KR101530260B1 - 기준 주파수 전송을 위한 실시간 안정도 측정 시스템 및 방법 - Google Patents

기준 주파수 전송을 위한 실시간 안정도 측정 시스템 및 방법 Download PDF

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이성모
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Abstract

본 발명은 본 발명은 광케이블, 입출력단이 상기 광케이블에 연결되며, 기준 신호에 대응하는 전기적 신호를 생성하고 상기 전기적 신호를 제1 광 신호로 변환하여 상기 광케이블로 출력하는 국지 유닛, 상기 광케이블을 통해 수신한 상기 제1 광 신호를 복조한 후 기준 신호로 이용하며, 상기 복조한 신호의 일부를 제2 광 신호로 변환하여 상기 국지 유닛으로 회신하는 원격지 유닛, 상기 국지 유닛의 입출력단에 연결되어 상기 제1 광 신호 및 상기 광케이블을 통해 전송된 상기 제2 광 신호를 수집하고, 상기 제1 및 제2 광 신호를 RF의 제1 및 제2 신호로 복조하는 모니터 유닛; 그리고 기준신호와 상기 제1 및 제2 신호를 이용하여 위상을 측정하는 위상 측정기를 포함하는 기준 주파수 전송을 위한 실시간 안정도 측정 시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

기준 주파수 전송을 위한 실시간 안정도 측정 시스템 및 방법{REAL TIME MONITORING METHOD FOR REFEREBCE FREQUENCY TRANSFER}
본 발명은 기준 주파수 전송시스템에서 원격지 신호의 위상 안정도를 실시간으로 측정하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
광 신호로의 변조 및 전기적 신호(즉, RF 신호)로의 복조에 의한 안정된 기준 주파수(즉, 기준 신호)의 전송 기술은 H-maser 등의 높은 안정도를 가진 기준 주파수를 수 십 km 이상 멀리 떨어진 지역으로 안정되게 보내기 위해서 사용된다. 일반적으로 기준 주파수 전송 시스템에서는 원격지로 기준 주파수를 제공하기 위해서 먼저 RF(Radio Frequency)의 기준 신호를 광 변조기를 이용하여 광 신호로 변환하고, 변환된 광 신호를 광섬유(fiber-optical)를 통해서 원격지(remote site)까지 전송한다. 그러면 원격지에 설치된 포토 다이오드(photo diode)에서는 광섬유를 통해 전송된 광 신호를 RF의 기준 신호로 복조한다.
그런데 이 과정 중에서 온도나 진동 등에 의해 광섬유의 길이가 변하여, 원격지에서 복조된 기준 신호의 위상이 처음의 기준 신호의 위상과 다르게 된다.
이에 따라, 광섬유에서 발생된 위상 변동을 보상하여 기준신호를 원격지(remote site)까지 안정되게 전송하기 위해, 기준 주파수 전송 시스템이 개발되어 사용되고 있다.
일반적인 기준 주파수 전송 시스템은 국지에서 원격지로 전송 신호를 보내고, 원격지에서 이 신호를 다시 국지로 보낸 후 돌아온 신호의 위상 변화를 측정하여, 국지에 있는 위상보상장치에서 전송 신호의 위상을 보상한다. 이러한 기준 주파수 전송 시스템에서 원격지 신호에 대한 모니터링 방법은 시스템 설치 전에 원격지의 시스템을 국지에 놓고, 원격지에서는 2 개의 광섬유를 연결한 상태에서, 국지에서 기준 주파수 신호와 원격지 신호를 직접 비교하였다.
이러한 모니터링 방식은 시스템 설치 이전에만 가능하고, 설치 이후 시스템 동작 중에는 사용할 수 없다. 그러므로 종래에는 기준 주파수 전송 시스템의 정상 동작 여부를 실시간으로 확인하는 방법은 없었다.
그리고 기존 측정 방식으로 측정 한 후 원격지 장비를 설치하는 과정에서 광 접속 등에서 오류가 발생할 수 있고, 동작 중에도 시스템이 불안정하게 작동할 수 있다. 이러한 문제들을 기존의 방식으로는 확인할 수 없다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 시스템의 정상 동작 여부를 시스템 동작 시에도 감시할 수 있도록 하여, 안정된 기준 주파수의 전송을 가능하게 하는 기준 주파수 전송 시스템의 실시간 안정도 측정 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 기준 주파수 전송을 위한 실시간 안정도 측정 시스템이 제공된다. 이 시스템은 광케이블; 입출력단이 상기 광케이블에 연결되며, 기준 신호에 대응하는 전기적 신호를 생성하고 상기 전기적 신호를 제1 광 신호로 변환하여 상기 광케이블로 출력하는 국지 유닛; 상기 광케이블을 통해 수신한 상기 제1 광 신호를 복조한 후 기준 신호로 이용하며, 상기 복조한 신호의 일부를 제2 광 신호로 변환하여 상기 국지 유닛으로 회신하는 원격지 유닛; 상기 국지 유닛의 입출력단에 연결되어 상기 제1 광 신호 및 상기 광케이블을 통해 전송된 상기 제2 광 신호를 수집하고, 상기 제1 및 제2 광 신호를 RF의 제1 및 제2 신호로 복조하는 모니터 유닛; 그리고 기준신호와 상기 제1 및 제2 신호를 이용하여 위상을 측정하는 위상 측정기를 포함한다.
상기 모니터 유닛은, 상기 국지 유닛의 출력단과 상기 광케이블에 연결되어 상기 제1 광 신호를 수집하는 제1 광커플러, 상기 국지 유닛의 입력단과 상기 광케이블에 연결되어 상기 제2 광 신호를 수집하는 제2 광커플러, 상기 제1 광커플러에 연결되어 있으며 상기 제1 광 신호를 전달받아 상기 제1 신호로 복조 한 후 상기 위상 측정기로 전달하는 제1 포토다이오드와, 상기 제2 광커플러에 연결되어 있으며 상기 제2 광 신호를 전달받아 상기 제2 신호로 복조 한 후 상기 위상 측정기로 전달하는 제2 포토다이오드를 포함한다.
상기 위상 측정기는, 상기 기준신호와 상기 제1 신호를 입력 받아 CW 신호(Continuous Wave signal)의 크기와 위상차를 측정하는 제1 벡터 전압계, 상기 기준신호와 상기 제2 신호를 입력 받아 CW신호의 크기와 위상차를 계산하는 제2 벡터 전압계, 그리고 상기 제1 및 제2 벡터 전압계에서 산출한 신호의 차를 비교하여 기준 주파수 전송 시스템의 안정도를 판단하는 제어부를 포함한다.
또는, 위상 측정기는 상기 기준신호와 상기 제1 신호간의 위상차를 측정하는 제1 위상 검파기, 상기 기준신호와 상기 제2 신호간의 위상차를 측정하는 제2 위상 검파기와, 상기 제1 및 제2 위상 검파기에서 측정한 위상차를 비교하여 기준 주파수 전송 시스템의 안정도를 판단하는 제어부를 포함한다.
상기에서 위상 측정기는 상기 기준신호를 상기 국지 유닛으로부터 제공받는다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 기준 주파수 전송을 위한 실시간 안정도 측정 방법이 제공된다. 이 방법은 국지 유닛에서 RF의 전송 신호를 제1 광 신호로 변조하여 출력단을 통해 전송하는 단계; 상기 제1 광 신호를 수집하고 RF의 제1 신호로 복조하는 단계; 상기 원격지 유닛에서 광케이블을 통해 전송된 상기 제1 광 신호를 수신하고 복조하여 기준 신호로 이용하는 단계; 상기 복조된 신호 중 일부를 제2 광 신호로 변조하여 상기 광케이블을 통해 전송하는 단계; 상기 국지 유닛에서 상기 광케이블을 통해 전송된 상기 제2 광 신호를 입력단을 통해 수신하는 단계; 상기 제2 광 신호를 수집하고 RF의 제2 신호로 복조하는 단계, 그리고 기준신호와 상기 제1 및 제2 신호를 이용하여 위상을 측정하는 단계를 포함하며, 상기 제1 신호는 상기 광케이블에서의 위상 지연이 반영되지 않은 신호이고, 상기 제2 신호는 상기 광케이블에서의 위상 지연의 2배가 반영된 신호이다.
상기 위상을 측정하는 단계는 상기 기준신호와 상기 제1 신호를 입력 받아 CW 신호(Continuous Wave signal)의 크기와 위상차를 측정하는 제1 단계, 상기 기준신호와 상기 제2 신호를 입력 받아 CW신호의 크기와 위상차를 계산하는 제2 단계와, 상기 제1 및 제2 단계에서 산출한 신호의 차를 비교하여 기준 주파수 전송 시스템의 안정도를 판단하는 단계를 포함한다.
또는 상기 위상을 측정하는 단계는, 상기 기준신호와 상기 제1 신호간의 제1 위상차를 측정하는 단계, 상기 기준신호와 상기 제2 신호간의 제2 위상차를 측정하는 단계와, 상기 제1 및 제2 위상차를 비교하여 기준 주파수 전송 시스템의 안정도를 판단하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 기준 주파수 전송 시스템의 동작 중에도 원격지에 전송된 신호의 위상 안정도를 감시 할 수 있으며, 국지의 장비들에 의해 발생된 주파수 전송 오차(즉, 위상차)를 감시할 수 있다. 이에 따라 시스템의 정상 동작 유무를 확인할 수 있을 뿐만 아니라, 더 정확한 기준 주파수 전송을 가능하게 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기준 주파수 전송을 위한 실시간 안정도 측정 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기준 주파수 전송을 위한 실시간 안정도 측정 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 기준 주파수 전송을 위한 실시간 안정도 측정 시스템의 상세 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 기준 주파수 전송을 위한 실시간 안정도 측정 시스템의 상세 구성도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 따른 기준 주파수 전송을 위한 실시간 안정도 측정 시스템 및 방법에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기준 주파수 전송을 위한 실시간 안정도 측정 시스템을 나타낸 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 기준 주파수 전송을 위한 실시간 안정도 측정 시스템은 국지 유닛(100), 원격지 유닛(200)과 광케이블(fiber-optical)(300), 모니터 유닛(400)과 위상측정기(500)를 포함한다.
국지 유닛(100)은 입출력단이 광케이블(300)에 연결되어 있으며, 기준 신호에 대응하는 전기적 신호를 생성하고 생성한 전기적 신호를 광 신호로 변환하여 광케이블(300)로 전송한다.
원격지 유닛(200)은 국지 유닛(100)에서 송신한 광 신호를 광케이블(300)을 통해 전달받아 수신하고 수신한 광 신호를 복조한 후 복조한 신호를 기준 신호로 이용한다. 그리고 복조한 신호의 일부는 광 신호로 변환하여 국지 유닛(100)으로 회신한다.
광케이블(300)은 국지 유닛(100)과 원격지 유닛(200) 사이에 연결되어 있으며, 국지 유닛(100)과 원격지 유닛(200) 간의 광 신호의 교환이 가능하게 한다.
모니터 유닛(400)은 국지 유닛(100)에서 광케이블(300)로 연결되는 입출력단에 연결되어 국지 유닛(100)에서 전송하는 광 신호를 수집하고, 원격지 유닛(200)을 통해 다시 국지 유닛(100)에 돌아오는 광 신호를 수집한다. 그리고 모니터 유닛(400)은 이렇게 수집된 2개의 광 신호를 전기적 신호로 복조한 후 위상측정기(500)에 제공한다.
이러한 모니터 유닛(400)의 내부 구성은 일 예로, 2개의 광커플러(410, 420)와 2개의 포토다이오드(430, 440)를 포함한다. 제1 광커플러(410)는 국지 유닛(100)의 출력단과 광케이블(300)에 연결되어 있으며, 국지 유닛(100)에서 원격지 유닛(200)으로 전송되는 광 신호를 수집한다. 제2 광커플러(420)는 국지 유닛(100)의 입력단과 광케이블(300)에 연결되어 있으며, 원격지 유닛(200))을 통해 국지 유닛(100)으로 되돌아온 광 신호를 수집한다.
제1 포토다이오드(430)는 제1 광커플러(410)에 연결되어 있으며 제1 광커플러(410)에서 수집한 광 신호를 전달받아 제1 신호(즉, RF 신호)(Vt)로 복조 한 후 안정도 측정을 위하여 위상측정기(500)로 전달한다. 제2 포토다이오드(440)는 제2 광커플러(420)에 연결되어 있으며, 제2 광커플러(420)에서 수집된 광 신호를 제2 신호(즉, RF 신호)(Vr)로 복조 한 후 안정도 측정을 위하여 위상측정기(500)로 전달한다.
위상측정기(500)는 모니터 유닛(400)에 커플링되어 있으며 모니터 유닛(400)으로부터 모니터용 신호 즉, 제1 및 제2 신호(Vt, Vr)를 제공받고, 2개의 신호(Vt, Vr)를 이용하여 위상 안정도를 측정한다. 구체적으로 위상 측정기(500)는 외부 유닛(예컨대 국지 유닛(100))으로부터 전달받은 기준신호(Vref)와 모니터 유닛(400)으로부터 전달받은 제1 신호(Vt) 및 제2 신호(Vr)를 이용하여 위상을 측정하고, 이를 통해 위상의 안정도를 모니터링한다.
이러한 위상 측정기(500)의 내부 구성은 일 예로, 기준신호(Vref)와 제1 신호(Vt)를 입력 받아 CW 신호(Continuous Wave signal)의 크기와 위상차를 측정하는 제1 벡터 전압계(VVM, Vector Voltmeter)(510), 기준신호(Vref)와 제2 신호(Vr)를 입력 받아 CW신호의 크기와 위상차를 계산하는 제2 벡터 전압계(520), 그리고 제1 및 제2 벡터 전압계(510, 520)에서 산출한 신호의 차를 비교하여 기준 주파수 전송 시스템의 안정도를 판단하는 제어부(530)를 포함한다.
이때, 제1 및 제2 벡터 전압계(510, 520)를 대신하여, 수신되는 두 신호(Vt, Vr)의 위상차 만을 측정하는 제1 및 제2 위상 검파기(phase detector)를 사용하여 두 신호(Vt, Vr)의 차이를 산출할 수 있다.
이하에서는 이상과 같이 구성된 본 발명의 실시 예에 따른 기준 주파수 전송을 위한 실시간 안정도 측정 방법을 도 2를 참조로 하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기준 주파수 전송을 위한 실시간 안정도 측정 방법을 나타낸 순서도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 국지 유닛(100)에서는 RF의 전송 신호(Vt)를 광 신호로 변조하여 출력단을 통해 전송한다(S201).
국지 유닛(100)에서 전송된 광 신호는 출력단에 연결된 광케이블(300)을 통해 전송되고(S202), 또한 모니터 유닛(400)의 제1 광커플러(410)에 의해 수집된다(S203). 그리고 제1 광커플러(410)에 의해 수집된 광 신호는 제1 포토다이오드(430)에 의해 제1 신호(Vt)로 복조되어 위상 측정기(500)에 제공된다.
한편, S202 과정을 통해 전송된 광신호는 원격지 유닛(200)에 수신되고(S205), RF 신호로 복조되어 원격지 유닛(200)에 설치된 장치의 기준 신호로 이용된다(S206).
그리고 복조된 RF 신호는 원격지 유닛(200)에서 광 신호로 변조되어(S207), 다시 광케이블(300)을 통해 국지 유닛(100)으로 되돌아간다(S208). 국지 유닛(100)으로 되돌아온 신호는 국지 유닛(100)의 수신단을 통해 수신되고(S209), 또한 국지 유닛(100)에 수신되기 전에 모니터 유닛(400)의 제2 광커플러(420)에 의해 수집된다(S210). 제2 광커플러(420)에 의해 수집된 광 신호는 제2 포토다이오드(440)에 의해 제2 신호(Vr)로 복조되어 위상 측정기(500)에 제공된다(S211).
위상 측정기(500)는 모니터 유닛(400)으로부터 제1 및 제2 신호(Vt, Vr)을 수신하고, 국지 유닛(100)으로부터 기준 신호(Vref)를 제공받는다. 이에 위상 측정기(500)는 제1 및 제2 신호(Vt, Vr)과 기준 신호를 이용하여 제1 신호(Vt)의 기준신호에 대한 위상차와 제2 신호(Vr)의 기준신호에 대한 위상차를 측정한다(S212). 그리고 이렇게 측정된 제1 신호(Vt)의 기준신호에 대한 위상차와 제2 신호(Vr)의 기준신호에 대한 위상차를 이용하게 되면, 원격지 신호의 위상 변화를 파악할 수 있게 된다.
이하에서는, 제1 신호(Vt)의 기준신호에 대한 위상차와 제2 신호(Vr)의 기준신호에 대한 위상차를 이용하여 원격지 신호의 위상 변화를 파악할 수 있는 이유를 설명한다.
Figure 112014035771776-pat00001
를 광케이블(300)을 한번 통과한 위상 지연이라 할 때, 모니터 유닛(400)에 구비된 제1 및 제2 광커플러(410, 420)와 제1 및 제2 포토다이오드(430, 440)에서 얻어지는 두 RF 신호, 즉, 제1 및 제2 신호는 수학식 1 및 2과 같이 정의할 수 있다.
Figure 112014035771776-pat00002
Figure 112014035771776-pat00003
수학식 1, 2에서 At와 Ar은 상수이고, t는 제1 신호(Vt)의 위상이고, r는 제2 신호(Vr)의 위상이다. 이러한 수학식 1 및 2에서 광케이블(300)에서의 위상 변동을 나타내는
Figure 112014035771776-pat00004
를 고려하면, 원격지 신호(Vremote)의 위상(
Figure 112014035771776-pat00005
)은 제1 신호(Vt)의 위상(
Figure 112014035771776-pat00006
)에 광케이블의 위상 지연(
Figure 112014035771776-pat00007
)을 더하여, 수학식 3과 같이 표현된다.
Figure 112014035771776-pat00008
그리고, 수학식 3로부터 제1 신호(Vt)의 위상은 원격지 신호의 위상(
Figure 112014035771776-pat00009
) 및 광 섬유(300)의 위상 지연(
Figure 112014035771776-pat00010
)을 사용하여 수학식 4와 같이 표현된다. 또한 돌아온 제2 신호의 위상(
Figure 112014035771776-pat00011
)은 원격지 신호의 위상(
Figure 112014035771776-pat00012
)에 광케이블(300)의 위상 변동(
Figure 112014035771776-pat00013
)을 더하여 수학식 5와 같이 표현된다.
Figure 112014035771776-pat00014
Figure 112014035771776-pat00015
수학식 5의 관계를 광케이블(300)의 위상 변동(
Figure 112014035771776-pat00016
)에 대해서 정리하면, 다음의 수학식 6과 같다.
Figure 112014035771776-pat00017
수학식 5, 6에서는 광케이블(300)에서의 위상 지연(
Figure 112014035771776-pat00018
)이 대칭적이라는 가정을 하였다. 여기서 광케이블(300)에서의 위상 지연(
Figure 112014035771776-pat00019
)이 대칭적이라는 것은 국지 유닛(100)에서 원격지 유닛(200)으로 전송되는 신호에 포함되는 광케이블(300)에서의 위상 지연과, 원격지 유닛(200)에서 국지 유닛(100)으로 돌아오는 신호에 포함되는 광케이블(300)에서의 위상 지연이 동일하다는 것을 의미한다.
수학식 6을 수학식 3에 대입하면, 원격지 신호의 위상(
Figure 112014035771776-pat00020
)을 추정할 수 있는 다음의 수학식 7을 얻을 수 있다.
Figure 112014035771776-pat00021
수학식 7은 제1 신호(Vt)와 제2 신호(Vr)의 위상차를 측정한 후, 측정된 위상차의 절반을 전송 신호의 위상에 더하여 원격지 신호의 위상(
Figure 112014035771776-pat00022
)을 구할 수 있음을 보여준다. 위상을 측정하기 위해서는 기준이 필요하므로, 기준신호(Vref)의 위상(
Figure 112014035771776-pat00023
)에 대한 상대적인 위상차로 수학식 7을 표현하면 원격지 신호(Vremote)의 기준신호(Vref)에 대한 위상차(
Figure 112014035771776-pat00024
)는 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112014035771776-pat00025
수학식 8의 우변에서 광케이블(300)에서의 위상 지연 변화는 1/2(
Figure 112014035771776-pat00026
)에 나타나고, 국지 유닛(100)의 위상 변화는 (
Figure 112014035771776-pat00027
) 에 반영된다. 수학식 8의 의미를 수동 및 능동 주파수 전송에 대한 경우로 나누어 살펴보고자 한다.
수동 주파수 전송의 경우에는 기준 주파수 신호를 전송신호로 사용하기 때문에, 수학식 8의 우변에서 1/2(
Figure 112014035771776-pat00028
)을 사용하여, 광케이블(300)에서의 위상 지연을 감시한다. 광케이블(300)을 통한 능동 주파수 전송에서는 국지 유닛(100)에 RF 신호를 광 신호로 변조하는 장치, 돌아온 신호를 복조 하는 장치와 측정된 위상 지연을 보상하는 장치가 포함되어 있으며, 보상한 결과로서 전송신호 즉, 제1 신호(Vt)의 위상(
Figure 112014035771776-pat00029
)이 결정된다.
수학식 8은 능동 주파수 전송에서 광케이블(300)뿐만 아니라 국지 유닛(100)들에서 발생된 위상 지연을 포함한 원격지 신호(Vremote)의 위상 변화를 추정할 수 있다. 국지 유닛(100)에서의 위상 변동은 수학식 8의 우변에서 전송 신호의 위상인
Figure 112014035771776-pat00030
에 나타나서 원격지 신호(Vremote)의 위상 추정 값에 포함된다.
다음에서 수동과 능동 주파수 전송, 각각에 대해서 수학식 8의 적용을 보고자 한다. 수동 주파수 전송에서 전송신호로 기준 주파수 신호가 사용되어 수학식 8은 다음의 수학식 9로 나타낼 수 있다.
Figure 112014035771776-pat00031
즉, 수동 주파수 전송에서의 원격지 신호(Vremote)의 위상 안정도 추정은 광 섬유에서의 위상 지연의 절반을 측정하여 이루어진다.
능동 주파수 전송에서는 국지 유닛(100)에 설치되는 광 변조기, 광 복조기(포토다이오드), 광지연모듈(Optical Delay Module)이나 위상보상회로(Phase Compensation Circuit) 에서 광 섬유(즉, 광케이블)(300)에서 발생되는 위상 지연을 측정하여 측정된 위상을 사용하여 전송신호의 위상을 보상하게 된다. 이로부터 이상적인 기준 주파수 전송 시스템에서 제1 신호(Vt)의 위상(
Figure 112014035771776-pat00032
)은, 원격지 신호의 위상이 기준 주파수 신호의 위상이 되도록, 다음의 수학식 10으로 표현된다.
Figure 112014035771776-pat00033
이상적인 능동 주파수 전송에서의 원격지 신호(Vremote)의 위상은, 수학식 10를 수학식 3에 대입하여 다음의 수학식 11로 표현된다.
Figure 112014035771776-pat00034
이와 비교되는 이상적인 능동 주파수 전송에서 원격지 신호(Vremote)의 위상(
Figure 112014035771776-pat00035
)의 예측 값은, 수학식 8에 수학식 10를 대입하여 다음의 수학식 12로 나타낼 수 있다.
Figure 112014035771776-pat00036
수학식 12는 광케이블(300)에서의 위상 변화만을 고려한 것으로 국지 유닛(100) 내의 장치에 의해 발생되는 위상 오차를 반영하지 않은 것이다. 이에, 광 섬유(광케이블) 외에 국지 유닛(100)에서 발생한 위상 오차 즉, 국지 유닛(100)에서 발생된 위상 변화를 Δ
Figure 112014035771776-pat00037
라고 할 경우, 능동 주파수 전송 시스템의 제1 신호(Vt)의 위상(
Figure 112014035771776-pat00038
)은 다음의 수학식 13과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112014035771776-pat00039
그리고 국지 유닛에서의 위상 변화가 있을 때, 능동 주파수 전송 시스템에서 원격지 신호(Vremote)의 위상(
Figure 112014035771776-pat00040
)은 수학식 13을 수학식 3에 대입하여 다음의 수학식 14와 같이 얻을 수 있다.
Figure 112014035771776-pat00041
수학식 14를 통해, 국지 유닛(100)에서 발생한 위상 변동이 원격지 신호(Vremote)의 위상 오차가 됨을 알 수 있다. 다음에서 능동 주파수 전송에서 국지 유닛(100)에서의 위상 변화가 있을 때 수학식 8이 원격지 신호(Vremote)의 위상을 잘 감시하는지를 보기 위해, 수학식 13을 수학식 8에 대입하여 다음의 수학식 15를 얻었다.
[수학식 15]
Figure 112014035771776-pat00042
수학식 15는 제1 신호(Vt)의 기준신호(Vref)에 대한 위상차와 제1 신호(Vt) 및 제2 신호(Vr) 간의 위상차를 측정하여, 능동 주파수 전송 시스템에서 국지 유닛(100)에 의해 발생된 원격지 신호(Vremote)의 위상 오차(Δ
Figure 112014035771776-pat00043
)를 추정할 수 있음을 보여 준다. 이로부터 수학식 8에서의 간단한 원격지 신호(Vremote)의 위상 추정 방법이 능동 주파수 전송 시스템의 안정도를 감시하는데 매우 유용하다는 것을 알 수 있다.
정리하면, 수학식 8의 관계를 통해 본 발명은, 수동 주파수 전송에서는 광케이블(300)에서의 대칭적인 위상변동(
Figure 112014035771776-pat00044
)을, 능동 주파수 전송에서는 국지 유닛(100)에서 발생한 위상 오차를 감시할 수 있다. 수학식 8에서 제1 신호(Vt)와 제2 신호(Vr) 사이의 위상차 대신에 모두 기준신호에 대한 위상차로 표현하면, 다음의 수학식 16과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112014035771776-pat00045
Figure 112014035771776-pat00046
수학식 16을 통해서 보면, 제1 신호(Vt)의 기준신호에 대한 위상차(
Figure 112014035771776-pat00047
)와 제2 신호(Vr)의 기준신호에 대한 위상차(
Figure 112014035771776-pat00048
)를 측정하면 원격지 신호(Vremote)의 위상(
Figure 112014035771776-pat00049
)을 추정할 수 있다. 도 1에 벡터 전압수신부(520)를 포함한 위상측정기(500)의 측정 구성도는 수학식 16의 우변
Figure 112014035771776-pat00050
을 구하기 위한 것이다. 벡터 전압수신부(520)는 제2 신호(Vr)의 크기와 위상을 모두 측정하기 때문에, 원격지 신호(Vremote)의 위상뿐 아니라 크기도 같이 측정하여, 전체 시스템의 이상 여부를 상시 확인할 수 있다.
이하에서는 도 3과 도 4를 참조로 하여 국지 유닛(100)에 설치되는 장치 및 원격지 유닛(200)에 설치되는 장치에 대한 예를 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 기준 주파수 전송을 위한 실시간 안정도 측정 시스템의 상세 구성도이다. 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1 실시 예에 따른 기준 주파수 전송을 위한 실시간 안정도 측정 시스템에서 국지 유닛(100)은 기준신호 제공기(110), 보상회로(120), 전압제어발진기(130), 광원(140), 광변조기(150), 포토다이오드(160)과 서큘레이터(170)를 포함한다.
기준신호 제공기(110)는 기준신호(Vref)를 제공하고, 보상회로(120)는 기준신호(Vref), 발진신호(Vvco) 및 원격지 유닛(200)으로부터 리턴한 신호(Vrt)의 위상을 측정하고 비교하여 발진신호(Vvco)의 위상을 보정하는 보정신호(Vc)를 파악하고 보정신호(Vc)를 통해 전압제어발진기(130)에서 생성된 발진신호(Vvco)를 보상한다.
전압제어발진기(130)에서 생성된 발진신호(Vvco)를 생성하고, 광원(140)은 광케이블(300)로 전송되는 광(예; 레이저광)을 제공하며, 광 변조기(140)는 광원(140)에서 제공한 광을 이용하여 발진신호(Vvco)를 광 신호로 변조한다. 서큘레이터(170)는 변조된 광 신호를 광케이블(300)로 보내고, 광케이블(300)을 통해 원격지에서 들어온 광 신호를 포토다이오드(160)로 보낸다. 포토다이오드(160)는 서큘레이터(170)를 통해 들어온 광 신호를 RF의 신호(Vrt)로 복조한다.
한편, 원격지 유닛(200)은 광원(240), 광 변조기(250), 포토다이오드(260)와 서큘레이터(270)를 포함한다. 광원(240)은 광케이블(300)을 통해 들어온 신호를 포토다이오드(260)로 보내고, 광 변조기(250)에서 만들어진 광 신호를 광케이블(300)로 보낸다. 포토다이오드(260)는 서큘레이터(270)에 의해 수신된 광을 RF의 신호(Vremote)로 복조한다. 광 변조기(250)는 복조된 신호(Vremote)를 다시 광 신호로 변조한다. 이 신호는 서큘레이터(270)와 광케이블(300)을 통해 국지 유닛(100)으로 전송된다.
이상과 같이 구성된 본 발명의 제1 실시 예에 따른 기준 주파수 전송 시스템에 대하여 본 발명의 실시 예에 따른 실시간 안정도 측정 방법을 이용하는 것으로 국지 유닛(100)의 각 구성 장치(120 내지 170) 중 적어도 하나의 장치에 의해 발생되는 위상 오차를 파악하는 것으로 원격지 신호(Vremote)에 대한 위상을 측정(추정)하는 것이 가능하다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 기준 주파수 전송을 위한 실시간 안정도 측정 시스템의 상세 구성도이다. 도 4에 도시된 본 발명의 제2 실시 예에 따른 기준 주파수 전송 시스템은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 기준 주파수 전송 시스템과 전반적으로 동일하나, 국지 유닛(100)의 구성이 본 발명의 제1 실시 예와 다르다.
구체적으로 본 발명의 제2 실시 예는 본 발명의 제1 실시 예의 위상보상 회로부(120) 대신에, 주파수 혼합기와 적분기(181), 광지연모듈(ODM, Optical Delay Module, 182), 광지연모듈(182)의 온도 조정을 위한 드라이버 회로(183)가 포함된 경우에 대한 것이다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 기준 주파수 전송을 위한 실시간 안정도 측정 시스템에서도 마찬가지로, 국지 유닛(100)의 주파수 혼합기, 적분기(181), 광지연모듈(182) 이나 드라이버 회로(183)에 의한 위상 오차가 발생하는 경우에 국지 유닛(100)의 위상 오차를 통해 원격지 신호(Vremote)에 대한 위상을 측정(추정)하는 것이 가능하다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 국지 유닛
200: 원격지 유닛
300: 광케이블
400: 모니터 유닛
500: 위상측정기

Claims (9)

  1. 광케이블;
    입출력단이 상기 광케이블에 연결되며, 기준 신호에 대응하는 전기적 신호를 생성하고 상기 전기적 신호를 제1 광 신호로 변환하여 상기 광케이블로 출력하는 국지 유닛;
    상기 광케이블을 통해 수신한 상기 제1 광 신호를 복조하여 기준 신호로 이용하며, 상기 복조한 신호의 일부를 제2 광 신호로 변환하여 상기 국지 유닛으로 회신하는 원격지 유닛;
    상기 국지 유닛의 입출력단에 연결되어 상기 제1 광 신호 및 상기 광케이블을 통해 전송된 상기 제2 광 신호를 수집하고, 상기 제1 및 제2 광 신호를 RF의 제1 및 제2 신호로 복조하는 모니터 유닛; 그리고
    상기 국지 유닛의 상기 기준신호와 상기 제1 및 제2 신호를 이용하여 위상을 측정하는 위상 측정기
    를 포함하는 기준 주파수 전송을 위한 실시간 안정도 측정 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 모니터 유닛은,
    상기 국지 유닛의 출력단과 상기 광케이블에 연결되어 상기 제1 광 신호를 수집하는 제1 광커플러,
    상기 국지 유닛의 입력단과 상기 광케이블에 연결되어 상기 제2 광 신호를 수집하는 제2 광커플러,
    상기 제1 광커플러에 연결되어 있으며 상기 제1 광 신호를 전달받아 상기 제1 신호로 복조 한 후 상기 위상 측정기로 전달하는 제1 포토다이오드, 그리고
    상기 제2 광커플러에 연결되어 있으며 상기 제2 광 신호를 전달받아 상기 제2 신호로 복조 한 후 상기 위상 측정기로 전달하는 제2 포토다이오드
    를 포함하는 기준 주파수 전송을 위한 실시간 안정도 측정 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 위상 측정기는,
    상기 기준신호와 상기 제1 신호를 입력받아 CW 신호(Continuous Wave signal)의 크기와 위상차를 측정하는 제1 벡터 전압계,
    상기 기준신호와 상기 제2 신호를 입력 받아 CW신호의 크기와 위상차를 계산하는 제2 벡터 전압계, 그리고
    상기 제1 및 제2 벡터 전압계에서 산출한 신호의 차를 비교하여 기준 주파수 전송 시스템의 안정도를 판단하는 제어부
    를 포함하는 기준 주파수 전송을 위한 실시간 안정도 측정 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 기준신호와 상기 제1 신호간의 위상차를 측정하는 제1 위상 검파기,
    상기 기준신호와 상기 제2 신호간의 위상차를 측정하는 제2 위상 검파기, 그리고
    상기 제1 및 제2 위상 검파기에서 측정한 위상차를 비교하여 기준 주파수 전송 시스템의 안정도를 판단하는 제어부
    를 더 포함하는 기준 주파수 전송을 위한 실시간 안정도 측정 시스템.
  5. 제1항에서,
    상기 위상 측정기는 상기 기준신호를 상기 국지 유닛으로부터 제공받는 기준 주파수 전송을 위한 실시간 안정도 측정 시스템.
  6. 국지 유닛에서 RF의 전송 신호를 제1 광 신호로 변조하여 출력단을 통해 전송하는 단계;
    상기 제1 광 신호를 수집하고 RF의 제1 신호로 복조하는 단계;
    원격지 유닛에서 광케이블을 통해 전송된 상기 제1 광 신호를 수신하고 복조하여 기준 신호로 이용하는 단계;
    상기 복조된 신호 중 일부를 제2 광 신호로 변조하여 상기 광케이블을 통해 전송하는 단계;
    상기 국지 유닛에서 상기 광케이블을 통해 전송된 상기 제2 광 신호를 입력단을 통해 수신하는 단계;
    상기 제2 광 신호를 수집하고 RF의 제2 신호로 복조하는 단계, 그리고
    기준신호와 상기 제1 및 제2 신호를 이용하여 위상을 측정하는 단계
    를 포함하는 주파수 전송을 위한 실시간 안정도 측정 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 위상을 측정하는 단계는,
    상기 기준신호와 상기 제1 신호를 입력 받아 CW 신호(Continuous Wave signal)의 크기와 위상차를 측정하는 제1 단계,
    상기 기준신호와 상기 제2 신호를 입력 받아 CW신호의 크기와 위상차를 계산하는 제2 단계, 그리고
    상기 제1 및 제2 단계에서 산출한 신호의 차를 비교하여 기준 주파수 전송 시스템의 안정도를 판단하는 단계
    를 포함하는 기준 주파수 전송을 위한 실시간 안정도 측정 방법.
  8. 제6항에서,
    상기 위상을 측정하는 단계는,
    상기 기준신호와 상기 제1 신호간의 제1 위상차를 측정하는 단계,
    상기 기준신호와 상기 제2 신호간의 제2 위상차를 측정하는 단계, 그리고
    상기 제1 및 제2 위상차를 비교하여 기준 주파수 전송 시스템의 안정도를 판단하는 단계
    를 포함하는 기준 주파수 전송을 위한 실시간 안정도 측정 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에서,
    상기 기준신호는 상기 국지 유닛으로부터 제공받는 것을 특징으로 하는 기준 주파수 전송을 위한 실시간 안정도 측정 방법.

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