상간광 통신광학 브리지

1. 상간광 통신의 기본 작업 원리

　　상간 광통신에서는 상간 변조와 외차 검측 기술을 주로 이용했다.상간변조란 전송하려는 신호를 리용하여 광반송파의 주파수, 위상과 진폭을 개변하는것인데 이는 광신호가 확정적인 주파수와 위상이 있어야 한다 (그렇지 않다처럼자연광처럼 일정한 주파수와 위상이 없다.) 즉 상간광이어야 한다.레이저는 일종의 상간광이다.외차검측이란 한묶음의 본기가 진동하여 산생된 레이저와 입력한 신호광을 리용하여 광혼합기에서 혼합주파수를 진행하여 신호광의 주파수, 위상과 진폭과 같은 법칙에 따라 변화하는 중주파신호를 얻는것이다.송신단에서는 외부 변조 방식으로 신호를 광반송파에 변조하여 전송한다.신호가 전송되면

수신단의 경우, 먼저 한 개의 진광 신호와 상간 결합한 다음, 균형이 잡힌다수신기탐측하다.상간광통신은 본진광 주파수와 신호광 주파수가 같지 않거나 같음에 따라 외차 검측과 영차 검측으로 나눌 수 있다.전자의 광신호가 광전 변환을 통해 얻은 것은중주파 신호베이스밴드 신호로 변환하려면 두 번 더 조정해야 합니다.후자의 광신호는 광전 변환을 거친 후 직접 베이스밴드 신호로 변환되어 2차 변조가 필요 없지만, 본진광 주파수와 신호광 주파수가 엄격히 일치하도록 요구하며, 본진광과 신호광의 위상 잠금을 요구한다。

상간광 통신 시스템은 광 주파수 대역을 많은 채널로 나누어 광 주파수 대역을 충분히 이용할 수 있다. 즉 다중 채널 광섬유 통신이다.우리는 무선 기술에서 상간 통신이 수신 민감도가 높은 장점을 가지고 있다는 것을 알고 있다. 상간 광통신 기술 역시 이러한 특징을 가지고 있다. 이 기술을 사용하는 수신 민감도는 직접 검측 기술보다 18dB 높다. 초기에 상간 광통신을 연구할 때 편광 광섬유를 전송 매체로 사용해야 했다. 왜냐하면 광신호가 일반 광섬유 선로에서 전송될 때 그 위상과 편광면이 무작위로 변화하기 때문이다. 광신호의 위상, 편광 면을 유지하려면 편광 광섬유를 사용해야 한다.그러나 후에 광신호가 일반 광섬유에서 전송될 때 그 위상과 편광면의 변화는 느린 변화로서 수신기내에서 편광제어기로 시정할수 있기에 여전히 일반 광섬유로 상간통신을 진행할수 있다는것을 발견하였는데 이 발견은 상간광통신의 전망을 밝게 하였다.

상관 광섬유 통신 시스템은 광수신기에 외차 또는 영차 수신에 필요한 로컬 진동 광원을 추가하는데, 이 광원이 출력하는 광파와 수신된 이미 조정된 광파는 파전 정합과 편진 정합의 조건을 만족시키는 조건에서 광전 혼합 주파수를 진행한다.혼성 주파수 후 출력되는 신호 광파장의 강도와 본진 광파장의 강도를 합한 제곱은 정비례하며, 그 중에서 본진 광파와 신호 광파의 차주파 신호를 선택할 수 있다.이 차주파 신호의 변화 법칙은 신호 광파의 변화 법칙과 같기 때문에 직검파 통신 방식처럼 검측 전류는 광파의 강도만 반영하지 않기 때문에 폭, 주파수, 위상과 편광 등 각종 변조 방식을 실현할 수 있다.본 진광파의 주파수와 신호 광파의 주파수가 같은지 여부에 따라 상간광 통신 시스템을 두 종류로 나눌 수 있다: 본 진광의 주파수와 신호 광의 주파수의 차이가 0이 아닌 정값일 때 이 시스템을 외차 수신 시스템이라고 한다.이 진광파의 주파수와 위상이 신호 광파의 주파수와 위상과 같을 때 영차 수신 시스템이라고 한다.그러나 어떤 수신 방식을 사용하든 그 근본점은 외차 검사이다.

2. 상간광 통신 시스템의 장점

상간광통신은 상간통신방식이 가지는 혼합주파수이득, 뛰여난 채널선택성 및 조절가능성 등 특징을 충분히 리용하였다.위에서 설명한 상간광 통신 시스템의 기본 원리를 분석하고 IM/DD 시스템과 비교한 결과 상간광 통신 시스템은 다음과 같은 *의 장점을 가진다.

(1) 민감도가 높고 중계거리가 길다

상간광통신의 주요 장점 중 하나는 상간탐지를 할 수 있어 수신기의 민감도를 개선할 수 있다는 것이다.상간광통신시스템에서 상간혼합을 거친후 출력하는 광전류의 크기는 신호광공률과 본진광공률의 승적과 정비례한다.

(2) 광섬유 색산이 시스템에 미치는 영향 감소

전자학의 균형 기술을 사용하여 광섬유 중의 광 펄스의 색산 효과를 보상하다.외차 검출 상간 광통신의 중주파 필터의 전송 함수를 광섬유의 전송 함수와 정반대로 하면 광섬유 색산이 시스템에 미치는 영향을 줄일 수 있다.

(3) 선택성이 좋고 통신용량이 크다

상간광통신은 광섬유의 저손실 스펙트럼 구역(1.25~1.6nm)을 충분히 이용하여 광섬유 통신 시스템의 정보 용량을 높일 수 있다.만약 상간광통신을 이용하여 채널 간격이 1~10GHz 미만의 밀집 주파수 분할 재사용을 실현할 수 있고, 광섬유의 전송 대역폭을 충분히 이용하여 초고용량의 정보 전송을 실현할 수 있다。

(4)다양한 변조 방식

전통적인 광통신 시스템에서는 강도 변조 방식으로만 빛을 변조할 수 있다.상간광 통신에서는 광을 폭 변조할 수 있을 뿐만 아니라 사용할 수도 있다PSK는、DPSK, QAM 등 다양한 변조 형식은 유연한 공정 응용에 유리하다. 비록 이렇게 시스템의 복잡성을 증가시켰지만 전통적인 광 수신기가 광 출력의 변화에만 응답하는 것에 비해 상관 탐지는 빛의 진폭, 주파수, 위상, 편광 상태가 휴대하는 모든 정보를 탐지할 수 있기 때문에 상관 탐지는 일종의 홀로그램 탐지 기술이다. 이것은 전통적인 광 통신 기술이 갖추지 못한 것이다.

3. 상간광 통신 시스템 중의 주요 핵심 기술

(1) 광원 기술

상관 광섬유 통신 시스템에서 신호 광원과 본진 광원에 대한 요구가 비교적 높으며, 그것은 스펙트럼 선이 좁고 주파수 안정도가 높음을 요구한다.광원 자체의 노선 너비는 시스템이 도달할 수 있는 낮은 오타율을 결정할 것이며, 가능한 한 줄여야 하며, 동시에 반도체 레이저의 주파수는 작업 온도와 주입 전류의 변화에 매우 민감하며, 그 변화량은 일반적으로 수십 GHz/℃ 와 GHz/mA 정도이므로 주파수를 안정시키기 위해 주입 전류와 온도 안정 외에 다른 능동 안정 조치를 취하여 빛 주파수를 안정시켜야 한다.

(2) 수신 기술

상간광 통신의 수신 기술은 두 부분을 포함하는데, 일부는 빛의 수신 기술이고, 다른 일부는 중주파 이후의 각종 제식의 변조 기술이다.모뎀 기술은 사실상 전자의 ASI, FSK, PSK 등의 모뎀 기술이다.빛의 수신 기술은 주로 다음과 같은 세 가지로 나뉜다.

1. 균형 잡힌 수신법.FSK 제식에서는 반도체 레이저가 변조 과정에서 추가적인 폭 변조 소음을 가질 수밖에 없기 때문에 균형 잡힌 수신 방법을 이용하면 변조 소음을 줄일 수 있다.균형법의 주요 사상은 광신호가 광섬유에서 진입한 후, 본 진광은 편진 제어를 통해 신호의 편진 상태에 적응하도록 보장하고, 본 진광과 신호광은 동시에 방향 정합기를 거쳐 두 갈래로 나뉘며, 각각 두 개의 동일한 PIN 광전 검측기를 입력하여 두 개의 광전 검측기가 출력하는 것은 등폭과 반상의 패킷 신호이며, 다시 이 두 신호를 합성한 후 주파수 변조 신호의 직류 소음 요구폭도 서로 상쇄하여 변조 소음의 영향을 상쇄하고, 변조 소음 요구폭도 상쇄한다.

2. 위상 분집 수신법.변폭 소음 외에 본진광 위상과 신호광 위상이 상대적으로 기복이 있으면 위상 소음이 발생하여 수신 효과에 심각한 영향을 줄 수 있다.이런 영향에 비추어 위상분집법을 채용하여 위상소음을 극복할수 있다.삼상위상분집법은 주로 신호와 본진광을 세 갈래로 나눈다. 본진광의 세 갈래 신호의 위상은 각각 0, 120 °, 240 ° 이다. 따라서 신호와 본진광 사이에 상대적인 위상의 무작위 기복이 있음에도 불구하고 세 갈래 신호를 합성한 후에도 고정을 유지할 수 있고 위상 소음의 영향을 줄일 수 있다. 이 기술은 영차 수신 시스템에 사용되고 광쇄상을 사용하지 않는다.

3.편광 제어 기술.앞에서 이미 지적하였다: 상간광 통신 시스템 수신단은 반드시 신호광과 본진광의 편광이 같은 편향을 요구해야만 양호한 혼성 주파수 효과를 얻을 수 있고 수신의 질을 높일 수 있다.신호광은 단일 모드 광섬유의 장거리 전송을 거친 후 편광 상태는 무작위로 기복이 있기 때문에 이 문제를 극복하기 위해 편광 보호, 편광 컨트롤러와 편광 분집 수신 등의 방법을 사용할 수 있다.빛이 일반 광섬유에서 전송될 때 위상과 편광면은 무작위로 변화한다. 편광을 보장하는 것은 공정과 재료의 선택을 통해 광위상과 편광을 변하지 않게 하는 특수 광섬유이다. 그러나 이런 광섬유는 손실이 크고 가격도 매우 비싸다.편광 제어기는 주로 신호광과 본진광을 동일하게 편향시킨다. 이런 방법은 응답 속도가 비교적 느리고 순환 회로 제어의 요구도 비교적 높다.편광분집수신은 주로 신호광과 본진광의 혼합주파수를 리용한후 편광분속소자에서 혼합광을 서로 수직적인 두 편광분량으로 나눈다. 본진광의 두 수직편광분량은 편광제어기에 의해 제어되여 두 분량의 출력을 같게 한다. 이렇게 하면 신호광중의 편광이 무작위로 기복하면 그중의 한 분지의 중주파신호가 쇠락할수 있지만 다른 한분지의 중주파신호가 여전히 존재하기에 이 비교적 빠른 편광신호를 실현한후 이 비교적 실용적인 신호의 편광속도와 비교를 얻을수 있다.

4. 광범위한 응용

상간광통신은 신속한 발전을 이루었는데, 특히 초장파장(2~10μm) 광섬유통신에 있어서 상간광통신구는흡인력.초장파 대역에서 릴리의 산란에 의해 결정되는 광섬유 고유손실더욱 큰 폭으로 낮아질 것이기 때문에 이론적으로 말하자면, 초장파 대역에서 광섬유의 대양 무중계 통신을 실현할 수 있다.그러나 초장파 대역에서는 직접 탐지 수신기의 성능이 매우 떨어지기 때문에 상관 탐지 방식이 자연히 더 좋은 선택이 되었다.

초장파장광섬유 통신 시스템초장파장 광섬유를 전송 매체로 하고 상간광 통신 기술을 이용해 초장거리 통신을 실현하는 것이다.이 시스템에서 초장파장 광섬유는 매우 중요하다.그것은 더욱 이상적인 전송 매체로서, 그 주요 특성은 손실이 매우 낮고, 오직석영재료의 천만분의 일.따라서 초장파장 광섬유는 중계소가 아닌 수만 킬로미터를 전송할 수 있다.이는 통신원가를 대폭 낮추고 시스템의 안정성과 신뢰성을 높일수 있으며 해저통신과 사막지역에 더욱 중요한 의의를 갖고있다.

광섬유 통신 기술의 발전에 따라 초장파장 광섬유를 이용하여 초장거리 통신을 실현하는 것은 향후 광섬유 통신 발전의 중요한 방향 중의 하나이다.그러나 초장파장 광섬유 통신 시스템에는 초장파장 광섬유의 재료 정제와 당김, 상간 광통신 기술이 요구하는 초장파장 광원 및 초장파장 상간 광전 검파기 등 진일보한 기술적 문제가 많이 존재한다.

이상의 응용외에 상간광통신의 뛰여난 채널선택성과 민감도로 하여 주파수분할복용CATV분배망에서도 널리 응용되였다.

5. 총화

상간광통신은 *의 장점으로 광섬유통신에서 광범위하게 응용되었고 점대점시스템에서 계속 더 빠르고 긴 거리를 향해 발전할 뿐만 아니라 특히 해저통신에서 커다란 시장 잠재력을 가지고 있다.신형 고효율 레이저뿐만 아니라 신형 상관 검측 기술도 시스템 발전의 관건이다. 신형 검측 기술을 채용하여 광원이 시스템 전체 성능에 미치는 영향을 낮추고 광학, 편광 분집 등 신형 수신 방법의 도입에 적응하여 시스템 응답 속도를 높이고 그 응용을 더욱 보완한다.

참고문헌

[1] 무도생. 현대 광섬유 통신 시스템. 과학 출판사.

[2] 우양.상간광통신 및 그 응용.과학기술사회.

[3] 레이자오체. 광섬유통신기초. 전자과학기술대학출판사.

[4] 정대붕. 광섬유통신원리. 인민우편출판사.

[5] 양동우. 광섬유통신기술. 인민우편출판사.