코히런트(Coherent) vs 인코히런트(Incoherent) 광통신 비교
1. 개념
- 코히런트(Coherent) 광통신: 광파의 위상(Phase)과 주파수(Frequency) 정보를 적극적으로 활용하여 신호를 전송하는 방식.
- 인코히런트(Incoherent) 광통신: 광파의 진폭(Intensity) 정보만을 사용하여 데이터를 전송하는 방식.
2. 등장배경 & 목적
- 기존 광통신은 IM•DD(Intensity Modulation • Direct Detection, 강도 변조 직접 검출) 방식을 사용하여 진폭 정보만으로 데이터를 전송함.
- 하지만 장거리 고속 통신에서는 광섬유의 손실(loss)과 분산(dispersion) 문제가 발생하여 성능이 저하됨.
- 이를 해결하기 위해 위상과 주파수 정보를 활용하는 코히런트 광통신 기술이 등장함.
3. 역할
- 코히런트 광통신: 반송파의 위상, 주파수, 진폭을 변조하여 데이터를 전송하고, 수신 시 로컬 오실레이터(Local Oscillator)를 이용해 정밀한 신호 검출을 수행함.
- 인코히런트 광통신: 반송파의 진폭(광 세기)만 변조하여 데이터를 전송하고, 직접 검출 방식으로 신호를 감지함.
4. 활용 계층 또는 범위
- 코히런트 광통신: 장거리 초고속 광통신 네트워크, 해저 케이블, 대용량 데이터센터 연결
- 인코히런트 광통신: 단거리 전송(예: LAN, 광섬유 인터넷)
5. 구성 요소
| 구분 | 코히런트 광통신 | 인코히런트 광통신 |
|---|---|---|
| 변조 방식 | ASK, FSK, PSK, QAM | OOK, IM-DD |
| 수신 방식 | 로컬 오실레이터와 혼합 검출 | 직접 검출(Direct Detection) |
| 검출기 | 이종 검출기(heterodyne/homodyne) | 광다이오드(Photodiode) |
| 잡음 영향 | 낮음 (신호 품질 유지) | 높음 (잡음에 취약) |
| 전송 거리 | 장거리 가능 | 단거리 적합 |
6. 작동 원리
(1) 인코히런트 광통신 (IM•DD)
- 송신기에서 광원의 진폭을 변조하여 데이터를 전송
- 광섬유를 통해 전송
- 수신기에서 직접 검출(Direct Detection)하여 데이터 복원
- 위상과 주파수 정보는 활용되지 않음
(2) 코히런트 광통신
- 송신기에서 반송파의 위상, 주파수, 진폭을 변조하여 데이터를 실음
- 광섬유를 통해 전송
- 수신기에서 로컬 오실레이터(Local Oscillator)를 사용해 광 신호를 혼합(Heterodyne 또는 Homodyne Detection)하여 원래 신호를 복원
- 높은 감도와 정확도로 장거리 통신 가능
7. 종류
-
코히런트 변조 방식
- ASK (Amplitude Shift Keying): 진폭 변조
- FSK (Frequency Shift Keying): 주파수 변조
- PSK (Phase Shift Keying): 위상 변조
- QAM (Quadrature Amplitude Modulation): 진폭과 위상을 함께 변조
-
인코히런트 변조 방식
- OOK (On-Off Keying): 단순 진폭 변조
- IM-DD (Intensity Modulation - Direct Detection): 강도 변조 직접 검출
8. 장단점 비교
| 비교 항목 | 코히런트 광통신 | 인코히런트 광통신 |
|---|---|---|
| 장점 | 고속 데이터 전송 가능, 장거리 전송에 유리, 잡음 영향 적음 | 구조가 단순하고 비용이 저렴 |
| 단점 | 수신기에 로컬 오실레이터 필요 → 시스템 복잡도 증가 | 잡음에 취약, 장거리 전송 어려움 |
9. 전망 & 개선점
- 코히런트 광통신은 5G 및 차세대 초고속 광통신 시스템에서 핵심 기술로 활용될 전망.
- DSP (Digital Signal Processing, 디지털 신호 처리) 기술이 발전하면서 더 정밀한 신호 복원 가능.
- 비용과 복잡도를 줄이기 위한 소형화 및 집적화 연구가 진행 중.
- 양자 암호 통신(Quantum Cryptography) 및 테라헤르츠(THz) 대역 광통신과 결합 가능성도 있음.
10. 쉽게 요약
- 코히런트 광통신: 위상과 주파수 정보를 활용하여 정밀하고 장거리 통신이 가능한 방식.
- 인코히런트 광통신: 단순한 진폭 변조 방식으로 구조가 단순하지만 잡음에 취약하고 장거리 전송이 어려움.
- 미래: 초고속, 장거리 데이터 전송 수요 증가로 인해 코히런트 방식이 점점 더 중요해지고 있음.
