The explosive growth of the Internet traffic for subscribers has fueled the development of high-speed transmission systems. Optical transmission systems give some opportunities through the infinite bandwidth, high-speed transmission and etc. Also, optical transmission systems are employed in the access network. Especially, a passive optical networks (PON) is important system in the optical access network.
In passive optical networks, a group of optical network units (ONUs) is connected to the central office (CO) by a series of optical links. The communication links interfacing ONUs are dedicated and form the distribution networks. The communication link of the CO side is instead shared by all the ONUs of the network and is called feeder network. Between feeder and distribution network a structure composed by one or more remote nodes (RNs) and entirely implemented by passive optical devices performs separation of downstream optical channels as well as multiplexing of upstream optical channels in a transparent way. Compared with networks with active components, PONs offer several meaninful advantages: low cost, high reliability, no need for maintenance. The time-division multiplexed PON (TDM-PON) is the best known solution for FTTH: the optical carrier is shared by means of splitter among all the subscribers. It can be implemented with low cost sources and components, but the number of users is limited by the splitter attenuation and by the working bit-rate of the transceivers of the CO and ONU.
In the other hand, a convergence system between wireline network and wireless network is a hot issue recently. A radio over fiber (RoF) is one of convergence issues. RoF is an analog optical link transmitting modulated RF signals. It serves to transmit the RF signals downand uplink, i.e. to and from central stations (CS) to base stations (BS) called also radio ports. RF modulation is in most cases digital, in any usual form such as PSK, QAM, TCM, etc. It is not inconceivable that, in the near future, an internet connection or streaming video will become widely accepted on a train. The government will more and more promote public transport to decrease the number of nasty traffic jams. Furthermore, if time spent on the train can be applied usefully, this would be an extra stimulus for the commuters to choose the train as a daily means of transport. Thus, it would be nice that the ”train of the future” were equipped with an internet connection which offers all sorts of multimedia applications to its passengers.
To realize such a connection, we will have a need for a wireless network which provides a lot of these services to fast moving users and simultaneously also at high data rates. Up till now, the combination of high bandwidth and fast moving users is not very evident. On one hand, there exist a lot of wireless networks which offer a high bandwidth to stationary users (e.g. in some cities, there are so-called hotspots which already provide wireless broadband access). On the other hand, mobile users at high speed can also set up a connection (e.g. GSM, UMTS) to a network such as internet, but the corresponding bandwidth will be insufficient to make use of the current broadband applications. Our intention is to design a wireless network that can offer high data rates to mobile users at high speed. The network will contain a central control station, which is connected to a number of Remote Antenna Units (RAUs) via an optical fiber using Radio-over-Fiber (RoF) technology. In the next paragraph, the RoF technology itself and especially its benefits will be explained. Then, the structure of the proposed RoF network is described in some more detail. The design will be based in particular on a smooth handover concept between the different RAUs and will make use of moveable cells. Finally, we will consider a case study of a typical train scenario and also make a short calculation about the required capacity in this case. These requirements will be compared with the achievable capacity by our proposed network architecture.
인터넷 및 정보통신의 급격한 발달로 인해, 차세대 네트워크는 사용자가 요구하는 음성(Voice), 영상(Video), 인터넷 데이터(Data), 이동성(Mobility) 가 높은 품질과 만족으로 보장되어야 한다.이를 위해서 광인터넷을 포함하는 유선 기술과 무선통신을 아우르는 무선 기술의 결합은 필수불가적이다.
본 연구에서는 우선 광 가입자망의 대표적인 기술이라 할 수 있는 수동형 광 네트워크 (Passive Optical Networks) 기술을 다루고 있다. 이를 통하여, 실제적으로 사용자들에게 제공되는 다양한 멀티미디어 서비스 및 광인터넷 관련 전반적인 광가입자망 기술을 알아 볼 수 있다. PON 기술은 시분할다중화 방식과 파장분할다중화 방식으로 크게 나눌 수 있는데, 시분할 다중화 방식은 광신호의 감쇄현상으로 인하여 광신호 분배의 수가 제한된다는 단점이 있다. 또한 파장분할 다중화 방식은 사용자에게 충분한 대역폭을 제공하지만, 광원 및 광 장비의 고가화로 인하여 상용화에 많은 어려움을 겪고 있다. 이를 위해서 최근, 파장분할 다중화 방식과 시분할 다중화 방식을 혼용한 WDM/TDM 혼합형 PON 기술이 연구되고 있다. 혼합형 PON 기술을 통하여 사용자는 더 넓은 대역폭을 사용할 수 있으며, 사용자의 수도 늘어날 수 있다는 큰 장점이 있다. 하지만, 진화적인 수동형 광 네트워크 구조를 위해서는 포셜비용이 경제적이면서도, 망 운용 및 업그레이드 용이성이 저렴하고 쉽게 이루어져야 한다. 이를 위해서 본 연구에서는 파장변환 레이저 다이오드 (TLD)를 이용한 Scalable WDM/TDM PON 기술을 다루었다. 또한 상향 트래픽 전송에 있어서 채널의 낭비되는 부분을 막기 위해서 예약 기반의 능동적 대역폭 할당 방식에 대해서도 연구를 하였다.
다음으로 본 연구에서는 광 가입자망 기술을 바탕으로 무선 기술과의 연계된 네트워크 기술을 다루기 위해서 Radio-over-Fiber 시스템을 소개하였다. RoF 기술은 광 케이블 속 광 캐리어에 60GHz 대역의 RF 신호를 변조시켜 무선송,수신기까지 변조된 광신호를 통해서 무선 신호를 전달하는 대표적인 유무선 통합 기술이다.
RoF 기술과 PON 기술의 연계된 기술을 위해서, 본 연구에서는 고속으로 달리는 철도 사용자에게 멀티미디어 서비스를 제공 할 수 있는 환경하의 모델을 바탕으로 논의 하였다. 이를 위해서 우선, 철로 위에서 PON 망과 결합된 RoF 시스템 구조를 제안하였고, 또한 고속의 철도 사용자에게 충분한 대역폭을 제공하기 위해서는 빠른 핸드오버 과정이 필요한데, 이를 위해서 ”Moving Cells” 개념을 도입하였다. ”Moving Cells” 개념은 수신자가 하나의 셀에서 다른 셀로 이동을 할 시, 기존의 무선통신의 방식처럼 주파수 변환을 하지 않고, 통신이 끊어질때 까지 하나의 주파수 만으로 중앙기지국과 통신을 하는 가정하에 나온 개념으로서, 사용자가 사용하고 있는 셀이 사용자의 움직임에 따라 함께 셀도 움직인다고 이해하면 된다. 이를 위해서는 기존의 핸드오버 방식이 아닌 물리적 계층에서의 광 스위칭 기술을 통한 핸드오버 과정이 이루어져야 하는데, 본 연구에서는 이 광 스위칭 구조를 제안 하였다. 뿐만 아니라, 광 스위칭 과정에 있어서, 느린 latency 시간과 낮은 채널 활용도를 높이고자 위치 추적(Position-Tracking) 기법을 응용하여 예측 기반의 광 스위칭 알고리즘을 제안하였다. 이를 통하여 고속의 움직이는 사용자에게 Fast 핸드오버를 제공할 수 있고 충분한 대역폭을 사용할 수 있도록 한다.
