KR100926628B1 - 가상연접기술과 파장분할 다중화방식을 이용한편광모드분산 보상 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 편광모드분산 보상 장치 및 방법은 고속의 광신호가 광섬유 및 광소자를 통해 전송되는 동안 겪는 편광모드분산을 보상하기 위한 것으로, 저속의 광신호가 갖는 편광모드분산 허용치가 고속의 광신호가 갖는 편광모드분산 허용치보다 월등히 크다는 사실에 착안하여 고속의 광신호를 가상연접 기술을 이용하여 파장이 서로 다른 여러 개의 저속의 광신호로 나누고 이를 파장분할 다중화 방식을 사용하여 다중화한 후 전송시키며, 다중화되어 전송된 저속 광신호를 다시 가상연접 기술을 활용하여 고속 광신호로 만들어 줌으로써 편광모드분산을 보상한다. 이러한 방법으로 고속의 광신호를 저속의 광선로를 이용하여 안정적이고 경제적으로 전송할 수 있다.

Description

가상연접기술과 파장분할 다중화방식을 이용한 편광모드분산 보상 장치 및 그 방법{Polarization mode dispersion compensator using virtual concatenation and wavelength division multiplexing techniques}
도 1은 전기 통신 국제 표준화 기관(ITU-T)에서 규정한 전송속도별로 허용되는 편광모드분산 값을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 편광모드분산 보상 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 광신호 분배부의 구성을 보다 상세하게 나타내는 상세 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 편광모드분산 보상 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 5는 서로 다른 파장의 저속 광신호를 다중화하여 출력하는 모습을 보여주는 도면.
본 발명은 편광모드분산 보상 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 가상연접기술을 이용하여 고속의 입력 광신호를 파장이 다른 여러 개의 저속 의 광신호로 나눈 후 이를 파장분할 다중화방식(WDM)을 이용하여 전송함으로써 고속의 변조된 광신호가 광선로나 광소자에서 겪는 편광모드분산을 보상하는 편광모드분산 보상장치 및 그 방법에 관한 것이다.
편광모드 분산은 광섬유의 복굴절(Birefrigence)로 인해 생기는 현상이다.
복굴절은 광섬유 코어가 완전한 원형이 아닌 타원 형태를 갖거나 외부로부터의 스트레스에 의해 광섬유의 기본 모드간에 나타나는 굴절률의 차를 의미한다.
이와 같은 복굴절은 광섬유에 입사하는 광신호의 두 수직한 편광사이에 차등 군속도차를 유발하여 펄스의 퍼짐을 유발한다. 이러한 펄스 퍼짐은 전송신호의 성능을 저하시키기 때문에 이러한 현상을 보상해주어야 한다.
이러한 편광모드분산으로 인한 전송성능 저하는 전송속도가 증가할수록 실제 시스템의 전송성능을 제한하는 가장 큰 요인이 된다.
따라서, 국제표준화기구인 ITU-T에서는 10Gbps의 전송속도를 갖는 시스템의 경우 편광모드분산으로 인한 펄스 퍼짐이 1dB 패널티를 가정할 경우 신호가 갖는 펄스 폭의 10％ 미만이 되도록 규정하고 있다.
이러한 규정을 채널속도가 10Gbps 및 40Gbps를 갖는 시스템에 적용할 경우 전송성능을 보장할 수 있는 최대 허용 편광모드분산 값은 각각 10ps 및 2.5ps로 매우 적은 값이 된다.
따라서, 전송거리를 증가시키고자 하면 편광모드분산을 반드시 보상해주어야 한다.
이러한 편광모드분산을 보상하기 위해 기존에 제안된 방법은 광수신기를 사 용하여 전기적인 레벨에서 편광모드분산을 보상하는 방법, 광학적 레벨에서 보상하는 방법으로 광섬유와 첩브라그 그래이팅을 사용하는 방법 및 편광조절기와 편광유지 광섬유로 구성된 간섭계를 이용하는 방법 등이 제안된바 있다.
그러나, 광수신기를 사용하는 방법은 전기적 레벨에서 편광모드분산으로 왜곡된 신호를 깨끗하게 만들므로 편광모드분산을 확실히 보상할 수 있지만 수신기의 구조가 복잡해지는 단점과 그로인해 시스템 가격이 상승되는 단점이 있다.
광섬유와 첩브라그 그래이팅을 이용하는 방법은 현재 기술로는 만들기가 어렵고 첩브라그 그래이팅의 온도에 따른 변화에 의해 편광모드분산 값이 변하는 단점과 보상할 수 있는 편광모드분산 값이 작다는 단점이 있다.
편광조절기와 편광유지 광섬유로 구성된 간섭계를 이용하는 방법은 편광조절기에 입력하는 편광 상태를 충분히 빠르게 추적하지 못하는 단점이 있다.
따라서, 위와 같은 문제점들을 감안한 본 발명의 목적은 저속의 광신호가 고속의 광신호에 비해 편광모드분산에 의한 영향을 적게 받는 사실에 착안하여 동기식 고속 광신호를 가상연접기술과 파장분할 다중화 기술을 사용하여 여러 개의 저속의 광신호로 나누어 전송함으로써 고속의 변조된 광신호가 광선로나 광소자에서 겪는 편광모드분산을 해결하는데 있다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 편광모드분산 보상장치는 SDH(Synchronous Digital Hierarchy) 장치로부터 출력되는 고속의 광신호를 여러 개의 서로 다른 파장을 갖는 저속의 광신호들로 분배하여 출력하는 제 1 광신호 분배부와, 상기 제 1 광신호 분배부로부터의 서로 다른 파장을 갖는 저속의 광신호들을 다중화하여 저속의 광섬유로 출력하는 파장분할 다중화부와, 상기 파장분할 다중화부로부터의 다중화된 서로 다른 파장을 갖는 저속의 광신호들을 역다중화하여 출력하는 파장분할 역다중화부와, 상기 파장분할 역다중화부로부터의 역다중화된 여러 개의 서로 다른 파장을 갖는 저속의 광신호들을 고속의 광신호로 결합하여 출력하는 제 2 광신호 분배부를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명의 편광모드분산 보상방법은 고속의 데이터 프레임으로 구성된 광신호를 고속의 데이터 프레임으로 구성된 전기적 신호로 변환하는 제 1단계, 제 1단계에서 전기적 신호로 변화된 고속의 데이터 프레임을 여러개의 저속의 데이터 프레임으로 구성된 전기적 신호로 분배하는 제 2단계, 제 2단계에서 분배된 저속의 데이터 프레임으로 구성된 전기적 신호를 저속의 데이터 프레임으로 구성되며 서로 다른 파장을 가는 다수의 광신호로 변환하는 제 3단계 및 제 3단계에서 변환된 서로 다른 파장의 광신호를 다중화하여 저속의 광선로로 출력하는 제 4단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 ITU-T에서 규정한 전송속도별로 허용되는 편광모드분산 값을 나타낸다.
채널 전송속도가 2.5Gbps인 경우 10Gbps인 경우에 비해 허용 가능한 편광모드분산값이 4배로 증가함을 알 수 있다. 이는 일반적으로 포설된 단일모드 광섬유 가 갖는 0.1ps/km1/2의 편광모드계수를 고려하면 10Gbps 광신호를 수 백 km를 더 전송할 수 있는 거리이다.
본 발명은 이러한 원리에 착안하여 고속의 광신호를 저속의 광신호로 나누어 전송시킴으로써 편광모드분산을 해결한다.
도 2는 본 발명에 따른 가상연접 기술과 파장분할 다중화 방식을 이용한 편광모드분산 보상 장치(10, 20)의 개략적인 구성도이다.
광신호 분배부(11, 21)는 가상연접기술을 이용하여 SDH(Synchronous Digital Hierarchy) 장치 또는 고속 라우터/스위치(1, 2)에서 출력되는 고속의 광신호(λin) 예컨대 10Gbps의 광신호를 여러 개의 서로 다른 파장을 갖는 저속의 광신호들(λ1 ∼ λn)로 나누거나 역으로 파장이 서로 다른 저속의 광신호를 하나의 고속의 광신호로 결합시킨다.
파장분할 다중화/역다중화부(12, 22)는 AWG(Arrayed Waveguide Grating)와 같은 수동소자로 광신호 분배부(11, 21)에 의해 나뉘어진 여러 개의 저속의 광신호를 파장분할 다중화하여 단일 광섬유로 전송하거나 수신된 파장분할 다중화된 광신호를 역다중화하여 광신호 분배부(11, 21)로 출력한다.
이러한 파장분할 다중화소자로는 상용화되고 있는 저가의 광커플러 또는 필터형 소자가 사용될 수 있고, 채널 속도가 높아져 가상연접되어 나누어지는 저속의 광신호가 많아지는 경우 배열 도파로 회절격자 소자가 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 광신호 분배부(11, 21)의 구성을 보다 상세하게 나타 내는 상세 구성도이다.
광검출 및 전치증폭부(111)는 SDH 장치(1)로부터의 STM-64 프레임을 갖는 10Gbps의 고속 광신호를 검출하여 10Gbps의 전기적 신호로 변환하고 변환된 전기적 신호를 선형적으로 전치 증폭한다.
리미팅 증폭기(112)는 광검출 및 증폭부(111)에서 출력되는 전기적 신호를 데이터 클럭복구에 필요한 만큼의 세기를 갖도록 증폭한다.
이러한 리미팅 증폭기(112)는 디지털 신호의 전압 레벨에 맞도록 전기적 신호를 증폭시키기 위해 작은 전압 레벨은 이득을 크게 하고, 일정한 전압 레벨이상은 제한시키는 역할을 한다. 즉, 디지털 신호의 경우 '0' 레벨과 '1' 레벨의 전압들이 각각 일정한 값을 유지하도록 하는 것이다.
클럭데이터 복구부(113)는 SDH 장치에서 출력되는 광신호의 전송 속도(10Gbps)에 따라 미리 설정된 단일의 기준 클럭에 따라 입력된 전기 신호에서 데이터 및 클럭을 재생하게 된다.
클럭데이터 복구부(113)의 동작은 입력된 전기 신호를 리쉐이핑(reshaping), 리제너레이션(regeneration), 리타이밍(retiming)하는 것으로서, 이에 따라 입력된 전기 신호에서 데이터 및 클럭을 재생한다.
가상연접처리부(114)는 재생된 STM-64 프레임을 갖는 10Gbps의 고속의 전기적 신호를 2.5Gbps의 속도를 갖는 STM-16 프레임으로 구성된 4개의 전기적 신호로 분배한다.
2.5Gbps의 속도를 갖는 STM-16 프레임으로 분배된 각각의 데이터는 대응되는 광원 구동부(115)를 구동시키기 위하여 사용되며, 광원 구동부(115)는 레이저 다이오드와 같은 광원(116)에 입력된 데이터에 따른 변조 전류 및 바이어스 전류를 공급해준다.
광원(116)은 광원 구동부(115)의 제어에 따라 2.5Gbps의 전송속도를 갖는 정해진 파장의 광신호를 출력하게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 편광모드분산 보상 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
SDH 장치(1)로부터 출력되는 STM-64 프레임을 갖는 10Gbps의 고속의 광신호는 광검출 및 전치 증폭부(111)에 인가되어 광검출되어 10Gbps의 전기적 신호로 변환된 후 선형적으로 전치 증폭된다(단계 401).
전치 증폭은 입력된 전기적 신호를 단순히 선형적으로 증폭하기 때문에, 출력되는 전기적 신호가 디지털 신호인 경우에는 두 전압 레벨의 차이가 너무 커지게 되어, '0' 레벨과 '1' 레벨로 구성되는 디지털 신호의 경우에 두 레벨들의 차가 너무 커지게 되어 클럭데이터 복구부(113)에서 클럭과 데이터를 추출하기가 불가능하게 된다.
그러므로 광검출 및 전치 증폭부(111)의 후단에 위치하는 리미팅 증폭기(112)에서 작은 전압 레벨은 이득을 크게 하고, 일정한 전압 레벨 이상은 제한시켜 데이터 클럭복구에 필요한 만큼의 세기를 갖도록 전기적 신호로 변환된 '0' 레벨과 '1' 레벨의 전압들이 각각 일정한 값을 유지하도록 해준다.
클럭데이터 복구부(113)는 리미팅 증폭된 신호로부터 클럭을 복구하고 데이 터를 재생하여 출력한다.
재생된 10Gbps의 깨끗한 전기적 신호는 RF전송로를 통해 가상연접처리부(114)로 인가된다.
가상연접처리부(114)는 입력된 STM-64 프레임으로 구성된 10Gbps의 전기적 신호를 각각 4개의 STM-16 프레임으로 구성된 2.5Gbps 속도의 전기적 신호로 분배한다(단계 402).
STM-16 프레임으로 분배된 각 2.5Gbps의 전기적 신호는 각각 광원 구동부(115)로 인가되며 광원 구동부(115)는 입력된 데이터에 따라 각각 서로 다른 파장을 갖는 광원(116)을 구동시켜 STM-16 프레임으로 구성된 2.5Gbps의 전기적 신호를 서로 다른 파장을 갖으며 STM-16 프레임으로 구성된 2.5Gbps의 저속 광신호로 변환하여 출력한다(단계 403).
광원(116)에서 출력되는 서로 다른 파장을 갖는 2.5Gbps의 광신호들은 광패치 코드를 통해 출력 광커넥터(117)로 전송된다.
출력 광커넥터(117)는 파장분할 다중화/역다중화부(12) 측의 광커넥터(118)에 연결되어 2.5Gbps의 광신호들을 광커넥터(118)를 통해 다중화/역다중화부(12)로 전송한다.
다중화/역다중화부(12)는 도 5와 같이 서로 다른 파장을 갖으며 STM-16 프레임으로 구성된 2.5Gbps의 광신호들을 광커넥터(118)를 통해 수신하여 다중화한 후 하나의 광선로를 통해 수신측 편광모드분산 보상 장치(20)로 전송한다(단계 404).
편광모드분산 보상 장치(20)는 상술된 과정의 역으로 다중화된 2.5Gbps의 STM-16 프레임으로 구성된 광신호를 역다중화하여 서로 다른 파장의 광신호로 분기시킨 후 분기된 서로 다른 파장의 저속 광신호를 저속의 전기적 신호로 변환한다. 그리고 전기적 신호로 변환된 4개의 STM-16 프레임을 1개의 STM-64 프레임으로 각각 결합시킨 후 이를 다시 STM-64 프레임으로 구성된 10Gbps의 광신호로 변환하여 출력한다(단계 405).
상술된 실시예에서는 10Gbps를 4개의 2.5Gbps로 분할하는 경우를 설명하고 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상술한 바와 같이 본 발명의 편광모드분산 보상 장치 및 방법은 고속의 광신호를 편광모드분산 허용값이 큰 저속의 광신호로 분배하여 전송하므로서 초고속 대용량의 광신호를 기 설치된 저속의 광선로를 이용하여 안정적이고 경제적으로 전송할 수 있다.

Claims (5)

  1. SDH(Synchronous Digital Hierarchy) 장치로부터 출력되는 고속의 광신호를 여러 개의 서로 다른 파장을 갖는 저속의 광신호들로 분배하여 출력하는 제 1 광신호 분배부;
    상기 제 1 광신호 분배부로부터의 서로 다른 파장을 갖는 저속의 광신호들을 다중화하여 저속의 광섬유로 출력하는 파장분할 다중화부;
    상기 파장분할 다중화부로부터의 다중화된 서로 다른 파장을 갖는 저속의 광신호들을 역다중화하여 출력하는 파장분할 역다중화부; 및
    상기 파장분할 역다중화부로부터의 역다중화된 여러 개의 서로 다른 파장을 갖는 저속의 광신호들을 고속의 광신호로 결합하여 출력하는 제 2 광신호 분배부
    를 구비하는 편광모드분산 보상 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 광신호 분배부는,
    상기 SDH 장치로부터의 고속 광신호를 검출하여 전기적 신호로 변환하고 변환된 전기적 신호를 선형적으로 전치 증폭하는 광검출 및 전치증폭부;
    상기 광검출 및 전치증폭부의 출력 신호를 데이터 클럭복구에 필요한 만큼의 세기를 갖도록 증폭하는 리미팅 증폭부;
    상기 SDH 장치에서 출력되는 광신호의 전송 속도에 따라 기 설정된 기준 클럭에 따라 상기 리미팅 증폭부에서 출력되는 전기 신호에서 데이터 및 클럭을 재생하는 클럭데이터 복구부;
    상기 클럭데이터 복구부에서 재생된 고속의 데이터 프레임을 저속의 데이터 프레임으로 분배하는 가상연접처리부;
    상기 가상연접처리부에서 분배된 저속의 데이터 프레임에 따라 서로 다른 광신호 발생을 위한 변조 전류를 출력하는 광원 구동부; 및
    상기 광원 구동부의 출력신호에 따라 상기 각 저속의 데이터 프레임에 대응되는 서로 다른 파장의 광신호를 출력하는 광원부를 구비하는 것을 특징으로 하는 편광모드분산 보상 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 가상연접처리부는 STM-64 프레임으로 구성된 10Gbps의 데이터를 STM-16 프레임으로 구성된 2.5Gbps의 데이터들로 분배하는 것을 특징으로 하는 편광모드분산 보상 장치.
  4. 고속의 데이터 프레임으로 구성된 광신호를 고속의 데이터 프레임으로 구성된 전기적 신호로 변환하는 제 1단계;
    상기 제 1단계에서 전기적 신호로 변화된 고속의 데이터 프레임을 여러개의 저속의 데이터 프레임으로 구성된 전기적 신호로 분배하는 제 2단계;
    상기 제 2단계에서 분배된 저속의 데이터 프레임으로 구성된 전기적 신호를 저속의 데이터 프레임으로 구성되며 서로 다른 파장을 가는 다수의 광신호로 변환하는 제 3단계; 및
    상기 제 3단계에서 변환된 서로 다른 파장의 광신호를 다중화하여 저속의 광선로로 출력하는 제 4단계를 포함하는 편광모드분산 보상 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2단계는 STM-64 프레임으로 구성된 10Gbps의 데이터를 STM-16 프레임으로 구성된 2.5Gbps의 데이터들로 분배하는 것을 특징으로 하는 편광모드분산 보상 방법.
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