KR20070084966A - 발광다이오드를 이용한 파장분할 다중화 방식 수동형광가입자망 시스템 및 이를 위한 광송수신기 - Google Patents

발광다이오드를 이용한 파장분할 다중화 방식 수동형광가입자망 시스템 및 이를 위한 광송수신기 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의하면, 중앙기지국(CO)과 N개의 광 네트워크 터미널(ONT) 간에 광섬유를 매체로 하여 양방향 광전송 서비스를 제공하는 수동형 광가입자망(PON)의 시스템에 있어서, 상기 광 네트워크 터미널(ONT) 방향으로 하향 광신호를 출력하는 발광다이오드를 구비한 송신부와, 상기 광 네트워크 터미널(ONT)로부터 상향 광신호를 수신하는 수신부를 구비한 N개의 광송수신기; 및 상기 N개의 광송수신기에 대하여 광신호를 파장분할 다중화 혹은 역다중화 하는 다중화/역다중화 수단;을 포함하는 중앙기지국 장치와, 상기 중앙기지국(C0) 방향으로 상향 광신호를 출력하는 발광다이오드를 구비한 송신부와, 상기 중앙기지국(C0)으로부터 하향 광신호를 수신하는 수신부를 구비한 광송수신기;를 포함하는 광 네트워크 터미널 장치와, 상기 중앙기지국 장치와 상기 N개의 광 네트워크 터미널 장치 사이에 개재되고, 상기 N개의 광 네트워크 터미널 장치에 대하여 광신호를 파장분할 다중화 혹은 역다중화 하는 다중화/역다중화 수단;을 포함하는 지역기지국 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장분할 다중화 방식 수동형 광가입자망 시스템이 개시된다.
파장분할 다중화, 수동형 광가입자망 시스템, 발광다이오드, AWG, ROSA, EDF

Description

발광다이오드를 이용한 파장분할 다중화 방식 수동형 광가입자망 시스템 및 이를 위한 광송수신기{WDM-PON system using light emitting diode and optical transceiver for the same}
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래기술에 따른 파장분할 다중화 방식 수동형 광가입자망 시스템(WDM-PON)의 구성도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 WDM-PON의 구성도.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 양방향 반도체 광증폭기를 구비한 WDM-PON의 구성도.
도 6 및 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 펌프 레이저를 구비한 WDM-PON의 구성도.
도 8은 도 7에서 EDF 모듈의 세부 구성도.
도 9는 본 발명의 적용예를 도시하는 구성도.
<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>
100...중앙기지국 장치 101,301...광송수신기
102...송신부 105...수신부
108...결합기 109...광증폭기
110,201...다중화/역다중화 수단 111...반도체 광증폭기
120...펌프 레이저 150...광섬유
200...지역기지국 장치 210...EDF 모듈
300...광 네트워크 터미널
본 발명은 파장분할 다중화 방식 수동형 광가입자망(WDM-PON) 시스템 및 이를 위한 광송수신기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광원으로 사용되는 발광다이오드(LED)의 작은 광전력을 보상하고 시스템 구축비용을 절감할 수 있는 구조를 가진 수동형 광가입자망 시스템 및 이를 위한 광송수신기에 관한 것이다.
최근 초고속 인터넷이나, 각종 멀티미디어 데이터 서비스의 이용이 활성화됨에 따라 대용량의 정보를 신속하게 전달할 수 있는 수동형 광가입자망(Passive Optical Network; PON)에 대한 관심이 고조되고 있다.
PON은 수동 소자의 특성상 망의 관리 및 유지 보수 측면에서 유리하며, 다수의 가입자가 광섬유를 공유하여 사용할 수 있으므로 경제성이 높은 장점이 있다. 특히, 파장분할 다중화 방식 수동형 광가입자망(Wavelength Division Multiplexed Passive Optical Network; WDM-PON)은 각 가입자마다 서로 다른 파장을 할당하고, 각 광신호들을 다중화하여 전송함으로써 대용량 초고속 서비스를 제공할 뿐만 아니라, 보안성 및 확장성이 뛰어나고 서비스 종류의 제한이 없는 장점을 지닌다.
이러한 다양한 장점에도 불구하고 WDM-PON은 가입자마다 다른 파장의 고가의 광원을 제공해야 하고, 온도 및 파장 제어를 수행해야 하므로 가격경쟁력 면에서 시장진입에 어려움을 겪고 있다. 따라서, 실질적으로 WDM-PON을 상용화하기 위해서는 직접변조가 가능하며, 가입자마다 파장특성이 동일 또는 유사한 광원을 사용하여 광원의 가격을 낮추고, 망의 구조를 단순화시키는 것이 바람직하다.
상기 문제점을 고려하여 제안된 기술로서, 대한민국 특허등록 제473520호에는 외부 비간섭성 광원을 주입한 파장 고정된 페브리-페롯 레이저(Fabry Perot laser)를 이용한 WDM-PON 구조가 개시되어 있다. 그러나, 이 특허의 경우 광대역 고출력의 자연방출광을 생성하기 위하여 고가의 어븀 첨가 광증폭기(Erbium Doped Fiber Amplifier; EDFA)를 사용해야 하는 취약점이 있다.
관련 기술로서, 미국특허 제5,574,584호에는 넓은 파장 대역폭을 가지는 발광다이오드(Light emitting diode; LED)를 이용한 WDM-PON이 개시되어 있으며, 도파로형 회절격자(Arrayed Waveguide Grating; AWG)의 주기적인 특성을 이용하여 가입자당 속도를 최대 622Mbps급으로 개선시킨 기술이 발표된 바가 있다(K.H.Han etc, IEEE photon. technol. Lett., vol. 16, Oct. 2004).
한편, 도 1에는 LED 광원을 사용하는 종래의 WDM-PON 구조가 도시되어 있다. 도면에 나타난 바와 같이, 종래의 WDM-PON은 중앙기지국(Central Office; CO)(10) 내 N채널의 데이터들은 LED11 ~ LED1N의 N개 LED(11)를 거쳐 광전변환되고, 각 신호는 AWG(12)에 의해 파장분할 다중화 된 후 광순환기(Circulator)(13)와 광섬유(Fiber)(25)를 통해 지역기지국(Remote Node; RN)(20)으로 전달된다.
RN(20) 내에는 하향 신호를 파장분할 역다중화 하고, 반대로 상향 신호를 파장분할 다중화하는 AWG가 위치한다. 여기서, 역다중화된 하향 신호는 서로 다른 파장으로 각각의 광 네트워크 터미널(Optical Network Terminal; ONT)(30)에 전달된 후 광순환기(31)를 거쳐 수신부(33)에 입력된다. 역으로 각 ONT(30)에서 발생된 상향 데이터 신호들은 LED(11)에 의해 광전변환된 후, RN(20)의 AWG에 의해 파장분할 다중화되어 광섬유(25)를 통해 상향 전송되고, 광순환기(13)를 지나 CO(10)내의 또 다른 AWG(14)에 의해 파장분할 역다중화된 후 수신부(15)에 입력된다.
WDM-PON에 있어서, 광섬유(25)는 장거리 전송매질로서 사용되며, 광순환기(13,31)는 상향 신호와 하향 신호를 분리해 주기 위해 사용된다.
LED(11)는 N개의 채널에 해당하는 모든 파장 대역에서 자연방출광을 내보내므로 가입자마다 동일 또는 유사한 광원을 제공할 수 있는 장점이 있고, 각 ONT마다 다른 파장의 광원을 제공하는 경우에 비해 재고 문제(Inventory problem)를 완화할 수 있다.
또한, AWG(12,14)는 N채널이 포함된 넓은 대역의 광신호에 대하여 각 포트별로 고유의 파장만을 스펙트럼 분할하여 전송함으로써 각 ONT마다 고유의 파장이 자동 선택될 수 있도록 한다.
그런데, 상기와 같은 종래의 WDM-PON은, LED가 레이저 등 다른 광원에 비해 광전력이 낮은 관계로 광섬유로 입사되는 최대 광전력이 너무 작은 취약점이 있다.
또한, LED의 파장이 AWG에 의해 스펙트럼 분할되면서 AWG의 통과대역에 해당하는 광전력 만이 각 ONT에 전달되므로, 이때 15dB 이상의 스펙트럼 분할 손실이 발생하는 문제가 있다.
한편, 상향 신호와 하향 신호를 분리하기 위하여 사용되는 광순환기나, AWG가 매우 고가의 부품이므로 경제적으로 WDM-PON을 구성하기 위해서는 광순환기나 AWG의 수를 줄이기 위한 방안이 모색되어야 한다.
본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 창안된 것으로서, 파장분할 다중화 방식 수동형 광가입자망(WDM-PON)의 중앙기지국(CO)과 광 네트워크 터미널(ONT)에 실질적으로 상호 동일한 구조의 광송수신기를 구비하여 시스템 구성을 간소화하고, 파장분할 다중화 방식의 양방향 전송을 위한 파장특성을 가입자마다 동일 또는 유사하게 제공하게 되는 수동형 광가입자망 시스템 및 그 광송수신기를 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 파장분할 다중화 방식 수동형 광가입자망의 광원으로 사용되는 발광다이오드의 광전력을 증폭하는 구조를 가진 수동형 광가입자망 시스템 및 그 광송수신기를 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명에 따른 파장분할 다중화 방식 수동형 광가입자망 시스템은, 중앙기 지국(CO)과 N개의 광 네트워크 터미널(ONT) 간에 광섬유를 매체로 하여 양방향 광전송 서비스를 제공하는 시스템으로서, 상기 광 네트워크 터미널(ONT) 방향으로 하향 광신호를 출력하는 발광다이오드를 구비한 송신부와, 상기 광 네트워크 터미널(ONT)로부터 상향 광신호를 수신하는 수신부를 구비한 N개의 광송수신기; 및 상기 N개의 광송수신기에 대하여 광신호를 파장분할 다중화 혹은 역다중화 하는 다중화/역다중화 수단;을 포함하는 중앙기지국 장치와, 상기 중앙기지국(C0) 방향으로 상향 광신호를 출력하는 발광다이오드를 구비한 송신부와, 상기 중앙기지국(C0)으로부터 하향 광신호를 수신하는 수신부를 구비한 광송수신기;를 포함하는 광 네트워크 터미널 장치와, 상기 중앙기지국 장치와 상기 N개의 광 네트워크 터미널 장치 사이에 개재되고, 상기 N개의 광 네트워크 터미널 장치에 대하여 광신호를 파장분할 다중화 혹은 역다중화 하는 다중화/역다중화 수단;을 포함하는 지역기지국 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 중앙기지국 장치와 상기 광 네트워크 터미널 장치의 다중화/역다중화 수단은 AWG 소자인 것이 바람직하다.
상기 중앙기지국 장치와 상기 광 네트워크 터미널 장치의 광송수신기에 구비된 수신부에는 ROSA가 포함되는 것이 바람직하다. 또한, 광송수신기에는 상기 송신부와 수신부를 결합하는 결합기;가 더 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 발광다이오드의 광신호를 증폭하도록 소정의 광링크에 광증폭기가 개재된 파장분할 다중화 방식 수동형 광가입자망 시스템이 제공된다.
상기 광증폭기가 설치되는 광링크로는, 상기 중앙기지국 장치의 각 광송수신기와 다중화/역다중화 수단 사이의 광섬유가 해당될 수 있으며, 상기 중앙기지국 장치와 광 네트워크 터미널 장치 사이의 광섬유도 해당될 수 있다.
광증폭기가 설치되는 광링크가 상기 중앙기지국 장치와 광 네트워크 터미널 장치 사이의 광섬유인 경우, 광증폭기로는 양방향 반도체 광증폭기가 채용되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 광증폭기는 중앙기지국 장치에 설치되는 것이 바람직하다.
대안으로, 상기 광증폭기로는 반도체 광증폭기(SOA) 또는 선형 광증폭기(LOA)가 채용될 수 있다.
상기 광증폭기는 하향 신호용과 상향 신호용 두 개가 구비되어 상호 병렬연결될 수 있다.
상기 하향 신호용 광증폭기와 상향 신호용 광증폭기를 상호 병렬연결시키는 광링크의 두 노드에는 광순환기가 설치될 수 있다.
상기 하향 신호용 광증폭기와 상향 신호용 광증폭기의 파장대역은 상이하게 구성될 수 있다. 이 경우에는 상기 하향 신호용 광증폭기와 상향 신호용 광증폭기의 출력단에 설치되는 아이솔레이터; 및 상기 하향 신호용 광증폭기와 상향 신호용 광증폭기를 상호 병렬연결시키는 광링크의 두 노드에 설치되어 상/하향 신호를 분리하는 WDM 커플러;가 더 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 중앙기지국 장치와 광 네트워크 터미널 장치 사이의 광섬유에 개재되도록 상기 중앙기지국 장치에 설치되는 WDM 커 플러; 및 상기 WDM 커플러에 연결되어 상기 광섬유 내로 레이저광을 입사시켜 유도 라만 산란에 의한 광신호 증폭을 유도하는 펌프 레이저;를 더 포함하는 파장분할 다중화 방식 수동형 광가입자망 시스템이 제공된다.
부가적으로 본 발명에는 상기 중앙기지국 장치와 광 네트워크 터미널 장치 사이의 광섬유에 개재되도록 상기 지역기지국 장치에 설치되는 EDF 모듈;이 더 포함될 수 있다.
상기 EDF 모듈은, 상호 병렬연결된 하향 증폭용 EDF 및 상향 증폭용 EDF; 상기 하향 증폭용 EDF와 상향 증폭용 EDF를 상호 병렬연결시키는 광링크의 두 노드에 설치되어 광신호의 방향을 결정하는 하향용 광순환기 및 상향용 광순환기; 상기 하향용 광순환기 전단에 설치되어 펌프 레이저광과 신호대역 광을 분리 혹은 결합시키는 제1 WDM 커플러; 상기 하향 증폭용 EDF 전단과 상향 증폭용 EDF 전단에 각각 설치되는 제2 WDM 커플러 및 제3 WDM 커플러; 및 상기 제1 WDM 커플러에서 분리된 펌프 레이저광을 상기 제2 WDM 커플러와 제3 WDM 커플러로 분배하는 광분배기;를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 광섬유를 매체로 하여 양방향 광전송 서비스를 제공하는 파장분할 다중화 방식 수동형 광가입자망(PON)의 중앙기지국(CO)과 광 네트워크 터미널(ONT)에 공통적으로 설치되는 광송수신기로서, 하향 혹은 상향 전기신호를 광신호로 변환하는 발광다이오드; 상기 발광다이오드의 구동을 제어하는 드라이버; 하향 혹은 상향 광신호를 수신하여 전기신호로 변환하는 ROSA; 및 상기 ROSA의 출력신호를 증폭하는 증폭기; 및 상기 발광다이오드의 출력단과 상기 ROSA 의 입력단을 파장분할 다중화 혹은 역다중화 수단에 결합시키는 결합기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광송수신기가 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파장분할 다중화 방식 수동형 광가입자망 시스템(WDM-PON)의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파장분할 다중화 방식 수동형 광가입자망 시스템은 N개의 광 네트워크 터미널(ONT)에 대하여 하향 신호를 제공하는 중앙기지국 장치(100)와, 광섬유(150)를 매체로 하여 상기 중앙기지국 장치(100)와 연결되는 광 네트워크 터미널 장치(300)와, 중앙기지국 장치(100)와 광 네트워크 터미널 장치(300) 사이에 개재되는 지역기지국(Remote node; RN) 장치(200)를 포함한다.
중앙기지국 장치(100)에는 하향 광신호의 송신과 상향 광신호의 수신 기능을 수행하는 광송수신기(101)와, N개의 광송수신기(101)와 전송매체인 단일의 광섬유(150) 사이에서 파장분할 다중화와 역다중화 처리를 수행하는 다중화/역다중화 수단(110)이 구비된다.
광송수신기(101)는 광 네트워크 터미널 장치(300) 방향으로 하향 광신호를 출력하는 발광다이오드(LED)(103)를 구비한 송신부(102)와, 상기 광 네트워크 터미널 장치(300)로부터 수신된 상향 광신호를 전기신호로 변환하는 ROSA(Receiver optical sub-assembly)(106)를 구비한 수신부(105)와, 발광다이오드(103)의 출력단과 ROSA(106)의 입력단을 다중화/역다중화 수단(110)에 결합시키는 결합기(Coupler)(108)로 이루어진다.
광송수신기(101)의 송신부(102)는 하향 전기신호를 광신호로 변환하는 발광다이오드(103)와, 상기 발광다이오드(103)의 구동을 제어하는 LED 드라이버(LED Driver)(104)로 이루어진다. 또한, 수신부(105)는 수신된 상향 광신호를 전기신호로 변환하는 ROSA(106)와, ROSA(106)의 후단에 결합되어 상기 ROSA(106)의 출력신호를 증폭하는 후단 증폭기(Post amplifier)(107)로 구성되는 것이 바람직하다.
다중화/역다중화 수단(110)은 광송수신기(101)들로부터 출력되는 광신호를 다중화하여 광 네트워크 터미널(ONT) 방향으로 하향 전송하는 한편, 광 네트워크 터미널(ONT)로부터 수신되는 광신호를 역다중화하여 광송수신기(101)로 전달한다. 이러한 기능을 제공하기 위해 다중화/역다중화 수단(110)은 도파로형 회절격자(Arrayed Waveguide Grating; AWG)를 채용하여 구성되는 것이 바람직하다.
N개의 광 네트워크 터미널 장치(300)에는 하향 광신호의 수신과 상향 광신호 의 수신 기능을 수행하는 광송수신기(301)가 구비된다.
광송수신기(301)는 중앙기지국 장치(100) 방향으로 상향 광신호를 출력하는 발광다이오드(LED)(303)를 구비한 송신부(302)와, 상기 중앙기지국 장치(100)로부터 수신된 하향 광신호를 전기신호로 변환하는 ROSA(306)를 구비한 수신부(305)와, 발광다이오드(303)의 출력단과 ROSA(306)의 입력단을 다중화/역다중화 수단(201)에 결합시키는 결합기(108)로 이루어진다.
광송수신기(301)의 송신부(302)는 상향 전기신호를 광신호로 변환하는 발광다이오드(303)와, 상기 발광다이오드(303)의 구동을 제어하는 LED 드라이버(LED Driver)로 이루어진다. 또한, 수신부(305)는 수신된 하향 광신호를 전기신호로 변환하는 ROSA(306)와, ROSA(306)의 후단에 결합되어 상기 ROSA(306)의 출력신호를 증폭하는 후단 증폭기(Post amplifier)(307)로 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 광 네트워크 터미널 장치(300)의 광송수신기(301)는 전술한 중앙기지국 장치(100)의 광송수신기(101)와 실질적으로 그 기술적 구성이 동일하고, 다만 처리하는 신호의 방향성에 차이가 있다는 것이 이해되어야 한다.
지역기지국 장치(200)는 전송매체인 단일의 광섬유(150)와 N개의 N개의 광 네트워크 터미널 장치(300) 사이에 구비되며, 파장분할 다중화와 역다중화 처리를 위한 다중화/역다중화 수단(201)을 구비한다. 지역기지국 장치(200)의 다중화/역다중화 수단(210)은 중앙기지국 장치(100)로부터 수신되는 하향 광신호를 역다중화하여 광 네트워크 터미널 장치(300)의 광송수신기(301)로 전달하는 한편, 광 네트워크 터미널 장치(300)들의 광송수신기(301)로부터 전송되는 상향 광신호를 다중화하 여 중앙기지국 장치(100)로 전송한다. 이러한 기능을 제공하기 위해 다중화/역다중화 수단(201)은 전술한 중앙기지국 장치(100)의 다중화/역다중화 수단(110)과 마찬가지로 도파로형 회절격자(Arrayed Waveguide Grating; AWG)를 채용하여 구성되는 것이 바람직하다.
바람직하게, 본 발명의 수동형 광가입자망 시스템은 소정의 광링크에 광증폭기(109)가 개재되어 발광다이오드(103)의 광신호를 증폭함으로써 광전력 감쇄에 따른 전송오류를 완화한다. 여기서, 광증폭기(109)가 설치되는 광링크는, 중앙기지국 장치(100)의 각 광송수신기(101)와 다중화/역다중화 수단(110) 사이의 광섬유(150)가 해당될 수 있으며, 중앙기지국 장치(100)와 광 네트워크 터미널 장치(300) 사이의 광섬유(150)가 더 해당될 수도 있다.
보다 구체적인 광증폭기 배치예로서, 도 3 내지 도 5에는 양방향 반도체 광증폭기(Semiconductor Optical Amplifier; SOA)(111)를 구비한 파장분할 다중화 방식 수동형 광가입자망 시스템이 도시되어 있다. 여기서, 반도체 광증폭기(SOA)(111)는, 그 선형성을 개선한 증폭기인 선형 광증폭기(Linear Optical Amplifier; LOA)로 대체될 수 있음이 이해되어야 한다.
도 3에 나타난 바와 같이, 반도체 광증폭기(SOA)(111)는 중앙기지국 장치(100)에 설치되되, 중앙기지국 장치(100)와 광 네트워크 터미널 장치(300) 사이의 광섬유(150) 링크에 개재되어 상향 WDM 신호들과 하향 WDM 신호들을 동시에 증폭한다. 이와 같이 반도체 광증폭기(SOA) 혹은 선형 광증폭기(LOA)를 사용할 경우 WDM 채널간의 누화에 의한 열화를 완화할 수 있다. 이때, 반도체 광증폭기(SOA)의 최대 이득은 역산란에 의한 신호의 열화를 억제하기 위하여 15dB이하로 제한되는 것이 바람직하다.
도 4에 나타난 바와 같이, 반도체 광증폭기는 하향 신호용과 상향 신호용이 각각 별도로 상호 병렬연결될 수 있다. 이때, 하향 신호용 광증폭기(114)와 상향 신호용 광증폭기(115)를 상호 병렬연결시키는 광링크의 두 노드(Node)에는 광순환기(112,113)가 설치되어 중앙기지국 장치(100)로부터 전송된 하향 신호는 하향 신호용 광증폭기(114)로, 광 네크워크 터미널 장치(300)로부터 전송된 상향 신호는 상향 신호용 광증폭기(115)로 진행하도록 경로를 선택한다.
이러한 구성에 따르면, 상향 WDM 신호와 하향 WDM 신호가 분리되므로 반도체 광증폭기(SOA)(114,115)의 포화에 따른 신호간 누화가 줄어든다. 또한, 반도체 광증폭기(SOA)(114,115)의 입출력 단에 설치된 광순환기(112,113)의 의해 잡음지수가 개선되며, 역산란된 하향 신호의 영향을 줄이기 위해 하향 신호용 광증폭기(114)의 이득을 15dB 이하로 제한할 때 상향 신호용 광증폭기(115)의 이득은 제한할 필요가 없으므로 이득특성이 개선될 수 있다.
도 5에는 하향 신호용 광증폭기(114)와 상향 신호용 광증폭기(115)의 파장대역을 상이하게 구성한 파장분할 다중화 방식 수동형 광가입자망 시스템이 도시되어 있다. 여기서, 중앙기지국 장치(100)의 광송수신기(101)와 광 네트워크 터미널 장치(300)의 광송수신기(301)는 서로 다른 파장대역을 사용하게 되며, 중앙기지국 장치(100)에 있어서 신호의 분리나 결합은 WDM 커플러(116,117)에 의해 이루어진다. 상기 WDM 커플러(116,117)는 하향 신호용 광증폭기(114)와 상향 신호용 광증폭기 (114)를 상호 병렬연결시키는 광링크의 두 노드에 설치된다.
상기 하향 신호용 광증폭기(114)는 하향 신호와 동일한 파장대역에서 동작하게 되며, 상향 신호용 광증폭기(115)는 상향 신호와 동일한 파장대역에서 동작한다. 이 경우 중앙기지국 장치(100)의 다중화/역다중화 수단(110)과 지역기지국(200)의 다중화/역다중화 수단(201)은 서로 다른 두 파장대역을 동시에 다중화 혹은 역다중화 할 수 있도록 구성된다.
이러한 구성에 따르면, 상향 WDM 신호와 하향 WDM 신호가 분리되므로 반도체 광증폭기의 포화에 따른 신호간 누화가 줄어들게 되며, 하향 신호용 광증폭기(114)와 상향 신호용 광증폭기(115)의 출력단에 설치되는 아이솔레이터(118,119)에 의해 잡음지수가 개선된다. 또한, 광증폭기의 이득이 제한되지 않으므로 100Mbps급 이상의 고속 전송을 위한 충분한 광마진을 확보할 수 있다.
한편, 도 6 및 도 7에는 광증폭을 위해 펌프 레이저(120)를 구비한 파장분할 다중화 방식 수동형 광가입자망(WDM-PON) 시스템이 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 중앙기지국 장치(100)에는, 중앙기지국 장치(100)와 광 네트워크 터미널 장치(300) 사이의 광섬유(150)에 개재되도록 WDM 커플러(121)가 설치되고, WDM 커플러(121)에는 펌프 레이저(120)가 연결되어 광섬유(150) 내로 레이저광을 입사시킨다. 펌프 레이저(120)는 광섬유(150) 내에서 유도 라만 산란에 의한 광신호 증폭을 유도하는 작용을 한다. 여기서, 펌프 레이저(120)는 하향 WDM 신호와 상향 WDM 신호를 동시에 증폭할 수 있다. 반도체 증폭기(SOA)와는 달리 펌프 레이저(120)는 광섬유(150) 내에서 분산 증폭되므로 상대적으로 잡음지수가 우수할 뿐만 아니라, 역산란된 하향 신호의 영향을 줄이기 위한 이득 제한이 완화되고, 증폭시 신호간 누화가 발생하지 않는 장점이 있다.
도 7에는 지역기지국 장치(200)의 다중화/역다중화 수단(110) 전단에 EDF(Erbium Doped Fiber) 모듈(210)을 설치하여 WDM 신호의 원격 증폭를 수행하게 되는 구성이 도시되어 있다. 여기서, EDF 모듈(210)은 도 8에 도시된 바와 같이, 2개의 광순환기(204,205) 및 EDF(202,203)와, 3개의 WDM 커플러(206,207,208)와, 1x2의 광분배기(209)의 조합으로 구성될 수 있다.
즉, EDF 모듈(210)은 하향용 광순환기(204)와 상향용 광순환기(205)를 기점으로 상호 병렬연결된 하향 증폭용 EDF(202) 및 상향 증폭용 EDF(203)와, 상기 하향용 광순환기(204) 전단에 설치되어 펌프 레이저광과 신호대역 광을 분리 혹은 결합시키는 제1 WDM 커플러(206)와, 상기 하향 증폭용 EDF(202) 전단과 상향 증폭용 EDF(203) 전단에 각각 설치되는 제2 WDM 커플러(207) 및 제3 WDM 커플러(208)와, 상기 제1 WDM 커플러(206)에서 분리된 펌프 레이저광을 상기 제2 WDM 커플러(207)와 제3 WDM 커플러(208)로 분배하는 1x2 광분배기(209)를 포함하여 구성된다.
상기와 같은 구성에 의하면, 중앙기지국 장치(100)의 펌프 레이저(120)로부터 광섬유(150) 내로 주입된 레이저광은 광섬유(150)를 따라 지역기지국 장치(200)로 전달된 후 EDF 모듈(210)에서의 증폭을 유도한다. 즉, 중앙기지국 장치(100)에서 전송된 하향 WDM 신호와 펌프 레이저는 제1 WDM 커플러(206)에 의해 분리되어, 하향 WDM 신호는 제2 WDM 커플러(207)를 거쳐 하향 증폭용 EDF(202)로 입력되고, 펌프 레이저는 1x2 광분배기(209)에 의해 제2 WDM 커플러(207) 및 제3 WDM 커플러 (208)로 분배된 후 해당 EDF(202,203)로 입력되어 증폭작용에 관여한다. 이때, 펌프 레이저(120)의 파장은 EDF(202,203)의 흡수대역인 980nm 또는 1480nm로 선택되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 EDF 모듈(210)을 이용해 원격 증폭을 수행하는 경우, 하나의 펌프 레이저(120)로 상향 및 하향 신호를 동시에 증폭할 수 있을 뿐만 아니라, 분리 증폭이 가능하므로 역산란에 의한 잡음을 완화할 수 있고, 펌프 레이저(120)의 파워를 조절하여 증폭이득의 선택이 자유로운 장점이 있다. 또한, 원격 증폭의 특성상 옥외망을 수동소자만으로 구성할 수 있고, EDF 모듈(210)을 PLC(Planar lightwave circuit) 타입으로 구성함으로써 집적도를 높일 수 있는 경제성이 있다.
도 8에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파장분할 다중화 방식 수동형 광가입자망 시스템(WDM-PON)의 적용예가 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 일반 전화망(PSTN)이나 인터넷(Internet) 등의 상위망은 중앙기지국 장치(100)에 구비된 MPU(중앙처리장치)(122) 내의 L2/L3 스위칭을 거치게 되고, 그에 따른 하향 신호는 광송수신기(101)에 의해 광신호 형태로 변환된 후 광증폭기(109)에 의해 증폭되고, AWG에 해당하는 다중화/역다중화 수단(110)에 의해 파장분할 다중화되어 광섬유(150)를 따라 지역기지국 장치(200)로 전송된다. 상기 하향 신호는 AWG에 해당하는 다중화/역다중화 수단(201)에 의해 파장분할 역다중화된 후 광 네트워크 터미널 장치(300)로 전달되고, 다시 광송수신기(301) 및 신호처리기(308)에 의해 처리된 후 예컨대, 전화, 컴퓨터, TV 등의 서비스 단말기에 제공된다.
한편, 각 서비스 단말기에서 발생하는 상향 신호는 해당 광 네트워크 터미널 장치(300)의 신호처리기(308)와 광송수신기(301)를 거쳐 지역기지국 장치(200)의 다중화/역다중화 수단(201)에 의해 파중분할 다중화된 후 중앙기지국 장치(100)로 전송되어 다중화/역다중화 수단(201)에 의해 파장분할 역다중화되고, 광증폭기(109)와 광송수신기(101)를 경유하여 MPU(122) 내의 L2/L3 스위칭을 거침으로써 상기 상위망으로 전송된다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명에 의하면, 중앙기지국(CO)과 광 네트워크 터미널(ONT)에 동일한 구조의 광송수신기를 구비하여 양방향 전송 서비스를 제공할 수 있으므로 시스템 구축이 편리하고 구조를 단순화시킬 수 있으며, 파장분할 다중화 방식의 양방향 전송을 위한 광파장 특성을 가입자마다 동일 또는 유사하게 제공할 수 있는 경제성이 있다.
또한, 다양한 형태로 제공되는 광증폭기 배치구조를 통해 발광다이오드의 광신호를 증폭함으로써 광전력 감쇄에 따른 전송오류를 완화할 수 있으므로 100Mbps이상급의 전송속도를 오류없이 제공할 수 있는 이점이 있다.
또한, 양방향 파장분할 다중화를 위한 AWG, 광순환기, 결합기 등의 광소자를 최소한도로 구비함으로써 제조비용 절감 효과를 제공할 수 있다.

Claims (17)

  1. 중앙기지국(CO)과 N개의 광 네트워크 터미널(ONT) 간에 광섬유를 매체로 하여 양방향 광전송 서비스를 제공하는 수동형 광가입자망(PON)의 시스템에 있어서,
    상기 광 네트워크 터미널(ONT) 방향으로 하향 광신호를 출력하는 발광다이오드를 구비한 송신부와, 상기 광 네트워크 터미널(ONT)로부터 상향 광신호를 수신하는 수신부를 구비한 N개의 광송수신기; 및 상기 N개의 광송수신기에 대하여 광신호를 파장분할 다중화 혹은 역다중화 하는 다중화/역다중화 수단;을 포함하는 중앙기지국 장치와,
    상기 중앙기지국(C0) 방향으로 상향 광신호를 출력하는 발광다이오드를 구비한 송신부와, 상기 중앙기지국(C0)으로부터 하향 광신호를 수신하는 수신부를 구비한 광송수신기;를 포함하는 광 네트워크 터미널 장치와,
    상기 중앙기지국 장치와 상기 N개의 광 네트워크 터미널 장치 사이에 개재되고, 상기 N개의 광 네트워크 터미널 장치에 대하여 광신호를 파장분할 다중화 혹은 역다중화 하는 다중화/역다중화 수단;을 포함하는 지역기지국 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장분할 다중화 방식 수동형 광가입자망 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중앙기지국 장치와 상기 광 네트워크 터미널 장치의 다중화/역다중화 수단은 AWG 소자인 것을 특징으로 하는 파장분할 다중화 방식 수동형 광가입자망 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 중앙기지국 장치와 상기 광 네트워크 터미널 장치의 광송수신기에 구비된 수신부에는 ROSA가 포함되고,
    상기 송신부와 수신부를 결합하는 결합기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파장분할 다중화 방식 수동형 광가입자망 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    소정의 광링크에 개재되어 발광다이오드의 광신호를 증폭하는 광증폭기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파장분할 다중화 방식 수동형 광가입자망 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광증폭기가 설치되는 광링크는, 상기 중앙기지국 장치의 각 광송수신기와 다중화/역다중화 수단 사이의 광섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장분할 다중화 방식 수동형 광가입자망 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광증폭기가 설치되는 광링크는, 상기 중앙기지국 장치와 광 네트워크 터미널 장치 사이의 광섬유를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파장분할 다중화 방 식 수동형 광가입자망 시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 광증폭기가 설치되는 광링크는, 상기 중앙기지국 장치와 광 네트워크 터미널 장치 사이의 광섬유이고,
    상기 광증폭기는 양방향 반도체 광증폭기인 것을 특징으로 하는 파장분할 다중화 방식 수동형 광가입자망 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광증폭기가 상기 중앙기지국 장치에 설치된 것을 특징으로 하는 파장분할 다중화 방식 수동형 광가입자망 시스템.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 광증폭기가 설치되는 광링크는, 상기 중앙기지국 장치와 광 네트워크 터미널 장치 사이의 광섬유이고,
    상기 광증폭기는 반도체 광증폭기(SOA) 또는 선형 광증폭기(LOA)인 것을 특징으로 하는 파장분할 다중화 방식 수동형 광가입자망 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광증폭기는 하향 신호용과 상향 신호용 두 개가 구비되어 상호 병렬연 결된 것을 특징으로 하는 파장분할 다중화 방식 수동형 광가입자망 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 하향 신호용 광증폭기와 상향 신호용 광증폭기를 상호 병렬연결시키는 광링크의 두 노드에 설치되는 광순환기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파장분할 다중화 방식 수동형 광가입자망 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 하향 신호용 광증폭기와 상향 신호용 광증폭기의 파장대역이 상이한 것을 특징으로 하는 파장분할 다중화 방식 수동형 광가입자망 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 하향 신호용 광증폭기와 상향 신호용 광증폭기의 출력단에 설치되는 아이솔레이터; 및
    상기 하향 신호용 광증폭기와 상향 신호용 광증폭기를 상호 병렬연결시키는 광링크의 두 노드에 설치되어 상/하향 신호를 분리하는 WDM 커플러;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파장분할 다중화 방식 수동형 광가입자망 시스템.
  14. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중앙기지국 장치와 광 네트워크 터미널 장치 사이의 광섬유에 개재되도 록 상기 중앙기지국 장치에 설치되는 WDM 커플러; 및
    상기 WDM 커플러에 연결되어 상기 광섬유 내로 레이저광을 입사시켜 유도 라만 산란에 의한 광신호 증폭을 유도하는 펌프 레이저;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파장분할 다중화 방식 수동형 광가입자망 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 중앙기지국 장치와 광 네트워크 터미널 장치 사이의 광섬유에 개재되도록 상기 지역기지국 장치에 설치되는 EDF 모듈;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파장분할 다중화 방식 수동형 광가입자망 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 EDF 모듈은,
    상호 병렬연결된 하향 증폭용 EDF 및 상향 증폭용 EDF;
    상기 하향 증폭용 EDF와 상향 증폭용 EDF를 상호 병렬연결시키는 광링크의 두 노드에 설치되어 광신호의 방향을 결정하는 하향용 광순환기 및 상향용 광순환기;
    상기 하향용 광순환기 전단에 설치되어 펌프 레이저광과 신호대역 광을 분리 혹은 결합시키는 제1 WDM 커플러;
    상기 하향 증폭용 EDF 전단과 상향 증폭용 EDF 전단에 각각 설치되는 제2 WDM 커플러 및 제3 WDM 커플러; 및
    상기 제1 WDM 커플러에서 분리된 펌프 레이저광을 상기 제2 WDM 커플러와 제3 WDM 커플러로 분배하는 광분배기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장분할 다중화 방식 수동형 광가입자망 시스템.
  17. 광섬유를 매체로 하여 양방향 광전송 서비스를 제공하는 파장분할 다중화 방식 수동형 광가입자망(PON)의 중앙기지국(CO)과 광 네트워크 터미널(ONT)에 공통적으로 설치되는 광송수신기로서,
    하향 혹은 상향 전기신호를 광신호로 변환하는 발광다이오드;
    상기 발광다이오드의 구동을 제어하는 드라이버;
    하향 혹은 상향 광신호를 수신하여 전기신호로 변환하는 ROSA; 및
    상기 ROSA의 출력신호를 증폭하는 후단 증폭기; 및
    상기 발광다이오드의 출력단과 상기 ROSA의 입력단을 파장분할 다중화 혹은 역다중화 수단에 결합시키는 결합기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광송수신기.
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