KR101063012B1

KR101063012B1 - 시분할 다중접속 방식의 수동 광가입자망을 구성하는 광 회선 단말 및 광 회선 단말의 연속모드 수신기

Info

Publication number: KR101063012B1
Application number: KR1020090017033A
Authority: KR
Inventors: 곽성훈
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2008-11-28
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2011-09-07
Also published as: KR20100061266A

Abstract

시분할 다중접속 방식의 수동 광가입자망을 구성하는 OLT 및 OLT의 연속모드 수신기가 개시된다. OLT는 ONU/ONT로부터 상향 전송되는 버스트 신호로부터 클록과 데이터를 복원하기 위한 연속모드(continuous mode)용 신호처리소자들과, 연속모드용 신호처리소자인 클록 데이터 복원 회로(clock data recovery)가 정상상태를 유지할 수 있도록 타이밍 패턴을 제공하는 타이밍 유닛을 포함하는 연속모드 수신기;를 포함한다. 이에 의해 고속의 연속모드 수신기를 갖는 OLT와 버스트모드 송신기를 갖는 ONU/ONT로 TDMA-PON의 상향링크를 구성할 수 있어 고속의 시분할 다중접속 방식의 통신이 가능해진다.

Description

시분할 다중접속 방식의 수동 광가입자망을 구성하는 광 회선 단말 및 광 회선 단말의 연속모드 수신기{OLT system for configuring TDMA-PON and continuous mode receiver of the OLT system}

시분할 다중접속 방식의 수동 광가입자망 시스템에 관한 것으로, 특히 수동 광가입자망 시스템을 구성하는 광 회선 단말(Optical Line Terminal, OLT)에 관한 것이다.

본 연구는 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.[과제명: 광가입자망(FTTH) 서비스 개발 실험 사업]

최근 국내외에서 FTTH(Fiber to the Home) 네트워크의 설치가 빠른 속도로 진행되고 있다. FTTH 네트워크를 기술적 방식으로 구분하면, 크게 AON(Active Optical Network), TDMA-PON(Time Division Multiple Access - Passive Optical Network), WDM-PON(Wavelength Division Multiplexing - Passive Optical Network) 세 가지로 구분된다. 이 세 가지 방식의 FTTH 네트워크 중 TDMA-PON에 대해 살펴본다.

TDMA-PON의 핵심 구성요소는 광 회선 단말(Optical Line Terminal), 수동 광 분배망, 광망 종단 장치(광 네트워크 단말(Optical Network Terminal, ONT) 혹은 광 네트워크 유닛(Optical Network Unit, ONU))이다. 현재 TDMA-PON의 하향링크(OLT 송신, ONU/ONT 수신)는 연속모드(Continuous Mode) 송수신기로 구성되어 있고, 상향링크(ONU/ONT 송신, OLT 수신)는 버스트모드(Burst Mode) 송수신기로 구성되어 있다.

TDMA-PON은 광 파워 스플리터(optical power splitter)를 통해 점대다중점(point to multi-point, P2MP) 형태로 구성되어 있기 때문에 OLT에서 ONU/ONT들까지의 물리적 거리가 각각의 ONU/ONT의 위치에 따라 다를 수밖에 없다. 이로 인해 ONU/ONT의 위치에 따라 광신호의 전송지연 시간과 전송경로 손실이 이 상이하게 된다. 따라서 OLT의 수신기는 ONU/ONT의 위치에 따른 광신호의 전송지연 시간과 전송경로 손실에 무관하게 통신할 수 있어야 한다.

그런데 동일한 속도의 연속모드 수신기와 버스트모드 수신기를 비교해 보면, 연속모드 수신기는 다이나믹 레인지(dynamic range)가 좁다. 또한 전송지연의 편차가 심한 신호들로부터 클록과 데이터를 복원해내기 위해서는 상당히 긴 시간을 필요로 한다. 이러한 연속모드 수신기의 문제점 때문에 현재의 TDMA-PON OLT는 버스트모드 수신기를 갖는다.

한편, 현재 운용중인 TDMA-PON은 프로토콜에 따라 GE-PON(Gigabit Ethernet-PON), G-PON(Gigabit capable PON)로 구분된다. GE-PON의 경우 상향링크 전송속도와 하향링크 전송속도가 1.25Gbps로 동일하다. 그리고 G-PON의 경우 상향링크의 최대 전송속도는 2.5Gbps이며, 하향링크의 최대 전송속도는 1.25Gbps로 비대칭 구조를 갖는다.

IEEE나 FSAN 등의 표준화 단체에서는 2~3년 후 상용시스템 출시를 목표로 10Gbps의 상향/하향링크 전송속도를 제공하는 GE-PON, G-PON 시스템에 대한 표준화를 활발히 진행하고 있다. GE-PON이나 G-PON 모두 하향링크는 연속모드 송수신기로 구성되어 있으므로, 전송속도를 높이는 데는 큰 문제점이 없다. 그러나 상향링크는 버스트모드 송수신기로 구성되어 있기 때문에, 전송속도를 높이는데 문제가 있다. 현재 10Gbps급의 고속 연속모드 송수신기는 이미 개발이 완료되어 메트로망이나 장거리 전송망 시스템에 적용되어 있으나, 2.5Gbps 이상의 고속 버스트모드 송수신기는 기술개발이 진행중이기 때문이다. 특히 고속의 버스트모드 수신기의 경우 기술개발의 속도가 빠르지 않은 편이다. 2000년대 초반에 155Mbps급 또는 622Mbps급 버스트모드 수신기가 상용화된 이후, 2008년 현재 1.25Gbps급 버스트모드 수신기가 상용화되어 운용되고 있는 실정이다.

고속의 연속모드 수신기를 갖는 OLT와 버스트모드 송신기를 갖는 ONU/ONT로 TDMA-PON의 상향링크를 구성함으로써, 고속의 시분할 다중접속 방식의 통신이 가능하도록 함을 목적으로 한다.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 OLT는 ONU/ONT로부터 상향 전송되는 버스트 신호로부터 클록과 데이터를 복원하기 위한 연속모드(continuous mode)용 신호처리소자들과, 연속모드용 신호처리소자인 클록 데이터 복원 회로(clock data recovery)가 정상상태를 유지할 수 있도록 타이밍 패턴을 제공하는 타이밍 유닛을 포함하는 연속모드 수신기;를 포함한다.

본 발명의 일 양상에 따라 타이밍 유닛은 OLT가 파워 온 되는 단계에서 클록 데이터 복원 회로가 초기상태에서 정상상태로 천이하도록 제1타이밍 패턴을 클록 데이터 복원 회로로 공급한다.

본 발명의 일 양상에 따라 타이밍 유닛은 OLT의 디스커버리 프로세스(discovery process) 중에 클록 데이터 복원 회로가 정상 상태를 유지하도록 제2타이밍 패턴을 클록 데이터 복원 회로로 공급한다.

본 발명의 일 양상에 따라 타이밍 유닛은 OLT가 등록된 ONU/ONT들과 통신하는 상태에서 등록된 ONU/ONT들에 대역폭이 할당되지 않은 시간 구간에 클록 데이터 복원 회로가 정상 상태를 유지하도록 제3타이밍 패턴을 클록 데이터 복원 회로로 공급한다.

한편, 전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 TDMA-PON OLT에서 ONU/ONT들로부터 상향 전송되는 버스트 모드의 광신호를 수신하기 위한 연속모드 수신기는 광신호를 수신하여 전기신호로 변환하는 광검출기; 변환된 전기신호를 증폭하는 트랜스임피던스 증폭기; 트랜스임피던스 증폭기에 의해 증폭된 전기신호를 증폭하는 제한 증폭기; 제한 증폭기에 의해 증폭된 신호로부터 클록과 데이터를 복원하는 클록 데이터 복원 회로; 및 클록 데이터 복원 회로(clock data recovery)가 정상상태를 유지할 수 있도록 타이밍 패턴을 제공하는 타이밍 유닛;을 포함한다.

일반적인 연속모드 수신기 구조에 Timing Unit을 추가하여 연속모드 수신기의 클록 데이터 복원 회로가 초기상태로 천이하지 않고 정상상태를 유지할 수 있도록 지속적으로 수신신호를 제공함으로써, ONU/ONT의 버스트 신호를 수신할 수 있도록 한다. 따라서 고속의 연속모드 수신기를 갖는 OLT와 버스트모드 송신기를 갖는 ONU/ONT로 TDMA-PON의 상향링크를 구성할 수 있어 고속의 시분할 다중접속 방식의 통신이 가능해진다. 또한 OLT의 광 수신기를 연속모드 수신기로 구현함으로 인해 버스트모드 수신기를 갖는 OLT와 비교하여 OLT 가격을 저가화하는 부가적인 효과를 창출한다.

전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 종래 TDMA-PON 구성도이다.

TDMA-PON은 크게 OLT(100)와 RN(remote node = optical power splitter)(110) 및 ONU/ONT(120)로 구성된다. OLT(100)는 버스트모드 수신기(burst mode receiver, BM-RX)(101)와 연속모드 송신기(continuous mode transmitter, CM-TX)(102)를 가지며, ONU/ONT(120)는 버스트모드 송신기(burst mode transmitter, BM-TX)(121)와 연속모드 수신기(continuous mode receiver, CM-RX)(122)를 가진다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 TDMA-PON 구성도이다.

전체 구성은 도 1의 TDMA-PON 구성과 동일하게 OLT(200)와 RN(remote node)(210) 및 ONU/ONT(220)로 구성된다. OLT(200)는 연속모드 수신기(continuous mode receiver, CM-RX)(201)와 연속모드 송신기(continuous mode transmitter, CM-TX)(202)를 가지며, ONU/ONT(220)는 버스트모드 송신기(burst mode transmitter, BM-TX)(121)와 연속모드 수신기(continuous mode receiver, CM-RX)(122)를 가진다. 도 1과 비교하였을 때 TDMA-PON의 하드웨어적인 구성의 차이점은 도 1의 OLT(100)는 상향링크에 대하여 버스트모드 수신기로 구성되어 있는 반면에, 도 2의 OLT(200)는 상향링크에 대하여 연속모드 수신기로 구성되어 있다는 점이다.

도 3은 일반적인 연속모드 수신기의 블록도이다.

연속모드 수신기는 광 검출기(photodetector, PD)(300), 트랜스임피던스 증 폭기(transimpedance amplifier, TIA)(310), 제한 증폭기(limiting amplifier, LA)(320), 및 클록 데이터 복원회로(clock data recovery, CDR)(330)를 가진다. TIA(310), LA(320), CDR(330)은 CM용 신호처리소자들이다. TIA(310)는 PD(300)에 의해 변환된 전류 신호를 전압 신호로 변환 및 증폭한다. LA(320)는 TIA(310)에서 수신한 전압 신호를 증폭하여 일정한 출력 레벨을 갖는 신호로 만들어 CDR(330)로 전달한다. 즉 LA(320)는 CDR(330)이 0 혹은 1 신호로 인식할 수 있도록 적절한 전압 레벨을 출력한다. 그러면 CDR(330)이 LA(320)로부터 출력된 신호로부터 데이터와 클록을 복구한다.

도 3에 예시된 일반적인 연속모드 수신기는 연속적인 광신호(Optical Continuous Signal) 수신에 적합한 것으로, 버스트 광신호(Optical Burst Signal) 수신에는 적합하지 않다. 도 2의 OLT(200)의 연속모드 수신기(201)는 ONU/ONT(220)의 버스트모드 송신기(221)에서 상향 전송되는 버스트 광신호를 수신하여야 하므로, 도 3에 예시된 바와 같은 일반적인 연속모드 수신기로 구현되면 정상적으로 수신 신호를 처리할 수 없다.

정상적인 신호 처리를 할 수 없는 이유는, CM 신호처리소자들은 그 특성상 BM 신호처리소자들과 달리 일정 시간 동안 신호가 수신되어야 초기상태에서 정상상태로 천이하기 때문이다. 여기서 초기상태라 함은 정상적인 동작을 수행할 수 없는 상태를 의미하며, 정상상태라 함은 정상적인 동작이 수행 가능한 상태를 의미한다. 도 2와 같은 일반적인 연속모드 수신기는 일정시간 이상 수신신호가 없는 경우 CDR이 동기정보를 상실하게 되어 정상상태에서 초기상태로 천이하고, 초기상태 의 CDR이 정상상태로 천이하여 클록과 데이터를 복원해내기 위해서는 상당히 긴 시간이 필요하게 된다. 따라서 일반적인 연속모드 수신기로는 버스트 신호를 정상적으로 처리할 수 없는 것이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 OLT을 구성하는 연속모드 수신기(201)의 블록도이다.

연속모드 수신기(201)는 PD(400), TIA(410), LA(420), CDR(430), 및 Timing Unit(440)을 포함한다. PD(400), TIA(410), LA(420), CDR(430) 구성들은 도 3의 PD(300), TIA(310), LA(320), 및 CDR(330) 구성들과 동일하다. 다만 TIA(410)의 출력신호가 Timing Unit(440)의 출력신호와 합쳐져서 CDR(430)로 입력되는 구조를 갖고 있다. Timing Unit(440)은 OLT(200)의 컨트롤 유닛으로부터 제어신호(Control)와 클록신호(CLK)를 받아서 타이밍 패턴들을 생성하여 CDR(430)에 제공한다.

도 5는 도 4의 Timing Unit(440)에 의해 생성되는 타이밍 패턴들의 예시도이다.

- 제1타이밍 패턴(IDLE Pattern) : OLT가 POWER-ON 될 때, Timing Unit(440)이 생성하여 출력하는 패턴으로, ‘1’과 ‘0’이 T_p동안 반복된다. OLT가 POWER-ON되는 단계에서는 활성화된 ONU/ONT가 없으므로, PD(400)로 수신되는 광신호가 없는 상태이다. 따라서 Timing Unit(440)이 제공하는 IDLE Pattern을 입력받아 CDR(430)은 초기상태에서 정상상태로 천이하게 된다.

- 제2타이밍 패턴(DISCOVERY Pattern) : 새롭게 POWER-ON된 ONU/ONT를 네트워크에 등록하기 위해서는 디스커버리 프로세스(discovery process)를 수행하여야 한다. Discovery process란 수동형 광 네트워크에 새로운 ONU/ONT가 추가되는 경우 이를 네트워크에 등록하는 절차를 말한다. OLT는 신규 ONU/ONT의 존재 유무를 발견하기 위하여 디스커버리 프로세스를 주기적으로 수행할 수도 있고, 시스템 운영자의 명령에 따라 임의의 순간에 수행할 수도 있다. 그런데 OLT가 디스커버리 프로세스를 수행하기 위해서는 서비스 중(IN-SERVICE)인 ONU/ONT들이 있는 경우, 이들은 데이터 송신을 중단해야 한다. 신규 ONU/ONT는 상향링크에 대한 대역폭을 할당받지 못한 상태이므로, 서비스 중인 ONU/ONT가 디스커버리 프로세서 도중에도 송신을 계속하면, 신규 ONU/ONT의 메시지와 충돌할 수 있기 때문이다. 따라서 OLT가 디스커버리 프로세스를 수행하였을 때, 새롭게 POWER-ON된 ONU/ONT가 존재하지 않을 경우 상향링크로 아무런 광신호도 송신되지 않는다. 이러한 경우 OLT의 연속모드 수신기는 입력신호의 부재로 인해 동기정보를 상실하고 정상상태에서 초기상태로 천이하게 된다.

이를 방지하기 위해 연속모드 수신기(201)의 CDR(430)은 Timing Unit(440)이 제공하는 DISCOVERY Pattern을 입력받음으로써 초기상태로 천이하지 않고 정상상태를 유지할 수 있다. 일 실시예에 있어서, DISCOVERY Pattern은 “1010...”비트열을 T₁ 동안 지속하고 “0000...”비트열을 T₂ 동안 지속하는 것을 (T₁+ T₂)의 주기로 반복함으로써, 새롭게 POWER-ON된 ONU/ONT가 송신하는 메시지와 DISCOVERY Pattern 과의 중첩으로 인한 데이터 유실을 최소화할 수 있다.

- 제3타이밍 패턴(IN-SERVICE Pattern) : OLT가 등록완료된 ONU/ONT들과 시분할 다중접속 방식으로 통신하는 상태에서, Timing Unit(440)이 CDR(430)로 제공하는 타이밍 패턴이다. 등록완료된 ONU/ONT들은 OLT로부터 각자의 시분할 대역폭을 할당받아 상향링크를 통해 상호충돌 없이 통신을 하게 된다. 그러나 대역폭이 할당되지 않은 구간에서는 광신호가 존재하지 않으므로, 이로 인해 OLT(200)의 연속모드 수신기(201)는 동기정보를 상실하고 정상상태에서 초기상태로 천이할 수 있다. 이러한 상황을 방지하기 위하여, Timing Unit(440)은 비어 있는 시간구간에 대하여 “1010...”비트열을 생성하여 구성한 IN-SERVICE Pattern을 제공함으로써 OLT(200)의 연속모드 수신기(201)는 초기상태로 천이하지 않고 정상상태를 유지할 수 있다.

도 4의 세 가지 타이밍 패턴들을 생성하기 위한 T_p, T₁ , T₂ 파라미터들의 값과 서비스 중인 ONU/ONT에 대한 시분할 대역폭 정보는 Timing Unit(440)의 제어신호(Control) 입력채널을 통해 설정, 변경될 수 있다. 즉, OLT(200)의 컨트롤 유닛은 Timing Unit(440)의 입력채널을 통해 T_p, T₁ , T₂ 파라미터들의 값과 서비스 중인 ONU/ONT에 대한 시분할 대역폭 정보를 설정 및 변경할 수 있다. 설정 및 변경은 운용자 명령에 따를 수 있다.

참고로 본 발명에 의한 OLT의 수신기 구조는 수신기의 Dynamic Range 성능에는 아무런 영향을 미치지 않으므로, 상이한 전송경로 손실에 따른 광신호 세기의 편차로 인한 문제점은 별도의 방법으로 해결되어야 함을 밝혀둔다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 종래 TDMA-PON 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 TDMA-PON 구성도.

도 3은 일반적인 연속모드 수신기의 블록도.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 OLT을 구성하는 연속모드 수신기의 블록도.

도 5는 도 4의 타이밍 유닛에 의해 제공되는 타이밍 패턴들의 예시도.

Claims

시분할 다중접속 방식의 광가입자망을 구성하는 광 회선 단말(Optical Line Terminal)에 있어서,

광망 종단 장치로부터 상향 전송되는 버스트 신호로부터 클록과 데이터를 복원하기 위한 연속모드(continuous mode)용 신호처리소자들과, 상기 연속모드용 신호처리소자인 클록 데이터 복원 회로(clock data recovery)가 정상상태를 유지할 수 있도록 타이밍 패턴을 제공하는 타이밍 유닛을 포함하는 연속모드 수신기;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 회선 단말 시스템.
제1항에 있어서,

상기 타이밍 유닛은 상기 광 회선 단말이 파워 온 되는 단계에서 상기 클록 데이터 복원 회로가 초기상태에서 정상상태로 천이하도록 제1타이밍 패턴을 상기 클록 데이터 복원 회로로 공급함을 특징으로 하는 광 회선 단말 시스템.
제1항에 있어서,

상기 타이밍 유닛은 상기 광 회선 단말의 디스커버리 프로세스(discovery process) 중에 상기 클록 데이터 복원 회로가 정상 상태를 유지하도록 제2타이밍 패턴을 상기 클록 데이터 복원 회로로 공급함을 특징으로 하는 광 회선 단말 시스템.
제3항에 있어서,

상기 타이밍 유닛은 제1비트패턴의 비트열 길이를 지정한 파라미터와 제2비트패턴의 비트열 길이를 지정한 파라미터를 가지고 상기 제1비트패턴과 상기 제2비트패턴이 반복되는 상기 제2타이밍 패턴을 생성함을 특징으로 하는 광 회선 단말 시스템.
제4항에 있어서,

상기 제1비트패턴은 1비트와 0비트가 반복되는 비트패턴이며, 상기 제2비트패턴은 0비트가 반복되는 비트패턴임을 특징으로 하는 광 회선 단말 시스템.
제1항에 있어서,

상기 타이밍 유닛은 상기 광 회선 단말이 등록된 광망 종단 장치들과 통신하는 상태에서 상기 등록된 광망 종단 장치들에 대역폭이 할당되지 않은 시간 구간에 상기 클록 데이터 복원 회로가 정상 상태를 유지하도록 제3타이밍 패턴을 상기 클록 데이터 복원 회로로 공급함을 특징으로 하는 광 회선 단말 시스템.
시분할 다중접속 방식의 광가입자망을 구성하는 광 회선 단말이 광망 종단 장치로부터 상향 전송되는 버스트 모드의 광신호를 수신하기 위한 수신기에 있어 서,

상기 광신호를 수신하여 전기신호로 변환하는 광검출기;

상기 변환된 전기신호를 증폭하는 트랜스임피던스 증폭기;

상기 트랜스임피던스 증폭기에 의해 증폭된 전기신호를 증폭하는 제한 증폭기;

상기 제한 증폭기에 의해 증폭된 신호로부터 클록과 데이터를 복원하는 클록 데이터 복원 회로; 및

상기 클록 데이터 복원 회로(clock data recovery)가 정상상태를 유지할 수 있도록 타이밍 패턴을 제공하는 타이밍 유닛;

을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속모드 수신기.
제7항에 있어서,

상기 타이밍 유닛은 상기 광 회선 단말이 파워 온 되는 단계에서 상기 클록 데이터 복원 회로가 초기상태에서 정상상태로 천이하도록 제1타이밍 패턴을 상기 클록 데이터 복원 회로로 공급함을 특징으로 하는 연속모드 수신기.
제7항에 있어서,

상기 타이밍 유닛은 상기 광 회선 단말의 디스커버리 프로세스(discovery process) 중에 상기 클록 데이터 복원 회로가 정상 상태를 유지하도록 제2타이밍 패턴을 상기 클록 데이터 복원 회로로 공급함을 특징으로 하는 연속모드 수신기.
제7항에 있어서,

상기 타이밍 유닛은 상기 광 회선 단말과 등록된 광망 종단 장치들이 통신하는 상태에서 상기 등록된 광망 종단 장치들에 대역폭이 할당되지 않은 시간 구간에 상기 클록 데이터 복원 회로가 정상 상태를 유지하도록 제3타이밍 패턴을 상기 클록 데이터 복원 회로로 공급함을 특징으로 하는 연속모드 수신기.