KR20140089447A - 중간 주파수 신호를 발생시키기 위한 판별기를 갖는 통신 디바이스 및 관련된 방법 - Google Patents
중간 주파수 신호를 발생시키기 위한 판별기를 갖는 통신 디바이스 및 관련된 방법 Download PDFInfo
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Abstract
통신 디바이스는 광반송신호를 발생시키도록 광원 및 광원에 결합되고 라디오 주파수(RF) 입력 신호로 광반송신호를 변조하는 제 1 변조기를 갖는 송신기 디바이스, 및 송신기 디바이스에 결합된 광도파관을 포함한다. 그 통신 디바이스는 광도파관에 결합되고 그리고 변조된 광반송신호를 국부 발진기(LO) 신호로 더 변조하는 제 2 변조기, 제 2 변조기에 결합되고 그리고 변조된 광반송신호를 LO 신호에 기반한 세기 변조된 광반송신호로 변환하는 주파수 변조-위상 변조(FM-PM) 판별기, 및 FM-PM 판별기에 결합되고 세기 변조된 광반송신호에 기반해서 중간 주파수(IF) 신호를 발생시키는 광-전기 변환기를 포함하는 수신기 디바이스를 포함한다.
Description
본 발명은 통신의 분야, 그리고 더 구체적으로 광주파수 변환 및 관련된 방법에 관한 것이다.
일반적인 무선 통신 시스템은 서로 데이터를 교환하는 복수의 무선 통신 디바이스를 포함한다. 일부 무선 통신 시스템, 예를 들어, 인프라 네트워크에서, 시스템은 무선 통신 디바이스 사이의 통신을 관리하기 위한 무선 기지국을 더 포함할 수 있다. 달리 말해서, 각각의 시스템 내부 통신은 무선 기지국을 통해 교환될 수 있다. 다른 무선 통신 시스템, 예를 들어, 메쉬 네트워크 및 애드 혹 무선 네트워크에서, 무선 기지국은 제거될 수 있다, 즉, 무선 통신 디바이스는 서로 직접적으로 통신할 수 있다.
극도로 높은 주파수(EHF) 대역, 즉, 30 내지 300 GHz와 같은 특정 고주파에서, 이러한 대역에서 작동하는 통신 시스템은 일부 결함을 가질 수 있다. 예를 들어, 동축 케이블을 통한 신호의 송신은 큰 감쇠 효과를 발생시킬 수 있다. 이들 어플리케이션에서, 인라인 증폭기가 이러한 감쇠를 보상하도록 요구될 수 있다. 게다가, RF 디바이스가 사용되는 어플리케이션에서, 부품의 크기, 중량 및 파워(SWaP)는 원치않는 수준으로 증가할 수 있다. 게다가, 하향변환과 같은, 다운스트림 수신기 처리 및 신호 어드레싱은 어려울 수 있다. 특히, 다운스트림 처리의 선형성이 불량해질 수 있다.
EHF 통신 시스템에서 이들 결함에 대한 하나의 접근은 프로세싱 부품용 광학 부품의 사용을 포함할 수 있다. 그러한 시스템의 이점은 RF 어플리케이션에 주어지는 신호의 저하 없이 원격 위치로부터 고주파 신호를 송신하는 능력을 포함할 수 있다.
예를 들어, 로간, 주니어(Logan, Jr.)에 대한 미국 특허 제5,710,651호에 개시된 바와 같이, EHF 통신 시스템은 원격 안테나 지국, 송신기/수신기 지국, 및 지국을 함께 연결하는 광섬유를 포함한다. 이들 지국은 송신된 광신호를 전기 신호로 변환하기 위한 광다이오드, 및 수신된 EHF 신호를 광신호로 변환하기 위한 광변조기와 페어링된 레이저를 포함한다.
그럼에도, 이와 같은 광어플리케이션은 특정 결함에 영향받을 수 있다. 예를 들어, 시스템은 유도된 색분산의 신호 소멸에 영향받을 수 있다. 특히, 광헤테로다인 접근은 레이저 소스의 위상 잡음에 의해 제한될 수 있다.
따라서, 앞서 언급한 배경의 관점에서, 강건한 주파수 변환을 제공하는 통신 디바이스를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명에 따른 이러한 그리고 다른 목적, 특징, 및 이점이 광반송신호를 발생시키도록 구성된 광원 및 광원에 결합되고 라디오 주파수(RF) 입력 신호로 광반송신호를 변조하도록 구성된 제 1 변조기를 포함하는 송신기 디바이스를 포함하는 통신 디바이스에 의해 제공된다. 그 통신 디바이스는 송신기 디바이스에 결합된 광도파관, 및 광도파관에 결합된 수신기 디바이스를 포함한다. 수신기 디바이스는 국부 발진기(LO) 신호로 변조된 광반송신호를 더 변조하도록 구성된 제 2 변조기, 제 2 변조기에 결합되고 그리고 변조된 광반송신호를 LO 신호에 기반한 세기 변조된 광반송신호로 변환하도록 구성된 주파수 변조-위상 변조(FM-PM) 판별기, 및 FM-PM 판별기에 결합되고 그리고 세기 변조된 광반송신호에 기반해서 중간 주파수(IF) 신호를 발생시키도록 구성된 광-전기 변환기를 포함한다. 유리하게, RF 입력 신호는 일반적인 디바이스보다 더 큰 선형성으로 변환될 수 있다.
또 다른 측면은 라디오 RF 입력 신호를 주파수 변환하는 방법에 관한 것이다. 그 방법은 제 1 변조기를 사용하여 RF 입력 신호로 광반송신호를 변조하는 단계, 제 2 변조기를 사용하여 LO 신호로 변조된 광반송신호를 더 변조하는 단계, LO 신호에 기반해서 그리고 제 2 변조기에 결합된 FM-PM 판별기를 사용하여 세기 변조된 광반송신호로 변조된 광반송신호를 변환하는 단계, 및 세기 변조된 광반송신호를 IF 전기 신호로 변환하는 단계를 포함한다.
본 발명의 통신 디바이스는 선행 기술에 비해 강건한 주파수 변환을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 통신 디바이스의 개략도이다.
도 2는 도 1의 통신 디바이스의 더 구체적인 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른, 통신 디바이스의 또 다른 실시예의 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 통신 디바이스의 개략도이다.
도 5는 도 4의 통신 디바이스의 더 구체적인 개략도이다.
도 2는 도 1의 통신 디바이스의 더 구체적인 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른, 통신 디바이스의 또 다른 실시예의 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 통신 디바이스의 개략도이다.
도 5는 도 4의 통신 디바이스의 더 구체적인 개략도이다.
본 발명은 이제 본 발명의 바람직한 실시예가 도시되는 첨부된 도면을 참조하여 이하에 더 완전하게 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 많은 다른 형태로 구현될 수 있고 여기에 제시된 실시예로 제한되는 바와 같이 해석되지 않아야 한다. 그보다는, 이들 실시예는 본 개시가 완전해지고 철저해지며, 해당 기술분야의 당업자에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하도록 제공된다. 동일한 도면 부호는 전체에 걸쳐 동일한 부재를 말하고, 프라임 및 더블 프라임 기호는 대안적인 실시예에서 유사한 부재를 나타내도록 사용된다.
도 1-2에 대해 처음 언급하면서, 본 발명에 따른 통신 디바이스(10)가 이제 설명된다. 통신 디바이스(10)는 송신기 디바이스(11), 수신기 디바이스(12), 및 두 디바이스를 함께 연결하는 광도파관(15)을 포함한다. 예를 들어, 광도파관(15)은 광섬유(단일-모드)를 포함할 수 있고, 주파수에 대해 매우 비의존적이어야만 한다. 특정 실시예에서, 광도파관(15)의 유리한 저손실로 인해, 광도파관의 길이는 길이가 수 마일일 수 있고, 그로써 원격 어플리케이션에 적용가능한 통신 디바이스(10)를 구성할 수 있다.
송신기 디바이스(11)는 광반송신호를 발생시키도록 구성된 광원(13)을 포함한다. 예를 들어, 광원(13)은 CW 레이저를 포함할 수 있다. 송신기 디바이스(11)는 광원(13)에 결합되고 그리고 RF 입력 신호로 광반송신호를 변조하도록 구성된 제 1 변조기(14)를 포함한다. 어플리케이션에 따라서, RF 입력 신호는 예를 들어, RF 안테나에 의해 송신기 디바이스(11)에서 국부적으로 발생될 수 있고, 그리고 ㎛파 신호, mm파 신호 등과 같은, 다양한 더 고주파 신호를 포함할 수 있다.
수신기 디바이스(12)는 변조된 광반송신호를 LO 신호로 더 변조하도록 구성된 제 2 변조기(16)를 포함한다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 변조기(14, 16) 각각은 EO 위상 변조기를 포함할 수 있다. 수신기 디바이스(12)는 제 2 변조기(16)에 결합되고 그리고 변조된 광반송신호를 LO 신호, 특히, LO 신호의 측대역에 기반한 세기 변조된 광반송신호로 변환하도록 구성된 FM-PM 판별기(17)를 포함한다. 예를 들어, FM-PM 판별기(17)는 IIR 필터를 포함하는 전달 함수를 가질 수 있다.
FM-PM 판별기(17)는 IIR 필터에 기반해서 선형화되고 위상 변조된 광신호를 선형화된 세기-변조된 광신호로 변환하기 위한 광반송파로서 LO 측대역을 사용하도록 구성된다. 일부 실시예에서, FM-PM 판별기(17)는 마르파웅 등, "고성능 마이크로파 포토닉 링크를 위한 포토닉 칩 기반 주파수 판별기," 광학 익스프레스, 18권, 제26호, 2010년(Marpaung et al., "A photonic chip based frequency discriminator for a high performance microwave photonic link," Optics Express, Vol. 18, No. 26, 2010)에 설명된 바와 같이 열적으로 보상될 수 있고, 그것의 내용은 전체로 참조에 의해 이로써 병합된다.
수신기 디바이스(12)는 FM-PM 판별기(17)에 결합되고 그리고 세기 변조된 광반송신호에 기반한 IF 신호를 발생시키도록 구성된 광-전기 변환기(18)를 포함한다. 예를 들어, 광-전기 변환기(18)는 광다이오드 디바이스를 포함할 수 있다.
수신기 디바이스(12)는 광도파관(15)과 제 2 변조기(16) 사이에 결합된 편광 안정화 모듈(20)을 도시된 바와 같이 포함한다. 대안으로, 광도파관(15)은 편광 유지 광섬유를 포함할 수 있다. 편광 안정화 모듈(20)은 변조된 광반송신호의 편광 상태를 정렬하도록 구성된다. 부가적으로, 수신기 디바이스(12)는 제 2 변조기(16)와 FM-PM 판별기(17) 사이에 결합된 광학 대역 통과 필터(21)를 도시된 바와 같이 포함한다. 예를 들어, 광학 대역 통과 필터(21), 및 FM-PM 판별기(17)는 벌크 광학 부품 또는 평면 광파 회로(PLC)를 포함할 수 있다.
또 다른 측면은 라디오 RF 입력 신호를 주파수 변환하는 방법에 관한 것이다. 그 방법은 제 1 변조기(14)를 사용하여 RF 입력 신호로 광반송신호를 변조하는 단계, 제 2 변조기(16)를 사용하여 LO 신호로 변조된 광반송신호를 더 변조하는 단계, 변조된 광반송신호를 LO 신호에 기반해서 그리고 제 2 변조기에 결합된 FM-PM 판별기(17)를 사용하여 세기 변조된 광반송신호로 변환하는 단계, 및 세기 변조된 광반송신호를 IF 신호로 광-전기 변환하는 단계를 포함한다.
이제 도 3에 대해 언급하면서, 통신 디바이스(10')의 또 다른 실시예가 이제 설명된다. 통신 디바이스(10')의 이러한 실시예에서, 도 1-2에 대해서 위에 이미 논의된 이들 부재에는 프라임 기호가 주어지고 대부분 여기에 또 다른 논의를 요구하지 않는다. 이러한 실시예는 수신 디바이스(12')가 LO 입력과 RF 입력 사이의 혼합 생성물을 피하도록 구성된 편광 안정화기 모듈(20')의 업스트림에 결합된 안티 엘리어싱 필터(22')를 더 포함하는 점에서 이전 실시예와 다르다. 이러한 실시예에서, FM-PM 판별기는 병렬로 결합된 그것의 쌍(17a'-17b')을 도시된 바와 같이 포함한다. FM-PM 판별기(17a'-17b') 각각은 반대 기호의 기울기를 포함한다. 게다가, 광-전기 변환기(18')는 FM-PM 판별기(17a'-17b')의 쌍에 각각 결합된 제 1 및 제 2 도파관 경로, 제 1 및 제 2 도파관 경로에 결합된 제 1 및 제 2 광검출기(23a'-23b'), 및 제 1 및 제 2 광검출기에 결합된 결합기(24')를 도시된 바와 같이 포함한다, 즉, 본 실시예는 싱글-엔드형 검출(도 1-2)보다는 균형 광검출을 포함한다.
유리하게, 통신 디바이스(10)는 EHF/VHF 신호와 같은, 고주파 신호의 동시 선형화 및 하향-변환을 가능하게 할 수 있다. 통신 디바이스(10)는 일반적인 헤테로다인 디바이스에서 경험된 위상 잡음의 문제에 대한 접근을 제공할 수 있다. 또한, 수신기 디바이스(12)의 칩-규모 집적화가 더 용이하게 얻어질 수 있다. 통신 디바이스(10)는 또한 제 1 및 제 2 변조기(14, 16)에서 낮은 광파워로 높은 링크 성능을 제공할 수 있고, 그로써 원격 어플리케이션에 대한 파워 소비를 감소시키고 더 넓은 범위의 변조기 포함 시스템에 대한 접근을 제공한다. 물론, 통신 디바이스(10)는 IIR 필터 필터-기반 FM-PM 판별기(17)로 인해 일반적인 디바이스에 비해 개선된 선형성을 제공할 수 있다. 그러나 제 1 및 제 2 위상 변조기(14, 16)가 유효전력원을 요구하지 않기 때문에 또 다른 파워 감소가 얻어질 수 있다.
이제 도 4-5에 대해 언급하면서, 통신 디바이스(10")의 또 다른 실시예가 이제 설명된다. 통신 디바이스(10")의 이러한 실시예에서, 도 1-3에 대해 위에 이미 논의된 이들 부재에는 더블 프라임 기호가 주어지고 대개는 여기에 또 다른 논의를 요구하지 않는다. 본 실시예는 송신기 디바이스(11")가 각각의 다른 제 1 및 제 2 광파장에서 제 1 및 제 2 광반송신호를 발생시키도록 구성된 제 1 및 제 2 광원(13a"-13b"), 제 1 및 제 2 광원에 결합된 제 1 파장 분할 다중화기(WDM)(30"), 및 제 1 WDM에 결합되고 RF 입력 신호로 제 1 및 제 2 광반송신호를 포함하는 결합된 반송신호를 변조하도록 구성된 제 1 변조기(14")를 도시된 바와 같이 포함한다는 점에서 이전 실시예와 다르다. 요약하면, 제 1 WDM(30")은 제 1 및 제 2 광반송신호를 결합된 광반송신호로 다중화하는 중이다. 대안적으로, 광결합기가 두개의 광반송신호를 결합하는 목적을 위해 WDM 결합 디바이스 대신에 사용될 수 있다.
수신기 디바이스(12")는 LO 신호로 변조된 결합된 반송신호를 더 변조하도록 구성된 제 2 변조기(16"), 및 제 2 변조기에 결합되고 LO 신호에 기반해서 변조된 결합된 반송신호를 세기 변조된 결합된 반송신호로 변환하도록 구성된 FM-PM 판별기(17")를 도시된 바와 같이 포함한다. 수신기 디바이스(12")는 FM-PM 판별기(17")에 결합되고 그리고 제 1 및 제 2 세기 변조된 반송신호를 발생시키도록 구성된 제 2 WDM(31"), 및 제 2 WDM에 결합되고 그리고 제 1 및 제 2 세기 변조된 반송신호에 기반해서 IF 신호를 발생시키도록 구성된 광-전기 변환기(18")를 도시된 바와 같이 포함한다. 다른 실시예에서, 제 2 WDM(31")은 또한 광섬유 브래그 격자(FBG)와 같은, 또 다른 광결합기 유형을 대안적으로 포함할 수 있다.
FM-PM 판별기(17")는 IIR 필터를 다시 규정하는, 전달 함수를 가질 수 있다. 제 1 및 제 2 광원(13a"-13b")은 FM-PM 판별기(17")의 전달 함수의 제 1 및 제 2 부분, 즉, 반대 기울기를 갖는 전달 함수의 부분 상에 제 1 및 제 2 광반송신호의 제 1 및 제 2 반송주파수를 위치시키도록 구성되고, 그로써 두개의 FM-PM 판별기(도 3)의 효과를 모방한다. 본 실시예에서, 제 2 WDM(31")이 다른 파장에서 변조된 신호를 분리시키기 때문에 균형 광검출이 다시 적용된다.
또 다른 측면은 RF 입력 신호를 주파수 변환하는 방법에 관한 것이다. 그 방법은 각각의 다른 제 1 및 제 2 광파장에서 제 1 및 제 2 광반송신호를 발생시키는 단계, 제 1 WDM(30")으로 제 1 및 제 2 광반송신호를 다중화하는 단계, 및 제 1 및 제 2 광반송신호를 포함하는 결합된 반송신호를 RF 입력 신호로 변조하는 단계를 포함한다. 그 방법은 변조된 결합된 반송신호를 LO 신호로 더 변조하는 단계, LO 신호에 기반해서 그리고 FM-PM 판별기(17")를 사용하여 변조된 결합된 반송신호를 세기 변조된 결합된 반송신호로 변환하는 단계, 제 1 및 제 2 세기 변조된 반송신호를 발생시키도록 FM-PM 판별기에 결합된 제 2 WDM(31")을 사용하는 단계, 및 제 1 및 제 2 세기 변조된 반송신호를 IF 신호로 광-전기 변환하는 단계를 더 포함한다.
유리하게, 도 4-5의 실시예는 대략적으로 45%까지 전력 소비를 감소시킬 수 있다. 또한, FM-PM 판별기(17")의 복잡성 및 제어가 (판별기에 비해) 훨씬 더 완성되고, 더 저렴하며, 그리고 용이하게 구성된 기술인, 제 1 및 제 2 광원(13a"-13b")의 제어를 이끌어내는 것에 의해 감소될 수 있다.
Claims (10)
- 광반송신호를 발생시키도록 구성된 광원, 및 상기 광원에 결합되고 그리고 라디오 주파수(RF) 입력 신호로 상기 광반송신호를 변조하도록 구성된 제 1 변조기를 포함하는 송신기 디바이스;
상기 송신기 디바이스에 결합된 광도파관; 및
상기 광도파관에 결합되고 그리고
국부 발진기(LO) 신호로 변조된 상기 광반송신호를 더 변조하도록 구성된 제 2 변조기,
상기 제 2 변조기에 결합되고 그리고 상기 LO 신호에 기반해서 변조된 상기 광반송신호를 세기 변조된 광반송신호로 변환하도록 구성된 주파수 변조-위상 변조(FM-PM) 판별기, 및
상기 FM-PM 판별기에 결합되고 그리고 상기 세기 변조된 광반송신호에 기반해서 중간 주파수(IF) 신호를 발생시키도록 구성된 광-전기 변환기를 포함하는 수신기 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 디바이스. - 제 1항에 있어서,
상기 FM-PM 판별기는 열적으로 보상된 FM-PM 판별기를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 디바이스. - 제 1항에 있어서,
상기 FM-PM 판별기는 무한 임펄스 응답(IIR) 필터를 포함하는 전달 함수를 갖는 것을 특징으로 하는 통신 디바이스. - 제 1항에 있어서,
상기 수신기 디바이스는 상기 광도파관과 상기 제 2 변조기 사이에 결합된 편광 안정화 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 디바이스. - 제 1항에 있어서,
상기 FM-PM 판별기는 그것의 쌍을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 디바이스. - 제 5항에 있어서,
상기 광-전기 변환기는:
상기 FM-PM 판별기의 쌍에 각각 결합된 제 1 도파관 경로 및 제 2 도파관 경로;
상기 제 1 도파관 경로 및 상기 제 2 도파관 경로에 결합된 제 1 광검출기 및 제 2 광검출기; 및
상기 제 1 광검출기 및 상기 제 2 광검출기에 결합된 결합기를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 변조기 및 상기 제 2 변조기 각각은 전기-광학(EO) 위상 변조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 디바이스. - 라디오 주파수(RF) 입력 신호를 주파수 변환하는 방법으로서,
상기 방법은:
제 1 변조기를 사용하여 상기 RF 입력 신호로 광반송신호를 변조하는 단계;
제 2 변조기를 사용하여 국부 발진기(LO) 신호로 변조된 상기 광반송신호를 더 변조하는 단계;
상기 LO 신호에 기반해서 그리고 상기 제 2 변조기에 결합된 주파수 변조-위상 변조(FM-PM) 판별기를 사용하여 변조된 상기 광반송신호를 세기 변조된 광반송신호로 변환하는 단계; 및
상기 세기 변조된 광반송신호를 중간 주파수(IF) 전기 신호로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 라디오 주파수(RF) 입력 신호의 주파수 변환방법. - 제 8항에 있어서,
상기 FM-PM 판별기를 사용하는 것은 열적으로 보상된 FM-PM 판별기를 사용하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 라디오 주파수(RF) 입력 신호의 주파수 변환방법. - 제 8항에 있어서,
무한 임펄스 응답(IIR) 필터를 포함하는 전달 함수를 가지도록 상기 FM-PM 판별기를 작동하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 라디오 주파수(RF) 입력 신호의 주파수 변환방법.
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