KR100322124B1

KR100322124B1 - 광신호 모니터링 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100322124B1
Application number: KR1019990000844A
Authority: KR
Inventors: 강용훈; 김병직
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1999-01-14
Filing date: 1999-01-14
Publication date: 2002-02-04
Also published as: CN1260480A; KR20000050762A; US6347169B1; CN1155811C

Abstract

본 발명은 파장분할다중화시스템에서 파장분할다중화된 여러 채널의 광신호를 별도의 계측기 없이 각 채널의 광신호를 모니터링하여 감시하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 광신호 모니터링 장치 및 방법은 파장분할다중화되어 입력되는 광신호를 파장별로 역다중화하는 광 역다중화부; 상기 광 역다중화기로부터 역다중화되어 분리된 소정의 파장대역의 광 신호를 필터링하는 필터부; 상기 필터부를 통과한 각 광신호의 광세기를 측정하는 광세기측정부; 상기 포토다이오드 어레이로부터 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환부; 및 상기 아날로그-디지털 변환기의 디지털 출력신호를 입력받아 광세기, 파장 및 광 신호대 잡음비를 계산하는 신호처리부를 포함한다.

본 발명에 의하면, 파장분할다중화된 광신호를 구성하는 각 채널의 광신호를 별도의 계측기 없이 작은 모듈로 구성된 광신호 모니터링 장치에 의하여 광세기, 파장, 광신호 대 잡음비를 동시에 정확하게 측정할 수 있다.

Description

광신호 모니터링 장치 및 방법{Apparatus and method for monitoring optical signal}

본 발명은 파중분할다중화(WDM;Wavelength Division Multiplexing)시스템에서 파중분할다중화된 각 채널의 광신호를 별도의 계측기를 사용하지 않고 그 신호품질을 모니터링하여 파장분할다중화된 광신호를 감시하는 장치에 관한 것이다.

하나의 광섬유에 여러개의 광채널이 다중화되어 전송되는 파장분할다중화시스템에서, 각 채널을 광 역다중화한 후 채널의 품질을 모니터링하기전에 파중분할다중화된 상태에서 광신호의 품질을 모니터링을 해야하는 필요성이 대두되기 시작하였다.

일반적으로 파장분할다중된 다채널 광신호를 모니터링하기 위해서는 각 광신호 채널의 광세기(Optical Power), 파장(Optical Wavelength), 광신호 대 잡음비(OSNR; Optical Signal to Noise Ratio)를 측정해야한다. 파장분할다중화 광전송장치에서, 각 채널의 파장 편이는 해당 채널의 신호뿐만아니라 인접 채널의 신호전송에서도 에러를 유발하기 때문에 정확히 제어되어야 되며, 제어 상황을 실시간 모니터링할 필요가 있다. 또한 파장분할다중 광증폭기의 사용과 더불어 각 채널의 광세기와 광신호 대 잡음비는 채널마다 달라질 수 있으므로 각 채널의 광세기 및 광신호 대 잡음비를 모니터링해야 한다. 광신호 대 잡음비와 광세기로 개략적인 신호의 품질을 유추할 수 있으므로 이들의 모니터링은 필수적이 된다.

미국특허 제 5,617,234호는 배열격자도파로(AWG;Arrayed Waveguide Grating 이하 'AWG'라고 함)와 포토다이오드 어레이를 이용하는 구조를 갖는데, 각 채널의 파장을 모니터링할 수 있지만 AWG의 온도를 실시간 제어해야하며 기준파장을 주는 광신호가 별도로 필요하며, 또한 광세기와 광신호 대 잡음비를 정확하게 측정할 수 없다는 문제가 있다. 또한 파장분할다중화 광전송시스템에서의 채널 모니터링은 광신호의 세기, 파장, 광 신호 대 잡음비를 동시에 모니터링할 수 있어야 하는데, 종래기술에서는 상기 세가지 측정항목중 임의의 두가지를 측정하면 나머지 한가지는 측정할 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 파장분할다중화시스템에서 광세기, 파장, 광 신호 대 잡음비를 동시에 측정하여 광채널신호의 신호품질을 모니터링하는 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

도 1은 AWG에서 측정한 광채널신호의 스펙트럼을 도시한 것이다.

도 2는 측정하고자 하는 채널에 해당하는 AWG의 출력포트들의 스펙트럼을 도시한 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 광신호 모니터링 장치에 관한 것이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광신호 모니터링 장치에 관한 것이다.

상기의 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 광신호 모니터링 장치는 N개의 파장들로 다중화된 광신호가 입력되어 각 파장별로 역다중화하여 각 채널에 해당하는 광신호를 2개씩, 총 2N개의 광신호를 출력하는 총 2N개의 출력포트를 갖는 광 역다중화부; 상기 광 역다중화부의 출력 광신호를 입력받아 디지털 신호로 변환하는 채널 감시부; 및 상기 디지털 신호를 입력 받아서 상기 각 채널의 파장 및 광세기를 구하는 신호처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기의 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 광신호 모니터링 방법은 N개의 파장들로 다중화된 광신호가 입력되어 각 파장별로 역다중화하여 각 채널에 해당하는 광신호를 2개씩, 총 2N개의 광신호를 출력하는 단계; 상기 광 역다중화부의 출력 광신호를 입력받아 디지털 신호로 변환하는 단계; 및 상기 디지털 신호를 입력 받아서 상기 각 채널의 광신호의 파장 및 광세기를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 AWG의 출력포트에서 측정한 광채널신호의 스펙트럼이다. 모니터링하고자 하는 파장분할다중화된 광신호가 광신호 모니터링 장치에 입력되면 광 역다중화기는 정해진 파장 간격에 맞추어 광신호를 출력단자로 내보낸다. 이 때 사용되는 광 역다중화기는 파장분할다중화된 광신호의 파장 간격보다 2배 조밀하여야한다. 예를들어 파장분할다중화된 광신호가 100㎓간격이면, 이를 위한 광신호 모니터링장치에 사용되는 광 역다중화기의 출력 포트는 이의 절반인 50㎓이어야 한다. 또한 파장분할다중화된 광신호의 갯수가 N개이면 광 역다중화기의 출력포트는 2N+2개가 필요하다. 각 채널광신호당 2개씩의 출력포트가 필요하게 되므로 2N개가 되고 나머지 2개는 양 끝 파장대역밖의 광 잡음수준을 측정하기 위하여 사용되므로 총 2N+2개의 출력포트가 필요하게 되는 것이다. 그리하여 도 1에 도시된 것과 같이 각 채널광신호에 해당하는 AWG의 출력포트의 파장투과 특성곡선은 각 채널 파장을 중심으로 교차된다. 이 때 i번째 채널의 광세기는 광 역다중화기의 2i번째 포트와 2i+1번째 포트의 출력광신호를 이용하여 측정하게 된다. 광세기 및 파장의 측정방법은 도 3을 참조하여 본 발명의 구성을 설명하고나서 도 2를 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다.

도 3은 광세기, 파장 및 광 신호 대 잡음비를 구하기 위한 본 발명에 의한 광신호 모니터링 장치에 관한 것으로서 광역다중화부(310), 채널감시부(320), 마이크로프로세서부(330)로 구성된다.

광역다중화부(310)는 파장분할다중화된 광신호를 각 채널의 파장별로 구분하여 출력한다. 이 채널별로 출력된 광신호를 받아 채널감시부(320)는 상기와 같은 계산을 하기위한 전제로서 각 채널의 광신호를 전기신호로 바꾸어 신호처리부(330)로 출력한다. 이 전기신호를 받은 마이크로프로세서(330)는 아래에서 설명하는 수학식들을 계산하여 각 채널의 특성을 찾아내어 그 결과를 파장분할다중화 시스템 또는 PC등과 같은 외부의 시스템에 출력하게된다.

상기의 구성에서 광 세기, 광 파장, 광 신호 대 잡음비를 구하는 과정을 상세하게 설명하도록 한다.

도 2는 측정하고자 하는 채널에 해당하는 AWG의 출력포트들의 출력광신호의 스펙트럼을 도시한 것이다. i번째 채널을 예로들면, i번째 채널에 해당하는 AWG의 두 포트의 투과곡선 즉 파장에 따른 손실곡선은 채널파장(ITU권고안에 맞는 파장)을 중심으로 다음의 수학식 1,2처럼 근사화할 수 있다. 여기서는 i번째 채널의 중심파장,은 2i번째 출력포트의 중심파장,는 2i+1번째 출력포트의 중심파장이다.

여기서,은 손실 특성계수,은 손실 오프셋계수이다.

여기서,는 손실 특성계수,는 손실 오프셋계수이다.

포트 2i로 측정되는 광세기를, 포트 2i+1로 측정되는 광세기를,원래 채널 i의 광세기를라고 하고 출력광세기를 구한다. 먼저 AWG의 2i번째 출력포트의 광세기과 2i+1번째 출력포트의 광세기는 각각 다음의 수학식 3,4와 같다. 여기서는 i번째 채널의 파장이다.

상기 수학식 3과 수학식 4의 좌우변을 서로 빼고, 그 서로 뺀 식에서에 대하여 풀면가 0이 아닌 경우에는 수학식 5,가 0인 경우에는 수학식 6을 얻는다.

여기서,

이다.

상기 수학식 5의의 두 가지 값중에서과사이에 위치하는 것이 해가 되어 i번째 채널의 파장이 된다. 이 경우 i번째 채널의 광세기는 다음의 수학식 7의 값을 갖는다.

여기서,

이다.

상기 수학식 6의에 대하여 i번째 채널의 광세기도 역시 다음의 수학식 7의 값을 갖는다.

또는

상기와 같이 AWG의 출력포트중 측정하고자 하는 광신호채널 주변 2개의 포트에서 나오는 광신호를 이용하여 광세기를 계산할 수 있다.

상기와 같이 2차식으로 하는 방법과 더욱 간단하게는 1차식으로 하는 방법이 있는데, 1차식으로 손실특성을 근사화시키는 방법을 설명한다.

포트 2i에서 측정되는 광세기를이라 하고, 포트 2i+1에서 측정되는 광세기를라고 하자. 이 때 원래 채널 i의 광세기를라고 하면 다음의 수학식 8,9처럼 각 포트의 출력 광세기를 표현할 수 있다.

여기서,는 i번째 채널의 파장,은 손실 1차특성계수,은 손실 특성상수이다.

여기서,는 i번째 채널의 파장,는 손실 1차특성계수,는 손실 특성상수이다.

수학식 8,9로부터 측정된 두 광세기,로부터 i번째 채널의 파장를 나타내면 다음의 수학식 10과 같다.

이를 수학식 8,9에 대입하면 입력 광세기를 알 수 있다.

또한 상기처럼 1차, 2차함수로 손실특성곡선을 근사화하는 외에 가우시안함수를 적용하여 근사화할 수도 있다.

다음으로 광 신호 대 잡음비를 구하는 방법을 기술한다. 광 신호 대 잡음비를 구하려면 신호에 섞여있는 광잡음수준을 측정해야 하는데, 이는 AWG의 1번과 2N+2번째 포트의 출력을 통하여 알 수 있다. 여기서 광 역다중화기의 누화정도가 크면 광잡음수준 측정시 인접채널의 광세기로 인하여 오차가 발생할 수 있다. 따라서 광 역다중화기의 종류에 따라 이들 두 포트 출력에 대역통과필터가 삽입되면 정확한 광잡음수준을 측정할 수 있다. 이 AWG의 1번째와 2N+2번째 포트의 출력에서 측정된 광잡음수준은 광 역다중화기의 실질 투과대역만큼을 프로그램에 의하여 보정하여주면 광스펙트럼분석기에서 측정할 수 있는 값을 계산할 수 있게 된다. 상기 두 포트에서 측정된 광 잡음수준과 보정된 값을 이용하여 각 채널위치에서의 광잡음수준을 내삽법(interpolation)으로 구하면 앞에서 구한 광세기와의 비에서 광 신호 대 잡음비를 구할 수 있다.

도 4는 도 3의 상세한 실시예에 의한 광신호 모니터링 장치에 관한 것으로서, AWG(410), 필터부(420), 광세기 측정부(430), 아날로그-디지털 변환부(430), 마이크로프로세서부(440)로 구성된다.

AWG(410)는 파방분할다중화된 광신호를 입력받아 내부에 배열된 도파로의 길이 차이만큼 위상차이를 갖는 광신호가 출력되는 소자이다. N개의 채널신호가 파장분할다중화된 신호가 입력되면 AWG(410)를 통과하였을 때 2N+2개의 광신호가 분리되어 출력된다. 상기 2N+2개의 광신호중 첫번째와 마지막 광신호는 광 신호 대 잡음비를 계산하는데 사용된다. 이 2개의 광신호는 필터부(420)에 입력된다. 상기 필터부(420)는 상기 2개의 광신호만을 통과시켜서 그 주변의 채널 광신호의 누화에 영향을 받지 않도록 필터링한다. 상기 필터부(420)는 대역통과필터로 구성된다. 필터부를 통과한 2개의 광신호와 AWG(410)에서 역다중화된 나머지 채널의 광신호는 각각 광세기 측정부(430)에 입력된다. 상기 광세기 측정부(430)는 포토다이오드 어레이 또는 전하결합디스플레이(CCD;Charge Coupled Display)로 구성된다. 상기 광세기 측정부(430)는 AWG(410)의 각 출력포트의 출력 광신호와 필터부(420)를 통과한 광신호를 입력받아 전기신호로 바꾼다. 광세기 측정부(430)에서 입력된 광신호의 세기에 비례하여 변환된 전기신호는 마이크로프로세서부(440)에 입력된다. 마이크로프로세서부(440)는 상기 수학식들에 따른 계산을 수행한다.

따라서 각 채널의 광신호에 대한 정보를 마이크로프로세서부(440)에 입력함으로써 광신호의 세기, 파장, 광 신호 대 잡음비를 동시에, 그리고 정확하게 계산할 수 있게된다.

또한 그 계산결과는 PC 또는 파장분할다중화 광전송시스템으로 입력될 수 있다.

Claims

입력되는 N개의 파장들로 다중화된 광신호를 각 파장별로 역다중화하여 각 채널에 해당하는 광신호를 2개씩, 2N개의 광신호를 출력하는 2N개의 출력포트 및 입력 광신호의 전체 파장대역보다 작거나 큰 대역의 잡음 광신호를 각각 1개씩 출력하는 2개의 출력포트를 포함한 총 2N+2개의 출력포트를 갖는 광 역다중화부;

각 출력포트로부터 출력 광신호를 입력하여 그 광세기에 따른 아날로그 신호를 발생한 후, 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 채널 감시부; 및

각 채널에 대해 2개씩의 출력포트들로부터의 상기 디지털 신호를 입력하여 각 채널의 파장을 구하고, 상기 파장 및 상기 2개씩의 출력포트들의 광세기를 이용하여 각 채널의 광신호의 광세기를 계산하고, 상기 잡음 광신호의 광세기와 상기 각 채널의 광신호의 광세기를 비교하여 광 신호 대 잡음비를 계산하는 신호처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 모니터링 장치.
제1항에 있어서, 상기 광 역다중화부는

배열격자도파로(A.W.G.)로 구성됨을 특징으로 하는 광신호 모니터링 장치.
제1항에 있어서, 상기 채널 감시부는

상기 잡음 광신호만 통과시키는 필터부;

상기 광 역다중화부의 출력 광신호 및 필터링된 상기 잡음 광신호의 광세기를 아날로그 신호로 변환하는 광세기 변환부; 및

상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 모니터링 장치.
제5항에 있어서, 상기 필터부는

대역통과필터로 구성되는 것을 특징으로 하는 광신호 모니터링 장치.
제5항에 있어서, 상기 광세기 변환부는

포토다이오드 어레이 또는 전하결합디스플레이(CCD;Charge Coupled Display)를 사용함을 특징으로 하는 광신호 모니터링 장치.
(a) 입력되는 N개의 파장들로 다중화된 광신호를 각 파장별로 역다중화하여 각 채널에 해당하는 광신호를 2개씩, 2N개의 광신호를 출력하고, 이와 함께 입력 광신호의 전체 파장대역보다 작거나 큰 대역의 잡음 광신호를 각각 1개씩 출력하여 총 2N+2개의 출력 광신호를 내는 단계;

(b) 상기 출력 광신호를 입력하여 그 광세기에 따른 아날로그 신호를 발생한 후, 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계; 및

(c) 각 채널에 대해 2개씩의 광신호로부터의 상기 디지털 신호를 입력하여 각 채널의 파장을 구하고, 상기 파장 및 상기 2개씩의 광신호의 광세기를 이용하여 각 채널의 광신호의 광세기를 계산하고, 상기 잡음 광신호의 광세기와 상기 각 채널의 광신호의 광세기를 비교하여 광신호 대 잡음비를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 모니터링 방법.
제9항에 있어서,

상기 (c)단계는 상기 각 채널의 광신호를 모니터링하는데 있어서,

상기 두 출력포트들의 파장에 따른 손실곡선을 근사시킬 때, 파장에 따른 손실곡선을 각각,, 손실특성계수를 각각,, 손실 오프셋계수를 각각,, 그리고 각 채널의 광신호의 파장과 두 출력포트의 출력 광신호의 파장을 각각,,라고 하면,,로 근사시키는 단계;

상기 각 채널의 광신호의 광세기를, 상기 두 출력포트의 출력 광세기를,라고 하였을 때,,로 각각 두 출력포트의 출력광세기를 구하는 단계;

상기에서 구한과를 나타내는 식들의 좌우변을 각각 빼준 식에서 파장에 대하여 풀어서 구한 값중과사이에 해당하는 값인 각 채널의 광신호의 파장을 구하는 단계; 및

상기 각 채널의 광신호의 파장를또는에 대입하여 상기 각 채널의 광세기를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 모니터링 방법.
제9항에 있어서,

상기 (c)단계는 상기 각 채널의 광신호를 모니터링하는데 있어서,

상기 두 출력포트들의 파장에 따른 손실곡선을 근사시킬 때, 파장에 따른 손실곡선을 각각,, 손실 1차특성계수를 각각,, 손실 특성상수를 각각,, 그리고 각 채널의 광신호의 파장을라 하면,,로 근사시키는 단계;

상기 각 채널의 광신호의 광세기를, 상기 각 채널에 해당하는 두 출력포트의 출력 광세기를,라고 하였을 때,,로 각각 두 출력포트의 출력광세기를 구하는 단계;

상기에서 각 채널의 광신호의 파장을에 대입하여 구하는 단계; 및

상기를 상기,를 나타내는 식에 대입하여 각 채널의 광신호의 광세기를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 모니터링 방법.