KR101310455B1 - 파장 분할 다중화 방식 수동형 광가입자망 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 씨앗 광원으로부터 수신한 씨앗광을 파장 역다중화 하는 제1 파장 다중화 장치, 및 적어도 하나의 가입자측 단말 장치로부터 상기 파장 역다중화된 씨앗광을 이용하여 생성된 상향 광신호를 수신하여 파장 역다중화 하는 제2 파장 다중화 장치를 포함하는 국사용 광장치(OLT)를 제안한다.
Figure R1020090120900
파장분할 다중화, 수동형 광가입자망, 씨앗 광원

Description

파장 분할 다중화 방식 수동형 광가입자망{WAVELENGTH DIVISION MULTIPLEXING PASSIVE OPTICAL NETWORK(WDM-PON)}
본 발명은 파장 분할 다중화(Wavelength Division Multiplexing: WDM) 방식 수동형 광가입자망(Passive Optical Network: PON)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비선형 광증폭 효과와 광신호의 잡음증가를 최소화하여 광신호의 전송특성을 향상시킨 파장분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부 및 한국산업기술평가관리원의 IT산업원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2007-S-014-03, 과제명: 메트로-액세스 전광 통합망 기술개발].
고밀도 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망 (Dense WDM-PON, 이하 WDM-PON)은 차세대 궁극적인 광가입자망으로 널리 인식되고 있다. WDM-PON 기술에 있어서 가장 중요한 고려 사항은 복수의 광파장을 사용함에도 불구하고 광전송 모듈이 파장에 비의존적이어야 한다는 것이다. 이러한 요구조건을 충족시키는 WDM-PON 기술은 세계적으로 널리 연구되고 있으며, 다양한 방식 중에 현재 상용화 수준까지 개발된 WDM-PON 방식으로는 파장 잠금(wavelength locking)방식과 파장 재사 용(wavelength reuse)방식을 들 수 있다.
파장 잠금(wavelength locking)방식은 특수한 파브리 페롯 레이저 다이오드(이하, Fabry Perot Laser Diode; FP-LD)에 외부에서 씨앗광(Seed Light)을 주입하면, 주입된 파장의 광만 증폭되고 그 외 파장의 광은 억압되는 현상을 이용한다.
씨앗 광원으로는 광대역 광원(BLS: Broadband Light Source)을 사용한다. 이 경우 주입되는 광의 주파수에 따라 파장 잠김 되는 파브리 페롯 레이저 다이오드(FP-LD)의 모드가 결정되므로 세밀한 조절이 필요하다.
특히, 주입광에 의해 파브리 페롯 레이저 다이오드(FP-LD)의 모드가 두 개 선택된 신호의 경우, 국사용 광장치(OLT)에 위치한 광파장 다중화기(WDM MUX)를 통과하면서 모드 분할 잡음을 증가시켜 잡음 특성을 열화 시키게 된다.
파장 잠금 방식과 다르게 파장 재사용(wavelength reuse)방식은 통신용 광원으로서 반사형 반도체 광증폭기(Reflective SOA; RSOA)를 사용한다. 국사용 광장치(OLT)에서 송신한 하향 데이터를 담고 있는 광신호는 광단말 장치(ONU)에 있는 반사형 반도체 광증폭기(RSOA)에서 하향 정보가 제거되어 유사 CW(Continuous Wave)광으로 변환된다.
그 후, 변환된 광은 상향 데이터로 변조되어 국사용 광장치(OLT)로 송신된다. 따라서 국사용 광장치(OLT)에서 광단말 장치(ONU)로 전송되는 변조된 광신호가 광단말 장치(ONU)에 장착된 반사형 반도체 광증폭기(RSOA)에게 씨앗광 역할을 하는 방식이다.
한편 국사용 광장치(OLT)에 장착된 반사형 반도체 광증폭기(RSOA)에게도 씨 앗광이 필요하므로, 씨앗광으로는 외부 광원을 사용하는 것이 일반적이다. 외부 광원으로는 주로 광대역 광원(BLS)을 사용한다. 이 경우, 반사형 반도체 광증폭기(RSOA) 내부의 광증폭 과정에서는 비선형 현상으로 인해 출력광의 스펙트럼이 주입광의 스펙트럼보다 넓어지며 또한 중심 파장이 장파장 측으로 이동하게 된다.
따라서, 반사형 반도체 광증폭기(RSOA)에서 출력된 광신호가 광파장 다중화기(WDM MUX)를 재통과하는 과정에서 광파워의 손실이 발생하게 되고, 뿐만 아니라 전송 신호에 필요한 data frequency 성분들의 손실 또한 발생하게 된다. 결과적으로, WDM-PON에서 운용되는 신호의 전송품질이 나빠지게 된다.
본 발명의 일실시예는 WDM-PON에 있어서 국사용 광장치와 통신 링크상에 위치한 광파장 다중화기에서 발생하는 광파워의 손실 및 data frequency 성분들의 손실로 인한 전송 품질을 저하를 최소화한 파장 재활용 방식의 WDM-PON을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 국사용 광장치(OLT)는 씨앗 광원으로부터 수신한 씨앗광을 파장 역다중화 하는 제1 파장 다중화 장치, 및 적어도 하나의 가입자측 단말 장치로부터 상기 파장 역다중화된 씨앗광을 이용하여 생성된 상향 광신호를 수신하여 파장 역다중화 하는 제2 파장 다중화 장치를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 씨앗 광원은 자발 방출광을 증폭하여 씨앗광으로 출력하는 광증폭기를 포함하고, 상기 씨앗광의 역방향으로 출력되는 역방향 자발 방출광을 상기 광증폭기로 재입사시켜 증폭시킨다.
본 발명의 일실시예에 따른 가입자측 단말 장치는 파장 다중화 장치에서 파장 다중화된 하향 광신호를 미리 설정된 비율로 분배하는 광세기 분배기, 상기 분배된 하향 광신호를 수신하는 광수신기(Rx), 및 상기 분배된 하향 광신호를 수신하고, 증폭 및 변조하여 상향 광신호로 생성하는 반사형 반도체 증폭기(RSOA)를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 광전송 특성이 향상된 광가입자망에서의 광수신 기 제어 방법은 반사형 반도체 증폭기(RSOA)로부터 수신한 광신호를 전류 형태의 전기적 신호로 변환하는 단계, 상기 전기적 신호를 선형적으로 증폭시켜 전압 신호로 변환하는 단계, 상기 전압 신호를 미리 설정된 레벨을 갖는 출력 신호로 증폭하는 단계, 상기 증폭된 출력 신호의 디시젼 임계값을 제어하는 단계, 및 상기 디시젼 임계값이 제어된 수신 신호를 복원하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 통신 링크 상에 위치한 WDM-PON OLT 내부의 광파장 다중화기를 통과할 때 스펙트럼 분할에 따른 손실을 배제할 수 있다.
또한 본 발명의 일실시예에 따르면, 반사형 반도체 광증폭기(RSOA)에서 발생하는 비선형 광증폭 현상에 의해 광신호의 출력 스펙트럼이 왜곡되더라도, data frequency 성분들의 손실이 없어 효과적으로 신호를 전송할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 파장 분할 다중화 방식 수동형 광가입자망(WDM-PON)에서의 스펙트럼 특성을 도시한 것이다. 보다 상세하게는, 광전송 특성이 향상된 파장 분할 다중화 방식 수동형 광가입자망(WDM-PON)에서 반사형 반도체 광증폭기(RSOA)(120)로 주입되는 씨앗 광원(110)에서 나온 씨앗광(TP1)(101), 반사형 반도체 광증폭기(RSOA)(120)로부터 증폭되어 출력되는 출력광(TP2)(103), 및 광파장 다중화기(WDM MUX)(130)를 통과한 출력광(TP3)(105)의 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 광파장 다중화기(WDM MUX)(130)를 통과하면서 장파장 대역에서 광신호의 손실이 발생하는 것을 알 수 있다.
이러한 손실을 최소화하기 위하여 투과 대역이 평탄한 파장 다중화 장치(AWG)를 광파장 다중화기(WDM MUX)로 사용할 수 있지만, 이는 반사형 반도체 광증폭기(RSOA)에서 발생하는 스펙트럼 넓어짐 현상과 광파장 다중화기(WDM MUX)에서 발생하는 광 필터링 효과를 온전히 제거할 수 없다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 스펙트럼 분할된 연속 광출력 특성을 가지는 씨앗 광원(100)을 포함하는 WDM-PON 시스템의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 파장 재활용 방식의 파장 분할 다중화 방식 수동형 광가입자망(WDM-PON) 시스템은 씨앗 광원(210), 국사용 광장치 (OLT)단(230), 광섬유(250), 제3파장 다중화 장치(270)로 구성되는 RN(Remote Node)단, 및 적어도 하나의 가입자측 단말 장치(290)를 포함한다.
씨앗 광원(210)은 자발 방출광을 증폭하여 씨앗광으로 출력하는 광증폭기를 포함하고, 씨앗광의 역방향으로 출력되는 역방향 자발 방출광을 광증폭기로 재입사시켜 증폭시킨다.
씨앗 광원(210)은 예를 들어, 광증폭부, 광학필터부 및 반사부를 포함하여 구성할 수 있다.
국사용 광장치(OLT)단(230)은 제1 파장 다중화 장치(231), 제2 파장 다중화 장치(233), 반사형 반도체 광증폭기(RSOA)(239) 및 광수신기(Rx)(241)를 포함할 수 있다.
실시예에 따라서는 반사형 반도체 광증폭기(RSOA)를 대신하여 파브리 페롯 레이어 다이오드를 이용할 수도 있다.
제1 파장 다중화 장치(231)는 씨앗 광원(210)으로부터 수신한 씨앗광을 파장 역다중화한다.
제1 파장 다중화 장치(231)는 파장 역다중화된 씨앗광을 증폭 및 변조하여 하향 광신호를 생성하는 적어도 하나의 반사형 반도체 증폭기(RSOA)(239)와 연결되는데, 반사형 반도체 증폭기(RSOA)(239)로부터 생성된 하향 광신호를 수신하여 파장 역다중화한다.
제1 파장 다중화 장치(231)에서 파장 다중화된 하향 광신호는 제1 광 서큘레이터(235)와 광섬유(250)를 통해 RN(Remote Node)단, 즉 제3파장 다중화 장치(270)로 전달된다.
제3 파장 다중화 장치(270)에서 파장 역다중화된 각 파장의 하향 광신호들은 광섬유(250)로 연결된 가입자측 단말 장치(290)로 전송된다. 그 후, 가입자측 단말 장치(290)에서 생성된 상향 광신호는 RN(Remote Node)단인 제3 파장 다중화 장치(270)에서 파장 다중화 된 후 OLT 단(230)으로 전송된다.
OLT 단의 제 2 파장 다중화 장치(233)는 가입자측 단말 장치(290)에서 생성된 상향 광신호를 제3 파장 다중화 장치(270) 및 제2 광 써큘레이터(237)을 통해 수신하고, 파장을 역다중화 한다.
이때, 제1, 제2, 제3 파장 다중화 장치(231, 233, 270)는 씨앗 광원(210)에서 출력된 씨앗광의 광대역폭 보다 넓고 평탄한 투과 대역폭을 가질 수 있다.
또한 제2, 제3 파장 다중화 장치(233,270)는 제1 파장 다중화 장치(231)의 광특성과 동일한 광특성을 가질 수 있다.
이는 파장 분할 다중화 방식 수동형 광가입자망(WDM-PON) 시스템의 특정 채널의 파장이 같고, 동일 파장의 대역폭을 가지는 필터 대역을 통과하도록 하기 위함이다. 여기서 광특성은 필터를 통과하는 파장 대역을 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
제2 파장 다중화 장치(233)는 적어도 하나의 광수신기(Rx)(241)와 연결되고, 광수신기(Rx)(241)는 제2 파장 다중화 장치(233)로부터 파장 역다중화된 상향 광신호를 수신한다.
실시예에 따라서는 광수신기(Rx)(241)는 파장 역다중화된 상향 광신호의 레벨을 판단하여 전압 문턱값을 조절하는 장치(DLA)를 포함할 수 있다. 전압 문턱값을 조절하는 장치(DLA)에 대하여는 후술하기로 한다.
국사용 광장치(OLT)단(230)은 제3 파장 다중화 장치(270)에서 파장 다중화된 상향 광신호를 제2 파장 다중화 장치(233)에게 전달하기 위한 제2 광 써큘레이터(237)를 포함할 수 있으며, 국사용 광장치(OLT)단(230)과 RN단(270)은 광섬유(250)로 연결될 수 있다.
제3 파장 다중화 장치(270)는 국사용 광장치(OLT)단(230)에서 포함된 제1 및 제2 파장 다중화 장치들과 동일한 광 특성을 가질 수 있다.
가입자측 단말 장치(290)는 광세기 분배기(291), 반사형 반도체 광증폭기(RSOA)(293), 및 광수신기(Rx)(295)를 포함할 수 있다.
광세기 분배기(291)는 제3 파장 다중화 장치(270)에서 파장 분할된 하향 광신호를 미리 설정된 비율로(예를 들어, 50:50으로) 분배할 수 있다.
광수신기(Rx)(295)는 광세기 분배기(291)로부터 분배된 하향 광신호를 수신한다.
반사형 반도체 광증폭기(RSOA)(293)는 광세기 분배기(291)로부터 분배된 하향 광신호를 수신하고, 수신된 하향 광신호를 재활용, 즉 증폭 및 변조하여 상향 광신호로 생성한다.
이때 반사형 반도체 광증폭기(RSOA)(293)는 파브리 페롯 레이어 다이오드(F-P LD)로 대체할 수 있다.
여기서 적어도 하나의 가입자측 단말 장치(290)는 제1 파장 다중화 장치(231) 및 제2 파장 다중화 장치(233)와 동일한 광특성을 가지는 제3 파장 다중화 장치(270)에 의해 국사용 광장치(OLT)와 연결될 수 있다.
제1, 제2, 제3 파장 다중화 장치(231,233,270)는 신호의 입력 방향에 따라 파장 다중화 또는 파장 역다중화의 기능을 수행할 수 있으며, 실시예에 따라서는 투과 대역이 평탄한 파장 다중화 장치(AWG) 또는 박막 필터로 구성할 수 있다.
이하 도 2에 도시된 씨앗 광원(210)에 대해 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 씨앗 광원의 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 씨앗 광원(300)은 광증폭기에서 발생한 역방향 자발 방출광을 스펙트럼 분할하여 광증폭기로 재입사시켜 증폭 시킨다.
즉, 씨앗 광원(300)은 자발 방출광을 증폭하여 씨앗광으로 출력하는 광증폭기를 포함하고, 씨앗광의 역방향으로 출력되는 역방향 자발 방출광을 광증폭기로 재입사시켜 증폭시킬 수 있다.
따라서, 씨앗 광원에서 출력되는 씨앗광의 각 채널당 광대역폭은 제 1 파장 다중화 장치의 투과 대역폭보다 좁아질 수 있고, 결과적으로 씨앗광이 제 1 파장 다중화 장치를 통과할 때 신호의 손실을 줄일 수 있다.
씨앗 광원(300)은 광증폭기(310), 광파장 필터(330), 및 반사 거울(350)을 포함하여 구성할 수 있다.
여기서 자발 방출광이란 씨앗 광원의 내부에서 작용하는 광을 나타내는 용어로서, 씨앗 광원을 통해 출력되는 광인 씨앗광과 구별하기 위한 것이다.
광증폭기(310)은 자발 방출광을 증폭하여 씨앗광으로 출력한다. 여기서 광증폭기(310)는 시스템 구현 방식에 따라 반도체 광증폭기로 구현할 수 있으며, 아래의 도 4에서 도시한 바와 같이 광섬유 광증폭기로 구현할 수 있다.
광파장 필터(330)는 광증폭기(310)에서 출력되는 씨앗광 출력 방향의 반대 방향으로 출력되는 역방향 자발 방출광을 입력 받아 주기적인 주파수 간격으로 투과시켜 스펙트럼 분할 시킨다. 이때 광파장 필터는 씨앗광의 출력 특성에 따라 분할되는 스펙트럼의 간격 및 폭을 조절할 수 있다.
반사 거울(350)은 광파장 필터(330)를 통해 스펙트럼 분할된 자발 방출광을 반사시켜 다시 광파장 필터(330)로 재입사시킨다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 씨앗 광원의 광증폭기(310)를 광섬유 광 증폭기(410)로 구성한 도면이다. 도 4를 참조하면, 광섬유 광증폭기(410)는 펌프광원(PL)(412), 광파장 결합기(414) 및 이득 매질인 광섬유(EDF)(416)를 포함할 수 있다.
펌프광원(PL)(412)은 광섬유를 펌핑, 즉, 광섬유에 외부광을 주입하여 캐리어를 생성시키기 위한 펌프광을 발생시킨다.
광파장 결합기(414)는 펌프광원(412)의 펌프광을 이득 매질인 광섬유(416)로 인입시키며, 광파장 결합기(414)는 실시예에 따라서는 광커플러 등과 같은 광결합 소자에 의해 구현될 수 있다.
여기서 광섬유(EDF)(416)는 광증폭 매질인 어븀(erbium)이 도핑(doping)된 광섬유로 구성할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하여 광섬유 광증폭기(410)를 채용한 씨앗 광원의 동작을 설명하면 다음과 같다.
우선 펌프광원(Pump Laser: PL)(412)에 의해 펌프광이 인입되면. 광섬유(EDF)(416)에서는 씨앗광 출력 방향(오른쪽: 순방향)과 그 반대 방향(왼쪽: 역방향)으로 동시에 자발 방출광이 출력된다.
넓은 파장 대역에서 연속적으로 출력되는 역방향 자발 방출광은 광증폭기(410)의 뒷단에 설치된 광파장 필터(430)로 입력된다.
하나의 단자를 통해 입력되는 역방향 자발 방출광은 광파장 필터(430)의 주기적인 광 투과 특성에 따라 도 5에 도시한 바와 같이 일정한 주파수 간격(f)으로 스펙트럼 분할되어 하나의 단자로 출력된다.
도 5는 광파장 필터(430)의 일 예인 파브리-페롯 간섭계의 투과 특성을 나타낸 도면이다.
파장 분할 다중화 방식 수동형 광가입자망(WDM-PON)에서 요구하는 씨앗광의 출력 특성에 따라 광파장 필터(430)의 투과 스펙트럼의 간격과 폭을 조절할 수 있다.
이러한 광파장 필터(430)는 한 쌍의 반사 거울로 이루어진 광학계에서 발생하는 간섭현상을 이용한 패브리-페롯 간섭계를 이용하여 구현할 수 있다. 한편 광파장 필터(430)에서 파장 분할된 광은 반사 거울(450)에서 반사되어 다시 광파장 필터(430)를 통해 광섬유(416)로 입력된다.
상기한 구성의 씨앗 광원에서는 광섬유 광증폭기(410)에서 발생한 역방향 자발 방출광이 스펙트럼 분할된 후 다시 재입사되어 국사용 광장치에게 제공되므로, 국사용 광장치(OLT)(230) 내부의 광파장 다중화기를 통과할 때 발생하는 스펙트럼 분할에 따른 손실이 배제된다. 따라서 파장 분할 다중화 방식 수동형 광가입자망(WDM-PON)의 국사용 광장치(OLT)장치를 효율적으로 운용할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 씨앗 광원(600)을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 씨앗 광원(600)은 도 4를 통해 설명한 씨앗 광원의 구성에 이득 평탄화 필터(Gain Flattening Filter, 이하 GFF)(650)를 더 포함할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 씨앗광(또는 자발 방출광)은 광파장 필터를 거쳐 나오면서 복수의 스펙트럼 분할된 채널들로 나누어질 수 있으며, 이득 평탄화 필터(GFF)(650)는 스펙트럼 분할된 역방향 자발 방출광의 각 채널별 손실을 조절하여 씨앗 광원에서 출력되는 씨앗광의 채널별 세기를 평탄화시킬 수 있다.
여기서 이득 평탄화 필터(GFF)(650)는 앞서 도시한 것과 같은 광파장 필터(630)와 반사 거울(670) 사이에 위치할 수 있다.
실시예에 따라서는 광섬유(EDF, PDF) 광증폭기를 대신하여 반도체 광증폭기를 사용할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 씨앗 광원(700)을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 씨앗 광원(700)은 도 6에 도시한 것과 같은 이득 평탄화 필터(GFF)(750)와 광파장 필터(730) 사이에 대역 투과 필터(790)를 더 포함할 수도 있으며, 이러한 대역 투과 필터(790)의 특성은 도 8에 도시되어 있다.
도 8은 도 7의 대역 투과 필터(790)의 특성을 나타낸 도면이다. 도 8을 참조하면, 대역 투과 필터(790)는 도시한 바와 같은 스펙트럼 분할된 역방향 자발 방출광의 채널들을 특정 대역(또는 기설정된 대역)의 주파수만을 투과시켜 최종 출력되는 씨앗광의 채널수를 조절할 수 있다.
한편 도 7의 실시예에서는 대역 투과 필터(790)를 이득 평탄화 필터(GFF)(750)와 광파장 필터(730) 사이에 위치시켰으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 반사 거울(770)과 펌프광원(PL)(712), 광결합소자(714), 및 광섬유(EDF)(716)를 포함하는 광섬유 광증폭기 사이의 어느 지점에 위치하여도 그 특성에는 아무런 변화가 없다.
또한, 씨앗 광원(700)은 도 7에서 도시된 반사 거울(770)과 펌프광원(PL)(712), 광결합소자(714), 및 광섬유(EDF)(716)로 구성되는 광섬유 광증폭기 를 대신하여 반도체 광증폭기를 사용할 수 있으며, 필요에 따라 이득 평탄화 필터(GFF)(750)를 삭제하여 씨앗 광원(700)을 구성할 수도 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 씨앗 광원(900)을 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 씨앗 광원(900)은 광증폭기(910)에서 출력되는 씨앗광을 재증폭하는 제2 광증폭기(970)를 더 포함할 수 있다. 이러한 제2 광증폭기(970)의 추가에 따라 스펙트럼 분할된 광의 출력 파워를 향상시킬 수 있다.
또한 광증폭기(910)는 도 10에 도시한 바와 같은 광섬유 광증폭기 또는 반도체광증폭기로 구현할 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 씨앗 광원(300)의 광증폭기(310)에서 방출되는 왼쪽 방향 자발 방출광을 광증폭기(310)에 재입사하기 위해 반사 거울(350)를 대신하여 광순환 소자를 이용할 수 있는데, 이러한 광순환 소자를 이용한 씨앗 광원의 구성을 도 10을 통해 설명한다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 씨앗 광원(1000)을 나타낸 도면이다.
도 10를 참조하면, 씨앗 광원(1000)은 광증폭기(1010), 광순환 소자(1020), 및 광파장 필터(1030)를 포함한다.
광증폭기(1010)는 자발 방출광을 증폭하여 씨앗광으로 출력한다.
광순환 소자(1020)는 광증폭기(1010)와 광파장 필터(1030) 사이에 위치하여 광증폭기로부터 출력되는 자발 방출광을 광파장 필터(1030)로 순환시키고, 광파장 필터(1030)를 통해 스펙트럼 분할된 자발 방출광을 광증폭기(1010)로 재인입시킨다.
광파장 필터(1030)는 씨앗광 출력 방향의 반대 방향으로 출력되는 역방향 자발 방출광을 입력 받아 주기적인 주파수 간격으로 투과시켜 스펙트럼 분할 시킨다.
여기서 광순환 소자(1020)로는 예를 들어, 광 순환기를 이용할 수 있다.
도 11은 도 10에 도시한 씨앗 광원의 상세 구성도이다.
도 11을 참조하면, 씨앗 광원(1100)은 광증폭기(1110)로써 도 3에 도시한 바와 같은 광섬유 광증폭기를 사용할 수 있으며, 광파장 필터(1130)와 광 순환기(1120) 사이에 대역 투과 필터(1140)와 이득 평탄화 필터(GFF)(1150)를 포함하여 구성할 수도 있다.
대역 투과 필터(1140)는 앞서 설명한 것과 같이 이득 평탄화 필터(GFF)(1150)와 광파장 필터(1130) 사이에서 스펙트럼 분할된 역방향 자발 방출광의 채널들을 특정 대역(또는 기설정된 대역)의 주파수만을 투과시켜 최종 출력되는 씨앗광의 채널수를 조절한다.
이득 평탄화 필터(GFF)(1150)는 광파장 필터(1130)와 광순환기(1120) 사이에서 스펙트럼 분할된 역방향 자발 방출광의 각 채널별 손실을 조절하여 씨앗 광원에서 출력되는 씨앗광의 채널별 신호들의 세기를 평탄화시킨다.
한편 도 11에서는 이득 평탄화 필터(GFF)(1150)와 대역 투과 필터(1140) 모두를 포함하는 씨앗 광원(1110)을 도시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 필요에 따라 이들 중 어느 하나만을 포함시켜 씨앗 광원을 구성할 수도 있다.
더 나아가 제2 광증폭기(1160)는 광증폭기(1110)에서 출력되는 스펙트럼 분할된 광 파워를 향상시키기 위한 것으로, 이 역시 시스템 구현 방식에 따라 선택적 으로 부가 할 수 있다.
도 11에 도시된 씨앗 광원(1100)의 동작을 설명하면, 우선 펌프광원(PL)(1112)에 의해 펌프광이 인입되면. 광섬유(1116)에서는 씨앗광 출력 방향(오른쪽)과 그 반대방향(왼쪽)으로 씨앗광, 즉 자발 방출광이 출력된다. 광증폭기(1110)에서 왼쪽 방향으로 출력된 자발 방출광은 광순환기(1120)로 입력되어 광파장 필터(1130)로 전달되고, 광파장 필터(1130)에서는 입력되는 자발 방출광을 주기적인 주파수 간격으로 투과시켜 스펙트럼 분할된 씨앗광을 출력한다.
이와 같이 스펙트럼 분할된 자발 방출광은 다시 대역투과 필터(1140)를 통해 원하는 대역폭의 스펙트럼 분할된 자발 방출광만을 투과시키고, 이득 평탄화 필터(GFF)(1150)를 거쳐 광순환기(1120)로 다시 입력된다. 광순환기(1120)로 입력된 스펙트럼 분할된 자발 방출광은 이후 광섬유(1116)로 입력되어 제2 광증폭기(1160)에서 광파워가 증폭되어 다시 씨앗광으로 전달된다.
상술한 바와 같이 광순환기(1120)를 채용한 씨앗 광원(1100) 역시 광섬유 광증폭기(1110)에서 발생한 역방향 자발 방출광이 스펙트럼 분할된 후 광순환기(1120)를 통해 재입사되어 씨앗광으로 제공된다.
따라서, 국사용 광장치(OLT) 내부의 광파장 다중화기를 통과할 때 발생하는 스펙트럼 분할에 따른 손실이 배제되어, 결과적으로 고밀도 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망(WDM-PON)의 국사용 광장치(OLT)를 효율적으로 운용할 수 있게 된다.
이상 설명한 본 발명의 실시예에 따른 다양한 구성의 씨앗 광원들의 출력 스 펙트럼을 종래 광대역 광원(BLS)의 출력 스펙트럼과 비교한 도면이 도 12에 도시되어 있다.
도 12는 종래의 고밀도 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망(WDM-PON)과 본 발명의 실시예에 따른 씨앗 광원을 포함하는 고밀도 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망(WDM-PON)의 출력 스펙트럼을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 씨앗 광원은 내부에서 자발 방출광을 스펙트럼 분할하고 각각의 스펙트럼 분할된 자발 방출광을 다시 증폭하는 구조이기 때문에, WDM-PON의 국사용 광장치(OLT) 내부에서 발생되는 스펙트럼 분할에 따른 손실이 배제될 수 있다.
따라서 본 발명의 일실시예에 따른 씨앗 광원은 도 12에 도시한 바와 같이 기존 광대역 광원(BLS)에 비해 월등한 출력 성능을 나타냄을 알 수 있다.
또한 본 발명의 일실시예에 따른 씨앗 광원은 이득 평탄화 필터를 채용하여 분할된 스펙트럼들 간의 파워를 균등하게 만들어 줄 수 있기 때문에, 필요 시 균등한 광파워를 가지는 스펙트럼 분할된 광을 파장 다중화된 상태로 얻을 수도 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스펙트럼 분할된 연속 광출력 특성을 가지는 씨앗 광원을 포함하는 WDM-PON 시스템의 구성도이다.
도 13에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 WDM-PON 시스템은 도2 내지 도 12을 통해 설명한 실시예들과 그 구성은 동일하되, 국사용 광장치(OLT)단과 가입자측 단말 장치의 수신부에 수신된 상향 광신호 또는 하향 광신호의 1 레벨과 0 레벨을 판단하여 전압 문턱값을 조절할 수 있는 장 치(DLA)(1343,1361)를 포함하도록 한 점에 차이가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 WDM-PON 시스템은 전압 문턱값을 변화하여 디시젼 임계값을 변화시키는 전압 문턱값 가변 기능을 갖는 광수신기를 적용함으로써, 하향 광신호의 소광비를 일정 레벨까지 증가시킬 수 있어, 하향 광신호 전송 품질을 개선할 수 있다.
또한, 반사형 반도체 광증폭기의 입력 광파워 동작 영역을 이득 포화 입력 광파워 레벨 이하로 낮출 수 있으므로, 링크 파워 버짓을 개선할 수 있다.
또한, 단일 광섬유 양방향 전송 시에 발생하는 역반사 관련 광강도 잡음에 의한 상 하향 전송 페널티를 개선할 수 있을 뿐 아니라 증가된 하향 광신호의 소광비로 인해 상향 광신호 전송 품질을 개선할 수 있다. 이와 더불어 씨앗 광으로 스펙트럼 슬라이싱된 어븀 첨가 광증폭기 기반의 광대역 광원 등을 이용할 경우 발생하는 상대적 광 강도 잡음의 증가로 인해 발생하는 상 하향 광신호의 전송 품질을 개선해 주는 효과도 있다.
도 14는 일반적인 광수신기에서의 수신 신호의 다이어그램을 도시한 것이다.
도 14를 참조하면, 종래 문제점으로 인해 발생되는 잡음 성분들은 주로 광신호의 "1" 레벨에 위치하는 특성을 갖는다. 하향 광신호(하향 광 파장 신호)의 재변조로 인하여 아이다이어그램 상에 존재하는 "1" 레벨의 두께가 "0" 레벨의 두께와 비교 시 상당히 두꺼워졌음을 육안으로 확인할 수 있다.
즉, 하향 광신호의 소광비가 반사형 반도체 광증폭기 자체 특성 중 하나인 이득 압축으로 인해 많이 줄어들어 보이기는 하지만, 일정량 이상은 잔존하게 된 다.
기존의 포토 다이오드와, 전치 증폭기, 및 후치 증폭기를 포함하는 광수신기를 적용할 경우, 대부분 디시젼 임계값은 "1" 레벨과 "0" 레벨의 크기의 평균에 해당하는 값으로 고정되고(도 14 의 11), 이는 가변이 불가능하기 때문에 "1" 레벨의 두께가 두꺼울 경우, 디지털 신호 복조 시 비트 오류율을 증가시키는 원인이 된다.
또한, 하향 광신호의 재변조 과정으로 인해 "1" 레벨의 두께가 두꺼워질 뿐 아니라 반사형 반도체 광증폭기(RSOA) 자체의 특성 중 하나인 느린 주파수 응답 특성에 기인하여 디지털 변조 신호의 상승 및 하강 시간의 늘어짐이 증가하게 된다. 이는 시스템상에서 타이밍 지터로 환산될 수 있으며 종래의 광수신기를 사용한 경우, 타이밍 지터가 광신호 전송 시 발생하는 파워 페널티의 가장 큰 원인 중 하나로 알려져 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광전송 특성이 향상된 파장 분할 다중화 방식 수동형 광가입자망(WDM-PON)에서는 디시젼 임계값 가변 기능을 갖는 광수신기를 적용함으로써, 하향 광신호(하향 광 파장 신호)를 재활용하는 반사형 반도체 광증폭기 기반의 파장 분할 다중화 수동형 광가입자망에서 하향 광신호의 소광비를 일정 레벨까지 증가시킬 수 있어, 하향 및 상향 광신호 전송 품질을 개선할 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 광수신기의 구성을 나타낸 도면이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광수신기는 포토 다이오드(1510), 전치 증폭부(1530), 후치 증폭부(1550) 및 오프셋 전압 발생부(1570)를 포함한다.
포토 다이오드(1510)는 입사되는 하향 광신호를 전류 형태의 전기적 신호로 변환하며, PIN 형 또는 어밸런치형을 모두 포함할 수 있다.
전치 증폭부(1530)는 포토 다이오드(1510)로부터 입력되는 전류 신호를 전압신호로 변환하고, 증폭하며, 예를 들어, 트랜스 임피던스 증폭기로 구성할 수 있다.
본 실시예에 있어서 전치 증폭부(1530)는 응용 분야에 따라 연속 모드 신호를 수신하는 응용 분야의 경우, 특정 주파수 대역 이하에서 연속 모드용 전치 증폭기로 구현될 수 있다. 또한 버스트 모드를 수신하는 응용 분야에서는 특정 주파수 대역 이하에서 버스트 모드용 전치 증폭기로 구현될 수도 있다.
구체적으로 후치 증폭부(1550)는 제1 후치 증폭부(1553)와 제2 후치 증폭부(1556)를 포함한다.
제1 후치 증폭부(1553)는 자동 이득 제어 기능이 내장된 후치 증폭기로 구현할 수 있으며, 광 수신기의 동적 입력 영역 내에서의 입력 광 파워에 따라 전치 증폭부(1530)에서 출력된 출력 전압이 항상 일정 레벨을 유지하도록 한다.
제2 후치 증폭부(1556)는 광수신기에게 입력되는 신호의 잡음 분포에 해당하는디시젼 임계값을 구성하기 위해, 상기 잡음 분포에 해당하는 적절한 DC 오프셋 전압 값이 입력되면, 출력 아이다이어그램상에 적절한 교차점을 가지며 디시젼 임계값을 제어하는 신호를 출력해주는 기능을 수행한다.
제2 후치 증폭부(1556)에게 제공되는 디시젼 임계값 제어를 위한 DC 오프셋 전압은 오프셋 전압 발생부(1570)로부터 입력 받는다. 본 실시예에 있어서, 제1 후 치 증폭부(1553) 및 제 2 후치 증폭부(1556)는 하나의 구성으로 구현되는 것도 가능하고, 물리적으로 별개 구성으로 구현되는 것도 가능하다.
오프셋 전압 발생부(1570)는 전원 안전성이 뛰어난 정전압원과 정전압원의 출력을 용도에 맞는 값으로 변화시켜 출력하기 위한 전압 분배부(회로)를 포함한다. 본 실시예에 있어서 전압 분배부(회로)의 부하 저항은 편의상 가변 저항으로 구현할 수 있다.
파장 재활용 방식에 따라 동일 파장 광신호의 재변조 과정에서 발생되는 비대칭적인 잡음 성분 및 동일 파장의 광신호를 단일 광섬유 양방향으로 전송하면서 발생되는 비대칭적인 잡음 성분들은 광신호의 "1" 레벨에 주로 분포한다. 이는 도 14를 참조하여 알 수 있다. 도 14에 도시된 모양의 광신호는 포토 다이오드(1510)로 입력되어 전기적 신호로 변환된다.
이때 전기적 신호로 변환되는 과정에서 광신호의 비대칭적 잡음 성분은 특별한 변화 및 왜곡 없이 대부분의 모양과 형태를 그대로 유지하면서, 전류 신호 형태의 전기적 신호로 변환된다. 이때 사용되는 포토 다이오드(1510)는 적용될 링크 자체의 파워 버짓 및 파장 재활용에 따른 광경로 페널티 등을 신중히 고려하여 그 종류가 결정될 수 있다.
구체적으로 예를 들어 전송 거리가 길고, 광경로 페널티가 클 경우에는 수신 감도 성능이 우수한 어밸런치형 포토 다이오드를 사용하는 것이 바람직하다. 여기서 어밸런치형 포토 다이오드는 높은 바이어스 구동 전압을 필요로 하므로 적절한 고바이어스 전압 발생부를 추가적으로 구현하는 것이 바람직하다. 또한 대부분의 어밸런치형 포토 다이오드의 경우 동작 온도에 따라 브레이크다운 전압이 변화하는 특성을 가지므로, 이를 보상하기 위해 바이어스 전압을 인가해줄 수 있는 온도 보상 회로를 필요로 한다.
또한, 예를 들어 링크 파워 버짓이 적은 단거리 전송을 위한 광 수신기를 설계할 경우에는, 경제적일 뿐 아니라 구현 회로가 단순해지므로 PIN 형 포토 다이오드를 사용하는 것이 바람직하다.
전치 증폭부(1530)는 포토 다이오드(1510)에서 광전 변환된 전기 신호를 디지털 통신 시스템에 적합한 수신 레벨 특성을 가질 수 있도록 전압이 변화되는 신호 포맷으로 바꾸어 준다. 본 실시예에 있어서 전치 증폭부(1530)는 전류 신호를 전압 신호로 바꾸는데 가장 널리 사용되는 트랜스 임피던스 증폭기로 구현될 수 있다.
또한 전치 증폭부(1530)는 가급적 자동 이득 제어 기능을 갖는 증폭기로 구현되는 것이 바람직하지만, 수신 감도 근처의 낮은 입력 광파워 레벨이 입력될 경우에는, 입력에 대한 출력 레벨이 대폭 줄어들거나, 입력 광파워 감소에 비례하게 출력 전압이 줄어드는 경향을 보인다.
즉, 전치 증폭부(1530)에 자동 이득 제어 기능이 구비되어 있다 하더라도, 전체 동적 입력 영역(total input dynamic range) 내에서 항상 일정한 출력 특성을 제공하지는 못한다는 한계가 있다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 광전송 특성이 향상된 파장 분할 다중화 방식 수동형 광가입자망에서 세 종류의 전치 증폭기에 대해 입력 광파워에 대한 출 력 전압 레벨의 변화 성능을 나타낸 그래프이다. 이때 세 종류의 전치 증폭기 모두 포토 다이오드로 어밸런치형을 사용하였다.
도 16을 참조하면, 대부분의 전치 증폭기는 입력 광 파워가 수신감도 근처로 줄어들 경우에 피크 투 피크 출력 전압 레벨이 급격히 감소함을 알 수 있다. 이 같은 상황에서 알 수 있듯, 자동 이득 제어가 가능한 전치 증폭기 만으로 일정한 전압 신호를 출력하기에는 무리가 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 이득 제어가 가능한 제 1 후치 증폭부(1553)를 통해 이러한 문제점을 해결할 수 있다.
도 17 내지 도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 광전송 특성이 향상된 파장 분할 다중화 방식 수동형 광가입자망에서 입력 광파워에 대한 출력 전압 레벨의 변화에 따른 디시젼 임계값 변경 내용을 나타낸 도면이다.
구체적으로 도 17은 입력 광파워에 대해 출력 전압 레벨이 변화하면서 디시젼 임계값이 임의의 값으로 고정될 경우에 발생되는 상황에 대해 도시하였다. 광수신기로 입력되는 입력 광파워 레벨이 40->42->44 순으로 줄어들수록 "1" 레벨에 포함된 잡음으로 인해 신호 판별 시 오류를 일으킬 가능성이 점차 증가함을 알 수 있다.
이 경우 도 18에 도시된 바와 같이 입력 광파워 레벨의 변화에 따라 디시젼 임계 레벨이 자동으로 변화되어야 함을 알 수 있다. 즉, 광파워 레벨이 52->54->56과 같이 점차 감소할 경우, 이 같이 줄어든 입력 신호의 정확한 수신을 위해서는 디시젼 임계값이 52(a)->54(a)->56(a)와 같이 점차 하향 조정되어야 함을 알 수 있다.
반면, 임의의 전치 증폭기를 사용하더라도 버퍼형 자동 이득 제어 기능이 구비된 제 1 후치 증폭부(1553)를 사용하게 될 경우 상술한 오류를 해결할 수 있다. 후치 증폭기는 일반적으로 전치 증폭기의 출력 신호를 디지털식 판별이 가능한 임의의 레벨로 선형 증폭한다. 이 기능과 더불어 자동 이득 제어된 출력 레벨을 후단의 제 2 후치 증폭부(1556)에 제공할 경우, 수신감도 근처에서도 완벽히 동일한 크기를 갖는 출력 신호 레벨을 제공할 수 있게 된다.
이에 따라 전술한 바와 같이 "1"레벨에 잔류하는 잡음 성분 크기가 크더라도 입력 광파워 레벨과는 무관하게 출력을 제공하므로, 도 17에 도시된 바와 같이 임의적으로 디시젼 임계값의 변화를 유도해야 할 필요는 없다. 즉, 고정된 디시젼 임계값을 적용하더라도 전체 광수신부의 동적 입력 영역 내에서 일관된 수신 감도 성능이 유지되도록 할 수 있다.
도 19는 수신 감도 성능이 유지되는 경우를 도시한 것으로, 62, 64, 66에서와 같이 입력 광파워가 줄어든다 하더라도 제 2 후치 증폭부(1556)로 입력되는 신호 레벨은 항상 일정한 값을 유지하기 때문에 디시젼 임계값을 입력 광파워에 따라 조정할 필요가 없다. 다만 기존의 디시젼 임계레벨보다는 약간 낮은 값의 디시젼 임계값을 가질 경우에, 더 나은 아이 오프닝을 얻을 수 있고, 이로 인해 향상된 광수신 성능을 확보할 수 있다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 후치 증폭부(1556)의 오프셋 입력 전압 값에 대한 출력 아이다이어그램을 나타낸 도면이다.
본 실시예에 있어서 제 2 후치 증폭부(1556)는 디시젼 임계값 제어가 가능한 제한 증폭기로 구현될 수 있다. 제한 증폭기의 DC오프셋 입력 단자에 특정 전압 레벨을 인가하는 경우에는, 출력 아이다이어그램 상에서의 교차점 변화가 가능하다. 이 교차점의 변화는 디시젼 임계값 변화를 직접적으로 반영한 결과로 볼 수 있다. 이 같은 디시젼 임계값 변화를 통해 광신호의 수신 특성 향상을 유도할 수 있다.
도 20a는 제 2 후치 증폭부(1556)의 DC 오프셋 입력 단자에 임의의 전압 레벨을 인가하여, 제 2 후치 증폭부(1556)의 출력 아이다이어그램 상의 교차점을 "0" 레벨과 크기 면에서 20% 정도 위치에 만들어준 결과를 도시한 것이다. 이 경우에 클럭 데이터 복구 블럭에서의 디시젼 임계값은 아이다이어그램 상의 20% 교차점이 된다.
도 20b는 제 2 후치 증폭부(1556)의 DC 오프셋 입력 단자에 다른 임의의 전압값 인가를 통해 제 2 후치 증폭부(1556)의 출력 아이다이어그램 상의 교차점을 50% 정도 위치에 만들어 준 결과이다. 이 같은 특성은 디시젼 임계값의 가변 기능이 없는 종래 광통신 시스템에 적용된 광 수신기가 일반적으로 구비하고 있는 특성이라고 볼 수 있다. 이 경우에 대한 디시젼 임계값은 상술한 경우와 마찬가지로 아이다이어그램 상의 50% 교차점이 된다.
도 20c는 제 2 후치 증폭부(1556)의 디시젼 임계값 가변을 통해 출력 아이다이어그램상의 교차점을 80% 로 만든 결과이다. 이 같은 출력 아이다이어그램은 본 발명의 적용 분야와 유사하게 "1" 레벨에 포함된 잡음이 "0" 레벨에 포함된 잡음과 비교해 더 많을 경우에, 임의적으로 디시젼 임계 레벨을 "0" 레벨 근처로 감소시켜 사용하는 경우에 해당하며, 출력 아이다이어그램상에서는 교차점이 "1"레벨 근처로 올라가는 것처럼 보이는 것이 특징이다.
반면, 도 20a경우와 같이 "0" 레벨에 포함되는 잡음이 "1" 레벨에 포함되는 잡음보다 많을 경우에는 임의로 디시젼 임계 레벨을 위로 올려 사용하는 경우이다. 이경우 출력 아이다이어그램에서는 교차점이 마치 "0"레벨 근처로 내려가는 것처럼 보인다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 오프셋 전압 발생부(1570)의 구성을 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이 오프셋 전압 발생부는 DC 오프셋 전압을 생성하기 위한 정전압을 제공하는 정전압원(2110)과 전압 분배부(2130)를 포함한다. 오프셋 전압 발생부의 전압 분배부(2130)는 적어도 하나의 저항(R1 및/또는 R2)을 포함하고, 저항(R1 및/또는 R2)의 크기에 따라 정전압원(2110)으로부터 출력되는 정전압 일부를 제어하여 출력하며, 이때 출력 전압을 가변적으로 제어하기 위해 R2는 가변저항으로 구현하는 것이 바람직하다.
도 22 내지 도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 수신기(Rx)에서의 전송 시험 성능 결과에 대한 그래프이다.
구체적으로 도 22는 하향 광신호(하향 광 파장 신호)의 소광비를 고정시킨 경우의 수신 신호 특성 그래프이다.
도 22의 (a)는 하향 광신호(하향 광 파장 신호)의 소광비를 6dB로 고정한 후 가입자 단말에 위치하는 반사형 반도체 광증폭기 기반의 광 송신기로 입사되는 광 파워를 변화시켜가며 종래 광수신기를 사용하여 측정한 상향 광신호(상향 광 파장 신호)에 대한 전송 시험 결과이다. 입력 광파워가 줄어들수록 이득 압착이 부족하여 하향 광신호의 잔류 소광비 성분이 더 증가하여 상향 전송 특성이 나빠지는 것을 알 수 있다.
입력 광파워가 -16dBm일 경우와 비교하여 입력 광파워를 -24dBm까지 감소시킬 경우 최대 8.5dB에 이르는 광파워 페널티를 확인할 수 있다.
반면, 도 22의 (b)는 본 발명에 따른 광 수신기를 적용한 것으로, 광 파워 패널티를 3.5dB로 줄일 수 있어 약 5dB 정도의 개선을 확인할 수 있다.
도 23은 광 송신기로 입사되는 광파워 크기를 고정시킨 경우의 수신 신호 특성 그래프이다. 구체적으로 가입자 단말에 위치하는 반사형 반도체 광증폭기 기반의 광 송신기로 입사되는 광파워를 -15dB로 고정한 후, 하향 광신호의 소광비를 6~10dB까지 변화시킨 경우의 그래프이다.
도 23의 (a)는 종래 광수신기를 사용하여 측정한 결과이고, 하향 광신호의 소광비가 8dB)에 이르더라도 에러 플로어가 발생하여 전송이 불가함을 볼 수 있다. 이와 유사하게 하향 광신호의 소광비가 점차 증가할수록 이득 압착이 충분하지 않아, 하향 광신호의 잔류 소광비 성분이 더 증가하여 상향 전송 특성이 나빠지는 것을 알 수 있다.
반면 도 23의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 수신기에서의 측정 결과를 도시한 것으로, 최대 하향 소광비가 9dB에 이르더라도 약 2dB의 파워 페널티를 갖고 양호한 전송 특성이 유지됨을 확인할 수 있다.
즉, 도 22 및 도 23에 도시된 그래프를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 광수신기를 사용할 경우 하향 광신호의 소광비를 일정 수준 이상으로 증가시키더라도 상향 광신호의 전송이 가능하다는 것을 확인할 수 있다. 또한 하향 광신호를 재변조하여 상향 광신호로 전송시에 일정 수준 이상의 전송 페널티를 획기적으로 감소시키는 것이 가능하다. 또한, 가입자 단말로 입력되는 하향 광신호의 크기가 일정 수준 이하로 떨어지더라도 전송이 가능하다는 것을 확인할 수 있다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 광수신기 적용으로 인해 역반사 잡음에 의한 전송 페널티의 개선 결과를 도시한 것이다.
구체적으로 양방향 전송시 반사 및 레일리 역산란에 의해 발생하는 광파워 페널티 개선에 따른 전송 시험 성능 결과를 도시한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광수신기를, 하향 광신호를 재활용하는 반사형 반도체 광증폭기 기반의 수동형 광가입자 망의 상향 광신호 수신부에서 사용하는 경우에, 단일 광섬유 양방향 전송시 반사 및 레일리 역산란에 의해 발생되는 비트 강도 잡음에 의한 광파워 페널티를 개선해주는 전송 시험 성능 결과를 도시한 것이다.
역반사가 존재할 경우에 본 발명의 일 실시예에 따른 광수신기를 사용할 경우의 반사 양에 관계없이 이 수신 감도 특성을 갖는 것으로 보이나, 역반사가 존재할 경우 종래 기술에 따른 일반 광수신기의 경우에는 에어 플로어가 양산되고 더불어 반사가 없을 경우에도 본 발명에 따른 종래 광 수신기와 비교하여 약 5dB에 이르는 광파워 페널티를 가짐을 확인할 수 있다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 광전송 특성이 향상된 파장 분할 다중화 방식 수동형 광가입자망에서 가입자측 단말장치의 블록도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 가입자측 단말장치는 전술한 2510,2530,2550, 및 2570을 포함하는 광수신기(Rx)와 신호 처리부(2590)를 포함한다.
신호 처리부(2590)는 광수신기로부터 디시젼 임계값이 제어된 출력 신호를 분석하여, 필요한 처리를 수행한다. 예를 들어 복원된 신호를 다른 가입자측 단말장치로 전달하거나, 광망 종단장치로 전달하기 위해 하향 링크를 생성하는 처리를 수행할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면 보다 정확한 수신 신호의 복원이 가능하여, 광통신망에서의 신호 처리의 신뢰성을 더 향상시킬 수 있다.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 광수신기(Rx)에서의 수신 신호 복원 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 26을 참조하면, 광수신기의 포토 다이오드는 반사형 반도체 증폭기(RSOA)로부터 수신한 광신호를 전류 형태의 전기적 신호로 변환하고(2601), 전류 형태의 전기적 신호를 선형적으로 증폭시켜 전압 신호로 변환한다(2603). 이 후 변환된 전압 신호를 미리 설정된 일정한 출력 전압 레벨을 갖는 신호로 증폭한다(2605). 그 후 증폭된 출력 신호의 디시젼 임계값을 제어하는데, 이를 위해 우선 사용자로부터 설정 데이터를 입력 받고(2607), 입력 받은 설정 데이터에 기초하여 디시젼 임계값을 제어하기 위한 오프셋 전압을 생성하여 광수신기에게 제공한다(2609). 제공된 오프셋 전압을 이용하여 디시젼 임계값이 제어된 수신 신호를 복원한 다(2611). 이에 따라 보다 정확한 수신신호의 복원이 가능하다.
본 실시예에 있어서는, 정전압원으로부터 공급되는 정전압을 전압 분배하는 전압 분배 회로에 포함되는 가변 저항을 가변시킴으로써 오프셋 전압을 제공할 수 있다.
도 27은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광전송 특성이 향상된 파장 분할 다중화 방식 수동형 광가입자망에서 반사형 반도체 광증폭기(RSOA)로 입력되는 광신호, 반사형 반도체 광증폭기(RSOA)에서 출력되는 광신호, 및 제1 파장 다중화 장치의 투과 대역폭 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 27을 참고하면, 반사형 반도체 광증폭기(RSOA)의 출력 광신호의 대역폭보다 제1 파장 다중화 장치의 투과 대역폭이 넓으므로 광신호가 제1 파장 다중화 장치를 통과하더라도 신호의 광특성에 변화가 없게 된다.
결론적으로, 본 발명의 실시예에 따른 파장 분할 다중화 방식 수동형 광가입자망(WDM-PON)은 스펙트럼 분할된 상태의 씨앗광을 사용하게 됨으로써, 통신 링크 상에 위치한 파장 분할 다중화 방식 수동형 광가입자망(WDM-PON)의 국사용 광장치(OLT) 내부의 광파장 다중화기를 통과할 때 발생하는 스펙트럼 분할에 따른 손실이 거의 배제할 수 있다. 또한 반사형 반도체 광증폭기(RSOA)에서 발생하는 비선형 광증폭 현상에 의해 광신호의 출력 스펙트럼이 왜곡되더라도, 광파장 다중화기의 투과 대역 내에 광신호가 존재하므로 data frequency 성분들의 손실이 없어 효과적으로 신호를 전송할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 디시젼 임계값 가변 기능을 갖는 광수신기를 적용함으로써, 하향 광신호의 소광비를 일정 레벨까지 증가시킬 수 있어, 하향 광신호 전송 품질을 개선할 수 있다. 또한, 반사형 반도체 광증폭기의 입력 광파워 동작영역을 이득 포화 입력 광파워 레벨 이하로 낮출 수 있으므로, 링크 파워 버짓을 개선할 수 있다.
또한, 단일 광섬유 양방향 전송 시에 발생하는 역반사 관련 광강도 잡음에 의한 상 하향 전송 페널티를 개선할 수 있을 뿐 아니라 증가된 하향 광신호의 소광비로 인해 상향 광신호 전송 품질을 개선할 수 있다. 이와 더불어 씨앗 광으로 스펙트럼 슬라이싱된 어븀 첨가 광증폭기 기반의 광대역 광원 등을 이용할 경우 발생하는 상대적 광 강도 잡음의 증가로 인해 발생하는 상 하향 광신호의 전송 품질을 개선해 주는 효과도 있다.
한편, 전술한 수신 신호 복원 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성 가능하다. 또한, 상기 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 정보저장매체(computer readable media)에 저장되고, 컴퓨터에 의해 읽혀지고 실행됨으로써 구현될 수 있다. 상기 저장매체는 자기 기록매체, 광 기록 매체 등을 포함한다.
본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 파장 분할 다중화 방식 수동형 광가입자망(WDM-PON)에서의 스펙트럼 특성을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 스펙트럼 분할된 연속 광출력 특성을 가지는 씨앗 광원(100)을 포함하는 WDM-PON 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 씨앗 광원의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 씨앗 광원의 광증폭기(310)를 광섬유 광증폭기(410)로 구성한 도면이다.
도 5는 광파장 필터(430)의 일 예인 파브리-페롯 간섭계의 투과 특성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 씨앗 광원(600)을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 씨앗 광원(700)을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7의 대역 투과 필터(790)의 특성을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 씨앗 광원(900)을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 씨앗 광원(1000)을 나타낸 도면이다.
도 11은 도 10에 도시한 씨앗 광원의 상세 구성도이다.
도 12는 종래의 수동형 광가입자망(WDM-PON)과 본 발명의 실시예에 따른 수동형 광가입자망(WDM-PON)의 출력 스펙트럼을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스펙트럼 분할된 연속 광출력 특성을 가지는 씨앗 광원을 포함하는 WDM-PON 시스템의 구성도이다.
도 14는 일반적인 광수신기에서의 수신 신호의 다이어그램을 도시한 것이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 광수신기의 구성을 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 광전송 특성이 향상된 파장 분할 다중화 방식 수동형 광가입자망에서 세 종류의 전치 증폭기에 대해 입력 광파워에 대한 출력 전압 레벨의 변화 성능을 나타낸 그래프이다.
도 17 내지 도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 광전송 특성이 향상된 파장 분할 다중화 방식 수동형 광가입자망에서 입력 광파워에 대한 출력 전압 레벨의 변화에 따른 디시젼 임계값 변경 내용을 나타낸 도면이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 후치 증폭부(1556)의 오프셋 입력 전압 값에 대한 출력 아이다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 오프셋 전압 발생부(1570)의 구성을 도시한 도면이다.
도 22 내지 도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 수신기(Rx)에서의 전송 시험 성능 결과에 대한 그래프이다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 광수신기 적용으로 인해 역반사 잡음에 의한 전송 페널티의 개선 결과를 도시한 것이다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 광전송 특성이 향상된 파장 분할 다중화 방식 수동형 광가입자망에서 가입자측 단말장치의 블록도이다.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 광수신기(Rx)에서의 수신 신호 복원 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 27은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광전송 특성이 향상된 파장 분할 다중화 방식 수동형 광가입자망에서 반사형 반도체 광증폭기(RSOA)로 입력되는 광신호, 반사형 반도체 광증폭기(RSOA)에서 출력되는 광신호, 및 제1 파장 다중화 장치의 투과 대역폭 스펙트럼을 나타낸 도면이다.

Claims (20)

  1. 씨앗 광원으로부터 수신한 씨앗광을 파장 역다중화 하는 제1 파장 다중화 장치; 및
    적어도 하나의 가입자측 단말 장치에서 생성된 상향 광신호를 수신하고, 상기 상향 광신호를 파장 역다중화 하는 제2 파장 다중화 장치
    를 포함하고,
    상기 제2 파장 다중화 장치는
    적어도 하나의 광수신기(Rx)와 연결되고,
    상기 적어도 하나의 광수신기(Rx)는
    상기 제2 파장 다중화 장치로부터 수신한 상기 파장 역다중화된 상향 광신호의 레벨을 판단하여 전압 문턱값을 조절하는 장치(DLA)를 포함하는 국사용 광장치(OLT).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파장 역다중화된 씨앗광을 증폭 및 변조하여 하향 광신호를 생성하는 적어도 하나의 반사형 반도체 증폭기(RSOA) 또는 적어도 하나의 파브리 페롯 레이어 다이오드를 더 포함하고,
    상기 제1 파장 다중화 장치는 상기 적어도 하나의 반사형 반도체 증폭기 또는 상기 적어도 하나의 파브리 페롯 레이어 다이오드로부터 수신한 상기 하향 광신호를 상기 적어도 하나의 가입자측 단말 장치로 전송하는 국사용 광장치(OLT).
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 파장 다중화 장치는,
    상기 씨앗광의 광대역폭 보다 넓고 평탄한 투과 대역폭을 갖는 국사용 광장치(OLT).
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 씨앗 광원은
    자발 방출광을 증폭하여 씨앗광으로 출력하는 광증폭기를 포함하고, 상기 씨앗광의 역방향으로 출력되는 역방향 자발 방출광을 상기 광증폭기로 재입사시켜 증폭시키는 국사용 광장치(OLT).
  7. 제6항에 있어서,
    상기 역방향 자발 방출광을 입력 받아 주기적인 주파수 간격으로 투과시켜 스펙트럼 분할시키는 광파장 필터
    를 더 포함하는 국사용 광장치(OLT).
  8. 제7항에 있어서,
    상기 스펙트럼 분할된 자발 방출광을 반사시켜 상기 광파장 필터로 재입사시키는 반사 거울
    을 더 포함하는 국사용 광장치(OLT).
  9. 제7항에 있어서,
    상기 광증폭기와 상기 광파장 필터 사이에 위치하여 상기 광증폭기로부터 출력되는 상기 자발 방출광을 상기 광파장 필터로 순환시키고,
    상기 광파장 필터를 통해 스펙트럼 분할된 상기 자발 방출광을 상기 광증폭기로 재인입시키는 광순환 소자
    를 더 포함하는 국사용 광장치(OLT).
  10. 제7항에 있어서,
    상기 광증폭기는,
    이득 매질인 광섬유;
    상기 광섬유에 외부광을 주입하여 캐리어를 생성시키기 위한 펌프광을 발생시키는 펌프 광원; 및
    상기 펌프광을 상기 광섬유에 입사시키는 광파장 결합기
    를 포함하는 국사용 광장치(OLT).
  11. 제7항에 있어서, 상기 광파장 필터는,
    상기 씨앗광의 출력 특성에 따라 상기 스펙트럼의 간격 및 폭을 조절할 수 있는 국사용 광장치(OLT).
  12. 제7항에 있어서,
    상기 광증폭기에서 출력되는 상기 씨앗광을 재증폭 하는 제2 광증폭기
    를 더 포함하는 국사용 광장치(OLT).
  13. 제7항에 있어서,
    상기 스펙트럼 분할된 역방향 자발 방출광의 각 채널별 손실을 조절하여 상기 씨앗 광원에서 출력되는 상기 씨앗광의 채널별 세기를 평탄화시키는 이득 평탄화 필터(GFF)
    를 더 포함하는 국사용 광장치(OLT).
  14. 제7항에 있어서,
    상기 스펙트럼 분할된 역방향 자발 방출광 중 기설정된 대역의 주파수만을 투과시켜 상기 씨앗광의 채널 수를 조절하는 대역 투과 필터
    를 더 포함하는 국사용 광장치(OLT).
  15. 파장 다중화 장치에서 파장 다중화된 하향 광신호를 미리 설정된 비율로 분배하는 광세기 분배기;
    상기 분배된 하향 광신호를 수신하는 광수신기(Rx); 및
    상기 분배된 하향 광신호를 수신하고, 증폭 및 변조하여 상향 광신호로 생성하는 반사형 반도체 증폭기(RSOA)
    를 포함하고,
    상기 광수신기는,
    상기 분배된 하향 광신호의 레벨을 판단하여 전압 문턱값을 조절하는 장치(DLA)
    를 포함하는 가입자측 단말 장치.
  16. 삭제
  17. 제15항에 있어서,
    상기 광수신기는,
    상기 하향 광신호를 전류 형태의 전기적 신호로 변환하는 포토 다이오드;
    상기 전기적 신호를 전압 신호로 변환하고, 증폭하는 전치 증폭부;
    상기 전치 증폭부의 출력 전압이 미리 설정된 레벨을 유지하도록 하는 제1 후치 증폭부;
    상기 광수신기에게 입력되는 신호의 잡음 분포에 해당하는 DC 오프셋 전압 값을 입력 받아 디시젼 임계값을 제어하는 제2 후치 증폭부; 및
    상기 제2 후치 증폭부에게 상기 디시젼 임계값 제어를 위한 DC 오프셋 전압을 제공하는 오프셋 전압 발생부
    를 포함하는 가입자측 단말 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 오프셋 전압 발생부는,
    정전압을 제공하는 정전압원; 및
    적어도 하나의 저항을 포함하고, 상기 적어도 하나의 저항의 크기에 따라 상기 정전압의 일부를 제어하여 출력하는 전압 분배부
    를 포함하는 가입자측 단말 장치.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 디시젼 임계값이 제어된 출력 신호를 분석하여 처리하는 신호 처리부
    를 더 포함하는 가입자측 단말 장치.
  20. 반사형 반도체 증폭기(RSOA)로부터 수신한 광신호를 전류 형태의 전기적 신호로 변환하는 단계;
    상기 전기적 신호를 선형적으로 증폭시켜 전압 신호로 변환하는 단계;
    상기 전압 신호를 미리 설정된 레벨을 갖는 출력 신호로 증폭하는 단계;
    상기 증폭된 출력 신호의 디시젼 임계값을 제어하는 단계; 및
    상기 디시젼 임계값이 제어된 수신 신호를 복원하는 단계
    를 포함하는 광전송 특성이 향상된 광가입자망에서의 광수신기 제어 방법.
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