KR100895482B1 - 저가격 파장분할다중방식 수동형 광가입자망 - Google Patents

저가격 파장분할다중방식 수동형 광가입자망 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저가격 파장분할다중방식 수동형 광가입자망(WDM-PON)을 개시한다.
본 발명에 따른 저가격 WDM-PON은 중앙기지국(CO) 내에 위치되고, 전송되는 광신호를 다중화 또는 역다중화시키며, n개의 출력 포트 수를 구비한 제 1 주기적인 도파관 배열 격자(AWG); 상기 중앙기지국 내에 위치되고, 각각이 상기 제 1 주기적인 AWG에 각각 연결되며, 전송되는 광신호를 송신 또는 수신하는 n개의 제 1 광송수신기; 원격 노드(Remote Node: RN) 내에 위치되고, 전송되는 광신호를 다중화 또는 역다중화시키며, n개의 출력 포트 수를 구비한 제 2 주기적인 AWG; 가입자(ONT) 측에 위치되고, 상기 제 2 주기적인 AWG에 각각 연결되며, 전송되는 광신호를 송신 또는 수신하는 n개의 제 2 광송수신기; 상기 제 1 주기적인 AWG 및 상기 제 2 주기적인 AWG를 연결하며, 상기 제 1 주기적인 AWG 및 상기 제 2 주기적인 AWG를 통해 전달되는 광신호의 전송에 사용되는 단일 모드 광섬유(SMF); 및 상기 제 2 AWG와 상기 n개의 제 2 광송수신기(TRx)를 연결하는 n개의 개별 전송용 단일 모드 광섬유를 포함하는 것을 특징으로 한다.
저가격, 파장분할다중방식 수동형 광가입자망, WDM-PON

Description

저가격 파장분할다중방식 수동형 광가입자망{A Low-Cost Wavelength Division Multiplexing-Passive Optical Network}
도 1은 본 발명에 따른 저가격 WDM-PON을 구현하기 위한 기본적인 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 기본적인 원리에 적용되는 파장분할다중방식의 개념을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 저가격 WDM-PON이 안정적으로 동작하기 위한 조건을 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에서 설명한 조건을 만족하는 본 발명에 따른 WDM-PON의 구체적인 구성의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 본 발명에 따른 WDM-PON의 일 실시예에서 제 1 PD 및 제 2 PD에 각각 제 1 판단 문턱값 가변장치 회로 및 제 2 판단 문턱값 가변장치 회로를 추가한 본 발명의 WDM-PON의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 발명의 WDM-PON에서 도 1에 도시된 제 1 송수신기 중 송신기로 사용된 F-P LD의 광신호 출력을 주기적인 AWG에 통과시켰을 경우 나타나는 출력 스펙트럼과 아이 다이아그램(eye diagram)을 도시한 도면이다.
도 7은 도 4에 도시된 본 발명의 WDM-PON에서 광신호를 전송할 경우 온도의 변화에 따른 출력 특성이 가장 좋을 경우(best case)와 가장 나쁜 경우(worst case)의 스펙트럼과 아이 다이아그램을 도시한 도면이다.
도 8은 도 4 에 도시된 본 발명의 WDM-PON에서 광신호를 전송하여 BER을 측정한 그래프이다.
도 9는 도 5 에 도시된 본 발명의 WDM-PON에서 광신호를 전송하여 BER을 측정한 그래프이다.
도 10은 도 4에 도시된 본 발명에 따른WDM-PON의 구성에서 두 개 이상의 광섬유를 사용하는 경우의 실시예를 도시한 도면이다.
본 발명은 저가격 파장분할다중방식 수동형 광가입자망(Wavelength Division Multiplexing-Passive Optical Network: WDM-PON)에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 저가격의 파브리-페롯 레이저 다이오드(Fabry-Perot Laser Diode: F-P LD) 광원과 주기적인 투과 특성을 갖는 주기적인(cyclic) 도파관 배열격자(Arrayed Waveguide Grating: AWG)를 이용하여 WDM-PON을 구성하며, 저가의 PIN PD를 이용함으로써, 경제적으로 구현할 수 있는 WDM-PON에 관한 것이다,
인터넷 사용의 증가와 더불어 영상 및 비디오 중심의 서비스가 일반화되면서 WDM-PON의 초고속 서비스에 대한 가입자의 요구가 급증하고 있다. 이러한 요구 조건을 만족시키기 위해서는 WDM-PON의 고속화 방안이 용이해야 하고 많은 가입자를 수용하기 위해 경제적이어야 한다.
WDM-PON을 구현하는 기존의 방법 중 가장 대표적인 방법은 분산 궤환 레이저 다이오드(Distributed FeedBack Laser Diode: 이하 "DFB-LD"라 함)를 이용하여, DFB-LD에서 발생되는 광을 어느 특정 파장에 고정시킨 다음, 도파관 배열격자(AWG)를 통해 다중화 및 역다중화 과정을 거치도록 하는 광 가입자망을 구성하는 것이 가장 일반적인 방법이다.
DFB-LD는 단일 모드 발진 레이저로 파장 분할 다중화(Wavelength Division Multiplexing: 이하 "WDM"이라 함) 기법을 이용하여 중장거리 광통신에 일반적으로 사용되는 필수 광원 소자이다. 이러한 DFB-LD는 단일 모드 파장의 레이저 광을 발생시킬 수는 있지만, 온도 변화에 따라 대략 0.1nm/℃ 정도의 파장 변화가 발생하게 되어, 온도 변화에 따른 파장을 안정화시킬 수 있는 별도의 장치가 필요하다. 그에 따라, 레이저 다이오드(Laser Diode: 이하 "LD"라 함)의 패키징도 고가의 버터플라이(butterfly) 형태를 사용할 수 밖에 없다는 단점을 갖는다. 따라서, DFB-LD를 이용하여 WDM-PON을 구현하는 경우, 1) 광원 자체의 가격이 고가라는 점; 2) 파장 고정을 위한 온도 조절이 필요하며, 온도 변화에 따른 파장을 안정화시키는 장치 및 이를 제어하는 장치들을 별도의 사용하여야 하므로 WDM-PON의 구현 비용이 상승하게 된다는 점; 및 3) 각 가입자 마다 특정 파장의 DFB-LD를 할당해야 하므로 파장관리가 어렵다는 점 등의 문제점이 발생한다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 방안이 이창희 등을 발명자로 하여 본 출원인에 의해 1999년 12월 21일자로 "주입된 비간섭성 광에 파장 잠김된 페브리-페롯 레이저다이오드를 이용한 파장분할 다중방식 광통신용 광원(A low-cost WDM source with an incoherent light injected Fabry-Perot semiconductor laser diode)"이라는 발명의 명칭으로 대한민국 특허출원 제 10-1999-0059923호로 출원되어, 2002년 2월 8일자로 등록된 대한민국 특허 제 10-325687호(이하 "'687 특허"라 함), 및 이창희 등을 발명자로 하여 본 출원인에 의해 2002년 12월 24일자로 "외부 비간섭성 광원을 주입하여 파장 고정된 페브리-페롯 레이저를 이용한 광 가입자 망(The optical access network using wavelength-locked WDM optical source injected by incoherent light)"이라는 발명의 명칭으로 대한민국 특허출원 제 10-2002-0083410호로 출원되어, 2005년 2월 17일자로 등록된 대한민국 특허 제 10-473520호(이하 "'520 특허"라 함)에 개시되어 있다. 상기 '687 특허 및 '520 특허는 다중 모드로 발진하는 F-P LD에 비간섭성 광원을 주입하여 유사 단일모드로 발진하는 파장 고정된 광원 및 이러한 파장 고정된 광원을 이용하여 구현된 WDM-PON을 제안하고 있다. 상술한 파장 고정된 광원을 이용하면, 저가격의 F-P LD를 이용해서 WDM-PON을 구현할 수 있다는 장점이 있으며, 또한 F-P LD의 파장 고정은 AWG를 통해 필터링되는 파장에서 일어나기 때문에 AWG 또는 F-P LD의 온도 변화에 따른 파장의 변화가 크지 않다는 특성을 갖는다. 그러나, 광원을 파장 고정시키기 위해서는 외부에서 광대역 비간섭성 광원을 별도로 삽입해야 하는 단점이 발생한다.
WDM-PON을 구현하기 위한 또 다른 방안이 정윤철 등을 발명자로 하여 본 출원인에 의해 2004년 2월 12일자로 "파장분할다중방식 수동형 광가입자망(Wavelength-division-multiplexed passive optical network)"이라는 발명의 명 칭으로 대한민국 특허출원 제 10-2004-0009019호로 출원되어, 2005년 8월 18일자로 공개특허 제 10-2005-0080860호로 공개된 후, 2006년 1월 31일자로 등록된 대한민국 특허 제 10-549783호(이하 "'783 특허"라 함)에 개시되어 있다. 상기 '783 특허는 주기적인 AWG를 이용하고, 또한 광원으로는 광대역 발광다이오드(LED) 또는 고출력 발광다이오드(Super Luminescent Diode: 이하 "SLD"라 함)를 이용한다. 즉, '783 특허에서는 광대역 비간섭성 광원(incoherent light source)을 스펙트럼 분할방식(spectrum slicing technique)을 이용하여 저가격 WDM-PON 광원을 만드는 방법이 개시되어 있다. 상술한 '783 특허에서는 LED 또는 SLD 광원을 스펙트럼 분할하면 변조속도가 느리고 광출력이 작기 때문에, 주기적인 AWG를 이용하여 주기적으로 통과되는 광을 모두 합쳐서 전송함으로써, 저출력의 단점을 보완하는 것이 핵심이다. 그러나, '783 특허에서 개시된 방법을 사용하는 경우, 저출력의 단점은 어느 정도는 보완되지만, 출력이 작다는 문제점이 여전히 존재한다. 또한, 넓은 대역의 광신호가 전송되기 때문에, 광전력 마진(Optical Power Margin)을 향상시키고 색분산을 보상해 주기 위해 광검출기로 사용되는 고가의 애벌란시 광다이오드(Avalanche Photo Diode), 순방향 오류 정정(Forward Error Correction: FEC) 및 분산전치보상회로 등이 추가로 요구된다는 문제점이 있었다.　
따라서, 저가로 WDM-PON을 구현하기 위한 새로운 방안이 요구된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 저가격인 F-P LD(Fabry-Perot Laser Diode)만을 사용하여 WDM-PON을 구현하는 것이 가능하며, 가입자 측에 서 광원의 파장 선택이 필요 없는(wavelength independent 또는 color-less), 효과적이고 저가로 구현할 수 있는 WDM-PON을 제공하기 위한 것이다.　　
본 발명의 제 1 특징에 따르면, 본 발명은 파장분할다중방식 수동형 광가입자망(WDM-PON)에 있어서, 중앙기지국(CO) 내에 위치되고, 전송되는 광신호를 다중화 또는 역다중화시키며, n개의 출력 포트 수를 구비한 제 1 주기적인 도파관 배열 격자(AWG); 상기 중앙기지국 내에 위치되고, 각각이 상기 제 1 주기적인 AWG에 각각 연결되며, 전송되는 광신호를 송신 또는 수신하는 n개의 제 1 광송수신기; 원격 노드(Remote Node: RN) 내에 위치되고, 전송되는 광신호를 다중화 또는 역다중화시키며, n개의 출력 포트 수를 구비한 제 2 주기적인 AWG; 가입자(ONT) 측에 위치되고, 상기 제 2 주기적인 AWG에 각각 연결되며, 전송되는 광신호를 송신 또는 수신하는 n개의 제 2 광송수신기; 상기 제 1 주기적인 AWG 및 상기 제 2 주기적인 AWG를 연결하며, 상기 제 1 주기적인 AWG 및 상기 제 2 주기적인 AWG를 통해 전달되는 광신호의 전송에 사용되는 단일 모드 광섬유(SMF); 및 상기 제 2 AWG와 상기 n개의 제 2 광송수신기(TRx)를 연결하는 n개의 개별 전송용 단일 모드 광섬유를 포함하는 파장분할다중방식 수동형 광가입자망을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 제 2 특징에 따르면, 본 발명은 파장분할다중방식 수동형 광가입자망(WDM-PON)에 있어서, 중앙기지국(CO) 내에 위치되고, 전송되는 광신호를 다중화 또는 역다중화시키며, n개의 출력 포트 수를 구비한 제 1 주기적인 도파관 배열 격자(AWG); 상기 중앙기지국 내에 위치되고, 각각이 상기 제 1 주기적인 AWG에 각각 연결되며, 전송되는 광신호를 송신 또는 수신하는 n개의 제 1 광송수신기; 상기 제 1 광송수신기 중 제 1 수신기에 연결되는 n개의 제 1 판단 문턱값 가변장치 회로; 원격 노드(Remote Node: RN) 내에 위치되고, 전송되는 광신호를 다중화 또는 역다중화시키며, n개의 출력 포트 수를 구비한 제 2 주기적인 AWG; 가입자(ONT) 측에 위치되고, 상기 제 2 주기적인 AWG에 각각 연결되며, 전송되는 광신호를 송신 또는 수신하는 n개의 제 2 광송수신기; 상기 제 2 광송수신기 중 제 2 수신기에 연결되는 n개의 제 2 판단 문턱값 가변장치 회로; 상기 제 1 주기적인 AWG 및 상기 제 2 주기적인 AWG를 연결하며, 상기 제 1 주기적인 AWG 및 상기 제 2 주기적인 AWG를 통해 전달되는 광신호의 전송에 사용되는 단일 모드 광섬유(SMF); 및 상기 제 2 AWG와 상기 n개의 제 2 광송수신기(TRx)를 연결하는 n개의 개별 전송용 단일 모드 광섬유를 포함하는 파장분할다중방식 수동형 광가입자망을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 추가적인 장점은 동일 또는 유사한 참조번호가 동일한 구성요소를 표시하는 첨부 도면을 참조하여 이하의 설명으로부터 명백히 이해될 수 있다.
이하에서 본 발명을 실시예 및 도면을 참조하여 상세히 기술한다.
도 1은 본 발명에 따른 저가격 WDM-PON을 구현하기 위한 기본적인 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따라 구현될 저가격 WDM-PON에서는 주기적인 전달 특성을 갖는 주기적인(cyclic) 도파관 배열 격자(arrayed waveguide grating: AWG)가 사용된다. 이러한 주기적인 AWG는 다중화되는 파장이 주기적으로 반복되는 기능을 갖는다.
도 2는 도 1에 도시된 기본적인 원리에 적용되는 파장분할다중방식의 개념을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 파장 영역에서 각 신호들이 어떻게 다중화되는지가 도시되어 있다. 이 경우, 패브리-패롯 레이저 다이오드(F-P LD)는 AWG의 반복적인 주기로 나타나는 스펙트럼 간격(FSR: Free Spectral Range)을 충분히 나타낼 수 있도록 광대역으로 발진한다고 가정한다.　즉, 후술하는 도 6을 참조하여 알 수 있는 바와 같이, F-P LD의 발진하는 스펙트럼 대역이 AWG의 FSR보다 충분히 크면 F-P LD의 스펙트럼이 AWG의 FSR마다 스펙트럼 분할되어서 주기적으로 나타날 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, F-P LD1에서 발생되는 다중모드로 발진하는 광원 중 L1(1), L1(2), 및 L1(3)의 파장 영역이 주기적인 AWG에 전달되어 도 2에 도시된 주기적인 AWG①(cyclic AWG①)의 대역 특성에 의해 ①통과 출력을 얻게 된다. F-P LD2에서 발생되는 다중모드로 발진하는 광원의 경우도 상술한 F-P LD1의 경우와 동일한 원리로 L2(1), L2(2), 및 L2(3)의 파장 영역이 주기적인 AWG에 전달되어 도 2에 도시된 주기적인 AWG②(cyclic AWG②)의 대역 특성에 의해 ②통과 출력을 얻게 된다. 따라서, 주기적인 AWG의 최종 출력은 도 2에 도시된 다중화된 최종 출력으로 얻어진다. 도 2에서는 2개의 F-P LD에서 발생되는 다중모드로 발진하는 광원에 대해서만 기술하고 있지만, 이는 예시적인 것으로 당업자라면 3개 이상의 F-P LD에서 발생되는 다중모드로 발진하는 광원이 사용될 수 있다는 것을 충분히 이해할 수 있을 것이다. 즉, 주기적인 AWG의 입력 개수가 n개이면, n개의 F-P LD로부터 발생되 는 다중모드로 발진하는 광원도 F-P LD1 및 F-P LD2와 동일한 방법으로 다중화된다. 주기적인 AWG의 통과 대역은 주기적으로 반복되기 때문에, 이러한 주기적인 AWG를 사용하면 복수개의 F-P LD의 다중 발진모드의 형태 또는 파장 대역 내의 위치에 관계 없이 WDM-PON을 구성할 수 있다는 장점을 갖는다.
한편, 온도가 변하면 통상의 레이저 광원의 경우, 0.1nm/℃의 변화율로 장파장 쪽으로 파장의 이동이 발생한다. 마찬가지로, AWG도 온도가 변하는 경우 통과 대역의 중심 파장이 이동하는 현상이 나타난다. 따라서, 기존의 WDM-PON에서는 광원 및 AWG는 온도 변화에 따른 파장 이동을 보상해 주기 위해 별도의 온도 보상 장치가 요구되므로, 그에 따라 전체 WDM-PON 시스템을 구현하기 위한 비용 상승을 초래한다.
가입자 망 가까이에 설치되며, 각 가입자에게 파장에 따라 다중화된 신호를 역다중화하는 AWG는 전원의 공급없이 구동되어야 한다. 이러한 조건을 만족시키려면, 고가의 비열적 AWG(athermal AWG)의 사용이 요구된다. 또한, WDM-PON 에 이러한 비열적 AWG가 사용된다 하더라도, 사용되는 광원은 여전히 온도 보상 장치가 별도로 사용되어야 한다.
그러나, 도 2를 참조하여 상술한 바와 같이, 주기적인 AWG를 사용하게 되면, 이러한 주기적인 AWG의 통과 대역은 F-P LD가 소정의 특정한 파장에서 발진하는 것과 무관하게 상술한 도 2에서 설명한 바와 같은 특성을 갖는다. 따라서, 주기적인 AWG는, 통상적인 AWG에서 발생하는 온도 변화에 따른 중심 대역의 파장 이동 현상 및 통상적인 F-P LD에서 발생하는 온도 변화에 따라 파장 변화 현상과 관계 없이, 신호를 다중화하는데 아무런 문제가 발생하지 않는다.
도 3은 본 발명에 따른 저가격 WDM-PON이 안정적으로 동작하기 위한 조건을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 저가격 WDM-PON에 사용되는 주기적인 AWG의 통과 대역이 BAWG이고 F-P LD의 다중 발진 모드의 간격이 BF -P LD인 경우, BF -P LD는 BAWG보다 작아야 한다. 즉, BAWG ≥ 1.2 BF -P LD의 조건을 만족시켜야 한다. 이러한 조건을 만족하는 경우에만, F-P LD 또는 AWG의 파장이 온도에 따라 변하더라도, AWG의 통과 대역으로 항상 적어도 한 개 이상의 F-P LD의 발진 모드 광원이 통과하게 된다. 예를 들어, 만일 BF-P LD = 1/2 BAWG인 경우에는 하나의 AWG 채널 안에 2개의 F-P LD 모드가 통과하게 되어 온도 변화가 발생하여도 AWG 채널 안에 적어도 하나의 F-P LD 모드가 존재하게 되므로 온도특성에 덜 민감해진다.
도 4는 도 3에서 설명한 조건을 만족하는 본 발명에 따른 WDM-PON의 구체적인 구성의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 WDM-PON은 중앙기지국(Central Office: CO) 내에 위치되고, 전송되는 광신호를 다중화 또는 역다중화시키며, n개의 출력 포트 수를 구비한 제 1 주기적인 도파관 배열 격자(cyclic AWG1); 상기 중앙기지국 내에 위치되고, 각각이 상기 제 1 주기적인 AWG에 각각 연결되며, 전송되는 광신호를 송신 또는 수신하는 n개의 제 1 광송수신기(TRx); 원격 노드(Remote Node: RN) 내에 위치되고, 전송되는 광신호를 다중화 또는 역다중화시키며, n개의 출력 포트 수를 구비한 제 2 주기적인 도파관 배열 격자(cyclic AWG2); 가입자(ONT: Optical Network Termination) 측에 위치되고, 상기 제 2 주기적인 AWG에 각각 연결되며, 전송되는 광신호를 송신 또는 수신하는 n개의 제 2 광송수신기(TRx); 상기 제 1 주기적인 AWG 및 상기 제 2 주기적인 AWG를 연결하며, 상기 제 1 주기적인 AWG 및 상기 제 2 주기적인 AWG를 통해 전달되는 광신호의 전송에 사용되는 단일 모드 광섬유(SMF); 및 상기 제 2 AWG와 상기 n개의 제 2 광송수신기(TRx)를 연결하는 n개의 개별 전송용 단일 모드 광섬유를 포함한다.
좀 더 구체적으로, 본 발명의 WDM-PON은 제 1 광송수신기(TRx) 및 제 2 광송수신기의 송신단 광원으로 저가의 F-P LD(F-P LD1 내지 F-P LDn)를 사용하고, 상기 저가의 F-P LD(F-P LD1 내지 F-P LDn)로부터 각각 출력되는 광신호들을 다중화 또는 역다중화하는 주기적인 투과 특성을 갖는 파장분할다중화기로 제 1 주기적인 AWG 및 제 2 주기적인 AWG를 각각 사용한다. 그러나, 당업자라면 본 발명의 제 1 광송수신기 및 제 2 광송수신기로 F-P LD 대신에 광대역 전송을 위하여 DFB LD와 같이 단일 모드로 발진하는 레이저가 사용될 수 있다는 것을 충분히 이해할 수 있을 것이다.
한편, 상기 제 1 주기적인 AWG 및 제 2 주기적인 AWG를 각각 통과하여 파장분할역다중화된 광신호를 전기적인 신호로 바꾸는 제 1 광송수신기 및 제 2 광송수신기의 수신단으로 저가의 제 1 PIN 광검출기(Photo Detector: PD) 및 제 2 PIN PD가 사용된다.
또한, 도 4를 다시 참조하면, 온도에 따른 본 발명의 WDM-PON 시스템의 열화 특성을 보상하기 위해, 상술한 제 1 송수신기 중 적어도 하나의 제 1 송신기 및 제 2 송수신기 중 적어도 하나의 제 2 송신기로 두 개 이상의 주입 전극을 가진 레이저 다이오드(double contact LD)를 사용할 수 있다. 이러한 두 개 이상의 주입전극을 가진 레이저 다이오드를 사용하는 경우, 두 주입 전극에 흐르는 전류를 가변시킴으로써, 원하는AWG 파장 대역에 LD의 파장을 고정시킬 수 있어 AWG의 파장과 사용되는 LD의 파장 차이에 의한 시스템 열화를 보상할 수 있다. 상술한 두 개 이상의 주입전극을 가진 레이저 다이오드의 구체적인 예는 발명자가 이창희 등이고, 본 출원인에 의해 2005년 8월 19일자로 "적어도 3개의 전극을 갖는 페브리 페롯 레이저 다이오드를 이용한 파장 제어장치"라는 발명의 명칭으로 특허출원 제 10-2005-0007643호로　출원되어, 2007년 2월 2일자로 등록된 대한민국 특허 제 0680918호에 상세히 개시되어 있으며, 이러한 특허 제 0680918호의 개시 내용은 본 명세서에 참조되어 본 발명의 일부를 이룬다.
아울러, 도 4에 도시된 본 발명의 WDM-PON에서는, 광신호가 광섬유 내에서 전송될 때 발생하는 색분산을 보상하기 위해 단일 모드 광섬유(SMF) 상의 일부에 색분산 보상섬유(Dispersion Compensation Fiber: DCF)를 추가로 사용하거나 또는 제 1 송수신기 및 제 2 송수신기 내에 전기적인 색분산 보상 방법을 이용하여 색분산을 보상할 수도 있다. 이러한 색분산 보상 방법의 구체적인 예로는 전기적 소자를 회로(circuit)로 이용하여, 회로의 전달함수가 신호의 크기와 위상(phase) 변화를 보상하도록 하는 전기적 분산 보상 방법이다. 또한, 수동 소자인DCF를 이용하여 분산을 보상하는 방법도 사용될 수도 있다. 622 Mbps의 고속신호를 전송하기 위해 상술한 제 1 송수신기 중 선택된 적어도 어느 하나의 제 1 송신기 및 제 1 수신기는 각각 전송되는 광신호의 순방향 오류 정정(FEC)을 위한 제 1 FEC 인코더 및 제 1 FEC 디코더를 추가로 포함하고, 제 2 송수신기 중 선택된 적어도 어느 하나의 제 2 송신기 및 제 2 수신기는 각각 전송되는 광신호의 순방향 오류 정정(FEC)을 위한 제 2 FEC 인코더 및 제 2 FEC 디코더를 추가로 포함할 수 있다.
나아가, 도 4에 도시된 본 발명의 WDM-PON 시스템에서는, 상향 신호(1300nm)와 하향 신호(1500nm)를 분리하기 위해, 제 1 광송수신기와 제 1 주기적인 AWG 사이에 n개의 제 1 파장분할 다중화 커플러(WDM coupler)가 사용되고, 제 2 광송수신기와 제 2 주기적인 AWG 사이에 n개의 제 2 WDM 커플러가 사용될 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 본 발명의 WDM-PON에서는 하향 광신호의 대역으로 1550nm 대역을 사용하고, 상향 광신호의 대역으로 1300nm 대역을 사용하도록 설계된다. 그러나, 당업자라면, 본 발명의 WDM-PON에서 하향 광신호의 대역으로 1300nm 대역을 사용하고, 상향 광신호의 대역으로 1550nm 대역을 사용하도록 설계하는 것이 가능하다는 것을 충분히 이해할 수 있을 것이다. 도 4에 도시된 본 발명에 따른 WDM-PON의 중앙기지국(CO) 내의 제 1 광송수신기 중 송신단(1550F-P LD1, 1550F-P LD2, .... 1550F-P LDn)에서 발생된 하향 광신호는 각각의 대응하는 제 1 WDM 커플러(1330/1550 coupler)를 통해 제 1 주기적인 AWG에 전달된다. 전달된 하향 광신호는　제 1 주기적인 AWG에 의해 다중화되어 단일 모드 광섬유를 통해 원격 노드(RN) 내의 제 2 주기적인 AWG로 전송된다. 상술한 바와 같이, 넓은 영역에 걸쳐서 전송되는 광신호의 색분산 보상을 위해 색분산 보상섬유(DCF)가 단일 모드 광섬유 상에 추가로 사용되는 것이 바람직하다. 제 2 주기적인 AWG에 도달한 다중화된 하향 광신호는 제 2 주기적인 AWG에 의해 역다중화되어 각 가입자에 분배된다. 분배된 하향 광신호는 각 가입자 앞 단에 삽입된 n개의 제 2 WDM 커플러에 의해 1550nm 대역의 광신호만 분리되고, 분리된 하향 광신호는 가입자측의 제 2 광송수신기 중 수신단(1550PD1, 1550PD2, .... 1550PDn)에 수신된다.
상향 광신호의 전송은 상술한 하향 광신호와 동일한 방법으로 이루어진다. 좀 더 구체적으로, 도 4에 도시된 본 발명에 따른 WDM-PON의 가입자측의 제 2 광송수신기 중 송신단(1300F-P LD1, 1300F-P LD2, .... 1300F-P LDn)에서 발생된 상향 광신호는 각각의 대응하는 제 2 WDM 커플러(1330/1550 coupler)를 통해 제 2 주기적인 AWG에 전달된다. 전달된 상향 광신호는　제 2 주기적인 AWG에 의해 다중화되어 단일 모드 광섬유를 통해 중앙기지국(CO) 내의 제 1 주기적인 AWG로 전송된다. 제 1 주기적인 AWG에 도달한 다중화된 상향 광신호는 제 1 주기적인 AWG에 의해 역다중화되어 중앙기지국(CO)의 제 1 송수신기에 분배된다. 분배된 상향 광신호는 제 1 송수신기의 앞 단에 삽입된 n개의 제 1 WDM 커플러에 의해 1300nm 대역의 광신호만 분리되고, 분리된 상향 광신호는 제 1 광송수신기 중 수신단(1300PD1, 1300PD2, .... 1300PDn)에 수신된다. 따라서, 각 가입자는 중앙기지국(CO)과 독립적인 채널(즉, 한 쌍의 상향 채널과 하향 채널)을 구성하는 WDM-PON을 구현하는 것이 가능하다.
도 5는 도 4에 도시된 본 발명에 따른 WDM-PON의 일 실시예에서 제 1 PD 및 제 2 PD에 각각 제 1 판단 문턱값 가변장치 회로 및 제 2 판단 문턱값 가변장치 회 로를 추가한 본 발명의 WDM-PON의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
좀 더 구체적으로 5를 참조하면, 본 발명의 WDM-PON은 WDM-PON시스템의 성능 향상을 위해 상술한 제 1 광송수신기 및 제 2 광송수신기의 제 1 PD 및 제 2 PD는 각각 판단 문턱 값을 조절할 수 있는 판단 문턱값 가변장치 회로(Decision (threshold level) Control Circuit: DCC)를 추가로 구비할 수 있다. 이러한 판단 문턱값 가변장치(DCC)의 구체적인 예는 발명자가 이창희 등이고, 본 출원인에 의해 2005년 8월 19일자로 "광통신 시스템의 수신단의 판단 문턱값 가변장치"라는 발명의 명칭으로 특허출원 제 10-2005-0076330호로　출원되어, 2007년 4월 5일자로 등록된 대한민국 특허 제 706874호에 상세히 개시되어 있으며, 이러한 특허 제 706874호의 개시 내용은 본 명세서에 참조되어 본 발명의 일부를 이룬다.
상술한 DCC는 복잡한 온도 컨트롤 장치를 사용함이 없이 구현이 가능하고, 온도에 변화에 따른 소정 레벨의 전송효율을 보장받을 수 있으므로 본 발명의 WDM-PON을 저가로 구현할 수 있다는 장점이 달성된다. 또한, 상술한 DCC는 파장 잠김된 F-P LD 뿐만 아니라, 증폭기를 사용하거나 잡음광을 광원으로 사용하는 광전송 시스템과 같이 "0"레벨의 잡음보다 "1"레벨의 잡음이 많은 광신호를 수신하는 광수신 시스템에도 광범위하게 적용할 수 있다는 장점을 갖는다.
도 6은 본 발명의 발명의 WDM-PON에서 도 1에 도시된 제 1 송수신기 중 송신기로 사용된 F-P LD의 광신호 출력을 주기적인 AWG에 통과시켰을 경우 나타나는 출력 스펙트럼과 아이 다이아그램(eye diagram)을 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 주기적으로 나타나는 스펙트럼 간격(Free Spectral Range: FSR)은 대략 12.8nm로, 사용되는AWG의 채널 간격이 0.8nm 인 경우 16개의 채널(12.8nm/0.8nm = 16)이 수용 가능하다는 것을 알 수 있다. 만일 주기적인 AWG의 FSR이 증가할 경우 가입자 수(또는 채널 수)도 또한 증가될 것이 충분히 예상된다. 또한, 가입자 수를 증가시키기 위한 방안으로 스펙트럼 분할된 F-P LD의 전체 모드 중 주요 몇 개 모드만을 필터링(filtering)하여 신호를 전송하는 방법이 있다. 이 방법을 이용할 경우 사용되는 전송대역폭이 줄어들어 추가적으로 상향 또는 하향 신호 전송을 위한 1400nm 대역과 1600nm 대역을 확보할 수 있어 가입자 수를 2배로 늘릴 수 있다.
도 7은 도 4에 도시된 본 발명의 WDM-PON에서 광신호를 전송할 경우 온도의 변화에 따른 출력 특성이 가장 좋을 경우(best case)와 가장 나쁜 경우(worst case)의 스펙트럼과 아이 다이아그램을 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 출력 특성이 가장 나쁜 경우에도, 모드 분할잡음(mode partition noise) 성분이 감소하여 "1"레벨의 잡음 분포가 크지만 파형이 깨끗하게 나타남을 알 수 있다. 따라서, 도 4에 도시된 본 발명의 WDM-PON은 온도 변화에 둔감한 특성을 가지기 때문에, 온도 보상을 위한 추가적인 제어회로 등이 필요하지 않아 매우 저가의 WDM-PON을 구현하는 것이 가능하다는 장점을 갖게 된다.
도 8은 도 4 에 도시된 본 발명의 WDM-PON에서 광신호를 전송하여 BER을 측정한 그래프이고, 도 9는 도 5 에 도시된 본 발명의 WDM-PON에서 광신호를 전송하여 BER을 측정한 그래프이다. 도 8을 참조하면 10-9 BER을 얻기 위해서는 약 -33dBm 의 최소 광전력(수신감도)이 필요하지만, 도 5와 같이 판단 문턱값 가변장치 회로(DCC)를 사용할 경우 수신감도가 약 3dB정도 개선됨을 알 수 있다.
도 10은 도 4에 도시된 본 발명에 따른WDM-PON의 구성에서 두 개 이상의 광섬유를 사용하는 경우의 실시예를 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 도 4에 도시된 WDM-PON의 구성에서 두 개 이상의 광섬유를 사용할 경우, 송신기와 수신기만을 비교해 보면, 하나의 광섬유를 통해 전송 신호를 전송할 때 보다 2배 이상의 모드를 전달할 수 있다는 것을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 파장분할다중방식 수동형 광가입자망(WDM-PON)은 다음과 같은 장점이 달성된다.
1. WDM-PON의 구조가 간단하고, 저가로 구현할 수 있다.
2. 광원으로 저가의 F-P LD를 사용하고, 파장다중화 및 역다중화 기능을 수행하는 주기적인 투과 특성을 갖는 주기적인 AWG를 사용함으로써 경제적으로 WDM-PON을 구현할 수 있다.
3. 수신단에 판단 문턱 값 조절 회로(DCC)를 사용하여, WDM-PON 시스템의 성능을 향상시켜 수신감도를 개선할 수 있다.
4. 상향 또는 하향 송수신기에 순방향 오류 정정(FEC)을 적용하여, 622 Mbps의 고속의 신호를 전송할 수 있다.
5. 종래 분산 궤환 레이저 다이오드(DFB-LD)를 사용하는 WDM-PON에서와 달 리, AWG 통과 대역 파장에 광원의 파장을 고정시킬 필요가 없으므로 임의의 F-P LD를 사용할 수 있다.
6. 온도나 그 외의 환경 요인에 매우 둔감한 WDM-PON 시스템을 구성할 수 있으므로, 온도 보상을 위한 고가의 컨트롤러 및 그에 따른 부가적인 감시제어 프로토콜의 사용이 불필요하다.
7. 가입자 측에서 광원의 파장 선택이 필요 없는(wavelength independent 또는 color-less) WDM-PON의 구현이 가능하다.
다양한 변형예가 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 본 명세서에 기술되고 예시된 구성 및 방법으로 만들어질 수 있으므로, 상기 상세한 설명에 포함되거나 첨부 도면에 도시된 모든 사항은 예시적인 것으로 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술한 예시적인 실시예에 의해 제한되지 않으며, 이하의 청구범위 및 그 균등물에 따라서만 정해져야 한다.

Claims (18)

  1. 파장분할다중방식 수동형 광가입자망(WDM-PON)에 있어서,
    중앙기지국(CO) 내에 위치되고, 전송되는 광신호를 다중화 또는 역다중화시키며, n개의 출력 포트 수를 구비한 제 1 주기적인 도파관 배열 격자(AWG);
    상기 중앙기지국 내에 위치되고, 각각이 상기 제 1 주기적인 AWG에 각각 연결되며, 전송되는 광신호를 송신 또는 수신하는 n개의 제 1 광송수신기;
    원격 노드(Remote Node: RN) 내에 위치되고, 전송되는 광신호를 다중화 또는 역다중화시키며, n개의 출력 포트 수를 구비한 제 2 주기적인 AWG;
    가입자(ONT) 측에 위치되고, 상기 제 2 주기적인 AWG에 각각 연결되며, 전송되는 광신호를 송신 또는 수신하는 n개의 제 2 광송수신기;
    상기 제 1 주기적인 AWG 및 상기 제 2 주기적인 AWG를 연결하며, 상기 제 1 주기적인 AWG 및 상기 제 2 주기적인 AWG를 통해 전달되는 광신호의 전송에 사용되는 단일 모드 광섬유(SMF); 및
    상기 제 2 AWG와 상기 n개의 제 2 광송수신기(TRx)를 연결하는 n개의 개별 전송용 단일 모드 광섬유
    를 포함하고,
    상기 n개의 제 1 광송수신기 중 제 1 송신기는 다중모드로 발진하는 제 1 F-P LD 광원이고, 상기 n개의 제 1 광송수신기 중 제 1 수신기는 제 1 PIN-광검출기(PD)로 구성되고,
    상기 n개의 제 2 광송수신기 중 제 2 송신기는 다중모드로 발진하는 제 2 F-P LD 광원이고, 상기 n개의 제 2 광송수신기 중 제 2 수신기는 제 2 PIN PD로 구성되며,
    상기 광신호의 송신은 상기 제 1 F-P LD 및 상기 제 2 F-P LD에서 발진되는 다중모드 광신호 중 상기 제 1 주기적인 AWG 및 상기 제 2 주기적인 AWG의 주기적인 투과 대역으로 통과되는 상기 다중모드 광신호 중 일부 모드의 광신호에 의해 이루어지고,
    상기 제 1 AWG 및 상기 제 2 AWG의 투과 대역 BAWG와 상기 제 1 F-P LD 및 상기 제 2 F-P LD의 모드 간 간격 BF-P LD가 BAWG ≥ 1.2 BF-P LD를 만족하는
    파장분할다중방식 수동형 광가입자망.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 F-P LD 및 상기 제 2 F-P LD는 각각 임의 파장 대역을 가질 수 있는 파장분할다중방식 수동형 광가입자망.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 F-P LD 및 상기 제 2 F-P LD는 각각 임의 파장 대역을 가질 수 있는 파장분할다중방식 수동형 광가입자망.
  6. 제 1항, 제4항, 및 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파장분할다중방식 수동형 광가입자망은 상기 광신호가 상기 단일 모드 광섬유 내에서 전송될 때 발생하는 색분산을 보상하기 위해 상기 단일 모드 광섬유(SMF) 상의 일부에 색분산 보상섬유(DCF)를 추가로 포함하는 파장분할다중방식 수동형 광가입자망.
  7. 제 1항, 제4항, 및 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 송수신기 중 선택된 적어도 하나의 제 1 송신기 및 상기 제 2 송수신기 중 선택된 적어도 하나의 제 2 송신기는 각각 두 개 이상의 주입전극을 가진 레이저 다이오드(double contact LD)인 파장분할다중방식 수동형 광가입자망.
  8. 제 1항, 제4항, 및 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 송수신기 중 선택된 적어도 어느 하나의 제 1 송신기 및 제 1 수신기는 각각 전송되는 광신호의 순방향 오류 정정(FEC)을 위한 제 1 FEC 인코더 및 제 1 FEC 디코더를 추가로 포함하고, 상기 제 2 송수신기 중 선택된 적어도 어느 하나의 제 2 송신기 및 제 2 수신기는 각각 전송되는 광신호의 순방향 오류 정정(FEC)을 위한 제 2 FEC 인코더 및 제 2 FEC 디코더를 추가로 포함하는 파장분할다중방식 수동형 광가입자망.
  9. 제 1항, 제4항, 및 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 주기적인 AWG 및 상기 제 2 주기적인 AWG는 2개 이상의 단일모드 광섬유를 사용하여 신호를 전송하는 파장분할다중방식 수동형 광가입자망.
  10. 파장분할다중방식 수동형 광가입자망(WDM-PON)에 있어서,
    중앙기지국(CO) 내에 위치되고, 전송되는 광신호를 다중화 또는 역다중화시키며, n개의 출력 포트 수를 구비한 제 1 주기적인 도파관 배열 격자(AWG);
    상기 중앙기지국 내에 위치되고, 각각이 상기 제 1 주기적인 AWG에 각각 연결되며, 전송되는 광신호를 송신 또는 수신하는 n개의 제 1 광송수신기;
    상기 제 1 광송수신기 중 제 1 수신기에 연결되는 n개의 제 1 판단 문턱값 가변장치 회로;
    원격 노드(Remote Node: RN) 내에 위치되고, 전송되는 광신호를 다중화 또는 역다중화시키며, n개의 출력 포트 수를 구비한 제 2 주기적인 AWG;
    가입자(ONT) 측에 위치되고, 상기 제 2 주기적인 AWG에 각각 연결되며, 전송되는 광신호를 송신 또는 수신하는 n개의 제 2 광송수신기;
    상기 제 2 광송수신기 중 제 2 수신기에 연결되는 n개의 제 2 판단 문턱값 가변장치 회로;
    상기 제 1 주기적인 AWG 및 상기 제 2 주기적인 AWG를 연결하며, 상기 제 1 주기적인 AWG 및 상기 제 2 주기적인 AWG를 통해 전달되는 광신호의 전송에 사용되는 단일 모드 광섬유(SMF); 및
    상기 제 2 AWG와 상기 n개의 제 2 광송수신기(TRx)를 연결하는 n개의 개별 전송용 단일 모드 광섬유
    를 포함하는 파장분할다중방식 수동형 광가입자망.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 n개의 제 1 광송수신기 중 제 1 송신기는 다중모드로 발진하는 제 1 F-P LD 광원이고, 상기 n개의 제 1 광송수신기 중 제 1 수신기는 제 1 PIN-광검출기(PD)로 구성되고,
    상기 n개의 제 2 광송수신기 중 제 2 송신기는 다중모드로 발진하는 제 2 F-P LD 광원이고, 상기 n개의 제 2 광송수신기 중 제 2 수신기는 제 2 PIN PD로 구성되며,
    상기 광신호의 송신은 상기 제 1 F-P LD 및 상기 제 2 F-P LD에서 발진되는 다중모드 광신호 중 상기 제 1 주기적인 AWG 및 상기 제 2 주기적인 AWG의 주기적인 투과 대역으로 통과되는 상기 다중모드 광신호 중 일부 모드의 광신호에 의해 이루어지는
    파장분할다중방식 수동형 광가입자망.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제 1 AWG 및 상기 제 2 AWG의 투과 대역 BAWG와 상기 제 1 F-P LD 및 상기 제 2 F-P LD의 모드 간 간격 BF -P LD가 BAWG ≥ 1.2 BF -P LD를 만족하는 파장분할다중방식 수동형 광가입자망.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 제 1 F-P LD 및 상기 제 2 F-P LD는 각각 임의 파장 대역을 가질 수 있는 파장분할다중방식 수동형 광가입자망.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 제 1 F-P LD 및 상기 제 2 F-P LD는 각각 임의 파장 대역을 가질 수 있는 파장분할다중방식 수동형 광가입자망.
  15. 제 10항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파장분할다중방식 수동형 광가입자망은 상기 광신호가 상기 단일 모드 광섬유 내에서 전송될 때 발생하는 색분산을 보상하기 위해 상기 단일 모드 광섬유(SMF) 상의 일부에 색분산 보상섬유(DCF)를 추가로 포함하는 파장분할다중방식 수동형 광가입자망.
  16. 제 10항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 송수신기 중 선택된 적어도 어느 하나의 제 1 송신기 및 상기 제 2 송수신기 중 선택된 적어도 어느 하나의 제 2 송신기는 각각 두 개 이상의 주입전극을 가진 레이저 다이오드(double contact LD)인 파장분할다중방식 수동형 광가입자망.
  17. 제 10항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 송수신기 중 선택된 적어도 어느 하나의 제 1 송신기 및 제 1 수신기는 각각 전송되는 광신호의 순방향 오류 정정(FEC)을 위한 제 1 FEC 인코더 및 제 1 FEC 디코더를 추가로 포함하고, 상기 제 2 송수신기 중 선택된 적어도 어느 하나의 제 2 송신기 및 제 2 수신기는 각각 전송되는 광신호의 순방향 오류 정정(FEC)을 위한 제 2 FEC 인코더 및 제 2 FEC 디코더를 추가로 포함하는 파장분할다중방식 수동형 광가입자망.
  18. 제 10항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 주기적인 AWG 및 상기 제 2 주기적인 AWG는 2개 이상의 단일모드 광섬유를 사용하여 신호를 전송하는 파장분할다중방식 수동형 광가입자망.
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