WO2020122635A2 - Lightwave circuit for 5g communication, and single-channel full-duplex optical communication system using same - Google Patents

Lightwave circuit for 5g communication, and single-channel full-duplex optical communication system using same Download PDF

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WO2020122635A2
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    • H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
    • H04B10/2589—Bidirectional transmission

Definitions

  • the present invention relates to an optical wave circuit for 5G communication and an optical communication system using the same, maximizing a data rate of 5G communication and enabling end-to-end delay by enabling bidirectional optical communication through a single optical communication channel.
  • This is a technology for a 5G communication light wave circuit that minimizes latency and a single channel full duplex optical communication system using the same.
  • the technique includes at least one first transmission system, at least one first wavelength converter, where each first wavelength converter is an optical signal from one of the first transmission systems. For converting to a first converted signal, wherein the conversion is such that the wavelength of each first converted signal conforms to the xWDM standard, and bidirectional for sending each first converted signal in a first direction.
  • each first converted signal comprising an xWDM module, converting at least one optical signal into at least one first converted signal, wherein the conversion is such that the wavelength of each first converted signal conforms to the xWDM-standard, And sending each first converted signal in the first direction in the bidirectional xWDM module.
  • the present invention by enabling two-way optical communication through a single optical communication channel 500, maximizes the data rate (data rate) of 5G communication and minimizes end-to-end latency (5G communication) optical wave circuit And to provide a single channel full duplex optical communication system using the same.
  • the present invention provides a 5G communication optical wave circuit comprising a transmitter and a receiver, an optical communication control and an optical wave circuit, and a single channel full-duplex optical communication system using the same as a solution to the problem.
  • the data rate of the 5G communication is maximized and end-to-end delay (end- It provides technical effects that minimize to-end latency.
  • 1 is a background art for the present invention, the configuration of an apparatus and method for converting wavelengths for bidirectional wavelength division multiplexing
  • FIG. 2 is a configuration of a method for simultaneously transmitting optical communication signals and optical energy using optical fibers as another background technology for the present invention.
  • Figure 3 is a configuration of an optical transmission system technology as another background technology for the present invention.
  • Figure 4 is a duplex method in optical communication
  • Figure 7 is a design arrangement of the light wave circuit of the present invention
  • Figure 8 is the working relationship of the multi-mode waveguide of the present invention.
  • FIG. 10 is a configuration example of a 5G communication optical wave circuit of the present invention and a single channel full duplex optical communication system using the same
  • the present invention provides a 5G communication optical wave circuit that enables bidirectional communication in a full duplex manner through an optical communication channel composed of a single transmission path and a single channel full-duplex optical communication system using the same, and provides transmission data to be transmitted.
  • a transmitter for receiving and transmitting a modulated optical signal through an optical modulator; and a receiver for outputting the received optical signal as received data as an optical demodulator;
  • An optical communication controller that controls the transmitter and the receiver to provide transmission data supplied from the outside to the transmitter, receives the received data to the receiver, provides it to the outside, and receives the transmission data to be transmitted to the transmitter, and
  • An optical wave circuit that receives the modulated optical signal ⁇ in of the transmitter, transmits it to a single optical communication channel, receives an optical signal from the single optical communication channel, and supplies it to the receiver with ⁇ out; It provides a 5G communication light wave circuit, characterized in that consisting of a single-channel full-duplex optical communication system using the best form for the practice of the invention.
  • next generation mobile communication systems should be designed by considering traffic growth, device count, cloud computing dependency, and various convergence services.
  • 5G generation (5th generation mobile communications) determined by the International Telecommunication Union (ITU) as'International Mobile Telecommunication (IMT)-2020', 5G uses ultra-high frequency of 28 GHz, unlike 4G using frequencies below 2 GHz. It is a mobile communication technology with a maximum download speed of 20 Gbps and a minimum download speed of 100 Mbps. As a core system requirement, 5G mobile communication systems should be able to use 1 Gbps anywhere regardless of the user's location (inner/outer/edge). Therefore, a 5G mobile communication system is essential to design a mobile communication system considering end-to-end latency, and requires an extremely short response delay time for user requests.
  • ITU International Telecommunication Union
  • IMT International Mobile Telecommunication
  • FIG. 4 shows a duplex scheme in optical communication.
  • A of the figure is a full duplex (Full Duplex) method
  • the optical communication module I and the optical communication module II is a communication method using an optical communication channel of a separate line at the same time to transmit and receive data.
  • Typical examples include telephone networks and high-speed data communications.
  • B of the figure is a half duplex (Half Duplex) method, a communication method that is received by the other side while the other side transmits through a single optical communication channel, and replaces the transmission direction.
  • the sensor network of the master slave type is typical.
  • TDD time division duplex
  • FDD frequency division duplex
  • the present invention provides a 5G communication optical wave circuit that enables bidirectional communication in a full duplex manner through an optical communication channel composed of a single transmission path and a single channel full duplex optical communication system using the same.
  • Figure 5 shows the configuration of a single channel full duplex optical communication system of the present invention.
  • the single-channel full-duplex optical communication system of the present invention includes a transmitter 100 that receives transmission data to be transmitted and transmits an optical signal modulated through an optical modulator; and a receiver that outputs the received optical signal as received data as an optical demodulator ( 200); By controlling the transmitter 100 and the receiver 200, the transmission data supplied from the outside is provided to the transmitter 100, the received data is transmitted to the receiver 200, and the received transmission data is transmitted to the outside.
  • Optical communication controller 300 provided and provided to the transmitter 100; And,
  • the light wave circuit 400 of the present invention connects the transmitter 100 and the receiver 200 to simultaneously transmit and receive through the single optical communication channel 500.
  • the optical wave circuit 400 provides a half duplex optical communication function by providing the modulated optical signal of the transmitter 100 to the optical communication controller 300 as a feedback transmission signal ⁇ m.
  • Fig. 6 shows the configuration of the light wave circuit of the present invention.
  • the light wave circuit 400 of the present invention is configured by forming an optical waveguide made of a polymer or silica material on a silicon substrate 480 by a lithography process.
  • a multi-mode optical waveguide 460 of length L width W is formed on the silicon substrate 480 with a thickness d, and laser light is generated to the width W side of the multimode optical waveguide 460
  • a first single mode waveguide 410 receiving ⁇ in and a second single mode waveguide 440 outputting optical ⁇ out received through a single optical communication channel 500 are provided.
  • the waveguide 430 is provided.
  • the light received through the single optical communication channel 500 passes through the first single mode waveguide 410 and the second single mode waveguide 440 via the third single mode waveguide 420 and the multimode optical waveguide 460. It is distributed by 1/2 and output respectively, and at this time, it is output as light of ⁇ out to the second single mode waveguide 440 to which the receiver 200 is connected.
  • Figure 7 shows the design arrangement of the light wave circuit of the present invention.
  • the light wave circuit 400 of the present invention The multi-mode optical waveguide 460 on the silicon substrate 480 and the first to fourth single-mode waveguides 410, 420 in both width W directions spaced by the length L of the multi-mode optical waveguide 460, 430 and 440 are formed.
  • the laser light ⁇ in when the laser light ⁇ in is supplied to the multimode optical waveguide 460 through the first single mode waveguide 410, the laser light ⁇ in proceeds to the multimode optical waveguide 460 and distributes the input optical signal. Occurs and regenerates the image of the wave excited from the input optical signal by constructive interference between modes at a specific position in the length L direction. This is called'self-image formation' and is a phenomenon in which one or more phases are formed at regular intervals according to the direction of the length L of the multi-mode optical waveguide 460.
  • the distribution of light waves in the multi-mode optical waveguide 460 may be represented by Equation (1).
  • C ⁇ is the mode excitation constant
  • ⁇ is the organic mode
  • ⁇ is the order of the mode
  • Equation (2) When the input position of the optical signal is a general point of the multi-mode optical waveguide 460, when general interference is used, the length of the desired number of magnetic images is expressed by Equation (2).
  • M is an integer representing the periodicity
  • N is the number of magnetic phases
  • L ⁇ is the combined length
  • Equation 4 the length of the desired number of magnetic images is expressed by Equation 4 It is expressed as
  • the input/output position may be determined as a point that is 1/3 or 2/3 of the width W direction of the multimode optical waveguide 460.
  • FIG. 8 shows the working relationship of the multi-mode waveguide 460 of the present invention.
  • the lightwave circuit of the present invention centers on the multimode waveguide 460, and the width W direction of both sides of the multimode waveguide 460 is equally divided into W/3, respectively, to form first to fourth single mode waveguides ( 410), (420), (430), and (440) are formed to use bilateral interference.
  • the laser light ⁇ in input to the first single-mode waveguide 410 is a phase difference of ⁇ /2 and 0, respectively, due to a paired interference self-image during the multi-mode optical waveguide 460. It is distributed at a ratio of 50:50, and outputs ⁇ in /2 to the third single mode waveguide 420 and the fourth single mode waveguide 430, respectively.
  • the laser optical signal ⁇ in /2 transmitted to the third single mode waveguide 420 is transmitted through a single connected optical communication channel 500.
  • the optical signal ⁇ rcv received by the third single mode waveguide 420 through the single optical communication channel 500 is input to the multimode optical waveguide 460 and a phase difference of 0 due to a double interference magnetic image condensation phenomenon.
  • ⁇ out ⁇ rcv /2 is output to the second single mode waveguide 440.
  • the optical signal of ⁇ rcv /2 transmitted to the first single mode waveguide 410 with a phase difference of ⁇ /2 is ignored.
  • Fig. 9 shows a detailed configuration of the light wave circuit of the present invention.
  • the first to fourth single-mode waveguides are located at positions where the width W direction of both sides of the multi-mode waveguide 460 and the multi-mode waveguide 460 are divided into W/3, respectively. 410), 420, 430, and 440.
  • the laser light ⁇ in input to the first single mode waveguide 410 is ⁇ in each of the laser light ⁇ in input due to a paired interference self-image formation phenomenon while proceeding to the multimode optical waveguide 460.
  • the laser optical signal ⁇ in /2 output to the third single mode waveguide 420 is transmitted through a single connected optical communication channel 500.
  • the optical signal ⁇ rcv received by the third single mode waveguide 420 through the single optical communication channel 500 is input to the multimode optical waveguide 460 and a phase difference of 0 due to a double interference magnetic image condensation phenomenon.
  • ⁇ out ⁇ rcv /2 is output to the second single mode waveguide 440.
  • the optical wave circuit of the present invention transmits an optical signal through a single-mode waveguide and a multi-mode optical waveguide 460 and a single optical communication channel 500, and simultaneously receives a single optical signal received through a single optical communication channel 500.
  • a single waveguide through a mode waveguide and a multimode optical waveguide 460 bidirectional optical communication through a single optical communication channel 500 is simultaneously possible.
  • FIG. 10 shows a configuration example of a 5G communication optical wave circuit of the present invention and a single channel full duplex optical communication system using the same.
  • the single channel full duplex optical communication system in the figure shows an example in which the optical communication system A and the optical communication system B are connected as a single optical communication channel 500.
  • the optical communication system A includes: a transmitter A receiving received transmission data to be transmitted and transmitting a modulated optical signal through an optical modulator; and a receiver A outputting the received optical signal as received data as an optical demodulator; By controlling the transmitter A and the receiver A, the transmission data supplied from the outside is provided to the transmitter A, the received data is transmitted to the receiver A to be provided to the outside, and the transmission data to be transmitted is provided to the transmitter A
  • the optical communication controller A; and the modulated optical signal ⁇ inA of the transmitter A is provided, transmitted to a single optical communication channel 500, and receives an optical signal from the single optical communication channel 500 and supplied to receiver A as ⁇ outA
  • a light wave circuit A that provides the modulated optical signal of the transmitter A to the optical communication controller A as a feedback transmission signal ⁇ mA.
  • the optical communication system B includes: a transmitter B for receiving the transmission data to be transmitted and transmitting the modulated optical signal through the optical modulator; and a receiver B for outputting the received optical signal as received data as an optical demodulator; By controlling the transmitter B and the receiver B, the transmission data supplied from the outside is provided to the transmitter B, the reception data is transmitted to the receiver B, and the transmission data to be transmitted is provided to the transmitter B.
  • the optical communication controller B and receiving the modulated optical signal ⁇ inB of the transmitter B, transmitting it to a single optical communication channel 500, receiving the optical signal from the single optical communication channel 500, and supplying it to receiver B with ⁇ outB And an optical wave circuit B providing the modulated optical signal of the transmitter B to the optical communication controller B as a feedback transmission signal ⁇ mB.
  • the 5G communication optical wave circuit of the present invention and the single channel full-duplex optical communication system described above enable bidirectional optical communication through a single optical communication channel 500, thereby maximizing the data rate of 5G communication. And minimizes end-to-end latency.
  • the present invention by enabling two-way optical communication through a single optical communication channel, maximizes the data rate (data rate) of 5G communication and minimizes end-to-end latency (end-to-end latency) and the optical wave circuit for 5G communication using the same
  • data rate data rate
  • end-to-end latency end-to-end latency

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Abstract

The present invention relates to a lightwave circuit for 5G communication, and an optical communication system using same, and provides a lightwave circuit for 5G communication and a single-channel full-duplex optical communication system using same, the lightwave circuit comprising a transmitter, a receiver, an optical communication controller and a lightwave circuit. The present invention provides a technical effect of maximizing the data rate of 5G communication and minimizing end-to-end latency by enabling bidirectional optical communication using a single optical communication channel.

Description

5G 통신용 광파 회로와 이를 이용한 단일 채널의 전이중 광통신 시스템 5G optical wave circuit and single channel full duplex optical communication system
본 발명은 5G 통신용 광파 회로와 이를 이용한 광통신 시스템에 관한 것으로서, 단일의 광통신 채널을 통한 양방향 광통신을 가능하게 함으로써, 5G 통신의 데이터 레이트(data rate)를 최대화하고 종단간 지연(end-to-end latency)을 최소화하는 5G 통신용 광파 회로와 이를 이용한 단일 채널의 전이중 광통신 시스템에 관한 기술이다.The present invention relates to an optical wave circuit for 5G communication and an optical communication system using the same, maximizing a data rate of 5G communication and enabling end-to-end delay by enabling bidirectional optical communication through a single optical communication channel. This is a technology for a 5G communication light wave circuit that minimizes latency and a single channel full duplex optical communication system using the same.
본 발명에 대한 배경 기술로서 도면 제1도에 도시된 대한민국 등록특허 제10-1542217 B1호의 양방향 파장 분할 다중화를 위해 파장들을 변환하기 위한 장치 및 방법 기술이 있다. 이 기술은, 적어도 하나의 제1 전송 시스템과, 적어도 하나의 제1 파장 변환기(wavelength converter)와, 여기서 각각의 제1 파장 변환기는 상기 제1 전송 시스템들 중 하나로부터의 광 신호(optical signal)를 제1 변환된 신호로 변환하기 위한 것이고, 상기 변환은 각각의 제1 변환된 신호의 상기 파장이 xWDM 표준에 부합하도록 하는 것이며, 그리고 각각의 제1 변환된 신호를 제1 방향으로 보내기 위한 양방향 xWDM 모듈을 포함하고, 적어도 하나의 광 신호를 적어도 하나의 제1 변환된 신호로 변환하는 단계와, 여기서 상기 변환은 각각의 제1 변환된 신호의 상기 파장이 xWDM-표준에 부합하도록 하는 것이며, 그리고 양방향 xWDM 모듈에서 각각의 제1 변환된 신호를 제1 방향으로 보내는 단계를 포함한다.As a background technology for the present invention, there is an apparatus and method technology for converting wavelengths for bidirectional wavelength division multiplexing of Korean Patent No. 10-1542217 B1 shown in FIG. 1. The technique includes at least one first transmission system, at least one first wavelength converter, where each first wavelength converter is an optical signal from one of the first transmission systems. For converting to a first converted signal, wherein the conversion is such that the wavelength of each first converted signal conforms to the xWDM standard, and bidirectional for sending each first converted signal in a first direction. comprising an xWDM module, converting at least one optical signal into at least one first converted signal, wherein the conversion is such that the wavelength of each first converted signal conforms to the xWDM-standard, And sending each first converted signal in the first direction in the bidirectional xWDM module.
본 발명에 대한 다른 배경 기술로서 도면 제2도에 도시된 대한민국 등록특허공보 제10-1557550 B1호의 광섬유를 이용한 광통신 신호 및 광 에너지의 동시 전송 방법 기술이 있다. 이 기술은, 광통신 신호와 광 에너지를 별개의 전송로를 사용하여 개별적으로 전송하던 기존의 방식을 개선하기 위하여 제안된 것으로 단일 광섬유를 통해 광통신 신호 뿐만 아니라 광에너지를 함께 전송하는 방법으로서, 광통신 신호와 광 에너지를 파장분할다분화 필터 또는 광 커플러에서 통합하여 단일 광섬유를 통하여 전송한 후 수신측에 위치하는 또 다른 파장분할다분화 필터 또는 광 커플러에서 광통신 신호와 광 에너지를 재차 분할하는 방법을 특징으로 한다.As another background technology for the present invention, there is a technique for simultaneously transmitting optical communication signals and optical energy using optical fibers of Korean Patent No. 10-1557550 B1 shown in FIG. 2. This technology is proposed to improve the existing method of separately transmitting optical communication signals and optical energy using separate transmission paths, and is a method of transmitting optical energy as well as optical communication signals through a single optical fiber. It features a method of re-dividing the optical communication signal and optical energy in another wavelength division multiplexing filter or optical coupler located at the receiving side after integrating the and optical energy in a wavelength division multiplexing filter or an optical coupler and transmitting it through a single optical fiber. Is done.
본 발명에 대한 또 다른 배경 기술로서 도면 제3도에 도시된 대한민국 공개 특허 공보 특2003-0038255 A호의 광전송 시스템 기술이 있다. 이 기술은, 기간 망 혹은 광가입자 전송계의 양방향 전송 시스템(Duplex system)에 적용되어 각 선로에 흐르는 광신호의 소량을 추출하여 그 세기를 모니터링하여 그 값에 따라 광선로를 변경할 수 있는 광선로 자동 절체장치 및 이를 이용한 광전송 시스템에 관한 것으로서, 장거리 국간 혹은 가입자 광전송계에서 광섬유 한 가닥을 이용하여 송신 및 수신을 하는 광 듀플렉스 시스템(Fiber Optic Duplex System)에 적용되는 무인 광선로 자동 절체 장치로서 두 광전송 시스템 사이에 위치한 광케이블의 손상으로 인하여 광전송선로를 동일 혹은 다른 광케이블 내 의 예비 전송선로로 시급히 절체하여야 할 필요성이 있을 때 자동적으로 신속히 광신호를 예비 전송선로로 절체하여 통신서비스의 중단을 최소화하는 자동 광선로 절체 시스템을 특징으로 한다. As another background technology for the present invention, there is an optical transmission system technology of Korean Patent Application Publication No. 2003-0038255 A shown in FIG. 3. This technology is applied to the duplex system of the backbone network or optical subscriber transmission system, extracts a small amount of the optical signal flowing through each line, monitors its intensity, and automatically changes the light path according to the value. Regarding a switching device and an optical transmission system using the same, two optical transmissions as an unattended optical path automatic switching device applied to a fiber optic duplex system that transmits and receives a single optical fiber from a long-distance station or a subscriber optical transmission system When there is a need to urgently transfer the optical transmission line to a spare transmission line in the same or another optical fiber due to the damage of the optical cable located between the systems, the optical signal is automatically switched to the spare transmission line automatically to minimize the interruption of communication service. It features a fiber optic switching system.
본 발명은, 단일의 광통신 채널(500)을 통한 양방향 광통신을 가능하게 함으로써, 5G 통신의 데이터 레이트(data rate)를 최대화하고 종단간 지연(end-to-end latency)을 최소화하는 5G 통신용 광파 회로와 이를 이용한 단일 채널의 전이중 광통신 시스템을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다. The present invention, by enabling two-way optical communication through a single optical communication channel 500, maximizes the data rate (data rate) of 5G communication and minimizes end-to-end latency (5G communication) optical wave circuit And to provide a single channel full duplex optical communication system using the same.
전술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 트랜스미터와 리시버, 광통신 컨트롤와 광파 회로로 구성된 것을 특징으로 하는 5G 통신용 광파 회로와 이를 이용한 단일 채널의 전이중 광통신 시스템을 과제의 해결 수단으로 제공한다.In order to solve the above-described problems, the present invention provides a 5G communication optical wave circuit comprising a transmitter and a receiver, an optical communication control and an optical wave circuit, and a single channel full-duplex optical communication system using the same as a solution to the problem.
본 발명의 5G 통신용 광파 회로와 이를 이용한 단일 채널의 전이중 광통신 시스템에 의하면, 단일의 광통신 채널을 통한 양방향 광통신을 가능하게 함으로써, 5G 통신의 데이터 레이트(data rate)를 최대화하고 종단간 지연(end-to-end latency)을 최소화하는 기술적 효과를 제공한다. According to the 5G communication optical wave circuit of the present invention and a single channel full duplex optical communication system using the same, by enabling bidirectional optical communication through a single optical communication channel, the data rate of the 5G communication is maximized and end-to-end delay (end- It provides technical effects that minimize to-end latency.
도면 제1도는 본 발명에 대한 배경 기술로서 양방향 파장 분할 다중화를 위해 파장들을 변환하기 위한 장치 및 방법의 구성1 is a background art for the present invention, the configuration of an apparatus and method for converting wavelengths for bidirectional wavelength division multiplexing
도면 제2도는 본 발명에 대한 다른 배경 기술로서 광섬유를 이용한 광통신 신호 및 광 에너지의 동시 전송 방법의 구성2 is a configuration of a method for simultaneously transmitting optical communication signals and optical energy using optical fibers as another background technology for the present invention.
도면 제3도는 본 발명에 대한 또 다른 배경 기술로서 광전송 시스템 기술의 구성Figure 3 is a configuration of an optical transmission system technology as another background technology for the present invention
도면 제4도는 광통신에서 이중 통신(duplex) 방식의 구성Figure 4 is a duplex method in optical communication
도면 제5도는 본 발명의 단일 채널 전이중 광통신 시스템의 구성5 is a configuration of a single channel full duplex optical communication system of the present invention
도면 제6도는 본 발명의 광파 회로의 구성6 is a configuration of the light wave circuit of the present invention
도면 제7도는 본 발명의 광파 회로의 설계 배치Figure 7 is a design arrangement of the light wave circuit of the present invention
도면 제8도는 본 발명의 다중 모드 도파로의 작용관계Figure 8 is the working relationship of the multi-mode waveguide of the present invention
도면 제9도는 본 발명의 광파 회로의 세부 구성9 is a detailed configuration of the light wave circuit of the present invention.
도면 제10도는 본 발명의 5G 통신용 광파 회로와 이를 이용한 단일 채널의 전이중 광통신 시스템의 구성예10 is a configuration example of a 5G communication optical wave circuit of the present invention and a single channel full duplex optical communication system using the same
본 발명은, 단일 전송로로 구성된 광통신 채널을 통해 전이중 통신(Full Duplex) 방식으로 양방향 통신이 가능하도록 하는 5G 통신용 광파 회로와 이를 이용한 단일 채널의 전이중 광통신 시스템에 있어서, 전송하고자 하는 송신 데이터를 제공받아 광변조기를 통해 변조된 광신호를 전송하는 트랜스미터;와 수신된 광신호를 광복조기로써 수신 데이터로 출력하는 리시버; 상기 트랜스미터와 리시버를 제어하여, 외부로부터 공급되는 송신 데이터를 트랜스미터에 제공하고, 상기 리시버로 수신데이터를 전송받아 외부로 제공하고 전송하고자 하는 송신 데이터를 제공받아 상기 트랜스미터에 제공하는 광통신 컨트롤러;와, 상기 트랜스미터의 변조된 광신호 ψin 을 제공받아 단일의 광통신 채널로 전송하고, 상기 단일의 광통신 채널로부터 광신호를 수신하여 ψout 으로 리시버에 공급하는 광파 회로; 로 구성된 것을 특징으로 하는 5G 통신용 광파 회로와 이를 이용한 단일 채널의 전이중 광통신 시스템을 발명의 실시를 위한 최선의 형태로 제공한다.The present invention provides a 5G communication optical wave circuit that enables bidirectional communication in a full duplex manner through an optical communication channel composed of a single transmission path and a single channel full-duplex optical communication system using the same, and provides transmission data to be transmitted. A transmitter for receiving and transmitting a modulated optical signal through an optical modulator; and a receiver for outputting the received optical signal as received data as an optical demodulator; An optical communication controller that controls the transmitter and the receiver to provide transmission data supplied from the outside to the transmitter, receives the received data to the receiver, provides it to the outside, and receives the transmission data to be transmitted to the transmitter, and An optical wave circuit that receives the modulated optical signal ψin of the transmitter, transmits it to a single optical communication channel, receives an optical signal from the single optical communication channel, and supplies it to the receiver with ψout; It provides a 5G communication light wave circuit, characterized in that consisting of a single-channel full-duplex optical communication system using the best form for the practice of the invention.
이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 이에 따라 이 기술이 속하는 분야에서 보통의 지식을 가진 자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시예들 뿐만 아니라 특정 실시예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다The following is merely illustrative of the principles of the invention. Accordingly, those of ordinary skill in the art to which this technology belongs may implement the principles of the present invention and invent various devices included in the concept and scope of the present invention, although not explicitly described or illustrated in this specification. In addition, it is understood that all conditional terms and examples listed in this specification are intended to be understood in principle only for the purpose of understanding the concept of the present invention, and are not limited to the specifically listed examples and states. Should be. In addition, it is to be understood that all detailed descriptions that list the principles, aspects and embodiments of the present invention as well as specific embodiments are intended to include structural and functional equivalents of these matters.
상술한 목적, 특징 및 장점들은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 더욱 분명해 질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.The above objects, features and advantages will become more apparent through the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings. In describing the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related known technologies may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, detailed descriptions thereof will be omitted. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
이동통신 시스템은 멀티미디어 및 소셜네트워크 서비스 등 대용량 데이터 수요가 증가하고 있고 있어, 차세대 이동통신 시스템은 기본적으로 트래픽 증가, 디바이스수 증가, 클라우드 컴퓨팅 의존성 증가, 다양한 융합서비스들을 필수적으로 고려하여 설계되어야 한다. Since mobile communication systems are demanding for large amounts of data such as multimedia and social network services, the next generation mobile communication systems should be designed by considering traffic growth, device count, cloud computing dependency, and various convergence services.
국제전기통신연합(ITU)이‘IMT(International Mobile Telecommunication)-2020’으로 결정한 5G 통신(5th generation mobile communications)은, 2GHz 이하의 주파수를 사용하는 4G와 달리, 5G는 28GHz의 초고대역 주파수를 사용하며, 최대 다운로드 속도가 20Gbps, 최저 다운로드 속도는 100Mbps인 이동통신 기술이다. 5G 이동통신 시스템은, 사용자의 위치 (inner/outer/edge)에 상관없이 어디에서든지 1 Gbps를 사용할 수 있어야 한다는 것을 핵심 시스템 요구사항으로 제시하고 있다. 따라서 5G 이동통신 시스템은 end-to-end latency (종단간 지연)를 고려한 이동통신 시스템 설계가 필수적이며, 사용자의 요청에 대해 극단적으로 짧은 반응 지연시간을 필요로 한다. 5G generation (5th generation mobile communications) determined by the International Telecommunication Union (ITU) as'International Mobile Telecommunication (IMT)-2020', 5G uses ultra-high frequency of 28 GHz, unlike 4G using frequencies below 2 GHz. It is a mobile communication technology with a maximum download speed of 20 Gbps and a minimum download speed of 100 Mbps. As a core system requirement, 5G mobile communication systems should be able to use 1 Gbps anywhere regardless of the user's location (inner/outer/edge). Therefore, a 5G mobile communication system is essential to design a mobile communication system considering end-to-end latency, and requires an extremely short response delay time for user requests.
도면 제4도는 광통신에서 이중 통신(duplex) 방식의 구성을 도시한다. 도면의 (a)는 전이중 통신(Full Duplex) 방식으로서 광통신 모듈 I와 광통신 모듈 II가 데이터를 송수신하기 위해 동시에 각각 독립된 회선의 광통신 채널을 사용하는 통신 방식이다. 대표적으로 전화망, 고속 데이터 통신을 들 수 있다. 도면의 (b)는 반이중 통신(Half Duplex) 방식으로서, 단일의 광통신 채널을 통해 한 쪽이 송신하는 동안 다른 쪽에서 수신하는 통신 방식으로, 전송 방향을 교체한다. 마스터 슬레이브 방식의 센서 네트워크가 대표적이다. FIG. 4 shows a duplex scheme in optical communication. (A) of the figure is a full duplex (Full Duplex) method, the optical communication module I and the optical communication module II is a communication method using an optical communication channel of a separate line at the same time to transmit and receive data. Typical examples include telephone networks and high-speed data communications. (B) of the figure is a half duplex (Half Duplex) method, a communication method that is received by the other side while the other side transmits through a single optical communication channel, and replaces the transmission direction. The sensor network of the master slave type is typical.
단일 광통신 전송로를 통한 전이중 통신 방식으로서는, 정보를 시간축으로 압축하여 송수신 방향을 변경하는 시분할 이중통신 (TDD, Time Division Duplex)이 있고, 시간 배분을 바꾸는 것으로 송수신 데이터 양의 비율이 동적으로 변경될 수 있고, TCM-ISDN, PHS, TD-CDMA 등에 쓰인다. 또한 주파수 대역을 분할하여 단일 전송로를 통한 전이중 통신을 하는 주파수 분할 이중통신 (FDD, Frequency Division Duplex)이 있으며, 송수신 분리에 대역 필터 회로가 필요하고, 휴대 전화, 통신 위성에 쓰인다. As a full duplex communication method through a single optical communication transmission path, there is a time division duplex (TDD) that compresses information on a time axis to change the transmission/reception direction, and by changing the time distribution, the ratio of the amount of data transmitted and received can be dynamically changed. Can be used for TCM-ISDN, PHS, TD-CDMA, etc. In addition, there is a frequency division duplex (FDD) that divides the frequency band and performs full-duplex communication through a single transmission path. A band filter circuit is required for transmission/reception separation, and is used in mobile phones and communication satellites.
따라서 기존의 전이중 통신(Full Duplex) 또는 반이중 통신(Half Duplex) 방식으로는 전술한 5G 통신의 데이터 레이트(data rate)와 종단간 지연(end-to-end latency)을 극복하기가 곤란하다. Therefore, it is difficult to overcome the data rate and end-to-end latency of the above-mentioned 5G communication using the existing full duplex or half duplex method.
본 발명은, 단일 전송로로 구성된 광통신 채널을 통해 전이중 통신(Full Duplex) 방식으로 양방향 통신이 가능하도록 하는 5G 통신용 광파 회로와 이를 이용한 단일 채널의 전이중 광통신 시스템을 제공한다. The present invention provides a 5G communication optical wave circuit that enables bidirectional communication in a full duplex manner through an optical communication channel composed of a single transmission path and a single channel full duplex optical communication system using the same.
도면 제5도는 본 발명의 단일 채널 전이중 광통신 시스템의 구성을 도시한다. Figure 5 shows the configuration of a single channel full duplex optical communication system of the present invention.
본 발명의 단일 채널 전이중 광통신 시스템은, 전송하고자 하는 송신 데이터를 제공받아 광변조기를 통해 변조된 광신호를 전송하는 트랜스미터(100);와 수신된 광신호를 광복조기로써 수신 데이터로 출력하는 리시버(200); 상기 트랜스미터(100)와 리시버(200)를 제어하여, 외부로부터 공급되는 송신 데이터를 트랜스미터(100)에 제공하고, 상기 리시버(200)로 수신데이터를 전송받아 외부로 제공하고 전송하고자 하는 송신 데이터를 제공받아 상기 트랜스미터(100)에 제공하는 광통신 컨트롤러(300);와,The single-channel full-duplex optical communication system of the present invention includes a transmitter 100 that receives transmission data to be transmitted and transmits an optical signal modulated through an optical modulator; and a receiver that outputs the received optical signal as received data as an optical demodulator ( 200); By controlling the transmitter 100 and the receiver 200, the transmission data supplied from the outside is provided to the transmitter 100, the received data is transmitted to the receiver 200, and the received transmission data is transmitted to the outside. Optical communication controller 300 provided and provided to the transmitter 100; And,
상기 트랜스미터(100)의 변조된 광신호 ψin 을 제공받아 단일의 광통신 채널(500)로 전송하고, 상기 단일의 광통신 채널(500)로부터 광신호를 수신하여 ψout 으로 리시버(200)에 공급하며, 상기 트랜스미터(100)의 변조된 광신호를 피드백 송신 신호 ψm 으로 상기 광통신 컨트롤러(300)에 제공하는 광파 회로(400);로 구성된다. 본 발명의 광파 회로(400)는, 상기 단일의 광통신 채널(500)을 통하여 동시에 송신과 수신을 수행하도록 트랜스미터(100)와 리시버(200)를 접속한다. 또한 상기 광파 회로(400)는, 상기 트랜스미터(100)의 변조된 광신호를 피드백 송신 신호 ψm 으로 상기 광통신 컨트롤러(300)에 제공함으로써 반이중(half duplex) 광통신 기능도 제공한다.It receives the modulated optical signal ψin of the transmitter 100, transmits it to a single optical communication channel 500, receives an optical signal from the single optical communication channel 500 and supplies it to the receiver 200 with ψout, It consists of; a light wave circuit 400 that provides the optical communication controller 300 as a feedback transmission signal ψm the modulated optical signal of the transmitter 100. The light wave circuit 400 of the present invention connects the transmitter 100 and the receiver 200 to simultaneously transmit and receive through the single optical communication channel 500. In addition, the optical wave circuit 400 provides a half duplex optical communication function by providing the modulated optical signal of the transmitter 100 to the optical communication controller 300 as a feedback transmission signal ψm.
도면 제6도는, 본 발명의 광파 회로의 구성을 도시한다. 본 발명의 광파 회로(400)는, 실리콘 기판(480)상에 리소그래피(lithography) 공정으로 폴리머(polymer) 또는 실리카(silica) 재질의 광도파로(optical waveguide)를 형성하여 구성된다. Fig. 6 shows the configuration of the light wave circuit of the present invention. The light wave circuit 400 of the present invention is configured by forming an optical waveguide made of a polymer or silica material on a silicon substrate 480 by a lithography process.
본 발명의 광파 회로(400)는, 실리콘 기판(480)상에 길이 L 폭 W 의 다중 모드 광도파로(460)를 두께 d 로 형성하고, 상기 다중 모드 광도파로(460)의 폭 W 측으로 레이저 광 Ψ in 을 입력받는 제1 단일모드 도파로(410), 단일의 광통신 채널(500)을 통해 수신된 광 Ψ out 을 출력하는 제2 단일 모드 도파로(440)를 구비한다. 상기 다중 모드 광도파로(460)의 타측으로는 상기 제1 단일모드 도파로(410)로 제공된 레이저 광 Ψ in 이 1/2씩 분배되어 각각 출력되는 제3 단일모드 도파로(420) 및 제4 단일 모드 도파로(430)가 구비된다. In the light wave circuit 400 of the present invention, a multi-mode optical waveguide 460 of length L width W is formed on the silicon substrate 480 with a thickness d, and laser light is generated to the width W side of the multimode optical waveguide 460 A first single mode waveguide 410 receiving Ψ in and a second single mode waveguide 440 outputting optical Ψ out received through a single optical communication channel 500 are provided. On the other side of the multi-mode optical waveguide 460, the third single-mode waveguide 420 and the fourth single-mode in which the laser light Ψ in provided to the first single-mode waveguide 410 is divided and output by 1/2. The waveguide 430 is provided.
단일의 광통신 채널(500)을 통해 수신된 광은, 제3 단일모드 도파로(420)와 다중 모드 광도파로(460)를 경유하여 제1 단일모드 도파로(410)와 제2 단일 모드 도파로(440)로 1/2씩 분배되어 각각 출력되며 이때 리시버(200)가 접속된 제2 단일 모드 도파로(440)로 Ψ out 의 광으로 출력된다. The light received through the single optical communication channel 500 passes through the first single mode waveguide 410 and the second single mode waveguide 440 via the third single mode waveguide 420 and the multimode optical waveguide 460. It is distributed by 1/2 and output respectively, and at this time, it is output as light of Ψ out to the second single mode waveguide 440 to which the receiver 200 is connected.
도면 제7도는 본 발명의 광파 회로의 설계 배치를 도시한다. 본 발명의 광파 회로(400)는; 실리콘 기판(480)상의 다중 모드 광도파로(460)와, 상기 다중 모드 광도파로(460)의 길이 L 만큼 이격된 양측 폭 W 방향으로 제1 내지 제4 단일모드 도파로(410),(420),(430),(440)가 형성된다. Figure 7 shows the design arrangement of the light wave circuit of the present invention. The light wave circuit 400 of the present invention; The multi-mode optical waveguide 460 on the silicon substrate 480 and the first to fourth single- mode waveguides 410, 420 in both width W directions spaced by the length L of the multi-mode optical waveguide 460, 430 and 440 are formed.
상기 구성에서 레이저 광 Ψ in 이 제1 단일모드 도파로(410)를 통해 다중 모드 광도파로(460)에 공급되면, 상기 레이저 광 Ψ in 은 다중 모드 광도파로(460)를 진행하며 입력 광신호의 분배가 일어나고, 길이 L 방향으로 특정한 위치에서 모드간의 보강 간섭에 의하여 입력 광신호에서 여기된 파의 상을 재생시킨다. 이를 '자기상 맺힘'이라고 하며 다중 모드 광도파로(460)의 길이 L 의 방향에 따라 주기적인 간격을 두고 하나 이상의 상을 만들게 되는 현상이다. 이때 다중 모드 광도파로(460) 내의 광파의 분포는 수학식 1로 나타낼 수 있다.In the above configuration, when the laser light Ψ in is supplied to the multimode optical waveguide 460 through the first single mode waveguide 410, the laser light Ψ in proceeds to the multimode optical waveguide 460 and distributes the input optical signal. Occurs and regenerates the image of the wave excited from the input optical signal by constructive interference between modes at a specific position in the length L direction. This is called'self-image formation' and is a phenomenon in which one or more phases are formed at regular intervals according to the direction of the length L of the multi-mode optical waveguide 460. At this time, the distribution of light waves in the multi-mode optical waveguide 460 may be represented by Equation (1).
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여기서 Cυ는 모드 여기 상수이고, ψ는 유기 모드이며, υ는 모드의 차수이다. Where Cυ is the mode excitation constant, ψ is the organic mode, and υ is the order of the mode.
광신호의 입력 위치가 다중 모드 광도파로(460)의 일반적인 지점인 경우, 일반간섭(general interference)을 이용하게 되면, 원하는 개수의 자기 상이 맺히는 길이는 수학식 2와 같다.When the input position of the optical signal is a general point of the multi-mode optical waveguide 460, when general interference is used, the length of the desired number of magnetic images is expressed by Equation (2).
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이때 M 은 주기성을 나타내는 정수이고, N 은 자기 상의 개수, L π는 결합 길이로서 기본 모드와 1차 모드의 위상차 π가 되는 진행 거리이며 다음의 수학식 3으로 정리된다.At this time, M is an integer representing the periodicity, N is the number of magnetic phases, L π is the combined length, and is the traveling distance that becomes the phase difference π between the basic mode and the primary mode.
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여기서 β 0, β 1는 기본 모드와 1차 모드의 전파 상수이고, λ 0 는 파장, η e 는 유효 굴절률, W e 는 유효 폭으로 기본 모드가 실제 유기되는 폭을 나타낸다. 또한 입출력 위치가 다중 모드 광도파로(460)의 폭 방향의 1/3 또는 2/3 되는 지점에서의 경우는 쌍간섭(Paired Interference)을 이용하게 되며, 원하는 개수의 자기 상이 맺히는 길이는 수학식 4로 표현된다. Where β 0 , β 1 is the propagation constant of the basic mode and the primary mode, λ 0 is the wavelength, η e is the effective refractive index, and W e is the effective width, indicating the width at which the basic mode is actually induced. In addition, in the case where the input/output position is 1/3 or 2/3 of the width direction of the multi-mode optical waveguide 460, paired interference is used, and the length of the desired number of magnetic images is expressed by Equation 4 It is expressed as
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또한 입출력 위치가 다중 모드 광도파로(460)의 폭 W 방향의 1/2 되는 지점에서의 경우는 대칭간섭(Symmetric Interference)을 이용하게 되며, 원하는 개수의 자기 상이 맺히는 길이는 수학식 5로 표현된다. Also, in the case where the input/output position is 1/2 of the width W direction of the multi-mode optical waveguide 460, symmetric interference is used, and the length of the desired number of magnetic images is expressed by Equation (5). .
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따라서 수학식 4에 의해, 쌍간섭(Paired Interference)을 이용하면 입출력 위치를 다중 모드 광도파로(460)의 폭 W 방향의 1/3 또는 2/3 되는 지점으로 결정할 수 있다.Accordingly, by using Equation 4, when the paired interference is used, the input/output position may be determined as a point that is 1/3 or 2/3 of the width W direction of the multimode optical waveguide 460.
도면 제8도는 본 발명의 다중 모드 도파로(460)의 작용관계를 도시한다. 본 발명의 광파 회로(lightwave circuit)는 다중 모드 도파로(460)를 중심으로, 상기 다중 모드 도파로(460)의 양측의 폭 W 방향을 각각 W/3 로 등분하여 제1 내지 제4 단일모드 도파로(410), (420), (430), (440)들을 형성하여 쌍간섭을 이용한다. FIG. 8 shows the working relationship of the multi-mode waveguide 460 of the present invention. The lightwave circuit of the present invention centers on the multimode waveguide 460, and the width W direction of both sides of the multimode waveguide 460 is equally divided into W/3, respectively, to form first to fourth single mode waveguides ( 410), (420), (430), and (440) are formed to use bilateral interference.
상기의 제1 단일 모드 도파로(410)로 입력된 레이저 광 Ψ in 은 다중 모드 광도파로(460)를 진행하는 동안 쌍간섭(paired interference) 자기상 맺힘 현상에 의하여 각각 π/2 와 0의 위상 차이를 갖고, 50:50의 비율로 분배되어 상기의 제3 단일 모드 도파로(420)와 상기의 제4 단일 모드 도파로(430)로 각각 Ψ in/2 씩 출력된다. 이때 상기의 제3 단일 모드 도파로(420)로 전달된 레이저 광신호 Ψ in/2는 접속된 단일의 광통신 채널(500)을 통해 전송된다. The laser light Ψ in input to the first single-mode waveguide 410 is a phase difference of π/2 and 0, respectively, due to a paired interference self-image during the multi-mode optical waveguide 460. It is distributed at a ratio of 50:50, and outputs Ψ in /2 to the third single mode waveguide 420 and the fourth single mode waveguide 430, respectively. At this time, the laser optical signal Ψ in /2 transmitted to the third single mode waveguide 420 is transmitted through a single connected optical communication channel 500.
상기 단일의 광통신 채널(500)을 통해 제3 단일 모드 도파로(420)로 수신되는 광신호 Ψ rcv 는 상기의 다중 모드 광도파로(460)로 입력되어 쌍간섭 자기상 맺힘 현상에 의해 0의 위상 차이를 갖고, 상기의 제2 단일 모드 도파로(440)로 Ψ out = Ψ rcv /2 가 출력된다. 이때 π/2의 위상차로 제1 단일 모드 도파로(410)로 전달되는 Ψ rcv /2 의 광신호는 무시된다. The optical signal Ψ rcv received by the third single mode waveguide 420 through the single optical communication channel 500 is input to the multimode optical waveguide 460 and a phase difference of 0 due to a double interference magnetic image condensation phenomenon. Ψ out = Ψ rcv /2 is output to the second single mode waveguide 440. At this time, the optical signal of Ψ rcv /2 transmitted to the first single mode waveguide 410 with a phase difference of π/2 is ignored.
도면 제9도는 본 발명의 광파 회로의 세부 구성을 도시한다. 본 발명의 광파 회로(lightwave circuit)는 다중 모드 도파로(460)와, 상기 다중 모드 도파로(460)의 양측의 폭 W 방향을 각각 W/3 로 등분되는 위치에 제1 내지 제4 단일모드 도파로(410), (420), (430), (440)를 구비한다. 상기의 제1 단일 모드 도파로(410)로 입력된 레이저 광 Ψ in 은 다중 모드 광도파로(460)를 진행하는 동안 쌍간섭(paired interference) 자기상 맺힘 현상에 의하여 입력된 레이저 광 Ψ in 이 각각 π/2와 0의 위상 차이를 갖고, 50:50의 비율로 분배되어 상기의 제3 단일 모드 도파로(420)와 상기의 제4 단일 모드 도파로(430)로 각각 Ψ in/2 씩 출력된다. 상기의 제3 단일 모드 도파로(420)로 출력된 레이저 광신호 Ψ in/2는 접속된 단일의 광통신 채널(500)을 통해 전송된다. Fig. 9 shows a detailed configuration of the light wave circuit of the present invention. In the lightwave circuit of the present invention, the first to fourth single-mode waveguides are located at positions where the width W direction of both sides of the multi-mode waveguide 460 and the multi-mode waveguide 460 are divided into W/3, respectively. 410), 420, 430, and 440. The laser light Ψ in input to the first single mode waveguide 410 is π in each of the laser light Ψ in input due to a paired interference self-image formation phenomenon while proceeding to the multimode optical waveguide 460. It has a phase difference of /2 and 0, is distributed at a ratio of 50:50, and is output by Ψ in /2 to the third single mode waveguide 420 and the fourth single mode waveguide 430, respectively. The laser optical signal Ψ in /2 output to the third single mode waveguide 420 is transmitted through a single connected optical communication channel 500.
상기 단일의 광통신 채널(500)을 통해 제3 단일 모드 도파로(420)로 수신되는 광신호 Ψ rcv 는 상기의 다중 모드 광도파로(460)로 입력되어 쌍간섭 자기상 맺힘 현상에 의해 0의 위상 차이를 갖고, 상기의 제2 단일 모드 도파로(440)로 Ψ out = Ψ rcv /2 가 출력된다.The optical signal Ψ rcv received by the third single mode waveguide 420 through the single optical communication channel 500 is input to the multimode optical waveguide 460 and a phase difference of 0 due to a double interference magnetic image condensation phenomenon. Ψ out = Ψ rcv /2 is output to the second single mode waveguide 440.
따라서 본 발명의 광파 회로는 단일 모드 도파로 및 다중 모드 광도파로(460)와 단일의 광통신 채널(500)을 통해 광신호를 전송하고, 동시에 단일의 광통신 채널(500)을 통해 수신된 광신호를 단일 모드 도파로 및 다중 모드 광도파로(460)를 통해 단일 모드 도파로로 출력함으로써, 동시에 단일의 광통신 채널(500)을 통한 양방향 광통신을 가능하게 한다. Accordingly, the optical wave circuit of the present invention transmits an optical signal through a single-mode waveguide and a multi-mode optical waveguide 460 and a single optical communication channel 500, and simultaneously receives a single optical signal received through a single optical communication channel 500. By outputting a single waveguide through a mode waveguide and a multimode optical waveguide 460, bidirectional optical communication through a single optical communication channel 500 is simultaneously possible.
도면 제10도는 본 발명의 5G 통신용 광파 회로와 이를 이용한 단일 채널의 전이중 광통신 시스템의 구성예를 도시한다. 도면의 단일 채널 전이중 광통신 시스템은, 광통신 시스템 A와 광통신 시스템 B가 단일의 광통신 채널(500)로써 접속된 일례를 도시한다. FIG. 10 shows a configuration example of a 5G communication optical wave circuit of the present invention and a single channel full duplex optical communication system using the same. The single channel full duplex optical communication system in the figure shows an example in which the optical communication system A and the optical communication system B are connected as a single optical communication channel 500.
광통신 시스템 A는, 전송하고자 하는 송신 데이터를 제공받아 광변조기를 통해 변조된 광신호를 전송하는 트랜스미터 A와 수신된 광신호를 광복조기로써 수신 데이터로 출력하는 리시버 A; 상기 트랜스미터 A와 리시버 A를 제어하여, 외부로부터 공급되는 송신 데이터를 트랜스미터 A에 제공하고, 상기 리시버 A로 수신데이터를 전송받아 외부로 제공하고, 전송하고자 하는 송신 데이터를 제공받아 상기 트랜스미터 A에 제공하는 광통신 컨트롤러 A;와, 상기 트랜스미터 A의 변조된 광신호 ψinA 를 제공받아 단일의 광통신 채널(500)로 전송하고, 상기 단일의 광통신 채널(500)로부터 광신호를 수신하여 ψoutA 으로 리시버 A에 공급하며, 상기 트랜스미터 A의 변조된 광신호를 피드백 송신 신호 ψmA 로 상기 광통신 컨트롤러 A에 제공하는 광파 회로 A;로 구성된다. The optical communication system A includes: a transmitter A receiving received transmission data to be transmitted and transmitting a modulated optical signal through an optical modulator; and a receiver A outputting the received optical signal as received data as an optical demodulator; By controlling the transmitter A and the receiver A, the transmission data supplied from the outside is provided to the transmitter A, the received data is transmitted to the receiver A to be provided to the outside, and the transmission data to be transmitted is provided to the transmitter A The optical communication controller A; and the modulated optical signal ψinA of the transmitter A is provided, transmitted to a single optical communication channel 500, and receives an optical signal from the single optical communication channel 500 and supplied to receiver A as ψoutA And a light wave circuit A that provides the modulated optical signal of the transmitter A to the optical communication controller A as a feedback transmission signal ψmA.
광통신 시스템 B는, 전송하고자 하는 송신 데이터를 제공받아 광변조기를 통해 변조된 광신호를 전송하는 트랜스미터 B와 수신된 광신호를 광복조기로써 수신 데이터로 출력하는 리시버 B; 상기 트랜스미터 B와 리시버 B를 제어하여, 외부로부터 공급되는 송신 데이터를 트랜스미터 B에 제공하고, 상기 리시버 B로 수신데이터를 전송받아 외부로 제공하고, 전송하고자 하는 송신 데이터를 제공받아 상기 트랜스미터 B에 제공하는 광통신 컨트롤러 B;와, 상기 트랜스미터 B의 변조된 광신호 ψinB 를 제공받아 단일의 광통신 채널(500)로 전송하고, 상기 단일의 광통신 채널(500)로부터 광신호를 수신하여 ψoutB 로 리시버 B에 공급하며, 상기 트랜스미터 B의 변조된 광신호를 피드백 송신 신호 ψmB 로 상기 광통신 컨트롤러 B에 제공하는 광파 회로 B;로 구성된다. The optical communication system B includes: a transmitter B for receiving the transmission data to be transmitted and transmitting the modulated optical signal through the optical modulator; and a receiver B for outputting the received optical signal as received data as an optical demodulator; By controlling the transmitter B and the receiver B, the transmission data supplied from the outside is provided to the transmitter B, the reception data is transmitted to the receiver B, and the transmission data to be transmitted is provided to the transmitter B. The optical communication controller B; and receiving the modulated optical signal ψinB of the transmitter B, transmitting it to a single optical communication channel 500, receiving the optical signal from the single optical communication channel 500, and supplying it to receiver B with ψoutB And an optical wave circuit B providing the modulated optical signal of the transmitter B to the optical communication controller B as a feedback transmission signal ψmB.
이상과 같이 설명된 본 발명의 5G 통신용 광파 회로와 이를 이용한 단일 채널의 전이중 광통신 시스템은, 단일의 광통신 채널(500)을 통한 양방향 광통신을 가능하게 함으로써, 5G 통신의 데이터 레이트(data rate)를 최대화하고 종단간 지연(end-to-end latency)을 최소화하는 특징이 있다.The 5G communication optical wave circuit of the present invention and the single channel full-duplex optical communication system described above enable bidirectional optical communication through a single optical communication channel 500, thereby maximizing the data rate of 5G communication. And minimizes end-to-end latency.
본 발명의 5G 통신용 광파 회로와 이를 이용한 단일 채널의 전이중 광통신 시스템은, 비록 한정된 실시예들과 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.The 5G communication optical wave circuit of the present invention and a single channel full-duplex optical communication system using the same, although described by the limited embodiments and the drawings, the present invention is not limited by this and the ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains Of course, various modifications and variations are possible within the scope of the technical spirit of the present invention and the equivalents of the claims to be described below by a person having a problem.
본 발명은, 단일의 광통신 채널을 통한 양방향 광통신을 가능하게 함으로써, 5G 통신의 데이터 레이트(data rate)를 최대화하고 종단간 지연(end-to-end latency)을 최소화하는 5G 통신용 광파 회로와 이를 이용한 단일 채널의 전이중 광통신 시스템에 관한 기술로서 5G 통신 시스템의 교환기 내지는 기지국 관련 분야에서 이용가능하다.The present invention, by enabling two-way optical communication through a single optical communication channel, maximizes the data rate (data rate) of 5G communication and minimizes end-to-end latency (end-to-end latency) and the optical wave circuit for 5G communication using the same As a technology for a single channel full duplex optical communication system, it can be used in a field of a switch or base station of a 5G communication system.

Claims (10)

  1. 단일 전송로로 구성된 광통신 채널을 통해 전이중 통신(Full Duplex) 방식으로 양방향 통신이 가능하도록 하는 5G 통신용 광파 회로와 이를 이용한 단일 채널의 전이중 광통신 시스템에 있어서,In a 5G communication optical wave circuit that enables bidirectional communication in a full duplex manner through an optical communication channel composed of a single transmission path, and in a single channel full duplex optical communication system using the same,
    전송하고자 하는 송신 데이터를 제공받아 광변조기를 통해 변조된 광신호를 전송하는 트랜스미터(100);와 A transmitter 100 that receives the transmission data to be transmitted and transmits the modulated optical signal through the optical modulator; and
    수신된 광신호를 광복조기로써 수신 데이터로 출력하는 리시버(200); A receiver 200 for outputting the received optical signal as received data as an optical demodulator;
    상기 트랜스미터(100)와 리시버(200)를 제어하여, 외부로부터 공급되는 송신 데이터를 트랜스미터(100)에 제공하고, 상기 리시버(200)로 수신데이터를 전송받아 외부로 제공하고 전송하고자 하는 송신 데이터를 제공받아 상기 트랜스미터(100)에 제공하는 광통신 컨트롤러(300);와,By controlling the transmitter 100 and the receiver 200, the transmission data supplied from the outside is provided to the transmitter 100, the received data is transmitted to the receiver 200, and the received transmission data is transmitted to the outside. Optical communication controller 300 provided and provided to the transmitter 100; And,
    상기 트랜스미터(100)의 변조된 광신호 ψin 을 제공받아 단일의 광통신 채널(500)로 전송하고, 상기 단일의 광통신 채널(500)로부터 광신호를 수신하여 ψout 으로 리시버(200)에 공급하는 광파 회로(400);The optical wave circuit which receives the modulated optical signal ψin of the transmitter 100 and transmits it to a single optical communication channel 500, receives the optical signal from the single optical communication channel 500 and supplies it to the receiver 200 with ψout. 400;
    로 구성된 것을 특징으로 하는 5G 통신용 광파 회로와 이를 이용한 단일 채널의 전이중 광통신 시스템5G communication light wave circuit characterized by consisting of a single channel full duplex optical communication system using the same
  2. 제1항에 있어서 상기 광파 회로(400)는,The method of claim 1, wherein the light wave circuit 400,
    상기 트랜스미터(100)의 변조된 광신호를 피드백 송신 신호 ψm 으로 상기 광통신 컨트롤러(300)에 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 5G 통신용 광파 회로와 이를 이용한 단일 채널의 전이중 광통신 시스템5G communication optical wave circuit and a single channel full duplex optical communication system, characterized in that it is configured to provide the modulated optical signal of the transmitter 100 to the optical communication controller 300 as a feedback transmission signal ψm.
  3. 제1항에 있어서 상기 광파 회로(400)는,The method of claim 1, wherein the light wave circuit 400,
    실리콘 기판(480)상에 리소그래피(lithography) 공정으로 폴리머(polymer) 또는 실리카(silica) 재질의 광도파로(optical waveguide)를 형성하여 구성된 것을 특징으로 하는 5G 통신용 광파 회로와 이를 이용한 단일 채널의 전이중 광통신 시스템5G communication optical wave circuit, characterized in that it is formed by forming an optical waveguide (polymer) or a polymer (silica) material by a lithography (lithography) process on a silicon substrate 480 and a single channel full-duplex optical communication using the same system
  4. 제1항에 있어서 상기 광파 회로(400)는,The method of claim 1, wherein the light wave circuit 400,
    실리콘 기판(480)상에 길이 L 폭 W 두께 d 로 형성되는 다중 모드 광도파로(460);와A multi-mode optical waveguide 460 formed of a length L width W thickness d on the silicon substrate 480; and
    상기 다중 모드 광도파로(460)의 폭 W 측으로 레이저 광 Ψ in 을 입력받는 제1 단일모드 도파로(410); 단일의 광통신 채널(500)을 통해 수신된 광 Ψ out 을 출력하는 제2 단일 모드 도파로(440);를 구비하며,A first single mode waveguide 410 receiving laser light Ψ in on the width W side of the multimode optical waveguide 460; And a second single mode waveguide 440 for outputting the optical Ψ out received through the single optical communication channel 500,
    상기 다중 모드 광도파로(460)의 타측으로는 상기 제1 단일모드 도파로(410)로 제공된 레이저 광 Ψ in 이 1/2씩 분배되어 각각 출력되는 제3 단일모드 도파로(420); 및 제4 단일 모드 도파로(430);가A third single mode waveguide 420 in which laser light Ψ in provided to the first single mode waveguide 410 is distributed in half and output respectively to the other side of the multimode optical waveguide 460; And a fourth single mode waveguide 430.
    구성된 것을 특징으로 하는 5G 통신용 광파 회로와 이를 이용한 단일 채널의 전이중 광통신 시스템5G communication light wave circuit characterized by configured and single channel full duplex optical communication system using the same
  5. 제4항에 있어서 상기 광파 회로(400)는,The method of claim 4, wherein the light wave circuit 400,
    쌍간섭(Paired Interference)을 이용하여, 단일의 광통신 채널(500)을 통해 수신된 광이 제3 단일모드 도파로(420)와 다중 모드 광도파로(460)를 경유하여 제1 단일모드 도파로(410)와 제2 단일 모드 도파로(440)로 1/2씩 분배되어 각각 출력되며, 리시버(200)가 접속된 제2 단일 모드 도파로(440)로 Ψ out 의 광으로 출력되도록 구성된 것을 특징으로 하는 5G 통신용 광파 회로와 이를 이용한 단일 채널의 전이중 광통신 시스템Using the paired interference, the light received through the single optical communication channel 500 passes through the third single-mode waveguide 420 and the multi-mode optical waveguide 460, the first single-mode waveguide 410 And a second single-mode waveguide 440, which is divided by 1/2 and output respectively, and is configured to be output with Ψ out light to the second single-mode waveguide 440 to which the receiver 200 is connected. Optical wave circuit and single channel full duplex optical communication system
  6. 제4항에 있어서 상기 광파 회로(400)는,The method of claim 4, wherein the light wave circuit 400,
    실리콘 기판(480)상에 길이 L 폭 W 두께 d 로 형성되는 다중 모드 광도파로(460)의 양측의 폭 W 방향을 각각 W/3 로 등분하여,On the silicon substrate 480, the width W direction on both sides of the multi-mode optical waveguide 460 formed of length L width W thickness d is equally divided into W/3,
    상기 다중 모드 광도파로(460)의 일측의 폭 W 방향으로 제1 단일모드 도파로(410)와 제2 단일 모드 도파로(440);를 구비하며,And a first single mode waveguide 410 and a second single mode waveguide 440 in a width W direction of one side of the multimode optical waveguide 460,
    상기 다중 모드 광도파로(460)의 타측의 폭 W 방향으로는 제3 단일모드 도파로(420)와 제4 단일 모드 도파로(430);가 구비되도록 구성된 것을 특징으로 하는 5G 통신용 광파 회로와 이를 이용한 단일 채널의 전이중 광통신 시스템5G communication optical wave circuit characterized in that it is configured to be provided in the width W direction of the other side of the multi-mode optical waveguide 460 and the fourth single-mode waveguide 430; Channel full duplex optical communication system
  7. 제4항에 있어서 상기 광파 회로(400)는,The method of claim 4, wherein the light wave circuit 400,
    상기의 제1 단일 모드 도파로(410)로 입력된 레이저 광 Ψ in 이 다중 모드 광도파로(460)를 진행하는 동안 쌍간섭(paired interference) 자기상 맺힘 현상에 의하여 각각 π/2 와 0의 위상 차이를 갖고, 50:50의 비율로 분배되어 상기의 제3 단일 모드 도파로(420)와 상기의 제4 단일 모드 도파로(430)로 각각 Ψ in/2 씩 출력되도록 구성된 것을 특징으로 하는 5G 통신용 광파 회로와 이를 이용한 단일 채널의 전이중 광통신 시스템The phase difference between π/2 and 0 is due to the paired interference self-image formation phenomenon while the laser light Ψ in input to the first single mode waveguide 410 proceeds through the multimode optical waveguide 460. It has been distributed at a ratio of 50:50, the third single-mode waveguide 420 and the fourth single-mode waveguide 430, 5G communication optical wave circuit, characterized in that configured to be output by Ψ in /2 each And single channel full duplex optical communication system
  8. 제4항에 있어서 상기 광파 회로(400)는,The method of claim 4, wherein the light wave circuit 400,
    상기의 제3 단일 모드 도파로(420)로 전딜된 레이저 광신호 Ψ in/2는 접속된 단일의 광통신 채널(500)을 통해 전송되도록 구성된 것을 특징으로 하는 5G 통신용 광파 회로와 이를 이용한 단일 채널의 전이중 광통신 시스템The laser optical signal Ψ in /2 transmitted to the third single mode waveguide 420 is configured to be transmitted through a single connected optical communication channel 500. Full duplex of a 5G communication optical wave circuit and a single channel using the same. Optical communication system
  9. 제4항에 있어서 상기 광파 회로(400)는,The method of claim 4, wherein the light wave circuit 400,
    상기 단일의 광통신 채널(500)을 통해 제3 단일 모드 도파로(420)로 수신되는 광신호 Ψ rcv 는 상기의 다중 모드 광도파로(460)로 입력되어 쌍간섭 자기상 맺힘 현상에 의해 0의 위상 차이를 갖고, 상기의 제2 단일 모드 도파로(440)로 Ψ out = Ψ rcv /2 가 출력되는 것을 특징으로 하는 5G 통신용 광파 회로와 이를 이용한 단일 채널의 전이중 광통신 시스템The optical signal Ψ rcv received by the third single mode waveguide 420 through the single optical communication channel 500 is input to the multimode optical waveguide 460 and a phase difference of 0 due to a double interference magnetic image condensation phenomenon. 5G communication optical wave circuit characterized in that Ψ out = Ψ rcv /2 is output to the second single mode waveguide 440 and a single channel full duplex optical communication system using the same.
  10. 제4항에 있어서 상기 광파 회로(400)는,The method of claim 4, wherein the light wave circuit 400,
    실리콘 기판(480)상에 길이 L 폭 W 두께 d 로 형성되는 다중 모드 광도파로(460)의 양측의 폭 W 방향을 각각 W/3 로 등분하고,On the silicon substrate 480, the width W direction on both sides of the multi-mode optical waveguide 460 formed of length L width W thickness d is equally divided into W/3,
    상기 다중 모드 광도파로(460)의 일측의 폭 W 방향에 대해 1/3 및 2/3 지점에 제1 단일모드 도파로(410)와 제2 단일 모드 도파로(440);를 각각 구비하며,And a first single mode waveguide 410 and a second single mode waveguide 440 at 1/3 and 2/3 points with respect to the width W direction of one side of the multimode optical waveguide 460, respectively.
    상기 다중 모드 광도파로(460)의 타측의 폭 W 방향으로 1/3 및 2/3 지점에 제3 단일모드 도파로(420)와 제4 단일 모드 도파로(430);가 형성된 것을 특징으로 하는 5G 통신용 광파 회로와 이를 이용한 단일 채널의 전이중 광통신 시스템5G communication, characterized in that the third single-mode waveguide 420 and the fourth single-mode waveguide 430 are formed at 1/3 and 2/3 points in the width W direction of the other side of the multi-mode optical waveguide 460. Optical wave circuit and single channel full duplex optical communication system using the same
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