KR101319251B1

KR101319251B1 - Ｗｄｍ-ｐｏｎ 시스템에서 잡음제거 장치

Info

Publication number: KR101319251B1
Application number: KR1020110126588A
Authority: KR
Inventors: 이창희; 김준영; 문상록; 유상화
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2013-10-18
Also published as: KR20130085455A

Abstract

WDM-PON 시스템에서 잡음제거 장치가 개시된다. 제1파이버(FF)로 연결된 중앙 기지국(CO)과 원격노드(RN)와, 제2파이버(DF)로 연결되는 상기 RN과 광네트워크유닛(ONU)을 포함하는 파장분할 다중방식 수동형 광통신망(WDM-PON) 시스템에서, 상기 ONU로부터 상기 CO를 향하는 상향신호에 혼입되는 후방반사에 의한 잡음을 제거하는 장치는, 상기 ONU로부터 수신되는 광신호를 수신하여 전기신호로 변환하는 광검출부와, 상기 광검출부에 의해 변환된 전기신호에서, 후방반사에 의한 잡음을 제거하는 고역통과필터(PHF)를 포함한다.

Description

ＷＤＭ-ＰＯＮ 시스템에서 잡음제거 장치{NOISE ELIMINATION APPARATUS IN WDM-PON SYSTEM}

본 발명은 잡음제거 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 파장분할 다중방식 수동형 광통신망(Wavelength Division Multiplexed-Passive Optical Network; 이하, 'WDM-PON'이라 함) 시스템에서 사용하는 잡음제거 장치에 관한 것이다.

일반적으로, WDM-PON 시스템은 파장분할 다중화(WDM) 기술을 사용한 수동형 광통신망(PON)으로서, 현재 코어 백본(backbone)에서 널리 사용되고 있는 파장분할 다중화 기술을 광가입자망에 적용한 것이다.

WDM-PON 시스템에서는 한 가닥의 광섬유를 통해 여러 파장의 광신호를 전송하고, 각 가입자는 서로 다른 파장을 사용하여 독립적으로 대역폭을 할당받는다. 가입자마다 상/하향 100Mbps의 속도를 보장받을 수 있으며, 대규모 전송용량을 확보할 수 있고, 확장성이 우수하며, 가입자의 보안성이 강화될 수 있는 등 여러 가지 장점이 있다.

도 1은 일반적인 WDM-PON 시스템을 대략적으로 도시한 도면이다.

도면에 도시된 바와 같이, 일반적인 WDM-PON 시스템은 중앙기지국(Central Office; 이하, 'CO')(100), 원격노드(Remote Node; 이하, 'RN')(200) 및 가입자단인 복수의 광네트워크유닛(Optical Network Unit; 이하, 'ONU')(300)으로 구성되며, 가간섭성광이 가간섭성 광원(110)으로부터 피더 파이버(feeder fiber)로 주입된다.

이러한 가간섭성 광원 주입기반의 WDM-PON 시스템은, 고속전송 및 장거리전송이 가능하고 좁은 채널간격을 가지는 장점이 있지만, 후방반사(back reflection)로 인해 성능이 저하되고, 시스템의 구현이 비용이 많이 들어 경제적이지 못하며, 가입자마다 파장을 할당하고 유지해야 하는 문제점이 있다.

도 2는 종래의 WDM-PON 시스템의 개략 구성도로서, WDM-PON 시스템에서 가간섭성 주입시드광을 상향신호 전송하는 경우를 설명하기로 한다. 도 2에서, CO(100)는 복수의 송수신기를 포함하고, ONU(300) 역시 복수의 송수신기를 포함하지만, 설명의 편의를 위해 CO(100)에서는 수신기(130)를, ONU(300)에서는 송신기(310)만을 강조하여 도시하는 것으로 하겠다. 또한, 수신기(130)는 광검출부(photodetector)(131)만을 예를 들어 도시하였으나, 클럭/데이터 복원부(Clock and Data Recovery; CDR), 비트에러율 시험부(Bit Error Rate Tester; BERT) 등 다른 구성요소를 포함하는 것임은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명하다 할 것이다.

이와 같이 구성되는 시스템에서, 상향신호 전송의 경우, 후방반사는 크게 둘로 나뉜다.

하나는, 시드광이 ONU(300)로 진행하는 도중 피더 파이버(FF)에서 반사되는 것(반사Ⅰ)이다. 이 반사Ⅰ은 상향신호와 섞여 노이즈로 작용한다.

또 다른 하나는, ONU(300)에서 증폭되어 CO(100)로 진행하다가 RN(200)에서 반사되는 것(반사Ⅱ)으로, 이 성분은 다시 ONU(300)로 유입되어 한번 더 증폭된 뒤 CO(100)로 전송된다. 이러한 빛 역시 상향신호와 섞여 노이즈로 작용한다.

즉, 후방반사에 의해 상향신호와 반사된 신호가 섞여, 상향신호에 대하여 반사된 신호가 노이즈로 작용하여, 통신품질을 저하하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, WDM-PON 시스템의 CO의 수신기에서, 고역통과필터를 추가하여, 잡음을 제거하는 잡음제거 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 제1파이버(FF)로 연결된 중앙 기지국(CO)과 원격노드(RN)와, 제2파이버(DF)로 연결되는 상기 RN과 광네트워크유닛(ONU)을 포함하는 파장분할 다중방식 수동형 광통신망(WDM-PON) 시스템에서, 상기 ONU로부터 상기 CO를 향하는 상향신호에 혼입되는 후방반사에 의한 잡음을 제거하는, 본 발명의 장치는, 상기 ONU로부터 수신되는 광신호를 수신하여 전기신호로 변환하는 광검출부; 및 상기 광검출부에 의해 변환된 전기신호에서, 후방반사에 의한 잡음을 제거하는 고역통과필터(HPF)를 포함한다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 제1파이버를 통해 수신되는 신호를 파장분할 분배하여, 상기 광검출부에 인가하는 파장분할 다중화부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 후방반사에 의한 잡음은, 상기 제1파이버에 의해 발생하는 잡음성분과 상기 RN에 의해 발생하는 잡음성분으로 구성되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 본 발명은, WDM-PON 시스템의 수신단의 광검출부 후단에 HPF를 연결하여, 시스템의 후방반사에 의해 발생하는 잡음을 제거하도록 하는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 WDM-PON 시스템을 대략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 WDM-PON 시스템의 개략 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 WDM-PON 시스템에서의 잡음제거 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 도 3의 수신기에서 측정된 신호 스펙트럼의 일예시도이다.
도 5a는 수학식 2의 신호성분의 전기적 스펙트럼의 일예시도이다.
도 5b는 후방반사에 의한 잡음이 있는 경우 수학식 2의 신호성분의 전기적 스펙트럼의 일예시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 잡음제거 장치를 적용한 경우 수신단의 신호의 스펙트럼을 도시한 일예시도이다.
도 7a 및 도 7b는 도 3의 수신단에서의 비트에러율(BER)을 나타낸 일예시도이다.
도 8은 도 3의 HPF의 차수의 영향을 설명하기 위한 일예시도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나, 또는 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나, '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, '포함한다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 WDM-PON 시스템에서의 잡음제거 장치를 설명하기 위한 개략도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 잡음제거 장치는, CO(100)의 수신기(130)가 고역통과필터(High Pass Filter; 이하, 'HPF'라 함)(132)를 포함한다.

HPF(132) 이외의 구성요소는 도 2와 동일하다 할 것이다.

즉, CO(100)는 광원(110), 제1파장분할 다중화기/역다중화기(120) 및 복수의 송수신기를 포함한다. 수신기(130)는 광검출부(131)와 HPF(132)를 포함한다. CO(100)가 복수의 송신기 및 수신기를 포함하고 있으나, 설명의 편의를 위해 하나의 수신기(130)만을 도시하고 있음은, 이미 설명한 바와 같다.

또한, 수신기(130)는 광검출부(131) 및 HPF(132) 외에 다양한 구성요소를 포함하고 있으나, 본 발명과 무관한 구성요소는 생략하기로 하겠다.

광검출부(131)는 예를 들어, 포토 다이오드(photo diode)이다. 광검출부(131)는 ONU(300)로부터 수신되는 광신호를 전기신호로 변환한다.

또한, RN(200)는 제2파장분할 다중화기/역다중화기로 구성된다. CO(100)와 RN(200)는 피더 파이버(FF)로 연결되고, RN(200)과 ONU(300)는 드랍 파이버(DF)로 연결된다.

CO(100)의 제1파장분할 다중화기/역다중화기(120)와 RN(200)의 제2파장분할 다중화기/역다중화기는 각각 도파로 배열 격자(Arrayed Waveguide Grating; AWG)로 구현될 수 있다. CO(100)의 제1파장분할 다중화기/역다중화기(120)는 수신되는 상향신호를 분배하여, 수신기(130)에 전달한다.

ONU(300)는 각각 복수의 송신기 및 수신기를 포함하고 있으나, 설명의 편의를 위해 하나의 송신기(310)만을 도시하고 있음은, 이미 설명한 바와 같다.

HPF(132)는 상향신호에 발생하는 피더 파이버(FF)에 의한 반사성분(반사Ⅰ) 및 RN(200)에 의한 반사성분(반사Ⅱ)을 제거하는 기능을 담당한다. 이를 상세하게 설명한다.

CO(100)의 수신기(130)의 광검출부(131)에 입력되는 빛의 파워와 출력전류와의 관계는 다음과 같다.

여기서,

는 광검출부(131)의 출력전류이고,

은 광검출부(131)의 응답도(responsivity),

는 광파워를 나타낸다. 또한,

는 광신호의 전자계 세기이며,

는 잡음의 전자계 세기를 나타내는 것이다.

따라서, 광검출부(131)의 출력전류는 신호성분과 잡음성분의 전자계 세기의 제곱에 비례한다.

여기서,

은 신호성분이고,

은 비팅으로 인한 잡음성분이며,

은 상대적으로 작은 값이므로, 무시할 수 있다.

도 4는 도 3의 수신기에서 측정된 신호 스펙트럼의 일예시도로서, 1.25Gb/s 신호의 경우를 나타낸 것이다.

첫번째 신호펄스가 나타나는 위치는 다음 수학식에 의해 구할 수 있으며, 수학식 3에 의하면, 첫번째 신호 스펙트럼은 약 10MHz에서 나타나게 된다.

도 5a는 수학식 2의 신호성분의 전기적 스펙트럼의 일예시도로서, 수학식 2에서 신호성분 및 비팅잡음에 의한 잡음성분을 설명하기 위한 것이며, 후방반사에 의한 잡음이 없는 경우를 가정한 것이다.

도면에 도시된 바와 같이, 약 10MHz 간격으로 신호펄스(A, B)가 위치함을 알 수 있다.

도 5b는 후방반사에 의한 잡음이 있는 경우 수학식 2의 신호성분의 전기적 스펙트럼의 일예시도이다. 도면에 도시된 바와 같이, DC(0MHz)에서 매우 큰 잡음성분이 존재함을 확인할 수 있고(C), 10MHz 마다 반복되는 신호성분에도 잡음이 섞여 있음(오버랩)을 할 수 있다.

이때, DC에서 매우 큰 잡음은 전체 후방반사로 인한 잡음의 약 70%에 해당하므로, 이를 제거하면, 수신단의 성능을 개선할 수 있다.

DC에서 발생하는 잡음의 주파수폭은, 사용하는 광의 라인폭(linewidth)에 의해 결정된다.

따라서, 수신단에서 광검출부(1310의 출력에 HPF(132)를 사용함으로써, 신호성분은 통과시키고, 10MHz 이내에서 발생하는 비팅에 의한 잡음성분을 줄일 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 잡음제거 장치를 적용한 경우 수신단의 신호의 스펙트럼을 도시한 일예시도로서, 2MHz의 대역폭을 가지는 HPF(132)를 사용하는 경우를 나타낸 것이다.

도면에서, 붉은색 스펙트럼은 후방반사에 의한 잡음이 유입되지 않은 순수 상향신호를 나타내며, 검은색 스펙트럼은 후방반사에 의한 잡음이 유입된 경우, 본 발명의 HPF(132)가 사용되지 않은 경우, 푸른색 스펙트럼은 후방반사에 의한 잡음이 유입된 경우, 본 발명의 HPF(132)가 사용된 경우의 스펙트럼을 각각 나타낸 것이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 HPF(132)에 의하면, DC에서 발생하는 잡음을 90% 이상 줄여, 신호의 성능이 60% 향상됨을 알 수 있다.

다음 표는, HPF(132)의 컷오프 주파수(cut-off frequency)와 라인폭(linewidth)의 관계를 나타낸 것으로서, 여러가지 대역폭을 가지는 HPF(132)를 사용하였을 때의 후방반사에 의한 잡음의 감소의 정도를 나타낸 것이다. 표에서,

는 잡음의 정도를 나타내는 표준편차이다.

라인폭: 80kHz(σ=18mV, HPF가 없는 경우)
HPF의 컷오프 주파수	컷오프 주파수/라인폭(C/L)	실험결과	실제 시뮬레이션 결과
230kHz	2.88	σ=3.9mV(78%↓)	σ=4.2mV(76%↓)
480kHz	6	σ=1.1mV(94%↓)	σ=1.3mV(93%↓)
1MHz	12	σ=0.7mV(96%↓)	σ=0.63mV(97%↓)

즉, 표에 나타난 바와 같이, 컷오프 주파수가 증가할수록, DC 잡음이 많이 감소함을 알 수 있다.

도 7a 및 도 7b는 도 3의 수신단에서의 비트에러율(BER)을 나타낸 일예시도로서, 도 7a는 라인폭이 80kHz인 빛을, 도 7b는 라인폭이 230kHz인 빛을 이용한 경우를 나타낸 것이다.

도면에 도시된 바와 같이, 라인폭이 80kHz인 빛을 이용하였을 경우, C/L(컷오프 주파수/라인폭)이 커질수록 비트에러율(BER) 성능이 개선되는 것을 확인할 수 있다. 이때 기준(reference)은, 후방반사에 의한 잡음이 없다고 가정한 경우이다.

라인폭이 230kHz인 빛을 이용하였을 경우 역시, C/L이 커질수록 비트에러율(BER) 성능이 개선되는 것을 알 수 있다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 후방반사에 의한 잡음의 개선정도는 HPF(132)의 차수와도 관계가 있다.

도 8은 도 3의 HPF의 차수의 영향을 설명하기 위한 일예시도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 같은 컷오프 주파수(8MHz)를 가지더라도, 차수가 높은 PHF를 사용하면, 더 많은 잡음을 감소시켜, 성능을 개선할 수 있다. 도면에서 n은 HPF의 차수를 나타낸 것이다.

이와 같은 본 발명은, WDM-PON 시스템의 수신단의 광검출부 후단에 HPF를 연결하여, 시스템의 후방반사에 의해 발생하는 잡음을 제거한다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

100: 중앙기지국(CO)
110: 광원
120: 제1파장분할 다중화기/역다중화기
130: 수신기
131: 광검출부
132: 고역통과필터(HPF)
200: 원격노드(RN)
300: 광네트워크 유닛(ONU)
310: 송신기

Claims

제1파이버(FF)로 연결된 중앙 기지국(CO)과 원격노드(RN)와, 제2파이버(DF)로 연결되는 상기 RN과 광네트워크유닛(ONU)을 포함하는 파장분할 다중방식 수동형 광통신망(WDM-PON) 시스템에서, 상기 ONU로부터 상기 CO를 향하는 상향신호에 혼입되는 후방반사에 의한 잡음을 제거하는 장치에 있어서,
상기 ONU로부터 수신되는 광신호를 수신하여 전기신호로 변환하는 광검출부; 및
컷오프 주파수와 사용하는 광의 라인폭과의 관계를 고려하여, 상기 광검출부에 의해 변환된 전기신호에서, 후방반사에 의한 잡음을 제거하는 고역통과필터(HPF) - 상기 잡음은, 상기 제1파이버에 의해 발생하는 잡음성분과 상기 RN에 의해 발생하는 잡음성분으로 구성됨 - 를 포함하는 잡음제거 장치.
제1항에 있어서, 제1파이버를 통해 수신되는 신호를 파장분할 분배하여, 상기 광검출부에 인가하는 파장분할 다중화부를 더 포함하는 잡음제거 장치.
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