KR101836225B1 - 장거리 wdm-pon에서 레일리 역산란으로 인한 페널티 최소화 방법 및 파장분할다중방식 수동형 광가입자망 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 의한 장거리 파장분할다중방식 수동형 광가입자망(WDM-PON)에서 레일리 역산란으로 인한 페널티 최소화 방법은 지역기지국에 위치한 어븀첨가 광섬유 증폭기를 이용한 반사형 반도체 광증폭기 기반 장거리 WDM-PON 구조에서 지역기지국으로부터 다양한 거리에 존재하는 다수의 가입자 장치를 동시에 수용할 수 있도록 해주고, 지역기지국으로부터 각 가입자 장치 사이의 전송거리에 따라 추가적인 손실을 주되, 이러한 손실 부여를 집합적으로 설치된 광감쇠기들을 일괄적으로 제어하는 방식으로 조절함으로써, 레일리 역산란이 전송 특성에 큰 영향을 미치는 장거리 WDM-PON 구조에서 레일리 역산란에 의해 제한되는 지역기지국과 가입자 장치까지의 거리 범위를 증가시킬 수 있으므로, 지역기지국에서 다양한 길이의 드롭 광섬유(drop fiber)를 동시에 수용할 수 있다.

Description

장거리 WDM-PON에서 레일리 역산란으로 인한 페널티 최소화 방법 및 파장분할다중방식 수동형 광가입자망 시스템{Method for minimizing Rayleigh-induced penalty in long-reach wavelength-division-multiplexed passive optical network and wavelength-division-multiplexed passive optical network system}

본 발명은 파장분할다중방식 수동형 광가입자망(WDM-PON: wavelength-division-multiplexed passive optical network)에서 발생하는 레일리 역산란(Rayleigh Backscattering; RB)에 기인한 상향신호의 전송품질 악화 등의 페널티를 최소화하는 방법에 관한 것이다.

최근 인터넷을 비롯한 각종 데이터 서비스의 수요가 계속 급증함에 따라 광통신망에서 전송 거리의 증대가 요구되고 있다. 또한 하나의 중앙기지국(Central Office, 이하 "CO"라 한다.)이 수용할 수 있는 적용 범위를 넓히기 위한 노력의 일환으로 장거리 PON(Passive Optical Network)에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

이러한 장거리 PON의 구현에 있어서 전송 용량을 크게 키울 수 있는 WDM PON(Wavelength-Division-Multiplexed Passive Optical Network) 구조를 생각해 볼 수 있다. 위와 같은 장거리 WDM PON 구조에서는 EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier)를 RN(Remote Node; 지역기지국)에 설치하여 광선로 및 RN 등에서 발생하는 손실을 보상하는 방안으로 사용되고 있으며, 상향신호(Upstream signal)를 위한 광원으로는 반사형 반도체 광증폭기(Reflective Semiconductor Optical Amplifeir; RSOA)와 같은 무색(colorless) 광원이 주로 사용된다. 또한, 이러한 WDM PON 구조에서는 경제성을 제고하기 위하여 각 가입자를 한 가닥의 광섬유를 이용하여 연결하는 것이 일반적이다.

이러한 WDM PON 구조에서는 동일한 파장에서 동작하는 시드광(seed light)과 상향신호가 동일한 광섬유 내부에서 서로 반대 반향으로 진행하게 되고 따라서 레일리 역산란(Rayleigh backscattering)으로 인하여 반사된 시드광과 상향신호의 일부가 상향신호와 다중간섭(multipath interference)을 일으키는 관계로 상향신호의 전송품질을 심각하게 손상시킬 수 있다. 또한 레일리 역산란으로 반사된 신호는 RN에 위치하는 EDFA에 의해 증폭되는 관계로 레일리 역산란에 의한 상향신호의 페널티가 EDFA의 증폭률에 따라 달라지며, 페널티가 가장 적게 발생하는 최적의 EDFA의 증폭률이 존재함을 보여준다.

일반적인 WDM PON 구조에서는 하나의 RN이 다수의 ONU(Optical Network Unit; 가입자 장치)를 포함하고, 이 ONU들은 RN으로부터 다양한 거리에 존재하게 된다. 즉, RN에서 다양한 길이의 드롭 광섬유(drop fiber)를 통해 다수의 ONU로 광신호가 전달되게 되는 것이다. 앞에서 언급한 최적의 EDFA의 증폭률은 드롭 광섬유 길이에 따라 크게 달라지므로 EDFA의 증폭률을 드롭 광섬유 길이에 따라 조절하는 것은 레일리 역산란에 의한 페널티를 최소화하기 위한 실제적인 방안이 될 수 없고, 이에 따라 앞에서 언급한 장거리 WDM PON 구조에서 RN로부터 다양한 거리에 존재하는 여러 개의 ONU를 동시에 수용하는 것이 불가능하다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 이러한 문제의 해결을 위하여, RN으로부터 모든 ONU가 정해진 단계에 의해 구해진 전송 손실을 겪도록 구성하여, 레일리 역산란에 의해 제한되는 지역기지국으로부터 각 가입자 장치까지의 사용가능한 전송거리 범위를 증가시키되, 많은 수로 여러 지역에 산개한 ONU를 포함한 WDM-PON에서도 용이하게 적용할 수 있는, 레일리 역산란으로 인한 페널티 최소화 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, RN으로부터 모든 ONU가 정해진 단계에 의해 구해진 전송 손실을 겪도록 구성하여, 레일리 역산란에 의해 제한되는 지역기지국으로부터 각 가입자 장치까지의 사용가능한 전송거리 범위를 증가시킬 수 있고 레일리 역산란으로 인한 페널티를 최소화할 수 있는, 장거리 파장분할다중방식 수동형 광가입자망(WDM-PON) 시스템을 제공하는 것이다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 방법은, 중앙기지국, 지역기지국 및 다수의 가입자 장치로 이루어진 장거리 WDM-PON에 적용되는 것으로서, 하향 광신호 및 상향 광신호를 생성하기 위한 시드광(seed light)을 각 가입자 장치로 송신하고, 각 가입자 장치에서 송신된 상향 광신호를 수신하는 중앙기지국; 상기 중앙기지국으로부터 보내진 시드광을 각 가입자 장치 내부에 위치한 반사형 반도체 광증폭기 등의 반사형 변조장치를 이용하여 증폭/변조한 뒤 상기 중앙기지국으로 송신하는 가입자 장치; 상기 하향 광신호들을 증폭한 뒤 역다중화하여 각 가입자 장치로 송신하고, 각 가입자 장치에서 보내진 상기 상향 광신호들을 다중화한 뒤 증폭하는 광증폭기와 다중화기/역다중화기를 포함함으로써 상기 중앙기지국으로 송신하는 지역기지국; 및 상기 가입자 장치와 상기 지역기지국에 연결된 드롭 광섬유를 포함하는 장거리 WDM-PON에 적용하여 레일리 역산란으로 인한 페널티를 최소화하는 방법에 있어서, 레일리 역산란에 의해 제한되는 상기 지역기지국으로부터 각 가입자 장치까지의 사용가능한 전송거리 범위를 증가시키기 위하여, 상기 지역기지국의 다중화기/역다중화기의 다음 단과 상기 드롭 광섬유 사이에 설치되되, 한 장소에서 광감쇠기들의 관리가 가능할 정도로 광감쇠기들이 집합적으로 설치되어 감쇠 제어되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 광감쇠기들의 각각은 다음 단계들에 의해 손실 조정이 된다.

우선, 각 드롭 광섬유 길이에 따른 RN 이득 대비 RB에 기인한 파워 페널티 곡선들 을 구한다. 그 다음, 상기 RB에 기인한 파워 페널티 곡선 중에서 가장 긴 드롭 광섬유 길이에 대한 파워 페널티 곡선에서 페널티의 파워 마진을 설정하고, 이 페널티의 파워 마진 설정값 이하에 해당하는 RN 이득 범위값을 구한다. 마지막으로, 파워 페널티 곡선들 모두가 상기 RN 이득 범위값에서 상기 페널티의 파워 마진 설정값 이하가 되도록 광감쇠기를 조정하면 된다.

또한, 상기 광감쇠기들이 자동 가변 광감쇠기이며, 상기 중앙기지국에서 측정된 상향신호에 대한 정보를 받아서 상기 자동 가변 광감쇠기를 제어하는 광감쇠기 제어 유닛(Attenuator Control Unit)을 상기 지역기지국에 더 설치하여, 상기 광감쇠기 제어 유닛에 의해 상기 자동 가변 광감쇠기의 제어가 이루어지도록 할 수도 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 장거리 파장분할다중방식 수동형 광가입자망(WDM-PON)에서 레일리 역산란으로 인한 페널티 최소화 방법은,

중앙기지국, 다수의 가입자 장치, 및 상기 중앙기지국과 상기 다수의 가입자 장치 사이에 위치하는 지역기지국을 포함하는 장거리 파장분할다중방식 수동형 광가입자망(WDM-PON)에 적용하여 레일리 역산란으로 인한 페널티를 최소화하는 방법에 있어서,

레일리 역산란에 의해 제한되는 상기 지역기지국으로부터 상기 각 가입자 장치까지의 사용가능한 전송거리 범위를 증가시키기 위하여, 상기 지역기지국과 상기 각 가입자 장치에 연결된 드롭 광섬유 사이에 각각 광감쇠기가 설치되고,

(a) 상기 각 드롭 광섬유 길이에 따른 상기 지역기지국 이득 대비 레일리 역산란에 기인한 파워 페널티 곡선들을 구하는 단계;

(b) 상기 레일리 역산란에 기인한 파워 페널티 곡선 중에서 가장 긴 드롭 광섬유 길이에 대한 파워 페널티 곡선에서 페널티의 파워 마진을 설정하는 단계;

(c) 상기 페널티의 파워 마진 설정값 이하에 해당하는 지역기지국 이득 범위값을 구하는 단계; 및

(d) 상기 파워 페널티 곡선들 모두가 상기 지역기지국 이득 범위값에서 상기 페널티의 파워 마진 설정값 이하가 되도록 상기 광감쇠기들의 손실을 조정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 장거리 파장분할다중방식 수동형 광가입자망(WDM-PON)에서 레일리 역산란으로 인한 페널티 최소화 방법에 있어서, 상기 광감쇠기들은 자동 가변 광감쇠기를 포함하고, 상기 지역기지국은, 상기 중앙기지국에서 측정된 상향신호에 대한 정보를 받아서 상기 자동 가변 광감쇠기를 제어하는 광감쇠기 제어 유닛(Attenuator Control Unit)을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 장거리 파장분할다중방식 수동형 광가입자망(WDM-PON)에서 레일리 역산란으로 인한 페널티 최소화 방법에 있어서, 상기 중앙기지국은, 하향 광신호 및 상향 광신호를 생성하기 위한 시드광(seed light)을 상기 지역기지국으로 송신하고, 상기 각 가입자 장치에서 송신된 상향 광신호를 상기 지역기지국을 통해 수신하며,

상기 지역기지국은, 상기 하향 광신호들을 증폭한 뒤 역다중화하여 상기 각 가입자 장치로 송신하고, 상기 각 가입자 장치에서 보내진 상기 상향 광신호들을 다중화한 뒤 증폭하여 상기 중앙기지국으로 송신하며,

상기 각 가입자 장치는, 상기 중앙기지국으로부터 보내진 시드광을 상기 지역기지국을 통해 수신하여 상기 각 가입자 장치 내부에 위치한 반사형 변조장치를 이용하여 증폭/변조한 뒤 상기 지역기지국을 통해 상기 중앙기지국으로 송신할 수 있다.

상기 다른 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 장거리 파장분할다중방식 수동형 광가입자망(WDM-PON) 시스템은,

중앙기지국, 다수의 가입자 장치, 및 상기 중앙기지국과 상기 다수의 가입자 장치 사이에 위치하는 지역기지국을 포함하는 장거리 파장분할다중방식 수동형 광가입자망(WDM-PON) 시스템에 있어서,

레일리 역산란에 의해 제한되는 상기 지역기지국으로부터 상기 각 가입자 장치까지의 사용가능한 전송거리 범위를 증가시키기 위하여, 상기 지역기지국과 상기 각 가입자 장치에 연결된 드롭 광섬유 사이에 각각 설치된 광감쇠기를 더 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 장거리 파장분할다중방식 수동형 광가입자망(WDM-PON) 시스템에 있어서, 상기 광감쇠기들은 자동 가변 광감쇠기를 포함하고, 상기 지역기지국은, 상기 중앙기지국에서 측정된 상향신호에 대한 정보를 받아서 상기 자동 가변 광감쇠기를 제어하는 광감쇠기 제어 유닛(Attenuator Control Unit)을 더 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 의한 장거리 파장분할다중방식 수동형 광가입자망(WDM-PON) 시스템에 있어서, 상기 광감쇠기 제어 유닛은,

(a) 상기 각 드롭 광섬유 길이에 따른 상기 지역기지국 이득 대비 레일리 역산란에 기인한 파워 페널티 곡선들을 구하는 동작;

(b) 상기 레일리 역산란에 기인한 파워 페널티 곡선 중에서 가장 긴 드롭 광섬유 길이에 대한 파워 페널티 곡선에서 페널티의 파워 마진을 설정하는 동작;

(c) 상기 페널티의 파워 마진 설정값 이하에 해당하는 지역기지국 이득 범위값을 구하는 동작; 및

(d) 상기 파워 페널티 곡선들 모두가 상기 지역기지국 이득 범위값에서 상기 페널티의 파워 마진 설정값 이하가 되도록 상기 광감쇠기들을 조정하는 동작을 수행하여, 상기 광감쇠기들의 손실을 조정할 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 의한 장거리 파장분할다중방식 수동형 광가입자망(WDM-PON) 시스템에 있어서, 상기 중앙기지국은, 하향 광신호 및 상향 광신호를 생성하기 위한 시드광(seed light)을 상기 지역기지국으로 송신하고, 상기 각 가입자 장치에서 송신된 상향 광신호를 상기 지역기지국을 통해 수신하며,

상기 지역기지국은, 상기 하향 광신호들을 증폭한 뒤 역다중화하여 상기 각 가입자 장치로 송신하고, 상기 각 가입자 장치에서 보내진 상기 상향 광신호들을 다중화한 뒤 증폭하여 상기 중앙기지국으로 송신하며,

상기 각 가입자 장치는, 상기 중앙기지국으로부터 보내진 시드광을 상기 지역기지국을 통해 수신하여 상기 각 가입자 장치 내부에 위치한 반사형 변조장치를 이용하여 증폭/변조한 뒤 상기 지역기지국을 통해 상기 중앙기지국으로 송신할 수 있다.

상기 다른 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 장거리 파장분할다중방식 수동형 광가입자망(WDM-PON) 시스템은,

중앙기지국, 다수의 가입자 장치, 및 상기 중앙기지국과 상기 다수의 가입자 장치 사이에 위치하는 지역기지국을 포함하는 장거리 파장분할다중방식 수동형 광가입자망(WDM-PON) 시스템에 있어서,

상기 지역기지국과 상기 각 가입자 장치 사이의 전송 손실을 동일하게 조절하기 위하여 상기 지역기지국과 상기 각 가입자 장치의 반사형 변조 장치 사이에 각각 설치된 광감쇠기를 더 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 장거리 파장분할다중방식 수동형 광가입자망(WDM-PON) 시스템에 있어서, 상기 지역가입국으로부터 가장 먼 거리에 존재하는 가입자 장치에는 광감쇠기가 설치되지 않을 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 기존의 EDFA를 사용하는 RSOA 기반 장거리 WDM PON 구조에서는 드롭 광섬유의 길이에 따라 레일리 역산란에 의한 페널티를 최소화하는 EDFA의 증폭률의 동작 범위를 증가시킬 수 있었고, 이에 따라 RN으로부터 ONU까지의 사용가능한 전송거리 범위를 증가시킬 수 있었다. 또한, 전체적으로 광감쇠기의 손실을 조절해주어야 할 경우에도, 서비스 엔지니어가 일일이 손실조절을 해주어야 하는 시스템의 관리 상의 부담이 줄어들게 된다. 결국, 본 발명을 이용하면 RN로부터 다양한 거리에 존재하는 다수의 ONU를 동시에 수용할 수 있는 장거리 WDM PON 구조를 구현할 수 있다.

도 1은 어븀첨가 광섬유 증폭기를 사용하는 종래의 반사형 반도체 광증폭기 기반 장거리 WDM-PON을 설명하기 위한 도면.
도 2a는 도 1과 같은 구조에서 레일리 역산란으로 반사된 시드광(seed light)을 나타낸 도면.
도 2b는 도 1과 같은 구조에서 레일리 역산란으로 반사된 상향신호를 나타낸 도면.
도 3은 도 2와 같은 구조에서 총거리 70 km(피더 광섬유: 50 km, 드롭 광섬유: 20 km)의 장거리 WDM-PON에서의 어븀첨가 광섬유 증폭기의 증폭률에 따른 레일리 역산란에 의한 누화 레벨(crosstalk level)을 나타낸 그래프.
도 4는 레일리 역산란에 의한 누화 레벨에 따른 파워 페널티(power penalty)를 나타낸 그래프.
도 5는 어븀첨가 광섬유 증폭기를 사용하는 반사형 반도체 광 증폭기 기반 장거리 WDM-PON에서 레일리 역산란 현상이 상향신호 미치는 성능을 1.25 Gbps의 데이터 전송률을 사용하여 측정하기 위한 실험 구성도.
도 6은 드롭 광섬유의 길이에 따른 어븀첨가 광섬유 증폭기의 증폭률에 의한 파워 패널티(power penalty)를 나타낸 그래프.
도 7a는 장거리 WDM-PON에서 지역기지국으로부터 다양한 거리에 존재하는 다수의 가입자 장치를 나타낸 도면.
도 7b는 장거리 WDM-PON에서 지역기지국으로부터 다양한 거리에 존재하는 다수의 가입자 장치(지역기지국으로부터 가장 먼 거리에 있는 가입자 장치에 대해서는 제외)에 본 발명의 제1 실시예의 방법에 따라 추가적인 광감쇠를 주어 지역기지국과 각각의 가입자 장치 사이의 전송 손실을 동일하도록 조절한 것을 나타낸 도면.
도 8은 추가적인 광감쇠를 주어 지역기지국과 각각의 가입자 장치 사이의 전송 손실을 동일하도록 조절한 본 발명의 제1 실시예의 방법을 적용하였을 때 드롭 광섬유의 길이에 따른 어븀첨가 광섬유 증폭기의 증폭률에 의한 파워 패널티를 나타낸 그래프.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 레일리 역산란으로 인한 페널티 최소화 방법이 적용된 WDM-PON을 나타낸 도면.

본 발명의 방법을 설명하기에 앞서 이론적 바탕에 대해서 아래에 설명한다.

[이론적 바탕]

도 1은 EDFA를 사용하는 RSOA 기반 장거리 WDM PON의 일반적인 구조를 나타낸 도면이다. CO(110)에서는 연속파(continuous wave; cw) 레이저(112)를 사용하여 상향신호를 생성하기 위한 시드광(seed light)을 보내고, 이 신호는 피더 광섬유(feeder fiber; 120)를 지나 RN(130)를 지나면서 EDFA(132)에 의해 증폭된다. 이 증폭된 신호는 드롭 광섬유(drop fiber; 140)를 거쳐 ONU(150)의 RSOA(152)로 들어가고, RSOA(152)는 입력된 시드광을 직접 변조하여 상향신호를 만든다. 이 상향신호 또한 EDFA(132)에 의해 증폭되어 CO(110)의 상향신호 수신기(114)로 입력된다. 이와 같이 한 가닥의 광섬유를 이용하는 WDM PON 구조에서는 동일한 파장에서 동작하는 시드광과 상향신호가 동일한 광섬유 내부에서 서로 반대 반향으로 진행하게 되고 따라서 레일리 역산란 현상으로 인하여 상향신호의 성능이 저하될 수 있다.

도 2a 및 도 2b는 도 1과 같은 구조에서 레일리 역산란에 의해 반사되어 상향신호에 간섭을 일으키는 신호들을 나타낸 도면이다.

먼저 도 2a처럼 CO(110)에서 상향신호를 생성하기 위해 내려보내는 시드광(seed light)이 레일리 역산란에 의해 반사된 신호들을 볼 수 있다. 이러한 레일리 역산란 현상은 피더 광섬유(120)와 드롭 광섬유(140)에서 모두 발생한다. 도 2b는 ONU(150)에서 나오는 상향신호(upstream signal)가 레일리 역산란에 의해 반사되는 경우를 나타낸다. 이 경우에는 레일리 역산란에 의해 반사된 상향신호는 ONU(150)에 포함된 RSOA(미도시)에서 한 번 더 증폭된다. 도 2a 및 도 2b에서 살펴본 바와 같이, 레일리 역산란에 의해 반사된 신호는 RN(130)에 위치하는 EDFA(132)에 의해 증폭되는 관계로 레일리 역산란에 의한 상향신호의 전송성능은 EDFA(132)의 증폭률에 따라 달라진다.

도 3은 도 2와 같은 구조에서 총거리 70 km (피더 광섬유: 50 km, 드롭 광섬유: 20 km)의 장거리 WDM PON 에서의 EDFA 증폭률(RN gain)에 따른 레일리 역산란에 의한 누화 레벨(crosstalk level)을 나타낸 그래프이다. 이 때, 누화 레벨은 상향신호 수신기로 들어오는 레일리 역산란에 의해 반사된 신호들의 합과 상향신호 사이의 파워 비율이다. 즉, 레일리 역산란에 의해 반사된 신호들의 파워가 커지거나 상향신호의 파워가 작아지면 누화 레벨은 증가하게 되고, 레일리 역산란에 의해 반사된 신호들의 파워가 작아지거나 상향신호의 파워가 커지면 누화 레벨은 감소하게 된다. 도 3에서 보는 바와 같이, EDFA의 증폭률이 작을 때는 상향신호의 파워가 레일리 역산란에 의해 반사된 신호들의 파워에 비해 너무 작아 누화 레벨이 증가하고, EDFA의 증폭률이 클 때는 레일리 역산란에 의해 반사된 신호들의 파워가 상향신호에 비해 대폭 커지기 때문에 누화 레벨이 증가하게 된다. 따라서 도 3에서와 같이 레일리 역산란에 의한 누화 레벨을 최소화하는 EDFA의 증폭률이 존재함을 볼 수 있다.

도 4는 레일리 역산란에 의한 누화 레벨에 따른 파워 페널티를 나타낸 그래프이다. 이 그래프는 레일리 역산란에 의한 누화 레벨이 상향신호의 성능에 얼마만큼의 영향을 미치는지 살펴보기 위함이다. 이 페널티들은 백투백(back-to-back) 상태, 즉, 전송선로와 EDFA가 없는 상태에서 비트오율(Bit Error Ratio, BER)이 10^-9일 때의 수신감도를 기준으로 하여 측정한 것이다. 이 패널티가 커질수록 신호의 성능은 안 좋아지는 것이다.

도 3의 결과를 이용하면 장거리 WDM PON 구조에서 EDFA의 증폭률에 따른 레일리 역산란에 의한 누화 레벨을 계산할 수 있고 도 4의 결과를 이용하면 계산된 누화 레벨에 따른 파워 페널티를 얻을 수 있다. 즉 도 3과 도 4의 결과를 이용하면 장거리 WDM PON 구조에서 레일리 역산란에 의한 페널티를 EDFA의 증폭률에 따라 추정할 수 있다.

도 5는 EDFA를 사용하는 RSOA 기반 장거리 WDM PON에서 레일리 역산란 현상이 상향신호에 미치는 성능을 1.25 Gbps의 데이터 전송률을 사용하여 측정하기 위한 구성도이다. 도 5를 참조하면, CO(110)에서는 시드광을 보내기 위해 DFB 레이저(115)를 사용하였다. ONU(150)에서는 상향신호를 위해서 RSOA(152)에서 시드광을 1.25-Gb/s NRZ(non-return-to-zero) 신호로 직접변조하였다. 이때 편광 조절기(polarization controller, PC; 154)는 RSOA의 증폭률이 최대가 되도록 조절하였다. RN(130)에서는 충분한 파워버짓(power budget)을 확보하기 위해 양방향 EDFA(132)를 이용하였고, 광 대역통과필터(optical band pass filter, OBPF; 134)를 AWG(Arrayed Waveguide Grating) 대신에 사용하였다. 피더 광섬유(120)로는 0.21 dB/km의 전송손실을 갖는 50km 길이의 단일 모드 광섬유(single mode fiber, 이하 SMF라고 한다.)를 사용하였다. 앞에서 언급한 것처럼 RN(130)로부터 다양한 거리에 위치하는 다수의 ONU(150)를 표현하기 위해 드롭 광섬유(140)의 길이는 0 ~ 20 km 로 조절하였다. 사용한 광섬유는 SMF(Single Mode Fiber)이다.

도 6은 드롭 광섬유의 길이에 따른 EDFA 증폭률에 의한 파워 패널티를 나타낸 그래프이다. 도 6에서 실선은 앞의 도 3과 도 4의 결과를 이용한 이론적 계산치이고, 부호들은 도 5에서 보여준 실험 구성도를 이용한 실험 결과이다. 그래프에서 보이는 것처럼 레일리 역산란에 의한 페널티는 드롭 광섬유의 길이에 따라 크게 영향을 받음을 알 수 있다. 또한 드롭 광섬유의 길이에 따라 최소의 페널티를 갖는 EDFA의 증폭률이 다름을 볼 수 있다. 실제적인 장거리 WDM PON에서는 다양한 길이의 드롭 광섬유가 존재할 수 있다는 점을 고려하면 특정한 EDFA의 증폭률을 설정함으로써 레일리 역산란에 의한 페널티를 최소화하는 방안은 사실상 불가능할 것으로 판단된다. 또한 레일리 역산란에 의한 페널티의 파워 마진을 2dB 이하로 가정하면 구동 가능한 EDFA의 증폭률의 범위가 상당히 좁음을 볼 수 있다. 이렇게 하면 다양한 길이의 드롭 광섬유를 갖는 실제의 시스템 구현시 EDFA의 증폭률의 작은 변화만으로 시스템의 심각한 성능 저하를 가져올 수 있게 된다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.

[제1 실시예]

도 7a는 장거리 WDM PON 구조에서 RN로부터 다양한 거리에 존재하는 다수의 ONU를 나타낸 도면이다. 도 5에서 설명한 것처럼 하나의 RN(130)로부터 ONU(150-1. 150-2, 150-3, …, 150-N)들은 다양한 거리에 존재한다. 이렇게 되면 서로 다른 드롭 광섬유 길이에 의해 각각의 전송 손실이 달라지고 이로 인해 도 6에서와 같이 시스템의 파워 마진을 만족하는 EDFA의 증폭률의 범위가 좁아지게 된다.

도 7b는 이러한 문제점을 해결하기 위해 각각의 ONU에 추가적인 광감쇠를 주어 RN과 각각의 ONU 사이의 전송 손실을 동일하도록 조절한 본 발명의 실시예에 따른 방법을 적용하기 위한 광가입자망의 구성을 나타낸 도면이다. 도 7b를 참조하면, RN(130)로부터 가장 멀리 떨어진 ONU, 즉, 전송 손실이 가장 큰 ONU를 기준으로 하여 RN(130)로부터 가까운 거리에 존재하는 ONU에 추가적인 손실을 주어 모든 ONU(150-1. 150-2, 150-3, …, 150-N)의 전송 손실이 같도록 조절하는 것이다. 이와 같이 전송 손실이 같도록 하기 위하여, 각각의 ONU에 광 감쇠기(155-1. 155-2, …, 155-N)를 설치하여, 추가 손실을 RN(130) 또는 각 가입자 장치에서 조절한다.

이러한 광 감쇠기(155-1. 155-2, …, 155-N)는 그 기능을 수행할 수만 있다면 어느 위치에 설치되어도 무방하나, 바람직하게는 RN(130)과 각 ONU(150-1. 150-2, 150-3, …, 150-N)의 반사형 반도체 광증폭기(152-1. 152-2, 152-3, …, 152-N) 사이에 설치된다. 한편, 광 감쇠기(155-1. 155-2, …, 155-N)는 RN(130)로부터 가까운 거리에 존재하는 ONU에 대해서 더 큰 전송 손실을 갖도록 조절하므로, 광 감쇠기가 모든 ONU에 포함될 필요는 없다. 즉, RN(130)로부터 가장 먼 거리에 존재하는 ONU에는 광 감쇠기가 포함될 필요가 없기 때문에, ONU의 개수가 N개이면, 광 감쇠기는 (N-1)개 설치되어도 된다. 도 7b에서는 참조번호 150-3으로 표시된 ONU에 대해서는 광 감쇠기가 설치되지 않았음을 알 수 있다.

도 7b에 도시된 장치의 동작을 설명하면, 본 발명의 실시예에 사용되는 광가입자망은 CO(중앙기지국; 110), RN(지역기지국; 130) 및 N개의 가입자 장치(150-1. 150-2, 150-3, …, 150-N)로 이루어진 장거리 파장분할다중방식 광가입자망으로서, CO(110)는 하향 광신호 및 상향 광신호를 생성하기 위한 시드광(seed light)을 각 가입자 장치(150-1. 150-2, 150-3, …, 150-N)로 송신하고, 각 가입자 장치(150-1. 150-2, 150-3, …, 150-N)에서 송신된 상향 광신호를 수신한다. 가입자 장치(150-1. 150-2, 150-3, …, 150-N)는, CO(110)로부터 보내진 시드광을 각 가입자 장치(150-1. 150-2, 150-3, …, 150-N)의 내부에 위치한 반사형 반도체 광증폭기(152-1. 152-2, 152-3, …, 152-N) 등의 반사형 변조장치를 이용하여 증폭/변조한 뒤 CO(110)로 송신한다. RN(130)은 하향 광신호들을 증폭한 뒤 역다중화하여 각 가입자 장치(150-1. 150-2, 150-3, …, 150-N)로 송신하고, 각 가입자 장치(150-1. 150-2, 150-3, …, 150-N)에서 보내진 상향 광신호들을 다중화한 뒤 광증폭기(132)에 의해 증폭하여 CO(110)로 송신한다. 여기서, 레일리 역산란에 의해 제한되는, RN(130)으로부터 각 가입자 장치(150-1. 150-2, 150-3, …, 150-N)까지의 사용가능한 전송거리 범위를 증가시키기 위하여 RN(130)으로부터 각 가입자 장치(150-1. 150-2, 150-3, …, 150-N) 사이의 전송거리에 따라 추가적인 손실이 발생하도록 손실소자인 광 감쇠기(155-1. 155-2, …, 155-N)가 설치되는데, 각 광 감쇠기(155-1. 155-2, …, 155-N)는 각 가입자 장치(150-1. 150-2, 150-3, …, 150-N)에 대응되게 설치된다. 한편, RN(130)에 위치하는 광증폭기(132)는 어븀첨가 광섬유 증폭기 또는 라만 증폭기를 선택할 수 있으며, 어븀첨가 광섬유 증폭기인 경우에는 CO(110)로부터 원격으로 펌프파워를 제공하는 원격펌프 방식 어븀첨가 광섬유 증폭기여도 좋다.

도 8은 본 발명의 우수성을 입증하기 위하여, 본 방법을 사용하지 않은 결과인 도 6과 비교한 그래프이다. 도 8의 결과는 앞의 도 6의 결과에서 드롭 광섬유의 길이가 0 km일 때는 추가적으로 약 4 dB의 손실을, 드롭 광섬유의 길이가 10 km일 때는 추가적으로 약 2 dB의 손실을 주어 드롭 광섬유의 길이가 20 km일 때의 전송 손실인 약 4dB로 RN와 각각의 ONU간의 전송 손실을 같도록 조절한 것이다. 드롭 광섬유의 길이가 0 km 및 10 km인 경우 추가적인 손실에 의해 최적의 EDFA의 증폭률이 증가하였고, 이에 따라 사용 가능한 EDFA의 증폭률의 범위가 넓어졌고, RN으로부터 ONU까지의 사용가능한 전송거리 범위를 0 km ~ 20 km까지 증가시킨 효과가 나타났다.

[제2 실시예]

상기한 제1 실시예에 기재한 바와 같이 본 발명을 구성할 경우에도, 장거리 WDM-PON에서 레일리 역산란으로 인한 페널티를 줄일 수 있으나, 다수의 ONU의 앞단에 개별적으로 광감쇠기를 설치하고 이 광감쇠기의 손실을 조절하는 방식은 근본적으로 다음과 같은 약점을 갖는다.

(1) 기존의 ONU보다 더 긴 드롭 광섬유가 필요한 새로운 가입자가 발생하였을 때, 전체적으로 광감쇠기의 손실을 조절해주어야 하는데, 각 광감쇠기가 개별 ONU측에 있기 때문에, 자동적인 손실조절이 가능하지 않다면 서비스 엔지니어가 각 ONU마다 일일이 손실조절을 해주어야 하는 바, 이는 시스템의 관리 상 매우 큰 부담으로 작용한다.

(2) 새로운 가입자를 더 이상 수용하지 않는다고 하여도, 여러 가지 이유에 의해 WDM-PON의 통신환경이 변화하는 경우, 예컨대 RN에 포함된 EDFA의 교체 등에 따른 RN 이득값의 변화에도, 각 광감쇠기가 개별 ONU측에 있다면 일괄적인 관리가 곤란하다는 것은 자명하다.

(3) 또한, 광감쇠기 자체의 조절방법에 대해서는 구체적으로 제시하지 않고 있기 때문에, 광감쇠기의 손실조절이 시스템의 변화에 따라 즉각적으로 이루어지지 않을 수도 있다.

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 레일리 역산란으로 인한 페널티 최소화 방법이 적용된 WDM-PON을 나타낸 도면으로서, 상기한 제1 실시예의 약점을 보완하기 위한 것이다. 도 9를 참조하면, 전체적인 구성은 도 7b의 것과 유사하나, 본 발명의 제2 실시예에서는 상기 지역기지국의 다중화기/역다중화기 역할의 AWG의 다음 단과 가입자 장치에 연결된 드롭 광섬유 사이에 광감쇠기들(165)이 집합적으로 설치된다는 점이 다르다. 이 때, 집합적이라는 의미는 한 장소에서 광감쇠기들의 관리(maintenance)가 가능할 정도로 광감쇠기들이 집적되어 있다는 것을 말한다. 한편, 광감쇠기들(165)의 각각은 자동 가변 광감쇠기이며, 광감쇠기 제어 유닛(Attenuator Control Unit; 170)의 제어에 의해 손실률이 조절된다. 광감쇠기 제어 유닛(170)은 중앙기지국(110)에서 측정된 상향신호에 대한 정보를 받아서 자동 가변되는 광감쇠기들(165)을 제어하는 것으로서, 지역기지국(130)에 설치된다. 본 실시예에서는, 광감쇠기들이 다음과 같은 순서로 손실 조정이 된다. 일단, 각 드롭 광섬유 길이에 따른 RN 이득 대비 RB에 기인한 파워 페널티 곡선들을 구한다. 즉, 도 6에 도시한 바와 같은 곡선들을 모든 드롭 광섬유 길이에 대해서 확보해 놓고, 그 데이터를 광감쇠기 제어 유닛(170)에 저장해 둔다. 그 다음, RB에 기인한 파워 페널티 곡선 중에서 가장 긴 드롭 광섬유 길이에 대한 파워 페널티 곡선에서 페널티의 파워 마진을 설정한다. 이 페널티의 파워 마진 설정값 이하에 해당하는 RN 이득 범위값을 구하고 상기 파워 페널티 곡선들 모두가 상기 RN 이득 범위값에서 상기 페널티의 파워 마진 설정값 이하가 되도록 광감쇠기들(165)의 손실을 조정한다. 이와 같은 시스템 구성에서 본 실시예와 같이 광감쇠기들(165)을 집적 설치하고, 광감쇠기 제어 유닛(170)에 의해 광감쇠기들(165)을 제어하기 때문에, 기존의 ONU보다 더 긴 드롭 광섬유가 필요한 새로운 가입자가 발생하였을 때, 전체적으로 광감쇠기의 손실을 조절해주어야 할 경우, 서비스 엔지니어가 일일이 손실조절을 해주어야 하는 시스템의 관리 상의 부담이 줄어들게 된다. 이는 여러 가지 이유에 의해 WDM-PON의 통신환경이 변화해서 광감쇠기들(165)의 손실을 일괄적으로 변경해야 하는 경우에도 당연히 적용된다. 더욱이, 광감쇠기의 손실 조절이 시스템의 변화에 따라 즉각적으로 이루어지므로, 레일리 역산란으로 인한 페널티 최소화 과정이, 시스템 변화가 되어도 이루어지지 않아서 광신호의 열화가 생기는 문제는 발생하지 않는다.

110: 중앙기지국(CO) 112: 연속파(CW) 레이저
114: 상향신호 수신기 120: 피더 광섬유(feeder fiber)
130: 지역기지국(RN)
132: EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier)
140: 드롭 광섬유(drop fiber)
150, 150-1. 150-2, 150-3, …, 150-N: ONU
152, 152-1. 152-2, 152-3, …, 152-N: 반사형 반도체 광증폭기(RSOA)
155-1. 155-2, …, 155-N: 광 감쇠기
165: 집합 설치된 광감쇠기

Claims (9)

1. 중앙기지국, 다수의 가입자 장치, 및 상기 중앙기지국과 상기 다수의 가입자 장치 사이에 위치하는 지역기지국을 포함하는 장거리 파장분할다중방식 수동형 광가입자망(WDM-PON)에 적용하여 레일리 역산란으로 인한 페널티를 최소화하는 방법에 있어서,
   레일리 역산란에 의해 제한되는 상기 지역기지국으로부터 상기 각 가입자 장치까지의 사용가능한 전송거리 범위를 증가시키기 위하여, 상기 지역기지국과 상기 각 가입자 장치에 연결된 드롭 광섬유 사이에 각각 광감쇠기가 설치되고,
   (a) 상기 각 드롭 광섬유 길이에 따른 상기 지역기지국의 이득 대비 레일리 역산란에 기인한 파워 페널티 곡선들을 구하는 단계;
   (b) 상기 레일리 역산란에 기인한 파워 페널티 곡선 중에서 가장 긴 드롭 광섬유 길이에 대한 파워 페널티 곡선에서 페널티의 파워 마진을 설정하는 단계;
   (c) 상기 페널티의 파워 마진 설정값 이하에 해당하는 지역기지국 이득 범위값을 구하는 단계; 및
   (d) 상기 파워 페널티 곡선들 모두가 상기 지역기지국 이득 범위값에서 상기 페널티의 파워 마진 설정값 이하가 되도록 상기 광감쇠기들의 손실을 조정하는 단계를 포함하며,
   상기 광감쇠기들은 자동 가변 광감쇠기를 포함하고,
   상기 지역기지국은, 상기 중앙기지국에서 측정된 상향신호에 대한 정보를 받아서 상기 자동 가변 광감쇠기를 제어하는 광감쇠기 제어 유닛(Attenuator Control Unit)을 더 포함하며,
   상기 광감쇠기들은 집합적으로 설치되는, 장거리 파장분할다중방식 수동형 광가입자망(WDM-PON)에서 레일리 역산란으로 인한 페널티 최소화 방법.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 중앙기지국은, 하향 광신호 및 상향 광신호를 생성하기 위한 시드광(seed light)을 상기 지역기지국으로 송신하고, 상기 각 가입자 장치에서 송신된 상향 광신호를 상기 지역기지국을 통해 수신하며,
   상기 지역기지국은, 상기 하향 광신호들을 증폭한 뒤 역다중화하여 상기 각 가입자 장치로 송신하고, 상기 각 가입자 장치에서 보내진 상기 상향 광신호들을 다중화한 뒤 증폭하여 상기 중앙기지국으로 송신하며,
   상기 각 가입자 장치는, 상기 중앙기지국으로부터 보내진 시드광을 상기 지역기지국을 통해 수신하여 상기 각 가입자 장치 내부에 위치한 반사형 변조장치를 이용하여 증폭/변조한 뒤 상기 지역기지국을 통해 상기 중앙기지국으로 송신하는, 장거리 파장분할다중방식 수동형 광가입자망(WDM-PON)에서 레일리 역산란으로 인한 페널티 최소화 방법.
4. 중앙기지국, 다수의 가입자 장치, 및 상기 중앙기지국과 상기 다수의 가입자 장치 사이에 위치하는 지역기지국을 포함하는 장거리 파장분할다중방식 수동형 광가입자망(WDM-PON) 시스템에 있어서,
   레일리 역산란에 의해 제한되는 상기 지역기지국으로부터 상기 각 가입자 장치까지의 사용가능한 전송거리 범위를 증가시키기 위하여, 상기 지역기지국과 상기 각 가입자 장치에 연결된 드롭 광섬유 사이에 각각 설치된 광감쇠기를 더 포함하며,
   상기 광감쇠기들은 자동 가변 광감쇠기를 포함하고,
   상기 지역기지국은, 상기 중앙기지국에서 측정된 상향신호에 대한 정보를 받아서 상기 자동 가변 광감쇠기를 제어하는 광감쇠기 제어 유닛(Attenuator Control Unit)을 더 포함하며,
   상기 광감쇠기 제어 유닛은,
   (a) 상기 각 드롭 광섬유 길이에 따른 상기 지역기지국의 이득 대비 레일리 역산란에 기인한 파워 페널티 곡선들을 구하는 동작;
   (b) 상기 레일리 역산란에 기인한 파워 페널티 곡선 중에서 가장 긴 드롭 광섬유 길이에 대한 파워 페널티 곡선에서 페널티의 파워 마진을 설정하는 동작;
   (c) 상기 페널티의 파워 마진 설정값 이하에 해당하는 지역기지국 이득 범위값을 구하는 동작; 및
   (d) 상기 파워 페널티 곡선들 모두가 상기 지역기지국 이득 범위값에서 상기 페널티의 파워 마진 설정값 이하가 되도록 상기 광감쇠기들을 조정하는 동작을 수행하여, 상기 광감쇠기들의 손실을 조정하고,
   상기 광감쇠기들은 집합적으로 설치되는, 장거리 파장분할다중방식 수동형 광가입자망(WDM-PON) 시스템.
5. 삭제
6. 삭제
7. 청구항 4에 있어서,
   상기 중앙기지국은, 하향 광신호 및 상향 광신호를 생성하기 위한 시드광(seed light)을 상기 지역기지국으로 송신하고, 상기 각 가입자 장치에서 송신된 상향 광신호를 상기 지역기지국을 통해 수신하며,
   상기 지역기지국은, 상기 하향 광신호들을 증폭한 뒤 역다중화하여 상기 각 가입자 장치로 송신하고, 상기 각 가입자 장치에서 보내진 상기 상향 광신호들을 다중화한 뒤 증폭하여 상기 중앙기지국으로 송신하며,
   상기 각 가입자 장치는, 상기 중앙기지국으로부터 보내진 시드광을 상기 지역기지국을 통해 수신하여 상기 각 가입자 장치 내부에 위치한 반사형 변조장치를 이용하여 증폭/변조한 뒤 상기 지역기지국을 통해 상기 중앙기지국으로 송신하는, 장거리 파장분할다중방식 수동형 광가입자망(WDM-PON) 시스템.
8. 삭제
9. 삭제

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