KR101600014B1 - 파장분할 다중화 광통신 시스템 및 이를 위한 출력신호의 광 성능 측정 방법 - Google Patents

Abstract

파장분할 다중화 광통신 시스템 및 이를 위한 출력신호의 광 성능 측정 방법이 개시된다. 일 실시예에 따른 광통신 시스템은 서비스 제공자 장치, 지역 노드, 및 다수의 가입자 장치를 포함한다. 서비스 제공자 장치는 다수의 제1 광 송수신기, 다수의 제1 광 송수신기와 접속되어 다수의 제1 광 송수신기에서 송수신되는 광을 다중화/역다중화하기 위한 제1 광 다중화기/역다중화기(OD/OM), 및 씨앗광을 제공하는 씨앗 광원을 포함한다. 다수의 가입자 장치는 각각 제2 광 송수신기를 포함한다. 그리고 지역 노드는 제2 광 다중화기/역다중화기(OD/OM)와 전송용 단일모드 광섬유를 포함하는 디더블유디엠 링크(DWDM link)를 통해 서비스 제공자 장치와 다수의 가입자 장치를 서로 연결한다. 이 때, 제2 광 송수신기로부터의 출력 신호의 광 세기는 출력 신호가 지역 노드의 제2 광 다중화기/역다중화기를 통과하는데 따른 손실 값을 보상하여 결정된다.

Description

파장분할 다중화 광통신 시스템 및 이를 위한 출력신호의 광 성능 측정 방법{Wavelength division multiplexing passive optical network and optical output signal performance measuring method for the network}

본 발명은 파장분할 다중화 광통신 네트워크(Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network, WDM-PON)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 씨앗광 주입 방식의 파장분할 다중화 광통신 네트워크 및 이를 위한 출력신호의 광 성능을 측정하는 방법에 관한 것이다.

파장분할 다중화(Wavelength Division Multiplexing, WDM) 광통신 네트워크에서는 광신호의 파장이 다른 다수의 채널을 사용하여 전체 네트워크 전송용량을 손쉽게 증가시킬 수 있다. 현재의 대부분 파장분할 다중화 방식의 광통신 네트워크 시스템에서는 송수신되는 신호의 파장이 고정되어 있어 채널수의 증가를 위해서는 기본적으로 각각의 파장이 다른 광 송수신기가 필요하다. 즉, 40 채널의 신호를 전송하기 위해서는 각기 다른 출력 파장을 가진 40개의 광 송수신기가 필요하게 된다. 이 경우에 광 송수신기의 고장에 대비하여 항상 40개의 파장이 다른 광 송수신기를 보유하고 있어야 하므로 운용 측면에서 경제적인 부담이 된다.

이를 해결하기 위해서 최근 파장에 무관하게 동작하는 파장 비의존성 광 송수신기를 사용하는 씨앗광 주입방식의 WDM 광통신 네트워크가 개발되고 있다. 파장 비의존성 광 송수신기는 주입된 씨앗광의 파장과 동일한 파장의 출력 광 신호를 생성할 수 있으므로 씨앗광의 파장에 따라 손쉽게 파장을 결정할 수 있는 장점이 있다. 따라서 파장 비의존성 광 송수신기는 광 송수신기 고장 시 대체가 매우 편리하며 현재 동작중인 광 송수신기의 개수만큼 여분의 광 송수신기를 확보해둘 필요가 없어 매우 경제적이다.

이러한 요구조건을 충족시키는 파장 비의존성 WDM-PON(colorless Wavelength Division Multiplexing-Passive Optical Network) 기술은 세계적으로 널리 연구되고 있다. 그리고 연구되고 있는 다양한 방식 중에 현재 상용화 수준까지 개발된 방식으로는 비간섭성 광대역 광원을 씨앗광원으로 사용하여 파장 비의존성 광원의 출력 파장을 결정하는 파장 잠금(wavelength locking) 방식의 WDM 기술이 있다.

본 발명이 해결하려는 하나의 과제는 비간섭성 광대역 광원 또는 간섭성 광원을 씨앗광원으로 사용하는 씨앗광 주입형 WDM 광통신 네트워크가 안정적으로 통신할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명이 해결하려는 다른 하나의 과제는 비간섭성 광대역 광원을 씨앗광원으로 사용하는 파장분할 다중화 방식 광통신 네트워크에서 신호의 특성을 측정하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 하나의 과제는 파장분할 다중화 방식 광통신 네트워크에서 가입자 장치의 출력 신호의 특성을 측정함에 있어서 출력 신호의 전송 품질 열화를 최소화할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 파장분할 다중화 방식 광통신 시스템은 서비스 제공자 장치, 지역 노드, 및 다수의 가입자 장치를 포함한다. 상기 서비스 제공자 장치는 다수의 제1 광 송수신기, 상기 다수의 제1 광 송수신기와 접속되어 상기 다수의 제1 광 송수신기에서 송수신되는 광을 다중화/역다중화하기 위한 제1 광 다중화기/역다중화기(OD/OM), 및 씨앗광을 제공하는 씨앗 광원을 포함하고, 상기 다수의 가입자 장치는 각각 제2 광 송수신기를 포함하며, 상기 지역 노드는 제2 광 다중화기/역다중화기(OD/OM)와 전송용 단일모드 광섬유를 포함하는 디더블유디엠 링크(DWDM link)를 통해 상기 서비스 제공자 장치와 상기 다수의 가입자 장치를 서로 연결한다. 그리고 상기 제2 광 송수신기로부터의 출력 신호의 광 세기는 상기 출력 신호가 상기 지역 노드의 상기 제2 광 다중화기/역다중화기를 통과하는데 따른 손실 값을 보상하여 결정된다.

상기 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 출력 신호의 광 세기는 상기 서비스 제공자 장치와 상기 지역 노드 사이의 광 세기에 의하여 결정될 수 있다. 그리고 상기 보상되는 손실 값은 상기 디더블유디엠 링크의 삽입 손실의 최소값일 수 있다.

상기 실시예의 다른 측면에 의하면, 상기 서비스 제공자 장치로부터 상기 가입자 장치로 진행하는 광 신호의 파장 대역과 상기 가입자 장치로부터 상기 서비스 제공자 장치로 진행하는 광 신호의 파장 대역은 서로 다를 수 있다. 이 경우에, 상기 제2 광 다중화기/역다중화기(OD/OM)는 프리 스펙트럴 레인지(Free Spectral Range, FSR) 특성을 갖는 순환 다중화기/역다중화기(cyclic OD/OM)일 수 있다.

상기 실시예의 또 다른 측면에 의하면, 상기 전송용 단일모드 광섬유는 상기 서비스 제공자 장치와 상기 제2 다중화기/역화중화기를 연결하는 제1 단일모드 양방향 광섬유(single bidirectional fiber)를 포함할 수 있다. 그리고 상기 전송용 단일모드 광섬유는 상기 제2 다중화기/역화중화기와 상기 다수의 가입자 장치 각각을 연결하는 다수의 제2 단일모드 양방향 광섬유를 포함할 수 있다.

상기 실시예의 또 다른 측면에 의하면, 상기 씨앗 광원으로 광대역 광원(Broadband Light Source, BLS)이 사용될 수 있다. 또는, 상기 씨앗 광원으로 출력 광 스펙트럼의 대역폭이 매우 좁은 간섭성 광원(multi-wavelength laser seed source)이 사용될 수 있다.

상기 실시예의 또 다른 측면에 의하면, 상기 제2 광 송수신기의 광 송신기는 "1" 레벨 신호와 "0" 레벨 신호의 교차 레벨(crossing level)이 상기 "1" 레벨 신호의 세기의 50%보다 낮게 형성되어 있는 광학 아이 마스크를 만족하는 광 신호를 송신할 수 있다. 이 경우에, 상기 교차 레벨은 상기 "1" 레벨 신호의 세기의 45%일 수 있다.

상기 실시예의 또 다른 측면에 의하면, 상기 제1 광 송수신기의 광 수신기는, 판단 문턱값을 변조된 광신호의 "1" 레벨의 세기를 1이라고 할 때 0.45 ~ 0.35로 가변시킬 수 있는 문턱값 가변 수단을 포함할 수 있다. 그리고 기준 전송 속도가 2.45776Gb/s 또는 2.5Gb/s일 수 있다. 또한, 상기 파장분할 다중화 방식 광통신 시스템을 통해 전송되는 정보는 순방향 오류 정정(Forward Error Correction, FEC) 코드를 포함할 수 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 파장분할 다중화 방식 광통신 시스템은 서비스 제공자 장치, 지역 노드, 및 다수의 가입자 장치를 포함한다. 상기 서비스 제공자 장치는 다수의 제1 광 송수신기, 상기 다수의 제1 광 송수신기와 접속되어 상기 다수의 제1 광 송수신기에서 송수신되는 광을 다중화/역다중화하기 위한 제1 광 다중화기/역다중화기(OD/OM), 및 씨앗광을 제공하는 씨앗 광원을 포함하고, 상기 다수의 가입자 장치는 각각 제2 광 송수신기를 포함하며, 상기 지역 노드는 제2 광 다중화기/역다중화기(OD/OM)와 전송용 단일모드 광섬유를 포함하는 디더블유디엠 링크(DWDM link)를 통해 상기 서비스 제공자 장치와 상기 다수의 가입자 장치를 서로 연결한다. 그리고 상기 제2 광 송수신기의 광 송신기는 "1" 레벨 신호와 "0" 레벨 신호의 교차 레벨(crossing level)이 상기 "1" 레벨 신호의 세기의 50%보다 낮게 형성되어 있는 광학 아이 마스크를 만족하는 광 신호를 송신할 수 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는 서비스 제공자 장치, 지역 노드 및 다수의 가입자 장치를 포함하는 파장분할 다중화 방식 광통신 시스템을 위한 출력신호 광 세기 측정 방법으로서, 상기 다수의 가입자 장치 각각에 구비된 광 송수신기의 출력 신호가 상기 지역 노드에 구비된 광 다중화기/역다중화기(OD/OM)를 통과하는데 따른 손실 값을 보상하여 상기 광 송수신기의 출력 신호의 광 세기를 측정할 수 있다.

본 발명에 따르면, DWDM Link 내의 OD/OM의 광 대역폭을 광 채널 간의 크로스톡에 의한 광전송 성능 열화 및 광 격리에 따른 대역폭 감소에 의한 광전송 성능 열화가 최소화되도록 조절함으로써 비간섭성 광대역 광원을 씨앗광원으로 사용하는 WDM 광통신 네트워크에서 요구되는 광신호 전송 품질을 얻을 수 있다.

그리고 DWDM Link 내의 OD/OM에 의한 광 손실을 보상하여 상기 TEE 출력신호의 광세기를 측정하는 방법이 제공되며, 적절한 광학 아이 마스크와 이에 따른 판단 문턱값 가변 장치를 갖는 수신기를 제공하여 광 신호의 송수신 성능을 높일 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 광 신호의 대역폭에 따라 가변적으로 측정 대역폭을 조절할 수 있으며 또한 인접 채널의 영향을 최소화 할 수 있어 측정된 신호의 전송품질의 정확성을 향상시킬 수 있다.

아울러, 본 발명에 따르면, 광 필터를 이용하여 안정적인 통신 가능성을 파악하고자 하는 채널의 광신호만을 분리하여 광출력의 세기를 측정함으로써 주입된 씨앗광의 광세기 또는 사용자 장치의 구동 조건에 관계없이 안정적인 통신 가능성 여부를 손쉽게 파악할 수 있다.

도 1은 파브리 페롯 레이저 다이오드의 모드 잠김 효과를 설명하는 도면이다.
도 2는 씨앗광 주입방식 WDM 광통신 네트워크의 동작 방법을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 씨앗광 주입 방식 WDM 네트워크의 구조를 나타내는 블록도이다.
도 4는 씨앗광원의 종류에 따른 예상되는 출력스펙트럼의 일 예이다.
도 5는 TEE인 TEE에 씨앗광이 주입되어 출력파장이 결정되는 과정을 도식화한 것이다.
도 6은 다양한 AWG의 파장에 따른 투과 형태를 나타낸 그래프이다.
도 7은 다양한 AWG의 특성에 따른 씨앗광의 RIN 특성을 나타낸다.
도 8는 Gaussian passband AWG를 OD/OM으로 사용하고 TEE로 RSOA를 사용하는 일 실시예에 있어서 TEE의 입출력 신호의 스펙트럼을 측정한 것을 나타내는 도면이다.
도 9는 DWDM Link 내의 제2 OD/OM의 종류에 따른 씨앗광의 출력 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 10은 DWDM Link 내의 제2 OD/OM의 종류에 따른 TEE의 출력 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 11은 DWDM Link 내의 제2 OD/OM의 종류에 따른 씨앗광과 TEE 출력신호의 RIN 값을 측정한 것이다.
도 12는 DWDM Link를 통과한 후의 광신호의 RIN 값을 나타낸 도면이다.
도 13은 HEE의 제 1 OD/OM을 통과한 후의 광신호의 RIN 값을 나타낸 도면이다.
도 14는 광대역광원을 씨앗광으로 사용하는 씨앗광 주입 방식 WDM 네트워크에서 HEE 앞단에서 예상되는 TEE 신호들을 도식화한 것이다.
도 15는 광대역광원을 씨앗광으로 사용하는 씨앗광 주입 방식 WDM 네트워크에서 채널 크로스톡과 채널 대역폭에 따른 신호성능 변화를 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 씨앗광 주입 방식 WDM 광통신 네트워크에서 광신호 특성 측정의 개념을 나타내는 도면이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 씨앗광 주입 방식의 WDM 광통신 네트워크의 구성을 보여 주는 도면이다.
도 10은 일반적인 WDM 시스템과 씨앗광원을 사용하는 WDM 시스템에서의 신호의 대역폭 차이를 나타낸 것이다.
도 19는 신호의 광손실에 의해 발생할 수 있는 광특성의 열화 현상을 나타내는 그래프이다.
도 20은 광 필터링 전의 신호를 나타낸다.
도 21은 광 필터링 후의 신호를 나타낸다.
도 22는 필터의 대역폭에 따른 필터링된 신호의 BER 값 변화를 나타낸 그래프이다.
도 23, 도 24, 도 25는 각각 필터의 대역폭이 20GHz, 60GHz, 및 100GHz인 경우의 Eye Diagram을 나타낸다.
도 26은 Butterworth 형태의 광 필터의 투과 특성과 광신호의 출력 스펙트럼을 도시한 것으로서, Butterworth 차수를 변화하면서 신호의 세기 차이를 비교한 그래프이다.
도 27은 고주파 투과필터와 저주파 투과필터를 이용하여 광신호를 파장 분할하는 방법을 도식화한 것이다.
도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 파장가변 광 필터의 구성을 나타낸 것이다.
도 29는 본 발명의 실시예에 따른 광 신호 성능 측정 장치의 구성이 개략적으로 도시한 것이다.
도 30은 본 발명의 실시예에 따른 파장가변 광 필터의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 31은 TEE로 주입되는 씨앗광의 광세기에 따라 slicing loss가 달라짐을 도식화한 도면이다.
도 32는 TEE로 주입되는 씨앗광의 광세기 및 TEE 구동 조건에 따른 slicing loss를 나타내는 그래프이다.
도 33은 본 발명의 실시예에 따라 TEE의 앞단에 ROBF를 설치하여 DWDM 링크 뒷단에서 TEE 광세기를 측정한 결과를 종래기술과 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 34는 파장분할 다중화 방식 광통신 네트워크에서 본 발명의 실시예에 따른 TEE 출력신호의 광세기 측정을 위한 장치를 구비한 것을 나타낸 도면이다.
도 35는 본 발명의 일 실시예에 따른 파장가변 광 필터의 구성을 나타낸 것이다.
도 36은 본 발명의 실시예에 따른 광 신호 성능 측정 장치의 구성이 개략적으로 도시한 것이다.
도 37은 ITU-T G.959.1에서 규정하고 있는 광학 아이 마스크를 나타낸다.
도 38은 광대역광원을 씨앗광으로 사용하는 씨앗광 주입 방식 WDM 네트워크에서 DWDM Link 내의 제2 OD/OM을 통과한 후의 광 신호의 optical eye diagram을 나타낸다.
도 39는 광대역광원을 씨앗광으로 사용하는 씨앗광 주입 방식 WDM 네트워크에서 실험적으로 측정한 optical eye diagram을 고려한 광학 아이 마스크를 나타낸다.
도 40은 무선배후망을 도시한 것이다.
도 41은 2.5 Gb/s 씨앗광 주입 방식 WDM 네트워크의 전송 결과를 도시한 것이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 씨앗광 주입 방식의 파장분할 다중화(Wavelength Division Multiplex, WDM) 광통신 네트워크에 대해 설명한다. 씨앗광 주입 방식의 WDM 광통신 네트워크에서는 서비스 제공자 장치(Head End Equipment, HEE)에 위치한 씨앗 광원(seef source)에서 생성된 씨앗광이 광선로 상에 위치한 파장분할 다중화기를 통과하면서 파장분할 된 후, 이 파장분할 다중화된 씨앗광을 원격지에 위치한 가입자 장치(Tail End Equipment, TEE)에 사용되는 파장비의존성 광원에 주입하는 구조로 구성된다. HEE에 위치한 씨앗 광원으로는 일반적으로 광증폭기 기반의 광대역 광원이 사용되지만, 후술하는 바와 같이 여기에 한정되는 것은 아니다.

이때 파장비의존성 광원으로는 저가형 파브리 페롯 레이저 다이오드(Fabry Perot Laser Diode, FP-LD)나 반사형 반도체 광증폭기(Reflective Semiconductor Optical Amplifier, RSOA)가 사용될 수 있다. FP-LD와 RSOA는 구성하고 있는 반도체의 특성상 수십 nm 이상의 넓은 대역에서 자발 방출광을 출력한다.

FP-LD는 구조상 그 내부에 다수의 서로 다른 레이저 공진 모드가 구성되어 도 1의 위쪽에 도시된 것과 같이 다수의 레이저가 발진되는 출력 특성을 보인다. 이를 다중 모드 레이저(multi-mode laser)라 한다. 이 경우에 외부에서 씨앗광을 주입하게 되면 주입된 씨앗광의 파장과 동일한 파장대역의 FP-LD의 출력모드를 선택하게 된다. 이 결과로 도 1의 아래쪽에 도시된 바와 같이 DFB Laser diode의 출력 특성과 유사한 특성을 가진 광이 출력된다. 이를 모드 잠김 효과라고 한다.

하지만, FP-LD의 경우 모드 선택에 있어서, 씨앗광의 중심파장과 FP-LD의 각 모드의 중심 파장의 차이에 따라 모드 잠김 효과가 다르게 발생하는 문제가 있다. 또한 FP-LD를 직접 변조하는 경우에 있어서 FP-LD를 구성하는 공진기의 반사율에 따라 그 변조속도의 차이가 발생할 수 있다.

이를 극복하기 위한 또 다른 방법으로는 RSOA에 씨앗광을 주입하는 방식이 있다. RSOA는 공진기의 한쪽 면은 고반사 코팅을 하고 다른 한쪽 면은 저반사 코팅을 하므로 FP-LD와는 다르게 레이저 발진모드가 형성되지 않는다. 따라서 씨앗광의 중심 파장과 발진 모드의 중심 파장이 일치할 필요가 없으며, 2.5 Gb/s 이상 직접 변조가 가능하다.

TEE에 사용되는 반사형 반도체 광증폭기(RSOA) 기반 광송신기 또는 F-P LD 기반 광송신기 등의는 구조적인 특성에 의해 입력된 씨앗광의 편광상태에 따라 출력신호의 광세기가 차이가 발생한다. 이를 편광의존 이득이라고 한다. 이 차이를 최소화하기 위해서는 입력되는 씨앗광의 편광 상태를 100%로 유지하는 것이 바람직하다. EDFA 기반의 광대역 광원은 Degree of polarization이 90% 이상이나, Laser Diode를 사용하는 씨앗광원의 경우 Degree of polarization이 매우 낮아 그 편광상태에 따라 TEE 광송신기의 출력신호의 광세기가 차이가 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위해서는 편광의존 이득이 적은 반사형 반도체 광증폭기 (RSOA)기반 광송신기를 사용하는 것이 바람직하다.

도 2는 씨앗광 주입 방식의 WDM 광통신 네트워크의 동작 방법을 도식적으로 나타낸 것이다.

도 2에 도시한 바와 같은 씨앗광 주입 방식의 WDM 광통신 네트워크는 아래와 같은 단계를 통해 광신호가 생성된다.

제1 단계: 도 2의 왼편에 위치한 씨앗 광원으로부터 광대역 씨앗광이 발생함.

제2 단계: 광대역 씨앗광이 파장 분할 다중화기를 거치면서 스펙트럼이 분할됨.

제3 단계: 스펙트럼 분할된 씨앗광이 파장 비의존성 광원에 주입됨.

제4 단계: 파장 비의존성 광원에서는 입력된 씨앗광을 증폭 및 변조시켜 출력함.

상기의 설명에 의한 씨앗광 주입방식의 WDM 광통신 네트워크는 파장 의존성 레이저 다이오드(Laser Diode, LD)를 사용한 광송수신기를 사용하는 WDM 광통신 네트워크와는 달리, 가입자(TEE) 측에 파장 비의존성 광원을 사용한 광송수신기를 사용하므로 다수의 TEE에 동일한 광송수신기를 사용할 수 있는 장점을 가지고 있다. 따라서 광송수신기의 설치가 매우 간편하고, 광송수신기의 고장 시에 대체가 매우 편리하며 현재 동작중인 광송수신기의 개수만큼 여분의 광송수신기를 확보해둘 필요가 없어 매우 경제적이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 씨앗광 주입 방식의 WDM 광통신 네트워크의 구성을 보여 주는 블록도이다. 도 3을 참조하면, WDM 광통신 네트워크는 전화국과 같은 서비스 제공자 장치인 HEE(100)와 다수의 가입자 장치인 TEE(300 : 300_1, 300_2, … , 300_N)를 포함하며, HEE(100)와 TEE(300) 사이에는 디더블유디엠 링크(Dense Wavelength Division Multiplexing(DWDM) link, 200)가 설치되어 있다.

HEE(100)에는 다수의 송수신기(Tx 및 Rx)(110 : 110_1, 110_2, … , 110_N)와 제1 OD/OM(Optical Demux/Optical Mux, 120)이 구비되어 있으며, 씨앗광(seed light)을 제공하기 위한 씨앗 광원(seed source, 130)이 구비된다. 그리고 DWDM 링크(200)는 광신호를 전송하기 위한 전송용 광섬유와 씨앗 광원(130)로부터 송신된 씨앗광을 파장 분할하여 다수의 TEE(300)로 주입하기 위해 제2 OD/OM(220)을 포함한다. 도면에 도시된 바와 같이, 전송용 광섬유는 HEE(100)와 제2 OD/OM(220)을 연결하는 제1 단일모드 양방향 광섬유(single bidirectional fiber)를 포함한다. 또한, 전송용 광섬유는 제2 OD/OM(220)과 다수의 가입자 장치(300) 각각을 연결하는 다수의 제2 단일모드 양방향 광섬유도 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 WDM 광통신 네트워크에서 사용하는 씨앗광 주입 방식은, 전술한 바와 같이 FP-LD나 RSOA, 반사형 흡수변조 증폭기(Reflective Amplifier Modulator, RAM) 등 파장 비의존성 광원으로 송신기를 구성한 광송신기에 외부에서 씨앗광을 주입함으로써, FP-LD나 RSOA, RAM이 주입된 씨앗광만 증폭, 변조시키고 그 외 자발 방출되는 광은 억압되는 현상을 이용하는 것이다.

이때, 씨앗 광원(130)으로는 비간섭성 광대역 광원(Broadband Light Source, BLS), 스펙트럼이 분할된 비간섭성 광원(Pre-spectrum sliced BLS), 채널마다 분리된 라인을 생성(produce a discrete line per channel)하는 간섭성 광원(Multi-Wavelength Source, MWS)이 사용될 수 있다. 상기 스펙트럼이 분할된 비간섭성 광원은 비간섭성 광대역 광원의 효율을 향상시키기 위해 비간섭성 광대역 광원 내부에 주기적인 투과 특성을 가진 광학 필터를 구비하여 씨앗광을 1차로 스펙트럼 분할한 후, 분할된 씨앗광을 재증폭시키는 구조를 가진다. 이런 방식으로 씨앗 광을 생성하게 되면 OD/OM을 통과할 때 씨앗광의 손실을 최소화 할 수 있는 장점을 가지고 있다. 그리고 복수의 간섭성 광원들(multi-wavelength laser seed source)로 씨앗 광원(130)을 구성할 수도 있는데, 예컨대 스펙트럼이 분할된 비간섭성 광대역 광원이나 광출력 스펙트럼이 매우 좁은 간섭성 광원 등이 있다.

도 4는 씨앗 광원(130)의 종류에 따른 예상되는 출력 스펙트럼의 일례를 보여 주는 도면이다. 도 4의 그래프는 위에서부터 차례대로 비간섭성 광대역 광원, 스펙트럼이 분할된 비간섭성 광대역 광원, 간섭성 광원의 광세기를 나타낸다. 특히, 도 4의 제일 아랫쪽에 있는 간섭성 광원의 출력 스펙트럼을 참조하면, 스펙트럼이 대역폭이 매우 좁아서 채널마다 분리된 광선을 생성(produce a discrete line per channel)하는 것처럼 도시되어 있다.

이와 같은 구성된 씨앗 광원(130)은 TEE(300)로 씨앗광을 제공한다. 씨앗 광원(130)에서 송신된 광은 전송용 광섬유를 통과한 후 제2 OD/OM(220)을 통과하면서 파장 분할되고, 파장 분할된 씨앗광이 각 TEE(300)에 주입된다. 이 경우, 씨앗 광원(130)에서 출력된 광을 DWDM 링크(200) 내의 제2 OD/OM(220)으로 입력하기 위하여 광 커플러(도시하지 않음) 등이 추가로 구비되어 있을 수 있다.

제2 OD/OM(220)에 의하여 스펙트럼 별로 분할된 광이 각 TEE(300)로 주입되며, TEE(300)의 FP-LD나 RSOA, RAM과 같은 파장 비의존성 광원은 주입된 광에 의해 파장 고정되어, 주입된 광과 동일한 파장의 광을 출력한다. 이 때, TEE(300)의 출력광의 특성은 씨앗광의 특성과 TEE(300)의 동작조건에 따라 결정된다. 특히, TEE(300)의 출력광의 광 대역폭은 씨앗광의 광 대역폭에 의존한다. 그리고 씨앗광의 광 대역폭은 제2 OD/OM(220)의 광 투과 특성에 따라 결정된다.

도 5는 TEE(300)에 씨앗광이 주입되어 출력 파장이 결정되는 과정을 도식화한 것이다. 도 5에서 점선은 씨앗광이 입력되기 전의 TEE(300)의 출력 신호의 형태인데, 이것은 TEE(300)를 구성하는 파장 비의존성 광원에서 출력되는 자발 방출광(Amplified Spontaneous Emission, ASE)과 동일하다. 그리고 도 5에서 실선은 씨앗광이 입력된 후의 TEE(300)의 출력 신호의 형태를 나타내는 것인데, 이에 의하면 씨앗광의 파장에 따라 특정 파장을 갖는 신호가 출력됨을 알 수 있다.

파장 비의존성 광원으로 RSOA와 FP-LD를 사용하는 경우를 비교하면, 자발 방출광의 출력 스펙트럼은 RSOA와 FP-LD의 출력단의 반사율에 따라 차이를 보이지만 씨앗광이 입력되어 파장이 고정된 이후에는 유사한 특성을 보인다. 특히, FP-LD의 전송 속도를 높이기 위하여 출력단의 반사율을 10^-3이하로 낮추면 결과적으로 RSOA와 매우 유사한 광출력 스펙트럼을 보이게 된다.

777시작한편, 씨앗광으로 BLS를 사용하는 경우에 HEE(100)에서 출력된 씨앗광은 제2 OD/OM(220)을 통과하면서 파장 분할이 된 후 TEE(300)로 입력되는데, 이 과정에서 씨앗광 내의 동일한 주파수들 간에 형성되어 있던 상호연관(correlation)이 깨지면서 씨앗광의 RIN(Relative Intensity Noise) 특성이 열화된다.

광신호의 RIN 특성은 광신호의 전송 품질과 직접적인 연관성을 가지고 있는 주요한 특성이다. 광신호의 RIN 특성은 신호의 대역폭에 반비례한다. 즉, 광신호의 대역폭이 증가할수록 비간섭성 신호간의 상호 beating 정도가 감소하여 광신호의 RIN 특성은 향상된다. OD/OM으로는 다중 도파관 배열방식을 사용하는 AWG(Arrayed Waveguide Grating) 또는 여러 층의 다중 박막 코팅의 TFF(Thin Film Filter)를 사용하며, 채널 수가 많은 DWDM 광통신 네트워크의 경우 OD/OM으로 AWG를 사용하는 것이 일반적이다. AWG는 그 투과 대역폭에 따라 Gaussian passband AWG와 Flattop passband AWG, 그리고 Gaussian passband AWG와 Flattop passband AWG의 중간 특성을 갖는 wide Gaussian passband AWG로 구분할 수 있다.

도 6은 Gaussian passband AWG와 Flattop passband AWG의 파장에 따른 투과 형태를 나타낸 그래프이다. 도 6을 참조하면, Flattop passband AWG는 파장에 따라 투과 대역폭이 Gaussian passband AWG에 비해 넓은 특성을 가지고 있다는 것을 알 수 있다. 이에 따라 씨앗광으로 BLS를 사용하는 경우에, Flattop passband AWG를 사용하여 스펙트럼 분할하는 경우가 Gaussian passband AWG를 사용하여 스펙트럼 분할하는 경우보다 분할된 씨앗광의 RIN 특성이 더 좋아지게 된다.

도 7은 Gaussian passband AWG와 Flattop passband AWG에 따른 씨앗광의 RIN 특성을 나타낸다. 도 7을 참조하면, Flattop passband AWG를 사용할 때 RIN 특성이 더 좋아지는 것을 알 수 있다.

한편, 이론적인 계산결과에 의하여, 전송 속도가 1.25Gb/s인 씨앗광 주입 방식 WDM 네트워크에 있어서 광신호를 에러 없이 전송하기 위해서 필요한 HEE 내 Rx로 입력되는 광신호의 RIN 값은 -110 dB/Hz 이하이어야 하나, 본 발명자들의 실험결과에 의하면 RIN 값이 -109 dB/Hz인 경우에도 광신호를 에러 없이 전송할 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 이와 같은 조건을 만족하도록 하기 위한 OD/OM의 광대역폭을 제시한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 씨앗광원이 입력되어 파장이 결정되는 파장 비의존성 광 송수신기(TEE)로 예를 들면 RSOA를 사용할 수 있다. RSOA는 입력된 씨앗광을 증폭시키고 또한 동시에 변조하는 변조기 역할을 수행한다. 그런데, RSOA는 이득 매질이 반도체물질로 구성되어 있으므로 필연적으로 비선형 지수를 가지고 있으며 이에 따라 RSOA에서 출력된 광신호도 비선형 특성을 보이게 된다.

RSOA의 대표적인 비선형 특성으로는 출력 신호의 대역폭이 씨앗광의 대역폭보다 넓어지는 특성과 출력 신호의 파장이 장파장 쪽으로 이동하는 특성이 있다. 이 특성은 RSOA로 입력되는 씨앗광의 세기와 RSOA의 동작 전류가 증가할수록 강하게 발생한다.

도 8은 Gaussian passband AWG를 OD/OM으로 사용하고 TEE로 RSOA를 사용하는 일례에 있어서 씨앗광과 TEE 출력 신호의 광스펙트럼을 측정한 것이다. TP1은 씨앗광의 광스펙트럼이며, TP2는 TEE 출력 신호의 광스펙트럼, 그리고 TP3는 DWDM 링크내의 제2 OD/OM을 통과한 후의 TEE 신호의 광스펙트럼이다.

도 8을 참조하면, TEE 출력신호의 광 스펙트럼이 씨앗광의 광 스펙트럼보다 넓은 것을 알 수 있다. TEE에서 출력된 광신호는 DWDM Link 내의 OD/OM을 통과하여 HEE의 수신단으로 전송되므로 제2 OD/OM의 투과 특성 대역폭과 TEE 출력 신호의 대역폭 차이로 인해 광출력의 손실뿐만 아니라 전송 신호에 필요한 data frequency 성분들의 손실을 감수할 수밖에 없게 되어서, 결과적으로 신호의 전송품질이 나빠지게 된다.

따라서, 비간섭성 광대역광원을 씨앗광원으로 사용하는 씨앗광 주입방식 WDM 네트워크에서는 OD/OM의 광 대역폭에 따라 TEE로 주입되는 씨앗광의 RIN 값이 결정될 뿐만 아니라, TEE에서 출력된 신호의 전송품질이 결정되어 OD/OM의 광 대역폭의 선택은 매우 중요하므로 OD/OM의 광 대역폭은 달성하고자 하는 씨앗광 주입방식 WDM 네트워크의 전송품질을 고려하여 결정해야 한다.

도 9는 DWDM 링크 내의 제2 OD/OM의 종류에 따른 씨앗광의 출력 스펙트럼을 나타낸 도면이다. 도 9에서는 Gaussian passband AWG 1, 2와 Flattop passband AWG 1, 2를 사용한 출력신호를 나타내었다. 여기에서 Gaussian passband AWG 1, 2와 Flattop passband AWG 1, 2는 각각 그 대역폭이 다르다.

도 9에 나타난 바와 같이, OD/OM의 광대역폭에 따라 출력된 씨앗광의 스펙트럼이 다양하게 측정된다.

아래의 [표 1]은 DWDM 링크 내의 제2 OD/OM의 종류에 따른 씨앗광의 대역폭을 나타낸 표이다.

	1dB BW		2dB BW		3 dB BW		10 dB BW		15 dB BW
단위	pm	GHz	pm	GHz	pm	GHz	pm	GHz	pm	GHz
Gaussian1	231	28.875	326	40.75	398	49.75	717	89.625	872	109
Gaussian 2	264	33	374	46.75	458	57.25	831	103.875	1001	125.125
Flat-top1	405	50.625	493	61.625	559	69.875	837	104.625	966	120.75
Flat-top2	503	62.875	598	74.75	663	82.875	931	116.375	1050	131.25

도 10은 TEE의 출력 스펙트럼을 나타낸다. RSOA를 TEE Tx로 사용하는 경우 RSOA의 비선형 현상으로 인해 주입되는 씨앗광의 스펙트럼보다 출력된 신호의 스펙트럼이 넓어지는 현상이 발생하나 입력이 -15dBm인 경우 그 효과가 크지 않음을 보여준다. 씨앗광의 세기를 증가시키면 TEE Tx내의 광 캐리어가 증가하여 광 신호 변조 특성이 증가한다. 그러나 경제성 및 기술적으로 구현 가능한 HEE 내의 씨앗광의 출력 광세기와 DWDM 링크의 손실 및 손실 여유분 및 전송 성능을 고려했을 때 TEE Tx로 입력되는 씨앗광의 세기는 최소 -18dBm 정도도 가능하다.

DWDM 링크 내의 제2 OD/OM의 규격이 변화함에 따라 TEE로 입력되는 씨앗광의 대역폭뿐 아니라 제2 OD/OM을 통과한 TEE 출력 신호의 광 대역폭 역시 변화하게 된다. 다음의 [표 2]는 DWDM 링크 내의 OD/OM의 종류와 형태에 따른 TEE 출력신호의 대역폭을 측정한 것이다. 측정 결과, 도 9와 같이 입력되는 씨앗광의 광대역에 비례하여 TEE 출력 신호의 대역폭이 결정되는 것을 알 수 있다.

	1dB BW		2dB BW		3 dB BW		10 dB BW		15 dB BW
단위	pm	GHz	pm	GHz	pm	GHz	pm	GHz	pm	GHz
Gaussian1	253	31.625	356	44.5	425	53.125	735	91.875	933	116.625
Gaussian 2	217	27.125	325	40.625	417	52.125	847	105.875	1041	130.125
Flat-top1	454	56.75	522	65.25	578	72.25	865	108.125	1049	131.125
Flat-top2	481	60.125	584	73	650	81.25	955	119.375	1151	143.875

DWDM Link 내의 OD/OM 규격의 변화는 TEE 출력신호의 RIN도 변화하게 한다. 도 11은 OD/OM에 따른 TEE 출력신호의 RIN 값을 측정한 것이다.

TEE 출력신호의 경우, 신호광원으로 사용되는 RSOA의 intensity noise suppression 효과로 TEE 신호의 RIN 값은 씨앗광의 RIN 값보다 낮아지게 된다. 따라서 스펙트럼 분할된 씨앗광을 외부 변조기를 이용하여 변조하는 경우에 씨앗광의 높은 RIN값으로 인해 1.25Gb/s 속도의 신호 전송에 적합하지 못하지만 TEE로 RSOA나 FP-LD를 사용하는 경우 RIN 값이 개선되어 1.25 Gb/s 이상의 속도로 신호 전송이 가능해진다.

TEE 출력신호는 HEE 측으로 전송되면서 DWDM 링크 내의 제2 OD/OM과 광섬유를 통과하면서 제2 OD/OM에 의한 필터링 효과와 광섬유의 색 분산 효과에 의해서 RIN 특성이 열화된다. 즉, 이 효과들로 인해 TEE 출력 광신호의 상호 연관(correlation) 정도가 감소되어 같은 주파수 내의 상대 잡음을 증가시키게 된다.

도 12는 DWDM 링크를 통과한 후의 TEE 출력신호의 RIN 값을 나타낸다. 도 12을 참조하면, 상대적으로 광 대역폭이 좁은 Gaussian 형태의 OD/OM을 사용하는 경우에 있어서 RIN 값의 열화가 심한 것을 알 수 있다. 도 13은 HEE의 제1 OD/OM을 통과한 TEE 출력신호의 RIN 값을 측정한 것이다. 상술한 바와 같이, Flattop 형태의 제1 OD/OM을 사용한 경우, 필터링 효과가 Gaussian 형태의 OD/OM을 사용하는 경우에 비해 적게 발생하며, 결과적으로 약 1~2 dB 의 RIN penalty가 발생한다.

결과적으로, 상용 AWG의 광대역 특성, RSOA의 잡음 억제 효과, 그리고 OD/OM의 필터링 효과와 광섬유의 색분산 효과 등을 고려하였을 때, 비간섭성 광대역 광원을 씨앗광원으로 사용하는 파장분할 다중화 방식 광통신 네트워크에서 광신호의 간격이 100GHz, 전송 속도가 1.25Gb/s이며, 신호의 Code는 NRZ이고 최대 분산값이 400ps/nm/km인 경우에 있어서 FEC(Forward Error correction)를 사용하지 않고도 광신호가 에러 없이 전송될 수 있도록 하기 위해서는, 제2 OD/OM과 TEE 출력 신호의 광 대역폭을 다음의 [표 3]과 같이 정하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 OD/OM은 일반적으로 제2 OD/OM과 동일한 규격을 사용하므로 역시 Flattop 형태의 AWG를 사용할 수 있다.

	대역폭	최소	최대
제2 OD/OM의 광 대역폭	1-dB	50 GHz	65 GHz
	2-dB	60 GHz	75 GHz
	3-dB	70 GHz	85 GHz
	10-dB	100 GHz	120 GHz
TEE 신호의 광 대역폭	1-dB	55 GHz	60 GHz
	2-dB	65 GHz	75 GHz
	3-dB	70 GHz	85 GHz
	10-dB	105 GHz	120 GHz

즉, 제1 및 제2 OD/OM의 1-dB 광대역폭이 최소 25GHz 최대 65GHz이고, 3-dB 광대역폭이 최소 45GHz 최대 85GHz일 수 있다. 여기에서, 1-dB 광대역폭 및 3-dB 광대역폭은 최소 삽입 손실치부터 각각 1-dB 및 3-dB 손실이 추가되는 지점을 뜻한다.

출력 광신호의 성능이 DWDM Link의 제2 OD/OM의 대역폭에 따라 결정되는 점은 상술한 바와 같다. 이 때, 추가적으로 고려해야 할 기술적 고려사항은 채널간의 크로스톡(Crosstalk)이다.

도 14는 본 발명의 실시예에 따른 씨앗광 주입 방식 파장분할 다중화 방식 광통신 네트워크에서 광대역 광원을 씨앗 광원으로 사용하는 경우 HEE 앞단에서 예상되는 파장다중화된 TEE 신호들을 도식화한 것이다.

광대역 광원을 사용하는 경우 각 TEE 신호의 광 스펙트럼은 DWDM 링크의 제2 OD/OM의 채널별 투과특성에 비례하여 출력된다. 일반적으로 DWDM 링크 내의 OD/OM으로 AWG가 사용되는 점은 상술한 바와 같다. AWG는 그 물리적인 특성상 광 격리 성능의 한계로 인해 채널간의 Crosstalk이 발생한다.

도 14에서 각 채널의 대역폭 내에서 다른 채널의 스펙트럼과 겹치는 부분(빗금친 부분)이 채널간의 Crosstalk을 나타낸다.

이와 같은 채널 Crosstalk에 의하여 특히 중간 채널의 경우 광전송 성능이 열화되는 문제점이 발생한다. 이를 감소시키기 위해서는 AWG 채널의 대역폭을 협소하게 하여 광격리 성능을 향상시킬 수 있다. 그러나 채널의 대역폭의 감소로, 채널자체의 RIN 성능이 열화되고 결과적으로 광전송 성능이 열화된다. 이와 같은 현상을 도 15에 나타내었다.

도 15에 나타난 바와 같이, 상대적으로 광 대역폭이 좁은 Gaussian passband AWG를 OD/OM으로 사용하는 경우에는 채널 크로스톡에 의해 광전송 성능이 열화되는 것은 억제할 수 있지만, 채널의 대역폭이 좁아져 광전송 성능이 열화되는 문제가 있다. 반대로, 채널 대역폭이 넓은 Flattop passband AWG를 사용하는 경우에는 채널 대역폭이 넓어 광전송 성능이 향상되지만 채널 크로스톡이 증가하여 광전송 성능이 열화된다.

따라서, 다수의 광신호를 전송하는 씨앗광 주입 방식의 WDM 광통신 네트워크에 사용되는 OD/OM의 대역폭은 위와 같은 특성을 고려하여 최적 대역폭이 선택되어야 하며, 이는 도 15에서 점선과 실선이 교차하는 지점이 될 수 있다. 이에 따라 wide Gaussian AWG를 OD/OM으로 사용할 수 있다.

상기 OD/OM으로 사용되는 AWG의 경우 특정한 AWG 채널 n에서의 채널 Crosstalk는 채널 n의 Grid 파장 λn에서의 삽입 손실과 각각의 채널의 Grid 파장에서의 삽입 손실 간의 차이로 표현된다. 채널 nㅁ1 파장(λn-1과 λn+1)들에 관한 Crosstalk는 근접(adjacent) Crosstalk라 한다. 비근접 (Non-adjacent crosstalk)는 λ= λn 일 때 삽입 손실과 파장 범위 λ≤λn-1와 λ≥λn+1에서의 최대 삽입손실간의 차이로 정의된다. 채널 Crosstalk는 가능한 낮아야 하지만 -25dB ~ -35dB 가 일반적이나, 씨앗광 주입방식 WDM 광통신 네트워크에 사용되는 AWG는 가급적 채널 Crosstalk이 낮은 것이 바람직하다.

여기에서, OD/OM은 AWG의 고유 특성인 Free spectral range 특성을 이용하여 HEE에서 TEE로 진행하는 광신호의 파장 대역과 TEE에서 HEE로 진행하는 광신호의 파장 대역을 서로 다르게 사용할 수 있는 Cyclic AWG로 구성하는 것이 바람직하다. 일예로, 상기 씨앗광 주입방식 WDM 광통신 네트워크에서는 HEE에서 출력된 광신호의 파장대역은 L-band를 사용하고, TEE에서 출력된 광신호의 파장대역은 C-band를 사용하는 경우에, 상기 OD/OM을 Cyclic AWG로 구성하지 않는다면 C-band AWG와 L-band AWG 그리고 이를 결합하기 위한 다수의 광 커플러가 필요하다. 하지만 OD/OM을 Cyclic AWG를 사용한다면, 간단한 구조로 구성할 수 있다.

보다 구체적으로, HEE 장치와 DWDM link간은 양방향으로 신호가 전송되며, 마찬가지로 DWDM link와 TEE 장치간은 양방향으로 신호가 전송할 수 있다. 양방향으로 신호를 전송하는 경우 동일한 주파수를 사용하게 되면 DWDM link내에서 발생하는 반사된 신호에 의해 광신호의 전송품질이 열화될 수 있다. 따라서 TEE에서 HEE 방향으로 전송되는 신호는 광신호의 주파수 대역과 HEE에서 TEE 방향으로 전송되는 신호는 광신호의 주파수 대역을 다르게 설정하는 것이 바람직하다.

TEE에서 HEE 방향으로 전송되는 신호는 광신호의 주파수 간격은 ITU-T 등의 국제표준기구에서 규정한 주파수 간격을 사용한다. 그러나 HEE 방향에서 TEE 방향으로 전송되는 광신호의 주파수 간격은 DWDM link 내에서 사용되는 OD/OM의 주파수에 따라 결정된다.

DWDM link에 사용되는 OD/OM은 일반적으로 Cyclic Arrayed waveguide grating (AWG)를 사용할 수 있다. Cyclic AWG는 free spectral range라는 물리광학적인 특징을 사용한다. 이 특징에 의하면 AWG는 이의 한쪽으로 서로 다른 파장 대역의 신호들이 입력되면 AWG의 반대쪽 방향의 각 단자에서는 free spectral range만큼 파장차이가 있는 두 개의 광신호가 출력된다.

앞서 기술한 것과 같이 씨앗광 주입방식 WDM 전송기술에서는 TEE에서 HEE로 전송되는 신호의 파장대역과 HEE에서 TEE로 전송되는 신호의 파장대역이 서로 다르게 사용하는 것이 바람직하며 이 때 TEE에서 HEE로 전송되는 신호의 파장대역은 1520 nm ~ 1565 nm (C-band)로 사용하는 경우 TEE를 구성하는 광소자의 가격을 저가화 할 수 있는 장점이 있다. 그리고 HEE에서 TEE로 전송되는 신호의 파장대역은 1570 nm ~ 1610 nm (L-band)로 사용할 수 있다.

이 경우 cyclic AWG를 DWDM link에 사용하면 TEE에서 HEE로 전송되는 광신호의 간격은 ITU-T에서 규정한 100 GHz 혹은 50 GHz 간격으로 구성할 수 있다. 반면에 HEE에서 TEE로 전송되는 광신호의 간격은 cyclic AWG의 특성에 의해 대략 ITU-T에서 규정한 100 GHz 혹은 50 GHz 간격으로 구성할 수 없다. 일반적으로 약 97 GHz 간격으로 구성된다.

상기 AWG를 구성하는 Silica 물질은 온도에 따라 굴절률의 차이가 발생하여 결과적으로 AWG의 중심 주파수가 이동하는 현상이 발생한다. 이에 따라, 외부 온도가 변화함에 따라, 상기 제1 OD/OM의 중심 주파수와 제2 OD/OM의 중심 주파수가 달라져 두 OD/OM간의 투과 대역폭의 차이가 발생하고 이로 인해 광신호의 성능이 저하될 수 있다. 따라서 AWG에 온도 조절 장치를 추가하여 항상 AWG를 일정한 온도로 유지시키는 것이 필요하다. 그러나, DWDM 링크의 OD/OM으로 사용되는 경우 AWG의 온도 조절 장치에 전원을 공급해야 하므로 운용상의 어려움이 있다. 이를 해결하기 위해서 DWDM Link의 OD/OM은 주변온도 변화에 무관하게 일정한 광 투과특성을 갖도록 하는 온도 비의존성(Athermal) AWG를 사용하는 것이 운용 측면에서 바람직하다. 대표적인 Athermal 기술에는 Input fiber 가변형, 절단된 Slab 도파로 가변형, 온도에 대한 굴절률 특성이 다른 이종 재료(Polymer)를 이용한 방법이 있다

이제 본 발명의 실시예에 따른 씨앗광 주입 방식의 WDM 광통신 네트워크에서 광신호의 성능을 측정하기 위한 장치와 방법에 대해 설명한다. 후술하는 실시예에서의 WDM 광통신 네트워크의 구성은 도 3을 참조하여 전술한 WDM 광통신 네트워크에 기초한 것이다. 따라서 여기에서 상세히 설명하지 않은 사항은 도 3을 참조하여 설명한 사항이 동일하게 적용될 수 있다.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 씨앗광 주입 방식의 WDM 광통신 네트워크에서 광신호 성능 측정의 개념을 보여 주는 도면이다.

도 16에 나타난 씨앗광 주입 방식 WDM 광통신 네트워크의 전체 구성은 상술한 도 3의 구성과 유사하며, TEE(300)의 출력 광신호의 성능을 DWDM Link(200)를 통과하여 HEE(100)로 입력되기 전의 위치에서 측정한다. 이를 위하여, 제2 OD/OM(220)과 제1 OD/OM(120) 사이에 광신호 성능 측정 장치(400)를 연결할 수 있다. 광신호 성능 측정을 위한 장치의 종류에는 특별한 제한이 없으며, 다양한 광 수신기 등이 사용될 수 있다. 이 때 측정하는 광신호의 성능으로는 광세기, RIN, 및 optical eye diagram 등이 포함될 수 있다.

광신호 성능 측정 장치(400)가 TEE(300)의 출력 광신호의 세기를 측정하는 장치인 경우에, 광신호 성능 측정 장치(400)는 광신호 세기 측정 장치일 수 있다. 보다 구체적으로, 광신호 세기를 측정하는 광신호 성능 측정 장치(400)는 TEE(300), 보다 구체적으로 TEE(300)의 각 가입자 장치의 광 송수신기(Tx)가 출력하는 광신호의 세기를 측정한다. 이 때, 측정 장치(400)는 TEE(300)의 출력 광신호가 제2 OD/OM(220)을 통과하는데 따른 손실을 보상하여 출력 광신호의 세기를 측정한다. TEE(300)의 출력 광신호가 제2 OD/OM(220)을 통과하는데 따른 손실은 결룩 DWDM 링크(200)의 삽입에 따른 손실을 의미한다. 이 경우에, 상기 삽입 손실은 DWDM 링크(200)의 삽입 손실의 최소값일 수 있는데, 예컨대 그 값은 3dB일 수 있다.

앞서 상술한 바와 같이, TEE Tx로 사용되는 RSOA, FP-LD, REAM등은 씨앗광을 입력받아 이를 증폭 및 변조하는 기능을 수행한다. 이 때, TEE Tx는 씨앗광의 파장과 동일한 파장 대역의 광신호 뿐만 아니라 이외 파장 대역의 자발 방출광(ASE)이 출력되며, 이는 도 5에 설명되어 있다. 따라서, TEE Tx 앞단에서 광신호의 세기를 측정하는 경우, 광신호의 세기와 더불어 ASE의 세기까지 측정되므로, 정확한 측정을 위해서는 ASE를 제거하기 위한 광대역 필터를 사용해야 한다.

상기 광대역 필터의 규격에 있어서, 씨앗광 주입방식 WDM 광통신 네트워크에서는 DWDM 링크(200)의 제2 OD/OM(220)에 의해 씨앗광의 대역폭이 결정되므로 상기 광대역 필터의 규격은 DWDM 링크(200)의 제2 OD/OM(220)과 동일한 것이 바람직하다. 따라서, TEE(300)의 출력 광신호의 세기를 측정함에 있어서, ASE를 제거하는 광대역 필터로 DWDM 링크(200)의 제2 OD/OM(220)을 이용하되, 실시예에 따라서는 DWDM 링크(200)의 제2 OD/OM(220)에 대해서는 이로 인한 손실의 최대값을 알 수 있으므로 이를 반영하여 TEE(300) 출력 광신호의 세기를 구할 수도 있다. 상기 DWDM Link(200)의 제2 OD/OM(220)의 손실의 최대값은 5dB ~ 6dB 정도이다.

한편 RIN 및 optical eye diagram은 제2 OD/OM(220)의 손실과 무관하게 측정되는 값이므로 손실을 보상할 필요는 없다.

도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 씨앗광 주입 방식의 WDM 광통신 네트워크의 구성을 보여 주는 도면이다. 도 17의 WDM 광통신 네트워크의 구성도는 도 16의 WDM 광통신 네트워크의 일 구현예일 수 있다. 즉, 도 16의 광신호 성능 측정 장치(400)는 도 17의 광 필터(410)와 광 수신기(420)를 포함하는 것으로 구체화되어 있다. 이하, 도 3 및 도 16을 참조하여 설명한 사항과의 차이점을 중심으로 본 실시예에 관하여 설명한다.

도 17에 도시된 바와 같이, HEE(100)에 포함되는 제1 OD/OM(120)과 광 송수신기(110: 110_1, 110_2, .., 110_N)는 제작하는 업체에 따라 그 특성이 다를 수 있으므로, 광 신호들의 광 특성은 HEE(100)로 입력되기 전에 측정하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따르면, HEE(100) 앞단에서 파장 다중화된 광신호의 일부를 탭을 내어 분리한 후, 각 신호들을 파장 역다중화하여 분리해낼 수 있는 광 필터(410)와 광 수신기(420)를 연결하여 각 신호의 광 특성을 측정한다. 여기에서, 광 필터(410)와 광 수신기(420)는 신호처리기(도시하지 않음)와 연결되어 광 필터(410)는 광 수신기(420)에서 제공하는 동작정보에 따라 구동이 가능하다.

이제, 본 발명의 실시예에 따른 광 신호 성능 측정 장치의 광 필터의 구조에 대해 상세히 설명한다.

광 신호 성능 측정 장치의 광 필터는 특성을 측정하고자 하는 각 신호를 분리하기 위한 것이다. 따라서 측정하고자 하는 신호의 광 대역폭과 동일한 투과특성을 가진 광 필터를 이용하는 것이 바람직하며, 광 필터는 인접된 신호들의 세기를 충분히 작게 만들어 분할된 신호의 성능 측정에 영향을 주지 않도록 하여야 한다. 구체적으로는, 측정하고자 하는 광 신호와 인접 신호들과의 세기 차이는 20dB 이상 되도록 하는 것이 바람직하다.

그런데, 본 발명의 실시예에서와 같이, 씨앗광을 신호 광원으로 사용하는 파장분할 다중화 방식의 통신 시스템에서는, 일반적인 레이저 다이오드를 신호광원으로 사용하는 파장분할 다중화 방식의 통신 시스템에서와 달리 광신호의 선폭이 수십 GHz로 넓기 때문에 이에 따라 광신호의 대역폭에 적합한 필터를 설계하여야 한다.

도 18은 일반적인 WDM 시스템과 씨앗광원을 사용하는 WDM 시스템에서의 신호의 대역폭 차이를 나타낸 것이다. 도 18에 나타난 출력 광신호 스펙트럼으로부터 알 수 있는 바와 같이, LD를 사용하는 방식의 경우 DWDM 링크(200)에 사용되는 OD/OM(220)을 사용하여 파장 분할하는 것이 가능하다. 하지만 씨앗광 주입 방식의 경우 OD/OM(220)을 사용하여 파장 분할하게 되면, 파장 분할시 발생하는 신호의 광손실로 인해 광신호의 성능저하가 발생하는 문제가 있다.

도 19는 신호의 광손실에 의해 발생할 수 있는 광특성의 열화 현상을 나타내는 그래프이며, 도 20과 도 21은 각각 광 필터링 전과 광 필터링 후의 신호를 나타낸다. 도 19에 나타난 바와 같이, 광 필터링에 의하여 광신호의 단파장 대역이 손실을 겪는 경우, 도 21에 나타난 바와 같이 신호의 특성이 열화된다는 것을 알 수 있다.

도 22는 필터의 대역폭에 따른 필터링된 신호의 BER값 변화를 나타낸 그래프이고, 도 23, 24, 25는 각각 필터의 대역폭이 20GHz, 60GHz, 및 100GHz인 경우의 아이 다이어그램(Eye Diagram)을 나타낸다. 도 22 내지 도 25에서 나타난 바와 같이, 필터의 대역폭이 좁아질수록 신호의 전송 품질이 열화되는 것을 알 수 있으며, 결과적으로 신호의 품질에 영향을 최소화 하기 위한 필터의 대역폭은 80GHz 이상이어야 한다는 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 광 신호 성능 측정 장치의 광 필터는 Butter worth 형태이거나 가급적 Rectangular와 유사한 형태인 것이 바람직하다. 이는 광 필터링 후 측정하고자 하는 신호의 세기와 인접된 광 신호들의 세기차이가 20dB이상이 되도록 하기 위한 것이다.

도 26 Butterworth 형태의 광 필터의 투과 특성과 광신호의 출력 스펙트럼을 도시한 것으로서, Butterworth 차수를 변화하면서 신호의 세기 차이를 비교한 그래프이다. 도 26 나타난 바와 같이, Butterworth의 차수가 증가할수록 파장에 따른 필터의 투과특성이 가파르게 형성되므로 인접한 광신호의 손실이 증가하는 것을 알 수 있다.

다음의 [표 4]는 측정하고자 하는 신호와 인접한 신호가 Butterworth 형태인 광대역 필터를 통과하는 경우에 측정된 광세기 차이를 나타낸 것이다.

Butterworth 차수		측정채널	인접채널1	인접채널2
4차	신호별 광세기	-21.5 dBm	-45.74 dBm	-45.3 dBm
	광세기 차이		24.24 dB	23.8 dB
3차	신호별 광세기	-21.6 dBm	-41.2 dBm	-40.84 dBm
	광세기 차이		19.6 dB	19.24 dB

표 4에 나타난 바와 같이, Butterworth 차수가 높을수록 인접 채널과의 광세기 차이가 커지므로, 광 신호 성능 측정 장치의 광 필터로서 Butterworth 형태의 광 필터를 사용하되, 가급적 Rectangular와 유사한 형태인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 광 신호 성능 측정 장치의 광 필터의 한 실시예로서, 파장 가변이 가능한 고주파 투과필터와 저주파 투과필터의 조합으로 광 필터를 구성할 수 있다. 이 경우, 광신호의 대역폭이 변화하더라도 고주파 투과필터와 저주파 투과필터의 동작파장을 조절함으로써 광신호의 대역폭에 적합하게 필터의 투과대역폭을 조절하여 광신호의 손실을 최소화 할 수 있게 된다.

도 27은 고주파 투과필터와 저주파 투과필터를 이용하여 광신호를 파장 분할하는 방법을 도식화한 것이다. 도 27에 나타난 바와 같이, 고주파 투과필터를 이용하여 파장이 λn-1 이하인 광신호를 차단하고, 저주파 투과필터를 이용하여 파장이 λn+1 이하인 광신호를 차단하여 λn+1 파장의 광신호를 추출할 수 있다.

도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 파장가변 광 필터의 구성을 나타낸 것이다. 도 28에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 파장가변 광 필터는 제1 투과 필터(411)와 제2 투과 필터(422)를 포함한다. 제 1 투과필터(411)는 저주파 투과 필터 또는 고주파 투과필터로 구성되며, 제 2 투과필터(422)는 제 1 투과필터의 구성에 따라 저주파 투과 필터 또는 고주파 투과필터로 구성할 수 있다. 이때, 각 필터는 동작파장을 조절할 수 있어 투과시키고자 하는 신호의 파장에 적합하게 그 동작파장을 조절할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 광 신호 성능 측정 장치에서는 파장가변 광 필터 의 동작 파장을 필터링된 광신호의 품질 열화가 최소가 되도록 설정한다. 이 때 광신호의 품질은 RIN 등으로 판단할 수 있다.

도 29에 본 발명의 실시예에 따른 광 신호 성능 측정 장치의 구성이 개략적으로 도시되어 있다. 도 29에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광 신호 성능 측정 장치는 제 1 투과필터(411)와 제 2 투과필터(412)를 포함하는 광필터부(410)와 광 수신기(420) 및 신호처리기(430)로 구성된다. 신호처리기(430)는 광 수신기(420)에 의해 수신된 광 신호의 품질에 따라 각각 제 1 투과필터(411)와 제 2 투과필터(412)를 제어하는 제1 및 제2 제어신호를 생성하여 제 1 투과필터(411)와 제 2 투과필터(412)로 제공한다.

이제 본 발명의 실시예에 다른 파장가변 광 필터의 동작 방법을 설명한다.

도 30은 본 발명의 실시예에 따른 파장가변 광 필터의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 31에 나타난 바와 같이, 먼저 저주파 투과필터의 동작파장을 측정하고자 하는 채널의 중심파장과 일치시킨다(S1010). 다음, 고주파 투과필터의 동작파장을 측정하고자 하는 채널의 중심파장과 일치시킨다(S1020). 이제, 저주파 투과필터의 중심파장을 가변하며 광수신부의 특성을 측정하고(S1030), 측정된 광신호의 품질이 최적이 되도록 필터의 동작파장을 결정한다(S1040). 다음, 고주파 투과필터의 중심파장을 가변하며 광수신부의 특성을 측정하여(S1050), 측정된 광신호의 품질이 최적이 되도록 필터의 동작파장을 결정한다(S1060). 이와 같이 동작파장이 결정되면, 광신호의 품질을 측정한다(S1070). 측정이 완료되면 종료하거나, 인접채널의 특성 측정을 위해 S1010 단계로 돌아가 상술한 단계를 반복하게 된다. 다만, 상술한 과정에 있어서 저주파 투과필터와 고주파 투과필터의 동작 순서는 어느 쪽을 먼저 하더라도 관계없다는 점을 당업자라면 당연히 이해할 것이다.

이와 같이, 파장가변 광필터를 사용하여 광신호를 파장분할하고 그 특성을 측정함으로써, 광신호의 대역폭에 따라 가변적으로 측정 대역폭을 조절할 수 있으며, 또한 인접채널의 영향을 최소화 할 수 있어 측정된 신호의 전송품질의 정확성을 향상시킬 수 있다.

다음으로 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 씨앗광 주입 방식의 WDM 광통신 네트워크에 관하여 설명한다. 본 실시예는 WDM 광통신 네트워크에서 광 성능 측정의 일례로 광신호의 세기 측정과 관련된다.

광신호가 안정적 통신 여부를 확인할 수 있는 손쉬운 방법은 HEE(또는 TEE)에서의 출력 신호의 광세기가 DWDM 링크에서 발생되는 손실을 고려한 후에도 TEE(또는 HEE)에 놓인 광수신기의 수신감도 이내에 놓이는지 여부를 확인하는 것이다. 이 때, ITU-T 표준 문서 등에서 고려하고 있는 DWDM 링크에서 발생되는 손실은 OD/OM 삽입 손실, 광패스 손실, 광섬유 삽입 손실 등이다. 그러나, 레이저 다이오드와 같이 좁은 선폭의 광원을 사용할 때와는 달리, 비간섭성 광대역 광원을 씨앗광으로 사용하는 방식의 파장분할다중화 광통신 시스템의 경우에는 스펙트럼 분할되어 TEE로 주입되는 씨앗광의 광세기에 따라 비간섭성 모드들이 억압(saturation)되는 정도가 달라지게 되고, 결과적으로, 덜 억압된 광신호 성분이 DWDM 링크에 놓인 OD/OM을 통해 다중화되면서 추가적인 손실이 발생하게 된다.

이를 도 31을 참고로 좀 더 자세히 설명한다. 도 31은 TEE로 주입되는 씨앗광의 광세기에 따라 slicing loss가 달라짐을 도식화한 도면으로서, 분할된 씨앗광의 세기가 큰 경우(Case I)와 작은 경우(Case II)의 두 가지 예를 나타내고 있다.

도 31의 ①은 TEE(300)로 주입되는 스펙트럼 분할된 씨앗광의 세기가 큰 경우(Case I)와 작은 경우(Case II)의 두 가지 예에 대하여 광 출력 스펙트럼을 도시한 것이다. 도 31의 ②는 씨앗 광세기의 두 가지 경우에 대해 모드 잠김이 된 이후, 즉 TEE(300)의 광 출력을 도시한 것이다. 도 31의 ③은 TEE(300)의 광 출력이 DWDM 링크(200)의 제2 OD/OM(220)을 통해 다중화되는 과정을 도시한 것으로서, 이때 회색으로 표시되어 있는 부분의 광 신호가 잘려져 나가게 되는데, 스펙트럼 분할되어 TEE(300)로 주입된 씨앗광의 광세기에 따라 잘려져 나가는 광 신호 부분이 달라지게 됨을 알 수 있다. 도 31의 ④는 제2 OD/OM(220)을 통해 다중화되어 HEE(100) 쪽으로 전송되는 광 신호를 표시하고 있다.

이처럼 비간섭성 광대역 광원을 씨앗광으로 사용하는 WDM 광통신 네트워크의 경우, 일반적으로 고려되는 DWDM 링크(200)에서 발생하는 손실 이외에 제2 OD/OM(220)에서 다중화 과정에서 발생하는 추가적인 손실(slicing loss)이 있게 된다. 이러한 slicing loss는 도 32에 나타난 바와 같이 주입된 씨앗광의 광세기와 TEE(300)에 놓인 파장 비의존 광원의 구동 조건에 따라 비간섭성 모드들이 억제되는 정도가 달라지기 때문에 DWDM 링크(200)에서 발생하는 다른 손실들과 달리 임의의 수치로 한정하기 어려운 문제가 발생한다.

이에 따라 본 발명의 실시예에서는, 파장분할 다중화 방식의 광통신 시스템에서 광신호의 안정적 통신을 위해 TEE 광출력 세기가 충분한지를 파악하기 위하여 TEE 앞단에 기준 광대역 필터 (Reference Optical Bandpass Filter, ROBF)를 구비하여 이를 통해 TEE 광출력 세기를 파악한다. 즉, TEE(300)로부터 출력된 신호가 DWDM 링크(200)의 제2 OD/OM(220)을 통한 다중화 과정에서 겪게 되는 추가적인 손실(slicing loss)로 인해 발생하는 손실의 차이를 최소화하기 위해 광 필터를 사용하여 TEE 출력신호를 분리하되, 이때 광필터의 대역폭은 가급적 제 2 OD/OM 의 채널 간격으로 설정한 후 분리된 광신호 세기를 측정하는 것이 필요하다. 이 결과로, 씨앗광의 광세기와 TEE(300)에 놓인 파장 비의존 광원의 구동 조건에 따라 비간섭성 모드들이 억제되는 정도가 달라지더라도 항상 일정한 TEE 출력신호의 세기를 측정할 수 있으므로 제 2 OD/OM에 의한 추가적인 손실의 차이가 발생하지 않는다. 따라서 안정적인 통신 가능성을 파악하고자 하는 채널의 광신호만을 분리하여 의미있는 TEE 광출력 세기를 파악할 수 있다.

도 33은 본 발명의 실시예에 따라 TEE(300)의 앞단에 ROBF(510)를 설치하여 광세기를 측정하고 이를 DWDM 링크 뒷단에서 TEE 광세기와 비교한 결과를 결과를 종래기술과 비교하여 나타낸 그래프이다. 도 33에 나타난 바와 같이, ROBF를 사용하지 않은 종래기술의 방식대로 TEE 앞단에서 광세기를 측정한 후 DWDM 링크 뒷단에서 신호의 광세기를 측정한 후 두 측정치를 비교하면 TEE로 입력되는 씨앗광의 세기에 따라 비교값의 차이가 발생한다. 하지만 TEE 앞단에서 ROBF를 사용하여 광세기를 측정하고 DWDM 링크 뒷단에서 신호의 광세기를 측정하여 비교하면 TEE로 입력되는 씨앗광의 세기에 따라 측정된 광세기 값의 변화가 발생하지 않는 것을 알 수 있다. 즉, 제2 OD/OM(220)을 통한 다중화 과정에서 겪게 되는 추가적인 손실(slicing loss)로 인해 발생하는 손실의 차이가 일정해짐을 알 수 있다.

즉, 종래기술의 방식대로 TEE 앞단에서 광세기를 측정하는 경우, TEE의 자발 방출광의 영향으로, 실제 통신에 있어 유의미한 신호인 씨앗광의 파장에 따라 특정 파장으로 송신되는 신호에 비해 광세기가 크게 측정될 수 있다. 그러나 상술한 바와 같이, TEE 앞단에서 ROBF를 사용하여 측정하게 되면 TEE의 자발방출광의 영향을 최소화 할 수 있는 장점이 있으며 이를 바탕으로 DWDM 링크 뒷단에서 측정된 신호의 광세기와 비교하는 경우할 경우, 측정된 광세기를 바탕으로 안정적인 통신가능성 여부를 판단할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 ROBF를 이용하여 TEE 출력 신호를 측정하는 경우 유의미한 광세기를 얻을 수 있다.

도 34는 본 발명의 다른 실시예에 따른 씨앗광 주입 방식의 WDM 광통신 네트워크의 구성을 보여 주는 도면이다. 도 34의 WDM 광통신 네트워크의 구성도는 전술한 TEE 출력신호의 광세기 측정을 위한 장치를 구비한 WDM 광통신 네트워크의 일 구현예일 수 있다. 이하, 도 3, 도 16, 및 도 17을 참조하여 설명한 사항과의 차이점을 중심으로 본 실시예에 관하여 설명한다.

도 34는 파장분할 다중화 방식 광통신 네트워크에서 본 발명의 실시예에 따른 것을 나타낸 도면이다. 도 34에 나타난 바와 같이, TEE(300)의 앞단에 기준 광대역 필터(Reference optical bandpass filter; ROBF)(510)와 광 수신부(520)를 설치한다. ROBF(510)는 파장가변 필터를 사용하여 구성하는데, 이때 대역폭이 고정된 파장가변 필터를 사용할 수도 있으나, 이 경우 광신호의 대역폭이 변화하는 경우에 다른 종류의 파장가변 필터를 사용해야 하는 문제점이 있다. 따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해서는 고주파 투과필터와 저주파 투과필터를 직렬로 연결하여 파장가변 필터를 구성하여 사용할 수 있다. 고주파 투과필터와 저주파 투과필터를 이용하여 광신호를 파장 분할하는 방법은 도 27을 참조하여 설명하였으므로, 이하에서는 이에 대한 설명은 생략한다.

도 35는 본 발명의 일 실시예에 따른 파장가변 광 필터의 구성을 나타낸 것이다. 도 35에 나타난 바와 같이, 본 실시예에 따른 파장가변 광 필터(510)는 제1 투과 필터(511)와 제2 투과 필터(512)를 포함한다. 제 1 투과필터(511)는 저주파 투과 필터 또는 고주파 투과필터로 구성되며, 제 2 투과필터(512)는 제 1 투과필터(511)의 구성에 따라 저주파 투과 필터 또는 고주파 투과필터로 구성할 수 있다. 이 때, 각 필터(511, 512)는 동작파장을 조절할 수 있어 투과시키고자 하는 신호의 파장에 적합하게 그 동작파장을 조절할 수 있다.

본 실시예의 WDM 광통신 네트워크에 구비되는 TEE 광세기 측정 장치에서는 파장가변 광 필터의 동작파장을 필터링된 광신호의 품질 열화가 최소가 되도록 설정한다. 이 때 광신호의 품질은 RIN 등으로 판단할 수 있다. 도 36에는 이러한 TEE 광세기 측정 장치의 구성이 개략적으로 도시되어 있다. 도 36에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 TEE 광세기 측정 장치는 제 1 투과필터(511)와 제 2 투과필터(512)를 포함하는 광필터부(510)와 광 수신기(520) 및 신호처리기(530)로 구성된다. 신호처리기(530)는 광 수신기(520)에 의해 수신된 광 신호의 품질에 따라 각각 제 1 투과필터(511)와 제 2 투과필터(512)를 제어하는 제1 및 제2 제어신호를 생성하여 제 1 투과필터(511)와 제 2 투과필터(512)로 제공한다. 이러한 파장가변 광 필터의 동작 방법은 도 30을 참조하여 전술한 파장가변 광 필터와 실질적으로 동일하므로, 이하에서는 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

이제 본 발명의 실시예에 따른 씨앗광 주입 방식 WDM 광통신 네트워크에서 TEE 광신호의 성능을 규정하는 광학 아이 마스크와, HEE의 광수신기의 신호판단 문턱값에 대해 설명한다.

Tx의 광변조 성능을 측정하기 위해 일반적으로 광학 아이 마스크를 사용한다. 도 37은 ITU-T G.959.1에서 규정하고 있는 광학 아이 마스크이며, 이는 레이저 다이오드(Laser Diode: LD)를 Tx로 사용하는 광통신 네트워크의 경우에 해당한다. Tx로 LD를 사용하는 WDM 광통신 네트워크의 경우, LD의 고간섭성 특징으로 변조된 광신호의 "1" 레벨과 "0" 레벨의 잡음 정도가 매우 적다. 도 37에 나타난 바와 같이, ITU-T G.959.1에서 규정하고 있는 광학 아이 마스크의 crossing level은 50%로 되어 있는데 이는 "1" 레벨과 "0" 레벨의 잡음 정도가 동일하기 때문이다.

그런데, 상술한 바와 같이, BLS를 씨앗광으로 사용하는 씨앗광 주입방식 WDM 광통신 네트워크에서는 TEE(300)로 입력되는 씨앗광의 RIN 값이 LD의 경우에 비해 매우 높아 TEE Tx의 출력 광신호는 "0" 레벨보다 "1" 레벨의 잡음성분이 많은 상태로 출력된다. 특히, DWDM Link의 OD/OM을 통과한 후에는 도 38과 같은 optical eye diagram 을 보여 crossing level이 50%보다 아래쪽에 형성된다. 따라서, 씨앗광 주입방식 WDM 광통신 네트워크의 경우 도 37에 나타난 바와 같은 표준규격의 광학 아이 마스크를 사용할 수 없으며, 정확한 광변조 성능을 측정하기 위해서는 crossing level이 전체적으로 아래쪽으로 이동(shift)된 형태의 광학 아이 마스크를 사용하여야 한다.

씨앗광 주입방식 WDM 광통신 네트워크의 TEE Tx에 적합한 광학 아이 마스크는 실험적으로 측정된 optical eye diagram를 고려했을 때 도 39와 같이 정하는 것이 바람직하다. 이와 같은 광학 아이 마스크를 만족하는 TEE 출력신호는 DWDM Link를 거쳐 HEE로 입력된 후 HEE의 OD/OM을 통과하면서 파장 역다중화된 후 각각의 Rx로 입력된다. 따라서 HEE의 Rx는 TEE 신호의 광학 아이 마스크에서 설정된 교차 레벨(crossing level)을 고려하여 광신호를 전기신호로 변환하여야 한다. 즉, 수신된 광신호를 전기적 신호로 변환함에 있어서 "0" 레벨과 "1" 레벨을 판단하는 문턱값을 필요에 따라 가변시킬 수 있어야 하며, 문턱값은 TEE 신호의 광학 아이 마스크를 고려할 때 0.45 ~ 0.35로 가변하는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 판단 문턱값은 변조된 광신호의 "1" 레벨의 세기를 "1"로 놓았을 때 해당하는 값이다. 다른 표현으로는 45 % ~ 35 %로 표기할 수도 있다. 이를 위하여 HEE의 Rx는 광신호를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 포토 다이오드와 변환된 전기적 신호를 선형적으로 증폭시켜 전압 신호로 변환하는 증폭부 외에 신호 판단 문턱값을 필요에 따라 가변시킬 수 있는 문턱값 가변장치를 포함하도록 구성하는 것이 바람직하다.

한편, 최근 기하급수적으로 증가하는 무선 데이터 트래픽을 수용하기 위해 무선 기지국의 숫자가 증가하고 있으며 이에 따라 무선 기지국과 전화국 사이를 연결하는 무선배후망에 대한 중요도가 증가하고 있다. 4G 무선망의 경우 무선 기지국으로 사용되는 eNodeB의 구성에 따라 무선 배후망의 접속규격이 Gigabit Ethernet 또는 CPRI(Common Public Radio Interface) 규격으로 선택된다.

도 40은 4G 무선배후망의 개략도이다. 도 40에 나타난 바와 같이, eNodeB 내부에 RRU (Remote RF Unit) 와 BBU(BBU: Baseband Unit)를 포함하는 경우에는 eNodeB와 Gate way 간에 Gigabit Ethernet으로 연결된다. eNodeB를 단순화 하기 위해 BBU를 Gate way로 이동시킨 경우에는 CPRI 규격으로 eNodeB와 Gate way가 연결된다. CPRI의 경우 데이터 전송속도가 9.8304 Gb/s, 6.144 Gb/s, 3.072 Gb/s, 2.4576 Gb/s, 1.2288 Gb/s, 0.6144 Gb/s로 규격화되어 있다.

따라서, 이러한 무선 배후망에 씨앗광 주입방식 WDM 광통신 네트워크를 적용하기 위해서는 TEE Tx의 변조속도가 약 6 Gb/s이상 되어야 한다. 그러나 일반적으로 2.5 Gb/s 정도의 전송속도를 가진 광송수신기들이 CPRI용으로 많이 사용되고 있는데 이는 기존의 ITU-T등에서 표준화된 전송속도와의 호환성이 고려된 것이다. 따라서, 씨앗광 주입방식 WDM 광통신 네트워크의 전송속도로 약 2.5 Gb/s정도가 바람직하다. 즉, 씨앗광 주입방식 WDM 광통신 네트워크의 전송속도는 ITU-T 및 IEEE, CPRI 등의 국제표준기구에서 정해진 전송 규격에 적합하도록 설정할 수 있다.

도 41은 2.5 Gb/s 씨앗광 주입방식 WDM 광통신 네트워크의 실험에 따른 전송 결과를 도시한 것이다. 도 41에서 SMF (single mode fiber) 10 km 는 10 km 전송 후 측정된 광수신기의 수신 감도에 따른 BER (Bit error rate)을 나타내며 BtB (Back-to-back)은 10 km 전송 전에 측정된 광수신기의 수신 감도에 따른 BER 곡선을 나타낸다. 1번 채널과 16번 채널은 각각 광신호의 파장이 다른 경우이며, 10 km 전송 후에 Error floor가 발생하지 않았다.

따라서, CRPI 규격에서 규정된 최대 전송거리가 10 km 임을 감안하였을 때 이러한 실험결과로 2.5 Gb/s 씨앗광 주입방식 WDM 광통신 네트워크가 CPRI 규격 전송에 적합하다. 4G 무선 배후망뿐만 아니라, 2.5 Gb/s 씨앗광 주입방식 WDM 광통신 네트워크는 다양한 응용분야에 사용될 수 있다. 특히 초고속 광대역 서비스가 요구되는 차세대 광가입자망에 적용될 수 있다.

일반적으로, 광가입자망은 전송거리가 20 km ~ 40 km로 CPRI 규격에서 요구되는 전송거리보다 길다. 이를 만족하기 2.5 Gb/s 씨앗광 주입방식 WDM 광통신 네트워크의 경우, Forward error correction (FEC) 기술을 사용할 수 있다. FEC 기술은 전송하고자 하는 데이터 bit에 더 많은 수의 잉여 Bit들을 추가해서 에러 검출뿐 아니라 에러 정정 기능까지도 포함하고 있는 Code를 사용하여 수신기의 수신감도를 향상시키는 기술이다. 일반적으로, FEC 기술을 적용하면 2.5 Gb/s 광통신 네트워크의 경우 수신기의 수신감도가 6~7 dB 정도 향상된다. 따라서, 광섬유의 손실이 0.275 dB/km인 경우 FEC를 사용하면 2.5 Gb/s 씨앗광 주입방식 WDM 광통신 네트워크의 전송거리를 약 26 km 이상 증가시킬 수 있다. FEC 코드로는 예를 들어 Reed-Solomon (255, 239) 등을 사용할 수 있다. 이때 사용되는 FEC code에 따라 수신기의 수신감도 향상 정도에 차이가 발생하므로, FEC code의 설정은 목표하는 네트워크의 규격에 따라 결정된다.

한편, 상술한 optical eye diagram의 모양에 있어서는 TEE Tx의 전송속도와 관계없이 씨앗광 주입방식 WDM 광통신 네트워크에서는 유사한 모양을 가지는데 이는 TEE Tx로 입력되는 씨앗광의 RIN 값이 일정하기 때문이다. 이때, 전송속도가 증가함에 따라 "1" 레벨의 노이즈 성분비율이 증가하게 된다. 이는 TEE Tx로 사용되는 RSOA나 FP-LD의 잡음억제 효율이 고주파측에서는 낮아지기 때문이다. 그러나 변조속도가 증가하더라도 optical eye의 crossing 값은 0.45 ~ 0.35 에서 유지되므로 상기 2.5 Gb/s 씨앗광 주입방식 WDM 광통신 네트워크의 TEE Tx의 광학 아이 마스크는 1.25 Gb/s 씨앗광 주입방식 WDM 광통신 네트워크의 TEE Tx의 광학 아이 마스크와 유사한 모양을 갖는 것이 바람직하다. 또한, HEE Rx에 사용되는 문턱값 가변장치의 설정 값은 TEE 신호의 광학 아이 마스크를 고려하여 0.45 ~ 0.35 로 조절하는 것이 바람직하다

이상에서 바람직한 실시예를 기준으로 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 반드시 상술된 실시예에 제한되는 것은 아니며 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서, 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims (22)

1. 서비스 제공자 장치, 지역 노드, 및 다수의 가입자 장치를 포함하는 파장분할 다중화 방식 광통신 시스템에 있어서,
   상기 서비스 제공자 장치는 다수의 제1 광 송수신기, 상기 다수의 제1 광 송수신기와 접속되어 상기 다수의 제1 광 송수신기에서 송수신되는 광을 다중화/역다중화하기 위한 제1 광 다중화기/역다중화기(OD/OM), 및 씨앗광을 제공하는 씨앗 광원을 포함하고,
   상기 다수의 가입자 장치는 각각 제2 광 송수신기를 포함하며,
   상기 지역 노드는 제2 광 다중화기/역다중화기(OD/OM)와 전송용 단일모드 광섬유를 포함하는 디더블유디엠 링크(DWDM link)를 통해 상기 서비스 제공자 장치와 상기 다수의 가입자 장치를 서로 연결하며,
   상기 제2 광 송수신기로부터의 출력 신호의 광 세기는 상기 출력 신호가 상기 지역 노드의 상기 제2 광 다중화기/역다중화기를 통과하는데 따른 손실 값을 보상하여 결정되고,
   상기 씨앗 광원으로 광대역 광원(Broadband Light Source, BLS)이 사용되며,
   상기 제2 광 송수신기의 광 송신기는 "1" 레벨 신호와 "0" 레벨 신호의 교차 레벨(crossing level)이 상기 "1" 레벨 신호의 세기의 50%보다 낮게 형성되어 있는 광학 아이 마스크를 만족하는 광 신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 파장분할 다중화 방식 광통신 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 출력 신호의 광 세기는 상기 서비스 제공자 장치와 상기 지역 노드 사이의 광 세기에 의하여 결정되는 것을 특징으로 하는 파장분할 다중화 방식 광통신 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 보상되는 손실 값은 상기 디더블유디엠 링크의 삽입 손실의 최소값인 것을 특징으로 하는 파장분할 다중화 방식 광통신 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 서비스 제공자 장치로부터 상기 가입자 장치로 진행하는 광 신호의 파장 대역과 상기 가입자 장치로부터 상기 서비스 제공자 장치로 진행하는 광 신호의 파장 대역은 서로 다른 것을 특징으로 하는 파장분할 다중화 방식 광통신 시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제2 광 다중화기/역다중화기(OD/OM)는 프리 스펙트럴 레인지(Free Spectral Range, FSR) 특성을 갖는 순환 다중화기/역다중화기(cyclic OD/OM)인 것을 특징으로 하는 파장분할 다중화 방식 광통신 시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 전송용 단일모드 광섬유는 상기 서비스 제공자 장치와 상기 제2 다중화기/역화중화기를 연결하는 제1 단일모드 양방향 광섬유(single bidirectional fiber)를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장분할 다중화 방식 광통신 시스템.
7. 제1항에 있어서,
   상기 전송용 단일모드 광섬유는 상기 제2 다중화기/역화중화기와 상기 다수의 가입자 장치 각각을 연결하는 다수의 제2 단일모드 양방향 광섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장분할 다중화 방식 광통신 시스템.
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,
   상기 씨앗 광원으로 채널마다 분리된 라인을 생성하는 간섭성 광원(multi-wavelength laser seed source)이 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 파장분할 다중화 방식 광통신 시스템.
10. 삭제
11. 제1항에 있어서,
    상기 교차 레벨은 상기 "1" 레벨 신호의 세기의 45%인 것을 특징으로 하는 파장분할 다중화 방식 광통신 시스템.
12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광 송수신기의 광 수신기는, 판단 문턱값을 변조된 광신호의 "1" 레벨의 세기를 1이라고 할 때 0.45 ~ 0.35로 가변시킬 수 있는 문턱값 가변 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 파장분할 다중화 방식 광통신 시스템.
13. 제1항에 있어서,
    기준 전송 속도가 2.45776Gb/s 또는 2.5Gb/s인 것을 특징으로 하는 파장분할 다중화 방식 광통신 시스템.
14. 제1항에 있어서,
    상기 파장분할 다중화 방식 광통신 시스템을 통해 전송되는 정보는 순방향 오류 정정(Forward Error Correction, FEC) 코드를 포함하는 것을 특징으로 하는 파중분할 다중화 방식 광통신 시스템.
15. 서비스 제공자 장치, 지역 노드, 및 다수의 가입자 장치를 포함하는 파장분할 다중화 방식 광통신 시스템에 있어서,
    상기 서비스 제공자 장치는 다수의 제1 광 송수신기, 상기 다수의 제1 광 송수신기와 접속되어 상기 다수의 제1 광 송수신기에서 송수신되는 광을 다중화/역다중화하기 위한 제1 광 다중화기/역다중화기(OD/OM), 및 씨앗광을 제공하는 씨앗 광원을 포함하고,
    상기 다수의 가입자 장치는 각각 제2 광 송수신기를 포함하며,
    상기 지역 노드는 제2 광 다중화기/역다중화기(OD/OM)와 전송용 단일모드 광섬유를 포함하는 디더블유디엠 링크(DWDM link)를 통해 상기 서비스 제공자 장치와 상기 다수의 가입자 장치를 서로 연결하며,
    상기 제2 광 송수신기의 광 송신기는 "1" 레벨 신호와 "0" 레벨 신호의 교차 레벨(crossing level)이 상기 "1" 레벨 신호의 세기의 50%보다 낮게 형성되어 있는 광학 아이 마스크를 만족하는 광 신호를 송신하고,
    상기 씨앗 광원으로 광대역 광원(Broadband Light Source, BLS)이 사용되는 것을 특징으로 하는 파장분할 다중화 방식 광통신 시스템.
16. 삭제
17. 제15항에 있어서,
    상기 씨앗 광원으로 채널마다 분리된 라인을 생성하는 간섭성 광원(multi-wavelength laser seed source)이 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 파장분할 다중화 방식 광통신 시스템.
18. 제15항에 있어서,
    상기 교차 레벨은 상기 "1" 레벨 신호의 세기의 45%인 것을 특징으로 하는 파장분할 다중화 방식 광통신 시스템.
19. 서비스 제공자 장치, 지역 노드 및 다수의 가입자 장치를 포함하는 파장분할 다중화 방식 광통신 시스템을 위한 출력신호 광 세기 측정 방법에 있어서,
    상기 다수의 가입자 장치 각각에 구비된 광 송수신기의 출력 신호가 상기 지역 노드에 구비된 광 다중화기/역다중화기(OD/OM)를 통과하는데 따른 손실 값을 보상하여 상기 광 송수신기의 출력 신호의 광 세기를 측정하고,
    상기 서비스 제공자 장치는 씨앗광을 제공하는 씨앗 광원을 포함하되, 상기 씨앗 광원으로서 광대역 광원(Broadband Light Source, BLS)이 사용되고,
    상기 출력 신호는 "1" 레벨 신호와 "0" 레벨 신호의 교차 레벨(crossing level)이 상기 "1" 레벨 신호의 세기의 50%보다 낮게 형성되어 있는 광학 아이 마스크를 만족하는 것을 특징으로 하는 출력신호 광 세기의 측정 방법.
20. 제19항에 있어서,
    상기 서비스 제공자 장치와 상기 지역 노드 사이에서 상기 출력 신호의 광 세기를 측정하고, 상기 보상되는 손실 값은 상기 지역 노드의 삽입 손실의 최소값인 것을 특징으로 하는 출력신호 광 세기 측정 방법.
21. 삭제
22. 제19항에 있어서,
    상기 교차 레벨은 상기 "1" 레벨 신호의 세기의 45%인 것을 특징으로 하는 출력 신호의 광 세기 측정 방법.

Images