KR102232392B1

KR102232392B1 - 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크에서 간섭 잡음 보상을 위한 고주파 위상 디더링 기법의 최적의 동작 방법 및 이를 이용한 송신기

Info

Publication number: KR102232392B1
Application number: KR1020190142225A
Authority: KR
Inventors: 정윤철; 김병곤; 배성현; 김민식
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2019-11-08
Filing date: 2019-11-08
Publication date: 2021-03-26
Also published as: WO2021091028A1; US20230216585A1

Abstract

아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크에서 간섭 잡음 보상을 위한 고주파 위상 디더링 기법의 최적의 동작 방법 및 이를 이용한 송신 장치가 제시된다. 일 실시예에 따른 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크에서 수행하는 고주파 위상 디더링을 활용한 간섭 잡음 보상 방법은, 광 송신 장치에서 주파수 다중화된 무선 신호를 세기 변조된 광 신호로 변화하는 단계; 및 상기 광 송신 장치에서 세기 변조된 상기 광 신호의 위상을 OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) 신호로 디더링하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.

Description

아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크에서 간섭 잡음 보상을 위한 고주파 위상 디더링 기법의 최적의 동작 방법 및 이를 이용한 송신기{OPTIMIZED OPERATING METHOD OF HIGH-FREQUENCY DITHER TECHNIQUE FOR THE SUPPRESSION OF THE INTERFEROMETRIC NOISES IN THE MOBILE FRONTHAUL NETWORK BASED ON THE RADIO-OVER-FIBER TECHNOLOGY AND ITS TRANSMITTER}

아래의 실시예들은 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크에서 간섭 잡음 보상을 위한 고주파 위상 디더링 기법의 최적의 동작 방법 및 이를 이용한 송신기에 관한 것이다.

4세대 이동통신 이후 무선 엑세스 네트워크(Radio Access Network, RAN)는 Cloud RAN(CRAN) 구조로 진화하고 있다. 이러한 CRAN 구조에서는 기저 대역 신호를 처리하는 BBU(Base Band Unit)는 중앙 기지국에 위치하고 기저 신호를 무선 신호로 변환하여 송/수신하는 RRH(Remote Radio Head)는 셀에 위치한다. BBU와 RRH의 연결인 모바일 프론트홀 네트워크는 통상 CPRI(Common Public Radio Interface) 프로토콜을 활용한 디지털 광 전송 링크로 구현된다. 그러나 이러한 디지털 광 전송 링크 기반 모바일 프론트홀 네트워크는 무선 신호를 디지털 샘플링하여 전송하므로 무선 신호 대역폭에 비하여 과도하게 높은 전송 용량이 요구된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서 아날로그 광 전송 링크를 활용한 모바일 프론트홀 네트워크가 제안되었다. 아날로그 광 전송 링크 기반 모바일 프론트홀 네트워크에서는 여러 채널의 협대역 무선신호가 주파수 변환만 되어 전송된다. 이러한 아날로그 광 전송 링크를 활용한 모바일 프론트홀 네트워크에서는 CPRI 기반 디지털 광 전송 링크와 달리 포맷 변환을 하지 않기 때문에 다음과 같은 장점을 가질 수 있다. 우선, 무선 신호를 디지털 샘플링하지 않으므로 높은 주파수 효율을 가질 수 있다. 또한, 포맷 변환에 의한 추가적인 시간 지연이 없기 때문에, 아날로그 광 전송 링크 기반 모바일 프론트홀 네트워크에서의 시간 지연은 디지털 광 전송 링크를 활용한 모바일 프론트홀 네트워크보다 링크에서 발생하는 시간 지연이 보다 적다. 게다가, 아날로그 광 전송 링크 기반 모바일 프론트홀 네트워크는 경제성이 우수한 작은 대역폭을 갖는 광 송신기와 광 검출기를 활용하여 세기 변조-직접 수신 기반 광 링크로 구현될 수 있다.

광 전송 시스템에는 레일리 역산란(rayleigh backscattering) 및 불량 광 커넥터에 의하여 다중 경로 간섭이 발생할 수 있다. 다중 경로 간섭이 발생하는 경우, 신호와 간섭 신호가 직접 수신 장치에 인가되므로 신호뿐만 아니라 신호와 간섭 신호의 비팅(beating)에 의한 간섭 잡음이 검출된다. 이 간섭 잡음으로 인하여 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크를 통하여 전송된 무선 신호의 품질이 5세대 이동통신 시스템에서 요구되는 신호 품질 요구조건을(예를 들어 64 QAM 변조된 무선 신호의 경우 기지국 출력단에서 오류벡터치 8% 혹은 256QAM 변조된 무선 신호의 경우 오류벡터치 3.5%) 충족시키지 못할 수도 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 고주파 위상 디더링 기법이 제안되었다. 이 기법의 원리는 광 신호의 위상을 높은 주파수(신호의 대역폭 보다 2 배 이상의 주파수)의 신호로 변조하여 간섭 잡음을 신호 대역 외로 방출한다. 결과적으로, 고주파 위상 디더링 기법을 사용하면 신호 대역 내 발생하는 간섭 잡음의 전력은 감소하게 된다. 또한 일정 대역폭을 갖는 신호로 위상 디더링을 하는 경우, 신호와 간섭 신호 간의 시간 차에 상관없이 간섭 잡음을 억제하는 것이 가능하다. 하지만, 고주파 위상 디더링 기법 사용 시 광 신호 스펙트럼이 크게 넓어져 색분산에 취약해지고 광 신호의 선폭이 크게 증가한다는 단점이 있다. 그러므로 고주파 위상 디더링 기법이 적용되는 시스템의 요구조건에 따라 디더 신호를 최적화 할 필요가 있다.

P. Pepeljugoski and K. Lau "Interferometric noise reduction in fiber-optic links by superposition of high frequency modulation," Journal of Lightwave Technology, vol. 10, no. 7, pp. 957-963, 1992.

실시예들은 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크에서 간섭 잡음 보상을 위한 고주파 위상 디더링 기법의 최적의 동작 방법 및 이를 이용한 송신기에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크에서 다수의 불량 광 커넥터가 존재하는 경우 발생하는 간섭 잡음을 효과적으로 억제할 수 있는 기술을 제공한다.

실시예들은 세기 변조 신호의 주파수 위치 및 고주파 위상 디더링 신호의 변조 깊이와 대역폭을 최적화함으로써, 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크에서 간섭 잡음의 효과적으로 억제할 수 있는, 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크에서 간섭 잡음 보상을 위한 고주파 위상 디더링 기법의 최적의 동작 방법 및 이를 이용한 송신기를 제공하는데 있다.

실시예들은 아날로그 광 전송 기법을 활용한 모바일 프론트홀 네트워크에서 고주파 위상최적의 기법 디더링을 최적화하고 이 기법이 적용된 송신기를 활용하여 간섭 잡음을 효과적으로 억제함으로써, 다수의 불량 광 커넥터가 존재하는 링크에서도 아날로그 광 전송 기법 기반 모바일 프론트홀 네트워크의 성능을 보장할 수 있는, 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크에서 간섭 잡음 보상을 위한 고주파 위상 디더링 기법의 최적의 동작 방법 및 이를 이용한 송신기를 제공하는데 있다.

일 실시예에 따른 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크에서 수행하는 고주파 위상 디더링을 활용한 간섭 잡음 보상 방법은, 광 송신 장치에서 주파수 다중화된 무선 신호를 세기 변조된 광 신호로 변화하는 단계; 및 상기 광 송신 장치에서 세기 변조된 상기 광 신호의 위상을 OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) 신호로 디더링하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 광 송신 장치에서 전송된 상기 광 신호를 광섬유 및 광 커넥터의 광 소자로 구성된 광 전송 링크 통해 수신하는 단계; 및 광 수신 장치에서 수신된 상기 광 신호를 전기 신호로 변환하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 광 수신 장치에서 수신된 상기 광 신호를 전기 신호로 변환하는 단계는, 직접 검출부를 통해 수신된 광 신호의 전기장의 세기를 측정하며, 상기 광 전송 링크에서 두 개 이상의 광 커넥터의 연결이 불량한 경우, 수신된 상기 광 신호에서 신호의 전기장과 간섭 신호의 전기장의 비팅 성분으로 이루어진 간섭 잡음이 발생 가능하다.

상기 광 송신 장치에서 세기 변조된 상기 광 신호의 위상을 OFDM 신호로 디더링하는 단계는, 세기 변조된 상기 광 신호의 위상을 단일 주파수 정현파를 활용한 고주파 위상 디더링을 사용하여 간섭 잡음을 억제할 수 있다.

상기 광 송신 장치에서 세기 변조된 상기 광 신호의 위상을 OFDM 신호로 디더링하는 단계는, 세기 변조된 상기 광 신호의 위상을 일정 대역폭을 갖는 가우시안 잡음을 활용한 고주파 위상 디더링을 사용하여 간섭 잡음을 억제할 수 있다.

상기 OFDM 신호의 변조 지수를 2 내지 4로 설정하고 대역폭을 100 MHz로 설정할 수 있다.

간섭 잡음에 의한 성능 열화를 억제하도록 상기 주파수 다중화된 무선 신호의 캐리어 주파수를 1.5 GHz 이상으로 설정할 수 있다.

다른 실시예에 따른 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크에서 수행하는 고주파 위상 디더링을 활용한 간섭 잡음 보상 장치는, 광 송신 장치에서 주파수 다중화된 무선 신호를 세기 변조된 광 신호로 변화하는 광 세기 변조부; 및 상기 광 송신 장치에서 세기 변조된 상기 광 신호의 위상을 OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) 신호로 디더링하는 광 위상 변조부를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 광 송신 장치에서 전송된 상기 광 신호를 수신하는 광섬유 및 광 커넥터의 광 소자로 구성된 광 전송 링크; 및 광 수신 장치에서 수신된 상기 광 신호를 전기 신호로 변환하는 직접 검출부를 더 포함할 수 있다.

상기 직접 검출부는, 수신된 광 신호의 전기장의 세기를 측정하며, 상기 광 전송 링크에서 두 개 이상의 광 커넥터의 연결이 불량한 경우, 수신된 상기 광 신호에서 신호의 전기장과 간섭 신호의 전기장의 비팅 성분으로 이루어진 간섭 잡음이 발생 가능하다.

상기 광 위상 변조부는, 세기 변조된 상기 광 신호의 위상을 단일 주파수 정현파를 활용한 고주파 위상 디더링을 사용하여 간섭 잡음을 억제할 수 있다.

상기 광 위상 변조부는, 세기 변조된 상기 광 신호의 위상을 일정 대역폭을 갖는 가우시안 잡음을 활용한 고주파 위상 디더링을 사용하여 간섭 잡음을 억제할 수 있다.

또 다른 실시예에 따른 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크에서 수행하는 고주파 위상 디더링을 활용한 간섭 잡음 보상을 위한 광 송신 장치는, 주파수 다중화된 무선 신호를 세기 변조된 광 신호로 변화하는 광 세기 변조부; 및 세기 변조된 상기 광 신호의 위상을 OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) 신호로 디더링하는 광 위상 변조부를 포함하고, 상기 OFDM 신호의 변조 지수를 2 내지 4로 설정하고 대역폭을 100 MHz로 설정하며, 간섭 잡음에 의한 성능 열화를 억제하도록 상기 주파수 다중화된 무선 신호의 캐리어 주파수를 1.5 GHz 이상으로 설정할 수 있다.

실시예들에 따르면 세기 변조 신호의 주파수 위치 및 고주파 위상 디더링 신호의 변조 깊이와 대역폭을 최적화함으로써, 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크에서 간섭 잡음의 효과적으로 억제할 수 있는, 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크에서 간섭 잡음 보상을 위한 고주파 위상 디더링 기법의 최적의 동작 방법 및 이를 이용한 송신기를 제공할 수 있다.

실시예들에 따르면 아날로그 광 전송 기법을 활용한 모바일 프론트홀 네트워크에서 고주파 위상최적의 기법 디더링을 최적화하고 이 기법이 적용된 송신기를 활용하여 간섭 잡음을 효과적으로 억제함으로써, 다수의 불량 광 커넥터가 존재하는 링크에서도 아날로그 광 전송 기법 기반 모바일 프론트홀 네트워크의 성능을 보장할 수 있는, 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크에서 간섭 잡음 보상을 위한 고주파 위상 디더링 기법의 최적의 동작 방법 및 이를 이용한 송신기를 제공할 수 있다.

도 1은 일반적인 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크를 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크에서 수행하는 고주파 위상 디더링을 활용한 간섭 잡음 보상 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크에서 수행하는 고주파 위상 디더링을 활용한 간섭 잡음 보상 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 디더링 대역폭에 별 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크를 통해 전송되는 100 MHz OFDM 신호의 EVM 성능을 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 디더링 변조 지수에 따른 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크를 통해 전송되는 100 MHz OFDM 신호의 EVM 성능을 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 세기 변조 신호 없이 광 신호의 위상만 디더링만 한 경우 수신 광 전류의 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크에서 100 MHz 부터 4 GHz의 RF 캐리어 주파수를 통하여 전송된 32 채널 100 MHz OFDM의 EVM 성능을 나타내는 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 다수의 불량 커넥터 존재하는 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크를 통해 전송되는 100 MHz OFDM 신호의 EVM 성능을 나타내는 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 최적화된 디더링 기법의 성능 확인을 위한 실험 결과를 시뮬레이션 결과와 비교하여 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크의 성능은 간섭 잡음 의하여 제한될 수 있다. 이러한 간섭을 억제하는 방안으로 고주파 위상 디더링을 활용하는 방안이 기존에 제안되었다. 하지만 고주파 위상 디더링 기법의 구체적인 활용 방안은 이 기법이 적용되는 시스템에 따라 달라져야 한다. 따라서 본 실시예에서는 기존 고주파 위상 디더링 기법을 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀의 활용을 위한 구체적인 방안을 제시한다.

도 1은 일반적인 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크를 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 일반적인 아날로그 광 전송 시스템(100)을 보여준다. 일반적으로 아날로그 광 전송 시스템은 광 송신 장치(광 송신기, 110), 광섬유(120), 광 커넥터(130), 광 수신 장치(광 수신기, 140) 등 다양한 광 소자들로 구성된다. 이러한 광 소자들을 연결하기 위하여 광 커넥터(130)가 사용된다.

각 광 소자 끝단의 광섬유(120)들은 광 커넥터(130)에 의하여 물리적으로 붙여서 연결된다. 물리적으로 연결하기 때문에 광섬유(120) 간 연결이 불안정할 수 있으며 이로 인하여 광 커넥터(130)에서 반사가 발생할 수 있다. 예를 들어, 광섬유(120)가 물리적으로 완전히 붙지 못하여 광섬유(120) 간에 공기 층이 발생한 경우, 광 커넥터(130)에서 반사되는 빛의 양은 -14 dB이다. 또한 이러한 반사는 레일리 역산란에 의해서도 발생할 수 있다.

도 2는 일 실시예에 따른 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크에서 수행하는 고주파 위상 디더링을 활용한 간섭 잡음 보상 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크에서 수행하는 고주파 위상 디더링을 활용한 간섭 잡음 보상 방법은, 광 송신 장치에서 주파수 다중화된 무선 신호를 세기 변조된 광 신호로 변화하는 단계(S110), 및 광 송신 장치에서 세기 변조된 광 신호의 위상을 OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) 신호로 디더링하는 단계(S120)를 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 간섭 잡음 보상 방법은, 광 송신 장치에서 전송된 광 신호를 광섬유 및 광 커넥터의 광 소자로 구성된 광 전송 링크 통해 수신하는 단계(S130), 및 광 수신 장치에서 수신된 광 신호를 전기 신호로 변환하는 단계(S140)를 더 포함할 수 있다.

여기서, OFDM 신호의 변조 지수를 2 내지 4로 설정하고 대역폭을 100 MHz로 설정할 수 있고, 주파수 다중화된 무선 신호의 캐리어 주파수를 1.5 GHz 이상으로 설정할 수 있다.

일 실시예에 따른 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크에서 수행하는 고주파 위상 디더링을 활용한 간섭 잡음 보상 방법의 각 단계를 아래에서 보다 상세히 설명한다.

일 실시예에 따른 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크에서 수행하는 고주파 위상 디더링을 활용한 간섭 잡음 보상 방법은 일 실시예에 따른 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크에서 수행하는 고주파 위상 디더링을 활용한 간섭 잡음 보상 장치를 통해 보다 상세히 설명할 수 있다.

도 3은 일 실시예에 따른 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크에서 수행하는 고주파 위상 디더링을 활용한 간섭 잡음 보상 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크에서 수행하는 고주파 위상 디더링을 활용한 간섭 잡음 보상 장치(300)는 광 세기 변조부(310) 및 광 위상 변조부(320)를 포함하는 광 송신 장치를 포함할 수 있다. 또한, 간섭 잡음 보상 장치(300)는 광 전송 링크(331, 332) 및 광 수신 장치의 직접 검출부(340)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

단계(S110)에서, 광 세기 변조부(310)는 광 송신 장치에서 주파수 다중화된 무선 신호를 세기 변조된 광 신호로 변화시킬 수 있다.

단계(S120)에서, 광 위상 변조부(320)는 광 송신 장치에서 세기 변조된 광 신호의 위상을 OFDM 신호로 디더링 할 수 있다. 일례로, 광 위상 변조부(320)는 세기 변조된 광 신호의 위상을 단일 주파수 정현파를 활용한 고주파 위상 디더링을 사용하여 간섭 잡음을 억제할 수 있다. 다른 예로, 광 위상 변조부(320)는 세기 변조된 광 신호의 위상을 일정 대역폭을 갖는 가우시안 잡음을 활용한 고주파 위상 디더링을 사용하여 간섭 잡음을 억제할 수 있다.

단계(S130)에서, 광 전송 링크(331, 332)는 광섬유(331) 및 광 커넥터(332) 등의 광 소자로 구성되어, 광 송신 장치에서 전송된 광 신호를 수신할 수 있다.

단계(S140)에서, 직접 검출부(340)는 광 수신 장치에서 수신된 광 신호를 전기 신호로 변환할 수 있다. 이 때, 직접 검출부(340)는 수신된 광 신호의 전기장의 세기를 측정할 수 있다. 광 전송 링크(331, 332)에서 두 개 이상의 광 커넥터의(332) 연결이 불량한 경우, 수신된 광 신호에서 신호의 전기장과 간섭 신호의 전기장의 비팅 성분으로 이루어진 간섭 잡음이 발생 가능하다.

광 위상 변조부(320)는 OFDM 신호의 변조 지수를 2 내지 4로 설정하고 대역폭을 100 MHz로 설정할 수 있다. 그리고, 광 세기 변조부(310)는 간섭 잡음에 의한 성능 열화를 억제하도록 주파수 다중화된 무선 신호의 캐리어 주파수를 1.5 GHz 이상으로 설정할 수 있다.

한편, 일 실시예에 따른 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크에서 수행하는 고주파 위상 디더링을 활용한 간섭 잡음 보상을 위한 광 송신 장치는, 주파수 다중화된 무선 신호를 세기 변조된 광 신호로 변화하는 광 세기 변조부, 및 세기 변조된 광 신호의 위상을 OFDM 신호로 디더링하는 광 위상 변조부를 포함하여 이루어질 수 있다. 이 때, OFDM 신호의 변조 지수를 2 내지 4로 설정하고 대역폭을 100 MHz로 설정하며, 간섭 잡음에 의한 성능 열화를 억제하도록 주파수 다중화된 무선 신호의 캐리어 주파수를 1.5 GHz 이상으로 설정할 수 있다. 일 실시예에 따른 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크에서 수행하는 고주파 위상 디더링을 활용한 간섭 잡음 보상을 위한 광 송신 장치는 앞에서 설명한 일 실시예에 따른 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크에서 수행하는 고주파 위상 디더링을 활용한 간섭 잡음 보상 장치의 광 송신 장치를 포함할 수 있다. 이에 따라 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

아래에서 일 실시예에 따른 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크에서 수행하는 고주파 위상 디더링을 활용한 간섭 잡음 보상 방법 및 장치에 대해 예를 들어 보다 구체적으로 설명한다.

광 전송 시스템에서 두 개 이상의 광 커넥터 간의 연결이 불안정한 경우, 광 전송 시스템의 성능은 다중 경로 간섭에 의한 간섭 잡음에 의하여 제한될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 광 전송 시스템 상에서 두 개의 광 커넥터의 연결이 불량한 경우, 광 수신 장치에 신호의 전기장 E(t)와 이중 반사된 간섭 신호의 전기장 E(t-T)가 같이 직접 검출부에 인가된다. 여기서 T는 신호와 간섭 신호 간의 시간 차이이다. 직접 검출부는 수신된 광 신호의 전기장의 세기를 측정한다. 따라서, 직접 검출부에 수신된 광 전류는 신호의 전기장의 세기 제곱 |E(t)|²과, 신호의 전기장과 간섭 신호의 전기장의 비팅 성분인 Re{E(t)E*(t-T)}으로 구성된다. 여기서 신호의 전기장과 간섭 신호의 전기장의 비팅 성분을 간섭 잡음이라 하며, 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크처럼 높은 신호 품질을 요구하는 시스템의 성능은 이러한 간섭 잡음에 의하여 제한될 수 있다.

간섭 잡음을 억제하기 위하여 고주파 위상 디더링 기법이 제안될 수 있다. 도 3에 고주파 위상 디더링 기법이 적용된 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크가 도시되어 있다. 고주파 위상 디더링 기법의 원리를 설명하기 위하여, 세기 변조된 광 신호의 위상을 정현파로 경우에 대하여 설명하겠다. 세기 변조된 광 신호의 위상을 정현파로 디더링한 경우 그 전기장은 다음 식과 같이 주어질 수 있다.

[수학식 1]

여기서, P ₀는 광 신호의 평균 광 전력, x(t)는 세기 변조,

는 광 중심 주파수,

은 광 신호의 위상 잡음,

는 위상 디더링 신호의 변조 지수, 그리고 f _d 는 위상 디더링 신호의 주파수이다.

광 링크의 두 개의 불량 광 커넥터가 발생한 경우, 수신부의 직접 검출부에서 출력되는 수신 광 전류, i _PD 는 다음과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 2]

여기서, R은 직접 검출부의 responsibility이고. R ₁ 과 R ₂는 광 커넥터에서 발생된 반사의 반사 계수이고, T는 신호와 간섭 신호 간의 시간 차이이다.

상기 [수학식 2]를 참조하면, 신호 (x(t))뿐만 아니라 신호와 간섭 신호의 비팅 성분이 관측된다. i _PD 의 자기상관계수(auto-correlation)를 푸리에 변환함으로써 수신 광 전류의 전력 스펙트럼 밀도(Power Spectral Density, PSD)를 도출할 수 있으며, 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 3]

여기서, S _x (f)는 x(t)의 PSD이고 S _N (f)는

의 (즉, 간섭 잡음)의 PSD이며, J _k (*) 제 1종 k차 베셀 함수이다.

상기 [수학식 3]을 통하여 단일 주파수 정현파를 활용한 고주파 위상 디더링을 사용하여 간섭 잡음을 억제하는 방안을 도출할 수 있다. 만약 디더링 주파수, f _d 의 크기가 x(t)의 대역폭에 2배 이상이라면, S _N (f-kf _d )는 신호 대역 외부로 떨어진다. 결과적으로 신호 대역 내에는 떨어지는 간섭 잡음, S _N (f)의 양은

만큼이다. 여기서,

를 잡음감소계수(noise reduction factor)라 할 수 있다.

하지만 정현파를 활용한 고주파 위상 디더링 기법을 사용하는 경우, 간섭 잡음의 억제 정도는 신호와 간섭 신호 간의 시간차(또는 정현파의 주파수)에 의존한다. 이러한 문제는 정현파 대신 일정 대역폭을 갖는 가우시안 잡음으로 광 신호의 위상을 디더링하여 해결할 수 있다. 예를 들어, 신호와 간섭 신호의 시간차, T의 역수보다 큰 대역폭을 갖는 가우시안 잡음으로 광 신호의 위상을 디더링하면 수신 광 전류의 PSD 다음 식과 같이 주어진다.

[수학식 4]

여기서, R _n (t) 디더링에 사용된 백색 잡음의 자기상관계수(auto-correlation)이다. 상기 [수학식 4]를 참조하면, 수신 광 전류의 PSD는 신호와 간섭 신호의 시간차에 의존하지 않는다. 하지만 디더링 신호의 변조지수를 키우면 신호 대역 내에 간섭 잡음 억제될 것은 예측되지만 이를 정량적으로 추정하기는 어렵다.

디더링 신호의 변조 지수 및 대역폭을 크게 증가시키면 간섭 잡음을 충분히 억제할 수 있지만, 다음과 같은 문제가 발생할 수 있다. 첫 번째로, 광 신호의 스펙트럼이 크게 증가하게 되고 이로 인하여 광섬유의 색분산에 취약해질 수 있다. 두 번째로, 광 신호의 선폭이 넓어지게 되어, 무선 신호의 RF 캐리어 주파수를 낮게 설정하기 어렵다. 따라서, 상용 광원 및 변조기들의 성능과 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크의 성능 요구조건 등을 고려하여 최적의 디더링 변조 지수 및 대역폭을 구체적으로 조사할 필요가 있다.

이 시뮬레이션에서 32 개의 100 MHz 직교 주파수 분할 다중화 신호(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing, OFDM) 신호는 주파수 다중화되어 광 신호의 세기 변조를 통하여 전송된다. OFDM 신호들의 RF 캐리어 주파수는 2 GHz + (i-1) Х 122.88 MHz로 설정되었다. 이 때, i는 채널 번호로써 1부터 32 사이의 정수이다. 또한 4세대 이후 이동통신 시스템은 백색 잡음과 확률 특성이 동일한 OFDM 신호를 사용하기 때문에, OFDM 신호를 사용하여 광 신호의 위상을 디더링하였다.

도 4는 일 실시예에 따른 디더링 대역폭에 별 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크를 통해 전송되는 100 MHz OFDM 신호의 EVM 성능을 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 다양한 디더링 신호의 대역폭에 채널 1의 OFDM 신호의 오류벡터치(Error Vector Magnitude, EVM) 성능을 보여준다. 여기서 신호와 간섭 신호의 시간차는 5 ns로 (1 m의 경로 차와 동일) 설정되었다. 이는 신호와 간섭 신호의 시간차가 광원의 코히런스 시간(보통 1 μs)보다 훨씬 짧으면 간섭 잡음에 의한 성능 열화를 무시할 수 있기 때문이다. 도 4의 결과는, 디더링 신호의 대역폭을 100 MHz 이상으로 설정하면 디더링 신호의 주파수에 상관없이(즉, 신호와 간섭 신호 간의 시간차에 상관없이) 간섭 잡음을 억제할 수 있음을 보여준다.

도 5는 일 실시예에 따른 디더링 변조 지수에 따른 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크를 통해 전송되는 100 MHz OFDM 신호의 EVM 성능을 나타내는 도면이다.

도 5를 참조하면, 디더링 신호의 대역폭을 100 MHz인 경우, 디더링 신호의 변조 지수에 따른 채널 1의 OFDM 신호의 EVM을 보여준다(Numerical simulation, EVM of channel 1, OMIrms of 32 100-MHz OFDM siganls = 0.16, Prec = 0 dBm, SIR = 20 dB, and 100-MHz OFDM dither centered at 12.5 GHz). 예상대로 EVM 성능은 변조 깊이가 증가함에 따라 향상되었다. 그러나, 위상 변조 깊이가 2보다 커짐에 따라 이러한 개선 효과는 빠르게 포화되고, 도 6에 도시된 바와 같이 광 신호의 선폭이 증가하기 때문에, 디더링 신호의 변조 지수를 4 이상 증가시켜서는 안된다.

도 6은 일 실시예에 따른 세기 변조 신호 없이 광 신호의 위상만 디더링만 한 경우 수신 광 전류의 스펙트럼을 나타내는 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 고주파 위상 디더링을 사용하는 경우, 광 캐리어의 간섭 잡음에 의하여 DC 주변에 강한 잡음이 발생하는 것을 볼 수 있다. 따라서, 충분한 간섭 잡음 억제 효과를 얻기 위하여 디더링 신호의 변조 지수 및 대역폭을 각각 3.6과 100 MHz로 설정할 경우, 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크에서 사용 가능한 RF 캐리어 주파수를 확인해볼 필요가 있다. 이를 위하여 32 개의 무선 신호의 RF 캐리어 주파수를 iХ122.88 MHz로 설정하고 이 채널들을 통하여 전송된 무선 신호의 EVM을 측정하였다.

도 7은 일 실시예에 따른 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크에서 100 MHz 부터 4 GHz의 RF 캐리어 주파수를 통하여 전송된 32 채널 100 MHz OFDM의 EVM 성능을 나타내는 도면이다.

도 7을 참조하면, 상기 조건의 디더링 신호를 사용하는 경우, 무선 신호의 RF 캐리어 주파수가 1.5 GHz 이상이면 광 캐리어의 간섭 잡음 확산에 의한 성능 열화를 방지할 수 있다.

고주파 위상 디더링 기법을 효과적으로 적용하기 위해서는 디더링 신호의 변조 지수와 대역폭은 각각 3.6 및 100 MHz로 설정하는 것이 좋으며, 이 경우 무선 신호의 RF 캐리어 주파수를 1.5 GHz 이상으로 설정하면 간섭 잡음에 의한 성능 열화를 최대한 억제하면서 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크 구축이 가능하다. 이를 확인하기 위하여 디더링 변조 지수 및 대역폭을 100 MHz로 설정하고, 32 개의 100 MHz 무선 신호의 캐리어 주파수를 2 GHz + (i-1) Х 122.88 MHz로 설정한 뒤, 채널 1을 통하여 전송된 신호의 EVM을 측정하였다.

도 8은 일 실시예에 따른 다수의 불량 커넥터 존재하는 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크를 통해 전송되는 100 MHz OFDM 신호의 EVM 성능을 나타내는 도면이다.

도 8의 결과에서 보듯이, 고주파 위상 디더링 기법 활용 시, 본 실시예에서 제안된 조건의 디더링 신호 및 RF 캐리어 주파수를 사용하면, 신호 대 간섭 비 요구조건이 크게 완화되는 것을 확인할 수 있다.

시뮬레이션으로 추정된 최적의 디더 조건은 디더 신호의 변조 지수 및 대역폭을 각각 100 MHz 및 3.5 그리고 세기 변조를 통해 전송되는 무선신호의 RF 캐리어 주파수를 1.5 GHz로 설정하는 것이다. 이렇게 최적화된 디더링 기법을 성능을 확인하기 위하여 실험을 진행하였다. 실험에서는 100 MHz OFDM 하나를 2 GHz로 업컨버젼하고 세기 변조를 통하여 전송하였다.

도 9는 일 실시예에 따른 최적화된 디더링 기법의 성능 확인을 위한 실험 결과를 시뮬레이션 결과와 비교하여 나타내는 도면이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 시뮬레이션에서 예측한대로 최적의 디더 조건을 적용하는 경우 신호대간섭비 요구조건을 14 dB까지 (64QAM으로 변조된 무선 신호의 경우) 낮출 수 있었다.

따라서, 제안된 조건을 바탕으로 고주파 위상 디더링 기법을 활용하면, 간섭 잡음에 내성이 강한 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크를 구축할 수 있다.

이상과 같이, 실시예들에 따르면 세기 변조 신호의 주파수 위치 및 고주파 위상 디더링 신호의 변조 깊이와 대역폭을 최적화함으로써, 아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크에서 간섭 잡음의 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 실시예들에 따르면 아날로그 광 전송 기법을 활용한 모바일 프론트홀 네트워크에서 고주파 위상최적의 기법 디더링을 최적화하고 이 기법이 적용된 송신기를 활용하여 간섭 잡음을 효과적으로 억제함으로써, 다수의 불량 광 커넥터가 존재하는 링크에서도 아날로그 광 전송 기법 기반 모바일 프론트홀 네트워크의 성능을 보장할 수 있다.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims

아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크에서 수행하는 고주파 위상 디더링을 활용한 간섭 잡음 보상 방법에 있어서,
광 송신 장치에서 주파수 다중화된 무선 신호를 세기 변조된 광 신호로 변화하는 단계; 및
상기 광 송신 장치에서 세기 변조된 상기 광 신호의 위상을 OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) 신호로 디더링하는 단계
를 포함하고,
상기 OFDM 신호의 변조 지수를 2 내지 4로 설정하고 대역폭을 100 MHz로 설정하며, 간섭 잡음에 의한 성능 열화를 억제하도록 상기 주파수 다중화된 무선 신호의 캐리어 주파수를 1.5 GHz 이상으로 설정하는 것
을 특징으로 하는, 간섭 잡음 보상 방법.
제1항에 있어서,
상기 광 송신 장치에서 전송된 상기 광 신호를 광섬유 및 광 커넥터의 광 소자로 구성된 광 전송 링크 통해 수신하는 단계; 및
광 수신 장치에서 수신된 상기 광 신호를 전기 신호로 변환하는 단계
를 더 포함하는, 간섭 잡음 보상 방법.
제2항에 있어서,
상기 광 수신 장치에서 수신된 상기 광 신호를 전기 신호로 변환하는 단계는,
직접 검출부를 통해 수신된 광 신호의 전기장의 세기를 측정하며, 상기 광 전송 링크에서 두 개 이상의 광 커넥터의 연결이 불량한 경우, 수신된 상기 광 신호에서 신호의 전기장과 간섭 신호의 전기장의 비팅 성분으로 이루어진 간섭 잡음이 발생 가능한 것
을 특징으로 하는, 간섭 잡음 보상 방법.
제1항에 있어서,
상기 광 송신 장치에서 세기 변조된 상기 광 신호의 위상을 OFDM 신호로 디더링하는 단계는,
세기 변조된 상기 광 신호의 위상을 단일 주파수 정현파를 활용한 고주파 위상 디더링을 사용하여 간섭 잡음을 억제하는 것
을 특징으로 하는, 간섭 잡음 보상 방법.
제1항에 있어서,
상기 광 송신 장치에서 세기 변조된 상기 광 신호의 위상을 OFDM 신호로 디더링하는 단계는,
세기 변조된 상기 광 신호의 위상을 일정 대역폭을 갖는 가우시안 잡음을 활용한 고주파 위상 디더링을 사용하여 간섭 잡음을 억제하는 것
을 특징으로 하는, 간섭 잡음 보상 방법.
제1항에 있어서,
상기 OFDM 신호의 변조 지수를 2 내지 4로 설정하고 대역폭을 100 MHz로 설정하는 것
을 특징으로 하는, 간섭 잡음 보상 방법.
제1항에 있어서,
간섭 잡음에 의한 성능 열화를 억제하도록 상기 주파수 다중화된 무선 신호의 캐리어 주파수를 1.5 GHz 이상으로 설정하는 것
을 특징으로 하는, 간섭 잡음 보상 방법.
아날로그 광 전송 기반 모바일 프론트홀 네트워크에서 수행하는 고주파 위상 디더링을 활용한 간섭 잡음 보상 장치에 있어서,
광 송신 장치에서 주파수 다중화된 무선 신호를 세기 변조된 광 신호로 변화하는 광 세기 변조부; 및
상기 광 송신 장치에서 세기 변조된 상기 광 신호의 위상을 OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) 신호로 디더링하는 광 위상 변조부
를 포함하고,
상기 OFDM 신호의 변조 지수를 2 내지 4로 설정하고 대역폭을 100 MHz로 설정하며, 간섭 잡음에 의한 성능 열화를 억제하도록 상기 주파수 다중화된 무선 신호의 캐리어 주파수를 1.5 GHz 이상으로 설정하는 것
을 특징으로 하는, 간섭 잡음 보상 장치.
제8항에 있어서,
상기 광 송신 장치에서 전송된 상기 광 신호를 수신하는 광섬유 및 광 커넥터의 광 소자로 구성된 광 전송 링크; 및
광 수신 장치에서 수신된 상기 광 신호를 전기 신호로 변환하는 직접 검출부
를 더 포함하는, 간섭 잡음 보상 장치.
제9항에 있어서,
상기 직접 검출부는,
수신된 광 신호의 전기장의 세기를 측정하며, 상기 광 전송 링크에서 두 개 이상의 광 커넥터의 연결이 불량한 경우, 수신된 상기 광 신호에서 신호의 전기장과 간섭 신호의 전기장의 비팅 성분으로 이루어진 간섭 잡음이 발생 가능한 것
을 특징으로 하는, 간섭 잡음 보상 장치.
제8항에 있어서,
상기 광 위상 변조부는,
세기 변조된 상기 광 신호의 위상을 단일 주파수 정현파를 활용한 고주파 위상 디더링을 사용하여 간섭 잡음을 억제하는 것
을 특징으로 하는, 간섭 잡음 보상 장치.
제8항에 있어서,
상기 광 위상 변조부는,
세기 변조된 상기 광 신호의 위상을 일정 대역폭을 갖는 가우시안 잡음을 활용한 고주파 위상 디더링을 사용하여 간섭 잡음을 억제하는 것
을 특징으로 하는, 간섭 잡음 보상 장치.
제8항에 있어서,
상기 OFDM 신호의 변조 지수를 2 내지 4로 설정하고 대역폭을 100 MHz로 설정하는 것
을 특징으로 하는, 간섭 잡음 보상 장치.
제8항에 있어서,
간섭 잡음에 의한 성능 열화를 억제하도록 상기 주파수 다중화된 무선 신호의 캐리어 주파수를 1.5 GHz 이상으로 설정하는 것
을 특징으로 하는, 간섭 잡음 보상 장치.
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