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적응 등화기를 이용한 디지털 홀로그래픽 광메모리 시스템의 BER 개선
BER improvement of digital holographic optical memory system using an adaptive squalizer 원문보기

한국광학회지 = Korean journal of optics and photonics, v.11 no.6, 2000년, pp.447 - 451  

최안식 (경희대학교 전자정보학부) ,  백운식 (경희대학교 전자정보학부)

초록
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본 논문에서 통신채널과 고밀도 저장시스템에서 광범위하게 사용되는 적응 등화기를 디지털 홀로그래픽 광메모리 시스템의 저장과 복원 과정에서 발생되는 ISI를 완화시키고 bit-error-rate(BER)를 개선을 위해서 적용하였다. 실험결과 적응 등화기를 적용한 경우 BER 성능이 단순 임계값에 의한 이진판별과정보다 평균적으로 약 19.6% 향상됨을 보였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, an adaptive equalizer which has been widely used in communication channel and high-density storage system was adopted to mitigate ISI and improve BER generated during storage and retrieval process of the digital holographic memory system. Our experimental results show that the BER per...

AI 본문요약
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제안 방법

  • 단순 임계값 괴-정에서는 각 페이지상의 빔의 불균일 분포로 CCD에 출력되는 영상들의 화질패턴이 다르기 때문에 각 출력페이지에 서로 다른 임계 값을 주어 '0'과 T를 판단하게 하였고, 적응 등화기 과정에서는 CCD 출력이 그레이레벨 값 즉, 0~255의 十 극성값만을 가지므로 수렴상수(u) 값 선택에 따라서 등화기 출력값이 민감하게 발산하게 되므로 단순 임계값에서 과정에서 사용한 이진 판별 값으로 0-255 값을 양극성( + , -) 값으로 변환한 뒤 적응 등화기 과정을 수행하였다. 적응 등화기 괴:정에서 입력되는 값 즉, 수렴상수와 필터 탭수, a 값 그리고 thresholding detection 소자의, '0''과 '1' 를 판단하는 값 등은 반복과정을 통해서 최소의 에러분포를 가지는 값을 선택하였으며, 필터 계수의 초기값은 0으로 설정하였다. 그림 4-(c)에 대한 이진 판별과정의 한 예로써, 최소의 에러분포를 갖는 조건은 단순 임계 값 과정의 경우 임계값은 130(10개 에러발생), 등화과정에서는 /x = 0.
  • 설치하여 잡음을 필터링하였다. PC를 통하여 소프트웨어적으로 인코딩된 데이터 입력은 Epson사의 SLM(800X600 pixels)을 사용하였으며, 이 SLM의 Contrast Ratio는 100:1이 고, 영상 출력은 Costai사의 CCD(640X480pixels) 카메라로 측정하였다. 레이저로부터 나오는 두 빔 즉, 신호빔과 기준 빔은 광굴절 저장매체내에 직각으로 입사되는 90° 기록구조를 사용하였으며, 저장물질인 광굴절 결정의 양단에 푸리에 변환 렌즈를 사용하여 푸리에 홀로그램이 기록되도록 하는 4-f 광학계를 사용하였、다.
  • 샘플링하여 이진영상을 복원하였다. 단순 임계값 괴-정에서는 각 페이지상의 빔의 불균일 분포로 CCD에 출력되는 영상들의 화질패턴이 다르기 때문에 각 출력페이지에 서로 다른 임계 값을 주어 '0'과 T를 판단하게 하였고, 적응 등화기 과정에서는 CCD 출력이 그레이레벨 값 즉, 0~255의 十 극성값만을 가지므로 수렴상수(u) 값 선택에 따라서 등화기 출력값이 민감하게 발산하게 되므로 단순 임계값에서 과정에서 사용한 이진 판별 값으로 0-255 값을 양극성( + , -) 값으로 변환한 뒤 적응 등화기 과정을 수행하였다. 적응 등화기 괴:정에서 입력되는 값 즉, 수렴상수와 필터 탭수, a 값 그리고 thresholding detection 소자의, '0''과 '1' 를 판단하는 값 등은 반복과정을 통해서 최소의 에러분포를 가지는 값을 선택하였으며, 필터 계수의 초기값은 0으로 설정하였다.
  • 재생 하였다. 데이터 기록 실험시 다중화는 0.005° 의 각 분해능을 갖는 스텝핑 (stepping)모터로 0.01° 간격으로 각다중화 하였다. 또한 기록시 기준빔과 신호빔의 세기는 LiNbQ 광굴절 결정에 입사하기 직전에 측정한 값을 기준으로 기준빔은 25 mW이고 신호빔은 1.
  • PC를 통하여 소프트웨어적으로 인코딩된 데이터 입력은 Epson사의 SLM(800X600 pixels)을 사용하였으며, 이 SLM의 Contrast Ratio는 100:1이 고, 영상 출력은 Costai사의 CCD(640X480pixels) 카메라로 측정하였다. 레이저로부터 나오는 두 빔 즉, 신호빔과 기준 빔은 광굴절 저장매체내에 직각으로 입사되는 90° 기록구조를 사용하였으며, 저장물질인 광굴절 결정의 양단에 푸리에 변환 렌즈를 사용하여 푸리에 홀로그램이 기록되도록 하는 4-f 광학계를 사용하였、다. 본 실험에서 사용된 저장물질은 Deltronics 사의 Fe가 0.
  • 본 논문에서는 디지털 홀로그래픽 광메모리 시스템에서 고밀도 2차원 페이지의 인접픽셀들간의 ISI를 줄이기 위한 적응 등화기 를 복원과정 의 이진판별과정 에 적용하였다. 이진판별과정에서 적응 등화기를 적용한 실험결과 단순 임계값을 주는 과정보다 BER 성능이 평균적으로 약 19.
  • 그러나 적응 등화기의 단점은 수렴상수와 필터 탭수, a 값 그리고 thresholding detection 소자의 'CT과 T를 판단하는 값 등을 잘못 선택했을 경우에는 오히려 단순 임계값 과정보다 에러가 확산됨을 볼 수 있었다. 실험에서는 입력 영상을 확대하여 저장 . 복원 실험을 수행하였지만, 입력 SLM과 출력 CCD 사이에 픽셀매칭 실험이 이루어진다면 픽셀 간의 간섭은 디지털 홀로그래픽 광메모리 시스템의 BER 성능에 큰 영향을 미칠것으로 판단되며, 본 실험에서 적용한 등화기가 픽셀간 간섭 완화에 큰 몫을 할 것으로 판단된다.
  • 5 mW로 설정하였다. 재생시에는 신호빔 단을 전자 셔터를 이용하여 차폐하고 기준 빔을 기록시 각도로 광굴절 결정에 입사시키므로써 기록된 데이터를 순차적으로 재생하여 CCD 카메라를 통하여 재생 이미지를 출력하고 CCD 카메라에 연결된 Frame Grabber를 통하여 PC에 재생 신호를 입력한 후 재생 이미지의 후처리 과정을 수행하였다. 본 실험과정의 전체적인 시스템 구성도를 나타내면 그림 3과 같다.

대상 데이터

  • 세로가 4배 증가한 영상을 얻을 수 있었다. 그래서 SLM 입력영상 한 픽셀에 대해 복원된 영상은 가로 4픽셀X세로 4픽셀, 즉 16개의 픽셀로 구성하였다. 그림 4는 그림 3의 디지털 홀로그래픽 광 메모리 시스템의 SLM 입력 이진영상과, '0' 과 '1'의 값을 판단하는 이진판별과정의 입력영상의 일부분을 보이고 있다.
  • 레이저로부터 나오는 두 빔 즉, 신호빔과 기준 빔은 광굴절 저장매체내에 직각으로 입사되는 90° 기록구조를 사용하였으며, 저장물질인 광굴절 결정의 양단에 푸리에 변환 렌즈를 사용하여 푸리에 홀로그램이 기록되도록 하는 4-f 광학계를 사용하였、다. 본 실험에서 사용된 저장물질은 Deltronics 사의 Fe가 0.03 mole% 도핑된 체적 1cm3 크기의 LiNbO3 광굴절 결정을 사용하였다. 본 실험에서는 120X 90bit를 가지는 5개의 페이지에 대하여, 각 페이지에 기록시간(1.
  • 본 실험에서 사용한 광원은 Coherenl사의 출력이 100 mW인 Diode-pumped Nd:YAG 레이저 (2= 532 nm)이고, 광원 내에 포함된 잡음을 제거하기 위해서 레이저 출력단 앞에 공간 필터를 설치하여 잡음을 필터링하였다. PC를 통하여 소프트웨어적으로 인코딩된 데이터 입력은 Epson사의 SLM(800X600 pixels)을 사용하였으며, 이 SLM의 Contrast Ratio는 100:1이 고, 영상 출력은 Costai사의 CCD(640X480pixels) 카메라로 측정하였다.
  • 03 mole% 도핑된 체적 1cm3 크기의 LiNbO3 광굴절 결정을 사용하였다. 본 실험에서는 120X 90bit를 가지는 5개의 페이지에 대하여, 각 페이지에 기록시간(1.8~3.7초) 을 달리하여 모든 페이지에 대해 각각 16개씩 총 80개의 데이터를 기록 . 재생 하였다.

이론/모형

  • 4 범위를 갖는 값에 국한해서 선별적으로 그래프화 '하였다. SNR 증가에 따른 BER 특성을 관찰하기 위해 각 페이지에 대해 기록 시간을 달리하여 SNR을 측정하였으며, SNR의 정의는 참고문헌 7를 이용하였다.
  • 수식 (8)은 Wiener- Hoff 방정식의 해가 되며, 이 해는 역행렬과 곱셈이 포함되어 있어서 최적 계수들을 구하는데 복잡한 연산과정이 필요하게 된다.3, 6] 그러므로, 본 논문에서는 간단한 nlmS 알고리즘을 이용하여 필터 계수들을 적응해 나갔다.
  • [2-4]그러므로 광메모리 시스템의 용량 증가와 BER 향상을 위해서 ISI를 완화시키는 연구들이 진행되고 있다. 본 논문에서는 ISI를 완화시키는 방법으로, normalized least- mean-square(NLMS) 알고리즘을 이용한 적응 등화기 (adaptive equalizer)# 사용하였다.
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