에서 알 수있는 바와 같이
산업, 응용 분야 및 배포 분야 전반에 걸쳐 무선 통신이 더 자주 발생하고 있지만 손실을 최소화하면서 케이블("와이어")을 통해 장거리에 걸쳐 무선 주파수(RF) 신호를 전송해야 하는 필요성이 상당한 속도로 증가하고 있습니다.
탄력성을 희생하면서 더 높은 용량과 더 빠른 데이터 속도를 활용하기 위해 더 높은 주파수 대역이 배포되는 현재 이는 특히 어려운 일입니다. 예를 들어, 다음에서 사용되는 고주파수는 다음과 같습니다. 5G 다음과 같은 셀룰러 통신 mmWave, 훨씬 더 많은 처리량을 생성할 수 있지만 시야가 필요한 자연적 또는 인공 장애물로 인해 더 쉽게 중단될 수도 있습니다. 이러한 변화는 군사 통신에서도 일어나고 있는데, 군사 통신에서는 통신에서 명확한 전환이 발생합니다. 쿠밴드 (12.5-18GHz) 카 밴드 (26.5-40GHz) 더 높은 데이터 전송 속도를 활용합니다. 더 높은 주파수에서는 가시선을 유지하기 위해 안테나가 필요하며, 안테나와 통신 장비 간의 연결은 동축 케이블이나 도파관을 통해 이루어집니다. 광섬유의 역할은 케이블 전송의 더 높은 주파수를 지배하게 될 것입니다.
탄력적인 OTA 통신의 또 다른 복잡성은 이동성입니다. 고정된 환경에서는 고주파 신호를 유지하는 것이 충분히 어렵습니다. 군 방송 사용 사례에서는 안테나가 정보가 수집되는 곳(예: 제어 센터)에서 멀리 떨어져 있어야 하는 경우가 많습니다.
배포 안테나 원격, 활용 RFoF(RF 기반 광섬유) 기술은 이러한 문제를 해결하는 중추적인 솔루션으로 떠오르고 있습니다. 이 기사에서는 RFoF의 안테나 원격 기능을 살펴보고 그 중요성, 기본 원리 및 다양한 산업 분야의 다양한 애플리케이션에 대해 논의합니다.
RFoF 및 안테나 원격이란 무엇입니까?
RFoF 기술은 광섬유 케이블을 통한 전송을 위해 RF를 광 신호로 변환한 다음 수신단에서 이를 다시 RF 신호로 다시 변환합니다. 이 프로세스에는 전기 광학 변조 기술을 사용하여 RF 신호를 낮은 감쇠 및 높은 대역폭 기능을 제공하는 단일 모드 또는 다중 모드 광섬유 케이블을 통한 전송에 적합한 광학 파형으로 변환하는 작업이 포함됩니다. 수신 측에서는 직접 감지 또는 간섭성 감지와 같은 광 감지 기술을 사용하여 광 신호를 다시 RF 신호로 변환합니다. 이 변환 프로세스는 원래의 RF 파형을 복원하여 가장 일반적인 대안인 동축 케이블이나 도파관으로는 달성할 수 없는 장거리에 걸쳐 신호 무결성과 충실도(즉, 신호 대 잡음비)를 보존합니다(그림 1).
그림 1: RF 감쇠 – 동축 케이블과 광섬유(최대 40GHz)
다양한 유형의 안테나 원격이 무엇입니까?
애플리케이션에 관계없이 안테나 원격을 배포하는 방법에는 두 가지가 있습니다. 첫 번째는 심플 렉스 (그림 2), 안테나로 들어오고 나가는 트래픽이 단방향인 경우 전파 망원경이나 전자기전에서의 전파 방해와 같은 목적으로 사용됩니다.
두 번째는 이중의 (그림 3)은 안테나와의 양방향 통신을 용이하게 하며 송신 및 수신 기능이 모두 필요한 애플리케이션에 필수적입니다. 이 구현에는 간섭을 최소화하고 신호 무결성을 최적화하기 위해 송신 요소와 수신 요소를 분리하는 작업이 포함됩니다. 이는 무선 통신 사용 사례 및 군사 애플리케이션에서 가장 일반적인 형태의 안테나 원격입니다.
그림 2: 단순 안테나 원격 예 - 실내 장비에 대한 GNSS 타이밍 신호
그림 3: 이중 안테나 원격 예 – 실내 무선 범위 제공
안테나 원격의 주요 성능 지표는 무엇입니까?
전기에서 광학으로의 변환과 그 반대의 변환은 넓은 주파수 범위와 다양한 동적 범위에서 발생하므로 링크 요구 사항을 적절하게 정의해야 합니다. 안테나 원격의 적절한 배치와 효율성을 보장하려면 신호 전송 설계자가 다음과 같은 주요 매개변수를 고려하는 것이 중요합니다.
진동수
안테나 원격에서 전송 및 수신되는 RF 신호의 기준 주파수는 시스템에 사용되는 광학 및 전기 구성 요소의 특성을 결정합니다. 최적의 신호 전송 및 충실도를 달성하려면 RF 신호의 주파수가 광 송신기, 수신기 및 광섬유 케이블의 작동 범위 내에 들어가는 것이 중요합니다.
출력
전력은 전송 및 수신되는 RF 신호의 강도 또는 진폭을 나타내며 일반적으로 기준 전력 수준(dBm)을 기준으로 와트(W) 또는 데시벨로 측정됩니다. RF 신호의 전력 수준은 안테나 원격 시스템의 성능과 범위에 영향을 미칩니다. 신호 감쇠를 극복하고 장거리에서 안정적인 전송을 보장하려면 적절한 전력 수준이 필요합니다. 또한 RF 신호의 전력 레벨을 제어하면 신호 포화 또는 왜곡을 방지하여 신호 무결성과 충실도를 유지하는 데 도움이 됩니다.
동적 범위
동적 범위는 안테나 원격 시스템이 왜곡이나 저하 없이 효과적으로 전송 및 수신할 수 있는 신호 진폭의 범위를 나타냅니다. 시스템의 동적 범위가 실제 애플리케이션에서 발생하는 광범위한 신호 진폭을 수용하는지 확인하는 것이 중요합니다. 넓은 동적 범위를 통해 시스템은 약한 신호와 강한 신호를 모두 처리할 수 있으므로 다양한 신호 조건과 거리에서 안정적인 통신이 가능합니다.
잡음 지수
잡음 지수(dB)는 안테나 원격 시스템의 구성 요소로 인해 발생하는 추가 잡음의 양을 정량화합니다. 노이즈 수치가 낮을수록 성능이 더 좋다는 의미입니다. 특히 저전력 또는 약한 신호 환경에서 신호 대 잡음비(SNR)를 유지하고 시스템의 감도와 정확도를 최대화하려면 잡음 지수를 최소화하는 것이 중요합니다.
오류 벡터 크기 (EVM)
EVM은 이상적인 파형 또는 기준 파형을 기준으로 변조된 RF 신호 전송의 정확도를 측정합니다. EVM 값이 높으면 이상적인 파형과의 편차가 더 크다는 의미이며 노이즈, 왜곡 또는 변조 오류와 같은 손상으로 인해 발생할 수 있습니다. EVM을 최소화하는 것은 안테나 원격 시스템, 특히 데이터 무결성과 신뢰성이 가장 중요한 디지털 통신 애플리케이션에서 신호 품질과 충실도를 보장하는 데 필수적입니다.
안테나 원격 사용 사례
동축 케이블 및 도파관과 같은 다른 RF 전송 방법에 비해 향상된 탄력성과 보안을 고려하여 안테나 원격은 오늘날 군사, 위성, 방송, 통신 및 천문학과 같은 다양한 산업 전반에 걸쳐 많은 중요한 애플리케이션에 사용됩니다. 가장 일반적인 사용 사례는 다음과 같습니다.
글로벌 항법 위성 시스템(GNSS)
안테나 원격은 다음과 같은 경우에 이상적인 선택입니다. GNSS 신호 무결성을 유지하고 지연을 최소화하며 확장성과 중복성을 제공함으로써 분산 시스템 전체에서 정확하고 동기화된 타이밍 정보를 보장하기 때문입니다. 광섬유 케이블 연결을 통해 GNSS 타이밍 신호가 서버의 타이밍 카드, 기지국 라디오 및 방향 찾기 어레이를 사용하여 통신, 금융 거래 및 과학 연구에 중요한 안정적인 동기화를 보장합니다.
미국에서 GNSS 타이밍을 위한 안테나 원격의 가장 중요한 최신 사용 사례 중 하나는 데이터 센터입니다. 미국은 세계에서 가장 많은 데이터 센터 5,375년 현재 2023개로 2,701년 2022개의 거의 두 배에 달합니다. 이러한 수요로 인해 연결 환경이 까다로운 원격 위치에 더 많은 시설이 필요하게 되었습니다. 안테나 원격을 통해 정확한 타이밍을 수신할 수 있을 뿐만 아니라 운영자는 데이터 센터 네트워크 전체에서 모든 RFoF 장비를 모니터링할 수 있습니다.
위성통신(SATCOM)
위성 지상국 또는 위성 지구국과 같은 고정된 대규모 필드와 관련된 SATCOM 애플리케이션에서 안테나 원격 기능은 지상 기반 안테나와 시설 내에 위치한 SATCOM 장비 간의 RF 신호 전송을 용이하게 합니다. 예를 들어, 서로 다른 위성을 향하는 여러 안테나가 있는 위성 지구국에서 안테나 원격 기능을 사용하면 운영자는 처리 및 통신을 위해 각 안테나에서 SATCOM 장비로 RF 신호를 전송할 수 있습니다. 이 설정을 통해 궤도 위성과 안정적인 통신 링크를 유지하면서 위성 지상국 내의 공간과 리소스를 효율적으로 활용할 수 있습니다.
천문학
천문학 응용 분야, 특히 초대형 심우주 안테나 어레이와 관련된 응용 분야에서 안테나 원격 기능은 천체에서 나오는 신호의 넓은 동적 범위를 전송할 수 있습니다. 광섬유 케이블은 관측소 및/또는 연구 시설 내에 위치한 데이터 처리 장비에 안테나를 연결하는 데 사용됩니다. 광범위한 거리에 분산된 대규모 안테나 배열이 포함된 전파 천문학 프로젝트의 경우 안테나 원격 기능을 사용하면 운영자가 안테나를 원격으로 동기화하고 제어할 수 있습니다. 천문학자들은 데이터 수집의 정확한 타이밍과 동기화를 보장하면서 먼 은하, 펄서 및 기타 우주 현상의 상세한 이미지를 캡처할 수 있습니다.
명령 및 데이터 링크(CDL)
안테나 원격은 지휘 센터, 야전 부대, 무인 항공기(UAV) 및 무인 수상함(USV) 간의 안전하고 안정적인 통신을 구축하기 위해 CDL 시스템에서 활용됩니다. 광섬유 케이블은 안테나를 군용 차량, 항공기 또는 지상국 내에 위치한 CDL 장비에 연결합니다.
특히 USV의 경우 링크 오류로 인해 통신을 복구하는 데 며칠 또는 몇 주가 걸릴 수 있기 때문에 안테나 원격이 그 어느 때보다 중요해졌습니다. 일반적으로 이러한 선박은 도파관을 사용하여 선박 갑판 위에 장착된 레이돔과 선박 선체 내의 장비실 간에 Ku-Band CDL 통신 페이로드를 전송합니다. 그러나 도파관은 유연성이 없고 기계적 응력을 받기 쉬우므로 특히 장기간 해상 배치 중에 세심한 유지 관리가 필요합니다. 또한 습기와 오염물질은 도파관 내 동축 케이블의 RF 성능을 저하시키므로 이러한 자연 환경 조건에 대한 복원력을 갖춘 RFoF가 이상적인 대안이 됩니다.
보안 Wi-Fi
안테나 원격은 보안을 제공하는 데 사용됩니다. Wi-Fi 인터넷 민감한 정보시설(SCIF)에서 기밀 통신의 무결성과 기밀성을 유지합니다. SCIF 경계 외부의 Wi-Fi 액세스 포인트를 격리하고 광섬유 케이블을 통해 신호를 전송함으로써 광섬유를 통한 안테나 원격 기능은 모든 전자기 소스에 대한 광범위한 스펙트럼 모니터링을 활성화하는 동시에 민감한 정보에 대한 무단 액세스 및 도청을 방지합니다. 이 접근 방식은 SCIF 외부의 전자기 방출 공간을 줄이고 무선 통신이 SCIF의 보안 범위 내에 유지되도록 보장하여 감청 위험을 최소화합니다. 또한 안테나 원격은 유연성과 확장성을 제공하여 Wi-Fi 액세스 포인트를 최적으로 배치하여 포괄적인 적용 범위를 제공하고 건물의 다양한 영역에 대역폭 서비스를 제어하고 유연하게 할당하는 동시에 사용자 요구 사항의 변화를 수용할 수 있습니다.
군사 현장 배치 가능
군사 현장 배치 가능 애플리케이션에서 안테나 원격은 원격 또는 적대적인 환경에서 명령 및 제어, 감시 및 정찰 작업을 위한 안전하고 탄력적인 통신 솔루션을 제공합니다. 광섬유 케이블은 군용 차량, 항공기 또는 지상국에 장착된 안테나를 중앙 지휘 센터 또는 전술 통신 네트워크에 연결합니다. 또한 적의 감시(전자기 발자국 탐색 및 매핑)를 공격 목적으로 차량이나 지휘 센터의 위치를 아는 것으로부터 전환시키는 데 사용될 수도 있습니다. 이는 유연하고 쉽게 배포할 수 있는 통신 인프라에 대한 조치인 만큼 방어적인 조치이기도 합니다.
맺음말
RF 신호의 도달 범위를 확장하고 신호 무결성을 유지하며 이동성과 유연성을 지원함으로써 RFoF 시스템은 통신 및 위성 통신부터 군사 작전 및 과학 연구에 이르기까지 광범위한 산업 전반에 걸쳐 새로운 가능성을 열어줍니다.
빠르고 안정적이며 확장 가능한 통신 솔루션에 대한 수요가 계속 증가함에 따라 안테나 원격은 글로벌 연결의 미래를 형성하는 데 점점 더 중추적인 역할을 담당하게 될 것입니다.
저자 소개,
Meir Bartur 박사는 의 사장 겸 CEO입니다. Optical Zonu Corporation바르투르 박사는 리더십, 제품 개발 및 기술 혁신 분야에서 30년 이상의 경력을 보유하고 있습니다. IEEE 선임 회원이자 FTTx용 저비용 광섬유 솔루션 개발 분야의 저명한 리더로서, 그는 IEEE ITU PON 표준 제정에 기여했습니다. 그는 회사를 설립하기 전에... Optical Zonu그는 MRV Communications(MRVC)에서 액세스 트랜시버의 첨단 제품 개발 및 전략 기술을 총괄했으며, 주요 고객과의 비즈니스 관계도 담당했습니다. 그 이전에는 SSDI(Solid State Devices Inc)에서 엔지니어링 및 기술 담당 부사장, MEC(Molecular Electronics Corp)에서 엔지니어링 담당 부사장, 그리고 이스라엘 공군에서 시스템 엔지니어 대위로 근무했습니다.