KR100928033B1

KR100928033B1 - 양방향 파장분할다중방식 수동형 광가입자망

Info

Publication number: KR100928033B1
Application number: KR1020080014799A
Authority: KR
Inventors: 이관일; 이상배
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2008-02-19
Filing date: 2008-02-19
Publication date: 2009-11-24
Also published as: US20090208212A1; US8135278B2; KR20090089563A

Abstract

다중화된 광신호를 송수신하는 중앙 기지국; 상기 중앙 기지국에 의해 송수신되는 상기 다중화된 광신호를 전달하는 동작용 간선 광선로 및 보호용 간선 광선로; 상기 동작용 간선 광선로 또는 상기 보호용 간선 광선로를 통하여 상기 다중화된 광신호를 송수신하는 지역 노드; 상기 지역 노드에 의해 송수신되는 상기 다중화된 광신호를 전달하는 동작용 분배 광선로 및 보호용 분배 광선로;및 상기 동작용 분배 광선로 및 상기 동작용 간선 광선로를 통하여 상기 다중화된 광신호를 송수신하며, 상기 동작용 분배 광선로 또는 상기 동작용 간선 광선로에 장애가 있을 경우 상기 보호용 분배 광선로 및 상기 보호용 간선 광선로를 통하여 상기 다중화된 광신호를 송수신하는 광가입자 장치를 포함하는 양방향 파장분할다중방식 수동형 광가입자망이 개시된다. 본 발명에 따른 양방향 파장분할다중방식 수동형 광가입자망에 의하면 간선망 뿐만아니라 분배망 광선로의 장애를 감지하여 스스로 복구하는 가입자망을 제공하여 경제적이고 효율적으로 망을 관리하거나 유지할 수 있다.

배열 도파로형 격자, 파장분할다중, 수동형 광가입자망

Description

양방향 파장분할다중방식 수동형 광가입자망{Bidirectional wavelength-division-multiplexed passive optical network}

본 발명은 스펙트럼 분할된 비간섭성광에 파장 잠김된 광원을 이용한 양방향 파장분할다중방식 수동형 광가입자망(Wavelength Division Multiplexed Passive Optical Network, 이하 WDM-PON)에 관한 것으로, 특히 지역 노드에 종래의 1 × N 배열 도파로형 격자(Arrayed Waveguide Grating,이하 AWG) 대신 N × N AWG 를 두고, 중앙 기지국과 지역 노드 그리고 복수개의 가입자 장치를 동작 및 보호 광선로로 연결하여 간선 및 분배 광선로의 장애를 스스로 감지하여 우회 광선로(보호용 광섬유)를 통해 통신 복구를 수행하는 양방향 WDM-PON에 관한 것이다.

지속적으로 증가하는 멀티미디어 및 방송 서비스 등을 원활히 제공하기 위한 효과적인 가입자망으로 수동형 광가입자망 기술 개발이 매우 활발하다. 특히 국내에서 개발된 WDM-PON 기술 방식은 우수한 성능에도 불구하고 G/E-PON(G-PON:Gigabit passive optical network, E-PON:Ethernet passive optical network) 장비에 비해 가격이 비싸 경쟁에서 어려움이 많았지만, 최근 기가급 기술개발로 초기보다 비용을 큰 폭으로 낮춤으로써, 대역폭당 가격은 오히려 경쟁 기술보다 저렴하여 다시 주목을 받고 있다.

특히 각각의 가입자 장치가 기가급으로 동작하면서 WDM-PON 전송 용량은 16채널의 경우 총 2기가로 매우 커지게 되었다. 따라서 중앙 기지국과 가입자장치인 ONU(Optical Network Unit)를 연결하는 간선망이나 분배망 광섬유의 절단으로 인한 통신 장애는 매우 심각한 경제적 손실을 초래하므로 광선로 장애시에도 생존 가능한 시스템 개발은 필수적이라고 할 수 있다.

도 1은 서로 상이한 파장의 광원을 이용한 수동형 광가입자망에서 우회선로를 추가하여 동작 선로 장애시 통신 복구가 가능한 기존의 가입자망의 구성도이다. 양방향 WDM-PON 시스템에서 중앙 기지국과 지역 노드를 1 × 2 스위치(130)와 2 × 1 커플러(150)를 사용하여 동작 및 보호 두 개의 광섬유(140,142)로 연결한 구조이다. 이때 스위치와 동작 광섬유 사이에 상향 신호의 일부를 분기하여 상향 신호를 모니터(120)하게 된다.

정상 상태에서 중앙 기지국은 동작 광섬유(140)를 통해 다중화된 광신호를 보내며, 지역 노드에서는 1 × 2 커플러(150)를 통하여 광선로에서 오는 광신호를 받아 1 × N AWG(160)에서 역다중화한 후 각 가입자까지 분배광섬유(161,163)를 통해 전송하게 된다. 역으로 상기 가입자장치들로부터 출력되는 상향 광신호들은 상기 지역 노드로 전송되며, 상기 파장분할 다중화기(160)에 의해 다중화된 후 상기 중앙 기지국으로 전송된다. 한편 동작 광섬유의 절단과 같은 장애가 발생하는 경 우, 상향 신호 광선로모니터(120)는 이를 감지하고 1 × 2 스위치(130)의 경로를 보호 광섬유(142)로 전환시켜 통신을 복구하게 된다.

이와 같은 종래의 통신 복구 WDM-PON은 파장 무관한(colorless) 가입자 장치를 수용할 수 없고, 간선망 장애시에는 통신 복구가 가능하지만 분배망 장애시에는 복구가 안 된다. 하지만 최근 들어 가입자 장치가 기가급으로 동작하며, 가입자 장치 하나에 여러 이용자가 연결되어 있으므로 분배 광섬유의 장애도 복구 가능한 WDM-PON의 개발이 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로써, 파장 무관한(colorless) 가입자장치로 구성된 WDM-PON에서, 간선 및 분배 광섬유들의 장애를 감지하여 스스로 치유하는 양방향 가입자망을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 파장분할다중방식 수동형 광가입자망은, 다중화된 광신호를 송수신하는 중앙 기지국; 상기 중앙 기지국에 의해 송수신되는 상기 다중화된 광신호를 전달하는 동작용 간선 광선로 및 보호용 간선 광선로; 상기 동작용 간선 광선로 또는 상기 보호용 간선 광선로를 통하여 상기 다중화된 광신호를 송수신하는 지역 노드; 상기 지역 노드에 의해 송수신되는 상기 다중화된 광신호를 전달하는 동작용 분배 광선로 및 보호용 분배 광선로;및 상기 동작용 분배 광선로 및 상기 동작용 간선 광선로를 통하여 상기 다중화된 광신호를 송수신하며, 상기 동작용 분배 광선로 또는 상기 동작용 간선 광선로에 장애가 있을 경우 상기 보호용 분배 광선로 및 상기 보호용 간선 광선로를 통하여 상기 다중화된 광신호를 송수신하는 광가입자 장치를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 WDM-PON 은 보호용 광선로와 광커플러, 광스위칭 소자만을 추가로 사용하여 간선 광선로 뿐만 아니라 각 분배 광선로의 장애가 발생한 경우에도 장애를 감지하여 스스로 복구하고 파장 무관한 가입자 장치를 수용할 수 있기 때문에 경제적이고 효율적으로 망을 관리하거나 유지할 수 있도록 한다.

이하 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명확하게 하기 위하여 생략한다.

이하에서 상향이라 함은, 광가입자 장치로 부터 지역노드를 통하여 중앙 기지국을 향하는 것을 의미하고 하향이라 함은, 중앙 기지국으로 부터 지역 노드를 통하여 광가입자 장치를 향하는 것을 의미한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 WDM-PON을 설명하기 위한 개략도이다.

도 2를 참조하면 상기 양방향 WDM-PON은 중앙 기지국(CO: Central Office), 지역 노드(RN: Remote Node), 광가입자 장치(ONU: Optical Network Unit), 중앙 기지국과 지역 노드를 연결하는 간선 광선로(동작 및 보호용 1쌍), 지역 노드와 다수의 광가입자 장치를 연결하는 복수 개의 분배 광선로(동작용 및 보호용 1쌍으로 이루어짐)로 이루어진다.

상기 WDM-PON은 1개의 광선로를 통해 양방향 통신을 하기 위하여, 중앙 기지국과 지역 노드에 파장분할다중화 및 역다중화를 동시에 수행할 수 있는 AWG를 사용하는데 특히 중앙 기지국에는 1 × N AWG, 지역 노드에는 N × N AWG가 위치한다. 본 발명의 일 실시예에서, 두 AWG는 서로 동일한 자유스펙트럼 간격(FSR: Free Spectral Range)을 가지며 상향과 하향에 사용하는 파장대역은 상기 FSR의 정수 배만큼 떨어져 있도록 구성될 수 있다.

상기 중앙 기지국은 L 밴드 광대역 광원(230)과, 이를 중앙 기지국에 위치한 다수의 광송수신장치(221, 225)로 전달하고 상기 광송수신장치(221, 225)에서 데이터 신호로 변조된 광신호를 받아 WDM 커플러를 통해 2 × 2 커플러(236)로 전달하는 광써큘레이터(233), 다수의 서로 상이한 파장의 하향 신호를 다중화하고 다중화된 상향 광신호를 역다중화 하여 각각의 광송수신기로 보내는 1 × N AWG(210), 가입자장치의 광송신기의 주입광을 제공하는 C 밴드 광대역 광원(231), 광아이솔레이터(235), 상기 C밴드 광대역 광원과 하향 광신호를 동작용(241) 및 보호용 간선 광섬유(242)로 커플시키는 2 × 2 커플러(236)로 구성된다.

이때 상기 L 밴드 광대역 비간섭성 광원(230)은 중앙기지국의 광송수신장치(221, 225)의 광송신기(222)의 주입광원(seed 광원)이 되어 광송신기(222)가 파장무관한(colorless) 동작이 가능하도록 하며, 마찬가지로 상기 C 밴드 광대역 비간섭성 광원(231)은 광가입자 장치(270, 280)의 광송신기(276, 286)의 주입광원(seed 광원)이 되어 광가입자 장치(270, 280)의 광송신기(276, 286)가 파장무관한(colorless) 동작이 가능하도록 한다.

배열 도파로형 격자(210)의 각 포트는 포트 별로 미리 결정된 서로 상이한 파장 대역의 광신호를 전송한다. 이때, 임의의 광송신기가 배열 도파로형 격자(210)의 어느 포트에 연결되던지 배열 도파로형 격자(210)와 송수신할 수 있는 파장무관한(colorless) 동작을 위해서는, 광송신기(222)가 송수신하는 광신호의 파장이 해당 광송신기(222)가 연결된 배열 도파로형 격자(210)의 포트에 따라 결정되어야 한다.

따라서 상기 광송신기(222)는 L 밴드 광대역 광원(230)의 비간섭성 광이 배열 도파로형 격자(210)에서 스펙트럼 분할되어 수신되었을 때, 수신된 광이 주입광(seed 광)이 되어, 광송신기(222)에서 증폭되어 나오는 출력광의 파장이 주입광의 파장과 동일하게 된다. 이러한 동작을 위하여 본 발명의 일 실시예에서는, 광송신기(222)는 전면이 무반사 코팅된 페브리 페롯 레이저나 반사형 반도체 광증폭기(RSOA: reflective semiconductor optical amplifier)일 수 있다.

또한, C 밴드 광대역 비간섭성 광원(231)은 광가입자 장치(270, 280)의 광송신기(276, 286)의 주입광원(seed 광원)이 되어 광송신기(276, 286)가 주입광의 파장과 동일한 파장의 광신호를 송신하도록 한다. 마찬가지로, 본 발명의 일 실시예에서 광송신기(276, 286)는 전면이 무반사 코팅된 페브리 페롯 레이저나 반사형 반도체 광증폭기로 구성될 수 있다.

상기 지역 노드는 N × N AWG(250)로 이루어지며, N × N AWG의 투과특성은 중앙 기지국의 1 × N AWG와 동일하며 제N 포트는 동작용 간선 광섬유(241)와 연결되며, 반대쪽 제 N* 포트는 보호용 간선 광섬유(242)와 연결된다. 그리고 나머지 2(N-1)개의 포트는 동작 및 보호용 분배 광섬유를 통해 각각의 포트번호와 동일한 가입자 장치와 연결된다. 즉 도 2에 도시된 것처럼 m번째 가입자 장치는 동작용 분배 광섬유를 통해 N × N AWG의 m*번째 포트와 연결되며 보호용 분배 광섬유를 통해 N × N AWG의 m번째 포트와 연결된다.

각각의 가입자 장치는 하향신호의 일부를 빼내는 탭커플러(271,281)와 이를 감지하는 모니터(272, 282), 모니터 신호를 받아 스위치 상태를 제어하는 제어 유니트(273, 283), 1 × 2 광스위칭 소자(274, 284), 하향 광신호와 주입용 비간섭성 광원을 분리하는 WDM 커플러(275, 285), 광송신기(276, 286), 광수신기(277, 287)로 구성된다. 이때 다수의 광가입자 장치는 정상 상태에서는 1 × 2 광스위칭 소자를 사용하여 동작용 분배 광섬유를 통해 지역 노드와 연결되어, WDM 커플러를 통하여 하향 광신호는 광수신기에 입력되어 전기신호로 전환되고, 주입용 비간섭성 광원은 광송신기에 입력된 후 상향 신호에 따라 변조되어 같은 경로를 따라 역방향으로 상향 전송된다.

즉 상향 신호가 실린 광신호는 WDM 커플러(275, 285)를 지나 광스위칭 소자(274, 284)를 거쳐 동작용 분배 광섬유(261, 264)를 통해 지역 노드의 N × N AWG(250)에 도달한 후 N번째 포트로 역다중화되어 동작 간선 광섬유(241)를 통해 중앙 기지국의 2 × 2 광커플러(236)로 전송된다. 상기 2 × 2 광커플러에서 전송된 상향 광신호는 두 갈래로 나누어져 하나는 광아이솔레이터(235)에서 차단되며 다른 하나는 2개의 연속적인 WDM 커플러(234, 232)를 거친 1 × N AWG(210)에서 다시 파장별로 역다중화된 후 각각의 광송수신기로 전달되어 양방향 통신을 하게 된 다.

도 3을 참조하여, 첫 번째에 위치한 광가입자 장치를 연결하는 동작용 분배 광섬유의 장애가 발생할 경우(265)의 통신복구 과정을 설명한다. 먼저 동작용 분배 광섬유(261)가 절단되면(265), 우선 모니터(272)에 입력되는 광신호가 소멸되므로 제어 유니트(273)는 광스위칭 소자(274)의 상태를 도 3처럼 전환시켜 보호용 분배 광섬유(262)를 통해 지역 노드에서 오는 하향 광신호를 수신하며 역으로 상향 광신호도 보호용 분배 광섬유를 통해 상향으로 전송하게 된다. 그리하여 중앙 기지국과 첫번째 위치한 광가입자 장치는 보호용 간선 광섬유(242)와 보호용 분배 광섬유(262)를 통해 광신호를 전송하게 된다. 이때 다른 광가입자 장치(280)를 연결하는 분배 광섬유(264)에 장애가 없는 경우는 다른 광가입자 장치와 중앙 기지국은 동작용 간선 광섬유(241)와 동작용 분배 광섬유(264)를 통해 광신호를 전송하게 된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 간선망이나 분배망 장애시 생존 가능한 WDM-PON에서 간선망에 장애가 있을시 통신 복구 과정을 설명하기 위한 개략도이다.

도 4에서 도시한 바와 같이, 동작용 간선 광섬유(241)에 장애가 발생할 경우 (245) 지역 노드의 N × N AWG의 N번째 포트로 입력되는 하향 광신호가 소멸되기 때문에 1* 번째부터 N-1* 번째 포트로 출력되는 광신호가 소멸되며 따라서 모든 가입자 장치에 있는 동작용 광섬유의 하향 광신호 모니터(272, 282)에서 광신호의 소멸을 감지하게 되어 모든 제어 유니트(273, 283)는 광스위칭 소자(274, 284)의 상태를 도 4처럼 전환시켜 보호용 분배 광섬유(262, 263)를 통해 지역 노드와 연결시 킨다. 이때 보호용 간선 광섬유를 통해 전송되는 하향 광신호는 지역 노드의 N × N AWG의 N*번째 포트로 전송되어 1부터 N-1 포트로 역다중화 되어 각각의 보호용 분배 광섬유를 통해 가입자 장치의 수신기로 입력된다. 역으로 각각의 상향 광신호는 보호용 분배 광섬유들을 통해 상기 지역 노드의 N × N AWG의 1부터 N-1 번째 포트로 전송되고 다시 N* 포트로 다중화된 후 보호용 간선 광섬유를 통해 상향 전송된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 광가입자망은 지역 노드에 위치한 N × N AWG의 N번째 포트 두 개를 다중화 포트로 사용하기 때문에 최대 수용 가능한 가입자수는 N-1이 된다.

이상과 같이 본 발명은 간선 광선로 및 분배 광선로에 장애가 있는 경우, 이를 스스로 감지하여 망을 복구하는 양방향 WDM-PON에 관한 것으로 특히 파장 무관한(colorless) 가입자 장치를 사용할 수 있어 설치 및 유지보수 비용이 저렴한 장점을 가지고 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 WDM-PON에서 통신복구에 걸리는 시간을 측정한 실험 결과를 나타낸 그래프로 약 4 ms 이내에 통신이 복구됨을 알 수 있다. 이때 더 짧은 반응시간의 광스위칭 소자를 사용하면 복구 시간을 줄일 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어 나지 않는 범위 내에서 여러 가지 변경 및 변형이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 종래 기술에 따른 양방향 파장분할다중방식 수동형 광가입자망(Wavelength Division Multiplexed Passive Optical Network, 이하 WDM-PON)의 자기복구망을 나타내는 구성도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 WDM-PON을 도시한 구성도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 WDM-PON에서 동작용 분배 광선로에 장애가 발생했을 시 통신 복구의 동작을 설명하기 위한 구성도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 WDM-PON에서 동작용 간선 광선로에 장애가 발생했을 시 통신 복구의 동작을 설명하기 위한 구성도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 WDM-PON에서 복구에 걸리는 시간을 측정한 결과를 도시하는 그래프이다.

Claims

다중화된 광신호를 송수신하는 중앙 기지국;

상기 중앙 기지국과 송수신하며, 다중화된 광신호를 수신하여 역다중화하고, 역다중화된 광신호를 수신하여 다중화하는 지역 노드;

상기 지역 노드와 역다중화된 광신호를 송수신하는 광가입자 장치;

상기 중앙 기지국과 상기 지역 노드를 연결하는 동작용 간선 광선로 및 보호용 간선 광선로; 및

상기 지역 노드와 상기 광가입자 장치를 연결하는 동작용 분배 광선로 및 보호용 분배 광선로를 포함하며,

상기 광가입자 장치는 상기 동작용 분배 광선로 및 상기 동작용 간선 광선로를 통하여 광신호를 송수신하고, 상기 동작용 분배 광선로 또는 상기 동작용 간선 광선로에 장애가 있을 경우 상기 보호용 분배 광선로 및 상기 보호용 간선 광선로를 통하여 광신호를 송수신하고,

상기 중앙 기지국은,

광신호를 송수신하는 제1 광송수신 장치;

상기 제1 광송수신 장치로부터 송신되는 광신호를 파장분할 다중화하고 상기 제1 광송수신 장치에 수신되는 광신호를 파장분할 역다중화하는 1 × N 배열 도파로형 격자;

상기 광가입자 장치에 광신호 생성을 위한 주입광을 제공하는 제1 광대역 광원;

한쪽 포트들은 상기 1 × N 배열 도파로형 격자 및 상기 제1 광대역 광원에 각각 광학적으로 연결되며, 다른 쪽 포트들은 상기 동작용 간선 광선로 및 상기 보호용 간선 광선로에 각각 광학적으로 연결되는 2 × 2 광커플러;

상기 1 × N 배열 도파로형 격자 및 상기 2 × 2 광커플러 사이에 광학적으로 연결되며 서로 광학적으로 연결되는 제1 WDM 커플러 및 제2 WDM 커플러;

상기 제1 WDM 커플러 및 상기 제2 WDM 커플러 사이에 광학적으로 연결되는 광서큘레이터; 및

상기 광서큘레이터에 광학적으로 연결되어 상기 제1 광송수신 장치에 광신호 생성을 위한 주입광을 제공하는 제2 광대역 광원을 포함하되,

상기 N 은 자연수인 것을 특징으로 하는 양방향 파장분할다중방식 수동형 광가입자망.
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,

상기 제1 광송수신장치는 상기 제2 광대역 광원으로부터 주입광을 수신하고, 수신한 상기 주입광의 파장과 동일한 파장의 광신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 양방향 파장분할다중방식 수동형 광가입자망.
제5항에 있어서,

상기 제1 광송수신 장치는,

전면이 무반사 코팅된 페브리 페롯 레이저 또는 반사형 반도체 광증폭기 (RSOA: reflctive semiconductor optical amplifier)인 것을 특징으로 하는 양방향 파장분할다중방식 수동형 광가입자망.
제1항에 있어서,

상기 지역 노드는,

N × N 배열 도파로형 격자를 포함하며, 상기 N은 자연수인 것을 특징으로 하는 양방향 파장분할다중방식 수동형 광가입자망.
제7항에 있어서,

상기 N × N 배열 도파로형 격자의 N번째 포트에 상기 다중화된 광신호가 입 력될 때 상기 N × N 배열 도파로형 격자의 반대쪽 1번째 포트 내지 N-1번째 포트로 역다중화된 광신호가 출력되는 것을 특징으로 하는 양방향 파장분할다중방식 수동형 광가입자망.
제1항에 있어서,

상기 광가입자 장치는,

상기 지역 노드를 경유하여 상기 중앙 기지국으로부터 광신호 생성을 위한 주입광을 수신하고, 수신한 상기 주입광의 파장과 동일한 파장의 광신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 양방향 파장분할다중방식 수동형 광가입자망.
제1항에 있어서,

상기 광가입자 장치는,

상기 동작용 분배 광선로를 통해 상기 지역 노드로부터 수신되는 광신호의 세기를 측정하는 광신호 모니터;

상기 동작용 분배 광선로 또는 상기 보호용 분배 광선로와 선택적으로 연결되는 광스위칭 소자;

상기 광스위칭 소자에 연결되어 광신호를 송수신하는 제2 광송수신 장치; 및

상기 광신호 모니터에 의하여 측정된 상기 광신호에 장애가 있을 경우 상기 광스위칭 소자를 상기 보호용 분배 광선로와 연결하는 제어 유니트를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 파장분할다중방식 수동형 광가입자망.
제10항에 있어서,

상기 제2 광송수신 장치는,

상기 지역 노드를 경유하여 상기 중앙 기지국으로부터 광신호 생성을 위한 주입광을 수신하고, 수신한 상기 주입광의 파장과 동일한 파장의 광신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 양방향 파장분할다중방식 수동형 광가입자망.
제11항에 있어서,

상기 제2 광송수신 장치는,

전면이 무반사 코팅된 페브리 페롯 레이저 또는 반사형 반도체 광증폭기 (RSOA: reflctive semiconductor optical amplifier)인 것을 특징으로 하는 양방향 파장분할다중방식 수동형 광가입자망.