KR100692194B1 - 파장분할 다중화 기반의 라디오 오버 파이버 시스템용 전광업 컨버터 - Google Patents

파장분할 다중화 기반의 라디오 오버 파이버 시스템용 전광업 컨버터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 파장분할 다중화 기반의 라디오 오버 파이버 시스템용 전광 업 컨버터에 관한 것으로, 차세대 광대역 무선 서비스를 제공할 수 있는 라디오 오버 파이버 시스템용 전광 업 컨버터에 관한 것이다. 본 발명은 파장분할 다중화를 위한 다 파장의 광 신호원에 RF 신호원으로부터의 RF 신호를 실어 원하는 주파수 간격을 갖는 광 LO(Local Oscillator) 신호를 생성하는 광 변조기와, 광 데이터 신호가 입력되면 교차흡수 변조 현상을 이용한 파장 변환을 통해 광 LO 신호에 광 데이터 신호를 실어서 파장 변환된 광 LO 신호를 출력하는 전계흡수 변조기를 포함하며, 전계흡수 변조기의 교차흡수 변조 현상을 이용한 파장변환 기술을 활용하여 파장분할 다중화에 기반을 둔 라디오 오버 파이버 시스템에 적합한 전광 업 컨버터를 제공함으로써, 시스템 링크 구성시 기지국을 간단하게 구현할 수 있도록 하여 저가의 시스템 비용을 유도하며, 또한 넓은 파장 영역, 전체 파장 영역에서의 넓은 의사 자유 동적 범위, 그리고 안정적인 위상잡음 특성에 의해 기존의 광통신망과의 연동에 있어서 안정적인 전송 특성을 보장할 수 있는 이점이 있다.
파장분할 다중화, 라디오 오버 파이버, 업 컨버터, 전계흡수 변조기

Description

파장분할 다중화 기반의 라디오 오버 파이버 시스템용 전광 업 컨버터{ALL-OPTICAL UP-CONVERTER FOR A WDM-BASED RADIO OVER FIBER SYSTEM}
도 1은 본 발명에 따른 전광 업 컨버터를 이용하여 구현한 파장분할 다중화 기반의 라디오 오버 파이버 시스템의 블록 구성도,
도 2는 도 1의 라디오 오버 파이버 시스템에서 집중국의 블록 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 전광 업 컨버터의 동작 실시 예를 나타낸 개념도,
도 4는 본 발명에 따른 전광 업 컨버터의 동작 실시 예를 나타낸 측정 결과도,
도 5는 본 발명에 따른 전광 업 컨버터의 의사자유 동적범위 특성 변화를 나타낸 측정 결과도,
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 전광 업 컨버터의 파장 변화에 따른 무선 신호의 크기변화를 나타내는 측정 결과도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
130 : 전광 업 컨버터 131 : 외부 RF 신호원
132 : 광 변조기 133, 134 : 광 증폭기
135 : 광 써큘레이터 136 : 전계흡수 변조기
137 : 광 아이솔레이터
본 발명은 파장분할 다중화(Wavelength Division Multiplexing, WDM) 기반의 라디오 오버 파이버 시스템용 전광 업 컨버터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차세대 광대역 무선 서비스를 제공할 수 있는 라디오 오버 파이버(Radio over Fiber, RoF) 시스템 링크 구성시 기지국을 간단하게 구현할 수 있는 전광 업 컨버터에 관한 것이다.
주지와 같이, 무선 시스템 설계에 있어서 높은 주파수의 공기 중 손실을 고려하면 결과적으로 무선 시스템에서의 각 기지국이 포함할 수 있는 셀 크기(cell size)가 작아지게 되며, 시스템 내에서 다수의 피코셀(picocell)을 포함하기 위해 많은 수의 기지국을 필요로 하게 된다.
따라서, 마이크로파(Micro-wave) 혹은 밀리미터파(millimeter-wave)를 사용한 광대역 무선 통신 링크 구성에 있어서 기존의 기지국은 높은 동작 주파수의 RF 혼합기(RF-mixer) 혹은 RF 증폭기(RF-amplifier)와 같은 고가의 부품을 다수의 기지국에 사용하여야 하며, 이로 인해 시스템 구성시 가격면에서 큰 부담을 갖게 된다. 또한 광학적 방법을 사용한 경우와 비교하여 상대적으로 낮은 통신 대역폭을 갖게 된다.
대역폭 및 시스템 가격 문제를 해결하기 위해 광학적 방법을 통해 무선 주파수를 생성하고 이를 다수의 기지국에 공급하는 방법이 제안되었는데, 이와 같이 광 대역 및 저손실의 특성을 다수의 기지국에 제공하는 방법 중의 하나가 전광 업 컨버터이다.
종래 기술로서 반도체 광 증폭기(semiconductor optical amplifier, SOA)의 교차 위상 및 교차 이득 변조 현상을 이용한 업 컨버터가 제안되었으나, 이 방법의 경우 모든 기지국에 반도체 광 증폭기를 설치하여야 하고, 반도체 광 증폭기의 동작을 위해서 온도 및 전류 공급 장치를 추가적으로 설치해야 하는 부담을 갖게 된다. 또한, 기존의 광통신망과의 연동을 고려할 경우 파장 범위가 반도체 광 증폭기의 대역 특성에 의해 제한되는 문제점이 있다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안한 것으로, 전계흡수 변조기(electro absorption modulator, EAM)의 교차흡수 변조 현상을 이용한 파장변환 기술을 활용하여 파장분할 다중화에 기반을 둔 라디오 오버 파이버 시스템에 적합한 전광 업 컨버터를 제공함으로써, 시스템 링크 구성시 기지국을 간단하게 구현할 수 있도록 하여 저가의 시스템 비용을 유도하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 넓은 파장 영역, 전체 파장 영역에서의 넓은 의사 자유 동적 범위, 그리고 안정적인 위상잡음 특성에 의해 기존의 광통신망과의 연동에 있어서 안정적인 전송 특성을 보장할 수 있도록 하는 데 있다.
이와 같은 목적들을 실현하기 위한 본 발명에 따른 파장분할 다중화 기반의 라디오 오버 파이버 시스템용 전광 업 컨버터는, 차세대 광대역 무선 서비스를 제공할 수 있는 라디오 오버 파이버 시스템용 전광 업 컨버터로서, 파장분할 다중화 를 위한 다 파장의 광 신호원에 RF 신호원으로부터의 RF 신호를 실어 원하는 주파수 간격을 갖는 광 LO(Local Oscillator) 신호를 생성하는 광 변조기와, 광 데이터 신호가 입력되면 교차흡수 변조 현상을 이용한 파장 변환을 통해 광 LO 신호에 광 데이터 신호를 실어서 파장 변환된 광 LO 신호를 출력하는 전계흡수 변조기를 포함한다.
본 발명의 실시 예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이 실시 예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 보다 잘 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 전광 업 컨버터를 이용하여 구현한 파장분할 다중화 기반의 라디오 오버 파이버 시스템의 블록 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 라디오 오버 파이버 시스템은, 하나의 집중국(central station)(1)과 다수의 기지국(base station)(2)이 광섬유(3)로 연결되며, 집중국(1)과 기지국(2)의 사이에는 하나의 광섬유(3)를 다수의 기지국(2)이 공유하기 위해 수동 분배기(4)가 배치된다.
각 기지국(2)에서는 신호의 검출과 증폭에 사용되는 광 검출기(21), 증폭기(22), 기지국(2)에 할당된 파장을 선택하는 광학 대역통과 필터(23) 그리고 안테나(24)로 구성되며, 본 발명에 의한 전광 업 컨버터(130)는 집중국(1)에 위치하게 된다.
도 2는 도 1에 도시된 라디오 오버 파이버 시스템에서 집중국(1)의 블록 구 성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 집중국(1)은, 집중국(1) 자체에서 혹은 외부 광통신망으로부터의 데이터를 선택적으로 연결하는 광학 스위치(optical switch)(110), 집중국(1) 자체에서 다수의 기지국(2)에 분배되는 파장분할 다중화(WDM)를 위한 광 신호원(120)과, 광학 스위치(110)를 통해 입력되는 광 데이터 신호를 무선 주파수 대역으로 올려 기지국(2)으로 전송하는 전광 업 컨버터(130)를 포함한다. 광 신호원(120)은 스펙트럼 활용도 증가 및 대역 용량 확장의 목적으로 다수의 파장(λ1, λ2, …,λn)을 사용한다.
전광 업 컨버터(130)는 파장분할 다중화를 위한 다 파장의 광 신호원(120)에 RF 신호원(131)으로부터의 RF 신호를 실어 원하는 주파수 간격을 갖는 광 LO(Local Oscillator) 신호를 생성하는 광 변조기(132)와, 광 변조기(132)에서 생성된 다 파장의 광 LO 신호를 증폭하는 제 1 광 증폭기(133)와, 광학 스위치(110)를 통해 입력되는 광 데이터 신호를 증폭하는 제 2 광 증폭기(134)와, 광 데이터 신호가 광 써큘레이터(circulator)(135)를 거쳐 입력되면 교차흡수 변조 현상을 이용한 파장 변환을 통해 광 LO 신호에 광 데이터 신호를 실어서 파장 변환된 광 LO 신호(데이터가 실린 광 LO 신호)를 다시 광 써큘레이터(135)를 통해 기지국(2)으로 전송하는 전계흡수 변조기(EAM)(136)와, 제 1 광 증폭기(133)로부터 전계흡수 변조기(136)로의 방향으로만 광 신호가 전달되도록 하는 광 아이솔레이터(137)를 포함하여 구성된다.
광 써큘레이터(135)는 제 2 광 증폭기(134)로부터 입력되는 광 데이터 신호를 전계흡수 변조기(136)로 제공하고, 전계흡수 변조기(136)로부터 입력되는 파장 변환된 신호를 광 데이터 신호와 분리시켜 외부로 출력, 즉 기지국(2)으로 전송한다. 제 1, 2 광 증폭기(133, 134)는 에르븀 도프 광섬유 증폭기(erbium doped fiber amplifier, EDFA)로 구현한다.
도면 중 미설명 부호인 (140)은 전송하고자 하는 광신호를 할당된 파장에 인가하는 분포귀환형 레이저다이오드(distributed feed back laser diode, DFB-LD)이다.
도 3은 본 발명에 따른 전광 업 컨버터의 동작 실시 예를 나타낸 개념도이다.
(a)와 같이 낮은 주파수의 신호(fIF)가 광학 IF(Intermediate Frequency, 중간 주파수) 신호(λIF)에 실려서 광 써큘레이터(135)를 통해 전계흡수 변조기(136)로 입력된다. 전계흡수 변조기(136)에서는 광학 IF 파장에 실린 신호가 LO 주파수 만큼의 간격을 갖는 광 LO 신호에 교차흡수 변조현상을 이용한 파장 변환기술(wavelength conversion)을 통해 실리게 된다. 이때 같은 위상변화를 겪는 신호간격의 광원을 만들어 내기 위해 동일 광원을 사용해 광 변조기(132)의 DSB-SC(double sideband-suppressed carrier) 변조 방식을 사용하고 이를 위해 외부 RF 신호원(131)은 원하는 LO 주파수 간격(fLO)의 절반 주파수(fLO/2)의 RF 신호원을 사용한다. 이처럼 전계흡수 변조기(136)에서 파장 변환된 (b)와 같은 신호는 다시 광 써큘레이터(135)를 통해 최종적으로 기지국(2)으로 보내진다.
이후, 기지국(2)의 광검출기(21)에서 검출되면 (c)와 같은 최종 주파수 스펙트럼과 같이 전기적 IF 신호가 LO 주파수를 중심으로 양쪽의 사이드 밴드(double sideband, DSB)가 형성된다. 다시 말해 전기적 IF 신호가 LO 주파수보다 높은 주파수 대역으로 올려지게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 전광 업 컨버터의 동작 실시 예를 나타낸 측정 결과도이다.
도 4에서 (a)는 fLO/2 = 12.5 GHz의 RF 신호를 통하여 광 LO 신호를 만들고 이를 1.0 GHz의 IF 신호를 사용하여 전광 업 컨버터(130)를 통과한 후 기지국(2)의 광 검출기(21)에서 검출된 스펙트럼이다. 스펙트럼은 1.0 GHz의 신호가 광학적 방법을 통해 기지국(2)에서 26 GHz의 (USB) 신호로 올려 졌음을 보여준다. (b)는 전계흡수 변조기(136)를 통해 높은 주파수로 올려진 신호의 위상잡음 특성을 보여준다. (c)는 전광 업 컨버터(130)를 거치기 전의 광 LO 신호 자체의 위상 잡음 특성을 보여준다. 전계흡수 변조기(136)를 이용한 업 컨버젼 전후의 위상잡음을 비교하여보면 중심주파수로부터 10 kHz 옵셋에서의 위상잡음이 업 컨버젼 후에도 -76.83 dBC/Hz의 값으로 유지됨을 보이며 위상 잡음 특성이 심하게 악화되지 않는다.
도 5는 광 LO 신호의 파장을 1535∼1565 nm의 영역에서의 의사자유 동적범위(spurious free dynamic range, SFDR) 특성 변화를 나타낸다. 30 nm의 C-밴드(C-band) 파장 영역에서 73.80 dB-Hz2/3(-141.5 dBm/Hz를 잡음 레벨로 했을 경우) 이상 의 의사자유 동적범위를 보인다. 다양한 응용을 위한 라디오 오버 파이버 무선 시스템에서 72 dB-Hz2/3 이상의 의사자유 동적범위를 요구하고 있으며 본 발명에서는 넓은 파장에서 요구되는 값 이상의 충분히 넓은 의사자유 동적범위를 보여주고 있다. 전계흡수 변조기(136) 자체의 넓은 동작 파장 특성을 고려하면 광 증폭기의 대역이 허용되는 한도 내에서 넓은 동작 파장영역을 제공할 수 있다. 따라서 본 발명에서 그러한 넓은 파장 영역의 특징을 활용해 파장분할 다중화에 기반을 둔 라디오 오버 파이버 시스템의 응용에 있어 유리하게 된다.
도 6a는 IF 파장 변화에 따른 업 컨버젼된 신호의 광 검출기(21)를 거친 후 전기 신호 크기의 변화를 보여주며, 도 6b는 LO 파장 변화에 따른 업 컨버젼된 신호의 광 검출기(21)를 거친 후 전기 신호 크기의 변화를 보여준다. 1535∼1565 nm의 영역에서 IF 파장의 변화는 전체 시스템의 동작에 큰 영향을 주지 않음을 보인다. 기존 통신망과의 연동을 위해 이런 다양한 IF 파장의 수용 특성이 중요하며, 본 발명에서는 그러한 특성에 있어서 안정적인 동작을 보인다. 또한 각 기지국(2)으로 특정 파장을 할당하는 정적 파장 할당(static wavelength allocation)을 고려할 경우 LO 파장 변화에 따른 RF 신호의 파워 변화는 기지국(2)에서 적절한 RF 이득(gain)을 보장하는 방법으로 보상하여 시스템에 응용할 수 있다. 이 경우 도 5의 의사자유 동적범위를 함께 고려할 경우 전체 파장영역에서 업 컨버터로 사용할 수 있음을 알 수 있다.
지금까지 본 발명의 일 실시 예에 국한하여 설명하였으나 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하다. 이러한 변형된 실시 예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 당연히 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
전술한 바와 같이 본 발명은 전계흡수 변조기(EAM)의 교차흡수 변조 현상을 이용한 파장변환 기술을 활용하여 파장분할 다중화에 기반을 둔 라디오 오버 파이버 시스템에 적합한 전광 업 컨버터를 제공함으로써, 시스템 링크 구성시 기지국을 간단하게 구현할 수 있도록 하여 저가의 시스템 비용을 유도한다.
또한, 넓은 파장 영역, 전체 파장 영역에서의 넓은 의사 자유 동적 범위, 그리고 안정적인 위상잡음 특성에 의해 기존의 광통신망과의 연동에 있어서 안정적인 전송 특성을 보장할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 차세대 광대역 무선 서비스를 제공할 수 있는 라디오 오버 파이버 시스템용 전광 업 컨버터로서,
    파장분할 다중화를 위한 다 파장의 광 신호원에 RF 신호원으로부터의 RF 신호를 실어 원하는 주파수 간격을 갖는 광 LO(Local Oscillator) 신호를 생성하는 광 변조기와,
    상기 광 변조기에서 생성된 다 파장의 광 LO 신호를 증폭하는 제 1 광 증폭기와,
    입력되는 광 데이터 신호를 증폭하는 제 2 광 증폭기와,
    상기 광 데이터 신호가 입력되면 교차흡수 변조 현상을 이용한 파장 변환을 통해 상기 증폭한 광 LO 신호에 상기 광 데이터 신호를 실어서 파장 변환된 광 LO 신호를 출력하는 전계흡수 변조기와,
    상기 제 2 광 증폭기로부터 입력되는 상기 광 데이터 신호를 상기 전계흡수 변조기로 제공하고, 상기 전계흡수 변조기로부터 입력되는 상기 파장 변환된 광 LO 신호를 상기 광 데이터 신호와 분리시켜 외부로 출력하는 광 써큘레이터
    를 포함하는 파장분할 다중화 기반의 라디오 오버 파이버 시스템용 전광 업 컨버터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전광 업 컨버터는, 상기 제 1 광 증폭기로부터 상기 전계흡수 변조기로의 방향으로만 광 신호가 전달되도록 하는 광 아이솔레이터
    를 더 포함하는 파장분할 다중화 기반의 라디오 오버 파이버 시스템용 전광 업 컨버터.
  4. 삭제
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