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광 기반 Compact Radio & Dense Digital 이동 통신 기지국 핵심 기술 개발 (최종)
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Participants
김언상, 김선미, 박윤옥, 오돈성, 이종현, 류득수, 강태규, 조승현, 윤지욱, 이석진, 이한협, 성민규, 이훈, 한찬교, 정환석, 고제수
Published
201612
Type
Final Report
Keyword
TRL 6, 24 IF 다중화용 아날로그 광 송수신기 모듈
KSP Keywords
Mobile Base, Mobile base station, base station
Funding Org.
한국전자통신연구원
Research Org.
한국전자통신연구원
DOI
10.22648/ETRI.2016.R.000058 
Project Code
16ZI1300, 광 기반 Compact Radio & Dense Digital 이동통신 기지국 핵심기술 개발, Lee Jong Hyun
Abstract
IV. 연구 결과
IV-1. 1차년도 연구 결과
□ 8 IF 다중화용 아날로그 광 전송 기술개발
○ 8 IF 다중화용 아날로그 광 송수신기 모듈(TRL 3) 개발
- IF 주파수 Planning에 의한 전송 성능 예측 및 분석 완료 (IF 채널 수, 전송거리 및 OMI/ch 변화에 의한 전송 성능 변화 예측을 위한 시뮬레이션 수행 완료)
- IF 8 EA 다중화용 아날로그 광 송수신기 모듈 설계 및 제작 완료
- IF 다중화/역다중화 전송 실험 셋업 구축 완료
- Silicon photonics 기반 아날로그 광 송수신기 모듈 설계 완료
- Multiple radio signal downlink transmission based on IF-band RoF transmission scheme 관련 표준 기고 (ITU-T SG15/Q2 G.Sup.RoF, 2014.12.02.@ Geneva, Switzerland) 제출완료
- SCI급 국제학회 논문 1건 발표 완료, 1건 제출 완료
- 기타 국제학회 논문 3건 발표 승인 및 국내학회 논문 3건 발표 완료
- SCI 논문 제출완료
- 아날로그 광 송수신기 모듈 요구사항 정의서외 기술문서 14건 등록완료

○ 하이브리드 등화기 구조연구 및 모의실험
- 아날로그 등화기에 관한 선행 연구분석 완료
- 직접 변조 광 송신기의 비선형 응답 모델링 완료
- 다중 IF 전송방식에 적합한 등화기 회로구조 연구
- 2차 및 3차 비선형성을 독립적으로 보상하는 등화기 회로구조 연구
- 국제학회 논문 1건 발표 완료, 1건 제출 완료
- 하이브리드 등화기 모듈 요구사항 정의서와 기술문서 8건 등록완료

○ 아날로그 광 링크 구조연구 및 설계
- 아날로그 광 전송 링크 특성 분석 및 설계
- 수신단 beating 잡음 영향 예측 및 분석 완료
- 광링크 전송 셋업 구축 및 링크 연동 실험완료
- 광링크 비선형 억제 기술연구 완료
- 국제학회 논문 1편 발표 완료

□ 12 IF 수용가능한 DU 플랫폼 및 Compact RU 상세설계
○ 12 IF 수용 RoF 정합 모듈 상세 설계
- DU 정합장치 구조 설계서 작성완료
- 국제학회 논문 1편 발표완료

○ 3 sector/2 FA처리 가능한 대용량 DU 플랫폼 상세 설계
- 대용량 DU 플랫폼 개발
- DU/RU 테스트베드 플랫폼 구조 설계서 기술문서
- Open Platform 기반 RoF 테스트베드 사용자 매뉴얼 기술문서
- Open Platform 기반 RoF 테스트베드 플랫폼 상세 설계서 기술문서

○ RoF 기반 IF 신호 분배기 및 멀티 IF용 RF 주파수 상하향기 상세 설계

□ DU/RU용 테스트베드 플랫폼 에뮬레이터 상세 설계
○ 테스트베드 플랫폼 구조 및 DU/RU용 에뮬레이터 상세 설계
- 테스트베드 플랫폼 구조 및 DU/RU용 에뮬레이터 상세 설계
- Open platform 기반 테스트베드 구조설계서 작성
- RoF 무선접속망 테스트베드 플랫폼 환경구축 설명서 기술문서
- Open Platform 기반 테스트 플랫폼 시험 절차서
- Open Platform 기반 테스트 플랫폼 시험 결과서

○ 스마트 그리드 서비스 플랫폼 구조 및 상세 설계
- RoF 기반 클라우드 기지국 연동 스마트 그리드 서비스 플랫폼 구조 및 상세 설계
- RoF 기반 클라우드 기지국 연동 스마트 그리드 서비스 시나리오 도출
- 원내 기술 이전을 통한 기반 기술 조기 확보
- 스마트 그리드 서비스 플랫폼 기본 기능 검증
- 스마트 그리드 서비스 플랫폼 구조 설계서
- 스마트 그리드 서비스 플랫폼 상세 설계서
- 국제학회 논문 1편 발표 완료

IV-2. 2차년도 연구 결과
□ 시스템 엔지니어링 및 성과 확산 활동
○ RoF 사업 품질관리
- RoF 사업 프로세스 및 형상체계 보완
- 사용자/시스템 요구사항 보완
- RoF 시스템 구조 설계 완료
- 결과물 Q-mark 검증 완료

○ RoF 광링크 GK-5G 시험시제품 프론트홀 적용시험
- RoF 광링크 GK-5G 시험시제품 프론트홀 적용 기능 시험 완료

○ RoF 기술 국제 협력 및 표준화 활동
- RoF 기술의 글로벌 성과 확산 및 국제표준 공조를 위하여 Huawei(중국) 및 NICT (일본) 등과의 국제 협력 강화 추진
- RoF 광수신기용 저손실 저가형 광 커플러 개발을 위해 UCD와 국제 공동연구 수행
- TU-T SG15/Q2에 전송 시험 결과 등 기고서 제출 및 ITU-T SG15 정기 총회에서 G.Sup.RoF 최종 동의 획득

○ 사업화 및 성과 확산 추진
- 시연회, 전시회(OFC 2015) 참가 등 홍보활동
- 기술이전/사업화 추진

○ ETRI 10대 대표성과 과제 추진
- 본 과제 관련“High Five ESCoRT RoF 기술”이 ETRI 10대 대표성과로 선정 및 대상 수상

□ 16 IF 다중화용 아날로그 광 전송 기술개발
○ 16 IF 다중화용 아날로그 광 송수신기 모듈 개발 (TRL 4)
- DU형 및 RU형을 분리하여, DU형은 소형 및 저전력 소모 기능 위주로 설계/제작, RU형은 신뢰성 위주로 설계/제작 완료
- 16 IF 다중화용 아날로그 광송수신기를 이용한 전송 실험 셋업 구축 완료
- 제작된 16 IF 다중화용 아날로그 광 송수신기의 하향/상향 링크 성능 분석 결과 0 km 및 20 km 전송 둘 다 8% 이하의 EVM 만족

○ 하이브리드 등화기 구현 및 시험
- T-attenuator 구조를 기본으로 통과대역, 차단대역을 결정할 수 있는 수동 소자를 삽입하여 저가형 LD의 주파수 응답을 보상할 수 있는 구조의 등화기 설계 및 특성 분석 완료
- Tone-reservation 기반 디지털 전치 등화기 구조 설계 및 클리핑에 기인한 비선형적 신호왜곡현상 보상 확인(0 km 및 20 km 전송시 각 3.5%, 4% EVM 개선)
- Wiener-Hammerstein model을 이용한 적응형 디지털 후치 등화기 설계 및 EVM 특성 개선 가능 확인

○ 아날로그 광 전송 링크 설계 및 구현
- 광 신호 수신 후 발생하는 분산과 첩에 의한 2차 비선형 현상 보상 방법 수립
- 분산관리장치가 적용된 아날로그 광 링크 성능 개선 방안 설계 완료
- 분산관리장치 기반 아날로그 광링크 전송 링크 구현 완료
- 분산관리장치 사용여부에 따른 96개 IF 다중화 신호의 20 km 전송 후 EVM 성능 분석 완료

□ 12 IF 수용 가능한 DU 정합장치 및 Compact RU 개발
○ 12 IF 수용 가능한 DU 정합장치 개발
- DU 정합장치 구조 및 상세설계 완료
- 2U 랙 형상의 DU 정합장치 구현 및 시험 완료

○ 멀티 IF용 RF 주파수 상하향기 개발
- Compact RU 구조 및 상세 설계 완료
- Compact RU (Sector 2 & 3) 구현 완료
- Compact RU 시험 완료

□ DU/RU용 테스트베드 플랫폼 구축 및 연동 시험
○ 테스트베드 플랫폼 구축 및 연동 시험
- RoF 시스템 요구사항 정의서에 따른 시험 항목 및 시험계획 수립 완료
- RoF 시스템 통합 및 시험 완료
- RoF 기반 모바일 프론트홀 테스트베드 플랫폼 구축 및 LTE 연동 시연 완료
- 및 RoF 프론트홀 기술 적용시 전송 성능 및 수용 가능한 기저 대역 신호 수 확인
- RoF 기반 모바일 프론트홀을 통해 상용 LTE 서비스 제공 가능 여부 확인
- 이동통신기지국을 위한 RoF 기술에 대한 Q-mark 검증 완료

IV-3. 3차년도 연구 결과
□ 24 IF 다중화용 아날로그 광 전송 기술 개발
○ 24 IF 다중화용 아날로그 광 송수신기 모듈 설계 및 제작 (TRL 6)
- 24 IF 다중화용 아날로그 광 송수신기 모듈 설계 및 제작 완료 (TRL 6)
- 동기 클럭 신호 및 이동통신신호 동시 수용 가능 주파수 대역 (2 BAND) 구현 완료
- 세계 최고 수준의 주파수 평탄성 (±1 dB 이내) 확보
- 광 송수신기 모듈 성능 감시 및 제어기능 GUI 인터페이스 구현

○ 아날로그 광 전송 링크 통합 시험 및 성능 개선
- 개선된 아날로그 광 링크 설계 및 구현/시험 완료
- 20km 전송 후 24개의 IF 채널에서 8%이하 EVM 성능 달성 (64-QAM 기준)
- 2차 비선형신호왜곡 회피주파수플랜기반 광링크 설계/구현 완료
- 최대 144개 이상의 IF 채널 수용이 가능한 분산관리장치기반 광링크 설계/구현 완료

□ 12 IF 수용 가능한 DU 정합장치 및 Compact RU 성능 보완 및 연동 시험
○ 12 IF 수용 가능한 DU 정합장치 성능 보완 및 연동시험 (TRL 6)
- 12 IF 수용 DU 정합장치 성능 보완 및 연동시험 완료
- FPGA 기반 광대역 digital-IF 기술을 적용하여 12 IF 수용이 가능한 DU 정합 장치의 크기와 부피를 줄이고 구현 비용을 획기적으로 개선
- 멀티채널 수용 광대역 Digital-IF 설계 기술 확보 (BW 640MHz 이상, EVM 1%대 달성)
- 독자적 고용량 Host interface 기술 확보
- 프론트홀 관리제어 장치와의 연동시험 완료

○ 멀티 IF용 RF 주파수 상하향기 성능 보완 및 연동시험(TRL 6)
- 멀티 IF용 RF 주파수 상하향기 성능 보완 및 연동 시험 완료 (TRL 6)
- 기존의 CPRI형 RU에 비해 IF주파수 상하향 변화기와 ADC/DAC가 없으므로 RU의 비용적인 측면과 구조적인 측면에서 저가화 및 단순화를 달성
- Open platform(Amari LTE100)을 이용한 상용 LTE 단말과 연동시험 성공
- 2 FA/ 3 Sector/ 2 Antenna 지원 가능한 Compact RU 구현
- 프론트홀 관리제어 장치와의 연동시험 완료

○ 프론트홀 관리제어 장치 설계 및 구현
- 프론트홀 관리제어 장치 설계, 구현 및 시험 완료
- DU 정합장치와 Compact RU의 상태/설정/장애 관리, 펌웨어 다운로드 기능 확인
- 네트워크로 연결된 외부 관리터미널 GUI을 통해 RoF 프런트홀의 DU 정합장치, 원격 Compact RUs의 직관적인 관리제어 가능
- 별도 관리제어용 IF 채널 사용, 고유 ID 부여를 통해 다수개의 원격 RU 관리 제어를 위한 프로토콜 기술 확보

□ 테스트베드 플랫폼 전체 통합시험 및 동영상 시연
○ DU/RU용 테스트 베드 플랫폼 전체 통합 시험 및 동영상 시연
- 테스트 베드 플랫폼 전체 통합 시험 및 동영상 시연 완료
- RoF 기반 모바일 프론트홀 테스트베드 플랫폼 구축 및 LTE 연동 시연 완료
- GK-5G 테스트베드와 RoF 프론트홀 광링크로 구성된 DU/RU플랫폼 구축 완료 및 통합 시험 완료
- 세계 최초 5G 이동통신 프로토타입 시스템에 RoF 프론트홀 광링크 적용 통합시험 및 유튜브 동영상 시연 완료
- RoF 프론트홀 기술 적용시 전송 성능 및 전송 대역폭 (125MHz x 8FA) 확인
- RoF 프론트홀을 통해 5G 이동통신 서비스 제공 가능 여부 확인

□ 광기반 모바일 프론트홀 사업화 방안 도출
○ 광기반 모바일 프론트홀 기술 관련 국제 표준화 활동
- ITU-T SG15/Q2에 RoF 시스템 구조 및 기준 구성 방안 등 기고서 10건 제출 및 채택 완료
- IEC SC86C/WG4에 IEC 61249-10 (RoF transceiver for mobile fronthaul) NP(new proposal) 기고서 1건 제출 및 최종 동의 획득 완료
- TTA PG201 산하 RoF 실무반에 “아날로그 광전송 시스템 일반 요구사항” 관련 국내 단체 표준 1건 제안 및 최종 채택 완료

○ 광기반 프론트홀 기술 사업화를 위한 품질 관리 활동
- RoF 사업 프로세스 및 형상체계 보완, 사용자/시스템 요구사항 보완 및 RoF 시스템 구조 설계 보완 완료
- RoF 사업관리계획서를 통해 사업 목표달성을 위한 전략을 수립하고, 그에 따라 사업수행원이 수행하여야 하는 업무기준 및 방향을 설정함
- 새로운 개념의 광기반 클라우드 기지국 핵심 원천 기술 개발과 품질관리를 위한 사업 프로세스 및 형상체계 확립
- 결과물 검증과 완성도를 높이기 위한 RoF 테스트 플랫폼 관련 요구사항 반영 완료

○ 연구 결과 홍보를 위한 전시회/시연회 참석
- 2015/2016 OFC (Optical Fiber Communication Conference) 전시회 참석 RoF 광 트랜시버 기술 홍보

(출처 : 요약문 8p)