KR100839271B1 - 밀리미터파의 양방향 통신장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반사형 반도체 광 증폭기를 이용한 파장분할다중화 수동형 광 네트워크에서 광 헤테로다인 신호를 사용하여 기본적인 기저대역 데이터의 광대역 전송 서비스를 제공하고, 60㎓ 광대역의 양방향 무선통신망을 쉽게 구현한다.
본 발명에 따르면, 중앙국에서 제 1 광섬유 케이블을 통해 전송하는 제 1 광신호 및 제 2 광신호를 광 서큘레이터가 수신하여 반사형 반도체 광 증폭기로 전달한다. 반사형 반도체 광 증폭기는 제 1 광신호 및 제 2 광신호를 광변조하고, 광 서큘레이터로 반사시키며, 반사형 반도체 광 증폭기로부터 광 서큘레이터를 통해 전달되는 제 1 광신호 및 제 2 광신호를 광신호 수신부가 검출한다. 검출한 제 1 광신호를 다이플렉서가 안테나를 통해 송신한다. 그리고 안테나를 통해 수신되는 데이터를 다이플렉서가 분리하고, 분리한 수신 데이터를 광신호 송신부가 광신호 수신부에서 검출된 60GHz 신호와 혼합한 후 반사형 반도체 광 증폭기와 제 2 광섬유 케이블을 통해 중앙국으로 전송한다.
밀리미터파, 광 헤테로다인, 반사형 반도체 광 증폭기, ISM, 60㎓, WPAN
Description
도 1은 일반적인 광대역 통신망의 기본 개념을 설명하기 위한 도면,
도 2는 일반적인 광대역 통신망에서 반도체 광 증폭기를 이용한 주파수 상향 변환의 원리를 설명하기 위한 블록도,
도 3은 본 발명의 양방향 통신장치의 일 실시 예의 구성을 보인 블록도, 및
도 4는 본 발명의 양방향 통신장치의 다른 실시 예의 구성을 보인 블록도이다.
본 발명은 밀리미터파의 양방향 통신장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 반사형 반도체 광 증폭기를 이용한 파장분할다중화 수동형 광 네트워크에서 광 헤테로다인 신호를 이용하여 기본적인 기저대역 데이터의 광대역 전송 서비스를 제공하고, 차세대의 60㎓ 광대역의 양방향 무선통신망을 쉽게 구현할 수 있는 밀리미터파의 양방향 통신장치에 관한 것이다.
60㎓ 광대역 무선통신망은 기존의 ISM(Industrial, Scientific and Medical) 밴드와 같이 전세계적으로 허가 없이 사용이 가능하도록 규정되어 있다. 더욱이 60㎓ 광대역 무선통신망은 수 ㎓의 대역폭을 사용할 수 있으므로 기가비트 급의 전송용량을 갖는 광대역 무선통신망을 구축할 수 있는 장점이 있다.
60㎓ 대역의 응용시스템으로서 광대역 무선전화, 광대역 무선 랜, 위성통신 시스템의 갭 필러(Gap Filler), 지능형 교통시스템 및 점대점 무선 기간망 등에 사용될 예정이다. 더욱이 IEEE 802.15.3c 같은 무선사설망(WPAN) 표준에서는 60㎓를 이용한 단거리 대용량 전송방식에 대해서도 활발하게 논의되고 있다.
60㎓의 광대역 무선통신망을 구축함에 있어서 가장 큰 문제점은 60㎓의 신호를 처리할 수 있는 RF(Radio Frequency) 부품의 가격이 매우 고가라는 점이다. CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 공정의 발달로 저가의 60㎓의 RF회로가 개발되기 시작하였으나, 현재까지 기술적 성숙도가 낮은 상태로서 간단한 RF 회로와, 통신망 구축방법의 개발이 저가의 60㎓의 광대역 무선통신망을 구현하는데 있어서 필수적이라 할 수 있다.
저가의 60㎓ 광대역 무선통신망을 구현하기 위한 하나의 방법으로 ROF(Radio On Fiber) 시스템이 알려져 있다. 상기 ROF 시스템은 서비스할 데이터를 광섬유 케이블을 통해 기지국으로 직접 전송한다. 그러므로 기지국에서 기존의 기저대역 신호를 신호처리 및 주파수 변환하여 전송하는 시스템들을 중앙국으로 옮길 수 있는 장점이 있다.
그리고 60㎓의 신호를 다루는 고가의 장비 및 시스템을 중앙국에서 공유 및 처리가 가능하므로 광대역 통신망의 구축비용 및 기지국의 제작비용을 낮출 수 있다. 또한 60㎓의 신호는 공기중의 감쇄가 매우 커서 장거리 전송이 힘들기 때문에 광대역 데이터를 저 손실의 광섬유 케이블을 통해 전송하는 방식은 신호의 전달에 매우 유리한 장점이 된다.
그러나 60㎓의 신호를 광신호로 변조하여 양측파대 형태로 전송할 경우에 광섬유의 색 분산 영향으로 신호 검출거리에 따라 광신호의 감쇄가 크게 발생하게 된다.
이를 해결하기 위하여 중앙국에서 광 헤테로다인 기술로 서로 다른 파장의 광학적 국부발진기의 신호와 저주파의 중간주파수 대역의 데이터 신호를 생성하고, 이를 ROF 시스템의 기술로 복수의 기지국에 동시에 전송한다. 그리고 기지국에서는 반도체 광 증폭기의 상호이득 변조 특성과 광 검출기의 자승 검파기 특성을 이용하여 주파수를 상향 변환하고, 광대역의 60㎓의 신호를 전송하는 전송방식이 발표되었다.
상기 전송방식에 따르면, 60㎓ 대역의 위상잡음이 적은 발진기는 중앙국에서 전송하는 광 헤테로다인 신호로 대체되고, 주파수의 상향 변환을 위한 60㎓ 대역의 혼합기는 광신호 검출 및 증폭을 위한 반도체 광 증폭기 및 광 검출기로 대체되어 기지국에 무선 전송을 위한 60㎓의 RF 부품으로는 증폭기 및 필터만이 필요할 뿐이다.
그러므로 매우 간단한 구조의 60㎓의 광대역 통신망이 구축될 수 있다.
본 발명의 목적은 60㎓의 신호로 양방향 통신을 수행할 수 있는 간단한 구조의 밀리미터파의 양방향 통신장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 기지국에서 별도의 국부발진기를 사용하지 않고, 중앙국에서 전송하는 60㎓의 신호를 추출하여 국부발진신호로 사용할 수 있는 밀리미터파의 양방향 통신장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 기지국에서 셀프 헤테로다인 수신기를 이용하여 중앙국으로 데이터를 상향 전송하는 밀리미터파의 양방향 통신장치를 제공하는데 있다.
이러한 목적을 가지는 본 발명의 밀리미터파의 양방향 통신장치의 일 실시 예는 제 1 광섬유 케이블을 통해 전송되는 국부발진신호인 제 1 광 신호 및 데이터인 제 2 광 신호를 전달하는 광 서큘레이터와, 상기 광 서큘레이터를 통해 전달된 제 1 광 신호 및 제 2 광 신호를 광변조하고, 반사시켜 상기 광 서큘레이터로 출력하고, 입력되는 전기적 신호를 광 신호로 변조하여 상기 광 서큘레이터로 출력하는 반사형 반도체 광 증폭기와, 상기 반사형 반도체 광 증폭기로부터 상기 광 서큘레이터를 통해 전달되는 광 신호에서 국부발진신호 및 데이터를 분리하는 광신호 수신부와, 상기 광신호 수신부가 분리한 데이터를 안테나를 통해 송신하고, 상기 안 테나를 통해 수신되는 데이터를 분리하는 다이플렉서와, 상기 다이플렉서가 분리한 수신 데이터를 상기 광신호 수신부가 분리한 국부발진신호에 혼합하여 상기 반사형 반도체 광 증폭기로 출력하는 광신호 송신부와, 상기 광신호 송신부에서 출력되어 상기 반사형 반도체 광 증폭기에서 변조된 광 신호를 전송하는 제 2 광섬유 케이블을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 광신호 수신부는, 상기 반사형 반도체 광 증폭기로부터 상기 광 서큘레이터를 통해 전달되는 광 신호에서 제 1 광 신호를 추출하는 대역통과필터와, 상기 대역통과필터가 추출한 제 1 광 신호에서 국부발진신호 및 데이터를 검출하는 광 검출기와, 상기 광 검출기가 검출한 국부발진신호 및 데이터를 분리하고, 분리한 국부발진신호는 상기 광신호 송신부로 출력하고, 분리한 데이터는 상기 다이플렉서로 출력하는 신호 분리기를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 광신호 송신부는 상기 다이플렉서로부터 입력되는 수신 데이터를 필터링하는 제 1 필터와, 상기 광신호 수신부로부터 입력되는 국부발진신호를 필터링하는 제 2 필터와, 상기 제 1 필터 및 제 2 필터로의 출력신호를 혼합하여 상기 반사형 반도체 광 증폭기로 출력하는 혼합기를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 혼합기와 상기 반사형 반도체 광 증폭기의 사이에 상기 혼합기의 출력신호에 기저대역의 데이터를 결합하여 상기 반사형 반도체 광 증폭기로 출력하는 신호 결합기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명의 밀리미터파의 양방향 통신장치의 다른 실시 예는 제 1 광 섬유 케이블을 통해 전송되는 제 1 광 신호 및 데이터인 제 2 광 신호를 전달하는 광 서큘레이터와, 상기 광 서큘레이터를 통해 전달된 제 1 광 신호 및 제 2 광 신호를 광변조하고, 반사시켜 상기 광 서큘레이터로 출력하고, 입력되는 전기적 신호를 광 신호로 변조하여 상기 광 서큘레이터로 출력하는 반사형 반도체 광 증폭기와, 상기 반사형 반도체 광 증폭기로부터 상기 광 서큘레이터를 통해 전달되는 광신호에서 데이터를 분리하는 광신호 수신부와, 상기 광신호 수신부가 분리한 데이터를 안테나를 통해 송신하고, 상기 안테나를 통해 수신되는 데이터를 분리하는 다이플렉서와, 상기 다이플렉서가 분리한 수신 데이터를 복원하여 상기 반사형 반도체 광 증폭기로 출력하는 광신호 송신부와, 상기 광신호 송신부에서 출력되어 상기 반사형 반도체 광 증폭기에서 변조된 광 신호를 전송하는 제 2 광섬유 케이블을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 광 서큘레이터와 상기 광신호 수신부 및 제 2 광섬유 케이블의 사이에 상기 광 서큘레이터로부터 입력되는 광신호를 상기 광신호 수신부 및 제 2 광섬유 케이블로 분배하기 위한 광 분배기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 반사형 반도체 광 증폭기는 상기 광 서큘레이터로부터 입력되는 제 1 및 제 2 광 신호를 상호이득 변조 특성으로 광 변조하고 반사시켜 상기 광 서큘레이터로 출력하고, 상기 광신호 송신부로부터 입력되는 데이터를 광 신호로 변조하여 상기 광 서큘레이터로 출력하는 것을 특징으로 한다.
상기 광신호 수신부는 상기 반사형 반도체 광 증폭기로부터 상기 광 서큘레이터를 통해 전달되는 광신호에서 제 1 광 신호를 추출하는 대역통과필터와, 상기 대역통과필터가 추출한 제 1 광 신호에서 데이터를 검출하는 광 검출기와, 상기 광 검출기가 검출한 데이터를 상기 다이플렉서로 출력하는 신호 분리기로 구성되고, 상기 광 검출기는 자승검파로 검출하는 것을 특징으로 한다.
상기 신호 분리기는 필터 또는 스플리터로 신호를 분리하는 것을 특징으로 한다.
상기 광신호 수신부는 상기 신호 분리기가 분리하는 데이터에 포함되어 있는 기저대역 데이터를 필터링하는 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 광신호 송신부는 상기 다이플렉서에서 분리된 수신 데이터에서 국부 발진신호와, 주파수가 상향 변환된 데이터의 주파수를 하향 변환하여 상기 반사형 반도체 광 증폭기로 출력하는 셀프 헤테로다인 수신기로 구성됨을 특징으로 한다.
상기 셀프 헤테로다인 수신기와 상기 반사형 반도체 광 증폭기의 사이에 상기 셀프 헤테로다인 수신기의 출력신호에 기저대역의 데이터를 결합하여 상기 반사형 반도체 광 증폭기로 출력하는 신호 결합기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하의 상세한 설명은 예시에 지나지 않으며, 본 발명의 실시 예를 도시한 것에 불과하다. 또한 본 발명의 원리와 개념은 가장 유용하고, 쉽게 설명할 목적으로 제공된다. 따라서, 본 발명의 기본 이해를 위한 필요 이상의 자세한 구조를 제공하고자 하지 않았음은 물론 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 실체에서 실시될 수 있는 여러 가지의 형태들을 도면을 통해 예시한다.
도 1은 일반적인 광대역 통신망의 기본 개념을 설명하기 위한 도면이다. 여기서, 부호 100은 중앙국이다. 상기 중앙국(100)은 전송하고자 하는 기저대역 데이터 또는 소정 주파수로 변조된 각종 서비스 신호들인 전기적 신호들을 광 신호로 변조하고, 변조한 광 신호는 광섬유 케이블(110)을 통해 복수의 기지국(120)으로 전송한다.
상기 복수의 기지국(120)들은 광섬유 케이블(110)을 통해 수신되는 광 신호에서 원래의 데이터를 추출하고, 추출한 데이터를 무선으로 송신하여 단말기(130)가 수신하게 한다. 또한 상기 복수의 기지국(120)들은 추출한 데이터를 FTTH(Fiber To The Home) 네트워크와 같은 광대역 유선 네트워크를 통해 사용자 단말기(140)로 전송한다.
도 2는 일반적인 광대역 통신망에서 반도체 광 증폭기를 이용한 방식의 기본 개념을 설명하기 위한 상세 블록도이다. 상기 중앙국(100)은 기지국(120)에서 주파수 상향 변환을 위한 60㎓의 국부발진신호를 제 1 광신호인 광 헤테로다인 신호(201)의 형태로 생성하고, 전송하고자 하는 기저대역 데이터 또는 각종 서비스 신호들을 저주파의 중간주파수 형태로 광 변조하여 제 2 광신호인 저주파 데이터 신호(203)를 생성한다.
여기서 제 1 광신호인 광 헤테로다인 신호(201)는 두 개의 광 모드의 주파수 차이가 원하는 주파수 간격을 가지고, 동시에 두 개의 광 모드는 상관성(correlation)을 갖는 형태를 말한다. 상기 두 개의 광 모드가 상관성을 가질 경 우에 그 두 개의 광 모드를 자승 검파 특성의 광 검출기로 전기적 신호를 검출하면, 매우 낮은 위상 잡음을 갖는 신호가 두 개의 광 모드의 비팅에 의해 발생되고, 이를 국부 발진신호로 사용할 수 있다.
그리고 여기서, 상기 저주파 데이터 신호(203)의 주파수는 f1이라고 가정한다. 상기 f1이 0㎐일 경우에 그 저주파 데이터 신호(203)는 기저대역의 데이터에 해당하고, f1이 소정의 주파수를 가질 경우에 중앙국(100)에서 단말기에(130, 140)에 제공할 수 있는 각종 서비스 신호에 해당한다.
상기 제 1 및 제 2 광 신호의 주파수 차이는 60㎓이다. 그리고 상기 제 1 및 제 2 광 신호는 신호의 색 분산에 의한 영향을 거의 받지 않게 된다.
상기 생성한 제 1 및 제 2 광 신호 즉, 광 헤테로다인 신호(201)와 저주파 데이터 신호(203)는 광 신호 결합기(205)에서 결합되고, 광섬유 케이블(110)을 통해 기지국(120)으로 전송된다.
상기 광섬유(110)를 통해 전송되는 제 1 및 제 2 광 신호는 상기 기지국(120)의 반도체 광 증폭기(211)로 입력되는 것으로서 저주파 데이터 신호(203)는 반도체 광 증폭기(211)의 상호이득 변조 특성에 의해 광 헤테로다인 신호(201)의 두 모드로 각각 광 변조(211a)된다. 여기서, 상기 반도체 광 증폭기(211)는 일종의 원거리 광 변조기로서 동작한다.
상기 반도체 광 증폭기(211)에서 저주파 데이터 신호(203)가 변조된 광 헤테로다인 신호(211a)는 광 검출기(213)로 입력된다. 상기 광 검출기(213)는 자승검파의 원리에 의해 60㎓의 헤테로다인 신호뿐만 아니라 f1만큼 떨어진 데이터 신 호(213a)의 주파수가 60㎓의 주파수 대역으로 상향 변환되어 검출된다.
상기 광 검출기(213)의 출력신호는 대역통과필터(215)에서 필터링되고, 전력 증폭기(217)에서 전력 증폭되어 60+f1㎓의 주파수를 가지는 데이터 신호(217a)가 추출된다. 상기 추출된 데이터 신호(217a)는 무선 채널로 안테나(219)를 통해 단말기(130)로 전송된다. 또한 추가로 생성되는 기저대역의 데이터는 FTTH 네트워크와 같은 광대역 유선 네트워크를 통해 사용자 단말기(140)로 전송된다.
상기한 광대역 통신망에서 기지국(120)은 대역통과필터(215)와 전력증폭기(217)만 60㎓의 주파수 대역에서 동작하면 되는 것으로서 이는 고주파 RF 회로의 부담을 크게 줄일 수 있으며, 기지국(120)의 제작비용을 절감할 수 있는 장점을 갖는다.
그러나 상기 광대역 통신망은 중앙국(100)에서 기지국(120)으로 소정의 데이터를 전송하는 하향 전송 통신망으로만 구현하는 것이다. 대용량의 하향 전송 통신망은 서비스의 측면에서는 응용할 수 있다.
중앙국(100)과 기지국(120)이 상호간에 소정의 데이터를 전송하는 양방향의 광대역 통신망이 구현될 경우에 보다 다양한 시스템으로의 응용이 가능하다.
실제로 중앙국(100)에 60㎓로 상향 전송해야 할 데이터가 기지국(120)으로 입력될 경우에 기지국(120)에는 추가적으로 상기 60㎓로 상향 전송해야 할 데이터를 처리할 RF 부분과, 이를 중앙국(100)으로 전송할 광 소자들이 기지국(120)에 구비되어 있어야 하며, 이를 간단하게 구현할 수 없을 경우 기지국(120)의 구현에 많 은 비용이 소요되어 부담으로 작용할 수 있다.
현재 FTTH 네트워크의 구축 및 서비스가 상용화될 단계까지 발전하였다. 그리고 FTTH 네트워크의 기술을 구현하기 위하여, 파장분할다중화 수동형 광 네트워크 기술로 기존의 수동형 광 네트워크에 비해 대용량의 데이터를 효과적으로 전송할 수 있는 FTTH 기술에 있어서도 실용화 단계에 도달하고 있다.
특히 반도체 광 증폭기를 이용한 파장분할다중화 수동형 광 네트워크 기술은 현재 가장 실용화에 가까운 기술로 평가되고 있다. 일반적으로 반도체 광 증폭기는 입력단으로 입력된 광 신호가 증폭되어 다른 쪽 출력단으로 출력된다. 그러나 반사형 반도체 광 증폭기는 입력단으로 입력된 광 신호가 출력단의 반사도 높은 거울에 의해 반사되어 다시 입력단으로 증폭되어 나오게 된다.
상기 반사형 반도체 광 증폭기로 상향 전송할 데이터 신호를 변조하게 되면, 사용자 쪽에서는 추가적인 광원을 사용하지 않고, 상향 전송을 위한 네트워크를 구성할 수 있으므로 저가의 파장분할다중화 수동형 광 네트워크를 구현하는 것이 가능하다.
상기 반사형 반도체 광 증폭기가 광신호를 증폭하는 동작 원리는 일반적인 반도체 광 증폭기와 동일하다. 그러므로 반도체 광 증폭기의 상호 이득 변조를 그대로 채택하는 것이 가능하다. 또한 파장분할다중화 방식을 적용하는데 있어서도 문제가 없는 것으로 보고되고 있다.
따라서 하향 전송은 반도체 광 증폭기의 상호 이득 변조 특성을 이용하여 60㎓ 주파수 대역의 무선 전송신호를 생성 및 전송하고, 반대로 상향 전송할 신호는 반사형 반도체 광 증폭기의 변조부를 통해 하향 전송에 사용한 광원에 그대로 다시 변조되어 전송하게 된다.
따라서 필요한 추가적인 광원을 사용하지 않고서도 60㎓의 양방향 전송 시스템을 구현하는 것이 가능하다.
도 3은 본 발명의 양방향 통신장치의 일 실시 예의 구성을 보인 블록도이다. 본 발명의 통신장치는 기본적으로 파장분할다중화 수동형 광 네트워크를 이용하여 광대역의 네트워크 서비스를 유선망으로 제공할 수 있다. 이와 더불어 60㎓의 신호를 이용하여 무선으로도 광대역 전송시스템이 쉽게 추가될 수 있다.
여기서, 60㎓의 신호로 전송이 가능한 데이터는 원래의 수동형 광 네트워크로 전송하고자 하는 데이터를 60㎓의 신호원으로 그대로 전송이 가능하며, 수동형 광 네트워크의 전송을 위한 광원에 다른 주파수의 서비스 신호를 변조하여 전송할 경우에 새로운 데이터 신호를 쉽게 60㎓의 주파수 대역으로 상향 변환하여 전송 가능하게 된다.
도 3에서 부호 300은 중앙국이다. 상기 중앙국(300)은 기지국(320)에서 주파수를 상향으로 변환하기 위한 국부 발진신호는 제 1 광 신호인 광 헤테로다인 신호의 형태로 생성하고, 기지국(320)으로 전송할 소정의 기저대역 데이터 및 서비스 신호 등을 포함하는 각종 데이터 신호는 저주파의 중간주파수 형태로 광 변조하여 제 2 광신호인 저주파 데이터 신호를 생성한다. 상기 생성한 제 1 및 제 2 광 신호 즉, 광 헤테로다인 신호와 저주파 데이터 신호는 광 신호 결합기(301)에서 결합되고, 제 1 광섬유 케이블(310)을 통해 기지국(320)으로 전송된다.
그리고 상기 중앙국(300)은 상기 기지국(320)으로부터 제 1 광섬유 케이블(330)을 통해 전송되는 광 신호를 수신하여 광 검출기(303)로 검출한다.
상기 기지국(320)은, 광 서큘레이터(321)와, 반사형 반도체 광 증폭기(323)와, 광 분배기(325)와, 광신호 수신부(327)와, 다이플렉서(329)와, 안테나(331)와, 광신호 송신부(333)를 포함한다.
상기 광 서큘레이터(321)는 예를 들면, 3개의 포트를 구비하는 것으로서 상기 제 1 광섬유 케이블(310)로부터 제 1 포트로 입력되는 제 1 및 제 2 광신호를 제 2 포트로 출력하여 상기 반사형 반도체 광 증폭기(323)로 입력되게 하고, 상기 반사형 반도체 광 증폭기(323)로부터 제 2 포트로 입력되는 광신호를 제 3 포트로 출력하여 광 분배기(325)로 입력되게 한다.
상기 반사형 반도체 광 증폭기(323)는 상기 광 서큘레이터(321)로부터 입력되는 제 1 및 제 2 광신호를 상호이득 변조 특성에 의해 광 헤테로다인 신호의 두 모드로 각각 광 변조하고 반사시켜 상기 광 서큘레이터(321)로 출력하고, 또한 상기 광신호 송신부(333)로부터 입력되는 신호를 상기 광 서큘레이터(321)로부터 입력되는 제 1 광 신호로 변조하여 상기 광 서큘레이터(321)로 출력한다.
상기 광 분배기(325)는, 상기 광 서큘레이터(321)로부터 입력되는 광신호를 분배하여 상기 광신호 수신부(327)와 상기 제 2 광섬유 케이블(330)로 출력한다.
상기 광신호 수신부(327)는, 대역통과필터(327-1), 광 검출기(327-3), 신호 분리기(327-5), 증폭기(327-7, 327-9) 및 저역통과필터(327-11)를 포함한다.
상기 대역통과필터(327-1)는 상기 광 분배기(325)의 출력신호에서 60㎓의 광 헤테로다인 신호를 검출하여 통과시킨다.
상기 광 검출기(327-3)는, 상기 대역통과필터(327-1)를 통과한 60㎓의 광 헤테로다인 신호에서 자승검파의 원리에 의해 전기적 신호인 60㎓ 신호와, 60㎓의 신호로 주파수 상향 변환된 데이터 신호, 그리고 저주파 데이터 신호를 검출한다.
상기 신호 분리기(327-5)는, 예를 들면, 필터 또는 스플리터로서 상기 광 검출기(327-3)로부터 입력되는 광신호에서 60㎓의 신호와, 상기 60㎓의 신호로 주파수 상향 변환된 저주파의 데이터 신호 즉, 60㎓의 신호로 변조된 기저대역 데이터또는 소정의 서비스 신호를 분리하거나, 저주파의 기저대역 데이터 또는 소정의 서비스 신호를 분리한다. 상기 분리한 60㎓의 신호는 상기 광신호 송신부(333)로 출력한다. 그리고 상기 분리한 60㎓의 신호로 변조된 소정의 서비스 신호는 증폭기(327-7)에서 증폭되어 상기 다이플렉서(329)로 출력되고, 기저대역 데이터 또는 저주파의 소정의 데이터 신호는 증폭기(327-9)에서 증폭되어 저역통과필터(327-11)로 출력된다.
상기 저역통과필터(327-11)는 상기 증폭기(327-9)로부터 입력되는 기저대역의 데이터 또는 저주파의 소정의 데이터 신호를 필터링한다.
상기 다이플렉서(329)는 상기 광신호 수신부(327)의 증폭기(327-7)로부터 입력되는 60㎓의 신호로 변조된 데이터 신호를 안테나(331)로 전달하여 송신하고, 안테나(331)를 통해 수신되는 신호를 분리하여 상기 광신호 송신부(333)로 출력한다.
상기 광신호 송신부(333)는, 증폭기(333-1, 333-7), 필터(333-3, 333-5), 혼합기(333-9) 및 신호 결합기(333-11)를 포함한다.
상기 증폭기(333-1)는 상기 다이플렉서(329)로부터 입력되는 수신신호를 증폭하여 상기 필터(333-3)로 출력한다.
상기 필터(333-3)는 상기 증폭기(333-1)에서 증폭된 수신신호를 필터링하여 혼합기(333-9)로 출력한다.
상기 필터(333-5)는 상기 광신호 수신부(327)의 신호 분리기(327-3)로부터 국부발진신호로 입력되는 60㎓의 신호를 필터링하고, 필터링한 60㎓의 헤테로다인 신호를 증폭기(333-7)가 증폭하여 상기 혼합기(333-9)로 출력한다.
상기 혼합기(333-9)는 상기 필터(333-3)의 출력신호와 상기 증폭기(333-7)의 출력신호를 혼합하여 신호 결합기(333-11)로 출력한다.
상기 신호 결합기(333-11)는 상기 혼합기(333-9)로부터 입력되는 신호와 기지국(320)에서 중앙국(300)으로 상향 전송할 기저대역 또는 저주파의 데이터 신호를 결합하고, 결합한 신호는 상기 반사형 반도체 광 증폭기(323)에서 광 신호로 변조되어 상기 광 서큘레이터(321)로 출력된다.
이러한 구성을 가지는 양방향 통신장치는, 중앙국(300)이, 기지국(320)에서 주파수를 상향 변환하기 위한 60㎓의 국부 발진신호를 제 1 광 신호인 광 헤테로다인 신호의 형태로 생성하고, 소정의 기저대역 데이터 및 서비스 신호 등을 포함하는 각종 데이터 신호는 저주파의 중간주파수 형태로 광 변조하여 제 2 광 신호인 저주파 데이터 신호를 생성한다. 상기 생성한 제 1 광 신호 및 제 2 광 신호를 광 신호 결합기(301)가 결합하여 제 1 광섬유 케이블(310)을 통해 기지국(320)으로 전송한다.
상기 기지국(320)은 상기 제 1 광섬유 케이블(310)을 통해 전송되는 제 1 광 신호 및 제 2 광 신호를 광 서큘레이터(321)가 입력하여 반사형 반도체 광 증폭기(323)로 전달한다. 상기 반사형 반도체 광 증폭기(323)는 광 서큘레이터(321)로부터 입력되는 제 1 광 신호 및 제 2 광신호를 상호이득 변조 특성에 의해 광 헤테로다인 신호의 두 모드로 제 2 광신호의 데이터를 각각 광 변조하고 반사시켜 상기 광 서큘레이터(321)로 출력하고, 또한 상기 광신호 송신부(333)로부터 입력되는 신호를 광 신호로 변조하여 상기 광 서큘레이터(321)로 출력한다.
그러면, 상기 광 서큘레이터(321)는 상기 반사형 반도체 광 증폭기(323)로부터 입력되는 광 신호를 광 분배기(325)로 출력하고, 광 분배기(325)는 입력된 광 신호를 분배하여 광신호 수신부(327)로 출력한다.
상기 광신호 수신부(327)는 상기 광 분배기(325)로부터 입력되는 광 신호를 대역통과필터(327-1)가 필터링하여 60㎓의 광 헤테로다인 신호를 추출하고, 대역통과필터(327-1)가 필터링한 60㎓의 광 헤테로다인 신호는 광 검출기(327-3)에 입력되는 것으로서 광 검출기(327-3)는 자승검파의 원리에 의해 전기적 신호인 60㎓의 신호와, 60㎓의 신호로 변조되어 있는 기저대역 데이터 및 소정의 서비스 신호를 검출한다.
상기 검출한 60㎓의 신호와, 60㎓의 신호로 변조되어 있는 기저대역 데이터 및 소정의 서비스 신호는 신호 분리기(327-5)로 입력되어 분리된다. 상기 신호 분리기(327-5)에서 분리된 60㎓의 신호는 광신호 송신부(333)에 국부발진신호로 출력된다. 그리고 상기 신호 분리기(327-5)에서 분리된 60㎓의 신호로 변조되어 있는 소정의 서비스 신호는 증폭기(327-7)에서 증폭된 후 다이플렉서(329)로 출력된다. 또한 상기 신호 분리기(327-5)에서 분리된 기저대역 데이터는 증폭기(327-9)에서 증폭되고, 저역통과필터(327-11)에서 기저대역의 데이터가 필터링되어 출력된다.
상기 다이플렉서(329)는 상기 광신호 수신부(327)의 증폭기(327-7)로부터 입력되는 60㎓의 신호로 변조되어 있는 소정의 서비스 신호를 안테나(331)로 전달하여 송신하고, 안테나(331)를 통해 수신되는 신호를 분리하여 상기 광신호 송신부(333)로 출력한다.
상기 광신호 송신부(333)는 상기 다이플렉서(329)로부터 입력되는 수신신호를 증폭기(333-1)가 증폭하고, 필터(333-3)로 필터링하여 잡음을 제거하고, 혼합기(333-9)로 출력한다.
그리고 상기 신호 분리기(327-3)에서 분배된 60㎓의 신호는 필터(333-5)에서 필터링되어 잡음이 제거되고, 증폭기(333-7)에서 증폭된 후 혼합기(333-9)에 국부 발진신호로 입력된다.
그러면, 상기 혼합기(333-9)는 상기 필터(333-3)로부터 입력되는 60GHz 수신 데이터 신호에 상기 증폭기(333-7)로부터 입력되는 60㎓의 신호를 혼합한다.
상기 혼합기(333-9)에서 혼합된 신호는 신호 결합기(333-11)에서 기저대역의 데이터가 결합되어 반사형 반도체 광 증폭기(323)로 입력된다. 그러면, 상기 반사 형 반도체 광 증폭기(323)는 상기 신호 결합기(333-11)로부터 입력된 신호를 광 신호로 변조하여 광 서큘레이터(321)로 출력하는 것으로서 광 서큘레이터(321)는 상기 반사형 반도체 광 증폭기(323)로부터 입력되는 광 신호를 광 분배기(325)로 전달하여 제 2 광섬유 케이블(330)을 통해 중앙국(300)의 광 검출기(303)로 전송된다.
도 4는 본 발명의 통신장치의 다른 실시 예의 구성을 보인 블록도이다. 본 발명의 다른 실시 예는 셀프 헤테로다인 방식으로 상향 전송이 이루어진다. 상기 셀프 헤테로다인 방식은 데이터를 국부 발진신호와, 국부 발진신호 대역의 데이터 신호를 동시 수신할 경우 저주파 데이터를 복원하는 방식으로서 자승 검파 방식의 RF 수신기라 할 수 있다. 이 경우 셀프 헤테로다인 수신기를 통과할 경우에 추가적인 국부 발진기와 혼합기를 사용하지 않고서도 수신된 신호가 저주파의 중간주파수 신호로 변환된다. 이때 수신된 국부 발진신호의 위상 잡음이 좋지 않아도 국부 발진신호와 데이터 신호의 비팅 과정에 위상 잡음이 상쇄된다.
그리고 상기 셀프 헤테로다인 방식은 신호의 대역폭의 큰 희생이 요구되나, 60㎓의 넓은 대역폭을 사용할 경우에 대역폭 희생은 구현의 용이성 및 가격 면에의 장점으로 보상되므로 60㎓ 통신시스템에서의 데이터 전송방식으로 고려되고 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예는 광신호 송신부(333)가 증폭기(501, 503), 셀프 헤테로다인 수신기(503) 및 신호 결합기(507)를 포함한다.
상기 다이플렉서(329)에서 분리된 수신신호가 증폭기(501)에서 증폭되어 셀프 헤테로다인 수신기(503)로 출력한다. 상기 셀프 헤테로다인 수신기(503)는 상기 증폭기(501)로부터 입력되는 신호 즉, 국부발진신호와, 국부발진신호 대역의 주파수가 상향 변환된 데이터 신호에서 고주파의 데이터 신호를 주파수 하향 변환하고, 상기 셀프 헤테로다인 수신기(503)에서 주파수가 하향 변환된 데이터 신호는 증폭기(505)에서 다시 증폭된다.
상기 증폭기(505)에서 증폭된 데이터 신호는 신호 결합기(507)에서 기저대역의 데이터와 결합되고, 반사형 반도체 광 증폭기(323)에서 광 신호로 변조되어 중앙국(300)으로 전송된다. 여기서, 상기 셀프 헤테로다인 수신기(505)는 60㎓의 주파수 대역에서 동작하는 자승 검파기를 사용할 수 있다.
한편, 상기에서는 중앙국(300)과 기지국(320)이 기저대역의 데이터를 상호간에 전송하는 것을 예로 들어 설명하였다. 본 발명을 실시함에 있어서는 중앙국(300)과 기지국(320)이 상호간에 기저대역의 데이터를 전송할 필요가 없을 경우에 기지국(320)에 증폭기(327-9) 및 저역통과필터(327-11)와, 신호 결합기(333-11)를 구비하지 않고 구성할 수도 있다.
그리고 상기에서는 밀리미터파로 60㎓의 신호를 예로 들어 설명한 것으로서 본 발명을 실시함에 있어서는 60㎓의 신호로 한정되지 않고, 밀리미터파의 파장을 가지는 각종 주파수의 신호를 양방향으로 전송하게 구성할 수도 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 60㎓의 양방향 전송 시스템을 간단한 구조로 저렴하게 구현할 수 있다. 기지국에 추가적인 광원 및 고가의 광 변조기를 구비하지 않고서도 하나의 반사형 반도체 광 증폭기를 통해 상향 전송이 가능하게 된다. 더욱이 파장분할다중화 수동형 광 네트워크와 연동이 가능하므로 기존의 기저대역의 신호를 바로 전송하면서 동시에 60㎓ 대역의 데이터도 함께 전송하는 것이 가능하다.
그리고 파장분할다중화 기술을 접목할 수 있기 때문에 파장분할다중화 기술의 장점을 본 발명의 양방향 통신장치가 모두 가질 수 있다. 또한 기저대역의 데이터 전송을 위한 광원에 원하는 어떠한 무선 서비스든 반도체 광 증폭기의 상호 이득 변조의 동작 속도 내의 주파수 신호는 모두 주파수 상향 변환 가능하다.
일반적으로 상호이득 변조는 10㎓ 정도까지 가능하며, 대부분의 무선 서비스는 이 주파수 내에 위치하고 있다. 그러므로 다양한 원하는 서비스를 기존의 가입자 망 서비스에 같이 변조하여 전송하기만 하면 어떠한 서비스든 쉽게 제공 가능하다.
상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.
Claims (13)
- 제 1 광섬유 케이블을 통해 전송되는 국부발진신호인 제 1 광 신호 및 데이터인 제 2 광 신호를 전달하는 광 서큘레이터;상기 광 서큘레이터를 통해 전달된 제 1 광 신호 및 제 2 광 신호를 광변조하고, 반사시켜 상기 광 서큘레이터로 출력하고, 입력되는 전기적 신호를 광 신호로 변조하여 상기 광 서큘레이터로 출력하는 반사형 반도체 광 증폭기;상기 반사형 반도체 광 증폭기로부터 상기 광 서큘레이터를 통해 전달되는 광 신호에서 국부발진신호 및 데이터를 분리하는 광신호 수신부;상기 광신호 수신부가 분리한 데이터를 안테나를 통해 송신하고, 상기 안테나를 통해 수신되는 데이터를 분리하는 다이플렉서;상기 다이플렉서가 분리한 수신 데이터를 상기 광신호 수신부가 분리한 국부발진신호에 혼합하여 상기 반사형 반도체 광 증폭기로 출력하는 광신호 송신부; 및상기 광신호 송신부에서 출력되어 상기 반사형 반도체 광 증폭기에서 변조된 광 신호를 전송하는 제 2 광섬유 케이블을 포함하여 구성된 밀리미터파의 양방향 통신장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 광신호 수신부는;상기 반사형 반도체 광 증폭기로부터 상기 광 서큘레이터를 통해 전달되는 광 신호에서 제 1 광 신호를 추출하는 대역통과필터;상기 대역통과필터가 추출한 제 1 광 신호에서 국부발진신호 및 데이터를 검출하는 광 검출기; 및상기 광 검출기가 검출한 국부발진신호 및 데이터를 분리하고, 분리한 국부발진신호는 상기 광신호 송신부로 출력하고, 분리한 데이터는 상기 다이플렉서로 출력하는 신호 분리기를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 밀리미터파의 양방향 통신장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 광신호 송신부는;상기 다이플렉서로부터 입력되는 수신 데이터를 필터링하는 제 1 필터;상기 광신호 수신부로부터 입력되는 국부발진신호를 필터링하는 제 2 필터; 및상기 제 1 필터 및 제 2 필터로의 출력신호를 혼합하여 상기 반사형 반도체 광 증폭기로 출력하는 혼합기를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 밀리미터파의 양방향 통신장치.
- 제 3 항에 있어서, 상기 혼합기와 상기 반사형 반도체 광 증폭기의 사이에;상기 혼합기의 출력신호에 기저대역의 데이터를 결합하여 상기 반사형 반도 체 광 증폭기로 출력하는 신호 결합기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파의 양방향 통신장치.
- 제 1 광섬유 케이블을 통해 전송되는 제 1 광 신호 및 데이터인 제 2 광 신호를 전달하는 광 서큘레이터;상기 광 서큘레이터를 통해 전달된 제 1 광 신호 및 제 2 광 신호를 광변조하고, 반사시켜 상기 광 서큘레이터로 출력하고, 입력되는 전기적 신호를 광 신호로 변조하여 상기 광 서큘레이터로 출력하는 반사형 반도체 광 증폭기;상기 반사형 반도체 광 증폭기로부터 상기 광 서큘레이터를 통해 전달되는 광신호에서 데이터를 분리하는 광신호 수신부;상기 광신호 수신부가 분리한 데이터를 안테나를 통해 송신하고, 상기 안테나를 통해 수신되는 데이터를 분리하는 다이플렉서;상기 다이플렉서가 분리한 수신 데이터를 복원하여 상기 반사형 반도체 광 증폭기로 출력하는 광신호 송신부; 및상기 광신호 송신부에서 출력되어 상기 반사형 반도체 광 증폭기에서 변조된 광 신호를 전송하는 제 2 광섬유 케이블을 포함하고,상기 광신호 송신부는;상기 다이플렉서에서 분리된 수신 데이터에서 국부 발진신호와, 국부 발진신호 대역의 데이터 신호를 주파수를 하향 변환하여 상기 반사형 반도체 광 증폭기로 출력하는 셀프 헤테로다인 수신기를 포함하여 구성된 밀리미터파의 양방향 통신장치.
- 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 광 서큘레이터와 상기 광신호 수신부 및 제 2 광섬유 케이블의 사이에;상기 광 서큘레이터로부터 입력되는 광신호를 상기 광신호 수신부 및 제 2 광섬유 케이블로 분배하기 위한 광 분배기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파의 양방향 통신장치.
- 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 반사형 반도체 광 증폭기는;상기 광 서큘레이터로부터 입력되는 제 1 및 제 2 광 신호를 상호이득 변조 특성으로 광 변조하고 반사시켜 상기 광 서큘레이터로 출력하고, 상기 광신호 송신부로부터 입력되는 데이터를 광 신호로 변조하여 상기 광 서큘레이터로 출력하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파의 양방향 통신장치.
- 제 5 항에 있어서, 상기 광신호 수신부는;상기 반사형 반도체 광 증폭기로부터 상기 광 서큘레이터를 통해 전달되는 광신호에서 제 1 광 신호를 추출하는 대역통과필터;상기 대역통과필터가 추출한 제 1 광 신호에서 데이터를 검출하는 광 검출기; 및상기 광 검출기가 검출한 데이터를 상기 다이플렉서로 출력하는 신호 분리기 로 구성됨을 특징으로 하는 밀리미터파의 양방향 통신장치.
- 제 2 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 광 검출기는;자승검파로 검출하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파의 양방향 통신장치.
- 제 2 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 신호 분리기는;필터 또는 스플리터로 신호를 분리하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파의 양방향 통신장치.
- 제 2 항 또는 제 8 항에 있어서,상기 신호 분리기가 분리하는 데이터에 포함되어 있는 기저대역 데이터를 필터링하는 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파의 양방향 통신장치.
- 삭제
- 제 5 항에 있어서, 상기 셀프 헤테로다인 수신기와 상기 반사형 반도체 광 증폭기의 사이에;상기 셀프 헤테로다인 수신기의 출력신호에 기저대역의 데이터를 결합하여 상기 반사형 반도체 광 증폭기로 출력하는 신호 결합기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파의 양방향 통신장치.
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