KR20040080553A - 코드분할 다중화를 적용한 수동형 광 가입자 망 - Google Patents

코드분할 다중화를 적용한 수동형 광 가입자 망 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수동형 광 가입자망에 있어서, 가입자에 해당하는 복수 개의 ONU/ONT와, 상향, 하향 파장 분리를 위한 WDM 필터와, 상기 복수 개의 ONU/ONT에서 전송한 광 신호를 수신하여 상위 망으로 전송하거나 상위 망에서 전달된 신호를 ONU/OLT로 전송하는 OLT와 상기 광 커플러를 구비하며, 상기 각 ONU/ONT는 컴퓨터 등 하위 인터페이스와 연결되는 허브 또는 스위치, '0'와 '1'레벨을 갖는 이더넷 신호를 '-1', '+1' 레벨의 데이터 신호로 변환하는 레벨 변환기, 상기 각 ONU/ONT를 구분하기 위한 고유한 코드를 CDMA 코드를 발생시키는 코드 발생기 및 상기 데이터 신호에 코드를 곱하여 대역 확산하기 위한 곱셈기를 구비하여 하위 인터페이스로부터의 이더넷 신호를 상위 망으로 전달하고, 상기 OLT는 상기 복수 개의 ONU/ONT에서 전송된 광 신호를 수신하는 광 수신기, 상기 수신된 상향 CDMA 신호를 분파하는 분파기, 역 확산을 위한 코드 발생기, 수신 신호와 코드를 곱하는 곱셈기 및 상관(correlation) 계산을 거쳐 데이터를 추출하는 데이터 판별기를 구비하여 상위 인터페이스로부터의 이더넷 신호를 상위 망으로 전달하는 것을 특징으로 한다.

Description

코드분할 다중화를 적용한 수동형 광 가입자 망{PASSIVE OPTICAL NETWORK EMPLOYING CODE DIVISION MULTIPLE ACCESS}
본 발명은 가입자에게 고속, 대용량 데이터를 제공하기 위한 수동형 광 가입자 망(PON: Passive Optical Network)에 관한 것이다. 더욱 상세히 설명하면 가입자에게 100 Mb/s 이상의 대용량, 고속 통신, 방송 서비스를 공급하기 위한 하나의 OLT, 다수의 ONU, 수동형 광 분파기/결합기로 구성되며 코드분할 다중화를 적용한 수동형 광 가입자 망의 구조 및 동작한 관한 것이다.
현재 대부분의 일반 인터넷 서비스 가입자는 ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line), 케이블 모뎀(cable modem), 다이얼-업 모뎀(dial-up modem), 메트로 이더넷(Metro-Ethernet) 등을 이용하여 56 kb/s ~ 수 Mb/s 정도의 속도로 인터넷 등의 서비스를 받고 있다. 또, 가입자의 정보 요구량이 증가함에 따라 VDSL(Very High Bit-rate Digital Subscriber Line) 등을 이용한 10 Mb/s 이상의 데이터 서비스가 제공되고 있다. 그러나 대용량 영상 정보, VoD(Video on Demand), 고화질 방송 등의 서비스를 가입자에게 제공하기 위해서는 100 Mb/s 정도의 데이터가 요구되는 데, 전술한 기술들로 이를 수용하는 것은 불가능하다. 따라서 광 통신을 이용한 광 가입자망의 구축에 대한 필요성이 급속히 증가되고 있으며 가장 경제적으로 광 가입자망을 구성하는 방식으로서 PON 방식이 제시 및 개발되고 있다.
PON(passive optical network)은 OLT(Optical Line Terminal), 다수의 ONU(Optical Network Unit) 또는 ONT(Optical Network Terminal), 수동 광 커플러로 구성된다. PON 방식은 구현 방식에 따라 크게 세 가지로 구분된다.
도 1a는 종래의 ATM 방식의 수동형 광 통신망(ATM-PON)을 나타내고, 도 1b는 종래의 이더넷 방식의 수동형 광 통신망(Ethernet PON)을 나타내며, 도 1c은 종래의 WDM 방식의 수동형 광 통신망(WDM-PON)을 나타낸다. 또, 도 1d는 코드분할 다중화 기술을 적용한 광 가입자망을 나타낸다.
첫 번째 방식은 도 1a에 나타낸 ATM-PON으로서 상향으로는 1310 nm의 파장으로 155 Mb/s의 ATM 셀(cell)을 전송하고 하향으로는 1550 nm의 파장으로 155/622 Mb/s의 데이터를 ATM 셀 단위로 전송한다. 두번째 방식은 도 1b에 나타낸 Ethernet PON으로서 상, 하향 파장은 ATM PON과 같으나 상, 하향 신호 모두 1.25 Gb/s의 Gigabit Ethernet을 사용한다. ATM PON은 고정 길이의 cell을 사용하지만 Ethernet PON에서는 가변 길이의 Ethernet 프레임을 사용한다. 세번째는 WDM(Wavelength Division Multiplexing) PON 방식으로서 ONU 마다 개별적인 송, 수신 파장을 할당한다. 따라서 도 1c에 나타낸 바와 같이 ATM-PON, Ethernet PON과 달리 수동형 광 커플러가 아닌 파장 다중화/역다중화기를 사용한다. 이외에 코드분할 다중화 기술을 광 가입자망에 적용한 방식을 도 1d에 보이고 있다. 이 방식에서는 상하향 모두에 코드분할 다중화 기술을 적용하였다. 그리고 상하향 데이터는 10 Mb/s 정도이다.
기존의 기술들 중 ATM-PON과 Ethernet PON은 하향으로 TDM(Time DivisionMultiplexing), 상향으로 TDMA(Time Division Multiple Access) 기술을 이용하여 데이터를 전송한다. 하향 신호의 경우 방송(broadcasting) 방식으로 데이터를 전송하므로 신호의 충돌 문제가 없으나 상향 신호의 경우 두 개 이상의 ONU/ONT에서 동시에 신호를 OLT로 전송할 경우 같은 파장을 사용하기 때문에 수동 광 커플러에서 신호간의 충돌이 발생한다. 따라서 이를 해결하기 위해서 ATM-PON, Ethernet PON에서는 복잡한 MAC(Media Access Control) 프로토콜을 사용해야 한다. 또한 OLT와 각 ONU/ONT 간의 거리가 다르기 때문에 OLT 광 수신기에는 각각 크기가 다른 광 신호가 입력되는데 이를 안정적으로 수신하기 위해서는 버스트 모드 IC(BMIC :Burst Mode IC)가 요구된다. 그리고 ONU/ONT의 광 송신기에서도 전송할 신호가 있을 때만 송신기를 동작시킬 수 있는 BMIC가 요구되며 ATM-PON과 Ethernet PON에서는 MAC 등을 사용하기 때문에 각 ONU/ONT가 보장된(guaranteed) 대역폭을 제공받는 데 큰 한계를 갖는다. WDM-PON의 경우에는 MAC을 요구하지 않기 때문에 PON 시스템의 동작이 간단하고 넓은 대역폭을 효율적으로 보장해 줄 수 있지만 광 송, 수신 모듈의 저가화가 어려워 현재 지속적인 연구, 개발 중에 있다.
그리고 종래의 CDMA 적용 광 가입자망의 경우 상향 방식으로 CDMA를 적용하므로 MAC을 사용하지 않아도 되는 장점을 갖는다. 그러나 광 가입자망에서 하향은 방송 형태이기 때문에 MAC이 필요없음에도 하향으로도 CDMA 기술을 적용하고 있는 데 이는 ONU/ONT, OLT의 구조를 복잡하게 하여 가격을 증가시키게 된다. 또한 OLT 내의 스위치에서 가입자 별로 데이터를 분리하여 전송해야 하므로 OLT의 동작을 복잡하게 한다.
따라서 본 발명의 목적은 가입자에게 고속, 대용량 데이터를 제공하기 위하여 하향 신호는 Ethernet PON에서와 같이 TDM 기술을 이용하지만 ONU/ONT에서 OLT로 신호를 전송하기 위해 종래의 TDMA 기술이 아닌 CDMA(Code Division Multiple Access) 기술을 사용함으로써 복잡한 MAC을 사용하지 않는 수동형 광 가입자망을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 OLT의 광 수신기, ONU/ONT의 광 송신기에 BMIC를 사용하지 않음으로써 종래의 상용 광 송, 수신기를 사용함을 목적으로 한다. 그리고 ONU/ONT에서는 전송할 데이터가 있으면 언제든지 데이터를 OLT로 전송하도록 함으로써 항상 대역폭을 보장받을 수 있도록 한 수동형 광 가입자망을 제공함에 있다.
본 발명의 또다른 목적은 CDMA를 사용함으로써 상향 전송 신호의 암호화를 용이하게 하여 PON에서 문제점으로 지적되는 보안의 문제를 해결한 수동형 광 가입자망을 제공함에 있다.
본 발명의 또다른 목적은 종래 CDMA 적용 광 가입자망에 비해 OLT, ONU/ONT 구조를 간소화한 수동형 광 가입자망을 제공함에 있다.
도 1a는 종래의 ATM 방식의 수동형 광 통신망(ATM-PON),
도 1b는 종래의 이더넷 방식의 수동형 광 통신망(Ethernet PON),
도 1c는 종래의 WDM 방식의 수동형 광 통신망(WDM-PON),
도 1d는 코드분할 다중화 기술을 적용한 광 가입자망,
도 2는 본 발명에 따른 CDMA를 적용한 수동형 광 가입자 망을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 32 ONU/ONT를 수용하기 위한 CDMA 적용 수동형 광 가입자 망을 나타낸 도면,
도 4는 도 3의 제1 실시 예에 따른 CDMA 적용 수동형 광 가입자 망의 ONU/ONT 구성을 나타내는 도면,
도 5는 도 3의 제1 실시 예에 따른 CDMA 적용 수동형 광 가입자 망의 OLT 구성을 나타내는 도면,
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 32 ONU/ONT를 수용하기 위한 CDMA 적용 수동형 광 가입자 망을 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 32 ONU/ONT를 수용하기 위한 CDMA 적용 수동형 광 가입자 망을 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 32 ONU/ONT를 수용하기 위한 CDMA 적용 수동형 광 가입자 망의 그룹 1내의 ONU/ONT의 구조를 나타낸 도면,
도 9는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 32 ONU/ONT를 수용하기 위한 CDMA 적용 수동형 광 가입자 망의 그룹 2내의 ONU/ONT의 구조를 나타낸 도면,
도 10은 본 발명에 따른 본 발명의 제3 실시 예에 따른 32 ONU/ONT를 수용하기 위한 CDMA 적용 수동형 광 가입자 망의 OLT의 구조를 나타낸 도면,
도 11은 본 발명의 CDMA 적용 수동형 광 가입자망 방식을 WDM-PON에 적용한 실시 예을 나타낸 도면,
도 12는 도 11의 WDM-PON의 ONU/ONT 구성을 나타내는 도면,
도 13은 도 11의 WDM-PON의 OLT 구성을 나타내는 도면,
도 14는 본 발명에 따른 CDMA 적용 수동형 광 가입자망의 동작 검증을 위한 시뮬레이션에서 입력 신호 파형을 나타낸 도면.
도 15는 본 발명에 따른 CDMA 적용 수동형 광 가입자망의 동작 검증을 위한 시뮬레이션에서 광 커플러 출력 상향 신호 파형을 나타낸 도면,
도 16은 본 발명에 따른 CDMA 적용 수동형 광 가입자망의 동작 검증을 위한 시뮬레이션에서 OLT내 CDMA 수신기의 상관(correlation) 결과 파형을 나타낸 도면,
도 17은 본 발명에 따른 CDMA 적용 수동형 광 가입자망의 동작 검증을 위한 시뮬레이션에서 복구된 출력 데이터 파형을 나타낸 도면.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 수동형 광 가입자망에 있어서, 가입자에 해당하는 복수 개의 ONU/ONT와, 상향, 하향 파장 분리를 위한 WDM 필터와, 상기 복수 개의 ONU/ONT에서 전송한 광 신호를 수신하여 상위 망으로 전송하거나 상위 망에서 전달된 신호를 ONU/OLT로 전송하는 OLT와 상기 광 커플러를 구비하며,상기 각 ONU/ONT는 컴퓨터 등 하위 인터페이스와 연결되는 허브 또는 스위치, '0'와 '1'레벨을 갖는 이더넷 신호를 '-1', '+1' 레벨의 데이터 신호로 변환하는 레벨 변환기, 상기 각 ONU/ONT를 구분하기 위한 고유한 코드를 CDMA 코드를 발생시키는 코드 발생기 및 상기 데이터 신호에 코드를 곱하여 대역 확산하기 위한 곱셈기를 구비하여 하위 인터페이스로부터의 이더넷 신호를 상위 망으로 전달하고, 상기 OLT는 상기 복수 개의 ONU/ONT에서 전송된 광 신호를 수신하는 광 수신기, 상기 수신된 상향 CDMA 신호를 분파하는 분파기, 역 확산을 위한 코드 발생기, 수신 신호와 코드를 곱하는 곱셈기 및 상관(correlation) 계산을 거쳐 데이터를 추출하는 데이터 판별기를 구비하여 상위 인터페이스로부터의 이더넷 신호를 상위 망으로 전달하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명에 따른 CDMA를 적용한 수동형 광 가입자 망을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 CDMA를 적용한 수동형 광 가입자 망은 가입자에 해당하는 16개의 ONU/ONT(101-116), 16개의 ONU/ONT(101-116)에서 전송한 광 신호를 수신하여 상위 망으로 전송하거나 상위 망에서 전달된 신호를 ONU/OLT(101-116)로 전송하는 OLT(301-30N), 및 광 커플러(200)로 구성된다.
ONU/ONT(101-116)는 허브 또는 스위치(10), 레벨 변환기(12), 코드 발생기(24), 곱셈기(14), 레이저 드라이버(16), 레이저 다이오드(18), 광 수신기(Photo Diode(22), WDM(Wavelength Division Multiplexing) 필터(20)를 포함한다. 허브 또는 스위치(10)는 컴퓨터 등 하위 인터페이스(2)와 연결된다. 레벨 변환기(12)는 '0'와 '1'레벨을 갖는 100 Mb/s 이더넷 신호를 '-1', '+1' 레벨로 변환한다. 코드 발생기(24)는 각 ONU/ONT(101-116)에 할당된 1.6 Gcps(chip per second)의 CDMA 코드를 발생시킨다. 곱셈기(14)는 데이터 신호에 코드를 곱하여 대역 확산하기 위한 것이다. 레이저 드라이버(16)는 레이저 구동 전류 조절을 위한 것이다. 레이저 다이오드(16)는 전기 신호를 광 변조한다. 광 수신기(22)는 OLT에서 전송된 1.25 Gb/s Ethernet 신호를 수신한다. WDM(Wavelength Division Multiplexing) 필터(20)는 상향 파장과 하향 파장의 분리를 위한 것이다.
OLT(301-30N)는 WDM 필터(26), 광 수신기(28), 1x16 분파기(30), 하나 이상의 코드 발생기(34), 하나 이상의 곱셈기(32), 하나 이상의 데이터 판별기(36), 스위칭 또는 집선기(aggregator)(40), 광 송신기(38)로 구성된다. WDM 필터(26)는 상향, 하향 파장을 분리한다. 광 수신기(28)는 ONU/ONT에서 전송된 광 신호를 수신한다. 1x16 분파기(30)는 수신된 상향 CDMA 신호를 분파한다. 하나 이상의 코드 발생기(34)는 역 확산을 위한 것이다. 하나 이상의 곱셈기(32)는 수신 신호와 코드를 곱한다. 하나 이상의 데이터 판별기(36)는 상관(correlation) 계산을 거쳐 데이터를 추출한다. 스위칭 또는 집선기(aggregator)(40)는 100 Mb/s Ethernet 신호를 1.25 Gb/s Ethernet 신호로 변환한다. 광 송신기(38)는 하향으로 1.25 Gb/sEthernet 신호를 전송하기 위한 것이다. 그리고 각 OLT(301-30N)들은 다수의 1.25 Gb/s Ethernet 인터페이스를 갖는 스위치(400)를 통해 상위 망으로 연결된다.
도 2의 CDMA 이용 수동형 광 가입자 망(도 2)의 동작을 설명하면 다음과 같다. 컴퓨터 등 하위 인터페이스(2)에서 전송된 데이터는 허브 또는 스위치(10)에서 스위칭 또는 집선(aggregation) 과정을 거친 후 100 Mb/s Ethernet 신호 형태로 레벨 변환기(12)로 입력된다. 레벨 변환기(12)에서는 '1', '0'의 레벨을 갖는 데이터 신호를 '+1', '-1'의 신호 레벨로 변환한다. 그리고 각 ONU/ONT(101-116) 마다 고유한 코드를 발생시키는 1.6 Gcps 코드 발생기(24)에서는 각 가입자를 구분하기 위한 고유한 코드를 발생시킨다. 예를 들어 16 칩 월시 하다마르(chip Walsh Hadamard) 코드를 사용할 경우 ONU/ONT(101)에는 '1111111111111111'의 코드 1 신호를 할당하고 ONU/ONT(116)에는 '1-1-11-111-1-111-11-1-11'의 코드 16 신호를 할당한다. 위와 같은 코드는 매 데이터 비트마다 반복적으로 할당되는 데, 따라서 100 Mb/s Ethernet 신호에 16 칩 시퀀스(chip sequence)를 부여하기 위해서는 1.6 Gcps의 코드 발생기(24)를 사용해야 한다. 본 발명에서는 CDMA 코드로서 월시 하다마르 코드를 예로 들었으나 다른 코드를 활용할 수 도 있다.
레벨 변환기(12)에서 출력된 데이터 신호와 코드 발생기(24)에서 발생된 코드는 곱셈기(14)에서 곱해져 대역 확산된다. 대역 확산된 신호는 레이저 드라이버(16)에서 레이저 구동 레벨로 변환되고 λUP의 파장을 갖는 레이저(18)에서 광 변조된 후 WDM 필터(20)를 거쳐 OLT(301)로 전송된다. 그리고 OLT(301)에서 하향으로 전송된 λDOWN 파장의 1.25 Gb/s Ethernet 신호는 WDM 필터(20)를 거쳐ONU/ONT(101,116)내의 광 수신기(22)에서 전기 신호로 변환된 후 허브 또는 스위치(10)를 통해 컴퓨터 등의 하위 인터페이스(2)로 데이터를 전달한다.
각 ONU/ONT(101-116))에서 전송된 λUP 광 신호들은 1x16 광 커플러(200)에서 결합된 후 OLT(301)으로 전송된다. 이 신호는 OLT(301)내의 WDM 필터(26))에서 수신기 쪽으로 분리되어 광 수신기(28)에서 전기 신호로 변환된다. 변환된 신호는 1x16 전기 분파기(29)에서 16개로 분리된 후 코드 발생기(34), 곱셈기(32), 데이터 판별기(36)로 구성되는 CDMA 수신기(30)로 입력된다. 각 CDMA 수신기(30)에서는 각 ONU/ONT(101-116)에서 전송한 데이터를 복구하기 위해 ONU/ONT(101-116)들과 동기화된 코드 발생기(34)에서 예컨대, 코드 1 ~ 코드 16의 CDMA 코드를 발생시키고 이 코드들은 곱셈기(32)에서 수신 신호와 곱해진다.
상기 곱해진 신호는 데이터 판별기(36)에서 상관(correlation) 등의 계산 과정을 거친 후 각 ONU/ONT(101-116)에서 전송한 100 Mb/s 이더넷(Ethernet) 신호를 복구해 낸다. 복구된 100 Mb/s 이더넷 신호는 스위칭 또는 집선기(aggregator)(40)에서 1.25 Gb/s 이더넷 신호로 변환된 후 다수의 OLT(301-30N)가 접속되어 있는 스위치(400)를 거쳐 다른 OLT(302-30N)로 신호를 전송하거나 상위 망으로 연결된다.
전술한 과정을 통해 본 발명에서는 ONU/ONT(101-116)에서 OLT(301-30N)로의 상향 데이터 전송시 복잡한 MAC을 사용하지 않아도 되며 OLT(301-30N)내의 광 수신기에 BMIC 버스트 모드 IC(BMIC :Burst Mode IC)가 사용되지 않아도 됨을 알 수 있다. 또한 CDMA 수신기에서 데이터 복구를 위해서는 ONU/ONT(101-116)내의 광 송신기를 항상 켜있는 상태로 해야 하므로 광 송신기용 BMIC를 사용하지 않아도 된다.스위치(400)를 통해 상위 망이나 다른 OLT(302-30N))에서 전달된 1.25 Gb/s Ethernet 데이터들은 OLT내의 광 송신기(38)에서 광 변조된 후 WDM 필터(26)를 거치고 다시 1x16 분파기(200)에서 분파되어 ONU/ONT(101-116)들로 전송된다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 32 ONU/ONT를 수용하기 위한 CDMA 적용 수동형 광 가입자 망을 나타낸 도면이고, 도 4는 도 2의 제1 실시 예에 따른 CDMA 적용 수동형 광 가입자 망의 ONU/ONT 구성을 나타내는 도면이며, 도 5는 도 3의 제1 실시 예에 따른 CDMA 적용 수동형 광 가입자 망의 OLT 구성을 나타내는 도면이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 발명의 제1 실시 예에 따른 32 ONU/ONT를 수용하기 위한 CDMA 적용 수동형 광 가입자 망은 32개의 ONU/ONT(121-152), OLT(180), 1x32 광 커플러(202)로 구성된다. ONU/ONT(121-152)는 16개씩 2개의 그룹(160,170)으로 구분된다. 이 방식에서 ONU/ONT(121-152)는 PN(Pseudo-random Noise) 코드 발생기(25), 곱셈기(15)가 추가로 필요하다는 점 이외에는 도 2의 ONU/ONT와 같은 구조를 갖는다. OLT(180)는 도 3의 OLT에 대해 1x32 분파기(29), PN 코드 역확산을 위한 PN 코드 발생기(33), 곱셈기(31)가 부가적으로 요구된다.
도 3 내지 도 5를 참조하여 32 가입자를 수용하기 위한 본 발명에 따른 제1 실시 예의 동작 원리를 설명하면 다음과 같다. 이 방식에서 32개의 ONU/ONT(121-152)는 16개씩 두 개의 그룹(160,170)으로 구분된다. 각 그룹내의 16개 ONU/ONT들은 도 3에서와 같이 16 칩 시퀀스(chip sequence) CDMA 코드를 이용하여 각 ONU/ONT를 구분한다. 그리고 이와 별도로 PN 코드를 이용하여 각 그룹을 구분한다.즉, 그룹 1(160)은 PN 코드 1로, 그룹 2(170)는 PN 코드 2로 구분한다. 따라서 각 ONU/ONT(121-152)에는 16 칩 시퀀스 코드 발생기 이외에 그룹 구별을 위한 PN 코드 발생기(25)를 구비하며 곱셈기(15)를 통해 2차 대역 확산을 수행한다. 각 ONU/ONT(121-152)에서 발생된 신호들은 1x32 광 커플러(202)에서 결합되어 OLT(180)로 전송된다. OLT(180)에서 수신된 신호는 1x32 전기 분파기(29)에서 32개의 신호로 분리된다. 이 신호들 중 1 ~ 16의 신호는 그룹 1(160)의 ONU/ONT(121-136)에서 전송된 신호를 검출하기 위해 PN 코드 1 발생기(33)에서 발생된 PN 코드 1과 곱셈기(31)에서 곱해진다. 그리고 17 ~ 32의 신호는 그룹 2(170)의 ONU/ONT(137-152)에서 전송된 신호 검출을 위해 PN 코드 2 발생기(53)에서 발생된 PN 코드 2와 곱셈기(51)에서 곱해진다. 위와 같은 과정을 거쳐 각 그룹별 신호를 분리해 낸 후 도 2에서와 같이 16 칩 시퀀스 코드 발생기에서 발생된 코드들과의 처리를 거쳐 각 ONU/ONT(121-152)에서 전송된 100 Mb/s Ethernet 데이터를 복구한다. 위와 같은 방식, 즉 부가적으로 PN 코드들 곱하는 방식을 도 2에 적용하면 상향 데이터의 암호화가 가능하므로 보안의 문제를 해결할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 32 ONU/ONT를 수용하기 위한 CDMA 적용 수동형 광 가입자 망을 나타낸 도면이다.
도 6은 32 ONU/ONT를 수용하기 위한 제2 실시 예로서 32개의 ONU/OLT, 1x32 광 커플러(204) 및 OLT(501-50N)로 구성된다. ONU/ONT(161-193)와 OLT(501-50N)는 3.2 Gcps의 코드 발생기(72,74)가 필요하다는 점 이외에는 도 2의 ONU/ONT(101-116), OLT(301-30N)와 동일한 구조를 갖는다. 그리고 OLT(501-50N)에는 1x32 분파기(76)가 요구된다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 32 가입자를 수용하기 위한 CDMA 적용 수동형 광 가입자 망의 동작 원리는 도 2의 CDMA 적용 수동형 광 가입자 망과 거의 유사하며 약간의 차이점을 갖는다. 즉, 도 2는 16 가입자 수용을 위해 16 chip sequence를 갖는 CDMA 코드를 사용하였으나 도 4의 방식에서는 32 가입자를 수용해야 하므로 32 칩 시퀀스(chip sequence)를 발생시키는 3.2 Gcps의 CDMA 코드 발생기(72)를 사용한다. 이 신호들은 1x32 광 커플러(204)에서 결합된 후 OLT 내의 PD에서 전기 신호로 변환된다. 이 신호들은 1x32 전기 분파기(76)에서 32개로 분리된 후 각 코드 발생기를 갖는 32개의 CDMA 수신기에서 원래 100 Mb/s Ethernet 데이터로 복구된다.
도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 32 ONU/ONT를 수용하기 위한 CDMA 적용 수동형 광 가입자 망을 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 32 ONU/ONT를 수용하기 위한 CDMA 적용 수동형 광 가입자 망의 그룹 1내의 ONU/ONT의 구조를 나타낸 도면이며, 도 9는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 32 ONU/ONT를 수용하기 위한 CDMA 적용 수동형 광 가입자 망의 그룹 2내의 ONU/ONT의 구조를 나타낸 도면이다. 또, 도 10은 본 발명에 따른 본 발명의 제3 실시 예에 따른 32 ONU/ONT를 수용하기 위한 CDMA 적용 수동형 광 가입자 망의 OLT의 구조를 나타낸 도면이다.
도 7 내지 도 10을 참조하면, 발명의 제3 실시 예에 따른 32 ONU/ONT를 수용하기 위한 CDMA 적용 수동형 광 가입자 망은 32개의 ONU/ONT(601-633), OLT(260),1x32 광 커플러(206)로 구성된다. 그리고 ONU/ONT는 16개씩 두 개의 그룹(240,250)으로 나뉘어 서로 다른 상향 전송 파장을 사용한다. 따라서 그룹 1(240)의 ONU/ONT들은 λUP1의 파장을 갖는 레이저(82)을 사용하고 그룹 2(250)의 ONU/ONT들은 λUP2의 파장을 갖는 레이저(84)를 사용한다. 그리고 OLT에는 각 그룹에서 전송한 파장을 분리하기 위한 파장 역다중화 필터(86), 각 파장을 수신하는 광 수신기(87, 88)를 구비한다.
도 7 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 제3 실시 예는 제1 실시 예에서와 같이 32개의 ONU/ONT(601-633)는 16개씩 두 개의 그룹(240, 250)으로 나뉜다. 각 그룹내의 ONU/ONT(601-633)는 제1 실시 예에서와 같이 16 칩 시퀀스 CDMA 코드를 사용한다. 그리고 각 그룹을 구별하기 위해 이 실시 예에서는 각 그룹 별로 서로 다른 상향 전송 파장을 사용한다. 즉, 그룹 1(240)은 λUP1의 상향 파장을, 그룹 2(250)는 λUP2의 상향 파장을 사용한다. 그러므로 그룹 1(240)내의 ONU/ONT(601-616)들은 λUP1의 상향 파장을 갖는 레이저 다이오드(82)를 사용하고 그룹 2내의 ONU/ONT들은 lUP2의 상향 파장을 갖는 레이저 다이오드(84)를 사용한다. 이 신호들은 1x32 광 커플러(206)에서 결합된 후 OLT(260)내의 파장 역다중화 필터(86)에서 파장 별로 분리된다. 분리된 λUP1, λUP2의 광 신호는 각각 광 수신기(87,88)에서 전기 신호로 변환된 후 도 2에서 설명한 바와 같은 CDMA 수신기에서 원래의 100 Mb/s Ethernet 신호로 복구된다.
도 11은 본 발명의 CDMA 적용 수동형 광 가입자망 방식을 WDM-PON에 적용한 실시 예을 나타낸 도면이고, 도 12는 도 11의 WDM-PON의 ONU/ONT 구성을 나타내는도면이며, 도 13은 도 11의 WDM-PON의 OLT 구성을 나타내는 도면이다.
도 11 내지 도 13을 참조하면, WDM-PON은 각 파장을 사용하는 ONU/ONT 그룹(270,280), OLT(292), 파장 다중화/역다중화기(290), 광 커플러(207,208)로 구성되며 각 ONU/ONT 그룹(270,280)는 각각 16개의 ONU/ONT(651-666, 667-683)로 구성된다. 이 방식에서 ONU/ONT에는 할당된 파장으로 데이터를 송, 수신하기 위한 광 송신기(90), 광 수신기(92)가 요구되며 같은 파장을 사용할 경우 광 서큘레이터(91)가 요구된다. OLT에는 서큘레이터(93), 파장 다중화기(97), 역다중화기(94), 각 파장을 수신하는 광 수신기(95,96), 각 파장의 광 송신기(98,99)가 요구된다.
이 방식에서 ONU/ONT들(651-683)은 16개씩 n 개의 그룹(270-280)을 형성한다. 이때 각 그룹은 그룹별로 서로 다른 파장을 사용한다. 즉, 그룹 1은 λ1 파장을, 그룹 2는 λ2 파장을, 그룹 n은 λn 파장을 사용한다. 따라서 각 ONU/ONT에는 할당된 파장으로 데이터를 송, 수신하기 위해 광 송신기(90)와 광 수신기(92)를 구비하며 송, 수신 파장이 같을 경우는 광 서큘레이터(91)를 포함한다. 다른 실시 예에 따라 파장이 다를 경우에는 WDM 필터 또는 광 커플러를 사용할 수 있다. 각 그룹내의 16개의 ONU/ONT들(651-666, 667-683)은 전술한 실시 예들과 마찬가지로 16 칩 시퀀스 CDMA 코드를 이용하여 각각 구별된다. 각 그룹내의 16개의 ONU/ONT(651-666, 667-683)에서 광 변조된 신호들은 1x16 광 커플러(207,208)에서 결합된 후 WDM 파장 다중화/역다중화기(290)를 통해 다중화된 후 OLT(292)로 전송된다. OLT(292) 입력부의 서큘레이터(93)에서 상향 전송된 광 신호들은 파장역다중화기(94)로 전송되고 여기서 각 파장 별로 분리된 후 광 수신기(95,96)에서 전기 신호로 변환된 후 도 2에서와 같은 1x16 CDMA 수신기에서 원래 신호로 복구된다. 1.25 Gb/s Ethernet 하향 신호들은 각 그룹 별로 할당된 파장을 갖는 광 송신기(98,99)에서 광 변조된 후 파장 다중화기(97)에서 다중화되고 광 서큘레이터(93)을 거쳐 하향 전송된다. ONU/ONT에서와 같이 광 서큘레이터(93)은 광 커플러, WDM 필터로 대체될 수 있다. 이 신호는 다시 파장 역다중화기(290)에서 파장 별로 분리된 후 광 커플러(207,208)를 거쳐 각 그룹내의 ONU/ONT들로 전송된다.
표 1은 CDMA 코드로 Walsh Hadamard 코드를 사용할 경우 16 가입자에게 할당되는 16 칩(chip)을 한 시퀀스로 갖는 월시(Walsh) 코드 테이블이다. 각 코드는 완전하게 직교(orthogonal)한 특성을 갖는다.
도 14는 CDMA 적용 수동형 광 가입자망의 동작 검증을 위한 시뮬레이션에서 ONU/ONT 1 레벨 변환기 출력 신호(입력 데이터)를 나타내고, 도 15는 CDMA 적용 수동형 광 가입자망의 동작 검증을 위한 시뮬레이션에서 1x16 광 커플러 출력 신호(16개 ONU/ONT 상향 신호들의 결합 신호)를 나타내고, 도 16은 CDMA 적용 수동형 광 가입자망의 동작 검증을 위한 시뮬레이션에서 OLT내 CDMA 수신기 1의 상관(correlation) 신호(수신 신호와 CDMA code 1의 상관(correlation) 출력 신호)를 나타내고, CDMA 적용 수동형 광 가입자망의 동작 검증을 위한 시뮬레이션에서 OLT내 CDMA 수신기 1에서 복구된 출력 신호 (복구된 출력 데이터)를 나타낸다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 가입자에게 대용량, 고속 데이터를 제공하기 위한 수동형 광 가입자 망에 관한 내용으로 종래의 ATM-PON, Ethernet PON과 달리 상향 데이터 송신 방식을 TDMA가 아닌 CDMA를 적용함으로써 종래 방식에서 반드시 요구되는 복잡한 MAC 프로토콜을 사용하지 않는다. 따라서 ONU/ONT가 언제든지 데이터를 전송할 수 있으므로 종래 방식과 달리 100 Mb/s의 넓은 대역폭을 항상 보장해 줄 수 있다. 또한 종래 ATM-PON, Ethernet PON의 OLT내의 광 수신기, ONU 내의 광 송신기에 반드시 요구되는 BMIC를 요구하지 않으므로 기존의 상용 광 송, 수신기를 그대로 사용할 수 있다. 그리고 상향 신호에 CDMA 방식을 적용하므로 암호화를 용이하게 한다. 그러므로 본 발명의 CDMA 적용 수동형 광 가입자망 구조는 향후 대용량 가입자 망에 효율적으로 적용될 수 있으며, 일반적으로 광 가입자 망의 궁극적 구조로 인식되는 WDM-PON 방식에도 훌륭히 적용될 수 있다. 이에 따라 발명된 CDMA 적용 광 가입자 망 구조는 종래의 ATM-PON, 이더넷 PON의 문제점들을 해결하여 향후 대용량 광 가입자망에 FTTC/B 또는 FTTH 형태로 적용될 수 있다.

Claims (9)

  1. 수동형 광 가입자망에 있어서,
    가입자에 해당하는 복수 개의 ONU/ONT와, 상향, 하향 파장 분리를 위한 WDM 필터와, 상기 복수 개의 ONU/ONT에서 전송한 광 신호를 수신하여 상위 망으로 전송하거나 상위 망에서 전달된 신호를 ONU/OLT로 전송하는 OLT와 상기 광 커플러를 구비하며,
    상기 각 ONU/ONT는 컴퓨터 등 하위 인터페이스와 연결되는 허브 또는 스위치, '0'와 '1'레벨을 갖는 이더넷 신호를 '-1', '+1' 레벨의 데이터 신호로 변환하는 레벨 변환기, 상기 각 ONU/ONT를 구분하기 위한 고유한 코드를 CDMA 코드를 발생시키는 코드 발생기 및 상기 데이터 신호에 코드를 곱하여 대역 확산하기 위한 제1 곱셈기를 구비하여 하위 인터페이스로부터의 이더넷 신호를 상위 망으로 전달하고,
    상기 OLT는 상기 복수 개의 ONU/ONT에서 전송된 광 신호를 수신하는 광 수신기, 상기 수신된 상향 CDMA 신호를 분파하는 분파기, 역 확산을 위한 코드 발생기, 수신 신호와 코드를 곱하는 제2 곱셈기 및 상관(correlation) 계산을 거쳐 데이터를 추출하는 데이터 판별기를 구비하여 상위 인터페이스로부터의 이더넷 신호를 상위 망으로 전달하는 것을 특징으로 하는 CDMA 적용 수동형 광 가입자망.
  2. 제1항에 있어서, 상기 ONU/ONT 및 OLT의 코드 발생기는 100Mb/s 이더넷 신호에 대해 16 칩 시퀀스를 발생시키는 1.6 Gcps 코드 발생기인 것을 특징으로 하는 CDMA 적용 수동형 광 가입자 망.
  3. 제2항에 있어서, 상기 ONU/ONT 및 OLT의 코드 발생기는 16 칩 월시 하다마르(chip Walsh Hadamard) 코드를 사용하는 것을 특징으로 하는 CDMA 적용 수동형 광 가입자망.
  4. 제2항에 있어서, 상기 분파기는 하나의 입력과 16개의 출력을 갖는 1×16 구조인 것을 특징으로 하는 CDMA 적용 수동형 광 가입자 망.
  5. 제1항에 있어서, 상기 ONU/ONT 및 OLT의 코드 발생기는 100Mb/s 이더넷 신호에 대해 32 칩 시퀀스를 발생시키는 3.2 Gcps 코드 발생기인 것을 특징으로 하는 CDMA 적용 수동형 광 가입자 망.
  6. 제5항에 있어서, 상기 분파기는 하나의 입력과 32개의 출력을 갖는 1×32 구조인 것을 특징으로 하는 CDMA 적용 수동형 광 가입자 망.
  7. 수동형 광 가입자망에 있어서,
    하나 이상의 그룹으로 나누어진 가입자에 해당하는 복수 개의 ONU/ONT와, 상향, 하향 파장 분리를 위한 WDM 필터와, 상기 복수 개의 ONU/ONT에서 전송한 광 신호를 수신하여 상위 망으로 전송하거나 상위 망에서 전달된 신호를 ONU/OLT로 전송하는 OLT와 상기 광 커플러를 구비하며,
    상기 각 ONU/ONT는 컴퓨터 등 하위 인터페이스와 연결되는 허브 또는 스위치, '0'와 '1'레벨을 갖는 이더넷 신호를 '-1', '+1' 레벨의 데이터 신호로 변환하는 레벨 변환기, 상기 각 ONU/ONT를 구분하기 위한 고유한 코드를 CDMA 코드를 발생시키는 코드 발생기, 상기 데이터 신호에 코드를 곱하여 대역 확산하기 위한 제1 곱셈기, 자신이 속한 상기 하나 이상의 그룹을 구분하기 위한 PN 코드를 발생하는 PN 코드 발생기 및 상기 제1 곱셈기의 출력에 상기 PN 코드를 곱하여 2차 대역 확산하기 위한 곱셈기를 구비하여 하위 인터페이스로부터의 이더넷 신호를 상위 망으로 전달하고,
    상기 OLT는 상기 복수 개의 ONU/ONT에서 전송된 광 신호를 수신하는 광 수신기, 상기 수신된 상향 CDMA 신호를 분파하는 분파기, 상기 그룹별 신호를 분리하기 위한 PN 코드 발생기, 상기 수신 신호와 PN 코드를 곱하는 제3 곱셈기, 역 확산을 위한 코드 발생기, 상기 제3 곱셈기의 출력과 코드를 곱하는 제4 곱셈기 및상관(correlation) 계산을 거쳐 데이터를 추출하는 데이터 판별기를 구비하여 상위 인터페이스로부터의 이더넷 신호를 상위 망으로 전달하는 것을 특징으로 하는 CDMA 적용 수동형 광 가입자망.
  8. 수동형 광 가입자망에 있어서,
    하나 이상의 그룹으로 나누어진 가입자에 해당하는 복수 개의 ONU/ONT와, 상향, 하향 파장 분리를 위한 WDM 필터와, 상기 복수 개의 ONU/ONT에서 전송한 광 신호를 수신하여 상위 망으로 전송하거나 상위 망에서 전달된 신호를 ONU/OLT로 전송하는 OLT와 상기 광 커플러를 구비하며,
    상기 각 ONU/ONT는 컴퓨터 등 하위 인터페이스와 연결되는 허브 또는 스위치, '0'와 '1'레벨을 갖는 이더넷 신호를 '-1', '+1' 레벨의 데이터 신호로 변환하는 레벨 변환기, 상기 각 ONU/ONT를 구분하기 위한 고유한 코드를 CDMA 코드를 발생시키는 코드 발생기 및 상기 데이터 신호에 코드를 곱하여 대역 확산하기 위한 제1 곱셈기, 자신이 속한 상기 하나 이상의 그룹을 구분하기 위한 파장을 갖는 레이저 다이오드를 구비하여 하위 인터페이스로부터의 이더넷 신호를 상위 망으로 전달하고,
    상기 OLT는 상기 복수 개의 ONU/ONT에서 전송된 광 신호를 상기 하나 이상의 그룹을 구분하기 위한 파장별로 분리하기 위한 파장 역다중화 필터와, 상기 파장 별로 분리된 광 신호를 수신하기 위한 복수 개의 광 수신기, 상기 수신된 상향CDMA 신호를 분파하는 분파기, 역 확산을 위한 코드 발생기, 수신 신호와 코드를 곱하는 제2 곱셈기 및 상관(correlation) 계산을 거쳐 데이터를 추출하는 데이터 판별기를 구비하여 상위 인터페이스로부터의 이더넷 신호를 상위 망으로 전달하는 것을 특징으로 하는 CDMA 적용 수동형 광 가입자망.
  9. 제8항에 있어서, 상기 상향 파장과 하향 파장이 동일한 경우는 광 서큘레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CDMA 적용 수동형 광 가입자망.
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