KR100190997B1

KR100190997B1 - 코히어런트 검파방식의 광주파수분할다중화 광스타망과 그 검파방법

Info

Publication number: KR100190997B1
Application number: KR1019960021385A
Authority: KR
Inventors: 채창준
Original assignee: 이계철; 한국전기통신공사
Priority date: 1996-06-14
Filing date: 1996-06-14
Publication date: 1999-06-15
Also published as: KR980007129A

Abstract

본 발명은 일정한 지역내의 서로 다른 곳에 위치한 사용자 또는 장치들을 고속으로 연결하기 위한 광통신망에 관한 것으로 특히, 캐리어 분배에 의한 코히어런트 검파방식의 광주파수분할다중화 광스타망 및 그 검파방법에 관한 것이다.

OFDM을 이용한 광스타망에서 캐리어의 주파수를 안정화시키는 것은 매우 어려울뿐만이 아니라 망 전체의 신뢰성 및 노드당 비용에 중요한 영향을 미친다.

본 발명은 각 노드 대신 특정(중심) 노드에서 모든 주파수를 정렬시키고 안정화하여 각 노드에 주파수를 배분하는 중앙 집중식 캐리어 공급방식을 사용하므로써 각 노드에서 국부발진기 주파수를 발생시킬 필요가 없게 되어 기존 방식에 비하여 안정도가 높고 노드비용의 감소효과를 가져온다. 또, 좁은 선폭을 요하는 호모다인 검파가 가능하다는 장점이 있다.

Description

코히어런트 검파방식의 광주파수분할다중화 광스타망과 그 검파방법

제1도는 본 발명에 의한 코히어런트 검파방식의 광주파수분할다중화 광스타망의 기본형을 나타내는 도면.

제2도는 본 발명에 의한 코히어런트 검파방식의 광주파수분할다중화 광스타망의 기본형이 변형된 일실시예를 나타내는 도면.

제3도는 본 발명에 의한 코히어런트 검파방식의 광주파수분할다중화 광스타망의 기본형이 변형된 또다른 일실시예를 나타내는 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 다채널(다파장) 레이저 광원

2, 4, 6, 8, 10, 24, 35, 36 : 단일모드 또는 편광유지 광섬유

3 : N × N 스타 커플러 5, 31 : 파장분할다중화기

7 : 위상 조절기 9 : 변조기

11 : 변조신호 입력단자 12, 25, 33 : 신호전류 검출단자

13, 23, 34 : 광검출기 21 : 방향성 결합기 또는 2×1 스타커플러

22 : 가변 광필터 26 : 고정 광필터

32 : 광스위치(광신호선택기) 40 : 중심노드의 구성

41 : i-번째 일반노드의 구성

본 발명은 일정한 지역내의 서로 다른 곳에 위치한 사용자 또는 장치들을 고속으로 연결하기 위한 광통신망(optical newtork)에 관한 것으로, 특히, 캐리어 분배에 의한 코히어런트 검사방식의 광주파수분할다중화 (optical frequency division multiplexing, 이하 OFDM이라 한다) 광스타망(optical star network) 및 그 검파방법에 관한 것이다.

광스타망은 전송손실이 노드수의 로그함수에 따라 증가하므로 손실이 노드수에 직선적으로 증가하는 광버스망(optical bus network)에 비하여 같은 시스템 이득(최대 전송손실 허용치)의 경우, 보다 많은 노드를 수용할 수 있어 현재 많이 쓰이고 있다. 광스타망에 코히어런트 검파방식을 채택할 경우 수신감도를 직접 검파에 비하여 20 데시벨(dB) 정도 더 향상시킬 수 있고, 허용된 파장대역내에 최대로 많은 채널을 수용할 수 있다. OFDM 방식을 이용한 광스타망은 여기에 적합한 방식이다.

종래에 OFDM 스타망을 구현하기 위해서는 각 노드에서 송신용 신호 캐리어를 발생시켜야 하며 이 주파수는 미리 정해진 값을 항상 유지하도록 하여야 한다. 한 노드의 주파수가 절대치를 벗어나거나 모든 노드의 주파수가 정해진 간격을 유지하지 않는다면 잡음의 증가나 혼선(cross-talk) 등으로 인하여 전송특성이 크게 열화된다. 실제 각 노드의 환경은 서로 다르기 때문에 자체적으로 주파수를 정밀하게 관리할 필요가 있다.

종래의 방법을 사용할 경우 각 노드에서는 수신을 위하여 검파용 국부발진기(local oscillator) 캐리어를 발생시켜야만 한다. 수신을 위하여 선택된 신호캐리어를 기준으로 국부발진기 캐리어의 주파수를 고정시킬 수도 있으나 노드환경이 열악할 때는 주파수 안정화에 어려움이 따른다. 특히, 호모다인 검파의 경우 선폭에 대한 요구사항이 높아 구현하기가 더욱 어렵다.

이에 대한 몇 가지 해결방안이 제시되어 있다. 그 한 가지는 특정노드에서 기준신호를 발생시키고 이를 다른 모든 노드에 분배한 뒤, 각 노드에서는 이 신호를 기준으로 하여 캐리어를 정렬하는 방법이다. 다른 하나는 특정 노드에서 주파수가 잘 정렬된 일단의 캐리어를 발생시킨 뒤 스타커플러를 이용하여 각 노드에 분배하는 방식이다.

본 발명은 상기와 같은 문제의 해결을 위해 OFDM 광스타망의 캐리어 분배에 의한 호모다인 검파방법을 안출하였다. 즉, 본 발명에 의한 광주파수분할다중화 코히어런트 검파방법은 다채널 광원의 출력을 스타커플러를 경유하여, 스타커플러의 출력단에 입력단이 연결된 파장분할다중화기, 파장분할다중화기의 출력단에 입력단이 연결된 광검출기와 위상조절기, 위상조절기의 출력단과 스타커플러의 입력단에 연결된 광변조기로 이루어진 각 노드에 보내고, 각 노드에서 모든 채널을 선택하여 모든 노드로 부터의 신호를 수신하거나, 각 노드에서 그 중 1개 채널을 선택하여 선택된 광파를 송신신호로 변조함을 특징으로 한다. 또한 본 발명에 의한 코히어런트 검파방식의 광주파수분할다중화 광스타망은 스타커플러에 입력되는 다채널 광원과, 스타커플러의 출력단에 입력단이 연결된 파장분할다중화기, 파장분할다중화기의 출력단에 입력단이 연결된 광검출기와 위상조절기, 위상조절기의 출력단과 스타커플러의 입력단에 연결된 광변조기로 이루어진 각 노드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적 및 기타의 목적과 특징, 장점은 첨부된 도면과 관련하여 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 의한 코히어런트 검파방식의 OFDM 광스타망중 기본형을 나타낸 것이다. 본 발명에 의한 OFDM 스타망은 한 개의 다채널 광원(1), 한 개의 N×N 스타커플러(3), (N-1) 개의 노드(41), 스타커플러(3)와 노드들을 연결하기 위한 2(N-1) 개의 광섬유가닥(4), (10)으로 구성된다. i(i=1, 2, . . . , N-1) 번째 노드는 1개의 파장분할다중화기(5), 위상 조절기(7), 광변조기(9), 광검출기(13) 등으로 구성된다. 다채널 광원(1)의 출력은 스타커플러(3)의 N번째 입력단에 광섬유(2)로 연결되어 있다. i번째 노드의 출력단은 스타커플러(3)의 i번째 입력단에 광섬유(10)에 의해 연결되고, i번째 노드의 입력단은 스타커플러의 i번째 출력단에 광섬유(4)에 의해 연결된다. i번째 노드에서 파장분할다중화기(5)의 유일한 입력단은 그 노드의 입력단이 되고, 파장분할다중화기(5)의 i번째 출력단은 광섬유(6)와 위상조절기(7)를 경유하여 광변조기(9)에 광섬유(8)로 연결된다. 파장분할다중화기(5)의 k(k=1, 2, . . . , N-1)번째 출력은 k번째 광검출기(13)에 연결된다. 파장분할다중화기(5)는 다수의 주파수를 포함한 광파를 입력받아, 일정한 주파수 간격으로 배치된 주파수만을 차례로 분리하여 각 출력단에 내놓는다. 파장분할다중화기(5)의 주파수 간격은 다채널 광원(1)의 경우와 동일하여 안정성이 좋은 간섭형 실리카 평면광파회로(planar lightwave circuit)로 제작될 수 있다.

N×N 스타커플러(3)는 다채널 광원(1)으로부터 아직 변조되어 있지 않은 (N-1)개의 캐리어를 받아 광전력을 N등분한 후 각 노드에 보낸다. i(i=1,2, . . . , N-1)번째 노드에서는 파장분할다중화기(5)에 의해 i번째 캐리어만을 추출하여 진폭변위키잉(amplitude shift keying, 또는 ASK) 또는 위상변위키잉(phase shift keying, 또는 PSK) 변조한 뒤 스타커플러(3)로 보내고, k(k=1, 2, . . . , N-1)번째 캐리어는 k번째 광검출기(13)에 입력시킨다. i번째 노드에서 변조된 i번째 캐리어는 스타커플러(3)에 의해 광전력이 N등분된 뒤 다시 각 노드에 전달된다. i번째 노드에 있는 파장분할다중화기(5)의 k번째 출력에는, 아직 변조가 되지 않은 k번째 캐리어와 k번째 노드에서 변조된 k번째 캐리어가 섞여 있다. 변조되지 않은 캐리어는 국부발진기의 역할을 하며 변조된 캐리어는 신호캐리어의 역할을 한다. 이 두 캐리어의 편광이 동일하다면, k번째 광검출기(13)의 출력에는 k번째 노드에서 보내온 신호가 호모다인 검파되어 나타난다. 따라서 k번째 노드에서 보낸 신호를 i번째 노드에서 받아볼 수 있다.

각 노드와 스타커플러 사이에는 광폐회로가 구성되어 광검출기(13) 출력에 유령(ghost)신호가 나타날 수 있다. 광신호가 이 폐회로를 일주하는 동안 전력이 크게 약화되기 때문에 유령신호는 실제 신호에 비하여 그 존재를 무시할 수 있다. 근거리 통신망의 경우 스타커플러(3)와 노드사이의 거리가 짧기 때문에 단일모드 광섬유를 사용하여도 전파하는 동안 편광이 크게 변동하지 않는다. 편광이 문제될 경우 편광유지 광섬유를 사용할 수 있다. 호모다인 검파시 신호 캐리어와 국부발진기 캐리어 사이의 위상차는 검파된 신호의 크기, 즉 신호대잡음비(signal to noise ratio)를 결정하므로 위상차를 위상 조절기(7)에 의해 2π의 정수배로 만들어 준다.

총 (N-1)개의 노드를 스타형태로 연결하여 광근거리통신망을 구성하고자 하는 경우 제1도에 나타는 OFDM 광스타망을 활용할 수 있다. 각 노드에서는 정해진 속도로 광변조기를 통하여 광파의 진폭(ASK) 또는 위상(PSK)을 변조하고, 다른 노드에서 변조된 광파를 받아 코히어런트(호모다인)검파할 수 있다. 다채널 광원은 (N-1)개의 노드를 수용하기 위하여 (N-1)개의 캐리어를 발생시키는 광원으로서 여러가지 방법으로 구현될 수 있다. 파장이 서로 다르게 설계된 (N-1)개의 분산형 브래그 반사경 레이저 다이오드(distributed Bragg reflector laser diode)를 (N-1)×1 스타커플러, 반도체 광증폭기, 전기적 파장조절회로와 함께 한 개의 기판 위에 제작할 수 있다. 또는 파장조절이 가능한 (N-1)개의 분산형 피드백(distributed feedback) 레이저 다이오드를 사용하여 주파수가 페블리-패롤(Fabry-Perot)공명기의 각 공명주파수에 순차적으로 대응하도록하여 구현할 수도 있다.

제1도의 노드에서는 한 번에 여러 노드로부터의 신호를 동시에 받아 볼 수 있는 장점이 있는 반면, 각 노드마다 총 (N-1)개의 광검출기(13)가 필요하기 때문에 비용이 많이 드는 단점이 있다.

제2도 및 제3도에서는 노드 수를 줄이기 위해 다른 실시예를 도시하고 있다. 제2도에서 본 발명은 노드가, 스타커플러(3)의 출력단에 입력단이 연결된 방향성 결합기(21), 방향성 결합기의 출력단에 입력단이 연결된 가변광필터(22) 및 고정광필터(26), 고정광필터(26)에 연결된 위상조절기(7), 가변광필터(26)에 연결된 광검출기(23)로 이루어져 있고, 제3도의 본 발명은 노드가, 파장분할다중화기(31)의 출력단에 입력단이 연결된 광스위치(32)와 위상조절기(7), 광스위치(32)에 연결된 광검출기(34)로 이루어져 있으므로 광검출기를 1개로 줄일 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면 각 노드에서 국부발진기 주파수를 발생시킬 필요가 없어서 기존 방식에 비하여 안정도가 높고 노드비용의 감소효과를 가져올 수 있다. 또, 좁은 선폭을 요하는 호모다인 검파가 가능하다는 장점이 있다. 본 발명은 각 노드에서 주파수를 관리하는 기존방식에 비하여 신뢰성이 높고, 노드환경이 열악할 때 특히 효과적이다.

본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허 청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims

다채널 광원의 출력을 스타커플러를 경유하여, 상기 스타커플러의 출력단에 입력단이 연결된 파장분할다중화기, 상기 파장분할다중화기의 출력단에 입력단이 연결된 광검출기와 위상조절기, 상기 위상조절기의 출력단과 스타커플러의 입력단에 연결된 광변조기로 이루어진 각 노드에 보내고, 상기 각 노드에서 모든 채널을 선택하여 모든 노드로부터의 신호를 수신하는 것을 특징으로하는 광주파수분할다중화 광스타망의 코히어런트 검파방법.
다채널 광원의 출력을 스타커플러를 경유하여, 상기 스타커플러의 출력단에 입력단이 연결된 파장분할다중화기, 상기 파장분할다중화기의 출력단에 입력단이 연결된 광검출기와 위상조절기, 상기 위상조절기의 출력단과 스타커플러의 입력단에 연결된 광변조기로 이루어진 각 노드에 보내고, 상기 각 노드에서 그 중 1개 채널을 선택하여 선택된 광파를 송신신호로 변조함을 특징으로하는 광주파수분할다중화 광스타망의 코히어런트 검파방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 노드가 스타커플러의 출력단에 입력단이 연결된 방향성 결합기, 상기 방향성 결합기의 출력단에 입력단이 연결된 가변광필터 및 고정광필터, 상기 고정광필터에 연결된 위상조절기, 상기 위상조절기의 출력단과 스타커플러의 입력단에 연결된 광변조기, 상기 가변광필터에 연결된 광검출기로 이루짐을 특징으로하는 광주파수분할다중화 광스타망의 코히어런트 검파방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 노드가 스타커플러의 출력단에 입력단이 연결된 파장분할다중화기, 상기 파장분할다중화기의 출력단에 입력단에 연결된 광스위치와 위상조절기, 상기 위상조절기의 출력단과 스타커플러의 입력단에 연결된 광변조기, 상기 광스위치에 연결된 광검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광주파수분할다중화 광스타망의 코히어런트 검파방법.
광주파수분할다중화 광스타망에 있어서, 스타커플러에 입력되는 다채널 광원과, 상기 스타커플러의 출력단에 입력단이 연결된 파장분할다중화기, 상기 파장분할다중화기의 출력단에 입력단이 연결된 광검출기와 위상조절기, 상기 위상조절기의 출력단과 스타커플러의 입력단에 연결된 광변조기로 이루어진 각 노드를 포함하는 것을 특징으로 하는 광주파수분할다중화 광스타망.
제5항에 있어서 노드가 스타커플러의 출력단에 입력단이 연결된 방향성 결합기, 상기 방향성 결합기의 출력단에 입력단이 연결된 가변광필터 및 고정광필터, 상기 고정광필터에 연결된 위상조절기, 상기 위상조절기의 출력단과 스타커플러의 입력단에 연결된 광변조기, 상기 가변광필터에 연결된 광검출기를 포함하는 것을 특징으로하는 광주파수분할다중화 광스타망.
제5항에 있어서, 노드가 스타커플러의 출력단에 입력단이 연결된 파장분할다중화기, 상기 파장분할다중화기의 출력단에 입력단이 연결된 광스위치와 위상조절기, 상기 위상조절기의 출력단과 스타커플러의 입력단에 연결된 광변조기, 상기 광스위치에 연결된 광검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광주파수분할다중화 광스타망.