KR101103686B1 - 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망 시스템, 및 데이터 전송 방법 - Google Patents

파장 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망 시스템, 및 데이터 전송 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 colorless 용 광대역 반도체 광원을 사용하고자 하는 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망 시스템과 이에 구비되는 중앙 기지국과 가입자망 사이의 데이터 전송 방법에 관한 것으로, 특정 파장을 반사하는 부분 반사체와 반사체에 의해 반사된 반사광에 의해 특정 파장으로 자체 잠김되는 저가용 광대역 반도체 광원을 주 광원으로 이용하고 신호 변조를 위해 또 다른 광대역 반도체 광원을 외부 변조기능을 가지는 보조 광원으로 활용하는 방법으로, 주 광원은 보조 광원에 주입 잠김 되어 증폭되며, 보조 광원의 파장은 주 광원의 파장으로 잠김 됨으로써 잡음없이 변조되고, WDM-PON에 필요한 파장으로 발진하여 장거리 전송이 가능한 WDM-PON 시스템 및 데이터 전송 방법에 관한 것이다.

Description

파장 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망 시스템, 및 데이터 전송 방법{SYSTEM OF WAVELENGTH DIVISION MULTIPLEXING PASSIVE OPTICAL NETWORK, AND DATA TRANSFER METHOD THEREOF}
본 발명은 colorless 용 광대역 반도체 광원을 사용하고자 하는 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망(wavelength division multiplewxing passive optical network; WDM-PON, 이하 WDN-PDN) 시스템과 이에 구비되는 중앙 기지국과 가입자망 사이의 데이터 전송 방법에 관한 것으로, 특정 파장을 반사하는 부분 반사체와 반사체에 의해 반사된 반사광에 의해 특정 파장으로 자체 잠김되는 저가용 광대역 반도체 광원을 주 광원으로 이용하고 신호 변조를 위해 또 다른 광대역 반도체 광원을 외부 변조기능을 가지는 보조 광원으로 활용하는 방법으로, 주 광원은 보조 광원에 주입 잠김 되어 증폭되며, 보조 광원의 파장은 주 광원의 파장으로 잠김 됨으로써 잡음없이 변조되고, WDM-PON에 필요한 파장으로 발진하여 장거리 전송이 가능한 WDM-PON 시스템 및 데이터 전송 방법에 관한 것이다.
인터넷의 급속한 확산으로 인해 음성, 텍스트, 영상, 화상 등 복잡하고 다양한 서비스 공급에 대한 수요가 증가하였으며, 결과로서 가입자망의 고속화가 불가피하게 되었다. 이를 해결하기 위한 방법으로 전화국에서 서비스 이용자 사이를 광섬유로 연결하는 FTTH(fiber to the home) 기술이 전 세계적으로 활발히 연구 개발되어 왔으며 시범망으로서 운용 중에 있다.
광을 기반으로 하는 가입자망 가운데 기존의 시간 도메인 방식인 시분할 다중화(time division multiplexing: TDM, 이하 TDM)는 전송 용량의 확장 한계라는 단점을 갖는다. 이와 같은 TDM 방식의 단점을 극복하기 위해 파장 분할 다중화(wavelength division multiplexing: WDM) 기반의 FTTH, 즉 WDM-PON 시스템이 고안되었는데, 이와 같은 WDM-PON 시스템은 가입자마다 각각 다른 파장을 할당하여 광원의 변조와 복조가 가입자 하나만을 위해 이루어짐으로써 전송용량 증대와 보안성 및 확장성에서 장점을 제공한다.
WDM-PON은 상향 데이터 전송에 사용되는 광 신호의 파장을 광 가입자(optical network unit: ONU)에 따라 구별하고 하향 데이터 전송에 사용되는 광 신호의 파장을 중앙 기지국(central office: CO) 또는 기지국 송신단(optical line terminal: OLT)에 따라 구별함으로써 정해진 각각의 파장을 사용하여 통신을 이루며 복수의 광 가입자를 그룹화하여 엑세스를 제공하는 전송방식을 의미한다. 따라서, WDM-PON 시스템에서는 광 신호 분배기(역다중화기)를 이용하여 커플링된 다파장의 광 신호를 각각의 물리적 링크에서 분배하고 WDM 다중화기를 통해 상/하향 채널의 다중화가 이루어진다.
그러나, WDM-PON은 가입자별 파장 할당으로 인해 고유의 파장을 갖는 광원이 필요한데 각각의 광원으로 DFB-LD(distributed feedback-laser diode)를 적용할 경우 경제성이 떨어지고, 가입자 수에 해당되는 서로 다른 파장의 DFB-LD를 보유해야 하는 어려움을 가진다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 스펙트럼 분할 광원(spectrum-sliced LED)을 쓰거나, 페브리 페롯 레이저 다이오드(fabry perot laser diode; FP-LD, 이하 FP-LD) 또는 반사형 반도체 광증폭기(reflective semiconductor optical amplifier; RSOA, 이하 RSOA)에 ASE (amplified spontaneous emission) 등을 주입하는 주입 잠김 광원을 사용하는 방식이 제안되었다. 하지만 이러한 방식들은 스펙트럼 분할 시에 손실되는 파워가 크고 중앙기지국에 고가의 광대역 광원을 추가로 설치해야 한다는 단점이 있으며, 본래 광대역 광원이 갖는 잡음이 전대역에 걸쳐 존재하기 때문에 신호변조 시 출력신호의 잡음특성 역시 크게 떨어진다는 점 또한 데이터를 장거리 전송하는데 단점으로 작용한다.
이러한 단점을 해결하기 위하여 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0068106호는 중앙 기지국 및 가입자단의 광송신기에 RSOA를 사용하고 2 종류의 광대역 광원(broadband light source: BLS)을 국사에 장치하되, 한 종류의 BLS는 중앙 기지국에 위치한 RSOA에 씨앗광원(seed light)을 제공하고 다른 한 종류의 BLS는 가입자단에 장착된 RSOA에게 씨앗광원을 제공한다. 그리고, 상기 공개특허공보는 별도의 스펙트럼 분할된 상태의 광을 중앙 기지국 및 가입자단의 RSOA에 주입하면 주입된 파장의 광만 증폭되고 그 외 파장의 광은 억압되는 파장 잠금(wavelength locking) 방식이 사용된다. 상기 공개특허공보에 따르면 스펙트럼 분할 과정에서 광파워의 손실을 감수할 수밖에 없게 되어서 씨앗광원의 광 파워를 일정 수준 이상으로 높여야 하나 최대 출력에 의해 제한되는 단점을 가진다.
반면, 외부에서 FP-LD나 RSOA에 씨앗광원을 주입하는 대신에 RSOA 앞단에 브라그 격자와 같이 특정 파장을 반사하는 반사체를 두고 반사광에 의하여 자체 잠김되는 광원을 이용함으로써 고가의 씨앗광원을 없애고 각 가입자에 파장을 할당하여 복잡성이 크게 줄어든 방식이 제안되었다. 하지만 상기의 방식은 RSOA가 직접 신호를 변조하는 방식을 택하고 있어 자체 잠김을 위해 반사된 광 역시 CW(continuous wave)가 아닌 변조된 신호가 RSOA로 재입력되기 때문에 변조하고자 하는 신호에 영향을 주어 잡음이 증가한 광신호가 하향 또는 상향으로 전송되며, 결과로서 파워 페널티(power penalty)가 크게 증가하여 전송거리를 제한하는 단점을 가진다.
본 발명은 외부 씨앗광원 모듈 자체에서 스펙트럼 분할이 된 상태의 광을 송신하여 가입자별 파장을 할당할 때 발생하는 종래 기술의 문제, 그리고 자체 잠김되는 광원을 직접 변조할 때 발생하는 잡음으로 인한 파워 페널티의 증가와 같은 문제를 고려하여 중앙 기지국 및 가입자단의 광송신기에 특정한 파장의 광신호를 반사하는 부분 반사체와 반사체에 의해 반사된 반사광에 의해 특정 파장으로 자체 잠김되는 광대역 반도체 광원을 씨앗광원 구조로 도입하고 여기서 생성된 씨앗광원을 외부 변조기능을 갖는 또 다른 광대역 반도체 광원에 주입 잠김시켜 씨앗광원을 증폭하고 신호 변조시킴으로써, 광신호의 출력파워를 충분히 확보하고 장거리 전송이 가능할 뿐만 아니라 중앙 기지국에 추가적인 광대역 광원을 설치할 필요가 없으므로, 광원이 고장 나는 경우에도 상향 광신호 전송이 가능한 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망 시스템 및 데이터 전송 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망 시스템은, 하향 광신호 전송을 위한 광송신기들과 상향 광신호를 수신하기 위한 광수신기들을 포함하는 중앙기지국(OLT); 상기 중앙기지국으로부터 하향 광신호를 수신하는 광수신기들과 중앙기지국으로 상향 광신호를 전송하는 광송신기들을 포함하는 가입자단(ONU); 및 상기 중앙 기지국 및 가입자단 사이에서 하향 광신호를 역다중화하여 가입자단으로 보내거나, 상향 광신호를 다중화하여 중앙기지국으로 보내는 옥외 노드(RN); 를 포함하여 구성된다. 그리고, 상기 중앙기지국의 광송신기들과 가입자단의 광송신기들은, 특정한 파장의 광신호 일부를 반사하는 반사체; 광대역 파장의 광신호를 발생시켜 상기 반사체에 의해 특정 파장으로 반사되는 광신호를 입력받고 상기 입력된 광신호가 갖는 파장으로 주발진하여 씨앗광원을 생성하는 제 1 광대역광원; 및 상기 제 1 광대역광원으로부터의 씨앗광원의 파워를 증폭시키고 데이터를 실어 하향 또는 상향 광신호로서 송출하는 제 2 광대역광원; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망 시스템의 데이터 전송 방법은, 중앙기지국, 옥외노드 및 가입자단을 포함하고, 상기 중앙기지국과 가입자단은 다수의 광송신기와 다수의 광수신기를 포함하는 파장 분할 다중화 방식의 광가입자망 시스템에 있어서, 상기 광송신기의 제 1 광대역광원에서 광대역 파장의 광신호를 발생시키는 단계; 상기 광송신기의 반사체는 제 1 광대역광원으로부터의 광신호를 입력받아 특정 파장의 광신호를 반사시키는 단계; 상기 광송신기의 제 1 광대역광원은 반사체로부터의 반사광을 입력받아 반사광이 갖는 파장으로 주발진하여 씨앗 광원을 생성하는 단계; 및 상기 광송신기의 제 2 광대역광원은 제 1 광대역광원으로부터의 씨앗 광원을 주입받아 증폭하고 데이터를 실어 하향 또는 상향 광신호로서 송출하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망 시스템에서 중앙 기지국 및 가입자단의 광송신기 안에 특정 파장의 광신호를 반사하는 반사체와 반사체에 의해 반사되는 반사광이 갖는 파장으로 자체 잠김된 상태로 주발진하는 저가용 광대역 반도체 광원을 사용하여 내부 씨앗광원을 생성하고 상기 생성된 씨앗광원을 외부 변조기능을 갖는 또 다른 저가용 광대역 반도체 광원에 주입 잠김시켜 잡음신호를 감소시킴으로써, 변조된 하향 및 상향 전송 신호의 품질을 개선시키고 장거리 전송을 가능하게 하는 장점이 있다.
본 발명에서 사용되는 광대역 반도체 광원은 광대역 파장을 가지고 있으므로 반사체의 파장을 바꿈으로써 주발진 파장을 바꿀 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 중앙 기지국에 고가의 씨앗광원을 사용할 필요가 없으므로, 씨앗광원의 고장 시에도 전체 가입자단의 광원이 죽는 경우를 피할 수 있으며, 씨앗광원의 출력 제한에 상관없이 가입자단의 수를 증가시킬 수 있어 경제적인 망을 구성할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망 시스템을 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망 시스템에서 상향 및 하향 데이터 전송 방법을 나타내는 흐름도.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망 시스템을 나타내는 블록도.
도 4a와 도 4b는 본 발명의 제 1 실시예를 이용한 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망에서 622Mbit/s의 속도로 변조된 광신호의 아이다이어그램(eye diagram)과 상향 및 하향 전송 후 수신된 광신호의 출력에 따라 측정된 비트 에러율(BER: bit-error-rate)을 나타내는 참고도이다.
도 5a와 5b는 본 발명의 제 1 실시예를 이용한 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망에서 1.25Gbit/s의 속도로 변조된 광신호의 아이다이어그램(eye diagram)과 상향 및 하향 전송 후 수신된 광신호의 출력에 따라 측정된 비트 에러율(BER: bit-error-rate)을 나타내는 참고도이다.
이하에서는 본 발명의 도면과 실시예를 참조하여 본 발명의 자체 잠김되는 광원을 이용한 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망 시스템 및 데이터 전송 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망(이하 WDM-PON) 시스템에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 자체 잠김된 광대역 반도체 광원을 씨앗광원으로 이용하고 또 다른 광대역 반도체 광원을 외부 변조용으로 이용하여 데이터를 전송하는 WDM-PON 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 WDM-PON 시스템은 중앙기지국(100), 가입자단(300) 및 옥외 노드(200)를 포함하여 구성된다.
상기 중앙기지국(100)은 하향 광신호를 가입자단(300)에 전송하고 가입자단(300)으로부터 상향 광신호를 수신하며, 상기 가입자단(300)은 중앙기지국(100)으로부터 하향 광신호를 수신하고 중앙기지국(100)으로 상향 광신호를 전송하고, 상기 옥외 노드(200)는 중앙 기지국(100)과 가입자단(300) 사이에서 하향 광신호를 역다중화하여 가입자단(300)으로 보내거나 상향 광신호를 다중화하여 중앙기지국(100)으로 보낸다. 그리고, 상기 중앙 기지국(100)과 옥외 노드(200)는 피더 섬유(feeder fiber)에 의하여 연결된다.
상기 중앙 기지국(100)은 광 가입자의 수(N)에 따른 N개의 광송수신기 및 광다중화/광역다중화기(140)를 포함한다.
상기 중앙 기지국(100)의 광송수신기 각각은 하향 데이터를 실은 하향 광신호를 송출하는 N개의 광송신기들(110-1, 110-2, ... , 110-N)과 상향 광신호를 수신하는 N개의 광수신기들(120-1, 120-2, ... , 120-N)로 구성되어 있으며, 광송수신기 각각은 파장필터(130-1, 130-2, ... , 130-N)를 통해 하향 광신호와 상향 광신호를 분리한다. 이하의 설명에서는 편의상 중앙 기지국의 광송신기의 부호는 110, 광수신기의 부호는 120, 그리고 파장필터의 부호는 130으로 간략히 기재한다.
상기 중앙 기지국(100)의 광송신기(110)는, 씨앗광원 생성을 위한 광대역 파장의 광신호를 발진시키는 N개의 제 1 RSOA(reflective semiconductor optical amplifier, 112-1, 112-2, ... , 112-N)와, 제 1 RSOA(112-1, 112-2, ... , 112-N)의 출력측에 위치하며 특정 파장의 광신호를 반사시키는 서로 다른 N개의 반사체(113-1, 113-2, ... , 113-N)와, 생성된 씨앗광원의 파워를 증폭시키고 데이터를 실어 이를 하향 광신호로서 송출하는 N개의 제 2 RSOA(111-1, 111-2, ... , 111-N) 및, 제 1 RSOA(112-1, 112-2, ... , 112-N)에서 출력된 씨앗 광원을 제 2 RSOA(111-1, 111-2, ... , 111-N)으로 보내주고 제 2 RSOA(111-1, 111-2, ... , 111-N)에서 출력된 하향 광신호를 하향으로 보내는 N개의 광순환기, 즉 써큘레이터(114-1, 114-2, ... , 114-N)를 포함한다. 이하의 설명에서는 편의상 중앙 기지국의 제 1 RSOA의 부호는 112, 반사체의 부호는 113, 제 2 RSOA의 부호는 111, 그리고 써큘레이터의 부호는 114로 간략히 기재한다.
이와 같은 구성을 가지는 중앙 기지국(110)의 광송신기(110)의 동작은 다음과 같다.
상기 제 1 RSOA(112)에 의해 발진된 광대역의 광신호가 반사체(113)에 입력되면 반사체(113)에 의해 특정 파장의 광신호가 반사되어 다시 제 1 RSOA(112)로 입력되며, 이로 인해 제 1 RSOA(112)는 입력된 광신호의 파장 대역으로 주발진하는 자체 잠김(self-injection locking) 상태가 된다. 이때, 자체 잠김된 제 1 RSOA(112)는 단일 파장의 레이저 다이오드와 유사한 스펙트럼을 갖는 광신호를 생성하는데, 상기 생성된 광신호는 써큘레이터(114)의 1번 포트에 입력되어 2번 포트를 통해 출력되며, 상기 써큘레이터(114)의 2번 포트에서 출력된 광신호는 제 2 RSOA(111)로 입력되어 증폭되고 각각의 하향 데이터(Di, i=1~N)에 의해서 변조되어 하향 광신호로서 출력된다. 상기 제 2 RSOA(111)에서 출력된 하향 광신호는 써큘레이터(114)의 2번 포트로 입력되어 3번 포트로 출력되고, 다시 파장필터(130)의 1번 포트로 입력되어 2번 포트를 통해 출력된다. 상기 파장필터(130)로부터 출력된 하향 광신호는 다른 광송신기(110)로부터 출력된 하향 광신호들과 함께 광다중화/광역다중화기(140)에서 파장 다중화된 후에 피더 섬유(feeder fiber)를 통하고 옥외 노드(200)를 거쳐 가입자단(300)으로 전송되게 된다.
그리고, 상기 중앙기지국(100)은 가입자단(300)으로부터 올라온 파장 다중화된 상향 광신호들이 광다중화/광역다중화기(140)에 입력되어 파장이 분리되고, 각각의 파장 분리된 광신호는 파장필터(130)의 2번 포트로 입력되어 3번 포트로 출력되고 광수신기(120)에 입력되어 상향 전기신호(Ui, i=1~N)로 변환된다. 상기 광수신기(120)는 일 예로서 PIN-PD(P-I-N photodiode) 또는 APD(avalanche photodiode)를 이용하여 구현될 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예에서는 자체 변조할 수 있는 RSOA를 광원의 일 예로서 채택하고 있지만, RSOA이외에 페브리 페롯 레이저 다이오드(FP-LD), 수직 공동 표면 발광 레이저(VCSEL)를 사용하는 것도 충분히 가능하다.
그리고, 상기 제 1 RSOA(112)은 출력단면이 AR(anti-reflection) 코팅이 되도록 형성될 수 있는데, 이 경우에 제 1 RSOA(112)에서 발진된 광대역 광신호가 반사체(113)에 한 주입 잠금이 원활히 이루어져서 단일 파장으로 발진하도록 할 수 있다. 또한, 상기 제 2 RSOA(111)도 출력단면이 AR(anti-reflection) 코팅이 되도록 형성될 수 있으며, 제 1 RSOA(112)로부터의 씨앗광원이 제 2 RSOA(111)로 원활히 주입될 수 있다.
한편, 상기 중앙기지국(100)의 광다중화/광역다중화기(140)는 서로 다른 파장으로 된 하향 광신호들을 파장 다중화하고 이를 옥외 노드(200) 내의 광다중화/광역다중화기(210)에 전달하며 광다중화/광역다중화기(210)로부터 전달되는 파장다중화된 상향 광신호의 파장을 분리하는 역할을 한다. 이와 같은 광다중화/광역다중화기(140)는 일 예로서 도파로형 열격자(AWG: Arrayed Waveguide Grating), 도파로형 격자 라우터(WGR: Waveguide Grating Router), 또는 박막 필터(TFF: thin film filter) 등을 사용하여 구현될 수 있다.
상기 옥외 노드(200)는 광다중화/광역다중화기(210)를 포함하여 구성되며, 광다중화/광역다중화기(210)는 중앙 기지국(100)으로부터 내려오는 하향 광신호를 가입자단(300)으로 역다중화하거나 가입자단(300)으로부터 올라오는 서로 다른 파장의 광신호들을 다중화하는 역할을 한다. 이와 같은 광다중화/광역다중화기(210)는 일 예로서 도파로형 열격자, 도파로형 격자 라우터, 또는 박막 필터로 등을 사용하여 구현될 수 있다.
상기와 같은 옥외 노드(200)를 통해 중앙 기지국(100)과 연결된 가입자단(300)은 옥외 노드(200) 내의 광다중화/광역다중화기(210)에 상향 광신호를 제공하며, 광다중화/광역다중화기(210)로부터의 하향 광신호를 수신한다.
상기 가입자단(300)은 광가입자의 수(N)에 따라 상향 데이터를 실은 상향 광신호를 송출하는 N개의 광송신기들(310-1, 310-2, ... , 310-N)과, 하향 광신호를 수신하는 N개의 광수신기들(320-1, 320-2, ... , 320-N), 및 상향 광신호와 하향 광신호를 분리하는 N개의 파장필터(330-1, 330-2, ... , 330-N)로 구성되어 있다. 이하의 설명에서는 편의상 가입자단의 광송신기의 부호는 310, 광수신기의 부호는 320, 그리고 파장필터의 부호는 330으로 간략히 기재한다.
상기 가입자단(300)의 광송신기(310)는, 씨앗광원 생성을 위한 광대역 파장의 광신호를 발진시키는 N개의 제 1 RSOA(312-1, 312-2, ... , 312-N)와, 제 1 RSOA(312-1, 312-2, ... , 312-N)의 출력측에 위치하며 특정 파장의 광신호를 반사시키는 서로 다른 N개의 반사체(313-1, 313-2, ... , 313-N)와, 생성된 씨앗광원의 파워를 증폭시키고 데이터를 실어 이를 상향 광신호로서 송출하는 N개의 제 2 RSOA(311-1, 311-2, ... , 311-N) 및, 제 1 RSOA에서 출력된 씨앗광원을 제 2 RSOA(311-1, 311-2, ... , 311-N)로 보내주고 제 2 RSOA(311-1, 311-2, ... , 311-N)에서 출력된 상향 광신호를 상향으로 보내는 N개의 광순환기, 즉 써큘레이터(314-1, 314-2, ... , 314-N)를 포함한다. 이하의 설명에서는 편의상 가입자단의 제 1 RSOA의 부호는 312, 반사체의 부호는 313, 제 2 RSOA의 부호는 311, 그리고 써큘레이터의 부호는 314로 간략히 기재한다.
이와 같은 구성을 가지는 가입자단(300)의 광송신기(310)의 동작은 다음과 같다.
상기 제 1 RSOA(312)에 의해 발진된 광대역의 광신호가 반사체(313)에 입력되면 반사체(313)에 의해 특정 파장의 광신호가 반사되어 다시 제 1 RSOA(312)로 입력되며, 이로 인해 제 1 RSOA(312)는 입력된 광신호의 파장 대역으로 주발진하는 자체 잠김(self-injection locking) 상태가 된다. 이때, 자체 잠김된 제 1 RSOA(312)는 단일 파장의 레이저 다이오드와 유사한 스펙트럼을 갖는 광신호를 생성하는데, 상기 생성된 광신호는 써큘레이터(314)의 1번 포트에 입력되어 2번 포트로 출력되며, 상기 써큘레이터(314)의 2번 포트에서 출력된 광신호는 제 2 RSOA(311)로 입력되어 증폭되고 각각의 상향 데이터(Ui, i=1~N)에 의해서 변조되어 상향 광신호로서 출력된다. 상기 제 2 RSOA(311)에서 출력된 상향 광신호는 써큘레이터(314)의 2번 포트로 입력되어 3번 포트로 출력되고, 다시 파장필터(330)의 1번 포트로 입력되어 2번 포트로 출력된다. 상기 파장필터(130)로부터 출력된 상향 광신호는 다른 광송신기(310)로부터 출력된 상향 광신호들과 함께 옥외 노드(200)의 광다중화/광역다중화기(210)에서 파장 다중화된 후에 피더 섬유(feeder fiber)를 통해 중앙 기지국(100)으로 전송되게 된다.
그리고, 상기 가입자단(300)은 중앙 기지국(100)으로부터 내려온 파장 다중화된 하향 광신호들이 옥외 노드(200)의 광다중화/광역다중화기(210)에 입력되어 파장이 분리되고, 각각의 파장 분리된 광신호는 파장필터(330)의 2번 포트로 입력되어 3번 포트로 출력되고 광수신기(320)에 입력되어 하향 전기신호(Di, i=1~N)로 변환된다. 상기 광수신기(320)는 일 예로서 PIN-PD(P-I-N photodiode) 또는 APD(avalanche photodiode)를 이용하여 구현될 수 있다.
상기 제 1 RSOA(312)은 출력단면이 AR(anti-reflection) 코팅이 되도록 형성될 수 있으며, 이 경우에 제 1 RSOA(312)에서 발진된 광대역 광신호가 반사체(313)에 의한 주입 잠금이 원활히 이루어져서 단일 파장으로 발진하도록 할 수 있다. 또한, 상기 제 2 RSOA(311)도 출력단면이 AR(anti-reflection) 코팅이 되도록 형성될 수 있으며, 제 1 RSOA(312)로부터의 씨앗 광원이 제 2 RSOA(311)로 원활히 주입될 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망 시스템의 데이터 전송 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망의 데이터 전송 방법을 나타내는 흐름도이다. 본 발명의 데이터 전송 방법은 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망 시스템에서 시계열적으로 처리되는 하기의 단계들을 포함한다.
우선, 중앙기지국(100)에서 가입자단(300)으로의 데이터 전송 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제 1 RSOA(112)는 광대역 파장의 광신호를 발생시킨다.(1100단계)
이때, 상기 제 1 RSOA(112)는 주입되는 광이 갖는 파장으로 주발진하는 자체 잠김형 광원으로서 RSOA 이외에도 페브리 페롯 레이저 다이오드(이하 FP-LD), 수직 공통 표면 발광 레이저(이하 VCSEL)를 광원으로 사용할 수도 있다.
다음으로, 상기 제 1 RSOA(112)는 특정 파장의 광신호를 반사하는 반사체(113)에 상기 생성된 광신호를 전달한다.(1200단계)
다음으로, 상기 반사체(113)는 제 1 RSOA(112)에서 생성된 광대역 파장의 광신호 중에 특정 파장의 광신호를 반사시키고, 제 1 RSOA(112)는 상기 반사체(113)로부터의 반사광을 주입받는다.(1300단계)
다음으로, 상기 제 1 RSOA(112)는 반사체(113)에 의해 반사되어 주입되는 광신호가 갖는 파장으로 자체 잠김되고 상기 파장을 중심 파장으로 하여 주발진하여 씨앗광원을 생성한다.(1400단계)
다음으로, 상기 제 2 RSOA(111)은 제 1 RSOA(112)로부터의 씨앗광원을 광순환기(114)를 통해 주입받아서 증폭하고 하향 데이터를 실어서 하향 광신호로서 송출한다. (1500단계)
다음으로, 상기 제 2 RSOA(111)로부터의 하향 광신호는 광순환기(114), 파장필터(130), 광다중화/광역다중화기(140) 및 옥외 노드(200)를 거쳐서 광가입자단(300)에게 전송된다. (1600단계)
이하, 가입자단(300)에서 중앙기지국(100)으로의 데이터 전송 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제 1 RSOA(312)는 광대역 파장의 광신호를 발생시킨다.(1100단계)
이때, 상기 제 1 RSOA(312)는 주입되는 광이 갖는 파장으로 주발진하는 자체 잠김형 광원으로서 RSOA 이외에도 페브리 페롯 레이저 다이오드(이하 FP-LD), 수직 공통 표면 발광 레이저(이하 VCSEL)를 광원으로 사용할 수도 있다.
다음으로, 상기 제 1 RSOA(312)는 특정 파장의 광신호를 반사하는 반사체(313)에 상기 생성된 광신호를 전달한다.(1200단계)
다음으로, 상기 반사체(313)는 제 1 RSOA(312)에서 생성된 광대역 파장의 광신호 중에 특정 파장의 광신호를 반사시키고, 제 1 RSOA(312)는 상기 반사체(313)로부터의 반사광을 주입받는다.(1300단계)
다음으로, 상기 제 1 RSOA(312)는 반사체(313)에 의해 반사되어 주입되는 광신호가 갖는 파장으로 자체 잠김되고 상기 파장을 중심 파장으로 하여 주발진하여 씨앗광원을 생성한다.(1400단계)
다음으로, 상기 제 2 RSOA(311)은 제 1 RSOA(312)로부터의 씨앗광원을 광순환기(314)를 통해 주입받아서 증폭하고 상향 데이터를 실어서 상향 광신호로서 송출한다. (1500단계)
다음으로, 상기 제 2 RSOA(311)로부터의 상향 광신호는 광순환기(314), 파장필터(330), 옥외 노드(200)를 거쳐서 중앙기지국(100)에 전송된다. (1600단계)
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 파장 분할 다중화 방식의 광가입자망 시스템 및 데이터 전송 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 자체 잠김된 광대역 반도체 광원을 씨앗광원으로 이용하고 외부 변조용 광대역 반도체 광원을 광신호 전달을 위해 이용하는 WDM-PON 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 WDM-PON 시스템은 기본적으로 상술한 본 발명의 제 1 실시예와 유사한 구조를 가진다. 그러나, 중앙 기지국(100)의 광송신기(110)와 가입자단(300)의 광송신기(310)에서 제 1 RSOA(112, 312)와 반사체(113, 313)를 통해 자체 잠김되는 씨앗광원을 생성하는 연결 구조가 다르다.
본 발명의 제 1 실시예에서는 씨앗광원을 얻기 위해 제 1 RSOA(112, 312) 앞에 반사체(113, 313)를 직렬로 연결하여 반사체(113, 313)에 의해 반사된 파장 대역으로 주발진하는 씨앗광원을 생성하는 구조를 갖는데 비해서, 본 발명의 제 2 실시예에서는 씨앗광원을 생성하기 위해 제 1 RSOA(112, 312) 앞에 커플러(115, 315)를 두고 그 뒤에 반사체(113, 313)를 연결함으로써 반사체(113, 313)에 의해 반사된 파장의 광신호가 커플러(115, 315)를 통해 제 1 RSOA(112, 312)로 입력됨으로써 주발진하는 씨앗광원을 생성하는 구조를 갖는다. 그 외의 부분에 대한 내용은 상술한 본 발명의 제 1 실시예에 대한 설명과 동일하므로 생략하도록 하며, 도 3에서 커플러(115, 315)를 제외한 다른 구성 요소의 부호는 본 발명의 제 1 실시예에 대한 도면인 도 1과 동일하게 기재하였다.
본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 WDM-PON 시스템의 구성이 제 1 실시예에 따른 WDM-PON 시스템과는 상술한 바와 같은 차이점이 있으므로, 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 WDM-PON 시스템의 데이터 전송 방법은 반사체(113)로부터의 반사광이 광커플러(115, 315)를 통해 제 1 RSOA(112)로 입력된다는 것에 있어서 제 1 실시예와 차이가 있다.
이하, 상술한 바와 같은 본 발명의 효과를 도 4와 도 5를 참조하여 증명하고자 한다.
도 4a와 도 4b는 본 발명의 제 1 실시예를 이용한 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망에서 622Mbit/s의 속도로 변조된 광신호의 아이다이어그램(eye diagram)과 상향 및 하향 전송 후 APD(avalance photodiode) 광수신기를 이용하여 수신된 광신호의 출력에 따라 측정된 비트 에러율(BER: bit-error-rate)을 나타내는 참고도이다. 도 4에서 사각형은 백-투-백(back-to-back) 전송에서 한 개의 채널을 측정한 비트 에러율을 나타내며, 원은 총 20km의 단일 모드 광섬유에 광신호를 전송하고 측정한 비트 에러율을 나타내고, 삼각형은 총 40km의 단일 모드 광섬유에 광신호를 전송하고 측정한 비트 에러율을 나타낸다.
도 5a와 5b는 본 발명의 제 1 실시예를 이용한 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망에서 1.25Gbit/s의 속도로 변조된 광신호의 아이다이어그램(eye diagram)과 상향 및 하향 전송 후 APD(avalanche photodioce) 광수신기를 이용하여 수신된 광신호의 출력에 따라 측정된 비트 에러율(BER: bit-error-rate)을 나타내는 참고도이다. 도 5에서 사각형은 백-투-백(back-to-back) 전송에서 한 개의 채널을 측정한 비트 에러율을 나타내며, 원은 총 20km의 단일 모드 광섬유에 광신호를 전송하고 측정한 비트 에러율을 나타내고, 삼각형은 총 40km의 단일 모드 광섬유에 광신호를 전송하고 측정한 비트 에러율을 나타낸다.
도 4에서 622Mbit/s의 속도로 변조된 광신호의 아이다이어그램이 잡음 없이 확실히 열리고 40km 전송 후에도 10-9에서 0.3dB 이하의 파워 패널티(power penalty)를 갖는다는 결과와 도 5에서 1.25Gbit/s의 속도로 변조된 광신호의 아이다이어그램이 잡음 없이 확실히 열리고 40km 전송 후에도 10-9에서 0.5dB 이하의 파워 패널티(power penalty)를 갖는다는 결과를 통해 본 발명에 따른 WDM-PON 시스템이 잡음 신호를 감소시켜 변조된 하향 및 상향 전송 신호의 품질을 개선시키고 장거리 전송을 가능하게 할 것임을 알 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로 상기 개시된 실시예 들은 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 한다.
100 : 중앙 기지국(OLT)
110-1, 110-2, ... , 110-N : OLT 광송신기
112-1, 112-2, ... , 112-N : OLT 제 1 RSOA
111-1, 111-2, ... , 111-N : OLT 제 2 RSOA
113-1, 113-2, ... , 113-N : OLT 반사체
114-1, 114-2, ... , 114-N : OLT 써큘레이터
115-1, 115-2, ... , 115-N : OLT 커플러
120-1, 120-2, ... , 120-N : OLT 광수신기
130-1, 130-2, ... , 130-N : OLT 파장필터
140 : OLT 광다중화/광역다중화기
200 : 옥외 노드(RN)
210 : RN 광다중화/광역다중화기
300 : 가입자단(ONU)
310-1, 310-2, ... , 310-N : ONU 광송신기
312-1, 312-2, ... , 312-N : ONU 제 1 RSOA
311-1, 311-2, ... , 311-N : ONU 제 2 RSOA
313-1, 313-2, ... , 313-N : ONU 반사체
314-1, 314-2, ... , 314-N : ONU 써큘레이터
315-1, 315-2, ... , 315-N : ONU 커플러
320-1, 320-2, ... , 320-N : ONU 광수신기
330-1, 330-2, ... , 330-N : ONU 파장필터

Claims (13)

  1. 하향 광신호 전송을 위한 광송신기들과 상향 광신호를 수신하기 위한 광수신기들을 포함하는 중앙기지국(OLT);
    상기 중앙기지국으로부터 하향 광신호를 수신하는 광수신기들과 중앙기지국으로 상향 광신호를 전송하는 광송신기들을 포함하는 가입자단(ONU); 및
    상기 중앙 기지국 및 가입자단 사이에서 하향 광신호를 역다중화하여 가입자단으로 보내거나, 상향 광신호를 다중화하여 중앙기지국으로 보내는 옥외 노드(RN); 를 포함하여 구성되며,
    상기 중앙기지국의 광송신기들과 가입자단의 광송신기들은,
    특정한 파장의 광신호 일부를 반사하는 반사체;
    광대역 파장의 광신호를 발생시켜 상기 반사체에 의해 특정 파장으로 반사되는 광신호를 입력받고 상기 입력된 광신호가 갖는 파장으로 주발진하여 씨앗광원을 생성하는 제 1 광대역광원;
    상기 제 1 광대역광원으로부터의 씨앗광원의 파워를 증폭시키고 데이터를 실어 하향 또는 상향 광신호로서 송출하는 제 2 광대역광원; 및
    상기 제 1 및 제 2 광대역광원 사이에 위치하여 상기 제 1 광대역광원으로부터의 씨앗광원을 제 2 광대역광원으로 보내고, 제 2 광대역광원으로부터의 하향 또는 상향 광신호를 하향 또는 상향으로 보내는 광순환기;
    를 포함하며, 상기 중앙기지국과 가입자단은 하향 또는 상향 광신호를 분리하는 파장필터; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 광대역광원은 페브리-페롯 레이저 다이오드, 반사형 반도체 광증폭기, 수직 공동 표면 발광 레이저 중에 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 광대역광원은 페브리-페롯 레이저 다이오드, 반사형 반도체 증폭기, 수직 공동 표면 발광 레이저 중에 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 반사체는 제 1 광대역광원의 출력단에 연결되어, 단일 파장의 전 반사 또는 부분 반사 기능을 가지는 브라그 격자 또는 유전체 박막 필터인 것을 특징으로 하는 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 광대역광원의 출력단면에는 AR(anti-reflection) 코팅이 된 것을 특징으로 하는 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 광대역광원의 출력단면에는 AR(anti-reflectiopn) 코팅이 된 것을 특징으로 하는 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 광순환기는 제 1 광대역광원에서 출력되는 씨앗광원을 제 2 광대역광원으로 보내고, 제 2 광대역광원의 광신호가 제 1 광대역광원으로 되돌아가는 것을 막는 것을 특징으로 하는 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 중앙기지국과 가입자단 각각의 광송신기의 제 1 광대역광원과 광순환기 사이에는 반사체에 의해 특정 파장으로 반사된 광신호를 제 1 광대역광원으로 입력시키는 광커플러가 추가로 구비된 것을 특징으로 하는 파장 분할 다중화 방식의 광가입자망 시스템.
  10. 중앙기지국, 옥외노드 및 가입자단을 포함하고, 상기 중앙기지국과 가입자단은 다수의 광송신기와 다수의 광수신기를 포함하는 파장 분할 다중화 방식의 광가입자망 시스템에 있어서,
    상기 광송신기의 제 1 광대역광원에서 광대역 파장의 광신호를 발생시키는 단계;
    상기 광송신기의 반사체는 제 1 광대역광원으로부터의 광신호를 입력받아 특정 파장의 광신호를 반사시키는 단계;
    상기 광송신기의 제 1 광대역광원은 반사체로부터의 반사광을 입력받아 반사광이 갖는 파장으로 주발진하여 씨앗 광원을 생성하는 단계; 및
    상기 광송신기의 제 2 광대역광원은 제 1 광대역광원으로부터의 씨앗 광원을 주입받아 증폭하고 데이터를 실어 하향 또는 상향 광신호로서 송출하는 단계;
    를 포함하여 이루어지며, 상기 제 1 광대역광원에서 출력되는 씨앗 광원은 광순환기를 통해 제 2 광대역광원으로 입력되고, 상기 제 2 광대역광원에서 출력되는 하향 또는 상향 광신호는 광순환기를 통해 하향 또는 상향으로 출력되는 것을 특징으로 하는 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망 시스템의 데이터 전송 방법.
  11. 삭제
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 중앙기지국과 가입자단은 하향 광신호과 상향 광신호를 파장필터에 의해 분리하는 것을 특징으로 하는 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망 시스템의 데이터 전송 방법.
  13. 제 10항 및 제12항 중에 선택된 어느 한 항에 있어서, 상기 반사체에 반사된 반사광은 광커플러를 통해 제 1 광대역광원에 입력되는 것을 특징으로 하는 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광가입자망 시스템의 데이터 전송 방법.
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