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KR101466536B1 - 광 코히어런트 시스템에서의 주파수 오프셋 보상 방법 및 그 장치 - Google Patents

광 코히어런트 시스템에서의 주파수 오프셋 보상 방법 및 그 장치 Download PDF

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KR101466536B1
KR101466536B1 KR1020140031634A KR20140031634A KR101466536B1 KR 101466536 B1 KR101466536 B1 KR 101466536B1 KR 1020140031634 A KR1020140031634 A KR 1020140031634A KR 20140031634 A KR20140031634 A KR 20140031634A KR 101466536 B1 KR101466536 B1 KR 101466536B1
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KR
South Korea
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frequency offset
estimated frequency
optical
signal
compensation
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KR1020140031634A
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English (en)
Inventor
한상국
김창훈
정상민
Original Assignee
연세대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

광 코히어런트 시스템에서의 주파수 오프셋 보상 방법 및 그 장치가 개시된다. 광 코히어런트 시스템에서의 주파수 오프셋 보상 방법은 색분산 보상된 광신호에 대한 현재 주파수 오프셋을 추정하는 단계; 상기 현재 추정된 주파수 오프셋이 허용 범위를 벗어나면, 상기 현재 추정된 주파수 오프셋을 미러링하는 단계; 및 상기 미러링된 현재 추정된 주파수 오프셋을 이용하여 주파수 오프셋 보상을 수행하는 단계를 포함한다.

Description

광 코히어런트 시스템에서의 주파수 오프셋 보상 방법 및 그 장치{Method and apparatus for frequency offset compensation in optical coherent system}
본 발명은 광 코히어런트 시스템에서의 캐리어 주파수 오프셋(carrier frequency offset)을 보상할 수 있는 주파수 오프셋 보상 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
광 코히어런트 시스템은 캐리어의 위상을 이용하여 신호를 변조할 수 있기 때문에 IM/DD(Intensity Modulation/Direct Detection) 방식에 비해 대역폭을 효율적으로 사용할 수 있는 기술이다. 또한, 수신단에서 로컬 오실레이터(LO: Local Oscillator)를 사용하기 때문에 수신감도가 좋다는 장점이 있다. 하지만, 광섬유에서 발생하는 색 분산, 송신단과 수신단에 있는 광원들의 주파수 오프셋, 그리고 위상 잡음에 취약하다는 단점이 있다.
광 코히어런트 시스템에서 주파수 오프셋은 송신단의 LD(Laser Diode)와 LO의 광 주파수 차이를 의미하며, 이는 수신된 신호에 위상잡음을 일으켜 급격한 성능 저하를 일으킨다. 광원 제작의 물리적인 한계로 인해 동일한 주파수를 갖는 광원의 제작에 어려움이 있을뿐더러, 온도 및 진동으로 인한 공진조건 변화로 인해 광 주파수가 변한다는 특징이 있기 때문에 주파수 오프셋 보상과정이 필수라고 할 수 있다.
그러나, 광 코히어런트 시스템에서 종래의 주파수 오프셋을 보상하는 방법은 주파수 오프셋 보상 범위가 제한적이며, 특정 위상을 갖는 신호들만 추출하기 위해 긴 블록 사이즈가 요구되므로 하드웨어 복잡도와 연산량이 증가하는 단점이 있다.
본 발명은 광 코히어런트 시스템에서 주파수 오프셋을 정확하게 보상할 수 있는 주파수 오프셋 보상 방법 및 그 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 캐리어 주파수 오프셋 미러링을 통해 캐리어 주파수 오프셋 추정 범위를 확장함으로써 캐리어 주파수 오프셋 추정 범위의 한계를 극복할 수 있는 주파수 오프셋 보상 방법 및 그 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 광 코히어런트 시스템에서 광원의 주파수 오프셋을 보상하기 위한 하드웨어 복잡성을 낮출 수 있는 주파수 오프셋 보상 방법 및 그 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 광 코히어런트 시스템에서 캐리어 주파수 오프셋 미러링을 통해 캐리어 주파수 오프셋 추정 범위를 확장하여 보다 정확하게 주파수 오프셋을 보상할 수 있는 주파수 오프셋 보상 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 색분산 보상된 광신호에 대한 현재 주파수 오프셋을 추정하는 단계; 상기 현재 추정된 주파수 오프셋이 허용 범위를 벗어나면, 상기 현재 추정된 주파수 오프셋을 미러링하는 단계; 및 상기 미러링된 현재 추정된 주파수 오프셋을 이용하여 주파수 오프셋 보상을 수행하는 단계를 포함하는 광 코히어런트 시스텀에서의 주파수 오프셋 보상 방법이 제공될 수 있다.
상기 허용 범위는
Figure 112014025953250-pat00001
이되, 상기 Ts는 심볼 주기이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 색분산 보상된 광신호에 대한 현재 주파수 오프셋을 추정하는 단계; 상기 현재 추정된 주파수 오프셋과 이전 추정된 주파수 오프셋간의 변화량이 기준치를 초과하면, 상기 현재 추정된 주파수 오프셋을 미러링하는 단계; 및 상기 미러링된 현재 추정된 주파수 오프셋을 이용하여 주파수 오프셋 보상을 수행하는 단계를 포함하는 광 코히어런트 시스텀에서의 주파수 오프셋 보상 방법이 제공될 수 있다.
상기 변화량은 상기 현재 추정된 주파수 오프셋과 상기 이전 추정된 주파수간의 차이값에 대한 절대값이다..
상기 현재 추정된 주파수 오프셋이 허용 범위 이내이거나 상기 변화량이 기준치 이하인 경우, 상기 현재 추정된 주파수 오프셋과 상기 이전 추정된 주파수 오프셋을 이용하여 상기 현재 추정된 주파수 오프셋을 재도출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 주파수 오프셋 보상을 수행하는 단계 이전에, 상기 미러링된 현재 추정된 주파수 오프셋과 이전 추정된 주파수 오프셋간의 변화량이 기준치 이하인지 확인하는 단계; 및 상기 변화량이 기준치를 초과하면, 상기 이전 추정된 주파수 오프셋으로 상기 현재 추정된 주파수 오프셋을 대체하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 변화량이 기준치 이하이면, 상기 미러링된 현재 추정된 주파수 오프셋과 상기 이전 추정된 주파수 오프셋을 이용하여 상기 미러링된 현재 추정된 주파수 오프셋을 재도출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 현재 주파수 오프셋을 추정하는 단계는, 상기 색분산 보상된 광신호에 대해 4th 파워 알고리즘을 수행하여 위상 변조 성분을 제거하는 단계; 상기 위상 변조 성분이 제거된 광신호에 대해 고속 퓨리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform)을 수행한 결과 중 최대값을 추출하는 단계; 및 상기 추출된 최대값에 해당하는 주파수로 변환하여 상기 현재 주파수 오프셋을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 광 코히어런트 시스템에서 캐리어 주파수 오프셋 미러링을 통해 캐리어 주파수 오프셋 추정 범위를 확장하여 보다 정확하게 주파수 오프셋을 보상할 수 있는 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 색분산 보상된 광신호에 대한 현재 주파수 오프셋을 추정하는 주파수 오프셋 추정부; 상기 현재 추정된 주파수 오프셋이 허용 범위를 벗어나면, 상기 현재 추정된 주파수 오프셋을 미러링하는 미러링부; 및 상기 미러링된 현재 추정된 주파수 오프셋을 이용하여 주파수 오프셋 보상을 수행하는 주파수 오프셋 보상부를 포함하는 광 코히어런트 시스템에서의 주파수 오프셋 보상 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 색분산 보상된 광신호에 대한 현재 주파수 오프셋을 추정하는 주파수 오프셋 추정부; 상기 현재 추정된 주파수 오프셋과 이전 추정된 주파수 오프셋간의 변화량이 기준치를 초과하면, 상기 현재 추정된 주파수 오프셋을 미러링하는 미러링부; 및 상기 미러링된 추정된 주파수 오프셋을 이용하여 주파수 오프셋 보상을 수행하는 주파수 오프셋 보상부를 포함하는 광 코히어런트 시스템에서의 주파수 오프셋 보상 장치가 제공될 수 있다.
상기 주파수 오프셋 보상부는, 상기 현재 추정된 주파수 오프셋이 허용 범위 이내이거나 상기 변화량이 기준치 이하인 경우, 상기 현재 추정된 주파수 오프셋과 상기 이전 추정된 주파수 오프셋을 이용하여 상기 현재 추정된 주파수 오프셋을 재도출하고, 상기 재도출된 현재 추정된 주파수 오프셋을 이용하여 주파수 오프셋 보상을 수행할 수 있다.
상기 주파수 오프셋 보상부는, 상기 미러링된 현재 추정된 주파수 오프셋과 이전 추정된 주파수 오프셋간의 변화량이 기준치를 초과하면, 상기 이전 추정된 주파수 오프셋으로 상기 미러링된 현재 추정된 주파수 오프셋을 대체하고, 상기 대체된 미러링된 현재 주파수 오프셋을 이용하여 주파수 오프셋 보상을 수행할 수 있다.
상기 주파수 오프셋 보상부는, 상기 변화량이 기준치 이하이면, 상기 미러링된 현재 추정된 주파수 오프셋과 상기 이전 추정된 주파수 오프셋을 이용하여 상기 미러링된 현재 추정된 주파수 오프셋을 재도출하고, 상기 재도출된 미러링된 현재 주파수 오프셋을 이용하여 주파수 오프셋 보상을 수행할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 수신기를 통해 송신된 광신호를 편광별로 분리하는 제1 광 편광 분리기; 국부 발진 신호를 생성하는 로컬 오실레이터; 상기 국부 발진 신호를 편광별로 분리하는 제2 광 편광 분리기; 상기 편광별 분리된 국부 발진 신호를 이용하여 상기 편광별 분리된 광신호를 각 채널 신호를 검출하는 신호 검출부; 상기 검출된 각 채널 신호에 대해 색분산 보상을 수행하고, 상기 색분산 보상된 각 채널 신호에 대한 현재 주파수 오프셋을 추정하여 이전 추정된 주파수 오프셋과의 변화량이 기준치를 초과하면, 상기 추정된 주파수 오프셋을 미러링하고, 상기 미러링된 추정된 주파수 오프셋을 이용하여 주파수 오프셋 보상을 수행하는 신호처리부; 및 상기 주파수 오프셋 보상된 광신호를 복조하는 복조부를 포함하는 광 코히어런트 시스템에서의 수신기가 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 수신기를 통해 송신된 광신호를 편광별로 분리하는 제1 광 편광 분리기; 국부 발진 신호를 생성하는 로컬 오실레이터; 상기 국부 발진 신호를 편광별로 분리하는 제2 광 편광 분리기; 상기 편광별 분리된 국부 발진 신호를 이용하여 상기 편광별 분리된 광신호를 각 채널 신호를 검출하는 신호 검출부; 상기 검출된 각 채널 신호에 대해 색분산 보상을 수행하고, 상기 색분산 보상된 각 채널 신호에 대한 현재 주파수 오프셋을 추정하여 허용 범위를 초과하면, 상기 현재 추정된 주파수 오프셋을 미러링하고, 상기 미러링된 추정된 주파수 오프셋을 이용하여 주파수 오프셋 보상을 수행하는 신호처리부; 및 상기 주파수 오프셋 보상된 광신호를 복조하는 복조부를 포함하는 광 코히어런트 시스템에서의 수신기가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 오프셋 보상 방법 및 그 장치를 제공함으로써, 코히어런트 시스템에서 주파수 오프셋을 정확하게 보상할 수 있다.
또한, 본 발명은 캐리어 주파수 오프셋 미러링을 통해 캐리어 주파수 오프셋 추정 범위를 확장함으로써 캐리어 주파수 오프셋 추정 범위의 한계를 극복할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 코히어런트 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 오프셋 미러링을 설명하기 위해 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 코히어런트 시스템의 수신기에서 주파수 오프셋을 보상하는 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도.
도 4는 광 코히어런트 시스템에서의 색분산으로 인한 심볼간 간섭을 설명하기 위해 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 코히어런트 시스템에서의 주파수 오프셋 보상에 따른 성상도 변화를 설명하기 위해 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 코히어런트 시스템에서 광원의 주파수 오프셋을 보상할 수 있는 방법을 나타낸 순서도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 4th 파워 알고리즘 적용에 따른 위상 변조 제거를 설명하기 위해 도시한 도면.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 광 코히어런트 시스템에서 수신단에서 추정된 광 캐리어 주파수 오프셋(CFO: carrier frequency offset)의 미러링을 통해 송신단과 수신단의 광 캐리어 주파수 오프셋의 보상 가능한 범위를 확장할 수 있다. 이로 인해, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 코히어런트 시스템은 정확하게 광 캐리어 주파수 오프셋을 보상할 수 있다. 이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 코히어런트 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 오프셋 미러링을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 코히어런트 시스템은 송신기(110) 및 수신기(120)를 포함한다. 송신기(110) 및 수신기(120)는 광선로(광링크)를 통해 연결되어 있다.
송신기(110)는 광 캐리어의 위상을 이용하여 신호를 변조하여 송신하기 위한 수단이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 송신기(110)는 2진 신호 생성부(111a, 111b), 심볼 생성부(112a, 112b), 광변조부(113a, 113b), 광원(114), 제1 광 편광 분리기(115) 및 합성부(116)를 포함하여 구성된다.
2진 신호 생성부(111a, 111b)는 랜덤 데이터를 생성하기 위한 수단이다. 여기서, 제1 및 제2 2진 신호 생성부(111a, 111b)는 예를 들어, 의사 랜덤 바이너리 시퀀스(PRBS: Pseudo-Random Binary Sequence) 데이터를 생성할 수 있다.
심볼 생성부(112a, 112b)는 2진 신호 생성부(111a, 111b)에 의해 생성된 랜덤 데이터를 직교진폭변조(QAM: Qadrature Amplitude Modulation-이하 QAM이라 칭하기로 함)하여 I 채널 및 Q 채널 신호로 분리하여 광변조부(113a, 113b)로 출력하기 위한 수단이다. 여기서, I 채널 및 Q 채널 신호는 각각 베이스밴드(Baseband) 신호일 수 있다.
광변조부(113a, 113b)는 심볼 생성부(112a, 112b)로부터 입력된 I 채널 및 Q 채널 신호를 각각 광변조하여 합성부(116)로 출력한다.
예를 들어, 광변조부(113a, 113b)는 제1 광 편광 분리기(115)에 의해 분리된 각각의 편광에 I 채널 및 Q 채널을 광변조하여 합성부(116)로 출력할 수 있다.
제1 광 편광 분리기(115)에 의해 편광 분리된 각 광은 예를 들어, (360N+90)도 위상 차이를 가질 수 있다. 여기서, N은 정수이다. 이에 따라, 광변조부(113a, 113b)는 각각 상호 직교한 편광 분리된 광들로 I 채널 및 Q 채널 신호를 각각 변조할 수 있다.
예를 들어, 광변조부(113a, 113b)는 마젠더(MZ: Mach Zender)형 변조기일 수 있다.
광원(114)은 광을 출력하기 위한 수단이다. 광원은 예를 들어, 레이저일 수 있다.
제1 광 편광 분리기(115)는 광원(114)에 의해 출력된 광을 편광 분리하기 위한 수단이다. 제1 광 편광 분리기(115)에 의해 편광 분리된 광은 각각 직교 편광한 상태를 가진다. 이로 인해, 편광 분리된 제1 광과 제2 광은 90도의 위상 차이를 가질 수 있다.
제1 광 편광 분리기(115)에 의해 편광 분리된 제1 광은 제1 광변조기(113a)로 출력되고, 제2 광은 제2 광변조기(113b)로 출력될 수 있다.
합성부(116)는 광변조기(113a, 113b)에 의해 광변조된 I 및 Q 채널 신호를 합성하여 하나의 광 신호를 생성하기 위한 수단이다. 예를 들어, 합성부(116)는 편광 빔 합성기(PBC: Polarization Beam Combiner)일 수 있다.
예를 들어, 합성부(116)는 광변조된 I 채널 신호에 대한 정보를 제1 프레임에 저장하고, 광변조된 Q 채널 신호에 대한 정보를 제2 프레임에 저장할 수 있다. 즉, 합성부(116)는 광변조된 I 및 Q 채널 신호를 광신호의 다른 영역에 개별적으로 저장할 수 있다.
도 1에는 상세히 도시되어 있지 않으나, 합성부(116)에 의해 합성되어 출력된 광 신호는 부스터 증폭기(Booster Amplifier)를 통해 증폭되어 광링크를 통해 수신기(120)로 출력될 수 있다. 즉, 부스터 증폭기(미도시)는 합성부(116)를 통해 입력된 광 신호의 세기를 증폭하여 광링크를 통해 수신기(120)로 출력할 수 있다.
수신기(120)는 송신기(110)에 의해 송신된 광 신호를 수신하고, 광통신 시스템 특성으로 인해 발생하는 색분산, 주파수 오프셋을 보상하여 신호를 복조하기 위한 수단이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 수신기(120)는 제2 광 편광 분리기(121), 로컬 오실레이터(122), 제3 광 편광 분리기(123), 신호 검출부(124a, 124b), 신호처리부(125a, 125b) 및 복조부(126a, 126b)를 포함하여 구성된다.
제2 광 편광 분리기(121)는 송신기(110)를 통해 송신되어 수신된 광신호를 편광별로 분리하기 위한 수단이다. 예를 들어, 제2 광 편광 분리기(121)는 PBS(polarization beam splitter)일 수 있다.
즉, 제2 광 편광 분리기(121)는 당해 수신기(120)에 수신된 광신호를 편광별로 분리하여 신호 검출부(124a, 124b)로 출력할 수 있다.
로컬 오실레이터(122)는 국부 발진 신호를 생성하고, 생성된 국부 발진 신호는 제3 광 편광 분리기(123)로 출력된다.
제3 광 편광 분리기(123)는 로컬 오실레이터(122)로부터 입력된 국부 발진 신호의 편광을 분리한다. 제3 광 편광 분리기(123)는 예를 들어, PBS일 수 있다.
제3 광 편광 분리기(123)에 의해 편광 분리된 국부 발진 신호는 각 신호 검출부(124a, 124b)로 출력된다.
신호 검출부(124a, 124b)는 제3 광 편광 분리기(123)를 통해 편광 분리된 국부 발진 신호를 이용하여 제2 광 편광 분리기(121)에 의해 편광별로 분리된 광신호에서 변조된 I 및 Q 채널 신호를 검출하여 신호처리부(125a, 125b)로 출력하기 위한 수단이다.
예를들어 신호 검출부는 Optical hybrid와 photo detector로 구성될 수 있다.신호처리부(125a, 125b)는 각 신호 검출부(124a, 124b)를 통해 입력된 변조된 I 채널 및 Q 채널 신호에 대해 색분산 보상을 수행하고, 캐리어 주파수 오프셋(CFO: Carrier Frequency Offset-이하 CFO라 칭하기로 함) 보상을 수행하기 위한 수단이다.
신호처리부(125a, 125b)는 색분산 보상된 변조된 I 채널 및 Q 채널 신호에 대한 캐리어 주파수 오프셋을 추정하고, 현재 추정된 캐리어 주파수 오프셋과 이전 추정된 주파수 오프셋간의 변화량이 기준치를 초과하면, 현재 추정된 캐리어 주파수 오프셋을 미러링한 후 변화량을 도출한 후 주파수 오프셋을 보상하기 위한 수단이다.
예를 들어, 블록 사이즈를 512로 했을 때, 색분산 보상된 광신호(I 채널 및 Q 채널 신호)를 고속 퓨리에 변환하는 경우, 그 결과가 도 2와 같이 나타날 수 있다.
도 2의 210은 이전 시점에 추정된 주파수 오프셋을 나타낸다. 색분산 보상된 광신호를 고속 퓨리에 변환하는 경우, 주파수 오프셋이
Figure 112014025953250-pat00002
범위를 벗어나는 경우, 도 2의 220과 같이 고속 퓨리에 변환에 따른 최대값은 반대편에 투영되어 나타나게 된다.
이로 인해, 신호처리부(125a, 125b)에서는 전혀 다른 주파수 오프셋을 추정하게 된다. 이와 같은 문제를 해소하기 위해, 추정된 현재 주파수 오프셋이 허용 범위(예를 들어,
Figure 112014025953250-pat00003
)를 벗어나게 되는 경우, 신호처리부(125a, 125b)는 현재 추정된 주파수 오프셋을 미러링하고, 미러링된 현재 추정된 주파수 오프셋을 이용하여 주파수 오프셋 보상을 수행한다. 이는 도 3 및 도 6을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다. 예를 들어, 신호처리부(125a, 125b)는 현재 추정된 주파수 오프셋의 심볼 주기의 중심을 기준으로 현재 추정된 주파수 오프셋을 미러링할 수 있다.
신호처리부(125a, 125b)는 이와 같이, 주파수 오프셋 미러링을 통해 주파수 오프셋 추정 범위의 한계를 극복하여 보다 정확하게 캐리어 주파수 오프셋을 추정할 수 있는 이점이 있다.
복조부(126a, 126b)는 신호처리부(125a, 125b)에 의해 보상된 주파수 오프셋을 이용하여 변조된 I 채널 및 Q 채널 신호를 복조하기 위한 수단이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 코히어런트 시스템의 수신기에서 주파수 오프셋을 보상하는 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 4는 광 코히어런트 시스템에서의 색분산으로 인한 심볼간 간섭을 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 코히어런트 시스템에서의 주파수 오프셋 보상에 따른 성상도 변화를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 3에서 설명되는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 오프셋 보상 장치(300)는 도 1의 수신기(120)의 신호처리부(125a, 125b)의 일 구성일 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 오프셋 보상 장치(300)는 색분산 보상부(310), 주파수 오프셋 추정부(315), 미러링부(320), 주파수 오프셋 보상부(325) 및 제어부(330)를 포함하여 구성된다.
광통신 시스템의 특성으로 인해 수신기(120)를 통해 수신된 광신호는 색분산으로 인해 도 4에 도시된 바와 같이, 심볼간 간섭(ISI: inter symbol interference)가 발생하게 된다.
색분산 보상부(310)는 광통신 시스템 특성으로 인해 발생되는 광신호의 색분산을 보상하여 심볼간 간섭을 제거하기 위한 수단이다.
즉, 색분산 보상부(310)는 수신기(120)를 통해 수신된 광신호(I채널 및 Q 채널 신호)의 색분산 보상을 수행하여 심볼간 간섭을 제거할 수 있다.
예를 들어, 색분산 보상부(310)는 CD(Chromatic Dispersion) 보상 및 PMD(Polarization-Mode Dispersion) 보상을 통해 색분산 보상을 수행할 수 있다. 이와 같은 CD 보상 및 PMD 보상은 당업자에게는 자명한 사항이므로 이에 대한 별도의 설명은 생략하기로 한다.
도 5의 510에는 16QAM 신호에 대해 색분산 보상 이전에 수신기(120)의 광신호에 대한 성상도가 도시되어 있으며, 도 5의 520에는 색분산 보상 이후 수신기(120)를 통해 수신된 광신호에 대한 성상도가 도시되어 있다.
주파수 오프셋 추정부(315)는 색분산 보상된 광신호에 대해 고속 퓨리에 변환을 통해 주파수 오프셋을 추정하기 위한 수단이다.
보다 상세하게, 주파수 오프셋 추정부(315)는 색분산 보상된 광신호에 대해 4th 파워 알고리즘을 적용한 후 고속 퓨리에 변환을 수행한다. 이어, 주파수 오프셋 추정부(315)는 고속 퓨리에 변환된 결과의 최대값에 해당하는 주파수를 환산하여 현재 시점의 주파수 오프셋을 추정한다.
미러링부(320)는 현재 추정된 주파수 오프셋을 미러링하기 위한 수단이다.
예를 들어, 미러링부(320)는 현재 추정된 주파수 오프셋이 허용 범위를 초과하면 현재 추정된 주파수 오프셋을 미러링할 수 있다. 여기서, 허용 범위는
Figure 112014025953250-pat00004
일 수 있다. 여기서, Ts는 심볼 주기를 나타낸다.
다른 예를 들어, 미러링부(320)는 현재 추정된 주파수 오프셋과 이전 추정된 주파수 오프셋간의 변화량이 기준치 이하이면, 현재 추정된 주파수 오프셋을 미러링할 수 있다. 여기서, 변화량은 현재 추정된 주파수 오프셋과 이전 추정된 주파수 오프셋의 차이값에 절대값을 취한 값을 나타낸다.
이를 수식으로 나타내면, 수 1과 같다.
Figure 112014025953250-pat00005
여기서,
Figure 112014025953250-pat00006
는 현재 추정된 주파수 오프셋을 나타내고,
Figure 112014025953250-pat00007
는 이전 추정된 주파수 오프셋을 나타내며,
Figure 112014025953250-pat00008
는 기준치를 나타낸다. 기준치는 광원의 온도, 진동에 의한 주파수 변화량을 고려하여 실험적으로 설정될 수 있다.
미러링부(320)는 현재 추정된 주파수 오프셋이 허용 범위 이내이거나 변화량이 기준치 이하인 경우에는 미동작된다.
주파수 오프셋 보상부(325)는 현재 시점에 추정된 주파수 오프셋과 이전 추정된 주파수 오프셋 중 적어도 하나를 이용하여 현재 시점의 추정된 주파수 오프셋을 보상하기 위한 수단이다
예를 들어, 주파수 오프셋 보상부(325)는 현재 시점의 주파수 오프셋과 이전 추정된 주파수 오프셋간의 변화량이 기준치 이하인 경우, 현재 시점에 추정된 주파수 오프셋과 이전 시점에 추정된 주파수 오프셋을 이용하여 현재 시점의 주파수 오프셋을 보상할 수 있다.
즉, 현재 시점의 추정된 주파수 오프셋과 이전 추정된 주파수 오프셋간의 변화량이 기준치 이하이면, 수 2를 이용하여 현재 시점의 주파수 오프셋을 계산한다.
Figure 112014025953250-pat00009
Figure 112014025953250-pat00010
는 주파수 오프셋을 업데이트하기 위해 사용되는 스텝 사이즈(step size)로, 0 이상 1 이하의 실수값일 수 있다.
또한, 주파수 오프셋 보상부(325)는 현재 시점에 추정된 주파수 오프셋과 이전 추정된 주파수 오프셋간의 변화량이 기준치를 초과하는 경우, 미러링부(320)에 의해 미러링된 주파수 오프셋을 이용하여 변화량을 다시 확인한 후, 변화량이 기준치를 초과하면, 이전 추정된 주파수 오프셋으로 현재 시점의 추정된 주파수 오프셋을 대체한다.
이어, 주파수 오프셋 보상부(325)는 현재 시점의 주파수 오프셋을 이용하여 캐리어 주파수 오프셋 보상을 수행한다.
예를 들어, 주파수 오프셋 보상부(325)는 하기 수 3을 통해 캐리어 주파수 오프셋 보상을 수행할 수 있다.
Figure 112014025953250-pat00011
r(k)는 분산이 보상된 신호를 나타내고, n은 타임 시퀀스를 나타낸다.
도 5의 530에 캐리어 주파수 오프셋이 보상된 이후의 광신호에 대한 성상도가 예시되어 있다. 도 5는 16 QAM 성상도를 기반으로 한 것으로, 캐리어 주파수 오프셋 보상 이후에 16 QAM 성상도와 같이 성상도가 도출되는 것을 알 수 있다.
제어부(330)는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 오프셋 보상 장치(300)의 내부 구성 요소들(예를 들어, 색분산 보상부(310), 주파수 오프셋 추정부(315), 미러링부(320), 주파수 오프셋 보상부(325) 등)을 제어하기 위한 수단이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 코히어런트 시스템에서 광원의 주파수 오프셋을 보상할 수 있는 방법을 나타낸 순서도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 4th 파워 알고리즘 적용에 따른 위상 변조 제거를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
단계 610에서 주파수 오프셋 보상 장치(300)는 광신호에 대한 색분산 보상을 수행하여 심볼간 간섭을 제거한다. 여기서, 광신호는 수신기를 통해 수신되어 편광별로 분리된 I 채널 및 Q 채널 신호일 수 있다.
단계 615에서 주파수 오프셋 보상 장치(300)는 색분산 보상된 광신호에 대한 주파수 오프셋을 추정한다.
예를 들어, 주파수 오프셋 보상 장치(300)는 색분산 보상된 광신호에 4th 파워 알고리즘을 적용하여 변조된 위상 성분을 제거한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 광신호에 대해 4th 파워 알고리즘을 적용하는 경우, 이상적인 경우 변조된 위상 성분이 모두 제거되어 도 7의 710과 같이 광신호의 위상만 존재하게 된다. 그러나, 4th 파워 알고리즘을 제거하더라도 위상 변조 성분이 완전히 제거되지는 않는다. 이에 따라, 광신호(즉, I 채널 및 Q 채널 신호)에 캐리어 주파수 오프셋이 존재하는 경우, 도 7의 720에 도시된 바와 같이 캐리어 주파수 오프셋과 위상 노이즈가 존재하게 된다.
이에 따라, 주파수 오프셋 보상 장치(300)는 4th 파워 알고리즘을 수행한 후 광신호에 대해 고속 퓨리에 변환을 수행한 후, 그 결과값을 이용하여 현재 시점의 주파수 오프셋을 추정한다.
이때, 주파수 오프셋 보상 장치(300)는 광신호에 대한 고속 퓨리에 변환을 수행한 결과 중 최대값을 추출하고, 최대값에 해당하는 주파수를 환산하여 현재 시점의 주파수 오프셋을 추정할 수 있다.
단계 620에서 주파수 오프셋 보상 장치(300)는 현재 추정된 주파수 오프셋과 이전 추정된 주파수 오프셋의 변화량이 기준치 이하인지 여부를 판단한다. 여기서, 변화량은 현재 추정된 주파수 오프셋과 이전 추정된 주파수 오프셋의 차이를 나타낸다. 즉, 주파수 오프셋 보상 장치(300)는 현재 추정된 주파수 오프셋과 이전 추정된 주파수 오프셋간의 차이값에 절대값을 취하여 변화량을 도출할 수 있다.
만일 변화량이 기준치 이하이면, 단계 625에서 주파수 오프셋 보상 장치(300)는 현재 추정된 주파수 오프셋과 이전 추정된 주파수 오프셋을 이용하여 현재 추정된 주파수 오프셋을 다시 도출한다.
그러나, 만일 변화량이 기준치를 초과하면, 단계 630에서 주파수 오프셋 보상 장치(300)는 현재 추정된 주파수 오프셋을 기준 오프셋을 기준으로 미러링한다.
이미 전술한 바와 같이, 현재 추정된 주파수 오프셋이 허용 범위를 벗어나는 경우, 주파수 오프셋은 실제 주파수 오프셋의 반대편에 투영되게 된다. 이에 따라, 변화량이 기준치를 초과하면, 주파수 오프셋 보상 장치(300)는 현재 추정된 주파수 오프셋을 기준 오프셋 기준으로 반대편으로 미러링한 후 주파수 오프셋 변화량을 다시 확인할 수 있다.
단계 635에서 주파수 오프셋 보상 장치(300)는 미러링된 현재 주파수 오프셋과 이전 추정된 주파수 오프셋간의 변화량이 기준치 이하인지 여부를 다시 확인한다.
만일 기준치 이하이면, 단계 625로 진행한다.
그러나 만일 기준치를 초과하면, 단계 640에서 주파수 오프셋 보상 장치(300)는 이전 추정된 주파수 오프셋으로 현재 추정된 주파수 오프셋을 대체한다.
이어, 단계 645에서 주파수 오프셋 보상 장치(300)는 현재 추정된 주파수 오프셋을 이용하여 캐리어 주파수 오프셋을 보상한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 광 코히어런트 시스템에서 송신단과 수신단의 광 캐리어 주파수 오프셋을 보상하는 방법은 다양한 전자적으로 정보를 처리하는 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 저장 매체에 기록될 수 있다. 저장 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
저장 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 소프트웨어 분야 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 저장 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 전자적으로 정보를 처리하는 장치, 예를 들어, 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110: 송신기
111a, 111b: 2진 신호 생성부 112a, 112b: 심볼 생성부
113a, 113b: 광변조부 114: 광원
115: 제1 광 편광 분리기 116: 합성부
120: 수신기
121: 제2 광 편광 분리기 122: 로컬 오실레이터
123: 제3 광 편광 분리기 124a, 124b: 신호검출부
125a, 125b: 신호처리부126a, 126b: 복조부
310: 색분산 보상부 315: 주파수 오프셋 추정부
320: 미러링부 325: 주파수 오프셋 보상부
330: 제어부

Claims (16)

  1. 색분산 보상된 광신호에 대한 현재 주파수 오프셋을 추정하는 단계;
    상기 현재 추정된 주파수 오프셋이 허용 범위를 벗어나면, 상기 현재 추정된 주파수 오프셋을 미러링하는 단계; 및
    상기 미러링된 현재 추정된 주파수 오프셋을 이용하여 주파수 오프셋 보상을 수행하는 단계를 포함하는 광 코히어런트 시스텀에서의 주파수 오프셋 보상 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 허용 범위는
    Figure 112014025953250-pat00012
    이되,
    상기 Ts는 심볼 주기인 것을 특징으로 하는 광 코히어런트 시스템에서의 주파수 오프셋 보상 방법.
  3. 색분산 보상된 광신호에 대한 현재 주파수 오프셋을 추정하는 단계;
    상기 현재 추정된 주파수 오프셋과 이전 추정된 주파수 오프셋간의 변화량이 기준치를 초과하면, 상기 현재 추정된 주파수 오프셋을 미러링하는 단계; 및
    상기 미러링된 현재 추정된 주파수 오프셋을 이용하여 주파수 오프셋 보상을 수행하는 단계를 포함하는 광 코히어런트 시스텀에서의 주파수 오프셋 보상 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 변화량은 상기 현재 추정된 주파수 오프셋과 상기 이전 추정된 주파수간의 차이값에 대한 절대값인 것을 특징으로 하는 광 코히어런트 시스템에서의 주파수 오프셋 보상 방법.
  5. 제1 항 또는 제3 항에 있어서,
    상기 현재 추정된 주파수 오프셋이 허용 범위 이내이거나 상기 변화량이 기준치 이하인 경우, 상기 현재 추정된 주파수 오프셋과 상기 이전 추정된 주파수 오프셋을 이용하여 상기 현재 추정된 주파수 오프셋을 재도출하는 단계를 더 포함하는 광 코히어런트 시스템에서의 주파수 오프셋 보상 방법.
  6. 제1 항 또는 제3 항에 있어서,
    상기 주파수 오프셋 보상을 수행하는 단계 이전에,
    상기 미러링된 현재 추정된 주파수 오프셋과 이전 추정된 주파수 오프셋간의 변화량이 기준치 이하인지 확인하는 단계;
    상기 변화량이 기준치를 초과하면, 상기 이전 추정된 주파수 오프셋으로 상기 현재 추정된 주파수 오프셋을 대체하는 단계를 더 포함하는 광 코히어런트 시스템에서의 주파수 오프셋 보상 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 변화량이 기준치 이하이면, 상기 미러링된 현재 추정된 주파수 오프셋과 상기 이전 추정된 주파수 오프셋을 이용하여 상기 미러링된 현재 추정된 주파수 오프셋을 재도출하는 단계를 더 포함하는 광 코히어런트 시스템에서의 주파수 오프셋 보상 방법.
  8. 제1 항 또는 제3 항에 있어서,
    상기 현재 주파수 오프셋을 추정하는 단계는,
    상기 색분산 보상된 광신호에 대해 4th 파워 알고리즘을 수행하여 위상 변조 성분을 제거하는 단계;
    상기 위상 변조 성분이 제거된 광신호에 대해 고속 퓨리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform)을 수행한 결과 중 최대값을 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 최대값에 해당하는 주파수로 변환하여 상기 현재 주파수 오프셋을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 코히어런트 시스템에서의 주파수 오프셋 보상 방법.
  9. 제1 항 또는 제3 항에 따른 방법을 수행하기 위한 프로그램 코드를 기록한 기록매체 제품.
  10. 색분산 보상된 광신호에 대한 현재 주파수 오프셋을 추정하는 주파수 오프셋 추정부;
    상기 현재 추정된 주파수 오프셋이 허용 범위를 벗어나면, 상기 현재 추정된 주파수 오프셋을 미러링하는 미러링부; 및
    상기 미러링된 현재 추정된 주파수 오프셋을 이용하여 주파수 오프셋 보상을 수행하는 주파수 오프셋 보상부를 포함하는 광 코히어런트 시스템에서의 주파수 오프셋 보상 장치.
  11. 색분산 보상된 광신호에 대한 현재 주파수 오프셋을 추정하는 주파수 오프셋 추정부;
    상기 현재 추정된 주파수 오프셋과 이전 추정된 주파수 오프셋간의 변화량이 기준치를 초과하면, 상기 현재 추정된 주파수 오프셋을 미러링하는 미러링부; 및
    상기 미러링된 추정된 주파수 오프셋을 이용하여 주파수 오프셋 보상을 수행하는 주파수 오프셋 보상부를 포함하는 광 코히어런트 시스템에서의 주파수 오프셋 보상 장치.
  12. 제10 항 또는 제11 항에 있어서,
    상기 주파수 오프셋 보상부는, 상기 현재 추정된 주파수 오프셋이 허용 범위 이내이거나 상기 변화량이 기준치 이하인 경우, 상기 현재 추정된 주파수 오프셋과 상기 이전 추정된 주파수 오프셋을 이용하여 상기 현재 추정된 주파수 오프셋을 재도출하고, 상기 재도출된 현재 추정된 주파수 오프셋을 이용하여 주파수 오프셋 보상을 수행하는 것을 특징으로 하는 광 코히어런트 시스템에서의 주파수 오프셋 보상 장치.
  13. 제10 항 또는 제11 항에 있어서,
    상기 주파수 오프셋 보상부는, 상기 미러링된 현재 추정된 주파수 오프셋과 이전 추정된 주파수 오프셋간의 변화량이 기준치를 초과하면, 상기 이전 추정된 주파수 오프셋으로 상기 미러링된 현재 추정된 주파수 오프셋을 대체하고, 상기 대체된 미러링된 현재 주파수 오프셋을 이용하여 주파수 오프셋 보상을 수행하는 것을 특징으로 하는 광 코히어런트 시스템에서의 주파수 오프셋 보상 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 주파수 오프셋 보상부는, 상기 변화량이 기준치 이하이면, 상기 미러링된 현재 추정된 주파수 오프셋과 상기 이전 추정된 주파수 오프셋을 이용하여 상기 미러링된 현재 추정된 주파수 오프셋을 재도출하고, 상기 재도출된 미러링된 현재 주파수 오프셋을 이용하여 주파수 오프셋 보상을 수행하는 것을 특징으로 하는 광 코히어런트 시스템에서의 주파수 오프셋 보상 장치.
  15. 수신기를 통해 송신된 광신호를 편광별로 분리하는 제1 광 편광 분리기;
    국부 발진 신호를 생성하는 로컬 오실레이터;
    상기 국부 발진 신호를 편광별로 분리하는 제2 광 편광 분리기;
    상기 편광별 분리된 국부 발진 신호를 이용하여 상기 편광별 분리된 광신호를 각 채널 신호를 검출하는 신호 검출부;
    상기 검출된 각 채널 신호에 대해 색분산 보상을 수행하고, 상기 색분산 보상된 각 채널 신호에 대한 현재 주파수 오프셋을 추정하여 이전 추정된 주파수 오프셋과의 변화량이 기준치를 초과하면, 상기 추정된 주파수 오프셋을 미러링하고, 상기 미러링된 추정된 주파수 오프셋을 이용하여 주파수 오프셋 보상을 수행하는 신호처리부; 및
    상기 주파수 오프셋 보상된 광신호를 복조하는 복조부를 포함하는 광 코히어런트 시스템에서의 수신기.
  16. 수신기를 통해 송신된 광신호를 편광별로 분리하는 제1 광 편광 분리기;
    국부 발진 신호를 생성하는 로컬 오실레이터;
    상기 국부 발진 신호를 편광별로 분리하는 제2 광 편광 분리기;
    상기 편광별 분리된 국부 발진 신호를 이용하여 상기 편광별 분리된 광신호를 각 채널 신호를 검출하는 신호 검출부;
    상기 검출된 각 채널 신호에 대해 색분산 보상을 수행하고, 상기 색분산 보상된 각 채널 신호에 대한 현재 주파수 오프셋을 추정하여 허용 범위를 초과하면, 상기 현재 추정된 주파수 오프셋을 미러링하고, 상기 미러링된 추정된 주파수 오프셋을 이용하여 주파수 오프셋 보상을 수행하는 신호처리부; 및
    상기 주파수 오프셋 보상된 광신호를 복조하는 복조부를 포함하는 광 코히어런트 시스템에서의 수신기.
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