KR100742651B1

KR100742651B1 - 사이클릭 도파로열 격자를 이용한 다단분기파장분할다중방식 수동형 광가입자망 시스템

Info

Publication number: KR100742651B1
Application number: KR1020050080519A
Authority: KR
Inventors: 이관일; 이학규; 정종술
Original assignee: 노베라옵틱스코리아 주식회사
Priority date: 2005-08-31
Filing date: 2005-08-31
Publication date: 2007-07-25
Also published as: KR20050092684A

Abstract

본 발명은 고밀도 파장분할 다중방식 수동형 광가입자망 시스템에 관한 것으로, 특히 사이클릭 AWG 의 독특한 주기성을 이용하여 저렴한 가격으로 구현한 다단분기 WDM-PON 시스템에 관한 것이다. 기존의 광분기/결합기를 이용한 버스형 분기 시스템의 경우 각각의 채널마다 다른 파장의 광분기/결합기를 사용하므로 설치 및 유지 보수시 채널마다 서로 다른 광분기/결합기를 보유해야 하는 단점이 있다. 또한 기존의 다단분기 시스템은 상하향 서로 다른 대역의 파장을 사용하므로, 상향과 하향의 다중화/역다중화기가 별도로 요구되지만, 본 발명은 사이클릭 AWG 의 주기성을 이용하므로, 분기에 사용하는 다중화/역다중화기를 상 하향 양방향 가역적으로 동일하게 사용할 수 있어 시스템을 저렴하게 구축할 수 있고, 다단 분기를 구현함으로써 적은 가입자들이 원거리에 떨어져 분포할 경우 보다 효율적인 광선로 포설이 가능하다.

WDM-PON, AWG, 다단분기, 양방향 광가입자망, 고밀도 파장분할

Description

사이클릭 도파로열 격자를 이용한 다단분기 파장분할다중방식 수동형 광가입자망 시스템 {MULTIPLE BRANCH WDM-PON SYSTEM USING CYCLIC AWG}

도 1은 기존의 비간섭성 광원에 파장잠김된 광원을 이용한 양방향 고밀도 WDM-PON 시스템 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 다단분기 구조의 파장분할 다중방식 수동형 광가입자망의 구성 예를 나타낸 도면.

도 3은 사이클릭 AWG의 주기적인 주파수 투과특성 및 파장할당 예를 나타낸 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

Tx: 광송신기

Rx: 광수신기

AWG: Arrayed Waveguide Grating

BLS: 비간섭성 광대역 광원

SMF: 광섬유

ONU: 가입자 접속장치

본 발명은 고밀도 파장분할다중방식 수동형 광가입자망 (Dense wavelength division multiplexing passive optical network, 이하 WDM-PON) 시스템에 관한 것으로서, 특히 비간섭성 광에 파장 잠김된 광원을 이용한 WDM-PON에서 가입자들이 산재해 분포하는 곳에서 보다 효율적인 광선로 포설이 가능하게 하는 다단분기형 WDM-PON 구조에 관한 것이다.

최근 인터넷을 비롯한 각종 데이터 서비스, HD(high definition) 급 디지털 방송, 고품질의 주문형 비디오, 화상회의, 원격진료, 교육 등과 같은 각종 미래형 멀티미디어 서비스에 대한 가입자들의 수요가 급격히 늘어가고 있다. 또한 홈네트워크 기술의 발전에 따라 다양한 광대역 서비스에 대한 요구와 홈네트워크의 편리성에 대한 소비자의 인식확대에 따라 더 편리한 홈네트워크 구현이 요구되고 있다. 통신업계는 광섬유를 각 가입자까지 직접 연결하는 FTTH(Fiber To The Home)이 향후 급속히 늘어날 방송, 인터넷, 멀티미디어 서비스를 위한 궁극적인 해결책이라고 생각하고 있으며 이를 구현하기 위한 여러 가지 방법 중 특히 광네트워크의 유지 및 보수, 관리가 용이한 수동형 광 가입자망(PON)에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 수동형 광 가입자망이란 중앙 기지국(Central Office: CO)에서 원격노드(RN) 까지 1개의 광섬유로 연결되고, 다시 RN에서 각 가입자 까지 개별 광섬유로 연결하는 구조로, CO에서 가입자까지 일대일로 연결하는 것 보다 광케이블 포설비용을 크게 줄일 수 있는 이점이 있다. 이러한 수동형 광가입자망 중에서도 파장분할 다중방식 수동형 광가입자망(WDM-PON)은 가입자에게 서로 다른 파장을 할당하여 대용량의 데이터 전송이 가능하고 보안성이 우수하다. 또한 향후 지금보다 훨씬 많은 가입자와 서비스 수요 증가에 따라 채널간격을 좁히거나 채널별 전송속도를 늘리는 등 성능향상이 용이다. WDM-PON을 구현하기 위해서는 각 가입자에게 할당된 고유의 파장을 갖는 광원과 발진파장의 안정화 회로, 그리고 수동형의 다중화/역다중화기가 필요하다. 특정발진파장의 광원과 안정화 회로의 필요성은 가입자망의 구축비의 경제적 부담이 되고 있다. 그리하여 uncooled DFB-LD를 이용한 CWDM -PON 은 저렴한 가격으로 높은 대역폭을 보장할 수 있어 많은 관심을 끌고 있다. 하지만 CWDM -PON 의 경우 1270~ 1610nm 까지 20nm 간격의 18채널중 1270nm 와 1290 nm 는 Rayleigh 산란에의 한 손실이 커서 나머지 16 채널을 사용해야 하므로, 기존 포설된 광섬유의 경우 1400nm 근처에서 water peak 흡수에 의한 손실이 커서, 새로 water peak 이 없는 광섬유를 포설해야 하는 문제가 있고, 또 16채널 이상의 채널 수용은 현실적으로 불가능하다.

하지만 DWDM-PON의 경우 이상의 두 가지 문제를 해결할 수가 있다. 하지만 이러한 고밀도 WDM-PON 시스템은 온도에 민감한 광원의 파장을 안정화 시켜야 하므로 온도 조절기를 포함한 고가의 버터플라이 패키지를 사용해야 하는 단점과 고장을 대비하여 각 채널 파장별로 재고를 보유해야 하고 광원 교체시 파장조절의 기술적 어려움으로 인하여 망 유지 보수비용이 늘어나게 된다. 최근 이러한 문제를 해결하기 위하여 광 주입된 반사형 반도체 증폭기(RSOA), 스펙트럼 분할 광원, 외부공진기 레이저등 여러 가지 방법들이 제안되었다. 그중 특히 비간섭의 광을 레이저에 직접 주입시켜 하나의 모드만 발진시키는 저가의 광원이 대한민국 특허(10-0325687) '주입된 비간섭성 광에 파장 잠김된 페브리-페롯 레이저 다이오드를 이용한 파장분할 다중방식 광통신용 광원' 에 공지되어 있다. 또한 위의 광원을 사용한 WDM-PON 시스템이 대한민국 특허 (10-0496710) '주입된 비간섭성 광에 파장 잠김된 광원을 이용한 양방향 파장분할다중방식 수동형 광네트워크' 에 공지되어 있다.

위의 시스템은 CO에서 원격노드(RN)까지 1개의 광섬유로 전송되어와서 RN 에 있는 수동 광분배소자에서 각 가입자까지 나누어 광섬유로 전송된다. 즉 원격노드에서 가입자까지 광섬유로 일대일로 연결하는 방식이다. 하지만 본 발명에서 제안하는 다단분기 시스템은 원격노드가 1개 더 있어, 제1원격노드에서 제2원격노드까지는 1개 광섬유로 전송되어 와서 제2원격노드의 광분배소자에서 각 가입자까지 광섬유로 연결되는 구조로, 가입자가 산재해 있을 때 초기 설치비용을 획기적으로 줄일 수 있다.

위와 같이, 기존의 주입된 비간섭성 광에 파장 잠김된 광원을 이용한 양방향 파장분할다중방식 수동형 광네트워크는 스타구조형의 망을 채용하므로 가입자들이 밀집해 있는 곳에서는 유리하지만, 가입자들이 산재해 있는 곳에서는 광섬유 포설비용이 많이 들어가게 된다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 비간섭성 광에 파장 잠김된 광원을 이용한 양방향 파장분할다중방식 수동형 광네트워크에서 사이클릭 AWG를 제 1원격노드에 사용함으로써, 다단분기를 가능케 하는 WDM-PON 시스템을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 2개의 원격노드를 가지며, 제 1원격노드는 사이클릭 AWG 로 입출력 분기포트를 구비하며, N 개의 서로 다른 파장의 광신호가 입력포트로 전달되면 서로 다른 파장의 광신호가 각각의 분기포트로 분기된다. 이때 사이클릭 특성으로 인하여 한 분기포트로 서로 충분히 떨어진 여러 파장의 광신호가 동시에 나오게 된다. 즉 CO에서 하향 광신호들은 8개의 포트로 분리되어 제2원격노드로 전달되고, 제2원격 노드에서는 다시 각각 4개의 채널로 분리되어 가입자로 전달된다. 상기 사이클릭 AWG 는 가역적으로 상향신호의 경우 역다중화를 하게 된다. 이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실 시예를 상세히 설명한다.

도1은 기존의 비간섭성 광원에 파장 잠김된 광원을 이용한 양방향 고밀도 WDM-PON 시스템 구성도로서, 크게 CO, RN, ONU 세부분으로 나누어지고 각각은 feeder fiber와 distribution fiber로 연결되며 된다. 이와 같이 기존의 WDM-PON 구조는 스타형 분배망으로, 광 가입자수가 N 개 일때, 각각의 광가입자들은 상기 1개의 원격노드에 연결된다. 따라서 농촌지역과 같이 넓은 지역에 가입자가 산발적으로 분포할 경우에 광섬유 포설비용과 설치비가 증가하게 되는 단점이 있다.

도3은 본 발명에 따른 제 1원격노드에 사용되는 다중화/역다중화기로써 하나의 2*8 사이클릭 AWG 로 구성된다. 상기 사이클릭 AWG 의 FSR(Free Spectral Range) 은 1600 GHz 로, 포트 A로 입력되는 여러 채널의 광신호중 포트 C로 λ(λ1- λ8), (λ17 - λ24), (λ1^* - λ8^*), (λ17^* - λ24^*) 에 해당하는 파장의 광신호가 나오게 된다. 한편 포트 B로 입력되는 여러 채널의 광신호중 포트 C로 (λ9- λ16), (λ25 - λ32), (λ9^* - λ16^*), (λ25^* - λ32^*) 에 해당하는 파장의 광신호가 나오게 된다. 도 2를 참조하면, 사이클릭 AWG의 포트 C1로는 λ1, λ9(= λ1+ 800 GHz), λ17(= λ1+ 1600 GHz), λ25(= λ1+ 2400 GHz), λ1^*, λ9^*(= λ1^*+ 800 GHz), λ17^*(= λ1^*+ 1600 GHz), λ25^*(= λ1^*+ 2400 GHz) 에 해당하는 광신호를 양방향으로 투과시키는 특성을 갖는다. 마찬가지로 포트 C2로는 포트C1의 투과 파장에서 100GHz 이동된 파장에 해당하는 광신호가 투과된다. 그리하여 포트 C8로는 700GHz 옮겨간 λ8, λ16, λ24, λ32, λ8^*, λ16^*, λ24^*, λ32^*파장에 해당하는 광신호가 투과된다. 이때 λ 는 A 밴드 대역의 파장이고, λ^* 는 B-band 대역의 파장이다. 또한 각각의 파장관계식은 다음과 같다.

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λ_n+1 - λn = 100GHz --------------------------------------공식[1]

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λ_N+16= λ_N + FSR ----------------------------------------공식[2]

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도 2는 상기 도 3의 사이클릭 AWG를 이용한 본 발명의 다단 분기형 WDM-PON 시스템 구조이다.

CO 에는 1*N AWG 가 있어 서로 다른 여러 파장의 광신호를 다중화하여 단일 광섬유를 통해 하향으로 내보내고, 다중화되어 상향으로 오는 신호를 역다중화하여 각 가입자의 신호를 검출하게 된다. 상기 CO(100)에서 광신호의 하향전송은 다음과 같다. B 대역의 비간섭성 광원(150)은 1*N AWG(130)에 의해 파장별로 스펙트럼 분할되어 WDM 커플러를 거쳐 광송신기(120)에 주입된다. 이때 광송신기의 발진 파장은 자동으로 주입된 광의 파장에 잠기게 된다. 광송신기(120)에서 나오는 하향신호(λ1^*, ..., λN^*)는 B-대역 비간섭성 광원 경로의 역으로 WDM 커플러를 거치고 다시 AWG에서 다중화되어 WDM 커플러, 써큘레이터를 지나, WDM 커플러에서 하향 전송되는 A 대역 비간섭성 광원과 결합된다.

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제 1원격노드(200)는 1*2 커플러(210)와 2*8 사이클릭 AWG(220) 로 구성되며, 간선 광섬유(10)를 통해 CO(100) 로부터 하향 전송되는 B 대역 광신호와 A 대역 비간섭성 광원을 도3에 도시된 것처럼 8개 그룹으로 파장분할하고, 상기 1단 분배 광섬유(20)를 통해 각각의 제 2 지역 노드(300)와 가입자장치(400)로부터 상향 전송되는 광신호를 다중화 하는 역할을 한다. 상기 제 2원격노드는 1*4 AWG(310, 320) 로, 제1분배 광섬유(20)를 통해 하향 전송되는 광신호와 비간섭성 광원을 역다중화 하여 각 가입자에게 할당된 파장의 광신호를 제 2 분배 광섬유(30)를 통해 각 가입자 장치(400)로 전송한다. 또한 각 가입자로부터 전송되는 상향 신호를 전술한 과정의 역순으로 상기 제2 분배 광섬유(30)와 제 1분배 광섬유를 통해 , 제 1원격노드(200)로 전송한다.

제 2 원격노드의 1*4 AWG 의 제1포트에서 분기되어 광가입자 장치로 내려온 광신호는WDM 커플러에서 A대역 비간섭성 광과 B 대역 데이터 신호로 분리되고, B 대역 하향신호는 광수신기에 입력된다. A 대역 비간섭성 광원은 광송신기에 입력되고, 광송신기의 발진 파장은 주입된 스펙트럼 분할된 비간섭성 광파장에 파장 잠김되어 상향신호용 광원으로 사용된다.

본 발명에 따른 사이클릭 AWG를 이용한 다단분기 광분배망은 AWG의 주기적인 투과특성을 이용하는 것으로, 복수개의 원격노드가 있어 가입자가 여러 그룹으로 산재해 분포하는 지역에서 경제적이고 효율적으로 망설치 및 유지를 가능케 한다. 또한 본 발명에 따른 다단분기 광분배망은 비간섭성 광원에 파장잠김된 광원을 이용한 양방향 고밀도 WDM-PON 시스템에 한정된 것은 아니고 일반 WDM-PON 시스템에도 적용될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 기술한 실시 예 및 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 정신 및 기술적 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 변경 또는 변형이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백하며, 따라서 본 발명의 실시 예에 따른 단순한 변경은 본 발명의 범위를 벗어날 수 없을 것이다.

Claims

중앙 기지국(CO)과 연결되어, 상기 CO로부터의 하향신호를 역다중화하고 상기 CO로 향하는 상향신호를 다중화하는 제 1 원격노드;

복수의 광가입자들과 연결되어, 상기 복수의 광가입자들로부터의 상향신호를 다중화하고 상기 복수의 광가입자들로 향하는 하향신호를 역다중화하는 복수개의 제 2 원격노드;

상기 제 1 원격노드와 상기 제2 원격노드를 연결하는 제1 분배 광섬유; 및

상기 제 2 원격노드와 상기 복수의 광가입자들을 연결하는 제2 분배 광섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 분기형 WDM-PON 광 가입자망.
제 1항에 있어서,

상기 CO는 광다중/역다중화기로서 주기적인 투과특성을 갖는 AWG를 포함하고, 비간섭성 광원으로서 파장 잠김된 FP-LD를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 분기형 WDM-PON 광 가입자망.
제 1항에 있어서,

상기 제 1원격노드는 상향 및 하향 신호를 분리 및 결합하는 사이클릭 AWG와 1*2 스플리터를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 분기형 WDM-PON 광 가입자망.
제 1항에 있어서,

제 2 원격 노드는 상기 제 1원격노드로부터 제 1 분배 광섬유를 통해 내려오는 하향신호를 각각의 할당된 파장별로 역다중화하여 가입자장치로 전송하며, 가입자로부터 오는 상향신호를 다중화하는 것을 특징으로 하는 다단 분기형 WDM-PON 광 가입자망.
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제 1항에 있어서,

제 1 원격노드와 복수개의 제 2 원격 노드를 AWG 만을 이용하여 구성하고, 다중화/역다중화기를 AWG의 주기적인 투과특성을 이용하여 상향과 하향에서 동일하게 사용하는 것을 특징으로 하는 다단 분기형 WDM-PON 광 가입자망.