KR20000033130A - 파장분할다중망에서의 광증폭기의 이득제어채널의 시간지연제거 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 WDM망에서의 채널분기/결합시의 상호이득변조 현상을 제거하기 위한 광증폭기의 이득제어 채널의 시간지연 제거 장치에 관한 것으로서, 본 발명은 정보광신호를 특정비율로 분기하여 정보채널과 제1제어채널을 형성하는 분기 커플러, 상기 분기 커플러의 제1제어채널신호를 측정하여 정보 신호의 변화량이 감지되면 변화량을 보상하기 위한 신호를 제2제어채널을 통해 출력하는 제어회로, 상기 정보채널신호와 상기 제2제어채널의 보상제어광신호를 결합하여 상기 광증폭기로 제공하는 결합 커플러, 및 상기 분기 커플러와 상기 결합 커플러 사이에 연결되어 상기 정보채널을 형성하는 광섬유 지연선을 포함하며, 상기 광섬유 지연선에 의해 상기 정보채널신호의 광속도보다 느린 상기 제어회로의 전자적 응답속도에 의한 영향을 최소화시킨다.

Description

파장분할다중망에서의 광증폭기의 이득제어채널의 시간지연 제거 장치(Apparatus for rejecting time delay of gain-control channel of optical amplifier in Wavelength Division Multiplexed("WDM") networks)

본 발명은 파장분할다중(Wavelength Division Multiplexing; WDM) 통신망에 관한 것으로, 특히 채널 분기/결합시의 상호이득변조(cross gain modulation)현상을 제거하기 위한 광증폭기의 이득제어 채널의 시간지연 제거 장치에 관한 것이다.

WDM 통신망은 데이터 전송용량을 극대화할 수 있는 장점으로 인해 전세계적으로 널리 상용화되고 있다. WDM망은 서로 다른 여러 가지 색의 광신호(optical signal)를 하나의 광섬유를 통해 전송하는 광통신 방식이다. WDM망은 광다중화/역다중화장치, 광선로증폭기를 포함하여 구성된다. 여기서 사용된 선로는 광섬유이다. 광다중화장치는 송신하는 장치이고, 역다중화장치는 수신하는 장치이다. 광다중화장치는 전기신호를 다중화하는 것이 아니라, 서로 다른 여러 가지 색을 발광하는 레이저다이오드(이하, 채널이라 함)에서 나오는 광신호를 다중화하여 광섬유를 통해 장거리 목적지로 전송한다. 수신된 광신호들은 광필터를 통해 각 채널로(즉 각각의 색으로) 분리된다. 이것을 광역다중화 장치라 한다. 광선로증폭기는 광신호가 광섬유를 통해 전송되는 과정에서 생기는 손실을 보상해 준다. 이 증폭기는 색이 다른 여러 개의 광신호를 동시에 증폭하며, 예컨대 600km이상 전송하는 WDM망에서는 보통 8대 정도가 직렬로 연결되어 사용될 수 있다.

상기 광증폭기는, 전기증폭기와 마찬가지로, 입력이 어느정도이상으로 커지면 증폭기의 이득이 입력에 역비례하여 줄어들기 시작한다. 이런 현상을 이득포화현상이라 하고, 포화를 일으키기 시작하는 입력세기를 포화입력이라 한다.

통상의 WDM망에서, 증폭기에 가해지는 입력은 포화입력 이상이다. 즉, 입력의 변화에 따라 증폭기의 이득이 변하는 영역에서 동작시킨다. 이런 이유로 인해 다음과 같은 현상이 생기게 된다.

입력이 A[dBm] 일 때, 광증폭기의 이득이 Ga[dB]이라고 하자. 입력을 감소시켜 B[dBm](A＞B) 일 때, 광증폭기의 이득을 Gb[dB]라고 하자. 증폭기가 포화영역에서 동작하기 때문에 증폭기의 이득은 입력에 역비례하게 된다. 즉, Ga＜Gb 가된다. 이 현상이 어떻게 WDM망에 치명적인 영향을 주는가 알아보는 것은 간단하다. 예를 들어, 각 채널의 광신호 세기가 C[dBm]이며 전체 8채널의 신호가 동시에 광증폭기로 들어가는 경우를 고려해보자. 이 때 광증폭기의 전체 입력은 C+10*log(8)=(C+9)[dBm] 이다. 그리고, 이 때 증폭기의 이득을 Gc 라고 하자(각 채널의 이득도 역시 Gc이다.). 그런데, 불의의 사고로 4채널이 소실되었다고 하자. 그러면, 입력은 C+10*log(4)=(C+6)[dBm] 이 된다. 즉, 3dB 만큼 입력이 줄었다. 따라서, 증폭기의 이득은 커질 것이다. 즉, 생존한 4채널의 이득도 커질 것이다. 이것은 어떤 채널이 자기와 상관없는 다른 채널에 영향을 준다는 것을 의미한다. WDM 망에서는 이렇게 영향을 주는 것을 상호이득변조(Cross Gain Modulation)라고 하며, 이것은 일반적으로 통신상에 나쁜 영향을 끼친다.

상호이득변조 현상을 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1에서 2개의 채널로부터 전송된 광신호들은 커플러(10)를 통해 결합되어 8개의 직렬 연결된 광증폭기(OP#1~OP#8)로 전송된다. 이때, 제1 채널(Ch1)은 계속 유지되고(참조a), 제2 채널(Ch2)이 어느 순간 WDM망에서 없어졌다고 하자(참조b). 그러면, 제1 채널(Ch1)의 마지막 8번째 광증폭기(OP#8)의 출력은 제2 채널이 없어진 순간동안 큰 이득특성을 보인다(참조c). 제2 채널(Ch2)의 마지막 8번째 광증폭기(OP#8)의 출력은 제2 채널이 없어진 이후 잠시동안 과도기적 이득특성을 보인다(참조d). 도 2는 도 1의 광증폭기의 생존 채널(surviving channel)의 광출력세기 변화도로서, 생존 구간 1~3[㎳]동안 상대적으로 큰 이득 특성을 나타냄을 알 수 있다.

도 2와 같은 상호이득변조 현상을 방지하기 위한 종래의 방식은, 도 3에서 보는 바와 같이, 광증폭기로 입력되는 신호의 세기를 일정하게 해주는 것이다. 예를 들어, WDM망에서 4개의 채널이 없어지면 4개의 채널분의 크기에 해당하는 광신호를 부가적으로 만들어서 광증폭기로 입력시키는 것이다. 이런 식으로 하면, 광증폭기의 입력이 항상 일정해지고, 광증폭기의 이득도 항상 일정하여, 결과적으로 없어진 채널이 남아있는 채널에 영향을 주지 않게 된다. 이런 방식을 소위 제어레이저 혹은 제어채널 방식이라 한다.

도 3은 종래의 WDM망에서의 상호이득변조 제거를 위한 제어 장치의 구성도로서, 2개의 커플러(C1,C2)와 제어회로(33) 및 광증폭기(35)로 구성된다. 제1커플러(C1)는 화살표방향으로 들어오는 2개의 광신호를 결합하고, 제2커플러(C2)는 입력광신호를 화살표방향으로 2개의 광신호로 분기시킨다. 이때 분기량은 조정할 수 있다. 제어회로(33)는 제2커플러(C2)의 출력을 검출하는 광검파기(PD)와, 광검파기(PD)의 감지신호에 따라 광신호의 변화세기를 보상하기 위한 제어신호를 발생하는 전자회로, 및 제어신호에 따라 구동되어 보상제어광신호를 출력하는 레이저다이오드(LD)를 포함한다. 광증폭기(35)는 제어회로(33)의 LD로부터의 보상제어광신호(31)와 원신호(30)를 더하여 입력받는다.

도 3의 작용을 시간에 따라 설명하면, 시간 t=t0일 때, 광증폭기(35)로 입력되는 광신호세기가 줄었다고 하자. 그러면, t=t1(t1＞t0)에서 광신호의 일부가 PD에 의해 감지됨으로써, 제어회로(33)에 알려진다. 제어회로(33)는 LD를 구동시켜 광신호의 세기가 변한 만큼에 해당하는 보상제어광신호를 출력한다(t=t2). 이 보상제어광신호(31)가 제1커플러(C1)에서 원래의 광신호와 합쳐져서 광증폭기(35)로 입력된다. 물론, C1과 C2사이의 거리는 1m 이내로 가깝다. 한편, 예를 들어, 원래신호에 채널이 부가되는 경우에는 LD의 보상제어 광신호의 세기가 작아져서 광증폭기(35)의 입력을 일정하게 한다.

이와 같은 식으로, 종래에는 광증폭기의 입력을 일정하게 한다. 즉, 종래에는, 광증폭기로 들어가는 광신호 세기의 변화가 일어나면, 그 변화를 전기회로에 의해 감지한 후, 전자회로에 의한 LD를 구동시켜서 보상제어광신호를 발생하고, 그 보상제어광신호와 원래 광신호를 더하여 광증폭기로 입력시키는 과정으로 구성된다. 여기서, 줄어든 광신호 세기의 변화를 완전히 보상하려면 전자회로가 매우 고속으로 동작해야한다. 왜냐하면 광신호의 속도에 비하면 전자회로는 상대적으로 느리게 동작하기 때문이다. 도 3에서와 같이, t=t2에서 광증폭기(35)로 입력되는 광신호는 완전한 보상이 이루어지지 않을 수 있으며, 이것은 제어회로가 미쳐 제어하지 못하는 시간영역이 생기기 때문이다. 이런 시간영역이 크면 클수록 WDM망의 성능이 저하됨은 당연하다.

본 발명은 상기 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, WDM망의 광증폭기 이득제어를 위해, 광섬유 지연선을 이용하여 광신호가 광증폭기로 들어가는 시간을 지연시킴으로써, 이득제어채널을 구동시키는 전자회로의 느린 응답속도의 영향을 최소화시킨 이득제어채널의 시간지연 제거장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 장치는 적어도 하나의 광증폭기를 포함한 파장분할다중화망에 있어서, 정보광신호를 특정비율로 분기하여 정보채널과 제1제어채널을 형성하는 분기 커플러; 상기 분기 커플러의 제1제어채널신호를 측정하여 정보 신호의 변화량이 감지되면 변화량을 보상하기 위한 신호를 제2제어채널을 통해 출력하는 제어회로; 상기 정보채널신호와 상기 제2제어채널의 보상제어광신호를 결합하여 상기 광증폭기로 제공하는 결합 커플러; 및 상기 분기 커플러와 상기 결합 커플러 사이에 연결되어 상기 정보채널을 형성하는 광섬유 지연선을 포함하며, 상기 광섬유 지연선에 의해 상기 정보채널신호의 광속도보다 느린 상기 제어회로의 전자적 응답속도에 의한 영향을 최소화시키는 것을 특징으로 한다.

도 1은 WDM망에서의 채널 분기/결합(add/drop)시의 상호이득변조 현상을 설명하기 위한 도면,

도 2는 도 1의 광증폭기의 생존 채널의 광출력세기 변화도,

도 3은 종래의 WDM망에서의 상호이득변조 제거를 위한 제어 장치의 구성도,

도 4는 본 발명에 따른 WDM망에서의 광증폭기의 이득제어채널의 시간지연 제거장치의 구성도,

도 5는 도 3의 종래 제거장치에 의한 채널의 광세기 변화도,

도 6은 도 4의 본 발명에 따른 제거장치에 의한 채널의 광세기 변화도이다.

＜도면 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

400: 광증폭기 C1,C2: 광커플러

430: 제어회로 PD1,PD2: 광검파기

LD: 레이저다이오드 450: 광섬유 지연선

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 WDM망에서의 상호이득변조의 제거장치의 구성도이다. 본 장치는 광증폭기(400), 분기 커플러(C1), 제어회로(430), 결합 커플러(C2), 분기 커플러(C1)와 결합 커플러(C2) 사이에 정보채널을 형성하는 광섬유 지연선(450)을 포함한다. 제어회로(430)는 광신호 세기의 변화를 감지하기 위한 광검출기(PD1)와, 변화량을 보상하기 위한 신호를 출력하기 위한 레이저다이오드(LD) 및 상기 LD를 구동시키기 위한 전자회로를 포함한다.

분기 커플러(C1)는 광선로(40)를 통해 입력되는 정보광신호(41)를 특정비율에 따라 증폭을 위한 정보신호와 신호세기를 측정하기 위한 제어신호로 분기시킨다. 정보신호는 광섬유 지연선(450)을 통해 전달하고, 제어신호는 제1제어채널을 통해 제어회로(430)의 광검출기(PD1)로 인가한다.

제어회로(430)는 제1제어채널의 제어신호 세기를 PD1에 의해 측정하여 상기 정보광신호(41)의 변화량이 감지되면, LD를 구동시켜 그 변화량을 보상하기 위한 보상제어광신호를 제2제어채널을 통해 결합 커플러(C2)로 출력한다.

결합 커플러(C2)는 상기 광섬유 지연선(450)을 통해 전달된 정보광신호(41)와 상기 제2제어채널의 보상제어광신호(42)를 결합하여 상기 광증폭기(400)로 제공한다.

상기 광섬유 지연선(450)은 제어회로의 응답속도에 따라 충분한 지연시간을 갖도록 적절히 정해진다.

본 발명의 더 바람직한 실시예에서, 상기 결합 커플러(C2)는 2입력:2출력을 채용하고, 상기 제어회로(430)는 상기 결합 커플러(C2)의 출력신호를 측정하기 위한 광검출기(PD2)를 추가로 포함한다. 이때 PD2는 LD와 음궤환회로를 구성하여, LD의 발광세기를 피드백제어 할 수 있으므로 보다 정확한 보상제어광신호를 출력할 수 있다.

이하, 도 4내지 도 5를 참조하여 본 실시예의 작용을 자세히 설명한다.

도 4를 참조하면, t=t0에서 광증폭기(400)로 입력되는 신호의 세기에 변화가 발생했다고 하자. 이 변화는 WDM망에서 일부 채널이 고장나거나 혹은 어떤 이유로 운용자들이 일부 채널을 제거할 때 생길 수 있다. 이 입력 광세기의 변화는 제어회로(430)의 PD1을 통해 검출되고, 전자회로에 의해 상기 PD1의 검출 신호와 소정의 기준신호와 비교하여 손실된 광세기를 보충할 수 있도록 LD가 구동된다. 이 과정은 전자회로를 통해 수행되기 때문에, PD1이 광신호 세기의 변화량을 감지하고 LD에서 실제 보상신호를 출력하기까지에는 어느 정도의 시간이 소용됨은 물론이다. 따라서, 광신호의 부족분이 채워지지 않는 상태가 되는 불완전한 신호는 광증폭기(400)로 입력되어서는 안된다.

t=t1에서 PD1의 검출이후 LD의 보상신호를 발생하기 전까지는 WDM 광신호는 광섬유 지연선(450) 상에 실려 있다. 즉, LD가 실제 보상제어광신호를 발생하기 전에는 WDM 광신호는 광증폭기(400)로 입력되지 않는다.

t=t2에서 LD가 실제 보상신호를 발생하면, WDM 광신호와 보상제어광신호가 결합 커플러(C2)에 의해 합쳐져서 광증폭기(400)로 입력된다. 결국 광증폭기(400)의 전체 입력광 세기의 어떠한 변화도 감지되지 않고, 광증폭기의 이득에는 변화가 없게된다. 여기서, PD1이 LD를 구동시키는 방식은 음궤환방식이 아니므로, PD2를 이용하여 결합 커플러(C2)의 출력신호를 측정하여 음궤환방식에 의해 LD를 구동시켜 정확도를 증가시킬 수 있다.

도 5는 도 3의 종래 제어 장치에 의한 채널의 광세기 변화도이고, 도 6은 도 4의 본 발명에 따른 제어 장치에 의한 채널의 광세기 변화도이다. 도 5 및 도 6은 2채널 WDM 시스템을 가정한 것이고, 이를 통해 본 발명의 성능을 확인할 수 있다.

종래 및 본 발명의 구성조건은 다음과 같이 동일하게 설정된다. 제어회로는 아날로그 및 디지털 혼용 회로로 구성되고, 아날로그 회로의 응답속도는 100㎲, 디지털회로의 지연시간은 70㎲라고 하자. 광증폭기 8개가 직렬로 연결된다. 광증폭기로 입력되는 각 채널의 입력광세기는 50㎼ 이다. 여기서, 한 개 채널이 없앴다가 다시 복귀시켰을 때, 예를 들어, 처음에는 2채널이 동시에 존재하다가 한 채널이 광선로의 1㎳에서 제거되고 다시 3㎳에서 복구되었을 때의 남아있는 채널의 광신호 세기 변화를 도 5 및 도 6을 통해 비교해 본다.

도 5를 참조하면, 남아있는 채널의 1번째 출력(a), 3번째 출력(b), 5번째 출력(c), 8번째 출력(d)의 광세기의 최대치와 최소치를 알 수 있고, 그 중 8번째 출력의 차이는 6㏈이다. 이 변화는 다른 채널에 의해 생긴 변화이며, 또한 제어회로의 총 응답속도가 170㎲로 인한 것이다.

반면, 도 6을 참조하면, 남아있는 채널의 1번째 출력(a), 3번째 출력(b), 5번째 출력(c), 8번째 출력(d)의 광세기의 최대치와 최소치를 알 수 있고, 그 중 8번째 출력의 차이는 1.9㏈이다. 이 때의 광섬유 지연선 길이는 약 10km였다.

도 6의 결과에서와 같이, 광증폭기로 들어가는 입력광의 세기에 변화가 있을 때, 제어채널을 구동시키는 제어회로의 전자적 응답속도를 보상할 만한 충분한 길이를 갖는 광섬유 지연선을 사용하면, 남아있는 채널의 광세기 변화를 최대한 보상할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 WDM 망에 사용되는 임의의 광증폭기 앞단에 설치되어, 광분기/결합시의 광증폭기의 이득을 일정하게 유지시켜 줌으로써, 다른 채널에 영향을 주지 않는다. 또한, 광증폭기 제조시에 본 발명의 장치를 포함하여 하나의 패키지로 구성함이 유용할 수 있다.

Claims (5)

1. 적어도 하나의 광증폭기를 포함한 파장분할다중화망에 있어서,

   정보광신호를 특정비율로 분기하여 정보채널과 제1제어채널을 형성하는 분기 커플러;

   상기 분기 커플러의 제1제어채널신호를 측정하여 정보광신호의 변화량이 감지되면 변화량을 보상하기 위한 신호를 제2제어채널을 통해 출력하는 제어회로;

   상기 정보채널신호와 상기 제2제어채널의 보상제어광신호를 결합하여 상기 광증폭기로 제공하는 결합 커플러; 및

   상기 분기 커플러와 상기 결합 커플러 사이에 연결되어 상기 정보채널을 형성하는 광섬유 지연선을 포함하며, 상기 광섬유 지연선에 의해 상기 정보채널신호의 광속도보다 느린 상기 제어회로의 전자적 응답속도에 의한 영향을 최소화시키는 것을 특징으로 하는 파장분할다중망에서의 광증폭기의 이득제어채널의 시간지연 제거 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어회로는,

   상기 제1제어채널신호를 측정하여 광세기 변화를 감지하는 제1광검출기;

   상기 변화량을 보상하기 위한 보상제어광신호를 출력하는 레이저다이오드; 및

   상기 제1광검출기의 감지신호에 따라 상기 레이저다이오드를 구동시키기 위한 전자회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장분할다중망에서의 광증폭기의 이득제어채널의 시간지연 제거 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 레이저다이오드의 발광세기를 피드백제어하기 위해 상기 결합커플러의 출력광신호 세기를 측정하는 제2광검출기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 파장분할다중망에서의 광증폭기의 이득제어채널의 시간지연 제거 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 레이저다이오드와 상기 제2광검출기는 음궤환회로를 구성하는 것을 특징으로 하는 파장분할다중망에서의 광증폭기의 이득제어채널의 시간지연 제거 장치.
5. 정보광신호를 특정비율로 분기하여 정보채널과 제1제어채널을 형성하는 분기 커플러;

   상기 분기 커플러의 제1제어채널신호를 측정하여 정보광신호의 변화량이 감지되면 변화량을 보상하기 위한 신호를 제2제어채널을 통해 출력하는 제어회로;

   상기 정보채널신호와 상기 제2제어채널의 보상제어광신호를 결합하는 결합 커플러; 및

   상기 분기 커플러와 상기 결합 커플러 사이에 연결되어 상기 정보채널을 형성하는 광섬유 지연선을 포함하는 것을 특징으로 하며,

   상기 결합 커플러의 출력을 제공받는 것으로 패키지 구성된 광증폭기.