KR100809400B1 - 반사형 반도체 광증폭기를 이용한 광송수신 모듈, 그모듈을 포함한 수동형 광가입자망 및 그 모듈의 입력광파워 검출방법 - Google Patents

반사형 반도체 광증폭기를 이용한 광송수신 모듈, 그모듈을 포함한 수동형 광가입자망 및 그 모듈의 입력광파워 검출방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 RSOA에 입력되는 광 파워를 검출할 수 있는 장치를 포함한 RSOA를 이용한 광송수신 모듈, 그 모듈을 포함한 PON 및 그 모듈의 입력 광파워 검출방법을 제공한다. 그 광송수신 모듈은 중앙 기지국(Central Office:CO) 및 가입자단(Optical Network Terminal:ONT)을 포함하는 수동형 광가입자망(Passive Optical Networks:PON)에 있어서, PON의 중앙 기지국으로부터 하향 신호를 수신하는 수신기; 하향 신호를 받아 상향 신호로 재변조하여 전송하는 루프-백(loop-back) 방식의 반사형 반도체 광증폭기(Reflective Semiconductor Optical Amplifier:RSOA); 및 RSOA에 입력되는 상기 하향 신호의 광파워를 검출하는 광파워 검출장치;를 포함하고 상기 ONT의 광송수신 모듈로 이용된다.

Description

반사형 반도체 광증폭기를 이용한 광송수신 모듈, 그 모듈을 포함한 수동형 광가입자망 및 그 모듈의 입력 광파워 검출방법{Optical transceiver module using reflective semiconductor optical amplifier(RSOA), passive optical networks(PON) comprising the same module, and method of detecting input optical power of the same module}
도 1은 본 발명의 광송수신기에 관한 일 실시예로서 하향 광신호의 상태정보를 검출하는 RSOA를 이용한 가입자단용 광송수신 모듈에 대한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 광송수신기에 관한 다른 실시예로서 검출된 하향 광신호의 상태정보를 CO로 전송하기 위한 OAM를 포함하는 광송수신 모듈에 대한 구성도이다.
도 3은 도 1 또는 도 2의 광송수신기 모듈을 통해 하향 광신호가 검출되는 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 PON에 관한 제1 실시예로서 도 1 또는 도 2의 광송수신 모듈을 이용한 PON에 대한 구조도이다.
도 5는 본 발명의 PON에 관한 제2 실시예로서 도 1 또는 도 2의 광송수신 모듈을 이용한 PON에 대한 구조도이다.
도 6은 본 발명의 PON에 관한 제3 실시예로서 도 1 또는 도 2의 광송수신 모듈및 시분할다중화기를 이용한 PON에 대한 구조도이다.
도 7은 본 발명의 PON에 관한 제4 실시예로서 도 1 또는 도 2의 광송수신 모듈및 시분할다중화기를 이용한 PON에 대한 구조도이다.
도 8은 본 발명의 PON에 관한 제5 실시예로서 도 1 또는 도 2의 광송수신 모듈 및 시분할다중화기를 이용한 PON에 대한 구조도이다.
도 9는 본 발명의 PON에 관한 제6 실시예로서 도 1 또는 도 2의 광송수신 모듈및 시분할다중화기를 이용한 PON에 대한 구조도이다.
<도면에 주요 부분에 대한 설명>
100:광송수신 모듈 101:커플러
110:광송신기부 111:RSOA
112:드라이버 회로 120:광수신기부
121:광수신기 122:제한 증폭기
123:CDR 회로 130:광파워 검출장치
131:RSOA 광파워 추정장치 132:로그 증폭기
133:비교기 150:OAM
152:A/D 컨버터 154:OAM 제어기
156:OAM 패킷 첨삭기 158:PCS/MAC/MPCP
160:경보 장치 410,410a,410b,410b,410c:중앙 기지국
411:광원부 412:광수신부
413:광다중화기 414:광역다중화기
415,432:써큘레이터 416:광증폭기
420,421,423,440:광섬유 430,430a,430b,430c:옥외 노드
433:분배기 450.450a:가입자단
본 발명은 수동형 광가입자망(Passive Optical Network:PON)에 관한 것으로, 특히 하향 광신호의 광파워를 검출할 수 있는 반사형 반도체 광증폭기(Reflective Semiconductor Optical Amplifier:RSOA)를 이용한 가입자단용 광송수신 모듈 및 그 모듈을 포함한 PON에 관한 것이다.
최근 음성, 데이터, 방송 융합서비스를 가입자에게 제공하기 위하여 전화국에서 집까지 광섬유로 연결하는 Fiber To The Home (FTTH) 기술이 전 세계적으로 활발히 연구, 개발 되고 있으며, 수년 내로 크게 활성화될 예정이다.
파장분할다중화(Wavelength Division Multiplexing:WDM) 기반의 FTTH, 다시 말해 WDM-PON은 중앙 기지국과 가입자 간의 통신이 각 가입자에게 정해진 각각의 파장을 사용하여 통신이 이루어지는 방식으로 가입자마다 독립적이고 대용량의 통신서비스를 제공할 수 있다는 장점이 있고, 보안이 우수하며, TDM(time division multiplexing) 방식과는 차별화되어 광원의 변조와 복조가 가입자 하나만을 위해서 이루어지므로, 변조 속도와 출력이 낮은 광원과 대역폭이 좁은 수신기를 사용할 수 있다.
그러나 WDM-PON은 가입자 수만큼의 고유의 파장을 갖는 광원이 필요하므로 가입자에게 경제적인 부담을 주게 되어 실제적인 구현에는 어려움이 있다. 이러한 어려움을 해결하기 위해 특정 파장을 출력하는 광원, 즉 씨드(seed) 광원을 별도로 가입자에게 제공하지 않고 중앙기지국에서 가입자단에서 사용할 빛을 하향신호와 함께 전송하고 중앙기지국에서 내려온 빛을 가입자단에서 상향신호로 재변조하여 다시 중앙기지국으로 보내는 방식인 루프-백(loop-back) 방식의 광가입자망이 제안되고 있다. 이러한 루프-백 구조는 가입자에게 광원을 제공하지 않기 때문에 유지관리가 용이하고 하향신호의 일부가 다시 중앙기지국으로 되돌아오기 때문에 광섬유 감시 등의 모니터링에 있어서도 많은 장점을 가진다. 이러한 루프-백 구조는 주로 RSOA를 통해 구현되는데, 최근 이러한 루프-백 구조를 기본으로 한 RSOA를 이용한 WDM-PON이 최근 집중적인 관심을 받고 있다.
RSOA 기반의 WDM-PON에서는 가입자단으로 입력된 하향신호의 일부는 하향신호의 복원을 위해 광수신기로 입력되고, 나머지는 RSOA로 입력되어 상향 신호의 재변조를 위해 사용된다. 하향 신호가 상향신호로 재변조되기 위해서는 하향신호의 1과 0을 표시하는 광출력의 비, 즉 소광비가 충분히 억제(squeesing)되어야 하며, 이를 위해서 RSOA의 동작영역은 이득 포화 영역(gain saturation region)에 있어야 한다. 이득 포화 영역은 RSOA에 입력되는 파워에 의해 결정되며, 최근 망에 사용되는 RSOA의 3dB 입력 이득 포화 출력은 -15 dBm 정도이다. 결국, RSOA가 이득 포화 영역에서 동작하기 위해서는 RSOA로 입력되는 신호가 일정 수준의 광파워를 가져야 한다.
그러나 기존의 RSOA 기반의 WDM-PON에서는 RSOA에 입력되는 파워를 감시하기 위해서 가입자단에 연결되는 광섬유를 빼내어 광 파워 미터와 같은 계측기를 사용해야 하는 번거로움이 있었고, 운영중에는 RSOA의 동작상태를 알 수 없는 문제점을 가지고 있었다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 RSOA에 입력되는 광 파워를 검출할 수 있는 장치를 포함한 RSOA를 이용한 광송수신 모듈, 그 광송수신 모듈을 포함한 PON 및 그 모듈의 입력 광파워 검출방법을 제공하는 데에 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 중앙 기지국(Central Office:CO) 및 가입자단(Optical Network Terminal:ONT)을 포함하는 수동형 광가입자망(Passive Optical Networks:PON)에 있어서, 상기 PON의 중앙 기지국으로부터 하향 신호를 수신하는 수신기; 상기 하향 신호를 받아 상향 신호로 재변조하여 전송하는 루프-백(loop-back) 방식의 반사형 반도체 광증폭기(Reflective Semiconductor Optical Amplifier:RSOA); 및 상기 RSOA에 입력되는 상기 하향 신호의 광파워를 검출하는 광파워 검출장치;를 포함하고, 상기 ONT의 광송수신 모듈로 이용되는 RSOA를 이용한 광송수신 모듈(Optical transceiver module)을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 광파워 검출장치는 상기 수신기에서 출력되는 광파워를 입력받아 상기 RSOA로 입력되는 하향 신호의 광파워를 추정하는 RSOA 광파워 추정장치를 포함할 수 있다. 한편, 상기 수신기는 포토 다이오드(Photo Diode:PD) 및 트랜스임피던스증폭기(Trans-Impedance Amplifier:TIA)가 각각 분리되어 결합되거나 일체형으로 결합될 수 있고, 상기 RSOA 광파워 추정장치는 상기 수신기에서 출력된 광파워를 입력받아 상기 PD의 반응도(responsibility) 및 TIA의 이득의 곱으로 나누어 상기 수신기로 입력되는 광파워를 추정하고, 상기 수신기의 추정된 광파워에 상기 RSOA 및 수신기로 입력되는 광파워의 커플링비를 곱함으로써, 상기 RSOA로 입력되는 하향신호의 광파워를 추정할 수 있다.
상기 광파워 검출장치는 RSOA 광파워 추정장치의 출력을 입력받아 광파워의 밀리와트(mW) 단위를 디비엠(dBm) 단위로 환산하는 로그 증폭기(Log-Amp)를 포함할 수 있고, 상기 로그 증폭기로부터 출력을 입력받아 기준값과 비교하고 결과를 경보 장치로 출력하는 비교기를 포함할 수 있다.
상기 광송수신 모듈은 상기 중앙 기지국에서 일괄적으로 상기 가입자단의 광송수신기의 상태를 감시하기 위하여, 상기 광파워 검출장치로부터 결과를 입력받아 상기 상향 신호에 실어 상기 중앙 기지국으로 전송하는 동작 및 관리 제어부(Operation And Management:OAM)를 포함할 수 있다.
상기 OAM은 상기 로그 증폭기의 출력값을 입력받아 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터; 상기 A/D 컨버터로부터의 출력이 입력되는 레지스터(register)를 포함하고 상기 A/D 컨버터의 출력정보를 상기 상향 신호로 싣는 것을 제어하는 OAM 제어기; 상기 OAM 제어기의 제어를 받아 상향 신호의 데이터 패킷에 상기 출력정보를 싣는 OAM 패킷 첨삭기(Packet Add and Drop); 및 상기 OAM 패킷 첨삭기로부터의 신호를 상기 RSOA로 인가하는 PCS/MAC/MPCP;를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 상기 광송수신 모듈을 포함하는 수동형 광가입자망(Passive Optical Networks:PON)을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 PON은 상기 중앙 기지국과 가입자단을 중계하는 옥외 노드(Remote Node:RN)을 포함하고, 상기 옥외 노드와 상기 가입자단 사이의 상향 신호 및 하향 신호의 입출력이 하나의 광섬유를 통해 이루어질 수 있다. 또한, 상기 중앙 기지국은 하향 신호 전송을 위한 광원(optic source)들 및 상향 신호 수신을 위한 상향신호용 수신기(receiver)들을 포함하고, 상기 중앙 기지국과 옥외 노드 사이의 상기 상향 신호 및 하향 신호의 전송은 각각 하나의 광섬유 또는 공통 하나의 광섬유를 이용하여 이루어질 수 있다.
상기 옥외 노드는 1기의 광다중화 및 광역다중화 장치를 포함하고, 상기 광다중화 및 광역다중화 장치에서 상기 가입자단으로 향하는 각 포트에 분할기(splitter)를 더 포함할 수 있다. 상기 분할기는 분배비가 1:M 인 분할기이고, 상기 가입자단의 수는 상기 분할기에 의해 M배 증가될 수 있다.
상기 수신기는 버스트 모드 수신기(burst mode receiver)일 수 있고, 상기 중앙 기지국은 상기 상향신호용 광원들 전단에 광다중화 장치를 포함하고, 상기 광다중화 장치 전단으로 광증폭기를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 광송수신 모듈을 가입자단으로 이용하는 PON에 있어서, 상기 수신기로부터 출력을 입력받는 RSOA 광파워 추정장치를 통해 상기 RSOA로 입력되는 광파워를 추정하는 단계; 상기 RSOA 광파워 추정장치로부터의 출력을 입력받는 로그 증폭기를 통해 광파워를 mW 단위에서 dBm 단위로 환산하는 단계; 및 상기 로그 증폭기의 출력값을 기준값과 비교하는 단계;를 포함하는 RSOA 입력 광파워 검출방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 수신기는 포토 다이오드(Photo Diode:PD) 및 트랜스임피던스증폭기(Trans-Impedance Amplifier:TIA)가 각각 분리되어 결합되거나 일체형으로 결합되어 있고, 상기 RSOA 광파워 추정단계는, 상기 수신기에서 출력된 광파워를 입력받아 상기 PD의 반응도(responsibility) 및 TIA의 이득의 곱으로 나누어 상기 수신기로 입력되는 광파워를 추정하는 단계; 및 상기 수신기의 추정된 광파워에 상기 RSOA 및 수신기로 입력되는 광파워의 커플링비를 곱하여 상기 RSOA로 입력되는 하향신호의 광파워를 추정하는 단계;를 포함할 수 있다.
한편, 상기 기준값과 비교하는 단계 이후에, 비교 결과를 경보 장치를 이용하여 표시하는 단계를 포함할 수도 있고, 상기 환산단계 이후에, 상기 로그 증폭기의 출력을 OAM을 통해 상기 상향 신호에 실어 상기 중앙 기지국으로 전송하는 단계를 포함할 수도 있다.
상기 전송단계는 상기 로그 증폭기의 출력을 입력받는 A/D 컨버터를 통해 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계; 상기 A/D 컨버터의 출력을 OAM 제어기의 레지스터에 저장하는 단계; 상기 OAM 제어기의 제어를 받아 OAM 패킷 첨삭기(Packet Add and Drop)의 상향 신호의 데이터 패킷에 상기 출력정보를 싣는 단계; 및 상기 OAM 패킷 첨삭기의 신호를 PCS/MAC/MPCP을 통해 상기 RSOA로 인가하는 단계;를 포함할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설 명한다. 이하의 설명에서 인용되는 각 도면들은 발명에 대한 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되었고, 설명과 관계없는 부분은 생략되었다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 한편, 사용되는 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 광송수신기에 관한 일 실시예로서 하향 광신호의 상태정보를 검출하는 RSOA를 이용한 가입자단용 광송수신 모듈에 대한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 광송수신 모듈(100)은 RSOA를 사용한 광송신기부(110), 광수신기부(120) 및 하향 광신호의 파워를 검출하기 위한 광파워 검출장치(130)를 포함한다.
광송신기부(110)는 RSOA(111)와 RSOA를 직접 변조하기 위한 드라이버(drive) 회로(112)를 포함한다. 광수신기부(120)는 포토 다이오드(Photo Diode:PD)와 트랜스임피던스증폭기(Trans-Impedance Amplifier:TIA)가 각각 분리되어 결합되거나 또는 일체형으로 결합된 광수신기(121)와 신호의 전류나 전압을 제한하는 제한 증폭기(122,limiting Amp.), 및 클락 및 데이터를 복구하는 씨디알(clock and data recovery:CDR) 회로(123)를 포함한다. 광파워 검출장치(130)는 RSOA(111)로 입사되는 광파워를 검출하는 장치로서 광파워 추정장치(131), 로그 증폭기(132,Log amp.) 및 비교기(133)를 포함한다.
광송수신모듈(100)에 입력된 하향 광신호는 커플러(101,coupler)에 의해 RSOA(111)와 광수신기(121)로 나누어 입력된다. RSOA(111)로 입력된 하향 광신호는 상향 신호의 전송을 위해 재변조하는 목적으로 사용되고, 광수신기(121)로 입력된 하향 광신호는 하향 신호의 복원을 위해 사용된다. RSOA(111)로 입력된 하향 광신호의 크기를 검출하기 위해, 광수신기(121)의 출력은 광파워 추정장치(131)를 통과하여 로그 증폭기(132)에 입력된다. 이때, 광파워 추정장치(131)로 입력된 하향 광신호가 광파워 추정장치(131)을 통해 변경됨으로써, 광파워 추정장치(131)로부터의 출력은 RSOA(111)로 입사되는 광파워의 크기를 갖는다. 따라서, 광파워 추정장치(131)는 레벨 컨버터(level converter)로 부를 수도 있다. 광파워 추정장치(131)의 자세한 동작은 도 3의 흐름도에 대한 설명에서 자세히 설명한다.
로그 증폭기(132)로 입력되는 밀리와트(mW) 단위의 광신호는 로그 증폭기(132)를 통해 디비엠(dBm) 단위로 출력된다. 따라서, 로그 증폭기(132)는 넓은 동적 범위(dynamic range)에 대해 정확한 동작을 가능케 한다. 이러한 로그 증폭기(132)의 출력값과 이미 설정된 RSOA(111)로 입력되어야 할 최소 크기의 기준 하향 광신호(A,이하 '기준값'이라 한다)가 비교기(133,compatator)에서 비교되어 그 결과가 ONT 보드의 경보 장치(160)에 표시된다. 여기서 경보장치(160)는 발광다이오드(luminescent diode:LED) 또는 부저(buzzer)가 바람직하나 그에 한정되는 것은 아니다. 일반적으로 기준값의 크기보다 로그 증폭기(132)의 출력값이 적을 때 경보 장치(161)를 통해 표시되지만, LED의 경우 정상상태, 즉 로그 증폭기(132)의 출력값이 기준 하향 광신호 이상인 경우에도 함께 표시할 수 있다.
도 2는 본 발명의 광송수신기에 관한 다른 실시예로서 검출된 하향 광신호의 상태정보를 중앙 기지국로 전송하기 위한 OAM를 포함하는 광송수신 모듈에 대한 구 성도이다.
일반적으로 중앙 기지국에서 일괄적인 처리 및 제어를 위해 RSOA(111)로 입력되는 하향 광신호의 상태정보가 중앙 기지국로 전송되는 것이 바람직한데, 본 실시예에서는 도 1의 광파워 검출 장치를 통해 검출된 하향 광신호를 중앙 기지국로 전송하기 위한 장치를 제공한다.
도 2를 참조하면, 광송수신 모듈(100a)은 입력된 하향 신호의 상태정보를 중앙 기지국로 전송하기 위한 동작 및 관리 제어부(150, Operation And Management:OAM)를 포함한다. OAM(150)은 A/D 컨버터(converter)(152), OAM 제어기(controller)(154), OAM 패킷 첨삭기(Packet ADD/DROP)(156), 및 물리코딩 부계층(physical coding sublayer: PCS) 및 매체 접근제어(media access control: MAC)의 다중점 제어 프로토콜(multi-point control protocol: MPCP)부(158, 이하 'PCS/MAC/MPCP'라 한다)를 포함한다.
A/D 컨버터(152)는 로그 증폭기(132)의 출력을 디지털 신호로 전환한다. OAM 제어기(154)는 상기 A/D 컨버터(152)로부터의 출력을 저장하는 레지스터(register)를 포함하고 상기 A/D 컨버터(152)의 출력정보를 상향 신호로 싣는 것을 제어한다. OAM 패킷 첨삭기(156)는 OAM 제어기(154)의 제어를 받아 상향 신호의 데이터 패킷에 상기 출력정보를 싣는다. PCS/MAC/MPCP(158)는 OAM 패킷 첨삭기(156)로부터의 신호를 상기 RSOA(111)로 인가한다.
하향 신호 상태정보의 흐름을 살펴보면, RSOA(111)로 입력된 하향 광신호의 파워가 dBm 단위로 변환된 로그 증폭기(132)의 출력은 A/D 컨버터(152)로 전달되고, A/D 컨버터(152)의 출력은 OAM 제어기(154)의 레지스터로 입력된다. OAM 제어기(154)는 레지스터에 저장된 하향 광신호의 파워에 대한 상태정보를 OAM 패킷 첨 삭기(156)의 상향 데이터 패킷에 원래 데이터와 함께 싣고, 그에 따라 하향 광신호 상태정보는 PCS/MAC/MPCP(158)를 지나, 드라이버 회로(112)와 RSOA(111)를 통해 중앙기지국으로 전송되게 된다.
도 3은 도 1 또는 도 2의 광송수신기 모듈을 통해 하향 광신호가 검출되는 과정을 보여주는 흐름도이다. 여기서 발명을 명확하게 설명하기 위해서, 도 1 또는 도 2를 인용하여 설명한다.
도 3을 참조하면, 먼저, 광파워 추정장치(131)는 광수신기(121)로부터 출력값을 수신한다(S100). 다음 수신된 출력값을 PD의 반응도(responsibility)와 TIA 이득의 곱으로 나누어주어, 광수신기(121)로 입력된 광파워를 추정한다(S200). 나누어 준 값에 RSOA(111) 및 광수신기(121)로 입력되는 광파워의 비율인 커플링 비를 곱해주어, RSOA(111)로 입력되는 광파워를 추정한다(S300). RSOA(111)로 입력되는 광파워를 추정하는 기능까지를 광파워 추정장치(131) 또는 레벨 컨버터가 수행한다. 추정된 광파워는 로그 증폭기(132)를 통해 mW 단위에서 dBm 단위로 환산된다(S400). 환산된 측정값은 비교기(133)로 입력되어 기준값과 비교된다(S500). 한편, 환산된 측정값은 다른 출력라인(B)을 통해 OAM(150)로 입력될 수 있다. 비교를 통해 기준값 이상인 경우는 초록 LED가 켜지고(S600), 기준값보다 작은 경우는 붉은 LED(S600a)가 켜진다. 즉, 초록 LED가 켬짐으로써 정상상태임을 표시하고, 붉은 LED가 켜짐으로써 비정상상태임을 표시한다. 한편, 비교 후에 결과에 대한 표시는 부저와 같은 다른 경보장치를 이용하여 구현할 수 있음은 물론이다.
도 4는 본 발명의 PON에 관한 제1 실시예로서 도 1 또는 도 2의 광송수신 모 듈을 이용한 PON에 대한 구조도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예의 PON 특히 WDM-PON은 중앙기지국(410,CO), 광섬유(420,421), 옥외노드(430,RN) 및 가입자단(450)을 포함한다.
중앙기지국(410)은 단일모드 광원(411-1,Single Mode Laer:SML), 예컨대 분포 궤환형 레이저(distributed feedback laser:DFB-LD)들이 개별적으로 또는 집적화된 어레이 형태의 광원들 또는 광원부(411), 수신기가 개별적으로 또는 집적화된 어레이 형태의 광수신부(412), 광다중화기(413,optical multiplexer) 및 광역다중화기(414,optical demultiplexer)를 포함한다.
단일모드 광원들(411)은 N개의 가입자단(450)을 위한 고유한 N개의 파장을 가지는 빛들을 이용하여 각각의 하향신호(Di,i=1~N)로 변조하는 기능을 한다. 광수신부(412)의 각 광수신기는 피아이엔 포토다이오드(PIN-PD) 또는 애벌란시 포토다이오드(Avalanche Photo Diode:APD)를 이용하여 구성될 수 있으며, 가입자단(450)의 상향신호(Ui,i=1~N)을 수신한다. 광다중화부(413)는 N개의 단일모드 광원들(411)의 출력을 다중화(multiplexing)하여 하향 신호를 전송하는 광섬유(420)로 전달한다.
옥외노드(430)는 써큘레이터(432,circulator)와 광다중화/광역다중화기(431)를 포함한다. 써큘레이터(432)는 하향 신호와 상향 신호를 분리해주는 역할을 한다. 광다중화/광역다중화기(431)는 하나의 배열형 도파로 격자(Arrayed Waveguide Grating:AWG)또는 박막 필터(Thin Film Filter:TFF)로 구성될 수 있는데, 써큘레이 터(432)로부터의 하향 신호를 역다중화하여 가입자단(450)으로 전송하고 상향 신호를 다중화하여 써큘레이터(432)로 보내게 된다. 즉, 광섬유(420)을 지나 써큘레이터(432)를 통과한 후 광다중화/광역다중화기(431)에 입력된 다중화된 하향신호는 파장별로 분배되어 광섬유(440)을 통해서 가입자단(450)의 개별 가입자단(450-1)들로 전달되게 된다.
가입자단(450)의 개별 가입자단(450-1)은 도 1 또는 도 2에서 설명한 광송수신 모듈(100,100a)을 포함한다. 광송수신 모듈(100)의 커플러(101)는 광섬유(440)를 통해 내려온 하향 광파워를 광전력 예산(power budget)과 RSOA의 이득 포화 입력 파워(gain saturation input power)를 고려하여 RSOA(111)와 광수신기(121)로 나누어 분배한다. 광수신기(121)는 하향신호(Di,i=1~N)을 수신하고, RSOA(111)는 입력된 하향 광신호를 상향신호(Ui.i=1~N)으로 재변조하여 중앙기지국(410)으로 전송한다. 이때 광송수신 모듈(100)의 하향 광신호의 파워를 감시하는 광파워 검출장치(130)에서 출력된 RSOA(111)로 입력된 하향 광신호의 파워에 대한 정보는 OAM(150)으로 보내어지고 상향신호의 데이터와 함께 중앙기지국(410)으로 보내어진다.
RSOA(111)에서 상향 신호로 변조된 광신호는 광섬유(440)와 옥외노드(430)의 광다중화/광역다중화기(431)를 통해 다중화되어 써큘레이터(432)를 지나, 상향신호를 전송하는 광섬유(421)를 통해 중앙기지국(410)으로 입력된다. 중앙기지국(410)으로 입력된 다중화된 광신호는 광역다중화기(414)를 통해 채널별로 역다중화되어, 광수신부(412)로 입력되고 광수신부(412)의 각 광수신기가 최종적으로 상향신호와 함께, 각각의 가입자단의 RSOA(111)에 입력되는 하향 광신호의 파워에 대한 정보를 수신하게 된다.
도 5는 본 발명의 PON에 관한 제2 실시예로서 도 1 또는 도 2의 광송수신 모듈을 이용한 PON에 대한 구조도이다. 도 4와 유사하나 광섬유의 개수 및 써큘레이터의 위치가 다르다.
도 5를 참조하면, 본 실시예의 PON은 중앙기지국(410a)과 옥외 노드(430a) 사이의 신호 전송을 위한 광섬유(423)를 1개만 포함하며, 써귤레이터(415)는 중앙기지국(410a)에 위치한다.
본 실시예의 작용을 설명하면, 중앙기지국(410)에서 하향 신호로 변조된 단일 모드 광원들(411)의 출력은 광다중화기(413)에서 다중화되고 써귤레이터(415)를 통해 광섬유(423)으로 전송된다. 광섬유(423)를 통과한 다중화된 하향 광신호는 옥외노드(430a)의 광다중화기/광역다중화기(431)로 입력되고 광다중화기/광역다중화기(431)을 통해 파장별로 분배된 하향 광신호는 광섬유(440)를 통해 가입자단(450)으로 입력된다. 가입자단(450)으로 입력된 하향신호는 광송수신 모듈(100)에서 일부는 하향 신호로 복원되고, 일부는 상향 신호와 RSOA(111)에 입력되는 하향광신호에 대한 정보로 재변조 되어 광섬유(440)를 통해 광다중화기/광역다중화기(431)로 전송되며, 광다중화기/광역다중화기(431)에서 광다중화된 상향 광신호는 광섬유(423)을 통해 중앙기지국(410)으로 보내진다. 중앙기지국(410)에 입력된 상향 광신호는 써귤레이터(415)를 통해 광역다중화기(414)에 전송되고, 광역다중화기(414) 에 의해 파장별로 분배된 광신호를 광수신부(412)의 각각의 광수신기가 상향신호와 RSOA에 입력되는 하향 광신호에 대한 정보를 수신하게 된다.
도 6은 본 발명의 PON에 관한 제3 실시예로서 도 1 또는 도 2의 광송수신 모듈및 시분할다중화기를 이용한 PON에 대한 구조도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예의 PON은 상향-하향 분리된 광섬유(420,421)를 갖는 도 4의 PON과 유사하나, 옥외 노드(430b)는 분배기(433,splitter)를 더 포함한다. 분배기(433)는 시간할다중화(Time Division Multiplexing:TDM) 방식의 분배기이고 분배비는 1:M이다. 여기서 M은 자연수이다. 분배기(433)의 분배비 1:M는 전체 광 링크의 광전력예산과 RSOA의 이득포화 입력 파워를 고려하여 결정할 수 있다.
본 실시예의 PON의 작용을 간단히 설명하면, 광다중화/광역다중화기(431)에서 파장별로 분리된 하향 광신호는 각각 분배기(433)를 통해 M 개의 가입자로 전송된다. 즉, 파장다중화 비가 1:N이었다면, 총 수용할 수 있는 가입자수는 N x M 으로 크게 증가할 수 있다. 즉, 종래 한 종류의 파장 대역을 사용하던 가입자단(1500-1)의 수가 M배 증가할 수 있다.
분배기(433)와 광섬유(440)를 통해 가입자단(450)으로 입력된 하향 신호는 광송수신 모듈(100)에서 일부는 하향 신호로 복원되고, 일부는 상향 신호와 RSOA(111)에 입력되는 하향 광신호에 대한 정보로 재변조되어 중앙기지국으로 전송된다. 이때, 광수신기부(120)로 입력되는 하향 신호는 M개의 가입자로 보낼 정보가 시분할 방식으로 다중화 되어 있으므로, 각 광수신기(121)는 그 중 자신에게 해당 하는 정보만을 추출한다. 또한, RSOA(111)에서 변조할 상향 신호는 자신에게 할당된 타임 슬롯(time slot)에 정보를 담아 나머지 M-1개의 가입자로부터 보내어진 상향 신호와 충돌이 되지 않도록 하여, 중앙 기지국(410)으로 전송한다.
이러한 방식으로 RSOA(111)에서 변조된 TDM 방식의 M개의 가입자단의 출력은 옥외 노드(430)의 분배기(433)에서 합쳐지고, 광다중화/광역다중화기(431)에서 다중화되어 써큘레이터(432)를 통과한다. 써큘레이터(432)에서 출력된 다중화된 상향광신호는 상향 신호용 광섬유(421)를 지나, 중앙기지국(410)의 광역다중화기(414)에서 파장별로 역다중화 되어 중앙기지국의 광수신부(412)의 각각의 광수신기로 입력된다. 이때 각각의 광수신기는 버스트 모드(Burst mode) 형식의 광수신기이며, 동일한 분배기로 연결된 M개의 가입자의 상향신호의 광파워 차이를 보상할 수 있는 충분한 동적 범위(dynamic range)를 가지야 한다. 이러한 방식으로 중앙기지국(410)은 상향신호와 가입자단 각각의 RSOA로 입력되는 하향광신호에 대한 정보를 수신할 수가 있다.
도 7은 본 발명의 PON에 관한 제4 실시예로서 도 1 또는 도 2의 광송수신 모듈및 시분할다중화기를 이용한 PON에 대한 구조도이다. 도 6의 PON과 유사하나 광섬유의 개수 및 써큘레이터의 위치가 다르다.
도 7을 참조하면, 본 실시예의 PON은 도 15와 유사하게 시분할다중화 방식의 분배기(433)를 포함하고, 한편 도 5의 PON에서와 같이 중앙 기지국(410a)과 옥외 노드(430c) 사이에 상향-하향 통합된 광섬유(423) 1개 만을 사용하며, 써큘레이터(415)는 중앙기지국(410a)에 위치한다.
도 8은 본 발명의 PON에 관한 제5 실시예로서 도 1 또는 도 2의 광송수신 모듈 및 시분할다중화기를 이용한 PON에 대한 구조도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예의 PON은 도 6의 PON과 유사하나 중앙 기지국(410b)에 광증폭기(416,optical amp.)를 더 포함한다. 도 6의 PON과 같이 분배비 1:M의 분배기(433)를 사용하는 경우 일반적으로 1/M의 광파워 손실이 발생한다. 이는 전력 예산을 감소시키고 수용할 수 있는 가입자의 수를 제한할 뿐 아니라, 광파워 여유분도 감소시키는 문제를 야기한다. 이를 해결하기 위해 본 실시예에서는 중앙기지국(410b)에 광증폭기(416)를 설치한다. 여기서 광증폭기(416)는 어븀 첨가된 광섬유 광증폭기(eribium-doped fiber amplifier:EDFA)를 사용할 수 있다.
본 실시예의 PON은 중앙기지국(410b)에서 광다중화기(413)을 통해 다중화된 하향 신호가 광증폭기(416)을 통과하면서 이득을 얻게 함으로써, 옥외노드(430b)의 분배기(433)에서 발생하는 손실을 보상할 수 있게 한다. 그에 따라, 광파워 손실의 문제를 해결과 더불어 가입자 수 제한 및 광파워 여유분 감소 문제도 해결할 수 있다. 그외, 본 실시예의 작용 및 기능 등의 특징 등의 앞서의 실시예에서 설명한 바와 같다.
도 9는 본 발명의 PON에 관한 제6 실시예로서 도 1 또는 도 2의 광송수신 모듈및 시분할다중화기를 이용한 PON에 대한 구조도이다. 도 7과 유사하나 중앙기지국(410c)에 광증폭기(416)를 더 포함한 구조를 보여준다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스 템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD_ROM, 자기테이프, 플로피디스크 및 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 저장되고 실행될 수 있다.
지금까지, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 RSOA를 이용한 광송수신 모듈은 광파워 검출장치 및 OAM을 통하여 운영 중에 각각의 가입자단 또는 중앙기지국에서 RSOA로 입력되는 하향 신호의 광파워를 신속하게 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 광송수신 모듈을 포함한 PON은 ONT 각각의 광송신기의 동작 상태를 확인하여 PON 특히 WDM-PON의 신뢰성있는 운영을 보장할 수 있으며, 또한 TDM 방식을 복합적으로 적용하여 종래의 파장분할 제한에 따른 가입자 수 제한의 문제를 해결할 수 있다. 더 나아가 중앙 기지국에 광증폭기를 포함함으로써, TDM 방식 적용에 따른 광파워 손실 문제를 해결할 수도 있다.

Claims (25)

  1. 중앙 기지국(Central Office:CO) 및 가입자단(Optical Network Terminal:ONT)을 포함하는 수동형 광가입자망(Passive Optical Networks:PON)에 있어서,
    상기 PON의 중앙 기지국으로부터 하향 신호를 수신하는 수신기;
    상기 하향 신호를 받아 상향 신호로 재변조하여 전송하는 루프-백(loop-back) 방식의 반사형 반도체 광증폭기(Reflective Semiconductor Optical Amplifier:RSOA); 및
    상기 RSOA에 입력되는 상기 하향 신호의 광파워를 검출하는 광파워 검출장치;를 포함하고,
    상기 ONT의 광송수신 모듈로 이용되는 RSOA를 이용한 광송수신 모듈(Optical transceiver module).
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 광파워 검출장치는 상기 수신기에서 출력되는 광파워를 입력받아 상기 RSOA로 입력되는 하향 신호의 광파워를 추정하는 RSOA 광파워 추정장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 RSOA를 이용한 광송수신 모듈.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 수신기는 포토 다이오드(Photo Diode:PD) 및 트랜스임피던스증폭기(Trans-Impedance Amplifier:TIA)가 각각 분리되어 결합되거나 일체형으로 결합되어 있고,
    상기 RSOA 광파워 추정장치는 상기 수신기에서 출력된 광파워를 입력받아 상기 PD의 반응도(responsibility) 및 TIA의 이득의 곱으로 나누어 상기 수신기로 입력되는 광파워를 추정하고,
    상기 수신기의 추정된 광파워에 상기 RSOA 및 수신기로 입력되는 광파워의 커플링비를 곱함으로써, 상기 RSOA로 입력되는 하향신호의 광파워를 추정하는 것을 특징으로 하는 RSOA를 이용한 광송수신 모듈.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 광파워 검출장치는 RSOA 광파워 추정장치의 출력을 입력받아 광파워의 밀리와트(mW) 단위를 디비엠(dBm) 단위로 환산하는 로그 증폭기(Log-Amp)를 포함하는 것을 특징으로 하는 RSOA를 이용한 광송수신 모듈.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 광파워 검출장치는 상기 로그 증폭기로부터 출력을 입력받아 기준값과 비교하고 결과를 경보 장치로 출력하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 RSOA를 이용한 광송수신 모듈.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 로그 증폭기의 출력값이 상기 기준값 이상 및 미만인 경우의 각각을 상기 경보 장치가 표시하는 것을 특징으로 하는 RSOA를 이용한 광송수신 모듈.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 경보 장치는 발광다이오드(luminescent diode:LED) 또는 부저(buzzer)인 것을 특징으로 하는 RSOA를 이용한 광송수신 모듈.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 중앙 기지국에서 일괄적으로 상기 가입자단의 광송수신기의 상태를 감시하기 위하여,
    상기 광송수신 모듈은 상기 광파워 검출장치로부터 결과를 입력받아 상기 상향 신호에 실어 상기 중앙 기지국으로 전송하는 동작 및 관리 제어부(Operation And Management:OAM)를 포함하는 것을 특징으로 하는 RSOA를 이용한 광송수신 모듈.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 광파워 검출장치는,
    상기 수신기로부터 출력을 입력받는 RSOA 광파워 추정장치;
    상기 RSOA 광파워 추정장치로부터의 출력을 입력받아 mW 단위를 dBm 단위로 환산하는 로그 증폭기; 및
    상기 로그 증폭기의 출력값과 기준값을 비교하고 결과를 경보장치로 출력하는 비교기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 RSOA를 이용한 광송수신 모듈.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 OAM은,
    상기 로그 증폭기의 출력값을 입력받아 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터;
    상기 A/D 컨버터로부터의 출력이 입력되는 레지스터(register)를 포함하고 상기 A/D 컨버터의 출력정보를 상기 상향 신호로 싣는 것을 제어하는 OAM 제어기;
    상기 OAM 제어기의 제어를 받아 상향 신호의 데이터 패킷에 상기 출력정보를 싣는 OAM 패킷 첨삭기(Packet Add and Drop); 및
    상기 OAM 패킷 첨삭기로부터의 신호를 상기 RSOA로 인가하는 물리코딩 부계층(physical coding sublayer: PCS) 및 매체 접근제어(media access control: MAC)의 다중점 제어 프로토콜(multi-point control protocol: MPCP)부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 RSOA를 이용한 광송수신 모듈.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 OAM 패킷 첨삭기의 신호는 상기 RSOA를 직접 변조하는 드라이버 회로를 통해 상기 RSOA로 인가되는 것을 특징으로 하는 RSOA를 이용한 광송수신 모듈.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 PON은 파장분할다중화(Wavelength Division Multiplexing:WDM) 방식의 PON인 것을 특징으로 하는 RSOA를 이용한 광송수신 모듈.
  13. 제1 항 또는 제8 항의 광송수신 모듈을 포함하는 수동형 광가입자망(Passive Optical Networks:PON).
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 PON은 상기 중앙 기지국과 가입자단을 중계하는 옥외 노드(Remote Node:RN)을 포함하고,
    상기 옥외 노드와 상기 가입자단 사이의 상향 신호 및 하향 신호의 입출력이 하나의 광섬유를 통해 이루어지는 수동형 광가입자망.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 중앙 기지국은 하향 신호 전송을 위한 광원(optic source)들 및 상향 신호 수신을 위한 상향신호용 수신기(receiver)들을 포함하고,
    상기 중앙 기지국과 옥외 노드 사이의 상기 상향 신호 및 하향 신호의 전송은 각각의 광섬유를 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수동형 광가입자망.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 중앙 기지국은 하향 신호 전송을 위한 광원(optic source)들 및 상향 신호 수신을 위한 상향신호용 수신기(receiver)들을 포함하고,
    상기 중앙 기지국과 옥외 노드 사이의 상기 상향 신호 및 하향 신호의 전송은 하나의 광섬유를 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수동형 광가입자망.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 옥외 노드는 1기의 광다중화 및 광역다중화 장치를 포함하고,
    상기 광다중화 및 광역다중화 장치에서 상기 가입자단으로 향하는 각 포트에 분할기(splitter)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수동형 광가입자망.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 분할기는 분배비가 1:M 인 분할기이고,
    상기 가입자단의 수는 상기 분할기에 의해 M배 증가될 수 있는 것을 특징으로 하는 수동형 광가입자망.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 수신기는 버스트 모드 수신기(burst mode receiver)인 것을 특징으로 하는 수동형 광가입자망.
  20. 제17 항에 있어서,
    상기 중앙 기지국은 상기 상향신호용 광원들 전단에 광다중화 장치를 포함하 고,
    상기 광다중화 장치 전단에 광증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 수동형 광가입자망.
  21. 제1 항의 광송수신 모듈을 가입자단으로 이용하는 PON에서 입력 광파워를 검출하는 방법에 있어서,
    상기 수신기로부터 출력을 입력받는 RSOA 광파워 추정장치를 통해 상기 RSOA로 입력되는 광파워를 추정하는 단계;
    상기 RSOA 광파워 추정장치로부터의 출력을 입력받는 로그 증폭기를 통해 광파워를 mW 단위에서 dBm 단위로 환산하는 단계; 및
    상기 로그 증폭기의 출력값을 기준값과 비교하는 단계;를 포함하는 RSOA 입력 광파워 검출방법.
  22. 제21 항에 있어서,
    상기 수신기는 포토 다이오드(Photo Diode:PD) 및 트랜스임피던스증폭기(Trans-Impedance Amplifier:TIA)가 각각 분리되어 결합되거나 일체형으로 결합되어 있고,
    상기 RSOA 광파워 추정단계는, 상기 수신기에서 출력된 광파워를 입력받아 상기 PD의 반응도(responsibility) 및 TIA의 이득의 곱으로 나누어 상기 수신기로 입력되는 광파워를 추정하는 단계; 및
    상기 수신기의 추정된 광파워에 상기 RSOA 및 수신기로 입력되는 광파워의 커플링비를 곱하여 상기 RSOA로 입력되는 하향신호의 광파워를 추정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 RSOA 입력 광파워 검출방법.
  23. 제21 항에 있어서,
    상기 기준값과 비교하는 단계 이후에, 비교 결과를 경보 장치를 이용하여 표시하는 단계를 포함하는 RSOA 입력 광파워 검출방법.
  24. 제21 항에 있어서,
    상기 환산단계 이후에, 상기 로그 증폭기의 출력을 동작 및 관리 제어부(Operation And Management:OAM)를 통해 상기 상향 신호에 실어 상기 중앙 기지국으로 전송하는 단계를 포함하는 RSOA 입력 광파워 검출방법.
  25. 제24 항에 있어서,
    상기 전송단계는,
    상기 로그 증폭기의 출력을 입력받는 A/D 컨버터를 통해 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계;
    상기 A/D 컨버터의 출력을 OAM 제어기의 레지스터에 저장하는 단계;
    상기 OAM 제어기의 제어를 받아 OAM 패킷 첨삭기(Packet Add and Drop)의 상향 신호의 데이터 패킷에 상기 출력정보를 싣는 단계; 및
    상기 OAM 패킷 첨삭기의 신호를 물리코딩 부계층(physical coding sublayer: PCS) 및 매체 접근제어(media access control: MAC)의 다중점 제어 프로토콜(multi-point control protocol: MPCP)부를 통해 상기 RSOA로 인가하는 단계;를 포함하는 RSOA 입력 광파워 검출방법.
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