KR20190133194A - Millimeter wave regeneration and retransmission for building penetration - Google Patents

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KR20190133194A
KR20190133194A KR1020197030714A KR20197030714A KR20190133194A KR 20190133194 A KR20190133194 A KR 20190133194A KR 1020197030714 A KR1020197030714 A KR 1020197030714A KR 20197030714 A KR20197030714 A KR 20197030714A KR 20190133194 A KR20190133194 A KR 20190133194A
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KR1020197030714A
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솔리만 애쉬라피
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넥스젠 파트너스 아이피 엘엘씨
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Abstract

건물 내부로의 신호 침투를 가능하게 하는 시스템은 건물 외부에 위치하며 건물 내부로의 침투 시 손실을 겪는 제 1 주파수의 신호를 수신하고 그리고 제 1 주파수의 수신된 신호를 무선 통신 링크 상으로 건물 내부로 침투시킴으로써 야기되는 손실을 극복하는 제 1 포맷으로 변환하는 제 1 회로를 포함한다. 제 1 회로는 또한 건물 내부로의 침투 시 발생하는 손실에 대응하는 제 1 포맷의 RF 전송을 위한 제 1 전송 칩셋을 구현하며, 제 1 주파수의 신호를 수신하고 그리고 제 1 주파수의 수신된 신호를 건물 내부로 침투시킴으로써 야기되는 손실을 극복하는 제 1 포맷으로 변환하는 제 1 송수신기를 더 포함한다. 건물 내부에 위치하는 제 2 회로는 제 1 회로와 통신적으로 링크되고, 제 1 포맷의 변환된 수신 신호를 수신 및 전송한다. 제 2 회로는 제 1 전송 칩셋을 구현하며, 제 1 포맷의 변환된 신호를 건물 외부의 제 1 수신기로부터 수신하고 제 1 수신기로 송신하는 제 2 송수신기를 더 포함한다.A system that enables signal penetration into a building is located outside the building and receives a signal of a first frequency that suffers loss upon penetration into the building and receives the received signal of the first frequency onto a wireless communication link within the building. And a first circuit for converting to a first format that overcomes the losses caused by penetration. The first circuit also implements a first transmission chipset for RF transmission in a first format corresponding to losses occurring upon penetration into a building, receiving a signal at a first frequency and receiving a received signal at a first frequency. The apparatus further includes a first transceiver for converting to a first format that overcomes the loss caused by penetration into the building. A second circuit located inside the building is communicatively linked with the first circuit and receives and transmits the converted received signal of the first format. The second circuit implements a first transmission chipset and further includes a second transceiver for receiving the converted signal of the first format from a first receiver outside the building and transmitting to the first receiver.

Description

건물 침투를 위한 밀리미터파의 재생성 및 재전송 Millimeter wave regeneration and retransmission for building penetration

본 발명은 밀리미터파 전송에 관한 것이고, 더욱 상세하게는 밀리미터파 전송을 위한 건물 투과성을 향상시키는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to millimeter wave transmission, and more particularly, to a method for improving building permeability for millimeter wave transmission.

밀리미터파 전송은 1300MHz의 미국에서 사용 가능한 지역 다지점 분배 서비스(LMDS: local multipoint distribution service)의 스펙트럼을 만들기 위한 대역폭 플랜으로서 개발되었다. 밀리미터파 전송은 무선 모바일 장치에 대한 증가하는 대역폭 및 애플리케이션 요구사항으로 인한 증가하는 대역폭 가용성에 대한 필요성을 충족시킨다. 그러나, 대역폭 기능을 향상시키면, 밀리미터파 전송은 매우 나쁜 건물 침투 능력을 가진다는 점이 문제가 된다. 신호는 대부분의 건물 구조를 침투하고자 시도할 때 급격하게 저하된다. 이것은 대다수의 무선 신호 트래픽이 건물 내에서 발생하기 때문에 심각한 문제를 제공하며, 밀리미터파 대역폭을 사용할 수 없게 되면 그것을 현대의 시장에서 구현하는 것이 크게 제한 받게 된다. 그러므로, 밀리미터파 전송의 건물 침투 특성을 향상시키기 위한 어떤 방법에 대한 필요성이 존재한다.The millimeter wave transmission was developed as a bandwidth plan to create a spectrum of local multipoint distribution services (LMDS) available in the United States at 1300 MHz. Millimeter wave transmission meets the need for increased bandwidth availability due to the increasing bandwidth and application requirements for wireless mobile devices. However, if the bandwidth function is improved, the problem is that millimeter wave transmission has very poor building penetration capability. The signal drops dramatically when attempting to penetrate most building structures. This presents a serious problem because the majority of wireless signal traffic occurs in buildings, and when millimeter wave bandwidth becomes unavailable, the implementation of it in the modern market is severely limited. Therefore, there is a need for some method to improve the building penetration characteristics of millimeter wave transmission.

본 명세서에 개시되고 서술된 본 발명은, 그것의 일 양태에서, 건물 외부에 위치하며, 건물 내부로의 침투 시 손실을 겪는 제 1 주파수의 신호를 수신하고, 제 1 주파수의 수신된 신호를 무선 통신 링크 상으로 건물 내부로 침투하게 함으로써 야기되는 손실을 극복하는 제 1 포맷으로 변환하는 제 1 회로를 포함하는, 건물 내부로의 신호 침투를 가능하게 하는 시스템을 포함한다. 제 1 회로는 건물 내부로의 침투 시 발생하는 손실에 대응하는 제 1 포맷의 RF 전송을 위한 제 1 전송 칩셋을 구현하고, 제 1 주파수의 신호를 수신하고, 제 1 주파수의 수신된 신호를 건물 내부로 침투하게 함으로써 야기되는 손실을 극복하는 제 1 포맷으로 변환하는 제 1 송수신기를 더 포함한다. 건물 내부에 위치하는 제 2 회로는 제 1 포맷의 변환된 수신 신호를 수신하고 송신하기 위해 제 1 회로에 통신적으로 링크된다. 제 2 회로는 제 1 전송 칩셋을 구현하고, 제 1 포맷의 변환된 신호를 건물 외부의 제 1 송신기로부터 수신하고 제 1 송신기로 송신하는 제 2 송수신기를 더 포함한다.The present invention disclosed and described herein, in one aspect thereof, receives a signal of a first frequency located outside the building, which suffers loss upon penetration into the building, and wirelessly receives the received signal of the first frequency. And a system that enables signal penetration into the building, the first circuit converting to a first format that overcomes the loss caused by penetration into the building over the communication link. The first circuit implements a first transmit chipset for RF transmission in a first format corresponding to losses occurring upon penetration into a building, receives a signal at a first frequency, and builds a received signal at a first frequency. And a first transceiver for converting to a first format that overcomes the loss caused by infiltrating therein. A second circuit located inside the building is communicatively linked to the first circuit to receive and transmit the converted received signal of the first format. The second circuit further includes a second transceiver for implementing the first transmission chipset and receiving a converted signal of the first format from the first transmitter outside the building and transmitting to the first transmitter.

보다 완전한 이해를 위해, 이제 아래의 첨부된 도면과 관련지어 제공된 아래의 설명을 참조한다.
도 1a는 건물 침투 시스템의 블록도이다.
도 1b는 외부로부터의 전송을 위한 건물 침투 시스템의 양방향 특성을 도시한다.
도 1c는 내부로부터의 전송을 위한 건물 침투 시스템의 양방향 특성을 도시한다.
도 1d는 도 1a의 건물 침투 시스템의 네트워크 배치를 도시한다.
도 2는 건물 구조의 내부 및 외부 모두에 위치하는 수신기와 기지국 사이의 밀리미터파 전송을 도시한다.
도 3a는 창을 통한 밀리미터파 전송을 전달하기 위한 광 브릿지의 블록도를 도시한다.
도 3b는 수신 신호가 창 또는 벽을 통해 더 쉽게 전송되는 레벨로 하향 변환되는 실시예의 블록도를 도시한다.
도 4는 밀리미터파 재생성 및 재전송 회로의 보다 상세한 블록도이다.
도 5는 밀리미터파 재생성 및 재전송 회로와 관련된 오정렬 손실을 도시한다.
도 6은 밀리미터파 재생성 및 재전송 회로의 RF 송수신기 회로를 도시한다.
도 7은 밀리미터파 재생성 및 재전송 회로의 광 포커싱 회로를 도시한다.
도 8은 전송된 신호 내의 스펙트럼 효율을 증가시키기 위한 다양한 기술을 도시한다.
도 9는 전송된 신호 내의 스펙트럼 효율을 증가시키기 위한 특정 기술을 도시한다.
도 10은 다양한 통신 프로토콜 인터페이스 사이에 통신 대역폭을 제공하는 방법의 일반적인 개요를 도시한다.
도 11은 트위스트 페어/케이블 인터페이스를 통한 다중 레벨 오버레이 변조를 이용하는 방법을 도시한다.
도 12는 광 통신 시스템 내의 다중 데이터 스트림을 처리하기 위한 일반적인 블록도를 도시한다.
도 13은 통신 시스템 내에서 궤도 각운동량을 발생시키는 시스템의 기능 블록도이다.
도 14는 도 7의 궤도 각운동량 신호 처리 블록의 기능 블록도이다.
도 15는 다중 데이터 스트림을 포함하는 수신 신호로부터 궤도 각운동량을 제거하는 방법을 도시하는 기능 블록도이다.
도 16은 관련된 다양한 궤도 각운동량을 갖는 무한 개의 신호를 제공하는 2개의 양자 스핀 분극을 갖는 신호 파장을 도시한다.
도 17a는 스핀 각운동량의 변화만 갖는 평면파를 도시한다.
도 17b는 스핀 및 궤도 각운동량이 모두 적용된 신호를 도시한다.
도 18a 내지 도 18c는 상이한 궤도 각운동량이 적용된 다양한 신호를 도시한다.
도 18d는 다양한 아이겐 모드에 대한 포인팅 벡터의 전파를 도시한다.
도 18e는 나선 위상 판을 도시한다.
도 19는 다중 레벨 오버레이 변조 시스템을 도시한다.
도 20은 다중 레벨 오버레이 복조기를 도시한다.
도 21은 다중 레벨 오버레이 송신기 시스템을 도시한다.
도 22는 다중 레벨 오버레이 수신기 시스템을 도시한다.
도 23a 내지 도 23k는 대표적인 다중 레벨 오버레이 신호 및 그 각각의 스펙트럼 파워 밀도를 도시한다.
도 24은 시간 및 주파수 도메인 내에서의 다중 레벨 오버레이 신호의 비교를 도시한다.
도 25는 상이한 신호 대역폭에 대한 다중 레벨 오버레이 신호의 스펙트럼 정렬을 도시한다.
도 26은 다중 레벨 오버레이 신호의 대안의 스펙트럼 정렬을 도시한다.
도 27은 결합된 3 층 다중 레벨 오버레이 기술을 이용한 다양한 신호 층에 대한 파워 스펙트럼 밀도를 도시한다.
도 28은 결합된 3 층 다중 레벨 오버레이 기술을 이용한 층들에 대한 로그 스케일 상의 파워 스펙트럼 밀도를 도시한다.
도 29는 1/6의 심볼 레이트에 대한 제곱근 레이즈드 코사인 대 다층 오버레이에 대한 대역폭 효율 비교를 도시한다.
도 30은 1/4의 심볼 레이트에 대한 제곱근 레이즈드 코사인 대 다층 오버레이에 대한 대역폭 효율 비교를 도시한다.
도 31은 ACLR을 이용한 제곱근 레이즈드 코사인과 다중 레벨 오버레이 간의 성능 비교를 도시한다.
도 32는 대역 외 전력을 이용한 제곱근 레이즈드 코사인과 다중 레벨 오버레이 간의 성능 비교를 도시한다.
도 33은 밴드 에지 PSD를 이용한 제곱근 레이즈드 코사인과 다중 레벨 오버레이 간의 성능 비교를 도시한다.
도 34는 다중 레벨 오버레이와 함께 사용하기 위한 송신기 서브시스템의 블록도이다.
도 35는 다중 레벨 오버레이를 이용한 수신기 서브 시스템의 블록도이다.
도 36은 수정된 다중 레벨 오버레이의 등가 이산 시간 직교 채널을 도시한다.
도 37은 다층 오버레이, 수정된 다층 오버레이 및 제곱근 레이즈드 코사인의 PSD를 도시한다.
도 38은 다층 오버레이와 제곱근 레이즈드 코사인 간의 -40 dBc 대역 외 전력을 기초로 한 대역폭 비교를 도시한다.
도 39는 수정된 다층 오버레이의 등가 이산 시간 평행 직교 채널을 도시한다.
도 40은 3 층을 가지고 Tsym=3인 수정된 다층 오버레이의 평행 직교 채널의 채널 파워 이득을 도시한다.
도 41은 수정된 다층 오버레이와 제곱근 레이즈드 코사인 간의 ACLR1을 기초로 한 스펙트럼 효율 비교를 도시한다.
도 42는 OBP를 기초로 한 수정된 다층 오버레이와 제곱근 레이즈드 코사인 간의 스펙트럼 효율 비교를 도시한다.
도 43은 수정된 다층 오버레이와 제곱근 레이즈드 코사인 간의 ACLR1을 기초로 한 스펙트럼 효율 비교를 도시한다.
도 44는 수정된 다층 오버레이와 제곱근 레이즈드 코사인 간의 OBP를 기초로 한 스펙트럼 효율 비교를 도시한다.
도 45는 저역 통과 등가 수정 다층 오버레이 시스템에 대한 기저 대역 송신기의 블록도를 도시한다.
도 46은 저역 통과 등가 수정 다층 오버레이 시스템에 대한 기저 대역 수신기의 블록도를 도시한다.
도 47은 자유 공간 통신 시스템을 도시한다.
도 48은 궤도 각 운동량 및 다중 레벨 오버레이 변조를 이용하는 자유 공간 광학 시스템의 블록도를 도시한다.
도 49a 내지 도 49c는 더 높은 데이터 용량을 달성하기 위해 복수의 데이터 채널을 광학 링크로 멀티플렉싱하는 방식을 도시한다.
도 49d는 다중 OAM 밸브를 갖는 파장에 대한 동심 링의 그룹을 도시한다.
도 50은 다수의 직교 OAM 빔을 포함하는 WDM 채널을 도시한다.
도 51은 자유 공간 광학 시스템의 한 노드를 도시한다.
도 52는 자유 공간 광학 시스템 내의 노드들의 네트워크를 도시한다.
도 53은 자유 공간 신호와 RF 신호 간의 멀티플렉싱을 위한 시스템을 도시한다.
도 54는 창 또는 벽을 통한 데이터 전송을 위해 호른 안테나를 이용하는 실시예를 도시한다.
도 55는 도 54의 실시예에서의 다운링크 손실을 도시한다.
도 56은 도 54의 실시예에서의 업 링크 신호 강도를 도시한다.
도 57은 도 54의 실시예에서 파워 증폭기가 건물 내부에 위치할 때의 업 링크 신호 강도를 도시한다.
도 58은 파워 증폭기가 포함되지 않은 때 도 59의 실시예의 다운링크 상의 이득 및 손실을 도시한다.
도 59는 도 54의 실시예에서 파워 증폭기가 제공되지 않을 때 업링크의 다양한 지점에서의 신호 강도를 도시한다.
도 60은 도 56의 실시예와 함께 사용되는 차폐를 도시한다.
도 61은 창 또는 벽을 통해 데이터를 전송하기 위해 패치 안테나를 사용하는 실시예를 도시한다.
도 62는 도 61의 실시예에서 사용된 패치 안테나 어레이를 도시한다.
도 63은 패치 안테나 어레이의 패치 안테나를 도시한다.
도 64는 패치 안테나에 대한 안테나 이득 시뮬레이션을 도시한다.
도 65는 패치 안테나 어레이를 사용하는 고 지향성, 고 이득 빔의 생성을 도시한다.
도 66은 마이크로스트립 패치 안테나 어레이의 다른 실시예를 도시한다.
도 67은 패치 안테나 소자를 도시한다.
도 68은 패치 안테나의 전자 방사 필드를 도시한다.
도 69는 다층 패치 안테나 어레이의 평면도를 도시한다.
도 70은 다층 패치 안테나 어레이의 측면도를 도시한다.
도 71은 다층 패치 안테나 어레이의 제 1 층을 도시한다.
도 72는 다층 패치 안테나 어레이의 제 2 층을 도시한다.
도 73은 다층 패치 안테나 어레이와 함께 사용하기 위한 송신기를 도시한다.
도 74는 다층 패치 안테나 어레이로부터 전송된 다중화된 OAM 신호를 도시한다.
도 75는 다층 패치 안테나 어레이와 함께 사용하기 위한 수신기를 도시한다.
도 76은 단일 직사각형 패치 안테나의 3D 모델을 도시한다.
도 77은 도 10의 패치 안테나의 방사 패턴을 도시한다.
도 78a는 OAM 모드 차수 l=0에 대한 원형 어레이의 방사 패턴을 도시한다.
도 78b는 어레이 축 부근에서 OAM 모드 차수 l=0에 대한 방사 패턴을 도시한다.
도 78c는 어레이 축 부근에서 OAM 모드 차수 l=1에 대한 방사 패턴을 도시한다.
도 78d는 어레이 축 부근에서 OAM 모드 차수 l=2에 대한 방사 패턴을 도시한다.
도 79는 패치 안테나의 설계 및 레이아웃 프로세스를 보여주는 흐름도이다.
도 80은 패치 안테나용 라미네이트 상에 구리 층을 패턴화하는 프로세스를 보여주는 흐름도이다.
도 81은 제조된 패치 안테나의 테스트 프로세스를 보여주는 흐름도이다.
도 82a는 RF 송수신기 칩셋을 사용하여 창 또는 벽을 통해 RF 신호를 전송하기 위한 실시예를 도시한다.
도 82b는 페라소 칩셋을 사용하여 창 또는 벽을 통해 무선 신호를 전송하기 위한 시스템의 일 실시예를 도시한다.
도 83은 페라소 칩셋을 사용한 중계기의 구현예를 도시한다.
도 84a는 페라소 송수신기의 탑-레벨 블록도이다.
도 84b 및 84c는 페라소 칩셋의 상세한 응용도를 도시한다.
도 85는 페라소 송수신기 간의 직렬 전송을 도시한다.
도 86은 페라소 송수신기 간의 병렬 전송을 도시한다.
도 87은 외부 창에 위치한 페라소 송수신기의 기능 블록도이다.
도 88은 레이저를 사용하여 외부 페라소 송신기에 전력을 제공하는 방법을 보여준다.
도 89는 VCSEL 내의 정렬 홀을 도시한다.
도 90은 VCSEL의 광학 회로를 정렬하기 위한 정렬 구멍의 사용을 도시한다.
도 91은 VCSEL 사이의 광 파워 커플링을 도시한다.
도 92는 태양전지 판을 사용하여 외부 시스템 구성요소에 전원을 공급하는 방식을 보여준다.
도 93은 레이저를 사용하여 외부 시스템 구성요소에 전원을 공급하는 방식을 보여준다.
도 94는 유도 결합을 사용하여 내부 전원으로부터 외부 구성요소에 전원을 공급하는 방식을 보여준다.
도 95는 상호 인덕턴스에 의해 연결된 한 쌍의 원형 루프를 도시한다.
도 96은 코일 효율과 관련된 정보를 제공하는 테이블을 도시한다.
도 97은 유도 결합을 통해 결합된 코일에 대한 개략도이다.
도 98은 자기 공진을 통해 결합된 코일의 개략도이다.
도 99는 자기 공진 무선 전력 전송 시스템의 기능 블록도를 도시한다.
도 100은 자기 결합 공진기의 개략도이다.
도 101은 간단한 발전 회로의 개략도이다.
도 102는 와류 손실을 극복하기 위한 임피던스 매칭의 사용을 개략적으로 도시한다.
도 103은 구조물의 외부 및 내부에 위치한 페라소 송수신기 회로의 사시도를 도시한다.
도 104는 구조물의 외부 및 내부에 위치한 페라소 송수신기 회로의 측면도를 도시한다.
도 105는 창 유리를 통한 신호의 전송과 관련된 다양한 파라미터의 테이블을 도시한다.
도 106은 창 유리를 통한 신호 전송과 관련된 다양한 파라미터의 다른 테이블을 도시한다.
도 107은 창 유리를 통한 신호 전송과 관련된 다양한 파라미터의 추가 테이블을 도시한다.
도 108은 밀리미터파 시스템이 광대역 데이터 전송을 제공하기 위해 가정용 IP 네트워크와 결합될 수 있는 방식을 보여준다.
도 109는 결합형 IP 가정용 네트워크 시스템의 기능 블록도를 도시한다.
도 110은 가정용 IP 네트워크 시스템의 기능 블록도이다.
도 111은 밀리미터파 시스템이 가정용 IP 네트워크 시스템으로 정보를 전송하기 위해 이용될 수 있는 방식을 보여준다.
도 112는 가정용 IP 네트워크 시스템으로 광대역 데이터의 무선 전송을 위한 제 1 실시예를 도시한다.
도 113은 가정용 IP 네트워크 시스템으로 광대역 데이터의 무선 전송을 위한 제 2 실시예를 도시한다.
도 114는 가정용 IP 네트워크 시스템으로 광대역 데이터의 무선 전송을 위한 제 3 실시예를 도시한다.
도 115는 광대역 데이터를 가정용 게이트웨이에 제공하기 위한 결합된 광학 데이터 전송 시스템 및 RF 데이터 전송 시스템을 도시한다.
도 116은 광 네트워크 데이터 전송 시스템과 RF 네트워크 데이터 전송 시스템 사이의 네트워크 구성을 제어하기 위해 로드 밸런싱 기술이 사용될 수 있는 방식을 도시한다.
도 117은 중앙 사무실과 고객 구내 간의 다양한 광 연결을 도시한다.
도 118은 GPON 아키텍처를 도시한다.
도 119는 업스트림 및 다운 스트림 GTC 프레임을 도시한다.
도 120은 다운 스트림 GTC 프레임 포맷을 도시한다.
도 121은 업스트림 GTC 프레임 포맷을 도시한다.
도 122는 vOLTHA(Virtual Optical Line Termination Hardware Abstraction) 계층을 도시한다.
도 123은 OLT 및 ONU 링크 상에서의 vOLTHA의 구현예를 도시한다.
도 124는 OLT와 홈 게이트웨이 사이의 광대역 링크를 도시한다.
도 125는 ONU와 복수의 홈 게이트웨이 사이의 인터페이스를 도시한다.
도 126은 OLT와 홈 게이트웨이 사이의 광대역 데이터 통신 링크의 제 1 실시예를 도시한다.
도 127은 OLT와 가상 현실 고글 사이의 광대역 데이터 통신 링크의 제 2 실시예를 도시한다.
도 128은 60GHz 송수신기 동글의 기능 블록도이다.
도 129는 상기 광대역 통신 링크 중 하나 내의 이더넷 인터페이스를 위한 6 바이트 MAC 어드레스를 보여준다.
도 130은 전술한 PON 네트워크 내의 스위치를 도시한다.
For a more complete understanding, reference is now made to the description provided below in connection with the accompanying drawings below.
1A is a block diagram of a building penetration system.
1B illustrates the bidirectional nature of a building penetration system for transmission from the outside.
1C shows the bidirectional nature of a building penetration system for transmission from the inside.
FIG. 1D shows the network layout of the building penetration system of FIG. 1A.
2 illustrates millimeter wave transmission between a receiver and a base station located both inside and outside the building structure.
3A shows a block diagram of an optical bridge for delivering millimeter wave transmission through a window.
3B shows a block diagram of an embodiment where the received signal is down converted to a level where it is more easily transmitted through a window or wall.
4 is a more detailed block diagram of millimeter wave regeneration and retransmission circuitry.
5 shows misalignment losses associated with millimeter wave regeneration and retransmission circuitry.
6 shows an RF transceiver circuit of millimeter wave regeneration and retransmission circuitry.
7 shows an optical focusing circuit of millimeter wave regeneration and retransmission circuitry.
8 illustrates various techniques for increasing spectral efficiency in a transmitted signal.
9 illustrates certain techniques for increasing spectral efficiency in a transmitted signal.
10 shows a general overview of a method of providing communication bandwidth between various communication protocol interfaces.
11 illustrates a method using multi-level overlay modulation over twisted pair / cable interface.
12 shows a general block diagram for processing multiple data streams in an optical communication system.
13 is a functional block diagram of a system for generating orbital angular momentum in a communication system.
14 is a functional block diagram of the orbital angular momentum signal processing block of FIG.
15 is a functional block diagram illustrating a method for removing orbital angular momentum from a received signal comprising multiple data streams.
FIG. 16 shows signal wavelengths with two quantum spin polarizations providing infinite number of signals with varying orbital angular momentum.
17A shows a plane wave with only a change in spin angular momentum.
17B shows a signal to which both spin and orbital angular momentum are applied.
18A-18C show various signals with different orbital angular momentum applied.
18D shows propagation of pointing vectors for various eigen modes.
18E shows a spiral phase plate.
19 illustrates a multilevel overlay modulation system.
20 shows a multilevel overlay demodulator.
21 illustrates a multilevel overlay transmitter system.
22 illustrates a multilevel overlay receiver system.
23A-23K illustrate exemplary multilevel overlay signals and their respective spectral power densities.
24 shows a comparison of multi-level overlay signals in the time and frequency domain.
25 illustrates the spectral alignment of a multilevel overlay signal for different signal bandwidths.
26 shows an alternative spectral alignment of the multi level overlay signal.
27 shows power spectral densities for various signal layers using a combined three layer multi level overlay technique.
FIG. 28 shows power spectral density on a logarithmic scale for layers using the combined three layer multi level overlay technique.
FIG. 29 shows a comparison of bandwidth efficiency for square root raised cosine versus multi-layer overlay for a symbol rate of 1/6.
30 shows a bandwidth efficiency comparison for square root raised cosine versus multi-layer overlay for a symbol rate of 1/4.
FIG. 31 shows a performance comparison between square root raised cosine and multi level overlay using ACLR.
32 shows a performance comparison between square root raised cosine and multi-level overlay using out-of-band power.
33 shows a performance comparison between square root raised cosine and multi-level overlay using band edge PSD.
34 is a block diagram of a transmitter subsystem for use with a multi level overlay.
35 is a block diagram of a receiver subsystem using a multilevel overlay.
36 shows an equivalent discrete time orthogonal channel of a modified multi-level overlay.
37 shows a PSD of a multilayer overlay, a modified multilayer overlay, and a square root raised cosine.
38 shows a bandwidth comparison based on -40 dBc out-of-band power between multilayer overlay and square root raised cosine.
39 shows an equivalent discrete time parallel orthogonal channel of a modified multilayer overlay.
40 shows the channel power gain of a parallel orthogonal channel of a modified multilayer overlay with three layers and T sym = 3.
FIG. 41 shows a spectral efficiency comparison based on ACLR1 between a modified multilayer overlay and a square root raised cosine.
42 shows a spectral efficiency comparison between a modified multilayer overlay and square root raised cosine based on OBP.
FIG. 43 shows a spectral efficiency comparison based on ACLR1 between a modified multilayer overlay and a square root raised cosine.
FIG. 44 shows a spectral efficiency comparison based on OBP between a modified multilayer overlay and a square root raised cosine.
45 shows a block diagram of a baseband transmitter for a low pass equivalent modified multilayer overlay system.
46 shows a block diagram of a baseband receiver for a low pass equivalent modified multilayer overlay system.
47 illustrates a free space communication system.
48 shows a block diagram of a free space optical system using orbital angular momentum and multi-level overlay modulation.
49A-49C illustrate a manner of multiplexing a plurality of data channels into an optical link to achieve higher data capacity.
49D shows a group of concentric rings for a wavelength with multiple OAM valves.
50 illustrates a WDM channel comprising a plurality of orthogonal OAM beams.
51 illustrates one node of a free space optical system.
52 shows a network of nodes in a free space optical system.
53 illustrates a system for multiplexing between a free space signal and an RF signal.
54 illustrates an embodiment using a horn antenna for data transmission through a window or wall.
FIG. 55 illustrates downlink loss in the embodiment of FIG. 54.
FIG. 56 illustrates uplink signal strength in the embodiment of FIG. 54.
FIG. 57 illustrates the uplink signal strength when the power amplifier is located inside a building in the embodiment of FIG. 54.
FIG. 58 illustrates the gain and loss on the downlink of the embodiment of FIG. 59 when no power amplifier is included.
FIG. 59 illustrates signal strength at various points in the uplink when no power amplifier is provided in the embodiment of FIG. 54.
FIG. 60 illustrates shielding used with the embodiment of FIG. 56.
FIG. 61 illustrates an embodiment of using a patch antenna to transmit data through a window or wall.
FIG. 62 illustrates a patch antenna array used in the embodiment of FIG. 61.
63 shows a patch antenna of a patch antenna array.
64 shows antenna gain simulation for a patch antenna.
65 illustrates generation of a high directivity, high gain beam using a patch antenna array.
66 illustrates another embodiment of a microstrip patch antenna array.
67 shows a patch antenna element.
68 shows the electron radiation field of the patch antenna.
69 shows a top view of a multilayer patch antenna array.
70 shows a side view of a multilayer patch antenna array.
71 shows a first layer of a multilayer patch antenna array.
72 shows a second layer of a multilayer patch antenna array.
73 illustrates a transmitter for use with a multilayer patch antenna array.
74 illustrates multiplexed OAM signals transmitted from a multilayer patch antenna array.
75 illustrates a receiver for use with a multilayer patch antenna array.
76 shows a 3D model of a single rectangular patch antenna.
FIG. 77 illustrates a radiation pattern of the patch antenna of FIG. 10.
78A shows the radiation pattern of the circular array for OAM mode order l = 0.
78B shows the radiation pattern for OAM mode order l = 0 near the array axis.
78C shows the radiation pattern for OAM mode order l = 1 near the array axis.
78D shows the radiation pattern for OAM mode order l = 2 near the array axis.
79 is a flowchart showing a design and layout process of a patch antenna.
80 is a flow chart showing a process of patterning a copper layer on a laminate for a patch antenna.
81 is a flowchart showing a test process of the manufactured patch antenna.
82A illustrates an embodiment for transmitting an RF signal through a window or wall using an RF transceiver chipset.
82B illustrates one embodiment of a system for transmitting wireless signals through a window or wall using a Ferraso chipset.
83 illustrates an implementation of a repeater using a Ferraso chipset.
84A is a top-level block diagram of a Peraso transceiver.
84B and 84C show detailed application diagrams of the Peraso chipset.
85 illustrates serial transmission between Peraso transceivers.
86 illustrates parallel transmission between a Peraso transceiver.
87 is a functional block diagram of a Peraso transceiver located in an external window.
88 shows a method of using a laser to power an external Peraso transmitter.
89 illustrates alignment holes in the VCSEL.
90 illustrates the use of alignment holes to align the optical circuit of the VCSEL.
91 illustrates optical power coupling between VCSELs.
92 illustrates a method for powering external system components using a solar panel.
93 illustrates a method of powering external system components using a laser.
94 illustrates a method of powering external components from an internal power source using inductive coupling.
95 shows a pair of circular loops connected by mutual inductance.
96 shows a table providing information related to coil efficiency.
97 is a schematic diagram of a coil coupled via inductive coupling.
98 is a schematic diagram of coils coupled through magnetic resonance.
99 shows a functional block diagram of a self-resonant wireless power transfer system.
100 is a schematic diagram of a magnetic coupling resonator.
101 is a schematic diagram of a simple power generation circuit.
102 schematically illustrates the use of impedance matching to overcome eddy current losses.
FIG. 103 illustrates a perspective view of a Peraso transceiver circuitry located outside and inside the structure.
104 illustrates a side view of a Peraso transceiver circuitry located outside and inside the structure.
105 shows a table of various parameters related to the transmission of signals through the window glass.
106 shows another table of various parameters related to signal transmission through the window glass.
107 shows an additional table of various parameters related to signal transmission through the window glass.
108 shows how a millimeter wave system can be combined with a home IP network to provide broadband data transmission.
109 shows a functional block diagram of a combined IP home network system.
110 is a functional block diagram of a home IP network system.
111 shows how a millimeter wave system can be used to send information to a home IP network system.
112 shows a first embodiment for wireless transmission of broadband data to a home IP network system.
113 shows a second embodiment for the wireless transmission of broadband data to a home IP network system.
114 shows a third embodiment for wireless transmission of broadband data to a domestic IP network system.
115 illustrates a combined optical data transmission system and RF data transmission system for providing broadband data to a home gateway.
116 illustrates how a load balancing technique may be used to control the network configuration between the optical network data transmission system and the RF network data transmission system.
117 illustrates various optical connections between the central office and the customer premises.
118 illustrates a GPON architecture.
119 shows upstream and downstream GTC frames.
120 illustrates a downstream GTC frame format.
121 illustrates an upstream GTC frame format.
FIG. 122 illustrates a Virtual Optical Line Termination Hardware Abstraction (vOLTHA) layer.
123 shows an implementation of vOLTHA on OLT and ONU links.
124 illustrates a broadband link between an OLT and a home gateway.
125 illustrates an interface between an ONU and a plurality of home gateways.
126 shows a first embodiment of a broadband data communication link between an OLT and a home gateway.
127 shows a second embodiment of a broadband data communication link between an OLT and a virtual reality goggles.
128 is a functional block diagram of a 60 GHz transceiver dongle.
129 shows a six byte MAC address for an Ethernet interface in one of the broadband communication links.
130 illustrates a switch in the aforementioned PON network.

이제 도면을 참조하여, 건물 침투를 위한 밀리미터파의 재생성 및 재전송의 다양한 도면 및 실시예들 및 그것과 관련된 다양한 실시예가 도시되고 설명되어 있고 다른 가능한 실시예들도 설명되며, 도면 전체에서 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해 유사한 부재번호가 사용되었다. 도면은 반드시 축척에 따라 그려진 것은 아니고, 몇몇 경우에 도면은 단지 설명의 목적으로 곳곳에서 과장되거나 및/또는 단순화되었다. 당업자들은 아래의 가능한 실시예들의 예시를 기초로 다양한 가능한 응용 및 변형을 이해할 것이다.Referring now to the drawings, various drawings and embodiments of millimeter wave regeneration and retransmission for building penetration and various embodiments related thereto are shown and described, and other possible embodiments are also described, and like elements throughout Similar abbreviations have been used to represent. The drawings are not necessarily drawn to scale, and in some cases the drawings have been exaggerated and / or simplified in various places for illustrative purposes only. Those skilled in the art will understand various possible applications and modifications based on the examples of possible embodiments below.

무선 통신의 한 문제점은 고주파 RF 파가 가정과 사무실의 창문과 벽을 투과할 수 없다는 것이다. 가정 또는 사무실 건물 내에서 에너지를 절약하기 위해 창이 적외선(IR) 차폐를 포함한다면, 차폐를 통해 전달되는 신호의 손실은 일반적으로 최대 40 또는 50dB이다. 따라서, 본 명세서에 기술된 밀리미터파 시스템은 유리, 창 또는 건물에 드릴로 구멍을 낼 필요없이 그러한 광학 및 고주파 무선파의 터널링을 제공하는 능력을 제공하여 그것을 통한 물리적 포털을 제공함으로써 무선 통신 기술에 큰 이점을 제공할 수 있다. 이것은 유리 또는 건물을 관통하는 문제를 갖는 임의의 주파수에서 수행될 수 있다. 유리는 태양열 및 열 성능이 지속적으로 향상됨으로 인해 가장 인기 있고 용도가 다양한 것 중 하나이다. 이 성능을 달성하는 한 가지 방법은 수동 및 태양광 제어 저 방사율(emissivity) 코팅을 사용하는 것이다. 이러한 저 방사율 유리 재료는 밀리미터파 스펙트럼 전송에 큰 손실을 발생시키고 이러한 유리를 통한 밀리미터파 전송에 큰 문제를 일으킨다. 아래에 설명된 시스템은 유리 또는 건물을 통과하는데 문제가 있는 주파수를 처리하여 신호가 가정 또는 건물 안팎으로 전송될 수 있도록 하는 능력을 제공한다.One problem with wireless communications is that high frequency RF waves cannot penetrate the windows and walls of homes and offices. If the window includes infrared (IR) shielding to save energy in a home or office building, the loss of signal transmitted through the shield is typically up to 40 or 50 dB. Thus, the millimeter wave systems described herein provide the ability to provide tunneling of such optical and high frequency radio waves without the need to drill holes in glass, windows, or buildings, thereby providing a physical portal through them, thereby greatly enhancing wireless communication technology. This can provide an advantage. This can be done at any frequency with the problem of penetrating glass or buildings. Glass is one of the most popular and versatile because of its continuous improvement in solar and thermal performance. One way to achieve this performance is to use passive and solar controlled low emissivity coatings. Such low emissivity glass materials cause significant losses in millimeter wave spectral transmission and cause significant problems in millimeter wave transmission through such glass. The system described below provides the ability to handle frequencies that are having trouble passing through glass or buildings so that signals can be transmitted into and out of the home or building.

밀리미터파 시그널링은 FCC가 미국 전역의 각각의 기본 트레이딩 영역 내에서 사용 가능한 1300 MHz의 LMDS(local multipoint distribution service) 스펙트럼을 만드는 밴드 플랜을 고안한 때 개발되었다. 이 플랜은 BTA(기본 트레이딩 영역) 마다 2개의 LMDS 라이센스, 각각 "A 블록" 및 "B 블록"을 할당하였다. A 블록 라이센스는 총 1150 MHz의 대역폭을 포함하고, B 블록 라이센스는 총 150 MHz의 대역폭으로 이루어진다. 라이센스 보유자 텔리젠트(Teligent)는 옥상으로부터 주변 중소 규모의 사업체로 고속 광대역을 전송할 수 있는 고정 무선 포인트 투 다중포인트 기술(fixed wireless point to multipoint technology)을 위한 시스템을 개발하였다. 그러나, 이 시스템 뿐만 아니라 윈스타(Winstar) 및 넥스트링크(NextLink)에 의해 제공되는 다른 시스템들도 성공하지 못했고, 많은 LMDS 라이센스는 FCC의 손으로 다시 넘어갔다. 이러한 라이센스 및 관련 스펙트럼은 5G 시험 및 서비스를 위해 유용할 것으로 보인다.Millimeter wave signaling was developed when the FCC devised a band plan to create a local multipoint distribution service (LMDS) spectrum of 1300 MHz that could be used within each basic trading area across the United States. The plan allocated two LMDS licenses per "BTA", "A Block" and "B Block", respectively. The A block license includes a total of 1150 MHz of bandwidth and the B block license consists of a total of 150 MHz of bandwidth. Licensee Telegent has developed a system for fixed wireless point to multipoint technology that can transfer high-speed broadband from the rooftop to nearby small and medium-sized businesses. However, this system as well as other systems provided by Winstar and NextLink have not been successful, and many LMDS licenses have been passed back to the FCC hands. These licenses and related spectrum are likely to be useful for 5G testing and services.

이제 도 1a를 참조하면, 건물 침투 전송 시스템(102)의 일반적인 블록도가 도시되어 있다. 건물 침투 전송 시스템(102)은 5G 고정 밀리미터파 배치를 사용하여 창문, 벽돌 및 콘크리트 벽과 같은 RF 및 광학적 장애물로 인한 높은 건물 침투 손실을 극복한다. 건물 침투 전송 시스템(102)은 기가 바이트 이더넷 서비스를 제공하기 위해 5G 밀리미터파 신호가 사용될 수 있는 기업 및 가정용 건물의 수를 크게 증가시킨다. 이 시스템은 창 또는 벽에 임의의 구멍의 드릴링 또는 어떤 유형의 신호 투과성 포털의 생성을 필요로 하지 않고 창 또는 벽(106)을 통해 광 또는 RF 터널을 제공한다. 기술한 시스템을 사용하여 지향성 전파를 생성하면 지향성 빔을 생성하여 낮은 유리 또는 벽을 통해 터널링할 수 있다. 이 시스템은 내부 송수신기와 외부 송수신기 사이의 링크 비용을 충족시킬 수 있다. 이 시스템은 소비자 설치 장치를 사용하여 기가비트 이더넷을 전달하기 위해 밀리미터파 신호를 사용할 수 있는 건물 수를 크게 증가시킨다.Referring now to FIG. 1A, a general block diagram of a building penetration transmission system 102 is shown. The building penetration transmission system 102 uses a 5G fixed millimeter wave arrangement to overcome high building penetration losses due to RF and optical obstacles such as windows, bricks and concrete walls. Building penetration transmission system 102 greatly increases the number of enterprise and home buildings in which 5G millimeter wave signals can be used to provide Gigabit Ethernet services. The system provides an optical or RF tunnel through the window or wall 106 without the need for drilling of any hole in the window or wall or the creation of any type of signal transmissive portal. Generating directional propagation using the described system allows the generation of directional beams to tunnel through low glass or walls. This system can meet the link cost between the internal transceiver and the external transceiver. The system significantly increases the number of buildings that can use millimeter-wave signals to deliver Gigabit Ethernet using consumer installations.

건물 침투 전송 시스템(102)은 일반적으로 창 또는 벽(106)의 외부에 위치한 외부 중계기 송신기(104)를 포함한다. 중계기 송신기(104)는 2.5GHz 대역, 3.5GHz 대역, 5GHz 대역, 24GHz 대역, 28GHz 대역(A1, A2, B1 및 B2), 39GHz 대역, 60GHz 대역, 71GHz 대역 및 81GHz 대역을 포함한 다수의 주파수를 송신 및 수신한다. 3.5GHz 대역은 CBRS(Citizens Band Radio Service), 60GHz 대역은 V 대역, 71GHz 및 81GHz는 E 대역이다. 중계기 송신기(104)는 외부 유닛이 외부 전원을 필요로 하지 않도록 자기 공진 또는 유도 결합을 사용하여 전력을 공급 받는다. 중계기(104)는 창 또는 벽(106)을 통해 수신된 신호를 건물 내부에 위치한 송수신기(108)로 전송한다. 송수신기(108)는 이더넷 및/또는 전력 연결을 제공하기 위한 안테나(110)를 포함한다. 건물 침투 전송 시스템(102)은 창 또는 벽과 같은 건물 구조물을 통해 초당 1 기가비트의 쓰루풋 트래픽 터널링을 제공할 수 있다. 송수신기(108)는 펨토 셀 연결성을 제공하는 포트(112)를 포함할 수 있지만, 일반적으로 안테나(110)를 사용하여 실내에서 Wi-Fi를 전송한다. 대안으로서, 이더넷 또는 전력 연결은 송수신기(108)에 하드 와이어링될 수 있다. 건물 침투 전송 시스템(102)은 구조물의 벽 또는 창의 임의의 지점에 위치될 수 있다. 건물 침투 전송 시스템(102)은 밀리미터파 신호가 상이한 유형의 구조물을 관통할 수 있도록 상이한 유형의 벽 및 창과 함께 작동하도록 설계된다. 중계기(104) 및 송수신기(108)는 강수, 더운/차가운 날씨 및 고/저 습도를 포함한 가장 열악한 환경을 견딜 수 있도록 금속/플라스틱 디자인으로 구성된다. Building penetration transmission system 102 generally includes an external repeater transmitter 104 located outside the window or wall 106. Repeater transmitter 104 transmits multiple frequencies including 2.5 GHz band, 3.5 GHz band, 5 GHz band, 24 GHz band, 28 GHz band (A1, A2, B1 and B2), 39 GHz band, 60 GHz band, 71 GHz band and 81 GHz band And receive. The 3.5 GHz band is CBRS (Citizens Band Radio Service), the 60 GHz band is the V band, and the 71 GHz and 81 GHz are the E bands. The repeater transmitter 104 is powered using magnetic resonance or inductive coupling such that the external unit does not require an external power source. Repeater 104 transmits the signal received through window or wall 106 to transceiver 108 located inside the building. The transceiver 108 includes an antenna 110 for providing an Ethernet and / or power connection. Building penetration transmission system 102 may provide 1 gigabit per second throughput traffic tunneling through building structures such as windows or walls. The transceiver 108 may include a port 112 that provides femtocell connectivity, but generally uses the antenna 110 to transmit Wi-Fi indoors. Alternatively, an Ethernet or power connection may be hard wired to the transceiver 108. The building penetration transmission system 102 may be located at any point in the wall or window of the structure. The building penetration transmission system 102 is designed to work with different types of walls and windows such that millimeter wave signals can penetrate different types of structures. Repeater 104 and transceiver 108 are constructed of metal / plastic designs to withstand the harshest environments, including precipitation, hot / cold weather, and high / low humidity.

송수신기(108)는 기가 바이트 이더넷 포트, 전력 출력, 적어도 하나의 USB 2.0 포트 및 듀얼 플래시 이미지 지원을 포함한다. 건물 침투 전송 시스템(102)은 최대 200피트(60m)의 범위를 제공한다. 이 시스템은 24V/M 수동 기가 바이트 PoE를 필요로 하며, 일 실시예에서 자기 공진 무선 충전을 사용하여 전력을 공급 받을 수 있는 최대 20W의 전력 소비를 갖는다. 이 시스템은 2GHz의 채널 대역폭 60GHz를 제공한다.The transceiver 108 includes a gigabit Ethernet port, a power output, at least one USB 2.0 port, and dual flash image support. The building penetration transmission system 102 provides a range of up to 200 feet (60 meters). The system requires 24V / M passive Gigabyte PoE, and in one embodiment has a power consumption of up to 20W that can be powered using self resonant wireless charging. The system provides a channel bandwidth of 60 GHz with 2 GHz.

도 1b 및 도 1c는 창 또는 벽(106)의 외부 측에 위치한 송수신기(104)와 창 또는 벽(106)의 내부 측에 위치한 송수신기(108) 사이의 양방향 통신을 도시한다. 원격 기지국 송신기(109)는 무선 신호를 외부 송수신기(104)로 전송한다. 외부 송수신기(104)로부터 내부 송수신기(108) 로의 통신 전송은 통신 링크(114)를 통해 발생한다. 내부로 전송된 신호는 내부 라우터(115)로부터 빔 성형 또는 WiFi(113)를 사용하여 소비자 구내 장비(CPE)(111)로 전송될 수 있다. 도 1c에 도시된 바와 같이, 내부장치(117)(예컨대, 모바일 장치 또는 사물 인터넷 장치)는 내부 라우터(115)로 신호를 전송한다. 내부 라우터(115)는 신호를 내부 송수신기(108)에 제공한다. 창 또는 벽(106)의 내부로부터 외부로의 전송은 송수신기(108)로부터 송수신기(104) 로의 통신 링크(116) 상에 있다. 그 후, 외부 송수신기(104)는 신호를 외부 기지국(109)으로 전송한다. 따라서, 이 시스템은 이하에 보다 상세히 설명된 바와 같이 RF, 광 또는 다른 유형의 통신 기술을 이용할 수 있는 양방향 통신을 가능하게 한다.1B and 1C show bidirectional communication between a transceiver 104 located on the outside side of the window or wall 106 and a transceiver 108 located on the inside side of the window or wall 106. The remote base station transmitter 109 transmits the radio signal to the external transceiver 104. Communication transmissions from the external transceiver 104 to the internal transceiver 108 occur over the communication link 114. The signals transmitted therein may be sent from the internal router 115 to the consumer premises equipment (CPE) 111 using beam shaping or WiFi 113. As shown in FIG. 1C, an internal device 117 (eg, mobile device or Internet of Things device) transmits a signal to an internal router 115. The internal router 115 provides a signal to the internal transceiver 108. The transmission from the inside of the window or wall 106 to the outside is on the communication link 116 from the transceiver 108 to the transceiver 104. The external transceiver 104 then sends a signal to the external base station 109. Thus, the system allows for bi-directional communication that can utilize RF, optical or other types of communication techniques as described in more detail below.

이제 도 1d를 참조하면, 도 1a-1c와 관련하여 서술된 건물 침투 시스템의 네트워크 배치가 도시되어 있다. 제공자 네트워크(130)는 광섬유 PoP(Point of Presence) 캐비닛(132)을 통해 로컬 네트워크와 인터페이스한다. 캐비닛(132)은 액세스 포인트(136)에 대한 광섬유 링크(134)를 갖는다. 각각의 액세스 포인트(136)는 예를 들어 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 임의의 수의 통신 주파수를 사용하여 무선 통신 링크를 통해 로컬 영역의 라이트 폴(light pole) 상에 위치한 다른 액세스 포인트(136)의 네트워크와 무선으로 통신한다. 액세스 포인트(136)는 본 명세서에 서술된 건물 침투 시스템을 포함하는 송수신기 시스템(138)과 통신하는데, 여기서, 신호는 외부 송수신기로 무선으로 전송된 다음, 기업 또는 가정의 내부로 전송되어, 정보가 제공자 네트워크(130)로부터 다양한 구조물 내부에 위치한 장치로/로부터 양방향으로 전송될 수 있다. 이러한 방식으로, 신호가 구조물 내부로 침투하여 발생하는 손실로 인해 통상적으로는 구조물 내부로 침투하지 못할 무선 통신을 사용하여, 네트워크 제공자(130)와 구조물 내에 위치한 모든 유형의 장치 사이에 데이터가 제공될 수 있다.Referring now to FIG. 1D, a network arrangement of the building penetration system described in connection with FIGS. 1A-1C is shown. The provider network 130 interfaces with the local network through an optical fiber point of presence cabinet 132. Cabinet 132 has an optical fiber link 134 to access point 136. Each access point 136 is located on a light pole of a local area via a wireless communication link using any number of communication frequencies, for example, as described herein. Communicate wirelessly with your network. The access point 136 communicates with a transceiver system 138 comprising a building penetration system as described herein, wherein the signal is wirelessly transmitted to an external transceiver and then transmitted to the interior of a business or home so that the information is stored. It may be transmitted in both directions from / to the provider network 130 to devices located within the various structures. In this way, data may be provided between the network provider 130 and any type of devices located within the structure, using wireless communications that would typically not be able to penetrate the structure due to the loss caused by the signal penetrating into the structure. Can be.

이제 도 2을 참조하면, 통신을 위한 밀리미터파 전송 시스템(102)이 도시되어 있다. 기지국(104)은 다양한 수신기(210, 202)로 전송하기 위한 밀리미터파 전송(206, 208)을 생성한다. 기지국(204)으로부터 수신기(210)로 직접 이동되는 밀리미터파 전송(206)은 많은 주변 간섭 없이 쉽게 수신될 수 있다. 기지국(204)으로부터 건물(214) 내부에 위치하는 수신기(212)까지의 밀리미터파 전송(208)은 상당한 간섭 문제를 가질 것이다. 밀리미터파 전송(208)은 건물(214)을 쉽게 관통하지 못한다. 투명한 창 또는 건물을 통과할 때 상당한 신호 손실을 겪게 된다. 28GHz 이상의 주파수는 건물 벽 및 유리창을 관통하지 못하며, 통신 트래픽의 85%는 건물 내부로부터 발생된다.Referring now to FIG. 2, a millimeter wave transmission system 102 for communication is shown. Base station 104 generates millimeter wave transmissions 206 and 208 for transmission to various receivers 210 and 202. The millimeter wave transmission 206 that is moved directly from the base station 204 to the receiver 210 can be easily received without much ambient interference. The millimeter wave transmission 208 from the base station 204 to the receiver 212 located inside the building 214 will have a significant interference problem. The millimeter wave transmission 208 does not easily penetrate the building 214. When passing through transparent windows or buildings, you experience significant signal loss. Frequencies above 28 GHz do not penetrate building walls and windows, and 85% of communications traffic comes from inside buildings.

밀리미터파 스펙트럼 전송이 매우 멀리 전파하지 못하고 실내로 침투하는 능력이 부족하다는 점을 고려하여, 이들 주파수들은 대략 1마일의 매우 짧은 범위의 응용분야에 사용될 것이다. 전망하자면, 2.4GHz에서 저전력 Wi-Fi는 3000 평방 피트(sq. ft.) 이하의 대부분의 집을 커버할 수 있으나, 5GHz Wi-Fi 신호는 이 신호가 더 높은 주파수 범위에서 멀리 진행할 수 없기 때문에 2층 집의 대략 60%만 커버할 것이다. 5G 애플리케이션의 경우, 파워는 더 높지만, 여전히 주파수가 높아질수록 공간 및 다른 매체를 통해 전파할 때 손실이 커진다. Given that millimeter wave spectral transmissions do not propagate very far and lack the ability to penetrate the room, these frequencies will be used in very short range applications of approximately one mile. As a prospect, low-power Wi-Fi at 2.4 GHz can cover most homes less than 3000 square feet (sq. Ft.), But 5 GHz Wi-Fi signals can't travel farther in the higher frequency range. It will cover only about 60% of storey houses. For 5G applications, the power is higher, but the higher the frequency, the greater the loss when propagating through space and other media.

밀리미터파 신호가 건물을 관통할 때 발생하는 손실은 데이터 레이트를 거의 없는 수준으로 낮춘다. 예를 들어, 투명 유리를 통한 기지국에서 집 또는 건물 내부로의 다운링크 상으로 전송할 때, 최대 데이터 레이트는 초당 9.93Gb이다. 유색 유를 통해 전송할 때 데이터 레이트는 초당 2.2Mb이다. 벽돌을 통해 전송할 때 데이터 레이트는 초당 14Mb이고, 콘크리트를 통해 전송할 때 데이터 레이트는 0.018bps까지 완전히 떨어진다. 마찬가지로, 건물 내부에서 기지국으로의 업링크 상으로 전송할 때, 투명 유리를 통한 최대 데이터 레이트는 초당 1.57Gb이고 유색 유리를 통할 때 초당 0.37Mb이다. 업링크 상으로 전송되는 신호는 벽돌을 통해 전송될 때 초당 5.5Mb 및 콘크리트를 통해 전송될 때 초당 0.0075비트의 데이터 레이트를 가진다. 또한, 오래된 건물 또는 새 건물로/로부터의 전송 시 다운링크 및 업링크에 대한 차이가 존재한다. 오래된 건물은 30% 표준 유리 및 70% 콘크리트 벽을 포함하는 복합 모델을 이용하는 건물로 정의된다. 새로운 건물은 70% 적외선 반사 유리(IRR 유리) 및 30% 콘크리트 벽을 포함하는 복합 모델로 정의된다. 건물 내부로의 다운링크 상으로의 기지국 전송은 오래된 건물에 대하여 초당 32Mb이고, 새 건물에 대하여 초당 0.32Mb이다. 마찬가지로, 집/건물로부터 기지국으로의 업링크 전송은 오래된 건물에 대하여 초당 2.56Mb이고, 새 건물에 대하여 초당 25.6kb이다.The losses incurred by millimeter-wave signals penetrating a building lower the data rate to near zero. For example, when transmitting on a downlink from a base station through transparent glass onto a home or building interior, the maximum data rate is 9.93 Gb per second. When transmitting over color, the data rate is 2.2 Mb per second. When sending over bricks, the data rate is 14Mb per second, and when sending over concrete, the data rate drops completely to 0.018bps. Likewise, when transmitting on the uplink from inside a building to the base station, the maximum data rate through the transparent glass is 1.57 Gb per second and 0.37 Mb per second through the colored glass. The signal transmitted on the uplink has a data rate of 5.5 Mb per second when transmitted through bricks and 0.0075 bits per second when transmitted through concrete. In addition, there are differences for downlink and uplink in transmissions to / from old buildings or new buildings. Old buildings are defined as buildings that use a composite model that includes 30% standard glass and 70% concrete walls. The new building is defined as a composite model that includes 70% infrared reflective glass (IRR glass) and 30% concrete walls. Base station transmission on the downlink into the building is 32 Mb per second for the old building and 0.32 Mb per second for the new building. Similarly, the uplink transmission from the home / building to the base station is 2.56 Mb per second for the old building and 25.6 kb per second for the new building.

이러한 단점에도 불구하고, 대역폭에 대한 증가하는 수요를 충족시키기 위해, RF 서비스 제공자들은 더 높은 주파수 레이트의 반송파 주파수로 점차 이동할 것이다. 특히, 28GHz는 LMDS(local multipoint distribution service)를 제공하기 위한 유망한 주파수 대역이다. 28GHz 및 39GHz 주파수 대역은 빔 형성 및 빔 스티어링을 이용하여 가입자 구내까지의 5G 네트워크를 지원하기 위한 소형 셀 배치에 대하여 FCC에 의해 고려되고 있다. 이러한 높은 주파수 대역은 많은 장점을 가지지만, 건물 자재 또는 창을 통과할 때 큰 침투 손실에 의해 발생되는 단점도 가진다. 이러한 장점으로는 밀리미터파 주파수를 제공하는 컴포넌트의 더 작은 설치면적에서 높은 주파수 레이트, 더 정교한 빔 성형 능력, 및 더 효과적인 빔 스티어링이 포함된다.Despite these drawbacks, in order to meet the increasing demand for bandwidth, RF service providers will gradually move to higher frequency carrier frequencies. In particular, 28 GHz is a promising frequency band for providing a local multipoint distribution service (LMDS). The 28 GHz and 39 GHz frequency bands are being considered by the FCC for small cell deployment to support 5G networks up to subscriber premises using beamforming and beam steering. These high frequency bands have many advantages, but also have the disadvantages caused by large penetration losses when passing through building materials or windows. These advantages include higher frequency rates, more sophisticated beam shaping capabilities, and more effective beam steering at smaller footprints of components that provide millimeter wave frequencies.

도 3a는 창(304)에 장착된 광학 브릿지(302)를 이용하여 건물 내부로 밀리미터파 신호를 전송하기 위한 한 방식을 도시한다. 광학 브릿지(302)는 창(304)의 외측에 포함된 제1 부분(306) 및 창(304)의 내측에 포함된 제2 부분(308)을 포함한다. 제1 부분(306)은 창(304) 외부에 장착된 28GHz 송수신기(310)를 포함한다. 28GHz 송수신기(310)는, 예컨대, 도 1과 관련지어 서술된 것과 같은 기지국(104)으로부터 전송되고 있는 밀리미터파 전송을 수신한다. 수신된/전송된 신호는 수신기 광학 서브어셈블리(ROSA: receiver optical subassembly)/송신기 광학 서브 어셈블리(TOSA: transmission optical subassembly)(312)를 이용하여 송수신기(310)로 그리고 그것으로부터 전송된다. 수신기 광학 어셈블리는 광섬유 시스템에서 광 신호를 수신하기 위해 사용되는 컴포넌트이다. 마찬가지로, 송신기 광학 서브어셈블리는 광섬유 시스템에서 광 신호를 전송하기 위해 사용되는 컴포넌트이다. ROSA/TOSA 컴포넌트(312)는 창(304)을 통해 창(304) 내부에 위치하는 ROSA/TOSA 컴포넌트(314)로 광 신호를 전송하고 또는 수신한다. 이 신호들은 ROSA/TOSA(314)로부터 건물 내부 전송을 위한 Wi-Fi 송수신기(316)로 전송된다.3A illustrates one way to transmit millimeter wave signals into a building using an optical bridge 302 mounted to window 304. Optical bridge 302 includes a first portion 306 included outside of window 304 and a second portion 308 included inside of window 304. The first portion 306 includes a 28 GHz transceiver 310 mounted outside the window 304. The 28 GHz transceiver 310 receives, for example, millimeter wave transmissions being transmitted from the base station 104 as described in connection with FIG. 1. The received / transmitted signal is transmitted to and from the transceiver 310 using a receiver optical subassembly (ROSA) / transmitter optical subassembly (TOSA) 312. The receiver optical assembly is a component used to receive an optical signal in a fiber optic system. Similarly, transmitter optical subassemblies are components used to transmit optical signals in optical fiber systems. ROSA / TOSA component 312 transmits or receives an optical signal through window 304 to ROSA / TOSA component 314 located within window 304. These signals are sent from the ROSA / TOSA 314 to the Wi-Fi transceiver 316 for in-building transmission.

도 3b는 유색 창 또는 벽(330)을 쉽게 통과하지 못하는 수신된 주파수가 창 또는 벽(330) 간의 통신을 용이하게 하기 위해 수신된 신호를 다운 컨버팅하는 다른 실시예를 도시한다. 건물 외부에서, 신호는 창 또는 벽을 쉽게 통과하지 못하는 주파수로 송수신기(334)의 안테나(332)에서 수신된다. 송수신기(334)는 신호를 창/벽(330)을 더 쉽게 통과하는 주파수 대역으로 다운 컨버팅하기 위한 다운/업 컨버터(336)로 신호를 전송한다. 다른 송수신기(338)는 컨버터(336)로부터 주파수 다운 컨버팅된 신호를 취하여 그것을 창/벽(330)을 통해 전송한다. 전송된 신호는 다운 컨버팅된 주파수로 건물 내부에 위치하는 송수신기(340)에 의해 수신된다. 수신된 신호는 신호를 건물 내부에서의 전송을 위한 레벨로 변환하기 위해 업/다운 컨버터(342)로 보내진다. 많은 경우에, 이것은 Wi-Fi 대역일 수 있다. 업 컨버팅된 신호는 건물 내부 전송을 위한 라우터(344)로 전송된다. 건물 내부에 위치하는 장치로부터 수신된 송출(outgoing) 신호는 송수신기(334)로부터 건물의 외부로 신호를 전송하기 위해 역의 방식으로 처리 및 전송된다.3B illustrates another embodiment where a received frequency that does not readily pass through the colored window or wall 330 down converts the received signal to facilitate communication between the window or wall 330. Outside the building, signals are received at the antenna 332 of the transceiver 334 at a frequency that does not readily pass through a window or wall. The transceiver 334 sends the signal to a down / up converter 336 to down convert the signal into a frequency band that more easily passes through the window / wall 330. The other transceiver 338 takes the frequency down converted signal from the converter 336 and transmits it through the window / wall 330. The transmitted signal is received by a transceiver 340 located inside the building at a down converted frequency. The received signal is sent to up / down converter 342 to convert the signal to a level for transmission inside the building. In many cases, this can be a Wi-Fi band. The up-converted signal is sent to the router 344 for transmission inside the building. Outgoing signals received from devices located inside the building are processed and transmitted in the reverse manner to transmit signals from the transceiver 334 to the outside of the building.

이제 도 4을 참조하면, 건물의 창 또는 벽을 통해 밀리미터파 전송을 보내기 위한 컴포넌트의 더욱 상세한 도면이 제공되어 있다. 송수신기(210)는 기지국(204)으로부터 다운/업 링크(404) 상으로 전송된 밀리미터파 전송을 수신하기 위한 옵션의 안테나 이득 엘리먼트(402)를 포함한다. 다운/업 링크(404)는 28GHz 빔 전송을 포함한다. 그러나, 다른 주파수 전송 또한 사용될 수 있다. RF 수신기(406)는 다운/업 링크(404)를 통해 기지국(204)으로부터의 정보를 수신하기 위해 사용된다. 이와 유사하게, RF 송신기(408)는 다운/업 링크(404)상으로 정보를 기지국(204)으로 전송하기 위해 사용된다. 수신 신호는 임의의 수신된 신호의 복조를 위해 복조기(410)에 제공된다. 복조된 신호는 광 전송 컴포넌트에 의한 전송을 위해 그 신호를 적절한 구성으로 배치하는 그루머(groomer)(412)에 제공된다. 다른 변조(말하자면, 고차 QAM에서 OOK(On-Off Keying)까지)를 변환할 때, 모든 비트가 적절한 변환되고 여전히 낮은 BER을 제공함을 보장하기 위해 어느 정도의 그루밍(또는 신호 조절)이 필요한 시그널링 변환이 존재한다. 이 시스템은 VCSEL을 이용한 전송이 유리창을 통과하는 것을 가능하게 하기 위해 높은 QAM 레이트에서의 RF로부터 OOK의 원시 비트 레이트로 변환한다. VCSEL은 오직 OOK에서만 작동하므로 그루머(412)를 이용한 변환이 필요하다. 수신된 신호가 28GHz에서 직접 5.8GHz(5.8GHz가 벽 및 유리를 통과하기 때문)로 다운-컨버팅되었다면, 저차 변조로의 변환의 복잡성에 대해 걱정할 필요는 없다. 문제는 28 GHz에서 5.8 GHz로의 다운-컨버팅 신호가 비싼 컴포넌트를 필요로 한다는 것이다. 그루머(412)는 더 비싼 컴포넌트 없이도 수신된 28 GHz 신호의 유리 또는 벽을 통한 전송을 위한 주파수로의 변환을 완료한다.Referring now to FIG. 4, a more detailed view of a component for sending millimeter wave transmissions through a window or wall of a building is provided. The transceiver 210 includes an optional antenna gain element 402 for receiving millimeter wave transmissions transmitted from the base station 204 onto the down / up link 404. The down / up link 404 includes 28 GHz beam transmission. However, other frequency transmissions may also be used. The RF receiver 406 is used to receive information from the base station 204 via the down / up link 404. Similarly, RF transmitter 408 is used to send information to base station 204 over down / up link 404. The received signal is provided to a demodulator 410 for demodulation of any received signal. The demodulated signal is provided to a groomer 412 which places the signal in a suitable configuration for transmission by the optical transmission component. When converting other modulations (in other words, from higher-order QAM to on-off keying), a signaling conversion that requires some grooming (or signal conditioning) to ensure that all bits are properly converted and still provide low BER. This exists. The system converts from RF at high QAM rate to the native bit rate of the OOK to allow transmission using the VCSEL to pass through the window. Since VCSEL only works with OOK, conversion with groomer 412 is required. If the received signal is down-converted from 28 GHz directly to 5.8 GHz (because 5.8 GHz passes through walls and glass), then there is no need to worry about the complexity of converting to lower order modulation. The problem is that down-converting signals from 28 GHz to 5.8 GHz require expensive components. The groomer 412 completes the conversion of the received 28 GHz signal to frequency for transmission over glass or wall without the need for more expensive components.

전송될 신호들은 전송을 위해 신호를 증폭시키는 증폭기(414)를 통과한다. VCSEL(416)은 상부 표면으로부터 수직으로 레이저 빔 누락을 갖는 반도체 레이저 다이오드의 한 유형인 수직 캐비티 표면 방출 레이저(vertical cavity surface emitting laser)이다. 바람직한 실시예에서, VCSEL(416)은 대략 780nm의 파장, 초당 4Gb의 변조 레이트, 및 2.2mW(3.4 dBm)의 광 출력 파워를 가지는 피니사(Finisar) VCSEL을 포함한다. 대안의 실시예에서, 창(404)을 통한 광 신호 전송을 위한 컴포넌트는 LED(발광 다이오드) 또는 ELL(에지 방출 레이저)를 포함할 수 있다. 상이한 레이저는, 예컨대, 유색인 것과 같은 창의 상이한 특성을 기초로 하여 상이한 주파수로 상이한 광 재전송을 가능하게 한다. VCSEL(416)은 VCSEL(416)으로부터 창(204) 외측에 위치하는 VCSEL(418)로의 전송을 위한 광 신호를 생성하기 위한 송신 광학 서브어셈블리(TOSA)를 포함한다.The signals to be transmitted pass through an amplifier 414 which amplifies the signal for transmission. VCSEL 416 is a vertical cavity surface emitting laser, which is a type of semiconductor laser diode with a laser beam missing vertically from the top surface. In a preferred embodiment, the VCSEL 416 includes a Finisa VCSEL having a wavelength of approximately 780 nm, a modulation rate of 4 Gb per second, and an optical output power of 2.2 mW (3.4 dBm). In alternative embodiments, components for optical signal transmission through window 404 may include LEDs (light emitting diodes) or ELLs (edge emitting lasers). Different lasers allow for different light retransmissions at different frequencies based on different characteristics of the window, for example colored. The VCSEL 416 includes a transmission optical subassembly (TOSA) for generating an optical signal for transmission from the VCSEL 416 to the VCSEL 418 located outside the window 204.

VCSEL(416 및 418)는 창(404)을 가로지르는 통신을 위한 광 신호를 생성하기 위한 레이저원을 포함한다. 일 실시예에서, VCSEL은 초당 1Gb로 동작할 때 초당 4Gb의 최대 변조 레이트 및 3mW(5dBm)의 광 출력 파워를 가지는 780nm 광 신호를 제공하는 피니사 VCSEL를 포함한다. TOSA는 증폭기(414)로부터의 전기 신호를 광 신호 전송으로 변환하기 위한 레이저 장치 또는 LED 장치를 포함한다. 외부 VCSEL(416)로부터의 전송은 내부 VCSEL(418) 및 연관된 수신기 광학 어셈블리(ROSA)로 보내진다.VCSELs 416 and 418 include laser sources for generating optical signals for communication across window 404. In one embodiment, the VCSEL includes a Finisa VCSEL that provides a 780 nm optical signal having a maximum modulation rate of 4 Gb per second and an optical output power of 3 mW (5 dBm) when operating at 1 Gb per second. The TOSA includes a laser device or LED device for converting an electrical signal from the amplifier 414 into an optical signal transmission. Transmissions from the outer VCSEL 416 are directed to the inner VCSEL 418 and associated receiver optical assembly (ROSA).

광 신호는 광 포커싱 회로(417)를 이용하여 창(404)을 통해 전송된다. 광 포커싱 회로(417)는 도 7과 관련지어 송신기 및 수신기 측에 대하여 더 상세하게 설명될 것이다. VCSEL(416)와 VCSEL(418) 사이의 광 링크(428)는 여전히 VCSEL(416, 418) 간에 정보를 전송하는 동안도 받아들일 수 있는 손실을 정의하는, 그 사이에 연결된 광 링크 버짓(budget)을 갖는다. VCSEL은 대략 5dBm의 출력 파워를 갖는다. VCSEL 내 수신기의 검출기는 대략 -12dBm의 신호를 검출할 수 있다. 780nm 파장에서 유리를 통과하는 광 신호와 연관된 유리 손실은 7.21dB이다. 전송과 관련된 커플링 손실 및 렌즈 이득은 대략 0.1dB이다. 3.5mm의 렌즈 변위에 의해 발생되는 최대 변위 손실은 6.8dB이다. 그러므로, 총 링크 마진은 VCSEL 출력 파워으로부터의 검출기 감도, 유리 손실, 커플링 손실 및 렌즈 이득, 및 최대 변위 손실의 감산에 기초하여 2.88dB와 같다. 렌즈의 손실 및 예상치 못한 출력 변동과 같은 예상치 못한 추가적인 손실을 위해 2.88dB 링크 마진이 제공된다.The optical signal is transmitted through window 404 using optical focusing circuit 417. Optical focusing circuit 417 will be described in more detail with respect to the transmitter and receiver side in conjunction with FIG. The optical link 428 between VCSEL 416 and VCSEL 418 still defines an acceptable loss while transferring information between the VCSELs 416 and 418. Has The VCSEL has an output power of approximately 5dBm. The detector of the receiver in the VCSEL can detect a signal of approximately -12 dBm. The glass loss associated with the optical signal passing through the glass at 780 nm wavelength is 7.21 dB. The coupling loss and lens gain associated with the transmission is approximately 0.1 dB. The maximum displacement loss caused by a 3.5mm lens displacement is 6.8dB. Therefore, the total link margin is equal to 2.88 dB based on the subtraction of detector sensitivity, glass loss, coupling loss and lens gain, and maximum displacement loss from the VCSEL output power. 2.88dB link margin is provided for additional unexpected losses such as lens loss and unexpected power fluctuations.

렌즈 변위 또는 오정렬은 시스템 내 링크 손실의 상당 부분을 차지할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 허용 가능한 오정렬(402)의 범위는 검출기에 의해 수신된 파워 스펙트럼의 중앙으로부터 대략 -6.5mm에서 6.5mm까지의 범위이다. 오정렬 손실(404)은 오정렬이 ±6.5 mm 사이에서 움직일 때 0.6dB 내지 6.8dB의 영역 범위에 있다. (406)에 도시된 바와 같이 최대 허용 가능한 오정렬 손실은 9.4dB이다.Lens displacement or misalignment can account for a significant portion of link loss in the system. As shown in FIG. 5, the acceptable range of misalignment 402 ranges from approximately -6.5 mm to 6.5 mm from the center of the power spectrum received by the detector. Misalignment loss 404 is in the range of 0.6 dB to 6.8 dB when the misalignment moves between ± 6.5 mm. As shown at 406, the maximum allowable misalignment loss is 9.4 dB.

창(204) 내층의 VCSEL(418)은 광 신호를 0.5Gbps의 데이터 레이트로 창(204)을 통해 창 외측에 위치하는 VCSEL(416) 내의 ROSA로 전송하기 위해 TOSA를 이용한다. 수신된 광 신호는 VCSEL에 의한 신호 수신 후 RF 송신을 가능하게 하기 위해 OOK의 원시 비트 레이트로부터 고 QAM 레이트의 RF로의 프로세싱을 위해 디-그루머(de-groomer) 컴포넌트(32)에 제공된다. 디 그루밍된 신호는 변조기(422)에서 변조된다. 변조된 신호는 RF 송신기(408)를 이용하여 업 링크(404)를 통해 전송된다. 송수신기(310)는 파워 입력(424)에 의해 전력이 공급되며, 창 내측의 컴포넌트들은 파워 입력(426)에 의해 유사하게 전력이 공급된다. 신호는 VCSEL(418)에 의해 수신된 광 신호를 수신하고 창(304)을 통한 전송을 위해 VCSEL(418)에 신호를 제공하기 위해 연결된 Wi-Fi 송신기(428)를 이용하여 건물 내부에 제공된다. Wi-Fi 송신기는 802.11 전송 프로토콜을 이용한다.The VCSEL 418 inside the window 204 uses TOSA to transmit optical signals through the window 204 to the ROSA in the VCSEL 416 located outside the window at a data rate of 0.5 Gbps. The received optical signal is provided to a de-groomer component 32 for processing from the raw bit rate of the OOK to high QAM rate RF to enable RF transmission after signal reception by the VCSEL. The degroomed signal is modulated in modulator 422. The modulated signal is transmitted over the uplink 404 using the RF transmitter 408. Transceiver 310 is powered by power input 424, and components inside the window are similarly powered by power input 426. The signal is provided inside the building using a Wi-Fi transmitter 428 connected to receive the optical signal received by the VCSEL 418 and provide the signal to the VCSEL 418 for transmission through the window 304. . Wi-Fi transmitters use the 802.11 transport protocol.

이제, 도 6을 참조하면, 송수신기(310)의 보다 상세한 블록도가 도시되어 있다. 수신기 부(602)는 다운링크(606) 상으로 기지국으로부터 전송된 RF 신호를 수신하기 위한 RF 수신기(604)를 포함한다. 수신기(604)는 실수부 BBI(608) 및 허수부 BBQ(610)를 갖는 출력 신호를 생성한다. RF 수신기(604)는 수신 신호 및 위상 고정 루프/전압 제어 오실레이터(605)로부터의 입력에 응답하여 실수 신호(608) 및 허수 신호(610)를 생성한다. 위상 고정 루프/전압 제어 오실레이터(605)는 기준 오실레이터(607)로부터 제공되는 기준 오실레이터 신호 및 오실레이터(609)로부터 제공되는 전압 제어 오실레이터 신호에 응답하여 RF 수신기(604)에 입력을 제공한다. 실수 신호(608) 및 허수 신호(610)는 디지털 신호로의 변환을 위해 아날로그 투 디지털 컨버터(612)로 제공된다. 아날로그 투 디지털 컨버터(612)는 클록 발생 회로(616)로부터 제공된 관련 클록 입력(614)에 의해 클로킹된다. 클록 발생 회로(616)는 또한 기준 오실레이터(607)로부터 입력을 수신한다. 실수 및 허수 디지털 신호(618 및 520)는 디지털 다운 컨버터(622)로 입력된다. 이 디지털 신호들은 낮은 주파수로 다운 컨버팅되고, 유리창을 가로지르는 전송을 위해 광 전송 회로(VCSEL)로의 빔 스트림(624)으로서 출력된다.Referring now to FIG. 6, a more detailed block diagram of the transceiver 310 is shown. Receiver portion 602 includes an RF receiver 604 for receiving an RF signal transmitted from a base station on the downlink 606. Receiver 604 generates an output signal with real part BBI 608 and imaginary part BBQ 610. The RF receiver 604 generates a real signal 608 and an imaginary signal 610 in response to the received signal and the input from the phase locked loop / voltage controlled oscillator 605. Phase locked loop / voltage controlled oscillator 605 provides an input to RF receiver 604 in response to a reference oscillator signal provided from reference oscillator 607 and a voltage controlled oscillator signal provided from oscillator 609. Real signal 608 and imaginary signal 610 are provided to analog-to-digital converter 612 for conversion to a digital signal. Analog-to-digital converter 612 is clocked by an associated clock input 614 provided from clock generation circuit 616. Clock generation circuit 616 also receives an input from reference oscillator 607. Real and imaginary digital signals 618 and 520 are input to digital down converter 622. These digital signals are down converted to low frequencies and output as a beam stream 624 to the optical transmission circuit VCSEL for transmission across the glass panes.

송신기 부(624)는 광 회로로부터 디지털 비트스트림(626)을 수신하고, 그 비트스트림을 디지털 업 컨버터(628)의 실수 및 허수 부에 제공하여 그 디지털 데이터를 전송을 위해 더 높은 주파수로 변환시킨다. 업 컨버팅된 디지털 신호의 실수 및 허수 부는 CFR 프로세서(crest factor reduction processor)(630)에 제공된다. 몇몇 신호(특히, OFDM-기반 시스템)들은 파워 증폭기(PA)의 효율에 부정적인 영향을 미치는 높은 피크-투-평균 파워 비(PAR: high peak-to-average power ratio)를 가진다. 프로세서에 의해 구현된 CFR 스킴은 PAR을 줄이는데 도움을 주고 많은 네트워크(CDMA 및 OFDM)에 대하여 사용되고 있다. 그러나, CDMA 신호를 위해 주로 개발된 CFR 스킴은(타이트한 EVM(error vector magnitude) 요구사항이 주어지는) OFDM에서 사용될 때 나쁜 성능을 가진다. FPGA상에 잘 설계된 CFR 알고리즘을 통해, 낮은 지연 및 출력 신호의 PAR을 상당히 감소시키는 고성능을 달성함으로써, PA 효율을 향상시키고 비용을 감소시킬 수 있다.Transmitter portion 624 receives the digital bitstream 626 from the optical circuit and provides the bitstream to the real and imaginary portions of the digital up-converter 628 to convert the digital data to higher frequencies for transmission. . The real and imaginary parts of the up-converted digital signal are provided to a crest factor reduction processor (CFR) 630. Some signals (particularly OFDM-based systems) have a high peak-to-average power ratio (PAR) that negatively affects the efficiency of the power amplifier (PA). The CFR scheme implemented by the processor helps to reduce the PAR and is used for many networks (CDMA and OFDM). However, CFR schemes developed primarily for CDMA signals have poor performance when used in OFDM (given a tight error vector magnitude (EVM) requirement). With a well-designed CFR algorithm on the FPGA, high performance can be achieved by lowering latency and significantly reducing the PAR of the output signal, thereby improving PA efficiency and reducing cost.

실수 및 허수 신호는 CFR 프로세서(630)로부터 디지털 투 아날로그 컨버터(632)로 제공된다. 디지털 투 아날로그 컨버터(632)는 이 실수 및 허수 디지털 신호를 실수 및 허수 아날로그 신호 BBI(634) 및 BBQ(636)로 변환한다. 실수 및 허수 아날로그 신호는 RF 송신기(638)로 입력된다. RF 송신기(638)는 위상 고정 루프/전압 제어 오실레이터(604)로부터의 입력에 응답하여 실수 신호(634) 및 허수 신호(636)를 처리하여, 밀리미터파를 생성하고 및 전송하는 업링크(640) 상으로의 전송을 위한 RF 신호를 생성한다.Real and imaginary signals are provided from the CFR processor 630 to the digital to analog converter 632. Digital to analog converter 632 converts this real and imaginary digital signal into real and imaginary analog signals BBI 634 and BBQ 636. Real and imaginary analog signals are input to the RF transmitter 638. RF transmitter 638 processes real signal 634 and imaginary signal 636 in response to input from phase locked loop / voltage controlled oscillator 604 to generate and transmit millimeter waves and uplink 640. Generates an RF signal for transmission over it.

이제 도 7을 참조하면, 창(304)을 가로지르는 광 전송 인터페이스에 연결된 광 포커싱 회로(317)가 도시되어 있다. 광 포커싱 회로(417)는 창(304)의 각면에 위치하는 VCSEL과 함께 포함되며, 전송 부(602) 및 수신기 부(604)를 포함한다. 전송 부(602) 및 수신기 부(604)는 시스템이 창을 가로지르는 양방향 통신을 제공할 때 창(304)의 각 면에 포함될 것이다. 전송 부(602)는 일 실시예에서 초당 4Gb로 780nm 광 신호를 전송하고 3.42dBm의 파워 출력을 가지는, 피니사에 의해 제공되는 VCSEL(606)을 포함한다. VCSEL(606)에 의해 생성된 광 신호는 VCSEL(606)에 의해 생성된 광 신호를 작은 개구로 시준하는 7.5mm의 초점 길이를 가지는 아크로매틱 더블렛(acromatic doublet)(608)에 제공된다. 시준된 빔(610)은 창(304)을 가로질러 전송된다. 시준된 빔(610)은 창(304)을 빠져 나와 수신기 부(604) 상에서 25mm의 초점 길이를 갖는 양면 볼록 렌즈(612)를 통과한다. 양면 볼록 렌즈(612)는 빔 칼럼(610)을 광 검출기(616)의 반도체 조리개 상에 광 신호를 포커싱시키는 하프 볼 렌즈(614) 상으로 포커싱한다. 일 실시예에서, 광 검출기(616) 10mm의 조리개 직경 및 12dBm의 검출기 감도를 갖는다.Referring now to FIG. 7, an optical focusing circuit 317 is shown coupled to an optical transmission interface across window 304. The optical focusing circuit 417 is included with the VCSELs located on each side of the window 304 and includes a transmitter 602 and a receiver 604. Transmitter 602 and receiver 604 will be included on each side of window 304 when the system provides two-way communication across the window. Transmitter 602 includes a VCSEL 606 provided by Finisa, which in one embodiment transmits a 780 nm optical signal at 4 Gb per second and has a power output of 3.42 dBm. The optical signal generated by the VCSEL 606 is provided to an acromatic doublet 608 having a focal length of 7.5 mm that collimates the optical signal generated by the VCSEL 606 into a small opening. Collimated beam 610 is transmitted across window 304. The collimated beam 610 exits the window 304 and passes through a biconvex lens 612 having a focal length of 25 mm on the receiver portion 604. The biconvex lens 612 focuses the beam column 610 onto the half ball lens 614 that focuses the optical signal onto the semiconductor aperture of the photo detector 616. In one embodiment, photo detector 616 has an aperture diameter of 10 mm and a detector sensitivity of 12 dBm.

VCSEL(606)과 RF 송수신기(10) 간의 전송은 하나의 특정 실시예에서 그 전체가 참조로서 본 명세서에 통합된 2016년 11월 21일에 출원된 "SYSTEM AND METHOD FOR COMMUNICATION USING ORBITAL ANGULAR MOMENTUM WITH MULTIPLE LAYER OVERLAY MODULATION"란 제목의 US 출원 일련 번호, 15/357,808에 서술된 것과 같은 직교 함수 신호 전송 기술을 이용한다. 그러나, 다양한 다른 데이터 전송 기술이 사용될 수도 있음을 이해해야 한다.The transmission between the VCSEL 606 and the RF transceiver 10, in one particular embodiment, is filed on Nov. 21, 2016, which is hereby incorporated by reference in its entirety in "SYSTEM AND METHOD FOR COMMUNICATION USING ORBITAL ANGULAR MOMENTUM WITH MULTIPLE. Orthogonal function signal transmission techniques such as those described in US Application Serial No. 15 / 357,808 entitled "LAYER OVERLAY MODULATION". However, it should be understood that various other data transfer techniques may be used.

도 7은 통신 시스템의 스펙트럼 효율을 증가시키는 2가지 방법을 보여준다. 일반적으로, 통신 시스템의 스펙트럼 효율(702)을 증가시키는 기본적인 두 방법이 존재한다. 이러한 향상은 변조 스킴에서의 신호 처리 기술(704)에 의해, 또는 복수의 액세스 기술을 이용함으로써 달성될 수 있다. 또한, 스펙트럼 효율은 전자기 전파 내에 새로운 아이겐 채널(706)을 생성함으로써 증가될 수 있다. 이러한 두 기술은 서로 완전히 독립적이고, 한 클래스의 혁신이 제2 클래스의 혁신에 추가될 수 있다. 그러므로, 이 기술의 결합은 새로운 혁신을 도입시킨다.7 shows two ways to increase the spectral efficiency of a communication system. In general, there are two basic ways to increase the spectral efficiency 702 of a communication system. This improvement can be achieved by the signal processing technique 704 in the modulation scheme, or by using multiple access techniques. In addition, spectral efficiency can be increased by creating a new eigen channel 706 in the electromagnetic wave. These two technologies are completely independent of each other, and one class of innovation can be added to the second class of innovation. Therefore, the combination of these technologies introduces new innovations.

스펙트럼 효율(702)은 통신 시스템의 비지니스 모델의 주요 동인이다. 스펙트럼 효율은 비트/초/hz 단위로 정의되고, 스펙트럼 효율이 높을수록 비지니스 모델이 더 우수하다. 이것은 스펙트럼 효율이 통신 시스템의 더 많은 사용자, 더 높은 처리량, 더 높은 품질 또는 이들 중 일부로 해석될 수 있기 때문이다.Spectral efficiency 702 is a major driver of the business model of a communication system. Spectral efficiency is defined in bits / second / hz and the higher the spectral efficiency, the better the business model. This is because spectral efficiency can be interpreted as more users, higher throughput, higher quality or some of them in the communication system.

신호 처리 기술을 이용하는 기술 또는 복수의 액세스 기술에 관하여. 이러한 기술은 TDMA, FDMA, CDMA, EVDO, GSM, WCDMA, HSPA 및 4G WIMAX 및 LTE에서 사용되는 최신의 OFDM과 같은 혁신 기술을 포함한다. 거의 모든 이러한 기술은 QAM 변조라 불리는 사인파 아이겐 함수를 기초로 한 수십 년된 변조 기술을 이용한다. 새로운 아이겐 채널(706)의 생성을 포함하는 제2 클래스의 기술에서, 혁신기술은 공간 및 편파 다이버시티(polarization diversity)를 포함하는 다이버시티 기술 뿐만 아니라 비상관 무선 경로가 독립적인 아이겐 채널 및 전자기파의 전파를 생성하는 다중 입력/다중 출력(MIMO)을 포함한다.Regarding a technique using a signal processing technique or a plurality of access techniques. These technologies include innovations such as TDMA, FDMA, CDMA, EVDO, GSM, WCDMA, HSPA and the latest OFDM used in 4G WIMAX and LTE. Almost all of these techniques use decades-old modulation techniques based on sinusoidal eigenfunctions called QAM modulation. In a second class of technologies involving the creation of new eigen channels 706, the innovations include eigen channels and electromagnetic waves that are independent of the uncorrelated radio path, as well as diversity techniques including spatial and polarization diversity. It includes multiple inputs / multiple outputs (MIMO) that generate radio waves.

이제 도 8을 참조하면, 통신 시스템 구성은 2 기술을 도입하는데, 하나는 신호 처리 기술(804)로부터의 것이고, 하나는 새로운 아이겐 채널(806) 카테고리의 생성으로부터의 것인데, 이들은 서로 완전히 독립적이다. 이들의 조합은 트위스트 페어 및 케이블에서부터 광섬유, 자유 공간, 셀룰러, 백홀 및 위성에서 사용되는 RF에 이르기까지 종단 간 통신 시스템의 액세스 부를 디스럽트(disrupt)하는 고유한 방식을 제공한다. 제1 기술은 비 사인 함수를 이용하여 QAM 변조를 업그레이드하기 위해 새로운 직교 신호를 이용하는 새로운 신호 처리 기술의 사용을 포함한다. 이러한 특수한 실시예는 도 9에 도시된 양자 레벨 오버레이(QLO: quantum level overlay)(902)이라 불린다. 제2 실시예는 궤도 각운동량(QAM: orbital angular momentum)(904)이라 불리는 전자기 파 또는 광자의 특성을 이용하는 새로운 전자기 파면(wavefront)의 적용을 포함한다. 양자 레벨 오버레이 기술(902) 및 궤도 각운동량 애플리케이션(904)의 각각의 적용은 그들이 조합된 통신 시스템 내에 한 차원 더 높은 스펙트럼 효율(906)을 고유하게 제공한다.Referring now to FIG. 8, the communication system configuration introduces two techniques, one from signal processing technique 804 and one from the creation of a new eigen channel 806 category, which are completely independent of each other. These combinations provide a unique way to disrupt the access portions of end-to-end communications systems, from twisted pairs and cables to RF used in fiber optics, free space, cellular, backhaul, and satellites. The first technique involves the use of a new signal processing technique that uses a new orthogonal signal to upgrade QAM modulation using a non-sine function. This particular embodiment is called quantum level overlay (QLO) 902 shown in FIG. The second embodiment involves the application of a new electromagnetic wavefront that utilizes the characteristics of an electromagnetic wave or photon called orbital angular momentum (QAM) 904. Each application of quantum level overlay technology 902 and orbital angular momentum application 904 uniquely provides a further higher spectral efficiency 906 within the communications system with which they are combined.

양자 레벨 오버레이 기술(902)과 관련하여, (하나의 심볼 내에서 서로의 위에) 오버랩될 때 시스템의 스펙트럼 효율을 크게 증가시키는 새로운 아이겐 함수가 도입된다. 양자 레벨 오버레이 기술(902)은 시간 대역폭 프로덕트를 감소시켜 채널의 스펙트럼 효율을 증가시키는 특수 직교 신호를 양자 역학으로부터 차용한다. 각각의 직교 신호는 심볼 내에서 중첩되고, 독립된 채널로서 역할한다. 이러한 독립 채널은 기존의 변조 기술로부터 본 기술을 차별화한다.With respect to quantum level overlay technology 902, a new eigen function is introduced that greatly increases the spectral efficiency of the system when overlapped (on top of each other within one symbol). Quantum level overlay technology 902 borrows from quantum mechanics a special orthogonal signal that reduces the time bandwidth product to increase the spectral efficiency of the channel. Each orthogonal signal overlaps within a symbol and serves as an independent channel. This independent channel differentiates the present technology from existing modulation techniques.

궤도 각운동량 애플리케이션(904)과 관련하여, 이 실시예는 궤도 각운동량(QAM)을 운반하는 나선형 파면을 갖는, 트위스트 전자기 파 또는 광 빔을 도입한다. 상이한 OAM 운반 파/빔은 공간 도메인에서 서로에 대하여 상호 직교할 수 있고, 이는 그 파/빔이 통신 링크 내에서 효율적으로 멀티플렉싱 및 디멀티플렉싱할 수 있게 만든다. OAM 빔은 복수의 독립 데이터 운반 채널을 특수 멀티플렉싱함에 있어서 그들의 잠재력으로 인해 통신에서 주목된다. In connection with the orbital angular momentum application 904, this embodiment introduces a twisted electromagnetic wave or light beam, with a helical wavefront carrying the orbital angular momentum (QAM). Different OAM carrying waves / beams can be orthogonal to one another in the spatial domain, which allows the waves / beams to multiplex and demultiplex efficiently within the communication link. OAM beams are noted in communications because of their potential for special multiplexing multiple independent data carrying channels.

양자 레벨 오버레이 기술(902) 및 궤도 각운동량 애플리케이션(904)의 조합과 관련하여, 이 조합은 OAM 멀티플렉싱 기술이 파장 및 편광 분할 멀티플렉싱과 같은 다른 전자기파 기술과 호환 가능하기 때문에 고유하다. 이것은 시스템 성능을 더 증가시킬 가능성을 의미한다. 대용량 데이터 전송에서 이러한 기술들을 함께 적용하면 트위스트 패어 및 케이블에서 광섬유, 자유공간 광학, 셀룰러/백홀 및 위성에 사용되는 RF에 이르기까지 종단 간 통신 시스템의 액세스 부를 디스럽트시킨다. With regard to the combination of quantum level overlay technology 902 and orbital angular momentum application 904, this combination is unique because the OAM multiplexing technology is compatible with other electromagnetic wave technologies such as wavelength and polarization split multiplexing. This means the possibility of further increasing system performance. The combination of these technologies in high-capacity data transmissions disrupts the access portion of end-to-end communication systems, from twisted pairs and cables to RF in fiber optics, free-space optics, cellular / backhaul, and satellites.

각각의 이들 기술들은 서로 독립적으로 적용될 수 있지만, 이 조합은 스펙트럼 효율을 증가시킬 뿐만 아니라, 거리 또는 신호 대 잡음비를 희생하지 않고도 스펙트럼 효율을 증가시키기 위한 독특한 기회를 제공한다.Each of these techniques can be applied independently of each other, but this combination not only increases spectral efficiency, but also provides a unique opportunity to increase spectral efficiency without sacrificing distance or signal to noise ratio.

"Shannon Capacity Equation"을 이용하면, 스펙트럼 효율이 증가되는지 판정이 내려질 수 있다. 이것은 더 많은 대역폭으로 수학적으로 변환될 수 있다. 대역폭이 가치가 있기 때문에, 스펙트럼 효율 이득을 더 높은 스펙트럼 효율을 사용하는 비지니스 임팩트에 대한 경제적 이득으로 쉽게 변환 가능하다. 또한, 정교한 포워드 에러 보정(FEC: forward error correction) 기술이 사용되는 경우, 순 영향은 더 높은 품질이지만, 약간의 대역폭은 희생된다. 그러나, 더 높은 스펙트럼 효율(또는 더 많은 가상 대역폭)을 달성할 수 있다면, FEC에 대한 이득 대역폭의 일부를 희생시킬 수 있고, 따라서 더 높은 스펙트럼 효율은 또한 더 높은 품질로 변환될 수 있다. Using "Shannon Capacity Equation", a determination can be made whether the spectral efficiency is increased. This can be mathematically translated into more bandwidth. Because bandwidth is valuable, spectral efficiency gains can be easily converted into economic gains for business impacts using higher spectral efficiency. In addition, when sophisticated forward error correction (FEC) techniques are used, the net impact is higher quality, but some bandwidth is sacrificed. However, if higher spectral efficiency (or more virtual bandwidth) can be achieved, some of the gain bandwidth for FEC can be sacrificed, and thus higher spectral efficiency can also be converted to higher quality.

통신 사업자 및 공급업체는 스펙트럼 효율을 증가시키는데 관심이 있다. 그러나, 그것과 관련된 문제는 비용이다. 프로토콜의 상이한 계층에 있는 각각의 기술은 그것과 연관된 상이한 가격표를 가진다. 물리 계층에서 구현된 기술은, 다른 기술들이 아래의 계층 기술의 상부에 중첩될 수 있기 때문에, 가장 큰 영향을 가지며, 그러므로 스펙트럼 효율을 더 증가시킨다. 몇몇 기술에 대한 가격표는 다른 연관 비용을 고려한 때 과감한 것일 수 있다. 예를 들어, 다중 입력 다중 출력(MIMO) 기술은 각각의 RF 경로가 독립 채널로 처리될 수 있어 총 스펙트럼 효율을 증가시키는 추가 경로를 생성하기 위해 추가 안테나를 이용한다. MIMO 시나리오에서, 운영자는 안테나 설치 등과 같은 구조적 문제를 다루는 다른 연관된 연성 비용(soft cost)을 가진다. 이러한 기술들은 엄청난 비용이 들 뿐만 아니라, 구조적 활동이 시간이 걸리므로 막대한 시간 문제를 가지고, 더 높은 스펙트럼 효율을 달성하는 것은 상당한 지연을 동반하여 재정적 손실로 이어질 수 있다.Operators and suppliers are interested in increasing spectrum efficiency. However, the problem with it is cost. Each technology in a different layer of the protocol has a different price tag associated with it. Techniques implemented at the physical layer have the greatest impact since other techniques can be superimposed on top of the underlying layer techniques, thus further increasing spectral efficiency. The price list for some technologies may be drastic when considering other associated costs. For example, multiple input multiple output (MIMO) technology utilizes additional antennas to create additional paths where each RF path can be treated as an independent channel, increasing the total spectral efficiency. In the MIMO scenario, the operator has other associated soft costs that deal with structural issues such as antenna installation. Not only are these technologies expensive, they have enormous time problems because structural activities take time, and achieving higher spectral efficiencies can lead to significant financial losses.

양자 레벨 오버레이 기술(902)은 새로운 안테나를 필요로 하지 않고 심볼 내에 독립 채널들이 생성된다는 장점을 가진다. 이것은 다른 기술들에 비해 막대한 비용 및 시간적 이점을 가질 것이다. 또한, 양자 레벨 오버레이 기술(902)은 물리 층 기술인데, 이것은 QLO 기술(902)의 상부에 모두 탑승할 수 있는 프로토콜의 더 높은 계층에 다른 기술이 존재함을 의미하며, 그러므로 스펙트럼 효율을 훨씬 더 증가시킨다. QLO 기술(902)은 WIMAX 또는 LTE와 같은 OFDM 기반의 다중 액세스 기술에서 사용되는 표준 QAM 변조를 이용한다. QLO 기술(902)은 기본적으로 기저 대역의 I & Q 성분에 새로운 신호를 주입하고 QAM 변조 이전에 그들을 중첩시킴으로써 송신기에서의 QAM 변조를 강화시키는데, 이에 대해서는 아래에 더 상세하게 설명될 것이다. 수신기에서, 중첩된 신호를 분리시키기 위해 역순의 과정이 프로세스가 사용되고, 순 영향은 표준 QAM 또는 심지어 루트 레이즈드 코사인과 비교하여 스펙트럼의 더 우수한 로컬라이제이션을 가능하게 하는 펄스 쉐이핑이다. 이 기술의 영향은 매우 더 높은 스펙트럼 효율이다.Quantum level overlay technology 902 has the advantage that independent channels are created in the symbol without requiring a new antenna. This will have enormous cost and time advantages over other technologies. In addition, the quantum level overlay technology 902 is a physical layer technology, which means that there is another technology at the higher layer of the protocol that can all ride on top of the QLO technology 902, thus making the spectral efficiency even more. Increase. QLO technology 902 utilizes standard QAM modulation used in OFDM-based multiple access techniques such as WIMAX or LTE. QLO technique 902 basically intensifies QAM modulation at the transmitter by injecting new signals into the baseband I & Q components and superimposing them prior to QAM modulation, which will be described in more detail below. At the receiver, the reverse process is used to separate the superimposed signals, and the net effect is pulse shaping which allows for better localization of the spectrum compared to standard QAM or even root raised cosine. The impact of this technique is much higher spectral efficiency.

이제, 도 10을 더 상세하게 참조하면, 통신 채널의 수를 증가시키기 위해, 다중 레벨 오버레이 변조(1004) 및 궤도 각운동량(1006)의 애플리케이션의 조합을 이용하여, 다양한 통신 프로토콜 인터페이스(1002)에서 향상된 통신 대역폭을 제공하는 방식의 개괄적 개요가 도시되어 있다. 궤도 각 운동량 프로세싱 및 다중 레벨 오버레이 변조에 대한 아래의 논의는 아래에 서술된 시스템 및 실시예에서 RF 전송으로 구현될 수 있는 것, 또는 그렇게 구현될 수 없는 것, 두 가지 기술을 예시한다. RF 전송은 서술된 실시예에서의 기술 중 하나, 또는 둘 모두를 구현하도록 또는 둘 다 구현하지 않도록 구성될 수 있다.Referring now to FIG. 10 in more detail, in order to increase the number of communication channels, a combination of applications of multi-level overlay modulation 1004 and orbital angular momentum 1006 have been enhanced at various communication protocol interfaces 1002. A general overview of how to provide communication bandwidth is shown. The discussion below about orbital angular momentum processing and multi-level overlay modulation illustrates two techniques, which may or may not be implemented with RF transmissions in the systems and embodiments described below. The RF transmission may be configured to implement one or both of the techniques in the described embodiments, or both.

다양한 통신 프로토콜 인터페이스(1002)는 RF 통신, 케이블 또는 트위스트 패어 연결과 같은 유선 통신, 또는 광섬유 통신 또는 자유공간 광 통신과 같은 광 파장을 활용하는 광 통신과 같은 다양한 통신 링크를 포함한다. 다양한 유형의 RF 통신은 RF 마이크로파 또는 RF 위성 통신, 뿐만 아니라 RF 및 자유 공간 광학 사이의 실시간 멀티플렉싱의 조합을 포함한다.Various communication protocol interfaces 1002 include various communication links, such as RF communications, wired communications such as cable or twisted pair connections, or optical communications utilizing optical wavelengths, such as fiber optic communications or free space optical communications. Various types of RF communications include RF microwave or RF satellite communications, as well as a combination of real time multiplexing between RF and free space optics.

다중 레벨 오버레이 변조 기술(1004)을 궤도 각운동량(OAM) 기술(1006)과 결합함으로써, 다양한 유형의 통신 링크(1002) 상의 높은 처리량이 달성될 수 있다. 다중 레벨 오버레이 변조를 OAM 없이 단독으로 사용하면 유선, 광, 또는 무선인 통신 링크(1002)의 스펙트럼 효율이 증가된다. 그러나, OAM과 함께 하면, 스펙트럼 효율 증가는 훨씬 더 커진다.By combining the multi-level overlay modulation technique 1004 with the orbital angular momentum (OAM) technique 1006, high throughput on various types of communication links 1002 can be achieved. Using multilevel overlay modulation alone without OAM increases the spectral efficiency of the communication link 1002, which is wired, optical, or wireless. However, with OAM, the spectral efficiency increase is even greater.

다중 레벨 오버레이 변조 기술(1004)은 종래의 2 자유도를 넘어 새로운 자유도를 제공하며, 시간(T) 및 주파수(F)는 정보 다이어그램에서 직교 축을 정의하는 2차원 표시 공간(notational space)에서 독립 변수이다. 이것은 주파수 또는 시간 영역 중 하나에서 고정된 신호를 모델링하는 것보다 더 일반적인 접근법을 포함한다. 고정 시간 또는 고정 주파수를 이용하는 이전 모델링 방법은 다중 레벨 오버레이 변조(1004)를 이용하는 일반적인 접근법의 더 제한적 경우로 간주된다. 다중 레벨 오버레이 변조 기술(1004)에서, 신호들은 단일 축을 따르는 것이 아니라 2차원 공간에서 차별화될 수 있다. 그러므로, 통신 채널의 정보 전달 용량은 상이한 시간 및 주파수 좌표를 차지하는 다수의 신호들에 의해 판정될 수 있고, 표기 2차원 공간에서 차별화될 수 있다.Multilevel overlay modulation technique 1004 provides new degrees of freedom beyond conventional two degrees of freedom, where time T and frequency F are independent variables in a two-dimensional notational space defining an orthogonal axis in the information diagram. . This involves a more general approach than modeling a fixed signal in either the frequency or time domain. Previous modeling methods using fixed time or fixed frequency are considered a more restrictive case of the general approach using multi-level overlay modulation 1004. In multi-level overlay modulation technique 1004, signals may be differentiated in two-dimensional space rather than along a single axis. Therefore, the information transfer capacity of the communication channel can be determined by a number of signals occupying different time and frequency coordinates, and can be differentiated in the notation two-dimensional space.

표기 2차원 공간에서, 시간 대역폭 프로덕트, 즉, 그 공간에서 신호가 차지하는 면적의 최소화는 더 밀집된 팩킹을 가능하게 하고, 그러므로 할당된 채널에서 더 많은 신호의 사용, 더 많은 결과적인 정보 전달 용량을 가능하게 한다. 주파수 채널 차(Δf)가 주어지면, 최소시간 Δt 에서 그것을 통해 전달되는 주어진 신호는 특정 시간-대역폭 최소화 신호에 의해 설명되는 엔벨로프(envelope)를 가질 것이다. 이러한 신호들에 대한 시간 대역폭 프로덕트는 아래의 형태를 취한다.In the notational two-dimensional space, the minimization of the time-bandwidth product, ie, the area of the signal occupied in that space, allows for more dense packing, thus enabling more signal usage in the allocated channel and more resulting information delivery capacity. Let's do it. Given a frequency channel difference Δf, a given signal delivered through it at minimum time Δt will have an envelope described by a particular time-bandwidth minimization signal. The time bandwidth product for these signals takes the form:

Figure pct00001
Figure pct00001

여기서, n은 0에서 무한대 범위의 정수이고, 신호의 순서를 나타낸다.Where n is an integer ranging from 0 to infinity and represents the order of the signals.

이 신호들은 무한한 엘리먼트의 직교 세트를 형성하고, 여기서 각각은 유한한 양의 에너지를 가진다. 이들은 시간 도메인 및 주파수 도메인 모두에서 유한하고, 예컨대, 매치 필터링에 의해, 코릴레이션(correlation)을 통해 다른 신호 및 잡음의 혼합물으로부터 검출될 수 있다. 다른 웨이브렛과 달리, 이러한 직교 신호들은 유사한 신호 및 주파수 형태를 갖는다.These signals form an orthogonal set of infinite elements, where each has a finite amount of energy. They are finite in both the time domain and the frequency domain and can be detected from a mixture of other signals and noise through correlation, for example by match filtering. Unlike other wavelets, these orthogonal signals have similar signal and frequency forms.

궤도 각운동량 프로세스(1006)는 동일한 주파수, 파장, 또는 다른 신호 지지 메커니즘 상에 다중 데이터 스트림의 전송을 가능하게 할 수 있는 데이터 스트림을 운반하는 전자기장의 파면에 대한 비틀림(twist)를 제공한다. 이것은 단일 주파수 또는 파장이 복수의 아이겐 채널을 지원하도록 함으로써 통신 링크 상의 대역폭을 증가시킬 것이며, 각각의 개별 채널들은 그것과 연관된 상이한 직교 및 독립 궤도 각운동량을 가진다.Orbital angular momentum process 1006 provides a twist for the wavefront of an electromagnetic field carrying a data stream that may enable the transmission of multiple data streams on the same frequency, wavelength, or other signal support mechanism. This will increase the bandwidth on the communication link by allowing a single frequency or wavelength to support multiple eigen channels, with each individual channel having a different orthogonal and independent orbital angular momentum associated with it.

이제 도 11을 참조하면, 전자(포톤이 아님)를 운반하는 트위스트 패어 또는 케이블로서 상술한 기술을 이용하는 추가 통신 구현 기술이 도시되어 있다. 다중 레벨 오버레이 변조(1004) 및 궤도 각운동량 기술(1006)을 각각 사용하는 것이 아니라, 오직 다중 레벨 오버레이 변조(1004)만이 단일 유선 인터페이스, 더욱 상세하게는 트위스트 패어 통신 링크 또는 케이블 통신 링크(1002)와 함께 사용될 수 있다. 다중 레벨 오버레이 변조(1004)의 동작은 도 10과 관련지어 앞서 서술한 것과 유사하지만, 궤도 각운동량 기술(1006)을 사용하지 않고 그 자체로 사용되고, 트위스트 패어 통신 링크 또는 케이블 인터페이스 통신 링크(1002)와 함께 사용된다.Referring now to FIG. 11, there is shown an additional communication implementation technique utilizing the techniques described above as a twisted pair or cable that carries electrons (not photons). Rather than using multilevel overlay modulation 1004 and orbital angular momentum technology 1006, respectively, only multilevel overlay modulation 1004 is associated with a single wired interface, more specifically a twisted pair communication link or cable communication link 1002. Can be used together. The operation of the multi-level overlay modulation 1004 is similar to that described above in connection with FIG. 10, but is used by itself without using the orbital angular momentum technique 1006, and with a twisted pair communication link or cable interface communication link 1002. Used together.

이제 도 12을 참조하면, 광 통신 시스템에서의 전송을 위한 복수 데이터 스트림(1202) 처리에 대한 일반적인 블록도가 도시되어 있다. 복수 데이터 스트림(1202)은 1다층 오버레이 변조 회로(1204)에 제공되며, 여기서 신호는 다층 오버레이 변조 기술을 이용하여 변조된다. 변조된 신호는 광 통신 채널의 파장 상으로 전송되고 있는 각각의 파면에 비틀림을 적용하는 궤도 각운동량 처리 회로(1206)에 제공된다. 비틀림 파는 광섬유 또는 자유 공간 광 통신 시스템과 같은 광 통신 링크 상으로 광 인터페이스(1208)를 통해 전송된다. 또한, 도 12는 인터페이스(1208)가 광 인터페이스가 아니라 RF 인터페이스를 포함하는 RF 메커니즘을 도시할 수 있다.Referring now to FIG. 12, shown is a general block diagram of processing multiple data streams 1202 for transmission in an optical communication system. Multiple data streams 1202 are provided to one multilayer overlay modulation circuit 1204 where the signals are modulated using a multilayer overlay modulation technique. The modulated signal is provided to an orbital angular momentum processing circuit 1206 that applies torsion to each wavefront being transmitted over the wavelength of the optical communication channel. Torsional waves are transmitted over the optical interface 1208 over an optical communication link, such as an optical fiber or a free space optical communication system. 12 may illustrate an RF mechanism in which the interface 1208 includes an RF interface rather than an optical interface.

이제 도 13을 더 상세하게 참조하면, 동일한 파장 또는 주파수에 대한 전송을 위해 복수의 다른 데이터 스트림과 결합될 수 있는 데이터 스트림을 제공하기 위해, 도 10와 관련지어 서술한 것과 같은 통신 시스템 내에 궤도 각운동량 "비틀림"을 생성하기 위한 시스템의 기능 블록도가 도시되어 있다. 다중 데이터 스트림(1302)은 전송 처리 회로(1300)에 제공된다. 각각의 데이터 스트림(1302)은, 예컨대, 음성 호출을 전달하는 종단 간 링크 연결 또는 데이터 연결 상의 비-회로 스위치 패킹된 데이터를 전달하는 패킷 연결을 포함한다. 다중 데이터 스트림(1302)은 변조기/복조기 회로(1304)에 의해 처리된다. 변조기/복조기 회로(1304)는 다중 레벨 오버레이 변조 기술을 이용하여 파장 또는 주파수 채널 상으로 수신된 데이터 스트림(1302)을 변조하며, 이는 아래에 더 상세하게 설명될 것이다. 통신 링크는 광섬유 링크, 자유 공간 광 링크, RF 마이크로파 링크, RF 위성 링크, 유선 링크(비틀림 없음) 등을 포함할 수 있다.Referring now in more detail to FIG. 13, an orbital angular momentum in a communication system as described in connection with FIG. 10 to provide a data stream that can be combined with a plurality of other data streams for transmission over the same wavelength or frequency. A functional block diagram of a system for creating a "torsion" is shown. Multiple data streams 1302 are provided to transmission processing circuitry 1300. Each data stream 1302 includes, for example, an end-to-end link connection carrying a voice call or a packet connection carrying non-circuit switch packed data on the data connection. Multiple data streams 1302 are processed by modulator / demodulator circuit 1304. The modulator / demodulator circuit 1304 modulates the received data stream 1302 on a wavelength or frequency channel using a multilevel overlay modulation technique, which will be described in more detail below. The communication link may include an optical fiber link, a free space optical link, an RF microwave link, an RF satellite link, a wired link (no twist), and the like.

변조된 데이터 스트림은 궤도 각운동량(OAM) 신호 처리 블록(1306)에 제공된다. 변조기/복조기 회로(1304)로부터의 각각의 변조된 데이터 스트림은 각각의 변조된 데이터 스트림들이 그것과 연관된 고유한 상이한 궤도 각운동량을 가지도록, 궤도 각운동량 전자기 블록(1306)에 의해 상이한 궤도 각운동량을 제공받는다. 이러한 연관된 궤도 각운동량을 가는 각각의 변조된 신호들은 동일한 파장 상으로 고유한 궤도 각운동량을 갖는 각각의 변조된 데이터 스트림을 전송하는 광 송신기(1308)에 제공된다. 각각의 파장은 선택된 개수의 대역폭 슬롯(B)을 가지고, OAM 전자기 블록(1306)으로부터 제공되는 궤도 각운동량(l)의 도수(number of degree)의 인자만큼 그것의 데이터 전송 용량을 증가시킬 수 있다. 단일 파장에서 신호를 전송하는 광 송신기(1308)는 B개 그룹의 정보를 전송할 수 있다. 광 송신기(1308) 및 OAM 전자기 블록(1306)은 본 명세서에 서술된 구성에 따른 l×B 개 그룹의 정보를 전송할 수 있다.The modulated data stream is provided to an orbital angular momentum (OAM) signal processing block 1306. Each modulated data stream from the modulator / demodulator circuit 1304 is provided with a different orbital angular momentum by the orbital angular momentum electromagnetic block 1306 such that each modulated data stream has its own different orbital angular momentum associated therewith. . Each modulated signal having this associated orbital angular momentum is provided to an optical transmitter 1308 that transmits each modulated data stream having a unique orbital angular momentum on the same wavelength. Each wavelength has a selected number of bandwidth slots B and can increase its data transfer capacity by a factor of the number of degrees of the orbital angular momentum l provided from the OAM electromagnetic block 1306. An optical transmitter 1308 that transmits signals at a single wavelength may transmit B groups of information. The optical transmitter 1308 and the OAM electromagnetic block 1306 may transmit l × B groups of information in accordance with the configurations described herein.

수신 모드에서, 광 송신기(1308)는 그 안에 내장된 상이한 궤도 각운동량 신호를 갖는 그 내에서 전송된 복수의 신호들을 포함하는 파장을 가질 것이다. 광 송신기(1308)는 이러한 신호들을 상이한 궤도 각운동량을 갖는 각각의 신호들을 분리하고 복조기 회로(1304)로 분리된 신호를 제공하는 OAM 신호 처리 블록(1306)으로 전송한다. 복조기 프로세스는 변조된 신호로부터 데이터 스트림(1302)을 추출하고, 그것을 다층 오버레이 복조화 기술을 이용하여 수신 엔드에 제공한다.In the receive mode, the optical transmitter 1308 will have a wavelength that includes a plurality of signals transmitted therein with different orbital angular momentum signals embedded therein. The optical transmitter 1308 sends these signals to an OAM signal processing block 1306 that separates each of the signals having different orbital angular momentum and provides the separated signal to a demodulator circuit 1304. The demodulator process extracts the data stream 1302 from the modulated signal and provides it to the receiving end using a multilayer overlay demodulation technique.

이제 도 14을 참조하면, OAM 신호 처리 블록(1406)의 더 상세한 기능적 설명이 제공되어 있다. 각각의 입력 데이터 스트림은 OAM 회로(1402)에 제공된다. 각각의 OAM 회로(1402)는 수신된 데이터 스트림에 상이한 궤도 각운동량을 제공한다. 상이한 궤도 각운동량은 그것과 연관된 특정 궤도 각운동량을 생성하기 위해 전송되고 있는 신호의 생성을 위해 상이한 전류를 적용함으로써 달성된다. 각각의 OAM 회로(1402)에 의해 제공되는 궤도 각운동량은 그것에 제공되는 데이터 스트림에 고유하다. 무한 개의 궤도 각운동량은 다수의 상이한 전류를 이용하여 상이한 입력 데이터 스트림에 적용될 수 있다. 각각의 개별 생성된 데이터 스트림은 RF 수신기(1406)으로부의 전송을 위한 파장 상의 신호들을 결합하는 신호 결합기(1404)로 제공된다.Referring now to FIG. 14, a more detailed functional description of OAM signal processing block 1406 is provided. Each input data stream is provided to an OAM circuit 1402. Each OAM circuit 1402 provides a different orbital angular momentum to the received data stream. Different orbital angular momentum is achieved by applying different currents for the generation of the signal being transmitted to produce the specific orbital angular momentum associated with it. The orbital angular momentum provided by each OAM circuit 1402 is unique to the data stream provided to it. Infinite orbital angular momentum can be applied to different input data streams using a number of different currents. Each individual generated data stream is provided to a signal combiner 1404 that combines the signals on the wavelength for transmission from the RF receiver 1406.

이제 도 15를 참조하면, OAM 처리 회로(1306)가 수신된 신호를 복수의 데이터 스트림으로 분리시킬 수 있는 방식이 도시되어 있다. 수신기(1502)는 단일 파장 상으로 결합된 OAM 신호를 수신하고 그 정보를 신호 분리기(1504)에 제공한다. 신호 분리기(1504)는 수신된 파장으로부터 상이한 궤도 각운동량을 갖는 각각의 신호들을 분리하고 그 분리된 신호를 OAM 비틀림 해제 회로(1506)에 제공한다. OAM 비틀림 해제 회로(1506)는 각각의 연관된 신호로부터 연관된 OAM 비틀림을 제거하고, 제거된 변조된 데이터 스트림을 추가 처리를 위해 제공한다. 신호 분리기(1504)는 궤도 각운동량이 제거된 각각의 수신된 신호들을 개별 수신 신호들로 분리한다. 개별적으로 수신된 신호들은, 예컨대, 아래에 더 상세하게 서술된 다중 레벨 오버레이 복조를 이용하여 복조하기 위해 수신기(1502)에 제공된다.Referring now to FIG. 15, a manner in which the OAM processing circuit 1306 can separate a received signal into a plurality of data streams is shown. Receiver 1502 receives the combined OAM signal onto a single wavelength and provides the information to signal separator 1504. Signal separator 1504 separates each of the signals having different orbital angular momentum from the received wavelength and provides the separated signal to OAM torsion canceling circuit 1506. OAM torsion canceling circuit 1506 removes the associated OAM torsion from each associated signal and provides the removed modulated data stream for further processing. The signal separator 1504 separates each received signal from which the orbital angular momentum has been removed into individual received signals. Individually received signals are provided to the receiver 1502 for demodulation using, for example, multilevel overlay demodulation described in more detail below.

도 16은 2개의 양자 스핀 분극을 갖는 단일 파장 또는 주파수가 그것과 연관된 다양한 궤도 각운동량을 가지는 무한개의 비틀림을 제공할 수 있는 방식을 도시한다. l개의 축은 선택된 주파수 또는 파장에서 특정 신호에 적용될 수 있는 다양한 양자화된 궤도 각운동량 상태를 나타낸다. 기호 오메가(ω)는 상이한 궤도 각운동량의 신호들에 적용될 수 있는 다양한 주파수를 나타낸다. 상부 그리드(1602)는 왼손 신호 분극에 대한 잠재적으로 사용 가능한 신호를 나타내고, 하부 그리드(1604)는 오른손 분극을 갖는 잠재적으로 사용 가능한 신호에 대한 것이다.FIG. 16 illustrates how a single wavelength or frequency with two quantum spin polarizations can provide infinite twist with varying orbital angular momentum associated therewith. The l axes represent various quantized orbital angular momentum states that can be applied to a particular signal at a selected frequency or wavelength. The symbol omega (ω) represents various frequencies that can be applied to signals of different orbital angular momentum. Upper grid 1602 represents a potentially usable signal for left hand signal polarization, and lower grid 1604 is for a potentially usable signal with right hand polarization.

특정 주파수 또는 파장의 신호에 상이한 궤도 각운동량 상태를 적용함으로써, 잠재적으로 무한개의 상태들이 그 주파수 또는 파장에 제공될 수 있다. 왼손 분극 평면(1602) 및 오른손 분극 평면(1604) 모두에서 주파수 Δω 또는 파장(1606)에서의 상태는 상이한 궤도 각운동량 상태 Δl에서 무한개의 신호를 제공할 수 있다. 블록(1608 및 1510)은 각각 오른손 분극 평면(1604) 및 왼손 분극 평면(1610) 모두에서 주파수 Δω 또는 파장에서의 궤도 각운동량 Δl을 갖는 특정 신호를 나타낸다. 동일한 주파수 Δω 또는 파장(1606) 내의 상이한 궤도 각운동량을 변경함으로써, 상이한 신호들이 또한 전송될 수 있다. 각각의 각운동량 상태는 광 송신기로부터의 전송을 위한 상이한 결정된 전류 레벨에 대응한다. 광 도메인 내의 특정 궤도 각운동량을 생성하기 위한 등가 전류를 추정하고 그 전류를 신호 전송에 적용함으로써, 희망의 궤도 각운동량 상태에서의 신호 전송이 달성될 수 있다.By applying different orbital angular momentum states to a signal of a particular frequency or wavelength, potentially infinite states can be provided at that frequency or wavelength. The state at frequency Δω or wavelength 1606 in both left hand polarization plane 1602 and right hand polarization plane 1604 can provide infinite signals in different orbital angular momentum states Δl. Blocks 1608 and 1510 represent a specific signal having orbital angular momentum Δl at a frequency Δω or wavelength in both the right hand polarization plane 1604 and the left hand polarization plane 1610, respectively. By changing different orbital angular momentum within the same frequency Δω or wavelength 1606, different signals may also be transmitted. Each angular momentum state corresponds to a different determined current level for transmission from the optical transmitter. By estimating an equivalent current for generating a specific orbital angular momentum in the optical domain and applying that current to signal transmission, signal transmission in the desired orbital angular momentum state can be achieved.

그러므로, 도 16의 예시는 2개의 가능한 각운동량, 스핀 각운동량 및 궤도 각운동량을 도시한다. 스핀 버전은 거시적인 전자기의 분극에서 나타나고, 상하 스핀 방향으로 인해 오직 왼손 및 오른손 분극만 가진다. 그러나, 궤도 각운동량은 양자화된 무한 개의 상태를 나타낸다. 경로는 2개 이상이고 이론적으로 양자화된 궤도 각운동량 레벨은 무한할 수 있다.Therefore, the example of FIG. 16 shows two possible angular momentum, spin angular momentum and orbital angular momentum. The spin version appears in the macroscopic electromagnetic polarization and has only left and right hand polarization due to the up and down spin direction. However, the orbital angular momentum represents an infinite number of states quantized. There are two or more paths and the theoretically quantized orbital angular momentum level can be infinite.

전송된 에너지 신호의 궤도 각운동량 상태를 이용하여, 물리적 정보는 신호에 의해 전송되는 방사선 내에 내장될 수 있다. 맥스웰-헤비사이드 방정식은 아래와 같이 나타낼 수 있다. Using the orbital angular momentum state of the transmitted energy signal, physical information can be embedded in the radiation transmitted by the signal. The Maxwell-Heaviside equation can be expressed as

Figure pct00002
Figure pct00002

여기서,

Figure pct00003
는 델 연산자이고, E는 전기장 강도이고, B는 자속 밀도이다. 이러한 식들을 이용하면, 맥스웰의 오리지널 식으로부터 23개의 대칭/보존량을 유도할 수 있다. 그러나, 10개의 잘 알려진 보존량이 존재하고, 그 중 몇 개만이 상업적으로 사용된다. 역사적으로, 맥스웰 방정식이 그 원래의 쿼터니언 형태를 유지한다면, 대칭/보존량을 쉽게 볼 수 있을 것이지만, 헤비사이드에 의해 현재의 벡터 형태로 변환된 때에는, 맥스웰 방정식에서 이러한 내재적 대칭성을 보는 것은 더 어렵게 되었다.here,
Figure pct00003
Is the Dell operator, E is the electric field strength, and B is the magnetic flux density. Using these equations, 23 symmetry / preservation quantities can be derived from Maxwell's original equation. However, there are ten well known reserves, only a few of which are used commercially. Historically, if the Maxwell's equations retained their original quaternion shape, it would be easy to see the symmetry / conservation, but when converted to the current vector form by the heavyside, it became more difficult to see this inherent symmetry in the Maxwell's equation. .

맥스웰의 선형 이론은 아벨(Abelian) 정류 관계와 함께 U(1) 대칭이다. 이들은 전역(공간에서 비국부적인) 특성을 다루는 비-아벨 정류 관계와 함께 더 높은 대칭 그룹 SU(2) 형태로 확장될 수 있다. 맥스웰 이론의 우양 및 하르무스(Wu-Yang and Harmuth)의 해석은 자기 단극 및 자기 전하의 존재를 암시한다. 고전적인 분야에 관한 한, 이러한 이론적 구조는 의사 입자(pseudo-particle) 또는 인스탄톤(instanton)이다. 맥스웰의 작업의 해석은 실제로 맥스웰의 원래의 의도로부터 상당히 다른 방식으로 시작된다. 맥스웰의 오리지널 공식에서, 패러데이의 전기 영동 상태(Aμ 필드)는 중심이 되어 그들을(헤비사이드 이전) 양-밀스(Yang-Mills) 이론과 호환 가능하게 만들었다. 솔리톤(soliton)이라 불리는 수학적 동적 엔티티는 고전 또는 양자, 선형 또는 비선형일 수 있고 EM 파를 설명한다. 그러나, 솔리톤은 SU(2) 대칭 형태이다. 전통적인 해석의 고전적 맥스웰의 U(1) 대칭 이론이 그러한 엔티티를 설명하기 위해서는, 그 이론은 SU(2) 형태로 확장되어야 한다.Maxwell's linear theory is U (1) symmetry with Abelian commutation relations. They can be extended to form a higher symmetric group SU (2) with non-Abel commutation relationships that deal with global (non-local in space) characteristics. The interpretation of Max-Theory's Wu-Yang and Harmuth suggests the presence of magnetic monopoles and magnetic charges. As far as the classical field is concerned, this theoretical structure is pseudo-particle or instanton. The interpretation of Maxwell's work actually begins in quite a different way from Maxwell's original intentions. In Maxwell's original formula, Faraday's electrophoretic state (Aμ field) became central and made them compatible with the Yang-Mills theory (before heavyside). A mathematical dynamic entity called soliton can be classical or quantum, linear or nonlinear and describes an EM wave. However, soliton is in the form of SU (2) symmetry. In order for the classical Maxwell's U (1) symmetry theory of traditional interpretations to describe such an entity, it must be extended to the SU (2) form.

6가지 물리적 현상 이외에(전통적인 맥스웰 이론으로 설명될 수 없는), 최근에 공식화된 하르무쓰 안사츠(Harmuth Ansatz) 또한 맥스웰 이론의 불완전성을 다룬다. 하르무쓰 안사츠의 맥스웰 식은 양-밀즈가 채운 식과 일치하는 자기 전류 밀도 및 자기 전하가 추가되면 EM 신호 속도를 계산하기 위해 사용될 수 있다. 그러므로, 정확한 기하학 및 토폴로지와 함께, Aμ 전위는 항상 물리적 의미를 갖는다.In addition to six physical phenomena (which cannot be explained by the traditional Maxwell theory), the recently formulated Harmuth Ansatz also deals with the incompleteness of Maxwell's theory. The Maxwell's Maxwell's equation can be used to calculate the EM signal rate if a magnetic current density and magnetic charge are added that match the equation filled by the sheep-mills. Therefore, with accurate geometry and topology, the Aμ potential always has a physical meaning.

보존량 및 전자기장은 시스템 에너지의 보존과 시스템 선형 운동량의 보존에 따라 표현될 수 있다. 시간 대칭, 즉 시스템 에너지의 보존은 아래의 식에 따른 포인팅의 정리를 이용하여 표현될 수 있다.Conservation and electromagnetic fields can be expressed according to the conservation of system energy and the conservation of system linear momentum. Temporal symmetry, that is, conservation of system energy, can be expressed using the theorem of pointing according to the following equation.

Figure pct00004
Figure pct00004

공간 대칭, 즉, 전자기 도플러 시프트(Doppler shift)를 나타내는 시스템 선형 운동량의 보존은 아래의 식으로 표현될 수 있다.The conservation of the system linear momentum representing spatial symmetry, i.e., electromagnetic Doppler shift, can be expressed by the following equation.

Figure pct00005
Figure pct00005

시스템 에너지 중심의 보존은 아래의 식으로 표현될 수 있다.Conservation of the system energy center can be expressed by the following equation.

Figure pct00006
Figure pct00006

유사하게, 방위각 도플러 시프트를 야기하는 시스템 각운동량의 보존은 아래의 식으로 표현된다.Similarly, the conservation of the system angular momentum causing the azimuth Doppler shift is expressed by the following equation.

Figure pct00007
Figure pct00007

자유 공간 내의 방사선 빔에 대하여, EM 필드 각운동량 Jem은 두 부분으로 분리될 수 있다.For the radiation beam in free space, the EM field angular momentum J em can be separated into two parts.

Figure pct00008
Figure pct00008

실수 값 표현의 각각의 단일 푸리에 모드에 대하여:For each single Fourier mode of real value representation:

Figure pct00009
Figure pct00009

제1 부분은 EM 스핀 각 운동량 Sem이고, 그것의 고전적 표현은 파 극성이다. 그리고, 제2 부분은 EM 궤도 각운동량 Lem이고, 그것의 고전적 표현은 파 헬리시티이다. 일반적으로 EM 선형 운동량 Pem 및 EM 각운동량 Jem = Lem + Sem 은 모두 원거리까지 모든 방향으로 방사된다.The first part is EM spin angular momentum S em , the classical expression of which is wave polarity. And, the second part is the EM orbital angular momentum L em , and its classical expression is par helicity. In general, both EM linear momentum P em and EM angular momentum J em = L em + S em are radiated in all directions up to the distance.

포인팅 이론을 이용함으로써, 신호의 광 와도(vorticity)는 아래의 광속 방정식에 따라 결정될 수 있다.By using the pointing theory, the light vorticity of the signal can be determined according to the luminous flux equation below.

Figure pct00010
Figure pct00010

여기서 S는 포인팅 벡터이고,Where S is the pointing vector

Figure pct00011
Figure pct00011

그리고, U는 에너지 밀도이다.And U is the energy density.

Figure pct00012
Figure pct00012

E 및 H는 각각 전기장 및 자기장을 포함하고, ε 및 μ0는 각각 매체의 유전율 및 투자율이다. 그 다음, 광 와도, V는 아래의 식에 따라 광속의 컬(curl)에 의해 결정될 수 있다.E and H each contain an electric field and a magnetic field, and ε and μ 0 are the permittivity and permeability of the medium, respectively. Then, even with light, V can be determined by the curl of the light beam according to the following equation.

Figure pct00013
Figure pct00013

이제 도 17a 및 도 17b를 참조하면, 평면 파 상황에서 신호 및 그것과 연관된 포인팅 벡터의 방식이 도시된다. 일반적으로(1702)에 도시된 평면 파 상황에서, 전송되는 신호는 3개의 구성 중 하나를 취할 수 있다. 전계 벡터가 동일한 방향일 때 일반적으로(1704)에 도시된 바와 같이 선형 신호가 제공된다. 원형 편광(1706)에서, 전계 벡터는 동일한 크기로 회전한다. 타원 편광(1708)에서, 전계 벡터는 회전하지만 상이한 크기를 갖는다. 포인팅 벡터는 도 17a에 대한 신호 구성에 대해 일정한 방향을 유지하고, 전기장 및 자기장에 항상 수직이다. 이제 도 17b를 참조하면, 고유한 궤도 각운동량이 본 명세서에서 앞서 서술한 바와 같이 신호에 적용된 때, 포인팅 벡터, S(1710)는 신호의 전파 방향을 중심으로 나선형일 것이다. 이러한 나선은 본 명세서에 서술된 바와 같이 신호들이 동일한 주파수 상으로 전송되는 것을 가능하게 하기 위해 변경될 수 있다.Referring now to FIGS. 17A and 17B, the scheme of a signal and its associated pointing vector in a planar wave situation is shown. In the plane wave situation shown generally at 1702, the transmitted signal may take one of three configurations. When the electric field vectors are in the same direction, a linear signal is provided, as generally shown at 1704. In circularly polarized light 1706, the electric field vectors rotate by the same magnitude. In elliptical polarization 1708, the electric field vector rotates but has a different magnitude. The pointing vector remains constant with respect to the signal configuration for FIG. 17A and is always perpendicular to the electric and magnetic fields. Referring now to FIG. 17B, when the intrinsic orbital angular momentum is applied to a signal as previously described herein, the pointing vector, S 1710, will be spiral about the direction of propagation of the signal. This helix may be changed to enable signals to be transmitted on the same frequency as described herein.

도 18a 내지 도 18c는 상이한 헬리시티(즉, 궤도 각운동량)를 갖는 신호의 차이를 도시한다. 신호(1802, 1804, 및 1806)와 연관된 각각의 나선형 포인팅 벡터는 상이한 형상의 신호를 제공한다. 신호(1802)는 +1의 궤도 각운동량을 가지고, 신호(1804)는 +3의 궤도 각운동량을 가지고, 신호(1806)는 -4의 궤도 각운동량을 가진다. 각각의 신호는 구별되는 각운동량 및 연관된 포인팅 벡터를 가지고, 이는 그 신호가 동일한 주파수 내의 다른 신호들로부터 구별될 수 있게 한다. 이들 신호들이 개별적으로 탐지 가능하고 서로 간섭하지 않기 때문에(아이겐 채널), 상이한 유형의 정보들이 동일 주파수로 전송되는 것이 가능해진다. 18A-18C show differences in signals with different helicity (ie orbital angular momentum). Each helical pointing vector associated with signals 1802, 1804, and 1806 provides a different shaped signal. Signal 1802 has an orbital angular momentum of +1, signal 1804 has an orbital angular momentum of +3, and signal 1806 has an orbital angular momentum of -4. Each signal has a distinct angular momentum and associated pointing vector, which allows the signal to be distinguished from other signals within the same frequency. Since these signals are detectable individually and do not interfere with each other (Eigen channel), it is possible for different types of information to be transmitted at the same frequency.

도 18d는 다양한 아이겐 모드에 대한 포인팅 벡터의 전파를 도시한다. 각각의 링(1820)은 상이한 아이겐 모드 또는 동일 주파수 내의 상이한 궤도 각운동량을 나타내는 비틀림을 나타낸다. 각각의 링(1820)은 상이한 직교 채널을 나타낸다. 각각의 아이겐 모드는 그것과 연관된 포인팅 벡터(1822)를 가진다.18D shows propagation of pointing vectors for various eigen modes. Each ring 1820 exhibits a torsion representing different orbital angular momentum within different eigen modes or at the same frequency. Each ring 1820 represents a different orthogonal channel. Each eigen mode has a pointing vector 1822 associated with it.

토폴로지 전하는 선형 또는 원형 편광을 위한 주파수로 멀티플렉싱될 수 있다. 선형 편광의 경우에, 토폴로지 전하는 수직 및 수평 편광 상에서 멀티플렉싱될 것이다. 원형 편광의 경우에, 토폴로지 전하는 왼손 및 오른손 원형 편광 상에서 멀티플렉싱될 것이다. 토폴로지 전하는 헬리시티 인덱스 "I", 또는 신호에 적용되는 비틀림 또는 OAM의 크기에 대한 다른 이름이다. 헬리시티 인덱스는 양수 또는 음수일 수 있다. RF에서, 상이한 토폴리지 전하가 생성되고 함께 멀티플렉싱되고, 토폴로지 전하를 분리하기 위해 디-멀티플렉싱될 수 있다.Topology charges can be multiplexed at frequencies for linear or circular polarization. In the case of linear polarization, the topological charge will be multiplexed on the vertical and horizontal polarizations. In the case of circular polarization, the topological charge will be multiplexed on the left hand and right hand circular polarization. Topology charge is a helix index "I", or another name for the magnitude of the torsion or OAM applied to the signal. The helicity index may be positive or negative. In RF, different topological charges can be generated and multiplexed together and de-multiplexed to separate the topological charges.

토폴로지 전하(l)는 특정 굴절률을 갖는 적절한 재료 및 기계공장 능력 또는 위상 마스크, 특정 토폴로지 전하를 갖는 RF 파의 비틀림을 야기하는 장치 상의 전압을 조절함으로써, RF 파(광 빔의 반대)의 비틀림을 행하는 나선 광 변조기(SLM)의 RF 버전을 생성하기 위한 새로운 기술 또는 새로운 재료로 생성된 홀로그램을 이용하여 도 18e에 도시된 바와 같은 나선 위상 판(SPP)을 이용하여 생성될 수 있다. 나선 위상 판은 RF 평면파(l=0)를 특정 헬리시티(즉, l = +1)의 비틀린 RF 파로 변환할 수 있다.Topological charge (l) reduces distortion of the RF wave (opposite of the light beam) by adjusting the appropriate material and machine capability or phase mask with a certain refractive index, or the voltage on the device causing the torsion of the RF wave with the specific topology charge. It can be generated using a spiral phase plate (SPP) as shown in FIG. 18E using a hologram generated with a new technique or a new material for generating an RF version of the spiral optical modulator (SLM). The spiral phase plate can convert the RF plane wave (l = 0) into a twisted RF wave of a certain helix (ie, l = +1).

크로스 토크 및 다중 경로 간섭은 RF 다중 입력 다중 출력(MIMO)을 이용하여 보정될 수 있다. 대부분의 채널 손상은 컨트롤 채널 또는 파일럿 채널을 이용하여 탐지될 수 있고, 알고리즘 기술(폐쇄 루프 제어 시스템)을 이용하여 보정될 수 있다.Crosstalk and multipath interference can be corrected using RF multiple input multiple output (MIMO). Most channel damage can be detected using control channels or pilot channels and corrected using algorithmic techniques (closed loop control systems).

도 13과 관련지어 앞서 서술한 바와 같이, 프로세싱 회로 내에 적용된 각각의 다중 데이터 스트림은 그것에 적용된 다층 오버레이 변조 스킴을 가진다.As described above in connection with FIG. 13, each multiple data stream applied within the processing circuit has a multilayer overlay modulation scheme applied to it.

이제 도 19를 참조하면, 부재번호(1900)은 일반적으로 다중 레벨 오버레이(MLO) 변조 시스템의 일 실시예를 나타내지만, 용어 MLO 및 도시된 시스템(1900)이 예시적인 실시예임을 이해해야 한다. MLO 시스템은 참조로서 본 명세서에 통합된 다층 오버레이 변조란 제목의 미국 특허 번호 제8,503,546호에 개시된 것과 같은 것을 포함할 수 있다. 일례에서, 변조 시스템(1900)은 도 17의 다중 레벨 오버레이 변조 박스(504) 내에 구현될 것이다. 시스템(1900)은 입력단 디멀티플렉서(DEMUX)(1004)에 의해 논리 1 및 0의 3개의 병렬 개별 데이터 스트림으로 분리되는, 디지털 소스(1902)로부터의 입력 데이터 스트림(1901)을 입력으로서 취한다. 데이터 스트림(1001)은 전송될 데이터 파일, 또는 오디오 또는 비디오 데이터 스트림을 나타낼 수 있다. 더 많거나 적은 수의 분리된 데이터 스트림들이 사용될 수도 있음을 이해해야 한다. 몇몇 실시예에서, 각각의 분리된 데이터 스트림(1903A-1903C)은 원래의 레이트의 1/N의 데이터 레이트를 가지며, 여기서 N은 병렬 데이터 스트림의 개수이다. 도 19에 도시된 실시예에서, N은 3이다.Referring now to FIG. 19, reference numeral 1900 generally represents one embodiment of a multi-level overlay (MLO) modulation system, but it should be understood that the term MLO and illustrated system 1900 are exemplary embodiments. The MLO system may include such as disclosed in US Pat. No. 8,503,546 entitled Multilayer Overlay Modulation, incorporated herein by reference. In one example, modulation system 1900 will be implemented within multi-level overlay modulation box 504 of FIG. System 1900 takes as input the input data stream 1901 from digital source 1902, which is separated by input demultiplexer (DEMUX) 1004 into three parallel discrete data streams of logic ones and zeros. Data stream 1001 may represent a data file to be transmitted, or an audio or video data stream. It should be understood that more or fewer separate data streams may be used. In some embodiments, each separate data stream 1901A-1903C has a data rate of 1 / N of the original rate, where N is the number of parallel data streams. In the embodiment shown in FIG. 19, N is three.

각각의 분리된 데이터 스트림(1903A-1903C)은 QAM 심볼 맵퍼(1905A-C) 중 하나에 의해 M-QAM 콘스톨레이션(constellation), 예컨대, 16 QAM 또는 64 QAM 내의 직교 진폭 변조(QAM) 심볼에 매핑된다. QAM 심볼 맵퍼(1905A-C)는 DEMUX(1904)의 각각의 출력에 연결되고, 이산 레벨에서 위상(I)(1906A, 1908A, 및 1910A) 및 직교 위상(Q)(1906B, 1908B, 및 1910B) 데이터 스트림으로 병렬로 생성된다. 예를 들어, 64 QAM에서, 각각의 I 및 Q 채널은 심볼당 3비트를 전송하기 위해 8개의 개별 레벨을 사용한다. 각각의 3개의 I 및 Q 쌍(1906A-1906B, 1908A-1908B, and 1910A-1910B)은 함수 발생기의 대응 쌍(1907A-1907B, 1909A-1909B, 및 1911A-1911B)의 출력을 가중시키는데 사용되고, 함수 발생기는 일부 실시예에서 상술된 변형 허미트 다항식과 같은 신호들을 생성하고, 그것들을 입력된 심볼의 진폭 값을 기초로 가중시킨다. 이것은 2N 개의 가중된 또는 변조된 신호를 제공하고, 신호 각각은 들어오는 데이터 스트림(1901)으로부터의 오리지널 데이터의 일부분을 운반하고, 이는 종래기술의 QAM 시스템에 대해 행해지는 바와 같은, 레이즈드 코사인 필터를 통한 I 및 Q 쌍(1906A-1906B, 1908A-1908B, 및 1910A-1910B) 내의 각각의 심볼을 변조하는 대신이다. 도시된 실시예에서, 각각 H0, H1, 및 H2의 변형에 대응하는 3개의 신호(SH0, SH1, 및 SH2)가 사용되지만, 다른 실시예에서 다른 신호들이 사용될 수 있음을 이해해야 한다.Each separate data stream 1901A-1903C is connected to an M-QAM constellation, eg, orthogonal amplitude modulation (QAM) symbol within 16 QAM or 64 QAM by one of the QAM symbol mappers 1905A-C. Mapped. The QAM symbol mapper 1905A-C is connected to the respective output of the DEMUX 1904 and has phase I (1906A, 1908A, and 1910A) and quadrature phase (Q) 1906B, 1908B, and 1910B at discrete levels. Generated in parallel as data streams. For example, at 64 QAM, each I and Q channel uses eight separate levels to transmit 3 bits per symbol. Each of the three I and Q pairs 1906A-1906B, 1908A-1908B, and 1910A-1910B are used to weight the output of the corresponding pairs of function generators 1907A-1907B, 1909A-1909B, and 1911A-1911B. The generator generates signals such as the modified Hermit polynomial described above in some embodiments and weights them based on the amplitude values of the input symbols. This provides 2N weighted or modulated signals, each of which carries a portion of the original data from the incoming data stream 1901, which is a raised cosine filter, as is done for prior art QAM systems. Instead of modulating each symbol within the I and Q pairs 1906A-1906B, 1908A-1908B, and 1910A-1910B. In the illustrated embodiment, three signals SH0, SH1, and SH2 corresponding to variations of H0, H1, and H2, respectively, are used, although it should be understood that other signals may be used in other embodiments.

가중된 신호들은 부반송파가 아니라, 오히려 변조된 반송파의 하위 계층이고, 신호 직교성으로 인해 I 및 Q 차원 각각에서 상호 간섭없이 합산기(1912 및 1916)를 이용하여 주파수 및 시간 모두에서 결합, 중첩된다. 합산기(1912 및 1916)는 합성 신호(1913 및 1917)를 생성하기 위한 신호 결합기로서 역할한다. 가중된 직교 신호는 시스템(1900)에 의해 등가적으로 처리되었던 I 및 Q 채널 모두에 대하여 사용되며, QAM 신호가 전송되기 전에 합산된다. 그러므로, 새로운 직교 함수가 사용되더라도 몇몇 실시예는 부가적으로 전송을 위해 QAM을 이용한다. 도 16a 내지 도 16k에 도시된 바와 같은 시간 도메인에서 신호의 테이퍼링으로 인해, 가중된 신호의 시간 도메인 파형은 심볼의 지속시간으로 한정될 것이다. 또한, 특수 신호 및 주파수 도메인의 테이퍼링으로 인해, 신호는 또한 신호 및 인접 채널과의 인터페이스를 최소화하는 주파수 도메인으로 한정된다.The weighted signals are not subcarriers, but rather the lower layers of the modulated carrier, and are combined and superimposed at both frequency and time using summers 1912 and 1916 without mutual interference in each of the I and Q dimensions due to signal orthogonality. Summers 1912 and 1916 serve as signal combiners for generating synthesized signals 1913 and 1917. The weighted orthogonal signal is used for both the I and Q channels that were equivalently processed by the system 1900 and summed before the QAM signal is transmitted. Therefore, some embodiments additionally use QAM for transmission even if a new orthogonal function is used. Due to the tapering of the signal in the time domain as shown in FIGS. 16A-16K, the time domain waveform of the weighted signal will be limited to the duration of the symbol. In addition, due to the tapering of the special signal and frequency domain, the signal is also confined to the frequency domain, which minimizes the interface of the signal and adjacent channels.

합성 신호(1913 및 1917)는 디지털 투 아날로그 컨버터(1914 및 1919)를 이용하여 아날로그 신호(1915 및 1919)로 변환되고, 그 다음 변조기(1921)를 이용하여, 로컬 오실레이터(LO)(1920)의 주파수로 반송파 신호를 변조하기 위해 사용된다. 변조기(1921)는 각각 DAC(1914 및 1919)에 연결된 믹서(1922 및 1924)를 포함한다. 90도 위상 시프터(1923)는 LO(1920)로부터의 신호를 반송파 신호의 Q 성분으로 변환한다. 믹서(1922 및 1924)의 출력은 합산기(1925)에서 합산되어 출력 신호(1926)를 만들어낸다.The synthesized signals 1913 and 1917 are converted to analog signals 1915 and 1919 using digital to analog converters 1914 and 1919 and then modulated 1921 to the local oscillator (LO) 1920. Used to modulate the carrier signal at a frequency. Modulator 1921 includes mixers 1922 and 1924 connected to DACs 1914 and 1919, respectively. The 90 degree phase shifter 1923 converts the signal from the LO 1920 into the Q component of the carrier signal. The outputs of mixers 1922 and 1924 are summed in summer 1925 to produce output signal 1926.

MLO는 유선, 광, 및 무선과 같은 다양한 전송 매체와 함께 사용될 수 있고, QAM과 결합하여 사용될 수 있다. 이는 MOL가 스펙트럼 중첩이 아니라 다양한 신호들의 스펙트럼 오버레이를 이용하기 때문이다. 사용 가능한 스펙트럼 리소스의 여러 계층으로의 확장으로 인해, 대역폭 사용 효율이 한 층 더 증가될 수 있다. 직교 신호의 개수는 2(종래 기술의 코사인 및 사인)부터 직교 다항식을 생성하기 위해 사용되는 제너레이터의 정밀도 및 지터 한계에 의해 제한된 개수까지 증가된다. 이러한 방식으로, MLO는 QAM의 I 및 Q 차원 각각을 GSM, 코드 분할 다중 접속(CDMA), 광대역 CDMA(WCDMA), 고속 다운 링크 패킷 액세스(HSPDA), 에볼루션-데이터 최적화(EV-DO), OFDM(orthogonal frequency division multiplexing), WIMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access) 및 LTE(Long Term Evolution) 시스템과 같은 임의의 다중 접근 기술까지 확장한다. 또한, MLO는 주파수 분할 듀플렉싱(FDD), 시간 분할 듀플렉싱(TDD), 주파수 분할 다중 액세스(FDMA) 및 시분할 다중 액세스(TDMA)와 같은 다른 다중 액세스(MA) 스킴과 함께 사용될 수 있다. 동일한 주파수 대역에서 개별 직교 신호를 중첩하면 물리적 대역폭보다 넓은 가상 대역폭을 생성할 수 있으므로 신호 처리에 새로운 차원이 추가된다. 이 변조는 트위스트 패어, 케이블, 광섬유, 위성, 방송, 자유 공간 광학 및 모든 유형의 무선 액세스에 적용할 수 있다. 이 방법 및 시스템은 EV-DO, UMB, WIMAX, WCDMA(유/무), 멀티미디어 브로드 캐스트 멀티캐스트 서비스(MBMS) /다중 입력 다중 출력(MIMO), HSPA 에볼루션 및 LTE를 포함하는 현재 및 미래의 다중 액세스 시스템과 호환 가능하다.MLO can be used with a variety of transmission media such as wired, optical, and wireless, and can be used in combination with QAM. This is because MOL uses spectral overlay of various signals rather than spectral overlap. Due to the expansion of the available spectrum resources to multiple layers, bandwidth utilization efficiency can be further increased. The number of orthogonal signals is increased from two (cosine and sine of the prior art) to a number limited by the precision and jitter limits of the generator used to generate the orthogonal polynomial. In this way, the MLO uses each of the I and Q dimensions of QAM to define GSM, code division multiple access (CDMA), wideband CDMA (WCDMA), high speed downlink packet access (HSPDA), evolution-data optimization (EV-DO), OFDM It extends to any multiple access technology such as orthogonal frequency division multiplexing, worldwide interoperability for microwave access (WIMAX), and long term evolution (LTE) systems. MLO can also be used with other multiple access (MA) schemes such as frequency division duplexing (FDD), time division duplexing (TDD), frequency division multiple access (FDMA), and time division multiple access (TDMA). Overlapping individual orthogonal signals in the same frequency band creates a virtual bandwidth that is wider than the physical bandwidth, adding a new dimension to signal processing. This modulation can be applied to twisted pairs, cables, fiber optics, satellites, broadcast, free space optics and all types of wireless access. This method and system includes current and future multiples including EV-DO, UMB, WIMAX, WCDMA (w / w), Multimedia Broadcast Multicast Service (MBMS) / Multiple Input Multiple Output (MIMO), HSPA Evolution, and LTE Compatible with the access system.

이제 도 20을 참조하면, MLO 복조기(2000)가 도시되어 있으나, MLO 및 도시된 시스템(2000)이라는 용어는 예시적인 실시예임을 이해해야 한다. 변조기(2000)는 입력으로서 시스템(1800)으로부터의 출력 신호(1826)와 유사할 수 있는 MLO 신호(1126)를 취한다. 동기화기(2027)는 로컬 오실레이터(2020)로 입력되는 위상 정보를 추출하여, 변조기(2021)가 아날로그 I 신호(2015) 및 Q 신호(2020)에 대한 기저 대역을 생성할 수 있도록 한다. 변조기(2021)는 90도 위상 시프터(2023)를 통해 LO(2020)에 연결된 믹서(2022 및 2024)를 포함한다. I 신호(2015)는 신호 필터(2007A, 2009A, 2011A)의 각각에 입력되고, Q 신호(2020)는 신호 필터(2007B, 2009B, 2011B)의 각각에 입력된다. 직교 함수가 알려져 있기 때문에, 이들은 변조된 데이터를 복원하기 위해 코릴레이션 또는 다른 기술을 사용하여 분리될 수 있다. 각 심볼 내에서 합산된 중첩 함수로부터 I 및 Q 신호(2015 및 2020) 각각의 정보가 추출 될 수 있는데, 그 이유는 함수가 상관적인 의미에서 직교하기 때문이다.Referring now to FIG. 20, although an MLO demodulator 2000 is shown, it is to be understood that the terms MLO and illustrated system 2000 are exemplary embodiments. Modulator 2000 takes MLO signal 1126 as input, which may be similar to output signal 1826 from system 1800. The synchronizer 2027 extracts phase information input to the local oscillator 2020, allowing the modulator 2021 to generate basebands for the analog I signal 2015 and the Q signal 2020. Modulator 2021 includes mixers 2022 and 2024 coupled to LO 2020 through a 90 degree phase shifter 2023. I signal 2015 is input to each of signal filters 2007A, 2009A, and 2011A, and Q signal 2020 is input to each of signal filters 2007B, 2009B, and 2011B. Since orthogonal functions are known, they can be separated using correlation or other techniques to recover the modulated data. Information of each of the I and Q signals 2015 and 2020 can be extracted from the superimposed function summed in each symbol because the functions are orthogonal in a correlational sense.

몇몇 실시예에서, 신호 필터(2007A-2007B, 2009A-2009B 및 2011A-2011B)는 매치 필터에서 기지의 신호로서 다항식의 국부적으로 생성된 복제물을 사용한다. 매치 필터의 출력은 복원된 데이터 비트, 예를 들어, 시스템(2000)의 QAM 심볼(2006A-2006B, 2008A-2008B, 2010A-2010B)의 등가물이다. 신호 필터(2007A-2007B, 2009A-2009B, 및 2011A-2011B)은 n, I 및 Q 신호 쌍들의 2n 개의 스트림들을 생성하며, 이들은 복조기(2028-2033)로 입력된다. 복조기(2028-2033)는 그들 각각의 입력 신호에 에너지를 통합하여 QAM 심볼의 값, 따라서 결정된 심볼에 의해 표현된 논리 1 및 0 데이터 비트 스트림 세그먼트를 판정한다. 그 다음, 변조기(2028-2033)의 출력은 데이터 스트림(2003A-2003C)을 생성하기 위해 멀티플렉서(MUX)(2005A-2005C)에 입력된다. 시스템(2000)이 시스템(1800)으로부터의 신호를 복조하는 경우, 데이터 스트림(2003A-2003C)은 데이터 스트림(1803A-1803C)에 대응한다. 데이터 스트림(2003A-2003C)은 MUX(2004)에 의해 멀티플렉싱되어 데이터 출력 스트림(2001)을 생성한다. 요약하면, MLO 신호는 송신기에서 서로의 상부에 중첩되고(쌓이고) 수신기에서 분리된다. In some embodiments, signal filters 2007A-2007B, 2009A-2009B, and 2011A-2011B use a locally generated copy of the polynomial as the known signal in the match filter. The output of the match filter is the recovered data bits, eg, the equivalents of the QAM symbols 2006A-2006B, 2008A-2008B, 2010A-2010B of the system 2000. Signal filters 2007A-2007B, 2009A-2009B, and 2011A-2011B produce 2n streams of n, I, and Q signal pairs, which are input to demodulators 2028-2033. Demodulators 2028-2033 incorporate energy into their respective input signals to determine the value of the QAM symbol, and thus the logical 1 and 0 data bit stream segments represented by the determined symbol. The outputs of modulators 2028-2033 are then input to multiplexer (MUX) 2005A-2005C to produce data streams 2003A-2003C. When system 2000 demodulates a signal from system 1800, data streams 2003A-2003C correspond to data streams 1803A-1803C. Data streams 2003A-2003C are multiplexed by MUX 2004 to produce data output stream 2001. In summary, the MLO signals are superimposed on top of each other at the transmitter and separated at the receiver.

MLO는 신호 간의 직교성이 달성되는 방식에 의해 CDMA 또는 OFDM과 구별될 수 있다. MLO 신호는 시간 및 주파수 도메인 모두에서 상호 직교하며, 동일한 심볼 시간 대역폭 프로덕트에서 중첩될 수 있다. 직교성은 중첩된 신호의 코릴레이션 특성, 예컨대, 최소 제곱 합으로 얻을 수 있다. 비교하면, CDMA는 시간 도메인에서 신호의 직교 인터리빙 또는 변위를 사용하는 반면, OFDM은 주파수 도메인에서 신호의 직교 변위를 사용한다.MLO can be distinguished from CDMA or OFDM by the way that orthogonality between signals is achieved. MLO signals are orthogonal to each other in both time and frequency domain and may overlap in the same symbol time bandwidth product. Orthogonality can be obtained with the correlation characteristics of the superimposed signals, eg, the sum of least squares. In comparison, CDMA uses orthogonal interleaving or displacement of signals in the time domain, while OFDM uses orthogonal displacement of signals in the frequency domain.

여러 사용자에게 동일한 채널을 할당함으로써 채널의 대역폭 효율이 증가될 수 있다. 개별 사용자 정보가 특수 직교 함수에 매핑되는 경우도 가능하다. CDMA 시스템은 다수의 사용자 정보를 중첩하며, 개별 사용자를 구별하기 위해 시간 심볼간 직교 코드 시퀀스를 관찰하고, OFDM은 중첩되지 않지만 주파수 영역에서는 직교하는 각 사용자에게 고유한 신호를 할당한다. CDMA 및 OFDM 모두 대역폭 효율을 증가시키지 않는다. CDMA는 신호가 낮은 신호 대 잡음비(SNR)를 가진 때 데이터를 전송하는 데 필요한 것보다 더 많은 대역폭을 사용한다. OFDM은 다수의 부반송파에 걸쳐 데이터를 확산하여 다중 경로 무선 주파수 환경에서 우수한 성능을 달성한다. OFDM은 다중 경로 효과를 줄이기 위해 사이클릭 프리픽스(cyclic prefix) OFDM을 사용하고, 심볼 간 간섭(ISI)을 최소화하기 위한 보호 시간을 사용하며, 각 채널은 전송된 파형이 직교하는 것처럼 행동하도록 기계적으로 만들어진다. (주파수 도메인에서 각 부반송파에 대한 동기화 기능)By allocating the same channel to multiple users, the bandwidth efficiency of the channel can be increased. It is also possible for individual user information to be mapped to special orthogonal functions. The CDMA system superimposes a large number of user information, observes orthogonal code sequences between time symbols to distinguish individual users, and assigns a unique signal to each user who is not overlapping but orthogonal in the frequency domain. Neither CDMA nor OFDM increases bandwidth efficiency. CDMA uses more bandwidth than necessary to transmit data when the signal has a low signal-to-noise ratio (SNR). OFDM spreads data over multiple subcarriers to achieve good performance in a multipath radio frequency environment. OFDM uses cyclic prefix OFDM to reduce multipath effects, guard time to minimize inter-symbol interference (ISI), and each channel is mechanically adapted to behave as if the transmitted waveform is orthogonal. Is made. (Sync function for each subcarrier in frequency domain)

이와 대조적으로, MLO는 동일한 대역폭에서 더 많은 사용 가능한 채널을 제공하는 알파벳을 효과적으로 형성하는 기능 집합을 사용하고 그로 인해 높은 대역폭 효율이 가능해진다. MLO의 일부 실시예는 사이클릭 프리픽스 또는 가드 시간의 사용을 필요로 하지 않으므로, 스펙트럼 효율, 피크 대 평균 전력비, 전력 소비 측면에서 OFDM보다 성능이 뛰어나며, 비트당 더 적은 연산을 요구한다. 또한, MLO의 실시예는 CDMA 및 OFDM 시스템보다 증폭기 비선형성에 더 관대하다.In contrast, MLO uses a set of functions that effectively form an alphabet that provides more available channels at the same bandwidth, thereby enabling high bandwidth efficiency. Some embodiments of the MLO do not require the use of cyclic prefix or guard time, resulting in better performance than OFDM in terms of spectral efficiency, peak-to-average power ratio, and power consumption, and require fewer operations per bit. In addition, embodiments of MLO are more tolerant to amplifier nonlinearity than CDMA and OFDM systems.

도 21은 입력 데이터 스트림(1901)을 수신하는 MLO 송신기 시스템(2100)의 일 실시예를 도시한다. 시스템(2100)은 도 19에 도시된 시스템(1900)의 DEMUX(1904), QAM 심볼 맵퍼(1905A-C), 함수 발생기(1907A-1907B, 1909A-1909B, 및 1911A-1911B), 및 합산기(1919)와 동등한 기능을 통합하는 변조기/컨트롤러(2001)를 나타낸다. 그러나, 변조기/제어기(2001)는 시스템(1900)에 도시된 것보다 더 크거나 작은 양의 신호를 사용할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 변조기/제어기(2001)는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit), FPGA(field programmable gate array), 및/또는 이산 회로 소자이든 단일 집적 회로(IC) 칩에 통합된 것이든 관계없이 다른 컴포넌트를 포함할 수 있다. 변조기/제어기(2101)는 ASIC(application specific integrated circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array) 및/또는 이산 회로 요소 또는 단일 IC(Integrated Circuit) 칩에 통합된 다른 구성요소를 포함할 수 있다.21 illustrates one embodiment of an MLO transmitter system 2100 receiving an input data stream 1901. System 2100 includes DEMUX 1904, QAM symbol mapper 1905A-C, function generators 1907A-1907B, 1909A-1909B, and 1911A-1911B, and summer (1906) of system 1900 shown in FIG. A modulator / controller 2001 incorporating functionality equivalent to 1919. However, it should be understood that the modulator / controller 2001 may use a larger or smaller amount of signal than shown in the system 1900. Modulator / controller 2001 may include other components, whether application specific integrated circuit (ASIC), field programmable gate array (FPGA), and / or discrete circuitry or integrated into a single integrated circuit (IC) chip. have. The modulator / controller 2101 may include an application specific integrated circuit (ASIC), a field programmable gate array (FPGA) and / or discrete components or other components integrated into a single integrated circuit (IC) chip.

변조기/제어기(2101)는 10 비트 I 신호(2102) 및 10 비트 Q 신호(2105)를 각각 통신하는 DAC(2104 및 2107)에 결합된다. 일부 실시예들에서, I 신호(2102) 및 Q 신호(2105)는 시스템(1900)의 복합 신호(1913 및 1917)에 대응한다. 그러나, I 신호(2102) 및 Q 신호(2105)의 10 비트 용량은 단지 일 실시예를 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 도시된 바와 같이, 변조기/제어기(2101)는 또한 각각 제어 신호(2103 및 2106)를 사용하여 DAC(2104 및 2107)를 제어한다. 일부 실시예에서, DAC(2104 및 2107)는 각각 AD5433, CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 10 비트 전류 출력 DAC를 포함한다. 일부 실시예에서, 다수의 제어 신호가 각각의 DAC(2104 및 2107)로 전송된다.Modulator / controller 2101 is coupled to DACs 2104 and 2107 which communicate 10-bit I signals 2102 and 10-bit Q signals 2105, respectively. In some embodiments, I signal 2102 and Q signal 2105 correspond to composite signals 1913 and 1917 of system 1900. However, it should be understood that the 10 bit capacities of I signal 2102 and Q signal 2105 represent only one embodiment. As shown, modulator / controller 2101 also controls DACs 2104 and 2107 using control signals 2103 and 2106, respectively. In some embodiments, DACs 2104 and 2107 include AD5433, a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) 10 bit current output DAC, respectively. In some embodiments, multiple control signals are sent to respective DACs 2104 and 2107.

DAC(2104 및 2107)는 LO(1920)에 연결된 직교 변조기(1921)로 아날로그 신호(2115 및 2119)를 출력한다. 변조기(1921)의 출력은 데이터를 무선으로 전송하기 위해 송신기(2108)에 결합된 것으로 도시되어 있지만, 일부 실시예에서 변조기(1921)는 광섬유 모뎀, 트위스트 페어, 동축 케이블 또는 다른 적절한 전송 매체에 결합 될 수도 있다.DACs 2104 and 2107 output analog signals 2115 and 2119 to quadrature modulator 1921 connected to LO 1920. Although the output of modulator 1921 is shown coupled to transmitter 2108 for wirelessly transmitting data, in some embodiments modulator 1921 is coupled to a fiber optic modem, twisted pair, coaxial cable, or other suitable transmission medium. May be

도 22는 시스템(2100)으로부터의 신호를 수신 및 복조할 수 있는 MLO 수신기 시스템(2200)의 실시예를 도시한다. 시스템(2200)은 RF, 유선 또는 광과 같은 입력 매체를 포함할 수 있는 수신기(2208)로부터 입력 신호를 수신한다. LO(2020)에 의해 구동되는 변조기(2021)는 입력을 기저 대역 I 신호(2015) 및 Q 신호(2019)로 변환한다. I 신호(2015) 및 Q 신호(2019)는 아날로그-디지털 변환기(ADC)(2209)에 입력된다.22 shows an embodiment of an MLO receiver system 2200 capable of receiving and demodulating signals from system 2100. System 2200 receives input signals from receiver 2208, which may include input media such as RF, wired, or optical. A modulator 2021 driven by LO 2020 converts the input to baseband I signal 2015 and Q signal 2019. I signal 2015 and Q signal 2019 are input to an analog-to-digital converter (ADC) 2209.

ADC(2209)는 10 비트 신호(2210)를 복조기/제어기(2201)에 출력하고 복조기/제어기(2201)로부터 제어 신호(2212)를 수신한다. 복조기/제어기(2201)는 ASIC(application specific integrated circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array) 및/또는 이산 회로 요소 또는 단일 IC(Integrated Circuit) 칩에 통합된 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 복조기/제어기(2201)는 복조를 수행하고 전송된 심벌을 식별하기 위해 수신된 신호를 사용된 신호 세트의 국부적으로 생성된 레플리카와 상관시킨다. 복조기/제어기(2201)는 또한 주파수 에러를 추정하고 ADC(2209)로부터 데이터를 판독하는데 사용되는 데이터 클록을 복구한다. 클록 타이밍은 제어 신호(2212)를 사용하여 ADC(2209)로 다시 전송되므로 ADC(2209)는 디지털 I 및 Q 신호(2015 및 2019)를 세그먼트화할 수 있다. 일부 실시예에서, 다수의 제어 신호는 복조기/제어기(2201)에 의해 ADC(2209)로 전송된다. 복조기/제어기(2201)는 또한 데이터 신호(2001)를 출력한다.ADC 2209 outputs 10-bit signal 2210 to demodulator / controller 2201 and receives control signal 2212 from demodulator / controller 2201. The demodulator / controller 2201 may include an application specific integrated circuit (ASIC), a field programmable gate array (FPGA) and / or other components integrated into discrete circuit elements or a single integrated circuit (IC) chip. Demodulator / controller 2201 correlates the received signal with a locally generated replica of the signal set used to perform demodulation and identify the transmitted symbol. Demodulator / controller 2201 also recovers the data clock used to estimate frequency error and read data from ADC 2209. The clock timing is sent back to the ADC 2209 using the control signal 2212 so that the ADC 2209 can segment the digital I and Q signals 2015 and 2019. In some embodiments, a number of control signals are sent by the demodulator / controller 2201 to the ADC 2209. Demodulator / controller 2201 also outputs data signal 2001.

허미트 다항식은 고전적인 직교 다항식 시퀀스이며, 양자 하모닉 발진기의 아이겐 상태이다. 허미트 다항식에 기초한 신호는 전술한 최소 시간-대역폭 프로덕트 특성을 가지며, MLO 시스템의 실시예에 사용될 수 있다. 그러나, 예를 들어, 자코비 다항식, 게젠 바우어 다항식, 레전드르 다항식, 체비셰프 다항식 및 라구에르 다항식과 같은 직교 다항식과 같은 다른 신호가 또한 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. Q-함수는 MLO 신호의 기초로 사용될 수 있는 다른 클래스의 함수이다. Hermit polynomials are classical orthogonal polynomial sequences and are the eigen states of quantum harmonic oscillators. Signals based on the Hermit polynomial have the minimum time-bandwidth product characteristics described above and can be used in embodiments of the MLO system. However, it should be understood that other signals can also be used, such as orthogonal polynomials such as, for example, Jacoby polynomial, Gezen Bauer polynomial, Legendr polynomial, Chebyshev polynomial, and Laguerre polynomial. Q-functions are another class of function that can be used as the basis for MLO signals.

양자 역학에서, 코히어런트 상태는 고전 고조파 오실레이터 시스템의 진동 동작과 가장 밀접한 역학 관계를 갖는 양자 하모닉 오실레이터의 상태이다. 압착 코히어런트 상태는 불확정성 원리가 포화되도록 하는 양자 역학적 힐베르트 공간의 임의의 상태이다. 즉, 해당 두 연산자의 프로덕트는 그것의 최소값을 취한다. MLO 시스템의 실시예에서, 연산자는 신호의 시간-대역폭 곱이 최소화되는 시간 및 주파수 도메인에 대응한다. 신호의 압착 특성은 각 층의 신호 간 상호 직교성을 잃지 않고 시간 및 주파수 도메인에서 동시에 스케일링을 허용한다. 이 특성은 다양한 통신 시스템에서 MLO 시스템의 유연한 구현을 가능하게 한다. In quantum mechanics, the coherent state is the state of the quantum harmonic oscillator that is most closely related to the vibrational behavior of the classical harmonic oscillator system. The compact coherent state is any state of quantum mechanical Hilbert space that causes the uncertainty principle to saturate. That is, the products of those two operators take their minimum value. In an embodiment of the MLO system, the operator corresponds to the time and frequency domain where the time-bandwidth product of the signal is minimized. The compression characteristics of the signals allow scaling simultaneously in the time and frequency domains without losing mutual orthogonality between signals in each layer. This feature enables flexible implementation of the MLO system in various communication systems.

서로 다른 차수를 갖는 신호가 서로 직교하기 때문에, 신호들은 중첩되어 통신 채널의 스펙트럼 효율을 높일 수 있다. 예를 들어, n = 0 일 때, 최적 기저 대역 신호는 ISI를 피하기 위한 나이키스트 심볼 간 간섭(ISI) 기준인 1/2의 시간-대역폭 프로덕트를 가질 것이다. 그러나 3/2, 5/2, 7/2 및 그 이상의 시간-대역폭 프로덕트를 갖는 신호가 스펙트럼 효율을 높이기 위해 중첩될 수 있다.Since signals with different orders are orthogonal to each other, the signals may overlap to increase the spectral efficiency of the communication channel. For example, when n = 0, the optimal baseband signal will have a half-time-bandwidth product that is a Nyquist intersymbol interference (ISI) criterion to avoid ISI. However, signals with 3/2, 5/2, 7/2 and more time-bandwidth products can be superimposed to increase spectral efficiency.

MLO 시스템의 실시예는 변형 허미트 다항식, 4n에 기초한 함수를 사용하며, 아래와 같이 정의된다.An embodiment of the MLO system uses a function based on the modified Hermit polynomial, 4n, which is defined as follows.

Figure pct00014
Figure pct00014

여기서, t는 시간이고, ξ는 대역폭 이용 파라미터이다. 그들의 푸리에 변환(진폭 제곱)과 함께, 0 내지 9 범위의 n에 대한 Ψn의 플롯이 도 5a-5k에 도시된다. 함수의 다른 차수의 직교성은 아래와 같은 적분에 의해 검증될 수 있다.Where t is time and ξ is the bandwidth utilization parameter. Along with their Fourier transform (amplitude squared), a plot of Ψ n over n in the 0-9 range is shown in FIGS. 5A-5K. The orthogonality of the different orders of the function can be verified by the following integration.

Figure pct00015
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허미트 다항식은 아래와 같은 윤곽선 적분(contour integral)에 의해 정의된다.The Hermit polynomial is defined by the contour integral:

Figure pct00016
Figure pct00016

여기서, 윤곽선은 원점을 둘러싸고 반 시계 방향으로 이동된다. 허미트 다항식은 조지 아르켄에 의한 물리학자를 위한 수학적 방법, 예를 들어, 416 페이지에 설명되어 있으며, 그 내용은 참고로 포함된다.Here, the contour is moved counterclockwise around the origin. Hermit polynomials are described by George Arken in a mathematical method for physicists, for example, on page 416, the contents of which are incorporated by reference.

도 23a-23k는 0 내지 9 범위의 n에 대해 변형 허미트 다항식 Ψn에 기초하여 대표적인 MLO 신호 및 그들의 각각의 스펙트럼 파워 밀도를 도시한다. 도 23a는 플롯(2301 및 2304)을 도시한다. 플롯(2301)은 시간 축(2302) 및 진폭 축(2303)에 대해 플롯팅된 Ψ0를 나타내는 곡선(2327)을 포함한다. 플롯(2301)에서 볼 수 있는 바와 같이, 곡선(2327)은 가우시안 곡선을 근사화한다. 플롯(2304)은 주파수 축(2305) 및 전력 축(2306)에 대하여 플롯팅된 Ψ0의 파워 스펙트럼을 나타내는 곡선(2337)을 포함한다. 플롯(2304)에서 볼 수 있는 바와 같이, 곡선(2337)은 또한 가우시안 곡선을 근사화한다. 주파수 도메인 곡선(2307)은 시간 도메인 곡선(2327)의 푸리에 변환을 사용하여 생성된다. 시간축 및 주파수 단위가 푸리에 변환에 의해 관련되기 때문에, 하나의 도메인 내의 원하는 시간 또는 주파수 스팬이 다른 도메인에서의 대응 곡선의 단위를 나타낸다는 것을 이해해야 하지만, 축(2302 및 2305)상의 시간 및 주파수 단위는 기저 대역 분석을 위해 정규화된다. 예를 들어, MLO 시스템의 다양한 실시예는 메가 헤르츠(MHz) 또는 기가 헤르츠(GHz) 범위의 심볼 레이트 및 곡선(2327)에 의해 표현된 심볼의 0이 아닌 지속 기간, 즉, 곡선(2327)이 0 위에 있는 시간 주기는 원하는 심볼 레이트의 역수를 사용하여 계산된 적절한 길이로 압축될 것이다. 메가 헤르츠 범위에서 사용 가능한 대역폭의 경우, 시간 영역 신호의 0이 아닌 지속 시간은 마이크로 초 범위이다.23A-23K show representative MLO signals and their respective spectral power densities based on the modified Hermit polynomial Ψn for n in the range 0-9. 23A shows plots 2301 and 2304. Plot 2301 includes curve 2327 representing Ψ 0 plotted about time axis 2302 and amplitude axis 2303. As can be seen in plot 2301, curve 2327 approximates a Gaussian curve. Plot 2304 includes curve 2337 representing the power spectrum of Ψ 0 plotted about frequency axis 2305 and power axis 2306. As can be seen in plot 2304, curve 2337 also approximates a Gaussian curve. Frequency domain curve 2307 is generated using Fourier transform of time domain curve 2327. Since the time axis and frequency units are related by Fourier transform, it should be understood that the desired time or frequency span in one domain represents the units of the corresponding curve in the other domain, but the time and frequency units on axes 2302 and 2305 are Normalized for baseband analysis. For example, various embodiments of the MLO system may include a non-zero duration of a symbol represented by a curve rate and a curve rate in the megahertz (MHz) or gigahertz (GHz) range, that is, the curve 2327. Time periods above zero will be compressed to the appropriate length calculated using the inverse of the desired symbol rate. For the bandwidth available in the megahertz range, the nonzero duration of the time domain signal is in the microsecond range.

도 23b 내지 도 23j는 각각 Ψ1 내지 Ψ9를 나타내는 시간 도메인 곡선(2328 내지 2336) 및 그들의 대응하는 주파수 도메인 곡선(2338 내지 2446)을 갖는 플롯(2307 내지 2324)을 도시한다. 도 23a-23j에서 알 수 있는 바와 같이, 시간 도메인 플롯 내의 피크 수는, 양 또는 음인지에 상관없이, 해당 주파수 도메인 플롯의 피크 수에 대응한다. 예를 들어, 도 23j의 플롯(2323)에서, 시간 도메인 곡선(2336)은 5 개의 양의 피크 및 5 개의 음의 피크를 갖는다. 따라서, 대응하는 플롯(2324)에서, 주파수 도메인 곡선(2346)은 10개의 피크를 갖는다.23B-23J show plots 2307-2324 with time domain curves 2328-2336 and their corresponding frequency domain curves 2338-2446 representing Ψ 1 Ψ 9, respectively. As can be seen in FIGS. 23A-23J, the number of peaks in the time domain plot corresponds to the number of peaks in the frequency domain plot, whether positive or negative. For example, in plot 2323 of FIG. 23J, time domain curve 2336 has five positive peaks and five negative peaks. Thus, in the corresponding plot 2324, the frequency domain curve 2346 has ten peaks.

도 23k는 곡선(2327-2336 및 2337-2346)을 각각 오버레이하는 오버레이 플롯(2325 및 2326)을 도시한다. 플롯(2325)에 표시된 바와 같이, 다양한 시간 도메인 곡선은 상이한 지속 기간을 갖는다. 그러나, 몇몇 실시예에서, 시간 도메인 곡선의 0이 아닌 지속 기간은 유사한 길이이다. MLO 시스템의 경우, 사용되는 신호의 수는 오버레이의 수와 스펙트럼 효율의 향상을 나타낸다. 도 23a 내지 도 23k에 10개의 신호가 개시되어 있으나, 더 많거나 적은 양의 신호가 사용될 수 있고, 또한 플롯된 Ψn 신호가 아닌 상이한 신호 세트가 사용될 수도 있음을 이해해야 한다.23K shows overlay plots 2325 and 2326 overlaying curves 2327-2336 and 2337-2346, respectively. As shown in plot 2325, the various time domain curves have different durations. However, in some embodiments, the nonzero duration of the time domain curve is of similar length. For MLO systems, the number of signals used represents an improvement in the number of overlays and the spectral efficiency. Although 10 signals are disclosed in FIGS. 23A-23K, it should be understood that more or less amounts of signals may be used, and that a different set of signals may be used rather than the plotted Ψ n signals.

변조 층에서 사용되는 MLO 신호는 스펙트럼 효율을 향상시킬 수 있고 2 차식으로 적분 가능한 최소 시간-대역폭 프로덕트를 가진다. 이는 다중 역 다중 병렬 데이터 스트림을 오버레이하여 동일한 대역폭 내에서 동시에 전송함으로써 달성된다. 수신기에서 오버레이된 데이터 스트림을 성공적으로 분리하기 위한 키는 각 심볼 주기 내에서 사용되는 신호가 상호 직교한다는 것이다. MLO는 단일 심볼 주기 내에서 직교 신호를 오버레이한다. 이러한 직교성은 ISI 및 캐리어 간 간섭(ICI)을 방지한다.The MLO signal used in the modulation layer can improve spectral efficiency and has a minimum time-bandwidth product that can be integrally quadratic. This is achieved by overlaying multiple inverse multiple parallel data streams and transmitting them simultaneously within the same bandwidth. The key to successfully separating the overlaid data streams at the receiver is that the signals used within each symbol period are orthogonal to each other. MLO overlays an orthogonal signal within a single symbol period. This orthogonality prevents ISI and intercarrier interference (ICI).

MLO는 신호 처리의 기저 대역 계층에서 동작하고 몇몇 실시예는 QAM 아키텍처를 사용하기 때문에, 무선 인터페이스 또는 무선 세그먼트를 프로토콜 스택의 다른 계층에 최적화시키기 위해 종래의 무선 기술은 또한 MLO와 함께 동작 할 것이다. 채널 다이버시티, 등화, 오류 정정 코딩, 확산 스펙트럼, 인터리빙 및 시공간 인코딩과 같은 기술이 MLO에 적용 가능하다. 예를 들어, 다중 경로 완화 레이크 수신기를 사용하는 시간 다이버시티 또한 MLO와 함께 사용될 수 있다. MLO는 페이딩 채널과 같이 채널 조건이 저차 QAM에만 적합할 때 고차원 QAM에 대한 대안을 제공한다. MLO는 또한 CDMA의 왈시 코드 제한을 극복함으로써 직교 채널의 수를 확장하기 위해 CDMA와 함께 사용될 수 있다. MLO는 또한 OFDM 시스템의 스펙트럼 효율을 증가시키기 위해 OFDM 신호의 각 톤에 적용될 수 있다. Since the MLO operates at the baseband layer of signal processing and some embodiments use a QAM architecture, conventional radio technologies will also work with the MLO to optimize the air interface or radio segment to other layers in the protocol stack. Techniques such as channel diversity, equalization, error correction coding, spread spectrum, interleaving and space-time encoding are applicable to MLO. For example, time diversity using a multipath mitigating rake receiver may also be used with the MLO. MLO, like fading channels, provides an alternative to higher-dimensional QAMs when channel conditions are only suitable for lower-order QAMs. MLO can also be used with CDMA to extend the number of orthogonal channels by overcoming CDMA Walsh code limitations. MLO may also be applied to each tone of the OFDM signal to increase the spectral efficiency of the OFDM system.

MLO 시스템의 실시예는 심볼 엔벨로프를 진폭 변조하여 서브-캐리어가 아니라 서브-엔벨로프를 생성한다. 데이터 인코딩을 위해, 각 서브 엔벨로프는 N-QAM에 따라 독립적으로 변조되어, OFDM과 달리 독립적으로 정보를 운반하는 각각의 서브 엔벨로프를 생성한다. OFDM에서 행한 것과 같이, 많은 부반송파를 통해 정보를 확산하는 대신에, MLO의 경우 반송파의 각 부-엔벨로프는 별도의 정보를 전달한다. 이 정보는 지속 시간 및/또는 스펙트럼에 대한 제곱의 합에 대해 정의된 부-엔벨로프의 직교성으로 인해 복원될 수 있다. MLO가 심볼 레벨 이상으로 투명하기 때문에, CDMA를 위해 필요하다면, 펄스 트레인 동기화 또는 시간 코드 동기화는 문제가 되지 않는다. MLO는 심벌의 변형을 다루지만, CDMA 및 TDMA는 시간을 따른 다중 심벌 시퀀스의 확산 기술이다. MLO는 CDMA 및 TDMA와 함께 사용될 수 있다.Embodiments of the MLO system amplitude modulate a symbol envelope to produce a sub-envelope rather than a sub-carrier. For data encoding, each subenvelope is modulated independently in accordance with N-QAM, resulting in each subenvelope carrying information independently, unlike OFDM. Instead of spreading information over many subcarriers, as in OFDM, each sub-envelope of the carrier carries separate information in the case of MLO. This information may be recovered due to the orthogonality of the sub-envelopes defined for the sum of the squares for the duration and / or spectrum. Since the MLO is transparent above the symbol level, pulse train synchronization or time code synchronization is not a problem if needed for CDMA. MLO deals with symbol variations, while CDMA and TDMA are spreading techniques for multiple symbol sequences over time. MLO can be used with CDMA and TDMA.

도 24은 시간 및 주파수 도메인에서 MLO 신호 폭의 비교를 도시한다. 신호(SH0-SH3)의 시간 도메인 엔벨로프 표현(2401-2403)은 모두 지속 시간, TS를 갖는 것으로 도시되어 있다. SH0-SH3은 PSI0-PSI2를 나타낼 수도 있고, 또는 다른 신호 일 수 있다. 대응하는 주파수 도메인 엔벨로프 표현은 각각 2405-2407이다. SH0는 대역폭 BW를 가지며, SH1은 BW의 3 배의 대역폭을 가지며, SH2는 5BW의 대역폭을 가지며, 이는 SH0의 대역폭의 5 배이다. MLO 시스템에 사용되는 대역폭은 적어도 부분적으로, 임의의 사용되는 신호 중 가장 넓은 대역폭으로 결정될 것이다. 각 계층이 동일한 시간 창 내에서 단일 신호 유형만 사용하면 스펙트럼은 완전히 활용되지 않을 것인데, 왜냐하면 저차 신호는 고차 신호보다 사용 가능한 대역폭을 덜 사용하기 때문이다.24 shows a comparison of MLO signal widths in the time and frequency domain. The time domain envelope representations 2401-2403 of the signals SH0-SH3 are all shown to have a duration, TS. SH0-SH3 may represent PSI0-PSI2 or may be another signal. The corresponding frequency domain envelope representations are 2405-2407, respectively. SH0 has a bandwidth BW, SH1 has three times the bandwidth of BW, and SH2 has a bandwidth of 5BW, which is five times the bandwidth of SH0. The bandwidth used in the MLO system will be determined, at least in part, by the widest bandwidth of any used signal. If each layer uses only a single signal type within the same time window, the spectrum will not be fully utilized because lower order signals use less available bandwidth than higher order signals.

도 25는 SH0-SH3을 사용하여, 신호들의 상이한 대역폭들을 고려하고 스펙트럼 사용을 보다 균일하게 만드는 MLO 신호들의 스펙트럼 정렬을 도시한다. 블록(2501 내지 2504)은 다중 서브 캐리어들을 갖는 OFDM 신호의 주파수 도메인 블록이다. 블록(2503)은 더 상세한 설명을 위해 확대되었다. 블록(2503)은 다중 SH0 엔벨로프(2503a-2503o)로 구성된 제1 계층(2503x)을 포함한다. SH1 엔벨로프(2503p-2503t)의 제2 층(2503y)은 제1 층으로서 1/3개의 엔벨로프를 갖는다. 도시된 예에서, 제1 층(2503x)은 15개의 SH0 엔벨로프를 가지며, 제2 층(2503y)은 5 개의 SH1 엔벨로프를 갖는다. 이는 SH1 대역폭 엔벨로프가 SH0의 3 배이며 15 SH0 엔벨로프는 5 개의 SH1 엔벨로프와 동일한 스펙트럼 폭을 차지하기 때문이다. 블록(2503)의 제3 층(2503z)은 SH2 엔벨로프가 SH0 엔벨로프의 5배이므로 3개의 SH2 엔벨로프(2503u-2503w)를 포함한다.25 illustrates the spectral alignment of MLO signals, taking into account different bandwidths of signals and making the spectrum use more uniform, using SH0-SH3. Blocks 2501 through 2504 are frequency domain blocks of an OFDM signal with multiple subcarriers. Block 2503 has been enlarged for further details. Block 2503 includes a first layer 2503x composed of multiple SH0 envelopes 2503a-2503o. The second layer 2503y of the SH1 envelope 2503p-2503t has 1/3 envelope as the first layer. In the example shown, the first layer 2503x has 15 SH0 envelopes, and the second layer 2503y has 5 SH1 envelopes. This is because the SH1 bandwidth envelope is three times SH0 and the 15 SH0 envelope occupies the same spectral width as the five SH1 envelopes. The third layer 2503z of block 2503 includes three SH2 envelopes 2503u-2503w because the SH2 envelope is five times the SH0 envelope.

이러한 구현에 필요한 총 대역폭은 MLO 신호의 대역폭들의 최소 공배수의 배수이다. 도시된 예에서, SH0, SH1 및 SH2에 대해 요구되는 대역폭의 최소 공배수는 15BW이며, 이것은 주파수 도메인의 블록이다. OFDM-MLO 신호는 다수의 블록을 가질 수 있고, 예시된 구현의 스펙트럼 효율은(15 + 5 + 3)/15에 비례한다.The total bandwidth required for this implementation is a multiple of the least common multiple of the bandwidths of the MLO signal. In the example shown, the minimum common multiple of the bandwidth required for SH0, SH1 and SH2 is 15 BW, which is a block in the frequency domain. An OFDM-MLO signal can have multiple blocks, and the spectral efficiency of the illustrated implementation is proportional to (15 + 5 + 3) / 15.

도 26는 도 25에 도시된 정렬 스킴에 대해 대안적으로 사용될 수 있는 MLO 신호들의 다른 스펙트럼 정렬을 도시한다. 도 26에 도시된 실시예에서, OFDM-MLO 구현은 각 계층의 스펙트럼이 균일하게 이용되는 방식으로 SH0, SH1 및 SH2의 스펙트럼을 적층한다. 층(2600A)은 SH0 및 SH2 엔벨로프를 모두 포함하는 엔벨로프(2601A-2601D)를 포함한다. 유사하게, 엔벨로프(2603A-2603D)를 포함하는 층(2600C)은 SH0 및 SH2 엔벨로프 모두를 포함한다. 그러나, 엔벨로프(2602A-2602D)를 포함하는 층(2600B)은 단지 SH1 봉투만을 포함한다. 위에서 설명한 엔벨로프 크기의 비율을 사용하면 BW + 5BW = 3BW + 3BW라는 것을 쉽게 알 수 있다. 따라서, 계층(2600A)에 각 SH0 엔벨로프, 계층(2600C)에도 하나의 SH2 엔벨로프, 계층 2600B에는 두 개의 SH1 엔벨로프가 있다.FIG. 26 illustrates another spectral alignment of MLO signals that may alternatively be used for the alignment scheme shown in FIG. 25. In the embodiment shown in FIG. 26, the OFDM-MLO implementation stacks the spectra of SH0, SH1 and SH2 in such a way that the spectrum of each layer is used uniformly. Layer 2600A includes envelopes 2601A-2601D that include both SH0 and SH2 envelopes. Similarly, layer 2600C comprising envelopes 2603A-2603D includes both SH0 and SH2 envelopes. However, layer 2600B including envelopes 2602A-2602D only includes an SH1 envelope. Using the ratio of envelope sizes described above, it is easy to see that BW + 5BW = 3BW + 3BW. Thus, each SH0 envelope in layer 2600A, one SH2 envelope in layer 2600C, and two SH1 envelopes in layer 2600B.

3 시나리오 비교3 Scenario Comparison

1) 3계층을 갖는 MLO는 다음과 같이 정의된다.1) MLO with three layers is defined as follows.

Figure pct00017
Figure pct00017

(현재 FPGA 구현은 [-6, 6]의 절단 간격을 사용한다.)(Current FPGA implementations use truncation intervals of [-6, 6].)

2) 직사각형 펄스를 이용한 종래 스킴2) Conventional scheme using rectangular pulse

3) 롤오프 계수가 0.5인 SRRC(square-raised raised cosine) 펄스를 사용하는 종래 스킴3) Conventional scheme using square-raised raised cosine (SRRC) pulses with a rolloff coefficient of 0.5

MLO 펄스 및 SRRC 펄스의 경우, 다음 도면에서 절단 간격은 [-t1, t1]로 표시된다. 간략함을 위해, 위에서 정의한 MLO 펄스를 사용하여 원하는 시간 간격(예컨대, 마이크로 초 또는 나노 초)을 얻기 위해 쉽게 시간을 조정할 수 있다. SRRC 펄스의 경우, [-3T, 3T]의 절단 간격을 정한다. 여기서 T는 본 명세서에서 모든 결과에 대한 심볼 지속 시간이다.In the case of the MLO pulse and the SRRC pulse, the cutoff interval is indicated as [-t1, t1] in the following figure. For simplicity, the MLO pulses defined above can be easily adjusted to achieve the desired time interval (eg, microseconds or nanoseconds). In case of SRRC pulse, the cutting interval of [-3T, 3T] is determined. Where T is the symbol duration for all results herein.

대역폭 효율Bandwidth efficiency

X-dB 경계 전력 스펙트럼 밀도 대역폭은 전력 스펙트럼 밀도(PSD)가 PSD의 최대값보다 XdB 아래에 있는 가장 작은 주파수 간격으로 정의된다. X-dB는 대역 외 감쇠로 간주 될 수 있다.X-dB boundary power spectral density Bandwidth is defined as the smallest frequency interval where the power spectral density (PSD) is XdB below the maximum value of the PSD. X-dB can be considered as out-of-band attenuation.

대역폭 효율은 Hertz 당 초당 심볼로 표시된다. Hertz 당 초당 비트 수는 Hertz 당 초당 심볼과 심볼당 비트 수를 곱함(즉, M-ary QAM에 대해 log2M을 곱함)으로써 얻어 질 수 있다.Bandwidth efficiency is expressed in symbols per second per Hertz. The bits per second per hertz can be obtained by multiplying the symbols per second by the symbols per second and the number of bits per symbol (ie multiply log2M for M-ary QAM).

MLO 펄스의 절단은 심볼 간 간섭(ILI: inter-layer interferences)를 도입시킨다. 그러나, [-6, 6]의 절단 간격은 무시할 수 있는 ILI를 산출하는 한편, [-4,4]은 약간의 허용 가능한 ILI를 야기한다.Truncation of MLO pulses introduces inter-layer interferences (ILI). However, the truncation interval of [-6, 6] yields negligible ILI, while [-4,4] results in some acceptable ILI.

MLO의 대역폭 효율은 심볼 간 간섭(ISI)을 허용함으로써 향상될 수 있다. 이러한 향상을 실현하기 위해 송신 측 파라미터를 설계하고 수신기 측 검출 알고리즘과 오류 성능 평가를 개발할 수 있다.The bandwidth efficiency of MLO can be improved by allowing intersymbol interference (ISI). To achieve this improvement, we can design the sender parameters and develop the receiver-side detection algorithm and error performance evaluation.

이제 도 27을 참조하면, ML0 내의 각 층(SH0-SH2)의 파워 스펙트럼 밀도 및 결합된 3 층 MLO의 파워 스펙트럼 밀도가 도시되어 있다. (2702)는 SH0 층의 파워 스펙트럼 밀도를 도시하고, (2704)는 SH1 층의 파워 스펙트럼 밀도를 나타내고, (2706)은 SH2 층의 파워 스펙트럼 밀도를 나타내고, (2708)은 각 층의 결합된 파워 스펙트럼 밀도를 나타낸다.Referring now to FIG. 27, the power spectral density of each layer (SH0-SH2) in ML0 and the power spectral density of the combined three layer MLO are shown. 2702 shows the power spectral density of the SH0 layer, 2704 shows the power spectral density of the SH1 layer, 2706 shows the power spectral density of the SH2 layer, and 2708 the combined power of each layer. Spectral density.

이제 도 28을 참조하면, 결합된 3 층의 파워 스펙트럼 밀도 뿐만 아니라 각 층의 파워 스펙트럼 밀도가 로그 스케일로 도시되어 있다. (2702)는 SH0 층을 나타낸다. (2704)는 SH1 층을 나타낸다. (2706)은 SH2 층을 나타낸다. (2708)은 결합된 층을 나타낸다.Referring now to FIG. 28, the power spectral densities of the three layers combined as well as the power spectral densities of each layer are shown on a logarithmic scale. (2702) represents the SH0 layer. 2704 represents an SH1 layer. 2706 represents an SH2 layer. 2708 represents the combined layer.

이제 도 29를 참조하면, 양자 레벨 오버레이 펄스 절단 간격이 [-6,6]이고 심볼 레이트가 1/6 인 대역 효율 비교 대 대역외 감쇠(X-dB)가 있다. 도 30을 참조하면, 양자 레벨 오버레이 펄스 절단 간격이 [-6,6]이고 심볼 속도가 1/4 인 대역 효율 비교 대 대역외 감쇠(X-dB)가 도시되어 있다.Referring now to FIG. 29, there is a band efficiency comparison versus out-of-band attenuation (X-dB) with quantum level overlay pulse truncation interval [-6,6] and symbol rate 1/6. Referring to FIG. 30, a band efficiency comparison versus out-of-band attenuation (X-dB) with quantum level overlay pulse truncation interval [-6,6] and symbol rate 1/4 is shown.

QLO 신호는 아래의 물리학자의 특수 허미트 함수로부터 생성된다.The QLO signal is generated from the following physicist's special Hermit function.

Figure pct00018
Figure pct00018

초기 하드웨어 구현은

Figure pct00019
를 이용하고,
Figure pct00020
는 자신의 부분과 일관성을 유지하기 위해M 스펙트럼 효율과 관련된 모든 수치에서 사용됨을 이해해야 한다.Early hardware implementation
Figure pct00019
Using
Figure pct00020
It should be understood that in order to be consistent with its part, it is used at all figures related to M spectral efficiency.

결합된 QLO 신호의 저역 통과 등가 파워 스펙트럼 밀도(PSD)를 X(f)로 하고 그것의 대역폭을 B라고 한다. 여기서 대역폭은 다음 기준 중 하나에 의해 정의된다.The low pass equivalent power spectral density (PSD) of the combined QLO signal is X (f) and its bandwidth is B. Where bandwidth is defined by one of the following criteria:

dBc 단위의 ACLR1(첫 번째 인접 채널 누설 률)은 다음과 같다.ACLR1 (the first adjacent channel leak rate) in dBc is

Figure pct00021
Figure pct00021

dBc 단위의 ACLR2(두 번째 인접 채널 누설 률)는 다음과 같다.ACLR2 (second adjacent channel leak rate) in dBc is

Figure pct00022
Figure pct00022

대역외 전력 대 총 전력 비율은 다음과 같다.The out-of-band power to total power ratio is

Figure pct00023
Figure pct00023

dBc/100 kHz의 대역-에지 PSD는 다음과 같다.The band-edge PSD of dBc / 100 kHz is as follows.

Figure pct00024
Figure pct00024

이제 도 31을 참조하면, 제곱근 레이즈드 코사인 스킴 및 다층 오버레이 스킴 모두에 대해 ACLR1 및 ACLR2를 사용하는 성능 비교가 도시되어 있다. 라인(3102)은 ACLR1을 사용하는 MLO(3104) 대 ACLR1을 사용하는 제곱근 레이즈 코사인(3102)의 성능을 도시한다. 부가적으로, ACLR2를 사용한 MLO(3108)와 ACLR2를 사용한 제곱근 레이즈드 코사인(3106)의 비교도 도시되어 있다. 표 A는 ACLR을 사용한 성능 비교를 보여준다.Referring now to FIG. 31, a performance comparison is shown using ACLR1 and ACLR2 for both square root raised cosine schemes and multilayer overlay schemes. Line 3102 shows the performance of MLO 3104 using ACLR1 versus square root raise cosine 3102 using ACLR1. Additionally, a comparison of MLO 3108 using ACLR2 and square root raised cosine 3106 using ACLR2 is also shown. Table A shows the performance comparison using ACLR.

Figure pct00025
Figure pct00025

이제 도 32를 참조하면, 대역 외 파워를 사용하는 제곱근 레이즈드 코사인(3202)과 MLO(3204) 사이의 성능 비교가 도시되어 있다. 이제 표 B를 참조하면, 대역외 파워를 사용하는 성능의 보다 상세한 비교가 도시되어 있다. Referring now to FIG. 32, a performance comparison is shown between square root raised cosine 3202 and MLO 3204 using out-of-band power. Referring now to Table B, a more detailed comparison of the performance using out of band power is shown.

Figure pct00026
Figure pct00026

이제 도 33을 참조하면, 대역 에지 PSD를 사용하는 제곱근 레이즈드 코사인(3302)과 MLO(3304) 간의 성능 비교가 더 제공된다. 성능 비교에 대한 자세한 내용은 표 C에 제공된다. Referring now to FIG. 33, a performance comparison is further provided between square root raised cosine 3302 and MLO 3304 using band edge PSD. Details of the performance comparison are provided in Table C.

Figure pct00027
Figure pct00027

이제 도 34 및 도 35를 참조하면, 송신 서브 시스템(도 34) 및 수신기 서브 시스템(도 35)이 보다 구체적으로 도시되어 있다. 송수신기는 상업적으로 판매되지 않는 제품으로 제공되는 기본 건물 블록을 사용하여 실현된다. 변조, 복조 및 특수 허미트 코릴레이션 및 디-코릴레이션은 FPGA 보드에서 구현된다. 수신기(3400)의 FPGA 보드(3402)는 주파수 에러를 추정하고 아날로그-디지털(ADC) 보드(3406)로부터 데이터를 판독하는데 사용되는 데이터 클록(및 데이터)을 복원한다. FGBA 보드(3400)는 또한 디지털 I 및 Q 채널을 세그먼트화한다.Referring now to FIGS. 34 and 35, the transmission subsystem (FIG. 34) and the receiver subsystem (FIG. 35) are more specifically shown. The transceiver is realized using basic building blocks that are provided as products that are not sold commercially. Modulation, demodulation, and special Hermit correlation and de-correlation are implemented on the FPGA board. The FPGA board 3402 of the receiver 3400 recovers the data clock (and data) used to estimate frequency error and read data from the analog-digital (ADC) board 3406. The FGBA board 3400 also segments digital I and Q channels.

송신기 측(3400)에서, FPGA 보드(3402)는 디지털-아날로그(DAC) 보드(3404)를 제어하여 직접 변환 쿼드 변조기(3406) 내에서의 후속 업 컨버전을 위한 아날로그 I 및 Q 기저 대역 채널을 생성하기 위해 필요한 제어 신호 뿐만 아니라 특수 허미트 코릴레이션된 QAM 신호를 실현한다. 직접 변환 쿼드 변조기(3406)는 오실레이터(3408)로부터 오실레이터 신호를 수신한다.On the transmitter side 3400, the FPGA board 3402 controls the digital-to-analog (DAC) board 3404 to generate analog I and Q baseband channels for subsequent up conversion within the direct conversion quad modulator 3406. In addition to the control signals needed to achieve this, a special Hermit Correlated QAM signal is realized. The direct conversion quad modulator 3406 receives an oscillator signal from the oscillator 3408.

ADC(3506)는(3510)으로부터 오실레이터 신호를 수신하는 쿼드 복조기(3508)로부터 I 및 Q 신호를 수신한다.ADC 3506 receives I and Q signals from quad demodulator 3508 which receives oscillator signals from 3510.

통신이 짧은 거리에서 이루어지기 때문에 송신기의 전력 증폭기나 수신기의 LNA는 모두 사용되지 않는다. 2.4-2.5 GHz(ISM 대역)의 주파수 대역이 선택되지만, 임의의 관심 주파수 대역이 사용될 수 있다. Since the communication takes place over a short distance, neither the transmitter's power amplifier nor the receiver's LNA are used. Although a frequency band of 2.4-2.5 GHz (ISM band) is selected, any frequency band of interest may be used.

MIMO는 다이버시티를 이용하여 어느 정도의 스펙트럼 효율 증가를 달성한다. 안테나로부터의 각각의 신호는 독립적인 직교 채널로서 역할한다. QLO를 사용하면 스펙트럼 효율의 이득은 심볼 내에서 발생하며, 각 QLO 신호는 모든 순열에서 서로 직교하므로 독립적인 채널로 역할한다. 그러나, QLO는 프로토콜 스택(물리적 계층)의 하단에 구현되므로, 더 높은 수준의 프로토콜(즉, 전송)의 임의의 기술이 QLO와 함께 작동한다. 따라서 QLO와 함께 모든 기존 기술을 사용할 수 있다. 여기에는 페이딩 방지를 위한 레이크 수신기와 이퀄라이저, 시간 분산을 방지하기 위한 순환 프리픽스 삽입, 빔 성형을 사용하는 다른 모든 기술들, 및 스펙트럼 효율성을 더욱 높이기 위한 MIMO를 포함한다.MIMO uses diversity to achieve some spectral efficiency increase. Each signal from the antenna serves as an independent orthogonal channel. With QLO, the gain in spectral efficiency occurs within the symbol, and each QLO signal acts as an independent channel because it is orthogonal to each other in every permutation. However, since QLO is implemented at the bottom of the protocol stack (physical layer), any technique of higher level protocol (i.e., transport) works with QLO. Therefore, all existing technologies can be used with QLO. This includes a rake receiver and equalizer to prevent fading, cyclic prefix insertion to prevent time dispersion, all other techniques using beam shaping, and MIMO to further increase spectral efficiency.

실제 무선 통신 시스템의 스펙트럼 효율을 고려할 때, 실질적으로 상이한 대역폭 정의(및 또한 실제 송신 신호의 엄격한 대역 제한 특성이 아닌) 때문에, 아래의 접근 방법이 더 적절할 수 있다.Given the spectral efficiency of a real wireless communication system, the following approach may be more appropriate because of the substantially different bandwidth definitions (and also not the strict band limiting characteristics of the actual transmission signal).

이제 도 36을 참조하면, 등가 이산 시간 시스템을 고려하고, 그 시스템에 대한 섀넌 용량을 얻는다(Cd로 표시됨). 예컨대, AWGN의 기존 QAM 시스템과 같은 이산 시간 시스템과 관련하여, 시스템은 다음과 같다.Referring now to FIG. 36, consider an equivalent discrete time system and obtain a Shannon capacity for that system (denoted Cd). For example, with respect to discrete time systems such as AWGN's existing QAM system, the system is as follows.

Figure pct00028
Figure pct00028

여기서, a는 채널 이득 및 진폭 스케일링을 나타내는 스칼라이고, x[n]은 단위 평균 에너지(스케일링은 a에 내포됨)를 갖는 입력 신호(QAM 심볼)이고, y[n]은 복조기(정합 필터) 출력 심볼이며, 인덱스 n은 이산 시간 인덱스이다.Where a is a scalar representing channel gain and amplitude scaling, x [n] is an input signal (QAM symbol) with unit average energy (scaling is contained in a), and y [n] is a demodulator (matching filter) Output symbol, index n is a discrete time index.

대응 섀넌 용량은 다음과 같다.The corresponding Shannon capacity is as follows.

Figure pct00029
Figure pct00029

여기서 σ2는 잡음 분산(복소 차원)이고, |a|2/σ2는 이산 시간 시스템의 SNR이다.Where σ2 is the noise variance (complex dimension) and | a | 2 / σ2 is the SNR of the discrete time system.

둘째, 채택된 대역폭 정의(예컨대, 대역외 파워 -40 dBc로 정의된 대역폭)에 따라 대역폭, W를 계산한다. 이산 시간(또는 Cd 비트를 전송하는 데 필요한 시간)의 샘플에 해당하는 심볼 지속 시간을 T라고 하면 스펙트럼 효율은 다음과 같이 구할 수 있다.Second, calculate the bandwidth, W, according to the adopted bandwidth definition (e.g., a bandwidth defined as -40 dBc out-of-band power). If the symbol duration corresponding to a sample of the discrete time (or time required to transmit the C d bits) is T, the spectral efficiency can be obtained as follows.

Figure pct00030
Figure pct00030

AWGN 채널의 이산 시간 시스템에서, 터보 또는 유사한 코드를 사용하면 섀넌 한계 Cd에 매우 근접한 성능을 제공할 것이다. 이산 시간 영역에서의 성능은 사용되는 펄스 모양에 관계없이 동일하다. 예를 들어, SRRC(제곱근 레이즈드 코사인) 펄스 또는 직사각형 펄스를 사용하면 동일한 Cd(또는 Cd/T)를 얻을 수 있다. 그러나, 연속 시간 실제 시스템을 고려할 때, SRRC와 직사각형 펄스의 대역폭은 상이할 것이다. 일반적인 실제 대역폭 정의의 경우 SRRC 펄스의 대역폭은 직사각형 펄스의 대역폭보다 작으므로 SRRC가 더 우수한 스펙트럼 효율을 제공한다. 즉, AWGN 채널의 이산 시간 시스템에서는 개선 할 여지가 거의 없다. 그러나, 연속적인 실제 시스템에서, 스펙트럼 효율성의 개선을 위한 상당한 여지가 있을 수 있다.In discrete time systems of AWGN channels, the use of turbo or similar codes will provide performance very close to the Shannon limit C d . Performance in the discrete time domain is the same regardless of the pulse shape used. For example, the same C d (or C d / T) can be obtained by using an SRRC (square root raised cosine) pulse or a rectangular pulse. However, considering the continuous time real system, the bandwidths of the SRRC and rectangular pulses will be different. For a typical real bandwidth definition, the SRRC pulse's bandwidth is less than that of a rectangular pulse, so SRRC provides better spectral efficiency. In other words, there is little room for improvement in the discrete time system of the AWGN channel. However, in continuous practical systems, there may be considerable room for improvement of spectral efficiency.

이제 도 37을 참조하면, MLO, 변형 MLO(MMLO) 및 제곱근 레이즈드 코사인(SRRC)의 PSD 플롯(BLANK)이 도시되어 있다. 도 37의 도면에서 MLO의 더 나은 위치 파악 특성을 보여준다. MLO의 장점은 대역폭이다. 도 37은 또한 인접 채널들에 대한 간섭들이 MLO에 대해 훨씬 더 작을 것임을 보여준다. 이는 여러 채널 및 시스템의 스펙트럼 자원을 관리, 할당 또는 패키징하는 데 추가적인 이점을 제공하며 전반적인 스펙트럼 효율을 더욱 향상시킨다. 대역폭이 -40dBc 대역외 파워로 정의된 경우 MLO 및 SRRC의 대역 내 PSD는 도 37에 도시되어 있다. 대역폭의 비율은 약 1.536이다. 따라서, 스펙트럼 효율의 개선을 위한 상당한 여지가 있다.Referring now to FIG. 37, a PSD plot (BLANK) of MLO, modified MLO (MMLO), and square root raised cosine (SRRC) is shown. The figure of FIG. 37 shows better localization characteristics of the MLO. The advantage of MLO is bandwidth. 37 also shows that interferences for adjacent channels will be much smaller for MLO. This provides additional benefits in managing, allocating, or packaging the spectral resources of multiple channels and systems, further improving overall spectral efficiency. In-band PSD of MLO and SRRC when the bandwidth is defined as -40 dBc out-of-band power is shown in FIG. 37. The bandwidth ratio is about 1.536. Thus, there is considerable room for improvement of spectral efficiency.

수정된 MLO 시스템은 각 블록이 N 개의 MLO 심볼을 포함하고 각 MLO 심볼이 L 개의 층을 갖는 블록 처리에 기반한다. MMLO는 도 39에 도시된 바와 같이 상이한 채널 SNR을 갖는 병렬(가상) 직교 채널로 변환 될 수 있다. 출력은 MMLO의 등가 이산 시간 병렬 직교 채널을 제공한다.The modified MLO system is based on block processing in which each block contains N MLO symbols and each MLO symbol has L layers. The MMLO may be converted to parallel (virtual) orthogonal channels with different channel SNRs as shown in FIG. 39. The output provides an equivalent discrete time parallel orthogonal channel of the MMLO.

심볼 간 간섭으로 인한 MLO의 펄스 오버랩은 병렬 직교 채널 변환에 의해 해결되었음을 이해해야 한다. 일례로서, 블록 당 3 층 및 40 개의 심볼을 갖는 MMLO의 병렬 직교 가상 채널의 파워 이득이 도 40에 도시된다. 도 39는 3 개의 층 및 Tsim = 3을 갖는 MMLO의 평행 직교 채널의 채널 파워 이득을 도시한다. 물 충진 용액을 적용함으로써, 고정된 송신 파워에 대한 직교 채널을 통한 최적의 전력 분포가 얻어 질 수 있다. k 번째 직교 채널상의 송신 전력은 Pk로 표시된다. 그러면 MMLO의 이산 시간 용량은 다음과 같이 주어질 수 있다.It should be understood that the pulse overlap of the MLO due to intersymbol interference was solved by parallel orthogonal channel conversion. As an example, the power gain of a parallel orthogonal virtual channel of an MMLO with three layers and 40 symbols per block is shown in FIG. 40. 39 shows the channel power gain of a parallel orthogonal channel of MMLO with three layers and T sim = 3. By applying a water filled solution, an optimal power distribution over the orthogonal channel for a fixed transmit power can be obtained. The transmit power on the kth orthogonal channel is denoted by P k . Then the discrete time capacity of MMLO can be given as

Figure pct00031
Figure pct00031

K는 MLO 층 수, 블록 당 MLO 심볼 수 및 MLO 심볼 지속 시간에 따라 달라짐을 이해해야 한다. It is to be understood that K depends on the number of MLO layers, the number of MLO symbols per block, and the MLO symbol duration.

[-t1, t1], 및 심볼 지속 시간 Tmlo로 정의된 MLO 펄스 기간 동안, MMLO 블록 길이는 다음과 같다.During the MLO pulse period defined by [-t1, t1], and symbol duration T mlo , the MMLO block length is as follows.

Figure pct00032
Figure pct00032

채택된 대역폭 정의(ACLR, OBP 또는 기타)에 기반한 MMLO 신호의 대역폭이 Wmmlo라고 가정하면, MMLO의 실제 스펙트럼 효율은 다음과 같이 주어진다.Assuming that the bandwidth of the MMLO signal based on the adopted bandwidth definition (ACLR, OBP or others) is W mmlo , the actual spectral efficiency of the MMLO is given by

Figure pct00033
Figure pct00033

도 41-42는 블록 당 N = 40 심볼, L = 3 층, Tmlo = 3, t1 = 8을 갖는 MMLO와, 및 지속 시간 [-8T, 8T], T = 1, 및 5 dB의 SNR에서, 롤-오프 인자 β = 0.22를 갖는 SRRC의 스펙트럼 효율 비교를 도시한다. ACLR1(첫 번째 인접 채널 누설 전력 비율) 및 OBP(대역 외 전력)에 기반한 두 가지 대역폭 정의가 사용된다.41-42 show MMLO with N = 40 symbols per block, L = 3 layers, T mlo = 3, t 1 = 8, and SNR of duration [-8T, 8T], T = 1, and 5 dB Shows the spectral efficiency comparison of SRRC with roll-off factor β = 0.22. Two bandwidth definitions are used based on ACLR1 (first adjacent channel leakage power ratio) and OBP (out-of-band power).

도 43-44는 L = 4 층을 갖는 MMLO의 스펙트럼 효율 비교를 보여준다. 특정 대역폭 정의에 대한 스펙트럼 효율과 MMLO의 이득을 다음 표에 표시된다.43-44 show spectral efficiency comparisons of MMLO with L = 4 layers. The spectral efficiency and gain of the MMLO for a specific bandwidth definition are shown in the following table.

Figure pct00034
Figure pct00034

이제 도 45 및 도 46를 참조하면, 저역 통과 등가 MMLO 송신기(도 45) 및 수신기(도 46)의 기본 블록도가 제공되어 있다. 저역 통과 등가 MMLO 송신기(4500)는 블록 기반 송신기 프로세싱(4504)에서 다수의 입력 신호(4502)를 수신한다. 송신기 프로세싱은 I & Q 출력을 생성하는 SH(L-1) 블록(4506)으로 신호를 출력한다. 그 다음, 이들 신호들은 모두 전송을 위해 결합 회로(4508)에서 함께 결합된다.Referring now to FIGS. 45 and 46, a basic block diagram of a low pass equivalent MMLO transmitter (FIG. 45) and a receiver (FIG. 46) is provided. The low pass equivalent MMLO transmitter 4500 receives a number of input signals 4502 in block-based transmitter processing 4504. Transmitter processing outputs a signal to an SH (L-1) block 4506 that produces an I & Q output. These signals are then all combined together in a combining circuit 4508 for transmission.

기저 대역 수신기(도 46)(4600) 내에서, 수신된 신호는 분리되어 일련의 정합 필터(4602)에 인가된다. 그 다음, 매치 필터의 출력은 다양한 출력 스트림을 생성하기 위해 블록 기반 수신기 처리 블록(4604)에 제공된다.Within the baseband receiver (FIG. 46) 4600, the received signal is separated and applied to a series of matched filters 4602. The output of the matched filter is then provided to block-based receiver processing block 4604 to generate various output streams.

각 MLO 심볼이 L 개의 층으로부터 L 개의 심볼을 운반하는 N 개의 MLO 심볼 블록을 고려하자. 그러면, 블록에 NL 심볼이 존재한다. c(m, n) = n 번째 MLO 심볼에서 m 번째 MLO 계층에 의해 전송된 심볼로 정의하자. 모든 NL 개의 블록 심볼을 다음과 같이 열 벡터로 작성한다. c = [c(0,0), c(1,0), ..., c(L-1, 0), c(0,1), c(1,1), ..., c(L-1, 1), ..., c(L-1, N-1)]T. 그러면 길이 NL의 열 벡터 y에 의해 정의된 AWGN 채널에서 전송된 블록에 대한 수신기 매치 필터의 출력은 y = Hc + n 으로 나타낼 수 있고, 여기서 H는 등가 MLO 채널을 나타내는 NL×NL 행렬이고, n은 상관된 가우시안 잡음 벡터이다.Consider an N MLO symbol block in which each MLO symbol carries L symbols from L layers. Then, there is an NL symbol in the block. Let c (m, n) = the symbol transmitted by the mth MLO layer in the nth MLO symbol. All NL block symbols are written as column vectors as follows. c = (c (0,0), c (1,0), ..., c (L-1, 0), c (0,1), c (1,1), ..., c ( L-1, 1), ..., c (L-1, N-1)] T. The output of the receiver match filter for a block transmitted in the AWGN channel defined by column vector y of length NL can then be represented by y = Hc + n, where H is an NL × NL matrix representing the equivalent MLO channel, n Is the correlated Gaussian noise vector.

H에 SVD를 적용하면 H = U D VH가 되며, 여기서 D는 단일 값을 포함하는 대각 행렬이다. V를 사용하는 송신기 측 프로세싱 및 수신기 측 프로세싱(UH)은 NL개의 병렬 직교 채널을 갖는 등가 시스템을 제공한다(즉, y = H Vc + n 및 UH y = Dc + UH n). 이러한 병렬 채널 이득은 D의 대각선 요소에 의해 주어진다. 이러한 병렬 채널의 채널 SNR을 계산할 수 있다. 송신 및 수신 블록 기반 프로세싱에 의해, 병렬 직교 채널을 얻음으로써 ISI 문제가 해결된다는 것을 이해해야 한다.Applying SVD to H results in H = U D VH, where D is a diagonal matrix containing a single value. Transmitter side processing and receiver side processing (UH) using V provide an equivalent system with NL parallel orthogonal channels (ie, y = H Vc + n and UH y = Dc + UH n). This parallel channel gain is given by the diagonal element of D. The channel SNR of this parallel channel can be calculated. It is to be understood that the transmit and receive block based processing solves the ISI problem by obtaining a parallel orthogonal channel.

이러한 병렬 채널의 채널 SNR은 동일하지 않기 때문에, 고정된 전체 송신 파워가 주어지면 각 채널의 송신 전력을 계산하기 위해 최적의 물 충전 솔루션을 적용할 수 있다. 이 전송 파워 및 대응 채널 SNR을 사용하여 이전 보고에서 제공된 것과 동일한 시스템의 용량을 계산할 수 있다.Since the channel SNRs of these parallel channels are not the same, an optimal water charging solution can be applied to calculate the transmit power of each channel given a fixed total transmit power. This transmit power and corresponding channel SNR can be used to calculate the capacity of the same system as provided in the previous report.

페이딩, 다중 경로 및 다중 셀 간섭 문제Fading, Multipath, and Multicell Interference Issues

종래의 시스템에서 채널 페이딩을 중화 시키는데 사용되는 기술(예를 들어, 다이버시티 기술) 또한 MMLO에 적용될 수 있다. 천천히 변화하는 다중 경로 분산 채널의 경우, 채널 임펄스 응답이 피드백 될 수 있다면, 위에서 언급한 등가 시스템에 통합할 수 있으며 채널 유도 ISI와 의도적으로 도입된 MMLO ISI를 함께 처리할 수 있다. 고속 시변 채널 또는 채널 피드백이 불가능할 경우, 수신기에서 채널 등화가 수행되어야 한다. 블록 기반 주파수 도메인 등화가 적용될 수 있으며 오버 샘플링이 필요할 것이다. Techniques used to neutralize channel fading in conventional systems (eg, diversity techniques) may also be applied to the MMLO. In the case of a slowly changing multipath distributed channel, if the channel impulse response can be fed back, it can be integrated into the equivalent system mentioned above, and can handle the channel induced ISI and the intentionally introduced MMLO ISI together. If fast time varying channels or channel feedback is not possible, channel equalization should be performed at the receiver. Block-based frequency domain equalization can be applied and oversampling will be required.

MMLO와 기존 시스템에 대해 동일한 인접 채널 전력 누출을 고려하면, 인접 셀의 간섭 전력은 두 시스템에서 거의 동일하다. 간섭 제거 기술이 필요한 경우 MMLO를 위해 개발 될 수도 있다.Considering the same adjacent channel power leakage for the MMLO and the existing system, the interference power of adjacent cells is nearly the same in both systems. If interference cancellation techniques are required, they may be developed for the MMLO.

범위 및 시스템 설명Scope and system description

이 보고는 다양한 심볼 간 간섭 레벨을 갖는 부가 백색 가우시안 잡음 채널에서 MLO 신호의 심볼 오류 확률(또는 심볼 오류율) 성능을 나타낸다. 참고로 ISI가 없는 통상적인 QAM의 성능도 포함된다. 동일한 QAM 크기가 MLO 및 통상적인 QAM의 모든 층에 대해 고려된다.This report shows the symbol error probability (or symbol error rate) performance of the MLO signal in an additional white Gaussian noise channel with various intersymbol interference levels. For reference, the performance of conventional QAM without ISI is included. The same QAM size is considered for all layers of MLO and conventional QAM.

MLO 신호는 물리학자의 특수 허미트 함수로부터 생성된다.The MLO signal is generated from the physicist's special Hermit function.

Figure pct00035
Figure pct00035

여기서, Hn(αt)는 n 차 허미트 다항식이다. 실험실 설정에 사용되는 함수는

Figure pct00036
에 대응하고, 일관성을 위해
Figure pct00037
이 이 보고서에서 사용된다는 것에 유의해야 한다.Where Hn (? T) is the n-order Hermit polynomial. The function used for lab setup is
Figure pct00036
In order to ensure consistency
Figure pct00037
Note that this is used in this report.

위의 함수에서 n = 0 ~ 2, 0 ~ 3 또는 0 ~ 9에 해당하는 3, 4 또는 10 층을 갖는 MLO 신호가 사용되고 펄스 지속 시간(t의 범위)은 [-8, 8]이다. In the above function, an MLO signal with 3, 4 or 10 layers corresponding to n = 0 to 2, 0 to 3 or 0 to 9 is used and the pulse duration (range of t) is [-8, 8].

완벽하게 동기화된 AWGN 채널이 고려된다.Fully synchronized AWGN channels are considered.

수신기는 임의의 간섭 제거, 즉 정합 필터 출력에서의 QAM 슬라이싱없이 정합 필터 및 종래의 검출기로 구성된다.The receiver consists of a matched filter and a conventional detector without any interference cancellation, i.e. without QAM slicing at the matched filter output.

Figure pct00038
Figure pct00038

여기서 Tp는 펄스 지속 시간(고려된 설정에서 16)이고, Tsym은 각 MLO 계층의 심볼 레이트의 역수이다. 고려된 사례는 다음 표에 나열된다.Where T p is the pulse duration (16 in the set considered) and Tsym is the inverse of the symbol rate of each MLO layer. The considered cases are listed in the following table.

Figure pct00039
Figure pct00039

변조에 사용되는 신호 유도Signal induction used for modulation

이를 위해, 양자 역학 형식에 가까운 복소수 형태로 신호 진폭 s(t)를 표현하는 것이 편리 할 것이다. 따라서 복소 신호는 다음과 같이 나타낼 수 있다.For this purpose, it would be convenient to express the signal amplitude s (t) in a complex form close to the quantum mechanics form. Therefore, the complex signal can be expressed as follows.

Figure pct00040
Figure pct00040

여기서 s(t)와 σ(t)는 서로의 힐버트 변환이고, σ(t)가 s(t)의 쿼드러쳐 이므로, 유사한 스펙트럼 성분을 갖는다. 즉, 그들이 음파의 진폭이라면, 귀는 한 형태를 다른 형태와 구별할 수 없다.Where s (t) and sigma (t) are Hilbert transforms of each other, and s (t) is a quadrature of s (t), and thus have similar spectral components. That is, if they are the amplitudes of sound waves, the ear cannot distinguish one form from another.

푸리에 변환 쌍을 아래와 같이 정의한다.Fourier transform pairs are defined as follows:

Figure pct00041
Figure pct00041

또한, 모든 모멘트를 M0로 정규화한다.Also, all moments are normalized to M0.

Figure pct00042
Figure pct00042

그러면, 모멘트는 다음과 같다.Then, the moment is as follows.

Figure pct00043
Figure pct00043

일반적으로, s(t)에 가깝게 맞추고 다항식의 계수를 데이터 표현으로 사용하기 위해 신호, s(t)를 차수 N의 다항식으로 나타내는 것을 고려할 수 있다. 이는 처음 N 개의 "모멘트" Mj가 데이터를 나타내도록 하는 방식으로 다항식을 지정하는 것과 동등하다. 즉, 다항식의 계수 대신에 모멘트를 사용할 수 있다. 또 다른 방법은 시간의 파워 대신, N 개의 직교 함수, φk(t)의 세트로 신호, s(t)를 확장하는 것이다. 여기서, 데이터를 직교 확장 계수로 간주할 수 있다. 이러한 직교 함수의 한 클래스는 사인 함수와 코사인 함수이다(푸리에 급수와 같음).In general, one may consider representing the signal, s (t), as a polynomial of order N in order to fit close to s (t) and use the coefficients of the polynomial as data representations. This is equivalent to specifying a polynomial in such a way that the first N "moments" M j represent data. In other words, the moment can be used instead of the coefficient of the polynomial. Another way is to extend the signal, s (t), with a set of N orthogonal functions, φ k (t), instead of the power of time. Here, data can be regarded as an orthogonal expansion coefficient. One class of orthogonal functions is the sine and cosine functions (same as Fourier series).

그러므로, 아래와 같은 모멘트를 갖는 직교 함수 ψ를 사용하여 위의 모멘트를 표현할 수 있다.Therefore, the above moment can be expressed by using the orthogonal function ψ with the following moment.

Figure pct00044
Figure pct00044

유사하게, Similarly,

Figure pct00045
Figure pct00045

복소 신호를 사용하지 않는다면, If you don't use complex signals,

Figure pct00046
Figure pct00046

시간 도메인에서 주파수 도메인까지의 평균값을 나타내기 위해, 아래와 같이 대치한다.To represent the average value from the time domain to the frequency domain, replace as follows:

Figure pct00047
Figure pct00047

이것은 고전적 모멘텀이 연산자가 되는 양자 역학에서의 다소 신비로운 규칙과 동일하다. This is the same as the somewhat mysterious rule in quantum mechanics where classical momentum becomes an operator.

Figure pct00048
Figure pct00048

따라서 위의 대입을 사용하면, 아래식이 얻어진다. Therefore, using the above assignment, the following equation is obtained.

Figure pct00049
Figure pct00049

그리고 And

Figure pct00050
Figure pct00050

이제. 유효 지속 기간 및 유효 대역폭을 아래와 같이 정의할 수 있다.now. The effective duration and the effective bandwidth can be defined as follows.

Figure pct00051
Figure pct00051

그러나, 우리는 다음을 알고 있다.However, we know that:

Figure pct00052
Figure pct00052

아래와 같이 대입하면 단순화할 수 있다.This can be simplified by assigning

Figure pct00053
Figure pct00053

또한, 우리는 다음을 알고 있다Also, we know the following:

Figure pct00054
Figure pct00054

그러므로,therefore,

Figure pct00055
Figure pct00055

이제,

Figure pct00056
대신에, 등식
Figure pct00057
을 강제하고 어떤 신호가 이 등식을 충족하는지 확인하는데 관심이 있다. 고정 대역폭 Δf가 주어지면, 가장 효율적인 전송은 시간-대역폭 프로덕트
Figure pct00058
를 최소화하는 것이다. 주어진 대역폭 Δf에 대하여, 최소 시간에서 송신을 최소화하는 신호는 가우시안 엔벨로프가 될 것이다. 그러나 유효 대역폭은 종종 주어지지 않지만, 전체 대역폭 f2-f1은 항상 주어진다. 이제, 최단 유효 시간에 이 채널을 통해 전송될 수 있는 신호 형상, 및 그 유효 기간은 무엇인가? now,
Figure pct00056
Instead, the equation
Figure pct00057
We are interested in forcing and determining which signal satisfies this equation. Given a fixed bandwidth Δf, the most efficient transmission is a time-bandwidth product
Figure pct00058
To minimize. For a given bandwidth Δf, the signal that minimizes transmission at the minimum time will be a Gaussian envelope. However, the effective bandwidth is often not given, but the total bandwidth f 2 -f 1 is always given. Now, what is the signal shape that can be transmitted through this channel in the shortest valid time, and its validity period?

Figure pct00059
Figure pct00059

여기서, φ(f)는 범위 f2-f1 범위 밖에서 0이다.Here, φ (f) is zero outside the range f 2 -f 1 .

최소화를 수행하기 위해, 변량법(라그랑쥬의 승수 기법(Lagrange 's Multiplier technique))을 사용한다. 분모는 상수이므로, 아래와 같이 분자를 최소화 할 필요가 있다. To perform the minimization, a univariate method (Lagrange's Multiplier technique) is used. Since the denominator is a constant, it is necessary to minimize the numerator as shown below.

Figure pct00060
Figure pct00060

이것은 다음의 경우에만 가능하다.This is only possible if

Figure pct00061
Figure pct00061

이에 대한 해법은 아래의 형태이다.The solution is as follows.

Figure pct00062
Figure pct00062

이제, 파가 무한대에서 사라지지만 여전히 아래와 같은 최소 시간-대역폭 프로덕트를 충족시킬 것을 요구한다면, Now, if a wave disappears at infinity but still needs to meet the following minimum time-bandwidth product:

Figure pct00063
Figure pct00063

그러면, 아래와 같은 고조파 발진기의 파동 방정식이 얻어진다.The wave equation of the harmonic oscillator is then obtained.

Figure pct00064
Figure pct00064

다음 경우에만 무한대에서 사라진다.It disappears at infinity only if:

Figure pct00065
Figure pct00065

여기서, Hn(τ)은 허미트 함수이고, Where H n (τ) is the Hermit function,

Figure pct00066
Figure pct00066

따라서, 허미트 함수 Hn(τ)는 1/2, 3/2, 5/2, ...의 정보 블록을 차지하며, 최소 정보 퀀텀은 1/2이다.Therefore, the Hermit function H n (τ) occupies information blocks of 1/2, 3/2, 5/2, ..., and the minimum information quantum is 1/2.

압착된 상태Squeezed

여기서, 디랙 대수학의 양자 역학 접근법을 사용하여 가장 일반적인 형태의 완전한 아이겐 함수를 도출할 것이다. 먼저 다음 연산자를 정의한다.Here, Dirac Algebra's quantum mechanics approach will be used to derive the most common form of the complete eigenfunction. First define the following operators:

Figure pct00067
Figure pct00067

이제, Δx와 Δp를 다음과 같이 정의 할 준비가 되었다.Now we are ready to define Δx and Δp as follows:

Figure pct00068
Figure pct00068

이제, 매개 변수화를 다르게 하고 두 변수 λ와 μ 대신에 다음과 같은 하나의 변수 ξ만을 사용할 것이다.Now, we will vary the parameterization and use only one variable ξ as follows instead of the two variables λ and μ.

Figure pct00069
Figure pct00069

이제, 압착된 경우의 아이겐 상태는 다음과 같다.Now, the eigen state in the case of being compressed is as follows.

Figure pct00070
Figure pct00070

이제, 아래와 같은 압착된 연산자를 고려할 수 있다.Now, consider the compressed operator

Figure pct00071
Figure pct00071

분포 P(n)에 대해, 아래 식을 가질 것이다.For the distribution P (n), we will have the formula

Figure pct00072
Figure pct00072

따라서, 최종 결과는 다음과 같다. Thus, the final result is as follows.

Figure pct00073
Figure pct00073

자유 공간 통신Free space communication

본 명세서에서 전술한 광학 각운동량 처리 및 다층 오버레이 변조 기술이 광학 네트워크 프레임워크 내에서 유용함을 보여줄 수 있는 추가 구성이 자유 공간 광학 통신과 함께 사용된다. 자유 공간 광학 시스템은 기존의 UHF RF 기반 시스템에 비해 시스템 간 격리도 개선, 수신기/송신기의 크기 및 비용, RF 라이센스 법의 부재, 및 한 시스템으로 공간, 조명 및 통신을 결합함으로써 다양한 이점을 제공한다. 이제 도 47을 참조하면, 자유 공간 통신 시스템의 동작 예가 도시되어 있다. 자유 공간 통신 시스템은 자유 공간 광학 수신기(4704)에 광 빔(4706)을 전송하는 자유 공간 광학 송신기(4702)를 이용한다. 광섬유 네트워크와 자유 공간 광 네트워크의 주요 차이점은 정보 빔이 광섬유 케이블이 아닌 빈 공간을 통해 전송된다는 것이다. 이것은 다수의 링크 어려움을 야기하는데, 이는 이하에서보다 충분히 논의 될 것이다. 자유 공간 광학은 보이지 않는 광선을 사용하여 송신기(4702)와 수신기(4704) 사이에서 최대 2.5Gbps의 데이터, 음성 및 비디오 통신을 전송 및 수신할 수 있는 광 대역폭 연결을 제공하는 시야(line of sight) 기술이다. 자유 공간 광학은 광섬유 케이블을 사용하지 않는 것을 제외하고는 광섬유와 동일한 개념을 사용한다. 자유 공간 광학 시스템은 광 스펙트럼의 하단부에 있는 적외선(IR) 스펙트럼 내의 광 빔(4706)을 제공한다. 구체적으로, 광 신호는 파장에 관하여 300GHz 내지 1 테라헤르츠의 범위 이내이다.Additional configurations are used in conjunction with free space optical communication that can show that the optical angular momentum processing and multilayer overlay modulation techniques described above are useful within an optical network framework. Free space optical systems offer a number of advantages over traditional UHF RF-based systems by improving inter-system isolation, receiver / transmitter size and cost, the absence of RF licensing laws, and combining space, lighting, and communication into one system. . Referring now to FIG. 47, an operation example of a free space communication system is shown. The free space communication system utilizes a free space optical transmitter 4702 that transmits a light beam 4706 to the free space optical receiver 4704. The main difference between a fiber optic network and a free space optical network is that the information beam is transmitted through the void, not the fiber optic cable. This causes a number of link difficulties, which will be discussed more fully below. Free space optics use a line of sight to provide an optical bandwidth connection that can transmit and receive data, voice, and video communications of up to 2.5 Gbps between transmitter 4702 and receiver 4704 using invisible light. Technology. Free space optics use the same concept as optical fibers, except that they do not use fiber optic cables. The free space optical system provides a light beam 4706 in the infrared (IR) spectrum at the bottom of the light spectrum. Specifically, the optical signal is within the range of 300 GHz to 1 terahertz in terms of wavelength.

현재 존재하는 자유 공간 광학 시스템은 최대 2.5 킬로미터의 거리에서 초당 최대 10 기가비트의 데이터 속도를 제공할 수 있다. 우주 공간에서 자유 공간 광 통신의 통신 범위는 현재 수천 킬로미터 정도이지만 빔 확장기로 광학 망원경을 사용하여 수백만 킬로미터의 행성 간 거리를 연결하는 잠재력이 있다. NASA는 2013 년 1월에 모나리자의 이미지를 대략 240,000 마일 떨어진 달의 정찰 위성으로 전송하는 데 레이저를 사용했다. 대기의 간섭을 보상하기 위해 컴팩트 디스크 내에서 사용되는 것과 유사한 오류 수정 코드 알고리즘이 구현되었다.Existing free space optical systems can provide data rates of up to 10 gigabits per second at distances of up to 2.5 kilometers. Although the communication range of free space optical communications in outer space is currently thousands of kilometers, there is the potential to connect millions of kilometers of interplanetary distances using optical telescopes with beam expanders. NASA used lasers in January 2013 to transmit images of Mona Lisa to the Moon's reconnaissance satellite, approximately 240,000 miles away. An error correction code algorithm similar to that used in compact discs has been implemented to compensate for atmospheric interference.

광 통신을 위한 거리 기록은 우주 탐사선에 의한 레이저 광선의 탐지와 방출을 포함한다. 메신저(MESSENGER) 우주선에 탑재된 수성 레이저 고도계 장비에 의해 통신에 대한 양방향 거리 기록을 수립했다. 수성 탐사 임무를 위한 레이저 고도계로 설계된 이러한 적외선 다이오드 네오디뮴 레이저는 2005년 5월에 우주선이 지구 부근을 비행할 때 대략 15,000,000 마일(24,000,000 킬로미터) 거리에서 통신할 수 있었다. 이전 기록은 갈릴레오 프로브에 의한 지구로부터의 레이저 광의 단방향 탐지로 설정되었는데, 두 개의 지상 기반 레이저는 1992 년에 아웃 바운드 프로브에 의해 6,000,000 킬로미터에서 보였다. 연구자들은 실내 로컬 네트워크 통신을 위해 백색 LED 기반의 공간 조명 시스템을 사용했다.Distance recording for optical communications involves the detection and emission of laser beams by space probes. A two-way distance record for communications was established by a waterborne laser altimeter device mounted on the MESSENGER spacecraft. Designed as a laser altimeter for aqueous exploration missions, these infrared diode neodymium lasers could communicate at approximately 15,000,000 miles (24,000,000 kilometers) when the spacecraft flew near Earth in May 2005. Previous records were set for unidirectional detection of laser light from the Earth by Galileo probes, two ground-based lasers seen in 1992 at 6 million kilometers by outbound probes. The researchers used a white LED-based spatial lighting system for indoor local network communications.

이제 도 48을 참조하면, 본 개시물에 따른 궤도 각운동량 및 다중 레벨 오버레이 변조를 사용하는 자유 공간 광학 시스템의 블록도가 도시되어 있다. 본 개시는 OAM 및 MLO 변조를 사용하는 시스템에 대해 이루어지지만, 시스템은 이들 기술 중 하나만 구현할 수도 있고, 또는 이들 중 어느 것도 구현하지 않을 수도 있음을 이해할 것이다. OAM 트위스트 신호는 광섬유를 통해 전송되는 것과 더불어 자유 광학을 사용하여 전송될 수도 있다. 이 경우, 전송 신호는 FSO 송수신기(4804) 각각의 전송 회로(4802) 내에서 생성된다. 자유 공간 광학 기술은 FSO 기반 광 무선 유닛 간의 연결성을 기반으로 하며, 각각은 전이중 개방 쌍 및 양방향 폐쇄 쌍성 기능을 제공하는 송신기(4802)및 수신기(4806)가 있는 광 송수신기(4804)로 구성된다. 각각의 광 무선 송수신기 유닛(4804)은 대기를 통해 정보를 수신하는 다른 렌즈(4810)에 광을 전달하기 위한 렌즈 또는 망원경(4810)을 더한 광학 소스(4808)를 더 포함한다. 이 포인트에서, 수신 렌즈 또는 망원경(4810)은 광섬유(4812)를 통해 고감도 수신기(4806)에 연결된다. 송신 송수신기(4804a) 및 수신 송수신기(4804b)는 서로 시선을 가져야 한다. 나무, 건물, 동물 및 대기 조건 모두가 이러한 통신 매체에 필요한 시야를 방해할 수 있다. 시선이 매우 중요하기 때문에, 일부 시스템에서는 전반적인 신호 품질에 큰 영향을 미치지 않으면서도 상당한 시선 간섭을 견딜 수 있는 큰 시야를 포함하는 빔 발산 또는 확산된 빔 접근법을 사용한다. 이 시스템은 또한 송수신기가 흔들리는 고층 건물 또는 다른 구조물 상에 장착된 경우에도 수신 송수신기(3404b) 상에 긴밀하게 포커싱된 빔을 유지하는 자동 추적 메커니즘(4814)을 구비할 수 있다.Referring now to FIG. 48, shown is a block diagram of a free space optical system using orbital angular momentum and multi-level overlay modulation in accordance with the present disclosure. While the present disclosure is directed to systems using OAM and MLO modulation, it will be understood that the system may implement only one of these techniques, or none of them. OAM twisted signals may be transmitted using free optics in addition to being transmitted over optical fibers. In this case, the transmission signal is generated in the transmission circuit 4802 of each of the FSO transceivers 4804. Free space optical technology is based on connectivity between FSO-based optical radio units, each consisting of an optical transceiver 4804 with a transmitter 4802 and a receiver 4806 providing full duplex open pair and bidirectional closed binary functionality. Each optical radio transceiver unit 4804 further includes an optical source 4808 plus a lens or telescope 4810 for transmitting light to other lenses 4810 that receive information over the atmosphere. At this point, the receiving lens or telescope 4810 is connected to the high sensitivity receiver 4806 via an optical fiber 4812. The transmission transceiver 4804a and the reception transceiver 4804b must have eyes on each other. Trees, buildings, animals, and atmospheric conditions can all obstruct the field of view needed for these communications media. Because line of sight is so important, some systems use a beam divergence or diffuse beam approach that includes a large field of view that can withstand significant line of sight interference without significantly affecting the overall signal quality. The system may also include an automatic tracking mechanism 4814 that maintains a tightly focused beam on the receiving transceiver 3404b even when the transceiver is mounted on a shaking tall building or other structure.

광원(4808)과 함께 사용되는 변조된 광원은 전형적으로 시스템의 모든 송신기 성능을 결정하는 전송된 광 신호를 제공하는 레이저 또는 발광 다이오드(LED)이다. 수신기(4806) 내의 검출기 감도 만이 전체 시스템 성능에서 똑같이 중요한 역할을 한다. 통신 목적으로, 초당 20 메가 비트에서 초당 2.5 기가비트까지 변조할 수 있는 레이저만이 현재의 시장 요구를 충족시킬 수 있다. 또한, 장치가 변조되는 방법과 변조된 전력이 얼마나 많이 생성되는지는 모두 장치 선택에 중요하다. 780-850 nm 및 1520-1600 nm 스펙트럼 대역의 레이저는 주파수 요구 사항을 충족한다.The modulated light source used with light source 4808 is typically a laser or light emitting diode (LED) that provides a transmitted light signal that determines all transmitter performance of the system. Only detector sensitivity in receiver 4806 plays an equally important role in overall system performance. For communication purposes, only lasers capable of modulating from 20 megabits per second to 2.5 gigabits per second can meet current market demands. In addition, how the device is modulated and how much modulated power is generated are both important for device selection. Lasers in the 780-850 nm and 1520-1600 nm spectral bands meet the frequency requirements.

상업적으로 이용 가능한 FSO 시스템은 1 또는 2 개의 시스템이 10,000 nm의 IR 파장에서 작동하도록 개발된 750 내지 1600 nm의 근 IR 파장 범위에서 작동한다. 대기를 통해 이동할 때 광 에너지의 물리적 특성과 전송 특성은 가시 광선 및 근적외선 파장 범위 전체에서 유사하지만, 특정 시스템을 위해 어떤 파장이 선택되는지에 영향을 미치는 여러 요소가 있다.Commercially available FSO systems operate in the near IR wavelength range of 750-1600 nm developed to allow one or two systems to operate at an IR wavelength of 10,000 nm. The physical and transmission properties of light energy as they travel through the atmosphere are similar throughout the visible and near infrared wavelength range, but there are many factors that influence which wavelength is selected for a particular system.

대기는 가시광선 및 근적외선 파장에서 매우 투명하다고 간주된다. 그러나, 특정 파장 또는 파장 대역은 심각한 흡수를 경험할 수 있다. 근적외선 파장에서, 흡수는 주로 맑은 날씨 조건 하에서도 대기의 고유한 부분인 물 입자(즉, 수분)에 반응하여 발생한다. 700 내지 10,000 nm 파장 범위 내에서 거의 투명(즉, 킬로미터 당 0.2 dB 미만의 감쇠를 가짐)한 몇몇 투과 창이 존재한다. 이러한 파장은 780-850 nm 및 1520-1600 nm의 창에서 작동하도록 설계된 대부분의 자유 공간 광학 시스템과 함께 특정 중심 파장 주위에 있다.The atmosphere is considered to be very transparent at visible and near infrared wavelengths. However, certain wavelengths or wavelength bands may experience severe absorption. At near-infrared wavelengths, absorption occurs mainly in response to water particles (ie, moisture), which are inherent parts of the atmosphere, even under clear weather conditions. There are several transmission windows that are almost transparent (ie have less than 0.2 dB attenuation per kilometer) within the 700 to 10,000 nm wavelength range. These wavelengths are around a certain center wavelength with most free space optical systems designed to operate in windows of 780-850 nm and 1520-1600 nm.

780-850 nm 범위의 파장은 자유 공간 광학 작동에 적합하며, 더 높은 레이저 원은 이 범위에서 작동할 수 있다. 780 nm에서 저렴한 CD 레이저가 사용될 수 있지만, 이 레이저의 평균 수명은 문제가 될 수 있다. 이 문제는 레이저를 최대 정격 출력 파워의 일부로 구동시킴으로써 수명을 크게 늘릴 수 있다. 약 850 ㎚에서, 광학 소스(4808)는 네트워크 전송 장비에서 용이하게 이용 가능하며 일반적으로 사용되는 저렴하고 고성능의 송신기 및 검출기 구성요소를 포함할 수 있다. 고도로 민감한 실리콘(SI) 애벌란시 포토다이오드(APD) 검출기 기술 및 진보된 수직 공동 방출 레이저가 광학 소스(4808) 내에서 이용될 수 있다.Wavelengths in the 780-850 nm range are suitable for free space optical operation, and higher laser sources can operate in this range. Inexpensive CD lasers can be used at 780 nm, but the average lifetime of these lasers can be problematic. This problem can be greatly extended by driving the laser at a fraction of the maximum rated output power. At about 850 nm, optical source 4808 may include inexpensive, high performance transmitter and detector components that are readily available and commonly used in network transmission equipment. Highly sensitive silicon (SI) avalanche photodiode (APD) detector technology and advanced vertical cavity emitting lasers can be used within the optical source 4808.

VCSEL 기술은 780 ~ 850nm 범위에서 작동하는 데 사용될 수 있다. 이 기술의 가능한 단점은 나이트 비전 스코프를 이용하여 빔 탐지를 하는 것인데, 이 기술을 사용하여 감지된 광선을 복조하는 것은 여전히 불가능하다.VCSEL technology can be used to operate in the 780-850nm range. A possible drawback of this technique is the use of night vision scopes for beam detection, which still makes it impossible to demodulate the detected rays.

1520-1600nm 범위의 파장은 자유 공간 송신에 매우 적합하며, 고품질 송신기 및 검출기 구성요소는 광학 소스 블록(4808) 내에서 사용하는데 쉽게 이용 가능하다. 이 파장 범위 내에서 낮은 감쇠와 높은 구성요소 가용성의 조합은 파장 분할 다중화(WDM) 자유 공간 광학 시스템의 개발을 가능하게 만든다. 그러나, 구성요소들은 일반적으로 더 비싸고 탐지기는 일반적으로 덜 민감하며 850 nm 파장에서 작동하는 실리콘 애벌란시 포토다이오드 탐지기와 비교할 때 수신 표면적이 더 작다. 이러한 파장은 고출력(500 밀리 와트 이상) 및 높은 데이터 전송 속도(초당 2.5 기가바이트 이상)에 중요한 에르븀 첨가 광섬유 증폭기 기술과 호환된다. 동일한 안구 안전 등급을 위해 780-850 nm 파장에서 전송할 수 있는 것보다 1520-1600 nm 파장에서 50 내지 65 배 더 많은 전력이 전송될 수 있다. 이러한 파장의 단점은 나이트 비전 스코프로 빔을 탐지할 수 없다는 것을 포함한다. 나이트 비전 스코프는 정렬 회로(4814)를 통해 빔을 정렬하기 위해 사용될 수 있는 하나의 기술이다. 클래스 1 레이저는 인트라빔 뷰잉(intrabeam viewing)을 위한 광학기구의 사용을 포함하여 합리적으로 예측 가능한 동작 조건 하에서 안전하다. 클래스 1 시스템은 제한없이 임의의 위치에 설치될 수 있다.Wavelengths in the 1520-1600 nm range are well suited for free space transmission, and high quality transmitter and detector components are readily available for use within the optical source block 4808. The combination of low attenuation and high component availability within this wavelength range enables the development of wavelength division multiplexing (WDM) free space optical systems. However, components are generally more expensive and detectors are generally less sensitive and have a smaller reception surface area compared to silicon avalanche photodiode detectors operating at 850 nm wavelength. These wavelengths are compatible with erbium-doped fiber amplifier technology, which is critical for high power (greater than 500 milliwatts) and high data rates (greater than 2.5 gigabytes per second). 50-65 times more power can be transmitted at wavelengths 1520-1600 nm than can transmit at wavelengths 780-850 nm for the same eye safety rating. Disadvantages of this wavelength include the inability to detect beams with night vision scopes. Night vision scopes are one technique that can be used to align beams through alignment circuitry 4414. Class 1 lasers are safe under reasonably foreseeable operating conditions, including the use of optics for intrabeam viewing. Class 1 systems can be installed in any location without limitation.

다른 잠재적인 광원(4808)은 클래스 1M 레이저를 포함한다. 클래스 1M 레이저 시스템은 302.5 내지 4000 nm의 파장 범위에서 작동하며, 이는 합리적으로 예측 가능한 조건에서는 안전하지만, 사용자가 빔 경로의 일부 내에서 광학 기기를 사용하는 경우 위험할 수 있다. 따라서, Class 1M 시스템은 광학 보조 장치의 안전하지 않은 사용이 방지될 수 있는 위치에만 설치해야 한다. 광원(4808)에 사용될 수 있는 클래스 1 및 클래스 1M 레이저의 다양한 특성의 예가 아래의 표 G에 예시되어 있다.Another potential light source 4808 includes a class 1M laser. Class 1M laser systems operate in the wavelength range of 302.5 to 4000 nm, which is safe under reasonably foreseeable conditions, but can be dangerous if the user uses optics within a portion of the beam path. Therefore, Class 1M systems should only be installed in locations where unsafe use of optical aids can be prevented. Examples of various characteristics of Class 1 and Class 1M lasers that may be used for the light source 4808 are illustrated in Table G below.

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10,000 nm 파장은 상용 자유 공간 광학 분야에 비교적 새 것이고 더 나은 안개 전송 능력으로 인해 개발되고 있다. 안개의 종류와 지속 시간에 크게 의존하기 때문에 현재 이러한 특성에 관한 상당한 논의가 있다. 보통의 통신 장비에는 사용되지 않기 때문에 10,000 nm 파장에서 사용할 수 있는 부품이 거의 없다. 또한, 10,000 nm의 에너지는 유리를 관통하지 못하므로 창 뒤 배치는 적합하지 않다.The 10,000 nm wavelength is relatively new to commercial free space optics and is being developed due to better fog transmission capabilities. There is a great deal of debate on these characteristics at present, because it depends heavily on the type and duration of the fog. Few components are available at the 10,000 nm wavelength because they are not used in ordinary communications equipment. In addition, the arrangement behind the window is not suitable since the energy of 10,000 nm does not penetrate the glass.

이러한 파장 창에서, FSO 시스템은 다음과 같은 특성을 가져야 한다. 이 시스템은 장거리 FSO 시스템 전송에 중요한, 높은 파워 레벨에서 작동할 수 있어야 한다. 이 시스템은 고속 FSO 시스템에 중요한 고속 변조 기능을 제공할 수 있어야 한다. 이 시스템은 전체 시스템 설계 및 유지 관리에 중요한 작은 풋 프린트 및 낮은 전력 소비를 제공해야 한다. 이 시스템은 성능 저하없이 넓은 온도 범위에서 작동할 수 있어야 시스템이 실외 시스템에 유용할 수 있다. 또한 평균 고장 간격은 10 년을 초과해야 한다. 현존하는 FSO 시스템은 일반적으로 짧은 IR 파장 범위에서 작동하기 위해 VCSELS를 사용하고, 더 긴 IR 파장 범위에서 작동하기 위해 파브리-페롯(Fabry-Perot) 또는 분산 피드백 레이저를 사용한다. 다른 몇몇 종류의 레이저가 고성능 FSO 시스템에 적합하다.In this wavelength window, the FSO system should have the following characteristics: The system must be able to operate at high power levels, which is important for long distance FSO system transmission. The system must be able to provide the high speed modulation capabilities that are important for high speed FSO systems. The system must provide a small footprint and low power consumption that are important for overall system design and maintenance. The system must be able to operate over a wide temperature range without compromising performance before the system can be useful for outdoor systems. Also the average failure interval should exceed 10 years. Existing FSO systems typically use VCSELS to operate in the short IR wavelength range, and use Fabry-Perot or distributed feedback lasers to operate in the longer IR wavelength range. Several other types of lasers are suitable for high performance FSO systems.

궤도 각 운동량 처리 및 다층 오버레이 변조를 사용하는 자유 공간 광학 시스템은 여러 가지 이점을 제공할 것이다. 이 시스템은 매우 편리 할 것이다. 자유 공간 광학은 라스트 마일(last-mile) 연결 또는 두 건물 간의 연결에 대하여 무선 솔루션을 제공한다. 광섬유 케이블을 파거나 묻을 필요가 없다. 자유 공간 광학은 또한 RF 라이센스가 필요 없다. 이 시스템은 업그레이드가 가능하며, 그것의 개방형 인터페이스는 다양한 공급 업체의 장비를 지원한다. 이 시스템은 창 뒤에 설치할 수 있으므로 값 비싼 옥상을 설치할 필요가 없다. 또한 무선 주파수 간섭 또는 포화(saturation)에 영향을 받지 않는다. 이 시스템은 또한 매우 신속하다. 이 시스템은 초 당 2.5 기가비트의 데이터 처리량을 제공한다. 이는 두 위치 간에 파일을 전송할 수 있는 충분한 대역폭을 제공한다. 파일 크기가 커짐에 따라 자유 공간 광학은 이러한 파일을 효율적으로 전송하는 데 필요한 대역폭을 제공한다.Free space optical systems using orbital angular momentum processing and multilayer overlay modulation will provide several advantages. This system will be very convenient. Free space optics provide a wireless solution for last-mile connections or connections between two buildings. There is no need to dig or bury fiber optic cables. Free space optics also do not require an RF license. The system is upgradable and its open interface supports equipment from various vendors. The system can be installed behind a window, eliminating the need for expensive rooftops. It is also not affected by radio frequency interference or saturation. The system is also very quick. The system delivers 2.5 Gigabit data throughput per second. This provides enough bandwidth to transfer files between the two locations. As file sizes grow, free space optics provide the bandwidth needed to efficiently transfer these files.

자유 공간 광학은 또한 안전한 무선 솔루션을 제공한다. 레이저 빔은 스펙트럼 분석기 또는 RF 미터로 감지할 수 없다. 광선이 보이지 않으므로 찾는 것이 어렵다. 데이터를 전송하고 수신하는 데 사용되는 레이저 빔은 매우 좁다. 이는 전송되는 데이터를 가로 채는 것이 거의 불가능함을 의미한다. 데이터를 가로채기 위해서는, 수신기와 송신기 사이의 시야 내에 있어야 한다. 이 경우, 수신 사이트에서 연결이 끊어졌음을 경보할 것이다. 따라서, 자유 공간 광학 시스템에 최소한의 보안 업그레이드만 필요할 것이다.Free space optics also provide a secure wireless solution. Laser beams cannot be detected by spectrum analyzers or RF meters. It is difficult to find because the light is not visible. The laser beam used to transmit and receive data is very narrow. This means that it is almost impossible to intercept the transmitted data. To intercept data, it must be within the field of view between the receiver and the transmitter. In this case, you will be alerted that the connection is lost at the receiving site. Therefore, only minimal security upgrades will be required for free space optical systems.

그러나, 자유 공간 광학 시스템에는 몇 가지 약점이 있다. 자유 공간 광학 시스템의 거리는 매우 제한되어 있다. 현재 운영 거리는 약 2km 이내이다. 이것은 뛰어난 처리량을 갖춘 강력한 시스템이지만, 거리의 한계는 대규모 구현에 큰 장애물이다. 또한 모든 시스템은 전송 중에 항상 시야를 유지해야 한다. 환경이나 동물과 같은 장애물이 전송을 방해할 수 있다. 자유 공간 광학 기술은 자유 공간 광학 시스템 성능 용량에 영향을 줄 수 있는 대기의 변화에 대처하도록 설계되어야 한다.However, there are some drawbacks to free space optical systems. The distance of the free space optical system is very limited. The current operating distance is about 2 km. This is a powerful system with excellent throughput, but distance limitations are a major obstacle to large scale implementations. In addition, all systems must maintain visibility at all times during transmission. Obstacles such as the environment or animals can interfere with transmission. Free space optics technology must be designed to cope with changes in the atmosphere that can affect free space optical system performance capacity.

자유 공간 광학 시스템에 영향을 미칠 수 있는 것은 안개이다. 짙은 안개는 자유 공간 광학 시스템의 작동에 대한 주요 도전 과제이다. 비와 눈은 자유 공간 광학 기술에 거의 영향을 미치지 않지만 안개는 다르다. 안개는 직경이 수백 마이크로미터에 불과한 물방울로 이루어진 증기이지만, 흡수, 산란 및 반사의 조합을 통해 빛의 특성을 수정하거나 빛의 경로를 완전히 방해할 수 있다. 자유 공간 광 기반 무선 제품을 배포 할 때 안개에 대처하기 위한 주된 대답은 FSO 링크된 거리를 줄이고 네트워크 리던던시를 추가하는 네트워크 설계를 통한 것이다.It is fog that can affect free space optical systems. Dense fog is a major challenge for the operation of free space optical systems. Rain and snow have little effect on free space optics, but fog is different. Fog is steam consisting of droplets only a few hundred micrometers in diameter, but a combination of absorption, scattering, and reflection can modify the light's properties or completely obstruct its path. The main answer to fog when deploying free-space optical-based wireless products is through network design, which reduces FSO linked distances and adds network redundancy.

흡수는 다른 문제이다. 지구 대기에서 부유한 물 분자가 광자를 소화시킬 때 흡수가 발생한다. 이는 자유 공간 광학 빔의 출력 밀도(감쇠)를 감소시키고 시스템의 가용성에 직접적인 영향을 미친다. 흡수는 다른 파장보다 일부 파장에서 더 쉽게 발생한다. 그러나, 대기 조건을 기반으로 한 적절한 전력 사용과 공간 다이버시티(FSO 기반 장치 내의 다중 빔) 사용은 필요한 수준의 네트워크 가용성을 유지하는 데 도움이 된다.Absorption is another problem. Absorption occurs when water molecules suspended in the Earth's atmosphere digest photons. This reduces the power density (attenuation) of the free space optical beam and directly affects the availability of the system. Absorption occurs more easily at some wavelengths than at other wavelengths. However, proper power usage and space diversity (multi-beam in FSO-based devices) based on atmospheric conditions help maintain the required level of network availability.

태양 간섭도 문제이다. 자유 공간 광학 시스템은 더 큰 조리개 렌즈와 함께 고감도 수신기를 사용한다. 결과적으로, 자연 배경 광은 자유 공간 광학 신호 수신을 방해할 수 있다. 이것은 특히 강렬한 햇빛과 관련된 배경 방사선의 높은 수준의 경우에 그러하다. 경우에 따라, 태양이 수신기의 시야 내에 있을 때 직사광선이 몇 분 동안 링크 고장을 일으킬 수 있다. 그러나, 수신기가 태양 직사광선 조사 효과에 가장 민감한 시기는 쉽게 예측 될 수 있다. 장비의 직접 노출을 피할 수 없는 경우, 시야의 범위를 좁히거나 좁은 대역폭의 광 필터를 사용하면 시스템 성능을 향상시킬 수 있다. 유리 표면에서 반사되는 햇빛으로 인한 간섭도 가능하다. Solar interference is also a problem. Free space optical systems use high sensitivity receivers with larger aperture lenses. As a result, natural background light can interfere with free space optical signal reception. This is especially true for the high levels of background radiation associated with intense sunlight. In some cases, direct sunlight can cause link failure for several minutes when the sun is in the field of view of the receiver. However, it is easy to predict when the receiver is most sensitive to the effects of direct sunlight. If direct exposure to the equipment is unavoidable, narrowing the field of view or using a narrow bandwidth optical filter can improve system performance. Interference due to sunlight reflected from the glass surface is also possible.

산란 문제는 연결 가용성에도 영향을 줄 수 있다. 산란은 파장이 산란자와 충돌할 때 발생한다. 산란자의 물리적 크기가 산란의 유형을 결정한다. 산란자가 파장보다 작으면 이를 레일리 산란이라 한다. 산란자가 파장에 필적하는 크기인 경우, 이것은 미(Mie) 산란으로 알려져 있다. 산란이 파장보다 훨씬 클 때, 이는 비선택적 산란으로 알려져 있다. 산란 시, 흡수와 달리 에너지가 손실되지 않으며 장거리에서 빔 강도가 크게 감소할 수 있는 에너지의 방향성 재분배만 존재한다.Scattering problems can also affect connection availability. Scattering occurs when wavelengths collide with scatterers. The physical size of the spawner determines the type of spawning. If the scatterer is smaller than the wavelength, it is called Rayleigh scattering. If the scatterer is of a size comparable to the wavelength, this is known as Mie scattering. When scattering is much larger than the wavelength, it is known as nonselective scattering. In scattering, unlike absorption, there is no energy loss and there is only a directional redistribution of energy that can significantly reduce beam intensity over long distances.

나는 새나 건설 크레인과 같은 물리적 장애물은 일시적으로 단일 빔 자유 공간 광학 시스템을 차단할 수 있지만, 이는 단지 짧은 인터럽션을 유발하는 경향이 있다. 장애물이 움직이면 전송은 자동으로 쉽게 재개된다. 광 무선 제품은 멀티 빔(공간 다이버시티)을 사용하여 다른 대기 조건뿐만 아니라 일시적 장애를 처리하여 가용성을 높인다.I find that physical obstacles, such as birds or construction cranes, can temporarily block a single beam free space optical system, but this tends to cause only short interruptions. If the obstacle moves, the transmission automatically resumes easily. Optical wireless products use multi-beam (spatial diversity) to improve availability by handling transient disturbances as well as other atmospheric conditions.

건물의 움직임은 수신기와 송신기 정렬을 뒤엎을 수 있다. 자유 공간 광학 기반 광 무선 제품은 발산 광선을 사용하여 연결을 유지한다. 추적 메커니즘과 결합하면 다중 빔 FSO 기반 시스템이 훨씬 뛰어난 성능과 설치 단순성을 제공한다.Building movement can upset the receiver and transmitter alignment. Free-space optical-based optical radios use divergent rays to maintain connectivity. Combined with a tracking mechanism, a multi-beam FSO-based system offers much greater performance and simplicity of installation.

섬광(scintillation)은 지구에서 나오는 뜨거운 공기 또는 다른 공기 포켓 사이의 온도 변화를 만드는 난방 덕트와 같은 인공 장치로 인해 발생한다. 이는 신호 진폭의 변동을 야기할 수 있으며, 이로 인해 자유 공간 광학 기반 수신단에서 "이미지 댄싱"이 발생된다. 이 섬광 효과는 "굴절 난류"라 한다. 이것은 주로 광선에 두 가지 영향을 준다. 빔 방황은 빔보다 크지 않은 격렬한 소용돌이가 원인이다. 빔 확산은 대기를 통해 전파되는 광 빔의 확산이다.Scintillation is caused by artificial devices such as heating ducts that create temperature changes between hot air or other air pockets coming out of the earth. This can cause variations in signal amplitude, which results in "image dancing" at the free space optical based receiver. This glare effect is called "refractive turbulence". This mainly affects two things. Beam wander is caused by a violent vortex that is not larger than the beam. Beam diffusion is the diffusion of light beams that propagate through the atmosphere.

이제 도 49a 내지 도 49d를 참조하면, 광 링크 내에서 더 높은 데이터 용량을 달성하기 위해, 다중 데이터 채널들의 다중화로부터 추가적인 자유도가 이용되어야 한다. 또한, 두 가지 서로 다른 직교 다중화 기술을 함께 사용하면 시스템 성능과 대역폭을 크게 향상시킬 수 있다.Referring now to FIGS. 49A-49D, to achieve higher data capacity within the optical link, additional degrees of freedom must be used from multiplexing multiple data channels. In addition, using two different orthogonal multiplexing techniques together can significantly improve system performance and bandwidth.

이 가능성을 이용할 수 있는 하나의 멀티플렉싱 기술은 궤도 각 운동량(OBM)을 이용한 모드 분할 멀티플렉싱(MDM)이다. OAM 모드는 자유 공간 광학 시스템 또는 광섬유 시스템 내의 레이저 빔을 말하며, 파면에서 eilφ의 위상 항을 가지며, φ는 방위각이고 l은 OAM 값(토폴로지 전하)을 결정한다. 일반적으로 OAM 모드는 "도넛형" 링 형상의 강도 분포를 가지고 있다. 서로 다른 OAM 값을 지닌 다중 공간 배열 레이저 빔은 서로 직교하며 동일한 파장에서 여러 개의 독립적인 데이터 채널을 전송하는데 사용할 수 있다. 결과적으로 비트/S/Hz 측면에서 시스템 용량과 스펙트럼 효율이 크게 향상 될 수 있다. OAM을 사용하는 자유 공간 통신 링크는 100 Tbits/용량을 지원할 수 있다. 도 49a 내지 도 49b에 도시된 바와 같이 이를 구현하기 위한 다양한 기술들은 각각의 파장에서 다수의 상이한 OAM 값(4904)을 갖는 다중 빔(4902)의 조합을 포함한다. 따라서, 빔(4902)은 OAM 값, 즉, OAM1 및 OAM4를 포함한다. 빔(4906)은 OAM 값 2 및 OAM 값 5를 포함한다. 최종적으로, 빔(4908)은 OAM3 값 및 OAM6 값을 포함한다. 이제 도 49b를 참조하면, 양의 OAM 값(4912) 및 음의 OAM 값(4914)을 모두 갖는 제 1 OAM 값 그룹(4912)을 사용하는 단일 빔 파장(4910)이 도시되어 있다. 유사하게, OAM2 값은 동일한 파장(4910)에서 양의 값(4916) 및 음의 값(4918)을 가질 수 있다.One multiplexing technique that can exploit this possibility is mode division multiplexing (MDM) using orbital angular momentum (OBM). OAM mode refers to a laser beam in a free space optical system or a fiber optic system, having a phase term of e ilφ at the wavefront, φ is the azimuth and l determines the OAM value (topological charge). OAM mode generally has a strength distribution in the form of a "donut" ring. Multi-spatial array laser beams with different OAM values are orthogonal to each other and can be used to transmit multiple independent data channels at the same wavelength. As a result, system capacity and spectral efficiency can be greatly improved in terms of bits / S / Hz. Free space communication links using OAM can support 100 Tbits / capacity. Various techniques for implementing this, as shown in FIGS. 49A-49B, include a combination of multiple beams 4902 having a number of different OAM values 4904 at each wavelength. Thus, beam 4902 includes OAM values, ie OAM1 and OAM4. Beam 4906 includes OAM value 2 and OAM value 5. Finally, beam 4908 includes an OAM3 value and an OAM6 value. Referring now to FIG. 49B, a single beam wavelength 4910 is shown using a first group of OAM values 4912 having both a positive OAM value 4912 and a negative OAM value 4914. Similarly, the OAM2 value may have a positive value 4916 and a negative value 4918 at the same wavelength 4910.

도 49c는 OAM 값의 편광 다중화를 갖는 파장(4920)의 사용을 도시한다. 파장(4920)은 다중화된 다수의 OAM 값(4922)을 가질 수 있다. OAM 값에 왼손 또는 오른손 분극을 적용하여 사용 가능한 채널의 수를 더 늘릴 수 있다. 마지막으로, 도 49d는 다수의 OAM 값을 갖는 파장에 대한 두 그룹의 동심 링(4960, 4962)을 도시한다.49C illustrates the use of wavelength 4920 with polarization multiplexing of OAM values. Wavelength 4920 may have multiple multiplexed OAM values 4922. Left hand or right hand polarization can be applied to the OAM value to further increase the number of available channels. Finally, FIG. 49D shows two groups of concentric rings 4960 and 4962 for wavelengths having multiple OAM values.

파장 분할 다중화(WDM)는 광섬유 시스템 및 자유 공간 통신 시스템 모두에서 광통신 성능을 향상시키기 위해 널리 사용되어 왔다. OAM 모드 다중화 및 WDM은 시스템 용량의 극적인 증가를 달성하기 위해 결합 될 수 있도록 상호 직교한다. 이제 도 50를 참조하면, 각각의 WDM 채널(5002)이 다수의 직교 OAM 빔(5004)을 포함하는 시나리오가 도시되어 있다. 따라서, 궤도 각운동량과 파장 분할 다중화의 조합을 사용하여, 용량에 대한 통신 링크의 중요한 향상이 달성 될 수 있다.Wavelength division multiplexing (WDM) has been widely used to improve optical communication performance in both fiber optic systems and free space communication systems. OAM mode multiplexing and WDM are orthogonal to each other so that they can be combined to achieve a dramatic increase in system capacity. Referring now to FIG. 50, a scenario is illustrated where each WDM channel 5002 includes multiple orthogonal OAM beams 5004. Thus, using a combination of orbital angular momentum and wavelength division multiplexing, a significant improvement in the communication link to capacity can be achieved.

현재의 광통신 아키텍처는 상당한 라우팅 문제를 안고 있다. 자유 공간 광학 시스템과 함께 사용하기 위한 라우팅 프로토콜은 자유 공간 광학 시스템 내에서의 광통신 요구 사항을 고려해야 한다. 따라서, 자유 공간 광학 네트워크는 센서가 클러스터 헤드를 통해 기지국으로 멀티 홉 경로를 통해 데이터를 라우팅하는 방향 지정된 계층적 랜덤 섹터 기하 그래프로 모델링되어야 한다. 이것은 지역 근린 발견 및 기지국 업 링크 및 다운 링크 발견 알고리즘을 위한 새로운 효율적인 라우팅 알고리즘이다. 라우팅 프로토콜은 현재 기술 및 아키텍처 내에서 사용되는 O(n) 명령과 비교하여 각 노드에서 Olog(n) 스토리지를 주문해야 한다.Current optical communication architectures present significant routing problems. Routing protocols for use with free space optical systems must take into account the optical communication requirements within the free space optical system. Thus, the free space optical network must be modeled as a directed hierarchical random sector geometry graph in which sensors route data through multi-hop paths through the cluster head to the base station. This is a new efficient routing algorithm for local neighborhood discovery and base station uplink and downlink discovery algorithms. The routing protocol must order Olog (n) storage on each node compared to the O (n) commands used within current technology and architecture.

현재 라우팅 프로토콜은 링크 상태, 거리 벡터, 경로 벡터 또는 소스 라우팅을 기반으로 하며 새로운 라우팅 기술과 크게 다르다. 첫째, 현재 기술은 링크 중 일부가 양방향이라고 가정한다. 이것은 모든 링크가 단방향인 자유 공간 광 네트워크에서는 사실이 아니다. 둘째, 많은 현재 프로토콜은 라우팅 프로토콜이 모든 노드 쌍 사이의 다중 홉 통신을 지원하도록 설계된 특별 네트워크 용으로 설계되었다. 센서 네트워크의 목표는 센서 판독 값을 기지국으로 라우팅하는 것이다. 따라서 주요 트래픽 패턴은 애드혹(Ad Hoc) 네트워크의 트래픽 패턴과 다르다. 센서 네트워크에서, 노드 대 기지국, 기지국 대 노드 및 로컬 이웃 통신이 주로 사용된다.Current routing protocols are based on link state, distance vector, route vector, or source routing and are very different from the new routing technology. First, current technology assumes that some of the links are bidirectional. This is not true for free space optical networks where all links are unidirectional. Second, many current protocols are designed for special networks where routing protocols are designed to support multi-hop communication between all node pairs. The goal of the sensor network is to route sensor readings to the base station. Therefore, the main traffic pattern is different from that of the ad hoc network. In sensor networks, node-to-base stations, base station-to-node and local neighbor communications are mainly used.

최근 연구에서는 단방향 링크의 영향을 고려하여 링크 및 무선 애드혹 네트워크의 5 퍼센트 내지 10 퍼센트가 다양한 요인으로 인해 단방향성임을 보고했다. DSDV 및 AODV와 같은 라우팅 프로토콜은 이러한 단방향 링크를 암시적으로 무시하므로 역방향 경로 기술을 사용하므로 이 시나리오에서는 적절하지 않다. DSR, ZRP 또는 ZRL과 같은 다른 프로토콜은 단방향 링크를 감지 한 다음 그러한 링크에 대해 양방향 추상화를 제공함으로써 단방향성을 수용하도록 설계되거나 수정된다. 이제 도 51을 참조하면, 단방향성을 다루기 위한 가장 단순하고 가장 효율적인 솔루션은 역방향 채널상의 양방향 링크를 사용하여 단방향 링크에 대해 양방향성이 에뮬레이트되어 터널을 확립하는 터널링이다. 또한 터널링은 단방향 링크에서 수신된 터널링된 패킷에 대한 링크 계층 확인을 누르는 것만으로 수신 확인 패킷과 루핑의 파열을 방지한다. 그러나 터널링은 단방향 링크가 거의 없는 대부분의 양방향 네트워크에서 잘 작동한다.Recent studies have reported that 5 to 10 percent of link and wireless ad hoc networks are unidirectional due to various factors, taking into account the effects of unidirectional links. Routing protocols such as DSDV and AODV implicitly ignore these unidirectional links and therefore are not appropriate in this scenario because they use reverse path technology. Other protocols, such as DSR, ZRP, or ZRL, are designed or modified to accommodate unidirectional by detecting unidirectional links and then providing bidirectional abstraction over those links. Referring now to FIG. 51, the simplest and most efficient solution for dealing with unidirectionality is tunneling, which establishes a tunnel by bidirectional emulation for the unidirectional link using a bidirectional link on the reverse channel. Tunneling also prevents the bursting of acknowledgment packets and looping by simply pressing the link layer acknowledgment for tunneled packets received on the unidirectional link. However, tunneling works well for most bidirectional networks with few unidirectional links.

자유 공간 광 네트워크와 같은 단방향 링크만을 사용하는 네트워크 내에서, 51 및 52에 도시된 것과 같은 시스템이 더 적용 가능할 것이다. 단방향 네트워크 내의 노드는 정의된 단일 방향으로 노드(5100)로부터 송신하는 방향성 송신(5102)을 이용한다. 또한, 각 노드(5100)는 임의의 방향으로 노드에 오는 신호를 수신할 수 있는 무지향성 수신기(5104)를 포함한다. 또한, 전술한 바와 같이, 노드(5100)는 또한 0log(n) 저장 장치(5106)를 포함할 것이다. 따라서, 각 노드(5100)는 단방향 통신 링크만을 제공한다. 따라서, 도 52에 도시된 일련의 노드(5200)는 임의의 다른 노드(5200)와 단방향으로 통신할 수 있고, 상호 접속된 노드들의 시퀀스를 통해 하나의 데스크 위치로부터 다른 데스크 위치로 전달할 수 있다.Within a network using only unidirectional links, such as free space optical networks, systems such as those shown in 51 and 52 would be more applicable. Nodes in the unidirectional network utilize directional transmission 5102 that transmits from node 5100 in a defined single direction. Each node 5100 also includes an omni-directional receiver 5104 capable of receiving signals coming to the node in any direction. In addition, as noted above, node 5100 will also include 0log (n) storage 5106. Thus, each node 5100 provides only a unidirectional communication link. Thus, the series of nodes 5200 shown in FIG. 52 can unidirectionally communicate with any other node 5200 and can pass from one desk location to another through a sequence of interconnected nodes.

토폴로지 전하는 선형 또는 원형 편광을 위해 파장에 다중화 될 수 있다. 선형 편파의 경우, 수직 및 수평 편파상에서 토폴로지 전하는 다중화 될 것이다. 원형 편파의 경우 위상차 전하가 왼손 및 오른손 원형 편파에 다중화된다.Topological charge can be multiplexed on the wavelength for linear or circular polarization. In the case of linear polarization, the topological charges on the vertical and horizontal polarizations will be multiplexed. In the case of circular polarization, the retardation charge is multiplexed into the left hand and right hand circular polarizations.

토폴로지 전하는 적절하게 변화하는 굴절률을 생성하여, 특정 토폴로지 전하를 가진 빔의 비틀림을 야기하는 SLM상의 전압을 조정함으로써 도 17e에 도시된 것과 같은 나선형 위상 판(SPP), 위상 마스크 홀로그램 또는 공간 왜곡 변조기(SLM: Spatial Light Modulator)를 사용하여 생성될 수 있다. 서로 다른 토폴로지 전하는 생성되어 함께 섞어서 별도의 전하로 분리될 수 있다.Topological charge produces an appropriately varying refractive index, adjusting the voltage on the SLM causing distortion of the beam with a particular topological charge, such as a spiral phase plate (SPP), phase mask hologram, or spatial distortion modulator (as shown in FIG. 17E). It can be generated using SLM: Spatial Light Modulator. Different topological charges can be generated and mixed together to separate into separate charges.

스파이럴 위상 플레이트는 평면파(l = 0)를 특정 헬리시티(즉 l = +1)의 비틀린 파로 변환할 수 있으므로, QWP(Quarter Wave Plate)는 선형 편광(s = 0)을 원형 편광(즉, s = +1)으로 변환시킨다.Spiral phase plates can convert plane waves (l = 0) into torsional waves of a certain heli- city (i.e. l = +1), so the QWP (Quarter Wave Plate) converts linearly polarized light (s = 0) into circularly polarized light (i. = +1).

크로스 토크 및 다중 경로 간섭은 MIMO(Multiple-Input-Multiple-Output)를 사용하여 줄일 수 있다.Crosstalk and multipath interference can be reduced by using multiple-input-multiple-output (MIMO).

대부분의 채널 손상은 제어 또는 파일럿 채널을 사용하여 감지할 수 있으며 알고리즘 기술(폐 루프 제어 시스템)을 사용하여 수정할 수 있다.Most channel corruptions can be detected using control or pilot channels and corrected using algorithmic techniques (closed loop control systems).

실시간으로 자유 공간 광학 뿐만 아니라 RF에 토폴로지 전하의 다중화는 중복성과 더 나은 용량을 제공한다. 대기 방해 또는 섬광으로부터의 채널 손상이 정보 신호에 영향을 줄 때, 자유 공간 광학을 RF로 토글하고 실시간으로 되돌릴 수 있다. 이 접근법은 RF 신호뿐만 아니라 자유 공간 광학에서 여전히 비틀림 파를 사용한다. 대부분의 채널 손상은 제어 또는 파일럿 채널을 사용하여 감지할 수 있으며 알고리즘 기술(폐 루프 제어 시스템)을 사용하거나 RF와 자유 공간 광학을 전환하여 수정할 수 있다.In addition to free space optics in real time, multiplexing of topology charges to RF provides redundancy and better capacity. When atmospheric disturbances or channel damage from glare affect the information signal, the free space optics can be toggled to RF and returned in real time. This approach still uses torsional waves in free space optics as well as RF signals. Most channel damage can be detected using control or pilot channels and corrected using algorithmic techniques (closed loop control systems) or by switching RF and free space optics.

도 53에 도시된 또 다른 실시예에서, RF 신호 및 자유 공간 광학 모두는 듀얼 RF 및 자유 공간 광학기구(5302) 내에서 구현 될 수 있다. 이러한 듀얼 RF 및 자유 공간 광학기구(5302)는 다중 레벨 오버레이 변조로 궤도 각 운동량이 인가된 광파를 전송하는 자유 공간 광학 투영 부(5304) 및 RF 신호(5310)에 대한 궤도 각 운동량 및 다층 오버레이를 갖는 정보를 전송하는데 필요한 회로를 포함하는 RF 부(5306)를 포함한다. 듀얼 RF 및 자유 공간 광학기구(5302)는 동작 조건에 따라 자유 공간 광학 신호(5308)와 RF 신호(5310) 사이에서 실시간으로 다중화 될 수 있다. 일부 상황에서, 자유 공간 광학 신호(5308)는 데이터를 전송하는데 가장 적합할 것이다. 다른 상황에서, 자유 공간 광학 신호(5308)는 이용 가능하지 않고, RF 신호(5310)는 데이터를 송신하기에 가장 적절할 것이다. 듀얼 RF 및 자유 공간 광학기구(5302)는 이용 가능한 동작 조건들에 기초하여 이들 2 개의 신호들 사이에서 실시간으로 멀티플렉싱할 수 있다.In another embodiment shown in FIG. 53, both the RF signal and free space optics may be implemented within dual RF and free space optics 5302. The dual RF and free-space optics 5302 provide orbital angular momentum and multi-layer overlay for the RF signal 5310 and the free-space optical projection unit 5304 that transmits the light waves to which the orbital angular momentum is applied by multi-level overlay modulation. And an RF unit 5308 including circuitry necessary for transmitting information having the same. The dual RF and free space optics 5302 may be multiplexed in real time between the free space optical signal 5308 and the RF signal 5310 according to operating conditions. In some situations, free space optical signal 5308 will be best suited for transmitting data. In other situations, free space optical signal 5308 is not available and RF signal 5310 will be most suitable for transmitting data. Dual RF and free space optics 5302 can multiplex in real time between these two signals based on available operating conditions.

실시간으로 자유 공간 광학 뿐만 아니라 RF에 토폴로지 전하를 멀티플렉싱 하는 것은 리던던시 및 더 나은 용량을 제공한다. 대기 방해 또는 섬광으로부터의 채널 손상이 정보 신호에 영향을 줄 때, 자유 공간 광학을 RF로 토글하고 실시간으로 되돌릴 수 있다. 이 접근법은 RF 신호뿐만 아니라 자유 공간 광학에서 여전히 비틀림 파를 사용한다. 대부분의 채널 손상은 제어 또는 파일럿 채널을 사용하여 감지할 수 있으며 알고리즘 기술(폐 루프 제어 시스템)을 사용하거나 RF와 자유 공간 광학을 전환하여 수정할 수 있다.Multiplexing the topological charge in RF as well as free space optics in real time provides redundancy and better capacity. When atmospheric disturbances or channel damage from glare affect the information signal, the free space optics can be toggled to RF and returned in real time. This approach still uses torsional waves in free space optics as well as RF signals. Most channel damage can be detected using control or pilot channels and corrected using algorithmic techniques (closed loop control systems) or by switching RF and free space optics.

이제 도 54을 참조하면, 창 또는 벽을 통한 신호의 송신을 위해 VCSEL을 사용하는 대신에, 혼 또는 원뿔형 안테나가 창 또는 벽을 통한 신호의 송신에 사용되는 대안의 실시예가 도시되어 있다. 혼 안테나를 통해 전송된 신호는 창/벽을 통한 신호의 전송으로 인한 손실을 극복하기 위해 전송을 위해 증폭된다. 이 장치는 구멍을 뚫지 않고 창이나 벽을 통해 광학 또는 RF 터널을 제공한다. 밀리미터파 전송 시스템(5402)은 창 또는 벽(5406) 외부에 위치한 외측부(5404) 및 벽 또는 창 내부에 위치한 내측부(5408)를 포함한다. 외측부(5404)는 신호를 외부 소스로 송신 및 수신하기 위한 안테나(5410)를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 안테나는 28 GHz 안테나를 포함한다. 그러나, 당업자는 다른 안테나 동작 대역폭이 이용될 수 있음을 알 것이다.Referring now to FIG. 54, an alternative embodiment is shown where a horn or conical antenna is used for the transmission of a signal through the window or wall, instead of using the VCSEL for the transmission of the signal through the window or wall. The signal transmitted through the horn antenna is amplified for transmission to overcome the losses due to the transmission of the signal through the window / wall. The device provides an optical or RF tunnel through a window or wall without drilling a hole. Millimeter wave transmission system 5402 includes an outer portion 5404 located outside the window or wall 5406 and an inner portion 5408 located inside the wall or window. The outer portion 5404 includes an antenna 5410 for transmitting and receiving signals to an external source. In a preferred embodiment, the antenna comprises a 28 GHz antenna. However, those skilled in the art will appreciate that other antenna operating bandwidths may be used.

송신 및 수신된 신호는 28 GHz 서큘레이터(5412)에서 처리된다. 서큘레이터(5412)는 외측부(5404) 내의 3개의 포트 사이를 스위칭하기 위한 RF 스위치를 포함하고 양호한 절연을 갖는다. 서큘레이터(5412) 내에서 포트 2에서 입력된 신호는 포트 3에서 출력되고 포트 1에서 입력된 신호는 포트 2로 출력된다. 따라서, 안테나(5410)에 의해 수신된 신호는 서큘레이터(5412)의 포트 2에 제공되어 포트 3에 출력된다. 포트 3 신호는 전력증폭기(5414)의 입력에 제공된다. 마찬가지로, 전력 증폭기(5416)의 출력은 안테나(5410)에 의한 송신을 위해 서큘레이터(5412)의 포트 2에 송신 신호가 제공되도록 입력 포트(1)에 접속된다.The transmitted and received signals are processed at 28 GHz circulator 5412. Circulator 5412 includes an RF switch for switching between three ports in outer portion 5404 and has good isolation. The signal input at port 2 in circulator 5412 is output at port 3 and the signal input at port 1 is output to port 2. Thus, the signal received by antenna 5410 is provided to port 2 of circulator 5412 and output to port 3. Port 3 signal is provided to an input of a power amplifier 5414. Similarly, the output of power amplifier 5416 is connected to input port 1 such that a transmission signal is provided to port 2 of circulator 5412 for transmission by antenna 5410.

전력 증폭기(5412)는 창 또는 벽을 통한 송신을 위해 신호 세기를 증폭시킨다. 전력 증폭기(5414)로부터 출력된 신호는 혼 안테나(5418)에 제공된다. 혼 안테나(5418)는 창 또는 벽(5406)을 통해 전력 증폭기(5414)로부터 수신된 혼 안테나(5420)에 제공된 RF 신호로 전송한다. 혼 안테나는 24GHz에서부터 전자 대역까지의 넓은 주파수 대역에서 송수신할 수 있다. 이 범위 내에서 혼 안테나에 대한 특정 동작 대역이 이용된다. 이 대역에는 24 GHz 대역; 8GHz A1 대역; 28 GHz B1, A3 및 B2 대역; 31 GHz 대역 및 39 GHz 대역을 포함하지만, 이에 국한되지는 않는다. 혼 안테나는 또한 예를 들어 10dB 또는 20dB의 이득을 제공하기 위해 상이한 크기 일 수 있다.Power amplifier 5412 amplifies signal strength for transmission through a window or wall. The signal output from the power amplifier 5414 is provided to the horn antenna 5418. Horn antenna 5418 transmits via a window or wall 5406 to an RF signal provided to horn antenna 5520 received from power amplifier 5414. The horn antenna can transmit and receive in a wide frequency band from 24 GHz to the electronic band. Within this range a specific operating band for the horn antenna is used. This band includes the 24 GHz band; 8 GHz A1 band; 28 GHz B1, A3 and B2 bands; Including but not limited to the 31 GHz band and the 39 GHz band. Horn antennas may also be of different sizes, for example to provide a gain of 10 dB or 20 dB.

수신된 신호는 복조를 위해 혼 안테나(5420)로부터 복조 회로(5422)로 출력된다. 복조기(5422)는 안테나(5420)로부터의 수신 신호를 수신하는 것 이외에, 위상 동기 루프/국부 발진기(5424)로부터 출력된 신호를 수신한다. 위상 동기 루프/국부 발진기(5424)는 클록 생성 회로(5426)에 응답하여 제어된다. 복조된 신호는 복조기(5422)로부터 아날로그-디지털 변환기(5428)로 제공되어 디지털 출력을 생성한다. 디지털 신호는 라우터(5432)를 통해 구조 내의 적절한 수신 측으로 라우팅된다. The received signal is output from horn antenna 5520 to demodulation circuit 5542 for demodulation. The demodulator 5542 receives a signal output from the phase locked loop / local oscillator 5424 in addition to receiving the received signal from the antenna 5520. Phase locked loop / local oscillator 5624 is controlled in response to clock generation circuit 5526. The demodulated signal is provided from demodulator 5542 to analog-to-digital converter 5428 to produce a digital output. The digital signal is routed through router 5432 to the appropriate receiving side in the structure.

전송될 신호는 라우터(5430)에서 건물 내부로부터 수신된다. 라우터(5430)는 디지털 신호를 아날로그 포맷으로 변환하는 디지털-아날로그 변환기(5432)에 디지털 신호를 제공한다. 아날로그 신호는 변조기(5434)에 의해 다음으로 변조된다. 변조기(5434)는 클록 생성 회로(5426)의 제어하에 위상 동기 루프/국부 발진기(5424)로부터의 입력에 응답하여 신호를 변조한다. 변조기(5434)로부터 변조된 신호는 혼 안테나(5436)를 사용하여 창/벽(5406)을 통해 전송된다. 혼 안테나(5436)에 의해 송신된 신호는 외부에 위치된 수신 혼 안테나(5438)에 의해 수신된다. 혼 안테나(5438)의 출력은 전력 증폭기(5416)의 입력에 제공되고, 전력 증폭기(5416)는 서큘레이터(5412)를 통과한 후에 안테나(5410)로부터의 송신을 위해 신호를 증폭한다. 상기 설명은 창/벽을 통한 전송을 위한 혼 안테나의 사용과 관련하여 이루어졌지만, 원뿔 안테나 또한 창 또는 벽을 통한 전송을 위해 사용될 수 있다.The signal to be transmitted is received from inside the building at the router 5430. Router 5430 provides a digital signal to a digital-to-analog converter 5432 that converts the digital signal into an analog format. The analog signal is next modulated by modulator 5434. The modulator 5342 modulates the signal in response to an input from the phase locked loop / local oscillator 5424 under the control of the clock generation circuit 5526. The modulated signal from modulator 5342 is transmitted through window / wall 5406 using horn antenna 5434. The signal transmitted by the horn antenna 5436 is received by an externally located receive horn antenna 5438. The output of horn antenna 5438 is provided at the input of power amplifier 5416, which amplifies the signal for transmission from antenna 5410 after passing through circulator 5412. Although the above description has been made in connection with the use of a horn antenna for transmission through a window / wall, conical antennas can also be used for transmission through a window or wall.

이제 도 55을 참조하면, 송신 안테나(5410)와 내측부(5408) 내의 수신 회로 사이의 다운 링크 손실이 도시되어 있다. 신호는 -110 dBm에서 수신된다. 수신 안테나의 이득은 45dB이고 손실은 2dB이다. 따라서, 수신 안테나(5410)로부터 출력된 신호는 -67dBm의 세기를 갖는다. 서큘레이터(5412)는 2dB의 손실을 가지며, 서큘레이터(5412)로부터의 신호는 -69dBm의 강도를 갖는다. 전력증폭기(5414)는 27dB를 제공하여 창/벽을 가로 지르는 전송을 위해 신호를 -42dBm까지 부스트한다. 혼 안테나(5418)는 32dBm에서 신호를 전송하기 위해 10dBi의 이득을 제공한다. 창/벽은 대략 40dB의 손실을 제공한다. 수신 혼 안테나(5420)는 -72dBm에서 신호를 수신하고 -62dBm의 수신 신호를 내부 회로 구성요소에 출력하기 위해 10dBi의 이득을 제공한다.Referring now to FIG. 55, downlink loss between the transmit antenna 5410 and the receive circuitry in the inner portion 5408 is shown. The signal is received at -110 dBm. The gain of the receive antenna is 45dB and the loss is 2dB. Thus, the signal output from the receive antenna 5410 has an intensity of -67 dBm. Circulator 5412 has a loss of 2 dB and the signal from circulator 5412 has an intensity of -69 dBm. Power amplifier 5414 provides 27 dB to boost the signal to -42 dBm for transmission across the window / wall. Horn antenna 5418 provides a gain of 10 dBi for transmitting signals at 32 dBm. The window / wall provides about 40dB of loss. Receive horn antenna 5520 provides a gain of 10 dBi for receiving a signal at -72 dBm and outputting a -62 dBm received signal to internal circuit components.

이제 도 56을 참조하면, 전력 증폭기가 창/벽(5406) 외부에 위치 될 때 업 링크 신호 강도가 도시된다. 송신된 신호는 혼 안테나(5436)의 입력에 도달하기 전에 18 dBm의 강도를 갖는다. 안테나(5436)는 28 dBm에서 신호를 전송하기 위해 10 dBi의 이득을 제공한다. 창/벽(5406)은 신호 강도를 -12dB로 떨어뜨리는 대략 40dB의 전체 손실을 유발한다. 혼 안테나(5438)는 신호에 10dBi 이득을 제공하고 -2dBm에서 신호를 출력한다. 전력 증폭기(5416)는 24dBm의 신호를 서큘레이터(5412)의 포트 1 입력에 출력하기 위해 26dB의 이득을 제공한다. 전력 서큘레이터(5412)는 신호를 22dBm에서 안테나(5410)로 출력하기 위해 2dB의 추가 손실을 제공한다. 신호는 45dB의 이득 및 2dB의 손실을 갖는 안테나(5410)로부터 송신되어 65dBm의 송신된 신호 강도를 제공한다.Referring now to FIG. 56, the uplink signal strength is shown when the power amplifier is located outside the window / wall 5406. The transmitted signal has an intensity of 18 dBm before reaching the input of the horn antenna 5436. Antenna 5436 provides a gain of 10 dBi for transmitting signals at 28 dBm. Window / wall 5406 causes an overall loss of approximately 40 dB, dropping the signal strength to -12 dB. Horn antenna 5438 provides a 10 dBi gain in the signal and outputs the signal at -2 dBm. The power amplifier 5416 provides a gain of 26 dB for outputting a signal of 24 dBm to the Port 1 input of the circulator 5412. Power circulator 5412 provides an additional loss of 2 dB to output the signal to antenna 5410 at 22 dBm. The signal is transmitted from antenna 5410 with a gain of 45 dB and a loss of 2 dB to provide a transmitted signal strength of 65 dBm.

이제 도 57를 참조하면, 전력 증폭기(5702)가 건물의 내부에 위치 될 때 업 링크 신호 세기가 도시된다. 내부 전력 증폭기(5702)는 내부 단말기로부터 더 많은 전력이 전송될 필요가 있을 때 사용된다. 전력 증폭기(5702)에 입력되기 전에, 신호는 건물 내에서 18 dBm의 강도를 갖는다. 전력 증폭기(5702)는 혼 안테나(5436)의 입력에 44dBm에서 신호를 전송하기 위해 26dB 이득을 제공한다. 혼 안테나(5436)는 10dBi 이득을 제공하고 송신 RF 신호는 54dBm이다. 송신된 신호는 창/벽(5404)을 통해 대략 40dB 손실을 겪게 되고, 이는 창/벽(5404)의 외측부에서 14dBm으로 신호 강도를 떨어뜨린다. 수신 혼 안테나(5438)는 10dBi의 이득을 제공하여 서큘레이터(5412)의 포트 1에 제공되는 혼 안테나(5438)의 출력에서 신호 세기를 24dBm으로 증가시킨다. 서큘레이터(5412)는 2dB의 손실로 인해 신호 강도가 22dBm으로 떨어진다. 송신 안테나(5410)는 45dB의 추가 이득 및 2dB의 손실을 제공하여 65dBm의 송신된 출력 신호 강도를 제공한다.Referring now to FIG. 57, the uplink signal strength is shown when the power amplifier 5702 is located inside the building. Internal power amplifier 5702 is used when more power needs to be transmitted from an internal terminal. Before being input to the power amplifier 5702, the signal has an intensity of 18 dBm in the building. Power amplifier 5702 provides a 26 dB gain to transmit a signal at 44 dBm to the input of horn antenna 5436. Horn antenna 5436 provides a 10 dBi gain and the transmit RF signal is 54 dBm. The transmitted signal suffers approximately 40 dB loss through window / wall 5404, which drops signal strength to 14 dBm outside of window / wall 5404. Receive horn antenna 5438 provides a gain of 10 dBi to increase the signal strength to 24 dBm at the output of horn antenna 5438 provided to port 1 of circulator 5412. Circulator 5412 has a signal strength drop of 22 dBm due to a loss of 2 dB. Transmit antenna 5410 provides an additional gain of 45 dB and a loss of 2 dB to provide a transmitted output signal strength of 65 dBm.

이제 도 58을 참조하면, 전력 증폭기가 포함되지 않은 경우의 다운 링크에서의 이득 및 손실이 도시되어 있다. -103dBm 강도를 갖는 신호는 안테나(5410)에 의해 수신된다. 안테나(5410)는 45dB의 이득 및 2dB의 손실을 제공한다. 이는 서큘레이터(5412)의 포트 2에 입력되는 안테나(5410)의 출력에서 58 DBM 신호를 제공한다. 서큘레이터(5412)는 20 dBi의 이득을 제공하는 혼 안테나(5418)의 입력에 제공되는 포트 3으로부터 -62 dBm 신호를 제공하는 신호에 추가 2 dB 손실을 제공한다. 혼 안테나(5418)로부터 창/벽(5406)을 통해 -42dBm의 값을 갖는 신호가 송신된다. 창/벽(5406)은 수신된 혼 안테나(5420)에서 -82dBm 신호를 제공하는 송신 신호에 40dB 손실을 제공한다. 혼 안테나(5420)는 장치의 내측부(5408)의 나머지 회로에 -62dBm에서 출력되는 신호에 추가 20dBi 이득을 제공한다.Referring now to FIG. 58, the gain and loss in the downlink when no power amplifier is included is shown. A signal with a -103 dBm strength is received by the antenna 5410. Antenna 5410 provides a gain of 45 dB and a loss of 2 dB. This provides a 58 DBM signal at the output of antenna 5410 input to port 2 of circulator 5412. Circulator 5412 provides an additional 2 dB loss to the signal providing a -62 dBm signal from port 3 provided at the input of horn antenna 5518 providing a gain of 20 dBi. A signal having a value of -42 dBm is transmitted from the horn antenna 5418 through the window / wall 5406. Window / wall 5406 provides a 40 dB loss to the transmit signal providing a -82 dBm signal at the received horn antenna 5520. Horn antenna 5520 provides an additional 20 dBi gain for the signal output at -62 dBm to the remaining circuitry of the inner portion 5408 of the device.

이제 도 59을 참조하면, 전력 증폭기가 제공되지 않을 때 업 링크의 다양한 지점에서의 신호 강도가 도시된다. 송신된 신호는 18dBm의 강도로 혼 안테나(5432)의 입력에 제공된다. 혼 안테나(5432)는 창/벽(5406)을 통해 38dBm의 신호를 출력하기 위해 20dBi의 이득을 제공한다. 창(5406)은 수신 혼 안테나(5438)가 -2dB에서 신호를 수신하도록 신호에 40dB 손실을 야기한다. 수신 혼 안테나(5438)는 20dBi의 이득으로 신호를 18dBm까지 증폭시킨다. 18dBm 신호는 서큘레이터(5412)의 포트 1에 입력된다. 서큘레이터(5412)는 58dBm에서 포트 2를 통해 출력되는 신호에 2dB 손실을 유발한다. 송신 안테나는 45dB의 이득과 2dB의 손실을 가져 안테나에서 전송된 신호를 59dBm으로 만든다.Referring now to FIG. 59, the signal strength at various points in the uplink when the power amplifier is not provided is shown. The transmitted signal is provided to the input of the horn antenna 5432 at an intensity of 18 dBm. Horn antenna 5432 provides a gain of 20 dBi for outputting a signal of 38 dBm through window / wall 5406. Window 5406 causes a 40 dB loss in signal so that receive horn antenna 5438 receives the signal at -2 dB. Receive horn antenna 5438 amplifies the signal to 18 dBm with a gain of 20 dBi. The 18 dBm signal is input to port 1 of circulator 5412. Circulator 5412 causes a 2 dB loss in the signal output through port 2 at 58 dBm. The transmit antenna has a gain of 45dB and a loss of 2dB, making the signal transmitted from the antenna to 59dBm.

창/벽 및 다양한 시스템 구성요소에 대한 상술한 dB 손실은 모두 대략적인 값이다. 다른 dB 손실 값 및 이득을 포함하는 시스템이 또한 본 명세서에 기술된 실시예와 관련하여 사용될 수 있다. 특정 벽 또는 창 및 관련 시스템 구성요소와 관련될 dB 손실을 판정하는 방식은 당업자에게 알려져 있을 것이다. dB값이 결정될 수 있는 방식의 일례는 각각 참조로서 본 명세서에 통합된 "실내 침투를 위한 밀리미터파의 재생성, 재전송(REGENERATION, RETRANSMISSION OF MILLIMETER WAVES FOR INDOOR PENETRATION)"란 제목의 2016년 8월 1일에 출원된 미국 가출원 번호 62/369,393 및 "혼 안테나를 이용한 건물 침투를 위한 밀리미터파의 재생성, 재전송(REGENERATION, RETRANSMISSION OF MILLIMETER WAVES FOR BUILDING PENETRATION USING HORN ANTENNAS)"란 제목의 2016년 11월 22일에 출원된 미국 가출원 번호 62/425,432에 기재되어 있다. The dB losses described above for windows / walls and various system components are all approximate. Systems including other dB loss values and gains may also be used in connection with the embodiments described herein. It will be known to those skilled in the art how to determine the dB loss to be associated with a particular wall or window and related system components. One example of how the dB value can be determined is August 1, 2016, entitled "REGENERATION, RETRANSMISSION OF MILLIMETER WAVES FOR INDOOR PENETRATION," incorporated herein by reference, respectively. On November 22, 2016, filed in U.S. Provisional Application No. 62 / 369,393 and entitled "REGENERATION, RETRANSMISSION OF MILLIMETER WAVES FOR BUILDING PENETRATION USING HORN ANTENNAS." US Provisional Application No. 62 / 425,432, filed.

(혼 안테나)(Horn antenna)

이제 도 60을 참조하면, 혼 안테나가 창 또는 벽을 통한 신호의 전송을 위해 사용되는 또 다른 대안적인 실시예가 도시되어 있다. 전술한 바와 같이, 밀리미터파 전송 시스템(5402)은 창 또는 벽(5406)의 외부에 위치한 외측부(5404) 및 벽 또는 창 내부에 위치한 내측부(5408)를 포함한다. 외측부(5404)는 신호를 외부 소스에 송신 및 수신하기 위한 안테나(5410)를 포함한다. Referring now to FIG. 60, another alternative embodiment is shown in which a horn antenna is used for the transmission of a signal through a window or wall. As mentioned above, the millimeter wave transmission system 5402 includes an outer portion 5404 located outside of the window or wall 5406 and an inner portion 5408 located inside the wall or window. The outer portion 5404 includes an antenna 5410 for transmitting and receiving signals to an external source.

송신 및 수신된 신호는 28 GHz 서큘레이터(5412)에서 처리된다. 포트 3 신호는 전력 증폭기(5414)의 입력에 제공된다. 마찬가지로, 전력 증폭기(5416)의 출력은 안테나(5410)에 의한 송신을 위해 서큘레이터(5412)의 포트 2에 송신 신호가 제공되도록 입력 포트(1)에 접속된다. 전력 증폭기(5414)로부터 출력된 신호는 28 GHz 혼 안테나(5418)에 제공된다. 혼 안테나(5418)는 전력 증폭기(5414)로부터 창 또는 벽(5406)을 통해 수신 혼 안테나(5420)에 제공된 RF 신호로 전송된다. 수신 신호는 혼 안테나(5420)로부터 복조를 위해 변조기 회로(5422)로 출력된다. 복조기(5422)는 안테나(5420)로부터의 수신 신호를 수신하는 것 이외에, 위상 동기 루프/국부 발진기(5424)로부터 출력된 신호를 수신한다. 위상 동기 루프/국부 발진기(5424)는 클록 생성 회로(5426)에 응답하여 제어된다. 복조된 신호는 복조기(5422)로부터 아날로그-디지털 변환기(5428)로 제공된다. 디지털 신호는 라우터(5432)를 통해 적절한 수신 측으로 라우팅된다.The transmitted and received signals are processed at 28 GHz circulator 5412. The port 3 signal is provided to the input of the power amplifier 5414. Similarly, the output of power amplifier 5416 is connected to input port 1 such that a transmission signal is provided to port 2 of circulator 5412 for transmission by antenna 5410. The signal output from the power amplifier 5414 is provided to a 28 GHz horn antenna 5418. Horn antenna 5418 is transmitted from power amplifier 5414 via a window or wall 5406 to an RF signal provided to receive horn antenna 5520. The received signal is output from horn antenna 5520 to modulator circuit 5242 for demodulation. The demodulator 5542 receives a signal output from the phase locked loop / local oscillator 5424 in addition to receiving the received signal from the antenna 5520. Phase locked loop / local oscillator 5624 is controlled in response to clock generation circuit 5526. The demodulated signal is provided from the demodulator 5542 to the analog-to-digital converter 5428. The digital signal is routed through router 5432 to the appropriate receiver.

전송될 신호는 라우터(5430)에서 건물 내부로부터 수신된다. 일 실시예에서, 이는 Wi-Fi 라우터를 포함할 것이다. 라우터(5430)는 디지털 신호를 디지털 아날로그 변환기(5432)에 제공하여 신호를 아날로그 형식으로 변환한다. 아날로그 신호는 변조기(5434)에 의해 변조된다. 변조기(5434)는 클록 생성 회로(5426)의 제어하에 위상 동기 루프/국부 발진기(5424)로부터의 입력에 응답하여 신호를 변조한다. 변조기(5434)로부터 변조된 신호는 혼 안테나(5436)를 통해 창/벽(5406)을 통해 출력된다. 이 신호는 혼 안테나(5436)에 의해 송신되거나 외부에 위치된 수신 혼 안테나(5438)에 의해 수신된다. 혼 안테나(5438)의 출력은 서큘레이터(5412)를 통과한 후에 안테나(5410)로부터의 송신을 위해 신호를 증폭하는 입력 전력 증폭기(5416)에 제공된다.The signal to be transmitted is received from inside the building at the router 5430. In one embodiment, this will include a Wi-Fi router. Router 5430 provides a digital signal to digital analog converter 5432 to convert the signal into an analog format. The analog signal is modulated by modulator 5434. The modulator 5342 modulates the signal in response to an input from the phase locked loop / local oscillator 5424 under the control of the clock generation circuit 5526. The modulated signal from modulator 5342 is output through window / wall 5406 via horn antenna 5434. This signal is transmitted by the horn antenna 5438 or by an externally located receive horn antenna 5438. The output of horn antenna 5438 is provided to input power amplifier 5416 which amplifies the signal for transmission from antenna 5410 after passing through circulator 5412.

혼 안테나(5418, 5420, 5436 및 5438)는 20dB까지의 높은 이득을 가질 수 있다. 이 안테나의 안테나 패턴에는 사이드 로브(side lobes)와 프론트 로브(front lobe)가 있다. 앞쪽 돌출부는 수신 안테나쪽으로 투사된다. 주변 환경을 혼 안테나(5418, 5420, 5436 및 5438)의 사이드 로브로부터의 방사로부터 차폐하기 위해, 차폐부(6002)가 혼 안테나 위에 추가되어 장치 부근의 환경에 대한 적절한 보호를 제공할 수 있다. 차폐 부(6002)는 주위 환경으로부터의 신호를 차단하는 흡수체로서 작용하며, 차폐 엔클로저(6002) 내에 포함된 국부적인 영역에 혼 안테나의 방출을 포함시키고 흡수하는 데 필요한 임의의 재료를 포함할 수 있다.Horn antennas 5418, 5420, 5436 and 5438 may have high gains of up to 20 dB. The antenna pattern of this antenna has side lobes and front lobes. The front protrusion is projected toward the receiving antenna. In order to shield the surrounding environment from radiation from the side lobes of the horn antennas 5518, 5420, 5436 and 5438, a shield 6002 can be added above the horn antenna to provide adequate protection for the environment near the device. Shield 6002 acts as an absorber to block signals from the surrounding environment and may include any material necessary to include and absorb the emission of the horn antenna in the local area contained within shield enclosure 6002. .

(패치 안테나)(Patch antenna)

이제 도 61을 참조하면, 창 또는 벽(6104)을 통한 신호의 전송을 위해 패치 안테나(6102)를 사용하는 대안의 실시예가 도시되어 있다. 패치 안테나(6102)를 통해 전송된 신호는 창 또는 벽(6104)을 통해 신호를 전송하기 위해 전술한 방식 중 하나로 처리된다. 패치 안테나(6102)는 지향성 무선파 빔을 생성하여 저-방사율 유리 또는 벽을 통해 터널링한다. 이 장치는 임의의 구멍을 드릴로 뚫거나 또는 일부 유형의 신호 투과성 포털의 생성을 요구하지 않고 창 또는 벽(6104)을 통해 광 또는 RF 터널을 제공한다. 밀리미터파 전송 시스템(6100)은 창 또는 벽(6104)의 외부에 위치한 외부 부분(6106) 및 창 또는 벽(6104)의 내부에 위치한 내부 부분(6108)을 포함한다. 외부 부분(6106)은 기지국과 같은 외부 소스로 신호를 송수신하기 위한 안테나(6110)를 포함한다. 기지국과 안테나 사이의 링크 버짓이 충족되어야 한다. 바람직한 실시예에서, 안테나는 28Hz 안테나를 포함한다. 그러나, 24 GHz, 39 GHz, 60 GHz 및 기타 대역폭과 같은 다른 안테나 동작 대역폭이 이용될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다.Referring now to FIG. 61, there is shown an alternative embodiment of using a patch antenna 6102 for the transmission of a signal through a window or wall 6104. The signal transmitted via patch antenna 6102 is processed in one of the manners described above for transmitting the signal through window or wall 6104. Patch antenna 6102 generates a directional radio wave beam to tunnel through the low-emissivity glass or wall. The device provides a light or RF tunnel through the window or wall 6104 without drilling any hole or requiring the creation of some type of signal transmissive portal. Millimeter wave transmission system 6100 includes an outer portion 6106 located outside of window or wall 6104 and an inner portion 6108 located inside of window or wall 6104. The outer portion 6106 includes an antenna 6110 for transmitting and receiving signals to an external source, such as a base station. The link budget between the base station and the antenna must be satisfied. In a preferred embodiment, the antenna comprises a 28 Hz antenna. However, it will be understood by those skilled in the art that other antenna operating bandwidths such as 24 GHz, 39 GHz, 60 GHz and other bandwidths may be used.

안테나(6110)에서 수신된 송수신 신호는 내부(6108)로부터 제공되어 송수신기 처리 회로(6112)에 의해 처리된다. 송수신기 처리 회로(6112)는 수신된 신호를 안테나(6110)에 배치하거나 또는 전술한 건물의 내부(6108)로부터 수신된 신호를 배치하여 창 또는 벽(6104)을 통한 그들의 전송을 가능하게 하거나 또는 안테나(6110)를 통한 외부 전송을 위해 창 또는 벽(6104)을 통과할 수 있는 포맷으로부터 변환하기 위해 전술한 임의의 회로를 포함할 수 있다. 송수신기 처리 회로(6112)는 유리 및 벽을 관통할 수 있고 또한 안테나 어레이를 사용하여 증폭될 수 있는 더 낮은 주파수의 EM 파로 주파수를 다운 컨버팅할 수 있다. 송수신기 처리 회로(6112) 내의 컴포넌트들은 RF 서큘레이터, 전력 증폭기, 업 다운 컨버터, RF 전송 회로, 광 전송 회로 등과 같은 것들을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. The transmit and receive signals received at the antenna 6110 are provided from the interior 6108 and processed by the transceiver processing circuit 6112. The transceiver processing circuit 6112 places the received signals in the antenna 6110 or places the signals received from the interior 6108 of the building described above to enable their transmission through the window or wall 6104 or the antenna Any circuit described above may be included to convert from a format that may pass through the window or wall 6104 for external transmission through 6110. The transceiver processing circuit 6112 can downconvert the frequency to a lower frequency EM wave that can penetrate glass and walls and can also be amplified using an antenna array. Components in the transceiver processing circuit 6112 may include, but are not limited to, RF circulators, power amplifiers, up-down converters, RF transmission circuits, optical transmission circuits, and the like.

송수신기 처리 회로(6112)는 신호를 창 또는 벽(6104)을 통한 전송을 위한 포맷으로 배치한다. 라인(6114) 상으로 송수신기 처리 회로(6112)로부터 출력된 신호는 패치 안테나(6102a)로 제공된다. 패치 안테나(6102a)는 송수신기 처리 회로(6112)로부터 제공된 RF 또는 광 신호를 창 또는 벽(6104)을 통해 수신 패치 안테나(6102b)로 전송한다. 패치 안테나(6102)는 24 GHz에서 e-대역까지의 넓은 주파수 대역을 통해 송수신할 수 있다. 이 범위 내에서, 패치 안테나(6102)에 대한 특정 동작 대역이 이용된다. 이들 대역은 24 GHz 대역; 28GHz A1 대역; 28GHz B-1, A3 및 B2 대역; 31GHz 대역; 39GHz 대역; 및 60GHz 대역을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 패치 안테나(6102)는 그로부터 다양한 레벨의 이득을 제공하기 위해 다양한 구성일 수 있다. 일 실시예에서, 안테나는 18dB의 이득을 제공하도록 구성될 수 있다.The transceiver processing circuit 6112 places the signal in a format for transmission through the window or wall 6104. The signal output from the transceiver processing circuit 6112 on the line 6114 is provided to a patch antenna 6102a. Patch antenna 6102a transmits an RF or optical signal provided from transceiver processing circuit 6112 to receive patch antenna 6102b through window or wall 6104. The patch antenna 6102 may transmit and receive over a wide frequency band from 24 GHz to the e-band. Within this range, a specific operating band for patch antenna 6102 is used. These bands are the 24 GHz band; 28 GHz A1 band; 28 GHz B-1, A3 and B2 bands; 31 GHz band; 39 GHz band; And the 60 GHz band. Patch antenna 6102 can be of various configurations to provide various levels of gain therefrom. In one embodiment, the antenna may be configured to provide a gain of 18 dB.

수신된 신호는 복조 및 추가 처리를 위해 라인(6116) 상으로 패치 안테나(6102b)로부터 송수신기 처리 회로(6118)로 출력된다. 송수신기 처리 회로(6118)는 내부 송수신기 회로와 관련하여 앞서 설명된 다양한 구성 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 복조되고 처리된 신호는 송수신기 처리 회로(6118)로부터 Wi-Fi 라우터(6120)로 제공되어 구조물 내의 수신 장치로 전송된다.The received signal is output from the patch antenna 6102b to the transceiver processing circuit 6118 on line 6161 for demodulation and further processing. The transceiver processing circuit 6118 may include any of the various configurations described above in connection with the internal transceiver circuitry. The demodulated and processed signal is provided from the transceiver processing circuit 6118 to the Wi-Fi router 6120 and transmitted to a receiving device in the structure.

외부 수신기로 전송될 신호는 Wi-Fi 라우터(6120)에서 건물 내부로부터 수신된다. Wi-Fi 라우터(6120)는 Wi-Fi 데이터 신호를 앞서 논의된 바와 같이 벽 또는 창(6104)을 통해 전송될 RF 포맷으로 변환하는 송수신기 처리 회로(6118)에 신호들을 제공한다. RF 신호는 라인(6120)상으로 송수신기 처리 회로로부터 패치 안테나(6102c)로 출력된다. 패치 안테나(6102c)로부터의 변조된 신호는 창/벽(6104)을 통해 전송된다. 패치 안테나(6102c)에 의해 전송된 신호는 건물의 외부에 위치한 수신 패치 안테나(6102d)에 의해 수신된다. 패치 안테나(6102d)의 출력은 라인(6124) 상으로 송수신기 처리 회로(6112)로 제공된다. 신호는 안테나(6110)로부터의 신호의 전송을 가능하게 하는데 필요한 포맷으로 변환된다. 이 포맷은 24 GHz, 28 GHz, 39 GHz, 60 GHz; 현재의 셀룰러 LTE 주파수들; 3.5GHz CBRS; 5GHz; 24, 28, 39, 60, 70, 80GHz mm-대역 또는 창문이나 벽을 통해 전송될 때 신호 손실 문제를 겪는 임의의 다른 주파수 대역을 포함할 수 있다.The signal to be transmitted to the external receiver is received from the inside of the building in the Wi-Fi router 6120. Wi-Fi router 6120 provides the signals to transceiver processing circuit 6118 which converts the Wi-Fi data signal into RF format to be transmitted via wall or window 6104 as discussed above. The RF signal is output from the transceiver processing circuit onto the line 6120 to the patch antenna 6102c. The modulated signal from patch antenna 6102c is transmitted through window / wall 6104. The signal transmitted by patch antenna 6102c is received by receive patch antenna 6102d located outside of the building. The output of patch antenna 6102d is provided to transceiver processing circuit 6112 on line 6224. The signal is converted into a format necessary to enable transmission of the signal from the antenna 6110. This format includes 24 GHz, 28 GHz, 39 GHz, 60 GHz; Current cellular LTE frequencies; 3.5 GHz CBRS; 5 GHz; 24, 28, 39, 60, 70, 80 GHz mm-band or any other frequency band that suffers from signal loss problems when transmitted through windows or walls.

이제 도 62를 참조하면, 패치 안테나 어레이(6202)의 예시가 제공된다. 패치 안테나 어레이(6202)는 제 1 층(6202) 및 제 1 층(6202) 위에 위치한 제 2 층(6204)을 포함한다. 제 1 층(6202)은 창 또는 벽(6104)에 직접 연결된다. 각 층(6202/6204)은 다수의 패치 안테나(6206)를 포함한다. 제 1 및 제 2 층(6202/6204) 각각은 창 또는 벽(6104)을 가로 질러 신호를 전송한다. 패치 안테나 어레이(6202)는 24 GHz, 28 GHz, 39 GHz, 60 GHz 등과 같은 모든 밀리미터파 대역에서 전송할 수 있다. 복수의 패치 안테나(6206)는 트래픽 페이로드(traffic payload)를 운반하기 위한 지향성 빔을 생성하기 위해 직사각형, 원형 또는 타원형 구성으로 구성될 수 있다.Referring now to FIG. 62, an example of a patch antenna array 6202 is provided. Patch antenna array 6202 includes a first layer 6202 and a second layer 6204 located over first layer 6202. First layer 6202 is directly connected to window or wall 6104. Each layer 6202/6204 includes a number of patch antennas 6206. Each of the first and second layers 6202/6204 transmits a signal across a window or wall 6104. Patch antenna array 6202 may transmit in all millimeter wave bands, such as 24 GHz, 28 GHz, 39 GHz, 60 GHz, and the like. The plurality of patch antennas 6206 may be configured in a rectangular, circular or elliptical configuration to generate a directional beam for carrying traffic payloads.

이제 도 63을 참조하면, 도 62의 패치 안테나 어레이(6202)의 패치 안테나(6206) 중 하나가 도시되어 있다. 패치 안테나(6206)는 1.23 mm의 제 1 에지(6302)를 따라 전체 폭을 가지며, 제 2 에지(6304)에서 길이는 1.56 mm이다. 패치 안테나(6206)는 전송 라인(6308)이 패치 안테나(6206)에 연결되는 슬롯(6306)을 형성한다. 슬롯(6306)은 제 1 에지(6310)를 따라 .36mm의 길이 및 전송 라인(6308)의 각 측면(6312)에서 0.1mm의 폭을 갖는다. 패치 안테나(6206)는 FR408로 만들어진 기판(6314) 상에 생성된다. 패치 안테나(6206)는 3.75의 비유전율, 0.018의 손실 탄젠트 및 0.127mm의 두께를 갖는다.Referring now to FIG. 63, one of patch antennas 6206 of patch antenna array 6202 of FIG. 62 is shown. Patch antenna 6206 has an overall width along first edge 6302 of 1.23 mm and is 1.56 mm in length at second edge 6204. Patch antenna 6206 forms a slot 6308 to which transmission line 6308 is connected to patch antenna 6206. Slot 6308 has a length of .36 mm along first edge 6310 and a width of 0.1 mm at each side 6312 of transmission line 6308. Patch antenna 6206 is created on substrate 6314 made of FR408. Patch antenna 6206 has a relative dielectric constant of 3.75, a loss tangent of 0.018, and a thickness of 0.127 mm.

이제 도 64를 참조하면, 고주파 구조물 시뮬레이터(HFSS: high-frequency structure simulator)를 사용하는 도 63의 안테나에 대한 송신 빔 시뮬레이션이 도시되어 있다. 단일 패치 안테나는 도 64에 도시된 바와 같이 3.8dB의 피크 이득 및 80°의 3dB 빔 폭을 갖는 전송 빔(6402)을 생성한다. 패치 안테나의 설계 및 시뮬레이션은 제조 준비를 위해 마이크로 스트립 피드 구조의 'ANSYS HFSS'를 사용하여 수행된다. 사이드 로브 방사선은 흡수 물질에 의해 흡수될 수 있고 메인 로브는 수신 유닛을 향한다.Referring now to FIG. 64, a transmission beam simulation for the antenna of FIG. 63 using a high-frequency structure simulator (HFSS) is shown. The single patch antenna produces a transmit beam 6402 with a peak gain of 3.8 dB and a 3 dB beam width of 80 ° as shown in FIG. The design and simulation of the patch antenna is carried out using the 'ANSYS HFSS' of the microstrip feed structure in preparation for manufacturing. The side lobe radiation can be absorbed by the absorbing material and the main lobe is directed to the receiving unit.

도 62에 도시된 바와 같이 패치 안테나 어레이를 사용함으로써, 도 65에 일반적으로 도시된 바와 같이 고 지향성 고 이득 빔이 생성될 수 있다. 패치 안테나 어레이(6504) 내의 복수의 패치 안테나(6502)는 각각 개별 빔(6506)을 전송할 수 있다. 개별 빔들(6506) 각각은 관련된 방향성 및 이득을 갖는다. 패치 안테나 어레이(6504)의 출력은 개별적인 패치 안테나 빔(6506) 각각을 결합하여 조합된 어레이 전송 빔(6508)을 생성할 것이다. 결합된 송신 빔(6508)은 개별 패치 안테나(6502)에 의해 생성된 개별 빔(6506) 각각보다 더 우수한 지향성 및 더 큰 이득을 가질 것이다. 따라서, 패치 안테나 어레이(6504)를 사용하여 전송 빔을 생성함으로써, 창 또는 벽을 통해 수신기로 통과하고 관련 신호 손실을 극복하기에 충분한 이득 및 방향성을 갖는 빔(6508)이 가능할 것이다.By using a patch antenna array as shown in FIG. 62, a high directional high gain beam can be generated as shown generally in FIG. 65. A plurality of patch antennas 6502 in the patch antenna array 6504 may each transmit a separate beam 6506. Each of the individual beams 6506 has an associated direction and gain. The output of patch antenna array 6504 will combine each of the individual patch antenna beams 6506 to produce a combined array transmission beam 6508. The combined transmit beam 6508 will have better directivity and greater gain than each of the individual beams 6506 generated by the individual patch antennas 6502. Thus, by using a patch antenna array 6504 to generate the transmit beam, a beam 6508 with sufficient gain and direction to pass through the window or wall to the receiver and overcome the associated signal loss would be possible.

이제 도 66을 참조하면, 60GHz 대역 애플리케이션을 위한 마이크로스트립 안테나 어레이를 이용하는 마이크로스트립 패치 안테나 어레이(6602)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 마이크로스트립 패치 안테나 어레이(6602)는 도체-백킹된 동일 평면 도파관(CB-CPW) 루프 피드(6605)를 사용하는 2×8 마이크로 스트립 패치 안테나 어레이(6604)를 포함한다. 패치 안테나 어레이(6604)는 상부 기판 층(6604) 및 하부 기판 층(6606)으로 구성된다. 도체 백킹된 동일 평면 도파관(6605)은 유전 상수 3.9, 손실 탄젠트 0.0002 및 두께 0.525 mm를 갖는 석영으로 제조된 32mm×28mm 평면을 포함하는 하부 기판 층(6606) 상에 위치된다. 평면(6606)은 CPW-피드 루프를 형성하는 평면(6606) 상에 형성된 2×8 패치 안테나 어레이의 패치 안테나(6612)에 입력을 제공하는 전송 라인에 연결하는 입력(6610)을 형성한다. 상부 기판 층(6604)은 대략 0.254 mm의 두께, 3.00의 유전 상수 및 0.001의 손실 탄젠트를 갖는 'Rogers RO3003' 기판 상에 복수의 패치 안테나(6614)를 형성한다. 이 유형의 안테나는 61GHz에서 18dB의 보드 측 이득을 제공하며, 약 57GHz 내지 64GHz의 대역폭을 갖는다.Referring now to FIG. 66, another embodiment of a microstrip patch antenna array 6602 using a microstrip antenna array for 60 GHz band applications is shown. Microstrip patch antenna array 6602 includes a 2x8 microstrip patch antenna array 6604 using a conductor-backed coplanar waveguide (CB-CPW) loop feed 6605. Patch antenna array 6604 is comprised of an upper substrate layer 6604 and a lower substrate layer 6660. Conductor backed coplanar waveguide 6605 is located on lower substrate layer 6660 including a 32 mm by 28 mm plane made of quartz having a dielectric constant of 3.9, loss tangent of 0.0002, and thickness of 0.525 mm. Plane 6660 defines an input 6610 that connects to a transmission line providing an input to a patch antenna 6612 of a 2 × 8 patch antenna array formed on a plane 6660 forming a CPW-feed loop. Top substrate layer 6604 forms a plurality of patch antennas 6614 on a 'Rogers RO3003' substrate having a thickness of approximately 0.254 mm, a dielectric constant of 3.00 and a loss tangent of 0.001. This type of antenna provides 18dB of board-side gain at 61GHz and has a bandwidth of about 57GHz to 64GHz.

이제 보다 구체적으로 도 67을 참조하면, 패치 안테나 엘리먼트(6700)가 도시되어 있다. 이들 패치 안테나 엘리먼트(6700) 중 대부분은 전술한 바와 같이 다층 패치 안테나 어레이 상에 위치된다. 안테나 엘리먼트(6700)는 길이(L) 및 폭(W)을 갖는 패치(6702)를 포함한다. 패치(6702)는 공급 네트워크와 연결되고 높이(h)를 갖는 기판(6706) 상에 놓이는 입력 전송 라인(6704)으로부터 공급된다. 마이크로 스트립 패치 안테나는 패치(6702)의 제 1 에지를 따라 제 1 방사 슬롯(6710) 및 패치(6702)의 제 2 에지를 따라 제 2 방사 슬롯(6710)을 포함한다. 각 슬롯의 개구에서의 전기장은 도 68에 도시된 바와 같이 X 및 Y 성분으로 분해될 수 있다. Y 성분은 위상이 맞지 않으며 반 파장 전송 라인(6704)으로 인해 상쇄된다. 방사 필드는 폭(W)(6802) 및 높이(h)(6804)를 갖는 도 68에 도시된 바와 같이 안테나를 개구(6800)로서 처리함으로써 결정될 수 있다.Referring now more specifically to FIG. 67, a patch antenna element 6700 is shown. Most of these patch antenna elements 6700 are located on the multilayer patch antenna array as described above. Antenna element 6700 includes a patch 6702 having a length L and a width W. Patch 6702 is supplied from input transmission line 6704 connected to the supply network and overlying substrate 6706 with height h. The micro strip patch antenna includes a first radiation slot 6710 along the first edge of the patch 6702 and a second radiation slot 6710 along the second edge of the patch 6702. The electric field at the opening of each slot can be broken down into X and Y components as shown in FIG. The Y component is out of phase and canceled out by the half wavelength transmission line 6704. The radiation field can be determined by treating the antenna as an opening 6800 as shown in FIG. 68 having a width W 6802 and a height h 6804.

전송 라인 모델은 다음과 같은 방식으로 더 분석 될 수 있다. Gr은 슬롯 컨덕턴스이고 Br은 슬롯 서셉턴스이다. 이들은 아래의 식에 따라 결정될 수 있다. The transmission line model can be further analyzed in the following manner. Gr is the slot conductance and Br is the slot susceptance. These can be determined according to the following formula.

Figure pct00075
Figure pct00075

패치 안테나(6700)의 입력 어드미턴스는 다음과 같이 근사할 수 있다.The input admittance of the patch antenna 6700 can be approximated as follows.

Figure pct00076
Figure pct00076

여기서, Δl은 마이크로스트립의 말단부 효과이다.Is the end effect of the microstrip.

직사각형 패치 안테나(6700)는 입력 어드미턴스의 허수부가 0이 될 때 공진 할 것이다.Rectangular patch antenna 6700 will resonate when the imaginary part of the input admittance becomes zero.

말단부 효과는 아래 식에 따라 계산될 수 있다.The terminal effect can be calculated according to the following formula.

Figure pct00077
Figure pct00077

Figure pct00078
Figure pct00078

Figure pct00079
Figure pct00079

패치 안테나(6700)의 공진 주파수는 아래 식에 의해 정해진다.The resonance frequency of the patch antenna 6700 is determined by the following equation.

Figure pct00080
Figure pct00080

일반적으로 조리개의 폭(W)은 아래 식에 의해 정해진다.In general, the width W of the aperture is determined by the following equation.

Figure pct00081
Figure pct00081

창문이나 벽을 통한 신호 전송을 위해 방향성이 높고 이득이 높은 빔을 생성하기 위해 패치 안테나를 사용하는 것 뿐만 아니라, 패치 안테나는 창 또는 벽을 통해 패치 안테나 사이의 통신 링크상의 대역폭을 증가시키기 위해 이를 통해 전송되는 신호에 대한 궤도 각 운동량(OAM)의 적용을 이용할 수 있다. 이것은 도 69로 시작하는 아래의 설명에서 더 자세히 설명된다.In addition to using patch antennas to generate directional, high-gain beams for signal transmission through windows or walls, patch antennas can be used to increase the bandwidth on the communication link between patch antennas through windows or walls. The application of orbital angular momentum (OAM) to the transmitted signal can be used. This is explained in more detail in the description below beginning with FIG. 69.

도 69-76은 그 전체가 본 명세서에 참조로서 통합된 "궤도 각운동량을 이용한 변조 및 다중 접근 기술(MODULATION AND MULTIPLE ACCESS TECHNIQUE USING ORBITIAL ANGULAR MOMENTUM)"란 제목의 2017년 1월 4일에 출원된 미국 특허 출원 번호 15/398,5611 서술된 랑게르-가우시안(Laguerre-Gaussian)(LG), 허미트-가우시안(Hermite-Gaussian)(HG), 인스-가우시안(Ince-Gaussian)(IG) 또는 궤도 각운동량(OAM) 신호와 같은 신호들을 송신하기 위해 사용될 수 있는 다층 패치 안테나 어레이(6902)를 도시한다. 다층 패치 안테나 어레이(6902)는 제 1 정렬된 빔을 전송하기 위한 제 1 안테나 층(6904), 제 2 정렬된 빔을 전송하기 위한 제 2 안테나 층(6906) 및 제 3 정렬된 빔을 전송하기 위한 제 3 층(6908)을 포함한다. 각각의 층들(6904, 6906 및 6908)은 동일한 중심에 적층된다. 본 실시예는 단지 3 개의 층을 포함하는 다층 패치 안테나 어레이(6902)와 관련하여 예시되어 있지만, 더 많거나 더 적은 층이 본 명세서에 설명된 것과 유사한 방식으로 구현될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 각 층(6904, 6906 및 6908)의 표면에는 패치 안테나(6910)가 배치된다. 각각의 패치 안테나는 상기 층들에 의해 가려지지 않도록 배치된다. 층(6904, 6906 및 6908)은 각각의 층(6904, 6906 및 6908) 사이에 간격을 제공하는 층 분리 부재(6912)에 의해 서로 분리된다. 패치 안테나의 층의 구성은 허미트-가우시안, 랑게르-가우시안 또는 인스-가우시안 빔을 생성하기 위해 직사각형, 원형 또는 타원형 구성일 수 있다.69-76 are filed on Jan. 4, 2017, entitled “MODULATION AND MULTIPLE ACCESS TECHNIQUE USING ORBITIAL ANGULAR MOMENTUM,” which is hereby incorporated by reference in its entirety. Laguerre-Gaussian (LG), Hermite-Gaussian (HG), Ince-Gaussian (IG) or orbital angular momentum described in patent application No. 15 / 398,5611 A multilayer patch antenna array 6802 can be used to transmit signals such as (OAM) signals. The multi-layer patch antenna array 6802 can transmit a first antenna layer 6904 to transmit a first aligned beam, a second antenna layer 6906 to transmit a second aligned beam, and a third aligned beam. A third layer 6908 for. Respective layers 6904, 6906 and 6908 are stacked in the same center. Although this embodiment is illustrated with respect to a multi-layer patch antenna array 6802 including only three layers, it should be understood that more or fewer layers can be implemented in a manner similar to that described herein. Patch antenna 6910 is disposed on the surface of each layer 6904, 6906 and 6908. Each patch antenna is arranged not to be obscured by the layers. Layers 6904, 6906 and 6908 are separated from each other by layer separating members 6912 providing a gap between each layer 6904, 6906 and 6908. The configuration of the layers of the patch antennas may be rectangular, circular or elliptical configurations to produce Hermit-Gaussian, Langer-Gaussian or In-Gaussian beams.

다층 패치 안테나 어레이(6902) 내에 사용되는 패치 안테나(6910)는 애리조나 챈들러의 이솔라 글로벌(Isola Global)에 의해 제조되고 약 3.75의 비유전율을 갖는 FR408(flame retardant 408) 라미네이트로 제조된다. 이 안테나의 전체 높이는 125 μm이다. 안테나의 금속은 대략 12 μm의 두께를 갖는 구리이다. 이 패치 안테나는 동작 주파수 73GHz 및 자유 공간 파장 4.1mm를 갖도록 설계되었다. 안테나의 입력 50 옴 라인의 크기는 280μm이고 100 옴 라인의 입력 크기는 66μm이다.The patch antenna 6910 used in the multilayer patch antenna array 6902 is manufactured by Flame Retardant 408 (FR408) laminate manufactured by Isola Global of Arizona Chandler and having a relative dielectric constant of about 3.75. The total height of this antenna is 125 μm. The metal of the antenna is copper with a thickness of approximately 12 μm. The patch antenna is designed to have an operating frequency of 73GHz and 4.1mm of free space wavelength. The input 50 ohm line of the antenna is 280μm and the input size of the 100 ohm line is 66μm.

각각의 패치 안테나(6910)는 동일한 층에서 다른 패치 안테나(6910) 각각의 위상과 다른 소정의 위상에서 신호를 전송하도록 구성된다. 따라서, 도 71에 더 도시된 바와 같이, 층(6904) 상에 4개의 패치 안테나 엘리먼트(6910)가 포함된다. 각각의 안테나 엘리먼트(7504)는 도 71에 도시된 바와 같이 그것과 관련된 별도의 위상을 갖는다. 이들 위상은 π/2, 2(π/2), 3(π/2) 및 4(π/2)를 포함한다. 이와 유사하게, 도 72에 도시된 바와 같이, 층(6906)은 표시된 바와 같이, 위상 π/2, 2(π/2), 3(π/2), 4(π/2), 5(π/2), 6(π/2), 7(π/2) 및 8(π/2)를 포함하는 8 개의 상이한 패치 안테나 소자(6910)를 포함한다. 마지막으로, 도 69를 다시 참조하면, 층(6908) 상에 12 개의 패치 안테나 엘리먼트(6910)가 포함된다. 이들 패치 안테나 엘리먼트(6910) 각각은 도 69에 도시된 방식으로 위상이 할당된다. 이 위상은 π/2, 2(π/2), 3(π/2), 4(π/2), 5(π/2), 6(π/2), 7(π/2), 8(π/2), 9(π/2), 10(π/2), 11(π/2) 및 12(π/2)을 포함한다.Each patch antenna 6910 is configured to transmit a signal in a predetermined phase that is different from the phase of each of the other patch antennas 6910 in the same layer. Thus, as further shown in FIG. 71, four patch antenna elements 6910 are included on layer 6904. Each antenna element 7504 has a separate phase associated with it, as shown in FIG. These phases include π / 2, 2 (π / 2), 3 (π / 2) and 4 (π / 2). Similarly, as shown in FIG. 72, layer 6906 has phase π / 2, 2 (π / 2), 3 (π / 2), 4 (π / 2), 5 (π, as indicated. / 2), eight different patch antenna elements 6910 including 6 (π / 2), 7 (π / 2) and 8 (π / 2). Finally, referring back to FIG. 69, twelve patch antenna elements 6910 are included on layer 6908. Each of these patch antenna elements 6910 is assigned a phase in the manner shown in FIG. This phase is π / 2, 2 (π / 2), 3 (π / 2), 4 (π / 2), 5 (π / 2), 6 (π / 2), 7 (π / 2), 8 (π / 2), 9 (π / 2), 10 (π / 2), 11 (π / 2) and 12 (π / 2).

각각의 안테나 층(6904, 6906 및 6908)은 동축 엔드-런치 커넥터(6916)에 연결되어 다층 패치 안테나 어레이(6902)의 각 층에 급전한다. 각각의 커넥터(6916)는 도 70에 도시된 것과 유사한 방식으로 별개의 정렬된 안테나 빔의 전송을 허용하는 별개의 신호를 수신하도록 연결된다. 방출된 빔은 다층 패치 안테나 어레이(6902)에 의해 함께 다중화된다. 각각의 파면이 독립적인 고유 채널로서 작용할 때 용량을 증가시키기 위해 공간적으로 다층 패치 안테나 어레이(6902)의 각각의 층으로부터 전송된 직교 파면이 제공된다. 신호는 단일 주파수로 멀티플렉싱되고 멀티플렉싱된 신호 간의 간섭이나 누화없이 전파된다. 도 70에 대한 예는 OAM 1, OAM 2 및 OAM 3 순서 레벨에서 OAM 빔의 전송을 도시한다.Each antenna layer 6904, 6906, and 6908 is connected to a coaxial end-run connector 6916 to feed each layer of the multilayer patch antenna array 6902. Each connector 6916 is connected to receive a separate signal allowing transmission of separate aligned antenna beams in a manner similar to that shown in FIG. The emitted beams are multiplexed together by the multilayer patch antenna array 6902. Orthogonal wavefronts are provided that are spatially transmitted from each layer of the multilayer patch antenna array 6902 to increase capacity when each wavefront acts as an independent unique channel. The signal is multiplexed on a single frequency and propagated without interference or crosstalk between the multiplexed signals. The example for FIG. 70 illustrates the transmission of an OAM beam at OAM 1, OAM 2, and OAM 3 order levels.

다른 유형의 허미트 가우시안 및 랑게르 가우시안 빔이 도시된 다층 패치 안테나 어레이(6902)를 사용하여 전송될 수도 있음을 이해해야 한다. 허미트-가우시안 다항식과 랑게르 가우시안 다항식은 양자 고조파 발진기의 아이겐 상태인 고전적인 직교 다항식 시퀀스의 예이다. 그러나, 다른 신호, 예를 들어 직교 다항식 또는 자코비 다항식, 게겐바우어 다항식, 레전드 다항식 및 체비쇼프 다항식과 같은 함수가 사용될 수도 있음을 이해해야 한다. 르장드르(Legendre) 함수, 베셀(Bessel) 함수, 구상 함수 및 인스-가우시안 함수가 사용될 수도 있다. Q-함수는 직교 함수의 기초로 사용할 수 있는 또 다른 클래스의 함수이다.It should be understood that other types of Hermit Gaussian and Langer Gaussian beams may be transmitted using the multilayer patch antenna array 6902 shown. The Hermit-Gaussian polynomials and the Langer Gaussian polynomials are examples of classic orthogonal polynomial sequences that are the eigen states of quantum harmonic oscillators. However, it should be understood that other signals may be used, such as orthogonal or Jacobi polynomials, Gegenbauer polynomials, legend polynomials, and Chebyshev polynomials. Legendre, Bessel, spherical, and in-Gaussian functions may be used. Q-functions are another class of functions that can be used as the basis for orthogonal functions.

각각의 층(6904, 6906, 6908)에 예시된 급전 네트워크(6918)는 각각의 패치 안테나 요소(6910)의 위상을 확정하기 위해 상이한 길이의 지연 라인을 사용한다. 도 69-72에 도시된 바와 같이 위상을 구성함으로써, 상이한 차수의 OAM 빔이 생성되고 함께 다중화된다.The feed network 6718 illustrated in each layer 6904, 6906, 6908 uses delay lines of different lengths to determine the phase of each patch antenna element 6910. By constructing the phase as shown in Figs. 69-72, OAM beams of different orders are generated and multiplexed together.

이제 도 73을 참조하면, 송신을 위해 다중화된 빔을 생성하기 위한 송신기(7302)가 도시되어 있다. 전술한 바와 같이, 다층 패치 안테나 어레이(6902)는 다층 패치 안테나 어레이(6902)의 각 층(6904, 6906, 6908)과 관련된 커넥터(6916)를 포함한다. 이들 커넥터(6916) 각각은 신호 생성 회로(7304)와 연결된다. 신호 생성 회로(7304)는 일 실시예에서 60GHz 캐리어 신호를 생성하기 위한 60GHz 국부 발진기(7306)를 포함한다. 신호 생성 회로(7304)는 70/80 GHz와 같은 다른 주파수와도 동작할 수 있다. 60 GHz 신호는 국부 발진기(7306)로부터 60 GHz 신호를 3 개의 개별 전송 신호로 분리하는 전력 분배기 회로(7308)로 출력된다. 이들 분리된 전송 신호 각각은 계층 입력 커넥터(6916) 중 하나에 각각 연결된 IQ 믹서(7310)에 제공된다. IQ 믹서 회로(7310)는 노이즈 요소를 생성된 전송 신호에 삽입하기 위해 관련된 부가 가우스 노이즈 회로(7312)에 연결된다. AWG 회로(7312)는 또한 전송 신호에 삽입하기 위한 'SuperQAM' 신호를 생성할 수 있다. IQ 믹서(7310)는 그 전체가 본 명세서에 참조로서 통합된 "다층 오버레이 변조를 이용한 궤도 각운동량을 이용한 통신 시스템 및 방법(SYSTEM AND METHOD FOR COMMUNICATION USING ORBITAL ANGULAR MOMENTUM WITH MULTIPLE LAYER OVERLAY MODULATION)"이란 제목의 2014년 7월 3일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제14/323,082호(2016년 5월 3일에 등록된 미국 특허 번호 제9,331,875호)에 서술된 것과 같은 방식으로 HG, LG, IG, OAM 신호를 생성한다.Referring now to FIG. 73, a transmitter 7302 is shown for generating a multiplexed beam for transmission. As mentioned above, the multilayer patch antenna array 6802 includes a connector 6916 associated with each layer 6904, 6906, 6908 of the multilayer patch antenna array 6902. Each of these connectors 6916 is connected to a signal generating circuit 7304. Signal generation circuit 7304 includes a 60 GHz local oscillator 7308 for generating a 60 GHz carrier signal in one embodiment. The signal generation circuit 7304 may also operate with other frequencies, such as 70/80 GHz. The 60 GHz signal is output from the local oscillator 7306 to a power divider circuit 7308 that separates the 60 GHz signal into three separate transmission signals. Each of these separate transmission signals is provided to an IQ mixer 7310, each connected to one of the layer input connectors 6916. IQ mixer circuit 7310 is coupled to an associated additive Gaussian noise circuit 7312 to insert noise components into the generated transmission signal. The AWG circuit 7312 may also generate a 'SuperQAM' signal for insertion into the transmission signal. IQ mixer 7310 is entitled, "SYSTEM AND METHOD FOR COMMUNICATION USING ORBITAL ANGULAR MOMENTUM WITH MULTIPLE LAYER OVERLAY MODULATION", incorporated herein by reference in its entirety. HG, LG, IG, OAM signals in the same manner as described in US patent application Ser. No. 14 / 323,082, filed July 3, 2014 (US Pat. No. 9,331,875, registered May 3, 2016). Create

송신기(7302)의 용법이 도 73에 도시되어 있다. 고속 터널링을 위해 특정 주파수에서 도 74와 같이 멀티플렉싱된 빔(허미트 가우시안, 랑게르 가우시안, 인스 가우시안 등)이 생성될 수 있다. 이 유형의 모드 분할 멀티플렉싱(MDM)은 하나의 주파수와 여러 LG, HG 또는 IG 빔으로 더 높은 처리량을 달성한다. 도시된 바와 같이, 다층 패치 안테나 어레이(6902)는 송신을 위해 다중화된 빔(7402)을 생성할 것이다. 본 예에서, 미국 특허 출원 번호 제14/323,082호에 개시된 것과 유사한 방식으로 다양한 차수 OAM 신호에 대해 트위스트를 갖는 다중 OAM 빔이 도시되어 있다. 연관된 수신기 검출기는 별도의 OAM 처리된 신호와 연관된 각각의 링으로 도시된 바와 같이 다양한 OAM 링(7404)을 검출할 것이다.Usage of the transmitter 7302 is shown in FIG. 73. Multiplexed beams (Hermit Gaussian, Langer Gaussian, Ins Gaussian, etc.) as shown in FIG. 74 may be generated at a specific frequency for fast tunneling. This type of mode division multiplexing (MDM) achieves higher throughput with one frequency and several LG, HG or IG beams. As shown, the multilayer patch antenna array 6802 will generate a multiplexed beam 7402 for transmission. In this example, multiple OAM beams are shown with twists for various order OAM signals in a manner similar to that disclosed in US patent application Ser. No. 14 / 323,082. The associated receiver detector will detect various OAM rings 7404 as shown in each ring associated with a separate OAM processed signal.

자유 공간(진공)에서 신호가 전송될 때, 신호는 평면파로 전송된다. 이들은 이하에 설명되는 바와 같이 표현될 수 있다. 자유 공간은 비전도성 매체(σ = 0)를 포함하므로 J = σE = 0이다.When a signal is transmitted in free space (vacuum), the signal is transmitted in a plane wave. These can be expressed as described below. Free space includes a non-conductive medium (σ = 0), so J = σE = 0.

실험 결과로부터, 암페어의 법칙과 페러데이의 법칙은 다음과 같이 표현된다.From the experimental results, Ampere's law and Faraday's law are expressed as follows.

Figure pct00082
Figure pct00082

z 방향으로 전파되고 따라서 E 및 H가 xy 평면에 있는 경우.Propagates in the z direction and therefore E and H are in the xy plane.

일반성을 잃지 않으면서 E는 x-방향으로 배향될 수 있고 H는 y-방향으로 배향될 수 있으며, 따라서 z-방향으로 전파를 제공할 수 있다. 암페어의 맥스웰 방정식에서 아래의 식이 제공된.E can be oriented in the x-direction and H can be oriented in the y-direction without loss of generality, thus providing propagation in the z-direction. Given Amper's Maxwell's equation,

Figure pct00083
Figure pct00083

다음으로, 벡터파 방정식은 다음과 같이 표현될 수 있다.Next, the vector wave equation can be expressed as follows.

Figure pct00084
Figure pct00084

Figure pct00085
Figure pct00085

Figure pct00086
Figure pct00086

Figure pct00087
Figure pct00087

따라서 일반적으로:So in general:

Figure pct00088
Figure pct00088

그러므로:therefore:

Figure pct00089
Figure pct00089

자유공간에서In free space

Figure pct00090
Figure pct00090

이제:now:

Figure pct00091
Figure pct00091

Figure pct00092
이므로, 근축 가정
Figure pct00092
Since, parliamentary home

Figure pct00093
Figure pct00093

하면,if,

Figure pct00094
Figure pct00094

원통형 좌표로 다음과 같이 나타낼 수 있다.The cylindrical coordinates can be expressed as

Figure pct00095
Figure pct00095

이것은 아래와 같은 원통형 좌표에서의 근축 파 방정식을 제공한다.This gives the paraxial wave equation at the cylindrical coordinates

Figure pct00096
Figure pct00096

그러면:then:

Figure pct00097
Figure pct00097

일반적으로 Eo는 xy 평면에서 회전할 수 있으며 파는 여전히 z 방향으로 전파된다.In general, Eo can rotate in the xy plane and the wave still propagates in the z direction.

Figure pct00098
Figure pct00098

q ~ 광축 부근 위상 정면의 곡률.q to curvature of the phase front near the optical axis.

Figure pct00099
Figure pct00099

여기서, q2는 출력 평면이고 q1은 입력 평면이다.Where q 2 is the output plane and q 1 is the input plane.

Figure pct00100
Figure pct00100

여기서,

Figure pct00101
은 z 축과 교차하는 파면의 곡률이다. here,
Figure pct00101
Is the curvature of the wavefront intersecting the z axis.

따라서, 완전한 평면파 R = ∞의 경우, 식은 아래와 같이 된다.Therefore, for a complete plane wave R = ∞, the equation becomes

Figure pct00102
Figure pct00102

여기서, W0는 빔 허리부이다.Where W 0 is the beam waist.

Figure pct00103
Figure pct00103

Figure pct00104
Figure pct00104

레이 길이는 아래와 같다.Ray length is shown below.

Figure pct00105
Figure pct00105

여기서, n은 굴절률이다.Where n is the refractive index.

Figure pct00106
Figure pct00106

복수 위상 편이는 다음과 같이 표현된다.The multiple phase shift is expressed as follows.

Figure pct00107
Figure pct00107

P(z)의 실수부는 가우스 빔과 이상적인 평면파 사이의 위상 편이차를 나타낸다. 따라서, 기본 모드는 아래와 같이 제공된다.The real part of P (z) represents the phase shift between Gaussian beam and ideal plane wave. Therefore, the basic mode is provided as follows.

Figure pct00108
Figure pct00108

여기서,here,

Figure pct00109
Figure pct00109

더 높은 차수의 모드는 다른 해들을 제공할 수도 있다. 직사각형 방정식의 해는 아래와 같다.Higher order modes may provide other solutions. The solution to the rectangular equation is

Figure pct00110
Figure pct00110

직사각형 좌표에서 다음과 같이 결정될 수 있다.In the rectangular coordinates can be determined as follows.

Figure pct00111
Figure pct00111

방정식의 원통형 좌표 해는 다음과 같다.The cylindrical coordinate solution of the equation is

Figure pct00112
Figure pct00112

원통형 좌표에서 다음과 같이 결정될 수 있다.In cylindrical coordinates can be determined as follows.

Figure pct00113
Figure pct00113

Figure pct00114
은 또한
Figure pct00115
로 표현될 수도 있다.expression
Figure pct00114
Is also
Figure pct00115
It may be represented by.

가장 낮은 모드가 가장 중요한 모드이며 실제로 이 가로 모드는 직사각형 및 원통형 좌표 모두에서 동일하다.The lowest mode is the most important mode and in fact this landscape mode is the same in both rectangular and cylindrical coordinates.

Figure pct00116
Figure pct00116

그러면then

Figure pct00117
Figure pct00117

이제 도 75를 참조하면, 도 73의 송신기(7302)를 사용하여 생성된 다중화된 신호로부터 수신된 신호를 역다중화하기 위한 수신기(7502)가 도시되어 있다. 수신기(7502)는 전술한 바와 같은 다층 패치 안테나 어레이(7502)를 포함한다. 다층 패치 안테나 어레이(7502)는 수신된 다중화된 신호(7504)를 수신하고 안테나 어레이(7502)의 각 층(7504, 7506, 7508)은 특정 층의 각 커넥터 출력(7516)으로부터 수신된 다중화된 신호의 특정 순서를 추출할 것이다. 각각의 커넥터(7516)로부터의 신호는 발진기(7508)로부터의 60GHz 국부 발진기 신호를 사용하여 미국 특허 출원 번호 제14/323,082호와 관련하여 논의한 것과 유사한 방식으로 수신된 신호를 역다중화하는 믹서 회로(7506)에 인가된다. 역다중화된 신호는, 예를 들어, 실시간 오실로스코프(7510) 또는 다른 신호 판독 장치에 의해 판독될 수 있다. 따라서, 3 개의 전송된 신호 각각은 송신기(602)로부터 수신된 각각의 정렬된 OAM 신호로 전송된 수신기(7502)에서 디코딩된다. 다른 실시예에서, SPP(spiral phase plate)를 사용하는 역다중화 접근법이 OAM 채널을 검출하기 위해 적용될 수도 있다.Referring now to FIG. 75, shown is a receiver 7502 for demultiplexing a signal received from a multiplexed signal generated using the transmitter 7302 of FIG. 73. Receiver 7502 includes a multi-layer patch antenna array 7502 as described above. The multilayer patch antenna array 7502 receives the received multiplexed signal 7504 and each layer 7504, 7506, 7508 of the antenna array 7502 is a multiplexed signal received from each connector output 7516 of a particular layer. Will extract the specific order of. The signal from each connector 7516 uses a 60 GHz local oscillator signal from oscillator 7508 to demultiplex the received signal in a manner similar to that discussed in connection with US patent application Ser. No. 14 / 323,082. 7506). The demultiplexed signal can be read, for example, by a real time oscilloscope 7510 or other signal reading device. Thus, each of the three transmitted signals is decoded at the receiver 7502 transmitted with each aligned OAM signal received from the transmitter 602. In another embodiment, a demultiplexing approach using a spiral phase plate (SPP) may be applied to detect OAM channels.

송신기(7302) 또는 수신기(7502)에 의해 전송된 신호는 다양한 문제에서 두 위치 사이의 정보 전송에 사용될 수 있다. 여기에는 통신 또는 데이터 네트워크 내에서 프론트 홀 통신 및 백 홀 통신 모두에 사용하는 것이 포함된다.The signal transmitted by the transmitter 7302 or receiver 7502 can be used for information transfer between two locations in a variety of problems. This includes use for both front and back haul communications within a communications or data network.

다층 패치 안테나 어레이(7402)는 미국 특허 출원 번호 제14/323,082호 또는 랑게르 가우시안 빔과 관련하여 논의된 프로세싱을 이용하여 허미트 가우시안 빔을 전송할 수 있다. 랑게르 가우시안 빔을 전송할 때 정보는 여러 가지 방식으로 전송될 수 있다. 나선형 위상 판 및 빔 스플리터 접근법이 사용될 수 있고, 이중 OAM 모드 안테나 접근법이 사용될 수 있고, 또는 본 명세서에 설명된 패치 안테나가 이용될 수도 있다. 이러한 구현은 프론트 홀 및 백 홀 애플리케이션 모두에 유리할 것이다.The multilayer patch antenna array 7402 may transmit Hermit Gaussian beams using the processing discussed in connection with US Patent Application No. 14 / 323,082 or the Langer Gaussian beam. When transmitting a Langer Gaussian beam, information may be transmitted in various ways. A spiral phase plate and beam splitter approach may be used, a dual OAM mode antenna approach may be used, or the patch antenna described herein may be used. Such an implementation would be beneficial for both front hall and back hole applications.

차수 l 및 진폭 alOAM의 여러 OAM 모드를 전송하기 위해서는, 안테나 요소는 아래의 식에 따라 입력 신호에 의해 공급되어야 한다.In order to transmit several OAM modes of order l and amplitude alOAM, the antenna element must be supplied by the input signal according to the following equation.

Figure pct00118
Figure pct00118

다층 패치 안테나 어레이(7502)의 요소의 수는 샘플링으로 인해 가능한 OAM 모드의 수를 제한한다는 점에 유의해야 한다. 앨리어싱으로 인해, N/2 보다 큰 차수 모드는 실제로 음의 차수 모드이다.It should be noted that the number of elements in the multilayer patch antenna array 7502 limits the number of possible OAM modes due to sampling. Due to aliasing, order modes greater than N / 2 are actually negative order modes.

Figure pct00119
Figure pct00119

Figure pct00120
Figure pct00120

단일 모드 링크 버짓Single Mode Link Budget

Figure pct00121
Figure pct00121

점근 공식(Asymptotic Formulation)Asymptotic Formulation

목표는 원거리에서, 즉, D → +(∞)일 때, 링크 버짓의 점근 공식을 결정하는 것이다. 우리는 l 링크 버짓 -l의 각 값에 대한 리딩 항을 찾고자 한다. 링크 버짓은 점근적으로 아래와 같이 주어진다.The goal is to determine the asymptotic formula of the link budget at a distance, i.e., D → + (∞). We want to find the leading term for each value of l link budget -l. The link budget is given as follows:

Figure pct00122
Figure pct00122

프라운호프 거리

Figure pct00123
로부터, 링크 버짓은 점근적으로 1/D2|l|+2에서의 감쇠와 일치하는, 디케이드(decade)당 기울기 -20(|l|+1)dB의 직선으로 나타나는 경향이 있다. Fraunhof Street
Figure pct00123
From the link budget tends to appear as a straight line with a slope of -20 (| l | +1) dB per decade, which is asymptotically attenuated at 1 / D 2 | l | +2 .

(이득 및 자유 공간 손실이 있는 점근적 표현)(Asymptotic Representation with Gain and Free Space Loss)

이득 및 자유 공간 손실은 아래 식에 의해 결정될 수 있다.The gain and free space loss can be determined by the equation

Figure pct00124
Figure pct00124

Figure pct00125
Figure pct00125

|l|이 고정 값인 경우, 각각의 등가 이득은 R2|l|이고, 따라서 링크 예산은 R4|l| 배 만큼 향상된다. 반대로, R이 고정 값인 경우, |l|이 증가하면, 점근적으로 D의 효과가 Rt 및 Rr의 것보다 크기 때문에 링크 버짓은 감소한다.If | l | is a fixed value, each equivalent gain is R 2 | l | And thus the link budget is R 4 | l | It is improved by 2 times. Conversely, if R is a fixed value, | l | increases, the link budget decreases because asymptotically the effect of D is greater than that of Rt and Rr.

이제 도 76을 참조하면, 2.42GHz 및 단 하나의 선형 편파(polarization)를 위해 설계된 단일 직사각형 패치 안테나의 3-D 모델이 도시되어 있다. 이 안테나의 방사 패턴은 도 77에 나와 있다.Referring now to FIG. 76, a 3-D model of a single rectangular patch antenna designed for 2.42 GHz and only one linear polarization is shown. The radiation pattern of this antenna is shown in FIG.

도 78a는 더 높은 격자 로브로 인한 OAM 모드 차수 l = 0에 대한 원형 어레이의 방사 패턴을 도시한다. 도 78b, 78c 및 78d는 어레이 축 부근에서 l = 0(도 78b), l = 1(도 78c) 및 l = 2(도 78d)에서의 OAM 모드 차수에 대한 방사 패턴을 도시한다.78A shows the radiation pattern of the circular array for OAM mode order l = 0 due to the higher lattice lobe. 78B, 78C and 78D show the radiation pattern for OAM mode orders at l = 0 (FIG. 78B), l = 1 (FIG. 78C), and l = 2 (FIG. 78D) near the array axis.

점근적 OAM 경로 손실은 다음과 같다.The asymptotic OAM path loss is

Figure pct00126
Figure pct00126

e-대역 주파수, 1000m의 거리 및 적절한 패치 안테나 소자 이득을 가정할 때, 송신기 및 수신기 어레이 링의 직경, 안테나 수 등을 포함한 다른 파라미터가 계산될 수 있다.Given the e-band frequency, distance of 1000 m, and appropriate patch antenna element gain, other parameters can be calculated including the diameter of the transmitter and receiver array rings, the number of antennas, and the like.

패치 안테나(7510)의 제조는 도 79에 일반적으로 도시된 설계 및 레이아웃 프로세스, 도 80에 일반적으로 도시된 안테나의 제조를 위한 클린 룸 및 리소그래피 프로세스 및 도 81에 도시된 최종 테스트 프로세스를 통해 수행된다. 이제 도 79를 참조하면, 설계 및 레이아웃 프로세스가 보다 구체적으로 설명된다. 초기에, 패치 안테나는 마이크로 스트립 피드 구조를 갖는 ANSYS HFSS를 사용하여 단계(7902)에서 설계되고 시뮬레이션된다. ANSYS HFSS는 고주파 구조 시뮬레이터로 구성된다. 장치 내의 소프트웨어는 3D 전파 전자기장을 자극한다. ANSYS HFSS는 단계(7904)에서 HFSS 시뮬레이션으로부터 GDSII 파일(통합 회로 포토 마스크 플로팅을 제어하는 데 사용되는 그래픽 데이터베이스 시스템 파일)을 생성하고 GDSII 파일을 AWR(Applied Wave Research Corporation) 마이크로웨이브 오피스(MWO) 레이아웃으로 익스포팅한다. 접지 신호 접지 프로브 급전으로 안테나를 측정하기 위해, 애질런트 모멘텀(Agilent Momentum)을 사용하여 제작했던 마이크로스트립 전이 설계에 대한 이전에 설계된 도체 지원 공평면 도파관이 단계(7906)에서 GDSII 애질런트 모멘텀 파일로서 AWR MWO 레이아웃으로 임포팅된다. 이들 두 디자인은 단계(7908)에서 함께 모아져 제조 공정에 사용되는 등방성 습식 에칭을 설명하기 위해 12㎛의 중량 및 에칭 보상이 측면 치수에 추가된다. 레이아웃에 대한 최종 GDSII 파일은 단계(7910)에서 익스포팅되고, 단계(1912)에서 클린 룸에 제공된다.Fabrication of patch antenna 7510 is performed through a design and layout process generally shown in FIG. 79, a clean room and lithography process for the manufacture of the antenna generally shown in FIG. 80, and a final test process shown in FIG. . Referring now to FIG. 79, the design and layout process is described in greater detail. Initially, the patch antenna is designed and simulated in step 7902 using ANSYS HFSS with a micro strip feed structure. ANSYS HFSS consists of a high frequency structure simulator. The software in the device stimulates the 3D radio wave electromagnetic field. ANSYS HFSS generates a GDSII file (graphic database system file used to control integrated circuit photo mask plotting) from the HFSS simulation in step 7904 and places the GDSII file in the AWR (Applied Wave Research Corporation) microwave office (MWO) layout. Export to To measure the antenna with ground-signal ground probe feeding, a previously designed conductor-supported coplanar waveguide for the microstrip transition design made using Agilent Momentum is an AWR MWO as a GDSII Agilent momentum file at step 7806. Imported into the layout. These two designs are brought together in step 7908 to add 12 μm weight and etch compensation to the lateral dimensions to account for the isotropic wet etch used in the manufacturing process. The final GDSII file for the layout is exported in step 7910 and provided to the clean room in step 1912.

이제 도 80을 참조하면, FR408 라미네이트 상에 구리 층을 패터닝하기 위한 클린 룸 프로세스가 도시되어 있다. 초기에, 양면 Cu FR408 라미네이트는 단계(8002)에서 가위를 사용하여 적절한 크기(전형적으로 1.5"x1.5")로 절단된다. FR408 라미네이트는 단계(8004)에서 라미네이트를 아세톤, 이소프로판올(IPA) 및 질소(N2)로 헹구어 세정하고 용매 후드에서 또는 적절한 척과 함께 CPK 솔벤트 스피너의 프로그램 2를 사용하여 건조된다. 단계(8006)에서 라미네이트를 핫 플레이트(예를 들어, 콜 파머 디지털 핫 플레이트)에서 130 ℃에서 2분 동안 탈수 베이킹한다. 다음으로, 단계(8008)에서, 일드 엔지니어링 YES-310 진공 후드 오븐을 이용하여 레인 방법으로 헥사 메틸디실리안(HMDS)이 라미네이트 상에 증착된다. 라미네이트 샘플을 레지스트 접착력을 향상시키기 위해 HMDS 오븐에 20 분 동안 둔다. 다음으로, 단계(8010)에서, 적절한 척으로 CPK 솔벤트 스피너의 프로그램 2를 사용하여 마스크를 세정한다. 단계(8012)에서만 프로그램 0 DIW를 사용하는 자동화된 마스크 세정제(울트라테크 마스크 크리너(Ultratech Mask Cleaner))를 사용하여 마스크를 추가로 세정한다.Referring now to FIG. 80, a clean room process for patterning a copper layer on an FR408 laminate is shown. Initially, the double-sided Cu FR408 laminate is cut to the appropriate size (typically 1.5 "x 1.5") using scissors in step 8002. The FR408 laminate is washed by rinsing the laminate with acetone, isopropanol (IPA) and nitrogen (N2) in step 8004 and dried using program 2 of CPK solvent spinner in a solvent hood or with an appropriate chuck. In step 8006 the laminate is dehydrated bake at 130 ° C. for 2 minutes on a hot plate (eg, a Cole Farmer digital hot plate). Next, in step 8008, hexa methyldisilyan (HMDS) is deposited onto the laminate in a lane method using a yield engineering YES-310 vacuum hood oven. Laminate samples are placed in an HMDS oven for 20 minutes to improve resist adhesion. Next, in step 8010, the mask is cleaned using Program 2 of the CPK solvent spinner with an appropriate chuck. The mask is further cleaned using an automated mask cleaner (Ultratech Mask Cleaner) using program 0 DIW only in step 8012.

리소그래피 공정은 단계(8014-8034)에서 수행된다. 먼저, 쉬플리(Shipley) S1813 포토 레지스트는 단계(8014)에서 라미네이트의 후면에 방사되어, 예를 들어, 블로워 사이언스 씨 스핀 코터 시스템(Brewer Science Cee Spin Coater System)을 사용하여 지면 층을 보호한다. 일 실시예에서, 스핀 코터 시스템은 60초 동안 3000rpm/s로 3000 rpm으로 작동할 것이다. 샘플을 핫 플레이트에서 115 ℃에서 90 초 동안 단계(8016)에서 소프트 베이킹하고, 단계(8018)에서 핫 플레이트에서 60 초 동안 130 ℃에서 하드 베이킹한다. 단계(8022)에서 S1813 레지스트가 상부 패턴 구리 층 상에 회전된다. 일 실시예에서, 이것은 3000 rpm에서 3000 rpm/s로 60 초 동안 수행된다. 단계(8022)에서 핫 플레이트상에서 115 ℃에서 90 초 동안 샘플을 소프트 베이크한다. 단계(8024)에서 칼 수스(Karl Suss) MA6 BA6 접촉 정렬기/프린터를 사용하여 110 mJ/cm2로 샘플의 상단을 노출시킨다. 다음으로, 회로는 비이커에서 60 초 동안 마이크로포짓(Microposit) MF-319로 단계(8026)에서 성장(develop)된다. 베이스 후드에서 샘플을 탈 이온수(DIW) 및 N2로 헹군다. 테크틱스 시리즈(Techniques Series) 85 RIE를 사용하여 과잉의 포토 레지스트를 제거하기 위해 단계(8032)에서 반응성 이온 에칭 프로세스가 수행된다. 이는 15 초 동안 50W의 180mTorr에서만 02을 적용하여 달성된다. 단계(8034)에서 샘플을 핫 플레이트상에서 130 ℃에서 60 초 동안 하드 베이킹한다. 리소그래피는 단계(8036)에서 라이카 Inm 광학 현미경하에 검사되어 리소그래피가 정확하고 간극이 정의되고 과도하게 전개되지 않았는지 확인한다.The lithographic process is performed in steps 8014-8034. First, the Shipley S1813 photoresist is spun on the backside of the laminate in step 8014 to protect the ground layer, for example using a Blower Science Cee Spin Coater System. In one embodiment, the spin coater system will operate at 3000 rpm at 3000 rpm / s for 60 seconds. The samples are soft baked in step 8016 for 90 seconds at 115 ° C. on a hot plate and hard baked at 130 ° C. for 60 seconds in a hot plate at step 8018. In step 8202, the S1813 resist is spun on the top pattern copper layer. In one embodiment, this is performed for 60 seconds at 3000 rpm at 3000 rpm / s. In step 8202, soft bake the sample for 90 seconds at 115 ° C. on a hot plate. In step 8024 the top of the sample is exposed at 110 mJ / cm 2 using Karl Suss MA6 BA6 contact aligner / printer. Next, the circuit is developed in step 8026 with Microposit MF-319 for 60 seconds in a beaker. Samples are rinsed in deionized water (DIW) and N2 in the base hood. A reactive ion etch process is performed at step 8032 to remove excess photoresist using a Techniques Series 85 RIE. This is achieved by applying 02 only at 180 mTorr of 50 W for 15 seconds. In step 8034 the samples are hard baked on a hot plate at 130 ° C. for 60 seconds. Lithography is examined under a Leica Inm optical microscope at step 8036 to ensure that the lithography is accurate and that the gaps are defined and not excessively developed.

단계(8038-8046)에서 12 μm 구리 층이 에칭된다. 구리는 Cu 에천트에서 샘플을 교반함으로써 단계(8038)에서 1 분 간격으로 에칭된다. 문의 단계(8040)는 Cu 에칭 프로세스가 완료되었는지를 판정하고, 그렇지 않으면, 샘플을 단계(8042)에서 90° 회전시키고 단계(8038)에서 Cu 에천트 내에서 샘플을 교반하기 위해 복귀한다. 문의 단계(8040)가 Cu 에칭 프로세스가 완료되었다고 판정하면, 제어는 단계(8044)로 진행하여 샘플이 DIW 및 N2로 세정되고 베이스 후드 내에서 건조된다. 문의 단계(8046)에서 현미경을 사용하여 샘플을 검사하여 Cu가 완전히 제거되었는지 판정한다. 그렇지 않다면, 제어는 Cu 에천트 내에서 추가 교반을 위해 단계(8038)로 되돌아 간다. 모든 Cu가 제거되면, 제어는 포토레지스트 프로세스의 스트립핑으로 넘어 간다.In steps 8038-8046 a 12 μm copper layer is etched. Copper is etched at 1 minute intervals in step 8038 by stirring the sample in a Cu etchant. Inquiry step 8040 determines whether the Cu etching process is complete; otherwise, rotates the sample 90 ° in step 8082 and returns to stirring the sample in the Cu etchant in step 8038. If inquiry step 8040 determines that the Cu etching process is complete, control proceeds to step 8044 where the sample is cleaned with DIW and N2 and dried in the base hood. In the inquiry step 8046, the sample is inspected using a microscope to determine if Cu has been completely removed. If not, control returns to step 8038 for further agitation in the Cu etchant. Once all Cu is removed, control passes to stripping of the photoresist process.

포토 레지스트의 스트립핑은 먼저 샘플을 아세톤, IPA, DIW 및 N2로 헹구고 용매 후드 내에서 건조하거나 CPK 솔벤트 스피너의 프로그램 2를 적절한 척으로 사용하여 발생한다. 단계(8050)에서 샘플을 핫 플레이트상에서 130 ℃에서 5 분 동안 탈수 베이킹한다. 에칭된 라미네이트 샘플은 단계(8052)에서 현미경으로 검사되어 샘플 내의 영역의 과도한 에칭없이 갭이 에칭되는지 확인한다.Stripping of the photoresist occurs first by rinsing the sample with acetone, IPA, DIW and N2 and drying in a solvent hood or using Program 2 of CPK Solvent Spinner as an appropriate chuck. In step 8050 the samples are dehydrated bake at 130 ° C. for 5 minutes on a hot plate. The etched laminate sample is examined under a microscope at step 8302 to see if the gap is etched without undue etching of the area within the sample.

생성된 패치 안테나는 안테나의 동작을 확인하기 위해 도 81에 도시된 바와 같이 테스트될 수 있다. 초기에, 단계(8102)에서, G-S-G 피드가 단락되지 않도록 안테나에 대해 DC 테스트가 수행된다. 단계(8104)에서 RF 테스트를 수행하여 캐스케이드(Cascade) M150 프로브 스테이션에서 애질런트 VNA를 사용하여 주파수 대역에서 S11-리턴 손실을 측정한다. 이어서, 안테나의 방사 패턴은 단계(8106)에서 NSI 구형 근접장 스캐너를 사용하여 적절한 주파수에서 측정될 수 있다.The generated patch antenna may be tested as shown in FIG. 81 to confirm the operation of the antenna. Initially, in step 8102, a DC test is performed on the antenna so that the G-S-G feed is not shorted. An RF test is performed in step 8104 to measure S11-return loss in the frequency band using an Agilent VNA at the Cascade M150 probe station. The radiation pattern of the antenna may then be measured at the appropriate frequency using an NSI spherical near field scanner at step 8106.

추가 구성에서, 패치 안테나는 혼 안테나와 함께 사용되어 창 또는 벽을 통해 발생하는 40dB 손실을 극복할 수 있다. 전술한 실시예는 또한 FCC 및 OSHA 요건을 충족시키도록 구성될 것이다. 여기에 서술된 기술들 이외에, 다른 근거리 기술들이 창 또는 벽을 통해 정보를 전송하기 위해 사용될 수 있다.In a further configuration, the patch antenna can be used with the horn antenna to overcome the 40 dB loss that occurs through the window or wall. The foregoing embodiment will also be configured to meet FCC and OSHA requirements. In addition to the techniques described herein, other near-field techniques may be used to transmit information through a window or wall.

(송수신기 칩셋)(Transceiver Chipset)

이제 도 82a를 참조하면, 창/벽(8202)을 관통하지 않을 주파수에서 기지국(8204)으로부터 신호를 수신할 주파수를 전송하는 RF 송수신기 칩셋을 사용하여 중대한 신호 손실없이 창 또는 벽(8202)을 통해 RF 신호를 전송하는 실시예가 도시되어 있다. 기지국(8204)은 무선 신호(8206)를 건물 전송 침투 시스템(8230)으로 전송한다. 건물 전송 침투 시스템(8230)은 기지국(8204)으로부터 신호(8206)를 수신하기 위한 전송 칩셋을 구현하는 제 1 송수신기(8232)를 포함한다. 제 1 송수신기(8232)는 구조물로 전송되는 신호에 대한 양방향 전송 링크(3236) 및 구조물의 외부로 기지국(8204)으로 전송되는 신호에 대한 전송 링크(8238)를 통해 전송 칩셋을 구현하는 제 2 송수신기(8212)와 연결된다.Referring now to FIG. 82A, through a window or wall 8202 without significant signal loss using an RF transceiver chipset that transmits a frequency to receive a signal from base station 8204 at a frequency that will not penetrate window / wall 8202. An embodiment of transmitting an RF signal is shown. Base station 8204 transmits a radio signal 8206 to building transmission penetration system 8230. Building transmission penetration system 8230 includes a first transceiver 8232 that implements a transmission chipset for receiving signal 8206 from base station 8204. The first transceiver 8232 is a second transceiver that implements a transmission chipset via a bidirectional transmission link 3236 for a signal transmitted to the structure and a transmission link 8238 for a signal transmitted to the base station 8204 out of the structure. And connected to 8212.

구조물의 내부에 위치한 제 2 송수신기(8234)는 전송 라인(8222) 및 수신 라인(8224)을 통해 Wi-Fi 라우터(8220)와 통신한다. Wi-Fi 라우터(8220)는 구조물 내에 위치한 무선 장치와 통신한다. 전송 라인(8222 및 8224)은 라인(8214 및 8216)이 제 2 송수신기(8234) 사이의 양방향 통신을 허용하는 것과 유사한 방식으로 Wi-Fi 라우터(8220)와 제 2 송수신기(8218) 사이의 양방향 통신을 허용한다. 제 1 송수신기(8232) 및 제 2 송수신기(8234)에서 구현되는 칩셋은 제한하는 것은 아니지만 기지국으로부터의 3.5GHz, 24GHz, 28GHz, 39GHz, 60GHz, 71GHz 및 81GHz를 포함하는 임의의 개수의 주파수를 수신하여, 건물 내부로 그리고 건물 외부로부터 창/벽(8202)을 관통할 포맷으로 변환할 수 있다. 신호는 2G, 3G, 4G-LTE, 5G, 5G NR(New Radio) 및 WiGi를 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 프로토콜을 사용할 수 있다.A second transceiver 8234 located inside the structure communicates with the Wi-Fi router 8220 via the transmission line 8222 and the receiving line 8224. Wi-Fi router 8220 communicates with a wireless device located within the structure. Transmission lines 8222 and 8224 are bidirectional communications between Wi-Fi router 8220 and second transceiver 8218 in a manner similar to allowing lines 8214 and 8216 to allow bidirectional communication between second transceivers 8234. Allow. The chipset implemented in the first transceiver 8232 and the second transceiver 8342 is not limited and may receive any number of frequencies including 3.5 GHz, 24 GHz, 28 GHz, 39 GHz, 60 GHz, 71 GHz and 81 GHz from the base station. And convert the windows / walls 8202 into a format that will penetrate into and out of the building. The signal may use any protocol, including but not limited to 2G, 3G, 4G-LTE, 5G, 5G New Radio (NR) and WiGi.

이제 도 82b를 참조하면, 창 또는 벽(8202)을 통해 60GHz 또는 다른 대역폭 무선 신호를 전송하기 위한 시스템(8200)에 대한 도 82a의 시스템의 보다 특정한 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예에서, 페라소 칩셋은 시스템(8200) 내에서의 전송을 가능하게 하기 위해 사용된다. 기지국(8204)은 60GHz 무선 신호(8206)를 밀리미터파 시스템(8208)으로 전송한다. 밀리미터파 시스템(8208)은 기지국(8204)으로부터 60GHz 신호(8206)를 수신하기 위한 페라소 칩셋을 구현하는 제 1 60GHz 송수신기(8210)를 포함한다. 제 1 페라소 송수신기(8210)는 구조물로 전송되는 신호를 위한 전송 연결부(8214) 및 구조물 외부로 기지국(8204)으로 전송되는 신호를 위한 전송선(8216)을 통해 페라소 칩셋을 구현하는 제 2 60GHz 송수신기(8212)와 연결된다.Referring now to FIG. 82B, a more specific embodiment of the system of FIG. 82A is shown for system 8200 for transmitting 60 GHz or other bandwidth wireless signal through window or wall 8202. In this embodiment, the Peraso chipset is used to enable transmission within the system 8200. Base station 8204 transmits a 60 GHz radio signal 8206 to millimeter wave system 8208. Millimeter wave system 8208 includes a first 60 GHz transceiver 8210 that implements a Ferraso chipset for receiving 60 GHz signal 8206 from base station 8204. The first Ferraso transceiver 8210 implements a second 60 GHz chipset that implements the Ferraso chipset through a transmission connector 8214 for signals transmitted to the structure and a transmission line 8216 for signals transmitted to the base station 8204 outside the structure. Is connected to the transceiver 8212.

제 2 페라소 송수신기(8212)는 창 또는 벽(8202)의 외부에 위치하고, 창 또는 벽(8202)의 내부에 페라소 칩셋을 구현하는 제 3 60GHz 송수신기(8218)로 무선 신호를 전송한다. 구조물의 내부에 위치한 제 3 페라소 송수신기(8218)는 전송 라인(8222) 및 수신 라인(8224)을 통해 Wi-Fi 라우터(8220)와 통신한다. Wi-Fi 라우터(8220)는 구조물 내에 위치한 무선 장치와 통신한다. 전송 라인(8222 및 8224)은 라인(8214 및 8216)이 제 2 페라소 송수신기(8212)와 제 1 페라소 송수신기(8210) 사이의 양방향 통신을 허용하는 것과 유사한 방식으로 Wi-Fi 라우터(8220)와 제 3 페라소 송수신기(8218) 사이의 양방향 통신을 허용한다. TDD의 경우 일반적으로 TX에 3 개의 타임 슬롯이 할당되고 RX에 1 개의 타임 슬롯이 할당되므로 슬롯이 시간에 따라 분리되므로 충돌하지 않는다. 따라서, 양방향 통신의 경우 동일한 주파수에서 간섭 측면에서 문제가 없다. 동일한 주파수와 시간이 사용되는 상황에서 TX가 +1 헬리시티(helicity)로 수행되고 RX가 -1 헬리시티로 수행되는 경우 OAM 트위스트 빔을 사용한 전이중 격리가 사용될 수 있다.The second Ferraso transceiver 8212 is located outside of the window or wall 8202 and transmits wireless signals to a third 60 GHz transceiver 8218 that implements the Ferraso chipset inside the window or wall 8202. A third Peraso transceiver 8218 located inside the structure communicates with the Wi-Fi router 8220 via a transmission line 8222 and a receiving line 8224. Wi-Fi router 8220 communicates with a wireless device located within the structure. Transmission lines 8222 and 8224 provide a Wi-Fi router 8220 in a manner similar to allowing lines 8214 and 8216 to allow bidirectional communication between the second Ferraso transceiver 8212 and the first Ferraso transceiver 8210. And two-way communication between the third Ferraso transceiver 8218. In the case of TDD, since three time slots are generally allocated to TX and one time slot is allocated to RX, slots are separated according to time and thus do not collide. Thus, in the case of bidirectional communication, there is no problem in terms of interference at the same frequency. When TX is performed with +1 helicity and RX with -1 helicity in the same frequency and time is used, full-duplex isolation using OAM twisted beams may be used.

이제 도 83을 참조하면, 추가 페라소 칩셋 구현이 도시되어 있다. 도 83은 기지국(8302)이 60GHz 무선 통신 링크를 통해 페라소 칩셋을 구현하는 60GHz 송수신기(8304)와 통신하고, 신호는 페라소 송수신기(8304) 사이에서 페라소 칩셋을 구현하는 제 2 60GHz 송수신기(8230)로 양방향으로 전송되는 중계기 구성을 도시한다. 제 2 페라소 송수신기(2908)는 일반적으로 8314로 표시된 거리에 걸쳐 페라소 칩셋을 구현하는 제 3 60GHz 송수신기(8312)를 갖는 무선 60GHz 통신 링크(8310)를 갖는다. 페라소 송수신기(8304) 및 페라소 송수신기(8308)로 이루어진 중계기(8316)는 기지국(8302)으로부터의 신호가 페라소 송수신기(3812)까지 더 긴 거리 상으로 부스팅 및 전송되는 것을 가능하게 한다. 페라소 송수신기(8312)는 통신 라인(8222, 8324)을 통해 라우터(8318)와 양방향으로 통신한다. 상술한 바와 같은 중계기 구성은 기지국(8306)으로부터 전송된 60GHz 신호의 전송 범위를 확장하는데 사용될 수 있다.Referring now to FIG. 83, an additional Ferraso chipset implementation is shown. 83 shows a base station 8302 communicating with a 60 GHz transceiver 8304 that implements a Ferraso chipset over a 60 GHz wireless communication link, and the signal is between a 2 and 60 GHz transceiver that implements the Ferraso chipset between the Ferraso transceivers 8304. 8230 shows a repeater configuration being transmitted in both directions. The second Ferraso transceiver 2908 generally has a wireless 60 GHz communication link 8310 with a third 60 GHz transceiver 8312 implementing the Ferraso chipset over the distance indicated as 8314. Repeater 8316, consisting of the Ferraso transceiver 8304 and the Ferraso transceiver 8308, allows signals from the base station 8302 to be boosted and transmitted over a longer distance to the Ferraso transceiver 3812. The Ferraso transceiver 8312 communicates bidirectionally with the router 8318 via communication lines 8222 and 8324. The repeater configuration as described above may be used to extend the transmission range of the 60 GHz signal transmitted from the base station 8308.

도 84a는 전술한 바와 같이 전송에 사용될 수 있는 페라소 송수신기(8460)의 최상위 블록도를 도시한다. 한 쌍의 안테나(8462)는 60GHz 신호를 송신(8460B) 및 수신(8462A)하기 위해 사용된다. 전술한 실시예들 중 하나에 따른 수신된 신호는 안테나(8462A)로부터 복조기(8464)로 전달되며, 안테나(8462A)로부터 수신된 신호는 위상 동기 루프/로컬 발진기 블록(8466)으로부터 제공된 신호에 응답하여 복조된다. 복조된 신호는 아날로그-디지털 변환기(8468)로 전달되어 아날로그 신호가 복조된 신호 및 클록 생성기(8470)에 의해 제공된 클록 신호에 응답하여 디지털 포맷으로 변환된다. 디지털 신호는 출력(8472)에서 제공된다.84A shows a top block diagram of a Peraso transceiver 8260 that may be used for transmission as described above. A pair of antennas 8846 are used to transmit (8460B) and receive (8462A) 60 GHz signals. The received signal according to one of the above embodiments is passed from antenna 8846A to demodulator 8264, and the signal received from antenna 8846A is responsive to the signal provided from phase locked loop / local oscillator block 8466. Is demodulated. The demodulated signal is passed to an analog-to-digital converter 8468 to convert the analog signal into a digital format in response to the demodulated signal and the clock signal provided by the clock generator 8270. The digital signal is provided at output 8852.

전송될 신호는 디지털 형식으로 입력(8474)에 제공되고 클록 생성기(8470)로부터의 클록 신호에 응답하여 디지털-아날로그 변환기(8476)에서 디지털에서 아날로그 형식으로 변환된다. 아날로그 신호는 위상 동기 루프/로컬 발진기 블록(8466)으로부터의 아날로그 신호 및 제어 신호에 응답하여 변조기(8478) 내에서 변조된다. 변조된 신호는 페라소 송수신기(8460)로부터 상술한 구성 중 하나에서 안테나(8462B)로부터 전송된다. 페라소 칩셋은 본 명세서에 참고로 포함된 2015 년 12 월 18 일자 페라소 W110 와이기그(WiGig) 칩셋 제품 개요에 보다 구체적으로 기술되어 있다.The signal to be transmitted is provided to the input 8424 in digital format and converted from digital to analog format in a digital-to-analog converter 8476 in response to a clock signal from the clock generator 8270. The analog signal is modulated in modulator 8478 in response to the analog and control signals from phase locked loop / local oscillator block 8466. The modulated signal is transmitted from the antenna 8846B in one of the configurations described above from the ferraso transceiver 8260. The Ferraso chipset is described in more detail in the Ferraso W110 WiGig chipset product overview of December 18, 2015, which is incorporated herein by reference.

이제 도 84b를 참조하면, 페라소 칩셋의 보다 상세한 애플리케이션 다이어그램이 도시되어 있다. 60 GHz 대역의 페라소 칩셋이 설명되었지만, 당업자는 칩셋이 중계기가 신호 전송 능력의 확장을 가능하게 하는 임의의 주파수를 이용할 수 있음을 알 것이다. 예로는 밀리미터 대역, 28GHz 대역, 39GHz 대역, 2.5GHz 대역, CBRS 대역(3.5GHz) 및 Wi-Fi 대역(5GHz)이 포함 되나 이에 제한되지 않는다. 페라소 칩셋은 와이기그 응용 프로그램과 함께 사용되는 W110 칩셋으로 구성된다. 페라소 칩셋은 PRS1125 집적 회로(8402) 및 PRS4001 집적 회로(8404)를 사용하여 IEEE 802.11ad 기능을 구현한다. 페라소 칩셋은 완벽한 초고속 USB 3.0 내지 와이기그 솔루션을 구현한다. PRS4001 저전력 와이기그 기저 대역 집적 회로(8402)는 디지털-아날로그 변환기(8408), 아날로그-디지털 변환기(8410) 및 위상 고정 루프(8412)를 포함하는 아날로그 프론트 엔드(8406)를 통합한다. PRS 4001 회로(8402)는 기저 대역 물리 계층(8414), Mac 계층(8416) 및 2 개의 RISC CPU 코어를 더 포함한다. PRS4001 회로(8402)는 IEEE 802.11ad와 호환된다. USB 2.0 및 3.0 인터페이스(8424)는 USB 통신을 가능하게 한다. PRS4001 회로(8402)는 모든 페라소 60GHz 무선 장치와의 완벽한 연결을 지원한다.Referring now to FIG. 84B, a more detailed application diagram of the Peraso chipset is shown. While the Peraso chipset in the 60 GHz band has been described, those skilled in the art will appreciate that the chipset may use any frequency that allows the repeater to expand its signal transmission capability. Examples include, but are not limited to, millimeter band, 28 GHz band, 39 GHz band, 2.5 GHz band, CBRS band (3.5 GHz), and Wi-Fi band (5 GHz). The Ferraso chipset consists of the W110 chipset used with Wiggig applications. The Ferraso chipset uses the PRS1125 integrated circuit 8402 and the PRS4001 integrated circuit 8404 to implement IEEE 802.11ad functionality. The Ferraso chipset delivers a complete ultra-fast USB 3.0 to WiGig solution. The PRS4001 low-power Wig baseband integrated circuit 8402 integrates an analog front end 8406 that includes a digital-to-analog converter 8080, an analog-to-digital converter 8410, and a phase locked loop 8412. The PRS 4001 circuit 8402 further includes a baseband physical layer 8414, a Mac layer 8416 and two RISC CPU cores. The PRS4001 circuit 8402 is compatible with IEEE 802.11ad. USB 2.0 and 3.0 interfaces 8424 enable USB communication. The PRS4001 circuit 8402 supports seamless connectivity with all Ferraso 60 GHz radios.

PRS1125 집적 회로(8404)는 60GHz 단일 종단 수신기 및 송신 인터페이스를 제공하는 단일 칩 직접 변환 RF 송수신기이다. PRS1125 회로(8404)는 최대 14dBm의 전송 출력 전력, -21dB보다 우수한 전송 EVM(16-QAM), 5dB 미만의 수신기 잡음 및 70dB 이상의 수신기 변환 이득을 제공한다. 통합된 단일 종단 60GHz 안테나 인터페이스는 전송 데이터 경로(8418) 및 수신 데이터 경로(8420)를 포함한다. 위상 고정 루프(8422)는 통합 컨트롤러를 사용하여 IEEE 802.11ad의 모든 채널에 튜닝된다. 페라소 칩셋은 무선 스토리지, 무선 디스플레이 및 멀티 기가 바이트 모바일 무선 애플리케이션을 제공한다. 안테나(8426)는 전체 60GHz 대역에서 8.5dBi 이득을 갖는 NA 등급 패치 안테나를 포함한다.The PRS1125 integrated circuit 8404 is a single chip direct conversion RF transceiver that provides a 60 GHz single-ended receiver and transmission interface. The PRS1125 circuit 8404 provides up to 14dBm transmit output power, better than -21dB transmit EVM (16-QAM), less than 5dB receiver noise, and more than 70dB receiver conversion gain. The integrated single-ended 60 GHz antenna interface includes a transmit data path 8418 and a receive data path 8420. Phase locked loop 8822 is tuned to all channels of IEEE 802.11ad using an integrated controller. The Ferraso chipset delivers wireless storage, wireless display and multi-gigabyte mobile wireless applications. Antenna 8826 includes an NA grade patch antenna with 8.5 dBi gain in the entire 60 GHz band.

페라소 칩셋 송수신기 사이의 통신은 그들 사이의 처리량을 제어하기 위해 많은 방식으로 수행 될 수 있다. 도 85에 도시된 바와 같이, 제 1 페라소 송수신기(8502)와 제 2 페라소 송수신기(8504) 사이의 통신은 단일 통신 채널(8506)을 통해 직렬로 수행될 수 있다. 이 경우, 데이터는 단일 통신 채널(8506)을 통해 순차적으로 한 항목씩 순차적으로 전송된다. 도 86은 병렬 전송 구성을 보여준다. 이 구성에서, 송수신기(8502)와 송수신기(8504) 사이의 전송은 병렬로 동작하는 다수의 채널(8608)을 통해 발생한다. 이 구성에서, 데이터 처리량을 증가시키기 위해, 상이한 데이터 스트림이 병렬 통신 채널(8508)을 통해 동시에 전송될 수 있다. 병렬 구성에서, 데이터 스트림은 2 개의 다수의 서브 스트림으로 청원되어 별도의 병렬 채널(8508)을 통해 전송된다. 그 결과는 수신기(8504)에서 함께 결합될 수 있다.Communication between the Ferraso chipset transceivers can be performed in many ways to control the throughput between them. As shown in FIG. 85, communication between the first Ferraso transceiver 8502 and the second Ferraso transceiver 8504 may be performed in series over a single communication channel 8506. In this case, data is sequentially transmitted one item at a time through a single communication channel 8506. 86 shows a parallel transmission configuration. In this configuration, the transmission between transceiver 8502 and transceiver 8504 occurs over a number of channels 8608 operating in parallel. In this configuration, to increase data throughput, different data streams may be transmitted simultaneously over parallel communication channel 8908. In a parallel configuration, the data stream is petitioned into two multiple sub-streams and transmitted over a separate parallel channel 8908. The results can be combined together at the receiver 8504.

도 87은 창 또는 벽(8006)의 외부 측면에 위치한 페라소 송수신기(8702)의 기능 블록도를 도시한다. 페라소 송수신기(8702)가 창 또는 벽(8704)의 외부에 위치되기 때문에, 페라소 송수신기(8702)에 전력을 제공하기 위한 어떤 방식이 필요하다. 벽(8704)의 외부 측에 위치한 전력 유닛(8706)은 여러 방식으로 페라소 송수신기(8702)에 전력을 공급할 수 있다. 일 구현에서, 전력 유닛은 전력을 생성하기 위한 태양 전지 및 태양 발생 회로를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 외부 벽 또는 창에 위치한 페라소 송신기에 대한 최대 전력 소비는 15W이다. 송수신기가 14 dBm 또는 대략 25 mW의 전송 전력을 제공하기 위해, 15 W의 소비 전력이 생성된다. 하루 중 20시간 동안 15W의 소비 전력이 필요한 경우, 매일 송수신기를 지원하기 위해 약 300Whr의 에너지가 필요하다. 24 시간 동안 작동하는 1.25의 효율을 갖는 동력 장치는 대략 375Whr의 에너지를 제공할 수 있다. 375Whr는 100W의 송수신기에 필요한 태양열 용량을 제공하기 위해 3.5(겨울에는 대략적인 태양 시간 수)로 나누어진다.87 shows a functional block diagram of a Peraso transceiver 8702 located on the outer side of window or wall 8006. Since the Ferraso transceiver 8702 is located outside of the window or wall 8704, some manner is needed to provide power to the Ferraso transceiver 8702. The power unit 8706 located on the outer side of the wall 8704 can power the Ferraso transceiver 8702 in a number of ways. In one implementation, the power unit may include a solar cell and solar generation circuit for generating power. In one embodiment, the maximum power consumption for a Peraso transmitter located on an exterior wall or window is 15W. In order for the transceiver to provide a transmission power of 14 dBm or approximately 25 mW, 15 W power consumption is generated. If 15W of power is needed for 20 hours of the day, about 300Whr of energy is needed to support the transceiver each day. A power unit with an efficiency of 1.25 operating for 24 hours can provide approximately 375 Whr of energy. The 375Whr is divided by 3.5 (approximate number of solar hours in winter) to provide the solar capacity required for a 100W transceiver.

외부 페라소 송신기에 전원을 공급하는 다른 방법이 도 88에 설명되어 있다. 내부에 위치한 레이저(8022)는 레이저 빔(88042) 내의 에너지를 외부 페라소 송신기 상에 위치한 포토 다이오드(8806)로 전송하는데 사용된다. 벽이 빔을 차단하기 때문에 레이저 빔(8804)은 창을 통해 투과 될 것이다. 전송된 레이저 빔에 필요한 전력은 다음과 같이 정의된다.Another method of powering an external Peraso transmitter is described in FIG. 88. An internally located laser 8802 is used to transfer energy within the laser beam 88042 to a photodiode 8906 located on an external Ferraso transmitter. Since the wall blocks the beam, the laser beam 8904 will be transmitted through the window. The power required for the transmitted laser beam is defined as follows.

Figure pct00127
Figure pct00127

Figure pct00128
Figure pct00128

광학부재의 효율, EffOptics은 투과되는 유리의 유형에 따라 다르다. 창유리는 상업적 또는 가정용 일 수 있다. 클리마가드(ClimaGuard) 70/36과 같은 가정용 창문 유리의 경우, 445 nm의 투과 파장에서 광학 효율은 0.68이다. 선가드(SunGuard) SN 68과 같은 상업용 창문 유리의 경우 광학 효율은 445 nm의 투과 파장에서 0.64이다.The efficiency of the optics, Eff Optics , depends on the type of glass being transmitted. The pane can be commercial or household. For home window glass such as ClimaGuard 70/36, the optical efficiency is 0.68 at a transmission wavelength of 445 nm. For commercial window glass such as SunGuard SN 68, the optical efficiency is 0.64 at a transmission wavelength of 445 nm.

실리콘 포토 다이오드의 효율, EffPVCell은 다음과 같이 정의된다.The efficiency of the silicon photodiode, Eff PVCell, is defined as

Figure pct00129
Figure pct00129

따라서, 450nm에서 전송해야 하는 광학 출력은 다음과 같은 방식으로 광학 및 광 다이오드 효율을 사용하여 결정할 수 있다.Thus, the optical power that must be transmitted at 450 nm can be determined using optical and photodiode efficiency in the following manner.

Figure pct00130
Figure pct00130

따라서 450nm, 4.5W 청색 다이오드로 34W의 전력을 공급하는데 필요한 레이저 다이오드의 수는 45W/4.5W 또는 약 8 개의 다이오드이다.Thus, the number of laser diodes required to deliver 34W to a 450nm, 4.5W blue diode is 45W / 4.5W or about 8 diodes.

(VCSEL 정렬 및 전력)(VCSEL alignment and power)

이제 도 89를 참조하면, VCSEL(8902)가 도시되어 있다. 하나의 VCSEL은 창의 외부에 위치하고 제 2 VCSEL은 창의 내부에 위치하기 때문에, 하나의 VCSEL에서 다른 VCSEL로 제공되는 광 전송 링크를 정렬하는 방식이 있어야 한다. 이러한 정렬이 달성 될 수 있는 한가지 방식은 VCSEL(8902)상의 다수의 위치에 위치된 정렬 홀(8904)을 갖는 것이다. 도 89에 도시된 실시예에서, 정렬 홀(8904)은 VCSEL(8902)의 각 코너에 위치된다. 이러한 정렬 홀(8904)은 제 1 VCSEL(8902a)을 제 2 VCSEL(8902b)과 정렬시키기 위해 도 90에 도시된 방식으로 사용된다. 따라서, VCSEL(8902a) 및 VCSEL(8902b)의 각각의 코너에 위치된 각각의 정렬 홀(8904)를 시각적으로 정렬함으로써, VCSEL 내의 광 전송 회로는 창(9002)를 통해 정렬될 수 있다.Referring now to FIG. 89, a VCSEL 8902 is shown. Since one VCSEL is located outside the window and the second VCSEL is located inside the window, there must be a way to align the optical transmission links provided from one VCSEL to the other. One way in which this alignment can be achieved is to have alignment holes 8904 located in multiple locations on the VCSEL 8902. In the embodiment shown in FIG. 89, alignment holes 8904 are located at each corner of VCSEL 8902. This alignment hole 8904 is used in the manner shown in FIG. 90 to align the first VCSEL 8902a with the second VCSEL 8902b. Thus, by visually aligning each alignment hole 8904 located at each corner of the VCSEL 8902a and VCSEL 8902b, the light transmission circuit in the VCSEL can be aligned through the window 9002.

외부 전원 입력을 사용하는 대신, 창에 위치한 VCSEL(8902)는 도 91과 같이 다른 방법으로 전원을 공급할 수 있고, 도 91은 창 또는 벽(9002)의 내부에 있는 VCSEL(9102) 및 창 또는 벽의 외부에 위치한 VCSEL(9106)을 도시한다. 전원(9108)은 일부 유형의 입력 연결을 통해 내부 VCSEL(9102)에 직접 제공된다. 내부 VCSEL(9102) 내의 전력 결합 장치(9110)는 외부 VCSEL(9106) 내의 유사한 전력 결합 장치(9112)와 결합된다. VCSEL(9102 및 9106)이 투명한 창에 위치하는 경우, 포토 인덕터 또는 다른 유형의 광 전력 커플러가 전력 결합 장치(9110 및 9112)에 이용될 수 있다. VCSEL(9102 및 9106)이 불투명 한 벽의 반대쪽에 위치하거나, 코일 및 닥터와 같은 광학 신호 유도 결합 장치가 전력 결합 장치(9110, 9112)에 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 전력 결합 장치(9110)는 외부 VCSEL(9106)에 전력을 공급하기 위해 전력 결합 장치(9112)에 전력을 제공한다.Instead of using an external power input, the VCSEL 8902 located in the window can be powered in another way, as shown in FIG. 91, and FIG. 91 shows the VCSEL 9102 and the window or wall inside the window or wall 9002. The VCSEL 9106 is located outside of it. The power supply 9108 is provided directly to the internal VCSEL 9102 through some type of input connection. Power combiner 9210 in inner VCSEL 9102 is coupled with similar power combiner 9112 in external VCSEL 9106. If the VCSELs 9102 and 9106 are located in transparent windows, photo inductors or other types of optical power couplers may be used in the power coupling devices 9110 and 9112. VCSELs 9102 and 9106 are located opposite the opaque walls, or optical signal inductive coupling devices such as coils and doctors may be used in power coupling devices 9110 and 9112. In this manner, power combiner 9210 provides power to power combiner 9112 to power external VCSEL 9106.

(시스템 전력)(System power)

이제 도 92를 참조하면, 시스템의 외부에 위치된 외부 시스템 구성요소(9202) 및 내부(5608) 내에 위치된 내부 시스템 구성요소(9204)에 전력이 제공될 수 있는 방식이 도시되어 있다. 내부 시스템 구성요소(9204)는 송신을 위한 신호를 생성하고 수신된 신호를 판정하기 위해 전술한 안테나, 변조기, 복조기 및 다른 구성요소를 포함한다. 외부 시스템 구성요소(9202)는 상술한 서큘레이터, 전력 증폭기 및 혼 안테나로 구성된다. 내부 시스템 구성요소(9204)는 건물 내에 위치한 전력 시스템에 플러그인 될 수 있는 내부 전력 시스템(9206)에 연결된다. 내부 시스템 구성요소(9204) 및 외부 시스템 구성요소(9202)는 창/벽(9002)에 의해 분리되기 때문에, 외부 시스템 구성요소에 전력을 전송 또는 제공하기 위한 어떤 방식이 있어야 한다. 그렇게 하는 한 가지 방법은 외부 시스템 구성요소(9202)가 연결되는 건물의 외부에 위치된 다수의 태양전지 판(9210)에 의해 전력을 공급받는 전력 시스템(9208)의 사용을 포함한다.Referring now to FIG. 92, illustrated is the manner in which power may be provided to external system components 9202 located outside of the system and internal system components 9304 located within interior 5608. Internal system component 9304 includes the antennas, modulators, demodulators, and other components described above to generate signals for transmission and determine received signals. External system component 9202 is comprised of the circulator, power amplifier, and horn antenna described above. Internal system component 9304 is connected to an internal power system 9206 that can be plugged into a power system located within a building. Since internal system component 9304 and external system component 9202 are separated by window / wall 9002, there must be some way to transmit or provide power to external system components. One way of doing so includes the use of a power system 9208 powered by a number of solar cell panels 9210 located outside of the building to which external system components 9202 are connected.

전력 시스템(9208)으로부터 외부 시스템 구성요소(9202)로 요구되는 전력은 대략 .76W이다. 이 .76W 전력을 제공하는 한 가지 방법은 태양전지 판(9210)을 사용하는 것이다. 태양전지 판(9210)에 .76W 또는 1W를 제공하는 태양전지 판이 사용될 수 있다. .76W 전원 공급 시스템과 관련하여 24 시간 동안 0.76W는 18.24W hours의 전력을 필요로 할 것이다. 18.24WW hours가 1.25 %의 효율로 제공되는 경우, 22.8W hours가 필요하다. 22.8W hours의 효율을 3.5시간(겨울의 일광 시간 #수)으로 나누면, 총 6.52W의 결과가 제공된다. 1W 시스템의 경우에도 마찬가지로, 하루동안 1W가 제공되려면, 24W hours가 필요하다. 1.25 % 효율에서 24W hours는 30W hours를 필요로 한다. 30시간을 겨울에 활용 가능한 일광 시간 3.5시간으로 나누면, 8.57W hours가된다. 전력 공급에 사용되는 태양전지 판(9210)은 스마트 폰 및 태블릿을 충전하는데 사용되는 태양전지 판과 유사할 수 있다. 이러한 유형의 패널에는 .76W 및 1W 에너지 수준 요구 사항을 충족하는 7W 충전 패널과 9W 충전 패널이 모두 포함된다.The power required from power system 9290 to external system component 9202 is approximately .76W. One way to provide this .76W power is to use solar panel 9210. A solar cell plate providing .76 W or 1 W to the solar cell plate 9210 can be used. For a 24 hour power supply system, 0.76 W would require 18.24 W hours of power. If 18.24WW hours are provided with an efficiency of 1.25%, 22.8W hours are required. Dividing the efficiency of 22.8W hours by 3.5 hours (#daylight hours in winter) gives a total of 6.52W. Likewise for a 1W system, 24W hours are required to provide 1W per day. At 1.25% efficiency, 24W hours requires 30W hours. Dividing 30 hours by 3.5 hours of daylight available in winter, you get 8.57W hours. The solar cell plate 9210 used for powering may be similar to the solar cell plate used to charge smart phones and tablets. This type of panel includes both 7W and 9W charging panels that meet .76W and 1W energy level requirements.

고효율 태양 광 충전 패널을 갖는 7W 휴대용 태양열 충전기는 일반적으로 0.8 파운드의 무게를 갖는다. 이 장치의 일반 크기는 12.8×7.5×1.4 인치(32.5×19×3.5 cm)이다. 다른 7W 비정질 태양 광 배터리 충전기 패널의 크기는 15.8×12.5×0.8 인치(40×31.75×2cm)이고, 무게는 3 파운드이다. 단결정 전지가 있는 대체 9W 충전 패널의 크기는 8.7×10×0.2 인치(22×25.5×0.5cm)이며 유연한 태양 전지 패널의 크기는 12×40 인치(30.5×100cm)이다. 다른 9W 고효율 태양전지 판의 크기는 8.8×12.2×0.2 인치(22.35×31×0.5cm)이다.7W portable solar chargers with high efficiency solar charging panels typically weigh 0.8 pounds. The typical size of this device is 12.8 x 7.5 x 1.4 inches (32.5 x 19 x 3.5 cm). The other 7W amorphous solar battery charger panel measures 15.8 × 12.5 × 0.8 inches (40 × 31.75 × 2 cm) and weighs 3 pounds. An alternative 9W charging panel with a single crystal cell measures 8.7 × 10 × 0.2 inches (22 × 25.5 × 0.5 cm) and the flexible solar panel measures 12 × 40 inches (30.5 × 100 cm). Another 9W high efficiency solar panel is 8.8 x 12.2 x 0.2 inches (22.35 x 31 x 0.5 cm).

이제 도 93을 참조하면, 태양전지 판을 이용하는 대신에, 외부 시스템 구성요소(9202)는 태양열 구동 시스템을 이용하는 것이 아니라 외부 시스템 구성요소에 전력을 공급하기 위해 전송된 레이저 전력을 이용할 수 있다. 내부 시스템 구성요소(9204)는 창 또는 벽(9304)의 내부에 모든 구성요소에 전력을 제공하는 전력 시스템(9302)을 갖는다. 전력 시스템(9302)은 예를 들어 건물 내에 위치한 전원 콘센트에 대한 내부 전원 연결부(9306)를 갖는다. 전력 시스템(9302)은 공지된 방식으로 내부 시스템 구성요소(9204)에 시스템 전력을 제공한다. 또한, 전력 시스템(9302)은 레이저 송신기(9308)에 전력을 제공한다. 레이저 송신기는 일 실시예에서 레이저 다이오드를 포함할 수 있다. 레이저 송신기(9308)는 창(9304)을 통해 창(9304)의 외부에 위치한 광발전(photovoltaic) 수신기(PV 수신기)(9312)로 전송되는 레이저 빔(9910)을 생성한다. 레이저 송신기(9308)는 PV 수신기(9312)로 전송될 빔 크기를 형성하기 위한 한 세트의 광학부재들을 포함한다. 생성된 레이저 출력은 다음 식에 따라 정의될 수 있다.Referring now to FIG. 93, instead of using a solar panel, external system component 9202 may use the transmitted laser power to power external system components rather than using a solar drive system. Internal system component 9304 has a power system 9302 that provides power to all components inside the window or wall 9304. Power system 9302 has internal power connections 9308 to a power outlet, for example, located within a building. The power system 9302 provides system power to the internal system components 9304 in a known manner. The power system 9302 also provides power to the laser transmitter 908. The laser transmitter may comprise a laser diode in one embodiment. The laser transmitter 9908 generates a laser beam 9910 that is transmitted through a window 9304 to a photovoltaic receiver (PV receiver) 9312 located outside of the window 9304. The laser transmitter 9308 includes a set of optical elements for forming the beam size to be transmitted to the PV receiver 9312. The generated laser power can be defined according to the following equation.

Figure pct00131
Figure pct00131

445nm에서 에너지를 감지하기 위해 PV 수신기에 필요한 광 파워는 다음과 같은 방식으로 정의될 수 있다.The optical power required for a PV receiver to sense energy at 445 nm can be defined in the following way.

Figure pct00132
Figure pct00132

이것은 수신기 레이저의 파장이다.This is the wavelength of the receiver laser.

Figure pct00133
(하마마쓰 Si-포토다이오드)
Figure pct00133
(Hamamatsu Si-photodiode)

Figure pct00134
Figure pct00134

따라서, 445nm에서 전력을 공급하기 위해서는 2W 레이저 다이오드가 필요하다. PV 수신기(9312)는 수신된 레이저 광 에너지를 다시 전기로 변환한다. 수신된 레이저 빔(9310)에 응답하여 PV 수신기(9312)에 의해 생성된 전력은 전력 시스템(9314)에 제공된다. 전력 시스템(9314)은 외부 시스템 구성요소(9202)에 전력을 공급하여 그들의 동작을 가능하게 한다.Thus, a 2W laser diode is needed to supply power at 445 nm. The PV receiver 9312 converts the received laser light energy back into electricity. Power generated by the PV receiver 9312 in response to the received laser beam 9310 is provided to the power system 9314. Power system 9314 powers external system components 9202 to enable their operation.

이제 도 94를 참조하면, 태양전지 판 또는 레이저 소스를 이용하는 것이 아니라 유도 결합을 사용하여 내부 전원으로부터 외부 부품에 전력을 공급하는 다른 방식이 도시되어 있는데, 외부 시스템 구성요소들(9202)은 외부 시스템 구성요소들에 전력을 공급하기 위해 창/벽(9404)을 통해 내부 전원에 자기 유도 또는 자기 공진 결합에 의해 제공되는 전력을 이용할 수 있다. 내부 시스템 구성요소(9204)는 창 또는 벽(9404)의 내부 부분상의 모든 구성요소에 전력을 제공하는 전원 시스템(9402)을 갖는다. 전력 시스템(9402)은, 예를 들어, 건물 내에 위치한 전원 콘센트에 대한 내부 전원 연결부(9406)를 갖는다. 전력 시스템(9402)은 공지된 방식으로 내부 시스템 구성요소(9204)에 시스템 전력을 제공한다. 또한, 전력 시스템(9402)은 유도 코일 또는 자기 공진기(9408)에 전력을 제공한다. 유도 코일 또는 자기 공진기(9408)는 창/벽(9404) 외부에 위치한 제 2 유도 코일 또는 자기 공진기(9412)와의 자기 연결을 가능하게 한다. 유도 코일 또는 자기 공진기(9408 및 9412)는 내부 전력 시스템(9402)으로부터 외부 전력 시스템(9414)으로의 전력의 유도 또는 공진 결합을 가능하게 한다. 수신된 전자기 에너지(9410)에 응답하여 유도 코일 또는 자기 공진기(9412)에서 수신된 전력이 전력 시스템(9414)에 제공된다. 전력 시스템(9414)은 외부 시스템 구성요소(9202)에 전력을 제공하여 그들의 동작이 창/벽(9404)을 통해 신호를 전송하도록 한다.Referring now to FIG. 94, there is shown another way of powering external components from an internal power source using inductive coupling, rather than using a solar panel or laser source, wherein external system components 9202 are external systems. The power provided by magnetic induction or magnetic resonance coupling to an internal power source through window / wall 9504 can be used to power the components. Internal system component 9304 has a power system 9402 that provides power to all components on the interior portion of window or wall 9504. The power system 9402 has internal power connections 9906 to a power outlet, for example, located within a building. Power system 9402 provides system power to internal system components 9304 in a known manner. The power system 9402 also provides power to the induction coil or magnetic resonator 9908. Induction coil or magnetic resonator 9908 enables magnetic coupling with a second induction coil or magnetic resonator 9412 located outside window / wall 904. Induction coils or magnetic resonators 9408 and 9412 enable induction or resonant coupling of power from internal power system 9402 to external power system 9414. Power received from the induction coil or the magnetic resonator 9412 is provided to the power system 9414 in response to the received electromagnetic energy 9410. The power system 9414 provides power to external system components 9202 so that their operation transmits signals through the window / wall 904.

또한, 도 92, 93 및 94에 도시된 능동적으로 전력을 공급받는 장치 외에도, 외부 부품들에 전력을 공급하지 않지만 건물 내의 내부 부품들로부터 더 짧은 거리 또는 더 높은 전력을 제공하는 수동 전력 장치가 사용될 수 있다.In addition, in addition to the actively powered devices shown in FIGS. 92, 93 and 94, passive power devices that do not power external components but provide shorter distances or higher power from internal components in a building may be used. Can be.

유도 코일(9408/9412)은 내부 회로와 외부 회로 사이의 전력의 유도 결합을 제공하는 반면, 자기 공진기(9408/9412)는 자기 공진 결합을 사용하여 회로 사이의 전력을 전달한다. 유도 코일과 관련하여, 코일들 사이의 결합 계수는 다음 방식으로 계산될 수 있다. 이제 도 95를 참조하면, 각각 a(9504) 및 b(9506)의 반경을 갖는 거리 d(9502)만큼 떨어진 2개의 원형 루프 사이의 상호 인덕턴스는 아래와 같은 노이만(Neumann)의 식을 사용하여 계산될 수 있다Induction coils 9408/9412 provide inductive coupling of power between internal and external circuits, while magnetic resonators 9408/9412 use magnetic resonant coupling to transfer power between circuits. With regard to the induction coil, the coupling coefficient between the coils can be calculated in the following manner. Referring now to FIG. 95, the mutual inductance between two circular loops separated by a distance d (9502) with radii of a (9504) and b (9506), respectively, can be calculated using Neumann's equation: Can

Figure pct00135
Figure pct00135

여기서 ds와 ds'는 원형 필라멘트의 증분 섹션이고, r은 두 섹션 사이의 거리이며, 다음과 같이 정의된다.Where ds and ds' are the incremental sections of the circular filament, r is the distance between the two sections, and is defined as

Figure pct00136
Figure pct00136

노이만의 식에 상기 내용을 치환하면, 아래와 같이 된다.Substituting the above contents in Neumann's equation, it becomes as follows.

Figure pct00137
Figure pct00137

위의 식의 적분은 타원형 적분을 사용하여 다시 작성될 수 있고, 다음과 같이 산출된다The integral of the above equation can be rewritten using elliptic integral and is calculated as

Figure pct00138
Figure pct00138

여기서 K(m)과 E(m)은 각각 첫 번째와 두 번째 종류의 타원형 적분이며, m은 다음과 같이 정의된다.Where K (m) and E (m) are elliptical integrals of the first and second types, respectively, and m is defined as

Figure pct00139
Figure pct00139

0과 1 사이의 값을 가정한다.Assume a value between 0 and 1.

첫 번째와 두 번째 종류의 타원형 적분의 해는 다음 식을 사용하여 근사할 수 있다.The solution of elliptical integration of the first and second kind can be approximated by

Figure pct00140
Figure pct00140

낮은 m 값의 경우, 파워 시리즈의 표현은 합리적인 정확도를 나타낸다. 그러나, m이 증가함에 따라 두 타원형 모두 이 수치적 적분 값을 벗어난다. 첫 번째 종류의 입술부터 안쪽까지의 목표를 위해, 통일성에 접근 할 때와 같이, 숫자 적분에 의해 계산된 해보다 점진적으로 무한대인 경향이 있다.For low m values, the representation of the power series shows reasonable accuracy. However, as m increases, both ellipses deviate from this numerical integral. For the first kind of lip-to-inward goal, there is a tendency to be progressively infinity than the solution computed by numerical integration, as when approaching unity.

K(m) 및 E(m)의 식을 M(m)에 대한 식으로 대입하면, 다음과 같다Substituting the equations for K (m) and E (m) into the equation for M (m), we get

Figure pct00141
Figure pct00141

다음으로, m에 대한 식을 위의 식에 대입하면, 아래와 같이 두 개의 원형 동축 루프 사이의 거리의 함수인 상호 인덕턴스에 대한 식이 된다.Next, substituting the equation for m into the equation above gives the equation for mutual inductance, which is a function of the distance between two circular coaxial loops:

Figure pct00142
Figure pct00142

n1,2 턴을 갖는 2개의 코일에 대해, 식은 아래와 같이 조정될 수 있다.For two coils with n1,2 turns, the equation can be adjusted as follows.

Figure pct00143
Figure pct00143

이것은 거리 d, 코일을 둘러싼 재료의 투자율 μ 및 2 개의 코일의 내부 반경의 함수로서 n1,2를 갖는 2 개의 코일의 상호 인덕턴스를 나타낸다.This represents the mutual inductance of the two coils with n1,2 as a function of distance d, permeability μ of the material surrounding the coils and the inner radius of the two coils.

성능 지수(Figure-of-Merit)(U)는 인덕터의 루프에 의해 저장된 에너지와 주어진 사이클에서 소비되는 전력 사이의 비율을 설명하는 Q 팩터와 관련하여 설명 될 수 있다. 성능 지수는 아래의 식에 따라 와이어 반경 Ra, 루프 반경 a, 자유 공간의 투자율 μ0(루프의 코어가 공기이므로), 코어 재료의 전도성 및 1 차와 2 차 사이의 거리와 같은 다른 코일 매개 변수에 따라 달라진다 Figure-of-Merit (U) can be described in terms of the Q factor that describes the ratio between the energy stored by the inductor's loop and the power consumed in a given cycle. The figure of merit is based on the following equation: other coil parameters such as wire radius Ra, loop radius a, permeability of free space μ 0 ( since the core of the loop is air), the conductivity of the core material and the distance between the primary and secondary Depends on

Figure pct00144
Figure pct00144

일 실시예에서, 전송 코일은 6.25cm의 루프 반경, 10.25x10-3의 와이어 반경, 4 개의 코일 턴, 46mm의 1 차 및 2 차 루프 사이의 거리 및 6.78MHz의 작동 주파수의 특성을 가질 것이다.In one embodiment, the transmitting coil will have the characteristics of a loop radius of 6.25 cm, a wire radius of 10.25x10-3, four coil turns, a distance between the primary and secondary loops of 46 mm and an operating frequency of 6.78 MHz.

이제 도 96을 참조하면, 다양한 코일 반경, 코일 내의 다양한 턴 수 및 상이한 코일 높이에 걸친 코일의 효율에 관한 정보를 제공하는 표가 도시되어 있다.Referring now to FIG. 96, a table is provided that provides information regarding the efficiency of coils over various coil radii, the number of turns in a coil, and different coil heights.

이제 도 97 및 98을 참조하면, 코일(9702)이 서로 유도적으로 결합되고 공진기 회로(9802)가 서로 유도적으로 공진하는 방식이 도시되어 있다. 도 97은 입력 전압(9706)에 응답하여 발진기(9704)로부터 L1 코일(9702)로 교류가 어떻게 제공되는지를 도시한다. L1 코일(9702) 내의 교류 전류는 교번 자기장(9708)을 생성하고, 이는 이어서 2 차 코일(L2)의 교류 전류를 유도한다. 이것은 부하(9712)에 제공되는 정류기(9710)에 전류가 제공되게 한다. 1 차 코일(9702)에 의해 생성된 자기장은 거의 모든 방향으로 동일하게 방사된다. 자기장에 의해 생성된 플럭스는 역 제곱 법칙에 따라 거리에 따라 빠르게 떨어진다. 따라서, 2 차 코일(L2)(9702)은 최대 자속을 차단하기 위해 1 차 코일(L1)(9702)에 가능한 한 가깝게 배치되어야 한다.Referring now to FIGS. 97 and 98, the manner in which coils 9702 are inductively coupled to each other and resonator circuit 9802 inductively resonates with each other is shown. 97 shows how alternating current is provided from oscillator 9704 to L1 coil 9702 in response to input voltage 9706. An alternating current in the L1 coil 9702 creates an alternating magnetic field 9908, which in turn induces an alternating current in the secondary coil L2. This allows current to be provided to the rectifier 9710 provided to the load 9712. The magnetic field generated by the primary coil 9702 radiates equally in almost all directions. The flux produced by the magnetic field falls off quickly with distance according to the inverse square law. Therefore, the secondary coil L2 9702 should be disposed as close as possible to the primary coil L1 9702 to block the maximum magnetic flux.

이제 도 98을 참조하면, 코일들을 밀접하게 결합시켜야 한다는 요구로 인해 유도성 무선 충전의 주요 단점을 극복하기 위해, 코일들 사이에 정밀한 정렬 및 근접성을 요구하는 자기 공진 무선 충전이 이용될 수 있다. 자기 공진은 상이한 크기의 코일을 사용하여 건물 내부에서 건물 외부로 임의의 활성 구성요소를 충전하기 위해 사용될 수 있다. 자기 공진 전력 전송의 기본 개념은 메인 코일에서 에너지를 전방향으로 확산시키는 대신 창 또는 벽을 가로 질러 지정된 방식으로 한 코일에서 다른 코일로 에너지를 터널링하는 것이다. 자기 공진 무선 충전 회로는 전압(VS)를 발진기(9806)에 인가하는 입력부(9804)에 걸친 입력 전압(VS)를 수신한다. 발진기(9806)의 출력은 구동 코일(9808)을 통과한다. 구동 코일(9808)은 1 차 공진기 회로(9802)에서 코일(9810)을 가로 질러 연결된 커패시터(9812)를 갖는 코일(9810)을 포함하는 전류를 생성한다. 공진기 회로(9802a)는 공진기 회로(9802b)와 결합되어 자기 공진 무선 충전을 제공한다. 공진기 회로(9802b)는 코일을 가로 질러 연결된 커패시터(9816)를 갖는 코일(9814)을 포함한다. 공진기 회로(9802b)는 정류기(9820)에 연결된 구동 코일(9818)과 결합되며, 이는 부하(9822)를 구동하기 위해 사용된다. 자기 공진기 전력 전송의 기본 개념은 공진기 회로(9802a)로부터의 에너지가 1 차 코일(9802a)로부터 전 방향성으로 확산되는 대신 공진기 회로(9802b)로 터널링된다는 것이다.Referring now to FIG. 98, magnetic resonance wireless charging may be used that requires precise alignment and proximity between coils in order to overcome the major drawback of inductive wireless charging due to the requirement to closely couple the coils. Magnetic resonance can be used to charge any active component from inside a building to outside the building using coils of different sizes. The basic concept of self-resonant power transfer is to tunnel energy from one coil to another in a specified way across a window or wall, instead of spreading the energy forward in the main coil. The self-resonant wireless charging circuit receives an input voltage VS across an input portion 9804 that applies a voltage VS to the oscillator 9906. The output of the oscillator 9906 passes through the drive coil 9808. Drive coil 9808 generates a current that includes coil 9810 with capacitor 9812 coupled across coil 9810 in primary resonator circuit 9802. Resonator circuit 9802a is coupled with resonator circuit 9802b to provide self resonant wireless charging. Resonator circuit 9802b includes coil 9814 with capacitor 9816 connected across the coil. Resonator circuit 9802b is coupled with drive coil 9818 coupled to rectifier 9820, which is used to drive load 9822. The basic concept of magnetic resonator power transfer is that energy from resonator circuit 9802a tunnels into resonator circuit 9802b instead of diffusing omnidirectionally from primary coil 9802a.

전술한 밀리미터파 전송 시스템을 사용하여 창 또는 벽을 통해 건물 내부에서 건물 외부로 무선 전력 전송을 제공하기 위해 유도 결합 및 자기 공진 결합을 사용하기 위해서는, 유도 결합 또는 자기 공진 결합의 사용 여부에 따라 다른 설계 고려 사항이 다루어져야 한다. 유도 결합을 사용하여 무선 전력 전송을 제공하기 위해서는, 송신 전력 유닛과 수신 전력 유닛 사이의 거리가 매우 작아야 하는 높은 자기 결합이 필요하다. 유도 결합 무선 전력 전송에 사용 가능한 표준에는 Qi 및 PMA가 포함된다. 5W에서 15W 사이의 표준을 사용하면 5-10mm의 작은 거리에서 전송될 수 있다.In order to use inductive coupling and magnetic resonance coupling to provide wireless power transfer from inside a building to outside of the building through a window or wall using the above-described millimeter wave transmission system, it depends on whether inductive coupling or magnetic resonance coupling is used Design considerations should be addressed. In order to provide wireless power transfer using inductive coupling, high magnetic coupling is required where the distance between the transmit power unit and the receive power unit must be very small. Standards available for inductively coupled wireless power transfer include Qi and PMA. Using standards between 5W and 15W can be transmitted over small distances of 5-10mm.

HR-WPA(High Resonant Wireless Power Transfer)라고도 하는 자기 공진 결합을 사용하는 무선 전력 전송은 전력 전달을 위해 느슨하게 결합된 자기 공진을 사용한다. 고-품질 계수 자기 공진기는 더 낮은 결합 속도로 효율적인 에너지 전송을 가능하게 하여 더 많은 위치 자유도를 제공하면서 송수신 전원 장치 사이의 더 먼 거리에 걸쳐 전력을 전달할 수 있다. 기존 표준은 리젠스(Rezence)(와이트리시티(WiTricity)) 및 와이파워(WiPower)(퀄컴(Qualcom))을 포함한다.Wireless power transfer using magnetic resonant coupling, also known as HR-WPA (High Resonant Wireless Power Transfer), uses loosely coupled magnetic resonance for power transfer. High-quality coefficient magnetic resonators enable efficient energy transfer at lower coupling speeds, which can deliver power over longer distances between transmit and receive power supplies while providing more positional freedom. Existing standards include Rezence (WiTricity) and WiPower (Qualcom).

이제 도 99를 참조하면, 본 발명의 밀리미터파 시스템에 전력을 공급하기 위해 사용될 수 있는 자기 공진 무선 전력 전송 시스템의 기능 블록도가 도시되어 있다. AC 전압 신호는 AC 입력(9902)에 제공된다. 교류 전압 신호는 교류 신호를 직류 신호로 변환하는 AC/DC 변환기(9904)에 인가된다. AC-DC 변환기(9904)로부터의 직류 신호는 DC/RF 증폭기(9906)에 인가된다. DC/RF 증폭기(9906)는 DC 전압을 소스 공진기를 구동하는데 사용되는 RF 전압 파형으로 변환하는 고효율 스위칭 증폭기이다. DC/RF 증폭기(9906)로부터의 RF 전압 파형은 임피던스 매칭 네트워크(9908)를 추가하기 위해 적용된다. 임피던스 매칭 네트워크(9908)는 임피던스 매칭을 제공하고 시스템 효율을 향상 시킨다. 임피던스 매칭 네트워크(9908)로부터의 신호는 신호를 수신기 측 장치 공진기(9912)에 링크하는 송신 측 소스 공진기(9910)에 제공된다. 소스 공진기(9910) 및 장치 공진기(9912)는 창 또는 벽의 반대측에 위치한 전송 측과 수신기 측 사이의 낮은 결합 속도(더 큰 거리 및/또는 위치 자유도)에서 효율적인 에너지 전달을 가능하게 하는 고품질 팩터 공진기이다. 이 에너지 결합을 고 공진 무선 전력 전송(HR-WPT)이라 한다. 장치 공진기(9912)로 전달된 전력은 제 2 임피던스 매칭 네트워크(9914) 및 RF/DC 정류기(9916)로 간다. 정류기(9916)는 DC 전압을 요구하는 부하(9918)에 사용되며 수신된 AC 전력을 DC 신호로 다시 변환한다.Referring now to FIG. 99, shown is a functional block diagram of a self-resonant wireless power transfer system that can be used to power the millimeter wave system of the present invention. The AC voltage signal is provided to an AC input 9902. The AC voltage signal is applied to an AC / DC converter 9904 that converts the AC signal into a DC signal. The direct current signal from the AC-DC converter 9904 is applied to the DC / RF amplifier 9906. The DC / RF amplifier 9906 is a high efficiency switching amplifier that converts the DC voltage into an RF voltage waveform used to drive the source resonator. The RF voltage waveform from the DC / RF amplifier 9906 is applied to add the impedance matching network 9908. Impedance matching network 9908 provides impedance matching and improves system efficiency. The signal from impedance matching network 9908 is provided to a transmitting side source resonator 9910 that links the signal to receiver side device resonator 9912. Source resonator 9910 and device resonator 9912 are high quality factors that enable efficient energy transfer at low coupling speeds (larger distance and / or positional freedom) between the transmitting side and the receiver side located opposite the window or wall. It is a resonator. This energy coupling is called high resonant wireless power transfer (HR-WPT). Power delivered to the device resonator 9912 goes to the second impedance matching network 9914 and the RF / DC rectifier 9916. Rectifier 9916 is used for load 9918 requiring a DC voltage and converts the received AC power back to a DC signal.

소스 공진기(9910) 및 장치 공진기(9912)는 2 개의 기본 파라미터, 즉 공진 주파수(ω0) 및 고유 손실률(Γ)에 의해 기술될 수 있는 특성을 갖는다. 이 두 파라미터의 비율은 공진기의 품질 계수(Q), (Q = ω0/2Γ) 공진기가 에너지를 얼마나 잘 저장하는지에 대한 척도를 정의한다. 공진기 에너지는 인덕터(자기장에 저장된 에너지)와 커패시터(전기장에 저장된 에너지) 사이의 공진 주파수에서 진동하고 저항에서 소산된다. 공진기의 공진 주파수와 품질 계수는 다음과 같이 정의된다.The source resonator 9910 and the device resonator 9912 have characteristics that can be described by two basic parameters, the resonance frequency ω 0 and the intrinsic loss factor Γ. The ratio of these two parameters defines the quality factor (Q) of the resonator, (Q = ω 0 / 2Γ), a measure of how well the resonator stores energy. The resonator energy vibrates at the resonant frequency between the inductor (energy stored in the magnetic field) and the capacitor (energy stored in the electric field) and dissipates in the resistance. The resonant frequency and quality factor of the resonator are defined as follows.

Figure pct00145
Figure pct00145

Q에 대한 식은 회로의 손실을 줄이는 것, 즉, R을 줄이는 것이 시스템의 품질 계수를 증가시킨다는 것을 보여준다. Q 전자기 공진기는 일반적으로 흡수율이 낮은 도체 및 부품으로 만들어지며 결과적으로 공진 주파수 폭이 상대적으로 좁다.The equation for Q shows that reducing circuit losses, that is, reducing R, increases the quality factor of the system. Q electromagnetic resonators are typically made of low absorption conductors and components, resulting in a relatively narrow resonant frequency width.

소스 공진기(9910)를 장치 공진기(9912)에 근접하여 위치시킴으로써, 공진기들이 에너지를 교환할 수 있게 하는 디바이스들 간의 결합이 달성될 수 있다. 결합 공진기의 개략도는 일반적으로 도 100에 도시되어 있다. 소스 전압은 등가의 발전기 저항(Rg)(10004)를 갖는 주파수(ω)에서 진폭(Vg)을 갖는 정현파 전압 소스(10002)이다. 소스 및 장치 공진기 코일은

Figure pct00146
인 상호 인덕턴스(M)를 통해 결합되는 인덕터(LS)(10006) 및(LD)(10008)로 표현된다. 각 코일은 공진기(CS(10010) 및 CD(10012))를 형성하기 위한 커패시터를 갖는다. 저항(RS(10014) 및 RD(10016))은 코일(10006, 10008) 및 각각의 공진기의 공진 커패시터(10010 및 10012)의 옴 및 방사 손실을 포함하는 기생 저항이다. 부하는 RL(10018)로 표시된다.By placing source resonator 9910 close to device resonator 9912, coupling between devices that allow the resonators to exchange energy can be achieved. A schematic diagram of a coupled resonator is shown generally in FIG. 100. The source voltage is a sinusoidal voltage source 10002 having an amplitude Vg at a frequency ω having an equivalent generator resistance Rg 10004. Source and device resonator coils
Figure pct00146
It is represented by inductors LS 10006 and LD 10008 that are coupled through phosphorus mutual inductance M. Each coil has a capacitor for forming resonators CS 10010 and CD 10012. Resistors RS 10014 and RD 10016 are parasitic resistors that include the ohmic and radiation losses of coils 10006 and 10008 and the resonant capacitors 10010 and 10012 of each resonator. The load is represented by RL 10018.

도 100의 회로의 분석은 소스 및 장치 모두에서 아래의 식에 따라 ω에서 공진하는, 소스로부터 이용 가능한 최대 전력으로 나눈, 부하 저항(10018)으로 전달되는 전력을 제공한다.The analysis of the circuit of FIG. 100 provides the power delivered to the load resistor 10018 divided by the maximum power available from the source, resonating at ω according to the equation below in both the source and the device.

Figure pct00147
Figure pct00147

Figure pct00148
Figure pct00148

여기서 U는 시스템에 대한 성능 지수이다.Where U is the figure of merit for the system.

발생기 저항(10014, 10016) 및 부하 저항(10018)은 다음 식에 따라 최상의 시스템 성능(임피던스 매칭 네트워크에 의해 수행됨)을 제공하도록 선택된다.Generator resistors 10014 and 10016 and load resistors 10018 are selected to provide the best system performance (performed by an impedance matching network) according to the following equation.

Figure pct00149
Figure pct00149

위에서 정의된 전력 전송의 효율은 다음 식에 따라 극대화된다.The efficiency of power transfer defined above is maximized according to the following equation.

Figure pct00150
Figure pct00150

무선 전력 전송 시스템의 최상의 효율은 시스템 성능 지수에 의존하는데, 성능 지수는 공진기간의 자기 결합 계수(k)와 무부하시 공진기 품질 계수(QS 및 QD)의 항으로 쓰여질 수 있다. The best efficiency of the wireless power transfer system depends on the system performance index, which can be written in terms of the magnetic coupling coefficient k of the resonant period and the resonator quality coefficients QS and QD at no load.

Figure pct00151
Figure pct00151

자기 결합 계수(k)는 공진기의 상대 크기, 공진기간 거리 및 공진기의 상대 방향의 함수이다. 위 식은 고-품질 팩터 공진기를 사용하면 낮은 결합 속도에서도 효율적인 작동이 가능하다는 것을 보여준다. 이것은 소스 공진기와 장치 공진기 사이의 정확한 위치 결정을 필요로 하지 않으며, 코일 사이의 거리가 더 넓고, 더 많은 위치 자유도와 움직임 자유도를 제공한다. 정확한 위치 결정이 필요하지 않기 때문에 소비자가 창 또는 벽의 내부 및 외부에 있는 내부 및 외부 송수신기를 설치하는 것이 가능하다.The magnetic coupling coefficient k is a function of the relative size of the resonator, the resonance period distance and the relative direction of the resonator. The above equation shows that using a high-quality factor resonator allows efficient operation even at low coupling speeds. This does not require accurate positioning between the source resonator and the device resonator, and the distance between the coils is wider, providing more positional freedom and movement freedom. Since accurate positioning is not necessary, it is possible for a consumer to install internal and external transceivers inside and outside the window or wall.

성능 지수(U)는 와이어 반경(Ra), 루프 반경(a), 자유 공간의 투자율 μo, 1 차 및 2 차 루프 사이의 거리(d) 및 코어 물질의 전도성과 같은 다른 코일 파라미터에 의존한다. 성능지수(U)는 루프에 의해 저장된 에너지와 주어진 사이클에서 소비되는 전력 사이의 비율을 설명하는 Q 팩터로 표현 될 수 있다.The figure of merit U depends on other coil parameters such as the wire radius Ra, the loop radius a, the permeability of free space μo, the distance d between the primary and secondary loops and the conductivity of the core material. The figure of merit U can be expressed as a Q factor that describes the ratio between the energy stored by the loop and the power consumed in a given cycle.

Figure pct00152
Figure pct00152

여기서, σ는 재료의 커미티(committee)의 종류를 나타내고, c는 빛의 속도이다.Here, sigma represents the kind of commit of the material, and c is the speed of light.

이제 도 101을 참조하면, 도 99의 DC/RF 증폭기(9906)와 같은 50Hz 그리드 AC를 kHz로 변환하기 위한 발전기의 회로도가 제공된다. 이것은 전력 그리드 AC를 에너지 전송 시스템의 동작 주파수로 변환하기 위해 정류 및 스위칭 네트워크를 이용하는 무선 에너지 전송 시스템의 잠재적 전원을 도시한다. 도 101은 4 개의 다이오드(10104)를 포함하는 정류기(10102) 및 4 개의 전력 MOSFET 트랜지스터(10108)를 포함하는 스위칭 네트워크(10104)를 포함하는 전원의 간단한 예를 도시한다. 커패시터(10110)는 정류기(10102)와 스위칭 네트워크(10106) 사이에 연결된다. 전원의 저항은 250m 내지 400m의 범위에 있다. 전원에 대한 입력은 단자(10112)를 가로 질러 정류기(10102)를 가로 질러 제공된다. 스위칭 네트워크(10106)로부터의 출력(v1)(10114)은 대략 제곱 전압이다. 정규화된 정사각형 신호, f(t)의 푸리에 성분은 다음과 같다.Referring now to FIG. 101, a circuit diagram of a generator for converting 50 Hz grid AC to kHz, such as the DC / RF amplifier 9906 of FIG. 99, is provided. This shows the potential power source of a wireless energy transfer system that uses a rectifying and switching network to convert the power grid AC to the operating frequency of the energy transfer system. FIG. 101 shows a simple example of a power supply comprising a rectifier 10102 comprising four diodes 10104 and a switching network 10104 comprising four power MOSFET transistors 10108. Capacitor 10110 is connected between rectifier 10102 and switching network 10106. The resistance of the power supply is in the range of 250 m to 400 m. Input to the power source is provided across rectifier 10102 across terminal 10112. The output v1 10114 from the switching network 10106 is approximately square voltage. The Fourier component of the normalized square signal, f (t), is

Figure pct00153
Figure pct00153

이제 도 102를 참조하면, 공진기(10202 및 10204) 사이의 손실을 극복하기 위해 임피던스 매칭이 이용될 수 있는 방식이 도시되어 있다. 공진기(10202 및 10204)의 개략적인 표현은 창(10206)를 통한 전송을 위해 전술한 방식으로 제공된다. 2 개의 저항(Rthin)(10208)이 인덕터(LS 및 LD)에 각각 삽입되어 'Low-e' 클래스의 얇은 은 층으로 인한 와전류 손실을 모방하고 모델링한다. 전술한 임피던스 매칭 네트워크, 코일 및 저항기를 이용한 저항 및/또는 매칭 제어를 통한 적절한 임피던스 매칭으로, 코일의 턴, 코일의 면적, 코일의 투과성(재료 유형) 및 공진 주파수의 주파수를 수정함으로써 손실을 극복할 수 있다. Referring now to FIG. 102, illustrated is how impedance matching can be used to overcome the losses between resonators 10202 and 10204. Schematic representations of the resonators 10202 and 10204 are provided in the manner described above for transmission through the window 10206. Two resistors (Rthin) 10208 are inserted into the inductors (LS and LD) respectively to mimic and model the eddy current losses due to the thin silver layer of the 'Low-e' class. With proper impedance matching through resistance and / or matching control using the impedance matching network, coils and resistors described above, the loss is overcome by modifying the coil's turn, coil area, coil's permeability (material type) and frequency of the resonant frequency can do.

도 103 및 104는 페라소 칩셋 및 내부 전송 회로로부터 외부 전송 회로로 전력을 전송하기 위한 유도 또는 공진 결합을 사용하는 외부 전송 회로(10302) 및 내부 전송 회로(10304)의 사시도 및 측면도를 도시한다. 외부 전송 회로(10302)는 기지국 또는 다른 외부 전송 소스로부터 밀리미터파 전송을 수신하는 안테나(10306)로 구성된다. 대안의 실시예에서, 안테나(10306)는 또한 다른 페라소 송수신기로부터의 전송의 직접 수신을 가능하게 하는 페라소 송수신기를 포함할 수 있다. 페라소 송수신기(10308)는 외부 전송 회로(10302)를 내부 전송 회로(10304)로부터 분리하는 창 또는 벽을 통해 신호를 전송하기 위해 사용된다. 코일(10310)은 전술한 방식으로 건물 내부로부터 유도 전력 전송 또는 자기 공진 전력 전송을 위해 사용된다. 안테나(10306), 페라소 송수신기(10308) 및 코일(10310)의 전자 부품들을 상호 연결하기 위해 회로 보드(10312)가 사용된다.103 and 104 show perspective and side views of an external transmission circuit 10302 and an internal transmission circuit 10304 using inductive or resonant coupling for transferring power from a Ferraso chipset and an internal transmission circuit to an external transmission circuit. The external transmission circuit 10302 consists of an antenna 10306 that receives millimeter wave transmission from a base station or other external transmission source. In alternative embodiments, antenna 10306 may also include a Peraso transceiver that enables direct reception of transmissions from other Peraso transceivers. The Ferraso transceiver 10308 is used to transmit a signal through a window or wall that separates the external transmission circuit 10302 from the internal transmission circuit 10304. The coil 10310 is used for inductive power transfer or self resonant power transfer from inside a building in the manner described above. Circuit board 10312 is used to interconnect the electronic components of the antenna 10306, the Ferraso transceiver 10308, and the coil 10310.

내부 전송 회로(10304)는 외부 전송 회로(10302) 내의 페라소 송수신기(10308)와 신호를 송수신하기 위한 페라소 송수신기(10312)를 포함한다. 내부 코일(10314)은 외부 전송 회로(10302)와 유도 또는 자기 공진 전력 결합을 가능하게 한다. 또한, 회로 보드(10316)는 페라소 송수신기(10312), 코일(10314) 및 임의의 다른 내부 전자 회로 사이의 상호 연결을 가능하게 한다.Internal transmission circuit 10304 includes a Ferraso transceiver 10312 for transmitting and receiving signals with the Ferraso transceiver 10308 in the external transmission circuit 10302. Internal coil 10314 enables inductive or self-resonant power coupling with external transmission circuit 10302. In addition, the circuit board 10316 enables the interconnection between the Ferraso transceiver 10312, the coil 10314, and any other internal electronic circuit.

신호 또는 전력이 전송되기 위해 통과해야 하는 창유리와 관련하여, 비유전율, 전력 전송율, 위상 및 반사율은 다음과 같은 드루드(Drude) 모델에 따라 계산될 수 있다.With regard to the panes through which signals or power must pass, the relative dielectric constant, power transfer rate, phase and reflectivity can be calculated according to the following Drude model.

Figure pct00154
Figure pct00154

ωp: 벌크 플라즈마 주파수ω p : bulk plasma frequency

γ: 대역내 댐핑 기간γ: in-band damping period

은의 경우: ωp=9.6ev, γ=0.0228evFor silver: ω p = 9.6ev, γ = 0.0228ev

Figure pct00155
Figure pct00155

k ∝ 흡수로 인한 손실량k 손실 loss due to absorption

흡수된 전력:

Figure pct00156
Absorbed power:
Figure pct00156

위상:

Figure pct00157
Phase:
Figure pct00157

εr, n, k, 흡수 전력 및 흡수 손실의 값들은 도 105에 예시되어 있다.The values of ε r , n, k, absorption power and absorption loss are illustrated in FIG. 105.

하나의 층에 대한 반사 손실은

Figure pct00158
로 정의될 수 있고, 두 층에 대한 반사 손실은
Figure pct00159
로 정의될 수 있다. 흡수 손실은
Figure pct00160
로 정의된다. 이들의 값은 도 106 및 107에 더 구체적으로 예시되어 있다. 이 값들은 반사율(R)을 기초로 하여 아래와 같이 결정될 수 있다.Return loss for one layer
Figure pct00158
Where the return loss for both layers is
Figure pct00159
It can be defined as. Absorption loss
Figure pct00160
Is defined as Their values are illustrated more specifically in FIGS. 106 and 107. These values can be determined as follows based on the reflectance R.

Figure pct00161
Figure pct00161

그리고, 흡수 계수는 아래와 같다.The absorption coefficient is as follows.

Figure pct00162
Figure pct00162

(가정용 IP 네트워크 시스템을 사용한 애플리케이션)(Application using a home IP network system)

현재 광대역 시스템은 광섬유 연결이 있는 유선 광대역을 사용하여 네트워크 공급자에서 소비자에게 정보를 전송한다. 예를 들어, 'AT&T U-verse'는 노드까지 광섬유를 갖고 구내까지는 구리를 갖거나, 또는 경우에 따라 구내까지 모든 경로에 광섬유를 제공하기도 한다. 구내 시스템까지의 광섬유는 비싸고 배치하는 데 많은 시간이 필요하다. 다른 해법으로는 다이렉티브이(DirecTV), 프론티어(Frontier)로부터의 DLS 모뎀 및 차터(Charter) 또는 컴캐스트(Comcast)의 케이블 박스가 있다. 다른 해법은 광대역의 무선 전달을 구현하는 것이다. 그러나, 무선 고주파 RF 파를 사용하여 광대역을 제공할 때는 집 및 건물의 창 유리 및 벽을 관통할 수 없는 신호와 관련하여 문제가 발생한다.Current broadband systems use wired broadband with fiber optic connections to transfer information from network providers to consumers. For example, the AT & T U-verse has fiber to the node and copper to the premises, or in some cases provides fiber to all the paths to the premises. Fiber optics to premises systems are expensive and require a lot of time to deploy. Other solutions include DirectTV, DLS modems from Frontier and cable boxes from Charter or Comcast. Another solution is to implement broadband wireless delivery. However, when providing broadband using wireless high frequency RF waves, problems arise with signals that cannot penetrate the windows and walls of homes and buildings.

브로드 캐스트 RF 비디오 기술을 사용하는 전통적인 케이블 TV 또는 위성 네트워크에서는 모든 컨텐츠가 각 고객에게 지속적으로 다운 스트림으로 흐르고, 고객은 셋톱 박스에서 컨텐츠를 스위칭한다. 고객은 가정/기업으로 흐르는 파이프를 통해 제공되는, 케이블/위성 제공 업체가 제공하는 많은 선택사항 중에서, 선택할 수 있다. 브로드캐스트 네트워크는 공급자에서 소비자로 데이터를 전송하는 한 가지 방법일 뿐이다. 지금까지는, 허브에서 신호를 수신하기 위해 지붕에 안테나를 배치한 다음 다른 층을 뚫고 신호가 건물에 침투할 수 있도록 접근하였다. 건물 지붕에서 건물 내 개별 유닛으로의 이러한 접근 방식은 운영자에게 매우 많은 비용과 시간을 들게 한다. 다른 접근 방식은 허브에서 개별 장치로 빔을 보내는 것이지만, 이는 신호가 건물의 창이나 벽에 닿게할 수 있다. 무선 빔이 건물에 침투하려고 할 때 벽이나 창에 의해 손실이 발생한다. 이러한 손실은 밀리미터파 무선 신호에 대해 막대하므로 상술한 기술을 이용하여 광대역 전송을 제공하는 방법이 매우 유리할 것이다.In traditional cable TV or satellite networks using broadcast RF video technology, all content flows continuously downstream to each customer, and the customer switches the content on the set-top box. Customers can choose from a number of options offered by cable / satellite providers, which are provided through pipes that flow into homes / businesses. Broadcast networks are just one way of transferring data from a provider to a consumer. Up to now, antennas were placed on the roof to receive signals from the hub, then drilled through different floors to allow signals to penetrate the building. This approach from the building roof to individual units in the building can be very costly and time consuming for the operator. Another approach is to send beams from the hub to individual devices, but this can cause the signal to reach the windows or walls of the building. Losses are caused by walls or windows when a wireless beam tries to penetrate a building. This loss is enormous for millimeter wave wireless signals, so a method of providing broadband transmission using the techniques described above would be very advantageous.

무선 광대역 전송과 관련하여 상기 언급된 문제를 극복하기 위한 한 가지 방식이 도 108에 도시되어 있다. 기존의 가정용 IP 네트워크 시스템(10802)을 밀리미터파 전송 시스템(10804)과 결합함으로써 개선된 결합형 가정용 IP 네트워크 시스템(10806)이 제공될 수 있다. 밀리미터파 전송 시스템(10804)은 더 높은 비트 레이트, 보다 정확한 빔 성형 및 스티어링, 및 더 작은 풋 프린트 구성요소의 이점을 갖는다. 가정용 IP 네트워크 시스템(10802)은 인터넷, TV 및 VoIP 전화 서비스로 구성된 조합 서비스를 포함한다. 이러한 서비스는 번들로 또는 별도로 주문할 수 있으며 모든 서비스 조합을 사용할 수 있는 것은 아니다. TV 서비스는 TV 서비스를 제공하는 데 사용되는 IPTV(인터넷 프로토콜 텔레비전)를 기반으로 한다. 네트워크 시스템(10802)은 또한 인터넷 기술을 사용하여 TV, 컴퓨터, 집 전화 및 무선 장치가 함께 작동하도록 IP 기술(인터넷 프로토콜 기술)을 이용한다. 이것은 많은 유용한 기능을 제공하고 서비스 제공 방식으로 장치를 더 잘 제어한다. IP 기술의 사용은 또한 서비스가 소비자의 정확한 요구에 맞게 조정될 수 있도록 보다 개인화를 제공한다. 이러한 서비스 유형의 예로는 'AT&T U-verse', 다이렉티브이(DirecTV), 프론티어(Frontier)의 DSL 모뎀, 차터(Charter) 또는 콤캐스트(Comcast) 케이블 박스가 있다. 가정용 IP 네트워크 시스템(10802) 및 비디오 백본은 고품질 비디오, 고급 기능 및 기타 응용 프로그램을 제공한다. 가정용 IP 네트워크 시스템(10802)은 광섬유를 구내로 또는 광섬유를 노드 기술로 통해 고객의 가정에 제공되는 양방향 IP 네트워크이다.One way to overcome the above mentioned problem with regard to wireless broadband transmission is shown in FIG. 108. An improved combined home IP network system 10806 may be provided by combining an existing home IP network system 10802 with a millimeter wave transmission system 10804. Millimeter wave transmission system 10804 has the advantages of higher bit rates, more accurate beam shaping and steering, and smaller footprint components. Residential IP network system 10802 includes a combination service consisting of the Internet, TV, and VoIP telephony services. These services can be ordered in bundles or separately, and not all service combinations are available. TV services are based on IPTV (Internet Protocol Television), which is used to provide TV services. Network system 10802 also uses IP technology (Internet Protocol technology) to operate TV, computer, home telephone, and wireless devices together using Internet technology. This provides many useful features and gives you better control of the device in a service delivery manner. The use of IP technology also provides more personalization so that services can be tailored to the exact needs of consumers. Examples of this type of service include AT & T U-verse, DirectTV, Fronttier's DSL modem, Charter or Comcast cable box. The residential IP network system 10802 and video backbones provide high quality video, advanced features, and other applications. The residential IP network system 10802 is a two-way IP network provided to a customer's home via fiber optics or fiber optic node technology.

밀리미터파 시스템(10804)은 상술한 바와 같이 창 또는 벽을 통한 신호의 전송을 가능하게 한다. 밀리미터파 시스템(10804)을 가정용 IP 네트워크 시스템(10802)과 결합함으로써, 무선 광대역 전송은 네트워크 제공자로부터 건물 내부에 위치한 사용자 장치로 시스템 성능을 저하시키는 창 또는 벽을 통한 신호의 전송에 의해 발생하는 손실없이 제공될 수 있다. 결합형 가정용 IP 시스템(10806) 내에서, 콘텐츠는 네트워크에 유지되며 요청시에만 고객에게 제공될 것이다. 결합형 가정용 IP 시스템(10806) 내에서, IP 네트워크는 양방향이다. 전환식 비디오 전송은 가정/기업으로의 "파이프"의 크기에 의해 제한되지 않는다. 이러한 네트워크를 통해 더 많은 컨텐츠와 기능을 제공할 수 있다. 이 네트워크는 다양한 시청자에게 관심있는 틈새 프로그래밍 및 HD(고화질) 프로그래밍을 포함하여 고객에게 더 많은 선택권을 제공할 수 있는 잠재력을 만들어낸다.The millimeter wave system 10804 enables the transmission of signals through windows or walls as described above. By combining the millimeter wave system 10804 with the home IP network system 10802, wireless broadband transmission is a loss caused by the transmission of signals through windows or walls that degrade system performance from network providers to user devices located inside buildings. Can be provided without. Within the combined home IP system 10806, the content is maintained in the network and will be provided to the customer only upon request. Within the combined home IP system 10806, the IP network is bidirectional. Switchable video transmission is not limited by the size of the "pipe" to the home / business. These networks can provide more content and functionality. The network creates the potential to give customers more choices, including niche programming and high definition programming that interests a wide variety of viewers.

"전통적인" 케이블 또는 위성 TV와 비교하여, IPTV를 제공하는 결합형 시스템(10806)은 네트워크 내에서 더 많은 유연성과 창의성을 가능하게 하는 다른 개선된 구성이다. IPTV를 사용하는 결합형 시스템(10806)은 기존의 단방향 케이블 또는 위성 방송 네트워크에 비해 양방향 상호 작용을 가능하게 한다. 양방향 가정용 IP 네트워크를 통해 시청자는 시청 경험을 상호 작용하고 개인화하며 제어할 수 있는 더 많은 옵션을 가질 수 있다. IP 기술은 또한 홈 네트워크 내에서 더 많은 유연성을 제공한다. 결합 시스템 가정용 IP 네트워크를 사용하면, 가정이나 기업의 모든 시스템 수신기가 동일한 고속 네트워크에 연결된다. 이를 통해 게임 콘솔, 랩톱 및 기타 장치를 구내 가정용 IP 네트워크에 연결할 수 있다.Compared to "traditional" cable or satellite TV, the combined system 10806 that provides IPTV is another improved configuration that enables more flexibility and creativity within the network. Combined system 10806 using IPTV enables two-way interaction over existing unidirectional cable or satellite broadcast networks. Two-way home IP networks give viewers more options to interact, personalize, and control the viewing experience. IP technology also provides more flexibility within the home network. With a combined system home IP network, all system receivers in the home or enterprise are connected to the same high-speed network. This allows game consoles, laptops and other devices to connect to the on-premises home IP network.

결합형 시스템(10806)에서 IPTV를 보는 것은 공중 인터넷을 통한 비디오 스트리밍과 다르다. IPTV를 사용하면 네트워크 공급자가 가정용 IP 네트워크를 통해 프로그램을 실행하여 네트워크 공급자가 비디오 품질과 서비스의 안정성을 제어할 수 있다. 최고 품질의 인터넷 비디오는 낮은 대역폭, 트래픽이 많거나 연결 품질이 좋지 않음으로 인해 지연될 수 있다. IPTV를 통해 TV가 다른 서비스와 통신할 수 있으므로 통합된 고속 인터넷 기반 컨텐츠 및 기능이 TV 화면에 나타날 수 있다. 예를 들어, 공개 또는 개인 클라우드에 업로드된 온라인 사진을 TV에서 직접 볼 수 있다.Watching IPTV in the coupled system 10806 is different from video streaming over the public Internet. IPTV allows network providers to run programs over their home IP networks, allowing them to control video quality and reliability of services. Highest quality internet video can be delayed due to low bandwidth, heavy traffic, or poor connection quality. IPTV allows TVs to communicate with other services so integrated high-speed Internet-based content and features can appear on TV screens. For example, online photos uploaded to a public or private cloud can be viewed directly on the TV.

이제 도 109를 참조하면, 도 108의 가정용 IP 결합형 시스템(10806)의 기능 블록도가 보다 구체적으로 도시되어 있다. 네트워크 컨텐츠(10902)는 서비스 제공자로부터 밀리미터파 전송 시스템(10904)으로 제공된다. 네트워크 컨텐츠(10902)는 비디오, 오디오, 인터넷 웹 페이지 또는 임의의 다른 네트워크 기반 자료를 포함할 수 있다. 밀리미터파 시스템(10904)은 건물의 외부로부터 건물의 내부로 그리고 건물의 내부에서 건물의 외부로의 신호의 전송과 관련하여 위에서 설명된 시스템에 따라 다수의 파장에서 동작할 수 있다. 밀리미터파 시스템(10904)은 전술한 건물의 내부와 외부 사이에서 양방향으로 전송하기 위한 모든 다양한 시스템을 포함할 것이다. 밀리미터파 시스템(10904)은 광대역 데이터를 건물 내부에 위치한 가정용 IP 시스템(10906)으로 전송한다. 밀리미터파 시스템(10904)은 유리 또는 벽의 양측에 있을 수 있고, 이는 광 또는 RF를 통해 무선 파를 터널링하는 것을 가능하게 한다. 밀리미터파 시스템(10904)은 창 유닛에서의 전자 통합을 통해 가정용 게이트웨이(10906)에 직접 연결된다. 대안의 실시예에서, 밀리미터파 시스템(10904)은 빔 형성을 갖는 허가된 대역 또는 비허가된 와이파이상에서 가정용 게이트웨이(10906)에 무선으로 연결된다. 가정용 IP 시스템(1106)은 유선 연결(10910) 및 무선 연결(10912)을 통해 건물의 내부에 위치한 다수의 홈 디바이스(10908)에 광대역 컨텐츠를 제공한다.Referring now to FIG. 109, a functional block diagram of the home IP coupled system 10806 of FIG. 108 is shown in more detail. Network content 10902 is provided from a service provider to a millimeter wave transmission system 10904. Network content 10902 may include video, audio, Internet web pages, or any other network based material. The millimeter wave system 10904 may operate at multiple wavelengths in accordance with the system described above in connection with the transmission of signals from the exterior of the building to the interior of the building and from the interior of the building to the exterior of the building. The millimeter wave system 10904 will include all of the various systems for transmitting in both directions between the interior and exterior of the building described above. The millimeter wave system 10904 transmits broadband data to the home IP system 10906 located inside the building. The millimeter wave system 10904 may be on either side of the glass or wall, which makes it possible to tunnel the radio wave through light or RF. The millimeter wave system 10904 is directly connected to the home gateway 10906 via electronic integration in the window unit. In an alternative embodiment, the millimeter wave system 10904 is wirelessly connected to the home gateway 10906 on a licensed band or unlicensed Wi-Fi with beamforming. The home IP system 1106 provides broadband content to a number of home devices 10908 located inside the building via wired connection 10110 and wireless connection 10112.

도 110은 가정용 IP 네트워크 시스템(11002)의 기능 블록도를 도시한다. 외부 전송 유닛으로부터 구조물의 내부로 밀리미터파의 전송을 가능하게 하는 밀리미터파 전송 시스템으로부터의 입력(11004)은 가정용 IP 네트워크 게이트웨이(11006)에 광대역 신호를 제공한다. 가정용 IP 네트워크 게이트웨이(11006)는 입력(11004)으로부터 오는 신호가 라우팅될 필요가 있는 곳을 결정하고, 복수의 가능한 출력 중 하나의 출력을 광대역 정보를 요청하는 장치와 관련된 적절한 목적지 IP 주소로 제공한다. 출력 라인은 동축 케이블(11008), 이더넷 케이블(11010) 또는 기존 전화선(11012)을 포함할 수 있다. 동축 케이블(11008)은 셋톱 박스(11014)에 입력을 제공할 수 있고, 그 다음, 예를 들어, HDMI 연결(11018)을 통해 거실 TV(11016)에 출력을 제공할 수 있다. 제 1 이더넷 연결(11010)은 셋톱 박스/DVR(11020)에 연결될 수 있다. 추가의 이더넷 연결(11022)은 제 2 텔레비전(11024)에 데이터를 제공한다. 이더넷 연결들(11010)은 또한 PC(11026) 또는 네트워크 드라이브(11028)에 데이터를 제공할 수 있다. 기존 전화선 연결(11012)은 전화 연결을 위해 전화 콘센트(11030)에 제공될 것이다. 마지막으로, Wi-Fi 안테나(11032)는 가정용 IP 네트워크 게이트웨이(11006)가 구조물 내에 Wi-Fi 네트워크 연결을 제공하는 능력을 제공한다. Wi-Fi 네트워크 연결은 PC(11034), 랩탑(11036), 아이패드(11038) 또는 아이폰(11040)과 같은 장치가 가정용 IP 네트워크 게이트웨이(11006)에 무선으로 연결하여 광대역 데이터를 수신할 수 있게 한다.110 shows a functional block diagram of a home IP network system 11002. Input 11004 from the millimeter wave transmission system, which enables the transmission of millimeter waves from the external transmission unit into the structure, provides a wideband signal to the home IP network gateway 11006. The home IP network gateway 11006 determines where the signal from the input 11004 needs to be routed and provides one of the plurality of possible outputs to the appropriate destination IP address associated with the device requesting the broadband information. . The output line may include coaxial cable 11008, Ethernet cable 11010 or existing telephone line 11012. Coaxial cable 11008 may provide input to set top box 11014 and then provide output to living room TV 11016 via, for example, an HDMI connection 11018. The first Ethernet connection 11010 may be connected to the set top box / DVR 11020. Additional Ethernet connection 11022 provides data to second television 11024. Ethernet connections 11010 may also provide data to PC 11026 or network drive 11028. Existing telephone line connection 11012 will be provided at telephone outlet 11030 for telephone connection. Finally, Wi-Fi antenna 11032 provides the ability for home IP network gateway 11006 to provide a Wi-Fi network connection within the structure. Wi-Fi network connectivity allows devices such as PC 11034, laptops 11036, iPad 11038, or iPhone 11040 to wirelessly connect to home IP network gateway 11006 to receive broadband data. .

도 111은 밀리미터파 시스템이 가정용 IP 네트워크 시스템으로 정보를 전송하기 위해 이용될 수 있는 방식을 도시한다. 구조물의 외부에 위치한 액세스 유닛(11102)은 광대역 IP를 가정용 IP 네트워크 시스템과 관련된 하나 이상의 구조물 내에 위치한 CPE(고객 구내 장비) 유닛(11104)으로 무선으로 전송한다. 액세스 유닛(11102)은 무선 전송 또는 유선 연결을 통해 CPE 유닛(11104)으로 전송하기 위한 광대역 데이터를 수신할 수 있다. 액세스 유닛(11102)과 CPE 유닛(11104) 사이에 제공된 무선 액세스는 밀리미터 대역 24 GHz, 28 GHz, 39 GHz, 60 GHz 및 2.5 GHz, CBRS 대역 3.5GHz, Wi-Fi 대역 2.4 및 5GHz을 포함하는 임의의 다수의 주파수 대역에서 제공될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 신호는 벽 또는 창을 통해 신호를 전송하기 위한 전술한 전송 기술 중 임의의 것을 사용하여 구조물 외부에서 구조물 내부로 전송된다. 구조물 내에서 CPE 유닛(11104)은 사물인터넷(IOT) 장치(11106), PC(11108), IP TV(11110), 폐쇄 회로 텔레비전(11112), IP 전화(11114) 및 Wi-Fi 익스텐더(11116)로 신호를 전송하기 위해 구내 내의 Wi-Fi 또는 다른 비허가 대역을 사용한다. 이들은 IP 기반 장치의 일부 예일 뿐이며 CPE(11104)와의 통신을 위해 구조 내에서 임의의 유형의 Wi-Fi 연결 가능 장치가 이용될 수 있다. 광대역 데이터가 구조물의 외부로부터 구조물의 내부로 전송될 수 있는 방식은 상술한 밀리미터파 전송 시스템을 다양한 방식으로 이용하여 구성 될 수 있다.111 shows how a millimeter wave system can be used to send information to a home IP network system. An access unit 11102 located outside of the structure wirelessly transmits broadband IP to a CPE (customer premises equipment) unit 11104 located within one or more structures associated with the home IP network system. The access unit 11102 can receive broadband data for transmission to the CPE unit 11104 via wireless transmission or wired connection. The wireless access provided between the access unit 11102 and the CPE unit 11104 is arbitrary including millimeter bands 24 GHz, 28 GHz, 39 GHz, 60 GHz and 2.5 GHz, CBRS band 3.5 GHz, Wi-Fi bands 2.4 and 5 GHz. It may be provided in a plurality of frequency bands of but is not limited thereto. Such a signal is transmitted from outside the structure to the inside of the structure using any of the foregoing transmission techniques for transmitting the signal through a wall or window. Within the structure, the CPE unit 11104 includes an Internet of Things (IOT) device 11106, a PC 11108, an IP TV 11110, a closed circuit television 11112, an IP phone 11114 and a Wi-Fi extender 11116. Wi-Fi or other unlicensed bands are used on site to transmit signals. These are only some examples of IP-based devices and any type of Wi-Fi connectable device in the structure may be used for communication with the CPE 1104. The manner in which the broadband data can be transmitted from the outside of the structure to the inside of the structure may be configured by using the above-described millimeter wave transmission system in various ways.

도 112는 액세스 유닛(11102)이 광대역 데이터를 창 또는 벽(11204)의 외부 측에 위치한 밀리미터파 시스템 송수신기(11202)로 무선으로 전송하는 제 1 실시예를 도시한다. 이 시스템은 건물 외부에 중계기(송수신기(11202))와 건물 내부에 송수신기(11206)와 함께 소비자 설치된다. 이 구성은 유리 또는 벽의 양쪽에 밀리미터파 송신기를 사용하여 광학 신호 또는 RF 신호를 사용하여 전파를 터널링할 수 있다. 광대역 신호는 가정용 IP 네트워크(11208)에 대한 액세스를 제공하기 위해 일체형 창 유닛에서 전자 통합을 통해 CPE 장치(11104)에 직접 연결된다. 밀리미터파 송수신기(11202) 로의 무선 전송은, 제한하는 것은 아니지만, 24GHz, 28GHz, 39GHz, 60GHz 및 2.5GHz와 같은 밀리미터파 대역; 3.5GHz와 같은 CBRS 대역; 및 2.4 및 5 GHz와 같은 Wi-Fi 대역을 포함하는 임의의 주파수 대역 내에 있을 수 있다. 밀리미터파 송수신기(11202)는 창 또는 벽(11204)을 통해 구조물의 내부에 위치한 제 2 밀리미터파 송수신기(11206)로 신호를 전송한다. 밀리미터파 송수신기(11202 및 11206)의 구성은 창 또는 벽(11204)을 통해 신호를 전송하기 위한 시스템과 관련하여 본 명세서에서 논의된 것들 중 임의의 것일 수 있다. 내부 밀리미터파 송수신기(11206)는 수신된 데이터를 가정용 네트워크 IP(11208)와 관련된 고객 구내 장비(11104)로 출력하거나 이로부터 데이터를 수신한다. 밀리미터파 송수신기(11206) 및 CPE(11104)는 구조물의 외부에 위치한 밀리미터파 송수신기(11202)로부터 신호를 수신하고 데이터를 가정용 IP 네트워크(11208) 및 관련 장치에 제공하기 위해 동일한 박스 또는 장치 내에 통합된 장비를 포함할 수 있다.112 shows a first embodiment in which the access unit 11102 wirelessly transmits broadband data to a millimeter wave system transceiver 11202 located outside the window or wall 11204. This system is installed in the consumer with a repeater (transceiver 11202) outside the building and a transceiver 11206 inside the building. This configuration can use an optical signal or an RF signal to tunnel the radio using a millimeter wave transmitter on either the glass or the wall. The broadband signal is directly connected to the CPE device 11104 via electronic integration in the unitary window unit to provide access to the home IP network 11208. Wireless transmission to the millimeter wave transceiver 11202 includes, but is not limited to, millimeter wave bands such as 24 GHz, 28 GHz, 39 GHz, 60 GHz, and 2.5 GHz; CBRS band, such as 3.5 GHz; And Wi-Fi bands such as 2.4 and 5 GHz. Millimeter wave transceiver 11202 transmits a signal through window or wall 11204 to a second millimeter wave transceiver 11206 located inside the structure. The configuration of the millimeter wave transceivers 11202 and 11206 may be any of those discussed herein in connection with a system for transmitting signals through the window or wall 11204. Internal millimeter wave transceiver 11206 outputs the received data to or receives data from customer premises equipment 11104 associated with the home network IP 11208. The millimeter wave transceiver 11206 and the CPE 11104 are integrated within the same box or device to receive signals from the millimeter wave transceiver 11202 located outside of the structure and provide data to the home IP network 11208 and related devices. It may include equipment.

도 113은 도 112와 관련하여 앞서 설명한 바와 같이 액세스 유닛(11102)이 광대역 데이터 신호를 외부 밀리미터파 송수신기(11202)로 무선으로 전송하는 대안의 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 밀리미터파 송수신기는 광 신호 또는 RF 신호를 사용하여 전파를 터널링 할 수 있게 하는 창 또는 벽(11204)의 측면에 제공된다. 그 다음, 창 또는 벽(11204)을 통해 전송된 신호는 비허가 대역 또는 비허가 Wi-Fi를 사용하여 빔 성형을 사용하여 CPE(11104)에 무선으로 연결된다. 외부 밀리미터파 송수신기(11202)는 본 명세서에 기술된 바와 같이 창 또는 벽(11204)을 통해 내부 밀리미터파 송수신기(11206)로 데이터를 전송한다. 내부 밀리미터파 송수신기(11206)는 빔 성형 허가 또는 Wi-Fi를 사용하여 수신된 신호를 통합 된 밀리미터파 송수신기(12002) 및 CPE(11104)로 전송하는 빔 성형 장치 또는 Wi-Fi 라우터를 포함한다. CPE(11104)는 데이터를 가정용 IP 네트워크(11208) 및 관련 장치로 전송한다.FIG. 113 illustrates an alternative embodiment where the access unit 11102 wirelessly transmits a wideband data signal to an external millimeter wave transceiver 11202 as described above with respect to FIG. 112. In this embodiment, the millimeter wave transceiver is provided on the side of the window or wall 11204 that enables tunneling of the radio wave using an optical signal or an RF signal. The signal transmitted through window or wall 11204 is then wirelessly connected to CPE 11104 using beam shaping using unlicensed band or unlicensed Wi-Fi. External millimeter wave transceiver 11202 transmits data to internal millimeter wave transceiver 11206 through a window or wall 11204 as described herein. The internal millimeter wave transceiver 11206 includes a beam shaping device or Wi-Fi router that transmits the received signal to the integrated millimeter wave transceiver 12002 and the CPE 11104 using a beam shaping permit or Wi-Fi. The CPE 11104 sends data to the home IP network 11208 and related devices.

이제 도 114를 참조하면, 광대역 IP 신호를 가정용 IP 네트워크(11208)로 전송하기 위한 시스템의 다른 실시예가 도시되어 있는데, 여기서 액세스 유닛(11102)은 신호를 건물 또는 구조물의 창(11404)의 외부 측에 위치한 밀리미터파 송수신기(11402)로 무선으로 전송한다. 밀리미터파 송수신기(11402)는 창 유리의 외부에 위치하고 고출력 위상 어레이 및 빔 성형 회로(11403)를 사용하여 허가 대역 또는 비허가 Wi-Fi를 이용하여 무선 주파수의 터널링이 창(11404)로부터 떨어진 거리에 위치한 CPE(11408)에 무선으로 연결될 수 있게 한다. 밀리미터파 송수신기(11402)는 창(11404)을 통해 무선으로 신호를 구조물의 내부에 위치하지만 창(11404)의 반대편에 직접적이지 않은 위치에 놓인 밀리미터파 송수신기(11406)로 전송하기 위한 빔 성형 또는 Wi-Fi 라우터 기능을 제공하는 고전력 위상 어레이(11403)를 포함한다. 밀리미터파 송수신기(11406)는 광대역 데이터를 가정용 IP 네트워크(11208) 및 관련 장치로 전송하는 CPE(11408)와 통합되어 있다.Referring now to FIG. 114, there is shown another embodiment of a system for transmitting broadband IP signals to a home IP network 11208, where the access unit 11102 sends signals to the outside side of a window 11404 of a building or structure. Wirelessly transmits to the millimeter wave transceiver 11402 located in the. The millimeter wave transceiver 11402 is located outside of the window glass and at a distance away from the window 11404 by radio frequency tunneling using licensed band or unlicensed Wi-Fi using a high power phased array and beam shaping circuit 11403. Enable wireless connection to the located CPE 11408. Millimeter wave transceiver 11402 wirelessly transmits signal through window 11404 to a millimeter wave transceiver 11406 positioned within the structure but not directly opposite the window 11404. A high power phased array 11403 providing a Wi-Fi router function. The millimeter wave transceiver 11406 is integrated with the CPE 11408, which transmits broadband data to the home IP network 11208 and related devices.

설명된 시스템은 건물 외부로부터 건물 내의 장치로 신호가 전송될 수 있게 하는 광학 또는 RF 터널을 제공한다. 광대역 액세스가 건물(가정용 또는 상업용)에 전달되면, 다른 비허가 대역이 건물 내에서 사용될 수 있다. 광학 또는 RF 터널은 건물 내에 있는 사물 인터넷 장치의 신호가 내부에서 외부로 이동할 수 있도록 하는데 사용될 수도 있다. 여기에 서술된 기술들 이외에, 다른 근거리 기술들이 창 또는 벽을 통해 정보를 전송하기 위해 사용될 수 있다.The described system provides an optical or RF tunnel that allows signals to be transmitted from outside the building to devices in the building. If broadband access is delivered to a building (home or commercial), other unlicensed bands may be used within the building. Optical or RF tunnels may be used to allow signals from IoT devices in a building to travel from interior to exterior. In addition to the techniques described herein, other near-field techniques may be used to transmit information through a window or wall.

(광 네트워크를 이용한 밀리미터파)(Millimeter wave using optical network)

기가 바이트 속도의 차세대 광대역 액세스에서 직면한 문제 중 하나는 가정이나 기업에 광섬유를 설치할 필요가 있다는 것이다. 고정 밀리미터파 5G 무선 액세스 기술을 사용하면 수동 광 네트워크(PON) 엔드 포인트 인 기존의 광 네트워크 유닛(ONU)을 자체 설치된 고정 무선 액세스 포인트의 집합에 사용할 수 있다. 도 115는 GPON/NG PON2/vOLTHA와 같은 광학 데이터 전송 시스템(11504)과 밀리미터파 시스템(11502)의 조합을 도시한다. 이 결합된 시스템은 이하에 더 상세히 설명될 바와 같이 OLT에서 밀리미터파 RU 로의 대역폭 할당의 제어를 가능하게 한다. 이들 광 데이터 전송 시스템(11504) 각각은 중앙 네트워크 위치로부터 밀리미터파 시스템(11502)으로 데이터를 전송하는 방식을 제공하며, 이는 최종 드롭(마지막 100m)을 통해 RF 포맷으로 데이터를 가정이나 기업과 같은 사용자 구내로 전송할 수 있게 한다. 밀리미터파 시스템(11502)은 밀리미터파 빔 성형 및 빔 스티어링 기술을 사용하여 동적으로 변화하는 네트워크 조건에 응답하여 가정용 애플리케이션에 대한 서비스 품질을 보장할 수 있다. 밀리미터파 시스템(11502)은 가정 또는 기업 내에 위치한 사용자에게 서비스를 제공하기 위해 가정용 게이트웨이(11506)(예컨대, 전술한 IP 네트워크 게이트웨이)에 연결을 제공한다. 밀리미터파 시스템(11502)은 기가비트 이더넷을 제공하기 위해 5G 밀리미터파가 사용될 수 있는 기업 및 가정용 건물의 수를 크게 증가시킨다. 따라서, 밀리미터파 시스템(11502)은 가정용 게이트웨이(11506)로 전송되는 구조에서 밀리미터파 시스템으로의 무선 최종 드롭 액세스를 위해 TDMA 및 SDN 제어식 빔 스티어링을 사용한다.One of the challenges faced by next-generation broadband access at gigabyte speeds is the need to install fiber in the home or business. Fixed millimeter-wave 5G wireless access technology allows the existing optical network unit (ONU), a passive optical network (PON) endpoint, to be used in a set of self-installed fixed wireless access points. 115 illustrates a combination of an optical data transmission system 11504 and a millimeter wave system 11150 such as GPON / NG PON2 / vOLTHA. This combined system enables control of bandwidth allocation from OLT to millimeter wave RU as will be described in more detail below. Each of these optical data transmission systems 11504 provides a way to transfer data from a central network location to a millimeter wave system 11150, which allows users, such as homes or businesses, to transfer data in RF format via the final drop (last 100 m). Allow transmission to the premises. Millimeter wave system 11150 may use millimeter wave beam shaping and beam steering techniques to ensure quality of service for home applications in response to dynamically changing network conditions. The millimeter wave system 11150 provides a connection to the home gateway 11506 (eg, the IP network gateway described above) to provide services to users located in homes or businesses. Millimeter wave system 11150 greatly increases the number of corporate and residential buildings where 5G millimeter waves can be used to provide Gigabit Ethernet. Accordingly, millimeter wave system 11150 uses TDMA and SDN controlled beam steering for wireless final drop access to the millimeter wave system in a structure sent to residential gateway 11506.

가정용 게이트웨이(11506)는 네트워크 조건에 기초하여 밀리미터파 시스템(11502)과 광학 데이터 전송 시스템(11504) 사이에서 데이터 흐름 동작을 동적으로 트리거하거나 조정하는 능력을 갖지 않기 때문에, 이하에서 설명되는 바와 같은 하이브리드 ONU 및 밀리미터파 리모트 유닛은 동적 네트워크 슬라이싱 메커니즘 및 최적화된 OLT-ONU 시그널링 프레임워크에 대한 고품질 경험을 달성하기 위해 혁신적인 SDN 가능 빔 스티어링 메커니즘을 구현할 수 있다. 따라서, 도 116에 보다 구체적으로 도시된 바와 같이, GPON/NG PON2/vOLTHA 네트워크(11504) 내의 광 네트워크 데이터 흐름(11602) 및 RF 네트워크(11502)의 데이터 흐름(11604)은 제어 시스템(11606)에 의해 밸런싱되어, RF 네트워크(11502)는 필요한 광 네트워크 데이터 흐름(11602)을 지원하기에 충분한 자원을 제공하고 광 네트워크(11504)는 RF 네트워크 데이터 흐름(11604)을 지원하기에 충분한 자원을 제공할 수 있다. 이러한 구성은 광 네트워크(11504) 및 RF 네트워크(11502) 내에 네트워크 장치를 구성하는 것을 포함한다. 따라서, 광 네트워크(11504) 및 RF 네트워크(11502)는 네트워크에 의해 전송되는 부하의 밸런싱을 가능하게 하기 위해 중앙 제어기에 의해 원격으로 재구성될 수 있는 컴포넌트로 구성된다. 네트워크 중 어느 하나에 충분한 자원이 존재하지 않으면, 네트워크 구성(11608)은 광 네트워크(11504)와 RF 네트워크(11502) 사이의 네트워크 데이터 흐름이 균형을 이루어 두 네트워크 사이의 인터페이스에서 병목 현상을 방지하도록 변경될 수 있다. 이러한 네트워크 재구성은 본 명세서에 참고로 포함된 2017년 7월 31일에 출원된 미국 특허 출원 "초광대역 가상화된 통신 및 인터넷(ULTRA-BROADBAND VIRTUALIZED TELECOM AND INTERNET)(제 15-664,764 호)에 서술된 네트워크 구성 제어 기술을 이용할 수 있다. The residential gateway 11506 does not have the ability to dynamically trigger or coordinate data flow behavior between the millimeter wave system 11150 and the optical data transmission system 11504 based on network conditions, so that the hybrid as described below ONU and millimeter wave remote units can implement innovative SDN-enabled beam steering mechanisms to achieve a high quality experience with dynamic network slicing mechanisms and an optimized OLT-ONU signaling framework. Thus, as shown in more detail in FIG. 116, the optical network data flow 11602 in the GPON / NG PON2 / vOLTHA network 11504 and the data flow 11604 of the RF network 11150 are transmitted to the control system 11606. Balanced by, the RF network 11150 can provide sufficient resources to support the required optical network data flow 11602 and the optical network 11504 can provide sufficient resources to support the RF network data flow 11604. have. This configuration includes configuring network devices in optical network 11504 and RF network 1152. Accordingly, optical network 11504 and RF network 1152 are composed of components that can be remotely reconfigured by a central controller to enable balancing of loads transmitted by the network. If there are not enough resources in either of the networks, the network configuration 11608 changes to balance network data flow between the optical network 11504 and the RF network 11150 to avoid bottlenecks at the interface between the two networks. Can be. Such network reconfiguration is described in U.S. Patent Application "ULTRA-BROADBAND VIRTUALIZED TELECOM AND INTERNET," filed July 31, 2017, incorporated herein by reference (No. 15-664,764). Network configuration control techniques can be used.

광학 데이터 전송 시스템(11504)(도 15)은 GPON, NG PON2, vOLTHA 또는 유사한 유형의 시스템을 포함한다. 이제 도 117을 참조하면, 기가바이트 수동 광 네트워크(GPON: gigabyte passive optical network)에 사용되는 두 가지 주요 능동형 전송 장비, OLT(광 라인 터미널(11702)) 및 ONU(광 네트워크 유닛(11704) 또는 ONT(광 네트워크 터미널(11706)이 존재한다. 광 라인 터미널(11702)은 중앙 사무실(11708)에 있으며, 광 분배 네트워크를 통해 양방향으로 가는 정보를 제어한다. OLT(11702)는 CSM(컨트롤 및 스위치 모듈), ELM(EPON 링크 모듈, PON 카드) 및 이중화 보호 기능을 포함한다. 광 네트워크 유닛(11704)은 광섬유(11710)를 통해 전송된 광 신호를 OLT(11702)로부터 고객 구내(11712)에서 개별 가입자에게 전송되는 전기 신호로 변환한다. ONU(11704)는 가입자로부터 오는 데이터를 OLT(11702)로 전송할 수도 있다. 광 네트워크 터미널(11706)은 본질적으로 ONU(11704)와 동일하다. ONT(11706)는 ITU-T(ITU Telecommunication Standardization Sector) 용어이며 ONU(11704)는 IEEE 용어이다. 둘 모두 GPON 시스템에서 사용자측 장비를 의미한다. GPON은 고 대역폭, 트리플 플레이 서비스 및 최대 20km의 거리를 지원한다.Optical data transmission system 11504 (FIG. 15) includes a GPON, NG PON2, vOLTHA or similar type of system. Referring now to FIG. 117, two major active transmission equipment used for gigabyte passive optical network (GPON), optical line terminal 11702 (OLT) and ONU (optical network unit 11704 or ONT) (There is an optical network terminal 11706. The optical line terminal 11702 is in the central office 11708 and controls the information going in both directions through the optical distribution network.) The OLT 11702 is a CSM (control and switch module). ), The ELM (EPON Link Module, PON Card), and the redundancy protection function The optical network unit 11704 transmits the optical signal transmitted through the optical fiber 11710 from the OLT 11702 to the individual subscriber at the customer premises 1712. The ONU 11704 may transmit data coming from the subscriber to the OLT 11702. The optical network terminal 11706 is essentially the same as the ONU 11704. The ONT 11706 is ITU-T (ITU Telecommuni cation Standardization Sector and ONU 11704 are IEEE terms, both of which refer to user-side equipment in a GPON system, which supports high bandwidth, triple play services and distances up to 20 km.

비즈니스 구성(11714)에 대한 광섬유 내에서, OLT(11702)는 광섬유(11710)를 통해 ONU(11704)에 연결된다. ONU(11704)는 구리선(11718)을 통해 PON 종단점(11716)과 연결된다. 캐비닛 구성(11720)에 대한 광섬유 내에서, OLT(11702)는 광섬유(11710)를 통해 ONU(11704)에 연결된다. ONU(11704)는 구리선(11718)을 통해 PON 종단점(11716)과 연결된다. 마지막으로, 광섬유 내에서 홈 연결(11722)로, OLT(11702)는 광섬유(11710)를 통해 ONT(11706)와 연결된다.Within the optical fiber for business configuration 1714, the OLT 11702 is connected to the ONU 11704 via the optical fiber 11710. The ONU 11704 is connected to the PON endpoint 1716 via copper wire 1718. Within the optical fiber for cabinet configuration 1720, OLT 11702 is connected to ONU 11704 via optical fiber 1710. The ONU 11704 is connected to the PON endpoint 1716 via copper wire 1718. Finally, with a groove connection 1722 in the optical fiber, the OLT 11702 is connected with the ONT 11706 through the optical fiber 1710.

이제 도 118을 참조하면, OLT(11702)로부터의 단일 광섬유(11710)가 수동 광 스플리터(11802)에 연결된다. 스플리터(11802)는 전력을 사용자(11806)에 대한 별도의 경로(11804)로 분할한다. 임의의 위치에 2 내지 128개의 사용자 경로(11804)가 있을 수 있다. GPON는 2가지 멀티플렉싱 메커니즘을 가진다. 다운 스트림 방향(OLT에서 사용자로)에서는 데이터 패킷이 암호화되어 사용자에게 브로드캐스트된다. 업스트림 방향(사용자에서 OLT로)에서 데이터 패킷은 TDMA를 사용하여 전송된다.Referring now to FIG. 118, a single optical fiber 11710 from the OLT 11702 is coupled to the passive optical splitter 11802. Splitter 11802 splits power into a separate path 11804 to user 11806. There may be from 2 to 128 user paths 11804 at any location. GPON has two multiplexing mechanisms. In the downstream direction (OLT to user), data packets are encrypted and broadcast to the user. In the upstream direction (user to OLT), data packets are sent using TDMA.

ONU-ID는 OLO(11702)가 ONU 활성화 중에 PLOAM 메시지를 통해 ONU(11704)에 할당하는 8 비트 식별자이다. ONU-ID는 PON에서 고유하며 OLT(11702)에 의해 ONU(11704)의 전원이 꺼지거나 비활성화 될 때까지 유지된다. OLT(11702)는 또한 ONU(11704)에 12 비트 할당 식별자(ALLOC_ID)를 할당하여 해당 ONU 내에서 업스트림 대역폭의 수신자인 트래픽 베어링 엔티티를 식별한다.The ONU-ID is an 8-bit identifier that the OLO 11702 assigns to the ONU 11704 via a PLOAM message during ONU activation. The ONU-ID is unique at the PON and is maintained until the ONU 11704 is powered off or deactivated by the OLT 11702. OLT 11702 also assigns 12-bit allocation identifier (ALLOC_ID) to ONU 11704 to identify traffic bearing entities that are recipients of upstream bandwidth within that ONU.

전송 컨테이너(T-CONT)는 ONU(11704)에 대한 업스트림 대역폭 할당을 위한 단일 엔티티로 나타나는 논리적 연결 그룹이다. 지정된 ONU(11704)에 대해 지원되는 T-CONT 수는 고정되어 있다. ONU(11704)는 ONU 활성화 중에 지원되는 모든 T-CONT 인스턴스를 자율적으로 생성하며 OLT(11702)는 지정된 ONU가 지원하는 T-CONT 인스턴스 수를 감지한다. T-CONT에는 5 가지 유형이 있다. 유형 1은 고정 대역폭이며 지연 및 우선 순위에 민감한 서비스에 사용된다. 유형 2 및 3은 보장 된 대역폭 유형이며 주로 비디오 서비스 및 우선 순위가 높은 데이터 서비스에 사용된다. 유형 4는 최선형이며 주로 인터넷 및 낮은 우선 순위와 같은 데이터 서비스에 사용된다. 유형 5는 모든 대역폭 유형을 포함하는 혼합 유형이다.The transport container (T-CONT) is a logical connection group that appears as a single entity for upstream bandwidth allocation for the ONU 11704. The number of T-CONTs supported for the designated ONU 11704 is fixed. ONU 11704 autonomously creates all T-CONT instances supported during ONU activation and OLT 11702 detects the number of T-CONT instances supported by the designated ONU. There are five types of T-CONT. Type 1 is fixed bandwidth and is used for delay and priority sensitive services. Types 2 and 3 are guaranteed bandwidth types and are mainly used for video services and high priority data services. Type 4 is best and is primarily used for data services such as the Internet and low priority. Type 5 is a mixed type that includes all bandwidth types.

ONU(11704)는 OLT(11702)로부터 다양한 거리에 위치할 수 있으며, 이는 각 ONU의 전송 지연이 고유하다는 것을 의미한다. 범위 설정(ranging)은 OLT(11702)에 의해 수행되어 지연을 측정하고 각 ONU(11704)에 레지스터를 설정하여 지연을 동일화한다. OLT(11702)는 각각의 ONU(11704)에 승인을 전송하여 전송을 위한 정해진 시간 간격을 설정한다. 그랜트 맵(grant map)은 몇 밀리 초마다 동적으로 재 계산되며, 그러한 요구를 위해 모든 ONU에 대역폭을 할당하는 데 사용된다.The ONU 11704 may be located at various distances from the OLT 11702, which means that the transmission delay of each ONU is unique. Ranging is performed by the OLT 11702 to measure the delay and set a register in each ONU 11704 to equalize the delay. OLT 11702 sends an acknowledgment to each ONU 11704 to set a predetermined time interval for transmission. Grant maps are dynamically recalculated every few milliseconds and are used to allocate bandwidth to all ONUs for such requests.

동적 대역폭 할당(DBA)을 사용하면 현재 트래픽 요구 사항에 따라 사용자의 대역폭 할당을 빠르게 채택할 수 있다. GPON은 ONU(11704)에 의한 업스트림 액세스를 관리하기 위해 TDMA를 사용하며 TDMA는 업스트림 전송을 위해 각 ONU에 공유되지 않은 타임 슬롯을 제공한다. DBA를 사용하면 업스트림 트래픽 로드의 분포에 따라 업스트림 타임 슬롯이 줄어들고 커질 수 있다. OLT(11702)에서 DBA를 지원하지 않으면, 업스트림 대역폭이 T-CONT에 정적으로 할당되며 공유할 수 없으며 관리 시스템을 통해서만 변경할 수 있다.Dynamic bandwidth allocation (DBA) allows you to quickly adopt your bandwidth allocation based on your current traffic requirements. GPON uses TDMA to manage upstream access by ONU 11704, which provides an unshared time slot for each ONU for upstream transmission. Using a DBA allows upstream time slots to shrink and grow depending on the distribution of upstream traffic loads. If the OLT 11702 does not support DBA, upstream bandwidth is statically allocated to the T-CONT and cannot be shared and can only be changed through the management system.

상태보고 DBA(SR-DBA)와 비상태보고 DBA(NSR-DBA)의 두 가지 형태의 DBA가 있다. SR-DBA에서 OLT(11702)는 T-CONT 버퍼 상태를 요청하고 ONU(11704)는 각 T-CONT에 대한 별도의 보고로 응답한다. OLT(11702)는 보고를 수신한 후 대역폭 할당을 다시 계산하고 새 맵을 ONU(11704)로 보낸다. ONU(11704)는 지정된 시간 슬롯으로 데이터를 보낸다. ONU(11704)는 ONU에 전송할 정보가 없음을 알리기 위해 유휴 셀 업스트림을 OLT(11702)로 보낸다. 그 다음 OLT(11702)는 다른 T-CONT에 허가를 할당할 수 있다. There are two types of DBAs: status reporting DBAs (SR-DBA) and stateless reporting DBAs (NSR-DBA). In SR-DBA, OLT 11702 requests the T-CONT buffer status and ONU 11704 responds with a separate report for each T-CONT. After receiving the report, the OLT 11702 recalculates the bandwidth allocation and sends a new map to the ONU 11704. ONU 11704 sends data in the designated time slot. The ONU 11704 sends idle cell upstream to the OLT 11702 to inform the ONU that there is no information to send. The OLT 11702 may then assign a grant to another T-CONT.

NSR-DBA에서, OLT(11702)는 각 ONU(11704)에 소량의 추가 대역폭을 지속적으로 할당한다. OLT(11702)는 ONU(11704)가 유휴 프레임을 전송하지 않는 것을 관찰하면 해당 ONU에 대한 대역폭 할당을 증가시킨다. ONU(11704)가 유휴 프레임을 전송하는 경우, OLT는 그에 따라 할당을 줄인다. NSR-DBA는 ONU(11704)가 DBA를 알 필요가 없다는 장점이 있지만, OLT(11702)가 여러 ONU(11704)에 대역폭을 가장 효율적인 방식으로 할당하는 방법을 알 수 없다는 단점이 있다.In the NSR-DBA, the OLT 11702 continuously allocates a small amount of additional bandwidth to each ONU 11704. OLT 11702 increases bandwidth allocation for the ONU when it observes that ONU 11704 does not transmit idle frames. If ONU 11704 transmits an idle frame, the OLT reduces the allocation accordingly. The NSR-DBA has the advantage that the ONU 11704 does not need to know the DBA, but has the disadvantage that the OLT 11702 does not know how to allocate bandwidth to several ONUs 11704 in the most efficient manner.

이제 도 119를 참조하면, 업스트림 GTS 프레임(11902) 및 다운 스트림 GTS 프레임(11904)이 도시되어 있다. 도 120은 다운 스트림 GTC 프레임(11904)의 보다 상세한 도면을 도시한다. 다운 스트림 GTC 프레임(11904)은 125us의 지속 기간(11906)을 가지고 38880 바이트 길이이며, 이는 다운 스트림 데이터 레이트 2.48832 Gbps에 해당한다. OLT(11702)는 PCBd(GTC 헤더)(11908)을 모든 ONU(11704)에 브로드 캐스트하고 ONU는 관련 정보에 따라 작동한다. PCBd는 ONU(11704)에 대한 프레임의 시작을 나타내는 'Psync' 필드(12002)를 포함한다. 'Ident' 필드(12004)는 8-KHz 수퍼 프레임 카운터 필드를 포함한다. 'PLOAMd' 필드(12006)는 OAM 관련 알람 또는 임계 값 교차 경고와 같은 기능을 처리한다. 'BIP' 필드(12008)는 비트 오류율을 추정하는 데 사용되는 비트 인터리브 패리티이다. 다운 스트림 페이로드 길이 표시기(Plend)(12010)는 업스트림 대역폭(US BW) 맵의 길이를 제공한다. 업스트림 대역폭(US BW) 맵 필드(12012)의 각 엔트리는 특정 T-CONT에 대한 단일 대역폭 할당을 나타낸다.Referring now to FIG. 119, an upstream GTS frame 11902 and a downstream GTS frame 11904 are shown. 120 shows a more detailed view of the downstream GTC frame 11904. The downstream GTC frame 11904 is 38880 bytes long with a duration 11906 of 125 us, which corresponds to the downstream data rate of 2.48832 Gbps. OLT 11702 broadcasts PCBd (GTC header) 11908 to all ONUs 11704 and the ONUs operate according to the relevant information. PCBd includes a 'Psync' field 12002 that indicates the start of a frame for ONU 11704. The 'Ident' field 12004 includes an 8-KHz super frame counter field. The 'PLOAMd' field 12006 handles functions such as OAM related alarms or threshold crossing alerts. The 'BIP' field 12008 is bit interleaved parity used to estimate the bit error rate. Downstream payload length indicator (Plend) 12010 provides the length of the upstream bandwidth (US BW) map. Each entry in the upstream bandwidth (US BW) map field 12012 represents a single bandwidth allocation for a particular T-CONT.

할당 ID 필드(12014)는 대역폭 할당의 수신자를 표시하고 가장 낮은 254 할당 ID 값을 사용하여 ONU(11704)를 직접 처리한다. 'Flag' 필드(12016)는 지정된 ONU(11704)에 대한 물리 계층 오버 헤드 블록의 업스트림 전송을 허용한다. 'Slot Start' 필드(12018) 및 'Slot Stop' 필드(12020)는 업스트림 전송 창의 시작 및 종료를 나타낸다. CRC 필드(125022)는 대역폭 할당 필드에 대한 에러 검출 및 정정을 제공한다.The allocation ID field 12014 indicates the receiver of the bandwidth allocation and directly processes the ONU 11704 using the lowest 254 allocation ID value. The 'Flag' field 12016 allows upstream transmission of the physical layer overhead block for the designated ONU 11704. 'Slot Start' field 12018 and 'Slot Stop' field 12020 indicate the start and end of an upstream transmission window. CRC field 125022 provides error detection and correction for the bandwidth allocation field.

GTC 페이로드 필드(12024)는 일련의 GEM(GPON Encapsulation Method) 프레임(12026)을 포함한다. 다운 스트림 GEM 프레임 스트림은 ONU(11704)에서 필터링된다. 각각의 ONU(11704)는 어느 포트 ID가 속하는지 인식하도록 구성되고, 포트 ID는 GEM 프레임(12026)을 고유하게 식별한다.The GTC payload field 12024 includes a series of GPON Encapsulation Method (GEM) frames 12026. The downstream GEM frame stream is filtered at ONU 11704. Each ONU 11704 is configured to recognize which port ID belongs to, and the port ID uniquely identifies the GEM frame 12026.

이제, 다시 도 119를 참조한다. 업스트림 GTS 프레임 기간(11914)은 125us이고 19440 바이트 길이이며, 이는 1.24416Gbps의 업스트림 데이터 속도를 제공한다. 각각의 프레임(11910)은 ONU(11704)로부터의 다수의 ONU 전송 버스트(11912)를 포함하고 각각의 버스트는 물리 계층 오버 헤드(PLOu) 섹션(11914) 및 하나 이상의 대역폭 할당 인터벌(11916)을 포함한다. BW 맵은 프레임 내의 버스트의 배열 및 각 버스트 내의 할당 인터벌을 지시한다.Reference is again made to FIG. 119. The upstream GTS frame period 11914 is 125us and is 19440 bytes long, which provides an upstream data rate of 1.24416 Gbps. Each frame 1119 includes a number of ONU transmit bursts 1912 from ONU 11704 and each burst includes a physical layer overhead (PLOu) section 1914 and one or more bandwidth allocation intervals 1192. do. The BW map indicates the arrangement of bursts in the frame and the allocation interval in each burst.

이제 도 121을 참조하면, 업스트림 GTS 프레임(11910)이 더 구체적으로 도시되어 있다. 'PLOu' 버스트(12102)는 적절한 물리 계층 동작을 보장하는 프리앰블을 포함한다. 'PLOu' 필드(12102)는 또한 그 ONU(11704)의 고유한 ONU-ID를 나타내는 ONU-ID 필드(12104)를 포함한다. 업스트림 물리 계층 OAM(PLOAMu) 필드(12106)는 범위, ONT(11706)의 활성화 및 경보 통지와 같은 관리 기능을 담당한다. 업스트림 전력 레벨링 시퀀스(PLSu) 필드(12108)는 OLT(11702)에 의해 보여지는 ONU(11704)에서의 레이저 전력 레벨에 대한 정보를 포함한다.Referring now to FIG. 121, an upstream GTS frame 11910 is shown in more detail. The 'PLOu' burst 12102 includes a preamble that ensures proper physical layer operation. The 'PLOu' field 12102 also includes an ONU-ID field 12104 indicating the unique ONU-ID of the ONU 11704. The upstream physical layer OAM (PLOAMu) field 12106 is responsible for management functions such as scope, activation of ONT 11706 and alert notification. Upstream power leveling sequence (PLSu) field 12108 includes information about the laser power level in ONU 11704 as seen by OLT 11702.

GEM 프레임(12026)은 GTC 프레임 페이로드 섹션(12112)을 이용하여 OLT(11702)로부터 ONU(11704)로 전송된다. OLT(11702)는 그 다운 스트림 요구를 충족시키기 위해 모든 다운 스트림 프레임까지 할당할 수 있다. ONU는 Port-ID를 기반으로 들어오는 프레임을 필터링한다. 구성된 GEM 할당 시간을 사용하여 프레임이 ONU(11704)에서 OLT(11702)로 전송된다. ONU(11704)는 OLT(11702)에 의해 시간이 할당 될 때 프레임을 버퍼링하여 버스트로 보낸다. OLT(11702)는 ONU(11704)로부터 수신된 프레임을 다중화한다.GEM frame 12026 is sent from OLT 11702 to ONU 11704 using GTC frame payload section 12112. OLT 11702 may allocate up to all downstream frames to meet its downstream needs. ONU filters incoming frames based on Port-ID. Frames are sent from ONU 11704 to OLT 11702 using the configured GEM allocation time. ONU 11704 buffers and sends frames in bursts when time is allocated by OLT 11702. OLT 11702 multiplexes the frames received from ONU 11704.

광 데이터 전송 시스템(11504)(도 115)에 사용될 수 있는 다른 시스템은 NG-PON2(Next-Generation Passive Optical Network) 시스템이다. NG-PON2는 최대 80Gbps까지 확장 할 수 있는 40Gbps 가능 다중 파장 PON 시스템이다. NG-PON2 시스템에는 기본 속도 10/2.5Gbps 또는 선택적으로 10/10Gbps 및 2.5/2.5Gbps의 세 가지 유형의 채널 속도가 있다. Another system that may be used for optical data transmission system 11504 (FIG. 115) is a Next-Generation Passive Optical Network (NG-PON2) system. NG-PON2 is a 40Gbps capable multi-wavelength PON system that can scale up to 80Gbps. In the NG-PON2 system, there are three types of channel speeds: 10 / 2.5Gbps base rate or optionally 10 / 10Gbps and 2.5 / 2.5Gbps.

NG-PON2의 주요 목표 요건은 OLT(Optical Line Terminal) PON 포트 당 총 용량 증가, 다운 스트림 1Gbps 및 업스트림 0.5-1Gbps에서 모든 ONU(Optical Network Unit)의 지속 가능한 대역폭, 포트 당 64 개 이상의 ONU 지원, 레거시 PON 인프라와의 호환성, 40km의 차동 거리와 원활한 이동, 동일한 광 분배 네트워크(ODN)에서 여러 응용 프로그램 지원, 내장된 테스트 및 진단 기능 및 PON 복원력이다.NG-PON2's main target requirements include increased total capacity per Optical Line Terminal (OLT) PON port, sustainable bandwidth of all Optical Network Units (ONU) at 1 Gbps downstream and 0.5-1 Gbps downstream, support for more than 64 ONUs per port, Compatibility with legacy PON infrastructure, 40 km differential distance and smooth movement, support for multiple applications on the same optical distribution network (ODN), built-in test and diagnostics, and PON resiliency.

FTTB, 엔터프라이즈, 모바일 백홀, 프론트홀 및 클라우드-RAN을 포함하여 차세대 PON에 대한 수요를 주도하는 많은 애플리케이션이 있다. 콘텐츠는 현재 높은 액세스 비트 전송률 요구사항의 주요 동인이다. 콘텐츠 서비스 제공업자는 미래의 액세스 네트워크를 준비해야 하며, 미래의 액세스 네트워크는 진정한 멀티 서비스 솔루션이라고 결론 내릴 수 있다.There are many applications that drive demand for the next generation of PONs, including FTTB, enterprise, mobile backhaul, fronthaul, and cloud-RAN. Content is currently a major driver of high access bit rate requirements. Content service providers must prepare for future access networks, and we can conclude that future access networks are truly multi-service solutions.

현재, 소프트웨어 패키지 및 개인 데이터는 데이터 센터에서 다운로드 및 저장된다. 이를 위해서는 대칭성 및 낮은 지연 시간 뿐만 아니라 매우 높은 업로드 및 다운로드 속도가 필요하다. 이는 NG-PON2로부터 얻은 "클라우드 기회"도 새로운 네트워크로 진화하는 매우 중요한 이유가 됨을 의미한다.Currently, software packages and personal data are downloaded and stored in the data center. This requires very high upload and download speeds as well as symmetry and low latency. This means that the "cloud opportunity" from NG-PON2 is also a very important reason for evolving into a new network.

NG-PON2는 레거시 손실 예산 클래스와 호환된다. NG-PON2는 최소 14dB의 광 경로 손실이 필요하며 40km의 차동 도달 거리를 허용한다. Tx/Rx 파장 채널 튜닝 시간의 NG-PON2에 의해 정의 된 3 가지 클래스가 있다. 클래스 1 구성요소는 스위치 온 레이저 어레이를 포함할 수 있고, 클래스 2 구성요소는 전자적으로 조정된 레이저(DBR)를 기반으로 할 수 있으며, 클래스 3 구성요소는 열적으로 조정된 DFB 일 수 있다.NG-PON2 is compatible with legacy loss budget classes. The NG-PON2 requires at least 14dB optical path loss and allows for 40km differential reach. There are three classes defined by NG-PON2 of Tx / Rx wavelength channel tuning time. Class 1 components may include a switch on laser array, class 2 components may be based on an electronically tuned laser (DBR), and class 3 components may be thermally tuned DFBs.

NG-PON2 전송 수렴 층은 여러 파장, TWDM 및 지점 간 채널과 같이 프로토콜에서 지원하는 새로운 기능을 제공한다. 통신은 단일 채널로 시작하여 나중에 더 많은 채널 및 분산 OLT 채널 터미네이션(CT)을 추가하여, 단일 광섬유를 유도한다. 새로운 프로토콜 기능은 다중 파장을 허용하므로, 프로토콜은 튜닝, 시스템 및 파장 채널을 식별하는 새로운 아이덴티티, PtP, WDM 및 TWDM 활성화를 위한 새로운 관리 프로토콜, 잘못된 파장 채널로 전송해서는 안되는 보정되지 않은 레이저로 ONU 처리, 분산 OLT 채널 종료를 통한 일부 절차에 대한 채널 간 메시징, 탐지 및 완화할 수 있는 새로운 불량(rogue) 시나리오를 지원한다.The NG-PON2 transport convergence layer provides new features supported by the protocol, such as multiple wavelengths, TWDM and point-to-point channels. Communication starts with a single channel and later adds more channels and distributed OLT channel terminations (CT), leading to a single fiber. The new protocol feature allows for multiple wavelengths, so the protocol handles ONUs with new identities for tuning, identifying systems and wavelength channels, new management protocols for PtP, WDM and TWDM activation, and uncorrected lasers that should not be sent to the wrong wavelength channel. It also supports new rogue scenarios that enable cross-channel messaging, detection, and mitigation for some procedures through distributed OLT channel termination.

NG-PON2는 채널 간 종료 프로토콜을 가진다. OLT CT(채널 종료)는 분산되어 있어, 일부 절차는 OLT CT 조용한 창 동기화, ONU 튜닝, ONU 활성화, 고립된 ONU 파킹, 잘못된 ODN에 연결된 ONU, OLT CT 간의 ONU의 안내된 핸드-오프, 및 불량 ONU 격리와 같은 OLT CT 간에 메시지 전달을 필요로 한다.NG-PON2 has an interchannel termination protocol. OLT CTs (Channel Termination) are decentralized, so some procedures are OLT CT quiet window synchronization, ONU tuning, ONU activation, isolated ONU parking, ONU connected to wrong ODN, guided hand-off of ONU between OLT CTs, and bad Message passing between OLT CTs, such as ONU isolation, is required.

NG-PON2는 또한 ONU 송신기가 잘못된 업스트림 채널로 홉핑하거나, ONU 송신기가 잘못된 업스트림 파장에서 전송을 시작하거나, OLT CT가 잘못된 다운 스트림 파장 채널에서 전송하는 경우, 및 공존하는 장치로부터 간섭 시와 같은 ONU의 다양한 보호 시나리오 및 불량 동작을 다룬다.The NG-PON2 also supports ONUs such as when the ONU transmitter hops to the wrong upstream channel, when the ONU transmitter begins to transmit on the wrong upstream wavelength, or when the OLT CT transmits on the wrong downstream wavelength channel, and when interfering from a coexisting device. It covers various protection scenarios and bad behaviors.

현재 NG-PON2 OLT 광학부재들은 XFP 폼 팩터에 통합된 BOSA(Bidirectional Optical Subassemblies)를 기반으로 한다. 이 광학부재들은 TWDM PON, 10Gbps 다운 스트림, 2.5Gbps 또는 10Gbps 업스트림에 적합하다. XFP는 유형 A N1 클래스 NG-PON2 광학 요구사항에 도달하기 위해 전기-흡수 통합 레이저 다이오드와 반도체 광 증폭기(SOA)를 통합한다. 수신기 구성요소인 고감도 버스트 모드 애벌랜치 포토 다이오드(APD), 프리 앰프 및 리미팅 앰프는 10Gbps에서 -28.5dBm 및 2.5Gbps에서 -32dBm에 해당하는 민감도를 갖는 단일 모드 광섬유-스텁(stub)에 통합된 패키지에 장착된다. Currently, NG-PON2 OLT optics are based on Bidirectional Optical Subassemblies (BOSA) integrated into the XFP form factor. These optics are suitable for TWDM PON, 10Gbps downstream, 2.5Gbps or 10Gbps upstream. XFP integrates an electro-absorption integrated laser diode and a semiconductor optical amplifier (SOA) to reach Type A N1 class NG-PON2 optical requirements. The receiver components, the high-sensitivity burst mode avalanche photodiode (APD), preamplifier and limiting amplifier, are packaged in a single-mode fiber-stub integrated package with sensitivity equivalent to -28.5 dBm at 10 Gbps and -32 dBm at 2.5 Gbps. Is mounted.

NG-PON2 ONU 광학부재는 BOSA(Bi-directional Optical Sub Assembly)를 기반으로 한다. BOSA는 10Gbps 또는 2.5Gbps의 버스트 모드 조정 가능 분산 피드백 레이저(DFB)를 4 개의 업스트림 채널을 수행할 수 있는 + 4 ~ 9dBm의 N1 유형 A 링크에 높은 광 출력을 방출한다. 수신기 측에서, 고감도 4 채널 튜너블 APD, 프리 앰프 및 리미팅 앰프는 10Gbps에서 -28dBm의 감도로 작동 할 수 있다.NG-PON2 ONU optical element is based on the Bi-directional Optical Sub Assembly (BOSA). BOSA emits high optical power on a +1 to 9dBm N1 type A link capable of performing four upstream channels with a burst mode adjustable distributed feedback laser (DFB) of 10 Gbps or 2.5 Gbps. On the receiver side, high-sensitivity four-channel tunable APDs, preamps and limiting amplifiers can operate with a sensitivity of -28dBm at 10Gbps.

광 데이터 전송 시스템(11504)(도 115)에 사용될 수 있는 다른 구현은 전술한 시스템 중 하나 내에서 사용될 수 있는 가상 광 라인 종료 하드웨어 추상화(vOLTHA)이다. 도 122에 표시된 것처럼 vOLTHA는 레거시 및 차세대 네트워크 장비 상의 추상화 계층이다. 이것은 최초로 PON(G-PON, E-PON, XGS-PON)를 위한 것이고 궁극적으로 지.패스트 NG-PON2 DOCSIS 및 이더넷을 위한 것이다. vOLTHA는 액세스 네트워크가 추상 프로그램 가능 스위치 역할을 하며 레거시 및 가상화된 장치와 작동한다. vOLTHA는 장치 또는 범용 서버에서 실행될 수 있다.Another implementation that can be used for optical data transmission system 11504 (FIG. 115) is a virtual optical line termination hardware abstraction (vOLTHA) that can be used within one of the systems described above. As shown in FIG. 122, vOLTHA is an abstraction layer on legacy and next generation network equipment. This is the first time for PON (G-PON, E-PON, XGS-PON) and ultimately for Fast NG-PON2 DOCSIS and Ethernet. vOLTHA is an access network that acts as an abstract programmable switch and works with legacy and virtualized devices. vOLTHA can be run on a device or a general purpose server.

각각의 액세스 기술은 그들 자신의 프로토콜 및 개념을 가져오고, 이는 레거시 액세스 장치의 제어 및 관리가 문제가 될 수 있음을 의미한다. vOLTHA는 액세스 기술의 차이를 액세스 지역에 한정하고 이를 OSS 스택의 상위 계층에서 숨긴다. 이제 도 123을 참조하면, OLT(12302) 및 ONU(12304) 링크를 갖는 vOLTHA의 구현이 도시되어 있다. OLT(12302)는 스플리터(12305)를 통해 다수의 ONU(12304)와 통신한다. vOLTHA 컨테이너는 gRPC를 통해 통신한다. 기본 컨테이너는 카프카(Kafka)에 이벤트를 게시하고 서비스 검색을 위해 콘술(Consul)에 데이터를 유지한다. 사우쓰바운드(Southbound) OLT 어댑터(12306) 및 ONU 어댑터(12308)도 자체 컨테이너가 될 것이다. OLT 어댑터(12306) 및 ONU 어댑터(12308)은 vOLTHA 코어(12310)를 통해 OLT-ONU 상호 운용성을 가능하게 한다. ONU 어댑터(12308)는 OLT 어댑터(12306)를 통해 OMCI(ONT 관리 제어 인터페이스)를 OLT(12302)로 전송한다.Each access technology brings its own protocols and concepts, which means that control and management of legacy access devices can be problematic. vOLTHA confines differences in access technologies to access regions and hides them from the upper layers of the OSS stack. Referring now to FIG. 123, an implementation of vOLTHA with an OLT 12302 and ONU 12304 links is shown. OLT 12302 communicates with multiple ONUs 12304 via splitter 12305. vOLTHA containers communicate via gRPC. The base container publishes events to Kafka and maintains data in Consul for service discovery. Southbound OLT adapter 12306 and ONU adapter 12308 will also be their containers. OLT adapter 12306 and ONU adapter 12308 enable OLT-ONU interoperability through vOLTHA core 12310. The ONU adapter 12308 transmits the ONT Management Control Interface (OMCI) to the OLT 12302 via the OLT adapter 12306.

vOLTHA를 사용하여 웨이브 애질리티(Wave Agility)를 위한 하드웨어 추상화 계층을 생성하면 밀리미터파 고정 무선 액세스(동적 QoS-응용 및 네트워크 슬라이싱 지원을 통한 기가비트 액세스)를 통해 가정용 네트워크 IP 게이트웨이에 통합할 수 있다. 기가비트 속도로 차세대 광대역 액세스에서 직면한 문제 중 하나는 가정이나 기업에 광섬유를 설치할 필요성이다. 도 124를 참조하면, 고정 밀리미터파 5G 무선 액세스 기술로 ONU(12402)(PON 엔드 포인트)를 사용하여 자체 설치된 고정 무선 액세스 포인트를 통합할 수 있다.By using vOLTHA to create a hardware abstraction layer for wave agility, you can integrate it into your home network IP gateway via millimeter-wave fixed wireless access (gigabit access with dynamic QoS-application and network slicing support). . One of the challenges facing next-generation broadband access at gigabit speeds is the need to install fiber in the home or business. Referring to FIG. 124, a fixed millimeter wave 5G radio access technology may be used to integrate self-installed fixed wireless access points using ONU 12402 (PON endpoint).

거의 모든 최근의 FTTH(Fiber to the home) 배치, 뿐만 아니라 현재 계획 중인 것은 수동 광 네트워킹을 사용한다. 수동 광 네트워크(PON)(12412)의 개념은 다수의 고객(일반적으로 32-128명)이 단일 광섬유 쌍을 공유할 수 있도록 하는 수동 광섬유 스플리터의 사용과 관련된다. GPON은 또한 여러 대형 통신회사의 시험 및 초기 배치를 보았지만, GEM 프레임에서 캡슐화를 통해 이더넷을 전송하는 기초로서 주로 사용된다(GPON 캡슐화 방법)(12026)(도 120). GPON은 매우 엄격한 타이밍 요구 사항으로 설계되었다. 따라서, EPON과 GPON은 모두 비공식적으로 "타임 쉐어링"이라고도 하는 TDMA(Time Division Multiple Access)를 사용한다. 시간은 고정 또는 가변 길이 또는 하나 이상의 데이터 프레임(일반적으로 약 100-1000msec)을 포함할 수 있을 정도로 긴 슬롯으로 나누어진다. 주어진 슬롯 동안, 하나의 ONU(12402)만 전송이 허용되며, 다른 모든 것은 그들의 레이저를 꺼야 한다. OLT(12410)는 전송 스케줄을 결정하고 이를 ONU(12402)(이것은 OLT에 의한 배치 폴링의 형태로 간주됨)로 전송하는 역할을 하며, ONU는 정확한 시간에 전송하기 위해 OLT와 동기화된 정확한 클록을 유지해야 한다. Almost all recent Fiber to the home (FTTH) deployments, as well as what is currently planned, use passive optical networking. The concept of passive optical network (PON) 12212 involves the use of a passive fiber splitter that allows multiple customers (typically 32-128 people) to share a single fiber pair. GPON has also seen trials and initial deployments of several large telecommunications companies, but is primarily used as the basis for transmitting Ethernet via encapsulation in the GEM frame (GPON encapsulation method) 12026 (FIG. 120). GPON is designed with very strict timing requirements. Thus, both EPON and GPON use TDMA (Time Division Multiple Access), which is also informally referred to as "time sharing". The time is divided into slots that are fixed or variable in length or long enough to contain one or more data frames (typically about 100-1000 msec). During a given slot, only one ONU 12402 is allowed to transmit, and everything else must turn off their laser. The OLT 12410 is responsible for determining the transmission schedule and sending it to the ONU 12402 (which is considered a form of batch polling by the OLT), which is responsible for sending the correct clock synchronized with the OLT to transmit at the correct time. It must be maintained.

각 ONU(12402)에 할당된 타임 슬롯의 수는 고정일 필요는 없다. EPON과 GPON은 모두 OLT(12410)이 수요와 네트워크 사업자의 정책에 따라 ONU에 대역폭을 동적으로 할당할 수 있는 유연한 메커니즘을 제공한다. 이러한 메커니즘은 특히 매우 간단한 요청 기반 프로토콜이 흥미로운 동적 대역폭 할당 알고리즘에 대한 범위를 벗어나는 EPON의 경우에 사용되는 알고리즘에 대해서는 비특이적이다. PON 기술을 사용하여 밀리미터파 기술로 대역폭 할당을 확장하는 것이 바람직하고, 채널은 모든 ONU(12402)로 브로드 캐스트되며, 각 프레임에는 대상 ONU의 주소가 레이블로 지정된다. ONU(12402)는 홈 게이트웨이(12406)을 통해 최종 사용자의 LAN으로 프레임을 전달하고 다른 모든 ONU는 프레임을 버린다. 이것은 OLT(12410)가 자신의 전송 스케줄을 결정하고 각 시간 슬롯이 프레임의 지속 시간을 지속시키는 TDMA의 형태이다.The number of time slots assigned to each ONU 12402 need not be fixed. Both EPON and GPON provide a flexible mechanism for the OLT 12410 to dynamically allocate bandwidth to the ONU based on demand and network operator policy. This mechanism is particularly nonspecific for the algorithm used in the case of EPON, where a very simple request-based protocol is outside the scope for interesting dynamic bandwidth allocation algorithms. It is desirable to extend the bandwidth allocation with millimeter wave technology using PON technology, the channel is broadcast to all ONU 12402, and each frame is labeled with the address of the target ONU. The ONU 12402 passes the frame through the home gateway 12406 to the end user's LAN and all other ONUs drop the frame. This is a form of TDMA where the OLT 12510 determines its transmission schedule and each time slot sustains the duration of the frame.

밀리미터파 시스템(12004)은 또한 동적으로 변화하는 네트워크 조건에서 홈 게이트웨이(12406)를 통해 액세스되는 홈 애플리케이션에 대한 QoS를 보장하기 위해 밀리미터파 빔 형성 및 빔 스티어링 기술을 이용할 수 있다. 주어진 현재의 가정용 게이트웨이(RGW) 장치(12406)들이 네트워크 조건들에 기초하여 서비스 흐름 동작들을 직접적으로 그리고 동적으로 트리거하거나 조정할 수 있는 능력을 갖지 않더라도, 하이브리드 ONU(12404) 및 밀리미터파 리모트 유닛(RU: Remote Unit)(12408)은 혁신적인 SDN 지원 빔 스티어링 메커니즘으로 설계되어 동적 네트워크 슬라이싱 메커니즘 및 최적화된 OLT-ONU(gPON) 신호 프레임워크를 통해 고품질 사용자 경험을 달성할 수 있다. 밀리미터파 시스템(12404)에 의해 구현된 밀리미터파 주파수는 대략 24, 28, 39 및 60GHz의 대역으로 정의된다. 그러나, 이러한 접근 방식은 3.5GHz CBRS에도 적용할 수 있다. 밀리미터파 시스템(12404)은 자체 설치된 밀리미터파 홈 모뎀을 향한 SDN의 제어하에 빔 스티어링을 갖는 무선 광대역 서비스로서 사용하기 위한 많은 잠재력을 제공한다. 전술한 바와 같이, SDN 빔 스티어링 메커니즘 및 동적 네트워크 슬라이싱 메커니즘은 본 명세서에 참고로 포함 된 미국 특허 출원번호 제15/664,764호에 서술된 기술을 사용할 수 있다.Millimeter wave system 12004 may also use millimeter wave beamforming and beam steering techniques to ensure QoS for home applications accessed through home gateway 12406 in dynamically changing network conditions. Hybrid ONU 12404 and millimeter wave remote unit (RU), although given current home gateway (RGW) devices 12406 do not have the ability to trigger and adjust service flow operations directly and dynamically based on network conditions. Remote Unit (12408) is designed with an innovative SDN-enabled beam steering mechanism to achieve a high quality user experience through a dynamic network slicing mechanism and an optimized OLT-ONU (gPON) signal framework. The millimeter wave frequencies implemented by millimeter wave system 12404 are defined in bands of approximately 24, 28, 39, and 60 GHz. However, this approach can also be applied to 3.5GHz CBRS. Millimeter wave system 12404 offers a lot of potential for use as a wireless broadband service with beam steering under the control of the SDN towards a self-installed millimeter wave home modem. As mentioned above, the SDN beam steering mechanism and dynamic network slicing mechanism may use the techniques described in US patent application Ser. No. 15 / 664,764, which is incorporated herein by reference.

vOLTHA 시나리오에서, 홈 게이트웨이(12406)는 무선 액세스 포인트가 밀리미터파 RU(12408)를 통해 ONU(12402)에 직접 연결된 마지막 드롭(수백 미터)에서 밀리미터파 시스템(12404) 내의 밀리미터파 기술을 통해 ONU(12402)에 연결될 수 있다. 밀리미터파 시스템(12404)를 통한 하이브리드 가상 OLT(vOLTHA)(12410) 및 밀리미터파 고정 광대역 무선 기술은 가정과 기업에 자체 설치 액세스 기회를 제공할 수 있다. 또한, gPON을 기반으로 하는 vOLTHA의 동기 특성은 홈 네트워크에서 슬라이싱 제어를 지원하는 다중 밀리미터파 모뎀(12408) 사이에서 ONU 트래픽의 매핑/분배를 위해 빔 스티어링 제어 기술로 자체적으로 확장될 수 있다. 이 시나리오에서 단일 PON(12412)는 이더넷 스위치에서 하이브리드 ONU(12402) + 밀리미터파 무선 장치(12408) 당 하나씩 지점간 링크 모음으로 간주된다. PON(12412)는 일반적으로 각 OLT(12410)에 최대 128 개의 ONU(12402)를 연결하고 하이브리드 ONU-RU는 빔 스티어링 제어 계획을 사용하여 여러 밀리미터파 모뎀에 연결한다. 밀리미터파 모뎀(12408)은 자가 설치되며 가정/아파트에 대한 광섬유 연결의 필요성을 줄일 뿐만 아니라 이더넷 계층의 ONU + RU에서 추가 통계적 이득 및 집계점을 제공하여, 이 PON(12412)을 제공받는 고객은 단일 대형 이더넷 상에 있게 될 것이다. 또한 지연과 비용이 중요한 요소가 아닌 경우, ONU + RU는 통합되어 있으며 로드 밸런싱 및 슬라이싱 기능이 있는 IP 라우터로 취급될 수 있으며 통계적 이득과 집계점을 제공한다.In the vOLTHA scenario, home gateway 12406 uses ONU (millimeter wave technology) within millimeter wave system 12404 at the last drop (hundreds of meters) where a wireless access point is directly connected to ONU 12402 via millimeter wave RU 12408. 12402). Hybrid virtual OLT (vOLTHA) 12410 and millimeter wave fixed broadband wireless technology via millimeter wave system 12404 can provide home and business self-installation access. In addition, the synchronization characteristics of gOLON-based vOLTHA can be extended to beam steering control technology itself for mapping / distributing ONU traffic between multiple millimeter wave modems 12408 supporting slicing control in home networks. In this scenario, a single PON 12212 is considered a collection of point-to-point links, one per hybrid ONU 12402 + millimeter wave wireless device 12408 in an Ethernet switch. PON 12212 typically connects up to 128 ONUs 12402 to each OLT 12210 and hybrid ONU-RUs to multiple millimeter wave modems using beam steering control schemes. The millimeter wave modem 12408 is self-installing and not only reduces the need for fiber connections to the home / apartment, but also provides additional statistical gains and aggregation points at the ONU + RU in the Ethernet layer, providing customers with this PON 12212 It will be on a single large Ethernet. In addition, if latency and cost are not critical factors, ONU + RU can be treated as an integrated, IP router with load balancing and slicing, providing statistical gain and aggregation points.

따라서, 운영자의 관점에서 볼 때, 모든 본사의 PON(12412)를 브릿징하고 이더넷 계층에서 ONU + RU(12402/12408)을 제공함으로써, 이러한 PON(12412)에 의해 서비스를 제공받는 고객은 단일 대형 이더넷 상에 있게 될 것이다. 또한, 지연과 비용이 중요한 요소가 아닌 경우, 로드 밸런싱 및 추가 슬라이싱 기능이 있는 IP 라우터로서 ONU + RU(12402/12408)을 위협할 수 있다. 이 시스템은 또한 외부에서 내부로 높은 60GHz 대역 채널에서 그리고 내부에서 외부로 낮은 60GHz 대역 채널에서 전송이 수행되는 곳에서 설계될 수 있다.Thus, from an operator's point of view, by bridging all headquarters' PONs 12212 and providing ONU + RUs 12402/12408 at the Ethernet layer, customers served by these PONs 12212 are single large. It will be on Ethernet. In addition, if latency and cost are not critical factors, it can threaten ONU + RU 12402/12408 as an IP router with load balancing and additional slicing. The system can also be designed where transmission is performed on an externally high internal 60 GHz band channel and internally externally on a low 60 GHz band channel.

vOLTHA의 현재 ONU(12402)는 밀리미터파 RU(12408)로 보완되어 각 가정에 설치된 모뎀을 통해 빔 스티어링 기능을 수행한다. 실제 시나리오에서, 도시의 실외 환경에서 각 ONU(12402)와 함께 배치된 소형 셀은 정기적으로 나무와 지나가는 물체의 영향을 받는다. 밀리미터파 빔 성형 시스템에서, 바람에 의한 움직임, 나무에 의한 막힘과 같은 환경 문제는 각 파장이 매우 좁은 빔 패턴을 사용하는 SDN의 제어하에 빔 스티어링 기술에 의해 해결될 수 있다. 램프 포스트 배치 시나리오의 실제적인 장애는 빔 성형 시스템 및 시스템 설계에 통합되어야 한다.vOLTHA's current ONU 12402 is complemented by a millimeter wave RU 12408 to perform beam steering via a modem installed in each home. In a practical scenario, a small cell placed with each ONU 12402 in an urban outdoor environment is regularly affected by trees and passing objects. In millimeter wave beam forming systems, environmental problems such as wind movement and tree blockage can be solved by beam steering techniques under the control of SDN using beam patterns with very narrow wavelengths. The practical obstacles to lamp post placement scenarios must be integrated into the beam forming system and system design.

거의 모든 최신 PON(12412)는 EPON에서 기본 프로토콜로 사용되거나 GPON에서 GEM으로 캡슐화되어 있고 간단한 이더넷 PON 배포의 물리적 및 논리적 토폴로지가 다음과 같이 일정 수준에서 이더넷에서 실행된다. 이더넷은 현재 데이터 링크 계층의 기초로 사용되며 인터넷 프로토콜(IP)은 유비쿼터스 네트워크 계층 프로토콜로 사용된다. 일부 네트워크는 여전히 각 방향으로 전송하기 위해 별도의 광섬유를 사용한다(양방향 사용의 경우 1310nm 및 1490nm). 이더넷 PHY는 MAC(Medium Access Control) 계층에 직렬화된 비트 스트림 기능(전용)을 제공한다. MAC은 비트 스트림을 프레임으로 나누는 역할을 한다. 프레임은 소스 및 대상 MAC 주소가 포함된 헤더로 라벨링된다. 이를 통해, 단일 링크에서 복수의 호스트의 프레임을 통계적으로 다중화할 수 있다.Nearly all modern PONs 12512 are either used as the base protocol in EPON or encapsulated in GPON as GEM, and the physical and logical topology of a simple Ethernet PON deployment runs on Ethernet at some level: Ethernet is currently used as the basis for the data link layer and Internet Protocol (IP) is used as the ubiquitous network layer protocol. Some networks still use separate fibers to transmit in each direction (1310nm and 1490nm for bidirectional use). The Ethernet PHY provides serialized bit stream functionality (dedicated) at the Medium Access Control (MAC) layer. MAC divides the bit stream into frames. The frame is labeled with a header containing the source and destination MAC addresses. This allows statistical multiplexing of frames from multiple hosts on a single link.

도 125는 ONU(12402)와 복수의 홈 게이트웨이(12406) 사이의 인터페이스를 도시한다. 단일 광섬유 쌍(12502)은 데이터를 ONU(12402)로 제공하고, 그로부터 제공받는다. ONU(12402)는 밀리미터파 리모트 유닛(12408)과 인터페이스하며, 가정 또는 기업과 관련된 하나 이상의 밀리미터파 무선 유닛(12408B)을 향할 수 있는 RF 빔(12504)을 생성하는 능력을 갖는다. 밀리미터파 리모트 유닛(12408A 및 12408B) 사이의 인터페이스는 본 명세서에 설명된 하나 이상의 건물 침투 기술을 포함할 수 있다. 밀리미터파 무선 유닛(12408)은 ONU(12402)와 홈 게이트웨이(12406) 사이에서 양방향 데이터 전송 제어를 가능하게 하는 빔 스티어링 기술 및 슬라이스 제어 기술을 제공한다. 홈 게이트웨이(12406)와의 홈 또는 비즈니스 인터페이스와 관련된 밀리미터파 리모트 유닛(12408B)은 관련된 홈 또는 비즈니스 구조에 광대역 데이터 연결을 제공한다.125 illustrates an interface between ONU 12402 and a plurality of home gateways 12406. Single fiber pair 12502 provides data to and receives data from ONU 12402. The ONU 12402 interfaces with the millimeter wave remote unit 12408 and has the ability to generate an RF beam 12504 that can be directed to one or more millimeter wave radio units 12408B associated with a home or business. The interface between the millimeter wave remote units 12408A and 12408B may include one or more building penetration techniques described herein. The millimeter wave radio unit 12408 provides beam steering techniques and slice control techniques that enable bidirectional data transmission control between the ONU 12402 and the home gateway 12406. Millimeter wave remote unit 12408B associated with a home or business interface with home gateway 12406 provides a broadband data connection to the associated home or business structure.

이제 도 126 및 127을 참조하면, OLT(12410)와 구조물 내에 위치한 장치 간의 광대역 데이터 통신을 위한 보다 구체적으로 예시된 실시예가 있다. 도 126과 관련하여, OLT(12410)는 VBBU(Virtual Base Band Unit)의 일부일 수 있는 중앙 사무실/MEC(12602)에 위치된다. OLT(12410)은 광섬유(12604)를 통한 ONU(12402)로의 전송을 예약한다. OLT(12410)은 광섬유 쌍(12604)를 통해 다수의 ONU(12402)에 연결된다. ONU(12402)는 OLT(12410)와의 동기화를 위해 정확한 클록(clock)을 유지한다. 리모트 유닛(12408)이 ONU(12402)에 연결된다. 리모트 유닛(12408)은 전술한 밀리미터파 시스템(12404)의 일부이다. 결합된 ONU/RV는 로드-밸런싱 및 슬라이싱을 제공하고 신호 전송을 위한 통계적 이득을 제공하는 IP 라우터로 취급되며 수신된 데이터의 집계점으로서 역할한다. 결합된 ONV/RV는 또한 구조물과 관련된 원격 장치와의 무선 통신을 제공한다. 리모트 유닛(12408)은 구조물 근처에 위치한 전등 기둥 또는 타워에 위치하고 가정 또는 사업체에 광섬유, DSL 및 케이블을 대체하는 무선 최종 드롭 연결을 제공한다.Referring now to FIGS. 126 and 127, there is a more specifically illustrated embodiment for broadband data communication between OLT 12410 and a device located within a structure. In connection with FIG. 126, the OLT 12410 is located in the central office / MEC 12602, which may be part of a Virtual Base Band Unit (VBBU). OLT 12410 reserves transmission to ONU 12402 over optical fiber 12604. OLT 12410 is connected to multiple ONUs 12402 through fiber pair 12604. ONU 12402 maintains an accurate clock for synchronization with OLT 12410. Remote unit 12408 is coupled to ONU 12402. The remote unit 12408 is part of the millimeter wave system 12404 described above. The combined ONU / RV is treated as an IP router that provides load-balancing and slicing and provides statistical gain for signal transmission and serves as an aggregation point for received data. Combined ONV / RV also provides wireless communication with remote devices associated with the structure. The remote unit 12408 is located in a light pole or tower located near the structure and provides a wireless final drop connection that replaces fiber optics, DSL and cables in a home or business.

리모트 유닛(12408)은 제어된 빔 성형 및 슬라이스 제어 기술을 이용하여 구조물의 외부에 위치한 외부 밀리미터파 송수신기(12608)로 전송되는 무선 빔(12606)을 생성한다. 외부 밀리미터파 송수신기(12608)는 외부 허브로부터 수신된 신호를 반복하고 신호가 유리 또는 건물을 통과하도록 한다. 외부 밀리미터파 송수신기(12608)는 벽 또는 창을 통해 전송하기 위한 전술한 기술 중 하나를 사용하여 창 또는 벽(12610) 및 내부 밀리미터파 송수신기(12612)를 통해 광대역 데이터 신호를 전송한다. 내부 밀리미터파 송수신기(12612)는 또한 구조물 내에 무선 빔들(12614)을 가정용 게이트웨이(12616)로 전송하기 위해 여기에 설명된 바와 같은 빔 형성 및 슬라이싱 기술들을 이용한다. 가정용 게이트웨이(12616)는 내부 밀리미터파 송수신기(12612)로부터 수신된 광대역 데이터와 유선 또는 무선 연결을 통해 가정용 게이트웨이(12616)와 통신하는 구조물 내에 위치된 장치들 사이의 상호 연결을 제공하는 자가 설치된 홈 모뎀을 포함한다. OLT(12410), ONU(12402), RU(12408), 밀리미터파 송수신기(12608/12612) 및 가정용 게이트웨이(12616)는 모두 SDN이 구성요소의 전체 종단 간 구성을 제어하여 마지막 드롭 연결에 액세스하는 것을 가능하게 하는 앞서 설명한 vOLTHA로부터의 하드웨어 추상화 계층을 포함한다.The remote unit 12408 uses a controlled beamforming and slice control technique to generate a wireless beam 12606 that is transmitted to an external millimeter wave transceiver 12608 located outside of the structure. External millimeter wave transceiver 12608 repeats the signal received from the external hub and allows the signal to pass through glass or a building. External millimeter wave transceiver 12608 transmits a wideband data signal through window or wall 12610 and internal millimeter wave transceiver 12612 using one of the techniques described above for transmitting through a wall or window. Internal millimeter wave transceiver 12612 also employs beam forming and slicing techniques as described herein to transmit wireless beams 12614 to residential gateway 12616 within the structure. The home gateway 12616 is a self-installed home modem that provides interconnection between devices located within the structure that communicates with the home gateway 12616 over a wired or wireless connection with broadband data received from an internal millimeter wave transceiver 12612. It includes. OLT 12410, ONU 12402, RU 12408, millimeter-wave transceivers 12608/12612, and home gateway 12616 all control SDN access to the last drop connection by controlling the entire end-to-end configuration of the component. It includes the hardware abstraction layer from vOLTHA described above that enables it.

도 127은 OLT(12410)와 내부 밀리미터파 송수신기(12612) 사이의 광대역 데이터 전송을 위해 도 126과 관련하여 설명된 동일한 구조를 도시한다. 이 시스템이 여전히 수행할 수 있는, 가정용 게이트웨이(12616)에 대한 연결을 보여주기 보다는, 한 쌍의 가상 현실(VR) 고글(12702)에 대한 60GHz 무선 연결이 도시되어 있다. 이하에서 보다 상세히 설명될 60GHz 송수신기 동글(12704)은 내부 밀리미터파 송수신기(12612)의 USB 포트에 삽입된다. 이는 내부 밀리미터파 송수신기(12612)가 60GHz 송수신기 동글(12704)을 통해 구조의 내부에 위치한 VR 고글(12702)과 양방향으로 통신하는 능력을 제공한다. VR 고글(12702)은 로컬 컴퓨터 없이도 임의의 내부 컴퓨터 또는 중앙 사무실과 무선으로 사용될 수 있다. 도 127은 VR 고글(12702)에 대한 60GHz 무선 링크를 도시하지만, 다른 유형의 장치는 또한 광대역 데이터 전송을 가능하게 하기 위해 60GHz 송수신기 동글(12704)에 무선으로 연결될 수 있다. 도 127은 VR 고글(12702)에 대한 60GHz 무선 링크를 도시하지만, 다른 유형의 장치는 또한 광대역 데이터 전송을 가능하게 하기 위해 60GHz 송수신기 동글(12704)에 무선으로 연결될 수 있다. 상술한 바와 같이 SDN 슬라이싱을 이용한 광 데이터 전송 부와 RF 데이터 전송 부 간의 데이터 전송 제어는 도 126 및 127의 각 실시예에 적용 가능하다. OLT(12410), ONU(12402), RU(12408), 밀리미터파 송수신기(12608/12612) 및 VR 고글(12702)은 모두 SDN이 구성요소의 전체 종단 간 구성을 제어하여 마지막 드롭 연결에 액세스할 수 있게 하는, 앞에서 설명한 것과 같은 vOLTHA의 하드웨어 추상화 계층을 포함한다.FIG. 127 shows the same structure described with respect to FIG. 126 for wideband data transmission between OLT 12410 and internal millimeter wave transceiver 12126. Rather than show a connection to the home gateway 12616 that the system can still perform, a 60 GHz wireless connection to a pair of virtual reality (VR) goggles 12702 is shown. The 60 GHz transceiver dongle 12704, which will be described in more detail below, is inserted into the USB port of the internal millimeter wave transceiver 12612. This provides the ability for the internal millimeter wave transceiver 12612 to bidirectionally communicate with the VR goggles 12702 located inside the structure via the 60 GHz transceiver dongle 12704. The VR goggles 12702 can be used wirelessly with any internal computer or central office without a local computer. 127 shows a 60 GHz wireless link to the VR goggles 12702, but other types of devices may also be wirelessly connected to the 60 GHz transceiver dongle 12704 to enable wideband data transmission. 127 shows a 60 GHz wireless link to the VR goggles 12702, but other types of devices may also be wirelessly connected to the 60 GHz transceiver dongle 12704 to enable wideband data transmission. As described above, data transmission control between the optical data transmission unit and the RF data transmission unit using the SDN slicing is applicable to the embodiments of FIGS. 126 and 127. OLT 12410, ONU 12402, RU 12408, millimeter-wave transceivers 12608/12612, and VR goggles 12702 all allow the SDN to control the entire end-to-end configuration of the component to access the last drop connection. It includes the hardware abstraction layer of vOLTHA, as described earlier.

이제 도 128을 참조하면, 60GHz 송수신기 동글(12704)의 기능 블록도가 도시되어 있다. 60 GHz 송수신기 동글(12704)은 예를 들어 도 84b와 관련하여 앞서 설명한 페라소 송수신기를 사용하여 60 GHz 칩셋을 구현한다. 이 칩셋은 와이기그 장치에 저비용, 저전력, 고성능 슈퍼스피드(SuperSpeed) USB 3.0을 구현한다. 이 칩셋은 USB 2.0 및 3.0 장치/호스트 시스템 인터페이스(12802)를 포함한다. 인터페이스(12802)는 10m에서 최대 2.0Gbps 및 20m에서 1Gbps의 링크 속도를 지원하며 제어 인터페이스(12804)를 통해 주변 장치의 다중 기가비트 와이기그 USB 어댑터 또는 60GHz 무선 연결로 칩셋을 구성할 수 있다. Referring now to FIG. 128, a functional block diagram of a 60 GHz transceiver dongle 12704 is shown. The 60 GHz transceiver dongle 12704 implements a 60 GHz chipset using, for example, the Peraso transceiver described above with respect to FIG. 84B. The chipset brings low-cost, low-power, high-performance SuperSpeed USB 3.0 to WiGig devices. The chipset includes a USB 2.0 and 3.0 device / host system interface 11280. The interface 1802 supports link speeds of up to 2.0 Gbps at 10 m and 1 Gbps at 20 m, and the control interface 1804 can configure the chipset with multiple gigabit Wig USB adapters or 60 GHz wireless connections of peripheral devices.

60GHz 송수신기 동글(12704)은 2 개의 프로세서(12806)를 통합하여 801.11ad MAC 기능을 지원하는 최고의 유연성을 제공한다. CPU 코드 부팅 로딩은 USB 인터페이스(12802) 또는 외부 직렬 플래시(12808)에서 지원된다. MAC은 호스트 인터페이스로 패킷을 수신/송신 할뿐만 아니라 PHY와의 데이터 전송을 버퍼링하기에 충분한 내부 메모리(12810)를 포함한다. 추가 RAM은 필요하지 않다.The 60 GHz transceiver dongle 12704 integrates two processors 12806 to provide maximum flexibility to support 801.11ad MAC functionality. CPU code boot loading is supported at USB interface 12802 or external serial flash 12808. The MAC includes internal memory 12810 sufficient to receive / transmit packets to the host interface as well as buffer data transmissions with the PHY. No additional RAM is needed.

물리 계층은 모든 제어 및 단일 반송파 π/2 □ BPSK, π/2 □ QPSK 및 16 □ QAM 와이기그 코딩 체계를 최대 처리량까지 최대 4.62Gbps까지 변조/복조 할 수 있다. LDPC(저밀도 패리티 검사) 순방향 오류 수정은 신뢰할 수 없거나 잡음이 많은 통신 채널의 성능을 최대화한다. GPIO, UART, SPI, TWI, PWM 및 JTAG로 구성된 고도로 구성가능한 프로그래밍 가능 IO 서브시스템이 베이스 밴드에 포함된다. 펌웨어는 로깅 및 광범위한 통계 및 이벤트 카운터와 같은 여러 계층의 디버그 기능을 통합한다.The physical layer can modulate / demodulate all control and single carrier π / 2 □ BPSK, π / 2 □ QPSK, and 16 □ QAM WiGig coding schemes up to 4.62Gbps. Low Density Parity Check (LDPC) forward error correction maximizes the performance of unreliable or noisy communication channels. The baseband includes a highly configurable programmable IO subsystem consisting of GPIO, UART, SPI, TWI, PWM and JTAG. The firmware integrates multiple layers of debug capabilities such as logging and extensive statistics and event counters.

60GHz 송수신기 동글(12704)은 모바일 멀티 기가 바이트 무선 연결, 고품질, 저 지연 무선 UHD 4k 디스플레이, 무선 도킹 스테이션, I/oh 및 모바일 "동기화 및 이동", 소형 셀 백홀 및 Wi-Fi 인프라 및 기타 멀티 기가 바이트 링크를 포함하는 많은 다양한 애플리케이션을 위해 사용될 수 있다. 이 시스템은 모든 중심 주파수(3.5, 24, 28, 39, 60 GHz)에서 외부에서 내부로 그리고 더 낮은 대역 채널에서 내부로 외부로 더 높은 대역 채널에서 전송되도록 구축될 수 있다.The 60 GHz transceiver dongle (12704) provides mobile multi-gigabyte wireless connectivity, high quality, low latency wireless UHD 4k displays, wireless docking stations, I / oh and mobile "sync and move", small cell backhaul and Wi-Fi infrastructure, and other multi-gigabit It can be used for many different applications, including byte links. The system can be deployed to transmit on the higher band channel from all center frequencies (3.5, 24, 28, 39, 60 GHz) from the outside to the inside and from the lower band channel to the outside.

도 129에 도시된 바와 같이, 모든 이더넷 인터페이스에는 제조시 고유한 6 바이트 MAC 주소(12902)가 할당되어 로컬로 관리되는 주소를 나타낸다. 이 MAC 주소(12902)는 IEEE 학회에 의해 할당된 OUI(Organizationally Unique Identifier)를 사용하여 장치의 제조사를 식별하는 3 바이트(12904)를 포함하고 나머지는 제조자에 의해 할당된다. 일부 로컬 체계에 따라 제조업체에서 할당 한 MAC 주소를 무시할 수도 있다. 첫 번째 바이트의 1 비트(12906)는 그러한 로컬로 관리되는 주소를 나타내는 플래그로서 역할한다. 이 비트(12906)은 모든 제조업체 할당 주소에서 0으로 설정된다. 이를 통해 ONU(12410)을 밀리미터파 무선 빔에 매핑하고 고정 무선 및 OLT/ONU 할당 슬롯 사이의 글루 로직을 재생하는 테이블을 유지할 수 있다.As shown in FIG. 129, every Ethernet interface is assigned a unique 6 byte MAC address 12902 at the time of manufacture to represent a locally managed address. This MAC address 12902 contains three bytes 12904 that identify the manufacturer of the device using an Organizationally Unique Identifier (OUI) assigned by the IEEE Institute, with the remainder being assigned by the manufacturer. Some local schemes may override MAC addresses assigned by the manufacturer. One bit 12906 of the first byte serves as a flag indicating such a locally managed address. This bit 12906 is set to zero in all manufacturer assigned addresses. This allows the ONU 12410 to map to millimeter wave radio beams and maintain a table that reproduces the glue logic between the fixed radio and the OLT / ONU allocation slots.

이제 도 130을 참조하면, 광 네트워크(OLT, ONV 또는 ONT 일 수 있음) 내의 스위치(13002)는 다수의 포인트-투-포인트 또는 공유-중간 이더넷 세그먼트(13006)를 함께 브리지하기 위해 MAC 어드레스를 사용한다. 프레임이 스위치(13002)를 통과하면 스위치는 발신자의 위치를 알게 된다. 프레임의 소스 주소는 프레임이 도착한 인터페이스와 함께 스위치 메모리의 전달 데이터베이스(13004)에 저장된다. 이것은 후속 프레임을 지시하는데 사용된다. 스위치(13002)는 데이터베이스(13004)에서 프레임의 목적지 주소를 찾아 프레임이 전달 될 인터페이스를 결정한다. 스위치(13002)가 어드레스의 위치에 대한 기록을 가지고 있지 않으면, 프레임은 모든 인터페이스에 플러딩될 수 있다. 이것은 링크 용량을 매우 낭비하며, 의도는 이를 방지하는 것이다.Referring now to FIG. 130, switch 13002 in the optical network (which may be OLT, ONV, or ONT) uses a MAC address to bridge multiple point-to-point or shared-middle Ethernet segments 1308 together. do. When the frame passes through switch 13002, the switch knows the sender's location. The source address of the frame is stored in the forwarding database 13004 of the switch memory along with the interface on which the frame arrived. This is used to indicate subsequent frames. The switch 13002 finds the destination address of the frame in the database 13004 and determines the interface to which the frame is to be delivered. If the switch 13002 does not have a record of the location of the address, the frame can be flooded to all interfaces. This wastes link capacity very much, and the intention is to prevent it.

MAC 주소는 다른 플래그 비트(13008)를 사용하여 여러 호스트 그룹을 나타낼 수도 있다. 현재 이더넷은 기본적으로 모든 그룹 주소에 브로드 캐스트를 사용하는 멀티 캐스트 라우팅을 기본적으로 제공하지 않지만, 일부 스위치(13002)는 IGMP(Internet Group Management Protocol) 스누핑이라는 기술을 사용하여 IP 멀티 캐스트에 연결하고 이더넷 멀티 캐스트 그룹을 유추 할 수 있다. The MAC address may represent different host groups using different flag bits 13008. Currently, Ethernet does not provide built-in multicast routing by default, which broadcasts to all group addresses, but some switches (13002) connect to IP multicast using a technology called Internet Group Management Protocol (IGMP) snooping, and Ethernet Infer multicast groups.

요약하면, 목표는 슬라이싱 기능이 있는 5G 고정 무선 밀리미터파 및 5G 코어를 사용하고 vOLTHA를 통해 전송하며 자체 설치 모뎀으로 가정에 Gig 전력 파이버 서비스(예컨대, 1Gbps)와 유사한 속도를 제공하는 것이다. 이는 일 예에서 밀리미터파 시스템(12404)을 사용하여 PON(12412)과 관련된 광 네트워크와 RF 네트워크 사이에서 데이터 흐름의 밸런싱을 가능하게 한다. 가정 거리 기둥에는 ONU(12402)와 밀리미터파 리모트 유닛(12408)이 장착되어 있다고 가정한다.In summary, the goal is to use 5G fixed wireless millimeter wave and 5G cores with slicing, transmit over vOLTHA and provide home-like modems with speeds similar to Gig power fiber service (eg 1Gbps). This enables balancing of data flow between the optical and RF networks associated with PON 12212 using millimeter wave system 12404 in one example. Assume that the home street column is equipped with ONU 12402 and millimeter wave remote unit 12408.

본 개시의 이점을 갖는 당업자는 건물 침투를 위한 밀리미터파의 재생 및 재전송이 신호가 효과적으로 침투하지 않는 건물 내부에 밀리미터파 신호를 제공하는 방식을 제공한다는 것을 이해할 것이다. 본 명세서의 도면 및 상세한 설명은 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 간주되어야 하며 개시된 특정 형태 및 예에 제한되는 것으로 의도되지 않음을 이해해야 한다. 반대로, 하기 청구 범위에 의해 정의된 바와 같이, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서, 당업자에게 명백한 임의의 추가의 수정, 변경, 재 배열, 대체, 대안, 설계 선택 및 실시 양태가 포함된다. 따라서, 다음의 청구 범위는 이러한 모든 추가 수정, 변경, 재 배열, 대체, 대안, 설계 선택 및 실시예를 포함하는 것으로 해석되도록 의도된다.One skilled in the art having the benefit of the present disclosure will understand that the regeneration and retransmission of millimeter waves for building penetration provides a way to provide millimeter wave signals inside buildings where signals do not penetrate effectively. It is to be understood that the drawings and detailed description herein are to be considered as illustrative and not restrictive, and are not intended to be limited to the particular forms and examples disclosed. On the contrary, as defined by the following claims, any additional modifications, changes, rearrangements, substitutions, alternatives, design choices, and embodiments apparent to those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the present invention are included. Accordingly, the following claims are intended to be construed to include all such further modifications, changes, rearrangements, substitutions, alternatives, design choices and examples.

Claims (30)

건물 내부로의 신호 침투를 가능하게 하는 시스템으로서,
건물 외부에 위치하며, 건물 내부로의 침투 시 손실을 겪는 제 1 주파수의 신호를 수신하고, 상기 제 1 주파수의 수신된 신호를 무선 통신 링크를 통해 건물 내부로 침투시킴으로써 야기되는 손실을 극복하는 제 1 포맷으로 변환하는 제 1 회로로서, 상기 제 1 회로는:
건물 내부로의 침투 시 발생하는 손실에 대응하는 상기 제 1 포맷의 RF 전송을 위한 제 1 전송 칩셋을 구현하며, 상기 제 1 주파수의 신호를 수신하고 상기 제 1 주파수의 수신된 신호를 건물 내부로 침투시킴으로써 야기되는 손실을 극복하는 상기 제 1 포맷으로 변환하는 제 1 송수신기를 더 포함하는 것인 상기 제 1 회로; 및
건물 내부에 위치하고, 상기 제 1 회로와 통신적으로 링크되어 있으며, 상기 제 1 포맷의 변환된 수신 신호를 수신 및 송신하는 제 2 회로로서, 상기 제 2 회로는:
상기 제 1 전송 칩셋을 구현하며, 상기 제 1 포맷의 변환된 신호를 건물 외부에 있는 상기 제 1 송수신기로부터 수신하고 상기 제 1 송수신기로 송신하는 제 2 송수신기를 더 포함하는 것인 상기 제 2 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 건물 내부로의 신호 침투를 가능하게 하는 시스템.
A system that allows signal penetration into a building,
Located outside the building and receiving a signal of a first frequency that suffers a loss upon penetration into the building and overcoming the loss caused by penetration of the received signal of the first frequency into the building through a wireless communication link. A first circuit for converting into one format, the first circuit comprising:
Implementing a first transmission chipset for RF transmission of the first format corresponding to losses incurred upon penetration into a building, receiving the signal of the first frequency and receiving the received signal of the first frequency into the building The first circuit further comprising a first transceiver for converting to the first format that overcomes the loss caused by infiltration; And
A second circuit located inside a building and communicatively linked with the first circuit, the second circuit for receiving and transmitting the converted received signal of the first format, the second circuit comprising:
And a second transceiver for implementing the first transmission chipset and receiving a converted signal of the first format from the first transceiver outside the building and transmitting to the first transceiver. A system for enabling signal penetration into a building, comprising.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 포맷의 변환된 신호와 Wi-Fi 버전의 신호 간의 변환을 위해 그리고 건물 내부에서 상기 Wi-Fi 버전의 신호를 송신 및 수신하기 위해 상기 제 2 송수신기에 연결된 Wi-Fi 라우터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건물 내부로의 신호 침투를 가능하게 하는 시스템.The Wi-Fi communication device of claim 1, further comprising: a Wi-Fi coupled to the second transceiver for conversion between the converted signal of the first format and the Wi-Fi version signal and for transmitting and receiving the Wi-Fi version signal inside a building. And further comprising a Fi router. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 주파수는 3.5 GHz, 24 GHz, 28 GHz, 39 GHz, 60 GHz, 71 GHz, 및 81 GHz로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 건물 내부로의 신호 침투를 가능하게 하는 시스템.2. The signal penetration of a building according to claim 1, wherein the first frequency is selected from the group consisting of 3.5 GHz, 24 GHz, 28 GHz, 39 GHz, 60 GHz, 71 GHz, and 81 GHz. Letting system. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 주파수의 수신된 신호는 제 1 프로토콜을 이용하여 송신되는 것을 특징으로 하는 건물 내부로의 신호 침투를 가능하게 하는 시스템.10. The system of claim 1, wherein the received signal of the first frequency is transmitted using a first protocol. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 프로토콜은 2G, 3G, 4G-LTE, 5G, 5G NR(New Radio) 및 WiGi로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 건물 내부로의 신호 침투를 가능하게 하는 시스템.5. The system of claim 4, wherein the first protocol is selected from the group consisting of 2G, 3G, 4G-LTE, 5G, 5G New Radio (NR) and WiGi. . 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 송수신기는 상기 제 1 전송 칩셋을 구현하며, 상기 제 1 포맷의 변환된 신호를 상기 제 1 송수신기로 송신하고 상기 제 1 송수신기로부터 수신하고, 그리고 상기 제 1 포맷의 변환된 신호를 건물 내부의 상기 제 2 송수신기로 송신하고 상기 제 2 송수신기로부터 수신하는 제 3 송수신기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건물 내부로의 신호 침투를 가능하게 하는 시스템.2. The apparatus of claim 1, wherein the first transceiver implements the first transmission chipset, transmits the converted signal of the first format to the first transceiver and receives from the first transceiver, and And a third transceiver for transmitting the converted signal to the second transceiver in the building and receiving from the second transceiver. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전송 칩셋은 페라소 칩셋을 포함하는 것을 특징으로 하는 건물 내부로의 신호 침투를 가능하게 하는 시스템.2. The system of claim 1, wherein said first transmit chipset comprises a Ferraso chipset. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 회로에 연결된 적어도 하나의 태양전지 판을 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 태양전지 판은 상기 제 1 회로를 작동시키기 위한 전력을 제공하는 것을 특징으로 하는 건물 내부로의 신호 침투를 가능하게 하는 시스템.2. The building of claim 1, further comprising at least one solar cell plate connected to the first circuit, wherein the at least one solar cell plate provides power for operating the first circuit. A system that enables signal penetration of the signal. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 회로에 전력을 제공하는 레이저 전력 시스템을 더 포함하고, 상기 레이저 전력 시스템은:
건물 내부에서 건물 외부로의 광 에너지 전달을 위한 빔을 생성하는 레이저; 및
레이저 빔으로부터 광 에너지를 받고 상기 제 1 회로에 전력을 공급하기 위한 전기 에너지를 발생시키기 위한 광발전(photovoltaic) 수신기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건물 내부로의 신호 침투를 가능하게 하는 시스템.
10. The system of claim 1, further comprising a laser power system for providing power to the first circuit, the laser power system comprising:
A laser for generating a beam for transmitting light energy from inside the building to outside the building; And
And a photovoltaic receiver for generating electrical energy for receiving light energy from a laser beam and for powering said first circuit.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 회로에 전력을 제공하기 위한 유도 결합 시스템을 더 포함하고, 상기 유도 결합 시스템은:
건물 내부에 위치하고, 건물 내부에 위치하는 전력 시스템에 연결된 제 1 유도 코일; 및
건물 외부에 위치하고, 상기 제 1 유도 코일과 유도 결합되는 제 2 유도 코일을 더 포함하고, 상기 제 2 유도 코일은 상기 제 1 회로에 전기 에너지를 제공하도록 연결된 것을 특징으로 하는 건물 내부로의 신호 침투를 가능하게 하는 시스템.
2. The system of claim 1, further comprising an inductive coupling system for providing power to the first circuit, wherein the inductive coupling system:
A first induction coil located inside the building and connected to the power system located inside the building; And
And a second induction coil located outside the building and inductively coupled with the first induction coil, wherein the second induction coil is coupled to provide electrical energy to the first circuit. System to enable this.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 회로에 전력을 제공하기 위한 자기 공진 결합 시스템을 더 포함하고, 상기 자기 공진 결합 시스템은:
건물 내부에 위치하고, 건물 내부에 위치하는 전력 시스템에 연결된 제 1 자기 공진 코일; 및
건물 외부에 위치하고, 상기 제 1 자기 공진 코일과 자기 공진 결합되는 제 2 자기 공진 코일을 더 포함하고, 제2 자기 공진 코일은 상기 제 1 회로에 전기 에너지를 제공하도록 연결된 것을 특징으로 하는 건물 내부로의 신호 침투를 가능하게 하는 시스템.
2. The magnetic resonance coupling system of claim 1, further comprising a magnetic resonance coupling system for providing power to the first circuit.
A first magnetic resonance coil located inside the building and connected to the power system located inside the building; And
A second magnetic resonance coil located outside the building and magnetically coupled with the first magnetic resonance coil, wherein the second magnetic resonance coil is connected to provide electrical energy to the first circuit. A system that enables signal penetration of the signal.
건물 내부로의 신호 침투를 가능하게 하는 시스템으로서,
건물 외부에 위치하고, 건물 내부로의 침투 시 손실을 겪는 밀리미터파 신호를 수신하고, 그리고 수신된 밀리미터파 신호를 무선 통신 링크 상으로 건물 내부로 침투시킴으로써 야기되는 손실을 극복하는 제 1 포맷으로 변환하는 제 1 회로로서, 상기 제 1 회로는:
건물 내부로의 침투 시 발생하는 손실에 대응하는 상기 제 1 포맷의 RF 전송을 위한 페라소 칩셋을 구현하고, 밀리미터파 신호를 수신하고, 수신된 밀리미터파 신호를 건물 내부로 침투시킴으로써 야기되는 손실을 극복하는 상기 제 1 포맷으로 변환하는 제 1 송수신기를 더 포함하는 것인 상기 제 1 회로; 및
건물 내부에 위치하고, 상기 제 1 회로에 통신적으로 링크되어 있으며, 상기 제1 포맷의 변환된 밀리미터파 신호를 상기 제 1 송수신기로부터 수신하고 상기 제 1 송수신기로 송신하고, 그리고 변환된 밀리미터파 신호를 건물 내의 무선 장치로의 전송을 위한 제 2 포맷으로 변환하는 제 2 회로로서, 상기 제 2 회로는:
상기 페라소 칩셋을 구현하고, 상기 제 1 포맷의 변환된 밀리미터파 신호를 건물 외부의 상기 제 1 송수신기로 송신하고 상기 제 1 송수신기로부터 수신하는 제 2 송수신기를 포함하는 것인 상기 제 2 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 건물 내부로의 신호 침투를 가능하게 하는 시스템.
A system that allows signal penetration into a building,
Located outside the building, receiving millimeter wave signals that suffer from intrusion into the building, and converting the received millimeter wave signals into a first format that overcomes the losses caused by infiltrating the inside of the building onto the wireless communication link. As a first circuit, the first circuit is:
Implement the Ferraso chipset for RF transmission of the first format corresponding to the loss incurred during penetration into the building, receive the millimeter wave signal, and penetrate the received millimeter wave signal into the building. The first circuit further comprising a first transceiver for converting to the first format to overcome; And
Located inside a building and communicatively linked to the first circuit, receiving a converted millimeter wave signal of the first format from the first transceiver and transmitting to the first transceiver, and transmitting the converted millimeter wave signal. A second circuit for converting to a second format for transmission to a wireless device in a building, wherein the second circuit is:
And the second device implementing the Ferraso chipset and including a second transceiver for transmitting the converted millimeter wave signal of the first format to the first transceiver outside the building and receiving from the first transceiver. A system that enables signal penetration into a building, characterized in that.
제 12 항에 있어서, 제 1 주파수 대역의 변환된 신호와 Wi-Fi 버전의 신호 간의 변환을 위해 그리고 건물 내부에서 상기 Wi-Fi 버전의 신호를 송신 및 수신하기 위해 제 3 송수신기에 연결된 Wi-Fi 라우터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건물 내부로의 신호 침투를 가능하게 하는 시스템.13. The Wi-Fi device of claim 12, further comprising: a Wi-Fi coupled to a third transceiver for conversion between the converted signal of the first frequency band and the Wi-Fi version of the signal and for transmitting and receiving the Wi-Fi version of the signal inside a building. And a router further comprising a router. 제 12 항에 있어서, 제 1 주파수의 수신된 신호는 제 1 프로토콜을 이용하여 송신되는 것을 특징으로 하는 건물 내부로의 신호 침투를 가능하게 하는 시스템.13. The system of claim 12, wherein the received signal at the first frequency is transmitted using a first protocol. 제 14 항에 있어서, 상기 제 1 프로토콜은 2G, 3G, 4G-LTE, 5G, 5G NR(New Radio) 및 WiGi로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 건물 내부로의 신호 침투를 가능하게 하는 시스템.15. The system of claim 14, wherein the first protocol is selected from the group consisting of 2G, 3G, 4G-LTE, 5G, 5G New Radio (NR) and WiGi. . 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 송수신기는 제 1 전송 칩셋을 구현하고, 상기 제 1 포맷의 변환된 신호를 상기 제 1 송수신기로 송신하고 상기 제 1 송수신기로부터 수신하고, 그리고 상기 제 1 포맷의 변환된 신호를 건물 내부로 송신하고 건물 내부로부터 수신하는 제 3 송수신기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건물 내부로의 신호 침투를 가능하게 하는 시스템.13. The apparatus of claim 12, wherein the first transceiver implements a first transmit chipset, transmits the converted signal of the first format to the first transceiver, receives from the first transceiver, and converts the first format. And a third transceiver for transmitting the received signal into the building and receiving from the inside of the building. 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 회로에 연결된 적어도 하나의 태양전지 판을 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 태양전지 판은 상기 제 1 회로를 작동시키기 위한 전력을 제공하는 것을 특징으로 하는 건물 내부로의 신호 침투를 가능하게 하는 시스템.13. The building of claim 12, further comprising at least one solar cell plate coupled to the first circuit, wherein the at least one solar cell plate provides power for operating the first circuit. A system that enables signal penetration of the signal. 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 회로에 전력을 제공하기 위한 레이저 전력 시스템을 더 포함하고, 상기 레이저 전력 시스템은:
건물 내부로부터 건물 외부로의 광 에너지 전송을 위한 빔을 생성하는 레이저; 및
레이저 빔으로부터 광 에너지를 받고 상기 제 1 회로에 전력을 공급하기 위한 전기 에너지를 발생시키는 광발전 수신기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건물 내부로의 신호 침투를 가능하게 하는 시스템.
13. The system of claim 12, further comprising a laser power system for providing power to the first circuit, the laser power system comprising:
A laser for generating beams for transmitting light energy from inside the building to the outside of the building; And
And a photovoltaic receiver for receiving optical energy from a laser beam and generating electrical energy for powering the first circuit.
제 12 항에 있어서, 상기 제 1 회로에 전력을 제공하기 위한 유도 결합 시스템을 더 포함하고, 상기 유도 결합 시스템은:
건물 내부에 위치하고, 건물 내부에 위치하는 전력 시스템에 연결된 제 1 유도 코일; 및
건물 외부에 위치하고, 상기 제 1 유도 코일과 유도 결합된 제 2 유도 코일을 더 포함하고, 상기 제 2 유도 코일은 상기 제 1 회로에 전기 에너지를 제공하도록 연결된 것을 특징으로 하는 건물 내부로의 신호 침투를 가능하게 하는 시스템.
13. The system of claim 12, further comprising an inductive coupling system for providing power to the first circuit, the inductive coupling system:
A first induction coil located inside the building and connected to the power system located inside the building; And
And a second induction coil located outside the building and inductively coupled with the first induction coil, the second induction coil being coupled to provide electrical energy to the first circuit. System to enable this.
제 12 항에 있어서, 상기 제 1 회로에 전력을 제공하기 위한 자기 공진 결합 시스템을 더 포함하고, 상기 자기 공진 결합 시스템은:
건물 내부에 위치하고, 건물 내부에 위치하는 전력 시스템에 연결된 제 1 자기 공진 코일; 및
건물 외부에 위치하고, 상기 제 1 자기 공진 코일과 자기 공진 결합된 제 2 자기 공진 코일을 더 포함하고, 상기 제2 자기 공진 코일은 상기 제 1 회로에 전기 에너지를 제공하도록 연결된 것을 특징으로 하는 건물 내부로의 신호 침투를 가능하게 하는 시스템.
13. The magnetic resonance coupling system of claim 12, further comprising a magnetic resonance coupling system for providing power to the first circuit.
A first magnetic resonance coil located inside the building and connected to the power system located inside the building; And
And a second magnetic resonance coil located outside the building and magnetically coupled with the first magnetic resonance coil, wherein the second magnetic resonance coil is connected to provide electrical energy to the first circuit. System to enable signal penetration into the furnace.
건물 내부로의 신호 침투를 가능하게 하는 시스템으로서,
건물 외부에 위치하고, 건물 내부로의 침투 시 손실을 겪는 밀리미터파 신호를 수신하고 수신된 밀리미터파 신호를 무선 통신 링크 상으로 건물 내부로 침투시킴으로써 야기되는 손실을 극복하는 제 1 포맷으로 변환하는 제 1 회로로서, 상기 제 1 회로는:
건물 내부로의 침투 시 발생하는 손실에 대응하는 상기 제 1 포맷의 RF 전송을 위한 페라소 칩셋을 구현하며, 밀리미터파 신호를 수신하고 그리고 수신된 밀리미터파 신호를 건물 내부로 침투시킴으로서 야기되는 손실을 극복하는 상기 제 1 포맷으로 변환하는 제 1 송수신기; 및
상기 제 1 전송 칩셋을 구현하며, 상기 제 1 포맷의 변환된 신호를 상기 제 1 송수신기로 송신하고 상기 제 1 송수신기로부터 수신하고, 상기 제 1 포맷의 변환된 신호를 건물 내부로 송신하고 건물 내부로부터 수신하는 제 2 송수신기;
를 포함하는 것인 상기 제 1 회로; 및
건물 내부에 위치하고, 상기 제 1 회로와 통신적으로 링크되어 있으며, 상기 제 1 포맷의 변환된 밀리미터파 신호를 수신하고, 변환된 밀리미터파 신호를 건물 내의 무선 장치로의 전송을 위한 WiFi 포맷으로 변환하는 제 2 회로로서, 상기 제 2 회로는:
상기 페라소 칩셋을 구현하며, 상기 제 1 포맷의 변환된 밀리미터파 신호를 건물 외부의 상기 제 2 송수신기로부터 수신하고 상기 제 2 송수신기로 송신하는 제 3 송수신기; 및
상기 제 3 송수신기로부터 수신되고 상기 제 3 송수신기로 송신되는 상기 제 1 포맷의 변환된 밀리미터파 신호와 건물 내부의 무선 장치에 의해 수신되기 위한 상기 WiFi 포맷 간의 변환을 위해, 그리고 건물 내부에서 상기 Wi-Fi 포맷의 신호를 송신 및 수신하기 위해 상기 제 3 송수신기에 연결된 Wi-Fi 라우터;
를 포함하는 것인 상기 제 2 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 건물 내부로의 신호 침투를 가능하게 하는 시스템.
A system that allows signal penetration into a building,
A first location located outside the building and receiving a millimeter wave signal that suffers a loss upon penetration into the building and converting the received millimeter wave signal into a first format that overcomes the losses caused by penetrating the inside of the building onto the wireless communication link. Wherein the first circuit is:
Implementing the Ferraso chipset for RF transmission of the first format corresponding to losses incurred during penetration into a building, and receiving losses caused by receiving millimeter wave signals and penetrating the received millimeter wave signals into the building. A first transceiver for converting to the first format to overcome; And
Implements the first transmission chipset, transmits the converted signal of the first format to the first transceiver and receives from the first transceiver, transmits the converted signal of the first format to a building interior and from inside the building A second transceiver for receiving;
The first circuit comprising a; And
Located inside a building, communicatively linked with the first circuit, receiving a converted millimeter wave signal of the first format and converting the converted millimeter wave signal to a WiFi format for transmission to a wireless device in the building A second circuit, wherein the second circuit is:
A third transceiver that implements the Ferraso chipset and receives the converted millimeter wave signal of the first format from the second transceiver outside the building and transmits to the second transceiver; And
For conversion between the converted millimeter wave signal of the first format received from the third transceiver and transmitted to the third transceiver and the WiFi format for reception by a wireless device inside a building, and the Wi- A Wi-Fi router coupled to the third transceiver for transmitting and receiving Fi format signals;
And said second circuit comprising: a system for enabling signal penetration into a building.
제 21 항에 있어서, 제 1 주파수의 수신된 신호는 제 1 프로토콜을 이용하여 송신되는 것을 특징으로 하는 건물 내부로의 신호 침투를 가능하게 하는 시스템.22. The system of claim 21, wherein the received signal at the first frequency is transmitted using a first protocol. 제 22 항에 있어서, 상기 제 1 프로토콜은 2G, 3G, 4G-LTE, 5G, 5G NR(New Radio) 및 WiGi로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 건물 내부로의 신호 침투를 가능하게 하는 시스템.23. The system of claim 22, wherein the first protocol is selected from the group consisting of 2G, 3G, 4G-LTE, 5G, 5G New Radio (NR) and WiGi. . 제 21 항에 있어서, 상기 제 1 회로에 연결된 적어도 하나의 태양전지 판을 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 태양전지 판은 상기 제 1 회로를 작동시키기 위한 전력을 제공하는 것을 특징으로 하는 건물 내부로의 신호 침투를 가능하게 하는 시스템.22. The building of claim 21, further comprising at least one solar cell plate connected to the first circuit, the at least one solar cell plate providing power for operating the first circuit. A system that enables signal penetration of the signal. 제 21 항에 있어서, 상기 제 1 회로에 전력을 제공하는 레이저 전력 시스템을 더 포함하고, 상기 레이저 전력 시스템은:
건물 내부에서 건물 외부로의 광 에너지 전달을 위한 빔을 생성하는 레이저; 및
레이저 빔으로부터 광 에너지를 받고 상기 제 1 회로에 전력을 공급하기 위해 전기 에너지를 발생시키는 광발전 수신기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건물 내부로의 신호 침투를 가능하게 하는 시스템.
22. The system of claim 21, further comprising a laser power system providing power to the first circuit, the laser power system:
A laser for generating a beam for transmitting light energy from inside the building to outside the building; And
And a photovoltaic receiver for generating electrical energy to receive optical energy from a laser beam and to power the first circuit.
제 21 항에 있어서, 상기 제 1 회로에 전력을 제공하기 위한 유도 결합 시스템을 더 포함하고, 상기 유도 결합 시스템은:
건물 내부에 위치하고, 건물 내부에 위치하는 전력 시스템에 연결된 제 1 유도 코일; 및
건물 외부에 위치하고, 상기 제 1 유도 코일과 유도 결합된 제 2 유도 코일을 더 포함하고, 상기 제 2 유도 코일은 상기 제 1 회로에 전기 에너지를 제공하도록 연결된 것을 특징으로 하는 건물 내부로의 신호 침투를 가능하게 하는 시스템.
22. The system of claim 21, further comprising an inductive coupling system for providing power to the first circuit, the inductive coupling system:
A first induction coil located inside the building and connected to the power system located inside the building; And
And a second induction coil located outside the building and inductively coupled with the first induction coil, the second induction coil being coupled to provide electrical energy to the first circuit. System to enable this.
제 21 항에 있어서, 상기 제 1 회로에 전력을 제공하기 위한 자기 공진 결합 시스템을 더 포함하고, 상기 자기 공진 결합 시스템은:
건물 내부에 위치하고, 건물 내부에 위치하는 전력 시스템에 연결된 제 1 자기 공진 코일; 및
건물 외부에 위치하고, 상기 제 1 자기 공진 코일과 자기 공진 결합된 제 2 자기 공진 코일을 더 포함하고, 제2 자기 공진 코일은 상기 제 1 회로에 전기 에너지를 제공하도록 연결된 것을 특징으로 하는 건물 내부로의 신호 침투를 가능하게 하는 시스템.
22. The magnetic resonance coupling system of claim 21, further comprising a magnetic resonance coupling system for providing power to the first circuit.
A first magnetic resonance coil located inside the building and connected to the power system located inside the building; And
And a second magnetic resonance coil located outside the building and magnetically coupled with the first magnetic resonance coil, wherein the second magnetic resonance coil is connected to provide electrical energy to the first circuit. A system that enables signal penetration of the signal.
건물 내부로의 신호 침투를 가능하게 하는 시스템으로서,
건물 외부에 위치하고, 건물 내부로의 침투 시 발생하는 손실을 대응하는 제 1 포맷의 RF 전송을 위한 제 1 전송 칩셋을 구현하며, 건물 내부로의 침투 시 손실을 겪는 제 1 주파수의 신호를 수신하고 상기 제 1 주파수의 수신된 신호를 무선 통신 링크 상으로 건물 내부로 침투시킴으로써 야기되는 손실을 극복하는 제 1 포맷으로 변환하는 제 1 송수신기;
건물 외부에 위치하고, 상기 제 1 전송 칩셋을 구현하며, 상기 제 1 포맷의 변환된 신호를 상기 제 1 송수신기로 송신하고 상기 제 1 송수신기로부터 수신하고, 그리고 상기 제 1 포맷의 변환된 신호를 건물 내부로 송신하고 건물 내부로부터 수신하는 제 2 송수신기;
건물 내부에 위치하고, 상기 제 1 전송 칩셋을 구현하며, 상기 제 1 포맷의 변환된 신호를 건물 외부의 상기 제 2 송수신기로부터 수신하고 상기 제 2 송수신기로 송신하는 제 3 송수신기; 및
상기 제 1 포맷의 변환된 신호와 Wi-Fi 버전의 신호 간의 변환을 위해 그리고 건물 내부에서 상기 Wi-Fi 버전의 신호를 송신 및 전송하기 위해 상기 제 3 송수신기에 연결된 Wi-Fi 라우터를 포함하는 것을 특징으로 하는 건물 내부로의 신호 침투를 가능하게 하는 시스템.
A system that allows signal penetration into a building,
Implement a first transmit chipset for RF transmission in a first format that is located outside of a building and that copes with losses incurred during penetration into a building, receives signals of a first frequency that suffers loss upon penetration into a building A first transceiver for converting the received signal of the first frequency into a first format that overcomes the loss caused by penetration of the received signal into a building over a wireless communication link;
Located outside the building, implementing the first transmission chipset, transmitting the converted signal of the first format to the first transceiver and receiving from the first transceiver, and receiving the converted signal of the first format inside the building A second transceiver for transmitting to and receiving from inside a building;
A third transceiver located inside a building, implementing the first transmission chipset, and receiving the converted signal of the first format from the second transceiver outside the building and transmitting to the second transceiver; And
A Wi-Fi router coupled to the third transceiver for conversion between the converted signal of the first format and the Wi-Fi version of the signal and for transmitting and transmitting the Wi-Fi version of the signal inside a building. A system that allows for signal penetration into a building.
제 28 항에 있어서, 상기 제 1 전송 칩셋은 페라소 칩셋을 포함하는 것을 특징으로 하는 건물 내부로의 신호 침투를 가능하게 하는 시스템.29. The system of claim 28, wherein said first transmit chipset comprises a Peraso chipset. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 주파수는 3.5 GHz, 24 GHz, 28 GHz, 39 GHz, 60 GHz, 71 GHz, 및 81 GHz으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 건물 내부로의 신호 침투를 가능하게 하는 시스템.2. The method of claim 1, wherein the first frequency is selected from the group consisting of 3.5 GHz, 24 GHz, 28 GHz, 39 GHz, 60 GHz, 71 GHz, and 81 GHz. System.
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