JP3782407B2 - 波長分割多重方式手動型光加入者網システム（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｄｉｖｉｓｉｏｎｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ−ｐａｓｓｉｖｅｏｐｔｉｃａｌｎｅｔｗｏｒｋ） - Google Patents

波長分割多重方式手動型光加入者網システム（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｄｉｖｉｓｉｏｎｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ−ｐａｓｓｉｖｅｏｐｔｉｃａｌｎｅｔｗｏｒｋ） Download PDF

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Description

〔発明の目的〕
〔発明の属する技術分野および従来の技術〕
本発明は、波長分割多重方式手動型光加入者網システムに関するもので、特に上下向チャンネルが同一波長を有する波長分割多重方式手動型光加入者網システムに関するものである。
【０００１】
今日、急激に増加している広帯域マルチメディアサービス、超高速大容量インターネットサービスなどを加入者に提供するために、光加入者網基盤のネットワーク構成が必需的に台頭されている。そして、広帯域サービスを加入者に提供するために光繊維を加入者接続装置まで直接連結する光加入者網に対する関心が高まっている。
【０００２】
最近、効率的で経済的な光加入者網構築のために手動光素子を利用した手動型光加入者網（PON：Passive Optical Network）に対する研究が活発に進められている。手動型光加入者網は、サービスの提供者である中央基地局（CO:Central Office）と需要者である加入者接続装置（ONU:Optical Network Unit）たちを、唯一手動光素子だけで構成する方式である。
【０００３】
一般的に、中央基地局から加入者たちの隣接地域に設置された地域基地局（RN:Remote Node）までは単一光繊維（Trunk fiber）で連結し、地域基地局から各加入者接続装置までは個別光繊維（Distribution fiber）で連結して、光繊維の長さを最小化できるように構成されている。
【０００４】
このような手動型光加入者網（PON）は、光繊維の長さを最小化して手動型光素子たちを加入者たちが共有することによって、初期投資設備費を減らせるだけでなく、光ネットワークのメンテナンスが容易であるという長所があって、その導入が急速に拡散されている。その中でも、波長分割多重方式手動型光加入者網（WDM-PON:Wavelength Division Multiplexing-Passive Optical Network）は、各加入者に大容量の情報を提供することができるだけでなく、保安性が優れ、性能向上が容易であり、情報化時代に対備した次世代加入者網として注目されている。
【０００５】
図１は、一般的な波長分割多重方式手動型光加入者網（WDM PON）システムの構成図を示したものである。
【０００６】
図１に図示されているように、一般的な波長分割多重方式手動型光加入者網は、中央基地局１００から各加入者接続装置３００にお互い異なる波長λ1〜λNを割り当て、同時にデータを一つの光通信線路を介して伝送し、各加入者接続装置３００は、割り当てられた波長λN+1〜λ2Nを利用していつでもデータを送信できるように構成されている。
【０００７】
このような波長分割多重方式手動型光加入者網は、各加入者にお互い異なる波長を割り当てなければならないため、お互い異なる波長を提供する光源たちを具備しなければならず、これにより隣接波長（チャンネル）との干渉を最小化するために、中央基地局１００と加入者接続装置３００に大変狭いスペクトル幅を有する分布帰還レーザーダイオード（DFB LD:Distributed Feedback Laser Diode）のような高価な光源を使用しなければならないという問題点がある。
【０００８】
また、従来の波長分割多重方式手動型光加入者網は、大変狭いスペクトル幅を有する光源を使用するため、発振波長安定化のために温度安定化、電流安定化などの付加的な装置たちが要求されるだけでなく、上下向チャンネルとしてお互い異なる波長を使用するため、両方向にマルチプレクサーとデマルチプレクサーを各々別途に設置しなければならないので、システム構成に多大なる費用が所用されるという問題点がある。
【０００９】
このような問題点を解決するために、すでに常用化されている低価格の光素子たちを利用して波長分割多重方式手動型光加入者網を経済的に構成する研究論文たちが紹介されている。
【００１０】
研究論文（"A low cost WDM source with an ASE injected Fabry-Perot semiconductor laser", IEEE Photonics Technology Letter, Vol. 12, no.11, pp.1067-1069, 2000）には、中央基地局と加入者接続装置の光源として各々自然放出光（ASE:Amplified spontaneous emission）および低価のファブリ-ぺローレーザーダイオード（F-P LD:Fabry-Perot Laser Diode）を使用し、中央基地局から出力された自然放出光を加入者接続装置のファブリ-ぺローレーザーダイオードに注入して、ファブリ-ぺローレーザーダイオードの出力波長を自然放出光と同一な波長に固定（この現象を、以下‘インゼクションロッキング(Injection Locking)’という）し、ファブリ-ぺローレーザーダイオードを分布帰還レーザーダイオードのように単一モードに発振するようにすることによって、光加入者網システムを経済的に具現する方法が開示されている。
【００１１】
しかし、このようなシステム具現方法は、別途に中央基地局に自然放出光を発生させる光源を設置しなければならないという限界点を有する。
【００１２】
一方、研究論文（"Upstream traffic transmitter using injection-locked Fabry-Perot as modulator for WDM access networks", Electronics Letters, Vol.38, No.1, pp.43-44, 2002）には、中央基地局と加入者接続装置の光源として各々分布帰還レーザーダイオードおよびファブリ-ぺローレーザーダイオードを使用し、中央基地局の分布帰還レーザーダイオードから出力された光信号を加入者接続装置で受信して、一部は信号検出に使用し、一部はインゼクションロッキングに利用することによって、光加入者網システムを経済的に具現する方法が開示されている。
【００１３】
しかし、このようなシステム具現方法も、中央基地局の光源として高価な分布帰還レーザーダイオードを使用しなければならないという限界点を有するため、これを改善する必要がある。
【００１４】
一方、光ネットワークの設計で選択される物理的なトポロジは、リング型、バス型、スター型などその応用によって選択、適用される。物理的なトポロジと対称される概念は論理的トポロジであり、ネットワーク構成員間の物理的連結がどんな状態であるか、論理的連結状態がどうなっているかによって、リング型、バス型、スター型などに分かれる。この中、リング網は自然災害や事故によるシステム切替にも復旧（Self-healing）が行え、基幹網で長い間その信頼度が認められている。
【００１５】
初期のＷＤＭリング構造は、単方向構造で、両方向構造を具現するためには最低２芯のファイバーが要求される。最近の研究で、単芯両方向リングネットワーク（Single fiber bi-directional ring networks;SFBDRN）に対する研究があり、これらは新しいタイプの素子（Bidrectional Add-Drop Module;B-ADM）を利用して具現した。（たとえば、C.H.KIM et al, “Bidrectional WDM Self-Healing Ring Network based on Simple Bidrectional Add/Drop Amplifier Moduls”、および Y.Zhao et al, “A Novel Bidrectional Add-Drop Module for Single Fiber Bidirectional Self-Healing Wavelength Division Multiplexed Ring Networks”参照）
つまり、既存の復旧システムの場合、２芯リング構造を使用し、ファイバー切替によるシステムに切替が発生すると、能動素子を利用して切替られた部分の両端部ノードで経路を復旧用ファイバーにバイパスさせることによって、切替によるシステムを復旧することができる。
【００１６】
しかし、前記のＢ−ＡＤＭを利用した単芯両方向リングネットワークは、その構造が複雑で、具現価格が高価であり、複雑で新しいタイプの光素子を要求するという問題点があるため、複雑な光素子を使用せず、上下向同一波長の分岐/結合器を採用して復旧機能を有するリングタイプのＷＤＭ ＰＯＮシステムの開発が必要になるのである。
【００１７】
さらに、ＷＤＭ ＰＯＮシステムを利用して伝送網を構築する場合、伝送網の各ノードごとに分岐（Drop）/結合（Add）が必需的に行わなければならない。このための分岐/結合素子は、一般的にＷＤＭシステムで特定チャンネルの波長信号をドロップさせ、このチャンネルに同じ波長の他の信号を結合させる素子で、ＷＤＭシステムで特定チャンネル分離および結合に広く使われている素子である。前記分岐/結合素子を具現する方式は、導波路素子型、薄膜フィルターを利用したマイクロオプティック型、ファイバー型など多様な方式が存在する。
【００１８】
マイクロオプティックとして使用される一般的なＷＤＭフィルターは、その構造がマルチプレーヤー誘電体フィルターを利用している。つまり、多層薄膜構造を採用して、特定バンド信号を透過させ、特定バンド信号を反射させることができ、基本的に可逆的な動作特性を有する。
【００１９】
このような動作原理は、既存ＷＤＭシステムで上下向異なる波長の信号を一つの光繊維に対して分離したり、結合させる時によく使用される（反射される方をTx、透過される方をRxに使用）。このように、既存のＷＤＭ ＰＯＮシステムの場合、各チャンネル別に上下向リンクをお互い異なる波長を使用する。そして、ＰＯＮ構造は、一般的にスター（star）構造を採用するので、加入者たちが一カ所に集まっている場合は有利であるが、加入者たちの間隔が遠く離れている構造では光繊維布設費用での利得が多くない。
【００２０】
つまり、スター型分配網ＰＯＮ構造は、加入者の分布位置が集まっているという仮定下でポイント-ツー -ポイント（Point-to-Point）方式に比べ光繊維布設費用を大きく減少させる構造である。しかし、加入者が一カ所に集まっていない場合、光繊維布設費用減少に対する利点は減少する。特に、メトロイーサネット（登録商標）のようなＭＡＮ構造やバックホーン構造または基幹網側に近づくにつれ、既存の分配網形態のＰＯＮ構造を採用する利点は減少することになる。従って、このような問題を解決するためのシステムの開発も必要となるのである。
【００２１】
〔発明が成そうとする技術的課題〕
従って、本発明は、前記の問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は、上下向同一な波長でデータを送受信すると同時に、中央基地局と加入者接続装置の光源として低価のファブリ-ぺローレーザーダイオードを使用することによって、低価格で具現可能な波長分割多重方式手動型光加入者網（WDM PON）システムを提供することにある。
【００２２】
また、本発明の目的は、光分岐（Drop）/結合（Add）素子を利用して復旧機能を有する上下向同一波長の単芯両方向リング型ＷＤＭ ＰＯＮシステムを提供することにあり、さらに、１ＷＤＭ要素（elements）だけで同一な上下向波長を使用するようにすることによって、多重化/逆多重化費用を既存のＷＤＭシステムに比べ半分に減少させることのできるバス型ＷＤＭ ＰＯＮシステムを提供することにある。
【００２３】
〔発明の構成〕
前記の目的を達成するための本発明は、中央基地局から出力された光信号を加入者接続装置の光源であるファブリ-ぺローレーザーダイオードに注入し、加入者接続装置の出力波長を中央基地局から出力された光信号と同一な波長にインゼクションロッキングさせることによって、加入者接続装置が中央基地局から伝送された光信号と同一な波長の光信号を出力することを特徴とする。
【００２４】
以下、本発明の実施例による波長分割多重方式手動型光加入者網（WDM PON）システムの構成と動作に対して添付の図面を参照に詳細に説明する。
【００２５】
図２は、本発明の第１実施例による波長分割多重方式手動型光加入者網システムの構成図で、より具体的には上向と下向信号の波長が同一な場合のシステム構成を図示したものである。図２に図示されているように、本発明の第１実施例によるシステムは、中央基地局(CO）１０、地域基地局(RN）２０および加入者接続装置(ONU）３０から成っており、多数の加入者接続装置３０は、複数の光リンクを介して中央基地局１０に連結されている。
【００２６】
図２に図示されているように、本発明による波長分割多重方式手動型光加入者網システムの中央基地局１０がお互い異なる特定波長の光信号たちλ1,…,λNをマルチプレクシングして地域基地局２０に伝送すると、地域基地局２０は中央基地局１０から伝送されたマルチプレクシングされた光信号たちλ1λ2…λNをデマルチプレクシングしデマルチプレクシングされたお互い異なる波長の光信号たちλ1,…,λNを各々加入者接続装置３０に出力する。加入者接続装置３０は、地域基地局２０から伝送されたお互い異なる波長の光信号たちλ1,…,λNを各々受信できるように構成されている。
【００２７】
反対に、前記加入者接続装置３０からお互い異なる特定波長の光信号たちλ1,…,λNを地域基地局２０に伝送すると、地域基地局２０は加入者接続装置３０から伝送された光信号たちλ1,…,λNをマルチプレクシングして中央基地局１０に伝送し、中央基地局１０は地域基地局２０から伝送された光信号たちλ1λ2…λNをデマルチプレクシングしてお互い異なる特定波長の光信号たちλ1,…,λNを受信することができるように構成されている。
【００２８】
前記中央基地局１０は、お互い異なる波長の光信号たちλ1,…,λNを出力する第１送信器１１，各々の第１送信器１１から出力された光信号と同一な波長の光信号たちλ1,…,λNを受信する多数の第１受信器１２，前記地域基地局２０から伝送された光信号を第１送信器１１と第１受信器１２に分配するための多数の第１光スプリッター１３，および前記多数の第１送信器１１から入力された光信号たちλ1,…,λNをマルチプレクシングして出力し、前記地域基地局２０から入力された光信号たちλ1λ2…λNをデマルチプレクシングして出力する第１マルチ/デマルチプレクサー１４とを含む。
【００２９】
前記地域基地局２０は、中央基地局１０から伝送されたマルチプレクシングされた光信号たちλ1λ2…λNの入力を受け、これをデマルチプレクシングしてデマルチプレクシングされた光信号たちλ1,…,λNを各々多数の加入者接続装置３０に伝送し、各加入者接続装置３０から伝送された光信号たち λ1,…,λN をマルチプレクシングして中央基地局１０に伝送する第２マルチ/デマルチプレクサー２１を含む。
【００３０】
前記加入者接続装置３０は、中央基地局１０から伝送された光信号と同一な波長の光信号たちλ1,…,λNを送信する多数の第２送信器３１と、地域基地局２０から伝送された光信号たちλ1,…,λNを受信する多数の第２受信器３２，前記地域基地局２０から伝送された光信号たちλ1,…,λNを第２送信器３１と第２受信器３２に分配するための多数の第２光スプリッター３３とを含む。
【００３１】
本発明では、低価格のシステム具現のために、厳格な波長安定度を要求する高価な分布帰還レーザーダイオードの代わりに、低価格のファブリ-ぺローレーザーダイオード（ＦＰＬＤ）を送信器の光源に使用する。
【００３２】
以下、前記中央基地局１０の第１送信器１１と加入者接続装置３０の第２送信器３１の光源としてファブリ-ぺローレーザーダイオードを使用する場合を例に挙げ、本発明の実施例によるＷＤＭ ＰＯＮシステムの動作を説明することにする。
【００３３】
まず、中央基地局１０から加入者接続装置３０に向かう下向信号の場合、中央基地局１０で第１送信器１１の光源であるファブリ-ぺローレーザーダイオードに狭い帯域の非干渉性光（たとえば、λ1）を外部から注入すると、ファブリ-ぺローレーザーダイオードの複数の発振モードたちの中、注入された光と波長が一致するモードは主発振をすることになり、他のモードたちは抑制される。従って、ファブリ-ぺローレーザーダイオードの出力波長は、注入された光と同一な波長に固定（この現象を以下、‘インゼクションロッキング（Injection Locking）’という）される。このような方式により、中央基地局１０の第１送信器１１たちは発振モードによって各々お互い異なる特定波長の光信号（たとえば、λ1）を発生させて第１光スプリッター１３に伝送する。各々の第１送信器１１から発生された光信号たちλ1,…,λNは、各々の第１光スプリッター１３を介して第１マルチ/デマルチプレクサー１４に入力され、第１マルチ/デマルチプレクサー１４は、前記光信号たちλ1,…,λNをマルチプレクシングして地域基地局２０に伝送する。
【００３４】
前記マルチプレクシングされた光信号たちλ1λ2…λNが地域基地局２０に入力されると、地域基地局２０の第２マルチ/デマルチプレクサー２１は、マルチプレクシングされた光信号たちλ1λ2…λNをデマルチプレクシングし、デマルチプレクシングされた光信号を各加入者接続装置３０に伝送する。
【００３５】
お互い異なる波長の光信号（たとえば、λ1）が各々加入者接続装置３０に入力されると、第２光スプリッター３３は、地域基地局２０から伝送されたお互い異なる特定波長の光信号（たとえば、λ1）を第２送信器３１と第２受信器３２に分配する。第２受信器３２は、第２光スプリッター３３から伝送されたお互い異なる特定波長の光信号（たとえば、λ1）を受信する。一方、前記第２光スプリッター３３を介して第２送信器３１に光信号（たとえば、λ1）が注入されると、第２送信器３１の光源であるファブリ-ぺローレーザーダイオードは、注入された光によってインゼクションロッキングされるため、ファブリ-ぺローレーザーダイオードの出力波長は、注入された光信号と同一な波長、つまり中央基地局１０で伝送する光信号と同一な波長（たとえば、λ1）に固定される。従って、加入者接続装置３０の第２送信器３１は、中央基地局１０で伝送した光信号と同一な波長の光信号（たとえば、λ1）を伝送することができるのである。
【００３６】
一方、前記加入者接続装置３０から中央基地局１０に向かう上向信号の場合は、前述の方法と逆順である。つまり、加入者接続装置３０から第２送信器３１たちの光源であるファブリ-ぺローレーザーダイオードの出力波長は、中央基地局１０で伝送する光信号と同一な波長（たとえば、λ1）に固定されているので、第２送信器３１は、各々お互い異なる波長の光信号（たとえば、λ1）を発生させ、これを第２光スプリッター３３を介して地域基地局２０に伝送する。すると、地域基地局２０の第２マルチ/デマルチプレクサー２１は加入者接続装置３０から伝送される光信号たちλ1,…,λNをマルチプレクシングして中央基地局１０に伝送する。
【００３７】
前記中央基地局１０の第１マルチ/デマルチプレクサー１４が地域基地局２０から伝送されるマルチプレクシングされた光信号たちλ1λ2…λNをデマルチプレクシングし、お互い異なる特定波長の光信号（たとえば、λ1）を第１光スプリッター１３に伝送すると、第１光スプリッター１３は前記光信号を第１送信器１１と第１受信器１２に分配し、第１受信器１２は第１光スプリッター１３から伝送されたお互い異なる特定波長の光信号（たとえば、λ1）を受信する。一方、前記第１光スプリッター１３を介して第１送信器１１に光信号（たとえば、 λ1）が注入されると、第１送信器１１の光源であるファブリ-ぺローレーザーダイオードは、注入された光信号によりインゼンクションロッキングされるため、ファブリ-ぺローレーザーダイオードの出力波長は、注入された光信号と同一な波長、つまり加入者接続装置３０から伝送される光信号と同一な波長（たとえば、λ1）に固定される。
【００３８】
従って、上下向リンクすべて、各チャンネル別に同一な送受信波長λ1,…,λNを使用することができ、これによって両方向伝送のために中央基地局１０と地域基地局２０に上向と下向によってお互い異なる波長の光信号をマルチ/デマルチプレクシングするマルチ/デマルチプレクサー（たとえば、下向にλ1,…,λNマルチ/デマルチプレクサー、上向にλN+1〜λ2Nマルチ/デマルチプレクサー）を別途に設置する必要がない。
【００３９】
また、従来の手動型光加入者網システムでは、図１に図示されているように、場合によって中央基地局１００と加入者接続装置３００とで光信号の分離のために別途の波長分割フィルター（WDM filter）１３０，３３０を必要とするが、本発明では、フィルターの代わりに低価格の光スプリッター１３，３３を使用するので、波長分割多重方式手動型光加入者網システムを低価格で構成することができる。
【００４０】
一方、本実施例では、第１光スプリッター１３および第２光スプリッター３３として１×２光スプリッターを使用するのだが、この場合、入力された光信号の光パワーを各々半分に分けて出力する光スプリッターの構造的特性のため、光パワーの側面で損失が発生することになる。たとえば、下向信号の場合、第１光スプリッター１３は第１送信器１１から出力された光信号の光パワーを半分に分けて第１マルチ/デマルチスプレクサー１４に出力するため、３ｄＢの光損失が発生する。第２光スプリッター３３は、地域基地局２０から出力される光信号の光パワーを半分に分けて第２送信器３１と第２受信器３２とに出力するため、３ｄＢの光損失が発生する。従って、全体的に６ｄＢの損失が発生することになる。しかし、WDM PONシステムの場合、一般的に中央基地局１０と加入者接続装置３０との距離が数ｋｍから数十ｋｍ以内なので、６ｄＢ程度の光パワー損失は大きな問題にならない。
【００４１】
本実施例では、同一な波長の光信号を送受信信号に使用することによって、光繊維と光スプリッターの連結部、そして光繊維とマルチ/デマルチスプレクサーの連結部で送信信号が反射されて受信される近端漏話が発生する場合、反射された送信信号が正常的な受信信号に処理される問題点が発生することがあるが、この近端漏話の問題点は、光繊維で光信号の反射を防止するために通常的に使用される方法によって除去されることができる。たとえば、コネクターの端部が所定角度に傾いて形成されたAPC（Angled Polished Connector）タイプのコネクターを使用することによって、反射される送信信号の角度を調整する方法、または送信信号の反射が発生する可能性のある接合部をスライシング（Slicing）して光信号の反射を防止する方法、などが使用されることができる。
【００４２】
図３は、本発明の実施例による波長分割多重方式手動型光加入者網システムの構成図を示した図面で、中央基地局１０と加入者接続装置３０間の光通信線路上に両方向光増幅器（Bidirectional Optical Amplifier）４０を設置してマルチプレクシングされた上下向チャンネルたちの出力を増加させることによって、上下向チャンネルたちの伝送距離または伝送速度を増加させることができるように構成されている。
【００４３】
図３に図示されているように、挿入された両方向光増幅器（たとえば、EDFA）４０は、入力された上下向の光信号を増幅させることになるのだが、この時両方向光増幅器４０では広帯域ノイズである自然放出光（ASE）が発生される。従来の波長分割多重方式手動型光加入者網システムで自然放出光はノイズとして取り扱われるが、本発明のシステムでは両方向光増幅器４０を通過した光信号が第１マルチ/デマルチプレクサー１４、または第２マルチ/デマルチプレクサー２１を通過しながら波長別にラウティングされるため、光信号に含まれた自然放出光もファブリ-ぺローレーザーダイオードのインゼクションロッキングに使用されることになる。このため、既存の光増幅器ではノイズ特性を向上させるためにアイソレーター（isolator）などの付加的な装備を必要とするが、本発明では自然放出光をインゼクションロッキングに利用するので、付加的な装置がなくても簡単に上下向光信号たちの光出力を増加させることができる。
【００４４】
一方、ＷＤＭ ＰＯＮシステムを利用して伝送網を構築する場合、伝送網の各ノード（node）ごとに分岐（Drop）/結合（Add）が必需的に行わなければならない。このために、分岐/結合素子は、一般的にＷＤＭシステムで特定チャンネルの波長信号λmをドロップ（Drop）させ、このチャンネルに同じ波長の他の信号λmを結合（Add）させる素子で、ＷＤＭシステムで特定チャンネル分離および結合に広く使用されている素子である。
【００４５】
図４は、既存のＷＤＭ薄膜フィルターを採用した４ポート分岐/結合素子の基本的な構成を示したもので、二つの要素（elements）を利用して特定バンド信号を透過させ、特定バンド信号を反射させることができ、基本的に可逆的な動作特性を有する。このような動作原理は、既存ＷＤＭシステムで上下向お互い異なる波長の信号を一つの光繊維に対して分離したり、結合させる時に多く使用される（つまり、反射される方Txを、透過される方をRxに使用することができる）。このように、前記の既存のＷＤＭ ＰＯＮシステムの場合、各チャンネル別に上下向リンクをお互い異なる波長を使用する。
【００４６】
図５は、ＷＤＭ ＰＯＮシステムで復旧機能を遂行することができるように、前記の図４の分岐/結合素子を利用して新しい形態に応用した本発明の分岐/結合素子の構造を示している。
【００４７】
図５を見ると、二つのＷＤＭ薄膜フィルターを有する４ポート分岐/結合器の構造であるが、各ＷＤＭ薄膜フィルターは、チャンネルあたりのリンク時に上下向同一波長を利用する構造である。つまり、チャンネルあたりのリンク時には同一波長を利用するので、一つのＷＤＭフィルターだけで具現が可能である。これは、既存はチャンネルあたりのリンク時に図４のように上下向お互い異なる波長を使用するので二つのＷＤＭ必要であるが、本発明では同じ機能のために一つのＷＤＭフィルターだけが必要なので、チャンネルリンク時に既存のＷＤＭシステムに比べ費用を半分に減少させることができる。
【００４８】
本発明は、同じ機能を持ったＷＤＭフィルターを図５のように二つ具備し、一つのＷＤＭフィルター２０１は正常状態用に使用されるチャンネル（clockwise）に使用し、もう一つのＷＤＭフィルター２０２は復旧用に使用されるチャンネル（counter clockwise）に使用する。ここで、前記正常状態用に使用されるＷＤＭフィルターの信号方向と、復旧用に使用されるＷＤＭフィルターの信号方向とは、お互い反対の方向である。
【００４９】
つまり、本発明は、前記分岐/結合素子を全体ＷＤＭチャンネル信号の伝送方向に従い時計方向（clockwise）と反時計方向（counter clockwise）とに区分した。この時、時計方向を普通正常状態で使用するとすると、反時計方向は災害によるファイバーの切替時に復旧用に使用する。そして、一方が動作すると他の方は動作しない。また、既存の応用と異なり、上下向同一波長を上向および下向チャンネルに適用することによって、各々の結合ポートと分岐ポートで上下向信号を結合/分岐できるように使用する。つまり、上下向すべて同じ波長を使用し、１×２スプリッターを介して単一光繊維で上下向光信号に対して送受信モジュールに分離および結合してくれる。
【００５０】
ＷＤＭチャンネル信号が時計方向に進行する前記ＷＤＭフィルター２０１だけを見ると、第１入力ポートを介して入力される複数個のお互い異なる波長の光信号の中、該当帯域の信号λmは反射を介して分岐ポートに選択分岐させ、その他の帯域の信号は透過させる。可逆的に、前記分岐ポートでの入力された該当帯域の信号λmは、再び第１入力ポート側に反射される。つまり、各チャンネル別に同一な帯域の送受信波長を使用する。
【００５１】
ＷＤＭチャンネル信号が反時計方向に進行する前記ＷＤＭフィルター２０２も、同じく各チャンネル別に同一な帯域の送受信波長を使用する。つまり、第２入力ポートを介して入力される複数個のお互い異なる波長の光信号の中、該当帯域の信号λmは反射を介して結合ポートに選択分岐させ、その他の帯域の信号は透過させる。可逆的に、前記結合ポートでの入力された該当帯域の信号λmは、再び第２入力ポート側に反射される。
【００５２】
このように、本発明の４ポート分岐/結合素子は、一つのＷＤＭフィルター２０１は正常状態用で、もう一つのＷＤＭフィルター２０２は復旧用として一つの余分のチャンネルを予備にしておくシステムである。
【００５３】
従って、本発明は、リング網を１芯で具現しながら、復旧機能を有するので、既存のリングシステムに比べファイバー構築費用が半分に減少することになり、上下向同一波長を使用することによってＷＤＭフィルターが既存のＷＤＭ構造の費用に比べ半分に減少することになる。
【００５４】
図６は、前記の図５の分岐/結合素子を採用した本発明の両方向単芯リングＷＤＭ ＰＯＮシステムの構造で、Ｎ個のお互い異なる複数個の波長を有する光信号を生成した後、多重化器を介して多重化し単一光繊維を介して地域基地局（Remote Node:RN）に伝送したり、前記ＲＮから多重化されて受信される信号を逆多重化器を介して逆多重化して各加入者装置のデータを検出する中央基地局（Contral Office:CO）と、前記ＣＯと単一光繊維を介して連結され、かつ複数個の加入者装置と各々の光繊維を介して連結されるＲＮとで構成される。
【００５５】
この時、前記ＣＯは１×２カップラーと二つのＷＤＭ ＭＵＸを具備する。この時、ＭＵＸ１が正常状態用として利用されるとすると、ＭＵＸ２は復旧用に利用される。つまり、前記ＭＵＸ１は、各ＲＮの光分岐/結合器のＷＤＭフィルター２０１で、複数個の波長信号を多重化して伝送したり、前記ＷＤＭフィルター２０１から反射される波長の光信号の入力を受ける。同様に、前記ＭＵＸ２は、各ＲＮの光分岐/結合器のＷＤＭフィルター２０２で、複数個の波長信号を多重化して伝送したり、前記ＷＤＭフィルター２０２から反射される波長の光信号の入力を受ける。
【００５６】
前記ＲＮはＣＯと各加入者装置間に位置し、ＷＤＭ多重化/逆多重化（MUX/DEMUX）の手動光素子を使用して、ＣＯから各加入者装置に向かういろいろな波長の光信号を逆多重化（demultiplexing）してラウティング（routing）し、反対に各々の加入者装置からＣＯに向かう各々のＷＤＭチャンネルを多重化してＣＯに伝達する。
【００５７】
この時、前記ＲＮは、各加入者の数だけ具備されて両方向リング型に分配網を形成し、各ＲＮごとに図５のような光分岐/結合素子が具備される。
【００５８】
この時、前記各ＲＮにはノード固有の波長が割り当てられており、図５のような分岐/結合素子を利用して入力される複数個の波長の中、すでに割り当てられた波長の光信号だけを分岐させて該当加入者装置に出力し、その他の波長の光信号は通過させる。つまり、各ＲＮは割り当てられた波長の光信号だけでＣＯと交信する。
【００５９】
そして、図６のような光繊維リングでは、信号の伝送方向が時計方向である場合と、反時計方向である場合に区分される。
【００６０】
この時、正常状態では時計方向に信号を伝送するＷＤＭフィルター２０１だけが動作し、復旧状態では反時計方向に信号を伝送するＷＤＭフィルター２０２だけが動作することによって、復旧機能を有する遠芯両方向ＷＤＭ ＰＯＮシステムを具現することができる。
【００６１】
本発明は、基本的に正常動作時の機能を有するチャンネル（clockwise channel）を動作させ、災害による切替時のシステム復旧のためのチャンネル（counterclockwise channel）を予備状態にしておく。
【００６２】
まず、正常状態の動作のためのリンク時の下向の場合、ＣＯでは各チャンネル別信号が１×２カップラー（coupler）を介して単芯光繊維に結合することになり、ＷＤＭ ＭＵＸＩを介して各チャンネル別信号が伝送光繊維に伝達される。
【００６３】
伝送される信号が各ＲＮの分岐/結合器を介して通る時、該当チャンネルの信号がＷＤＭフィルター２０１で反射されて分岐され出ることになり、この信号が３ｄＢカップラーを介して加入者（または、ONU）のＲｘ受信端に入り信号を伝送することになる。
【００６４】
反対に、上向の場合、各チャンネル（加入者またはONU）から伝送された信号が１×２カップラーを介して該当ＲＮの分岐/結合器のＷＤＭフィルター２０１に結合することになり、結合された信号は伝送ファイバーを介してＣＯに伝送される。伝送された信号はＷＤＭ ＭＵＸＩを介して可逆的に各チャンネル別に分離され、１×２カップラーを介してＲｘ端にリンクされる。つまり、前記ＣＯは、多重化された光信号を再度逆多重化してチャンネル別にデータを検出する。
【００６５】
一方、切替時の利用のための予備チャンネルの場合も同一な過程で行われるが、この場合は信号の流れが前記の正常状態と反対方向に成され、かつＣＯのＭＵＸ２と各ＲＮの分岐/結合器のＷＤＭフィルター２０２だけ動作する。
【００６６】
基本的に、各ノードで各チャンネルの波長に該当する二つのＴｘ／Ｒｘモジュールが必要となる。
【００６７】
このようなネットワーク構造は、時計方向と反時計方向において、各々論理的にバス形態を有する。従って、この構造はイーサネット（登録商標）の基本構造としてイーサネット（登録商標）システムに適用することができる。つまり、両バス構造をイーサネット（登録商標）に採用して復旧機能を有するイーサネット（登録商標）システムを具現することができる。
【００６８】
従って、本発明のリング型ＷＤＭ ＰＯＮシステムは、加入者たちの位置の距離が遠く離れている場合、ファイバー布設費用を効果的に節約することができる。
【００６９】
また、既存の遠芯両方向の場合、上下向チャンネルをお互い異なる波長を使用するので、上向と下向の多重化/逆多重化器が別途に要求されるが、本発明は、上下向同じ波長を使用するので、ＣＯの多重化/逆多重化器を可逆的に上、下向同一に使用できるようになり、システム具現費用を著しく減らすことができる。この時、本発明でＣＯの多重化/逆多重化器が二つ必要であるのは、正常状態用と復旧用に区分して利用するためである。たとえば、正常状態でだけ利用する場合、既存は上向および下向に各々多重化/逆多重化器が必要であるが、本発明では一つだけあればよい。
【００７０】
つまり、受信端（加入者サイト）から信号を検出するために、既存の両方向の場合、ＷＤＭフィルターを使用して多重化/逆多重化器を具現する時、二つのＷＤＭフィルターが要求されるのに対し、本発明は上下向すべて同じ波長を使用するので、一つのＷＤＭ素子だけで多重化/逆多重化を具現することができ、多重化/逆多重化費用を既存のＷＤＭシステムに比べ半分に減少させることができる。
【００７１】
そして、各ＲＮごとに具備される光分岐結合器は、上下向チャンネルだけでなく、正常状態の信号と復旧用に使用されるチャンネルすべてに使用されることができるので、システム具現費用を著しく減らすことができる。
【００７２】
従って、本発明は、より低い価格のモジュール化が可能であり、高い安定度を有するシステムを具現することができる。
【００７３】
図７は、本発明の実施例による３ポート光分岐/結合素子の構成で、一つのＷＤＭ薄膜フィルターから構成される。前記ＷＤＭ薄膜フィルターは、ポート１に入力されるお互い異なる複数個の波長信号の中、前記フィルターの特性に該当する帯域の波長信号は分岐ポート（ポート２）に反射させ、その他の帯域の波長信号はポート３に透過させる特性を有する。また、前記ＷＤＭフィルターは、分岐ポートに入力される同じ帯域の波長信号は、再び入力側（つまり、ポート１）に反射させる。
【００７４】
つまり、図７を見ると、ＷＤＭ薄膜フィルターを採用した素子で、一つの要素（elements）を利用してポート１で入力された該当帯域の信号λmを反射を介して選択分岐させ、その他の帯域の信号は透過させる。可逆的に、前記分岐ポート（ポート２）での入力された該当帯域の信号λmを再び入力側に反射させることができる。
【００７５】
このように、本発明の分岐/結合器は１ＷＤＭフィルターだけが必要なので、構成費用が半分に減少されることになる。
【００７６】
そして、図７の信号の流れから分かるように、結合と分岐信号がお互い反対方向に進行することが分かる。これは、既存分岐/結合素子の特定チャンネルの信号が同一な方向を有する場合と反対の場合である。
【００７７】
図８は、図７に図示した３ポート分岐/結合素子を採用した本発明のバス 型ＷＤＭ ＰＯＮシステム構造である。
【００７８】
図８を見ると、ＣＯは１×２カップラー（あるいは、スプリッターでもあり得る）とＷＤＭ ＭＵＸ／ＤＥＭＵＸを具備し、お互い異なる複数個の波長を有する光信号を生成した後、多重化して単一光繊維を介して伝送したり、多重化されて入力される信号を逆多重化して各加入者のデータを検出する。
【００７９】
図７に図示した分岐/結合器は各ＲＮごとに具備され、前記分岐/結合器は特定加入者の波長だけを分岐させて該当加入者に伝送し、該当加入者からの波長を再び結合して入力側に再反射させることによってＣＯに伝送する。この時、上下向チャンネルが同一波長を使用する。
【００８０】
つまり、下向の場合、ＣＯでは各チャンネル別信号が１×２カップラー（coupler）を介して単芯光繊維に結合され、ＷＤＭ ＭＵＸを介して各チャンネル別信号が伝送光繊維に伝達される。
【００８１】
伝送される信号がＲＮの３ポート分岐/結合器を介して通る時、該当チャンネルの信号が分岐されて出ることになり、この信号が３ｄＢカップラーを介して加入者（または、ONU）のＲｘ受信端に入り信号を伝送することになる。
【００８２】
反対に、上向の場合、各チャンネル（加入者、またはONU）から伝送された信号が１×２カップラーを介して該当ＲＮの３ポート分岐/結合器に結合することになり、結合された信号は伝送ファイバーを介してＣＯに伝送される。伝送された信号はＷＤＭ ＭＵＸ／ＤＥＭＵＸを介して可逆的に各チャンネル別に分離され、１×２カップラーを介してＲｘ端にリンクされる。つまり、前記ＣＯは多重化された光信号を再び逆多重化してチャンネル別にデータを検出する。
【００８３】
こうすることによって、本発明のバス型ＷＤＭ ＰＯＮシステムは、加入者たちの位置の距離が遠く離れている場合、ファイバー布設費用を効果的に節約することができる。
【００８４】
また、既存の遠芯両方向の場合、上下向チャンネルをお互い異なる波長を使用するので、上向と下向の多重化/逆多重化器が別途に要求されるが、本発明は、上下向同じ波長を使用するので、ＣＯの多重化/逆多重化器を可逆的に上、下向同一に使用できるようになり、システム具現費用を著しく減らすことができる。
【００８５】
また、受信端（加入者サイト）から信号を検出するために、既存の遠芯両方向の場合、ＷＤＭフィルターを使用して多重化/逆多重化器を具現する時、二つのＷＤＭフィルターが要求されるのに比べ、本発明は上下向すべて同じ波長を使用するので、一つのＷＤＭ素子だけで多重化/逆多重化を具現することができ、多重化/逆多重化費用を既存のＷＤＭシステムに比べ半分に減少させることができる。
【００８６】
つまり、本発明は、より低い価格のモジュール化が可能であり、高い安定度を有するシステムを具現することができる。
【００８７】
〔発明の効果〕
上述のように、本発明は、各チャンネル別に上下向同一な波長でデータを送受信することができるので、上向と下向信号の波長がお互い異なり、別途のマルチプレクサーとデマルチプレクサーを具備しなければならない従来の手動型光加入者網に比べ、波長分割多重方式手動型光加入者網システムを効率的で経済的に具現することができる効果がある。
【００８８】
また、本発明は、中央基地局と加入者接続装置の光源として低価格のファブリ-ぺローレーザーダイオードを使用することによって、高価なレーザーダイオードを光源に使用する従来の光加入者網に比べ、システム構築費用をさらに減少させることができる効果がある。
【００８９】
さらに、本発明は、複雑な光素子を使用せずに、上下向同一波長の分岐/結合器を適用して復旧機能を有する遠芯両方向リング構造を具現することによって、各ノードでアクティブ装備なしで復旧機能を具現することができ、これによってＰＯＮ構造の特性である維持、管理、補修、具現費用が減少される効果がある。
【００９０】
また、各ＷＤＭチャンネルごとに上下向同一波長を使用することによって、ＷＤＭ基盤素子たちを可逆的に使用することができ、既存システムに比べ具現費用を大きく減少させることができる。
【００９１】
さらに、加入者が一カ所にいる場合でなく、いろいろなところに離れているメトロイーサネット（登録商標）区間でリング構造を採用することによって、ファイバー布設費用を減少させることができ、低価格のメトロシステムおよび光加入者網（FTTH）を具現することができる。
【００９２】
また、本発明は、３ポート分岐/結合器を利用して上下向同一な波長を使用することによって、ＭＵＸ／ＤＥＭＵＸを上下向いっしょに使用可能なので、ＣＯでのＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ費用が半分に減少され、３ポート分岐/結合器を使用してバス型ＷＤＭ ＰＯＮシステムを具現することによって、加入者たちが遠くに分布されている所でより効果的にファイバー布設費用を減少させることができる。
【００９３】
本発明は、図面に図示された一実施例を参考に説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、本技術分野の通常の知識を有した者なら、これより多様な変形および均等な他実施例が可能であるという点が分かるであろう。従って、本発明の真なる技術的保護範囲は、特許請求の範囲に記載した技術的思想によって定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の波長分割多重方式手動型光加入者網システムの構成図である。
【図２】本発明の実施例による波長分割多重方式手動型光加入者網システムの構成図である。
【図３】本発明の実施例による波長分割多重方式手動型光加入者網システムの構成図である。
【図４】一般的な光分岐/結合器の構造を示した図面である。
【図５】本発明の実施例による光分岐/結合器の構造を示した図面である。
【図６】図５の光分岐/結合器を採用したリング型ＷＤＭ ＰＯＮシステムの構造を示した図面である。
【図７】本発明のまた別の実施例による光分岐/結合器の構造を示した図面である。
【図８】図７に図示した光分岐/結合器を採用したバス型ＷＤＭ ＰＯＮシステムの構造を示した図面である。
【符号の説明】
１０ 中央基地局（Central Office）
１１ 第１送信器
１２ 第１受信器
１３ 第１光スプリッター（Splitter）
１４ 第１マルチ/デマルチプレクサー（MUX/DEMUX）
２０ 地域基地局（Remote Node）
２１ 第２マルチ/デマルチプレクサー（MUX/DEMUX）
３０ 加入者網接続装置（Optical Network Unit）
３１ 第２送信器
３２ 第２受信器
３３ 第２光スプリッター

Claims (13)

  1. 波長分割多重方式手動型光加入者網（WDM PON）システムにおいて、
    お互い異なる光信号を各々発生して出力する多数の第１送信器と、前記第１送信器から出力される光信号と同一な波長の光信号を受信する多数の第１受信器と、前記第１送信器たちから出力される光信号をマルチプレクシングして光通信線路を介して出力し、前記光通信線路を介して受信した光信号をデマルチプレクシングして出力する第１マルチ / デマルチプレクサーと、前記第１マルチ / デマルチプレクサーから出力された光信号を前記第１送信器と第１受信器とに分配するための多数の第１光スプリッターとを備え、上記第１送信器は、上記第１光スプリッターによって分配された光信号と同一波長の光信号を発生する中央基地局と；
    前記光通信線路を介して中央基地局から伝送される光信号たちをデマルチプレクシングして各々の分配光通信線路を介して出力し、前記分配光通信線路各々から伝送される光信号をマルチプレクシングして前記光信号線路に出力する地域基地局と；
    前記分配光通信線路を介して前記地域基地局から伝送される光信号を前記第２送信器と第２受信器に分配するための多数の第２光スプリッターと、前記中央基地局から出力された光信号と同一な波長の光信号を発生して出力する多数の第２送信器と、前記地域基地局から伝送された光信号を受信する多数の第２受信器とを備えた一つ以上の加入者接続装置とを含むことを特徴とする波長分割多重方式手動型光加入者網システム。
  2. 前記第１送信器は、前記第１光スプリッターを介して分離された光信号によりインゼクションロッキングされることを特徴とする請求項１に記載の波長分割多重方式手動型光加入者網システム。
  3. 前記第１送信器は、前記加入者接続装置から伝送された光信号と同一な波長の光信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の波長分割多重方式手動型光加入者網システム。
  4. 前記地域基地局は、
    前記中央基地局から伝送された光信号をデマルチプレクシングして前記多数の加入者接続装置に各々伝送し、前記加入者接続装置から伝送された光信号たちをマルチプレクシングして前記中央基地局に伝送する第２マルチ / デマルチプレクサーを含むことを特徴とする請求項１に記載の波長分割多重方式手動型光加入者網システム。
  5. 前記第２送信器は、前記第２光スプリッターを介して分離された光信号によってインゼクションロッキングされることを特徴とする請求項１に記載の波長分割多重方式手動型光加入者網システム。
  6. 前記第２送信器は、前記中央基地局から伝送された光信号と同一な波長の光信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の波長分割多重方式手動型光加入者網システム。
  7. 前記光通信線路の両方向の光増幅器をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の波長分割多重方式手動型光加入者網システム。
  8. 波長分割多重方式手動型光加入者網（ WDM PON ）システムにおいて、
    正常状態用信号を多重化 / 逆多重化する第１多重化 / 逆多重化器と、復旧用信号を多重化 / 逆多重化する第２多重化 / 逆多重化器とを具備するのだが、前記各々の多重化 / 逆多重化器は、発生されたＮ個のお互い異なる波長の光信号を多重化して単一光繊維を介して伝送し、前記単一光繊維から多重化されて受信される信号を逆多重化して各加入者装置のデータを検出する中央基地局と；
    各加入者装置に対応する両方向光分岐 / 結合器たちを具備し、かつ前記中央基地局の第１および第２多重化 / 逆多重化器とリング型分配網を形成するのだが、前記光分岐 / 結合器の各々はお互い反対方向の信号の流れを有しながら、正常状態用信号を分岐 / 結合させる第１ＷＤＭフィルターと、復旧用信号を分岐 / 結合させる第２ＷＤＭフィルターとを含む地域基地局たちを含むことを特徴とするリング型波長分割多重方式手動型光加入者網システム。
  9. 前記中央基地局は、
    前記第１多重化 / 逆多重化器を正常状態の信号に対して上向と下向とで同一に使用することを特徴とする請求項８に記載のリング型波長分割多重方式手動型光加入者網システム。
  10. 前記中央基地局は、
    前記第２多重化 / 逆多重化器を復旧用信号に対して上向と下向とで同一に使用することを特徴とする請求項８に記載のリング型波長分割多重方式手動型光加入者網システム。
  11. 前記両方向光分岐 / 結合器の各ＷＤＭフィルターは、Ｎ個のお互い異なる波長の光信号が入力ポートを介して入力されると、選択された波長の光信号だけ反射を介して分岐ポートに分岐させて該当加入者装置に伝送し、その他の波長の光信号は通過させて出力ポートに出力し、可逆的に分岐ポートに入力された該当加入者装置の選択波長の光信号は前記入力ポートに再度反射させて中央基地局に出力することを特徴とする請求項８に記載のリング型波長分割多重方式手動型光加入者網システム。
  12. 中央基地局（ CO ）と、前記中央基地局と単一光繊維を介して連結され、かつ複数個の加入者装置と各々の光繊維を介して連結される地域基地局（ RN ）を含む波長分割多重（ WDM ）方式手動型光加入者網（ PON ）システムにおいて、
    前記中央基地局（ CO ）は、
    Ｎ個のお互い異なる複数個の波長を有する光信号を生成し、これらを多重化器を介して多重化して前記単一光繊維を介して地域基地局に伝送し、前記地域基地局から多重化されて受信される信号を逆多重化器を介して逆多重化して各加入者装置のデータを検出し；
    前記地域基地局（ RN ）は、
    各加入者装置に対応する光分岐 / 結合器を具備してバス型分配網を形成するのだが、前記光分岐 / 結合器は、Ｎ個のお互い異なる波長の光信号が入力ポートを介して入力されると、選択された波長の光信号だけ反射を介して分岐ポートに分岐させて該当加入者装置に伝送し、その他の波長の光信号は通過させて出力ポートに出力し、可逆的に分岐ポートに入力された該当加入者装置の選択波長の光信号は前記入力ポートに再度反射させて中央基地局に出力し、
    前記中央基地局は、
    前記多重 / 逆多重化器を上向と下向とで同一に使用することを特徴とするバス型波長分割多重方式手動型光加入者網システム。
  13. 前記光分岐 / 結合器は、
    入力、出力、分岐ポートを具備し、Ｎ個のお互い異なる波長の光信号が入力ポートを介して入力されると、選択された波長の光信号だけ反射を介して分岐ポートに分岐させ、その他の波長の光信号は出力ポートに通過させ、可逆的に分岐ポートに入力された選択波長の光信号は前記入力ポートに再度反射させるＷＤＭ薄膜フィルターであることを特徴とする請求項１２に記載のバス型波長分割多重方式手動型光加入者網システム。
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