KR102341269B1 - 서로 다른 대역을 사용하는 광통신 시스템에서의 비트 오류율 추정 장치 및 방법 - Google Patents

서로 다른 대역을 사용하는 광통신 시스템에서의 비트 오류율 추정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 서로 다른 대역을 사용하는 광통신 시스템에서의 비트 오류율 추정 장치 및 방법을 개시한다. 본 발명의 일 측면에 따른 서로 다른 대역을 사용하는 광통신 시스템에서의 비트 오류율 추정 장치는, 채널을 통해 전송될 데이터를 생성하는 의사 랜덤 시퀀스 생성기; 상기 생성된 데이터를 펄스로 변환하여 FSO 기술을 이용해 전송하는 펄스 발생기; 반송파와 함께 데이터 메시지를 변조하는 변조기; 상기 변조기의 출력 신호와 연결되어 출력 신호를 필터링하는 필터부; 및 상기 필터링된 출력 신호의 비트 오류율을 추정하는 비트 오류율 추정부;를 포함한다.

Description

서로 다른 대역을 사용하는 광통신 시스템에서의 비트 오류율 추정 장치 및 방법{Apparatus and method for estimating bit error rate in optical communication system using different bands}
본 발명은 서로 다른 대역을 사용하는 광통신 시스템에서의 비트 오류율 추정 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 L-BAND, S-BAND, C-BAND 등과 같이 서로 다른 광대역을 사용하는 광통신 시스템에서의 비트 오류율을 추정할 수 있는 서로 다른 대역을 사용하는 광통신 시스템에서의 비트 오류율 추정 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 광대역 무선 액세스를 사용하는 멀티미디어 응용 프로그램을 위한 고속 인터넷과 높은 비트율의 장거리 광통신을 통해 소스에서 목적지로 많은 양의 정보를 전송해야하는 수요가 증가하고 있다. 광통신 시스템은 라이센스가 없는 운영으로 인해 마이크로파 및 무선 주파수 통신 시스템보다 선호된다. 이때, 광통신은 다양한 광대역을 이용하여 통신을 수행할 수 있는데, 통신이 수행되는 대역별 비트 오류율을 추정하여 소스에서 목적지로 많은 양의 정보를 전송할 수 있는 대역을 파악해 통신 성능을 향상시킬 수 있는 연구가 필요한 실정이다.
한국공개특허 제2009-0101946호(2009.09.29 공개)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, L-BAND, S-BAND, C-BAND 등과 같이 서로 다른 광대역을 사용하는 광통신 시스템에서의 비트 오류율을 추정할 수 있는 서로 다른 대역을 사용하는 광통신 시스템에서의 비트 오류율 추정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 서로 다른 대역을 사용하는 광통신 시스템에서의 비트 오류율 추정 장치는, 채널을 통해 전송될 데이터를 생성하는 의사 랜덤 시퀀스 생성기; 상기 생성된 데이터를 펄스로 변환하여 FSO 기술을 이용해 전송하는 펄스 발생기; 반송파와 함께 데이터 메시지를 변조하는 변조기; 상기 변조기의 출력 신호와 연결되어 출력 신호를 필터링하는 필터부; 및 상기 필터링된 출력 신호의 비트 오류율을 추정하는 비트 오류율 추정부;를 포함한다.
상기 변조기는, 마하 젠더 간섭계를 이용해 반송파와 함께 데이터 메시지를 변조하는 것을 특징으로 한다.
상기 변조기는, 의사 랜덤 시퀀스 생성기에 의해 생성된 데이터 신호 및 메시지 신호에 대한 캐리어 역할을 하는 레이저 소스를 입력 신호로 수신하는 것을 특징으로 한다.
상기 비트 오류율 추정부는, 아래의 수학식에 기초하여 Q 인자(계수)를 계산하고, 상기 계산된 Q 인자(계수)가 높으면 비트 오류율이 낮고, 상기 계산된 Q 인자(계수)가 낮으면 비트 오류율이 높은 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
[수학식]
Figure 112020104785551-pat00001
여기서, σ0, σ1은 잡음 분산이고 μ1, μ2는 마크/공간 전압 또는 전류의 평균값임.
상기 Q 인자(계수)는 신호의 전송 거리가 증가함에 따라 감소하고, 신호의 전송 거리가 감소함에 따라 증가하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 서로 다른 대역을 사용하는 광통신 시스템에서의 비트 오류율 추정 장치에서의 비트 오류율 추정 방법은, 채널을 통해 전송될 데이터를 생성하는 단계; 상기 생성된 데이터를 펄스로 변환하여 FSO 기술을 이용해 전송하는 단계; 반송파와 함께 데이터 메시지를 변조하는 단계; 상기 변조기의 출력 신호와 연결되어 출력 신호를 필터링하는 단계; 및 상기 필터링된 출력 신호의 비트 오류율을 추정하는 단계;를 포함한다.
반송파와 함께 데이터 메시지를 변조하는 단계는, 마하 젠더 간섭계를 이용해 반송파와 함께 데이터 메시지를 변조하는 것을 특징으로 한다.
반송파와 함께 데이터 메시지를 변조하는 단계는, 의사 랜덤 시퀀스 생성기에 의해 생성된 데이터 신호 및 메시지 신호에 대한 캐리어 역할을 하는 레이저 소스를 입력 신호로 수신하는 것을 특징으로 한다.
상기 필터링된 출력 신호의 비트 오류율을 추정하는 단계는, 아래의 수학식에 기초하여 Q 인자(계수)를 계산하고, 상기 계산된 Q 인자(계수)가 높으면 비트 오류율이 낮고, 상기 계산된 Q 인자(계수)가 낮으면 비트 오류율이 높은 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
[수학식]
Figure 112020104785551-pat00002
여기서, σ0, σ1은 잡음 분산이고 μ1, μ2는 마크/공간 전압 또는 전류의 평균값임.
상기 Q 인자(계수)는 신호의 전송 거리가 증가함에 따라 감소하고, 신호의 전송 거리가 감소함에 따라 증가하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 기록 매체는, 비트 오류율 추정 방법을 수행하기 위한, 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 통신이 수행되는 대역별 비트 오류율을 추정하여 소스에서 목적지로 많은 양의 정보를 전송할 수 있는 대역을 파악해 통신 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용들과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 서로 다른 대역을 사용하는 광통신 시스템에서의 비트 오류율 추정 장치의 개략적인 기능 블록도,
도 2는 FSO의 블록 다이어그램,
도 3은 OFC의 블록 다이어그램,
도 4는 확산 채널의 블록 다이어그램,
도 5는 한 쌍의 MZM 변조기를 사용한 광 변조의 일 예,
도 6은 FSO의 품질 계수를 도시한 도면,
도 7은 FSO의 BER을 도시한 도면,
도 8은 FSO의 눈 높이(Eye Height)를 도시한 도면,
도 9는 OFC의 품질 계수를 도시한 도면,
도 10은 OFC의 BER을 도시한 도면,
도 11은 OFC의 눈 높이(Eye Height)를 도시한 도면,
도 12는 확산 채널에서 서로 다른 대역의 Q 인자(Q 계수)를 도시한 도면,
도 13은 다른 거리에서 확산되는 Q 인자(Q 계수)를 도시한 도면,
도 14는 확산 채널과 FSO를 비교한 도면,
도 15는 FSO와 OFC를 비교한 도면,
도 16은 광섬유를 통한 100km 무선 성능을 나타낸 도면,
도 17은 광섬유를 통한 100km 무선 성능을 나타낸 도면,
도 18은 광섬유를 통한 100km 무선 성능을 나타낸 도면,
도 19는 DCF와 FBG를 조합한 DPSK 변조 형식에서 광섬유를 통한 100km 무선 성능을 나타낸 도면,
도 20은 720km에 대한 별자리 다이어그램(Constellation diagram)을 도시한 도면이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 “…부” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 서로 다른 대역을 사용하는 광통신 시스템에서의 비트 오류율 추정 장치의 개략적인 기능 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 서로 다른 대역을 사용하는 광통신 시스템에서의 비트 오류율 추정 장치는, 의사 랜덤 시퀀스 생성기, 펄스 발생기, 변조기, 필터부 및 비트 오류율 추정부를 포함한다. 이때, 광통신 시스템은 L-BAND, S-BAND, E-BAND 및 C-BAND 등과 같은 서로 다른 광대역을 사용하여 10Gbps의 통신을 수행할 수 있다.
의사 랜덤 시퀀스 생성기는 채널을 통해 전송될 데이터를 생성한다.
펄스 발생기는 생성된 데이터를 펄스로 변환하여 FSO 기술을 이용해 전송한다. FSO (Free Space Optical) 통신은 통신 교환을 위해 데이터를 원격으로 전송하기 위해 자유 공간에서 확산되는 빛을 이용하는 광학 통신 기술이다. 자유 공간(Free Space)은 공기, 공간 또는 진공 등과 같은 것일 수 있다.
변조기는 반송파와 함께 데이터 메시지를 변조한다. 변조기는, 마하 젠더 간섭계를 이용해 반송파와 함께 데이터 메시지를 변조할 수 있다. 변조기는, 의사 랜덤 시퀀스 생성기에 의해 생성된 데이터 신호 및 메시지 신호에 대한 캐리어 역할을 하는 레이저 소스를 입력 신호로 수신할 수 있다.
필터부는 변조기의 출력 신호와 연결되어 출력 신호를 필터링한다.
비트 오류율 추정부는 필터링된 출력 신호의 비트 오류율을 추정한다. 비트 오류율 추정부는, 아래의 수학식 1에 기초하여 Q 인자(계수)를 계산하고, 상기 계산된 Q 인자(계수)가 높으면 비트 오류율이 낮고, 상기 계산된 Q 인자(계수)가 낮으면 비트 오류율이 높은 것으로 판단할 수 있다. 이때, Q 인자(계수)는 신호의 전송 거리가 증가함에 따라 감소하고, 신호의 전송 거리가 감소함에 따라 증가할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112020104785551-pat00003
여기서, σ0, σ1은 잡음 분산이고 μ1, μ2는 마크/공간 전압 또는 전류의 평균값이다.
이하, 도 2 내지 도 20을 참조하여 서로 다른 대역을 사용하는 광통신 시스템에서의 비트 오류율 추정 장치에 대해 보다 자세히 설명하기로 한다.
도 2는 FSO의 블록 다이어그램, 도 3은 OFC의 블록 다이어그램, 도 4는 확산 채널의 블록 다이어그램, 도 5는 한 쌍의 MZM 변조기를 사용한 광 변조의 일 예, 도 6은 FSO의 품질 계수를 도시한 도면, 도 7은 FSO의 BER을 도시한 도면, 도 8은 FSO의 눈 높이(Eye Height)를 도시한 도면, 도 9는 OFC의 품질 계수를 도시한 도면, 도 10은 OFC의 BER을 도시한 도면, 도 11은 OFC의 눈 높이(Eye Height)를 도시한 도면, 도 12는 확산 채널에서 서로 다른 대역의 Q 인자(Q 계수)를 도시한 도면, 도 13은 다른 거리에서 확산되는 Q 인자(Q 계수)를 도시한 도면, 도 14는 확산 채널과 FSO를 비교한 도면, 도 15는 FSO와 OFC를 비교한 도면, 도 16은 광섬유를 통한 100km 무선 성능을 나타낸 도면, 도 17은 광섬유를 통한 100km 무선 성능을 나타낸 도면, 도 18은 광섬유를 통한 100km 무선 성능을 나타낸 도면, 도 19는 DCF와 FBG를 조합한 DPSK 변조 형식에서 광섬유를 통한 100km 무선 성능을 나타낸 도면, 도 20은 720km에 대한 별자리 다이어그램(Constellation diagram)을 도시한 도면이다.
상술한 바와 같은 본원발명에 따른 서로 다른 대역을 사용하는 광통신 시스템에서의 비트 오류율 추정 장치는, 링크의 비교를 다루고 채널은 다른 채널로만 대체되기 때문에 송신기와 수신기 섹션은 도 2, 도 3 및 도 4의 모든 블록에서 일정하게 유지된다. 의사 랜덤 시퀀스 생성기는 채널을 통해 전송될 데이터를 생성한다. 펄스 발생기는 이러한 메시지 신호를 펄스로 변환한 다음 이를 마하 젠더 간섭계에 제공한다. 마하 젠더(Mach-zehnder) 간섭계에는 두 개의 입력이 있는데 하나는 의사 랜덤 시퀀스 생성기에 의해 생성된 데이터 신호이고 다른 하나는 메시지 신호에 대한 캐리어 역할을 하는 레이저 소스이다. 이 마하 젠더 변조기는 반송파와 함께 메시지를 변조하고 메시지를 전송할 준비가 된다. 복조는 수신자 섹션에서 발생하므로 메시지는 수신자에서 검색된다.
도 5는 한 쌍의 MZM 변조기를 사용한 광 변조를 보여준다. 광 링크는 분산 보상 광섬유(DCF) 및 광 증폭기와 함께 단일 모델 광섬유로 구성된다. DCF는 섬유 분산을 보상하는데 사용된다. 수신기 끝에서 들어오는 광신호는 한 쌍의 균형 광 검출기와 국부 발진기를 사용하여 일관된 감지를 사용하여 감지한 다음 역 I/Q 작동을 수행하여 광신호를 전기 신호로 변환한다. OFDM 복조된 신호는 신호를 비트 스트림으로 변환하는 QAM 디코더에 적용된다.
DPSK는 기존의 OOK(On-Off Keying) 변조 형식에 비해 많은 이점이 있다. DPSK는 분산 및 비선형 효과에 대한 영향이 적다. 또한, 이 버전의 디지털 변조의 본질적인 장점은 최대 3dB의 OSNR 감도 향상을 얻을 수 있는 균형 잡힌 수신기에서 감지할 수 있다. DPSK(Differential Phase Shift Keying)는 단일 반송파 신호와 함께 기호 1과 0이 있는 비일관성 BPSK 유형이다. 차등 인코딩의 첫번째 비트는 참조 비트로 간주되는 임의의 비트이다. 따라서, 임의의 비트에는 기호 1이 있다. DPSK 생성은 두 가지 규칙에 따라 수행된다. 첫째, 심볼 I의 전송은 DPSK의 위상으로 이어지는 것은 변경되지 않는다. 둘째, 기호 0을 보내면 DPSK 위상이 180도 이동된다. 전송 시스템의 성능을 제한하는 일련의 광섬유 문제에도 불구하고 색 분산(chromatic dispersion)은 링크에서 대부분의 제한 사항이다. 분산은 리피터의 단계 뒤에서 문제 스틸 컬렉션으로, 결과적으로 전자 증폭기가 원래 신호를 회복하기 위해 충돌한다. 분산 보상 광섬유는 분산을 광학적으로 보상하는 모듈이며, 전기적 분산 보상은 신호 처리를 사용하여 달성된다. 수학식 2는 색 분산과 광섬유 길이 사이의 관계를 설명한다.
[수학식 2]
Figure 112020104785551-pat00004
여기서, Di1, Lf1은 양의 그룹 속도 분산이고, Di2, Lf2는 음의 그룹 속도 분산이다. Fiber Bragg 격자는 섬유축과 굴절률의 주기적인 섭동이다. 일반적으로, 단일 모드 광섬유를 자외선 244nm 아리곤 이온 레이저로 만든 강렬한 광 간섭 패턴에 노출시켜 달성되는 위상 마스크 방법으로 제작된다. 입사광의 특정 좁은 대역은 굴절률 섭동에 대한 연속적이고 일관된 산란에 의해 반사된다. 입사광에서 강한 상호 작용이 발생하여 파장(λiB)과 동일한 최대 반사 파장은 수학식 3과 같이 위상 정합 조건에 의해 결정된다.
[수학식 3]
Figure 112020104785551-pat00005
여기서, neffi는 광섬유 코어에서 가이드 모드의 효과를 갖는 굴절률이고, Λi는 격자 피치이다.
검출기는 광섬유 시스템의 기본 부분이며, 일반적인 시스템 성능을 지시하는 중요한 구성 요소 중 하나이다. 광 FBG의 끝에서 나오는 약화된 광신호를 광섬유를 통해 감지하여 광 신호를 전기 신호로 변환한 후 추가 처리하기 전에 증폭하는 포토 다이오드(PIN)이다. 이것은 반도체 재료에서 빛의 흡수 계수 α0에 따라 달라진다. Ip는 입사광의 전류 결과이며 광학 파워 Po는 수학식 4를 사용하여 계산된다.
[수학식 4]
Figure 112020104785551-pat00006
여기서, e는 전자 전하, r은 반도체 공기의 계면에서의 프레넬 반사 계수, d는 흡수 영역의 폭이다. 흡수 계수는 반도체 재료의 파장에 따라 크게 달라진다. 광섬유의 빛 전파는 Maxwell 방정식에 의해 제어되고 전자기장의 전파는 수학식 5의 파동에 의해 제어된다.
[수학식 5]
Figure 112020104785551-pat00007
여기서, c는 빛의 속도이고,∈는 매체의 유전 상수이다. 일반적으로 굴절률 n은 수학식 6으로 표현되는 복소수이다.
[수학식 6]
Figure 112020104785551-pat00008
여기서, nr은 실수 부분이고, Snell의 법칙에 의해 알려진 경우, 두 번째 부분은 허수 부분이고 ni는 α0과 연결된다. 흡수 분광법은 수학식 7을 사용하여 계산된다.
[수학식 7]
Figure 112020104785551-pat00009
테스트 및 모니터링할 재료의 농도는 흡수 계수 αa(λ에 따라 달라지며 파장 λ는 수학식 8을 사용하여 계산된다.
[수학식 8]
Figure 112020104785551-pat00010
흡수 계수는 주로 테스트할 매체의 물리적 또는 화학적 매개 변수의 함수로 사용되는 파장에 따라 다르다. 발사된 광원의 투과율을 모델링할 수 있다. T는 수학식 9를 사용하여 계산된다.
[수학식 9]
Figure 112020104785551-pat00011
한편, 본 실시예에 따른 서로 다른 대역을 사용하는 광통신 시스템에서의 비트 오류율 추정 장치의 성능은 다음과 같이 평가할 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 OptiSystem을 사용하여 시뮬레이션 및 평가된다. 시뮬레이션 설정은 송신기, 전송 매체(SMF) 및 수신기의 세 부분으로 구성된다. 입력 데이터는 송신기 측에서 GB/초의 비트 전송율로 PRES 생성기로 표시된다. 그런 다음 두 생성기의 출력 신호가 두 DPSK 변조기에 연결된다. 변조기에서 전기 반송파 주파수는 250GHz이고, 다른 하나는 255GHz이다. 두 출력 신호 각각은 Bessel 필터에 연결된다. BPBF의 차단 주파수는 10GHz이다. 마하 젠더 광 변조기는 광 변조에 사용된다. 파장 1550nm의 CW 레이저는 0dbm의 출력을 가지며 두 결합된 필터링된 신호의 게시된 신호로 변조된다. 마하 젠더 변조기의 특징은 우리의 응용 프로그램과 호환되는 높은 비트 전송률 작동이다. 100km SMF에서 변조된 신호는 에르븀 도핑 증폭기를 사용하여 증폭되고 분산은 FBG에 캐스케이드가 있는 DCF를 사용하여 보상된다. 수신기에서 증폭된 분산 보상 신호는 스플리터 (1*2)에 연결된다. 두 신호에는 두 개의 OBPF가 공급된다. 필터의 기능은 상부측 파대 신호를 필터링한다. 필터링된 각 신호는 게시된 신호가 OBPF(Optical Band Pass Filter)에 공급되어 광신호의 위쪽 밴드를 필터링한 다음 PIN 광 검출기에 적용된다. 감지기의 기능은 광학 신호를 전기 신호로 혁신하고 있다. LPF는 고주파 고조파를 보장하는데 사용된다. 필터의 인터럽트 주파수는 0.75에 심볼 속도를 곱하여 계산된다. BER 분석기와 눈 다이어그램은 제안된 시스템의 성능 평가를 모니터링하는데 사용된다. 이 시스템에서 레이저는 반송파로 인식하고 무선 주파수는 부반송파로 인식한다. 시뮬레이션에서 블록의 속성은 요구 사항에 따라 변경될 수 있다. 표 1은 다음 프로세스에서 사용되는 매개 변수의 값을 보여준다.
[표 1]
Figure 112020104785551-pat00012
특정 대역에 대한 파장 범위가 있지만 다음과 같이 분석을 위해 표 2에 나와 있는 바와 같이 특정 파장이 취해진다.
[표 2]
Figure 112020104785551-pat00013
자유 공간 광학 매개 변수는 표 3의 S-BAND, 표 4의 C-BAND, 표 5의 L-BAND에 대한 맑은 날씨, 비, 눈, 옅은 안개 및 짙은 안개와 같은 다양한 메트릭의 감쇠(dB) 내에서 분석된다.
[표 3]
Figure 112020104785551-pat00014
[표 4]
Figure 112020104785551-pat00015
[표 5]
Figure 112020104785551-pat00016
Q 인자(Q 계수)는 광학 신호 대 잡음비(OSNR)의 함수라는 수신기의 질적 설명을 생성한다. Q 인자(Q 계수)는 주어진 신호에 대해 특정 BER을 얻기 위해 필요한 최소 OSNR을 권장한다. Q 인자(Q 계수)는 수학식 10에 의해 계산된다.
[수학식 10]
Figure 112020104785551-pat00017
여기서, σ0, σ1은 잡음 분산이고 μ1, μ2는 마크/공간 전압 또는 전류의 평균값이다.
BER은 단위 기간 당 총 비트 오류 양이다. BER은 총 비트 오류양을 연구 시간 간격동안 전송된 총 비트양으로 나눈 값이다. 비트 오류율은 성능이 정량화되지 않은 단위이며 수학식 11로 계산된다.
[수학식 11]
Figure 112020104785551-pat00018
같이 맑은 날씨에서는 감쇠가 매우 낮기 때문에 맑은 날씨 조건에서는 L-BAND의 품질 계수가 높다. 짙은 안개 상태에서는 환경이 전송에 적합하지 않기 때문에 통신이 좋지 않다. Q 인자(Q 계수)와 BER이 그 반대이기 때문에 도 7에서 L-BAND에 대해 BER이 매우 낮다. 따라서, L-BAND의 파장은 FSO 통신에서 특정 어플리케이션에 대한 최상의 결과를 얻을 수 있다. 도 8은 3가지 방법에 대한 FSO의 눈 높이를 보여준다. 도 9는 OFC의 품질 계수를 보여주며, BER은 도 10에 나와 있다. 광섬유 케이블은 악천후의 영향을 받지 않는다. 이러한 섬유의 감쇠는 케이블에 존재하는 기하학적 결함과 도 11에 표시된 눈 높이 Vs 감쇠 그래프와 같이 산산 및 흡수 손실로 인한 것이다. 유도 매체이기 때문에 리피터 없이도 감쇠가 매우 낮으므로 장거리 통신에 사용할 수 있다. 가능한 최고의 Q 인자(Q 계수)는 1550nm의 파장에서 달성된다. OFC의 거리 범위는 100km이다.
확산 채널 매개변수는 표 6의 L-BAND, 표 7의 S-BAND, 표 8의 C-BAND에 대한 송신기 반각, 계산된 최대 품질 계수, 최소 BER 및 눈 높이를 기반으로 계산된다.
[표 6]
Figure 112020104785551-pat00019
[표 7]
Figure 112020104785551-pat00020
[표 8]
Figure 112020104785551-pat00021
확산 채널에서 L-BAND, S-BAND 및 C-BAND는 동일한 출력을 제공하므로 도 12에 표시한 것처럼 파장이 품질 계수에 큰 차이를 일으키지 않는다. 그러나, 거리는 전송된 신호의 수신 품질에 큰 차이를 유발한다. 도 13에 표시된대로 10m 거리에서 최상의 Q 인자(Q 계수)를 얻는다.
거리가 증가함에 따라 Q 인자(Q 계수)가 감소하고, Q 인자(Q 계수) 간의 차이도 감소한다. 송신기 반각도 신호 품질에 중요한 역할을 한다. 송신기 반각이 증가함에 따라 Q 인자(Q 계수)는 감소하지만 FOV는 증가하므로 더 넓은 영역이 커버된다. 확산된 채널과 FSO는 Q 인자(Q 계수)의 값과 비교된다. 확산 채널은 단거리에서 더 잘 수행되는 반면 FSO는 도 14과 같이 30m 이상 범위에서 장거리에서 사용할 수 있다.
FSO는 근거리의 경우 높은 Q 인자(Q 계수)를 제공하는 반면, OFC는 리피터를 사용하지 않고 50km 거리에서도 더 나은 결과를 제공하는 것으로 도 15에 나와 있다.
또한 도 16 내지 도 19에는 FSO와 OFC의 비교(도16), 광섬유를 통한 100km 무선 성능(도17 내지 도 18) 및 DCF와 FBG를 조합한 DPSK 변조 형식에서 광섬유를 통한 100km 무선 성능(도19)이 도출되어 있다.
표 9에는 향상된 성능을 보여주기 위해 눈 다이어그램을 사용한 각 시스템의 성능 결과가 나열되어 있다. 결과 보고서는 DCF와 FBG의 조합을 포함하는 설정이 다른 방식에 비해 더 나은 성능을 보여준다. 캐스케이드 FBG를 사용하는 DCF 기반 분산 보상은 분산을 줄이고 광섬유 시스템을 통한 무선 DPSK 변조의 품질 계수를 높이는데 더 효율적으로 사용된다.
[표 9]
Figure 112020104785551-pat00022
별자리(Constellation) 다이어그램은 PSK 및 QAM과 같은 M 배열 디지털 변조 방식을 사용하여 디지털 변조된 신호를 2차원으로 표현한 것이다. 변조 후 심볼은 y 및 x 축이 신호의 허수 부분과 실수 부분을 나타내는 복잡한 평면의 점으로 매핑된다. 별자리 다이어그램은 신호에서 발생하는 왜곡을 식별하고 간섭 유형을 결정하는데 사용할 수 있다. 도 20은 720km 속도에 대한 별자리 다이어그램을 보여준다.
본 발명의 실시예에 따른 방법들은 애플리케이션으로 구현되거나 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는, 본 발명을 위한 특별히 설계되고 구성된 것들이거니와 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media) 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
본 명세서는 많은 특징을 포함하는 반면, 그러한 특징은 본 발명의 범위 또는 특허청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 또한, 본 명세서의 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서의 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나, 적절히 결합되어 구현될 수 있다.
도면에서 동작들이 특정한 순서로 설명되었으나, 그러한 동작들이 도시된 바와 같은 특정한 순서로 수행되는 것으로 또는 일련의 연속된 순서, 또는 원하는 결과를 얻기 위해 모든 설명된 동작이 수행되는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정 환경에서 멀티태스킹 및 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 아울러, 상술한 실시예에서 다양한 시스템 구성요소의 구분은 모든 실시예에서 그러한 구분을 요구하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 상술한 앱 구성요소 및 시스템은 일반적으로 단일 소프트웨어 제품 또는 멀티플 소프트웨어 제품에 패키지로 구현될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.
100 : 의사 랜덤 시퀀스 생성기
200 : 펄스 발생기
300 : 변조기
400 : 필터부
500 : 비트 오류율 추정부

Claims (11)

  1. L-BAND, S-BAND, E-BAND 및 C-BAND의 각각에 대한 광통신 시스템에서의 비트 오류율 추정 장치로서,
    채널을 통해 전송될 데이터를 생성하는 의사 랜덤 시퀀스 생성기;
    상기 생성된 데이터를 펄스로 변환하여 FSO 기술을 이용해 전송하는 펄스 발생기;
    반송파와 함께 데이터 메시지를 변조하는 변조기;
    상기 변조기의 출력 신호와 연결되어 출력 신호를 필터링하는 필터부; 및
    상기 필터링된 출력 신호의 상기 L-BAND, S-BAND, E-BAND 및 C-BAND의 각각에서의 비트 오류율을 추정하고, 상기 추정된 비트 오류율이 가장 낮은 하나의 광대역을 결정하고, 상기 결정된 하나의 광대역을 이용하여 통신을 수행하는 비트 오류율 추정부;를 포함하고,
    상기 변조기는,
    마하 젠더 간섭계를 이용해 반송파와 함께 데이터 메시지를 변조하는 것을 특징으로 하고,
    상기 변조기는,
    의사 랜덤 시퀀스 생성기에 의해 생성된 데이터 신호 및 메시지 신호에 대한 캐리어 역할을 하는 레이저 소스를 입력 신호로 수신하는 것을 특징으로 하고,
    상기 비트 오류율 추정부는,
    Q 인자(계수)를 계산하고, 상기 계산된 Q 인자(계수)가 높으면 비트 오류율이 낮고, 상기 계산된 Q 인자(계수)가 낮으면 비트 오류율이 높은 것으로 판단하는 것을 특징으로 하고,
    상기 Q 인자(계수)는 신호의 전송 거리가 증가함에 따라 감소하고, 신호의 전송 거리가 감소함에 따라 증가하고, 송신기 반각이 증가함에 따라 감소하는 것을 특징으로 하는 서로 다른 대역을 사용하는 광통신 시스템에서의 비트 오류율 추정 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. L-BAND, S-BAND, E-BAND 및 C-BAND의 각각에 대한 광통신 시스템에서의 비트 오류율 추정 장치에서의 비트 오류율 추정 방법에 있어서,
    채널을 통해 전송될 데이터를 생성하는 단계;
    상기 생성된 데이터를 펄스로 변환하여 FSO 기술을 이용해 전송하는 단계;
    반송파와 함께 데이터 메시지를 변조하는 단계;
    상기 데이터 메시지를 변조한 변조기의 출력 신호와 연결되어 출력 신호를 필터링하는 단계; 및
    상기 필터링된 출력 신호의 상기 L-BAND, S-BAND, E-BAND 및 C-BAND의 각각에서의 비트 오류율을 추정하고, 상기 추정된 비트 오류율이 가장 낮은 하나의 광대역을 결정하고, 상기 결정된 하나의 광대역을 이용하여 통신을 수행하는 단계;를 포함하고,
    반송파와 함께 데이터 메시지를 변조하는 단계는,
    마하 젠더 간섭계를 이용해 반송파와 함께 데이터 메시지를 변조하는 것을 특징으로 하고,
    반송파와 함께 데이터 메시지를 변조하는 단계는,
    의사 랜덤 시퀀스 생성기에 의해 생성된 데이터 신호 및 메시지 신호에 대한 캐리어 역할을 하는 레이저 소스를 입력 신호로 수신하는 것을 특징으로 하고,
    상기 필터링된 출력 신호의 비트 오류율을 추정하는 단계는,
    Q 인자(계수)를 계산하고, 상기 계산된 Q 인자(계수)가 높으면 비트 오류율이 낮고, 상기 계산된 Q 인자(계수)가 낮으면 비트 오류율이 높은 것으로 판단하는 것을 특징으로 하고,
    상기 Q 인자(계수)는 신호의 전송 거리가 증가함에 따라 감소하고, 신호의 전송 거리가 감소함에 따라 증가하고, 송신기 반각이 증가함에 따라 감소하는 것을 특징으로 하는 비트 오류율 추정 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 6 항에 따른 비트 오류율 추정 방법을 수행하기 위한, 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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