[논문]교란대기 지상 광무선 통신에서 변조방식에 따른 패킷 오류율 비교

홍권의

doi:10.7840/kics.2014.39b.12.856

교란대기 지상 광무선 통신에서 변조방식에 따른 패킷 오류율 비교
Packet Error Rate comparsion of Different Modulation Formats over Terrestrial Optical Wireless Communication in Turbulent Atmosphere 원문보기

한국통신학회논문지. The Journal of Korea Information and Communications Society. 네트워크 및 서비스, v.39B no.12, 2014년, pp.856 - 863

홍권의 (Kimpo College Department of Information and Telecommunication)

초록
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지상 광무선 통신에서 대기의 교란 및 대기 입자에 의한 광의 감쇄가 있을 때, 대기교란의 강도 및 가시도가 수신 광 강도에 미치는 영향을 해석하였다. 광신호는 On-Off Keying(OOK), Pulse Position Modulation(PPM) 및 Digital Pulse Interval Modulation(DPIM)의 방식으로 변조하였다. 교란대기 하에서 각 변조방식에 대해 광 전송 거리에 따른 광수신 전력을 계산하고 이를 이용하여 전송거리에 따른 패킷 오류율(packet error rate: PER)을 계산하였다. 광신호를 전송하기 위한 광원의 파장은 850nm, 1310nm 및 1550nm을 선택하였다. 대기는 약 교란 상태로 가정하여 대기 굴절률 구조상수 $Cn2{\approx}10-14m-2/3$, 대기의 가시도 V=2km로 하였다. 약교란 대기 상태에서 세가지 변조방식 중 DPIM 방식이 우수하며, 광 신호의 전송을 위한 파장으로는 1550nm가 PER 성능이 우수함을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In the terrestrial optical wireless communication(OWC), the performance is affected by atmospheric turbulence and particles in the air. The received signal power loss mainly is caused by turbulence and scattering. To minimize the adverse atmospheric effects, the OWC used optical signal modulation, such as OOK, PPM and DPIM. In this paper, the packet error rate(PER) was analyzed above three modulation methods to ground optical link in atmospheric turbulence, scattering and link distance. The OWC system used three wavelengths which are 850nm, 1310nm and 1550nm. I assumed the atmospheric turbulence intensity is weak, so the refractive index is $Cn2{\approx}10-14m-2/3$ and the visibility is 2km. The numerical results shown that the L-DPIM scheme and the wavelength 1550nm are better than other modulation methods and wavelengths.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

교란대기 및 대기의 부유물에 의한 가시도가 수신 광전력에 영향을 미치는 상태에서 광무선 통신 위한 변조 방식으로 OOK 방식과 L-PPM 및 L-DPIM 방식 및 다양한 변조방식이 이용되고 있다^[12]. 본 논문에서는 OOK 방식과 L-PPM 및 L-DPIM 방식을 이용한 지상 광 무선통신의 성능을 비교 분석 한다. 그림 1에서 변조에 사용한 신호의 형태를 보여준다.
. 본 논문에서는 적외선 파장영역의 광원에 대해 대기의 상태에 따른 수신 전력을 해석해보고 이러한 대기상태에 따라 광신호의 OOK, PPM 및 DPIM 변조방식에 대한 패킷 오류율(packet error rate)을 광의 전송거리 및 파장에 따라 해석한다.

제안 방법

수신되는 배경 잡음 전력은 10nW로 설정하였다. 광수신소자로는 사용되는 것은 APD(avalanche photo diode) 또는 PIN 다이오드를 사용하는데, 본 논문에서는 PIN 다이오드를 사용하는 것으로 하였고, PIN 다이오드의 응답도(responsivity)는 0.5A/W로 하였다. 전송광의 전력은 10mW, 송신되는 광신호의 비트율 R_b는 1Gbps 로 하였다.
광신호는 디지털 광강도 변조 중 OOK, L-PPM 및 L-DPIM에 대하여 광전송거리에 따라 패킷 오류율(PER)을 구하였으며, L-PPM과 L-DPIM은 심벌에서 표본된 신호의 ‘0’과 ‘1’을 판단하기 위해 문턱 값을 고정된 값을 취하여 결정하였으며 패킷의 길이는 1024비트로 하였다.
본 논문에서는 교란대기를 통한 대기광무선통신에서 대기의 상태에 따른 광신호의 감쇄를 광파장 850nm, 1310nm 및 1550nm에 대하여 대기교란 강도 및 가시도를 통하여 구하였다.
이러한 조건에서 광의 파장 및 변조방식 및 전송거리에 따른 비트오류율의 수치 해석하였다.

대상 데이터

광무선 통신에서 대기의 교란, 대기의 산란입자 분포, 광학계의 구조, 통신에서 사용하는 광의 파장 등이 수신되는 광의 세기에 영향을 준다. 광통신에서 대기의 광전송도가 가시광보다 높은 적외선 파장대역을 사용하며 전기적으로 광의 변조가 편리한 적외선 다이오드 레이저를 사용한다. 광섬유를 이용하는 광통신에서는 파장이 850nm, 1310nm, 1550nm의 광을 주로 사용하며, 이러한 파장의 광을 이용하는 무선통신에 대하여 수치해석을 한다.
9km이며 비가 25mm/h로 내린다. 본 논문의 대기 환경은 옅은 안개가 있는 환경으로 설정하였으며, 가시도V를 2km로 설정하였다. 가시도와 파장 및 전송거리 Z에 따른 감쇄 τ는 다음 식으로 구해진다^[10].

이론/모형

전송광의 전력은 10mW, 송신되는 광신호의 비트율 R_b는 1Gbps 로 하였다. 광통신의 변조방식으로는 OOK, L-PPM, L-DPIM의 방식을 사용한다.

성능/효과

그림 2에서 그림 8까지 변조방식, 광파장 및 광 전송거리에 따른 PER의 성능을 비교하였다. 비교 결과 위의 세가지 변조방식에서 L-DPIM이 우수하며, 광전송을 위한 광원의 파장으로는 1550nm가 적합함을 알 수 있었다.

후속연구

향 후 이론적으로 연구된 광변조 및 광파장에 대한 해석을 구현할 수 있는 시스템을 설계하여 실험적으로 검증하는 작업이 필요할 것이다. 또한 대기의 교란 강도 측정 및 PER을 동시에 측정할 수 있는 시스템의 설계가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	교란대기 및 대기의 부유물에 의한 가시도가 수신 광전력에 영향을 미치는 상태에서 사용되는 광무선 통신 위한 변조 방식은 무엇이 있는가?	광무선 통신에서는 Intensity Modulation/ Direct Detection(IM/DD) 방식이 송신 및 수신 시스템을 구축하기 쉽기 때문에 주로 사용되고 있다. 교란대기 및 대기의 부유물에 의한 가시도가 수신 광전력에 영향을 미치는 상태에서 광무선 통신 위한 변조 방식으로 OOK 방식과 L-PPM 및 L-DPIM 방식 및 다양한 변조방식이 이용되고 있다[12]. 본 논문에서는 OOK 방식과 L-PPM 및 L-DPIM 방식을 이용한 지상 광 무선통신의 성능을 비교 분석 한다.
	대기를 통해 전파되는 광 펄스는 어떤 요인들에 의해 감쇄가 발생하는가?	지상 광무선 통신 시스템에서 광 펄스는 대기를 채널로 하여 전파된다. 대기를 통하여 전파되는 광은 전송거리에 따른 광의 감쇄, 대기의 부유 입자에 의한 감쇄 및 대기의 교란에 의한 감쇄 등 다양한 요인에 의해 감쇄가 발생한다. 광 링크 거리 Z와 광파장 λ에 따른 전송손실 Lprop는 다음과 같다[5].
	펄스위치변조 방식은 무엇을 위해 사용되는가?	그림 1에서와 같이, L-PPM 심벌은 슬롯에 하나의 펄스와 L-1의 빈 슬롯으로 구성된다. 펄스위치변조 방식은 각각의 광 펄스가 정보비트를 포함하는 주기에서 심벌의 시작점으로부터 상대적 위치로 데이터 비트 정보를 나타내는데 사용된다. 펄스위치변조는 광통신에 대한 IEEE 802.

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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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