KR100575949B1 - 광통신 네트웍 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 광통신 네트웍은, 각각 해당 전송 구간을 통해 입력된 광신호를 라만 증폭하기 위한 라만 이득 매질과, 기설정된 파장의 펌프광을 제공하기 위한 펌프 광원과, 상기 펌프 광원으로부터 입력된 펌프광을 상기 라만 이득 매질로 출력하기 위한 광결합기와, 라만 증폭된 상기 광신호를 증폭하기 위한 이득 고정된 반도체 광증폭기를 구비하는 복수의 광중계기들을 포함하며, 상기 라만 이득 매질은 분산 천이 광섬유 또는 분산 보상 광섬유이고, 상기 복수의 광중계기들은 각각 해당 라만 이득 매질에 제공되는 펌프광의 파워를 조절함으로써 해당 전송 구간의 손실을 보상하는 전체 이득을 얻는다.
라만 이득 매질, 광중계기, 반도체 광증폭기, 펌프 광원

Description

광통신 네트웍{OPTICAL COMMUNICATION NETWORK}
도 1은 일 예에 따른 전형적인 메트로 파장분할다중 네트웍의 구성을 나타내는 도면,
도 2는 다른 예에 따른 전형적인 메트로 파장분할다중 네트웍의 구성을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광통신 네트웍의 구성을 나타내는 도면,
도 4는 도 3에 도시된 제2 광중계기의 전체 이득 변화에 따른 출력 OSNR의 변화를 나타내는 그래프,
도 5는 도 3에 도시된 네트웍과 전형적인 메트로 파장분할다중 네트웍들의 OSNR 특성들을 비교한 그래프.
본 발명은 광통신 네트웍에 관한 것으로서, 특히 노드들 사이의 전송 구간들 이 일정하지 않은 메트로 파장분할다중 네트웍(metro WDM network)에 관한 것이다.
메트로 파장분할다중 네트웍은 노드들간 또는 광중계기들간의 거리, 예를 들면 전화국과 전화국간의 거리가 일정하지 않다. 따라서, 각 전송 구간의 손실이 일정하지 않으므로, 손실보상을 위해서는 각 전송 구간에 적합한 광중계기를 사용해야 한다. 그러나, 전송 구간들의 손실들이 각각 다르고 전송 구간 손실의 증가와 감소가 빈번하게 일어나므로, 이에 적합한 광중계기를 설계하는 것이 어렵다.
도 1은 일 예에 따른 전형적인 메트로 파장분할다중 네트웍의 구성을 나타내는 도면이다. 상기 네트웍(100)은 제1 내지 제4 광중계기들(optical repeater: OR, 102~108)을 포함하며, 상기 광중계기들(102~108) 사이의 전송 구간들(112~118)은 동일한 거리를 갖지 않는다.
상기 제1 광중계기(102)와 이전 광중계기(미도시) 사이의 제1 전송 구간(112)은 30㎞의 거리를 가지며, 상기 제1 광중계기(102)와 제2 광중계기(104) 사이의 제2 전송 구간(114)은 40㎞의 거리를 갖고, 상기 제2 광중계기(104)와 제3 광중계기(106) 사이의 제3 전송 구간(116)은 40㎞의 거리를 가지며, 상기 제3 광중계기(106)와 제4 광중계기(108) 사이의 제4 전송 구간(118)은 60㎞의 거리를 갖는다.
상기 제1 광중계기(102)는 제1 광감쇠기(optial attenuator: ATT, 122)와, 제1 반도체 광증폭기(semiconductor optical amplifier: SOA, 132)를 포함하며, 상기 제2 광중계기(104)는 제2 광감쇠기(124)와, 제2 반도체 광증폭기(134)를 포함하고, 상기 제3 광중계기(106)는 제3 광감쇠기(126)와, 제3 반도체 광증폭기(136)를 포함하며, 상기 제4 광중계기(108)는 제4 반도체 광증폭기(138)를 포함한다.
상기 네트웍(100)은 손실이 가장 큰 전송 구간, 즉 제4 전송 구간(118)을 기준으로 상기 제1 내지 제4 광중계기들(102~108)을 구성한다. 즉, 상기 제4 전송 구간(118) 이외의 제1 내지 제3 전송 구간들(112~116)의 손실들을 상기 제4 전송 구간(118)의 손실에 맞춘다. 이를 위해, 상기 제4 광중계기(108)는 제4 반도체 광증폭기(138)만을 포함하며, 상기 제1 내지 제3 광중계기들(102~106)은 반도체 광증폭기(132~136) 외에 광감쇠기(122~126)를 포함한다.
상기 제1 전송 구간(112)을 지나 상기 제1 광중계기(102)로 입력된 광신호는 상기 제1 광감쇠기(122)에서 그 세기가 감소된 후 상기 제1 반도체 광증폭기(132)로 입력된다. 상기 제1 반도체 광증폭기(132)는 입력된 상기 광신호를 증폭하여 상기 제2 전송 구간(114)으로 출력한다. 상기 제2 전송 구간(114)을 지나 상기 제2 광중계기(104)로 입력된 광신호는 상기 제2 광감쇠기(124)에서 그 세기가 감소된 후 상기 제2 반도체 광증폭기(134)로 입력된다. 상기 제2 반도체 광증폭기(134)는 입력된 상기 광신호를 증폭하여 상기 제3 전송 구간(116)으로 출력한다. 상기 제3 전송 구간(116)을 지나 상기 제3 광중계기(106)로 입력된 광신호는 상기 제3 광감쇠기(126)에서 그 세기가 감소된 후 상기 제3 반도체 광증폭기(136)로 입력된다. 상기 제3 반도체 광증폭기(136)는 입력된 상기 광신호를 증폭하여 상기 제4 전송 구간(118)으로 출력한다. 상기 제4 전송 구간(118)을 지나 상기 제4 광중계기(108)로 입력된 광신호는 상기 제4 반도체 광증폭기(138)로 입력되고, 상기 제4 반도체 광증폭기(138)는 입력된 상기 광신호를 증폭하여 출력한다.
상기 네트웍(100)의 경우에 이득이 큰 반도체 광증폭기(132~138)를 사용해야 하므로 각 광중계기(102~108)의 구현 비용이 높아지며, 전송 구간들(112~118)의 손실들을 일정하게 하기 위해 광감쇠기(122~126)를 구비해야 하므로 불필요하게 손실이 증가하여 상기 각 광중계기(102~108)의 출력 OSNR(Optical Signal to Noise Ratio)이 나쁘게 되고 전송품질도 나빠진다
도 2는 다른 예로서 도 1과 비교하여 전체 전송 거리는 동일하지만 60㎞ 구간(118)을 두 개의 30㎞ 구간들(218,220)로 나눈 전형적인 메트로 파장분할다중 네트웍의 구성을 나타내는 도면이다. 상기 네트웍(200)은 제1 내지 제5 광중계기들(202~210)을 포함하며, 상기 광중계기들(202~210) 사이의 전송 구간들(212~220)은 동일한 거리를 갖지 않는다.
상기 제1 광중계기(202)와 이전 광중계기(미도시) 사이의 제1 전송 구간(212)은 30㎞의 거리를 가지며, 상기 제1 광중계기(202)와 제2 광중계기(204) 사이의 제2 전송 구간(214)은 40㎞의 거리를 갖고, 상기 제2 광중계기(204)와 제3 광중계기(206) 사이의 제3 전송 구간(216)은 40㎞의 거리를 가지며, 상기 제3 광중계기(206)와 제4 광중계기(208) 사이의 제4 전송 구간(218)은 30㎞의 거리를 갖고, 상기 제4 광중계기(208)와 제5 광중계기(210) 사이의 제5 전송 구간(220)은 30㎞의 거리를 갖는다.
상기 제1 광중계기(202)는 제1 광감쇠기(222)와 제1 반도체 광증폭기(232)를 포함하며, 상기 제2 광중계기(204)는 제2 반도체 광증폭기(234)를 포함하고, 상기 제3 광중계기(206)는 제3 반도체 광증폭기(236)를 포함하며, 상기 제4 광중계기(208)는 제2 광감쇠기(224)와 제4 반도체 광증폭기(238)를 포함하고, 제5 광중계기(210)는 제3 광감쇠기(226)와 제5 반도체 광증폭기(240)를 포함한다.
상기 네트웍(200)은 상한 거리를 정하고, 상기 상한 거리를 기준으로 상기 제1 내지 제5 광중계기들(202~210)을 구성한다. 여기에서는, 상한 거리가 40㎞이며, 예를 들어 기존 전송 구간의 거리가 60㎞라면, 이를 두 30㎞ 거리의 전송 구간들로 나눈다. 따라서, 30㎞ 거리의 제1, 제4 및 제5 전송 구간들(212,218,220)의 손실들을 40㎞ 거리의 전송 구간(214,216) 손실에 맞춘다. 이를 위해, 상기 제2 및 제3 광중계기들(204,206)은 반도체 광증폭기(234,236)만을 포함하며, 상기 제1, 제4 및 제5 광중계기들(202,208,210)은 반도체 광증폭기(232,238,240) 외에 광감쇠기(222,224,226)를 포함한다.
상기 제1 전송 구간(212)을 지나 상기 제1 광중계기(202)로 입력된 광신호는 상기 제1 광감쇠기(222)에서 그 세기가 감소된 후 상기 제1 반도체 광증폭기(232)로 입력된다. 상기 제1 반도체 광증폭기(232)는 입력된 상기 광신호를 증폭하여 상기 제2 전송 구간(214)으로 출력한다. 상기 제2 전송 구간(214)을 지나 상기 제2 광중계기(204)로 입력된 광신호는 상기 제2 반도체 광증폭기(234)로 입력되고, 상기 제2 반도체 광증폭기(234)는 입력된 상기 광신호를 증폭하여 상기 제3 전송 구간(216)으로 출력한다. 상기 제3 전송 구간(216)을 지나 상기 제3 광중계기(206)로 입력된 광신호는 상기 제3 반도체 광증폭기(236)로 입력되고, 상기 제3 반도체 광증폭기(236)는 입력된 상기 광신호를 증폭하여 상기 제4 전송 구간(218)으로 출력한다. 상기 제4 전송 구간(218)을 지나 상기 제4 광중계기(208)로 입력된 광신호는 상기 제2 광감쇠기(224)에서 그 세기가 감소된 후 상기 제4 반도체 광증폭기(238)로 입력되고, 상기 제4 반도체 광증폭기(238)는 입력된 상기 광신호를 증폭하여 상기 제5 전송 구간(220)으로 출력한다. 상기 제5 전송 구간(220)을 지나 상기 제5 광중계기(210)로 입력된 광신호는 상기 제3 광감쇠기(226)에서 그 세기가 감소된 후 상기 제5 반도체 광증폭기(240)로 입력되고, 상기 제5 반도체 광증폭기(240)는 입력된 상기 광신호를 증폭하여 출력한다.
상기 네트웍(200)의 경우에 추가되는 광증계기로 인해 네트웍의 구현 비용이 상승하며, 추가되는 반도체 광증폭기의 설치를 위한 새로운 시설을 만들고 관리해야 되는 등 추가 비용을 무시할 수 없다. 이와 달리, 광중계기를 추가하지 않고 긴 거리의 전송 구간만 신호를 재생하여 사용할 수도 있는데, 가장 경비가 많이 드는 부분이 광송수신 장치라는 점을 감안하면 또한 경제적이 못하다.
상술한 바와 같이, 거리가 균일하지 않은 전송 구간들을 갖는 광통신 네트웍에서는 광감쇠기를 사용하거나 추가적인 광중계기를 사용하게 되므로, 상기 네트웍의 구현 비용이 증가하고 광증계기의 출력 OSNR과 전송 품질이 악화된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 전송 구간별 거리가 균일하지 않는 경우에 경제적이면서도 OSNR 등의 전송 품질이 우수한 광통신 네트웍을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 광통신 네트웍은, 각각 해당 전송 구간을 통해 입력된 광신호를 라만 증폭하기 위한 라만 이득 매질과, 기설정된 파장의 펌프광을 제공하기 위한 펌프 광원과, 상기 펌프 광원으로부터 입력된 펌프광을 상기 라만 이득 매질로 출력하기 위한 광결합기와, 라만 증폭된 상기 광신호를 증폭하기 위한 이득 고정된 반도체 광증폭기를 구비하는 복수의 광중계기들을 포함하며, 상기 라만 이득 매질은 분산 천이 광섬유 또는 분산 보상 광섬유이고, 상기 복수의 광중계기들은 각각 해당 라만 이득 매질에 제공되는 펌프광의 파워를 조절함으로써 해당 전송 구간의 손실을 보상하는 전체 이득을 얻는다.
이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능, 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광통신 네트웍의 구성을 나타내는 도면이다. 상기 광통신 네트웍(300)은 제1 내지 제4 광중계기들(302~308)을 포함하며, 상기 광중계기들(302~308) 사이의 전송 구간들(312~318)은 동일한 거리를 갖지 않는다. 상기 각 광중계기(302~308)는 라만 이득 매질(Raman gain medium: RGM, 322~328)과, 광커플러(optical coupler: CP, 352~358)와, 펌프 광원(pump light source: LS, 332~338)과, 반도체 광증폭기(362~368)를 포함한다.
상기 제1 광중계기(302)와 이전 광중계기(미도시) 사이의 제1 전송 구간(312)은 30㎞의 거리를 가지며, 상기 제1 광중계기(302)와 제2 광중계기(304) 사이의 제2 전송 구간(314)은 40㎞의 거리를 갖고, 상기 제2 광중계기(304)와 제3 광중계기(306) 사이의 제3 전송 구간(316)은 40㎞의 거리를 가지며, 상기 제3 광중 계기(306)와 제4 광중계기(308) 사이의 제4 전송 구간(318)은 60㎞의 거리를 갖는다.
상기 제1 광중계기(302)는 제1 라만 이득 매질(322)과, 제1 펌프 광원(332)과, 제1 광결합기(352)와, 제1 반도체 광증폭기(362)를 포함하고, 상기 제2 광중계기(304)는 제2 라만 이득 매질(324)과, 제2 펌프 광원(334)과, 제2 광결합기(354)와, 제2 반도체 광증폭기(364)를 포함하며, 상기 제3 광중계기(306)는 제3 라만 이득 매질(326)과, 제3 펌프 광원(336)과, 제3 광결합기(356)와, 제3 반도체 광증폭기(366)를 포함하고, 상기 제4 광중계기(308)는 제4 라만 이득 매질(328)과, 제4 펌프 광원(338)과, 제4 광결합기(358)와, 제4 반도체 광증폭기(368)를 포함한다. 상기 제1 내지 제4 라만 이득 매질들(322~328)로는 단일 모드 광섬유(signle mode fiber), 분산 천이 광섬유(non-zero dispersion shift fiber: NZDSF), 또는 분산 보상 광섬유(dispersion compensation fiber: DCF)를 사용할 수 있다. 상기 제1 내지 제4 펌프 광원들(332~338)로는 레이저 다이오드(laer diode)를 사용할 수 있다. 상기 제1 내지 제4 광결합기들(352~358)로는 도파로열 격자(arrayed waveguides grating: AWG)와 같은 파장분할다중 결합기(WDM coupler)를 사용할 수 있다. 상기 제1 내지 제4 반도체 광증폭기들(362~368)로는 전형적인 반도체 광증폭기 또는 이득 고정된 반도체 광증폭기(gain clamped SOA: GCSOA)를 사용할 수 있다.
상기 제1 펌프 광원(332)은 제1 펌프광(342)을 출력하고, 상기 제1 펌프광(342)은 상기 제1 광결합기(352)에 의해 상기 제1 라만 이득 매질(322)로 출력된다. 상기 제1 라만 이득 매질(322)은 상기 제1 펌프광(342)에 의해 펌핑되며, 상기 제1 전송 구간(312)을 지나서 입력된 광신호를 증폭하여 출력한다. 상기 증폭된 광신호는 상기 제1 광커플러(352)를 지나 상기 제1 반도체 광증폭기(362)로 입력되고, 상기 제1 반도체 광증폭기(362)는 상기 증폭된 광신호를 재증폭하여 상기 제2 전송 구간(314)으로 출력한다. 상기 제2 펌프 광원(334)은 제2 펌프광(344)을 출력하고, 상기 제2 펌프광(344)은 상기 제2 광결합기(354)에 의해 상기 제2 라만 이득 매질(324)로 출력된다. 상기 제2 라만 이득 매질(324)은 상기 제2 펌프광(344)에 의해 펌핑되며, 상기 제2 전송 구간(314)을 지나서 입력된 광신호를 증폭하여 출력한다. 상기 증폭된 광신호는 상기 제2 광커플러(354)를 지나 상기 제2 반도체 광증폭기(364)로 입력되고, 상기 제2 반도체 광증폭기(364)는 상기 증폭된 광신호를 재증폭하여 상기 제3 전송 구간(316)으로 출력한다. 상기 제3 펌프 광원(336)은 제3 펌프광(346)을 출력하고, 상기 제3 펌프광(346)은 상기 제3 광결합기(356)에 의해 상기 제3 라만 이득 매질(326)로 출력된다. 상기 제3 라만 이득 매질(326)은 상기 제3 펌프광(346)에 의해 펌핑되며, 상기 제3 전송 구간(316)을 지나서 입력된 광신호를 증폭하여 출력한다. 상기 증폭된 광신호는 상기 제3 광커플러(356)를 지나 상기 제3 반도체 광증폭기(366)로 입력되고, 상기 제3 반도체 광증폭기(366)는 상기 증폭된 광신호를 재증폭하여 상기 제4 전송 구간(318)으로 출력한다. 상기 제4 펌프 광원(338)은 제4 펌프광(348)을 출력하고, 상기 제4 펌프광(348)은 상기 제4 광결합기(358)에 의해 상기 제4 라만 이득 매질(328)로 출력된다. 상기 제4 라만 이득 매질(328)은 상기 제4 펌프광(348)에 의해 펌핑되며, 상기 제4 전송 구간(318)을 지나서 입력된 광신호를 증폭하여 출력한다. 상기 증폭 된 광신호는 상기 제4 광커플러(358)를 지나 상기 제4 반도체 광증폭기(368)로 입력되고, 상기 제4 반도체 광증폭기(368)는 상기 증폭된 광신호를 재증폭하여 출력한다.
상기 제1 내지 제4 펌프광들(342~348)의 파장들은 1.4㎛의 파장 대역에서 모두 동일하게 또는 서로 각각 다르게 설정될 수 있다. 상기 제1 내지 제4 반도체 광증폭기(362~368)의 이득들은 고정하고, 상기 제1 내지 제4 펌프 광원들(332~338)의 출력들을 조절하여 원하는 상기 제1 내지 제4 라만 이득 매질들(322~328)의 이득들을 얻을 수 있다. 즉, 상기 각 광중계기(302~308)에 구비된 해당 펌프 광원(332~338)의 출력을 조절하여 해당 전송 구간(312~318)의 길이에 부합하는 상기 광중계기(302~308)의 전체 이득을 얻을 수 있다. 상기 각 광중계기(302~308)는 해당 전송 구간(312~318)의 손실에 따라 해당 라만 이득 매질(322~328)의 이득을 조절하므로, 해당 반도체 광증폭기(362~368)에 입력되는 광신호의 세기는 항상 일정하게 되고, 이로 인해 신호 누화를 제거하면서 상기 광중계기(302~308)의 출력 OSNR을 최적으로 유지 할 수 있게 된다.
도 4는 도 3에 도시된 제2 광중계기(304)의 전체 이득 변화에 따른 출력 OSNR의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 4에는, 전체 이득이 18㏈인 경우(○), 21㏈인 경우(□), 24㏈인 경우(△) 및 27㏈인 경우(◇)의 그래프들이 도시되어 있다.
통상적으로, 큰 전송 구간 손실을 보상하기 위해서는 반도체 광증폭기의 이득이 커야 하므로 상기 반도체 광증폭기의 OSNR이 나빠진다. 그러나, 라만 이득 매질은 그 이득이 커지더라도 발생하는 라만 노이즈(Raman noise)가 다른 종류의 광 증폭기에 비해 작기 때문에 OSNR의 감소 정도가 줄어 든다. 이상적인 경우에, 거리의 증가를 깨끗한 라만 증폭으로 처리하여 OSNR이 전혀 변하지 않을 수도 있다. 라만 이득 매질의 경우도 이득이 커지면서 라만 ASE가 증가한다. 전송 구간 거리가 증가하는 경우 OSNR이 줄어들지만 상대적으로 잡음이 적기 때문에, 거리 증가에 따른(또는 전체 이득 증가에 따른) OSNR의 악화는 느리게 진행된다.
도 5는 도 3에 도시된 네트웍(300)과 전형적인 메트로 파장분할다중 네트웍들의 OSNR 특성들을 비교한 그래프이다. 도 5에는, 본 발명에 따른 네트웍(300)의 전송 거리별 OSNR 그래프(□)와, 도 1에 도시된 네트웍(100)의 전송 거리별 OSNR 그래프(○)와, 도 2에 도시된 네트웍(200)의 전송 거리별 OSNR 그래프(△)가 도시되어 있다. 이 때, 도 1에 도시된 네트웍(100)은 이득이 27㏈인 60km 구간용 반도체 광증폭기를 사용하고, 도 2에 도시된 네트웍(200)은 이득이 21㏈인 40km 구간용 반도체 광증폭기를 사용한다.
도 1에 도시된 네트웍(100)의 경우와 같이 60km 구간용 반도체 광증폭기를 사용하는 경우에는 광감쇠기를 사용하여 구간 손실을 일정하게 만들어야 한다. 따라서, 구간 손실이 실제 전송 거리보다 증가하게 되어 본 발명의 경우보다 최종 단에서 OSNR이 2.5㏈ 정도 나빠진다. 이러한 경우에, 이득이 큰 반도체 증폭기를 사용해야 하므로 가격도 상승한다. 도 2에 도시된 네트웍(200)의 경우와 같이 40km 구간용 반도체 광증폭기를 사용하는 경우에 최종 단에서 OSNR은 차이가 거의 없지만 추가적인 광중계기를 필요로 하여 가격이 상승하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광통신 네트웍은 라만 이득 매질과 반도체 광증폭기를 구비하는 광중계기를 포함하고, 각 광중계기에서 해당 라만 이득 매질에 제공되는 펌프광의 파워를 조절함으로써 해당 전송 구간에 부합하는 이득을 얻을 수 있으므로, OSNR 특성이 우수하고, 경제적으로 구현할 수 있다는 이점이 있다.

Claims (5)

  1. 광통신 네트웍에 있어서,
    각각 해당 전송 구간을 통해 입력된 광신호를 라만 증폭하기 위한 라만 이득 매질과, 기설정된 파장의 펌프광을 제공하기 위한 펌프 광원과, 상기 펌프 광원으로부터 입력된 펌프광을 상기 라만 이득 매질로 출력하기 위한 광결합기와, 라만 증폭된 상기 광신호를 증폭하기 위한 이득 고정된 반도체 광증폭기를 구비하는 복수의 광중계기들을 포함하며,
    상기 라만 이득 매질은 분산 천이 광섬유 또는 분산 보상 광섬유이고,
    상기 복수의 광중계기들은 각각 해당 라만 이득 매질에 제공되는 펌프광의 파워를 조절함으로써 해당 전송 구간의 손실을 보상하는 전체 이득을 얻는 것을 특징으로 하는 광통신 네트웍.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 펌프 광원은 1.4㎛ 파장의 펌프광을 출력하는 레이저 다이오드를 포함함을 특징으로 하는 광통신 네트웍.
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