KR100537551B1

KR100537551B1 - 광대역 전송시스템 및 신호 전송 방법

Info

Publication number: KR100537551B1
Application number: KR10-2002-0083108A
Authority: KR
Inventors: 임채현; 박병곤
Original assignee: 동원시스템즈 주식회사
Priority date: 2002-12-24
Filing date: 2002-12-24
Publication date: 2005-12-16
Also published as: KR20040056599A

Abstract

본 발명은 송신단에서 대역통과 필터링하고 광전송 용량을 넘지 않도록 데이터 정렬 처리하고 나서 신호를 광 전송함으로써, 시스템의 시간 지연을 줄이도록 한 광대역 전송시스템 및 신호 전송 방법에 관한 것이다. 본 발명의 광대역 전송시스템은, 광대역 전송시스템에 있어서, 입력되는 아날로그신호를 디지털신호로 변환한 후에 상기 변환된 디지털데이터를 대역통과 필터링하고 광 전송용량에 맞게 정렬하여 전송하는 송신수단과; 상기 송신수단으로부터 수신되는 디지털데이터를 보간 처리한 다음에 대역통과 필터링하고 나서 아날로그데이터로 변환하는 수신수단을 포함하여 구성된다.

Description

광대역 전송시스템 및 신호 전송 방법 {Wide-band Transmission System and Signal Transmission Method In the System}

본 발명은 광대역 전송시스템 및 신호 전송 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시스템 구성의 효율성과 비용절감을 위하여 광 전송할 때 송신단에서는 아날로그/디지털변환된 디지털 데이터를 대역통과 필터링한 후에 광전송 용량을 넘지 않는 한도 내에서 직접 전송하고, 수신단에서는 이를 받아 필터링함으로써, IMT-2000용 광 분산시스템 구현에 적합한 광대역 전송시스템 및 신호 전송 방법에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 광대역 전송 시스템으로서 IMT-2000용 광 분산 시스템의 전체 구성도이다.

동 도면에 도시한 바와 같이, 순 방향은 기지국(10)에서 2GHz대역의 신호를 받아 도너(Donor)장치(20)에서 IF(Intermediate Frequency)대역으로 다운 컨버젼(Down Conversion)시키고 이를 디지털 신호로 변환하고 신호처리를 거친 후에 리모트(Remote)장치(30)로 광 전송하면 리모트장치(30)에서는 이를 받아 전광 변환하고 신호처리하고 나서 디지털/아날로그변환 후에 2GHz대역으로 업 컨버젼(Up Conversion)하여 안테나로 방사한다.

그리고, 역 방향은 단말기에서 오는 1.9GHz대역의 신호를 순 방향과 동일한 과정을 거쳐 기지국(10)으로 전송된다.

상기 도너장치(20)와 리모트장치(30)사이의 광 전송용량은 2.5Gbps이므로 각 섹터(Sector)의 용량은 600Mbps로 제한된다.

도 2는 도 1에 도시한 도너장치와 리모트장치의 종래 구성도이다.

동 도면에 도시한 바와 같이, 도너장치(20)는 기지국(10)으로부터 전송되어온 아날로그신호를 아날로그/디지털변화기(21)에서 디지털신호로 변환하고, 상기 디지털로 변환된 신호를 디지털신호처리기(22)에서 디지털 다운 컨버젼하여 베이스밴드 I/Q(In-phase/Quadrature)신호로 만든 후에 필터링하고 이를 데시메이션(Decimation)을 통하여 데이터 레이트(Data Rate)를 낮춘 후에 이를 광송신기(23)에서 리모트장치(30)로 광 전송하게 된다. 그리고, 도너장치(20)는 리모트장치(30)로부터 광 전송되어 온 신호를 광수신기(24)에서 광전 변환하고, 이를 디지털신호처리기(25)에서 보간(Interpolation)처리와 필터링 처리 및 디지털 업 컨버젼 처리를 행한 후, 디지털/아날로그 변환기(26)에서 아날로그신호로 변환하여 기지국(10)으로 전달한다.

또한, 리모트장치(30)는 도너장치(20)로부터 광 전송되어 온 신호를 광수신기(31)에서 광전 변환하고, 이를 디지털신호처리기(32)에서 보간과 필터링 및 디지털 업 컨버젼 처리를 행한 후, 디지털/아날로그 변환기(33)에서 아날로그신호로 변환하여 안테나를 통해서 단말기측으로 방사한다. 그리고, 리모트장치(30)는 안테나를 통해서 수신된 단말기로부터의 아날로그신호를 아날로그/디지털변화기(34)에서 디지털신호로 변환하고, 상기 디지털 변환된 신호를 디지털신호처리기(35)에서 디지털 다운 컨버젼하여 베이스밴드 I/Q신호로 만든 후에 필터링, 데시메이션 처리하여, 이를 광송신기(36)에서 도너장치(20)로 광 전송하게 된다.

여기서, 상기 디지털신호처리기(22)(25)(32)(35)는 일반적으로 FPGA(Field Programmable Gate Array)로 구현한다.

종래의 도너장치(20) 및 리모트장치(30)에서 송신단의 디지털신호처리기(22)(35)는 도 3에 도시한 바와 같이 구성된다.

아날로그/디지털변환기(21)(34)에 입력되는 신호는 12.5MHz의 중심주파수를 갖는 IF신호이다. 상기 아날로그/디지털변환기(21)(34)는 상기 아날로그 신호를 50MHz의 속도로 아날로그/디지털변환하여 송신단의 디지털신호처리기(22)(35)로 넘겨준다. 상기 디지털신호처리기(22)(35)는 입력되는 디지털 신호를 각각 혼합기(Mixer)(42)(43)에서 디렉트 디지털 신시사이저(Direct Digital Synthesizer; DDS)(41)에서 생성된 주파수신호와 곱하여 베이스밴드 I성분 신호와 Q성분 신호로 분리하여 디지털 다운 컨버젼 처리를 한 후, 이 처리된 I성분 신호와 Q성분 신호를 각각 디지털 로우패스 필터(44)(45)에서 필터링한다. 여기서, I성분신호(50MHz)와 Q성분신호(50MHz)가 다중화처리를 하면 100MHz의 신호가 되기 때문에 데이터 레이트(Data Rate)를 줄일 필요가 있다. 그래서, 상기 디지털 로우패스 필터(44)(45)를 각각 통과한 I성분신호와 Q성분신호를 데시메이터(46)(47)에서 2배 데시메이션(Decimation) 처리하여 데이터 레이트를 각각 25MHz로 감소시킨 후에, I성분 신호와 Q성분 신호를 멀티플렉서(48)에서 다중화 처리하면 데이터 레이트가 50MHz가 되어 전송 가능한 용량이 된다. 이러한 신호를 전광 변환하여, 송신단이 도너장치(20)이면 리모트장치(30)로 전송하게 되고, 송신단이 리모트장치(30)이면 도너장치(20)로 전송하게 된다.

도 4a 내지 도 4e에는 상기한 송신단의 주요부분에서 신호의 주파수 스펙트럼을 도시하였다. 즉, 도 4a는 디지털/아날로그변환기(21)(34)에 입력되는 아날로그 신호파형이고, 도 4b는 아날로그/디지털변환된 후의 신호파형이며, 도 4c는 베이스밴드로 다운 컨버젼된 후의 신호파형이며, 도 4d는 로우패스 필터(44,45)를 통과한 후의 신호파형이고, 도 4e는 데시메이션 처리 후의 신호파형이다.

종래의 도너장치(20) 및 리모트장치(30)에서 수신단의 디지털신호처리기(32)(25)는 도 5에 도시한 바와 같이 구성된다.

수신단이 리모트장치(30)이면 도너장치(20)로부터 전달되는 광 신호를 수신하고, 그리고 수신단이 도너장치(20)이면 리모트장치(30)로부터 광 신호를 수신한다. 상기 수신단의 디지털신호처리기(32)(25)에서는 광수신기에서 광전변환된 신호를 디멀티플렉서(51)에서 역다중화처리(Demultiplexing)하여 I성분 신호와 Q선분신호를 분리한 후에 각각의 신호를 2배 보간(Interpolation)처리한 후, 디지털 로우패스 필터(54)(55)에서 이미지(Image)들을 제거하고, 이를 혼합기(57)(58)에서 DDS(Direct Digital Synthesis)(56)에서 나오는 주파수와 곱한 후에 I성분 신호와 Q성분 신호를 가산기(59)에서 합성하여 업 컨버젼 처리를 하고 나서 디지털/아날로그변환기(33)(26)에서 아날로그 IF신호로 변환한다.

도 6a 내지 도 6c에는 상기한 수신단의 주요부분에서 신호의 주파수 스펙트럼을 도시하였다. 즉, 도 6a는 수신된 신호를 역다중화하고 2배 보간 처리한 후의 신호 파형이며, 도 6b는 로우패스 필터를 통과한 후의 신호 파형이고, 도 6c는 혼합기와 가산기를 통과한 후의 신호 파형이다.

상기한 바와 같이 송신단에의 입력과 동일한 신호의 스펙트럼을 수신단의 출력에서 얻을 수 있다.

그러나, 종래의 기술은 상기에서 시스템 구성과 도너장치/리모트장치의 구성 및 동작설명에서 밝혔듯이 송신단에서 데시메이션 필터(Decimation Filter)를 사용하기 때문에 데시메이션 처리로 인하여 가까워진 이미지 신호(Image Signal)를 수신단에서 높은 탭(Tap)수의 보간 필터(Interpolation Filter)를 사용하여 이미지를 제거해야 한다. 결국, 이로 인하여 전체적인 시스템의 시간 지연이 커져서, 인접 기지국이나 중계기와의 핸드오프(Hand-off)에 결정적인 악영향을 미치게 되고, 그에 따라 도너장치와 리모트장치의 거리도 짧아질 수밖에 없게 되어 셀 설계(Cell Planning)에 있어서도 어려움으로 작용한다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 송신단측에서 대역통과 필터링하고 광전송 용량을 넘지 않도록 데이터 정렬 처리하는 것 이외의 디지털 신호처리 과정을 생략하여 신호를 광 전송함으로써, 시스템의 시간 지연을 줄이도록 한 광대역 전송시스템 및 신호 전송 방법을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광대역 전송시스템은, 광대역 전송시스템에 있어서, 입력되는 아날로그신호를 디지털신호로 변환한 후에 상기 변환된 디지털데이터를 대역통과 필터링하고 광 전송용량에 맞게 정렬하여 전송하는 송신수단과; 상기 송신수단으로부터 수신되는 디지털데이터를 보간 처리한 다음에 대역통과 필터링하고 나서 아날로그데이터로 변환하는 수신수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광대역 전송시스템은, 기지국과 이동국 사이의 신호 중계를 위한 광대역 전송시스템에 있어서, 상기 기지국으로부터 입력되는 아날로그신호를 디지털신호로 변환한 후에 상기 변환된 디지털데이터를 대역통과 필터링하고 나서 광 전송용량에 맞게 정렬하여 전송하는 송신수단과, 하기의 리모트장치로부터 수신되는 디지털데이터를 보간 처리한 다음에 대역통과 필터링하고 나서 아날로그데이터로 변환하여 상기 기지국으로 전송하는 수신수단을 포함하는 도너장치와; 상기 도너장치로부터 수신되는 디지털데이터를 보간 처리한 다음에 대역통과 필터링하고 나서 아날로그데이터로 변환하여 상기 이동국으로 전송하는 수신수단과, 상기 이동국으로부터 입력되는 아날로그신호를 디지털신호로 변환한 후에 상기 변환된 디지털데이터를 대역통과 필터링하고 나서 광 전송용량에 맞게 정렬하여 상기 도너장치로 전송하는 송신수단을 포함하는 리모트장치로 구성된 것을 특징으로 한다.

또, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광대역 전송시스템에서의 신호 전송방법은, 광대역 전송시스템에서의 신호 전송 방법에 있어서, 입력되는 아날로그신호를 디지털신호로 변환한 후에 상기 변환된 디지털데이터를 대역통과 필터링하여 기준 클럭을 제거하고 광 전송용량에 맞게 정렬하여 전송하는 제 1단계와; 상기 제 1단계에서 전송된 디지털데이터를 수신하여 4배 보간 처리한 다음에 대역통과 필터링하고 나서 아날로그데이터로 변환하는 제 2단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광대역 전송시스템 및 신호 전송 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 7은 본 발명에 따른 광대역 전송 시스템으로서 IMT-2000용 광 분산 시스템에서의 도너장치와 리모트장치의 구성도이다.

동 도면에 도시한 바와 같이, 도너장치(20A)는 기지국(10)으로부터 전송되어온 아날로그신호를 아날로그/디지털변화기(21)에서 디지털신호로 변환하고, 이 디지털 변환 신호에 대하여 대역통과 필터링 처리와 광 전송용량에 맞게 정렬하는 처리를 디지털신호처리기(22A)에서 행한 후, 광송신기(23)로 전달하고, 이를 받은 광송신기(23)에서 리모트장치(30A)로 광 전송하게 된다. 그리고, 상기 도너장치(20)는 리모트장치(30A)로부터 광 전송되어 온 신호(즉, 상기와 같이 대역통과 필터링 처리와 광 전송용량에 맞게 정렬되어 온 신호)를 광수신기(24)에서 광전 변환하고, 이를 디지털신호처리기(25A)에서 보간 처리한 후에 대역통과 필터링 처리하고 나서 디지털/아날로그 변환기(26)에서 아날로그신호로 변환하여 기지국(10)으로 전달한다.

또한, 리모트장치(30A)는 도너장치(20A)로부터 광 전송되어 온 신호(즉, 상기와 같이 대역통과 필터링 처리와 광 전송용량에 맞게 정렬되어 온 신호)를 광수신기(31)에서 광전 변환하고, 이를 디지털신호처리기(32A)에서 보간 처리한 후에 대역통과 필터링 처리하고 나서 디지털/아날로그 변환기(33)에서 아날로그신호로 변환하여 안테나를 통해서 단말기측으로 방사한다. 그리고, 리모트장치(30A)는 안테나를 통해서 수신된 단말기로부터의 아날로그신호를 아날로그/디지털변화기(34)에서 디지털신호로 변환하고, 상기 디지털 변환된 신호를 대역통과 필터링 처리하고 나서 광 전송용량에 맞게 정렬하는 처리 후에 광송신기(36)로 전달함에 따라 광송신기(36)에서 도너장치(20A)로 광 전송하게 된다.

본 발명에 따른 도너장치(20A) 및 리모트장치(30A)에서 송신단(순방향, 역방향)은 도 8에 도시한 바와 같이 구성된다. 여기서, 디지털신호처리기(22A)(35A)는 FPGA로 구성할 수 있으며, 아날로그/디지털변환기(21)(34)에서 변환된 디지털데이터에서 기준 클럭 성분을 제거하기 위하여 대역통과 필터링하고, 또한 광 전송용량에 맞게 정렬시키는 역할만을 수행한다.

예를 들어 아날로그/디지털변환기(21)(34)의 분해능 비트(Resolution bit)가 14bit이고, 샘플링(Sampling) 주파수가 50MHz라면, 데이터 레이트(Data Rate)는 700Mbps가 되어 한 섹터당 광 전송 레이트가 초과된다. 그러므로 이를 12bit로 변환시켜서 600Mbps로 만드는 역할을 수행한다. 이는 도너 장치(20A)의 순 방향 처리와 리모트장치(30A)의 역 방향 처리에 각각 적용된다.

상기 디지털신호처리기(22A)(35A)에 입력되는 신호 파형은 도 9a에 도시하였고, 상기 디지털신호처리기(22A)(35A)에서 대역통과 필터링 처리된 신호 파형은 도 9b에 도시하였다.

한편, 본 발명에 따른 도너장치(20A) 및 리모트장치(30A)에서 수신단(순방향, 역방향)은 도 10에 도시한 바와 같이 구성된다.

도 10에 도시한 바와 같이, 본 발명의 수신단에 입력되는 신호는 베이스밴드 I/Q 신호가 아니고 디지털 IF신호이기 때문에 필터를 이중으로 사용하지 않아도 되므로 디지털신호처리기(32A)(25A)의 자원(Resource)을 줄일 수 있다. 디지털신호처리기(32A)(25A)에는 50MHz 레이트(Rate)의 입력신호가 들어오므로 이를 보간기(61)에서 4배 보간 처리하면 200MHz가 되고, 200MHz에서 대역통과 필터(62)를 동작시키면 효과적으로 이미지(Image) 신호들을 제거할 수 있다. 그후, 디지털/아날로그변환기(33)(26)에서 아날로그 IF신호로 변환한다.

도 11a는 디지털신호처리기(32A)(25A)에 입력되어 보간 처리된 후의 신호 파형이고, 도 11b는 대역통과 필터를 통과한 상태의 신호 파형이다.

상기 신호파형에서 62.5MHZ를 사용하면 RF 인터페이스(Interface)시에 RF 보드(Board)에서 더블 컨버젼(Double Conversion), 소 필터(SAW Filter)를 사용하지도 않고도 규격을 만족하는 파형을 얻을 수 있다.

여기서, 현재 상용화되고 있는 FPGA 에서는 200MHz로 필터 처리하는 것이 매우 곤란하다. 따라서, 본 발명에서는 도 12에 도시한 바와 같이 대역통과 필터를 다위상(polyphase) 구조로 나누어 4개의 필터를 50MHz씩으로 동작시켜 1개의 필터를 200MHz로 동작시킨 것과 동일한 효과를 얻도록 하였다.

한편, 본 발명은 전술한 전형적인 바람직한 실시예들에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술분야에 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.

이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 전체적인 시스템의 시간 지연을 감소시킬 수 있으므로 더욱 먼 거리에 리모트 장치를 위치시킬 수 있게 되어 셀 설계(Cell Planning)가 수월해지고, 인접 기지국이나 중계기와의 원활한 핸드오프(Handoff)를 제공할 수 있게 된다. 또한, 아날로그 소 필터(Analog SAW Filter)를 사용하지 않았기 때문에 파형의 질이 열화되는 경우가 발생하지 않고 기존 아날로그에서 수행하던 많은 일들을 디지털에서 수행함으로써 환경의 변화에 따른 열화가 없고, 시간의 경과(Aging)에 따른 특성 변화가 없어 3세대 이동통신 망 구축에 일익을 담당할 것이다.

도 1은 일반적인 광대역 전송 시스템으로서 광 분산 시스템의 구성 개념도.

도 2는 도 1에 도시한 도너(Donor)장치와 리모트(Remote)장치의 종래 구성도.

도 3은 도 2에 도시한 도너장치와 리모트장치의 송신단 구성도.

도 4a 내지 도 4e는 도 3에 도시한 송신단의 주요 부분에서의 신호 파형도.

도 5는 도 2에 도시한 도너장치와 리모트장치의 수신단 구성도.

도 6a 내지 도 6e는 도 5에 도시한 수신단의 주요 부분에서의 신호 파형도.

도 7은 본 발명에 따른 광대역 전송 시스템의 구성도.

도 8은 본 발명에 따른 도너장치와 리모트장치의 송신단 구성도.

도 9a 및 도 9b는 도 8에 도시한 송신단의 주요 부분에서의 신호 파형도.

도 10은 본 발명에 따른 도너장치와 리모트장치의 수신단 구성도.

도 11a 및 도 11b는 도 10에 도시한 수신단의 주요 부분에서의 신호 파형도.

도 12는 도 10의 대역통과 필터를 다위상 필터로 구성한 예를 도시한 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 기지국 20,20A : 도너장치

21 : 아날로그/디지털변환기 22 : 디지털신호처리기

22A : 디지털신호처리기 23 : 광송신기

24 : 광수신기 25 : 디지털신호처리기

26 : 디지털/아날로그변환기 30,30A : 리모트장치

31 : 광수신기 32 : 디지털신호처리기

33 : 디지털/아날로그변환기 34 : 아날로그/디지털변환기

35 : 디지털신호처리기 35A : 디지털신호처리기

36 : 광송신기 41 : 디렉트 디지털 신시사이저

42,43 : 혼합기 44,45 : 디지털 로우패스 필터

46,47 : 데시메이터(decimator) 48 : 멀티플렉서

51 : 디멀티플렉서 52,53 : 보간기(interpolator)

54,55 : 디지털 로우패스 필터 56 : 디렉트 디지털 신시사이저

57,58 : 혼합기 59 : 가산기

61 : 대역통과 필터 62 : 보간기

Claims

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기지국과 이동국 사이의 신호 중계를 위한 광대역 전송시스템에 있어서,

상기 기지국으로부터 입력되는 아날로그신호를 디지털신호로 변환한 후에 상기 변환된 디지털데이터를 대역통과 필터링하고 나서 광 전송용량에 맞게 정렬하여 전송하는 송신수단과, 하기의 리모트장치로부터 수신되는 디지털데이터를 보간 처리한 다음에 대역통과 필터링하고 나서 아날로그데이터로 변환하여 상기 기지국으로 전송하는 수신수단을 포함하는 도너장치와;

상기 도너장치로부터 수신되는 디지털데이터를 보간 처리한 다음에 대역통과 필터링하고 나서 아날로그데이터로 변환하여 상기 이동국으로 전송하는 수신수단과, 상기 이동국으로부터 입력되는 아날로그신호를 디지털신호로 변환한 후에 상기 변환된 디지털데이터를 대역통과 필터링하고 나서 광 전송용량에 맞게 정렬하여 상기 도너장치로 전송하는 송신수단을 포함하는 리모트장치로 구성된 것을 특징으로 하는 광대역 전송시스템.
제 2항에 있어서,

상기 송신수단은,

입력되는 IF 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 아날로그/디지털변환기와,

상기 변환된 디지털신호를 대역통과 필터링하여 기준 클럭 성분을 제거하고 이 필터링된 신호를 광 전송용량에 맞게 정렬하는 디지털신호처리기와,

상기 정렬된 싱글(single) 디지털신호를 광 신호로 변환하여 전송하는 광송신기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광대역 전송시스템.
제 3항에 있어서,

상기 아날로그/디지털변환기의 분해능 비트가 14비트이고 샘플링 주파수가 50MHz인 경우, 상기 디지털신호처리기는 상기 14비트의 디지털신호를 12비트로 변환하는 것을 특징으로 하는 광대역 전송시스템.
제 2항에 있어서,

상기 수신수단은,

입력되는 싱글 디지털 신호를 4배 보간 처리하는 보간기와;

상기 보간기를 통과한 신호를 대역통과 필터링하는 대역통과 필터와;

상기 필터링된 디지털 신호를 아날로그신호로 변환하여 IF신호를 복원하는 디지털/아날로그변환기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광대역 전송시스템.
제 5항에 있어서,

상기 보간기에는 50MHz 레이트(Rate)의 입력신호가 4배 보간 처리됨에 따라 상기 대역통과 필터는 200MHz에서 동작하는 것을 특징으로 하는 광대역 전송시스템.
제 6항에 있어서,

상기 대역통과 필터는 다위상(polyphase) 구조로 나누어 4개의 필터를 50MHz씩으로 동작시키도록 구성한 것을 특징으로 하는 광대역 전송시스템.
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