KR100594155B1

KR100594155B1 - 색분산에 강한 이중 바이너리 광송신기

Info

Publication number: KR100594155B1
Application number: KR1020040078766A
Authority: KR
Inventors: 이재훈; 김병직; 황성택
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-10-04
Filing date: 2004-10-04
Publication date: 2006-06-28
Anticipated expiration: 2024-10-04
Also published as: JP2006106743A; US20060072924A1; KR20060029903A

Abstract

본 발명에 따른 색분산에 강한 이중 바이너리 광송신기는, 입력된 이진 데이터로부터 2-레벨의 제1 신호와 상기 제1 신호를 반전시킨 파형을 갖는 제2 신호를 생성하기 위한 전부호화기와; 상기 제1 및 제2 신호들에 따라 입력된 광을 변조하여 상대 위상편이 변조된 광신호를 생성하기 위한 마하젠더 변조기와; 상기 상대 위상편이 변조된 광신호를 제1 및 제2 분기 신호들로 분할하고, 상기 제2 분기 신호를 지연시키며, 상기 제1 분기 신호와 상기 지연된 제2 분기 신호를 간섭시켜서 이중 바이너리 광신호를 생성하기 위한 지연 간섭계를 포함하며, 상기 지연 시간은 0.5~0.8 비트로 설정된다.

이중 바이너리 광송신기, 마하젠더 변조기, 지연 간섭계, 색분산

Description

색분산에 강한 이중 바이너리 광송신기{DISPERSION TOLERANT DUOBINARY OPTICAL TRANSMITTER}

도 1은 전형전인 이중 바이너리 광송신기를 나타내는 도면,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이중 바이너리 광송신기를 나타내는 도면,

도 3은 도 2에 도시된 광송신기의 지연 시간을 0.8 비트로 설정한 경우에 얻어지는 이중 바이너리 광신호를 백-투-백에서 모니터링한 아이 다이어그램을 나타낸 도면,

도 4는 도 2에 도시된 광송신기의 지연 시간을 0.8 비트로 설정한 경우에 얻어지는 이중 바이너리 광신호가 160㎞ 전송된 후 모니터링한 아이 다이어그램을 나타낸 도면,

도 5는 도 2에 도시된 광송신기의 지연 시간을 1 비트로 설정한 경우에 얻어지는 이중 바이너리 광신호를 백-투-백에서 모니터링한 아이 다이어그램을 나타낸 도면,

도 6은 도 2에 도시된 광송신기의 지연 시간을 1 비트로 설정한 경우에 얻어지는 이중 바이너리 광신호가 160㎞ 전송된 후 모니터링한 아이 다이어그램을 나타 낸 도면,

도 7은 도 2에 도시된 광송신기의 지연 시간에 따른 수신 감도 변화를 나타내는 도면,

도 8은 도 2에 도시된 광송신기의 지연 시간을 0.7T로 한 경우와 1.0T로 한 경우를 비교한 도면,

도 9는 도 2에 도시된 광송신기의 최적 지연 시간 범위를 나타내는 도면.

본 발명은 광송신기에 관한 것으로서, 특히 마하젠더 변조기(Mach-Zehnder modulator)와 지연 간섭계(delay interferometer)를 이용하여 이중 바이너리 광신호(duobinary optical signal)를 출력하기 위한 이중 바이너리 광송신기에 관한 것이다.

광통신 시스템의 변조 방식은 전송 속도의 증가와 효율적인 정보 전송을 위해 다양하게 발전하고 있다. 기존의 OOK(on-off keying) 변조 방식은 광신호의 스펙트럼(spectrum)이 넓고, 광섬유의 색분산(chromatic dispersion)에 영향을 많이 받는다는 단점이 있다. 이에 비하여, 이중 바이너리(duobinary) 변조 방식은 광신호의 스펙트럼이 좁고, 광섬유의 색분산에 영향을 덜 받는다는 이점이 있다.

도 1은 전형전인 이중 바이너리 광송신기를 나타내는 도면이다. 상기 광송신 기는 펄스 패턴 생성기(pulse pattern generator: PPG, 110)와, 전부호화기(precoder, 120)와, 제1 및 제2 저대역 여파기들(low pass filter: LPF, 130,140)과, 제1 및 제2 증폭기들(amplifier: AMP, 150,160)과, 광원(light source: LS, 170)과, 마하젠더 변조기(MZM, 180)를 포함한다.

상기 펄스 패턴 생성기(110)는 이진 데이터(binary data, 112)를 출력하며, 상기 전부호화기는 상기 이진 데이터(112)를 2-레벨 신호로 전부호화한 제1 신호(122)와, 상기 제1 신호(122)를 반전시킨 파형을 갖는 제2 신호(124)를 출력한다. 상기 제1 저대역 여파기(130)는 상기 제1 신호(122)를 3-레벨 신호로 변환시킨 제3 신호(132)를 출력하고, 상기 제2 저대역 여파기(140)는 상기 제2 신호(124)를 3-레벨 신호로 변환시킨 제4 신호(142)를 출력한다. 상기 제1 증폭기(150)는 상기 제3 신호(132)를 증폭하여 출력하고, 상기 제2 증폭기(160)는 상기 제4 신호(142)를 증폭하여 출력한다. 상기 광원(170)은 DFB(distributed feedback) 레이저로서 기설정된 파장을 갖는 광(172)을 출력하고, 상기 마하젠더 변조기(180)는 상기 증폭된 제3 신호(152) 및 증폭된 제4 신호(162)에 따라 상기 광원(172)으로부터 입력된 광을 변조하여 2-레벨의 이중 바이너리 광신호(182)를 출력한다.

그러나, 상술한 바와 같은 광송신기는 3-레벨의 제3 및 제4 신호들을 사용하기 때문에, 상기 제1 및 제2 증폭기의 비선형성으로 인해 상기 마하젠더 변조기로부터 출력되는 2-레벨 이중 바이너리 광신호의 품질이 저하된다는 문제점이 있다.

이를 극복하기 위해, 2-레벨의 신호를 마하젠더 변조기에 인가하여 2-레벨의 이중 바이너리 광신호를 생성하는 방법이 제안된 바 있으며, 이 방법에 따른 광송 신기는 전부호화기로부터 출력된 2-레벨의 신호들을 마하젠더 변조기에 인가하여 상대 위상편이(differential phase shift keying: DPSK) 변조된 광신호를 생성하며, 상기 광신호를 1-비트 지연 간섭계에 입력시켜서 2-레벨의 이중 바이너리 광신호를 생성한다.

그러나, 이러한 방법에 의해 생성된 이중 바이너리 광신호는 광섬유의 색분산에 매우 취약한 것으로 알려져 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 광섬유의 색분산에 강한 이중 바이너리 광송신기를 제공함에 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 색분산에 강한 이중 바이너리 광송신기는, 입력된 이진 데이터로부터 2-레벨의 제1 신호와 상기 제1 신호를 반전시킨 파형을 갖는 제2 신호를 생성하기 위한 전부호화기와; 상기 제1 및 제2 신호들에 따라 입력된 광을 변조하여 상대 위상편이 변조된 광신호를 생성하기 위한 마하젠더 변조기와; 상기 상대 위상편이 변조된 광신호를 제1 및 제2 분기 신호들로 분할하고, 상기 제2 분기 신호를 지연시키며, 상기 제1 분기 신호와 상기 지연된 제2 분기 신호를 간섭시켜서 이중 바이너리 광신호를 생성하기 위한 지연 간섭계를 포함하며, 상기 지연 시간은 0.5~0.8 비트로 설정된다.

이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능이나 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이중 바이너리 광송신기를 나타내는 도면이다. 상기 광송신기는 광원(240)과, 전부호화기(210)와, 제1 및 제2 증폭기들(220,230)과, 마하젠더 변조기(250)와, 지연 간섭계(DI, 300)를 포함한다.

상기 전부호화기(210)는 입력된 비영복귀(non-return-to-zero: NRZ) 이진 데이터를 전부호화하고, 상기 전부호화된 신호(또는, 2-레벨 신호)를 2 분기하며, 상기 분기된 신호들 중 하나를 반전시켜서 나머지 분기 신호(제1 신호)(212)와 반전된 분기 신호(제2 신호)(214)를 출력한다. 상기 전부호화기(210)는 1 비트(bit) 지연 소자 및 배타 논리합(exclusive-OR) 소자와, 상기 지연 소자 및 배타 논리합 소자의 출력을 2 분기하기 위한 분기 수단(예를 들어, 도선의 병렬 연결)과, 분기된 두 신호들 중 하나를 반전시키기 위한 반전기(inverter)를 포함할 수 있다.

상기 제1 증폭기(220)는 변조기 드라이버(modualtor driver)로서 상기 전부호화기(210)로부터 입력된 제1 신호(212)를 증폭하여 출력하고, 상기 제2 증폭기(230)는 변조기 드라이버로서 상기 전부호화기(210)로부터 입력된 제2 신호(214)를 증폭하여 출력한다.

상기 광원(240)은 기설정된 파장의 광(242)을 출력하며, 상기 광원(240)으로는 연속발진 레이저(CW laser), DFB 레이저 등을 사용할 수 있다.

상기 마하젠더 변조기(250)는 상기 증폭된 제1 신호(222) 및 증폭된 제2 신 호(232)에 따라 상기 광원(240)으로부터 입력된 광(242)을 변조하여 얻어진 비영복귀-상대위상편이변조(NRZ-DPSK)된 광신호를 출력한다. 상기 마하젠더 변조기(290)는 이중 암(dual-arm)을 가지며, 상기 증폭된 제1 신호(222)는 상기 이중 암 중 하나에 인가되고, 상기 증폭된 제2 신호(232)는 나머지 암에 인가된다. 상기 마하젠더 광변조기(250)로는 이중 암(dual-arm)을 갖는 LiNbO₃ 변조기를 사용할 수 있다.

상기 지연 간섭계(300)는 분할기(splitter, 260)와, 지연기(delay,270)와, 결합기(coupler, 280)를 포함하며, 상기 비영복귀-상대위상편이변조된 광신호(252)를 제1 및 제2 분기 신호들(262,264)로 분할하고, 상기 제2 분기 신호(264)를 지연시키며, 상기 제1 분기 신호(262)와 상기 지연된 제2 분기 신호(272)를 간섭시켜서 얻어진 이중 바이너리 광신호(282)를 출력한다.

상기 분할기(260)는 상기 마하젠더 변조기(250)로부터 입력된 비영복귀-상대위상편이변조된 광신호(252)를 제1 및 제2 분기 신호들(262,264)로 분할한다.

상기 지연기(270)는 상기 분할기(260)로부터 입력된 제2 분기 신호(264)를 지연시켜서 출력하며, 상기 지연기(270)의 지연 시간은 0.5~0.8 비트로 설정되는 것이 바람직하다.

상기 결합기(280)는 상기 분할기(260)로부터 입력된 제1 분기 신호(262)와 상기 지연기(270)로부터 입력된 지연된 제2 분기 신호(272)를 간섭시켜서 얻어진 이중 바이너리 광신호(282)를 출력한다.

도 3은 상기 광송신기의 지연 시간을 0.8 비트로 설정한 경우에 얻어지는 이 중 바이너리 광신호를 백-투-백(back-to-back)에서 모니터링한 아이 다이어그램(eye diagram)을 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이, 상기 지연기(270)의 지연 시간을 0.8 비트로 설정한 경우에, 상기 이중 바이너리 광신호는 백-투-백에서 넓은 윈도우(window)(또는 아이)(310)를 가지며, 0-레일(zero rail)(320)에서 주기적인 리플(ripple)(330)을 갖는 것을 알 수 있다. 상기 이중 바이너리 광신호가 0-레일(320)에서 주기적인 리플(330)을 가짐으로 인하여, 상기 이중 바이너리 광신호의 분산 특성이 향상되는 것을 이하 상술하는 바와 같이 실험적으로 알 수 있다.

도 4는 상기 광송신기의 지연 시간을 0.8 비트로 설정한 경우에 얻어지는 이중 바이너리 광신호가 160㎞ 전송된 후 모니터링한 아이 다이어그램을 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이, 백-투백의 경우에 비하여 좁기는 하지만, 상기 이중 바이너리 광신호의 윈도우(340)가 넓게 열려 있음을 알 수 있다.

도 5는 상기 광송신기의 지연 시간을 1 비트로 설정한 경우에 얻어지는 이중 바이너리 광신호를 백-투-백에서 모니터링한 아이 다이어그램을 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이, 상기 지연기(270)의 지연 시간을 1 비트로 설정한 경우에, 상기 이중 바이너리 광신호는 백-투-백에서 넓은 윈도우(410)를 가지지만, 0-레일(420)에서 주기적인 리플은 갖지 않는 것을 알 수 있다.

도 6은 상기 광송신기의 지연 시간을 1 비트로 설정한 경우에 얻어지는 이중 바이너리 광신호가 160㎞ 전송된 후 모니터링한 아이 다이어그램을 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이, 상기 지연기(270)의 지연 시간을 0.8 비트로 설정한 경우에 비하여, 광섬유의 색분산에 의해 상기 이중 바이너리 광신호의 윈도우(430)가 상당 히 좁아진 것을 알 수 있으며, 전체적인 파형이 심하게 왜곡된 것을 알 수 있다.

도 7은 상기 광송신기의 지연 시간에 따른 수신 감도 변화를 나타내는 도면이다. 이 때, 전송 거리는 상기 광송신기로부터 출력되는 이중 바이너리 광신호를 표준 단일 모드 광섬유(standard single mode fiber) 내로 전파시킨 거리를 나타내며, T는 1 비트에 해당하는 지연 시간 상수를 나타내며, t는 지연 시간 변수를 나타낸다. -21~-16 dBm의 범위로 표현된 등가선들은 각각 해당 수신 감도(receiver sensitivity)를 나타낸다. 전송 거리가 0 ㎞인 경우에는 지연 시간이 1.0T인 경우가 가장 양호한 수신 감도를 나타내며, 전송 거리가 늘어날 수록 지연 시간이 0.5T~0.8T인 경우가 가장 양호한 수신 감도를 나타내게 됨을 알 수 있다.

도 8은 상기 광송신기의 지연 시간을 0.7T로 한 경우와 1.0T로 한 경우를 비교한 도면이다. 도시된 바와 같이, 상기 지연기(270)의 지연 시간을 0.7T로 설정한 경우에 1.0T로 설정한 경우에 비하여 광섬유의 색분산을 보상할 필요없이 전송 거리를 약 2배 이상 증가시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 즉, 지연 시간이 1.0T인 경우에 약 100㎞까지 -19 dBm 이하의 수신 감도를 얻을 수 있으나, 지연 시간이 0.7T인 경우에는 약 200㎞까지 -19 dBm 이하의 수신 감도를 얻을 수 있다.

도 9는 상기 광송신기의 최적 지연 시간 범위를 나타내는 도면이다. 통상적인 광통신 시스템에서는 분산 보상을 위한 광중계기들(optical repeater)간의 거리를 나타내는 스팬(span)을 80㎞로 설정하는 경우가 많다. 도시된 바와 같이, 상기 광송신기의 지연 시간을 0.5T~0.8T로 설정한 경우에 광신호를 2 스팬에서 분산 보상없이 전송하는 것이 가능함을 알 수 있다. 즉, 상기 광송신기를 기존의 80㎞ 스 팬의 광통신 시스템에 적용하다면, 광중계기들의 수를 반으로 줄일 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 이중 바이너리 광송신기는 저대역 여과기를 사용하지 않고 지연 간섭계의 지연 시간을 0.5~0.8 비트로 설정함으로써 광섬유의 색분산에 강하며, 이로 인해 상기 광송신기를 적용한 광통신 시스템의 구현 비용을 절감할 수 있다는 이점이 있다.

Claims

이중 바이너리 광송신기에 있어서,

입력된 이진 데이터로부터 2-레벨의 제1 신호와 상기 제1 신호를 반전시킨 파형을 갖는 제2 신호를 생성하기 위한 전부호화기와;

상기 제1 및 제2 신호들에 따라 입력된 광을 변조하여 상대 위상편이 변조된 광신호를 생성하기 위한 마하젠더 변조기와;

상기 상대 위상편이 변조된 광신호를 제1 및 제2 분기 신호들로 분할하고, 상기 제2 분기 신호를 지연시키며, 상기 제1 분기 신호와 상기 지연된 제2 분기 신호를 간섭시켜서 이중 바이너리 광신호를 생성하기 위한 지연 간섭계를 포함하며,

상기 지연 시간은 0.5~0.8 비트로 설정됨을 특징으로 하는 색분산에 강한 이중 바이너리 광송신기.
제1항에 있어서,

상기 이진 데이터는 비영복귀 이진 데이터임을 특징으로 하는 색분산에 강한 이중 바이너리 광송신기.
제1항에 있어서,

상기 전부호화기는 입력된 이진 데이터를 2-레벨 신호로 전부호화하고, 상기 전부호화된 신호를 2 분기하며, 상기 분기된 신호들 중 하나를 반전시켜서 나머지 분기 신호인 제1 신호와 반전된 분기 신호인 제2 신호를 출력함을 특징으로 하는 색분산에 강한 이중 바이너리 광송신기.
제1항에 있어서,

상기 전부호화기로부터 입력된 제1 신호를 증폭하여 상기 마하젠더 변조기에 입력시키기 위한 제1 증폭기와;

상기 전부호화기로부터 입력된 제2 신호를 증폭하여 상기 마하젠더 변조기에 입력시키기 위한 제2 증폭기를 더 포함함을 특징으로 하는 색분산에 강한 이중 바이너리 광송신기.
제1항에 있어서, 상기 지연 간섭계는,

상기 마하젠더 변조기로부터 입력된 상대 위상편이 변조된 광신호를 제1 및 제2 분기 신호들로 분할하기 위한 분할기와;

상기 분할기로부터 입력된 제2 분기 신호를 지연시켜서 출력하기 위한 지연기와;

상기 분할기로부터 입력된 제1 분기 신호와 상기 지연기로부터 입력된 지연 된 제2 분기 신호를 간섭시켜서 얻어진 이중 바이너리 광신호를 출력하기 위한 결합기를 포함함을 특징으로 하는 색분산에 강한 이중 바이너리 광송신기.