광 수신기 document_id A220623038222

해저 또는 대륙횡단 지상 광파 송신 시스템에서 사용되는 것과 같은 매우 긴 광 섬유 송신 경로는 송신 경로에서 광 섬유의 길이를 따라서 누적되는 다수의 손상으로 인하여 성능이 감소된다. 단일 데이터 채널 내에서 이러한 손상의 원인에는 EDFA(Erbium-Doped Fiber-Amplifiers)에서 발생되는 ASE(amplified spontaneous emission) 잠음과, 섬유를 통한 전달 광의 인텐시티에서 단일 모드 섬유의 지수 의존성에 의해서 야기되는 비선형 효과와, 서로 다른 광 주파수가 서로 다른 그룹 속도로 주파(travel)하게 하는 색 분산이 포함된다. 또한, 동일 섬유 상에 여러 가지 광 채널이 있는 WDM(wavelength division multiplexed) 시스템에서는, 섬유의 비선형 지수로 인해 야기되는 채널들간의 크로스토크가 문제시될 수 있다. 수신되는 파형의 왜곡은 송신되는 펄스의 형태뿐만 아니라 송신 라인의 설계에 의해서도 영향을 받는다. 공지되어 있는 롱 하울 시스템(long-haul systems)은 데이터 비트 스트림의 1 및 0을 이용하여 송신되는 펄스가 턴 온 그리고 턴 오프되는 OOK(On-Off-Keying)를 이용하여 구현되었다. OOK는 공지되어 있는 다양한 포맷, 예컨대 RZ(return-to-Zero), NRZ(Non-Return to Zero) 및 CRZ(Chirped-Return-to-Zero) 포맷으로 구현될 수 있다. 일반적으로, RZ 포맷으로 송신되는 광 펄스는 전체 비트 주기를 차지하지 않고 인접 비트들 사이에서 0으로 리턴하는 반면, NRZ 포맷의 광 펄스는 연속적인 바이너리 1이 송신되면 상수 값 특성을 가진다. CRZ과 같은 처프 포맷(chirped format)에서는 송신 펄스에 비트 동기 사인꼴 위상 변조가 행해진다. PSK(Phase Shift Keying)는 해당 기술분야의 당업자에게 공지되어 있는 또 다른 변조 방법이다. PSK 변조에서는 1 및 0이 광 캐리어에서의 위상 차 또는 편이에 의해 식별된다. 1을 나타내는 제 1 위상을 이용하여 송신기를 턴 온시키고 그 다음 0을 나타내는 제 2 위상을 이용하는 것에 의해 PSK가 구현될 수 있다. DPSK(differential phase-shift-keying) 포맷에서, 차동 위상 편이에 의해 1 및 0이 표시되는 동안 신호의 광 인텐시티는 일정하게 유지된다. DPSK 변조 포맷에는, DPSK 신호에 NZ 진폭 변조가 행해지는 RZ-DPSK 및 CRZ-DPSK가 포함된다. RZ-DPSK 변조 포맷이 WDM 롱 하울 광 시스템에서는 타 포맷에 비해 특히 이점을 가진다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, OOK에 비해, RZ-DPSK 변조는 특정 비트 에러 레이트(BER)에서 요구되는 OSNR(optical signal-to-noise)를 상당히 감소시킨다. 따라서, WDM 광 신호에 RZ-DPSK 변조를 하는 시스템이 개발되었다. DPSK 변조 광 신호를 복조하기 위한 수신기 구성이 공지되어 있다. 공지된 수신기 구성은 수신된 광 신호를 증폭하기 위하여 광 증폭기, 예를 들어 도핑된 광 섬유 증폭기와 같은 광 전기적 구성요소, 증폭된 광 신호로부터 대역 잡음을 제거하는 조절 가능 대역 통과 필터, Mach-Zehnder형 간섭계와 같은 조절 가능 광 간섭계, 및 간섭계의 광 출력을 변조된 데이터를 나타내는 전기적 신호로 변환하는 듀얼 밸런스 검출기(dual balanced detector)를 포함한다. 수신기 구성요소에 있어서 동작 지점, 예를 들어, 필터 통과 대역 파장, 간섭계 경로 길이, 수신기 광 전력 레벨 등의 안정적이며 정확한 설정이 최적의 시스템 BER을 획득하는 데에 필요하다. 그러나, 제조 공차, 온도 및 에이징(aging) 등의 인자를 구성요소 동작 지점들이 변화시킬 수 있고, 이로써 수신기 성능에 부정적으로 영향을 미칠 수 있다. 수신기 구성요소 동작 지점을 능동적으로 제어하기 위하여 표준 디더링 제어 루프(standard dithering control loops)가 구현되었다. 그러나, 지정되지 않은 파라미터에 의존하는 공지의 제어 루프 구성은 수신기마다 달라질 수 있고, 및/또는 데이터 경로에 복잡하며 고가인 하드웨어를 추가로 필요로 하여 수신기 성능을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 수신기 광 전력을 제어하는 일 공지 방법은 신호와 대역폭 ASE 잡음을 본래 포함하는 광 증폭기의 출력을 안정화한다. 또 다른 공지의 방법에서는 광 필터 출력에서 가외의 광 분할기 및 광 다이오드를 필요로 한다. DPSK 간섭계를 제어하는 공지의 방법은 후속 광 다이오드(들)의 DC 바이어스 전류로부터 피드백을 제공하는 것을 포함한다. 그러나, 광 다이오드의 DC 바이어스 전류로부터의 대역폭 피드백은 "제어되지 않은" 데이터 마크-대-공간비(mark-to-space ratio)에 따라 달라지고, 이상적인 경우로 마크-대-공간비가 1:1이면 0일 수 있다. DPSK 간섭계를 제어하는 또 다른 공지의 방법에서는 데이터 경로에서 가외의 구성요소(RF 검출기)를 필요로 한다. 수신기 구성요소 동작 지점을 제어하는 것에 더하여, 수신기의 입력에서 신호에서의 광 과도(optical transients)를 제어하는 것이 유리하다. 공지되어 있는 바와 같이, 광학적으로 사전 증폭된 수신기에서 광 과도는 수신기 구성요소를 잠재적으로 망칠 수 있다. ISL(incoming signal loss) 상태 동안에, 일정한 출력 전력 모드로 동작하는 수신기 사전 증폭기, 예를 들어 EDFA는 그 이득을 그 최대 값으로 설정할 수 있다. 선정된 임계 미만의 신호 레벨을 검출하면 ISL이 정해진다. 임계는 증폭기의 공칭 입력 동작 범위 미만으로 설정될 수 있다. ISL이 검출되면, 입력 신호 레벨이 임계를 초과하여 증가할 때까지 증폭기가 디스에이블될 수 있다. FEC(forward error correction)를 포함하는 오늘날의 시스템은 증폭기 공칭 입력 동작 범위 미만인 입력 신호 전력 레벨에서 동작이 가능하다. 따라서, 광 과도를 방지하기 위하여 공지된 방법에서는 전력 레벨이 입력 신호가 공칭 입력 동작 범위 미만일 때마다 입력 증폭기를 디스에이블시킬 수 있는데, 이 때 신뢰성 있는 신호 검출하는 데 있어서는 전력 레벨이 충분히 높을 수 있다. 이로써 시스템 동작이 비효율적으로 된다. 또한, 공지되어 있는 수신기 구성은 입력 데이터 스트림으로부터 데이터 클록을 추출하기 위한 클록 복원 유닛을 포함한다. 통상, 클록 복원 유닛은 일 단위의 수 MHz의 트래킹 대역폭을 갖는 협대역 디바이스이다. 이로써, 수신기 구성은 수신 신호에서 고 주파수 지터에 내성이 없게 될 수 있다. 따라서, DPSK 변조 광 신호를 효율적이고 신뢰성 있게 복조하는 수신기 구성이 필요하다.