KR100753825B1 - 광 부호 분할 다중화 방식의 인코더/디코더 및 그 방법 - Google Patents

광 부호 분할 다중화 방식의 인코더/디코더 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광 부호 분할 다중화 방식의 인코더/디코더 및 그 방법에 관한 것으로 다중 파장 광신호를 각각 다른 결합 계수를 가진 복수개의 제 1 융합결합기를 이용하여 파장에 따라 출력 경로를 달리하는 역다중화부; 상기 제 1 융합결합기의 구성과 대칭되고 복수개의 제 2 융합결합기를 이용하여 상기 역다중화부에서 출력된 파장중 소정의 파장을 선택하고, 상기 선택된 파장에 대응되는 PN코드를 생성하는 다중화부;를 포함하며, 광섬유를 사용하여 제작되는 융합결합기로 구성되어 있고 채널별 경로 길이가 같으므로 지연에 의한 전송 속도나 채널 수 제약이 없고 온도에 대한 영향이 작은 인코더/디코더 및 그 방법을 제공한다.
OCDMA, 인코더/디코더, 융합결합기, 평탄 필터

Description

광 부호 분할 다중화 방식의 인코더/디코더 및 그 방법{Encoder/decoder and method thereof for OCDMA}
도 1 은 광섬유 회절격자를 이용한 광 부호 분할 다중화 방식의 인코더/디코더의 구조를 보여주는 도면이다.
도 2 는 본 발명에 따른 광 부호 분할 다중화 방식의 인코더/디코더를 구성하는 융합 결합기의 제작 과정을 보여주는 도면이다.
도 3 은 본 발명에 따른 광 부호 분할 다중화 방식의 인코더/디코더를 구성하는 융합 결합기의 투과 특성을 계산하기 위한 모델링 구조를 보여주는 도면이다.
도 4 는 본 발명에 따른 광 부호 분할 다중화 방식의 인코더/디코더를 구성하는 융합 결합기 기반의 16 채널 역다중화부 구조를 보여주는 도면이다.
도 5 는 본 발명에 따른 광 부호 분할 다중화 방식의 인코더/디코더를 구성하는 융합 결합기 기반의 16 채널 역다중화부 출력 스펙트럼을 보여주는 도면이다.
도 6 은 광원의 채널별 출력 차이를 보여주는 도면이다.
도 7 은 본 발명에 따른 융합결합기를 이용하여 광원의 불균일 스펙트럼을 보상하는 평탄 필터의 구조를 보여주는 도면이다.
도 8 은 본 발명에 따른 융합결합기를 이용하여 광원의 불균일 스펙트럼을 보상하는 평탄 필터의 투과 스펙트럼을 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 융합결합기를 이용하여 광원의 불균일 스펙트럼을 보상하는 평탄 필터와 16 채널 역다중화부를 결합한 구조의 투과 스펙트럼을 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 광 부호 분할 다중화 방식의 인코더/디코더의 구조를 보여주는 도면이다.
도 11 은 본 발명에 따른 광 부호 분할 다중화 방식의 인코더/디코더 구조로 구현한 PN코드의 스펙트럼을 보여주는 도면이다.
도 12 는 코드 길이가 15인 변형된 PN코드를 보여주는 도면이다.
도 13 은 본 발명에 따른 광 부호 분할 다중화 방식의 인코더/디코더의 동작과정을 보여주는 흐름도이다.
본 발명은 광 부호 분할 다중화 방식의 인코더/디코더 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광섬유를 사용하여 제작되는 융합결합기로 구현된 인코더/디코더 및 그 방법을 제공한다.
기존의 광 CDMA용 인코더/디코더는 주로 광섬유에 격자를 새겨 만드는 방법으로, 광섬유에 여러 개의 격자를 한꺼번에 새기는 광섬유 회절 격자 배열(Fiber Bragg Grating array)과 처핑된 광섬유 회절 격자(chirped Fiber Bragg Grating) 가 있다.
광섬유 회절 격자 배열에는 도 1a와 같이, 하나의 광섬유에 반사 파장이 다른 여러 개의 광섬유 회절 격자를 순차적으로 새겨 만드는 직렬 배열과 여러 개의 광섬유 회절 격자를 여러 개의 광섬유에 하나씩 나누어 새겨 만드는 병렬 배열이 있다.
광섬유 회절 격자 직렬 배열은 채널 수가 늘어남에 따라 광섬유 회절 격자 수가 늘어나야 함으로 광섬유의 길이가 길어져서 지연에 의한 전송 속도나 채널 수에 제약을 받는 단점이 있다.
또한 광섬유 회절 격자 병렬 배열은 하나의 광섬유에 한 개의 광섬유 회절 격자를 새기기 때문에 지연에 의한 전송 속도나 채널 수 제약은 없으나, 채널 수가 늘어남에 따라 광섬유 가닥이 늘어나서 부피가 커진다.
또한 입력 광을 분배하고 광섬유 회절 격자를 통과한 신호를 하나로 합쳐야 하므로 분배기 및 결합기의 삽입 손실이 발생한다.
도 1b와 같은 처핑된 광섬유 회절 격자는 하나의 격자로 여러 채널의 코드를 구현할 수 있어서 크기가 작다는 장점이 있으나, 반사 스펙트럼의 양 끝에서의 반사율이 낮기 때문에 채널별 손실 차이가 크다는 단점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 광섬유를 사용하여 제작되는 융합결합기로 구현된 광 부호 분할 다중화 방식의 인코더/디코더 및 그 방법을 제공한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 광 부호 분할 다중화 방식의 인코더/디코더의 일 실시 예는, 다중 파장 광신호를 각각 다른 결합 계수를 가진 복수개의 제 1 융합결합기를 이용하여 파장에 따라 출력 경로를 달리하는 역다중화부; 상기 제 1 융합결합기의 구성과 대칭되고 복수개의 제 2 융합결합기를 이용하여 상기 역다중화부에서 출력된 파장 중 소정의 파장을 선택하고, 상기 선택된 파장에 대응되는 PN코드를 생성하는 다중화부;를 포함한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 광 부호 분할 다중화 방식의 인코딩/디코딩 방법의 일 실시 예는, 다중 파장 광신호를 각각 다른 결합 계수를 가진 복수개의 제 1 융합결합기를 이용하여 파장에 따라 출력 경로를 달리하는 역다중화 단계; 상기 제 1 융합결합기의 구성과 대칭되고 복수개의 제 2 융합결합기를 이용하여 상기 역다중화단계에서 출력된 파장 중 소정의 파장을 선택하고, 상기 선택된 파장에 대응되는 PN코드를 생성하는 다중화 단계;를 포함한다.
이하 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다.
도 2 는 본 발명에 따른 광 부호 분할 다중화 방식의 인코더/디코더를 구성하는 융합 결합기의 제작 과정을 보여주는 도면이다.
광섬유 두 가닥의 코팅을 일부분 벗긴 후, 두 번 꼬아서 양 끝을 고정한다.
코팅이 벗겨지고 두 번 꼬인 부분에 열을 가하면서 인장을 주면 융합영역, 일체화부가 생성된다. 두 광섬유의 코어로 독립적으로 진행하던 두 모드가 융합영역에서 서로 간섭을 일으키면서 에너지를 주고 받으며 진행한다.
융합영역은 두 가닥의 광섬유를 열을 가하면서 점차적으로 늘여 붙이는 과정으로 만들기 때문에 같은 방향에 있는 광섬유로는 반사가 발생하지 않는다. 따라서 융합결합기의 추가 손실은 매우 작다.
도 3 은 본 발명에 따른 광 부호 분할 다중화 방식의 인코더/디코더를 구성하는 융합 결합기의 투과 특성을 계산하기 위한 모델링 구조를 보여주는 도면이다.
결합 계수 Ki를 가지는 융합결합기에 있어서, 각 입출력 포트에서의 전자장은 도 3 에 표시된 바와 같다.
전자장간의 관계는 다음의 수학식 1과 같이 나타난다. 여기서, 전자장(E)의 아래첨자는 전자장의 방향(위치)를 표시하며, 위 첨자 중 a는 융합결합기의 각 지점에서 나가는 신호를, t는 융합결합기로 들어오는 신호를 표시한 것이다.
Figure 112006016786064-pat00001
여기서,
Figure 112006016786064-pat00002
본 발명에서 제시하는 광 부호 분할 다중화 방식의 인코더/디코더는 여러 개의 융합결합기가 연결된 역다중 장치로 구성된다.
도 4 는 본 발명에 따른 광 부호 분할 다중화 방식의 인코더/디코더를 구성하는 융합 결합기 기반의 16 채널 역다중화부 구조를 보여주는 도면이다.
15개의 융합결합기가 각각 다른 결합 계수를 가지도록 설계되었으며, 결합 상수는 융합결합기의 중심파장과 주기에 의해 결정된다. 도 4a의 구조에서 각 융합결합기의 투과율은 수학식 2와 같다. 여기서
Figure 112006016786064-pat00003
은 결합 계수
Figure 112006016786064-pat00004
를 가지는 융합결합기에서 제 3 포트로 나가는
Figure 112006016786064-pat00005
에 대한 투과율을 나타내며,
Figure 112006016786064-pat00006
은 결합 계수
Figure 112006016786064-pat00007
를 가지는 융합결합기에서 아래의 포트로 나가는
Figure 112006016786064-pat00008
에 대한 투과율을 나타낸다.
Figure 112006016786064-pat00009
Figure 112006016786064-pat00010
Figure 112006016786064-pat00011
Figure 112006016786064-pat00012
Figure 112006016786064-pat00013
Figure 112006016786064-pat00014
수학식 2에 의해 전체 투과 스펙트럼을 계산한 결과, 일정한 간격의 16채널을 가지는 역다중 장치의 조건은 도 4b와 같다.
도 5 는 본 발명에 따른 광 부호 분할 다중화 방식의 인코더/디코더를 구성하는 융합 결합기 기반의 16 채널 역다중화부 출력 스펙트럼을 보여주는 도면이다.
비용 절감을 위해서 광 CDMA의 광원은 광대역광원인 SLED (Super Luminescent Emitting Diode)를 주로 사용한다.
그러나 SLED의 경우, 도 6의 출력 스펙트럼과 같이 채널별 출력 차이가 크 다. 따라서 많은 채널을 수용할 수 없게 된다. 이에 본 발명에서는 광원의 불균일 스펙트럼을 보상하기 위하여 두 개의 융합결합기를 사용하여 평탄 필터를 구성하였다.
도 7 은 본 발명에 따른 융합결합기를 이용하여 광원의 불균일 스펙트럼을 보상하는 평탄 필터의 구조를 보여주는 도면이다.
융합결합기의 중심파장과 주기는 도 7b에 나와 있다. 링 형태로 두 개의 융합결합기를 연결하였으며 첫 번째 융합결합기의 두 포트를 입출력 포트로 사용하였다.
도 8 은 본 발명에 따른 융합결합기를 이용하여 광원의 불균일 스펙트럼을 보상하는 평탄 필터의 투과 스펙트럼을 보여주는 도면이다.
두 개의 융합결합기를 이용하여 만든 평탄 필터의 출력 스펙트럼을 SLED 출력 스펙트럼과 비교한 것이다. 평탄 필터를 구성하고 있는 융합결합기의 중심 파장 및 주기를 최적화함으로써 SLED의 채널별 출력 차이는 효과적으로 줄일 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 융합결합기를 이용하여 광원의 불균일 스펙트럼을 보상하는 평탄 필터와 16 채널 역다중화부를 결합한 구조의 투과 스펙트럼을 보여주는 도면이다.
평탄 필터와 16채널 역다화부를 함께 연결한 후의 출력 스펙트럼을 나타낸다. 16채널로 역다중되면서 채널별 출력이 다르기 때문에 광원의 불균일 스펙트럼을 보상하면서 인코더/디코더를 구성할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 광 부호 분할 다중화 방식의 인코더/디코더의 구조 를 보여주는 도면이다.
두 개의 융합결합기를 이용하여 구성한 평탄 필터에 15개의 융합결합기를 사용하여 구성한 16채널 역다중 장치를 연결하고 그와 똑 같은 역다중 장치를 반대로 연결함으로써 인코더를 구현할 수 있다. 또한 디코더는 인코더에서 평탄 필터를 제외한 구조이다.
도 11 은 본 발명에 따른 광 부호 분할 다중화 방식의 인코더/디코더 구조로 구현한 PN코드의 스펙트럼을 보여주는 도면이다.
도 10의 구조에서 본 발명에 따른 평탄 필터를 제외한 인코더/디코더를 사용하여 변형된 PN 코드를 구성하였을 때의 스펙트럼이다.
도 11a는 도 10의 본 발명에 따른 융합결합기 기반의 광 CDMA용 인코더/디코더 구조로 구현한 변형된 PN 코드 [1111000100110100]과 [1110001001101010]를 나타내는 스펙트럼이다.
도 11b는 도 10의 본 발명에 따른 융합결합기 기반의 광 CDMA용 인코더/디코더 구조로 구현한 변형된 PN 코드 [1100010011010110]과 [1000100110101110]를 나타내는 스펙트럼이다.
도 11c는 도 10의 본 발명에 따른 융합결합기 기반의 광 CDMA용 인코더/디코더 구조로 구현한 변형된 PN 코드 [0001001101011110]과 [0010011010111100]를 나타내는 스펙트럼이다.
도 11d는 도 10의 본 발명에 따른 융합결합기 기반의 광 CDMA용 인코더/디코더 구조로 구현한 변형된 PN 코드 [0100110101111000]과 [1001101011110000]를 나 타내는 스펙트럼이다.
도 11e는 도 10의 본 발명에 따른 융합결합기 기반의 광 CDMA용 인코더/디코더 구조로 구현한 변형된 PN 코드 [0011010111100010]과 [0110101111000100]를 나타내는 스펙트럼이다.
도 11f는 도 10의 본 발명에 따른 융합결합기 기반의 광 CDMA용 인코더/디코더 구조로 구현한 변형된 PN 코드 [1101011110001000]과 [1010111100010010]를 나타내는 스펙트럼이다.
도 11g는 도 10의 본 발명에 따른 융합결합기 기반의 광CDMA용 인코더/디코더 구조로 구현한 변형된 PN 코드 [0101111000100110]과 [1011110001001100]를 나타내는 스펙트럼이다.
도 11h는 도 10의 본 발명에 따른 융합결합기 기반의 광 CDMA용 인코더/디코더 구조로 구현한 변형된 PN 코드 [0111100010011010]를 나타내는 스펙트럼이다.
도 12 는 코드 길이가 15인 변형된 PN코드를 보여주는 도면이다.
PN 코드를 구성하였을 때의 사용된 코드는 길이가 15인 변형된 PN 코드이며 도 12에 나와 있다.
도 13 은 본 발명에 따른 광 부호 분할 다중화 방식의 인코더/디코더의 동작과정을 보여주는 흐름도이다.
서로 다른 결합 계수를 가진 복수 개의 융합 결합기로 구성된 역다중화부에서 입력된 다중 파장 광신호를 파장에 따라 출력 경로를 달리하여 출력한다(S1300).
서로 다른 결합 계수를 가진 복수 개의 융합 결합기로 구성된 다중화부에서 역다중화부에서 출력된 파장중 소정의 파장을 선택하고, 선택된 파장에 대응되는 PN코드를 생성한다(S1310).
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정 되는 것은 아니며, 특허 청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 융합결합기 기반의 광 부호 분할 다중화 방식의인코더/디코더는 지연에 의한 전송 속도나 채널 수 제약이 없으며 평탄 필터를 포함시켜 광원의 불균일한 스펙트럼을 보상할 수 있다.
또한 온도에 대한 영향이 적고 저렴하게 제작될 수 있는 장점이 있다.

Claims (7)

  1. 다중 파장 광신호를 각각 다른 결합 계수를 가진 복수개의 제 1 융합결합기를 이용하여 파장에 따라 출력 경로를 달리하는 역다중화부;
    상기 제 1 융합결합기의 구성과 대칭되고 복수개의 제 2 융합결합기를 이용하여 상기 역다중화부에서 출력된 파장 중 소정의 파장을 선택하고, 상기 선택된 파장에 대응되는 PN코드를 생성하는 다중화부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 부호 분할 다중화 방식의 인코더/디코더.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 융합결합기 및 상기 제 2 융합결합기 각각의 융합결합기는 두 개의 광 파이버의 소정부분의 코어를 맞닿게 하여 비틀림을 가하고, 상기 비틀림을 지지한 상태에서 가열 및 인장하여 생성된 일체화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 부호 분할 다중화 방식의 인코더/디코더.
  3. 제 1 항에 있어서, 다중 파장 광신호를 입력 받아 상기 역다중화부로 출력하는 제 1 파이버의 소정의 제 1 지점 및 제 2 지점의 코어를 맞닿게 하여 비틀림을 가한 상태에서 가열 및 인장하여 생성되는 제 1 일체화부;
    상기 제 1 지점 및 상기 제 2 지점 사이에 위치하는 제 3 지점과 제 2 파이버의 소정지점의 코어를 맞닿게 하여 비틀림을 가한 상태에서 가열 및 인장하여 생성되는 제 2 일체화부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 부호 분할 다중화 방식의 인코더/디코더
  4. 다중 파장 광신호를 각각 다른 결합 계수를 가진 복수개의 제 1 융합결합기를 이용하여 파장에 따라 출력 경로를 달리하는 역다중화 단계;
    상기 제 1 융합결합기의 구성과 대칭되고 복수개의 제 2 융합결합기를 이용하여 상기 역다중화단계에서 출력된 파장 중 소정의 파장을 선택하고, 상기 선택된 파장에 대응되는 PN코드를 생성하는 다중화 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는광 부호 분할 다중화 방식의 인코딩/디코딩 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 융합결합기 및 상기 제 2 융합결합기 각각의 융합결합기는 두 개의 광 파이버의 소정부분의 코어를 맞닿게 하여 비틀림을 가하고, 상기 비틀림을 지지한 상태에서 가열 및 인장하여 생성하는 일체화 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 부호 분할 다중화 방식의 인코딩/디코딩 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 역 다중화 단계 이전에 소정의 다중 파장 광신호의 채널별 파워 차이를 보상하여 평탄화된 다중 파장 광신호를 얻는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 부호 분할 다중화 방식의 인코딩/디코딩 방법.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 일체화부와 상기 제 2 일체화부의 결합계수가 서로 다른 것을 특징으로 하는 광 부호 분할 다중화 방식의 인코더/디코더.
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