KR100315706B1 - 파장 분할 다중방식을 채용한 광 전송시스템의 광 교차 연결 스위치 - Google Patents

Abstract

가. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

파장 분할 다중방식을 채용한 광 전송시스템에서 분기/결합을 수행하는데 사용되는 광 교차 연결 스위치에 관한 것이다.

나. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제

전송 채널을 별도로 추가하지 않고서도 선택적인 점-대-다점 연결을 할 수 있는 광 교차 연결 스위치를 제공한다.

다. 발명의 해결방법의 요지

파장 분할 역다중화기와 파장 분할 다중화기 사이에 연결되는 광 스위치와 외부 입,출력단 사이에 광 도파로 스위치를 연결하여 OXC 스위치를 구성하고, 이 광 도파로 스위치에 인가하는 스위치 구동전압의 레벨을 변경하여 광 도파로 스위치를 교차, 통과 및 분기, 통과의 3가지 상태중 한가지로 3단 구동시킨다.

라. 발명의 중요한 용도

파장 분할 다중방식을 채용한 광 전송시스템에 이용한다.

Description

파장 분할 다중방식을 채용한 광 전송시스템의 광 교차 연결 스위치

본 발명은 파장 분할 다중(Wavelength Division Multiplexing: 이하 "WDM"이라 함)방식을 채용한 광 전송시스템에 관한 것으로, 특히 분기(drop)/결합(add)을 수행하는데 사용되는 광 교차 연결(optical cross connect) 스위치에 관한 것이다.

WDM방식은 광 신호를 전송하는데 사용되는 전송방식의 하나로서 광 파장이 다른 다수의 광 신호를 한 가닥의 광 섬유에 동시에 도파시키는 방식이다. WDM방식에 있어서 다른 파장의 광 신호들을 한 가닥의 광 섬유에 다중화시키는 것을 파장 분할 다중화라고 하고, 반대로 한 가닥의 광 섬유에 다중화된 광 신호를 분리시켜 주는 것을 파장 분할 역다중화라고 한다.

WDM방식을 채용한 광 전송시스템에서 WDM 광 전송장치의 응용분야는 기존의 음성 정보 전송에서 멀티미디어(multimedea) 데이터의 전송영역으로 확대되고 있다. 더욱이 WDM 광 전송장치의 거대 시장인 미국에서 CATV(Cable Television)와 같은 영상 정보 데이터 전송장비에 대한 시장이 급격히 확대되고 있는 실정이다. 기존의 CATV 업자들은 영상 정보 전송을 위해 기존의 데이터 통신망외에 별도의 영상 정보를 위한 전송망을 WDM 광 전송장치를 이용하여 구축하고 있다.

이러한 WDM 광 전송장치를 이용하여 전송망을 구축할 경우 전송망의 각 노드(node)마다 분기/결합이 필수적으로 수행되어야 하는데, 통상적으로 광 교차 연결(이하 "OXC"라 함) 스위치를 이용하여 전송망에 대한 분기/결합을 구현하고 있다.

이를 통상적인 WDM 광 전송시스템에서 사용되는 OXC 스위치의 구성도를 보인 도 1을 참조하여 상세히 살펴본다. 도 1에 보인 OXC 스위치는 파장 분할 역다중화기(102)와 파장 분할 다중화기(104) 사이에 연결되는 광 스위치(100)로 구성된다. 광 스위치(100)는 n개의 입력 포트들(Pi1∼Pin)과 n개의 출력 포트들(Po1∼Pon)을 구비하는 n×n 광 스위치로서, 입력 포트들(Pi1∼Pin)을 출력 포트들(Po1∼Pon)에 하나씩 선택적으로 접속하여 교체시킨다. 이러한 n×n 광 스위치는 통상적으로 2×2 광 스위치들의 조합에 의해 구성된다.

상기한 광 스위치(100)의 입력 포트들(Pi1∼Pin) 중에 m개의 입력 포트들(Pi1∼Pim)은 파장 분할 역다중화기(102)의 출력단에 연결되고, 출력 포트들(Po1∼Pon)중에 m개의 출력 포트들((Po1∼Pom)은 파장 분할 다중화기(104)의 입력단에 연결된다. 그리고 나머지 (n-m)개의 입력 포트들(Pim+1∼Pin)과 (n-m)개의 출력 포트들(Pom+1∼Pon)은 분기/결합을 위해 사용되는데, 도 1에서는 편의상 1개의 입력 포트(Pin)에 외부 입력단(106)이 연결되고 1개의 출력 포트(Pon)에 외부 출력단(108)이 연결된 상태만을 보였다. 외부 입력단(106)으로는 결합시킬 신호를 입력하게 되고, 외부 출력단(108)으로는 분기되는 신호를 출력하게 된다.

그리고 파장 분할 역다중화기(102)는 다수의 신호 채널들이 파장 분할 다중화된 광 신호를 광 전송로(110)를 통해 수신하여 채널별로 파장 분할 역다중화하여 광 신호들을 분리한다. 파장 분할 역다중화기(102)는 이와 같이 분리된 광 신호들을 광 스위치(100)의 입력 포트들(Pi1∼Pin)중에 자신의 출력단에 연결되어 있는 입력 포트들(Pi1∼Pim)에 하나씩 대응되게 인가한다. 파장 분할 다중화기(104)는 광 스위치(100)의 출력포트들(Po1∼Pon)중에 자신의 입력단에 연결되어있는 출력 포트들(Po1∼Pom)로부터 출력되는 광 신호들을 파장 분할 다중화하여 광 전송로(112)를 통해 전송한다.

상기한 바와 같은 OXC 스위치에서 광 전송로(110)를 통해 수신되어 파장 분할 역다중화기(102)에 의해 분리된 광 신호들 중에 하나를 외부 출력단(108)으로 분기시키는 동작을 살펴본다. 예를 들어 파장 분할 역다중화기(102)에 의해 분리된 광 신호들 중에 광 스위치(100)의 입력 포트(Pi1)에 입력되는 채널의 광 신호를 분기시키는 경우라면 광 스위치(100)의 입력 포트(Pi1)를 출력 포트(Pon)에 접속시킴으로써 분기가 이루어진다. 이와 달리 외부 입력단(106)에 입력되는 광 신호를 결합시키는 동작을 살펴본다. 예를 들어 광 스위치(100)의 출력 포트(Po1)로부터 출력되어 파장 분할 다중화기(104)에 의해 다중화되는 채널로 광 신호를 결합시키는 경우라면 광 스위치(100)의 입력 포트(Pin)를 출력 포트(Po1)에 접속시킴으로써 결합이 이루어진다. 이렇게 하여 원하는 채널에 광 신호를 결합시켜 전송하거나 원하는 채널로 수신된 광 신호를 분기시키게 된다.

그러나 도 1의 OXC 스위치는 상기한 바와 같이 점-대-점(point-to-point) 연결은 가능하지만, 별도의 전송 채널을 추가로 사용치 않고서는 점-대-다점(point-to-multipoint) 연결을 할 수는 없는 구조이다. 만일 광 전송로(110)를 통해 전송되어온 채널의 광 신호를 도 1의 OXC 스위치가 있는 노드(node)에서 분기시켜 버리면, 광 전송로(112)를 통해 연결되는 다른 노드를 포함하여 그에 계속 이어지는 노드들로는 더 이상 그 채널의 광 신호가 전송되지 않게 된다. 즉, 상기한 도 1의 OXC 스위치를 사용하는 경우에는 단순히 분기/결합만 가능하므로, 점-대-다점 연결을 하기 위해서는 다점에 해당하는 개수만큼의 전송 채널이 전송로(110,112)를 통해 파장 분할 다중 전송되는 채널에 더 추가되어야만 한다. 여기서 점-대-다점 연결이 필요한 경우의 예를 들면, 방송(broadcast) 데이터 전송과 같이 전송과정에서 특정 채널의 정보를 특정 노드에서 분기시키면서 동시에 다른 노드로 전송시키는 경우, 즉 CATV와 같이 동일한 데이터를 여러곳에 선택적으로 전송하는 서비스가 필요한 경우가 해당한다.

상술한 바와 같이 통상적인 OXC 스위치는 점-대-다점 연결을 위해서는 별도의 전송 채널을 추가로 필요로 하는 단점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 WDM방식을 채용한 광 전송시스템에서 별도의 전송 채널을 추가하지 않고서도 선택적인 점-대-다점 연결을 할 수 있는 OXC 스위치를 제공함에 있다.

도 1은 통상적인 파장 분할 다중 광 전송시스템에서 사용되는 광 교차 연결 스위치의 구성도,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광 교차 연결 스위치의 구성도,

도 3a 내지 도 3c는 도 2의 광 도파로 스위치를 본 발명에 따라 3단 구동시키는 것을 보인 도면,

도 4는 도 3에 보인 광 교차 연결 스위치를 이용하여 분기/결합 링 시스템을 구현한 네트워크 구성도.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 파장 분할 역다중화기와 파장 분할 다중화기 사이에 연결되는 광 스위치와 외부 입,출력단 사이에 광 도파로 스위치를 연결하여 OXC 스위치를 구성하고, 이 광 도파로 스위치에 인가하는 스위치 구동전압의 레벨을 변경하여 광 도파로 스위치를 교차(cross), 통과 및 분기(pass & drop), 통과(pass)의 3가지 상태중 한가지로 3단 구동시킴을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면에서 구체적인 입,출력 포트의 개수나 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 그리고 도면들 중에 동일한 구성요소들은 가능한한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음에 유의해야 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 OXC 스위치의 구성도를 보인 것으로, 광 도파로 스위치를 이용하여 구성한 것이다. 상기 도 2에 보인 OXC 스위치는 전술한 도 1에 보인 통상적인 OXC 스위치에 통상적인 2×2 광 도파로 스위치(200)를 추가하여 구성한 것이다. 이에따라 광 스위치(100)와 파장 분할 역다중화기(102)와 파장 분할 다중화기(104)는 도 1에서와 동일하며, 그에 따라 참조부호도 동일하게 부여하였다. 그러므로 도 1에서와 동일한 광 스위치(100)와 파장 분할 역다중화기(102)와 파장 분할 다중화기(104)에 대한 상세한 설명은 생략한다. 그리고 도 2에서도 (n-m)개의 입력 포트들(Pim+1∼Pin)과 (n-m)개의 출력 포트들(Pom+1∼Pon)은 분기/결합이나 후술하는 바와 같이 본 발명에 따라 통과 및 분기를 위해 사용되는데, 전술한 도 1에서와 마찬가지로 편의상 1개의 입력 포트(Pin)와 그에 대응하는 1개의 출력 포트(Pon)만 사용하는 상태를 보였다.

상기한 광 도파로 스위치(200)는 2개의 입력 포트(i1,i2)가 광 스위치(100)의 출력 포트들(Po1∼Pon)중 하나의 출력 포트(Pon)와 외부 입력단(202)에 하나씩 연결되고 2개의 출력 포트(o1,o2)가 광 스위치(100)의 입력 포트들(Pi1∼Pin)중 하나의 입력 포트(Pin)와 외부 출력단(204)에 하나씩 연결된다.

통상적인 광 도파로 스위치는 직류의 스위칭 구동전압 Vc의 레벨에 따라 출력 포트로 출력되는 광 신호의 크기를 조정할 수 있는 특성을 지닌다. 이러한 특성을 가지는 광 도파로 스위치는 직류의 스위칭 구동전압 Vc의 레벨에 따라 교차 또는 통과의 2가지 상태중 한가지로 동작시켜 사용되어 왔었다. 예를 들어 광 도파로 스위치는 스위치 구동전압 Vc이 스위칭 전압인 Vpi이면 통과상태로 동작하고, 0 즉, 스위치 구동전압 Vc이 인가되지 않으면 교차 상태로 동작한다. 물론 제품에 따라 이와 반대로 동작하는 것도 있다.

한편 통상적인 2×2 광 도파로 스위치에 스위칭 구동전압 Vc을 Vpi보다 낮은 전압으로 인가하면, 하나의 입력 광 신호가 2개의 출력 포트로 나뉘어 출력된다. 이는 동일한 광 신호가 2개로 복사 출력된다고 볼 수 있다. 이때 2개의 출력 포트로 출력되는 광 신호들의 세기는 스위칭 구동전압 Vc 레벨에 따라 동일하거나 어느 한쪽이 더 크게 된다. 서로 동일하게 되는 경우는 스위칭 구동전압 Vc이 Vpi/2일때이다. 이는 광 도파로 스위치는 상기한 바와 같이 스위칭 구동전압 Vc의 레벨에 따라 출력되는 광 신호의 크기를 조정할 수 있는 특성을 지니기 때문이다.

종래에는 광 도파로 스위치를 단지 교차, 통과의 2가지 상태로만 동작시켜 사용하였으나, 본 발명은 상기한 바와 같은 특성을 이용하여 교차, 통과 이외에 통과 및 분기 상태를 추가적으로 갖게 하여 3단 구동시킨다. 이에따라 도 2에서 사용된 광 도파로 스위치(200)는 스위치 구동전압 Vc의 레벨에 따라 입력 포트들(Pi1∼Pin)을 교차, 통과 및 분기, 통과의 3가지 상태중 한가지로 출력 포트들(Po1∼Pon)에 접속한다.

이와 같이 도 2의 광 도파로 스위치(200)를 본 발명에 따라 3단 구동시키는 것을 도 3a 내지 도 3c로 보였다. 도 3a는 광 도파로 스위치(200)에 인가되는 스위치 구동전압 Vc이 0일 때 교차 상태로 동작하는 것을 보인다. 이때 광 도파로 스위치(200)는 2개의 입력 광 신호 Sa,Sb를 교차시켜 출력한다. 도 3b는 광 도파로 스위치(200)에 인가되는 스위치 구동전압 Vc이 Vpi/2일 때 통과 및 분기 상태로 동작하는 것을 보인다. 이때 광 도파로 스위치(200)는 1개의 입력 광 신호 Sa를 동일하게 2개의 출력 포트로 복사 출력한다. 이때 광 신호 Sa가 입력되는 입력 포트에 대응하는 출력 포트에서 보면 그대로 통과되는 것이고, 광 신호 Sa가 입력되지 않는 입력 포트에 대응하는 출력 포트에서 보면 분기 출력되는 것이다. 도 3c는 광 도파로 스위치(200)에 인가되는 스위치 구동전압 Vc이 스위칭 전압 Vpi일 때 통과 상태로 동작하는 것을 보인다. 이때 광 도파로 스위치(200)는 2개의 입력 광 신호 Sa,Sb를 그대로 통과시켜 대응하는 출력 포트로 출력한다.

상기한 도 2의 OXC 스위치에서 광 전송로(110)를 통해 수신되어 파장 분할 역다중화기(102)에 의해 분리된 광 신호들 중에 하나를 외부 출력단(204)으로 분기시키는 동작을 살펴본다. 예를 들어 파장 분할 역다중화기(102)에 의해 분리된 광 신호들 중에 광 스위치(100)의 입력 포트(Pi1)에 입력되는 채널의 광 신호를 분기시키는 경우라면 광 스위치(100)의 입력 포트(Pi1)를 출력 포트(Pon)에 접속시킨다. 그리고 광 도파로 스위치(200)에는 스위치 구동전압 Vc을 0으로 인가하여 교차상태로 동작시킨다. 그러면 광 스위치(100)의 입력 포트(Pi1)에 입력되는 광 신호는 광 스위치(100)의 출력 포트(Pon)를 통해 출력되고 다시 광 도파로 스위치(200)의 입력 포트(i1)에 입력되어 광 도파로 스위치(200)의 출력 포트(o2)로 출력되고 최종적으로 외부 출력단(204)으로 출력됨으로써 분기가 이루어진다.

이와 달리 외부 입력단(106)에 입력되는 광 신호를 결합시키는 동작을 살펴본다. 예를 들어 광 스위치(100)의 출력 포트(Po1)로부터 출력되어 파장 분할 다중화기(104)에 의해 다중화되는 채널로 광 신호를 결합시키는 경우라면 광 스위치(100)의 입력 포트(Pin)를 출력 포트(Po1)에 접속시킨다. 그리고 광 도파로 스위치(200)에는 스위치 구동전압 Vc을 0으로 인가하여 교차상태로 동작시킨다. 그러면 외부 입력단(202)으로부터 입력되는 결합할 광 신호는 광 도파로 스위치(200)의 입력 포트(i2)를 거쳐 출력 포트(o1)로 출력되고 다시 광 스위치(100)의 입력 포트(Pin)에 입력되어 광 스위치(100)의 출력 포트(Po1)로 출력됨으로써 결합이 이루어진다.

이렇게 하여 종래와 마찬가지로 원하는 채널에 광 신호를 결합시켜 전송하거나 원하는 채널로 수신된 광 신호를 분기시키게 된다.

한편 전술한 바와 같이 점-대-다점 연결이 필요한 경우 광 전송로(110)를 통해 전송되어온 채널의 광 신호를 도 2의 OXC 스위치가 있는 노드에서 분기시켜 버리면, 광 전송로(112)를 통해 연결되는 다른 노드를 포함하여 그에 계속 이어지는 노드들로는 더 이상 전송되지 않게 된다. 이에따라 별도의 전송 채널을 더 추가하지 않고서는 점-대-다점 연결이 불가능하였었는데, 본 발명에서는 광 도파로 스위치(200)를 통과 및 분기 상태로 동작시켜 임의 채널의 광 신호를 분기시킴과 아울러 통과시킴으로써 그 채널의 광 신호를 다음 노드로 계속 전송하게 된다.

예를 들어 파장 분할 역다중화기(102)에 의해 분리된 광 신호들 중에 광 스위치(100)의 입력 포트(Pi1)에 입력되는 채널의 광 신호를 통과 및 분기시키는 경우라면 광 스위치(100)의 입력 포트(Pi1)를 출력 포트(Pon)에 접속시킨다. 그리고 광 도파로 스위치(200)에는 스위치 구동전압 Vc을 Vpi/2로 인가하여 통과 및 분기상태로 동작시킨다. 그러면 광 스위치(100)의 입력 포트(Pi1)에 입력되는 광 신호는 광 스위치(100)의 출력 포트(Pon)를 통해 출력되고 다시 광 도파로 스위치(200)의 입력 포트(i1)에 입력되어 광 도파로 스위치(200)의 2개의 출력 포트(o1,o2)에 똑같이 출력된다. 이에따라 출력 포트(o2)를 통해 출력되는 광 신호는 최종적으로 외부 출력단(204)으로 출력됨으로써 분기가 이루어지고, 이와 동시에 출력 포트(o1)를 통해 출력되는 광 신호는 다시 광 스위치(100)의 입력 포트(Pin)에 입력되어 광 스위치(100)의 출력 포트(Po1)로 출력됨으로써 통과가 이루어진다.

이와 같이 도 2에 보인 OXC 스위치를 이용하여 분기/결합 링 시스템을 구현한 네트워크(network) 구성 예를 도 4로서 보였다. 상기 도 4에 보인 4개의 노드들, 즉 노드 1~ 노드 4는 모두 도 2의 OXC 스위치를 구비한다. 그리고 도 4는 노드 1에서 노드 2 ~ 노드 3에 대해 점-대-다점 연결하여 공통적으로 광 신호 Sa를 분기시키는 예를 보인다. 이때 노드 1에 구비되는 OXC 스위치의 광 도파로 스위치(도시하지 않았음)에 스위치 구동전압 Vc을 0으로 인가하여 광 신호 Sa를 결합시킨다. 그리고 노드 2,3에 구비되는 OXC 스위치의 광 도파로 스위치(도시하지 않았음)에 스위치 구동전압 Vc을 Vpi/2로 인가하여 광 신호 Sa를 통과시킴과 동시에 분기시킨다. 또한 노드 4에 구비되는 OXC 스위치의 광 도파로 스위치(도시하지 않았음)에 스위치 구동전압 Vc을 Vpi로 인가하여 광 신호 Sa를 분기시킨다.

이에 따라 모든 노드에 동일한 데이터를 전송하는 것이 가능하게 된다. 따라서 통상적인 광 도파로 스위치를 분기/결합뿐만아니라 통과 및 분기 기능을 수행하도록 구동시켜 OXC 스위치에 채용함으로써 별도의 전송 채널을 추가하지 않고서도 선택적인 점-대-다점 연결을 할 수 있게 된다. 그러므로 CATV와 같이 동일한 데이터를 여러곳에 선택적으로 전송하는 서비스가 필요한 경우에 유용하게 이용될 수 있다. 그리고 고가의 광 소자를 이용하는 것이 아니라 전기적으로 구동되는 광 도파로 스위치를 사용함으로써 저렴하게 구현할 수 있다.

한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 특히 본 발명의 실시예에서는 편의상 광 도파로 스위치를 1개만 사용하는 예를 보였으나, 그 개수는 필요한 만큼 사용하면 된다. 또한 광 도파로 스위치(200)에 연결되는 외부 입력단(202) 및 외부 출력단(204)을 다른 전송로에 연결되는 또 다른 OXC 스위치의 출력 포트 및 입력 포트에 도 2에 보인 것과 동일한 방식으로 각각 연결하여 사용할 수도 있다. 그러면 네트워크간에도 데이터를 통과 및 분기시킬 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의해 정하여져야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 통상적인 광 도파로 스위치를 분기/결합뿐만아니라 통과 및 분기 기능을 수행하도록 구동시켜 OXC 스위치에 채용함으로써 별도의 전송 채널을 추가할 필요없이 저렴하게 선택적인 점-대-다점 연결을 할 수 있는 잇점이 있다.

Claims (3)

1. 파장 분할 다중방식을 채용한 광 전송시스템에서 분기/결합을 수행하는 광 교차 연결 스위치에 있어서,

   다수의 입력 포트들과 출력 포트들을 구비하고 상기 입력 포트들을 상기 출력 포트들에 하나씩 선택적으로 접속하여 교체시키는 광 스위치와,

   다수의 신호 채널들이 파장 분할 다중화된 광 신호를 수신하여 채널별로 파장 분할 역다중화하여 광 신호들을 분리하고 분리된 광 신호들을 상기 광 스위치의 입력 포트들중에 자신의 출력단에 연결되어 있는 입력 포트들에 하나씩 대응되게 인가하는 파장 분할 역다중화기와,

   상기 광 스위치의 출력포트들중에 자신의 입력단에 연결되어있는 출력포트들로부터 출력되는 광 신호들을 파장 분할 다중화하여 전송하는 파장 분할 다중화기와,

   2개의 입력 포트가 상기 광 스위치의 출력 포트들중 하나와 외부 입력단에 하나씩 연결되고 2개의 출력 포트가 상기 광 스위치의 입력 포트들중 하나와 외부 출력단에 하나씩 연결되며, 스위치 구동전압의 레벨에 따라 상기 입력 포트들을 교차, 통과 및 분기, 통과의 3가지 상태중 한가지로 상기 출력 포트들에 접속하는 광 도파로 스위치를 구비함을 특징으로 하는 광 교차 연결 스위치.
2. 제1항에 있어서, 상기 광 도파로 스위치에 연결되는 외부 입력단 및 외부 출력단이, 다른 전송로에 연결되는 또 다른 광 교차 연결 스위치의 출력 포트 및 입력 포트에 각각 연결됨을 특징으로 하는 광 교차 연결 스위치.
3. 제1항에 있어서, 상기 광 도파로 스위치가, 상기 스위치 구동전압이 스위칭 전압인 Vpi이면 상기 통과상태로 동작하고, Vpi/2이면 상기 통과 및 분기상태로 동작하며, 0이면 상기 교차 상태로 동작함을 특징으로 하는 광 교차 연결 스위치.