KR100431239B1 - 2파장 서큘레이터 애드/드롭형 파장분할 다중화기를이용한 광통신 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존의 송신국 또는 기지국과 수신국 또는 중계기 사이에 연결되어 있는 광선로에 파장 패스 애드/드롭형 광 모듈을 설치하여 광선로 및 중계기의 추가 없이 통신범위를 넓힐 수 있는 2파장 서큘레이터 애드/드롭형 파장분할 다중화기를 이용한 광통신 시스템에 관한 것으로, 특히 본 발명은 제1 파장과 제2 파장을 분/합파시키는 제1 파장분할 다중화기와; 제1 파장분할 다중화기에 연결되어 있으며, 서로 다른 두 개의 포트로 입력되는 파장을 상호 간섭 없이 지정한 경로로 전송하는 제1 서큘레이터와; 제1 파장분할 다중화기에 연결되어 있으며, 서로 다른 두 개의 포트로 입력되는 파장을 상호 간섭 없이 지정한 경로로 전송하는 제2 서큘레이터; 및 제1 서큘레이터 및 제2 서큘레이터에 연결되어 있으며, 제1 파장 및 제2 파장을 분/합파시키는 제2 파장분할 다중화기로 구성된 슬레이브 유닛을 포함한다. 따라서, 본 발명에 의하면 기지국과 중계기의 마스터 유닛에 연결되어 있는 광선로에 슬레이브 유닛을 설치하여 기존의 기지국과 마스터 유닛은 신호의 왜곡이나 손실 없이 통신할 수 있고, 슬레이브 유닛 상호간에도 통신을 할 수 있는 효과가 있다.

Description

2파장 서큘레이터 애드/드롭형 파장분할 다중화기를 이용한 광통신 시스템{Optical Communication System using 2 Wavelength Circulator Add/Drop Type Wavelength Division Multiplexing}

본 발명은 2파장 서큘레이터 애드/드롭형 파장분할 다중화기를 이용한 광통신 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존의 송신국 또는 기지국과 수신국 또는 중계기 사이에 연결되어 있는 광선로에 파장 패스 애드/드롭형 광 모듈을 설치하여 광선로 및 중계기의 추가 없이 통신범위를 넓힐 수 있는 2파장 서큘레이터 애드/드롭형 파장분할 다중화기를 이용한 광통신 시스템에 관한 것이다.

최근, 이동 통신 서비스의 진전에 따라 일반 수요자는 비수요 지역으로서 이동 통신 서비스가 미치지 못했던 산간 벽지, 낙도뿐만 아니라 도심 지역 중 전파 환경이 열악해 전파 사각 지대로 남아있는 지하 공간 및 아파트 단지 등에 이르기까지 더욱 고품질의 서비스를 원하고 있다. 그러나, 이러한 요구를 수용하기 위하여 통화량이 낮은 지역에 막대한 비용을 투자해 기지국을 건설하여 운용하는 것은 투자의 비효율성으로 인해 이동 통신 사업자의 경영 수지를 악화시키는 동시에 국가적인 자원의 낭비를 초래한다. 따라서, 기존의 이동 통신 시스템과 다른 개념으로서 커버리지를 확보하고 통화 품질을 제고시킬 수 있는 방법이 요구되고 있다. 선진 각국에서는 CATV 네트워크를 이용한 중계 시스템 등이 적극적으로 검토되고 있으며, 80% 이상의 국토가 산악 및 구릉으로 이루어진 우리 나라의 지형적 특성을 고려할 때, 기지국과 중계국간에 가시거리(Line-of-Sight)의 확보가 필요한 마이크로웨이브 또는 레이저 중계 시스템의 활용은 매우 제한적이다.

도 1은 종래의 광통신 시스템의 개략적인 구성도로서, 종래의 광통신시스템(100)은 기지국(110)과 중계기(120)로 구성되어 있으며, 중계기(120)는 다시 마스터 유닛(master unit)(125)과 슬레이브 유닛(slave unit)(125a~125d)으로 구성되어 있다. 또한, 도 1에는 마스터 유닛(125)이 하나만 도시되어 있지만 기지국(110)당 3개의 마스터 유닛(125)을 연결할 수 있으며, 각 마스터 유닛(125)에는 4개의 슬레이브 유닛(125a~125d)을 연결될 수 있다.

기지국(110)은 교환국(미도시)과 이동 단말기를 연결시켜 주는 다리 역할을 수행하는 것으로, 기지국(110)과 교환국을 연결하는 유선망, 이동 단말기와 기지국(110)을 연결하는 무선망과 이러한 유/무선을 연결하기 위한 안테나, 송신기, 수신기 및 전원장치로 구성되어 있으며 이들의 상호 접속이 가능하도록 정합기능을 담당한다.

중계기(120)의 마스터 유닛(125)은 기지국(110)과 연결되어 있으며, 슬레이브 유닛(125a~125d)은 마스터 유닛(125)과 광케이블로 링크되어 있다. 여기에서, 기지국(110)에서 마스터 유닛(125)으로의 광통신은 1310nm의 파장을 사용하고, 마스터 유닛(125)에서 기지국(110)으로의 광통신은 1550nm의 파장을 사용한다. 이와 같은 광통신 시스템(100)은 광케이블을 이용하여 전파를 송수신하기 때문에 최소한의 전파손실로 통신할 수 있는 뛰어난 통화 품질을 구현할 수 있다. 기지국(110)의 서비스 범위가 도심지의 경우 약 1.5km, 교외 지역의 경우 약 5km 이내인 점을 감안할 때, 광통신 시스템(100)의 경우 하나의 기지국(110)에 최대 12개의 슬레이브 유닛을 반경 20km 이내에 설치할 수 있기 때문에 광범위한 지역을 서비스할 수 있다.

이러한 광통신 시스템(100)에 있어서, 첨단정보 통신망의 실현으로 CATV 또는 FITL(Fiber In To Loop) 등의 가입자망에서 한 곳에서 오는 신호를 여러 곳으로 분배 또는 반대로 여러 곳에서 입력되는 신호를 한 곳으로 결합시키는 다중화 장치가 필수적으로 요구된다. 이러한 다중화 장치는 기존 통신 케이블의 경우처럼 그리 간단한 것은 아니며 특수한 장치 즉, 광 커플러에 의해 실현될 수 있다. 아주 간단한 경우 1 ×2(즉, 한 채널의 신호를 2개로 분할)에서 복잡한 경우 32 ×32(즉, 32채널을 수신하여 다시 32채널로 분배)까지 가능한 광 커플러가 상용화되고 있다. 광통신의 초기에는 광 커플러를 사용하지 않고 광섬유 및 광케이블 채널을 증설하는 복잡한 통신망 구성이 광 커플러의 사용으로 간단한 통신망을 구성하게 되었다. 커플러의 종류에는 정보 통신망 구성에 따라 여러 가지 형태가 있는데, 스타 커플러(star coupler), 방향성 커플러(directional coupler) 및 트리 커플러(tree coupler) 등이 있다.

또한, 특수한 커플러의 하나로 사용되며 빛(신호)의 파장을 분할하는 장치인 파장분할 다중화 장치(WDM: Wavelength Division Multiplexing)를 사용한다. WDM은 예를 들면, 1550nm 파장으로부터 1310nm 파장을 분리하고 2개의 서로 다른 신호를 각각 다른 파장대로 입력시켜 1개의 채널 즉, 광섬유 케이블을 통해 전송하고, 다시 통합된 신호를 받아 2개의 신호로 분리하는 역할을 수행한다. WDM의 기능에 대한 매커니즘은 파장에 따라 굴절 및 반사가 변화되는 원리를 이용한 그레이팅(Grating) 방법과 특정 파장은 필터를 통과시키지만 다른 파장은 반사하는 원리를 이용하는 디크로익 코팅(Dichroic Coating) 방법 등이 있다.

그러나, 이와 같은 종래의 광통신 시스템은 여러 가지 문제점을 내포하고 있다. 첫째, 종래의 광통신 시스템에서는 마스터 유닛과 슬레이브 유닛의 설치와 확장성에 따라 1:1, 1:2, 1:3 방식으로 네트워크를 구축하였기 때문에 중계기의 수요가 이미 포화상태에 이르렀고, 슬레이브 유닛을 추가 구축하고자 하는 경우에는 별도의 광케이블을 개설하여야 하는 불편함이 있다. 또한, 광케이블의 증설에 대한 비용이 추가되어 통신 사업자의 비용부담을 가중시키는 요인이 된다. 둘째, 슬레이브 유닛은 기지국의 제어를 받지 않고 마스터 유닛의 제어를 받기 때문에 슬레이브 유닛 상호간의 통신이 자유스럽지 못하다. 물론, 슬레이브 유닛 상호간의 통신도 가능하지만 이를 실현하기 위해서는 슬레이브 유닛에 별도의 추가 장비를 구현하여야 한다. 셋째, 광 커플러를 이용하여 다중화하는 방식은 파장을 가변시키기가 어려우며 분기비에 따라 전송 도중에 크고 작은 손실이 발생한다는 단점이 있다. 광 커플러를 이용하여 원하는 파장을 분배 또는 결합하기 위해서는 고정된 특정 파장을 사용하기 때문에 유동적인 환경에 적응하기가 어렵다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 기존의 1:1 방식인 1310nm, 1550nm WDM을 이용한 광통신 시스템에 파장 패스 애드/드롭형 4파장 광 모듈로 구성된 슬레이브 유닛을 설치하여 별도의 광케이블의 증설 없이 저 비용의 광통신 서비스를 제공하기 위한 2파장 서큘레이터 애드/드롭형 파장분할 다중화기를 이용한 광통신 시스템을 제공하는 데 있다.

도 1은 종래의 광통신 시스템의 개략적인 구성도이고,

도 2는 본 발명에 따른 광통신 시스템의 개략적인 구성도이고,

도 3은 도 2의 슬레이브 유닛의 내부 구성도이고,

도 4a 및 도 4b는 본 발명에서 사용되는 서큘레이터의 내부 구조 및 광경로를 설명하기 위한 개념도이고,

도 5는 본 발명에 따른 슬레이브 유닛의 연결 관계 및 파장 흐름을 보여주는 신호 흐름도이다.

♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

210,500: 기지국 220,590: 마스터 유닛

230,A: 제1 슬레이브 유닛 240,B: 제2 슬레이브 유닛

250: 광케이블 510,550: 제1 WDM

320,520,560: 제1 서큘레이터 330,530,570: 제2 서큘레이터

540,580: 제2 WDM

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전파가 미치지 못하는 음영/사각지역에 이동 통신 서비스를 제공하고 통신 범위를 넓히기 위해 기지국과 마스터 유닛을 연결하여 고품질의 통신 서비스를 제공하는 광통신 시스템에 있어서, 기지국과 마스터 유닛 사이에 위치하여 기지국과 마스터 유닛의 통신 파장을 상호 전달하고, 기지국 및 마스터 유닛의 제어 없이 독립적으로 상호간에 통신하는 다수개의 슬레이브 유닛을 포함하고, 슬레이브 유닛은 입력되는 특정 파장을 분/합파시키는 제1 파장분할 다중화기와; 제1 파장분할 다중화기에 연결되어 있으며, 서로 다른 두 개의 포트로 입력되는 파장을 상호 간섭 없이 지정한 경로로 전송하는 제1 서큘레이터와; 제1 파장분할 다중화기에 연결되어 있으며, 서로 다른 두 개의 포트로 입력되는 파장을 상호 간섭 없이 지정한 경로로 전송하는 제2 서큘레이터; 및 제1 서큘레이터 및 제2 서큘레이터에 연결되어 있으며, 입력되는 특정 파장을 분/합파시키는 제2 파장분할 다중화기를 포함하고, 하나의 슬레이브 유닛의 제2 파장분할 다중화기와 다른 하나의 슬레이브 유닛의 제1 파장분할 다중화기를 연결하여 구성하고, 특정 파장은 1310nm 및 1400nm~1700nm의 범위 중 임의의 파장을 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는 기지국과 마스터 유닛 사이에 슬레이브 유닛을 연결시켜 슬레이브 유닛 상호간에 통신을 할 수 있도록 구현한 것으로써, 별도의 광선로를 증설하지 않고 기존에 설치된 광선로 상에 슬레이브 유닛을 설치하여 저가의 비용으로 통신 범위를 넓히고 안정된 통신 신뢰도를 실현할 수 있다. 즉, 기존의 기지국과 마스터 유닛은 원래대로 통신하도록 하고, 슬레이브 유닛은 독립적으로 상호간에 통신할 수 있다. 또한, 인접 파장의 간섭을 방지하기 위한 파장 블록킹(Blocking)은 각 라인에 파이버 타입(Fiber Type) 또는 미소렌즈형 필터를 사용하여 격리비(Isolation)가 대략 60dB 정도 되도록 조절한다. 경우에 따라 격리비는 25~60dB의 범위에서 자유롭게 변경할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 2파장 서큘레이터 애드/드롭형 파장분할 다중화기를 이용한 광통신 시스템에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 광통신 시스템(200)의 개략적인 구성도로서, 본 광통신 시스템(200)은 기지국(210), 마스터 유닛(220), 슬레이브 유닛(230, 240)으로 구성되어 있고, 각각의 구성부는 광케이블(250)로 연결되어 있다. 여기에서, 슬레이브 유닛(230, 240)은 두 개만을 도시하였지만, 본 발명의 적용 환경에 따라 다수 개를 연결할 수 있다는 것은 본 기술분야의 당업자에게 자명한 사항이다.

기지국(210)은 교환국(미도시)과 이동 단말기를 연결시켜 주는 다리 역할을 수행하는 것으로, 기지국(210)과 교환국을 연결하는 유선망, 이동 단말기와 기지국(210)을 연결하는 무선망과 이러한 유/무선을 연결하기 위한 안테나, 송신기, 수신기 및 전원장치로 구성되어 있으며 이들의 상호 접속이 가능하도록 정합기능을 담당한다. 기지국(210)의 구성 요소는 본 발명의 기술분야에 속하는 당업자에게 공지된 사항이기 때문에 여기에서는 상세하게 설명하지 않는다.

중계기는 수신대역 신호를 수신할 때 발생하는 전송장애를 최소화하고 기지국(210)의 신호로 원활한 커버리지를 확보할 수 없는 음영/사각지역(예컨대, 건물, 백화점, 상가, 지하 주차장, 지하철, 터널 등)을 커버하기 위한 수단으로서, 양방향 신호를 증폭시켜 음영 지역 내에서 일반 기지국 수준의 양질의 서비스를 제공하기 위한 것이다. 중계기는 마스터 유닛(220)과 슬레이브 유닛(230, 240)으로 이루어져 있고, 중계기의 마스터 유닛(220)은 기지국(210)과 연결되어 있으며,기지국(210)과 마스터 유닛(220) 사이에 제1, 제2 슬레이브 유닛(230, 240)이 광케이블로 링크되어 있다. 중계기는 서비스 지역에서의 음영/사각지역을 커버하기 위해 사용되기도 하고, 서비스 범위를 확대하기 위해 사용되기도 한다.

기지국(210)과 마스터 유닛(220)은 기존의 방식을 그대로 이용하여 통신한다. 즉, 기지국(210)에서 마스터 유닛(220)으로의 통신 및 제2 슬레이브 유닛(240)에서 제1 슬레이브 유닛(230)으로의 통신 시에 사용하는 파장은 1310nm이고, 마스터 유닛(220)에서 기지국(210)으로의 통신 및 제1 슬레이브 유닛(230)에서 제2 슬레이브 유닛(240)으로의 통신 시에 사용하는 파장은 1550nm이다. 여기에서, 1310/1550nm 이외에 통신 환경에 따라 통신 파장을 다르게 설정할 수 있다(예컨대, 1310/1510nm, 1310/1530nm, 1310/1570nm, 1510/1550nm 등). 즉, 슬레이브 유닛(230, 240) 상호간 통신에 사용할 수 있는 파장은 1300~1700nm의 범위 내에서 자유롭게 선택하여 사용할 수 있다. 제1 슬레이브 유닛(230)은 기지국(210)과 광케이블(250)로 직접 연결되어 있고, 제2 슬레이브 유닛(240)은 제1 슬레이브 유닛(230) 및 마스터 유닛(220)과 광케이블(250)로 연결되어 있다.

도 3은 도 2의 슬레이브 유닛의 내부 구성도로서, 슬레이브 유닛(300)은 2개의 WDM(310, 340)과 2개의 서큘레이터(Circulator)(320, 330)로 구성되어 있다. 여기에서, 제1 슬레이브 유닛(230) 및 제2 슬레이브 유닛(240)은 구성이 동일하기 때문에 하나의 슬레이브 유닛(300)에 대해서만 설명한다. 다만, 제1 슬레이브 유닛(230) 및 제2 슬레이브 유닛(240)의 구성요소 중 서큘레이터의 입력 방향 및 출력 방향(즉, 파장을 입력하는 포트와 파장이 출력되는 포트)이 서로 반대인 것이차이점이다.

제1 WDM(310)은 광섬유형 또는 미소렌즈 필터 파장분할 다중화기로서, 특정한 파장을 분/합파시키는 기능을 수행한다. 즉, WDM은 각 노드에서 송신할 신호를 애드하거나 수신할 신호를 드롭하는 기능을 수행한다. WDM을 이용한 광통신 방식은 상하향 신호에 서로 다른 파장의 광을 할당하여 같은 광섬유를 통하여 전송하는 방식으로서, 전기 신호의 주파수 분할 다중화 방식과 거의 흡사하다. 이 방식은 광케이블의 양단에 파장 다중 분할 회로를 설치하고 파장의 차이로 상하향의 신호를 분리 추출함으로써, 광케이블의 도중에서 반사가 되더라도 반대쪽으로 누설되어 혼입되는 일이 거의 없도록 통신할 수 있다. 예를 들면, 1550nm 파장으로부터 1310nm 파장을 분리하고 2개의 별도 신호를 서로 다른 파장대로 입력시켜 1개의 채널 즉, 광케이블을 통해 전송하고, 다시 이 통합된 신호를 수신하여 파장 분할 다중화 장치를 통해 2개의 신호로 분리시킨다. 또한, 하나의 광케이블로 양방향 커플러(Bidirectional Coupler)를 이용하여 반대 방향으로도 동시에 신호를 보낼 수 있다.

WDM을 이용한 광통신을 원활하게 구현하기 위해서는 이득이 크고 평탄한 광증폭기, 정확한 파장을 유지하는 레이저, 여러 개의 파장을 합하거나 분리하는 멀티플렉서 및 디멀티플렉서, 크로스토크(Crosstalk)가 적은 광필터 등이 요구되며, 장거리 전송을 위한 변조 기술, 단일 채널을 더욱 고속화하기 위한 분산 보상 기술 등이 요구된다.

광-전 변환 없이 미약해진 신호를 증폭하여 원래의 신호 형태로 복구하는 기능은 초고속 광통신에 없어서는 안될 필수 요소로서, 에르븀 첨가 광증폭기(EDFA: Erbium Doped Fiber Amplifier)를 주로 사용한다. EDFA의 중요한 변수는 이득 평탄도(Gain Flatness) 및 출력이다. 파장에 따른 이득 차이가 있을 경우 여러 단 증폭을 하게 되면 채널간 파워의 차가 커지게 되고, 큰 신호에 의해 증폭기 출력이 포화됨으로써 다른 채널의 신호가 미약하게 된다. 따라서, 증폭기의 이득이 평탄한 곳을 선택하여 다중화할 채널을 선택하여 통신하는 것이 바람직하다.

또한, 각 채널의 파장 간격을 일정하게 유지하기 위해서는 원하는 파장에서 동작하는 LD(Laser Diode)가 있어야 하고, 각 LD의 파장을 계속 감시하고 변하지 않도록 제어하는 기술이 요구된다. 이를 위해 0.8nm 간격으로 40채널 이상의 파장을 선택할 수 있는 LD(예컨대, Multiquantumwell DFB LD)를 사용하는 것이 바람직하며, 정해진 간격의 파장에 대해서만 투과를 하는 간섭계를 이용하여 투과된 광의 세기를 판별함으로써 LD의 현재 파장 위치를 판단하는 방법들을 채택하여 사용하고 있다.

송신단에서 각각 변조된 여러 채널의 파장을 광학적으로 하나로 결합하는 멀티플렉싱이나 전송되는 여러 채널을 파장별로 분리하는 디멀티플렉싱하는 방식 중에서 AWG(Arrayed Waveguide Grating)을 PLC(Power Line Communication) 회로로 구현하는 방식은 채널 수가 증가할수록 다른 방식에 비해 가격이 저렴하고, 한 번 규격이 정해지면 대량생산할 수 있다는 점에서 많이 이용되고 있다. 따라서, 중간 노드에서의 분기/결합을 할 경우 또는 분기/결합해야 하는 채널 수가 증가하는 경우에 아주 유용하다. 한편, 분기/결합수가 적은 경우에는 특정 파장만 반사되도록 제작된 광섬유 격자(Fiber Grating)를 이용한 방식이 바람직하다. 또한, 1310nm 부근에서의 광통신에서 광 손실이 전송 거리를 제한하는 주된 요인이었으나, EDFA가 적용되면서 LD의 첩(Chirp)과 분산이 전송 거리를 제한하는 중요한 요인으로 부각되고 있다. 첩이란 LD를 직접 변조하는 경우 입력 전류의 변화에 따라 파장이 순간적으로 변화하는 현상으로, 이로 인해 파장 폭이 넓어져 전송에 따라 펄스가 왜곡되는 현상을 말한다. 이를 위해 장거리 전송에서는 LD를 직접 변조하지 않고 LD에서 나오는 광원을 외부에서 변조하는 방식을 사용하는데, 이러한 변조방식을 실현하기 위해 주로 LiNbO₃를 이용한 마하젠더(Mach-Zehnder) 간섭계를 사용하기도 한다.

제1 서큘레이터(320)는 제1 WDM(310)과 연결되어 있으며, 양방향 신호를 분리하여 역 다중화하거나, 재 다중화된 양방향 신호들을 병합하는 기능을 수행한다. 제1 서큘레이터(320)는 3개 이상의 포트로 구성된 비가역적 수동소자이다. 예를 들어, 3개의 포트로 구성된 경우, 제1 포트로 입력된 광은 제2 포트로만 출력되고 제2 포트로 입력된 광은 제3 포트로만 출력되도록 순환구조를 갖는 광 부품이다.

제2 서큘레이터(330)는 제1 WDM(310)과 연결되어 있으며, 제1 서큘레이터와 동일한 기능을 수행한다. 다만, 제1 서큘레이터(320)는 1310nm용 서큘레이터를 사용하지만, 제2 서큘레이터(330)는 1550nm용 서큘레이터를 사용한다. 이러한 서큘레이터(320, 330)는 파장분할 다중화 시스템에 적용되는 광섬유 증폭기 또는 양방향 통신 등에 적용된다. 본 발명에서는 1310nm용 서큘레이터를 사용한다. 일반적인 서큘레이터(320, 330)의 내부 구조 및 광경로에 대한 설명은 도 4a 및 4b를 참조하여상세하게 설명한다.

제2 WDM(340)은 제1 서큘레이터(320) 및 제2 서큘레이터(330)와 연결되어 있으며, 특정 파장(예컨대, 1310nm, 1550nm)을 분/합파시키는 기능을 수행한다. 여기에서, 제2 WDM(340)은 광섬유형 또는 미소렌즈 필터 WDM을 사용하며, 연결 관계만 다르고 기타 기능은 제1 WDM(310)과 동일하다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에서 사용되는 서큘레이터(400)의 내부 구조 및 광경로를 설명하기 위한 개념도로서, 보다 상세하게는 도 4a는 제1 포트로부터 제2 포토로 진행하는 광경로를 도시한 것이고, 도 4b는 제2 포트로부터 제3 포트로 진행하는 광경로를 도시한 것이다. 서큘레이터(400)는 제1 분극 빔 분리기(Polarization Beam Splitter, 이하에서는 'PBS'라 칭한다)(410), 제1 프리즘(420), 패러데이 회전자(Faraday Rotator)(430), 수정 회전자(Quartz 45°Rotator)(440), 제2 PBS(450) 및 제2 프리즘(460)으로 구성되어 있다. 여기에서, 서큘레이터(400)의 각 구성요소에 대한 기능 설명은 생략하고 광경로를 위주로 설명한다.

먼저, 제1 포트에서 제2 포트로 진행하는 광경로를 도 4a를 참조하여 설명한다. 제1 포트로부터 입사된 무편광(━━)은 제1 PBS(410)를 통해 s분극 빔(------)과 p분극 빔(━--━)으로 분리된다. s분극 빔은 제1 프리즘(420)을 통해 반사되어 패러데이 회전자(430)와 수정 회전자(440)를 통해 회전되어 p분극 빔으로 된다. 제1 PBS(410)를 통해 분리된 p분극 빔은 s분극 빔과 마찬가지로 패러데이 회전자(430)와 수정 회전자(440)를 통해 회전되어 s분극 빔으로 되고, 제2프리즘(460)을 통해 반사되어 제2 PBS(450)에서 p분극 빔과 결합되어 제2 포트로 출력된다.

다음으로, 제2 포트에서 제3 포트로 진행하는 광경로를 도 4b를 참조하여 설명한다. 제2 포트에서 제3 포트로 진행하는 광경로는 도 4a에 도시된 경로와 반대방향으로 진행한다. 다만, 패러데이 회전자(430)가 비가역적 회전자이기 때문에 역방향으로 입사한 광이 수정 회전자(440)에 의해 45°회전하더라도 패러데이 회전자(430)에 의해 보상되어 분극상태가 바뀌지 않고 제1 PBS(410)로 출력되어 제3 포트로 출력된다.

이하에서는, 본 발명에 따른 2파장 서큘레이터 애드/드롭형 파장분할 다중화기를 이용한 광통신 시스템에 대한 동작 관계를 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 따른 슬레이브 유닛의 연결 관계 및 파장 흐름을 보여주는 신호 흐름도이다.

먼저, 본 발명의 동작을 설명하기에 앞서 기지국(500)과 마스터 유닛(590) 사이에 두 개의 슬레이브 유닛(A, B)을 연결한 광통신 시스템을 구축한다. 여기에서, 두 개의 슬레이브 유닛 중에서 기지국에 근접하여 설치한 슬레이브 유닛을 제1 슬레이브 유닛(A), 마스터 유닛에 근접하여 설치한 슬레이브 유닛을 제2 슬레이브 유닛(B)이라고 한다. 또한, 기지국(500)에서 마스터 유닛(590)으로 전송되는 파장은 1310nm,마스터 유닛(590)에서 기지국(500)으로 전송되는 파장은 1550nm, 제1 슬레이브 유닛(A)에서 제2 슬레이브 유닛(B)으로 전송되는 파장은 1550nm, 제2 슬레이브 유닛(B)에서 제1 슬레이브 유닛(A)으로 전송되는 파장은 1310nm을 사용한다. 여기에서, 같은 파장을 사용하는 기지국(500)과 마스터 유닛(590)간 및 슬레이브 유닛(A, B) 상호간의 통신 파장은 서로를 구별하기 위해 기지국(500)에서 마스터 유닛(590)으로의 통신 파장을 1310Anm, 제2 슬레이브 유닛(B)에서 제1 슬레이브 유닛(A)으로의 통신 파장을 1310Bnm, 마스터 유닛(590)에서 기지국(500)으로의 통신 파장을 1550Anm, 제1 슬레이브 유닛(A)에서 제2 슬레이브 유닛(B)으로의 통신 파장을 1550Bnm이라고 가정한다.

첫째, 기지국(500)에서 마스터 유닛(590)으로 진행하는 파장의 경로를 살펴보면, 기지국(500)에서 마스터 유닛(590)으로 통신을 하기 위해서는 중간에 슬레이브 유닛을 통과하여야 하며, 기지국(500)으로부터 출력된 1310Anm은 제1 슬레이브 유닛(A)의 제1 WDM(510)에 의해 분파되어 제1 서큘레이터(520)의 제1 포트에 인가된다. 제1 서큘레이터(520)의 제1 포트에 입력된 파장은 도 4a에 도시된 광경로를 따라 제2 포트로 출력되며, 제1 포트에서 제2 포토로의 광경로에 대한 세부 설명은 도 4a의 설명부분에 상세하게 기재되어 있으므로 여기에서는 설명하지 않는다. 제1 서큘레이터(520)를 통과한 1310Anm은 제2 WDM(540)를 통해 합파되어 제2 슬레이브 유닛(B)의 제1 WDM(550)으로 인가된다. 제2 슬레이브 유닛(B)에 인가된 1310Anm은 제1 슬레이브 유닛(A)과 동일한 과정을 거쳐 마스터 유닛(590)으로 전송된다.

둘째, 마스터 유닛(590)에서 기지국(500)으로 진행하는 파장의 경로를 살펴보면, 마스터 유닛(590)으로부터 인가되는 1550Anm은 제2 슬레이브 유닛(B)의 제2WDM(580)에 의해 분파되어 제2 서큘레이터(570)의 제1 포트에 인가된다. 제2 서큘레이터(570)의 제1 포트에 입력된 파장은 도 4a에 도시된 광경로를 따라 제2 포트로 출력되며, 제1 포트에서 제2 포토로의 광경로에 대한 세부 설명은 도 4a의 설명부분에 상세하게 기재되어 있으므로 여기에서는 설명하지 않는다. 제2 서큘레이터(570)를 통과한 1550Anm은 역 다중화되어 제1 WDM(550)에 의해 합파된 후, 제1 슬레이브 유닛(A)의 제2 WDM(540)으로 인가된다. 제1 슬레이브 유닛(A)에 인가된 1550Anm은 제2 슬레이브 유닛(B)과 동일한 과정을 거쳐 기지국(500)으로 전송된다.

셋째, 제1 슬레이브 유닛(A)에서 제2 슬레이브 유닛(B)으로 진행하는 파장의 경로를 살펴보면, 제1 슬레이브 유닛(A)에서 제2 슬레이브 유닛(B)으로의 통신 파장은 1550Bnm을 사용하며, 제2 서큘레이터(530)의 제3 포트를 통해 입력된 1550Bnm은 제2 포트로 출력되어 제2 WDM(540)를 통해 제2 슬레이브 유닛(B)의 제1 WDM(550)에 인가된 후, 제2 서큘레이터(570)의 제2 포트로 입력된다. 제2 슬레이브 유닛(B)은 제2 서큘레이터(570)의 제3 포트로 출력되는 1550Bnm을 추출하여 통신에 사용한다. 여기에서, 각 서큘레이터의 제2 포트에서 제3 포토로의 광경로에 대한 세부 설명은 도 4b의 설명부분에 상세하게 기재되어 있으므로 여기에서는 설명하지 않는다.

넷째, 제2 슬레이브 유닛(B)에서 제1 슬레이브 유닛(A)으로 진행하는 파장의 경로를 살펴보면, 제2 슬레이브 유닛(B)에서 제1 슬레이브 유닛(A)으로의 통신 파장은 1310Bnm을 사용하며, 제2 슬레이브 유닛(B)의 제1 서큘레이터(560)의 하나의포트(예컨대, 제3 포트)를 통해 1310Bnm를 입력 파장으로 사용한다. 제1 서큘레이터(560)를 통과한 1310nm은 제1 WDM(550)에 의해 합파되어 제1 슬레이브 유닛(A)의 제2 WDM(540)를 통과한 후, 제1 슬레이브 유닛(A)의 제1 서큘레이터(520)에 입력된다. 각 서큘레이터의 제2 포트에 입력된 파장은 제3 포트로 출력되며, 제2 포트에서 제3 포토로의 광경로에 대한 세부 설명은 도 4b의 설명부분에 상세하게 기재되어 있으므로 여기에서는 설명하지 않는다.

이와 같이, 본 발명에 의하면, WDM 및 서큘레이터에 의해 2개의 파장을 분/합파하여 통신 라인을 추가함으로써, 4개의 파장으로 기지국과 마스터 유닛간, 제1 슬레이브 유닛과 제2 슬레이브 유닛간 통신할 수 있다. 여기에서, 1310nm이 1550nm 라인으로 전송되거나 1550nm이 1310nm 라인으로 전송되는 파장을 브레이킹하기 위해 파이버 타입 필터를 사용하여 격리비를 25~60dB 정도로 조절하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에서는 1310nm, 1400~1700nm(예컨대, 1510, 1530, 1570nm 등) 및 1550nm을 사용하여 상호 독립적으로 통신할 수 있다. 각 파장간 격리비는 최소 -12dB이고, 채널별 격리비는 최소 -25dB이고, 1310nm과 1550nm의 간섭을 방지하기 위한 격리비는 -25dB 이상이고, 각 파장의 삽입 손실은 3dB 이하로 설정한다. 또한, 1310nm의 대역폭은 ±10nm이고, 1550nm의 대역폭은 ±7nm이다.

이상의 설명은 하나의 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며 첨부한 특허청구범위 내에서 다양하게 변경 가능한 것이다. 예를 들어 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소의 형상 및 구조는 변형하여 실시할 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 2파장 서큘레이터 애드/드롭형 파장분할 다중화기를 이용한 광통신 시스템에 의하면, 기지국과 중계기의 마스터 유닛에 연결되어 있는 광선로에 슬레이브 유닛을 설치하여 기존의 기지국과 마스터 유닛은 신호의 왜곡이나 손실 없이 통신할 수 있고, 슬레이브 유닛 상호간에도 통신을 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 기존의 송신국 또는 기지국과 수신국 또는 중계기 사이에 연결되어 있는 광선로에 파장 패스 애드/드롭형 광 모듈을 설치하여 광선로 및 중계기의 추가 없이 저렴한 가격으로 통신범위를 넓힐 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 전파가 미치지 못하는 음영/사각지역에 이동 통신 서비스를 제공하고 통신 범위를 넓히기 위해 기지국과 마스터 유닛을 연결하여 고품질의 통신 서비스를 제공하는 광통신 시스템에 있어서,

   상기 기지국과 상기 마스터 유닛 사이에 위치하여 상기 기지국과 상기 마스터 유닛의 통신 파장을 상호 전달하고, 상기 기지국 및 상기 마스터 유닛의 제어 없이 독립적으로 상호간에 통신하는 다수개의 슬레이브 유닛을 포함하고,

   상기 슬레이브 유닛은

   입력되는 특정 파장을 분/합파시키는 제1 파장분할 다중화기;

   상기 제1 파장분할 다중화기에 연결되어 있으며, 서로 다른 두 개의 포트로 입력되는 파장을 상호 간섭 없이 지정한 경로로 전송하는 제1 서큘레이터;

   상기 제1 파장분할 다중화기에 연결되어 있으며, 서로 다른 두 개의 포트로 입력되는 파장을 상호 간섭 없이 지정한 경로로 전송하는 제2 서큘레이터; 및

   상기 제1 서큘레이터 및 상기 제2 서큘레이터에 연결되어 있으며, 입력되는 특정 파장을 분/합파시키는 제2 파장분할 다중화기를 포함하고,

   하나의 슬레이브 유닛의 상기 제2 파장분할 다중화기와 다른 하나의 슬레이브 유닛의 상기 제1 파장분할 다중화기를 연결하여 구성하고,

   상기 특정 파장은 1310nm 및 1550nm의 파장을 사용하는 것을 특징으로 하는 2파장 서큘레이터 애드/드롭형 파장분할 다중화기를 이용한 광통신 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 서큘레이터는 1310nm의 파장을 통과시키는 서큘레이터를 사용하고, 상기 제2 서큘레이터는 1550nm의 파장을 통과시키는 서큘레이터를 사용하는 것을 특징으로 하는 2파장 서큘레이터 애드/드롭형 파장분할 다중화기를 이용한 광통신 시스템.
3. 삭제
4. 삭제
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6. 제1항에 있어서, 상기 제2 파장분할 다중화기는 광섬유형 또는 미소렌즈 필터 파장분할 다중화기를 사용하여 격리비를 조절하고,

   상기 격리비는 25~60dB의 범위에서 채택하는 것을 특징으로 하는 2파장 서큘레이터 애드/드롭형 파장분할 다중화기를 이용한 광통신 시스템.
7. 삭제