오프셋 보상방법 - Google Patents

가간섭성 광 수신기 및 그 주파수 오프셋 보상방법 Download PDF

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KR20180010831A
KR20180010831A KR1020160093608A KR20160093608A KR20180010831A KR 20180010831 A KR20180010831 A KR 20180010831A KR 1020160093608 A KR1020160093608 A KR 1020160093608A KR 20160093608 A KR20160093608 A KR 20160093608A KR 20180010831 A KR20180010831 A KR 20180010831A
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Abstract

가간섭성 광 수신기 및 그 주파수 오프셋 보상방법이 개시된다. 일 실시 예에 따른 가간섭성 광 수신기는, 광 송신기의 신호 광과 국부 발진기의 출력 광을 수신하여 복조하는 복조기와, 복조된 신호 광과 출력 광 간 주파수 오프셋을 추정하고 추정된 주파수 오프셋 값이 미리 설정된 허용 주파수 오프셋 값보다 큰지를 판단하며 크면 국부 발진기의 주파수 또는 파장을 조절하여 주파수 오프셋을 보상하는 신호 처리부를 포함한다.

Description

가간섭성 광 수신기 및 그 주파수 오프셋 보상방법 {Coherent optical receiver and method for carrier frequency offset compensation thereof}
본 발명은 광 통신 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광 통신에서의 오차 추정 및 보상 기술에 관한 것이다.
가간섭성 광 수신기(Coherent optical receiver)는 고속 장거리 광통신을 위한 핵심 소자 중 하나이다. 이 방식의 광 수신기는 수신하고자 하는 신호인 신호 광과, 별도의 국부발진기(Local oscillator: LO, 이하 LO라 칭함)의 출력 광을 동시에 수신하고, 수신 후 발생하는 광 비팅(beating) 성분을 이용하여 신호를 검출한다. 이때, 신호 광과 LO의 출력 광의 주파수 또는 파장은 동일하게 유지되어야 한다. 그러나 현실적으로 두 광의 주파수에는 오차가 발생하는데, 이를 캐리어 주파수 오프셋(Carrier frequency offset: CFO, 이하 CFO라 칭함)이라고 한다. 가간섭성 광 수신기의 성능을 향상하기 위해 이를 추정 및 보상하는 기술이 요구된다.
일 실시 예에 따라, 가간섭성 광 수신기에서 CFO에 의한 주파수 이동에 따라 주파수 성분 손실이 방지하는 문제를 해결하기 위한 가간섭성 광 수신기 및 그 주파수 오프셋 보상방법을 제안한다. 이에 따라, 가간섭성 광 수신기의 성능을 향상시킬 수 있다.
일 실시 예에 따른 가간섭성 광 수신기는, 광 송신기의 신호 광과 국부 발진기의 출력 광을 수신하여 복조하는 복조기와, 복조된 신호 광과 출력 광 간 주파수 오프셋을 추정하고 추정된 주파수 오프셋 값이 미리 설정된 허용 주파수 오프셋 값보다 큰지를 판단하며 크면 국부 발진기의 주파수 또는 파장을 조절하여 주파수 오프셋을 보상하는 신호 처리부를 포함한다.
신호 처리부는 거친(Rough) 주파수 오프셋 추정 및 보상을 수행할 수 있다. 허용 주파수 오프셋 값은 (샘플링 주파수/2-수신 주파수 스펙트럼의 폭/2) 및 (수신 단 대역폭-수신 주파수 스펙트럼의 폭/2) 중 최소값보다 작거나 같은 값일 수 있다.
신호 처리부는 추정된 주파수 오프셋 값이 허용 주파수 오프셋 값보다 작으면, 주파수 오프셋 추정이 이루어진 신호 광과 출력 광을 대상으로 정밀(fine) 주파수 오프셋 추정 및 보상을 수행할 수 있다.
신호 처리부는 복조된 신호 광과 출력 광을 아날로그 형태에서 디지털 형태로 변환하는 아날로그 디지털 변환기와, 디지털 변환된 신호들로부터 신호 광과 출력 광 간 주파수 오프셋을 추정 및 보상하는 디지털 신호 프로세서를 포함하며, 주파수 오프셋 추정 및 보상은 디지털 신호 프로세서에서 수행될 수 있다.
신호 처리부는 푸리에 변환 이전 또는 이후 또는 이전 및 이후에서 주파수 오프셋을 추정 및 보상할 수 있다. 신호 처리부는 직류(DC) 부근의 주파수 성분을 대상으로 주파수 오프셋을 추정할 수 있다. 신호 처리부는 추정된 주파수 오프셋 값이 허용 주파수 오프셋 값보다 작을 때까지 국부 발진기의 주파수 또는 파장 조절을 반복 수행할 수 있다.
다른 실시 예에 따른 가간섭성 광 수신기는, 광 송신기의 신호 광과 국부 발진기의 출력 광을 수신하여 복조하는 복조기와, 신호 광과 출력 광 간 거친(Rough) 주파수 오프셋 추정을 수행하는 제1 주파수 오프셋 추정부와, 거친(Rough) 주파수 오프셋 추정이 이루어진 신호 광과 출력 광 간 정밀(fine) 주파수 오프셋 추정을 수행하는 제2 주파수 오프셋 추정부를 포함한다.
제1 주파수 오프셋 추정부는 직류(DC) 부근의 주파수 성분을 대상으로 주파수 오프셋을 추정할 수 있다.
가간섭성 광 수신기는 제1 주파수 오프셋 추정부를 통해 추정된 주파수 오프셋 값을 허용 주파수 오프셋 값과 비교 판단하는 판단부를 더 포함할 수 있다. 가간섭성 광 수신기는 판단부의 판단 결과에 따라, 추정된 주파수 오프셋 값이 허용 주파수 오프셋 값보다 크면 추정된 주파수 오프셋 값을 기반으로 국부 발진기의 주파수 또는 파장을 조절하여 거친(Rough) 주파수 오프셋 보상을 수행하는 제1 주파수 오프셋 보상부를 더 포함할 수 있다.
제2 주파수 오프셋 추정부는 판단부의 판단 결과에 따라, 추정된 주파수 오프셋 값이 허용 주파수 오프셋 값보다 작으면 정밀(fine) 주파수 오프셋 추정 및 보상을 수행할 수 있다.
판단부는 추정된 주파수 오프셋 값이 허용 주파수 오프셋 값보다 크면 신호 광과 출력 광 간 주파수 오프셋으로 인해 주파수 손실이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
또 다른 실시 예에 따른 가간섭성 광 수신기의 주파수 오프셋 보상방법은, 광 송신기의 신호 광과 국부 발진기의 출력 광을 수신하여 복조하는 단계와, 복조된 신호 광과 출력 광 간 주파수 오프셋을 추정하는 단계와, 추정된 주파수 오프셋 값이 미리 설정된 허용 주파수 오프셋 값보다 큰지를 판단하고, 크면 국부 발진기의 주파수 또는 파장을 조절하여 주파수 오프셋을 보상하는 단계를 포함한다.
주파수 오프셋을 추정하는 단계에서 거친(Rough) 주파수 오프셋 추정을 수행할 수 있다. 주파수 오프셋을 추정하는 단계에서 직류(DC) 부근의 주파수 성분을 대상으로 주파수 오프셋을 추정할 수 있다. 주파수 오프셋을 보상하는 단계에서 거친(Rough) 주파수 오프셋 보상을 수행할 수 있다. 허용 주파수 오프셋 값은 (샘플링 주파수/2-수신 주파수 스펙트럼의 폭/2) 및 (수신 단 대역폭-수신 주파수 스펙트럼의 폭/2) 중 최소값보다 작거나 같은 값일 수 있다.
주파수 오프셋 보상방법은, 추정된 주파수 오프셋 값이 허용 주파수 오프셋 값보다 작으면, 주파수 오프셋 추정이 이루어진 신호 광과 출력 광 간 정밀(fine) 주파수 오프셋 추정 및 보상을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
추정된 CFO 값이 허용 CFO 값보다 클 경우, CFO를 정확히 추정하더라도 신호 스펙트럼 상 주파수 성분 손실로 인한 신호 품질 저하를 막을 수 없다. 그러나 본 방법에 따르면, 추정된 CFO 값이 허용 CFO 값보다 크더라도 주파수 성분 손실 없이 CFO를 보상할 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 가간섭성 광 수신기에서 CFO으로 인한 수신 주파수 스펙트럼 이동 현상을 보여주는 신호 스펙트럼,
도 2는 본 발명이 적용되는 CFO로 인한 수신 주파수 스펙트럼 이동과 그에 따른 주파수 성분 손실을 보여주는 신호 스펙트럼,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가간섭성 광 수신기의 구성도,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 3의 CFO 보상부의 세부 구성도,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 주파수 오프셋 보상방법 방법을 도시한 흐름도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 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.
첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램인스트럭션들(실행 엔진)에 의해 수행될 수도 있으며, 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다.
이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다.
그리고 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명되는 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능들을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있으며, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하며, 또한 그 블록들 또는 단계들이 필요에 따라 해당하는 기능의 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다. 그러나 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시 예는 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공된다.
도 1은 본 발명이 적용되는 가간섭성 광 수신기에서 캐리어 주파수 오프셋으로 인한 수신 주파수 스펙트럼 이동 현상을 보여주는 신호 스펙트럼이다.
가간섭성 광 수신기는 수신하고자 하는 신호인 신호 광과, 별도의 국부발진기(Local oscillator: LO, 이하 LO라 칭함)의 출력 광을 동시에 수신하고, 수신 후 발생하는 광 비팅(beating) 성분을 이용하여 신호를 검출한다. 이때, 신호 광과 LO의 출력 광의 주파수 또는 파장은 동일하게 유지되어야 한다. 그러나 현실적으로 두 광의 주파수에는 오차가 발생하는데, 이를 캐리어 주파수 오프셋(Carrier frequency offset: CFO, 이하 CFO라 칭함)이라고 한다. CFO가 발생하면, 도 1에 도시된 바와 같이 수신한 신호 스펙트럼 상에서 CFO에 의한 주파수 이동이 발생하고, 이로 인해 복구된 신호에 왜곡이 생기게 된다.
도 2는 본 발명이 적용되는 CFO로 인한 수신 주파수 스펙트럼 이동과 그에 따른 주파수 성분 손실을 보여주는 신호 스펙트럼이다.
CFO는 주로 레이저의 불안정성 때문에 발생하는데, 최근 사용되고 있는 신호 광 및 LO 출력 광은 대략 수 기가(Giga) 정도의 주파수 오차를 가진다. 따라서, 수 기가 수준의 넓은 CFO를 보상하여야 하기 위한 방법이 필요하다. 직교주파수 분할 다중화 방식(Coherent optical orthogonal frequency division multiplexing: OFDM, 이하 OFDM이라 칭함) 등 CFO에 민감한 시스템 위주로 CFO 보상 방법이 있다. 이하, OFDM 방식을 중심으로 설명하나, 가간섭성 광 수신기를 필요로 하는 모든 통신방식에 적용될 수 있다.
OFDM 등의 가간섭성 광전송 분야에서 CFO 보상에 관한 방법들이 있는데, 그 중 CFO 보상범위는 CFO 보상 알고리즘의 중요한 성능지표 중 하나이다. 일반적으로 디지털 신호 프로세서(digital signal processor) 상에서 CFO를 추정하고, 추정한 CFO에 기반하여 스펙트럼 상의 평행이동을 원상복구 하는 방법으로 CFO를 보상한다. 이는 광 수신 후 아날로그 디지털 변환(analog-to-digital conversion: ADC, 이하 ADC라 칭함) 처리 후에 CFO 추정 및 보상이 이루어짐을 의미한다. 그러나 이 방식은 후술하는 CFO에 의한 성능 열화 요인을 해결하지 못한다.
도 1에서 보였듯이, 수신신호의 스펙트럼은 CFO에 의해 평행 이동하게 된다. 따라서, 이동된 주파수 스펙트럼을 손실 없이 모두 수신하기 위해서는 더 넓은 광 수신기의 대역폭이 필요하게 된다. 또한 나이퀴스트(Nyquist) 샘플링 조건을 만족시키기 위하여, 이동된 주파수 스펙트럼의 최대값은 ADC의 샘플링 주파수의 절반보다 작아야 한다. 이 조건을 식으로 표현하면 아래와 같다.
Figure pat00001
Figure pat00002
.. 식 1
식 1에 있어서, ΔfCFO는 CFO 값을, fdata는 수신 주파수 스펙트럼의 폭을, fs는 샘플링 주파수를, BRec는 수신 단 대역폭을, Δfallowed 는 두 부등식을 동시에 만족시키는 허용 가능한 CFO 값을 나타낸다. 수신 단은 광전소자(PhotoDiode: PD), ADC, 증폭기 등을 포함할 수 있다. 추정된 CFO 값(ΔfCFO )이 허용 CFO 값(Δfallowed)보다 크다면, 신호 스펙트럼의 끝단에 위치하는 주파수 성분이 손실되거나 왜곡된다. 도 2는 그 일례로써, 광 수신기의 대역폭이 제한될 경우, CFO에 의해 신호성분이 손실되는 것을 보여주고 있다.
상술한 요인에 의해 발생하는 CFO에 의한 성능 열화는, DSP 기반의 CFO 보상기법을 이용해서 막을 수 없다. 예를 들어, 주파수 손실 후 남아있는 주파수 성분을 이용해서 CFO 값을 정확히 추정한다고 해도, 손실된 주파수 성분에 담겨 있는 사용자의 데이터는 DSP로 복구할 수 없다. 본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가간섭성 광 수신기의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 가간섭성 광 수신기는 복조기(2)와 신호 처리부(3)를 포함한다. 도 3은 본 발명의 실시 예 중 하나로, 가간섭성 광 OFDM 시스템에서 본 발명을 적용한 예를 그림으로 나타낸 것이다.
복조기(2)는 광 송신기로부터 수신하고자 하는 신호인 신호 광을 수신하고, LO(1)로부터 출력 광을 수신하여 이들을 복조한다. 이때, 복조기(2)는 신호 광과 출력 광을 동시에 수신한다.
신호 처리부(3)는 복조기(2)를 통해 복조된 신호를 신호 처리한다. 일 실시 예에 따른 신호 처리부(3)는 복조된 신호 광과 LO 출력 광 간 CFO를 추정한다. 그리고 추정된 CFO 값(ΔfCFO)이 미리 설정된 허용 CFO 값(Δfallowed)보다 큰지를 판단한다. 큰 경우, 신호 처리부(3)는 LO(1)의 주파수 또는 파장을 조절하여 CFO를 보상한다. CFO 추정은 대략적으로 CFO를 추정하는 거친 주파수 오프셋 추정(Rough CFO estimation)일 수 있다. 이에 비해, 추정된 CFO 값(ΔfCFO)이 허용 CFO 값(Δfallowed) 보다 작으면, 신호 처리부(3)는 CFO 추정이 이루어진 신호 광과 출력 광 간 정밀 CFO 추정 및 보상(Fine CFO compensation)을 수행할 수 있다. 이하, 신호 처리부(3)가 LO(1)의 주파수 또는 파장을 조절한다는 것은, LO(1)의 출력 광의 주파수 또는 파장을 조절하는 것과 동일한 의미로 사용된다. 허용 CFO 값(Δfallowed)은 샘플링 주파수(fs)/2-수신 주파수 스펙트럼의 폭(fdata)/2과, 수신 단 대역폭(BRec)-수신 주파수 스펙트럼의 폭(fdata)/2 중 최소값(min)보다 작거나 같은 값일 수 있다.
일 실시 예에 따른 신호 처리부(3)는 1차로 신호 광과 출력 광 간 거친 CFO 추정을 수행하고, 거친 CFO 추정이 이루어진 신호 광과 출력 광을 대상으로 2차로 정밀 CFO 추정을 수행한다. 이에 대한 실시 예는 도 4를 참조로 하여 후술한다.
일 실시 예에 따른 신호 처리부(3)는 도 3에 도시된 바와 같이, ADC(30)와 DSP(32)를 포함한다. ADC(30)는 복조된 신호 광과 출력 광을 아날로그 형태에서 디지털 형태로 변환한다. DSP(32)는 디지털 변환된 신호 광과 출력 광을 대상으로 CFO를 추정하고 추정된 CFO를 기반으로 CFO를 보상한다. 전술한 기능을 수행하는 엘리먼트가 CFO 보상부(322)이다. DSP(32)는 시간 동기화부(320), CFO 보상부(322), FFT부(324) 등을 포함한다. 도 3에서는 DSP(32) 구성 중 본 발명과 관련된 구성요소들만을 기재하였으나, 그 구성요소는 이에 한정되지 않는다. 도 3에서는 CFO 보상부(322)가 FFT부(324) 이전에 위치하고 있으나, CFO 보상부(322)는 FFT부(324) 이후에 위치할 수 있다. 또는 FFT부(324) 이전 및 FFT부(324) 이후 모두에 위치할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 3의 CFO 보상부의 세부 구성도이다.
도 4를 참조하면, CFO 보상부(322)는 제1 CFO 추정부(3220), 판단부(3221) 제2 CFO 추정부(3222) 및 제1 CFO 보상부(3224)를 포함한다.
제1 CFO 추정부(3220)는 대략적으로 거친(rough) CFO 추정 값(ΔfCFO)을 산출한다. 판단부(3221)는 제1 CFO 추정부(3220)를 통해 추정된 CFO 값(ΔfCFO)과 미리 설정된 특정 값을 비교한다. 이때, 특정 값은 허용 CFO 값(Δfallowed) 보다 작거나 같다. 다시 말해, 판단부(3221)는 CFO로 인해 주파수 성분 손실이 일어날지 여부를 판별한다. 추정된 CFO 값(ΔfCFO)이 허용 CFO 값(Δfallowed)보다 크면 주파수 성분 손실이 일어난 것으로 판단할 수 있다. 허용 CFO 값(Δfallowed)은 샘플링 주파수(fs)/2-수신 주파수 스펙트럼의 폭(fdata)/2과, 수신 단 대역폭(BRec)-수신 주파수 스펙트럼의 폭(fdata)/2 중 최소값(min)보다 작거나 같은 값일 수 있다.
판단부(3221)의 판단 결과, 추정된 CFO 값(ΔfCFO)이 허용 CFO 값(Δfallowed)보다 크면, 제1 CFO 보상부(3224)를 통해 LO의 주파수 또는 파장을 조절하여 CFO를 보상한다. 이때, CFO 보상은 거친 CFO 보상일 수 있다. CFO 보상이 수행되면, 다시 제1 CFO 추정부(3220)가 그 기능을 수행한다. LO의 파장을 조절해야 하므로, LO에는 파장 가변 레이저를 사용할 수 있다. LO의 주파수를 조절하여 CFO 보상을 수행하는 경우, CFO로 인한 수신 주파수 스펙트럼 이동을 원천적으로 막아 주파수 성분 손실을 근본적으로 없앨 수 있다.
LO의 파장 또는 주파수를 변경하는 방식은 다양하다. 예를 들어, 레이저의 공진기 길이를 변경하는 방식을 이용할 수 있다. 길이를 변경하는 방식의 예로는 공진기의 길이를 기계적으로 직접 변경하는 방식이 있다. 또 다른 예로, 공진기의 온도를 변경해서 공진기 유효 길이를 변경하는 방식이 있다. 온도를 변경하면, 공진기 내 매질의 굴절률이 변경되어 공진기의 유효 길이가 변경된다. 그러나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 실시 예일 뿐, LO의 파장 또는 주파수를 변경하는 기존의 방식 또는 미래에 등장할 방식들을 모두 활용할 수 있다.
제1 CFO 보상부(3224)를 통한 LO의 주파수 또는 파장 조절은 추정된 CFO 값(ΔfCFO)이 허용 CFO 값(Δfallowed) 보다 작을 때까지 반복 수행될 수 있다. 예를 들어, 제1 CFO 추정부(3220)의 거친 CFO 추정에 따라, CFO 추정 값(ΔfCFO)이 허용 CFO 값(Δfallowed) 보다 크면, 제1 CFO 보상부(3224)를 통해 LO의 주파수 또는 파장을 조절하여 거친 CFO 보상을 수행한다. 이후, 거친 CFO 보상이 이루어진 출력 광과 신호 광을 복조기를 통해 복조하고 ADC 변환한 뒤, 제1 CFO 추정부(3220)를 통해 다시 거친 CFO 추정을 수행한다. 전술한 동작은 CFO 추정 값(ΔfCFO)이 허용 CFO 값(Δfallowed) 보다 작을 때까지 반복적으로 이루어진다.
판단부(3221)의 판단 결과, 추정된 CFO 값(ΔfCFO)이 허용 CFO 값(Δfallowed) 보다 작다면, 제1 CFO 보상부(3224)를 통한 LO 주파수 조절을 수행하지 않고, 제2 CFO 추정부(3222)의 동작을 수행한다. 제2 CFO 추정부(3222)는 좀 더 세밀한 정밀(fine) CFO 추정을 통해 CFO를 완벽하게 보상하며, 이를 위해 기존의 CFO 보상 알고리즘을 적용할 수 있다. 단, 추정된 CFO 값(ΔfCFO)이 허용 CFO 값(Δfallowed) 보다 작은 상황이므로, 알고리즘 내에서 추정해야 할 CFO 범위를 좁혀 시스템 자원 소모를 줄일 수 있다.
추정된 CFO 값(ΔfCFO)이 허용 CFO 값(Δfallowed)보다 큰 경우, 주파수 성분 손실이 발생하므로 제1 CFO 추정부(3220)의 CFO 추정에서 오차가 생길 수 있다는 점을 지적할 수 있다. 그러나 제1 CFO 추정부(3220)에서 측정된 CFO 값에서 허용되는 오차는 허용 CFO 값(Δfallowed)과 같아 매우 크므로, 대부분의 경우 큰 문제가 되지 않는다. 그러나 이 부분을 개선하기 위해, 제1 CFO 추정부(3220)에서의 CFO 추정은 DC 부근의 주파수 성분만 사용하도록 할 수도 있다. 식 1을 만족시키지 못해 끝 부분의 주파수 성분이 손실되어도, DC 부근의 주파수 성분은 남아있기 때문이다. 또, 제1 CFO 추정부(3220)의 허용 오차가 매우 크기 때문에, 제1 CFO 추정부(3220)의 CFO 추정 알고리즘을 최대한 간략화 하여 시스템 자원 소모를 줄일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 주파수 오프셋 보상방법 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 가간섭성 광 수신기는 광 송신기의 신호 광과 국부 발진기의 출력 광을 수신하여 복조한다. 이어서, 복조된 신호 광과 출력 광 간 거친 CFO 추정 값(ΔfCFO)을 산출한다(500). CFO 추정은 직류(DC) 부근의 주파수 성분을 대상으로 이루어질 수 있다.
이어서, 가간섭성 광 수신기는 추정된 CFO 값(ΔfCFO)과 허용 CFO 값(Δfallowed)을 비교한다(510). 추정된 CFO 값(ΔfCFO)이 허용 CFO 값(Δfallowed)보다 크면, LO의 주파수 또는 파장을 조절하여 거친 CFO 보상을 수행한다(520). 거친 CFO 보상 이후, 다시 거친 CFO 추정 단계(500)로 돌아가, 추정된 CFO 값(ΔfCFO)이 허용 CFO 값(Δfallowed)보다 작아질 때까지 전술한 동작이 반복 수행된다.
추정된 CFO 값(ΔfCFO)이 허용 CFO 값(Δfallowed)보다 작으면, 가간섭성 광 수신기는 거친 CFO 추정이 이루어진 신호 광과 출력 광 간 정밀(fine) CFO 추정 및 보상을 수행한다(530). 허용 CFO 값(Δfallowed)은 샘플링 주파수(fs)/2-수신 주파수 스펙트럼의 폭(fdata)/2과, 수신 단 대역폭(BRec)-수신 주파수 스펙트럼의 폭(fdata)/2 중 최소값(min)보다 작거나 같은 값일 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 국부 발진기 2: 복조기
3: 신호 처리부 30: ADC
32: DSP 320: 시간 동기화부
322: CFO 보상부 324: FFT부
3220: 제1 CFO 추정부 3221: 판단부
3222: 제2 CFO 추정부 3224: 제1 CFO 보상부

Claims (20)

  1. 광 송신기의 신호 광과 국부 발진기의 출력 광을 수신하여 복조하는 복조기; 및
    복조된 신호 광과 출력 광 간 주파수 오프셋을 추정하고 추정된 주파수 오프셋 값이 미리 설정된 허용 주파수 오프셋 값보다 큰지를 판단하며 크면 상기 국부 발진기의 주파수 또는 파장을 조절하여 주파수 오프셋을 보상하는 신호 처리부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가간섭성 광 수신기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 신호 처리부는
    거친(Rough) 주파수 오프셋 추정 및 보상을 수행하는 것을 특징으로 하는 가간섭성 광 수신기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    허용 주파수 오프셋 값은 (샘플링 주파수/2-수신 주파수 스펙트럼의 폭/2) 및 (수신 단 대역폭-수신 주파수 스펙트럼의 폭/2) 중 최소값보다 작거나 같은 값인 것을 특징으로 하는 가간섭성 광 수신기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 신호 처리부는
    추정된 주파수 오프셋 값이 허용 주파수 오프셋 값보다 작으면, 주파수 오프셋 추정이 이루어진 신호 광과 출력 광을 대상으로 정밀(fine) 주파수 오프셋 추정 및 보상을 수행하는 것을 특징으로 하는 가간섭성 광 수신기.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 신호 처리부는
    복조된 신호 광과 출력 광을 아날로그 형태에서 디지털 형태로 변환하는 아날로그 디지털 변환기; 및
    디지털 변환된 신호들로부터 신호 광과 출력 광 간 주파수 오프셋을 추정 및 보상하는 디지털 신호 프로세서; 를 포함하며,
    주파수 오프셋 추정 및 보상은 상기 디지털 신호 프로세서에서 수행되는 것을 특징으로 하는 가간섭성 광 수신기.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 신호 처리부는
    푸리에 변환 이전 또는 이후 또는 이전 및 이후에서 주파수 오프셋을 추정 및 보상하는 것을 특징으로 하는 가간섭성 광 수신기.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 신호 처리부는
    직류(DC) 부근의 주파수 성분을 대상으로 주파수 오프셋을 추정하는 것을 특징으로 하는 가간섭성 광 수신기.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 신호 처리부는
    추정된 주파수 오프셋 값이 허용 주파수 오프셋 값보다 작을 때까지 국부 발진기의 주파수 또는 파장 조절을 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 가간섭성 광 수신기.
  9. 광 송신기의 신호 광과 국부 발진기의 출력 광을 수신하여 복조하는 복조기;
    신호 광과 출력 광 간 거친(Rough) 주파수 오프셋 추정을 수행하는 제1 주파수 오프셋 추정부; 및
    거친(Rough) 주파수 오프셋 추정이 이루어진 신호 광과 출력 광 간 정밀(fine) 주파수 오프셋 추정을 수행하는 제2 주파수 오프셋 추정부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가간섭성 광 수신기.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제1 주파수 오프셋 추정부는
    직류(DC) 부근의 주파수 성분을 대상으로 주파수 오프셋을 추정하는 것을 특징으로 하는 가간섭성 광 수신기.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 가간섭성 광 수신기는
    상기 제1 주파수 오프셋 추정부를 통해 추정된 주파수 오프셋 값을 허용 주파수 오프셋 값과 비교 판단하는 판단부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가간섭성 광 수신기.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 가간섭성 광 수신기는
    상기 판단부의 판단 결과에 따라, 추정된 주파수 오프셋 값이 허용 주파수 오프셋 값보다 크면 추정된 주파수 오프셋 값을 기반으로 국부 발진기의 주파수 또는 파장을 조절하여 거친(Rough) 주파수 오프셋 보상을 수행하는 제1 주파수 오프셋 보상부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가간섭성 광 수신기.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 제2 주파수 오프셋 추정부는
    상기 판단부의 판단 결과에 따라, 추정된 주파수 오프셋 값이 허용 주파수 오프셋 값보다 작으면 정밀(fine) 주파수 오프셋 추정 및 보상을 수행하는 것을 특징으로 하는 가간섭성 광 수신기.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 판단부는
    추정된 주파수 오프셋 값이 허용 주파수 오프셋 값보다 크면 신호 광과 출력 광 간 주파수 오프셋으로 인해 주파수 손실이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 가간섭성 광 수신기.
  15. 광 송신기의 신호 광과 국부 발진기의 출력 광을 수신하여 복조하는 단계;
    복조된 신호 광과 출력 광 간 주파수 오프셋을 추정하는 단계; 및
    추정된 주파수 오프셋 값이 미리 설정된 허용 주파수 오프셋 값보다 큰지를 판단하고, 크면 상기 국부 발진기의 주파수 또는 파장을 조절하여 주파수 오프셋을 보상하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가간섭성 광 수신기의 주파수 오프셋 보상방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 주파수 오프셋을 추정하는 단계는
    거친(Rough) 주파수 오프셋 추정을 수행하는 것을 특징으로 하는 가간섭성 광 수신기의 주파수 오프셋 보상방법.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 주파수 오프셋을 추정하는 단계는
    직류(DC) 부근의 주파수 성분을 대상으로 주파수 오프셋을 추정하는 것을 특징으로 하는 가간섭성 광 수신기의 주파수 오프셋 보상방법.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 주파수 오프셋을 보상하는 단계는
    거친(Rough) 주파수 오프셋 보상을 수행하는 것을 특징으로 하는 가간섭성 광 수신기의 주파수 오프셋 보상방법.
  19. 제 15 항에 있어서,
    허용 주파수 오프셋 값은 (샘플링 주파수/2-수신 주파수 스펙트럼의 폭/2) 및 (수신 단 대역폭-수신 주파수 스펙트럼의 폭/2) 중 최소값보다 작거나 같은 값인 것을 특징으로 하는 가간섭성 광 수신기의 주파수 오프셋 보상방법.
  20. 제 15 항에 있어서, 상기 주파수 오프셋 보상방법은
    추정된 주파수 오프셋 값이 허용 주파수 오프셋 값보다 작으면, 주파수 오프셋 추정이 이루어진 신호 광과 출력 광 간 정밀(fine) 주파수 오프셋 추정 및 보상을 수행하는 단계;
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