코히어런트 광통신

코히어런트 광통신이란 무엇인가요?

코히어런트 광통신은 송신단에서 코히어런트 변조를 사용하고 수신단에서 검출을 위해 코히어런트 기술을 적용한다는 점에서 일반 광통신과 다릅니다. 그러나 전송 중 빛은 일반 광전송에서와 동일합니다. 코히어런트 솔루션은 고가의 EDFA(장거리 광섬유 전송에서 80킬로미터마다 배치되는 경우가 많음)가 필요하지 않으며 기존 광섬유 케이블링을 재사용할 수 있어 시스템 운영 비용을 절감합니다.

코히어런트는 어떻게 작동하나요?

송신단에서 사용되는 코히어런트 변조와 수신단에서 적용되는 헤테로다인 검출은 코히어런트 광통신의 두 가지 핵심 기술입니다. 

진폭 변조 외에도, 코히어런트 광통신 시스템의 송신기는 QAM, PSK 및 QPSK와 같은 주파수 및 위상 변조를 수행하기 위해 외부 변조를 적용할 수도 있습니다. 추가된 변조 기술은 정보 전달 능력을 확장하고 배포 유연성에 적응합니다. 

송신단에서 코히어런트 옵틱스는 MZM 기반 IQ 변조기를 사용하고 외부 변조를 적용하여 고급 변조 형식을 구현합니다. 신호는 출력되도록 광 캐리어에 변조됩니다.

광 신호가 수신단에 도달하면 코히어런트 통신 기술의 핵심 단계가 시작됩니다. 로컬 오실레이팅(LO)의 레이저 신호를 광 믹서에서 입력 신호와 혼합하면 IF 신호(소스 신호의 주파수, 위상 및 진폭과 정확히 같은 변화를 정기적으로 공유하는)가 생성됩니다. 혼합 후 밸런싱 수신기로 검출이 수행됩니다. 그런 다음 디지털 신호 프로세서(DSP)는 광섬유 링크를 통한 전송 중 광 신호의 왜곡을 보상하는 기능을 합니다. DSP 처리 후 최종 전기 신호가 출력됩니다.

간단히 말해, 코히어런트는 신호가 수신기에 도달할 때 이를 증폭합니다. 그러나 비코히어런트 통신에서는 전송 과정에서 신호가 증폭되고 반복됩니다.

코히어런트의 유형은 무엇입니까?

국부 발진기(LO) 광 신호 주파수와 동일하거나 동일하지 않은 신호 주파수에 따라, 코히런트 광통신은 세 가지 유형으로 분류될 수 있습니다: 헤테로다인 검출, 인트라다인 검출, 호모다인 검출.

헤테로다인 검출

광검출기는 헤테로다인 검출을 통해 중간 주파수 신호를 획득하며, 이를 기저대역 신호로 변환하려면 추가 복조가 필요합니다.

호모다인 검출 및 인트라다인 검출

호모다인 및 인트라다인 검출은 노이즈를 줄여 후속 DSP의 전력 소비와 관련 구성 요소에 대한 요구 사항을 낮춥니다. 이 두 접근 방식은 코히어런트 광통신에서 더 일반적입니다.

광검출기를 통해 호모다인 검출된 신호는 베이스밴드 신호이므로 2차 복조가 필요 없습니다. 그러나 이 검출 방식은 LO 광의 주파수가 신호 광과 엄격히 일치해야 하며, 두 신호의 위상이 고정되어야 합니다. 

Coherent의 기술은 무엇인가요?

디지털 신호 처리 (DSP)

DSP 기술은 시스템 설계를 단순화하고 비용을 절감하며, 분산 보상 모듈(DCM)과 분산 보상 광섬유(DCF)를 제거하여 장거리 전송 링크를 단순화합니다. 또한 DSP가 발전함에 따라 비선형 보상 기술 및 다중 코드 변조/복조 기술과 같은 더 많은 알고리즘과 기능이 추가됩니다.

편파 유지 기술

높은 감도를 유지하고 효율적인 검출을 돕기 위해, 코히어런트 광통신에서는 신호광과 LO 광의 편광 방향이 일치하여 두 전기 벡터가 매칭되어야 합니다. 편광 유지를 달성할 수 있는 두 가지 방법은 다음과 같습니다: 

편광 유지 광섬유를 사용하여 광파의 편광 상태를 안정화하고, 전송 환경의 간섭으로부터 보호합니다.

표준 싱글모드 파이버와 편광 다이버시티 기술을 적용하여 편광 변화에 대응합니다.

주파수 안정화 기술

코히어런트 광통신은 비트 오류율(BER)을 줄이기 위해 안정적인 주파수에 의존하므로 레이저의 주파수 안정성은 매우 중요합니다. 그러나 레이저의 주파수는 온도와 전류에 따라 드리프트합니다. 바로 이때 Frequency Stabilization Technology가 필요합니다.

스펙트럼 압축 기술

코히어런트 광통신에서는 광원의 좁은 스펙트럼 폭도 필수적입니다. 좁은 선폭은 양자 잡음으로 인한 감도 손실을 줄이고 위상 잡음을 낮추는 데 도움이 될 수 있습니다. 코히어런트 광통신을 위한 광원 스펙트럼 폭 요구 사항을 충족하도록 신호 신뢰성을 최적화하기 위해 Spectrum Compression Technology를 채택하는 것이 일반적입니다.

코히어런트 광통신의 응용 분야는 무엇인가요?

Coherent는 더 긴 거리와 더 큰 용량으로 데이터 전송에 사용되는 고급이지만 복잡한 광통신 시스템입니다.

코히어런트 광통신은 데이터 센터 상호 연결(DCI), 백본 네트워크 WDM 시스템 업그레이드, 5G 미드홀 및 백홀 시나리오에서 널리 사용됩니다. FTTx 및 위성 통신과 같은 기타 틈새 분야에서도 연구가 진행되고 있습니다.