KR100633629B1 - 베이스밴드와 패스밴드 신호를 광학적으로 결합하는광통신 시스템 - Google Patents

베이스밴드와 패스밴드 신호를 광학적으로 결합하는광통신 시스템 Download PDF

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Abstract

베이스밴드 신호와 패스밴드 신호를 광학적으로 결합하여, 그 결합된 신호를 공통의 광 섬유를 통하여 전송하는 광통신 시스템이 기술된다. 본 발명에 따르면, 베이스밴드 및 패스밴드 신호들을 전송하는 광 통신 시스템은 전기적인 베이스밴드 신호원과; 디지털 방송 서비스를 위하여 변조된 전기적인 패스밴드 신호원과; 상기 전기적인 베이스밴드 신호에 응답하여, 광 베이스밴드 신호를 발생시키는 제 1 광송신기와; 상기 전기적인 패스밴드 신호에 응답하여, 광 패스밴드 신호를 발생시키는 제 2 광송신기와; 상기 광 베이스밴드 및 패스밴드 신호들을 결합된 광 신호로 결합하도록 상기 송신기들에 광학적으로 결합된 광 결합기와; 상기 결합된 광 신호를 전송하도록 상기 광 결합기에 광학적으로 결합된 광전송 경로와; 그리고 상기 전송된 광 신호들을 수신하도록 상기 광전송 경로에 광학적으로 결합된 광수신기를 포함한다.

Description

베이스밴드와 패스밴드 신호를 광학적으로 결합하는 광통신 시스템{OPTICAL COMMUNICATION SYSTEM OPTICALLY COMBINING BOTH BASEBAND AND PASSBAND SIGNALS}
도 1a 및 도1b는 전형적인 베이스밴드 통신 시스템의 특징을 예시한 도면.
도 2a, 2b 및 2c는 전형적인 패스밴드 통신 시스템의 특징을 예시한 도면.
도 3은 베이스밴드와 패스밴드 신호들을 결합하는 예시적인 광통신 시스템의 개략적인 블록도.
도 4는 도 3의 시스템에 대한 광 송수신기의 개략적인 모식도.
도 5는 베이스밴드 및 패스밴드 신호들을 결합하는 테스트 시스템의 모식도.
도 6 내지 도 9는 도 5의 시스템을 이용한 테스트의 결과를 보여주는 그래프도.
관련 출원
본 발명은 본 발명의 출원인에 의해 1998년 12월 12일 출원된 미국 임시출원 제60/112,480호, 및 1999년 8월 6일 출원된 미국 임시출원 제60/147,666호의 우선권을 주장한다.
본 발명은 광통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 베이스밴드 신호와 패스밴드 신호를 광학적으로 결합하며, 결합된 신호를 공통의 광 섬유를 통하여 전송하는 광통신 시스템에 관한 것이다.
오늘날 급속히 증가하는 통신의 수요는, 예컨대 비디오, 데이터, 고속 인터넷 접속, 비디오 회의, 주문형 비디오 및 방송 텔레비젼 비디오와 같은 멀티미디어 서비스들을 작은 회사들 및 주거지들로 전송할 수 있게 하였다. 이러한 네트워크들의 개발에 있어서의 가장 큰 관심사는 비용이다. 현재 이용 가능하며 전개되고 있는 여러가지 기술들 중에서, 사용자들에게까지 확장되는 광섬유 - 가정에 까지 광섬유(FTTH)- 는 현재 및 미래의 수요를 충족시키기 위한 바람직한 기술이다. 서비스 제공자들은 비용이 허락하는 한 그들의 네트워크에 광섬유를 활용하고 있다.
가정 및 회사에 디지털 형태로 정보를 전달하기 위한 2개의 다른 광섬유 통신 시스템이 개발되었다. 이중 첫 번째 시스템은 디지털 변조된 일련의 광 펄스들에 의해 정보를 전달한다. 이들은 베이스밴드 신호들로 언급된다. 두 번째 시스템은 다수의 주파수 분리된 반송파들을 이용한다. 각 반송파는 디지털 신호를 전송할 수 있도록 변조된다. 이들은 패스밴드 신호들로 언급된다. 각 시스템은 그 자체의 특정화된 장비, 그 자체의 물리적인 플랜트 및 그 자체의 표준들을 갖는다.
도 1a는 다수의 가정(12) 및 회사(13)에 광섬유 접속을 제공하는 중앙국(11)을 포함한 베이스밴드 시스템(10)을 개략적으로 도시한다. 단일 또는 다중 파장들 에서의 고전력 광 신호들은 다수의 접속 섬유들(15A, 15B, 15C)을 통하여 각각의 광전력 분할기들 및/또는 파장 디멀티플렉서들(16A, 16B, 16C)로 전송되며, 각각의 전력 분할기 또는 디멀티플렉서, 예를 들어 16B에서 고전력 신호는 다수의 저전력 또는 개별적인 파장 신호들로 분할된 다음, 다수의 종단 사용자 섬유들(17A 및 17B) 각각을 통하여 전송된다. 이러한 신호들은 다운스트림 신호들로 일컬어진다. 이 다운스트림 신호들은 전형적으로 1.3-1.6㎛의 파장 대역에 중심을 두는 디지털 변조된 베이스밴드의 일련의 광 펄스들이다. 업스트림 신호들로 일컬어지는, 종단 사용자들로부터 중앙국으로의 신호들은 전형적으로 1.3-1.6㎛의 파장 대역을 갖지만, 상기 다운스트림 파장과는 다른 파장을 갖는 디지털 변조된 베이스밴드 펄스들이다. 이들은 동일한 섬유들을 통하여 반대 방향으로 전송된다. 업스트림 신호들은 전력 분할기들, 예를 들어 16B에서의 버스트 전송을 위하여 버퍼링되며 시간 분할 멀티플렉싱될 수 있다. 이러한 시스템은 중앙국과 사용자들 간에 어떠한 능동의 전자 또는 광학적인 구성요소도 이용하지 않기 때문에, 수동의 광 네트워크(PON)로 일컬어진다.
도 1b는 단순화된 베이스밴드 변조의 개요를 나타낸다. 전형적으로, 디지털(1)은 연속적인 광 펄스로 표현된다. 디지털 0은 펄스의 위치에 펄스가 없는 것으로 표현된다. 변형예로서, 신호는 디지털을 0으로, 펄스의 위치에 펄스가 없는 것을 1로 반전하여 표현할 수 있다.
도 2a는 중심부(21)와, 이 중심부(21)를 다수의 개별적인 노드들(23A, 23B 및 23C)과 연결하는 다수의 섬유들(22A, 22B 및 22C)을 포함한 패스밴드 시스템(20)을 개략적으로 도시한다. 각 노드는 다수의 섬유 또는 동축 케이블(24A 및 24B)을 통하여 다수의 가정(12) 및 회사(13)에 연결된다.
도 2b는 통상의 패스밴드 신호의 무선 주파수 스펙트럼을 예시한다. 이 신호는 (통상 NTSC 시스템에서 6MHz 간격) 주파수로 떨어져 있는 다수의 상이한 무선 주파수 (RF) 반송파를 포함한다. 반송파들 각각은 보다 높은 차수의 디지털 신호를 운반하기 위해 다수의 상태들 중에서 변조되어, 각 변조 상태에 대한 복수의 비트들을 인코딩한다. 이러한 변조는 진폭 변조, 주파수 변조, 위상 변조 또는 그들을 결합한 것일 수 있다.
디지털 패스밴드 신호는 통상 주파수 락(lock)되지만 위상이 90도 다른 2개의 RF 반송파를 이용하여 전송된다. 2개의 반송파들은 콰드러쳐(quadrature) 상태라고 일컬어 진다. 2개의 반송파들은 개별적으로 진폭 변조(AM)되며, 이 진폭 변조된 반송파들은 결합되어, 그들의 벡터 합에 대응하는 진폭 정보 및 그들의 벡터 각도에 대응하는 위상 정보를 갖는 단일 RF 출력을 형성한다. 이 기술은 콰드러쳐 진폭 변조 또는 QAM 으로 공지된다.
도 2c는 반송파들 각각이 단지 2개의 상태들(예컨대, +V 및 -V)을 가질 시 발생하는 QAM의 가장 간단한 경우를 예시한다. 하나의 반송파가 기준 반송파로서 고려되며 동위상 채널로 불린다. 이것의 진폭은 도 2c의 수평 축을 따라 나타내어 진다. 90°위상차가 나는 다른 반송파는 콰드러쳐 채널로 불린다. 이것의 진폭은 수직 축을 따라 나타내어 진다. 도면으로 부터 알 수 있는 것처럼, 각각의 반송파가 2개의 상태(+V,-V)를 갖는 경우, 4개의 가능한 결합 출력이 있을 수 있으며, 이 들 각각은 2비트의 정보, (0,0), (0,1), (1,0), (1,1)를 나타낼 수 있다. 이러한 간단한 변조 구성은 콰드러쳐 위상 쉬프트 키(QPSK)로서 공지된다.
유사한 변조 구성은 반송파를 다수의 상태들 중 하나로 진폭 변조하는 것에 기초할 수 있다. 예를 들면, 2개의 반송파가 4개의 진폭들 중 하나로 변조될 수 있는 경우, 결합 출력은 4×4=16 상태들을 나타낼 수 있으며, 이 변조 방식은 16 QAM 변조로 불린다. 8×8=64 상태를 이용하는 변조는 64 QAM 으로 불린다. 변조 상태의 수가 증가함에 따라, 요구되는 신호대잡음비 또한 증가한다.
지난 몇 년 동안, 서비스 제공자들 및 시스템 제조업자들은, 기존 및 미래의 서비스들을 전달하기 위하여 가정 및 회사까지 섬유를 확장하는 것을 목표로 하는 공통의 사양을 정하기 위하여 국제적으로 노력해왔다. 이러한 사양들은 이제 국제 원격통신 연합(ITU) 표준 G.983.1의 일부가 되었다.
G.983.1에 따르면, 모든 서비스들은 전력 분할기-기반 시스템 상에서 베이스밴드 형태로 업스트림 및 다운스트림 전송된다. 네트워크의 한 변형에서, 분할된 155-Mbps 베이스밴드 신호는 1.5㎛ 대역 내에서 다운스트림으로 전송되며, 동일한 비트율의 신호가 단일 섬유 상에서 1.3㎛ 대역 내에서 업스트림으로 전송된다. 비용을 절감하기 위하여, 섬유가 사용자의 구역 범위 내에 있다면 중앙국과 단일 섬유 내의 단일 송신기가 32명의 사용들에게 까지 서비스한다. 수신기가 커브(curb)에 있고 전기 신호들이 다수의 집들로 분배된다면, 사용자들의 수는 더욱 증가할 수 있다. G.983.1의 규정사항들은 최소 20Km의 논리적인 범위 및 이 범위에 따른 광전력 예산을 필요로 한다. <1010의 비트 에러율에서 특정화된 다운스트림 수신기 감도는 종류 B 작동에 대해서는 -30㏈이며, 종류 C에 대해서는 -33㏈이다.
32명의 종단 사용자들에게 공유된 155Mbps의 다운스트림 용량은 예컨대 비디오, 데이터, 또는 대화형 비디오와 같은 대화형 서비스들에 특히 적절하지만, 특히 고선명 TV(HDTV)가 전달되는 경우 다채널 방송 비디오에 의해 빠르게 소모될 수 있다. G.983.1에서의 방송 비디오 전달을 다루는 한 시도는 다운스트림 대역폭을 155에서 622Mbps로 증가시킨다. 이러한 시도는 매우 큰 비용이 들며, 비디오 채널 스위칭을 복잡하게 한다. 변형예로서, 비디오 신호들은 개별적인 송/수신기를 이용하여 개별적인 섬유 상에서 전달될 수 있다. 이러한 시도는 더 많은 비용이 든다. 따라서, 성능을 개선하고 비용을 낮춘 새로운 시도의 필요성이 대두되었다.
공통의 섬유 상에서 베이스밴드 및 패스밴드 신호들을 결합하기 위한 광통신 시스템은 본 출원인에 의해 1999년 11월29일 출원되었으며 그 명칭이 "베이스밴드 및 패스밴드 신호들을 결합하기 위한 광통신 시스템"인 미국 특허 출원 번호 제 09/450823호에 개시되어 있는바, 이는 본원의 참조자료로서 인용된다. 이 시스템에서, 베이스밴드 및 패스밴드 신호들은 전기적으로 결합되며, 이 결합된 신호는 중앙국에서 광출력 신호를 변조시킨다. 광 신호는 광섬유를 통하여, 다수의 섬유들 가운데에서 개별적인 종단 사용자들로 수동으로 전력을 분할하는 원격 전력 분할기로 전송될 수 있다. ITU-T G.983,1의 전력 예산 내에서, 이러한 구조는 위성 TV가 PIN을 이용한 종류 B 작동을 위하여, 또는 APD 수신기를 이용한 종류 C 작동을 위 하여 이용하는 QPSK 변조 포맷을 지원할 수 있다. 방송 디지털 서비스들의 지상 전송을 위하여, 예컨대 케이블 TV 또는 무선 케이블 TV(MMDS 서비스들)의 제조업자들과 같은 대부분의 서비스 제공자들은 64 QAM 또는 더 높은 정도의 변조를 이용한다. QPSK와 비교하여, 64 QAM 변조된 신호의 전송은, 수신기에서 6.5㏈m 이상의 광전력을 의미하는 전기적인 영역에서의 잡음비에 대하여 약 13㏈ 이상의 신호를 필요로 한다. 변형예로서, 수신기는 최소 6.5㏈ 이상의 감도를 가져야 한다. 실험 데이터는, G.983.1의 종류 B에서의 155Mbps 베이스밴드 신호의 꼭대기에서 64 QAM 변조된 패스밴드 신호를 전송하기 위해서는 APD 기반 수신기가 필요하다는 것을 보여준다. APD는 PIN 다이오드 보다 상당히 더 비싸다. APD의 작동은, 5V 이하 및 더 단순한 회로를 필요로 하는 PIN 다이오드와 비교하여 좀 더 복잡한 전압 및 온도 안정화 회로로 인하여 전형적으로 50V 이상의 전압 공급을 필요로 한다.
원격통신 및 케이블 TV 서비스 제공자들은 그들의 기존의 비디오 하부구조를 이용하기 위하여, 그리고 QPSK에 의해 최대 헤르쯔당 2 비트와 대조적으로 헤르쯔당 6 비트들까지 전달할 수 있는 64 QAM의 대역폭 효율을 이용하기 위하여, 방송 디지털 서비스들에 64 QAM 또는 더 높은 정도의 변조의 이용이 바람직하다. 64 QAM에 대하여 6.5㏈m 이상의 광전력을 전달하기 위하여 그리고 베이스밴드 신호에 대한 ITU-T G983.1의 전력 예산 내에서 유지하기 위하여, 더 높은 레벨의 성능으로 베이스벤드 및 패스밴드 신호들을 결합할 수 있는 다른 구조(시스템)에 대한 필요성이 대두되었다.
본 발명은 다채널 방송 디지털 서비스들이 디지털 베이스밴드 신호 이상의 패스밴드에서의 방송 서비스 신호 라이딩에 의해 각 사용자에게 분배될 수 있는 새로운 통신 시스템이다. 이 시스템은 1 Gbps 이상의 부가적인 대역폭을 각 가입자에게 전달할 수 있다. 패스밴드 대역폭은 주문형 비디오를 포함하는 다운스트림 서비스들, 개선된 스트리밍 오디오 및 비디오를 포함하는 고속의 웹 다운로드, HDTV, 대화형 비디오, 및 개인용 비디오의 성장을 도모할 것이다. 본 발명은 각 사용자 또는 한 그룹의 사용자들에 대하여 단지 단일 섬유 경로 및 단일 광 수신기 만을 필요로 한다. 단일 섬유, 단일 광 수신기 시스템은 베이스밴드를 전송하는 시스템과 패스밴드를 전송하는 시스템으로 구성된 2 시스템 보다 덜 비싸다. 단일 수신기는 가정에 경제적인 광섬유를 구현하는 데에 있어서 비용면에서 상당히 유익하다.
본 발명의 결과가 G983.1 에서 설명된 상기 시스템 상에 디지털 비디오 및 다른 대역폭 수요 서비스들을 부가하는 것이기는 하지만, 규정 사양 또는 필요 사양항이 G983.1과 다른 구조들에서도 이용될 수 있다. 예를 들어, 업스트림 또는 다운스트림 데이터율, 광 파장들, 필요한 수신기 감도 및 비트 에러율이 특정한 적용에 따라서 변할 수도 있다. 본 발명은 또한, 단일 섬유 및 수신기 상에서의 베이스밴드 및 패스밴드 신호들의 포인트간 전송에 이용될 수 있다. 또한, 광 수신기 또는 ONT가 고객의 건물에 있을 필요는 없다. 이는 커브의 바깥에 있을 수 있다. 커브로부터, 베이스밴드 및 패스밴드 서비스들이 가입자들에게로 전송되어, 커브로의 섬유(FTTC)로서 널리 알려진 구조 내에서 꼬인 구리 선들 또는 동축 케이블들 상에 서 ONT를 공유할 수 있게 된다. 꼬인 구리 선들에 대한 서비스들은 종래의 모든 디지털 가입자 라인 기술들을 이용하여 전달될 수 있다. 동축 라인들에 대해서는, 하이브리드-섬유-동축(HFC) 기술이 이용된다.
예시적인 실시예에서, 광통신 시스템은 광 베이스밴드 신호를 발생시키는 제 1 광송신기와; 광 패스밴드 신호를 발생시키는 제 2 광송신기와, 신호들을 결합하는 광 전력 결합기와, 결합된 광 신호를 전송하는 한 발의 광전송 섬유; 및 상기 섬유에 광학적으로 결합된 하나 이상의 수신기들을 포함한다. 편리한 시스템에서는, 광전력 분할기가 광전송 섬유에 광학적으로 결합되어 전송된 신호의 전력을 다수의 종단 사용자 섬유들 사이에 분할하며, 그리고 각 사용자 또는 사용자들의 그룹에 대해서는, 광수신기가 사용자 섬유에 결합된다.
본 발명의 장점, 특성 및 부가적인 다양한 특징들은 첨부 도면을 참조하여 하기 설명되는 상세한 설명을 통하여 좀 더 명확해질 것이다.
이들 도면들은 본 발명의 개념들을 설명하기 위한 것들이며, 그래프들을 제외하고는 확대/축소되지 않았다.
종래의 베이스밴드 및 종래의 패스밴드 시스템들과 관련된 도 1, 2는 상기 설명하였다.
도 3은 하나 이상의 공공 광전송 섬유들(32) 상에서 베이스밴드 신호들과 패스밴드 신호들을 결합하는 광통신 시스템(30)의 개략적인 블록도이다. 본질적으로, 상기 시스템(30)은 베이스밴드 소스(28)로부터의 입력 전기 베이스밴드 신호에 응답하는 제 1 송신기(40), 및 패스대역 소스(29)로부터의 입력 전기 패스밴드 신호에 응답하는 제 2 광 송신기(41)를 포함한다. 제 1 송신기(40)는 디지털 송신기(예를 들어, 직접 변조된 디지털 레이저)가 될 수 있으며, 그리고 제 2 송신기(41)는 아날로그 송신기(예를 들어, 아날로그 레이저 또는 외부적으로 변조된 디지털 레이저)가 될 수 있다. 제 1, 2 전송기들(40 및 42)은 그들의 개별적인 입력 신호들의 정보를 포함하는 광 신호들을 개별적으로 발생시킨다. 이렇게 발생된 광 신호들은, 예컨대 광 전력 결합기(42)와 같은 광 결합기에서 광학적으로 결합되며, 결합된 광 신호는 하나 이상의 광 수신기(35)로 전송된다. 적어도 하나의 광 수신기(35)는 베이스밴드 신호 및 패스밴드 신호를 검출 및 복조시킬 수 있다. 송신기들(40 및 41)은 중앙국에 위치되는 것으로 간주된다. 패스밴드 신호의 전기 광학적인 변환이 네트워크 내에서 더욱 깊게 발생되어 중앙국에 광 패스밴드 신호를 제공하는 것이 또한 가능하다.
도 3에 도시된 바람직한 배열에서, 패스밴드 신호는 모든 사용자들에게 실질적으로 동일하게 될 방송 디지털 신호들을 포함하는 반면, 베이스밴드 신호는 특정한 그룹의 사용자들에게 전용된다. 따라서, 광 패스대역 신호를 에르븀 도핑된 섬유 증폭기(EDFA)(43)에서 증폭시킨 다음, 이 증폭된 출력을 광 전력 분할기(44)에 제공하는 것이 바람직하다. 이는 다른 그룹의 사용자들(미도시)을 위한 다른 전용 베이스밴드 신호들과 결합될 수 있는 다수의 광 패스밴드 신호들을 제공한다.
일 실시예에서, 베이스밴드 신호는 전력 예산 및 ITU 산업 표준 G983.1의 나 머지 규정사항을 따르는 디지털 변조된 시간 분할 다중화(TDM) 155Mbps 베이스밴드 신호이다. 베이스밴드 신호는 1Gbps 보다 큰 정보를 전달하는 직교 위상-시프트 키잉 주파수 분할 다중화(FDM) 신호이다. 베이스밴드 및 패스밴드 신호들은 2개의 파장들 간의 광학적인 상호작용으로 인하여 광학적인 영역 내에서 결합되는 베이스밴드 및 패스밴드 신호들에 어떠한 왜곡도 야기하지 않도록, 송신기 레이저들(40, 41)에 의해 1.5㎛ 내의 2개의 다른 파장들로 변환된다. 본 발명의 바람직한 실시예가 저비용을 위하여 베이스밴드 및 패스밴드 신호들에 대하여 단일 광수신기를 이용하기는 하지만, 본 발명의 변형체는 개별적인 O/E 수신기에 의한 검출, 또는 개별적인 섬유에 의한 다른 위치로의 전달을 위해 패스밴드 신호를 분리하기 위하여 수신기에서 집적된 광 모듈을 이용할 수도 있다.
본 시스템의 중요한 장점은 광 송신기(40, 41)가 그들의 각 신호들에 대하여 개별적으로 최적화될 수 있다는 것이다. 이러한 최적화는 단일 송신기가 이용되는 경우 야기되는 1 내지 2㏈ 송신기-관련 광전력 손실(penalty)을 없애며, 이는 시스템의 성능을 향상시킨다. 예를 들어, 패스밴드 신호를 위한 광경로는 패스밴드 전송을 최적화하기 위한 부가적인 에르븀 도핑된 섬유 증폭기(44)를 포함할 수 있다.
도 4는 종단-사용자들을 위한 유익한 광 송수신기 배열(35)을 개략적으로 예시한다. 이러한 배열은 MUX(50)를 통하여 섬유(34)로부터 전송된 결합 광 신호를 수신한다. 이 결합된 신호는, 예컨대 PIN 다이오드와 같은 수신 요소(51)에 공급되며, 결과적인 결합 전기신호는 선증폭기(52)에 공급된다. 그런 다음, 선증폭된 결합 전기 신호는 디플렉서(53)에 의해 베이스밴드부와 패스밴드부로 분할된다.
종단 사용자와의 쌍-방향 통신을 허용하기 위하여, 송수신기(35)는 유익하게는, 사용자들로부터 전기 신호들을 수신하고 광 입력 신호와 다른 파장에서의 광 리턴 신호를 발생시키는 송신기 레이저(54)를 포함할 수도 있다. 상기 리턴 신호는 멀티플렉서(50)에 제공되며, 섬유(34)에 의해 중앙국으로 다시 돌려보내진다. 입력 다운스트림 신호들은 바람직하게는 1.48-1.60㎛ 범위 내의 2개의 서로 떨어져 있는 파장을 가지며, 출력 업스트림 신호는 바람직하게는 1.3㎛의 파장을 갖는다.
이제 하기의 특정한 예시들 및 테스트들을 고려함으로써 본 발명을 좀 더 명확하게 이해할 수 있을 것이다. 당업자들을 위한 하기의 예시들 및 테스트들에서, 이용되는 두문자들은 그들이 처음 이용될 때와 본 상세한 설명의 끝의 정의 부분에서 풀어서 설명된다.
하기의 예들은 단지 예시의 목적으로 제공되는 것이다. 이 예들이 본 발명을 한정하는 것으로 간주되어서는 안된다.
예 1
본 예는 본 발명의 실행가능성을 설명할 것이다. 상기 설명과 관련된 실험적인 세부사항들은 여러가지 가능한 구성요소들 및 방법들의 장점을 보여준다.
도 5는 DFB 레이저 송신기(40)에 인가된 전기적인 베이스밴드 변조 신호가 광 베이스밴드 신호를 발생시키는 테스트 장치를 개략적으로 도시한다. MMDS 신호로부터 유도되는 전기적인 64 QAM 패스밴드 신호는 제 2 DFB 레이저(41)에서 광 패스밴드 신호로 변환되며, 베이스밴드 및 패스밴드 광 신호들은 2×2 광전력 결합기(42)에서 결합된 다음, 공공의 섬유(32)를 통하여 전력 분할기(33)로 전송된다. 전송기의 아암(34)은 수신된 일부 광 신호를 디플렉서(53)를 포함하는 종단-사용자 수신기(35)로 전송한다. 수신기(34)는 루슨트 테크날러쥐스 1319 O/E 수신기이다. 수신기는 PIN 검출기 및 트랜스임피던스 증폭기(TIA)를 포함한다. 디플렉서(53)는 수신기의 출력에서 베이스밴드 및 패스밴드 신호들을 분리하는 데에 이용된다. 사용되는 특정한 패스밴드 신호 및 수행되는 테스트에 관련된 (하지만, 본 발명을 이용하는 실제 시스템들과는 관련이 없는) 전기 회로가 이러한 테스트들과 관련하여 설명될 것이다.
우리는 패스밴드 신호에 대하여 64-QAM MMDS 비디오 신호를 이용하였다. 이 신호는 222-408 ㎒ 내에 4개의 빈 슬롯들을 갖는 31개의 반송파들을 포함한다. 각 반송파는 6㎒의 길이를 가지며, 초당 5.063개의 심볼을 나른다. 279㎒에서의 빈 슬롯들 중 하나에, 브로드컴 모듈레이터로부터의 비트 에러율 및 배치 연구를 위하여 6㎒ 크기의 64-QAM 테스트 반송파를 삽입하였다. 테스트 반송파의 전력 레벨은 MMDS 반송파들의 레벨에 대하여 조정된다. DVAIC 개요가 브로드컴 모듈레이터(60)에 의해 제공된 전진 에러 교정(forward error correction : FEC)에 이용되었다. 패스밴드 신호에 대하여, 우리는 직접 변조된 DFB 디지털 레이저 송신기, 및 아날로그 신호들에 대하여 최적화되며, 하모닉스 라이트웨이브사로부터 상업적으로 이용가능한 송신기를 이용하였다.
수신기(35)의 출력들은 도 6a, 6b 및 6c에 도시된다. 도 6a는 수신기 출력에서의 복합 신호를 보여준다. 이 복합 신호는 베이스밴드 및 패스밴드 신호들을 포 함하며, 이 두 신호들은 두드러지게 분리되어 있다.
도 6b는 222-408 ㎒ 내의 MMDS 디지털 비디오 반송파들을 포함하는 디플렉서의 고주파 출력을 보여준다. 이는 패스밴드 신호를 구성한다.
도 6c는 155 Mbps 베이스밴드 신호를 구성하는 디플렉서의 저주파 출력을 보여준다. 디플렉서는 둘 중 어떠한 신호에 대하여 하찮은 삽입 손실만을 입히면서 베이스밴드 및 패스밴드 신호들을 분리한다.
도 7은 아날로그 신호들에 대하여 최적화하는 아날로그 송신기의 시스템 성능과 패스밴드 신호에 대한 디지털 송신기와 비교한다. 아날로그 송신기는 하모닉 라이트웨이브에 의해 제조되는 것을 이용하였다. 이 송신기 회로는 최적의 아날로그 비디오 변조를 위하여 설계되었다. 디지털 송신기는 레이저 테스트 고정물 상에 DFB 레이저를 포함한다. 도 7은 수신된 신호의 비트 에러율 대 수신된 광전력의 관계를 나타낸 플롯이다. 이러한 측정은, 모든 MMDS 반송파들이 존재하지만 베이스밴드 신호는 존재하지 않는 279㎒ 테스트 반송파 상에서 이루어졌다. 디지털 및 아날로그 송신기들, 및 전진 에러 교정 전후의 데이터를 보여준다. DAVIC 개요에서의 전진 에러 교정은 10-10의 비트 에러율에 대하여 약 4㏈ 광 코딩 이득을 제공한다. 이러한 코딩 이득은 비트 에러율의 증가에 따라 감소한다. 데이터는 아날로그 송신기가 디지털 송신기와 비교하여 시스템 성능면에 있어서 2-㏈의 광전력을 향상시킨다는 것을 보여준다.
질적인면에서, 전진 에러 교정 전에 5×10-3 이하의 테스트 채널 비트 에러율 에 대하여 TV 상의 285㎒ 채널들의 화상 품질 또는 음성 품질에 있어서 어떠한 손상도 관찰되지 않았다. 이는 수신기에서의 -26.5㏈m 패스밴드 광전력에 해당한다. FEC 이후, 이는 약 10-10 BER에 해당한다. FEC 이전에 10-6 로 설정된 시스템은 FEC 이후 본질적으로 신호 에러를 발생시키지 안는다. 이는 베이스밴드 신호가 없을 때 수신기에서 약 -24.5㏈m 광 신호를 필요로 한다.
도 8a 내지 8c는 각기 다른 베이스밴드 광전력 레벨들의 존재시 패스밴드의 대수적인 에러 가능성의 플롯을 나타낸 것이다. 도 8a는 -28㏈m의 베이스밴드 광전력에 의해 측정되었으며, 도 8b는 -25㏈m, 그리고 도 8c는 -22㏈m의 광전력에 의해 측정되었다. 베이스밴드의 존재로 인한 패스밴드 상에서의 광전력 손실은 베이스밴드 전력에 따라 달라진다. 광전력 손실은 베이스밴드 전력 -28㏈m, -25㏈m 및 -22㏈m에 대하여 각각 0.2㏈, 0.6㏈ 및 0.75㏈이다.
도 9는 -24㏈m 및 -25㏈m의 광전력에서 패스밴드 신호가 존재 및 존재하지 않는 패스밴드의 대수적인 에러 가능성을 보여준다. 이러한 측정치들 및 높은 패스밴드 광전력에서의 다른 측정치를 기반으로, -11㏈m 이하의 광전력에서의 패스밴드 신호의 존재는 베이스밴드 영역에 하찮은 잡음만을 부가하는 것으로 여겨지고 있다. 베이스밴드 전력 손실은 0.5㏈ 이하이다.
베이스밴드 광전력이 -22㏈m 이상으로 증가할 때, 베이스밴드 고조파들에 의한 잡음은 패스밴드의 RF 범위 내에서 증가한다. 이는 도 8a 내지 도 8c에 나타낸 바와 같이 패스밴드 상에서의 전력 손실을 증가시킨다. 따라서, 베이스밴드 고조파 들은 베이스밴드 신호를 필터링함으로써, 그리고 선형 영역 내에서 베이스밴드 레이저를 바이어싱함으로써 최소화되어야 한다. 이는 베이스밴드 내에서의 소멸비(extinction rAtio)를 FSAN 요구 10㏈ 이하로 줄일 수도 있다. 그럼에도 불구하고, 상기 시스템은 어떠한 타입의 신호에 대해서도 -22㏈m 이하에서 작동할 수 있다.
이러한 테스트들은 디지털 변조된 패스밴드 신호가 베이스밴드 신호와 함께 동일한 광섬유를 통하여 전달될 수 있음을 보여준다. 이 시스템은 대부분의 기존 전송 장비 및 베이스밴드 전송 예산들(예를 들어, ITU-T G983.1)을 이용할 수 있다. 대략 1-5 Gbps 전송율이 기존의 구성요소들과 호환하여 달성될 수 있다. 이러한 부가적인 대역폭은 방송 및 스위치된 비디오에 대하여, 그리고 다른 대역폭 요구 서비스들에 대하여 이용될 수 있다. 이는 또한 모든 가입자에게 바람직한 대역폭의 전용 채널을 제공하는 데에 이용될 수 있다. 또한, 제시된 기술은 심각한 부가 비용 또는 전력 손실을 일으키지 않으면서, 현재 설치된 수동의 광 네트워크들의 우아한 업그레이드를 제공한다. 만일 어떠한 가입자들이 베이스밴드 데이터만을 수신하기를 원하고, 비디오 및 다른 어떠한 패스밴드 서비스들은 원치 않는 다면, 상기 시스템은 작은 전력 손실을 갖는 베이스밴드 만의 ONU와 호환된다.
당업자들에게 있어서, 본 발명의 원리 및 범위를 벗어나지 않으면서 상기 설명된 실시예들에 대한 많은 변경들 및 변형들이 이루어질 수 있음은 자명하다. 이러한 변경들 및 변형들은 첨부된 청구범위에서 규정되는 본 발명의 범위 내에 포함된다.
본 발명에 따라 광 송신기(40, 41)가 그들의 각 신호들에 대하여 개별적으로 최적화될 수 있다. 이러한 최적화는 단일 송신기가 이용되는 경우 야기되는 1 내지 2㏈ 송신기-관련 광전력 손실(penalty)을 제거하며, 이는 시스템의 성능을 향상시킨다.

Claims (11)

  1. 공통의 광전송 경로 상에서 베이스밴드 및 패스밴드 신호들을 전송하기 위한 광통신 시스템으로서,
    전기적인 베이스밴드 신호원과,
    디지털 방송 서비스를 위하여 변조된 전기적인 패스밴드 신호원과 - 상기 패스밴드 신호는 M-QAM 변조를 포함하고, 상기 M은 64이상임 - ,
    상기 전기적인 베이스밴드 신호에 응답하여, 광 베이스밴드 신호를 발생시키는 제 1 광송신기와 - 상기 베이스밴드 신호는 광 패스밴드 신호와 조합하도록 광 파워가 최적화될 수 있음 - ,
    상기 전기적인 패스밴드 신호에 응답하여, 광 패스밴드 신호를 발생시키는 제 2 광송신기와 - 상기 패스밴드 신호는 광 베이스밴드 신호와 조합하도록 광 파워가 최적화될 수 있음 - ,
    상기 광 베이스밴드 및 패스밴드 신호들을 결합된 광 신호로 결합하도록 상기 송신기들에 광학적으로 결합된 광 결합기와,
    상기 결합된 광 신호를 전송하도록 상기 광 결합기에 광학적으로 결합된 광전송 경로와,
    상기 전송된 광 신호들을 수신하도록 상기 광전송 경로에 광학적으로 결합된 광수신기를 포함하는 것을 특징으로 하는
    광통신 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 결합기는 광전력 결합기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광통신 시 스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 광 송신기는 반도체 레이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 광통신 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광송신기는 디지털 레이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 광통신 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광수신기는 PIN 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 광통신 시스 템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광수신기는 애버랜치 광검출기(APD)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광통신 시스템.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 광전송 경로는 광 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 광통신 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 광 송신기에 광학적으로 결합된 에르븀 도핑된 광 섬유를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광통신 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 광수신기는 베이스밴드 및 패스밴드 신호들을 수신하는 것을 특징으로 하는 광통신 시스템.
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