[논문]시스템적 접근을 통한 피드포워드 아날로그 광 송신기의 회로 파라미터 최적화와 W-CDMA 신호의 ACPR 개선

이준재; 박상현; 윤영설; 문연태; 최영완

시스템적 접근을 통한 피드포워드 아날로그 광 송신기의 회로 파라미터 최적화와 W-CDMA 신호의 ACPR 개선
Circuit Parameter Optimization and Significantly Enhanced ACPR of W-CDMA Signals of Feedforward Analog Optical Transmitter through Systemetic Approach 원문보기

電子工學會論文誌. Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea. SD, 반도체, v.43 no.5 = no.347, 2006년, pp.17 - 24

이준재 (중앙대학교 전자전기공학부) , 박상현 (중앙대학교 전자전기공학부) , 윤영설 ((주)삼천리) , 문연태 (중앙대학교 전자전기공학부) , 최영완 (중앙대학교 전자전기공학부)

초록
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광 피드포워드 방식은 높은 선형성을 가졌지만 시스템 구성이 매우 복잡한 기법으로 알려져 왔다. 본 논문에서는 최적의 효율을 위해 시스템적으로 접근하여 피드포워드 회로 파라미터들을 최적화하였고, 이 시스템적인 접근 방식을 통해 2.1 GHz 투톤 실험에서 3차 상호변조왜곡 성분이 38 dB 개선됨을 확인하였다. W-CDMA 입력신호에 대한 ACPR 측정 실험에서 중심주파수가 2.14 GHz인 1 carrier W-CDMA 신호를 입력하였을 때 20 dB, 3 carriers W-CDMA 신호의 입력에서는 16 dB가 각각 개선되었다. 또한 주 신호와 왜곡 신호가 정확히 정합되었을 때, $2.09^{\sim}2.26\;GHz$의 주파수 영역에서 최대 7 dB의 잡음레벨이 상쇄됨을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The optical feedforward is known as a complicated technique in spite of its superior linearization. Here we optimized the feedforward circuit parameters using a systematic approach for optimum efficiency. A systematic approach was verified by transmission experiments of 2.14 GHz two tones. The compared third order IMD was enhanced by 38 dB for two-tone case. The experimental results for transmission of W-CDMA signals were described. The ACPR was enhanced by 20 dB for 1 W-CDMA carrier and by 16 dB for 3 W-CDMA carriers. Also, noise level was reduced by 7 dB.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

1 GHz 대역의 W-CDMA 광 파이버 마이크로 셀룰라 시스템에 적용을 목표로 설계되었다. 따라서 제작된 피드포워드 광 송신기에 입력신호를 투 톤 신호가 아닌 W-CDMA 웨이브 신호를 인가하여 인접 채널 대역비 (ACPR: Adjacent Channel Power Ratio)의 성능 향상 역시 이루어 졌을 때 그 실제적인 목적을 이루었다고 볼 수 있다. 이때 실험조건은 주 발광부의 출력 광 파워는 1.
본 논문에서는 최적화된 회로 파라미터를 통해 피드 포워드 광 송신기를 제작하였다. 제작된 광 송신기의 투 톤 실험에서 3차 상호변조왜곡 성분이 약 38 dB 개선되었고, 또한 W-CDMA 실험에서는 입력 캐리어의수에 따라서 W-CDMA의 ACPRe 약 16 dB ~ 20 dB 가 개선되었다.
볼테라 시리즈는 전기적 신호를 광신호로 변환하는 반도체 레이저 다이오드의 3차 상호변조왜곡 성분의 예측과 계산에 유용하다 E 시스템적으로 접근하여 최적화된 회로 파라미터 값들을 통해 각각의 루프에서 신호의 상쇄 조건의 허용오차를 알 수 있다. 본 논문에서는 허용오차를 가진 개선된 피드포워드 광 송신기를 제작하고 2.1 GHz 투 톤의 경우와 W-CDMA신호에 대해서 시스템적인 접근을 하였다.
본 연구에서 제작된 피드포워드 아날로그 광 송신기는 2.1 GHz 대역의 W-CDMA 광 파이버 마이크로 셀룰라 시스템에 적용을 목표로 설계되었다. 따라서 제작된 피드포워드 광 송신기에 입력신호를 투 톤 신호가 아닌 W-CDMA 웨이브 신호를 인가하여 인접 채널 대역비 (ACPR: Adjacent Channel Power Ratio)의 성능 향상 역시 이루어 졌을 때 그 실제적인 목적을 이루었다고 볼 수 있다.

제안 방법

4 mW이다. RF 입력신호는 중심주파수 2.14 GHz 에서 주 신호의 주파수 간격이 1 MH&이고, RF 입력신호가 -8 dBm에서 4 dBm까지 변할 때 광수신기에서 수신된 RF 신호의 3차 상호 변조 왜곡 값을 측정하였다. 주 발광부의 바이어스 전류 조정을 통해 출력 광 파워가 0.
이러한 선형성 개선을 위해, 광 피드포워드 방식이 요구된다. 본 논문에서는, 전기 신호의 완벽한 제어와 정확한 광신호의 모델링을 피드포워드 방식에 적용하였고, 또한 볼테라 시리즈(Voltma seriesX 사용하여 레이저 다이오드의 3차 상호변조왜곡 성분을 예상하였다 [5F. 모바일 마이크로 셀룰라 통신 네트워크에서 파이버 광시스템을 고려해볼 때, 좁은 대역폭에 존재하는 다수의 반송파(carrier)들과 입력 신호의 높은 파워 레벨은 추가적인 왜곡 신호를 만들어낸다团.
14 GHz 에서 주 신호의 주파수 간격이 1 MH&이고, RF 입력신호가 -8 dBm에서 4 dBm까지 변할 때 광수신기에서 수신된 RF 신호의 3차 상호 변조 왜곡 값을 측정하였다. 주 발광부의 바이어스 전류 조정을 통해 출력 광 파워가 0.3 mW에서 1.8 mW까지 변할 때 광 수신기에서 수신된 RF 신호의 3 차 상호변조왜곡 성분 값을 측정하였다. 그림 5에서 흰점은 피드포워드 회로를 적용하지 않은 광 송신기에서 출력된 3차 상호변조왜곡의 값이고, 검은 점은 피드 포워드 회로를 적용한 광 송신기에서의 출력된 값이다.

대상 데이터

4 mW이다. RF 입력신호는 중심주파수 2.14 GHz 에서 3.64 MHz의 대역을 갖는 W-CDMA신호를 인가하였다. 그림 6은 RF 입 력신호가 -4 dBm일 때 수신된 RF 신호의 스펙트럼 認상(spectrum mask)을 W-CDMA 신호가 각각 1개일 때와 3개일 때로 보여주고 있다.
이 실험에서 주 발광부는 0.83 mW의 광 파워와 1553.25 nm 의 파장 그리고 -140 dB/H任의 평균 RIN을 가진 반도체 DFB 레이저(Mitsubishi, FU-636SDF)이고, 부 발광부는 3 mW의 광 파워와 1551.83 nm 의 파장 그리고 -140 dB/Hz의 평균 RIN을 가진 반도체 DFB 레이저(Mitsubi아R FU-636SDF)를 사용하였다.

성능/효과

그리고 잡음레벨도 넓은 영역에서 감소하였다. 결과적으로, 본 논문의 시스템적 접근이 최적화된 효율의 피드포워드 광 송신기를 제작하는데 용이하였음을 알 수 있다.
7 dB의 감소가 있었지만, 3차 상호 변조 왜곡 성분의 값은 약 15 dBc에서 약 53 dBc로 38 dB개선됨을 알 수 있다. 또한 5차, 7차 상호변조 왜곡 성분도 상쇄되었고, 주 신호 주변의 잡음성분 역시 약 3 dB의 개선이 있음을 알 수 있다.
피드 포워드회로가 적용되지 않았을 때 약 -20 dBc이던 인접 채널 대역비의 값이 피드포워드 보상회로를 적용한 후에는 그림 6에서 약 -40 dBc로 약 20 曲의 개선이 됨을 알 수 있다. 또한 W-CDMA 신호가 3개일 경우에도 역시 인접 채널 대역비의 값은 약 T4 dBc 에서 -30 dBc로 약 16 dB 개선되었다. 각각의 대역폭을 고려하여 아래 식 10의 환산식을 통해 비교하면, 그림 4의 30 kHz를 기준으로 측정된 투 톤 입력에 대한 실험결과에서 38 dBc의 3차 상호변조왜곡 신호의 개선과 비슷한 값임을 알 수 있다.
평균적으로 약 33 dBc~38 dBc의 개선을 보이고 있는데, . 이 결과는 최적화된 값을 바탕으로 피드포워드 회로에서 RF입력신호의 증폭기 이득을 전압가변 감쇄기를 재조정하였고, 에러상쇄루프에서 위상천이기 역시 최적의 상황을 위하여 재조정한 결과이다.
광 송신기를 제작하였다. 제작된 광 송신기의 투 톤 실험에서 3차 상호변조왜곡 성분이 약 38 dB 개선되었고, 또한 W-CDMA 실험에서는 입력 캐리어의수에 따라서 W-CDMA의 ACPRe 약 16 dB ~ 20 dB 가 개선되었다. 그리고 잡음레벨도 넓은 영역에서 감소하였다.
때의 잡음 레벨을 측정한 것이다. 측정 결과, 2.14 GHz에서 주 신호와 에러 신호의 위상과 크기가정합된 경우 2.09 GHz~2.26 GHz의 주파수 영역에서 잡음 레벨이 최대 7 dB 감소함을 확인하였다. 이때 스펙트럼 분석기(Spectrum Analyzer)의 RBW는 30 kHz 로 하였다.

참고문헌 (6)

L. S. Fock, A. Kwan, and R.S.Tucker, 'Reduction of Semiconductor Laser Intensity Noise by Feedforward Compensation: Experimental and Theory,' IEEE Journal of Lightwave Technology, Vol.10, No.12, pp.1919 1925, DEC. 1992

상세보기
D. Hassin and R. Vahldieck, 'Feedforward Linearization of Analog Modulated LDs-Theoretical Analysis and Experimental Verification,' IEEE Trans. On MTT, Vol.14, No.12, pp. 2376 2382, DEC. 1993

상세보기
B. Buxton and R. Vahldieck, 'Noise and Intermodulation Distortion Reduction in an optical feedforward Transmitter,' IEEE MTT-S, pp. 1105-1108, 1997
J. C. Daly, 'Fiber Optic Intermodulation Distortion,' IEEE Trans. On Communications, Vol. COM-30, No. 8, pp.1954 1958, Aug. 1982
T.K.Biswas and W.F.McGee, 'Volterra Series Analysis of semiconductor LD,' IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 3, No. 8, pp. 706 708, AUG. 1991

상세보기
H.M.Salgado and J.J.O'Reilly, 'Volterra Series analysis of distortion in Semiconductor LDs,' IEE Proceedings-J, Vol. 138, No.6, pp. 379 - 382, Dec. 1991

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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