KR100606051B1 - 양방향 광 분기/결합 다중화기 및 이를 이용한 양방향파장분할다중 방식의 환형 네트웍 - Google Patents

양방향 광 분기/결합 다중화기 및 이를 이용한 양방향파장분할다중 방식의 환형 네트웍 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 양방향 광 분기/결합 다중화기는, 입력된 순방향 광신호들 중에서 기설정된 제1 광신호를 반사하며, 나머지 순방향 광신호들을 통과시키기 위한 제1 필터와; 입력된 역방향 광신호들 중에서 기설정된 제2 광신호를 반사하며, 나머지 역방향 광신호들을 통과시키기 위한 제2 필터와; 상기 제1 필터를 통과한 상기 반사된 제2 광신호를 연결된 제2 분기단으로 출력하고, 연결된 제1 결합 단으로부터 입력된 제1 광신호를 상기 제1 필터로 출력함으로써 상기 제1 필터에서의 반사에 의해 상기 제1 광신호와 상기 순방향 광신호들을 결합하기 위한 제1 광분배기와; 상기 제2 필터를 통과한 상기 반사된 제1 광신호를 연결된 제1 분기단으로 출력하고, 연결된 제2 결합 단으로부터 입력된 제2 광신호를 상기 제2 필터로 출력함으로써 상기 제2 필터에서의 반사에 의해 상기 제2 광신호와 상기 역방향 광신호들을 결합하기 위한 제2 광분배기를 포함한다.
광 분기/결합 다중화기, 환형 네트웍, 필터, 순환기

Description

양방향 광 분기/결합 다중화기 및 이를 이용한 양방향 파장분할다중 방식의 환형 네트웍{BI-DIRECTIONAL OPTICAL ADD/DROP MULTIPLEXER AND WAVELENGH DIVISION MULTIPLEXED RING NETWORK USING IT}
도 1은 전형적인 양방향 광 분기/결합 다중화기를 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양방향 광 분기/결합 다중화기를 나타내는 도면,
도 3은 도 2에 도시된 양방향 광 분기/결합 다중화기가 제1 광신호를 분기/결합하는 과정을 설명하기 위한 도면,
도 4는 도 2에 도시된 상기 양방향 광 분기/결합 다중화기가 제(N+1) 광신호를 분기/결합하는 과정을 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 양방향 광 분기/결합 다중화기를 이용한 양방향 파장분할다중 방식의 환형 네트웍을 나타낸 도면,
도 6은 도 5에 도시된 환형 네트웍에서 전송되는 광신호들의 스펙트럼을 나타내는 도면,
도 7은 도 5에 도시된 제n 파장분할 다중화기(350-n)의 통과 스펙트럼을 나타내는 도면,
도 8은 도 5에 도시된 제m 지역 노드(400-m)의 양방향 광 분기/결합 다중화기(200-m)를 나타내는 도면,
도 9는 도 5에 도시된 환형 네트웍에 장애가 발생한 경우를 나타내는 도면.
본 발명은 광 분기/결합 다중화기에 관한 것으로서, 특히 양방향 광 분기/결합 다중화기 및 이를 이용한 파장분할다중 방식의 환형 네트웍에 관한 것이다.
최근 인터넷을 중심으로 한 다양한 멀티미디어 서비스에 대한 수요가 급증함에 따라 대용량의 정보를 고속으로 제공할 수 있는 경제적인 수동형 광 가입자망(passive optical network: PON)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 수동형 광 가입자 망은 서비스를 제공하는 중앙 기지국(central office: CO)과, 상기 서비스를 제공받는 다수의 가입자 장치들(subscriber)과, 가입자 인접 지역에 설치되어 중앙 기지국 및 다수의 가입자 장치들을 연결하는 지역 노드(remote node: RN)를 포함하며, 상기 중앙 기지국 및 가입자 장치들을 제외한 옥외 망이 수동형 광소자들로만 구성되는 것이 통상적이다. 수십만~수백만의 가입자가 밀집되어 분포하는 도시 지역에서는 한 개의 중앙 기지국으로 모든 가입자를 수용하는 가입자망을 구축하는 것은 불가능하므로, 일정 규모의 가입자를 수용할 수 있는 지역 노드를 중심으로 한 다수의 가입자망을 구축하고 중앙 기지국은 지역 노드들을 수용하여 통 신하는 메트로-가입자망 (metro-access network)을 구축하는 것이 현실적이다. 최근에, 메트로-가입자망에서 증가하는 통신 대역폭의 수요를 용이하게 수용하기 위하여 파장분할다중 방식의 전송 기술을 적용하고, 망의 신뢰성을 확보할 수 있으며 확장성이 용이한 환형 구조를 적용하기 위한 연구가 이루어 지고 있다. 중앙 기지국과 지역 노드들이 환형으로 연결되어 고유 파장의 광신호를 이용하여 통신하는 파장분할다중 방식의 메트로-가입자망에서 각 지역 노드는 중앙 기지국과 고유 파장의 광신호를 이용하여 통신하므로, 중앙 기지국으로부터 전송되는 해당 파장의 광신호를 분기(drop)하여 수신하고 중앙 기지국으로 전송할 해당 파장의 광신호를 결합(add)하여 전송할 수 있는 분기/결합 기능이 필수적으로 요구된다.
도 1은 전형적인 양방향 광 분기/결합 다중화기를 나타내는 도면이다. 상기 양방향 광 분기/결합 다중화기(100)는 전송 라인(transmission line, 170,175) 상에 배치되며, 제1 내지 제6 순환기들(circulator, 110~120)과, 제1 및 제2 광섬유 브래그 격자들(fiber Bragg grating: FBG, 130,135)을 포함한다. 상기 제2 및 제3 순환기들(112,114)과 상기 제1 광섬유 브래그 격자(130)는 상기 제1 순환기(110)와 상기 제4 순환기(116)를 연결하는 제1 광경로(optical path, 140) 상에 배치되고, 상기 제5 및 제6 순환기들(118,120)과 상기 제2 광섬유 브래그 격자(135)는 상기 제1 순환기(110)와 상기 제4 순환기(116)를 연결하는 제2 광경로(145) 상에 배치된다.
상기 제1 순환기(110)는 제1 내지 제3 포트들을 가지며, 제1 포트는 상기 제6 순환기(120)와 연결되고, 제2 포트는 상기 전송 라인(170)과 연결되며, 제3 포트 는 상기 제2 순환기(112)와 연결된다. 상기 제1 순환기(110)는 제2 포트에 입력된 제1 광신호(λ1)를 제3 포트로 출력하고, 제1 포트에 입력된 제2 광신호(λ2)를 제2 포트로 출력한다.
상기 제2 순환기(112)는 제1 내지 제3 포트들을 가지며, 제1 포트는 상기 제1 순환기(110)의 제3 포트와 연결되고, 제2 포트는 상기 제1 광섬유 브래그 격자(130)와 연결되며, 제3 포트는 제1 분기 단(drop terminal, 160)과 연결된다. 상기 제2 순환기(112)는 제1 포트에 입력된 제1 광신호를 제2 포트로 출력하고, 제2 포트에 입력된 제1 광신호를 제3 포트로 출력한다.
상기 제1 광섬유 브래그 격자(130)는 상기 제2 순환기(112)의 제2 포트와 상기 제3 순환기(114)의 제2 포트 사이에 배치되며, 입력된 제1 광신호를 반사한다. 즉, 상기 제1 광섬유 브래그 격자(130)는 상기 제2 순환기(112)로부터 입력된 제1 광신호를 상기 제2 순환기(112)로 반사하고, 상기 제3 순환기(114)로부터 입력된 제1 광신호를 상기 제3 순환기(114)로 반사한다. 상기 제1 및 제2 광섬유 브래그 격자들(130,135)은 각각 기설정된 파장의 광신호를 반사하고, 나머지 파장의 광신호는 통과시키는 특성을 갖는다.
상기 제3 순환기(114)는 제1 내지 제3 포트들을 가지며, 제1 포트는 제1 결합 단(add terminal, 150)과 연결되고, 제2 포트는 상기 제1 광섬유 브래그 격자(130)와 연결되며, 제3 포트는 상기 제4 순환기(116)의 제1 포트와 연결된다. 상기 제3 순환기(114)는 제1 포트에 입력된 제1 광신호를 제2 포트로 출력하고, 제2 포 트에 입력된 제1 광신호를 제3 포트로 출력한다.
상기 제4 순환기(116)는 제1 내지 제3 포트들을 가지며, 제1 포트는 상기 제3 순환기(114)의 제3 포트와 연결되고, 제2 포트는 상기 전송 라인(175)과 연결되며, 제3 포트는 상기 제5 순환기(118)의 제1 포트와 연결된다. 상기 제4 순환기(116)는 제1 포트에 입력된 제1 광신호를 제2 포트로 출력하고, 제2 포트에 입력된 제2 광신호를 제3 포트로 출력한다.
상기 제5 순환기(118)는 제1 내지 제3 포트들을 가지며, 제1 포트는 상기 제4 순환기(116)의 제3 포트와 연결되고, 제2 포트는 상기 제2 광섬유 브래그 격자(135)와 연결되며, 제3 포트는 제2 분기 단(165)과 연결된다. 상기 제5 순환기(118)는 제1 포트에 입력된 제2 광신호를 제2 포트로 출력하고, 제2 포트에 입력된 제2 광신호를 제3 포트로 출력한다.
상기 제2 광섬유 브래그 격자(135)는 상기 제5 순환기(118)의 제2 포트와 상기 제6 순환기(120)의 제2 포트 사이에 배치되며, 입력된 제2 광신호를 반사한다. 즉, 상기 제2 광섬유 브래그 격자(135)는 상기 제5 순환기(118)로부터 입력된 제2 광신호를 상기 제5 순환기(118)로 반사하고, 상기 제6 순환기(120)로부터 입력된 제2 광신호를 상기 제6 순환기(120)로 반사한다.
상기 제6 순환기(120)는 제1 내지 제3 포트들을 가지며, 제1 포트는 제2 결합 단(155)과 연결되고, 제2 포트는 상기 제2 광섬유 브래그 격자(135)와 연결되며, 제3 포트는 상기 제1 순환기(110)의 제1 포트와 연결된다. 상기 제6 순환기(120)는 제1 포트에 입력된 제2 광신호를 제2 포트로 출력하고, 제2 포트에 입력된 제2 광신호를 제3 포트로 출력한다.
상기 양방향 광 분기/결합 다중화기(100)가 상기 전송 라인(170)으로부터 입력된 제1 광신호를 분기하는 과정을 설명하면 아래와 같다.
상기 전송 라인(170)을 통해 상기 양방향 광 분기/결합 다중화기(100)에 입력되는 제1 광신호는 상기 제1 및 제2 순환기들(110,112)을 차례로 지나서 상기 제1 광섬유 브래그 격자(130)에 입력되며, 상기 제1 광섬유 브래그 격자(130)에 의해 반사된 제1 광신호는 상기 제2 순환기(112)를 지나서 제1 분기 단(160)으로 출력된다.
상기 양방향 광 분기/결합 다중화기(100)가 상기 전송 라인(175)으로 제1 광신호를 결합하는 과정을 설명하면 아래와 같다.
상기 제1 결합 단(150)을 통해 입력된 제1 광신호는 상기 제3 순환기(114)를 지나서 상기 제1 광섬유 브래그 격자(130)에 입력되며, 상기 제1 광섬유 브래그 격자(130)에 의해 반사된 제1 광신호는 상기 제3 및 제4 순환기들(114,116)을 차례로 지나서 상기 전송 라인(175)으로 출력된다.
상기 양방향 광 분기/결합 다중화기(100)가 상기 전송 라인(175)으로부터 입력된 제2 광신호를 분기하는 과정을 설명하면 아래와 같다.
상기 전송 라인(175)을 통해 상기 양방향 광 분기/결합 다중화기(100)에 입력되는 제2 광신호는 상기 제4 및 제5 순환기들(116,118)을 차례로 지나서 상기 제2 광섬유 브래그 격자(135)에 입력되며, 상기 제2 광섬유 브래그 격자(135)에 의해 반사된 제2 광신호는 상기 제5 순환기(118)를 지나서 제2 분기 단(165)으로 출력된 다.
상기 양방향 광 분기/결합 다중화기(100)가 상기 전송 라인(170)으로 제2 광신호를 결합하는 과정을 설명하면 아래와 같다.
상기 제2 결합 단(155)을 통해 입력된 제2 광신호는 상기 제6 순환기(120)를 지나서 상기 제2 광섬유 브래그 격자(135)에 입력되며, 상기 제2 광섬유 브래그 격자(135)에 의해 반사된 제2 광신호는 상기 제6 및 제1 순환기들(120,110)을 차례로 지나서 상기 전송 라인(170)으로 출력된다.
그러나, 상술한 바와 같은 양방향 광 분기/결합 다중화기(100)는 고가의 순환기(110~120)를 6 개나 사용하여야 하므로 구현 비용이 높고, 분기되거나 결합될 광신호가 통과하는 광소자의 수가 많기 때문에 광손실이 크다는 문제점이 있다. 또한, 광섬유 브래그 격자(130,135)의 완전하지 않은 반사 특성에 의해 동일한 파장의 광신호에 의한 누화가 발생할 수 있다는 문제점이 있다. 즉, 광섬유 브래그 격자(130,135)에 의해 반사된 다음 분기될 광신호가 상기 광섬유 브래그 격자(130,135)에서 완전히 반사되지 못하고 상기 광신호의 일부가 상기 광섬유 브래그 격자(130,135)를 통과하면, 통과된 광신호가 상기 광섬유 브래그 격자(130,135)에서 반사된 다음 결합될 동일한 파장의 광신호를 누화시키게 된다. 이와 반대로, 광섬유 브래그 격자(130,135)에 의해 반사된 다음 결합될 광신호가 상기 광섬유 브래그 격자(130,135)에서 완전히 반사되지 못하고 상기 광신호의 일부가 상기 광섬유 브래그 격자(130,135)를 통과하면, 통과된 광신호가 상기 광섬유 브래그 격자(130,135)에서 반사된 다음 분기될 동일한 파장의 신호를 누화시키게 된다. 따라 서, 광섬유 브래그 격자(130,135)의 해당 파장의 광신호를 반사하는 반사율이 매우 높아야만 동일한 파장의 광신호에 의한 누화를 억제할 수 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 양방향 파장분할다중 방식의 환형 네트웍을 경제적으로 구현하기 위하여 각 지역 노드에서 필수적이며 종래보다 구성 소자의 수가 감소된 저가의 양방향 광 분기/결합 다중화기와 이를 이용한 양방향 파장분할다중 방식의 환형 네트웍을 제공함에 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 양방향 광 분기/결합 다중화기는, 입력된 순방향 광신호들 중에서 기설정된 제1 광신호를 반사하며, 나머지 순방향 광신호들을 통과시키기 위한 제1 필터와; 입력된 역방향 광신호들 중에서 기설정된 제2 광신호를 반사하며, 나머지 역방향 광신호들을 통과시키기 위한 제2 필터와; 상기 제1 필터를 통과한 상기 반사된 제2 광신호를 연결된 제2 분기단으로 출력하고, 연결된 제1 결합 단으로부터 입력된 제1 광신호를 상기 제1 필터로 출력함으로써 상기 제1 필터에서의 반사에 의해 상기 제1 광신호와 상기 순방향 광신호들을 결합하기 위한 제1 광분배기와; 상기 제2 필터를 통과한 상기 반사된 제1 광신호를 연결된 제1 분기단으로 출력하고, 연결된 제2 결합 단으로부터 입력된 제2 광신호를 상기 제2 필터로 출력함으로써 상기 제2 필터에서의 반사에 의해 상기 제2 광신호와 상기 역방향 광신호들을 결합하기 위한 제2 광분배기를 포함한다.
이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능이나 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양방향 광 분기/결합 다중화기를 나타내는 도면이다. 상기 양방향 광 분기/결합 다중화기(200)는 전송 라인 상에 배치되며, 제1 및 제2 필터(210,220)와, 광분배기들로서 제1 및 제2 순환기들(230,240)을 포함한다. 상기 제1 및 제2 필터들(210,220)은 제1 광경로(270) 상에 차례로 배치되고, 상기 제1 순환기(230), 제1 및 제2 필터들(210,220) 및 제2 순환기(240)는 제2 광경로(275) 상에 차례로 배치된다. 상기 제1 광경로(270)의 양단은 상기 전송 라인과 연결된다. 상기 제1 및 제2 광경로들(270,275)은 각각 광섬유 또는 광도파로일 수 있다. 상기 제1 및 제2 광경로들(270,275)은 두 번 교차하며, 상기 각 교차점에 해당 필터(210,220)가 배치된다. 도 2에는 상기 제1 및 제2 광경로들(270,275)이 세 번 교차하는 것으로 보이나, 두 번째로 교차하는 것처럼 보이는 부분은 실제로 상기 제1 및 제2 광경로들(270,275)이 포개져있는 것을 나타낸다. 또는, 상기 제1 및 제2 광경로들(270,275)을 세 번 교차시킬 수도 있다.
상기 제1 필터(210)는 상기 제1 및 제2 광경로들(270,275)의 제1 교차점 상에 배치되며, 입력된 제1 광신호(λ1)를 반사하여 상기 제2 광경로(275)로 출력하고, 나머지 광신호들(λ2~λ2N)을 통과시킨다. 상기 제1 교차점에서 상기 제1 및 제 2 광경로들(270,275)은 서로 수직을 이루고, 상기 제1 필터(210)는 상기 각 광경로와 45도를 이루도록 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2 필터들(210,220)은 기설정된 파장의 광신호를 반사하고, 나머지 파장의 광신호는 통과시키는 특성을 갖는다. 또한, 상기 제1 및 제2 필터들(210,220)은 각각 투명 기판과 그 양면에 코팅된 다층 박막들로 이루어진 양면 박막 필터를 포함한다. 상기 제1 내지 제N 광신호들은 임의의 통신망 상의 순방향 광신호들 또는 시계 방향으로 진행하는 광신호들일 수 있으며, 상기 제(N+1) 내지 제(2N) 광신호들은 상기 통신망 상의 역방향 광신호들 또는 반시계 방향으로 진행하는 광신호들일 수 있다.
상기 제2 필터(220)는 상기 제1 및 제2 광경로들(270,275)의 제2 교차점 상에 배치되며, 입력된 제(N+1) 광신호(λN+1)를 반사하여 상기 제2 광경로(275)로 출력하고, 나머지 광신호들(λ1~λN,λN+2~λ2N)을 통과시킨다. 상기 제2 교차점에서 상기 제1 및 제2 광경로들(175)은 서로 수직을 이루고, 상기 제2 필터(220)는 상기 각 광경로와 45도를 이루도록 배치될 수 있다.
상기 제1 순환기(230)는 상기 제2 광경로(275)의 일단측에 배치되며, 제1 내지 제3 포트들을 갖는다. 제1 포트는 제1 결합 단(250)과 연결되고, 제2 포트는 상기 제1 필터(210)와 연결되며, 제3 포트는 제2 분기 단(265)과 연결된다. 상기 제1 순환기(230)는 제1 포트에 입력된 제1 광신호를 제2 포트로 출력하고, 제2 포트에 입력된 제(N+1) 광신호를 제3 포트로 출력한다.
상기 제2 순환기(240)는 상기 제2 광경로(275)의 타단측에 배치되며, 제1 내 지 제3 포트들을 갖는다. 제1 포트는 제2 결합 단(255)과 연결되고, 제2 포트는 상기 제2 필터(220)와 연결되며, 제3 포트는 제1 분기 단(260)과 연결된다. 상기 제2 순환기(240)는 제1 포트에 입력된 제(N+1) 광신호를 제2 포트로 출력하고, 제2 포트에 입력된 제1 광신호를 제3 포트로 출력한다.
도 3은 상기 양방향 광 분기/결합 다중화기(200)가 제1 광신호를 분기/결합하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
상기 양방향 광 분기/결합 다중화기(200)가 상기 전송 라인으로부터 제1 광신호를 분기하는 과정을 설명하면 아래와 같다.
상기 전송 라인을 통해 상기 양방향 광 분기/결합 다중화기(200)에 입력되는 제1 내지 제N 광신호들 중 제2 내지 제N 광신호들은 상기 제1 및 제2 필터들(210,220)을 차례로 지나서 상기 전송 라인으로 출력되며, 제1 광신호는 상기 제1 필터(210)에 의해 반사된 후 상기 제2 필터(220) 및 제2 순환기(240)를 지나서 상기 제1 분기 단(260)으로 출력된다.
상기 양방향 광 분기/결합 다중화기(200)가 상기 전송 라인으로 제1 광신호를 결합하는 과정을 설명하면 아래와 같다.
상기 제1 결합 단(250)을 통해 입력된 제1 광신호는 상기 제1 순환기(230)를 지나서 상기 제1 필터(210)에 입력되며, 상기 제1 필터(210)에 의해 반사된 제1 광신호는 상기 제2 필터(220)를 지나서 상기 전송 라인으로 출력된다.
도 4는 상기 양방향 광 분기/결합 다중화기(200)가 제(N+1) 광신호를 분기/결합하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
상기 양방향 광 분기/결합 다중화기(200)가 상기 전송 라인으로부터 제(N+1) 광신호를 분기하는 과정을 설명하면 아래와 같다.
상기 전송 라인을 통해 상기 양방향 광 분기/결합 다중화기(200)에 입력되는 제(N+1) 내지 제(2N) 광신호들 중 제(N+2) 내지 제(2N) 광신호들은 상기 제2 및 제1 필터들(220,210)을 차례로 지나서 상기 전송 라인으로 출력되며, 제(N+1) 광신호는 상기 제2 필터(220)에 의해 반사된 후 상기 제1 필터(210) 및 제1 순환기(230)를 지나서 상기 제2 분기 단(265)으로 출력된다.
상기 양방향 광 분기/결합 다중화기(200)가 상기 전송 라인으로 제(N+1) 광신호를 결합하는 과정을 설명하면 아래와 같다.
상기 제2 결합 단(255)을 통해 입력된 제(N+1) 광신호는 상기 제2 순환기(240)를 지나서 상기 제2 필터(220)에 입력되며, 상기 제2 필터(220)에 의해 반사된 제(N+1) 광신호는 상기 제1 필터(210)를 지나서 상기 전송 라인으로 출력된다.
도 5는 본 발명에 따른 양방향 광 분기/결합 다중화기를 이용한 양방향 파장분할다중 방식의 환형 네트웍을 나타낸 도면이다. 상기 환형 네트웍(300)은 전송 라인(305)을 이용하여 링 구조로 연결된 중앙 기지국(310)과 제1 내지 제3 지역 노드들(400-1~400-3)을 포함한다. 상기 제1 내지 제3 지역 노드들(400-1~400-3)은 각각 도 2에 도시된 바와 같은 구성을 갖는 양방향 광 분기/결합 다중화기(200-1~200-3)를 포함한다. 정상 상태에서, 상기 각 지역 노드(400-1~400-3)는 한 가닥의 전송 라인(305)을 통하여 양방향으로 광신호를 분기하고 결합하므로, 총 2 개의 광신호들을 통하여 상기 중앙 기지국(310)과 통신하게 되어 충분한 통신 대역폭을 확보할 수 있다.
상기 환형 네트웍(300)은 고순위의 제1 내지 제3 광신호들(λ1~λ3)을 반시계 방향으로 전송하고, 저순위의 제4 내지 제6 광신호들(λ1~λ6)을 시계 방향으로 전송한다. 여기에서, 고순위의 광신호란 고순위 데이터가 실린 광신호를 말하는 것으로, 본 실시예에서 고순위 또는 저순위 광신호는 장애 발생 유무에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 장애가 없는 경우에 제3 광신호가 고순위이고 제6 광신호가 저순위이지만, 장애가 발생한 경우에 제6 광신호가 고순위가 되고 제3 광신호가 저순위가 된다.
상기 중앙 기지국(310)은 제1 내지 제6 스위치들(switch: SW, 321~326)과, 제1 내지 제6 광송신기들(transmitter: TX, 331~336)과, 제1 내지 제6 광수신기들(receiver: RX, 341~346)과, 제1 내지 제6 파장분할 다중화기들(wavelength division multiplexer: WDM, 350-1~350-6)과, 제1 및 제2 도파로열 격자들(arrayed waveguide grating: AWG, 362,364)을 포함한다.
상기 제1 내지 제3 스위치들(321~323)은 송신단 스위치들로서 광신호의 송신을 담당하고, 상기 제4 내지 제6 스위치들(324~326)은 수신단 스위치들로서 광신호의 수신을 담당한다. 상기 제1 내지 제6 스위치들(321~326)은 장애가 없는 경우에 바(bar) 상태를 유지하고 있으며, 장애가 발생한 경우에 고순위의 광신호를 송신 또는 수신하기 위해 적어도 일부의 스위치들이 크로스(cross) 상태로 스위칭된다. 바 상태에서, 상기 제m 스위치(321~323)는 고순위 데이터가 입력되는 고순위 단자 (high priority terminal: H)와 상기 제m 광송신기(331~333)를 연결하고, 저순위 데이터가 입력되는 저순위 단자(low priority terminal: L)와 상기 제(m+3) 광송신기(334~336)를 연결한다. 이 때, m은 3 이하의 자연수이다. 크로스 상태에서, 상기 제m 스위치(321~323)는 고순위 단자와 상기 제(m+3) 광송신기(334~336)를 연결하고, 저순위 단자와 상기 제m 광송신기(331~333)를 연결한다. 바 상태에서, 상기 제(m+3) 스위치(324~326)는 고순위 데이터를 출력하는 고순위 단자와 상기 제m 광수신기(341~343)를 연결하고, 저순위 데이터를 출력하는 저순위 단자와 상기 제(m+3) 광수신기(344~346)를 연결한다. 크로스 상태에서, 상기 제(m+3) 스위치(324~326)는 고순위 단자와 상기 제(m+3) 광수신기(344~346)를 연결하고, 저순위 단자와 상기 제m 광수신기(341~343)를 연결한다.
상기 제1 내지 제6 광송신기들(331~336)은 각각 입력된 데이터에 의해 생성된 해당 광신호를 출력하며, 상기 제m 및 제(m+3) 광송신기들(331,334;332,335;333,336)은 상기 제m 스위치(321~323)와 연결된다. 상기 제n 광송신기(331~336)는 제n 광신호를 출력한다. 이 때, n은 6 이하의 자연수이다.
상기 제1 내지 제6 광수신기들(341~346)은 각각 입력된 해당 광신호를 전기 신호인 데이터로 변환하여 출력하며, 상기 제m 및 제(m+3) 광수신기들(341,344;342,345;343,346)은 상기 제(m+3) 스위치(324~326)와 연결된다. 상기 제n 광수신기(341~346)는 제n 광신호를 수신한다.
상기 제1 내지 제6 파장분할 다중화기들(350-1~350-6)은 각각 제1 내지 제3 포트들을 가지며, 상기 제1 내지 제3 파장분할 다중화기들(350-1~350-3)은 상기 제 1 도파로열 격자(362)와 연결되고, 상기 제4 내지 제6 파장분할 다중화기들(350-4~350-6)은 상기 제2 도파로열 격자(364)와 연결된다. 상기 제m 파장분할 다중화기(350-1~350-3)는 제1 포트가 상기 제1 도파로열 격자(362)의 제m 역다중화 포트(demultiplexing port: DM)와 연결되고, 제2 포트가 제m 광송신기(331~333)와 연결되며, 제3 포트가 제(m+3) 광수신기(344~346)와 연결된다. 상기 제m 파장분할 다중화기(350-1~350-3)는 제1 포트에 입력된 제(m+3) 광신호를 제3 포트를 통해 상기 제(m+3) 광수신기(344~346)로 출력하고, 상기 제m 광송신기(331~333)로부터 제2 포트를 통해 입력된 제m 광신호를 제1 포트로 출력한다.
상기 제(m+3) 파장분할 다중화기(350-4~350-6)는 제1 포트가 상기 제2 도파로열 격자(364)의 제m 역다중화 포트와 연결되고, 제2 포트가 제(m+3) 광송신기(334~336)와 연결되며, 제3 포트가 제m 광수신기(341~343)와 연결된다. 상기 제(m+3) 파장분할 다중화기(350-4~350-6)는 제1 포트에 입력된 제m 광신호를 제3 포트를 통해 상기 제m 광수신기(341~343)로 출력하고, 상기 제(m+1) 광송신기(334~336)로부터 제2 포트를 통해 입력된 제(m+1) 광신호를 제1 포트로 출력한다.
상기 제1 도파로열 격자(362)는 다중화 포트(multiplexing port: MP)와 제1 내지 제3 역다중화 포트들을 가지며, 다중화 포트는 상기 전송 라인(305)과 연결되고, 제1 내지 제3 역다중화 포트들은 상기 제1 내지 제3 파장분할 다중화기들(350-1~350-3)과 연결된다. 상기 제1 도파로열 격자(362)는 다중화 포트에 입력된 제4 내지 제6 광신호들을 제1 내지 제3 역다중화 포트들로 역다중화하여 출력하고, 제1 내지 제3 역다중화 포트들에 입력된 제1 내지 제3 광신호들을 다중화 포트로 다중 화하여 출력한다.
상기 제2 도파로열 격자(364)는 다중화 포트와 제1 내지 제3 역다중화 포트들을 가지며, 다중화 포트는 상기 전송 라인(305)과 연결되고, 제1 내지 제3 역다중화 포트들은 상기 제4 내지 제6 파장분할 다중화기들(350-4~350-6)과 연결된다. 상기 제2 도파로열 격자(364)는 다중화 포트에 입력된 제1 내지 제3 광신호들을 제1 내지 제3 역다중화 포트들로 역다중화하여 출력하고, 제1 내지 제3 역다중화 포트들에 입력된 제4 내지 제6 광신호들을 다중화 포트로 다중화하여 출력한다.
도 6은 상기 환형 네트웍에서 전송되는 광신호들의 스펙트럼을 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이, 반시계 방향으로 전송되는 제1 내지 제3 광신호들의 파장 대역과 시계 방향으로 전송되는 제4 내지 제6 광신호들의 파장 대역이 서로 다르게 할당되어 있다. 또한, 각 파장 대역은 상기 각 도파로열 격자(362,364)의 한 자유 스펙트럼 간격(free spectral range)에 해당하도록 설정되어 있다. 이는 상기 도파로열 격자(362,364)의 대역 통과 특성이 자유 스펙트럼 간격에 따라 주기적인 특성을 갖는 점을 이용하기 위한 것으로서, 이러한 대역 할당에 따라 상기 도파로열 격자(362,364)가 두 파장 대역들을 처리할 수 있게 된다.
도 7은 상기 제n 파장분할 다중화기(350-n)의 통과 스펙트럼을 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이, 상기 제n 파장분할 다중화기(350-n)는 제1 포트에 입력된 두 파장 대역들을 분리하여 제2 및 제3 포트들로 출력하고, 그 역으로 제2 및 제3 포트들에 입력된 두 파장 대역들을 합쳐서 제1 포트로 출력한다.
다시 도 5를 참조하면, 상기 제1 내지 제3 지역 노드들(400-1~400-3)은 모두 동일한 구성을 가지며, 단지 처리하는 신호에만 차이가 있다. 즉, 상기 제1 지역 노드(400-1)는 제1 및 제4 광신호들을 각각 분기 및 결합하고, 상기 제2 지역 노드(400-2)는 제2 및 제5 광신호들을 각각 분기 및 결합하며, 상기 제3 지역 노드(400-3)는 제3 및 제6 광신호들을 각각 분기 및 결합한다.
상기 제1 내지 제3 지역 노드들(400-1~400-3)은 각각 양방향 광 분기/결합 다중화기(200-1~200-3)와, 제1 및 제2 광송신기들(422-1,424-1;422-2,424-2;422-3,424-3)과, 제1 및 제2 광수신기들(432-1,434-1;442-2,434-2;432-3,434-3)과, 제1 및 제2 스위치들(412-1,414-1;412-2,414-2;412-3,414-3)을 포함한다.
이하, 제m 지역 노드(400-m)에 대해 설명하면 아래와 같다.
상기 제1 스위치(412-m)는 송신단 스위치로서 광신호의 송신을 담당하고, 상기 제2 스위치(414-m)는 수신단 스위치로서 광신호의 수신을 담당한다. 상기 제1 및 제2 스위치들(412-m,414-m)은 장애가 없는 경우에 바 상태를 유지하고 있으며, 장애가 발생한 경우에 고순위의 광신호를 송신 또는 수신하기 위해 적어도 하나의 스위치들이 크로스 상태로 스위칭된다. 바 상태에서, 상기 제1 스위치(412-m)는 고순위 데이터가 입력되는 고순위 단자와 상기 제1 광송신기(422-m)를 연결하고, 저순위 데이터가 입력되는 저순위 단자와 상기 제2 광송신기(424-m)를 연결한다. 크로스 상태에서, 상기 제1 스위치(412-m)는 고순위 단자와 상기 제2 광송신기(424-m)를 연결하고, 저순위 단자와 상기 제1 광송신기(422-m)를 연결한다. 바 상태에서, 상기 제2 스위치(414-m)는 고순위 데이터를 출력하는 고순위 단자와 상기 제1 광수신기(432-m)를 연결하고, 저순위 데이터를 출력하는 저순위 단자와 상기 제2 광수신기(434-m)를 연결한다. 크로스 상태에서, 상기 제2 스위치(414-m)는 고순위 단자와 상기 제2 광수신기(434-m)를 연결하고, 저순위 단자와 상기 제1 광수신기(432-m)를 연결한다.
상기 제1 및 제2 광송신기들(422-m,424-m)은 각각 입력된 데이터에 의해 생성된 광신호를 출력하며, 상기 제1 및 제2 광송신기들(422-m,424-m)은 상기 제1 스위치(412-m)와 연결된다. 상기 제1 광송신기(422-m)는 제m 광신호를 출력하고, 상기 제2 광송신기(424-m)는 제(m+3) 광신호를 출력한다.
상기 제1 내지 제2 광수신기들(432-m,434-m)은 각각 입력된 광신호를 전기 신호인 데이터로 변환하여 출력하며, 상기 제1 및 제2 광수신기들(432-m,434-m)은 상기 제2 스위치(414-m)와 연결된다. 상기 제1 광수신기(432-m)는 제m 광신호를 수신하고, 상기 제2 광수신기(434-m)는 제(m+3) 광신호를 수신한다.
도 8은 상기 제m 지역 노드(400-m)의 양방향 광 분기/결합 다중화기(200-m)를 나타내는 도면이다. 상기 양방향 광 분기/결합 다중화기(200-m)의 구성은 도 2에 도시된 구성과 동일하므로, 광신호의 분기/결합 과정에 대해서만 상술하기로 한다.
상기 제m 양방향 광 분기/결합 다중화기(200-m)가 상기 전송 라인(305)으로부터 제m 광신호를 분기하는 과정을 설명하면 아래와 같다.
상기 전송 라인(305)을 통해 상기 제m 양방향 광 분기/결합 다중화기(200-m)에 입력되는 제1 내지 제3 광신호들 중 제m 광신호를 제외한 광신호들은 상기 제1 및 제2 필터들(210-m,220-m)을 차례로 지나서 상기 전송 라인(305)으로 출력되며, 제m 광신호는 상기 제1 필터(210-m)에 의해 반사된 후 상기 제2 필터(220-m) 및 제2 순환기(240-m)를 지나서 상기 제1 분기 단(260-m)으로 출력된다.
상기 양방향 광 분기/결합 다중화기(200-m)가 상기 전송 라인(305)으로 제m 광신호를 결합하는 과정을 설명하면 아래와 같다.
상기 제1 결합 단(250-m)을 통해 입력된 제m 광신호는 상기 제1 순환기(230-m)를 지나서 상기 제1 필터(210-m)에 입력되며, 상기 제1 필터(210-m)에 의해 반사된 제m 광신호는 상기 제2 필터(220-m)를 지나서 상기 전송 라인(305)으로 출력된다.
상기 양방향 광 분기/결합 다중화기(200-m)가 상기 전송 라인(305)으로부터 제(m+3) 광신호를 분기하는 과정을 설명하면 아래와 같다.
상기 전송 라인(305)을 통해 상기 양방향 광 분기/결합 다중화기(200-m)에 입력되는 제4 내지 제6 광신호들 중 제(m+3) 광신호를 제외한 광신호들은 상기 제2 및 제1 필터들(220-m,210-m)을 차례로 지나서 상기 전송 라인(305)으로 출력되며, 제(m+3) 광신호는 상기 제2 필터(220-m)에 의해 반사된 후 상기 제1 필터(210-m) 및 제1 순환기(230-m)를 지나서 상기 제2 분기 단(265-m)으로 출력된다.
상기 양방향 광 분기/결합 다중화기(200-m)가 상기 전송 라인(305)으로 제(m+3) 광신호를 결합하는 과정을 설명하면 아래와 같다.
상기 제2 결합 단(255-m)을 통해 입력된 제(m+3) 광신호는 상기 제2 순환기(240-m)를 지나서 상기 제2 필터(220-m)에 입력되며, 상기 제2 필터(220-m)에 의해 반사된 제(m+3) 광신호는 상기 제1 필터(210-m)를 지나서 상기 전송 라인(305)으로 출력된다.
도 9는 도 5에 도시된 환형 네트웍에 장애가 발생한 경우를 나타내는 도면이다. 도 9는, 제1 지역 노드와 제2 지역 노드 사이의 전송 라인이 절단되는 장애가 발생한 경우를 나타낸다. 상기 환형 네트웍(300)에서 장애가 발생하면 상기 전송 라인(305)에서 양방향으로 진행하는 전체 광신호 중 절반의 광신호가 유실되므로, 상기 중앙 기지국(310)과 각 지역 노드(400-1~400-3)는 각 광수신기에 입력되는 광신호의 출력 유무를 통하여 상기 전송 라인(305)의 장애 여부와 위치를 파악할 수 있다.
장애 발생으로 인해, 상기 중앙 기지국(310)으로부터 반시계 방향으로 전송되는 제2 및 제3 광신호들을 상기 제2 및 제3 지역 노드들(400-2,400-3)이 수신할 수 없으며, 상기 중앙 기지국(310)으로부터 시계 방향으로 전송되는 제4 광신호를 상기 제1 지역 노드(400-1)가 수신할 수 없게 된다. 장애 발생 이전에 상기 제4 광신호에는 저순위 데이터가 실려 있었고, 상기 제2 및 제3 광신호들에는 고순위 데이터가 실려있었다. 또한, 장애 발생으로 인해, 상기 제1 지역 노드(400-1)로부터 반시계 방향으로 전송되는 제1 광신호를 상기 중앙 기지국(310)이 수신할 수 없으며, 상기 제2 및 제3 지역 노드들(400-2,400-3)로부터 시계 방향으로 전송되는 제5 및 제6 광신호들을 상기 중앙 기지국(310)이 수신할 수 없게 된다. 장애 발생 이전에 상기 제5 및 제6 광신호들에는 저순위 데이터가 실려 있었고, 상기 제1 광신호에는 고순위 데이터가 실려있었다.
장애 발생 이후, 상기 중앙 기지국(310)은 고순위 데이터를 우선적으로 복구 하기 위해 제2 및 제3 스위치들(322,323)을 크로스 상태로 스위칭한다. 이로 인해, 제5 및 제6 광신호들(325,326)에 고순위 데이터들이 실리게 되고, 상기 제2 지역 노드(400-2)는 제2 스위치(414-2)를 크로스 상태로 스위칭함으로써 상기 제5 광신호를 수신하고, 상기 제3 지역 노드(400-3)는 제2 스위치(414-3)를 크로스 상태로 스위칭함으로써 상기 제6 광신호를 수신한다.
장애 발생 이후, 상기 제1 지역 노드(400-1)는 고순위 데이터를 우선적으로 복구하기 위해 제1 스위치(412-1)를 크로스 상태로 스위칭한다. 이로 인해, 제4 광신호에 고순위 데이터들이 실리게 되고, 상기 중앙 기지국(310)은 제4 스위치를 크로스 상태로 스위칭함으로써 상기 제4 광신호를 수신한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 양방향 광 분기/결합 다중화기는 종래보다 적은 구성 소자를 구비함으로써 광손실이 적고 저가로 구현될 수 있다는 이점이 있으며, 상기 양방향 광 분기/결합 다중화기를 이용한 양방향 파장분할다중 방식의 환형 네트웍도 또한 광손실이 적고 저가로 구현될 수 있다는 이점이 있다.
또한, 상기 양방향 광 분기/결합 다중화기를 이용한 양방향 파장분할다중 방식의 환형 네트웍은 분기되거나 결합될 신호가 통과하는 광소자의 수를 줄여 손실을 적게함으로써, 수용 가능한 지역 노드의 수와 전송 거리를 확장할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 상기 양방향 광 분기/결합 다중화기를 이용한 양방향 파장분할다중 방 식의 환형 네트웍은 한 가닥의 전송 라인을 통하여 양방향으로 광신호를 전송함으로써 전송 라인의 전송 효율을 증가시켜 네트웍 구축 비용을 절감할 수 있으며, 전송 라인에서 장애 발생 시 신속하게 복구함으로써 네트웍의 신뢰성을 확보할 수 있다는 이점이 있다.

Claims (9)

  1. 양방향 광 분기/결합 다중화기에 있어서,
    입력된 순방향 광신호들 중에서 기설정된 제1 광신호를 반사하며, 나머지 순방향 광신호들을 통과시키기 위한 제1 필터와;
    입력된 역방향 광신호들 중에서 기설정된 제2 광신호를 반사하며, 나머지 역방향 광신호들을 통과시키기 위한 제2 필터와;
    상기 제1 필터를 통과한 상기 반사된 제2 광신호를 연결된 제2 분기단으로 출력하고, 연결된 제1 결합 단으로부터 입력된 제1 광신호를 상기 제1 필터로 출력함으로써 상기 제1 필터에서의 반사에 의해 상기 제1 광신호와 상기 순방향 광신호들을 결합하기 위한 제1 순환기와;
    상기 제2 필터를 통과한 상기 반사된 제1 광신호를 연결된 제1 분기단으로 출력하고, 연결된 제2 결합 단으로부터 입력된 제2 광신호를 상기 제2 필터로 출력함으로써 상기 제2 필터에서의 반사에 의해 상기 제2 광신호와 상기 역방향 광신호들을 결합하기 위한 제2 순환기를 포함하고,
    상기 제1 순환기는 제1 내지 제3 포트들을 구비하며, 상기 제1 포트는 상기 제1 결합 단과 연결되고, 상기 제2 포트는 상기 제1 필터와 연결되며, 상기 제3 포트는 상기 제2 분기 단과 연결되고,
    상기 제2 순환기는 제1 내지 제3 포트들을 구비하며, 상기 제1 포트는 상기 제2 결합 단과 연결되고, 상기 제2 포트는 상기 제2 필터와 연결되며, 상기 제3 포트는 상기 제1 분기 단과 연결됨을 특징으로 하는 양방향 광 분기/결합 다중화기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 필터는 각각 각각 투명 기판과 그 양면에 코팅된 다층 박막 들로 이루어진 양면 박막 필터를 포함함을 특징으로 하는 양방향 광 분기/결합 다중화기.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 양방향 광 분기/결합 다중화기에 있어서,
    제1 및 제2 교차점을 갖는 제1 및 제2 광경로들과;
    상기 제1 교차점에 배치되며, 상기 제1 광경로를 통해 입력된 순방향 광신호들 중에서 기설정된 제1 광신호를 상기 제2 광경로로 반사하며, 나머지 순방향 광신호들을 통과시키기 위한 제1 필터와;
    상기 제2 교차점에 배치되며, 상기 제1 광경로를 통해 입력된 역방향 광신호들 중에서 기설정된 제2 광신호를 상기 제2 광경로로 반사하며, 나머지 역방향 광신호들을 통과시키기 위한 제2 필터와;
    상기 제2 광경로의 일단측에 배치되며, 상기 제1 필터를 통과한 상기 반사된 제2 광신호를 연결된 제2 분기단으로 출력하고, 연결된 제1 결합 단으로부터 입력된 제1 광신호를 상기 제1 필터로 출력함으로써 상기 제1 필터에서의 반사에 의해 상기 제1 광신호와 상기 순방향 광신호들을 결합하기 위한 제1 광분배기와;
    상기 제2 광경로의 타단측에 배치되며, 상기 제2 필터를 통과한 상기 반사된 제1 광신호를 연결된 제1 분기단으로 출력하고, 연결된 제2 결합 단으로부터 입력된 제2 광신호를 상기 제2 필터로 출력함으로써 상기 제2 필터에서의 반사에 의해 상기 제2 광신호와 상기 역방향 광신호들을 결합하기 위한 제2 광분배기를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 필터는 각각 투명 기판과 그 양면에 코팅된 다층 박막들로 이루어진 양면 박막 필터임을 특징으로 하는 양방향 광 분기/결합 다중화기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 광분배기는 제1 내지 제3 포트들을 구비하며, 상기 제1 포트는 상기 제1 결합 단과 연결되고, 상기 제2 포트는 상기 제1 필터와 연결되며, 상기 제3 포트는 상기 제2 분기 단과 연결된 순환기를 포함함을 특징으로 하는 양방향 광 분기/결합 다중화기.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제2 광분배기는 제1 내지 제3 포트들을 구비하며, 상기 제1 포트는 상기 제2 결합 단과 연결되고, 상기 제2 포트는 상기 제2 필터와 연결되며, 상기 제3 포트는 상기 제1 분기 단과 연결된 순환기를 포함함을 특징으로 하는 양방향 광 분기/결합 다중화기.
  9. 중앙 기지국과, 상기 중앙 기지국과 전송 라인을 통해 환형 구조로 연결되는 복수의 지역 노드들을 포함하는 양방향 파장분할다중 방식의 환형 네트웍에 있어서,
    상기 각 지역 노드는 상기 전송 라인들을 통해 입력된 순방향 및 역방향 광신호들 중에서 기설정된 제1 및 제2 광신호들을 분기하고, 제1 및 제2 광신호들을 상기 전송 라인에 결합하기 위한 양방향 광 분기/결합 다중화기를 포함하며, 상기 양방향 광 분기/결합 다중화기는,
    입력된 순방향 광신호들 중에서 기설정된 제1 광신호를 반사하며, 나머지 순방향 광신호들을 통과시키기 위한 제1 필터와;
    입력된 역방향 광신호들 중에서 기설정된 제2 광신호를 반사하며, 나머지 역방향 광신호들을 통과시키기 위한 제2 필터와;
    상기 제1 필터를 통과한 상기 반사된 제2 광신호를 연결된 제2 분기단으로 출력하고, 연결된 제1 결합 단으로부터 입력된 제1 광신호를 상기 제1 필터로 출력함으로써 상기 제1 필터에서의 반사에 의해 상기 제1 광신호와 상기 순방향 광신호들을 결합하기 위한 제1 광분배기와;
    상기 제2 필터를 통과한 상기 반사된 제1 광신호를 연결된 제1 분기단으로 출력하고, 연결된 제2 결합 단으로부터 입력된 제2 광신호를 상기 제2 필터로 출력함으로써 상기 제2 필터에서의 반사에 의해 상기 제2 광신호와 상기 역방향 광신호들을 결합하기 위한 제2 광분배기를 포함함을 특징으로 하는 양방향 파장분할다중 방식의 환형 네트웍.
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