KR100341932B1

KR100341932B1 - 전송신호의 역방향으로 진행하는 ｏｔｄｒ 펄스를 이용한증폭 ｗｄｍ 시스템의 모니터링방법

Info

Publication number: KR100341932B1
Application number: KR1019990049975A
Authority: KR
Inventors: 박남규; 배성호; 이덕기; 한권훈; 이병철
Original assignee: 박남규
Priority date: 1999-11-11
Filing date: 1999-11-11
Publication date: 2002-06-24
Also published as: KR20010046269A

Abstract

본 발명은 OTDR(optical time domain reflectometry)를 이용하여 증폭 WDM 시스템(amplified wavelength division multiplexed system)을 모니터링하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은, 전송신호의 발신단과 수신단을 가지며, 상기 전송신호를 증폭하기 위한 복수의 어븀 도핑된 광섬유 증폭기들을 포함하는 증폭 파장분할 다중 시스템을 모니터링하는 방법에 있어서, 상기 시스템의 수신단에서 OTDR 펄스들을 상기 전송신호의 역방향으로 넣어주는 단계와; 상기 시스템에서 반사 또는 산란되는 펄스만을 상기 전송신호와 구분하여 받아들이는 단계와; 상기 반사 또는 산란되는 펄스를 시간에 대해 분석하는 단계를 구비함으로써 장애의 유형과 위치를 파악하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 광신호의 전송과 동시에 시스템 모니터링이 가능하며, OTDR 펄스를 증폭하기 위한 추가의 EDFA가 필요 없다는 점이 기존에 제안된 방법들과 차별성을 가진다. 또한, EDFA의 교차 이득 변조로 인한 전송 광신호의 파워 감소량이 인라인 EDFA의 개수에 거의 무관하게 되어, 전송신호의 왜곡으로 인한 수신 에러율(bit error rate)이 커지는 것을 막을 수 있다.

Description

전송신호의 역방향으로 진행하는 ＯＴＤＲ 펄스를 이용한 증폭 ＷＤＭ 시스템의 모니터링방법 {Method for monitoring WDM amplified systems using counter-propagating OTDR pulses}

본 발명은 OTDR(optical time domain reflectometry)를 이용하여 증폭 WDM 시스템(amplified wavelength division multiplexed system)을 모니터링하는 방법에 관한 것이다.

최근, 광전송 망은 점점 장거리화 되는 추세이며, 이러한 전송망에 있어서 망의 신뢰성을 유지하고 시스템의 효율을 극대화하기 위해서 서비스 과정 중에서의 모니터링(in-service monitoring)이 가능한 감시 시스템은 필수적이다. 이러한 감시 시스템에 널리 알려진 OTDR 기술이 적용되고 있는데, OTDR 기술은 일련의 광펄스들을 모니터링대상인 광전송 망에 입사시키고, 그 입사단과 동일한 단에서 후방산란되거나 반사되는 펄스를 추출하여 이들을 시간의 함수로 측정, 분석하여 광전송 망의 상태를 알아내는 방법이다. 이러한 OTDR 기술은 간단하고 한쪽 단에서 측정이 가능하다는 점에서 유용하나, 인라인 EDFA(in-line erbium doped fiber amplifier)가 있는 시스템에서는 EDFA에서 신호가 되돌아 올 수 없는 문제로 인하여 사용이 불가능하다. 이런 문제를 해결하기 위하여 COTDR(coherent optical time domain reflectometry)을 비롯하여 다양한 구조의 EDFA를 사용하는 방법이 제안되었다. 그러나 이런 방법들은 양방향 전송이 가능한 한 쌍의 WDM 시스템을 필요로 하거나, OTDR 펄스의 증폭을 위해 추가의 EDFA가 필요하다는 점에서 여러 가지 상황에서 유연성이 떨어지거나, 증폭기의 구조가 많이 복잡해진다. 한편, 인라인 EDFA가 있는 증폭 WDM 시스템에서 OTDR 펄스가 전송신호와 같이 발신단에서 입사될 경우, EDFA의 교차이득 변조(cross-gain modulation)로 인해 EDFA 개수가 증가함에 따라 전송신호의 감소도 커진다는 단점이 있다.

본 발명의 기술적 과제는 EDFA의 교차이득 변조로 인한 전송신호의 감소량을 인라인 EDFA 개수에 무관하도록 해주는 증폭 파장분할 다중 시스템의 모니터링 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 기술적 과제는 OTDR 펄스들을 증폭하기 위해 추가의 EDFA를 사용할 필요가 없는 증폭 파장분할 다중 시스템의 모니터링 방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명의 방법이 적용되는 증폭 WDM 시스템의 개략적인 구성도;

도 2a 및 2b는 도 1의 시스템에 사용된 제1단 및 제2단 EDFA들의 변경된 구조를 나타내는 개략도들;

도 3은 WDM 시스템에서 t=0의 시점에 OTDR 펄스를 넣었을 때, OTDR 펄스에 의한 수신단에서의 신호 변화를 나타낸 그래프; 및

도 4는 OTDR 펄스가 각각의 EDFA를 지나가면서 증폭되는 정도를 나타내는 그래프이다.

상기한 기술적 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 방법은, 전송신호의 발신단과 수신단을 가지며, 상기 전송신호를 증폭하기 위한 복수의 어븀 도핑된 광섬유 증폭기들을 포함하는 증폭 파장분할 다중 시스템을 모니터링함에 있어서, 상기 시스템의 수신단에서 OTDR 펄스들을 상기 전송신호의 역방향으로 넣어주는 단계와; 상기 시스템에서 반사 또는 산란되는 펄스만을 상기 전송신호와 구분하여 받아들이는 단계와; 상기 반사 또는 산란되는 펄스를 시간에 대해 분석하는 단계를 구비함으로써 장애의 유형과 위치를 파악하는 것을 특징으로 한다.

이 경우, 상기 광섬유 증폭기들의 각각이 상기 전송신호의 단방향 전송 수단 및 상기 OTDR 펄스만의 양방향 전송 수단을 구비하되, 상기 단방향 전송 수단 및 양방향 전송 수단이 도파로 열 격자다중화기, 광학필터, 광학미러, 광 서큘레이터 및 광섬유 브래그 격자로 구성된 광학소자군으로부터 선택된 것들의 조합에 의해 이루어지는 것이 바람직하다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 방법이 적용되는 증폭 WDM 시스템의 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 다수의 광 송신기들(Tx-1, …, Tx-N)에서 나온 광신호가다중화장치(100)와 광증폭기(110)를 차례로 거친 후, WDM 결합기(120)에서 합쳐져 제1단 광섬유 스팬(span; 130)으로 입사된다. 이어서, 입사된 광신호는 제1단 EDFA(140), 제2단 광섬유 스팬(132), 제2단 EDFA(142), 제3단 광섬유 스팬(134) 및 WDM 분리기(122)를 차례로 거친 후 수신기(RX)에 의해 수신된다. 한편, OTDR 모니터링 장치(150)는 수신기(RX)와 같은 단에 위치하여 전송 광신호와 반대방향으로 OTDR 펄스들을 넣어준다. 여기서, 제1단 및 제2단 EDFA들(140, 142)은 도 2를 통해 후술되는 바와 같이 통상적인 EDFA의 구조를 변경하여 OTDR 펄스의 파장에 있는 신호만 양방향 전송이 가능하도록 해주는 것인데, 이러한 EDFA의 구조 변경으로 인한 증폭기의 성능저하는 비교적 선폭이 좁은 OTDR 펄스를 사용하고 양방향 전송이 가능한 대역을 좁게 만듦으로써 방지할 수 있다. 설명되지 않은 참조번호 160은 OTDR 모니터링 장치(150)의 앞단에 놓인 광필터이다.

도 2a 및 2b는 도 1의 시스템에 사용된 제1단 및 제2단 EDFA들(140, 142)의 변경된 구조를 나타내는 개략도들이다.

도 2a를 참조하면, 어븀이 도핑된 광섬유(202)와 펌핑 레이저 다이오드(204)로 이루어진 EDFA(200)의 양단에 아이솔레이터(210)가 부가되어 있으며, 각각의 아이솔레이터(210)의 양단에는 WDM 결합기(220)가 설치되어 OTDR 펄스의 파장에 있는 신호만을 양방향 전송시킬 수 있음을 알 수 있다.

도 2b를 참조하면, 어븀이 도핑된 광섬유(202)와 펌핑 레이저 다이오드(204)로 이루어진 EDFA(200)의 양단에 서큘레이터(250)가 설치되어 있으며, 각 서큘레이터(250)에는 광섬유 격자(260)가 부가되어 OTDR 펄스의 파장에 있는 신호만을 양방향 전송시킬 수 있음을 알 수 있다.

OTDR 장치를 제외한 도 1의 증폭 WDM 시스템에서 OTDR 방법으로 시스템을 감시할 경우, 가장 큰 문제점은 OTDR 펄스가 EDFA에서 증폭될 때 EDFA의 교차 이득 변조로 인해 전송 광신호의 세기가 감소하는 것이다.

도 3은 t=0의 시점에 OTDR 펄스를 넣었을 때, OTDR 펄스에 의한 수신단에서의 신호 변화를 나타낸다. 여기서 WDM 시스템은 4개의 인라인 EDFA와 80㎞의 중간단 광섬유 스팬을 가지는 총 400km의 8-채널 시스템이며, OTDR 펄스는 15dBm의 피크 파워(peak power)와 3㎲의 폭을 가진다. OTDR 펄스의 에너지는 약 95nJ로, 평균화(averaging)를 통한 신호 대 잡음비 향상을 25dB로 가정할 경우 전체 광섬유 스팬을 측정하기에 충분한 에너지이다. 하나의 광섬유 스팬당 광파워 손실은 22dB로 가정하여, EDFA의 이득은 22dB, EDFA의 입력단에서 전송 광신호는 채널당 -20dBm, OTDR 펄스는 -7dBm의 피크 파워를 가진다. 도 3에 도시된 바와 같이, OTDR 펄스를 송신단에서 전송 광신호와 같이 보내는 경우(Co-propagate)는 같이 진행하는 광신호의 감소가 약 1.8dB이며, 수신단에서 전송 광신호의 역방향으로 보낼 경우(Counter-propagate)에는 약 0.5dB의 감소가 생긴다. 이런 0.5dB의 광신호 파워 감소로 인한 수신 에러율의 증가를 막기 위해 필요한 전송 신호의 증가분은 약 1.2dB 정도임을 전송 시뮬레이션을 통하여 확인하였으며, 이는 1.8 dB의 광신호 파워 감소로 인한 시스템 파워 감소보다 상당히 향상된 값이라고 예상된다.

상기 현상은 다음과 같이 설명할 수 있다. 전송 광신호와 OTDR 펄스가 같이 진행하는 경우는, 각각의 EDFA에서 생기는 펄스에 의한 이득 감소가 시간적으로 항상 같은 광신호에 영향을 미치게 되며, 따라서 EDFA의 개수가 증가함에 따라 같이 진행하는 광신호의 감소가 심해지는데 반해 역방향으로 진행하는 경우는 OTDR 펄스로 인한 반전(inversion)의 감소가 시간적으로 다른 신호에 영향을 미치게 되기 때문이다. 즉 같은 방향으로 진행하는 경우는 각각의 EDFA에서의 이득 감소가 항상 같은 광신호에 누적되지만, 역방향으로 진행하는 경우에는 시간적으로 서로 다른 광신호에 나뉘어져 영향을 미치게 된다. 따라서 수신단에서 OTDR 펄스를 넣어 줌으로써 심각한 광신호 파워의 변화를 막을 수 있으며, 결과적으로 광신호 전송과 동시에 전체 시스템의 모니터링도 가능하게 된다.

도 4는 OTDR 펄스가 각각의 EDFA를 지나가면서 증폭되는 것을 보여주며, 4개의 EDFA를 지나는 동안 교차 이득 변조로 인한 이득 감소 때문에 파워가 평균적으로 0.9dB 정도 감소하는 것을 알 수 있다. 이런 OTDR 펄스 파워의 감소로 인해 OTDR로부터 멀리 떨어진 광섬유 스팬일수록 측정된 레일레이(Rayleigh) 후방 산란된 파워(back-scattered power)의 신호대 잡음비가 작아지나, 그 정도가 모니터링의 결과에 큰 차이는 주지 않을 정도이며, 이런 신호대 잡음비 감소를 고려하여 입력단에서 OTDR 펄스 파워를 조금 늘려줌으로써 해결할 수 있다.

본 발명에 따르면, 광신호의 전송과 동시에 시스템 모니터링이 가능하며, OTDR 펄스를 증폭하기 위한 추가의 EDFA가 필요 없다는 점이 기존에 제안된 방법들과 차별성을 가진다. 또한, EDFA의 교차 이득 변조로 인한 전송 광신호의 파워 감소량이 인라인 EDFA의 개수에 거의 무관하게 되어, 전송 신호의 파워 감소로 인한 수신 에러율의 증가를 막을 수 있다.본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 광섬유 증폭기로서 어븀 도핑된 것을 사용하였으나, 그 외에도 여기 가능한 원소로 도핑된 광섬유 증폭기라면 어느 것이든 사용할 수 있음은 자명하다.

Claims

전송신호의 발신단과 수신단을 가지며,

상기 전송신호를 증폭하기 위한 복수의 어븀 도핑된 광섬유 증폭기들을 포함하는 증폭 파장분할 다중 시스템을 모니터링하는 방법에 있어서,

상기 시스템의 수신단에서 OTDR 펄스들을 상기 전송신호의 역방향으로 넣어주는 단계와;

상기 시스템에서 반사 또는 산란되는 펄스만을 상기 전송신호와 구분하여 받아들이는 단계와;

상기 반사 또는 산란되는 펄스를 시간에 대해 분석하는 단계;

를 구비함으로써 장애의 유형과 위치를 파악하는 것을 특징으로 하는 증폭 파장분할 다중 시스템의 모니터링 방법.
제1항에 있어서, 상기 광섬유 증폭기들의 각각이 상기 전송신호의 단방향 전송 수단 및 상기 OTDR 펄스만의 양방향 전송 수단을 구비하되, 상기 단방향 전송 수단 및 양방향 전송 수단이 도파로 열 격자다중화기, 광학필터, 광학미러, 광 서큘레이터 및 광섬유 브래그 격자로 구성된 광학소자군으로부터 선택된 것들의 조합에 의해 이루어진 것을 특징으로 하는 증폭 파장분할 다중 시스템의 모니터링 방법.