KR101211908B1 - 양방향 전송거리 확장 모듈 및 이를 이용한 광대역 광원 기반 파장분할다중 방식의 수동형 광 네트워크 - Google Patents

양방향 전송거리 확장 모듈 및 이를 이용한 광대역 광원 기반 파장분할다중 방식의 수동형 광 네트워크 Download PDF

Info

Publication number
KR101211908B1
KR101211908B1 KR1020110002823A KR20110002823A KR101211908B1 KR 101211908 B1 KR101211908 B1 KR 101211908B1 KR 1020110002823 A KR1020110002823 A KR 1020110002823A KR 20110002823 A KR20110002823 A KR 20110002823A KR 101211908 B1 KR101211908 B1 KR 101211908B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
optical signal
light source
band
band separator
amplifier
Prior art date
Application number
KR1020110002823A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120081472A (ko
Inventor
강병욱
김철한
Original Assignee
서울시립대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울시립대학교 산학협력단 filed Critical 서울시립대학교 산학협력단
Priority to KR1020110002823A priority Critical patent/KR101211908B1/ko
Publication of KR20120081472A publication Critical patent/KR20120081472A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101211908B1 publication Critical patent/KR101211908B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/29—Repeaters
    • H04B10/291—Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form
    • H04B10/298—Two-way repeaters, i.e. repeaters amplifying separate upward and downward lines
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
    • H04B10/2581—Multimode transmission
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/29—Repeaters
    • H04B10/291—Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form
    • H04B10/297—Bidirectional amplification
    • H04B10/2972—Each direction being amplified separately
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J14/00—Optical multiplex systems
    • H04J14/02—Wavelength-division multiplex systems
    • H04J14/0201—Add-and-drop multiplexing
    • H04J14/0215—Architecture aspects
    • H04J14/0216—Bidirectional architectures

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

본 발명은 광대역 광원 기반 파장분할다중방식의 수동형 광 네트워크에서 장거리 전송을 가능하게 하는 양방향 전송거리 확장 모듈에 관한 것으로, 중앙 기지국과의 송수신을 위한 광신호를 상향 광신호와 하향 광신호로 분리하는 제1밴드 분리기; 광 네트워크 유닛부와의 송수신을 위한 광신호를 상향 광신호와 하향 광신호로 분리하는 제2밴드 분리기; 상기 제1밴드 분리기로부터 분리된 하향 광신호를 증폭하여 상기 제2밴드 분리기로 출력하는 제1증폭기; 및 상기 제2밴드 분리기로부터 분리된 상향 광신호를 증폭하여 상기 제1밴드 분리기로 출력하는 제2증폭기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

양방향 전송거리 확장 모듈 및 이를 이용한 광대역 광원 기반 파장분할다중 방식의 수동형 광 네트워크{BIDIRECTIONAL REACH EXTENDER AND WAVELENGTH-DIVISION MULTIPLEXED PASSIVE OPTICAL NETWORK BASED ON BROADBAND LIGHT SOURCE}
본 발명은 수동형 광 네트워크에 관한 것으로, 더 상세하게는 광대역 광원 기반 파장분할다중방식의 수동형 광 네트워크에서 장거리 전송을 가능하게 하는 양방향 전송거리 확장 모듈에 관한 것이다.
수많은 정보화 기기들의 발달로 유비쿼터스의 시대가 전개되고 있고, 앞으로 도래할 새로운 시대에는 지금보다 현저히 많은 양의 정보 수용능력이 요구되고 있다.
더욱이 최근까지 지속적으로 언급되던 음성전화, 인터넷, 방송 등 융합 서비스가 한꺼번에 제공되는 트리플 플레이 서비스는, 근래에 들어서 이동전화를 결합한 쿼드러플 플레이 서비스로 일반화될 전망이다.
이러한 융합 서비스는 기가비트의 정보 수용능력을 필요로 한다.
따라서 이러한 요구에 부합하기 위해서 FTTx의 수요도 함께 증가하고 있는 추세다. 특히, FTTx 기술 중에서 가장 미래지향적인 기술로 알려져 있는 것은 수동형 광 네트워크이다.
수동형 광 네트워크는 중앙기지국에서 가입자에게 수동의 광 분배기를 사용하여 정보를 분배 전달하고, 각 가입자로부터 광 신호들을 수동의 광 결합기를 사용해 중앙기지국으로 결합 전달하는 역할을 한다.
결국, 정보량의 증가에 따라 수동형 광 네트워크의 확장은 필연적이라고 볼 수 있다.
FTTx 기술은 크게 시간분할다중방식의 수동형 광 네트워크와 파장분할다중방식의 수동형 광 네트워크로 구분된다.
도 1은 일반적인 파장분할다중방식 수동형 광 네트워크의 기본적인 개념을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 일반적인 광대역 광원 기반의 파장분할다중방식의 수동형 광 네트워크의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 1과 도 2를 참고하면, 파장분할다중방식의 수동형 광 네트워크는 한 가닥의 광섬유를 통해 여러 파장의 광신호를 전송하는 기술로, 각각의 가입자에게 독립적인 파장을 할당하여 독립적으로 대역폭을 할당한다. 따라서 동시 사용자수가 늘어나도 속도가 줄어들지 않는 장점이 있다.
또한, 파장분할다중방식의 수동형 광 네트워크는 서로 다른 파장의 신호를 해당 가입자만 수신하기 때문에 보안성이 우수하며, 구조적으로 중앙기지국(CO)과 광 네트워크 유니트(ONU) 사이에 양방향 대칭성을 갖게 되고 최대의 점대점 회선을 구현할 수 있다.
아울러 가입자들이 독립적으로 대역폭을 할당받기 때문에 동시 사용자 수에 의해 대역폭 변동이 발생하지 않으므로 IP기반의 멀티미디어 서비스제공에 적합하다.
이와 같이, 양방향 통신이 가능한 파장분할다중방식의 수동형 광 네트워크 구조를 구현하기 위해서는 몇 가지 고려해야 할 사항이 있다.
먼저 모든 가입자와 중앙기지국은 각 채널의 독립된 파장의 광원을 가져야 한다. 하지만 각각의 가입자에게 파장 할당에 따른 파장 관리와 온도에 민감한 광 부품들의 성질 때문에 파장 제어의 문제들이 초래된다.
즉, 이런 문제점들은 경제성을 떨어뜨리게 되고, 따라서 이러한 문제점들이 발생하지 않도록 파장과 무관하게 동작하는 칼라리스(colorless) 광원이 구현되어야 한다.
현재 가장 활발히 연구되고 있는 해결책으로는 필터링된 ASE(amplified spontaneous emission)와 FP-LD(Fabry-Perot laser diode)와 반사형 반도체 광증폭기(RSOA : reflective semiconductor optical amplifier)를 이용하여 저가형 칼라리스 광원을 활용하는데 초점이 맞춰지고 있다.
수동형 광 네트워크의 원칙에 근거하여, 장거리 전송에 적합한 구조의 네트워크는 경제성을 가지며, 물리적으로 전송거리를 확장시키게 되면 시스템 구현에 필요한 중앙기지국 수를 줄여 장비 수요를 줄일 수 있다.
또한 늘어난 전송거리에 따라 분배 가능한 가입자의 수가 늘어나게 되면 네트워크에서 공유해야 되는 장비의 가격을 줄일 수 있다.
수동형 광 네트워크는 앞에서 언급한 서비스들을 수용하며, 가격의 효용성을 제공하기 위해서 즉, 장거리 전송에 적합한 수동형 광 네트워크 구조로 진화해야 한다.
이렇듯, 장거리 전송에 적합한 광대역 광원 기반 파장분할다중방식 수동형 광 네트워크 구조의 필요성이 대두되고 있다.
그러나, 광원이 필터링된 ASE를 사용하여 넓은 광 대역폭을 갖게 되면 색분산 영향을 크게 받는 단점이 존재하고 양방향 광통신에서 발생할 수 있는 인밴드 누화의 문제 또한 발생할 수 있다.
게다가 색분산과 인밴드 누화의 관계는 광원 대역폭에 대한 트레이드오프가 형성되기 때문에 시스템 설계에 있어서 최적화 단계가 요구된다.
이러한 이슈들을 위한 해결책으로 일부에서는 좁은 대역폭의 파장을 갖는 DFB-LD(distributed feedback laser diode)를 광원으로 사용하여 이러한 문제점들을 극복하고 전송거리를 늘리고 있다. 하지만 DFB-LD를 사용한 수동형 광 네트워크 시스템에서는 앞에서 언급한 파장분할다중방식의 칼라리스 광원과 경제적인 측면에서 고가인 문제점이 있다.
상기한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래기술을 의미하는 것은 아니다.
본 발명은 광대역 광원 기반 장거리 파장분할다중방식의 수동형 광 네트워크 구현을 위한 새로운 구조의 양방향 전송거리 확장 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 광증폭기의 출력 광 파장대역을 분리하여, 손실된 신호의 증폭뿐 아니라, 상향 광원의 ASE 빔을 생성하여 낭비되는 파워를 줄일 수 있는 양방향 전송거리 확장 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 양방향 광통신에서 발생할 수 있는 인밴드 누화를 방지함으로써 증폭이득 조절이 용이한 양방향 전송거리 확장 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 의한 양방향 전송거리 확장 모듈은, 중앙 기지국과의 송수신을 위한 광신호를 상향 광신호와 하향 광신호로 분리하는 제1밴드 분리기; 광 네트워크 유닛부와의 송수신을 위한 광신호를 상향 광신호와 하향 광신호로 분리하는 제2밴드 분리기; 상기 제1밴드 분리기로부터 분리된 하향 광신호를 증폭하여 상기 제2밴드 분리기로 출력하는 제1증폭기; 및 상기 제2밴드 분리기로부터 분리된 상향 광신호를 증폭하여 상기 제1밴드 분리기로 출력하는 제2증폭기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 제1증폭기에서 증폭된 하향 광신호로부터 광원을 분리하는 제3밴드 분리기; 및 상기 제3밴드 분리기로부터 분리된 광대역 광원을 상향 광신호의 광원으로 사용하는 서큘레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 제1증폭기와 상기 제2증폭기는 상기 제3밴드 분리기를 통해 분리된 광원을 상향 광신호의 광원으로 사용하기 위해 상호 다른 대역의 ASE(Amplified Spontaneous Emission) 빔을 이용하여 광신호를 증폭하는 에르븀 첨가 광섬유 증폭기(EDFA:Erbium Doped Fiber Amplifer)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예로, 상기 하향 광신호는 1542 ~ 1558nm의 하향통과대역을 갖고, 상기 상향 광신호는 1522 ~ 1538nm의 상향통과대역을 가질 수 있다.
본 발명에서, 상기 제1증폭기와 상기 제2증폭기는 각각의 입출력 양단에 하향 광신호와 상향 광신호를 단방향으로 진행시키기 위한 아이솔레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 의한 광대역 광원 기반 파장분할다중 방식의 수동형 광 네트워크는 광신호를 송수신하는 중앙 기지국; 상기 중앙기지국과 광신호를 송수신하고 광 네트워크 유니트들로 독립적인 대역을 할당하는 원격노드; 및 상기 중앙 기지국과 상기 원격노드 사이에 위치하여 광신호를 하향 광신호와 상향 광신호로 분리하여 증폭하고, 증폭된 하향 광신호로부터 상향 광신호용 광원을 추출하며, 하향 광신호와 상향 광신호를 각각 상기 광 네트워크 유닛부와 상기 중앙 기지국으로 전송하는 양방향 전송거리 확장 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 양방향 전송거리 확장 모듈은 상기 중앙 기지국과의 송수신을 위한 광신호를 상향 광신호와 하향 광신호로 분리하는 제1밴드 분리기; 광 네트워크 유닛부와의 송수신을 위한 광신호를 상향 광신호와 하향 광신호로 분리하는 제2밴드 분리기; 상기 제1밴드 분리기로부터 분리된 하향 광신호를 증폭하여 상기 제2밴드 분리기로 출력하는 제1증폭기; 및 상기 제2밴드 분리기로부터 분리된 상향 광신호를 증폭하여 상기 제1밴드 분리기로 출력하는 제2증폭기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 제1증폭기로부터 증폭된 하향 광신호로부터 광원을 분리하는 제3밴드 분리기; 및 상기 제3밴드 분리기로부터 분리된 광원을 상향 광신호의 광원으로 사용하는 서큘레이터;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 제1증폭기와 상기 제2증폭기는 상기 제3밴드 분리기를 통해 분리된 광원을 상향 광신호의 광원으로 사용하기 위해 상호 다른 대역의 ASE 빔을 이용하여 광신호를 증폭하는 에르븀 첨가 광섬유 증폭기(EDFA)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 양방향 전송거리 확장 모듈은 광대역 광원 기반 파장분할다중방식의 수동형 광 네트워크에서 장거리 전송을 가능하게 한다.
또한, 본 발명은 광증폭기의 출력 광 파장대역을 분리하여 손실된 신호의 증폭뿐 아니라, 상향 광원의 ASE 빔을 생성하여 낭비되는 파워를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 양방향 광통신에서 발생할 수 있는 인밴드 누화 특성을 방지함으로써 증폭이득 조절이 용이하다.
도 1은 일반적인 파장분할다중방식 수동형 광 네트워크의 기본적인 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일반적인 광대역 광원 기반의 파장분할다중방식의 수동형 광 네트워크의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 전송거리 확장 모듈의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3에서 광신호의 이득 변화에 따른 비트 에러 율(BER:Bit Error Rate)을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 광원 기반 파장분할다중 방식의 수동형 광 네트워크를 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 밴드 분리기의 통과대역 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 7과 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 RSOA의 인젝션 파워(injection power)에 따른 바이어스와 수신감도의 관계를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에서 전송거리에 따른 분산값을 도시한 도면이다.
도 10과 도 11은 본 발명의 일 실시예에서 DCF를 제거한 시스템 내에서 전송거리에 따른 분산페널티를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에서 하향전송의 OSNR에 따른 광소광비를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에서 광 수신기의 OSNR 변화에 따른 비트 에러 율을 도시한 도면이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 권리 보호 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명에 의한 양방향 전송거리 확장 모듈과 이를 이용한 광대역 광원 기반 파장분할다중 방식의 수동형 광 네트워크를 설명하기에 앞서, 광대역 광원 기반 파장분할다중방식의 수동형 광 네트워크에서 장거리 전송을 제한하는 요소를 설명하면 다음과 같다.
파장분할다중방식의 장점에도 불구하고 경제적 효용성의 문제로 인하여 완전한 파장분할다중방식의 구조보다는 시간분할다중방식이 결합된 하이브리드 형태의 수동형 광 네트워크의 구조로 진행되고 있다. 더욱이 전송거리를 늘리고자 고가의 레이저 다이오드를 광원으로 사용하고 있다. 광대역 광원을 사용하는 연구가 진행 중이지만 광대역 광원 기반 장거리 파장분할다중방식 수동형 광 네트워크를 구현하기 위해서는 다음과 같은 몇 가지 문제점에 부딪히게 된다.
도 2을 참고하면, 광대역 광원을 파장분할다중방식의 시스템에 적용하기 위해서는 파장분할다중화기를 사용해야 하기 때문에 필터링에 따른 손실이 발생한다. FP-LD나 RSOA의 경우 변조와 증폭의 역할을 수행 하지만, 전송거리는 주로 광원의 파워에 의해 제한된다.
특히, 기가비트급 시스템을 구현하기 위하여 데이터 전송비율을 높이게 되면 수신소자의 수신감도가 증가한다. 따라서 광 채널 파워를 확보하는데 어려움이 있다. 또한, 광 채널 파워 부족은 전송길이를 제한하기 때문에, 일정 수준 이상의 파워를 유지하는 것이 중요하다. 또한 가격의 효용성을 높이기 위해 하나의 광섬유에서 많은 광 네트워크 단말기의 분배가 요구되는데, 충분한 광 채널 파워 없이는 효용성이 떨어진다.
광대역 광원 기반의 파장분할다중방식의 수동형 광 네트워크 성능은 광 채널 파워이외에도 색분산 및 인밴드 누화에 의한 페널티에 의해 제한된다.
색분산이란 광섬유의 코어 내에서 입사된 파장과 광신호 내의 서로 다른 주파수 성분이 진행되는 속도가 다르기 때문에 발생하는 광 펄스 폭 확대현상이다.
그리고 인밴드 누화란, 빛이 광섬유내에서 일정한 비율로 반사되는 레일리 후방산란(Rayleigh backscattering)의 특성 때문에, 반사된 광신호가 두 번의 증폭을 겪으면서 본래의 광신호에 영향을 주어 광통신 성능을 저하시키는 성질이다.
양방향 광전송 시스템에서는 광섬유 내에서 레일리 후방산란이 반복적으로 발생하여, 변조된 광신호의 파장과 동일한 인밴드 누화 성분을 발생하기 때문에 필터로 제거할 수 없는 잡음으로 역할을 하게 된다.
광대역 광원 기반 파장분할다중방식 수동형 광 네트워크에서는 신호대 잡음비가 광원의 광 대역폭과 광 수신기의 전기 대역폭에 의해 결정되기 때문에 광원의 넓은 광 대역폭은 신호대 잡음비를 확보하는 측면에서 이점으로 작용하고, 광원이 넓은 광 대역폭을 갖게 되면 인밴드 누화의 영향이 줄어들어 양방향 파장분할다중방식 수동형 광 네트워크에서 유리하게 작용한다. 하지만 광원의 넓은 광 대역폭은 색분산의 영향으로 전송거리에 제한을 받게 되고, 색분산과 인밴드 누화의 관계에 트레이드오프가 존재하게 된다
본 발명은 기가비트의 신호 전송이 가능한 초광대역 융합망(UBcN: Ultra Broadband Convergence Network)을 실현하기 위해 가입자에게 독립된 채널이 보장된 파장분할다중방식의 수동형 광 네트워크를 제공한다. 또한, 경제성을 고려하여 장거리 전송이 가능한 양방향 전송거리 확장 모듈을 추가한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 전송거리 확장 모듈의 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 4은 도 3에서 광신호의 이득 변화에 따른 비트 에러 율(BER:Bit Error Rate)을 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 광원 기반 파장분할다중 방식의 수동형 광 네트워크를 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 광원 기반 파장분할다중 방식의 수동형 광 네트워크는 중앙 기지국(1)과 양방향 전송거리 확장 모듈(2)과 원격노드(3)와 광 네트워크 유닛부(4)를 포함한다.
중앙 기지국(1)은 원격노드(3)와 광신호를 송수신하고, 원격노드(3)는 중앙기지국(1)로부터 송수신한 광신호를 광 네트워크 유닛부(4)의 유닛별 대역을 할당한다.
양방향 전송거리 확장 모듈(2)은 중앙 기지국(1)과 원격노드(3) 사이에 위치하여 광신호를 하향 광신호와 상향 광신호로 분리하여 증폭하고, 증폭된 하향 광신호로부터 상향 광신호용 광원을 추출하며, 하향 광신호와 상향 광신호를 각각 광 네트워크 유닛부(4)와 중앙 기지국(1)으로 전송한다.
이러한 양방향 전송거리 확장 모듈(2)은 중앙 기지국(1)과의 송수신을 위한 광신호를 상향 광신호와 하향 광신호로 분리하는 제1밴드 분리기(band splitter)(21)와, 광 네트워크 유닛부(4)와의 송수신을 위한 광신호를 상향 광신호와 하향 광신호로 분리하는 제2밴드 분리기(22)를 포함한다.
또한, 제1밴드 분리기(21)로부터 분리된 하향 광신호를 증폭하여 제2밴드 분리기(22)로 출력하는 제1증폭기(23)와 제2밴드 분리기(22)로부터 분리된 상향 광신호를 증폭하여 제1밴드 분리기(21)로 출력하는 제2증폭기(24)를 포함한다.
또한, 도 5에 도시한 바와 같이 제1증폭기(23)로부터 증폭된 하향 광신호로부터 광원을 분리하는 제3밴드 분리기(26)와, 제3밴드 분리기(26)로부터 분리된 광원을 상향 광신호의 광원으로 사용하는 서큘레이터(27)를 포함한다.
여기서, 제1증폭기(23)와 제2증폭기(24)는 제3밴드 분리기(26)를 통해 분리된 광원을 상향 광신호의 광원으로 사용하기 위해 상호 다른 대역의 ASE 빔을 이용하여 광신호를 증폭하는 에르븀 첨가 광섬유 증폭기(EDFA)를 포함한다.
또한, 제1증폭기(23)와 제2증폭기(24)는 각각의 입출력 양단에 하향 광신호와 상향 광신호를 단방향으로 진행시키기 위한 아이솔레이터(25)를 더 포함한다.
여기서, 하향 광신호는 1542 ~ 1558nm의 하향통과대역을 갖고, 상향 광신호는 1522 ~ 1538nm의 상향통과대역을 갖도록 한다.
이와 같이 본 발명은 밴드 분리기(21,22)를 사용하여 광대역 광원 기반 장거리 파장분할다중방식 수동형 광 네트워크에서 반사되는 신호를 억제하고 양방향 전송거리 확장 모듈을 구성한다.
즉, 하향통과대역과 상향통과대역이 분리된 장거리 파장분할다중방식 수동형 광 네트워크의 형태로 설계하고, 분리된 하향통과대역과 상향통과대역은 각각 1542~1558 nm와 1522~1538 nm의 대역폭을 갖는다.
이러한 양방향 전송거리 확장 모듈에서 상향 광신호의 이득 G2는 30 dB로 고정하고 G1의 변화에 따른 BER 곡선은 도 4에 도시된 바와 같다. 25-km SMF(5) 전송에 따른 분산 패널티가 0.3 dB 내외로 존재하고 G1의 증폭이득에 따른 인밴드 누화 특성은 발생하지 않는다.
그러므로 제1밴드 분리기(21)와 제2밴드 분리기(22)를 사용하여 전송거리 확장 모듈을 구성하게 되면, 인밴드 누화를 제거할 수 있어서 거리에 따른 자유로운 광 증폭이득 조절이 가능하다.
또한, 도 5에 도시한 바와 같이 제3밴드 분리기(26)를 추가로 사용하여 광대역 광원을 제공하는 양방향 전송거리 확장 모듈(2)을 구현한다.
이러한 양방향 전송거리 확장 모듈(2)은 중앙기지국(1)과 원격노드(3) 사이에 위치하여 양방향 광신호를 증폭시키고, 하향 광신호 증폭에 관여하지 않는 ASE 대역을 사용하여, 광 네트워크 유닛부(4)에 필요한 광대역 광원을 제공하는 역할을 한다.
이는 낭비될 수 있는 광증폭기 이득대역을 최대한 줄이고, 장비를 최소화함으로써 경제성을 갖는다. 또한 인밴드 누화현상을 해결하여 최대의 광 채널 파워를 확보할 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 중앙 기지국(1)은 광대역 광원(Broadband light source)과 AWG(arrayed waveguide grating)를 이용하여 필터링된 ASE(amplified spontaneous emission) 빔을 생성하고, 서큘레이터를 경유하여 RSOA(reflective semiconductor optical amplifier)를 삽입하여 구성한다.
사용된 AWG는 100-GHz 채널간격을 갖고 0.4nm의 3dB 대역폭을 가지며, RSOA에 들어가는 삽입파워는 -15dBm로 조절한다. RSOA는 하향신호의 증폭과 변조에 사용되었고 사용된 파장은 1549.3nm에 해당된다.
파장에, 231-1 길이의 무작위로 추출한 1.25 Gb/s NRZ(nonreturn-to-zero) 펄스패턴을 변조하여 하향신호를 생성하고, 변조된 하향신호는 DCF(dispersion compensating fiber)를 통과하여 프리-보상(pre-compensation)이 수행되고 75-km SMF(single mode fiber)(6)를 통과한다.
DCF와 SMF를 통과 후 광 파워가 감소된 광신호는 광섬유 통과에 따른 손실을 복구하기 위하여 증폭단계에 들어간다.
제1밴드 분리기(21)와 제2밴드 분리기(22)를 사용하여 하향신호와 상향신호를 위한 두 개의 통과대역을 갖도록 채널을 분리하고, 감소된 광신호는 하향통과대역을 경유하여 증폭되고, 다시 25-km SMF(5)를 통과한다.
제1밴드 분리기(21)와 제2밴드 분리기(22)를 사용하여 분리한 하향통과대역과 상향통과대역은 각각 1542 ~ 1558 nm와 1522 ~ 1538 nm의 대역폭을 갖는다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 밴드 분리기의 통과대역 스펙트럼을 도시한 도면이다. 여기서, 붉은 선과 파란 선은 각각 하향통과대역과 상향통과대역을 나타낸다.
광증폭기(23,24)는 EDF(erbium-doped fiber)와 980 nm 펌프 레이저 다이오드(LD:pump laser diode)를 이용한 기본적인 EDFA를 사용한다.
또한 하향신호 증폭에 이용된 EDFA는 상향신호의 ASE 빔의 대역폭과 겹치지 않도록 한다.
따라서, 제1밴드 분리기(21)와 제2밴드 분리기(22) 사이에 제3밴드 분리기(26)을 추가하여 상향신호의 광원으로 사용 가능한 ASE 빔을 분리할 수 있다.
분리된 1522 ~ 1538 nm 대역의 ASE 빔은 25-km SMF를 통과하고 AWG에 의해 필터링 되어 새로운 광원으로 사용할 수 있다.
증폭된 하향 광신호는 AWG를 통과하고 980-MHz의 전기 대역폭을 갖는 pin 기반의 광 수신기에 의해 복조가 된다.
제3밴드 분리기(26)에 의해 분리된 ASE 빔은 AWG를 통과하여 상향신호의 광원으로 사용하고 이때 사용된 파장은 1531.1 nm 값을 갖는다. 상향 송신기에 쓰이는 RSOA의 삽입파워는 -15dBm으로 조절하고, 이 값은 하향통과대역의 EDFA의 출력에 의해 변화가 가능하다. 하향 전송과 마찬가지로, 같은 RSOA와 광 수신기를 사용하여 변조 및 복조를 한다.
필터링된 ASE를 광원으로 사용하기 위해서는 RSOA의 인젝션 파워(injection power)와 바이어스(bias)에 따른 광 수신기의 수신감도의 관계를 알아야 한다.
즉, BER의 최적화를 통해 최대의 광 채널 파워를 확보하여 장거리 전송에 좀더 유리한 위치를 갖기 위해서이다.
도 7과 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 RSOA의 인젝션 파워(injection power)에 따른 바이어스와 수신감도의 관계를 도시한 도면으로, 광원의 파장 1549.3, 1531.1 nm에서 RSOA의 인젝션 파워와 바이어스에 따른 광수신기의 수신감도를 보여준다.
도 7과 도 8에 도시한 바와 같이, 가장 좋은 특성을 보이는 바이어스는 1549.3nm, 1531.1 nm에서 각각 2.15V, 2.4V에 해당 되고, 이때 흐르는 전류는 각각 23mA, 27 mA값을 갖는다.
최적화된 바이어스에서 인젝션 파워에 따른 수신감도는 0.1dB 내외이기 때문에, 상향 광신호의 광원을 생성하는데 있어서 25-km SMF통과 후 손실에 따른 광 채널 파워(power budget)을 고려하여 -15 dBm의 인젝션 파워를 사용한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에서 전송거리에 따른 분산값을 도시한 도면이고, 도 10과 도 11은 본 발명의 일 실시예에서 DCF를 제거한 시스템 내에서 전송거리에 따른 분산페널티를 도시한 도면이다.
도 9 내지 도 11에 도시한 바와 같이, 사용된 DCF의 분산값은 1549.3 nm와 1531.1 nm에서 각각 -1205 ps/nm와 -1377 ps/nm값을 갖고, 100-km SMF의 분산값은 해당 파장에서 각각 1588 ps/nm와 1697 ps/nm 값을 갖는다.
따라서 나머지 분산값은 해당 파장에서 각각 383 ps/nm와 320 ps/nm값을 갖는다.
실험에 사용된 SMF의 평균 분산값이 16~17 ps/nm/km 임을 감안하면, 대략 19~24km의 분산 페널티가 존재함을 예상할 수 있다.
그리고 DCF를 사용하지 않은 시스템 내에서 전송거리에 따른 분산페널티, 즉 BER의 변화를 근거로, 차후 DCF를 이용한 분산이 제대로 보상이 되었는지 여부를 판단할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에서 하향전송의 OSNR(OSNR: optical signal to noise ratio)에 따른 광소광비(ER: extinction ratio)를 도시한 도면이고, 도 13은 본 발명의 일 실시예에서 광 수신기의 OSNR 변화에 따른 비트 에러 율을 도시한 도면이다.
광대역 광원 기반의 파장분할다중방식 수동형 광 네트워크에서 RSOA를 통해 변조와 증폭을 겪은 광원의 경우 0 dBm 이하의 낮은 파워를 갖는다. 더욱이 75-km SMF 전송 후 전송거리 확장 모듈에 입력되는 광신호 파워가 증폭을 겪으면서 광 수신기에 입력되는 광학 신호대 잡음비(OSNR: optical signal to noise ratio)에 영향을 주기 때문에, DCF와 75-km SMF를 통과 후 광 신호가 갖는 파워가 중요한 쟁점이 된다.
100-km SMF의 분산을 보상하기 위해 상용화된 DCF의 경우 8 dB 정도의 손실을 갖고 75-km SMF의 경우 15 dB의 손실을 갖기 때문에 20 dB정도의 OSNR을 확보하는데 큰 문제는 발생하지 않는다.
하지만 시스템의 광 채널 파워를 확보하기 위해서 OSNR값에 따른 시스템 성능을 분석할 필요가 있다.
도 12에서 측정장비인 오실로스코프의 입력파워를 -9.6 dBm로 고정하여, 순수 OSNR의 변화에 따른 ER값을 구하였고, OSNR이 낮아질수록 아이 오프닝(eye opening)이 줄어드는 것을 확인할 수 있다.
상향전송의 경우 전송거리 확장 모듈에 입력되는 광신호의 경우 25-km SMF와 AWG의 손실만 고려하기 때문에 OSNR에 의한 페널티는 고려하지 않아도 된다.
도 13에 도시한 바와 같이 DCF는 80km정도의 전송거리를 보상해 주기 때문에 20km정도의 분산페널티가 발생하게 된다.
따라서 충분한 OSNR이 확보된 BER은 도 12에서 25-km의 전송과 유사한 분산페널티 결과를 보여준다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 전송거리 확장 모듈은 밴드 분리기를 사용하여 광대역 광원 기반 장거리 파장분할다중방식 수동형 광 네트워크 100-km 전송을 가능하게 한다. 밴드 분리기는 하향통과대역과 상향통과대역을 분리하고, 감소된 광신호는 분리된 통과대역에서 증폭과정을 겪기 때문에 DRB현상을 억제할 수 있다.
따라서 인밴드 누화현상을 억제할 수 있으며 광 증폭기 이득을 자유롭게 해준다.
또한 감소된 하향 광신호를 증폭하기 위해서 사용된 EDFA에서 상향 광원을 추출하기 때문에 새로운 광원을 도입하기 위한 추가장비 없이 상향전송을 가능하게 한다.
본 발명에 의한 양방향 전송거리 확장 모듈은 초광대역 융합망에서 요구되는 기가비트 전송을 수용할 뿐 아니라, 기존에 갖고 있던 파장분할다중방식 수동형 광 네트워크의 경제성을 향상시킬 수 있다. 또한 다음 세대의 초광대역 융합망에서 WDM-PON의 시설확충에 기여할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1 : 중앙 기지국 2 : 양방향 전송거리 확장 모듈
3 : 원격노드 4 : 광 네트워크 유닛부
21 : 제1밴드 분리기 22 : 제2밴드 분리기
23 : 제1증폭기 24 : 제2증폭기
25 : 아이솔레이터 26 : 제3밴드 분리기
27 : 서큘레이터

Claims (7)

  1. 중앙 기지국과의 송수신을 위한 광신호를 상향 광신호와 하향 광신호로 분리하는 제1밴드 분리기;
    광 네트워크 유닛부와의 송수신을 위한 광신호를 상향 광신호와 하향 광신호로 분리하는 제2밴드 분리기;
    상기 제1밴드 분리기로부터 분리된 하향 광신호를 증폭하여 상기 제2밴드 분리기로 출력하는 제1증폭기;
    상기 제2밴드 분리기로부터 분리된 상향 광신호를 증폭하여 상기 제1밴드 분리기로 출력하는 제2증폭기;
    상기 제1증폭기로부터 증폭된 하향 광신호로부터 광원을 분리하는 제3밴드 분리기; 및
    상기 제3밴드 분리기로부터 분리된 광원을 상향 광신호의 광원으로 사용하는 서큘레이터;를 포함하는 양방향 전송거리 확장 모듈.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제1증폭기와 상기 제2증폭기는
    상기 제3밴드 분리기를 통해 분리된 광원을 상향 광신호의 광원으로 사용하기 위해 상호 다른 대역의 ASE(Amplified Spontaneous Emission) 빔을 이용하여 광신호를 증폭하는 에르븀 첨가 광섬유 증폭기(EDFA:Erbium Doped Fiber Amplifer)를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 전송거리 확장 모듈.
  4. 광신호를 송수신하는 중앙 기지국;
    상기 중앙기지국과 광신호를 송수신하고 광 네트워크 유니트들로 독립적인 대역을 할당하는 원격노드; 및
    상기 중앙 기지국과 상기 원격노드 사이에 위치하여 광신호를 하향 광신호와 상향 광신호로 분리하여 증폭하고, 증폭된 하향 광신호로부터 상향 광신호용 광원을 추출하며, 하향 광신호와 상향 광신호를 각각 상기 광 네트워크 유니트와 상기 중앙 기지국으로 전송하는 양방향 전송거리 확장 모듈;을 포함하되,
    상기 양방향 전송거리 확장 모듈은 상기 중앙 기지국과의 송수신을 위한 광신호를 상향 광신호와 하향 광신호로 분리하는 제1밴드 분리기;와, 광 네트워크 유닛부와의 송수신을 위한 광신호를 상향 광신호와 하향 광신호로 분리하는 제2밴드 분리기; 상기 제1밴드 분리기로부터 분리된 하향 광신호를 증폭하여 상기 제2밴드 분리기로 출력하는 제1증폭기; 및 상기 제2밴드 분리기로부터 분리된 상향 광신호를 증폭하여 상기 제1밴드 분리기로 출력하는 제2증폭기; 상기 제1증폭기로부터 증폭된 하향 광신호로부터 광원을 분리하는 제3밴드 분리기; 및 상기 제3밴드 분리기로부터 분리된 광원을 상향 광신호의 광원으로 사용하는 서큘레이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 전송거리 확장 모듈을 이용한 광대역 광원 기반 파장분할다중 방식의 수동형 광 네트워크.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 제1증폭기와 상기 제2증폭기는
    상기 제3밴드 분리기를 통해 분리된 광원을 상향 광신호의 광원으로 사용하기 위해 상호 다른 대역의 ASE(Amplified Spontaneous Emission) 빔을 이용하여 광신호를 증폭하는 에르븀 첨가 광섬유 증폭기(EDFA:Erbium Doped Fiber Amplifer)를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 전송거리 확장 모듈을 이용한 광대역 광원 기반 파장분할다중 방식의 수동형 광 네트워크.
KR1020110002823A 2011-01-11 2011-01-11 양방향 전송거리 확장 모듈 및 이를 이용한 광대역 광원 기반 파장분할다중 방식의 수동형 광 네트워크 KR101211908B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110002823A KR101211908B1 (ko) 2011-01-11 2011-01-11 양방향 전송거리 확장 모듈 및 이를 이용한 광대역 광원 기반 파장분할다중 방식의 수동형 광 네트워크

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110002823A KR101211908B1 (ko) 2011-01-11 2011-01-11 양방향 전송거리 확장 모듈 및 이를 이용한 광대역 광원 기반 파장분할다중 방식의 수동형 광 네트워크

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120081472A KR20120081472A (ko) 2012-07-19
KR101211908B1 true KR101211908B1 (ko) 2012-12-13

Family

ID=46713613

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110002823A KR101211908B1 (ko) 2011-01-11 2011-01-11 양방향 전송거리 확장 모듈 및 이를 이용한 광대역 광원 기반 파장분할다중 방식의 수동형 광 네트워크

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101211908B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9112613B2 (en) 2013-01-02 2015-08-18 Electronics And Telecommunications Research Institute Passive optical network reach extender based on wavelength tunable optical module and method thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9112613B2 (en) 2013-01-02 2015-08-18 Electronics And Telecommunications Research Institute Passive optical network reach extender based on wavelength tunable optical module and method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120081472A (ko) 2012-07-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Spiekman et al. Transmission of 8 DWDM channels at 20 Gb/s over 160 km of standard fiber using a cascade of semiconductor optical amplifiers
Lee et al. Demonstration of a long-reach DWDM-PON for consolidation of metro and access networks
US6961522B1 (en) Automatic raman gain and tilt control for ultra-long-distance dense WDM optical communication system
US9571187B2 (en) Wavelength-division multiplexing optical communication system and method for measuring optical performance of an output signal for the system
Schrenk et al. Demonstration of a remotely dual-pumped long-reach PON for flexible deployment
Xiong et al. Characterization of directly modulated self-seeded reflective semiconductor optical amplifiers utilized as colorless transmitters in WDM-PONs
WO2017193601A1 (zh) 一种用于wdm-pon中的基于ffp滤波器和ffp-soa的超窄带谱切分非相干光源的传输装置
Ghoniemy Enhanced time and wavelength division multiplexed passive optical network (TWDM-PON) for triple-play broadband service delivery in FTTx networks
Iannone et al. An 8-× 10-Gb/s 42-km high-split TWDM PON featuring distributed Raman amplification and a remotely powered intelligent splitter
US20100178053A1 (en) Optical communications systems and optical line terminals
Cheng et al. 20Gb/s hybrid TDM/WDM PONs with 512-split using self-seeded reflective semiconductor optical amplifiers
Lin et al. WDM-PON systems using cross-remodulation to double network capacity with reduced Rayleigh scattering effects
KR101211908B1 (ko) 양방향 전송거리 확장 모듈 및 이를 이용한 광대역 광원 기반 파장분할다중 방식의 수동형 광 네트워크
CN205754341U (zh) 一种用于wdm-pon下行通信系统中基于ffp滤波器和ffp-soa的超窄带谱切分非相干光源的传输装置
EP2260596B1 (en) Improvements in or relating to optical networks
Shin et al. C/S-band WDM-PON employing colorless bidirectional transceivers and SOA-based broadband light sources
Lee et al. Consolidation of a metro network into an access network based on long-reach DWDM-PON
Iannone et al. Hybrid SOA-Raman amplifiers for fiber-to-the-home and metro networks
Berrettini et al. Colorless WDM-PON performance improvement exploiting a service-ONU for multiwavelength distribution
De Paiva et al. 80 km extended gigabit passive optical network
Bobrovs et al. Spectrum sliced WDM-PON system as energy efficient solution for optical access systems
Huang et al. 10Gb/s bidirectional long reach WDM-PON with dispersion compensating Raman/EDFA hybrid amplifier and colorless ONUs
Genay et al. Solutions for budget increase for the next generation optical access network
Noda et al. Burst-mode transceiver technology for 10G-EPON systems
Yi et al. First demonstration of symmetric 40-Gb/s TWDM-PON with 100-km passive reach and 1024-split using direct modulation and direct detection

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161111

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171204

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181203

Year of fee payment: 7