KR102032364B1 - 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치 및 이를 이용한 송수신 방법 - Google Patents

모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치 및 이를 이용한 송수신 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치는 셋 이상의 단일 모드 광섬유(Single Mode Fiber)로 구성되며, 제1 단부는 상기 셋 이상의 단일 모드 광섬유가 서로 소정의 거리가 이격되어 있으며, 제2 단부 방향으로 상기 셋 이상의 단일 모드 광섬유의 코어가 동일한 간격을 가지는 형태로 소정의 간격 이하로 좁혀지는 테이퍼(Paper)된 형태를 가지는 비모드 선택성 다중화부, 제2 단부와 수 모드 광섬유(Few Mode Fiber)로 연결되며, 하향 광신호를 전달하는 광 회선 단말 및 제1 단부와 단일 모드 광섬유로 각각 연결되며, 상향 광신호를 전달하는 셋 이상의 광망 종단 유닛을 포함한다.

Description

모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치 및 이를 이용한 송수신 방법{APPARATUS FOR MODE DIVISION MULTIPLEXED PASSIVE OPTICAL NETWORK AND TRANSMIT/RECEIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 수동형 광통신에 관한 기술로, 보다 상세하게는 모드 분할 다중 기술이 적용된 수동형 광 네트워크 장치에 관한 기술이다.
수동형 광 네트워크 장치(Passive Optical Network, PON)는 통신사업자 측의 광 회선 단말(Optical Line Terminal, OLT), 가입자 측의 광망 종단 유닛(Optical Network Unit, ONU) 및 이들을 연결해 주는 광선로와 광분배 네트워크로 구성된다. 수동형 광 네트워크 장치의 다중화 방법 중 하나인 시분할 다중화(Time Division Multiplexing, TDM)에서, 하향 광신호는 하나의 OLT에서 나온 광신호가 광신호 분배기(Passive Optical Splitter)에서 분기되어 다수의 ONU에 전달되며, 상향 광신호는 다수의 ONU에서 전달되는 광신호가 광신호 분배기를 통해 OLT에 전달된다.
하지만, TDM-PON에서는 광세기 분배기에서 손실이 발생하며, 광세기 분배기의 손실이 분배 비에 따라 증가한다. 예를 들어, 4분기로 나누는 경우 분배 손실에 의해 6dB 이상의 손실이 발생하며, 이를 32분기로 증가하는 경우 분배에 의해서만 15dB 이상의 손실이 발생한다. 이와 같은 광세기 분배기의 손실로 인해 피더 라인(Feeder Line)의 거리 및 OLT/ONU의 파워 버짓(Power Budget) 등에서 손실이 발생한다. 이로 인해, 가입자 수를 증가시키고, 피더 라인의 거리를 늘리는데 어려움이 존재한다. 대한민국 공개특허 제10-2009-0100083호는 수동 광 네트워크 장치 시스템에서 신호 거리 및 분기율을 증대시키는 방법에 대해 개시되어 있다. 하지만, 상기 특허는 별도의 재생부를 필요로 한다.
대한민국 공개특허 제10-2009-0100083호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 종래의 TDM-PON의 광세기 분배기에서 발생하는 손실을 감소시키며, 특히, 광세기 분배기의 손실이 분배 비에 따라 급격히 증가하는 문제를 해결할 수 있는 수동형 광 네트워크 장치 구조를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치는 셋 이상의 단일 모드 광섬유(Single Mode Fiber)로 구성되며, 제1 단부는 상기 셋 이상의 단일 모드 광섬유가 서로 소정의 거리가 이격되어 있으며, 제2 단부 방향으로 상기 셋 이상의 단일 모드 광섬유의 코어가 동일한 간격을 가지는 형태로 소정의 간격 이하로 좁혀지는 테이퍼(Taper)된 형태를 가지는 비모드 선택성 다중화부, 제2 단부와 수 모드 광섬유(Few Mode Fiber)로 연결되며, 하향 광신호를 전달하는 광 회선 단말 및 제1 단부와 단일 모드 광섬유로 각각 연결되며, 상향 광신호를 전달하는 셋 이상의 광망 종단 유닛을 포함한다
비모드 선택성 다중화부는 시간에 관계없이 셋 이상의 광망 종단 유닛으로부터 수신되는 셋 이상의 광신호를 제2 단부에서 커플링(Coupling)하여 모드 분할 다중화(Mode Division Multiplexing, MDM)하고, 수 모드 광섬유로 출력한다. 그리고, 비모드 선택성 다중화부는 광 회선 단말로부터 전달되는 하향 광신호를 단일 모드 광섬유의 개수만큼 분리하여 셋 이상의 광망 종단 유닛으로 전달한다.
광 회선 단말은 비모드 선택성 다중화부로부터 전달되는 모드 분할 다중화된 광신호를 역다중화하는 모드 역다중화부 및 역다중화된 광신호를 디지털 신호 처리하여 변조된 신호를 데이터 신호로 복호하는 디지털 신호 처리부를 통해 상향 광신호를 수신할 수 있다.
그리고, 셋 이상의 광망 종단 유닛은 시분할(Time Division Multiplexing, TDM) 방식의 버스트(Burst) 모드를 통해 순차적으로 상향 광신호를 비모드 선택성 다중화부로 전달한다. 또한, 셋 이상의 광망 종단 유닛은 레이저 다이오드(Laser Diode)에서 생성되는 광신호를 변조하여 단일 모드 광섬유를 통해 비모드 선택성 다중화부로 전달한다.
본 발명에 따른 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치 및 이를 이용한 송수신 방법은 광신호의 분배 과정에서 발생하는 손실을 최소화하여 가입자 수를 증대시키고, 전송 거리를 증가시킬 수 있다. 또한, 광 회선 단말의 수신단을 모드 분할 다중 신호 수신기로 변경함으로써 전송 용량을 획기적으로 늘릴 수 있어 가입자 망의 전송 용량 문제를 쉽게 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치(100)의 일 실시예를 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치(100)의 비모드 선택성 다중화부(120)를 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비모드 선택성 다중화부(120)의 단일 모드 코어의 다양한 구성을 나타내는 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치(100)의 하향 광신호 전송을 설명하는 도면이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치(100)의 상향 광신호 전송을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치(500)의 다른 실시예를 나타내는 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치의 비모드 선택성 다중화부(620)의 다른 일례를 나타내는 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치의 하향 광신호 송신 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치의 상향 광신호 송신 방법을 나태는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치의 상향 광신호 송신 방법을 나태는 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어 및 단어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 발명의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 후술하는 실시예에서 사용된 용어는, 본 명세서에 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 당업자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치(100)의 일 실시예를 나타내는 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치(100)는 셋 이상의 광망 종단 유닛(110), 비모드 선택성 다중화부(120) 및 광 회선 단말(130)을 포함한다.
비모드 선택성 다중화부(120)는 셋 이상의 단일 모드 광섬유(Single Mode Fiber) 또는 셋 이상의 단일 모드 코어로 구성된다. 비모드 선택성 다중화부(120)의 일측 단부는 셋 이상의 단일 모드 광섬유가 서로 소정의 간격(거리)이 이격되어 있다. 셋 이상의 단일 모드 광섬유가 소정의 간격이 이격되어 형성된 단부를 제1 단부라 명명한다. 그리고, 제1 단부에서 반대측 단부 방향으로 점차 단일 모드 광섬유 사이의 거리가 소정의 간격 이하로 좁혀지는 테이퍼(Taper)된 형태를 가진다. 단일 모드 광섬유 사이의 거리가 동일한 간격을 가지는 형태로 좁혀진 단부를 제2 단부라 명명한다. 서로 소정의 간격이 이격된 단일 모드 광섬유는 단일 모드 광섬유를 통과하는 광신호 사이에 커플링(Coupling)이 발생하지 않는다.
반면에, 테이퍼된 형태를 통해 단일 모드 광섬유 사이의 거리가 소정의 간격 이내로 좁혀지면, 서로 다른 단일 모드 광섬유를 통과하는 광신호 사이에 커플링이 발생한다. 특히, 세 개의 단일 모드 광섬유가 동일한 간격(세 개일 경우 정삼각형 형태)으로 좁혀지면, 서로 다른 단일 모드 광섬유의 광신호가 커플링되어, 모드 분할 다중화(Mode Division Multiplexing)에 의해 생성된 모드와 유사한 형태의 광신호 모드가 생성된다.
광신호의 광 파워는 대부분 코어 내에 국한되지만, 경계면에 걸쳐져서 밖으로 스며 나오는 모드 모양을 가진다. 따라서, 테이퍼된 형태를 통해 제2 단부와 같이 코어 사이의 간격이 좁혀질 경우, 다른 코어가 가까이 있으면 모드 모양이 바뀌게 되고, 결국 3개의 코어가 충분히 가까이 있으면 1개의 코어 내에 신호가 국한될 수 없는 상태가 된다. 즉, 제2 단부에서는 코어 간의 커플링이 매우 크게 발생한다.
셋 이상의 광망 종단 유닛(Optical Network Unit, ONU, 110)은 가입자 측에 설치되는 장치로서, 단일 모드 광섬유를 통해 비모드 선택성 다중화부(120)의 제1 단부와 연결된다. 광망 종단 유닛(110)은 레이저 다이오드(Laser Diode)에서 출력되는 광신호를 변조하여 단일 모드 광섬유를 통해 비모드 선택성 다중화부(120)의 제1 단부로 전달한다. 그리고, 광망 종단 유닛(110)은 광 회선 단말(130)로부터 전달되어 비모드 선택성 다중화부(120)를 거쳐 전달된 광신호를 수신한다.
광 회선 단말(Optical Line Terminal, OLT, 130)은 제공자 측에 설치되는 장치로서, 수 모드 광섬유(Few Mode Fiber)를 통해 비모드 선택성 다중화부(120)의 제2 단부와 연결된다. 즉, 광 회선 단말(130)은 비모드 선택성 다중화부(120)의 동일한 간격 형태로 근접한 셋 이상의 단일 모드 광섬유와 수 모드 광섬유로 연결된다.
비모드 선택성 다중화부(120)에서, 제1 단부의 서로 이격된 셋 이상의 단일 모드 광섬유 중에서 어느 하나의 단일 모드 광섬유로만 광신호가 입력되면, 즉, 셋 이상의 광망 종단 유닛(110) 중에서 어느 하나의 광망 종단 유닛(110)에서 비모드 선택성 다중화부(120)로 단일 모드 광섬유를 통해 광신호를 전달하면, 동일한 간격 형태로 좁혀진 제2 단부의 출력은 모드 분할 다중화의 세 모드(LP01, LP11a, LP11)의 선형 커플링(Linear Combination)으로 얻어진다. 즉, 제1 단부측 세 개의 단일 모드 광섬유에 균일하게 광 파워가 분포하게 된다.
반대로, 수 모드 광섬유 방향에서 광파워를 입력하면 즉, 광 회선 단말(130)로부터 수 모드 광섬유를 통해 광신호가 비모드 선택성 다중화부(120)로 전달되면, 비모드 선택성 다중화부(120)에서 셋 이상의 단일 모드 광섬유로 분리된다. 이 때, 파워 비는 1/n으로 균일하다. 여기서 n은 단일 모드 광섬유의 개수를 나타낸다.
도 1의 실시예에서는 세 개의 광망 종단 유닛(110)과 하나의 광 회선 단말(130) 사이를 비모드 선택성 다중화부(120)로 연결한다. 도 1의 구성은 수동형 광 네트워크(PON)의 광 세기 분배기를 대신하여 비모드 선택성 다중화부(120)를 사용하여 하향 광신호를 분배한다. 그리고, 피더 라인(Feeder Line)은 수 모드 광섬유(20)로 대체한다.
비모드 선택성 다중화부(120)는 N개의 모드를 다중화 또는 역다중화 할 수 있도록 1xN 포트를 가진다. 그리고, 수 모드 광섬유(20)는 N개의 모드가 진행할 수 있는 광섬유이다. 도 1의 실시예에서 비모드 선택성 다중화부(120)는 3개의 모드를 다중화 또는 역다중화 할 수 있는 1x3 포트를 가지며, 수 모드 광섬유(20)는 3개의 모드가 진행할 수 있는 광섬유이다.
종래의 수동형 광 네트워크(PON)에서 하향 광신호는 광세기 분배기에서 분기되어 모든 ONU에 방송(Broadcasting)되어 동일한 신호가 전달되며, 각 ONU는 자신에 해당하는 신호를 선택하여 수신한다. 본 발명에서, 수 모드 광섬유(20)를 통해 광 회선 단말(130)로부터 수신된 하향 광신호는 비모드 선택성 다중화부(120)를 통해 3개의 포트로 분배되어, 단일 모드 광섬유(10)를 통해 각각의 광망 종단 유닛(111, 112,113)로 전달된다. 이 때, 3개의 포트로 분배되는 광신호의 파워 비는 1/3로 균일하다. 이와 같이 비모드 선택성 다중화부(120)에서 수 모드 광섬유로 전달된 하나의 광신호를 셋 이상의 광신호를 분리하는 과정에서 발생하는 손실은 이론적으로 0에 근접한다.
그리고, 각각의 광망 종단 유닛(110)에서 전달되는 상향 광신호는 단일 모드 광섬유(10)를 통해 비모드 선택성 다중화부(120)로 전달된다. 그리고, 비모드 선택성 다중화부(120)는 각각의 단일 모드 광섬유(10)로 전달된 광신호를 커플링(Coupling)하여 소정의 모드 형태로 수 모드 광섬유(20)를 통해 광 회선 단말(130)로 전달한다. 본 발명에서 상향 광신호를 전달하는 과정은 광 회선 단말(130)의 종류에 따라 시분할 다중화(TDM) 방식을 활용하여, 제1 광망 종단 유닛(111) 내지 제3 광망 종단 유닛(113)이 한번에 하나씩 순차적으로 광신호를 비모드 선택성 다중화부(120)로 전달할 수 있다. 또한, 본 발명에서 상향 광신호를 전달하는 과정은 광 회선 단말(130)의 종류에 따라 제1 광망 종단 유닛(111) 내지 제3 광망 종단 유닛(113)이 동시에 상향 광신호를 비모드 선택성 다중화부(120)로 전달할 수 있다. 이에 대한 내용은 후술하는 도 4a, 도 4b 및 도 5에서 추가적으로 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치(100)의 비모드 선택성 다중화부(120)를 나타내는 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일반적인 모드 분할 다중화 시스템에서의 모드 다중화부(Mode Multiplexer)가 모드 선택성 다중화부(Mode Selective Multiplexer)인 반면에, 본 발명의 비모드 선택성 다중화부(120)는 모드 선택성 다중화부와 반대되는 비모드 선택성 다중화부(Non-mode Selective Multiplexer)로 구분된다. 비모드 선택성 다중화부(120)는 제1 단부(121), 테이퍼부(122) 및 제2 단부(123)로 구성될 수 있다. 제1 단부(121)는 셋 이상의 단일 모드 광섬유가 서로 격리될 수 있도록 소정의 간격이 떨어져 위치한다. 제1 단부(121)에서 단일 모드 광섬유 사이의 거리는 단일 모드 광섬유의 코어(124) 사이에 커플링(Coupling)이 발생하지 않는 거리를 의미한다. 제1 단부(121)는 셋 이상의 단일 모드 광섬유로 구성될 수 있으며, 서로 다른 셋 이상의 단일 모드 코어가 소정의 간격을 이격하여 구성될 수 있다. 제1 단부(121)를 구성하는 각각의 단일 모드 광섬유는 각각 하나의 광망 종단 유닛(110)과 단일 모드 광섬유(10)를 통해 연결된다.
일반적으로 사용되는 단일 모드 광섬유의 지름은 125um이 될 수 있다. 따라서, 제1 단부(121)를 구성하는 각각의 단일 모드 광섬유 사이의 간격이 125um 이상이 될 경우 코어 내의 신호 간 커플링이 발생하지 않는다. 반면에, 제2 단부(123)에서는 단일 모드 광섬유(코어) 사이의 간격이 5um 이하로 충분히 가까워질 경우 코어를 통과하는 광신호 사이에 커플링이 발생하게 된다.
테이퍼부(122)는 제1 단부(121)와 연결되어 있으며, 제1 단부(121) 방향에서 제2 단부(123) 방향으로 단일 모드 코어(124) 사이의 거리가 점차 좁아지는 테이퍼(Taper)된 형태로 구성된다. 그리고, 테이퍼부(122)의 좁아진 부분은 제2 단부(123)와 연결된다. 제2 단부(123)는 셋 이상의 단일 모드 코어(124)가 동일한 간격(3개의 단일 모드 코어인 일례에서는 정삼각형 형태)로 소정의 간격 이내에 위치하도록 형성되어, 단일 모드 코어(124)를 통과하는 광신호 사이에 커플링(Coupling)이 발생한다. 제2 단부(123)의 단일 모드 코어(124) 구조에 의해 발생한 커플링에 의해, 광신호는 소정의 광신호 모드 형태를 가지게 된다. 제2 단부(123)에서 단일 모드 코어(124) 구조에 의해 생성되는 광신호 모드는 제2 단부(123)의 개구수(Numerical Aperture)를 조절하여 수 모드 광섬유(20)와 바로 접속이 가능하다.
어느 하나의 광망 종단 유닛(110)에서 광신호를 제1 단부(121)로 송신 즉, 1개의 단일 모드 광섬유 입력이 비모드 선택성 다중화부(120)로 수신되면, 제2 단부(123)에서의 출력은 모드 분할 다중화 모드에서의 광신호 모드(LP01, LP11a, LP11b)의 선형 커플링(Linear Combination)으로 얻어지며, 각각의 모드에 균일하게 광 파워가 분포한다.
수 모드 광섬유(20)를 통해 비모드 선택성 다중화부(120)로 광신호가 전달되면, 수 모드 광섬유(20)와 연결된 제2 단부(123)는 수신된 광신호를 단일 모드 광섬유의 개수만큼 분리하여 제1 단부(121)의 단일 모드 광섬유로 각각 전달한다. 이 때의 파워 비는 1/n으로 균일하다. 여기서 n은 단일 모드 광섬유의 개수를 나타낸다.
이 때, 이 비모드 선택성 다중화부(120)에서 수 모드 광섬유로 전달된 하나의 광신호를 분리하는 과정에서 발생하는 손실은 이론적으로 0에 근접한다. 종래의 광세기 분배기는 분배 과정에서의 손실이 분배 비에 따라 급격히 증가한다. 예를 들어, 광세기 분배기는 4분기로 나누는 경우 분배 손실에 의해 6dB 이상의 손실이 발생하며, 이를 32분기로 증가하는 경우 분배에 의해서만 15dB 이상의 손실이 발생한다. 반면에, 본 발명의 비모드 선택성 다중화부(120)는 분리 과정에서 손실이 거의 발생하지 않기 때문에, 피더 라인의 거리를 늘리거나 가입자 수를 증가시키는데 유리하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비모드 선택성 다중화부(120)의 단일 모드 코어의 다양한 구성을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 도 1 및 도 2 에서 비모드 선택성 다중화부(120)는 세 개의 단일 모드 광섬유 또는 세 개의 단일 모드 코어를 일례로 설명하였다. 하지만, 단일 모드 코어의 개수가 3개로 한정되는 것은 아니며, 단일 모드 코어의 동일한 간격의 배치를 통한 다양한 구성이 가능하다. 도 3에서는 각각 1, 3, 6, 8, 10, 12, 15개의 코어를 배치한 제2 단부(123)의 단면을 나타낸다. 세 개의 단일 모드 코어를 사용하는 경우, 세 개의 단일 모드 코어가 동일한 간격을 가지는 정삼각형 형태(302)로 배치된다. 그리고, 단일 모드 코어의 개수가 6개, 8개, 10개, 12개, 15개로 증가하면서 303 내지 307과 같이 단일 모드 코어가 동일한 간격을 가지고 배치될 수 있다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치(100)의 하향 광신호 전송을 설명하는 도면이다.
도 4a를 참조하면, 본 발명의 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치(100)는 종래의 수동형 광 네트워크의 광세기 분배기를 비모드 선택성 다중화부(420)로 대신한다. 비모드 선택성 다중화부(420)는 N개의 모드를 다중화 또는 역다중화할 수 있도록 1xN개의 포트를 가진다. 그리고, 수 모드 광섬유(40) 또한 N개의 모드가 진행할 수 있는 광섬유로 구성된다. 본 발명에서 하향 광신호의 전송 과정은 광 회선 단말(430)에서 수 모드 광섬유(40)를 통해 하향 광신호를 전달하여 비모드 선택성 다중화부(420)로 전달한다. 그리고, 비모드 선택성 다중화부(420)는 수신된 하향 광신호를 N개의 포트로 분배하여 각각의 광망 종단 유닛(410)으로 전달한다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치(100)의 상향 광신호 전송을 설명하는 도면이다.
도 4b를 참조하면, 도 4의 상향 광신호 전송에서는 각각의 모드 간의 누화(Crosstalk)를 억제하기 위하여 시분할 다중화(TDM) 방식의 버스트 모드 신호를 사용한다. 셋 이상의 광망 종단 유닛(410)은 상향 광신호 전송을 위해 버스트 모드 신호를 시분할 방식을 통해 한번에 하나의 광망 종단 유닛(410)씩 순차적으로 비모드 선택성 다중화부(420)로 전달한다. 그리고, 비모드 선택성 다중화부(420)는 어느 하나의 단일 모드 광섬유를 통해 광신호가 수신되면, 모드 분할 다중화의 세 모드(LP01, LP11a, LP11)의 선형 커플링(Linear Combination)으로 얻어진 광신호 모드 형태의 버스트 모드 신호가 피더 라인인 수 모드 광섬유(40)에서 버스트 열을 이루게 된다. 이러한 시간 분할은 동적 대역폭 할당 기법에 의해 분배된다.
앞서 설명한 바와 같이, 비모드 선택성 다중화부(420)의 손실이 이론적으로 0에 가깝기 때문에, 비모드 선택성 다중화부(420)를 통과할 때 발생하는 손실이 매우 적게 구현될 수 있다. 하향 광신호는 1/N로 광파워 분배가 이루어지는 반면에, 상향 광신호는 모든 광파워가 수 모드 광섬유(40)로 들어가므로 손실이 거의 없다. 따라서, 피더 라인을 더 장거리로 설계할 수 있으며, 광망 종단 유닛(410)의 연결 개수를 늘려 가입자를 늘릴 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치(500)의 다른 실시예를 나타내는 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치(500)의 다른 실시예는 상향 광신호를 전송하는 과정에서 시분할 다중화 방식을 사용하지 않고 셋 이상의 광망 종단 유닛(510)이 동시에 상향 광신호를 전달할 수 있다. 즉, 도 5b에서는 각각의 모드 간의 누화를 억제하기 위하여 시분할 다중화 방식을 사용한 반면에, 도 6에서는 모드 분할 다중 방식을 사용하여 상향 광신호를 전달할 수 있다. 셋 이상의 광망 종단 유닛(510)은 시간에 관계없이 신호를 전송할 수 있으며, 피더 라인에서 여러 개의 광망 종단 유닛(510)의 광신호가 여러 모드를 이용해 전송된다.
광 회선 단말(530)은 비모드 선택성 다중화부(520)로부터 모드 분할 다중화 형태로 수 모드 광섬유(50)를 통해 전달되는 광신호를 수신하기 위해 모드 다중화부(531) 및 디지털 신호 처리부(532)를 포함한다. 광 회선 단말(530)은 모드 분할 다중화 형태로 수신된 광신호를 모드 다중화부(531)를 통해 다중화하고, 다중입출력(Multiple Input Multiple Output, MIMO)을 가지는 디지털 신호 처리부(532)를 통해 디지털 신호 처리(Digital Signal Processing, DSP)하여 수신한다. 도 5의 상향 광신호 전송 방법은 전송용량을 현저히 증가시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치의 비모드 선택성 다중화부(620)의 다른 일례를 나타내는 구성도이다.
도 6을 참조하면, 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치는 도 1 내지 도 2에 기재된 단일 모드 광섬유의 코어가 테이퍼된 형태뿐만 아니라 도 6의 비모드 선택성 다중화부(620)와 같은 형태로 구성될 수 있다. 초고속 레이저 조각법(Ultrafast Laser Inscription)을 이용하여 유리(Glass) 또는 크리스탈(Crystal) 내부에 부분적으로 굴절률을 변화시켜 3차원 도파관(3-Dimensional Waveguide)를 형성하여 도 6의 비모드 선택성 다중화부(620)를 생성할 수 있다. 비모드 선택성 다중화부(620)의 제2 단부(623)는 도 1 내지 도 2와 마찬가지로 셋 이상의 단일 모드 코어가 동일한 간격을 가지도록 형성한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치의 하향 광신호 송신 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4a 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치(400)에서 하향 광신호를 송신하는 방법은 먼저, 광 회선 단말(430)이 수 모드 광섬유(40)를 통해 하향 광신호를 비모드 선택성 다중화부(420)로 전달한다(S701). 그리고, 비모드 선택성 다중화부(420)는 수신된 하향 광신호를 설정된 개수(또는 연결된 광망 종단 유닛의 개수)로 분리(S702)하고, 분리된 광신호를 단일 모드 광섬유를 통해 각각의 광망 종단 유닛(410)으로 전달한다. 광망 종단 유닛(410)으로 전달되는 하향 광신호의 파워 비는 연결된 광망 종단 유닛의 개수만큼 분리되어 균일하다. 이와 같은 구조를 통해 하향 광신호를 분리하는 과정에서의 손실을 줄일 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치의 상향 광신호 송신 방법을 나태는 흐름도이다.
도 4b 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치(400)에서 상향 광신호를 송신하는 방법은 먼저 하나의 광망 종단 유닛(410)으로부터 순차적으로 상향 광신호를 비모드 선택성 다중화부(420)로 전달한다(S801). 셋 이상의 광망 종단 유닛(410)은 각각의 모드 간의 누화(Crosstalk)를 억제하기 위하여 시분할 다중화(TDM) 방식의 버스트 모드 신호를 사용하여 상향 광신호를 비모드 선택성 다중화부(420)로 전달한다. 그리고, 비모드 선택성 다중화부(420)는 순차적으로 수신된 상향 광신호를 커플링(S802)하고, 커플링된 광신호를 수 모드 광섬유(40)를 통해 광 회선 단말(430)로 전달한다(S803). 비모드 선택성 다중화부(420)는 어느 하나의 단일 모드 광섬유를 통해 광신호가 수신되면, 모드 분할 다중화의 세 모드(LP01, LP11a, LP11)의 선형 커플링(Linear Combination)으로 얻어진 광신호 모드 형태의 버스트 모드 신호가 피더 라인인 수 모드 광섬유(40)에서 버스트 열을 이루게 된다. 이러한 시간 분할은 동적 대역폭 할당 기법에 의해 분배된다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치의 상향 광신호 송신 방법을 나태는 흐름도이다.
도 5 및 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치(500)의 다른 실시예는 상향 광신호를 전송하는 과정에서 시분할 다중화 방식을 사용하지 않고 셋 이상의 광망 종단 유닛(510)이 동시에 상향 광신호를 전달할 수 있다. 먼저, 셋 이상의 광망 종단 유닛(510)이 시간에 관계없이 상향 광신호를 단일 모드 광섬유를 이용하여 비모드 선택성 다중화부(520)로 전달한다(S901). 그리고, 비모드 선택성 다중화부(520)는 수신된 상향 광신호를 근접한 코어 구조를 통해 커플링(S902)하여 수 모드 광섬유를 통해 광 회선 단말(530)로 전달한다(S903). 그리고, 광 회선 단말(530)은 비모드 선택성 다중화부(520)의 커플링을 통해 모드 분할 다중화 형태로 수신된 광신호를 모드 다중화부(531)를 통해 다중화하고, 다중입출력(Multiple Input Multiple Output, MIMO)을 가지는 디지털 신호 처리부(532)를 통해 디지털 신호 처리(Digital Signal Processing, DSP)하여 수신한다(S904). 이를 통해, 상향 광신호 전송 과정에서 전송용량을 현저히 증가시킬 수 있다.
이상 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당분야에서 통상의 지식을 가진자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
100: 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치
110: 광망 종단 유닛 120: 비모드 선택성 다중화부
121: 제1 단부 122: 테이퍼부
123: 제2 단부 130: 광 회선 단말
530: 광 회선 단말 531: 모드 다중화부
532: 디지털 신호 처리부

Claims (9)

  1. 셋 이상의 단일 모드 광섬유(Single Mode Fiber)들이가 소정의 거리로 이격된 제1 단부 및 상기 셋 이상의 단일 모드 광섬유들의 코어가 테이퍼(Taper)되어 동일한 간격을 가지는 형태로 소정의 간격 이하로 좁혀진 형태를 가지는 제2 단부로 구성되며, 상기 제1 단부를 구성하는 단일 모드 광섬유들 중 어느 하나의 단일 모드 광섬유를 통해로 수신된 상향 광신호를를 상기 제2 단부에서 커플링하여 하여 생성된 복수의 광신호 모드들이 다중화된 형태로 를 제2 단부로 출력하고, 상기 제2 단부로 수신된 복수의 광신호 모드들이 다중화된 형태의 하향 광신호를 상기 단일 모드 광섬유들의 개수에 따라로 분리하여 상기 제1 단부로 출력하는 비모드 선택성 다중화부;
    상기 제2 단부와 수 모드 광섬유(Few Mode Fiber)로 연결되며, 하향 광신호를 전달하는 광 회선 단말; 및
    상기 제1 단부와 단일 모드 광섬유로 각각 연결되며, 상향 광신호를 전달하는 셋 이상의 광망 종단 유닛;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비모드 선택성 다중화부는 시간에 관계없이 상기 셋 이상의 광망 종단 유닛으로부터 수신되는 셋 이상의 광신호를 제2 단부에서 커플링(Coupling)하여 모드 분할 다중화(Mode Division Multiplexing, MDM)하여 상기 수 모드 광섬유로 출력하는 것을 특징으로 하는 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광 회선 단말은,
    상기 상기 비모드 선택성 다중화부로부터 전달되는 모드 분할 다중화된 광신호를 역다중화하는 모드 역다중화부; 및
    상기 역다중화된 광신호를 디지털 신호 처리하여 변조된 신호를 데이터 신호로 복호하는 디지털 신호 처리부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 비모드 선택성 다중화부는 상기 광 회선 단말로부터 전달되는 하향 광신호를 상기 단일 모드 광섬유의 개수만큼 분리하여 상기 셋 이상의 광망 종단 유닛으로 전달하는 것을 특징으로 하는 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 셋 이상의 광망 종단 유닛은 시분할(Time Division Multiplexing, TDM) 방식의 버스트(Burst) 모드를 통해 순차적으로 상향 광신호를 상기 비모드 선택성 다중화부로 전달하는 것을 특징으로 하는 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 셋 이상의 광망 종단 유닛은 레이저 다이오드(Laser Diode)에서 생성되는 광신호를 변조하여 단일 모드 광섬유를 통해 상기 비모드 선택성 다중화부로 전달하는 것을 특징으로 하는 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치.
  7. 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치를 이용한 하향 광신호 송신 방법에 있어서,
    광 회선 단말이 수 모드 광섬유를 통해 하향 광신호를 전달하는 단계;
    비모드 선택성 다중화부에서 수신된 하향 광신호를 광망 종단 장치의 개수로 분리하는 단계; 및
    비모드 선택성 다중화부에서 분리된 광신호를 단일 모드 광섬유를 통해 각각의 광망 종단 유닛으로 전달하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 비모드 선택성 다중화부는,
    셋 이상의 단일 모드 광섬유(Single Mode Fiber)들이 소정의 거리로 이격된 제1 단부 및 상기 셋 이상의 단일 모드 광섬유들의 코어가 테이퍼(Taper)되어 동일한 간격을 가지는 형태로 소정의 간격 이하로 좁혀진 형태를 가지는 제2 단부로 구성되며, 상기 제1 단부를 구성하는 단일 모드 광섬유들 중 어느 하나의 단일 모드 광섬유를 통해 수신된 상향 광신호를 상기 제2 단부에서 커플링하여 복수의 광신호 모드들이 다중화된 형태로 출력하고, 상기 제2 단부로 수신된 복수의 광신호 모드들이 다중화된 형태의 하향 광신호를 상기 단일 모드 광섬유들의 개수에 따라 분리하여 상기 제1 단부로 출력하는 것을 특징으로 하는 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치를 이용한 하향 광신호 송신 방법.
  8. 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치를 이용한 상향 광신호 송신 방법에 있어서,
    하나의 광망 종단 유닛부터 순차적으로 상향 광신호를 전달하는 단계;
    비모드 선택형 다중화부에서 순차적으로 수신된 상향 광신호를 커플링하는 단계; 및
    비모드 선택형 다중화부에서 커플링된 광신호를 수 모드 광섬유를 통해 광 회선 단말로 전달하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 비모드 선택형 다중화부는,
    셋 이상의 단일 모드 광섬유(Single Mode Fiber)들이 소정의 거리로 이격된 제1 단부 및 상기 셋 이상의 단일 모드 광섬유들의 코어가 테이퍼(Taper)되어 동일한 간격을 가지는 형태로 소정의 간격 이하로 좁혀진 형태를 가지는 제2 단부로 구성되며, 상기 제1 단부를 구성하는 단일 모드 광섬유들 중 어느 하나의 단일 모드 광섬유를 통해 수신된 상향 광신호를 상기 제2 단부에서 커플링하여 복수의 광신호 모드들이 다중화된 형태로 출력하고, 상기 제2 단부로 수신된 복수의 광신호 모드들이 다중화된 형태의 하향 광신호를 상기 단일 모드 광섬유들의 개수에 따라 분리하여 상기 제1 단부로 출력하는 것을 특징으로 하는 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치를 이용한 상향 광신호 송신 방법.
  9. 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치를 이용한 상향 광신호 송신 방법에 있어서,
    하나의 광망 종단 유닛부터 시간에 관계없이 상향 광신호를 전달하는 단계;
    비모드 선택형 다중화부에서 수신된 상향 광신호를 커플링하는 단계;
    비모드 선택형 다중화부에서 커플링된 광신호를 수 모드 광섬유를 통해 광 회선 단말로 전달하는 단계; 및
    광 회선 단말이 광신호를 모드 다중화 및 디지털 신호 처리를 통해 수신하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 비모드 선택형 다중화부는,
    셋 이상의 단일 모드 광섬유(Single Mode Fiber)들이 소정의 거리로 이격된 제1 단부 및 상기 셋 이상의 단일 모드 광섬유들의 코어가 테이퍼(Taper)되어 동일한 간격을 가지는 형태로 소정의 간격 이하로 좁혀진 형태를 가지는 제2 단부로 구성되며, 상기 제1 단부를 구성하는 단일 모드 광섬유들 중 어느 하나의 단일 모드 광섬유를 통해 수신된 상향 광신호를 상기 제2 단부에서 커플링하여 복수의 광신호 모드들이 다중화된 형태로 출력하고, 상기 제2 단부로 수신된 복수의 광신호 모드들이 다중화된 형태의 하향 광신호를 상기 단일 모드 광섬유들의 개수에 따라 분리하여 상기 제1 단부로 출력하는 것을 특징으로 하는 모드 분할 다중 수동형 광 네트워크 장치를 이용한 상향 광신호 송신 방법.
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