KR100555996B1

KR100555996B1 - 광신호를동시에수신및변조하는전기통신시스템

Info

Publication number: KR100555996B1
Application number: KR1019980710453A
Authority: KR
Inventors: 레슬리 데이비드 웨스트브룩; 데이비드 그레이엄 무디
Original assignee: 넥스트지 네트웍스 인코퍼레이티드
Priority date: 1996-07-19
Filing date: 1997-07-21
Publication date: 2006-07-06
Also published as: CA2253413A1; JP2000514977A; AU717824B2; US6525855B1; CA2253413C; WO1998004057A1; GB9822820D0; GB2327164A; CN1225766A; US20040179852A1; AU3627797A; JP4394166B2; US6731880B2; CN100393005C; GB2327164B; KR20000065242A; NZ332463A; US20030016418A1; EP0913039A1

Abstract

본 발명은 광통신 시스템에 관한 것으로, 광통신 네트워크내 터미널이 광신호를 동시에 수신하고 변조할 수 있으며, 상기 터미널이 광변조기에 인가되는 바이어스 전압을 변화시키므로써 제어되는 광변조기를 포함하는 것에 의해 광통신 네트워크의 운영 방법이 제공될 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

광신호를 동시에 수신 및 변조하는 전기통신 시스템

본 발명은 광통신 시스템, 상기 시스템에서 사용하기 위한 터미널, 그러한 터미널을 포함하는 광링크, 셀룰러 및 무선 분산지점, 및 기지국에 관한 것으로, 특히 그러한 링크를 포함하는 셀룰러 무선 시스템을 포함하는 무선 및 마이크로파 시스템에 관한 것이지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

광섬유 네트워크가 트렁크 네트워크에서 로컬 루프로 확장될 수 있기전에 어드레스되어야 하는 주요한 문제중의 하나는 원격 터미널의 복잡도 및 비용이다. 이들 터미널은 광신호를 수신하고 전송하는 것을 모두 할 수 있어야 한다. 이러한 문제에 대한 최고의 해결방안은 광전송기와 같은 레이저를 이용하는 것이지만, 이것은 터미널의 전력 소모, 복잡성, 및 비용을 증가시키는 제어회로의 사용을 필요로 한다.

약간 다른 응용이지만, 원격 안테나로 신호를 공급하기 위해 사용된 터미널 장비의 비용 및 전력 소모가 중요한 요인이 되는 셀룰러 및 다른 무선 및 마이크로파 시스템에서의 안테나로의 광섬유 공급에서도 유사한 문제점이 존재한다. 알려진 바와 같이 "안테나 리모팅(Antenna remoting)"은 셀룰러 및 인공위성 시스템을 위한 특별한 관심중의 하나이다. 관련된 주파수는 일반적으로 수백 ㎒에서 수십 ㎓ 범위내에 있다. 또한, 예를 들어 레이더에서 더 높은 주파수와 관련이 있다. 엄밀하게 말하자면, 이러한 범위가 ㎜ 파장대역으로 더 적절하게 알려진 부분까지 확장되는 반면, 본 명세서 내내 "무선 또는 마이크로파"라는 표현이 이러한 더 넓은 범위를 포함하기 위해 부정확하게 사용되었다. 따라서, 문맥상 정확하게 다른 것을 요구하지 않는다면, ㎜ 파장대역을 포함하기 위해 광범위한 방법으로 상기 용어가 읽혀져야 한다.

본 발명의 실시예는 이러한 문제들을 적어도 부분적으로 해결하는 것을 목적으로 한다.

Frigo외 다수의 "A wavelength division multiplexed passive network with cost-shared components"(IEEE Photonics Technology Letters, 1994, volume 6, pp.1365-1367) 논문에서, 종래에 제안된 레이저 대신 각각 광변조기가 제공되는 PON(passive optical network)내 가입자 터미널이 제안되고 있다. 하나의 비용 공유 가변파장 레이저는 PON에 공급하는 중앙국에 제공되고, 이것은 PON과 연결된 가입자에게 공급하는 다양한 ONUs(optical network units)의 다른 파장을 통해 단계화된 파장이 된다. 각각의 가입자의 ONUs에서, 공유 레이저로부터 수신된 레이저광은 수동 탭에 의해, 수신기에 의해 검출되는 빛의 일부로 분할된다. 나머지는 변조기를 통해 중앙국을 향해 "루프백"된다. 관련된 가입자는 공유 레이저로부터 수신된 빛의 타임슬라이스를 변조하기 위해 변조기를 이용한다. 업스트림 및 다운스트림 신호는 중앙국에서 시분할, 파장, 서브캐리어 주파수, 포맷, 변조 깊이, 게이팅, 코딩 등에 의해 분리될 수 있다. 적절한 분리법은 (중앙국으로부터의) 다운스트림 데이터를 변조하는 무선 주파수 서브캐리어의 사용과 관련된다. 상기한 바와 같이, 각각의 ONU의 레이저 타임슬롯내 빛의 패킷의 반은 중앙국에서 변조되고, 다른 반은 업스트림 데이터 링크를 제공하기 위해 ONU에서 변조된다. 동일한 RF 서브캐리어 주파수는 업스트림 및 다운스트림 신호에 사용된다. 요구신호상의 비디오 전송을 위한 기법의 사용이 기술되어 있다. ONU에서 사용된 변조기의 특성은 나타나지 않는다.

Wood외 다수의 "Bidirectional fibre-optical transmission using a multiple-quantum-well(MQW) modulator/detector"(Electronics Letters, 1986, volume 22, pp.528-529)에서는 광섬유 링크의 한 종단이 추가적인 종래 한쌍의 레이저와 검출기 대신 MQW 변조기를 갖는 양방향 광섬유 전송 시스템을 설명하고 있다. 싱글 광섬유의 다른 종단은 레이저였고, 빔 스플리터는 반환 광신호를 애벌란시 포토다이오드 수신기로 돌리기 위해 사용되었다. MQW 변조기로부터 레이저 사이트로 데이터를 전송하기 위해, 레이저는 골드 미러를 포함하고 반사 모드에서 작동된 변조기 및 유사 CW에서 작동되었다. 반대 방향에서, 레이저는 직접적으로 변조되었고, MQW 변조기는 광검출기로서 사용되었다. 역방향의 정보 흐름을 성취하기 위해 광시스템으로의 어떠한 변경도 이루어지지 않는 반면, 전기적 구동 구성요소를 재배치하고, 레이저 및 MQW 장치의 DC 바이어스를 수정하는 것 모두가 필요했다. 따라서, 전 2중 방식 작동(즉, 양방향으로의 동시 전송)을 갖는 것이 가능하지 않았다. 반 2중 방식 작동은 반 2중 방식 속도의 동기에서 회로의 재배치 효과를 얻고 바이어스 레벨을 제어하기 위한 일부 전기 스위칭 및 바이어스 조정 기능을 요구했다. 사실, 그러한 전기적 제어 배치가 논문에 제안된 것은 없다.

R B Welstand외 다수의 "Dual-Function Electroabsorption Waveguide Modulator/Detector for Optoelectronic Transceiver Applications"(IEEE Photon, Tech. Lett. Vol.8, No.11, pp 1540-1542)에서는 변조기 및 검출기 모두로서 유용한 EAM(electro-absorption modulator) 장치를 설명하고 있다. 상기 장치는 광전자 트랜스시버로서 언급된다. 제안된 장치의 응용은 안테나 리모팅이다. 다시, 트랜스시버는 변조기에서 검출기로의 스위치 작동을 위해 조정가능한 DC 전기 바이어스를 요구한다. 그것은 전송 모드 및 수신 모드가 관련된 전자공학에 의해 제한된 스위칭 시간에 따라 DC 전기 바이어스를 조정할 수 있는 제어 회로에 의해 원격으로 스위치될 수 있다는 것을 설명한다. 변조기 및 광검출기로서의 장치의 최적 성능을 결정하기 위해 분리 실험이 수행되었다. 변조기 측정에서, 요구된 성능 타입에 따라 다른 바이어스 레벨이 사용되었다. 2.0 및 2.93V가 최적의 바이어스 레벨인 것으로 밝혀졌다. 그것은 또한 온도내내 높은 서브옥타브 및 멀티옥타브 스퓨리어스-프리 동적 범위 변조기 성능을 유지하기 위해, 활성 변조기 바이어스 제어가 요구된 것으로 설명되었다. 검출기 실험에서, 상기 장치는 7.0V에서 바이어스되었다. 상기 장치가 동시에 양쪽 기능을 제공할 수 있다는 어떠한 힌트 및 제안도 없다. 따라서, 다시, 전 2중 방식 작동이 가능하지 않다는 것이 명백하다.

도 1은 본 발명에 따른 터미널 및 원격 안테나를 특징으로 하는 광통신 네트워크의 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 터미널을 특징으로 하는 광통신 네트워크의 개략도,

도 3a는 본 발명에 따른 터미널에서 사용하기에 적절한 EAM의 개략 단면도,

도 3b는 일반적인 입력 광 데이터 신호의 개략도,

도 3c는 본 발명에 따른 터미널의 전기 접촉부에 존재하는 전기데이터 신호의 개략도,

도 3d는 일반적인 출력 광 데이터 신호의 개략도,

도 4는 바이어스 전압에 대한 전송 함수의 제 1의 3개 도함수에 따른 (도 2에 도시된 것과 같은) 적절한 EAM에서의 광섬유대 광섬유 전송 그래프,

도 5는 바이어스 전압에 대한 캐리어 상호변조 및 삽입 손실의 변화를 나타내는 그래프,

도 6은 본 발명에 따른 다수의 터미널을 특징으로 하는 광통신 네트워크의 개략도,

도 7은 두 개 모뎀 및 본 발명에 따른 터미널을 특징으로 하는 광통신 네트워크의 개략도,

도 8은 EAM이 원격 터미널에서 사용되는 실험적인 전송 시스템의 개략도,

도 9는 네트워크 노드에서 EA 변조기를 이용하는 두 개 네트워크 구성을 개략적으로 나타내는 도면,

도 10은 도 8의 시스템에서 업링크 및 다운링크 BER(bit error rates) 대 수신된 광전력을 나타내는 도면,

도 11은 도 8의 시스템에서 Eb/No에 대한 BER을 나타내는 도면,

도 12는 도 8의 시스템에서, QPSK 데이터 및 인공위성 TV 신호로 이루어지는, 다운링크 합성 신호의 RF 스펙트럼을 나타내는 도면,

도 13은 EA 변조기가 120Mbit/s QPSK 채널을 전달하는 싱글 광섬유, 양방향 광버스에서 사용되는 실험 시스템을 개략적으로 나타낸 도면,

도 14는 도 13의 시스템에서 Eb/No에 대한 BER을 나타내는 도면,

도 15는 도 13의 EAM2의 출력에서 얻어진 RF 전기 스펙트럼을 나타내는 도면,

도 16은 EAM2의 역방향 바이어스에 대한 BER을 나타내는 도면,

도 17은 본 발명에 따른 피코셀 시스템을 개략적으로 나타내는 도면,

도 18은 거리에 대한 다운링크 전력 레벨을 나타내는 수동 피코셀의 외부 실험 사이트의 지도; 및

도 19는 피코셀 설치부의 하나의 피코셀 및 중앙국을 개략적으로 나타낸 도면이다.

본 발명은 광변조기가 양쪽 작동 모드에서 동일한 DC 작동 조건에 종속적인 경우라도 변조기 및 검출기로서 모두 사용되는 광 링크에서 양쪽 전송 방향에 걸쳐 우수한 성능을 제공하는 것이 가능하다는 것이 밝혀졌다. 즉, 상기 기술에서 명백한 바와 같이, 본 발명에 따른 시스템은 복잡한 전기 바이어스 제어를 필요로 하지 않는다. 사실, 매우 다수의 공통적으로 유효한 변조기에서, 바이어스가 전혀 없을 때, 즉 제로 바이어스와 함께 완전히 수용가능한 시스템 성능이 얻어질 수 있다.

싱글 바이어스 레벨이 양방향 전송에서 사용될 수 있다는 사실은 전 2중 방식 작동-즉, 양방향 동시 전송을 가능하게 한다. 물론, 본 발명은 또한 전 2중 방식이 아닌, 또는 전 2중 방식을 실행하지 않는 시스템으로의 응용을 갖는다. 본 발명에 따른, 간단함, 소형화, 및 저가의 터미널 장비의 이점은 예를 들어 핑퐁(시분할 멀티플렉스) 시스템과 같은 반 2중 방식을 실행하는 시스템에서 모두 유용하다. 다시, 원격 터미널에서의 전기 바이어스없이 실행될 수 있는 많은 설치에서, 어떠한 국부적 전력 공급도 필요하지 않다는 사실은 많은 이익이 된다. 이것은 특히 안테나 리모팅 분야에서 확실하다.

따라서, 본 발명의 제 1 측면에 따르면, 광통신 시스템에서 제 1 노드와 하나 또는 그 이상의 노드간의 통신 방법이 제공되고, 상기 방법은:

ⅰ) 상기 제 1 노드에서, 광섬유 링크에 걸쳐 제 1 추가 노드로부터 전송된 광신호를 수신하는 단계;

ⅱ) 상기 제 1 노드에서, 전기광학 장치를 이용하여 광신호를 검출하여, 광신호에 의해 전달된 정보를 나타내는 전기신호를 생산하는 단계; 및

ⅲ) 상기 전기광학 장치를 이용하여, 정보 전달 변조를 수신된 광신호에 부과하고, 변조된 광신호를 제 2 추가 노드로 전송하기 위해 광섬유 링크로 공급하는 단계로 이루어지고,

단계 ⅱ 및 단계 ⅲ은 동일한 DC 작동 상태에 종속되는 전기광학 장치로 처리된다. 대개, 상기 제 1 추가 노드 및 상기 제 2 추가 노드는 싱글 노드이다. 대개, 적용된 DC 바이어스 전압은 제로이다-즉, 어떠한 DC 바이어스 전압도 전혀 적용되지 않는다. 대개, 전기 신호는 RF 또는 마이크로파 신호이다.

본 발명의 제 2 측면에 따르면, 무선 또는 마이크로파 전송 시스템을 위한 안테나 설비부가 제공되고, 상기 설비부는: 무선 주파수 신호의 전송 및 수신을 위한 안테나 수단; 광입력 및 광출력 포트; 광입력 포트와 광출력 포트 사이의 광 경로에 배치되고, 안테나 수단과 작동가능하게 연결되며, 그로부터 RF 신호를 수신하고 상기 입력 포트를 통해 수신된 빛으로의 대응 변조를 부과하기 위한 사용중에 배치되며, 상기 출력 포트로 통과하는 광변조기; 및 상기 입력 포트를 통해 광신호를 수신하기 위한 사용중에 배치되고, 상기 광신호내에 존재하는 RF 변조가 그것이 방사되어 나오는 안테나 수단과 연결되도록 상기 안테나 수단과 작동가능하게 연결되는 광검출 수단으로 이루어진다.

대개, 광검출기 수단은 광변조기에의해 제공된다.

대개, 광검출기 수단 및 광변조기는 작동중에 전기적으로 바이어스되지 않는다.

또한, 변조기는 EAM인 것이 적절하다.

대개, 터미널은 RF 또는 마이크로파 구성요소를 전달하는 광신호를 수신받는 중앙국 또는 기지국으로부터 원격으로 위치된다.

본 발명의 제 3 측면에 따르면, 광통신 네트워크의 한 추가 부분으로 전송되는 입력 광신호를 동시에 변조하는 동안 광통신 네트워크의 제 1 부분으로부터 입력 광신호를 검출하는 전기광학 장치를 구비하는 원격 터미널을 특징으로 하는 광통신 네트워크가 제공된다.

대개, 광신호는 아날로그 신호이다. 또한, 광통신 네트워크는 FDM(frequency division multiplexing) 시스템을 이용하는 것이 적절하다.

본 발명의 제 4 측면에 따르면, 광신호가 각각 수신되고, 싱글 전기광학 장치를 제어하므로써 동시에 변조되는 것을 특징으로 하는 광통신 네트워크의 운영 방법이 제공된다.

지금부터 첨부한 도면을 참조하여 예의 방법으로 본 발명을 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 터미널(4)을 포함하는 광통신 네트워크를 나타낸다. 후술되는 분석에서 사용될 규정에서는 광입력(2)에서 터미널의 전기적 접촉부(5)까지의 네트워크 경로가 "다운스트림"으로 불리우고, 전기적 접촉부(5)에서 광출력(7)까지의 네트워크 경로가 "업스트림"으로 불리울 것이다. 가는 선은 광섬유 전송 경로를 나타내고, 가는 선상의 화살표는 상기 광전송 경로에 따른 신호의 전달 방향을 나타낸다. 두꺼운 선은 전기전송 경로를 나타낸다.

다수의 FDM(frequency division multiplexed) 데이터 스트림으로 구성되는 아날로그 광신호는 광전송기(1)에 의해 광입력(2)에서 광섬유(3)로 전해진다. 터미널(4)은 설명을 위한 목적만으로 도 3에 도시된 개략적 실시예인 EAM을 포함한다. EAM은 세 개 주요층의 반도체 재료로 이루어진다. 가장 바깥쪽 반도체층(12,14)은 바이어스 전압 및 전기적 데이터 신호가 장치에 적용될 수 있도록 전기적 접촉부가 EAM에 장착될 수 있도록 한다. 활성 중심층(13)은 한 층의 벌크(bulk) 반도체 재료 또는 MQW(multi-quantum-well) 재료이고, MQW 재료는 잘 알려진 바와 같이 다른 반도체 재료의 다수의 간섭층으로 형성된다. 주어진 파장에서 전소된 광신호를 수신 및 변조하기 위해, EAM의 중심층에서 사용하기 위한 적당한 반도체 재료를 선택할 필요가 있다. 예를 들어, GaAs(gallium arsenide), Inp(indium phosphide), InGaAsP(indium gallium arsenide phosphide) 등의 Ⅲ-Ⅴ 재료의 결합이 자주 선택되는데, 이들은 광통신 시스템에서 사용된 파장에서 적절한 밴드갭 에너지를 갖기 때문이다.

싱글 반도체층으로 형성된 활성 중심층을 갖는 EAM의 실시예가 CK Sun외 다수의 "High Spurious Free Dynamic Range Fiber Link Using a Semiconductor Electroabsorption Modulator"(Electronics Letters, 1995, 31, pp 902-903)에 나타나 있다. 상기한 경우에서, 중심층은 대략 1.24㎛ 파장 대응 밴드갭을 갖는 도핑되지 않은 350㎚의 InGaAsPdml이 된다.

EAM에서 사용하기 위한 적당한 MQW 구조는 InGaAsP(밴드갭 파장≒1.10㎛)의 5.5㎚ 배리어로 분리된 InGaAsP(밴드갭 파장≒1.55㎛)의 17개 9.5㎚ 웰(well)이다. 그러한 장치의 구성을 좀더 상세하게 설명한 것이 유럽특허 제EP-B-143000호에 나타나 있다.

현재, 높은 포화 한계값은 MQW 변조기보다는 벌크에서 유효하지만, 높은 대역폭은 벌크 장치보다는 MQW에서 성취될 수 있다. MQW 변조기의 포화 한계값(및 손상 한계값)을 증가시키기 위해 다양한 연구 단체에서 작업이 진행중이지만, 이러한 연구는 본 발명의 다른 응용에서 벌크와 MQW 변조기 사용 사이의 선택에 영향을 미칠 수 있다.

상기한 적당한 벌크 EAM 또는 적당한 MQW EAM중의 하나라는 단서하의 주제는 후술될 실시예에서 사용될 수 있다. 다음의 논의는 상기한 MQW EAM과 관련된 것이지만, MQW EAM의 작동 원리는 벌크 EAM에서와 동일하다.

적절한 광파장에서 전송된 광신호가 EAM에 도달한 경우, 그 모든 주파수 성분의 일부는 전기적 접촉부(5)에서 전기 신호를 생성하는 활성 중심층(13)내에서 흡수된다. 도 3a의 큰 화살표는 EAM의 활성 중심층을 통한 광신호 전송을 나타낸다. 도 3b에서, 광신호(24)는 입력 광신호의 한 예이다. 그것은 광캐리어 주파수 (24a) 및 동일한 측파대(24b)로 이루어지고, 상기 측파대는 광신호에 의해 운반되는 정보를 포함한다. 일반적으로, 광캐리어 주파수는 수백 ㎓의 주파수를 갖고, 측파대는 수십 또는 수백 ㎒의 폭을 가질 것이며, 측파대 중심은 몇 ㎓에 의해 캐리어 주파수로부터 분리될 것이다.

광신호는 EAM내에서 부분적으로 검출되고, 대개 측파대(24b)중의 하나의 스펙트럼과 유사한 주파수 스펙트럼을 갖는 전기 데이터 신호(25)는 EAM내에서 생성되고, 전기적 접촉부(5)를 통해 전달된다. 전기 데이터 신호(26)는 전기적 접촉부(5)로 인가되고, 캐리어 주파수(24a)의 변조를 발생시킨다. 도 3c는 터미널의 전기적 접촉부에 나타난 바와 같은, 전기 데이터 신호(25,26)를 나타낸다.

전기 데이터 신호(26)에 의한 캐리어 주파수(24a)의 변조는 측파대(27a)로 발생된다. 측파대(27a)는 모두 전기 데이터 신호(26)의 주파수 스펙트럼과 대개 유사한 동일 주파수 스펙트럼을 갖는다. EAM의 출력에서의 광신호는 EAM에 의한 캐리어 주파수 변조에 의해 생성된 측파대(27a), 및 측파대(24b)의 나머지 잔존부인 측파대(27b)로 이루어진다. 측파대(27a)는 두 개 세트의 측파대가 서로 중첩되지않도록 캐리어 주파수(24a)의 주파수까지의 중간에 있는 주파수 대역 및 측파대(24b)의 주파수 대역을 차지하고 있다. 도 3d는 측파대(27a) 및 측파대(27b)로 이루어지는 출력 광신호(27)의 배치를 개략적으로 나타낸다.

도 1에 관해서는, 전기 데이터 신호(25)는 전기 데이터 신호(25)와 대개 동일한 정보를 전달하는 (마이크로파 신호가 될 수 있는) 무선 신호(28)가 방출되어오는 안테나(6)로 통과한다. 안테나는 또한 전기 데이터 신호(26)를 전기 데이터 신호(26)를 구성할, 적당한 주파수 범위내에서 (다시 마이크로파일 수 있는) 무선 신호(29)를 수신할 것이다. 전기적 접촉부에서, 전기 데이터 신호(26)는 수신된 광신호의 캐리어 주파수(24a)를 변조할 것이다.

그러한 방법으로 작동하는 터미널은 셀룰러 무선 통신망에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 925㎒ 내지 933㎒의 주파수 대역내 데이터를 포함하는 광신호는 광전송기(1)에 의해 전송된다. 신호는 320채널을 포함하고, 각각은 약 25㎑ 대역폭을 소비한다. 이 신호는 EAM에서 검출되고, 안테나(6)에 의해 무선 신호(28)로서 전송되는 전기 데이터 신호(25)를 생성한다. 무선 신호에 포함된 데이터는 대개 광신호에 포함된 데이터와 동일하다. 휴대용 전화는 무선 신호를 수신하고, 개인 휴대용 전화에 적용가능한 25㎑ 채널을 추출하기 위한 필터링 수단을 포함한다. 휴대용 전화는 25㎑ 주파수 대역을 차지하는 신호를 전송하고, 상기 신호는 880㎒ 내지 888㎒의 주파수 대역에 포함된다. 안테나(6)는 상기 안테나를 통해 통신망과 통신하는 모든 휴대용 전화의 전송의 결합인 880㎒ 내지 888㎒ 주파수 대역에 포함된 무선 데이터 신호(29)를 수신한다. 880-888㎒ 주파수 대역 및 925-933㎒ 주파수 대역 모두에 데이터를 포함하는 광신호(27)를 생성하기 위해 안테나는 상기 수신된 무선 데이터 신호(29)를, 전송된 광신호의 광캐리어 주파수(24a)를 변조하기 위해 사용되는 전기 데이터 신호(26)로 변환한다. 이러한 데이터는 광섬유를 따라 전달되고, 광검출기(8)에서 수신된다.

전기 신호를 전기적 접촉부로부터 동시에 추출하거나 또는 제 2 전기 신호를 전기적 접촉부로 입력하는 것이 가능하다. EAM내 입력 및 출력 전기 신호가 모두 존재하는 것은 신호가 상호믹싱되게 할 것이다. 이것은 다운스트림 및 업스트림 광신호의 왜곡을 일으킬 수 있고, EAM의 성능을 제한할 것이다. 도 4는 상기한 바와 같은 구성을 갖는 MQW 활성 중심층을 갖는 적당한 EAM내 바이어스 전압과 함께 광섬유대 광섬유 전송에서의 변화(15)를 나타내고 있다. 바이어스 전압에 대한 이러한 전송 함수의 제 1 도함수(16)는 업스트림 손실에 영향을 미치고, 바이어스 전압에 대한 이러한 전송 함수의 제 2 도함수(17)는 업스트림-다운스트림 믹싱에 영향을 미치며, 바이어스 전압에 대한 이러한 전송 함수의 제 3 도함수(18)는 업스트림 신호의 왜곡에 영향을 미친다. 도 5는 전송기와 같이 1560㎚ 파장을 갖는 4㎽ DFB 레이저를 이용하여, 바이어스 전압이 변경될 때 다운스트림 링크(19) 및 업스트림 링크(20)에서의 일반적인 RF 삽입 손실 특성을 나타내고 있다. 업스트림 및 다운스트림 손실은 대략적으로 -1.4V 역방향 바이어스에서 동일해질 수 있고, 이러한 경우에서 ≒42dB의 삽입 손실은 39dB로 (변조기없이) 사용된 레이저-검출기 모듈의 삽입 손실에 필적한다. 도 5는 또한 변조기 전송 함수의 제 3 도함수(18)에 의해 영향을 받는 제 3 차 상호변조에 대한 업스트림 캐리어의 비율(21)을 나타낸다. 0.9V와 -2.0V 사이의 바이어스 전압에서 관찰된, "21"에서의 최대값들은 "18"에서의 최소값들에 폭넓게 대응한다. 본 실시예에서 사용된 EAM에서 ("18"에 의해 영향받는) 업스트림 왜곡 효과는 ("17"에 의해 영향받는) 업스트림-다운스트림 믹싱 효과보다 더 중요하므로, 본 실시예에서 업스트림 신호의 왜곡을 최소화하기 위해 변조기 바이어스 전압을 제어하는 것이 유리하다는 것이 관측된다. 만일 다른 EAM이 사용되었다면, 바이어스 전압에 대한 다른 전송 특성(15)이 있게 되고, 이것은 바이어스 전압에 대한 상기 함수의 다른 도함수(16,17,18)를 유도할 것이라는 것을 알 수 있다. 이들 도함수들의 속성은 그들중 어떤 것이 터미널의 성능에 가장 큰 영향을 갖고, 따라서 바이어스전압이 인가되는 경우에서의 최적한 터미널 성능을 위해 바이어스 전압을 변화시키므로써 어떠한 도함수가 제어되어야 하는가를 결정할 것이다.

중심 위치에서 다수의 원격 안테나 사이트까지 무선 신호를 전달하기 위해 아날로그 광네트워크를 이용하는 이점이 오랫동안 인식되었다. 전기통신 환경에서, 이러한 무선 신호들은 고정된 무선 액세스, 무선 또는 이동 네트워크를 위해 존재할 수 있지만, 동일한 원리가 적용된다. 광섬유의 낮은 손실 특성, 고대역폭을 사용하므로써, 모든 고주파수 및 신호 처리 기능이 중심적으로 수행될 수 있고, 신호는 캐리어 주파수에서 직접적으로 광네트워크에 걸쳐 전송될 수 있다. 그리고, 원격 사이트는 광전자 변환, 필터링, 및 선형 증폭만을 요구하여, 매우 단순해진다. 원격 사이트로부터 멀리 복잡한 기능성을 시프트하는 것은 저전력 소비와 함께, 싸고 신뢰할 수 있으며 작고 가벼운 무선 액세스 포인트가 배치되도록 한다. 저가 유지와 함께 연결되는 설치의 용이성은 이러한 타입의 시스템 구조를 위해 강제적인 독립변수를 제공한다. 이러한 타입의 시스템을 위한 주요 전기통신 응용 영역은 작고 저렴하며 저전력의 트랜스시버 유닛의 이점이 최고의 혜택을 제공하는 짧은 범위 및 고용량 무선 시스템이다.

상기 문단에서 설명된 일반적인 무선 광섬유 시스템 구조가 무선 액세스 포인트에서 저전력 소비 및 작은 수의 구성요소를 이끌어냈지만, 제로 전력 소모를 갖는 것이 좀더 바람직하다. 이러한 전체적 수동 무선 액세스 포인트는 설치를 매우 간단하게 하고, 가상적인 유지가 필요없는 작동을 유도하는 뛰어난 신뢰성을 제공한다. 이러한 실시예에서, EAM이 소형 셀(피코셀)을 위한 수동 트랜스시버로서 효과적으로 기능하기 위한 전력 공급 또는 증폭기를 필요로 하지 않고, 그러한 무선 액세스 포인트에서 싱글 구성요소와 같이 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다.

상기한 바와 같이, EAM은 다운스트림 경로에서 광검출기로서, 그리고 업스트림 경로에서 남아있는 다운스트림 빛을 위한 변조기로서 행위할 수 있다. 검출 및 변조 기능 모두 동시에 활성화될 수 있다는 것을 나타내는, FDD(frequency division duplex) 배치를 이용하는 전 2중방식 링크의 가능성이 상술되었다. 이러한 실시예에서, 이 장치는 또한 짧은 범위 (피코셀룰러) 무선 시스템을 위해 dc 바이어스없이 만족스럽게 작동할 것이라는 것을 알 수 있다. 이러한 구조에서, (후술되는 바와 같이, 피코셀은 더 큰 용량/영역이 지원되어야 하는 경우 옥외 및 "방이 아닌" 옥내로 응용을 갖지만) 피코셀은 미래에 고용량 무선 서비스를 위한 무선 서비스 구역(예를 들어, 10Mbit/s 또는 그 이상의 데이터율을 제공할 HIPERLAN 표준)을 하나의 사무실 또는 방보다 작은 용량까지 제공해야하는 사실에 직면한다. 현재, 이러한 미래의 고용량 무선 시스템은 여전히 연구 단계에 있다. 따라서, 이러한 작업을 위해, 수동 트랜스시버 개념은 3Mbps의 원 데이터율에서 무선 이더넷를 제공하는 상업적 2.4㎓ 확산 스펙트럼 무선 LAN을 이용하여 실험되었다. 이러한 데이터율에서, 이동 비디오 액세스는 실행가능했고 성취되었으며, 인터넷으로의 액세스는 확실히 문제가 되지 않았다.

본 실시예에서 사용된 EAM은 Moodie외 다수의 J Lightwave Tech(Vol.14, No.9, pp2035-2043, 1996)에서 설명된 바와 같이, 사내에서 디자인되고 제작되었으며, 낮은 정전용량 매입 헤테로 구조체 배치에서의 MQW 흡수층으로 구성된다. InGaAsP/InP 재료 시스템은 1550㎚의 파장 근방에서의 작동을 위해 사용되었다. 370㎛의 길이를 갖는 칩은 광섬유 접속용 구리줄과 함께 고주파수 패키지에 장착되었고, 제로 바이어스에서 전체 5㏈의 광섬유대 광섬유 손실만을 가졌다. 변조기로서 작동된 경우 패키지된 장치의 3dBe 대역폭은 14㎓였지만, 본 실시예에서, 약 2.5㎓의 협대역 응답만을 요구한다.

도 8은 개략적인 형태에서의 실험적 배치도를 나타내고 있다. 무선 모뎀은 피코셀내에 위치된 랩탑 컴퓨터와의 연결을 위해 Breezenet (TM) Station Adaptor (SA) 및 중앙국에서의 BreezeNet (TM) Access Point (AP)로 구성되었다. 이들 모뎀은 IMS 대역(2.4-2.48㎓)에서 작동하고, 간섭 소스에 대한 우수한 면제를 제공하기 위해 주파수 호핑 확산 스펙트럼을 사용한다. 상기 시스템은 반 2중방식 전송을 제공하지만, 상기한 바와 같이 광링크는 이러한 배치에 제한되지 않는다. AP는 공간 변화를 위해 트윈 안테나를 갖고, 이것은 광링크와의 연결을 허용하기 위해 매우 간단하게 부착될 수 있다.

다운스트림 경로에서, AP로부터의 RF 출력은 상업적인 아날로그 레이저와 연결되었다. 이 레이저로부터의 광신호는 PC(polarisation controller)를 통하고 광링크에 걸쳐 원격 피코셀에 위치한 EAM으로 전달되었다. 이 방향에서, EAM은 포토다이오드로서 행위하고, 결과적인 RF 전력은 안테나를 이용하여 자유공간으로 방출되어, 랩탑 컴퓨터와 연결된 SA로 방출되었다.

업스트림 경로에서, SA로부터의 RF 출력은 자유공간으로 방출되어 EAM과 연결된 안테나까지 방출되었다. 그리고, 이러한 RF 신호는 EAM을 통과하는 남은 광전력을 변조하고, 광링크에 걸쳐 중앙국으로 다시 전송된다. 업스트림 신호는 상업용 포토다이오드를 이용하여 검출되고, AP의 수신기 부분으로 입력된다. 레이저 및 포토다이오드는 아날로그 마이크로파 링크를 위해 디자인되었다.

결과

본 실시예에서 사용된 피코셀은 6m×3.5m 면적을 갖는 사무소였다. (변조기의 RF 출력이 공급되는) 수동 무선 액세스 포인트를 위한 안테나는 8㏈ 게인을 갖는 간단한 마이크로스트립 패치 디자인으로 구성되었다. 이것은 약 70°의 빔폭을 갖는 보타이(bow-tie) 디자인이었다. SA는 전송 방향(2dBi 전방향성)을 위한 하나의 안테나 및 수신 방향(8dBi 마이크로스트립 패치)을 위한 하나의 분리된 안테나를 이용하도록 구성되었다. 이러한 배치는 링크를 위한 더 좋은 전력 균형을 제공하는 복합된 혜택(후술 참조)을 갖고, 또한 무선 LAN 시스템을 위한 유럽내 EIRP 요구에 대한 순응을 보장하기 위해 전송 전력을 20dBm 이하까지 제한한다.

무선 시스템을 연결하기전에, 2.5㎓의 주파수에서 신호 소스 및 분석기를 이용하여 전력 예산 측정이 수행된다. 표 1은 안테나들이 6m 간격을 두고 떨어져 있는 경우, 이러한 시스템내내 중요 지점에서의 rf 전력 레벨을 나타내고 있다. 이러한 간격에서, 자유공간 경로 손실은 반사가 전혀 없다고 가정한 경우 계산된 것보다 6㏈ 이하 작은 50㏈이었다. 다운스트림 경로(레이저에서 EAM까지)에서의 광링크 RF 손실은 EAM 대신 포토다이오드가 사용된 경우에 측정된 손실보다 5㏈만 나빠진 40㏈이었다. 업스트림(EAM에서 포토다이오드까지) 광링크 RF 손실은 35㏈이었다. 만일 EAM이 적절하게 바이어스되는 경우 평형 광링크 손실이 성취될 수 있지만, 이러한 파장에서의 수동 작동에서, EAM이 제로 바이어스에서 효율적인 광검출기가 아니기 때문에 다운스트림 링크 손실은 업스트림 손실보다 높다. 그러나, (무선 링크 손실을 고려하는) 전체 무선 광링크는 SA에서 각각의 방향을 위한 적절한 안테나 게인을 선택한 결과로서, 초과 또는 미달 균형화되었다. 사실, 전체 링크에서, 다운스트림 손실은 80㏈이고, 75㏈ 업스트림 손실이 있었다.

시스템에서의 rf 전력 레벨(도 17 참조)

지점	A	B	C	D	E
다운스트림 전력, ㏈m업스트림 전력, ㏈m	+17→-58←	-23→-23←	-15→-31←	-65→+19←	-63+17

무선 시스템은 광링크와 연결되었고, 로컬 이더넷 네트워크와 연결이 이루어졌다. 중앙국의 한 종단에서의 벽에 위치된 수동 무선 액세스 포인트 안테나 및 피코셀내에서 롬(roam)하기에 자유로운 SA 안테나에서 풀 레이트 전송이 가능했다. BreezeNet(TM) 무선 모뎀의 수신기 감도는 3Mbps 풀 레이트의 작동에서 -64dBm, 2Mbps의 작동에서 -72dBm, 및 1Mbps의 가장 낮은 레이트에서 -82dBm이었다. 표 1로부터, 3Mbps에서의 전력 요구가 피코셀내에서 쉽게 만족된다는 것을 알 수 있다. -58dBm의 (업스트림 제한) 수신기 전력에 기초한 범위 계산 및 상기에서 주어진 수신기 감도는 대략 12m(3Mbps), 30m(2Mbps), 및 95m(1Mbps)의 (제한되지 않은) 셀 크기가 본 시스템에서 성취가능한 것을 제안한다. 초당 1Mbit의 데이터율로 작동한다는 가정하에, +17dBm의 전송력 및 -82dBm의 수신기 감도에 기초한 각각의 방향에서 전체 유효 여유분은 99㏈이다. 따라서, 피코셀내 남은 여유분은 19㏈(다운링크) 및 24㏈(업링크)이다. 만일 경로 손실이 거리 제곱(자유 공간 전파)과 같이 변화한다는 단순화한 가정을 한다면, 이러한 여유분은 다운링크에서 27미터 및 업링크에서 48미터의 범위로 해석될 수 있다. '수동 피코셀' 개념을 증명하기 위한 이러한 작업을 위해 선택된 무선 시스템은 반 2중 방식의, 임의의 한 시각에 하나의 주파수 캐리어만이 존재한다는 것을 의미하는 주파수 호핑 스프레드 스펙트럼 디자인에 기인한 목적을 위해 매우 적합하다. 제로 바이어스에서 EAM을 작동하는 것은 특히 업스트림 경로에서 비선형 작동의 결과를 낳고, GSM과 같은 멀티-캐리어 시스템에서 상호변조 왜곡을 도입한다. 만일 수동 작동이 요구되지 않았다면, 약 1V 또는 그 이하의 작은 바이어스는 상호변조 왜곡이 수용가능한 경우의 변조 특성의 선형 부분까지 이동하기에 충분하다. EAM 광전류가 약 1㎃이기 때문에, 전체 dc 전력 요구는 약 1㎽만 되고, 따라서 그 안테나 또는 기지국에, 또는 인접하여 위치한 광전지 또는 소형 배터리에 의해 만족될 수 있다. 또한, 수동 작동이 여전히 성취가능할 수 있도록 제로 인가 바이어스에서 선형체제로 작동하도록 EAM을 다시 디자인하는 것이 가능하다. 예를 들어, EP-B-0416879에 기술된 바와 같은 빌트인 바이어스를 갖는 MQW 변조기가 사용될 수 있다.

이러한 작업 배후 개념을 증명하기 위해, 광링크 길이는 초기에 30m로 하였지만, 더 큰 길이도 실행가능하다. 이러한 경우에 주요 관심은 특히 업스트림 경로에 영향을 미치는 광손실이다. 광손실의 매 1㏈는 4㏈의 업스트림 전기적 손실로 해석되고, 이것은 6m 피코셀에서의 3Mbps에서의 6㏈의 전력 여유분은 광손실에서의 1.5㏈ 여유분과 동일하다는 것을 의미한다. 0.2㏈/㎞의 광섬유 손실을 가정하면, 이것은 7.5㎞ 광링크 길이를 제공한다. 6m 피코셀에서의 1Mbps 작동에서, 30㎞의 광링크 길이가 가능할 것이다. 도면은 이러한 광섬유 손실 가정을 기초한 각각의 시스템 데이터율에서의 무선 링크 길이와 광링크 길이 사이의 트레이드오프를 나타내고 있다.

EAM 트랜스시버의 최종 비용은 이러한 타입의 시스템이 커다란 규모에서 전개될지 여부를 결정할 것이다. 본 장치는 주로 노동 집약적 광섬유 피그테일링(pigtailing) 프로세스에 기인하여, 패키지하는데 비용이 많이 든다. 광섬유 피그테일의 수동 위치맞춤을 허용하는 집적 모드 변압기는 현저하게 패키지 비용을 감소시켜야 한다. WO95/23445에 적당한 모드 변압기가 기술되어 있다. 하나의 피그테일 부착만을 필요로 하는 반사 변조기를 사용하여 추가 감소하는 것이 가능할 것이다. 특히, 흥미있는 반사 변조기가 WO91/19219에 개시되어 있다.

수신기에서 신호대 잡음비를 개선하기 위해 일부 선택사항들이 유효하고, 따라서 무선 범위를 증가시킨다. 이뤄질 수 있는 잠재적인 개선 사항의 일부는 그들의 일반적인 실용성 및 효율성과 함께 후술되어 있다.

다운링크

외부 변조기

레이저 소스에 직접적으로 변조를 적용하는 것보다, 리튬 니오베이트 마크 젠더(Mach Zeander) 변조기와 같은 외부 변조기를 이용하는 것이 가능하다. 이것은 10 레인지 증가 인수가 되는 약 20㏈의 신호대 잡음비 증가를 가져올 수 있는데, 그 이유는 RF로 변조될 수 있는 레이저가 일반적으로 매우 낮은 전력이 되는 반면, 만일 외부 변조기가 사용되는 경우 레이저는 CW를 작동시키도록만 요구되고, 예를 들어 헤드엔드에서 50㎽를 가할 수 있기 때문이다. 리튬 니오베이트 변조기를 사용하는 대신, 또다른 EAM을 사용할 수 있지만, 리튬 니오베이트는 큰 대역폭, 낮은 삽입 손실장치가 비교적 쉽게 얻어질 수 있다는 이점을 갖는다. 높은 론치력과 함께, 피코셀내 EAM에서의 포화 문제를 고려할 필요가 있다. NEC에서 유용한 것과 같은 벌크 흡수층을 이용하는 변조기를 이용할 수 있거나, 또는 높은 포화력을 갖는 MQW 장치, 예를 들어 인듐 갈륨 아르젠시드 포스피드의 웰과 함께 인듐 알루미늄 비화물로 이루어진 장벽을 이용한 장치를 이용할 수 있다.

좀더 효율적인 레이저

외부 변조기 및 높은 전원의 사용에 대한 대안으로서, 레이저의 직접 변조를 갖도록 지속할 수 있지만, 실험을 시작하는데 사용되는 것보다 좀더 효율적인 장치를 사용한다. 10㏈의 신호대 잡음비 증기, 3.2 레인지 증가 인수를 얻는 것이 가능해야 한다.

더 높은 RF 전송력

레이저의 직접 변조와 함께, 이것은 레이저의 손상 한계에 의해 제한되지만, 3㏈ 신호대 잡음비 증가 또는 1.4 레인지 증가 인수를 제공할 수도 있다. 명백하게, 외부 변조기의 사용은 더 높은 RF 전력 레벨이 전송되는 것을 허용한다.

광증폭

본 명세서에서 제한 인수는 EAM의 포화이다. 또한, 광섬유 증폭기 또는 반도체 증폭기의 사용을 통해 이뤄진 광증폭은 복잡성을 추가한다. 그렇지만, 만일 사용되는 경우, 레인지 증가 인수 2와 동일한 신호대 잡음비에서의 6㏈ 증가를 요구할 수 있다.

실시예

에르븀 도핑된 광섬유 증폭기는 다운링크에서의 론치된 광신호 레벨을 15㎽까지 올리기 위해 헤드엔드에서 사용되었다. 이러한 전력 레벨과 함께, 실험은 옥외 전파에서 처리되었다. 동일한 안테나 및 원격 터미널이 사용되었다. 도 18에 그 결과가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 사용된 가장 나중의 분리는 원격 터미널에서의 전력 레벨이 -78dBm이 되는 75m였다.

EAM에서의 더 높은 안테나 게인

질문은 게인을 위해 방향을 트레이드하기 원하는 방법이다. 명백하게, 높은 방향성 안테나을 사용하는 것이 가능하고, 예를 들어 18㏈m의 게인을 갖는 안테나가 유효하지만, 그들은 일반적으로 매우 크고, 매우 좁은 빔폭을 갖는다. 시작하려는 실험에서, 8㏈ 게인 및 70°빔폭을 갖는, 담배갑보다 크지 않은 안테나를 사용했다. 극도의 방향성을 희생하여, 신호대 잡음비에서의 10㏈ 증가, 즉 3.2 레인지 증가 인수를 얻을수 있다.

업링크

좀더 효율적인 광검출기

좀더 효율적인 광검출기를 이용하므로써, 2 레인지 증가 인수인 신호대 잡음비에서의 6㏈ 증가를 얻을 수 있다.

더 높은 광력

상기한 바와 같이, 좀더 효율적인 레이저 또는 외부 변조기 또는 광증폭을 이용하므로써, 다운링크 및 업링크상의 광력을 증가시킬 수 있지만, 이것은 EAM의 포화 한계에 의해 제한된다. 그렇지만, 신호대 잡음비에서의 효율적인 6㏈ 증가, 2 레인지 증가 인수를 얻을 수 있다.

광 선증폭(Pre-Amplification)

본 명세서에서 제한 인수는 포토다이오드의 포화가 된다. 명백하게, 복잡성이 증가하지만, 이것은 예를 들어 본 출원인의 미국특허 제5446751호에 개시된 타입의 광검출기를 사용하므로써 최소화될 수 있다. 대신, 광증폭기, 광섬유 또는 반도체 레이저 증폭기는 업링크 경로에 포함될 수 있다. 이것은 신호대 잡음비에서의 10㏈ 증가, 또는 3.2 레인지 증가 인수를 제공할 수 있다.

RF 선증폭

사실, BreezeNet에서의 RF 시스템은 고도로 최적화된다. 따라서, 작은 범위의 개선점만이 있다. 잠재적으로 눈에 띄게 복잡성의 비용으로 개선이 있게 된다. 허용된 최대 방사출력상의 제한 또한 본 명세서에서 중요할 수 있다.

기지국 어댑터에서의 높은 안테나 게인

다시, 이것은 방향성과 게인 사이의 트레이드오프가 되고, 또한 허용된 최대 방사 출력상의 제한이 본 명세서에서 관련된다. 아마도 어떠한 증가도 얻어지지 않을 수 있다.

이러한 선택사항들중 일부가 간단하게 구현될 수 있지만, 시스템의 무선 레인지로 상당한 개선점을 제공한다는 것을 알 수 있다. 1과 200미터 사이의 무선 범위는 따라서 고가이거나 비실용적인 메져로 재분류할 필요없이 가능해야 한다.

도 1 및 도 2에 기술된 시스템의 개선된 성능은 만일 전송기(1)가 두 개 레이저, 레이저(1,2)로 이루어지는 경우 성취될 수도 있고, 각각 다른 파장(λ1,λ2)(λ1<λ2(예를 들어 λ1=1.3μ이고 λ2=1.55μ)인 경우)에서 빛을 방사한다. 레이저(1)로부터의 빛이 다운링크 신호를 전달하기 위해 사용되는 반면, 레이저(2)로부터의 빛은 업링크 신호를 전달하기 위해 사용된다는 생각이다. 레이저(1)로부터의 빛은 전송기(1)에서 변조되고, 변조기(4)에서 검출된다. λ1은 변조기가 바이어스되지 않는 경우에도 이러한 파장에서의 대수롭지 않은 광량만이 변조기의 광출력 포트로부터 나올정도로 충분히 짧게 되도록 선택될 수 있다. 이것은 도 5에 도시된 부분에 걸쳐 (바이어스되지 않은 경우를 포함하는) 낮은 역방향 바이어스 전압에서의 개선된 다운링크 RF 삽입 손실을 끌어낸다. 레이저(2)로부터의 빛은 전송기(2)에서 변조되지 않는다. 그것은 변조기(4)에서 변조되고, 업링크 신호는 수신기(8)에서 검출된다. 파장(λ2)은 다운링크 RF 삽입 손실 및 업링크 캐리어 모두를 상호변조율까지 최대화하도록 선택될 수 있다.

업링크-다운링크 믹싱은 업링크 및 다운링크 신호에 대응하는 전기 신호의 동시 존재성에 기인하여 전 2중방식 시스템내 변조기에서 발생할 수 있다. 이들 신호들이 주파수 2중방식화되기 때문에, 업링크-다운링크 믹싱은 변조기의 변조대 전압 및 검출 대 전압 특성에서의 비선형성을 통해서만 발생할 수 있다. 변조기에서, 다운링크 전기 신호는 인가된 업링크 전기 신호보다 일반적으로 수십 ㏈s 약하다. 연속적으로, 업링크-다운링크 믹싱은 업링크에서보다 다운링크에서 좀더 심각한 문제가 된다. 파장(λ1)은 변조기내 전압과 함께 λ1에서의 광검출 반응도의 번화가 최소가 되도록 선택될 수 있다. 따라서, 다운링크 신호는 인가된 업링크 신호에 기인한 최소 왜곡될 것이다. 두 개 파장 접근은 따라서 다운링크에서의 업링크-다운링크 믹싱을 감소시켜야 한다. 이러한 접근이 본 출원서의 앞선 도면을 참조로만 기술되었지만, 당업자는 본 발명의 대부분의 응용/실시예에 적용될 수 있다는 것을 알 수 있다.

다수의 경우에서, 다운링크에서의 용량은 예를 들어 원격 비디오 액세스 또는 다른 멀티미디어 응용에서 업링크상의 용량보다 훨씬 더 중요하다. 반대로, 작은 다운링크 용량만이 요구되지만 상당한 업링크 용량이 중요한 경우, 예를 들어 원격 비디오 감시와 같은 다른 응용이 있다. 따라서, 정확한 응용 특성은 상기 선택사항 리스트로부터 이뤄진 선택을 결정한다.

또한, 본 발명의 터미널은 추가 구성을 갖는 통신망에서 사용될 수 있다. 도 2는 대역통과 필터(9a,9b)를 통해 전기적 입력 인터페이스(11) 및 전기적 출력 인터페이스(10)와 연결된 전기적 접촉부(5)를 나타낸다. 대역통과 필터들은 전기 데이터 신호(25)가 전기 데이터 신호(26)와 상호믹싱되는 것으로부터 대체로 자유로운 전기적 출력 인터페이스(10)에 존재하고, 전기 데이터 신호(26)가 전기데이터 신호(25)와 상호믹싱되는 것으로부터 대체로 자유로운 전기적 출력 인터페이스(11)에 존재하도록 선택된다. 예를 들어, 다수의 TV 신호가 10㎒ 내지 600㎒ 주파수 범위내 다운스트림 전송되고, 제어 신호가 100-200㎑ 주파수 범위내 업스트림 전송되는 케이블 TV 분배 네트워크에서, 대역통과 필터(9a)는 10㎒ 이하 또는 600㎒ 이상의모든 신호를 대개 거부하는 반면, 10㎒ 내지 600㎒ 범위내 모든 신호를 대개 허용한다. 유사하게, 대역통과 필터(9b)는 100㎑ 이하 또는 200㎑ 이상의 모든 신호를 대개 거부하는 반면, 100㎑ 내지 200㎑ 범위내 모든 신호를 대개 수용한다. 명확하게, 일부 상황에서, 인터페이스(10,11)와 연결된 통신 네트워크 또는 장비의 특성에 종속하여, 필터(9a) 또는 필터(9b)를 불필요하게 할 수 있다.

전기적 인터페이스는 한쌍의 안테나, 추가 광전송기 및 수신기, (하나의 빌딩 또는 다수의 방에서 LAN을 통해 신호를 전송하기 위해) 전기적 전송기 및 수신기를 포함하는 넓은 범위의 적당한 장비 또는 주문 비디오와 같은 대화식 멀티미디어 서비스 또는 방송 케이블 TV 서비스를 위한 셋탑 박스(set-top box)와 같은 CPE(customer premises equipment)와 연결될 수 있다. 이러한 리스트는 소모적인 것이 아니고, 본 발명의 범주의 제한으로 해석되어서는 안된다. 셋탑 박스 또는 다른 CPE와 같은 많은 이러한 응용에서, 준비 전력 공급이 있을 것이고, 따라서 수동 터미널보다 동력이 공급된 터미널을 이용하는데 이점이 있을 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 다수의 터미널이 일련으로 연결될 수 있다. 상기 설명은 단지 아날로그 신호에 관한 것이었다. 디지털 신호를 전송하기 위해, 헤드엔드에서의 광 전송기 및 수신기 및 원격 터미널(들)에서의 전기적 인터페이스부에서 모뎀을 사용할 필요가 있다. 모뎀은 디지털 신호에 의해 전달된 정보의 임의의 중요 부분을 손실하지 않고 디지털 신호가 아날로그 신호로 변조되고, 아날로그 통신망을 통해 전송되어 복조될 수 있게 하며, 원래의 디지털 신호를 재구성하는 변조기-복조기이다. 도 7은 디지털 신호가 전송될 수 있도록 두 개 모드로 구성되는 광통신망을 나타내고 있다.

예를 들어 LAN으로부터의 전기 디지털 데이터스트림은 모뎀 입력(30a)을 통해 모뎀(22)으로 들어가고, 실질적인 정보의 손실없이 아날로그 전기적 데이터로 변조된다. 아날로그 광 데이터스트림(24a)은 광전송기(1)에 의해 광섬유(3)를 따라 전송되고, 전기적 접촉부(5)에서 아날로그 전기적 데이터 스트림(25)을 생성하는 EAM내에서 검출되며, 상기 전기적 접촉부는 아날로그 전기적 데이터스트림이 원래의 디지털 데이터스트림을 실질적으로 재생성하기 위해 복조되는 경우, 대역통과 필터(9a)를 통해 전기적 출력 인터페이스(10)로 통과하여, 모뎀(23)으로 통과한다. 실질적으로 재생성된 디지털 데이터스트림은 모뎀 출력(31b)을 통해 예를 들어 제 2 LAN으로 출력된다.

모뎀 입력(31a)을 통해 모뎀(23)으로 들어가는 제 2 LAN으로부터의 디지털 데이터스트림은 실질적인 정보의 손실없이 아날로그 전기적 데이터스트림(26)으로 변조되고, 전기적 입력 인터페이스(11) 및 대역통과 필터(9b)를 통해 전기적 접촉부(5)로 통과한다. 입력되는 광캐리어(24a)는 광섬유(3)를 따라 광수신기(8)로 전송되는 아날로그 광 데이터스트림(27a)을 생성하기 위해 EAM에 의해 변조된다. 아날로그 광 데이터스트림은 전기 도메인으로 변환되고 모뎀(22)으로 공급되며, 상기 모뎀은 제 2 LAN으로부터 실질적으로 디지털 데이터스트림을 재생성하기 위해 신호를 복조하며, 디지털 데이터스트림은 모뎀 출력(30b)을 통해 출력된다. 다시, 특수한 환경에서, 대역통과 필터(9a,9b) 중의 하나 또는 모두는 생략될 수 있다.

아날로그 데이터 신호가 변조될 수 있는 주파수는 EAM의 변조 또는 검출 대역폭 또는 레이저 변조 대역폭의 하위값에 의해 제한된다. 상기한 실시예에서, 레이저의 변조 대역폭은 약 6㎓였고, EAM의 검출 및 변조 대역폭은 약 14㎓였으며, 그래서 이러한 경우 네트워크의 최대 전송성능은 레이저의 변조 대역폭에 의해 제한된다. 만일 모뎀이 디지털 신호를 전송하기 위해 사용된다면, 그것이 레이저 또는 변조기중의 하나의 최저 변조 속도보다 크지 않은 경우 모뎀의 변조속도는 시스템에서의 제한 인수가 될 것이다.

광신호가 전송되고 검출되는 최대 거리는 광섬유에 의한 신호의 감쇠에 의해 제한된다. 상기한 DFB 레이저에서, 4㎽의 출력전력일 때, 광전송기(1)와 광수신기(8) 사이의 최대 거리는 약 50㎞가 되는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 만일 상기 레이저가 도 1 및 도 2에서와 같은 단순한 네트워크에서 사용된 경우, 원격 터미널은 기지국으로부터 약 25㎞의 위치를 차지하고 있다. 이러한 최대 전송거리는 광신호의 레벨을 증가시키기 위해 광증폭기, 광섬유 또는 반도체중의 하나를 사용하여 확장될 수 있다. 높은 전원의 사용도 명백하게 최대 전송거리 및 범위를 증가시킬 수 있다.

상기한 다양한 대안을 이용하는 추가적인 실시예를 설명하도록 한다.

실시예 2

실험적인 광학적 구성이 도 8에 도시되어 있다. 하나의, 낮은 삽입 손실의, EAM 모듈이 원격 터미널에서 사용된다. 실재적인 저가/저전력 시스템은 각각의 터미널에서 EAM을 사용하려 하고, 따라서 아날로그 레이저 전송기 필요성을 완전히 없앤다. 도 9는 EAM 트랜스시버만을 이용하는 두 개의 가능한 네트워크 구성을 나타내고 있다. 도 9a에서, 일부 지점간 링크는 공용 CW 레이저 광 (고)전원을 공유한다. 각각의 링크에서, 원격 트랜스시버, EAM#2는 전송기, EAM#1, 및 수신기, EAM#3와 연결된다. 도 9b에서, 다수의 EA 트랜스시버는 두 개 CW 레이저에 의해 종단에서 동력공급된 광버스를 공유한다(즉, 모든 트랜스시버는 동일한 RF 스펙트럼을 공유한다).

상기 실험에서, 1.347㎓의 높은 주파수로 변환된 120MB/s QPSK 모뎀 신호는 Astra (TM) 그룹의 인공위성의 한 편파로부터 낮은 주파수로 변환된 TV 채널과 결합된다. 그러면, 결합된 신호는 λ=1.56㎛에서 +6㏈m의 광전력을 방사하는 상업적인 아날로그 DFB 레이저 모듈에 인가된다. 25㎞의 스텝 인덱스 광섬유에 걸친 전송후에, 광신호는 원격 EA 변조기 트랜스시버에서 검출된다. 140㎒에서 집중된, 추가 120MB/s 모뎀 신호는 듀플렉서/멀티플렉서를 통해 변조기에 인가되고, 상업적 광검출기 수신기 모듈로의 반환 경로에서의 광신호상에서 압축된다. 두 개 경로를 분리시키기 위해 사용된 RF 멀티플렉서는 다운링크 경로에서 업링크 신호의 80㏈ 이상 거부를 제공하는 5차 보수 저역/고역 일괄 필터(Mathei. G.L외 다수의 "Microwave filters, impedance matching networks and coupling structures"( McGraw Hill, 1964) 참조)와 함께 Wenzel(IEEE Trans. Microw Theory & Tech., 1968, MTT-16, 147-157)에 의해 설명된 타입의 보수 대역통과/대역소거 마이크로스트립 필터로부터 제조되었다.

변조기 바이어스는 업링크에서 최소 3차 상호변조를 위해 초기화 설정되었다(V_b=0.98V). 이러한 바이어스에서, 광섬유 손실을 포함하는 전기적 삽입 손실은 loss_downlink=43㏈ 및 loss_uplink=41㏈였고, DC 전력 소모는 1㎽ 미만이었다. 다운링크 RF 삽입 손실이 한방향 광손실의 크기와 같이 변화하는 반면, 업링크 RF 손실은 제 4 전력까지 한방향 광손실과 같이 변화한다. 따라서, 그것은 최대 링크 길이/삽입 손실을 정의하는 업링크이다.

BER(bit error ratio) 측정은 비디오 신호없이 두 개 방법-제 1 방법에서, 광삽입 손실은 도 8의 A지점에서 광감쇠기를 이용하여 변화되었다-을 이용하여 두 개 데이터스트림상에서 초기에 수행된다. 전기적 게인은 모뎀 복조기로의 일정한 입력 신호를 유지하기 위해 조정되었다. 제 2 방법에서, 광삽입 손실은 일정하게 유지되었고, 다른 비트 에너지/소음비를 자극하기 위해 복조기전에 가변 소음원이 삽입되었다.

도 10은 0㏈m의 RF 입력 레벨에서, 수신된 광전력 함수로서 표시된 양 링크에서의 측정된 BER을 나타내고 있다. 업링크에서 10^-8의 BER에서의 최소 수신된 전력은 이러한 변조 깊이에서 -27㏈m이고, 두 개 링크에서의 감도는 7.4㏈ 차이가 난다는 것을 알 수 있으며, 업링크는 좀더 민감하다(그러나 2배의 광섬유 감쇠 효과를 받는다). 이러한 차이는 EAM의 광 삽입손실과 (제로 광섬유 길이) RF 삽입 손실에서의 차이의 반을 더한 것과 같다는 것을 알 수 있다. E_b/N_o에 대한 BER이 모뎀에서의 연속적인 (전기적) 측정과 함께 도 11에 표시되어 있다. 이러한 곡선들은 이러한 구성에서 아날로그 EA 트랜스시버의 사용과 관련된 전력 페널티가 없다는 것을 명확하게 설명하고 있다(업링크는 작은 개선을 나타낸다).

마지막으로, BER 측정은 존재하는 Astra FM TV 신호와 함께 QPSK 신호로 이루어졌다. 레이저 전송기에 적용된 합성 RF 스펙트럼이 도 12에 도시되어 있다. 모뎀 QPSK 신호는 1.347㎓에서 명확하다. 또한 1.75㎓와 2㎓ 사이의 Astra 신호내 디지털 TV 채널이 현저하다. EAM 바이어스 전압은 -3.65V까지 증가되었고, QPSK 신호는 여러 신호사이의 최소 간섭을 보장하기 위해 -5㏈m까지 감소되었다. 이러한 감소된 RF 전력 레벨에서도, TV 신호로의 현저한 하락없이, 양쪽 링크에서 25㎞에 걸쳐 BER<10^-10이 되었다.

실시예 3

실시예 2에서 하나의 EAM이 다채널 FM 및 디지털 TV와 함께 높은 데이터율 채널을 전달하기 위해 저가 장치로서 "스타"형 네트워크 구조에서 사용될 수 있는 방법을 나타내었다. 본 실시예에서, 120Mb/s QPSK 채널을 전달하는, 하나의 광섬유, 양방향성 광버스 토폴로지 작동에서의 EAM의 사용을 나타내고 있다. 광버스는 두 개 CW 레이저에 의해 동력이 공급되어, 고가의 고속 레이터의 사용을 피할 수 있다. 잠재적으로, CW 레이저 소스의 비용은 액세스 노드에 위치한 사용자들 사이에서 공유된다. 또한, 모든 노드들이 연속적으로 연결되기 때문에, 버스는 임의의 탄력성 정도를 제공해야 한다. EAM은 이러한 응용을 위한 이상적인 후보가 된다:한 노드(Bbias=0볼트)에서의 동력공급 실패는 EAM을 실질적으로 투명한 광상태에서 작동하도록 하고, 따라서 네트워크의 잔여부분을 빈틈없이 둔다.

실헝: 도 13은 실험적인 구성을 나타내고 있다. 두 개 EAM(EAM1, EAM2)은 두 개 CW 광원(DFB1,DFB2)에 의해 종단에서 전력이 공급되는 공용 광버스를 공유하기 위해 트랜스시버로서 사용되었다. 론치된 광전력은 EAM1 및 EAM2 입력 포트에서 각각 +6㏈m(λ1=1560㎚) 및 +4㏈m(λ2=1550㎚)였다. 편파 제어기(PC n⁰ 1,2,3)는 양 EAM의 TM 모드 작동을 보장하도록 동조된다.

데이터 경로에서, 두 개 120Mb/s QPSK 데이터 채널이 사용되었다: 제 1 모뎀 신호는 1.347㎓(채널(1))의 중심 주파수까지 보다 높은 주파수로 변환되었고, 다른 모뎀 신호는 140㎒(채널(2))에서 집중되었다. 채널(1)(-3㏈m RF 구동전력)에서 λ1 변조된 EAM1은 λ2에서 EAM2로부터 채널(2)와 동시에 검출된다. 25㎞ 스텝 인덱스 광섬유에 걸친 전송후에, 동시적인 λ1에서의 채널의 검출 및 λ2에서의 채널(2)(-3㏈m 입력 RF 전력)의 변조는 듀플렉서/멀티플렉서를 통해 EAM2에 의해 수행된다. RF 멀티플렉서는 실시예 2에서 설명된 것과 동일하고, 각각의 노드에서 채널(1)과 채널(2) 사이의 >80㏈ 거부를 제공한다.

수신된 QPSK 신호의 최소 왜곡을 보장하기 위해, 변조기 바이어스는 EAM1 및 EAM2에서 각각 Vb1=-2.14V 및 Vb2=-3.68V로 설정되었다. 이러한 바이어스에서, 광삽입 손실은 EAM1 및 EAM2에서 각각 12㏈ 및 10㏈이 된다. 광섬유 손실을 포함하는 전기적 삽입 손실은 EAM1에서 EAM2까지 링크에서 42㏈였고, 반대 방향으로 44㏈였다. EAMs의 DC 전력 소모는 1㎽이하였다. 각각의 액세스 노드에서, 전기 증폭은 모뎀 변조기(-35㏈m)로 일정한 신호 레벨을 유지하도록 조정되었다. 마지막으로, 잡음 및 간섭 테스트 설정은 BER 측정대 Eb/No(비트 에너지/잡음비)를 수행하기 위해 사용되었다.

결과 및 논의: 도 14는 측정된 BER 곡선을 나타내고 있다. 연속적인 측정은 1.34㎓에서 다운-변환기(dots)로 제 1 업-변환기의 출력을 사용하여 수행된다. 이 링크에서 오류없는 전송이 관찰되었다. 그러나, EAM2상의 -3.68V 이하의 역방향 바이어스에서, 전력 페널티가 관찰될 수 있다. 도 16에서, 주어진 Eb/No율(Eb/No는 18㏈에서 유지되었다)에서, EAM2 출력(채널(1))에서 측정된 BER을 Vb2에 대비하여 표시하였다. 양쪽 곡선에서, Vbp=-3.68V에서 발생하는 불시의 구분점이 있다. |Vb2| < |Vbp|에서, DC 특성의 반응 기울기는 |Vb2| > |Vbp|에서보다 높고, 측정된 BER은 갑자기 현저하게 떨어진다. 신호 저하의 추가 증거가 두 개 세트의 바이어스에서 채널(1)상의 EAM2 출력에서 얻어진 RF 스펙트럼을 나타내는 도 16에 도시되어 있다.

Vb2 > -3.64V에서, 수신된 신호에서 왜곡이 관측될 수 있다. 이러한 왜곡은 두 개 효과의 중첩에 기인하는 것으로 알려졌다: 급경사 비선형성에 의해 생성된 채널(2)의 8번째 및 9번째 고조파의 존재 및 EAM2 광전류의 증가를 일으키는 역전파 광신호의 존재. 이것은 DFB2 또는 채널(2)이 오프된 경우 도 15a에서 도 15b로 변형된 관측 RF 스펙트럼인 것으로 확인되었다.

마지막으로, 버스 구조에서 EAM 연결을 특징짓기 위해, EAM을 통해 움직이는 데이터스트림의 변경을 조사할 수 있도록 구성을 변경했다. 새로운 구성에서, EAM1은 채널(2)만을 변조하기 위해 사용되었다. 양 채널은 25㎞ 광섬유에 걸친 전송후에, 동일한 RF 멀티플렉서, 동일한 광레이저 소스를 사용하고 바이어스를 일정하게 유지하여 EAM2에서 복원되었다. 오류없는 성능이 도 16에 도시된 바와 같이 성취될 수 있었다. 그러나, EAM1에서 발생되고 광섬유에 걸쳐 전송된 광고조파에 인한 것으로 생각되는 2㏈ 페널티가 있다.

버스 최적화: 이러한 페널티가 시스템의 추가적인 최적화로 사라지는 것으로 요구된다. 예를 들어, 채널(2)에서의 높은 캐리어 주파수의 선택은 이러한 응용(140㎒보다 1.1㎓)에서 더 적당했다. 또한, Vb1의 바이어스 최적화는 이러한 페널티를 감소시키는 것을 도왔다. 그러나, EAM의 높은 변조 효율성과 우수한 광검출 사이의 절충으로부터 발생되는 바이어스 동조에 제한이 있다.

당업자에게 명백한 바와 같이, 본 발명은 광범위한 응용중의 하나이다.

다른 코드가 각각의 통신 방향에서 사용되는 CDM(Code Division Multiplexing)(예를 들어, CDD(Code Division Duplexing))은 적어도 본 발명의 마이크로셀 실시예 및 수동(및 바이어스된) 피코셀에서 유용하게 사용될 수 있다. CDM은 또한 용이하게 원격 노드 또는 다중 기지국이 하나의 광섬유에 의해 지원되도록 허용한다.

현재, EAM은 일반적으로 매우 낮은 포화 한계값(또는 저전력 처리 능력)을 갖는다. 중앙제어국으로부터의 출력을 스플릿하기 위해 (수동) 스플리터(예를 들어, 광섬유 커플러)를 사용하므로써, 여러 변조기들 사이에서 하나의 강력한 광원을 공유하는 것이 가능하다. 명백하게, 변조기들은 아마도 하나의 피코셀을 책임지기 위해 함께 근접하여 모두 위치할 수 있거나, 또는 클러스터로 그룹화되거나 또는 넓은 영역에 걸쳐 분포될 수 있다.

옥내 응용

사무소

무선 사무소는 주로 사무소 이동으로 인한 재케이블화의 복잡성 및 비용이 매우 높아질 수 있기 때문에 오랫동안 데이터 통신 관리자를 위한 성배가 되어왔다. 사용자들은 또한 무선 작업-더 큰 이동성 및 걱정되는 보기흉한 케이블 절연튜브가 없다는 이익을 평가한다. 불행하게도, 본 무선 시스템의 저성능 및 고가는 이것이 기술이 향상됨에 따라 변화하기 시작했음에도 불구하고 사무소 내에서의 그 폭넓은 사용을 막았다. 몇 년동안, (5.2㎓에서 전송을 사용할) HIPERLAN 표준에 기초한 무선 시스템은 본 시스템보다 더 높은 데이터율을 제공할 것이고, 이러한 표준의 폭넓은 사용에 의해 발생된 대규모 시장의 결과로 비용이 매우 낮아질 것이 기대된다. 사무소내에서의 무선 음성 통신 또한 매우 흥미롭다. DECT(Digitally enhanced cordless telecommunications)와 같은 표준에 기초한 무선 PBX 시스템은 빌트인 로우밍(roaming) 능력 때문에 높은 이동성 정도를 허용한다. DCS1800과 같은 셀룰러 무선 시스템 또한 고정된 회선의 전하율에 근접한 전하율에서 사무소 환경내에 음성 통신을 제공하기 위해 사용될 수 있다.

순수하게 무선인 사무소는 셀룰러 및 무선 전화 및 무선 LAN 시스템의 결합을 이용할 것이다. 이러한 각각의 시스템은 최적의 위치 및 전력을 위해 신중하게 계획되어야하는 그 자신의 무선 기지장치를 요구한다. 반대로, 수동 피코셀 시스템은 하나의 전력이 공급되지 않은 무선 기지장치로부터의 이러한 모든 서비스를 제공할 수 있어야 한다. 일단 광섬유 하부구조가 제자리에 있으면, 수동 피코셀 무선 기지장치는 그들이 요구되는 때와 장소에 연결될 수 있다. 이것은 융통성 및 용이성면에서 많은 이익을 제공할 것이다. 이러한 무선 기지장치의 미래에 증명될 측면 또한 매우 강력한 상품의 강조점이 된다.

창고업 및 재소매

무선 LAN 시스템은 질질 끌리는 케이블의 부재가 명백하게 중요한 사안이 되는 창고업 응용을 위한 적소의 시장을 이미 찾고 있다. 따라서 이것은 수동 피코셀을 위한 이상적인 응용이 되고, 음성 통신을 위한 임의의 추가 요구로 통합될 수 있는 미래 증명된 서비스를 제공할 수 있다. 재소매 부문에서, 무선 시스템에 의해 제공된 융통성이 평가되기 시작한다. 예를 들어, 판매 설비의 전자 포인트는 상점의 배치가 변경되는 경우 쉽게 이동될 수 있다. 다시, 수동 피코셀은 미래 증명이 아마도 키 고려가 되는 통합 시스템내 이러한 무선 연결을 제공하기 위한 좋은 위치내에 있게 된다.

공항 중앙홀

공항 중앙홀은 오늘날의 피코셀-높은 요구의 작은 핫스폿(hotspot)의 좋은 예이다. 수동 피코셀의 미래 증명 용량 및 전체 서비스는 다시 이러한 응용에 이상적으로 적합하게 된다. 멀지 않은 미래에, 공항 허가는 공항을 통하는 여행객들을 '감시'하고 보안을 개선하기 위한 시도에서의 무선 태그 붙이기의 사용을 고려하고 있다. '수동 피코셀'은 또한 이러한 새로운 무선 시스템이 무선 기지장치에 의해 전달된 다른 장치에 부가될 수 있는 위치에서 수행할 역할을 가질 수 있다.

대부분의 흥미로운 응용중의 하나는 셀룰러 무선에 있는데, 특히 피코셀룰러 및 마이크로셀룰러 구조에서 그러하다. 종래의 셀룰러 무선 기지국은 각각의 기지국에 의해 처리될 수 있는 파장을 제한하는 동조된 RF 전력 증폭기를 포함한다. 용량을 이동하기 위한 새로운 파장의 할당은 증폭기 등의 대체/추가를 요구하고, 성취하기 위해서 명백하게 비교적 느리고, 고가이다. 또한, 그러한 기지국은 현저한 전력 소모를 갖는데, 그것은 일반적으로 주전력 공급장치에 전력 공급 정지 시간을 책임지기 위한 보완 배터리가 제공되어야 한다는 것을 의미한다. 이러한 제한의 결합된 효과는 그러한 기지국을 위한 최소 용량 및 무게가 비교적 높다는 것이다-기지국이 위치될 수 있는 사이트를 엄격하게 제한한다.

이러한 종래 접근에 대한 공지된 광섬유에 의한 무선 대안이 고정된 파장 문제를 잠재적으로 국복하고, 기지국에 요구된 최소 용량 및 무게를 현저하게 감소시키지만, 전력 공급 및 보완 배터리를 제공하는 문제점이 여전히 남아있게 된다.

본 발명은 기지국 전력 소모가 상당히 감소될 수 있도록 하고, 많은 경우에 완전히 제거한다. 따라서, 기지국에 요구된 최소 크기 및 용량을 추가로 감소시키는 것이 가능하게 된다. 사이트 기지국으로의 필연적인 더 큰 자유와 함께, 새로운 구조가 가능하게 된다. 용량이 실재 또는 요구된 요구 레벨에 따라 수동 기지국들 사이에서 중앙국에 의해 스위치되는 요구 구조상의 용량을 고려하는 것이 좀더 흥미롭게 된다.

철도역은 주 작업시간동안 용량이 상업적 또는 사업적 구역으로 스위치될 수 있는 피크 주기동안 임시 용량이 준비될 수 있다. 운동장 또는 다른 오락 설비는 요구될 때에 용량이 준비될 수 있다. 운동장은 고용량을 요구하는 옥외 응용의 좋은 예이다. 수동 피코셀 시스템에 의해 가능한 주문 용량제, 도는 동적 용량 할당의 개념을 설명하는 좋은 예이다. 일반적인 운동장은 많아야 시간의 몇 %동안의 주요 이벤트를 위해 사용된다. 종래 시스템은 귀중한 자원을 묶어두는 피크 요구를 위한 케이터로 전체적으로 장비화된 기지국을 제공할 필요가 있다. 수동 피코셀 시스템은 동적 기초상에서 요구되는 경우 용량을 스위치할 수 있다. 그래서 축구 경기가 진행중인 경우 수동 피코셀 기지장치는 하프타임 피크 요구를 위한 케이터로의 충분한 네트워크 용량과 연결되고, 운동장이 비는 경우, 동일한 네트워크 용량이 다른 위치에서 사용될 수 있다.

이러한 주문 용량제 개념은 예를 들어 약 대도시 주변과 같은 큰 규모에서 사용될 수 있다. 하루동안, 용량은 상기 도시로 전달될 수 있고, 밤에는 동일한 용량이 교외에 걸쳐 분산될 수 있다-다르게 말하자면 용량이 사람을 뒤따를 수 있다. 이러한 타입의 구조는 경제적인 비용으로 높게 집중된 용량 요구를 유일하게 만족시킬 수 있다. 다양한 최적화되지 않은 실시예들의 분포 범위로, 매우 넓게 분포된 사이트들 사이에서 용량을 교환하는 것이 가능해진다. 또한, 특히 (변조기의 포하를 피하기 위한) 기지국으로부터의 회귀 경로에서의 광증폭의 사용은 수동 기지국 접근으로부터 멀리 이동할 필요없이 이러한 시스템들의 범위를 확장하는 용이한 방법이 된다. 이러한 응용에서, 고가의 큰 규모인, 비교적 민감한 RF 장비는 양호한 환경에서 중앙국에 위치될 수 있다.

또한 본 발명은 하나의 기지국이 여러 시스템(GSM, DECT, 등)을 지원하는 것을 허용한다. FDM을 사용하면, 약 900㎒의 주파수를 사용하는 GSM, 약 1900㎒로 작동하는 DECT, 및 약 2.5㎓로 작동하는 현 무선 LAN 시스템의 조합과 같은 것을 지원하기 위해 하나의 기지국을 이용하는 것이 가능하다.

만일 모든 세 개 신호가 조합되고, 광섬유에 걸쳐 기지국으로 광학적으로 전달되며, 자유공간에 걸쳐 그로부터 방사되는 경우, 안테나 및 입력 스테이지는 높게 주파수 선택적이기 때문에 GSM 송수화기만이 GSM 신호에 응답할 것이고, 따라서 DECT 및 무선 LAN 신호를 거부할 것이다. 유사하게, 무선 LAN 및 DECT를 위한 관련 수신기는 그들의 신호에만 응답할 것이다. 중앙제어국은 그 각각의 네트워크와 연결된 무선 모뎀을 포함한다. 이러한 모뎀들은 무선 기지장치로 전송된 무선 신호를 제공한다. 각각의 무선 모뎀은 예를 들어 GSM, DECT, 또는 무선 LAN과 같은 특정 시스템과 관련되고, 그들의 신호는 전진 전송을 위해 결합된다. 도 19에 이것이 나타나 있다. 상기 도면 좌측의 중앙제어국은 다수의 무선 모뎀을 나타내고, 최근 생겨난 표준을 위한 것을 포함한다. 사무소 또는 거리 또는 공항 터미널이 될 수 있는 피코셀은 시스템간 간섭없이 모두 동시에 작동할 수 있어야 하는 터미널의 범위를 나타낸다.

옥외 응용

고정 무선 액세스

무선 로컬 루프로 알려진 고정 무선 액세스는 특히 현재의 오퍼레이터로부터 시장을 공유하려는 다른 허가된 오퍼레이터를 위해 서비스를 제공하는 경제적인 방법으로서 나타내어진다. BT 전망으로부터, 이것은 벤처 기업과의 연합을 위한 매력적인 옵션이 된다. 수동 피코셀 시스템은 범위가 그리 크지 않는한 이러한 타입의 응용에서 사용될 수 있다. 광섬유가 무선 DP(distribution point)로 확장되는 구조는 최대 200m 범위로 거리 간판대에 장착된 무선 기지장치를 볼 수 있고, 상기 범위는 추가적인 최적화로 수동 피코셀을 위해 예측된다. 이러한 배치는 고객 구내로 전선을 놓을 필요성을 없애고, 부적당한 환경에서 활성 전자를 이용하므로써 발생된 문제 또한 피할 수 있다. 이러한 무선 DPs는 또한 동시에 무선 또는 셀룰러 시스템을 위한 기지국의 역할을 할 수 있고, 주요 보너스는 이러한 기술에 찬성하여 경제를 촉진할 수 있다는 것이다.

가정으로의 광섬유는 종종 완전히 광대역 액세스 네트워크를 위한 궁극적인 목적으로서 언급되고, 장기간에 있어서의 액세스 매체 선택이 될 가능성이 많다. 수동 피코셀은 이러한 구조에서 중요한 역할 또한 한다. 일단 광섬유가 가정내에 설치되면, 수동 피코셀 기지장치는 추가적인 케이블 설치를 피하기 위해 사용될 수 있다. 이것은 명백하게 바람직한 목적이 된다. 기지장치는 예를 들어 가정에서 무선통신을 제공하기 위해 지붕으로 설치될 수 있다.

마이크로셀

마이크로셀 시스템은 셀룰러 네트워크상의 용량 요구를 만족시키기 위해 증가 추세로 채택되고 있다. 이러한 시스템들은 일반적으로 몇백 미터의 범위를 갖고, 기지국이 지붕 높이 아래에 있는 밀집된 도시 환경에서 사용된다. 그들은 저전력 레벨을 방사하고, 일반적인 적용범위는 도시의 거리가 될 수 있다. 빠르게 움직이는 자동차에서의 인계 문제를 피하기 위해, 이러한 예측못할 사건을 다루도록 설계되는 '우산(umbrella)' 피코셀을 갖는 계층적인 배치에서 사용될 것이다. 소형, 경량, 저가 및 비동력 기지국의 전망은 이러한 응용에서 명백하게 매력적이다. 이것은 기지사이트를 위한 건물 공간 임대 비용이 고가이고, 빌딩 소유주가 더욱더 셀룰러 오퍼레이터로의 그들의 가치를 인식하기 시작하기 때문에 특히 그러하다.

옥외 수동 피코셀 예는 최적화되지 않은 설치에서도 75미터의 범위를 가졌다. 그러한 범위 응용으로, 무선 "위험 지역(black spots)"내 효과적인 무선 적용범위를 제공하는 것이 완벽하게 실행가능하다. 수동 피코셀 기지국은 (주요 도시의 경제구역내에서 일반적으로 발견되는 것과 같은) 고속 증가 사무소구역, 또는 거리 또는 철도 터널내 모든 필요한 지점내에 제공될 수 있다. 이러한 접근은 특히 지하 철도역의 플랫포옴에 국부된 무선 적용범위를 제공하는 수단으로 적당하다. 명확하게 사무소 구역, 쇼핑복합관 등을 위해, 본 발명에 따른 피코셀룰러 접근이 흥미를 끈다.

온도 감지

현 장치는 온도에 민감하다. 옥내 응용에서, 이것은 중요하지 않지만, 옥외 응용에서는 심각한 관련이 있다. 현재 적절한 해결방안은 광원과 관련되고, 이것은 (EAM 작동 파장으로의 변화가 소스 대역폭내에 포함되도록) 광대역이 되거나 또는 (수동 피코셀의 루트된 버전으로 구형하기 위한 간단한) 제어 루프를 이용하여 EAM 작동 파장을 탐지할 수 있다.

EAM대신, (예를 들어 인듐 인화물등으로 만들어진) 비대칭 FP(Fabry Perot) 변조기를 이용하는 것이 가능하다. 이러한 경우, 변조는 동조 피크와 오프피크 사이에서 (일반적으로 FP 캐비티내 재료의 굴절률을 변화시키므로써) 변조기를 동조하여 이뤄진다. 그 비대칭성이 다른 굴절율을 갖는 그 두 개 반사기에 기인하는 그러한 장치가 반사에 사용된다.

본 명세서의 시작에서 나타낸 바와 같이, 본 발명은 다양한 측면에서 수백 ㎒에서 ㎜ 파장대역까지의 주파수를 갖는 무선 및 마이크로웨이브 시스템에 적용가능하다. 예를 들어, 본 발명은 60㎓ 무선 LANs(예를 들어 120 Mbit/s)까지뿐만 아니라 5.5㎓를 이용할 HIPERLAN 표준에 적용가능하다. 본 발명은 예를 들어 군사 및 다른 항공기상의 안테나에 보내기 위해 단계화된 어레이 및 다른 레이다로 동일하게 적용될 수 있다. 또한, 상기로부터 명백한 바와 같이, 본 발명은 일부 측면에서, 예를 들어 베이스밴드와 같은 초저주파수로 적용될 수 있다.

Claims

광통신 시스템에서 제 1 노드와 하나 또는 그 이상의 추가 노드간의 통신 방법에 있어서,

ⅰ) 상기 제 1 노드에서, 광섬유 링크에 걸쳐 제 1 추가 노드로부터 전송된 광신호를 수신하는 단계;

ⅱ) 상기 제 1 노드에서, EAM(electro-absorption modulator)를 이용하여 광신호를 검출하여, 상기 광신호에 의해 전달된 정보를 나타내는 전기신호를 생성하는 단계; 및

ⅲ) 상기 EAM를 이용하여, 수신된 광신호에 정보-전달 변조를 부과하여, 변조된 광신호를 광섬유 링크로 공급하여 제 2 추가 노드로 전송하는 단계로 이루어지고,

상기 단계 ⅱ) 및 상기 단계 ⅲ)은 동일한 DC 작동 조건에 의한 EAM를 이용하여 처리되는 것을 특징으로 하는 광통신 시스템에서 제 1 노드와 하나 또는 그 이상의 추가 노드간의 통신방법.
제 1 항에 있어서,

상기 단계 ⅱ) 및 상기 단계 ⅲ)는 동시에 처리되는 것을 특징으로 하는 광통신 시스템에서 제 1 노드와 하나 또는 그 이상의 추가 노드간의 통신방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 추가 노드 및 상기 제 2 추가 노드는 싱글 노드인 것을 특징으로 하는 광통신 시스템에서 제 1 노드와 하나 또는 그 이상의 추가 노드간의 통신방법.
제 1 항에 있어서,

상기 전기신호는 RF 또는 마이크로파 신호인 것을 특징으로 하는 광통신 시스템에서 제 1 노드와 하나 또는 그 이상의 추가 노드간의 통신방법.
제 4 항에 있어서,

상기 전기신호는 안테나에 인가되는 것을 특징으로 하는 광통신 시스템에서 제 1 노드와 하나 또는 그 이상의 추가 노드간의 통신방법.
제 5 항에 있어서,

상기 단계 ⅲ)에서, 상기 정보-전달 변조는 RF 또는 마이크로파 신호인 것을 특징으로 하는 광통신 시스템에서 제 1 노드와 하나 또는 그 이상의 추가 노드간의 통신방법.
제 6 항에 있어서,

상기 정보-전달 신호는 안테나로부터 제공된 RF 또는 마이크로파 신호인 것을 특징으로 하는 광통신 시스템에서 제 1 노드와 하나 또는 그 이상의 추가 노드간의 통신방법.
제 7 항에 있어서,

상기 정보-전달 신호를 제공하는 동일한 안테나에 상기 전기신호가 인가되는 것을 특징으로 하는 광통신 시스템에서 제 1 노드와 하나 또는 그 이상의 추가 노드간의 통신방법.
제 4 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 단계 ⅱ) 및 상기 단계 ⅲ)는 RF 또는 마이크로파 기지국 또는 분산 지점에서 처리되는 것을 특징으로 하는 광통신 시스템에서 제 1 노드와 하나 또는 그 이상의 추가 노드간의 통신방법.
제 9 항에 있어서,

상기 기지국은 사용중에 GSM 및 DECT 시스템을 지원하는 것을 특징으로 하는 광통신 시스템에서 제 1 노드와 하나 또는 그 이상의 추가 노드간의 통신방법.
광통신 네트워크에서 사용하기 위한 터미널에 있어서,

상기 터미널은 광입력 포트, 광출력 포트, 및 전기적 접촉부를 갖는 EAM을 구비하고 - 여기서 전기 제어신호는 상기 전기적 접촉부를 통해 상기 EAM으로 인가됨 - ,

또한, 상기 터미널은,

상기 광네트워크로부터 광입력을 수신하여 상기 광입력을 상기 EAM의 광입력 포트로 공급하기 위해 상기 광네트워크와 연결하기 위한 광입력 포트,

상기 EAM의 광출력 포트로부터 상기 광네트워크로 광신호를 전달하기 위해 상기 광네트워크와 연결하기 위한 광출력 포트,

상기 EAM의 광입력 포트에서 수신된 광입력이 상기 EAM에 의해 부과된 변조를 수반하여 상기 EAM의 광출력 포트로부터 출력되도록, 상기 EAM에 대한 전기 입력신호의 인가를 허용하기 위해 상기 EAM의 전기적 접촉부와 연결되는 전기 입력수단, 및

상기 EAM의 광입력 포트에서의 광입력 신호의 상기 EAM에 의한 수신 결과로서 상기 EAM에 의해 생성된 전기 신호를 출력하기 위해 상기 EAM의 전기적 접촉부와 연결된 전기 출력수단을 갖고,

상기 EAM의 광입력 포트에서의 광입력 신호의 상기 EAM에 의한 수신 결과로서 상기 EAM에 의해 생산된 전기 신호와 상기 EAM으로의 전기 입력신호 사이의 간섭이 최소화되는 레벨에서 상기 EAM을 바이어스하기 위한 전력 공급부를 구비하는 것을 특징으로 하는 광통신 네트워크용 터미널.
제 11 항에 있어서,

상기 터미널의 전기적 접촉부는 고객 구내 장비의 아이템, 모뎀, 추가 통신 네트워크, 또는 안테나와 연결되는 것을 특징으로 하는 광통신 네트워크용 터미널.
광통신 네트워크의 제 1 부분으로부터 입력 광신호를 검출하는 동안 동시에 상기 광통신 네트워크의 추가 부분으로 전송되는 상기 입력 광신호를 변조하는 EAM를 구비하는 원격 터미널을 포함하는 것을 특징으로 하는 광통신 네트워크.
제 13 항에 있어서,

상기 광통신 네트워크는 주파수 분할 다중전송방식 시스템을 사용하는 것을 특징으로 하는 광통신 네트워크.
제 11 항 내지 제 12 항 중의 어느 한 항에 따른, 직렬로 연결된 복수의 터미널을 구비하는 것을 특징으로 하는 광통신 네트워크.
무선 또는 마이크로파 분산 지점 또는 기지국에 있어서,

광입력 포트, 광출력 포트, 및 전기적 접촉부를 갖는 EAM - 여기서, 전기 제어신호는 상기 전기적 접촉부를 통해 상기 EAM으로 인가됨 - ,

무선 주파수 또는 마이크로파 신호의 자유 공간 전송의 수신을 위한 제 1 안테나 수단,

무선 주파수 또는 마이크로파 신호의 자유 공간 전송을 위한 제 2 안테나 수단,

광입력을 수신하여 상기 EAM의 광입력 포트로 공급하기 위해 광섬유 공급부에 연결되는 광입력 포트, 및

출력 광섬유에 연결되고, 상기 EAM의 광출력 포트로부터의 광신호를 전달받기 위한 광출력 포트를 구비하고,

상기 제 1 안테나 수단은 상기 EAM의 광입력 포트에서 수신된 광입력이 상기 EAM에 의해 부과된 변조를 수반하여 상기 EAM의 광출력 포트로부터 출력되도록, 상기 제 1 안테나 수단에 의해 수신된 무선 주파수 또는 마이크로파 신호를 상기 EAM의 전기적 접촉부로 인가하기 위해 상기 EAM의 전기적 접촉부와 동작가능하게 연결되며,

상기 제 2 안테나 수단은 상기 EAM의 광입력 포트에서의 광입력 신호의 EAM에 의한 수신 결과로서 상기 EAM에 의해 생성된 무선 또는 마이크로파 신호를 출력하기 위해 상기 EAM의 전기적 접촉부에 작동가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 기지국.
제 16 항에 있어서,

제 1 및 제 2 안테나 수단은 싱글 안테나에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 기지국.
제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,

상기 EAM의 광출력 포트 및 광입력 포트는 공용이고, 상기 EAM는 반사 모드로 작동하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 기지국.
제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,

상기 기지국의 광출력 포트 및 광입력 포트는 광신호가 사용중에 양방향으로 통과할 싱글 광섬유 공급부와의 연결을 허용하기 위해 공용이 되는 것을 특징으로 하는 기지국.
제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,

상기 기지국의 광입력 및 광출력 포트는 각각 상기 광입력 포트로부터 광입력을 수신하고 광출력포트로 광신호를 출력하기 위해 광섬유와 작동가능하게 연결되며, 상기 광섬유는 광신호의 소스와 작동가능하게 연결되고, 상기 소스는 광신호를 제공하도록 구성되며, 상기 광신호는 상기 EAM에 의해 검출가능하고, 상기 제 2 안테나 수단에 의한 방사에 적당한 무선 또는 마이크로파 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국.
제 20 항에 있어서,

상기 광신호 소스는 제 1 파장 λ1의 상기 광신호를 제공하고, 또한 상기 EAM가 변조할 수 있는 파장 λ2을 갖는 광 캐리어를 제공하며, λ1은 λ2보다 짧은 것을 특징으로 하는 기지국.
제 20 항에 있어서,

상기 기지국은 예를 들어 DECT, GSM, 및 무선 LAN중의 적어도 2개 시스템을 위한 무선 또는 마이크로파 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 기지국.
무선 전송시스템을 위한 안테나 설비부에 있어서,

RF 신호의 전송 및 수신을 위한 안테나 수단;

광입력 및 광출력 포트; 및

광입력 포트와 광출력 포트 사이의 광 경로에 배치되고, 상기 안테나 수단과 작동가능하게 연결되며, 사용중에 상기 안테나 수단으로부터 RF 신호를 수신하여 상기 입력 포트를 통해 수신되고 상기 출력 포트로 전송되는 광에 대해 대응하는 변조를 부과하도록 배치되는 EAM을 포함하고,

상기 EAM은 사용중에 상기 입력 포트를 통해 광신호를 수신하도록 배치되고, 상기 안테나 수단과 작동가능하게 연결되며, 이로써 상기 광신호내에 존재하는 RF 변조는 상기 안테나 수단과 연결되어 그 후 상기 안테나 수단으로부터 방사되는 것을 특징으로 하는 무선 전송시스템용 안테나 설비부.
제 23 항에 있어서,

상기 안테나 수단은 수신 및 전송 모두를 지원하는 싱글 안테나를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 전송시스템용 안테나 설비부.
제 23 항에 있어서,

상기 안테나 수단은 적어도 2개의 안테나를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 전송시스템용 안테나 설비부.
제 25 항에 있어서,

수신 및 전송을 위해 서로 다른 안테나가 제공되는 것을 특징으로 하는 무선 전송시스템용 안테나 설비부.
제 23 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 터미널은 기지국 또는 중앙국으로부터 원격에 위치하고, 사용중에 상기 터미널을 기지국 또는 중앙국에 연결하는 광섬유상에서 기지국 또는 중앙국으로부터 RF 신호를 수신하며, RF 신호는 상기 터미널의 안테나 수단으로부터 연속적으로 방사되는 것을 특징으로 하는 무선 전송시스템용 안테나 설비부.
제 23항 내지 제 26항 중 어느 한 항에 따른 복수의 안테나 설비부로 이루어지는 이동 무선 시스템.
제 16 항 또는 제 17 항에 따른 복수의 제 1 기지국;

제 16 항 또는 제 17 항에 따른 복수의 제 2 기지국;

복수의 개별적인 제 1 및 제 2 지원 지리영역;

광 캐리어 생성기 및 무선 주파수 신호를 상기 광 캐리어에 부과하는 수단을 포함하는 광소스 수단;

광 캐리어 및 부과된 무선 주파수 신호를 상기 복수의 제 1 기지국으로 공급하기 위한 하나 이상의 광섬유 링크의 제 1 그룹;

광 캐리어 및 부과된 무선 주파수 신호를 상기 복수의 제 2 기지국으로 공급하기 위한 하나 이상의 광섬유 링크의 제 2 그룹; 및

광섬유 링크의 제 1 그룹과 제 2 그룹 사이 및 상기 복수의 제 1 기지국과 복수의 제 2 기지국 사이에서 상기 캐리어를 선택적으로 스위치하기 위한 스위칭 수단으로 이루어지고,

상기 광소스 수단은 관련된 다수의 기지국상의 요구의 실제 또는 예측 레벨에 따라 상기 광섬유 링크의 제 1 그룹과 제 2 그룹 사이에서 스위칭하므로써 상기 복수의 제 1 기지국과 제 2 기지국 사이에서 공유되는 것을 특징으로 하는 셀룰러(cellular) 무선 시스템.
제 29 항에 있어서,

상기 복수의 제 1 기지국은 관련된 셀룰러 무선 트래픽 레벨이 하루 중 처음으로 최대가 되기 쉬운 하나 이상의 사이트 또는 지리적 영역을 지원하고, 상기 복수의 제 2 기지국은 관련된 셀룰러 무선 트래픽 레벨이 하루 중 처음이 아닌 두번째로 최대가 되기 쉬운 하나 이상의 사이트 또는 지리적 영역을 지원하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선 시스템.