KR20050061686A - 수동 광통신망 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 10Gbit/sec의 전송속도로 구현되는 수동 광통신망(PON : Passive Optical Network)에서 발생하는 광선로 손실과 색분산을 각각 보상 및 상쇄하여 전송하는 시스템에 관한 것이다. 이를 위하여, 본 발명에 따른 수동 광통신망 시스템은 10기가비트의 광신호를 송신하는 광가입자 수용장치; 수신되는 광신호의 세기를 증폭시키는 광섬유 증폭수단; 상기 광섬유 증폭수단에서 증폭된 상기 광신호를 색분산 보상하여 상기 광섬유 증폭수단으로 재전송하는 분산보상 수단; 상기 광가입자 수용장치로부터 상기 광신호를 수신하여 상기 광섬유 증폭수단으로 전달하고, 상기 광섬유 증폭수단으로부터 수신되는 증폭된 광신호를 분기하여 전송하는 광성형 결합기; 및 상기 광성형 결합기로부터 상기 분기된 광신호를 수신하는 다수 개의 광가입자 접속장치를 구비하는 것을 특징으로 하며, 상술한 바와 같이 PON의 속도가 10기가비트로 증가할 경우 광세기 손실과 색분산을 보상함으로써 망의 경제성 및 확장성을 향상시키는 효과가 있다.

Description

수동 광통신망 시스템{Passive optical network system}

본 발명은 수동 광통신망(PON : Passive Optical Network) 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 10Gbit/sec의 전송속도로 구현되는 PON에서 발생하는 광선로 손실과 색분산을 각각 보상 및 상쇄하여 전송하는 수동 광통신망 시스템에 관한 것이다.

PON 시스템은 광통신망을 보다 경제적으로 구성하기 위한 하나의 방안으로서, 하나의 광가입자 수용장치(OLT : Optical Line Terminal)가 다수 개의 광가입자 접속장치(ONU : Optical Network Unit)와 1:N 통신을 수행하기 위해 OLT와 ONU 간에 전원 공급이 필요한 분배 장비 대신 광성형 결합기와 같은 수동 광소자를 사용하는 방식으로서, 분배 장비 설치 시 공간 확보 및 전력 공급이 필요 없다는 장점이 있다.

PON은 구현하는 방법에 따라 크게 ATM(Asynchronous Transfer Mode)-PON, E(Ethernet)-PON, WDM(Wavelength Division Multiplexing)-PON 등으로 구분할 수 있다.

ATM-PON은 하향 622Mbit/sec, 상향 155Mbit/sec의 전송속도를 16개 또는 32개의 ONU가 공유하는 구조로서, 하향 신호는 TDM(Time-Division Multiplexing) 접속 방식을 사용하고 상향은 레인징 프로토콜을 이용한 TDMA(Time Division Multiple Access) 접속 방식을 사용하며, 근본적으로 전송 프레임은 ATM cell을 이용한다. 그러나 오랜 개발 기간에도 불구하고 ATM-PON은 복잡한 구현 방식으로 인한 고비용, 53바이트의 프레임 이용에 따른 데이터 전송 시의 비효율성, 및 대역폭 확장 시 구현상의 제한 등의 단점 때문에 실제 망에 도입되는 것은 어려운 상황이다.

반면, E-PON은 최근 급증하는 데이터 지향적인 시스템으로서, ATM-PON에 비하여 상대적으로 높은 대역폭인 1Gbit/sec의 상,하향 전송이 가능하며, 이더넷이라는 저렴한 기술을 이용한다는 점에서 주목받고 있다. 이러한 E-PON도 ATM-PON과 마찬가지로 하향 신호는 TDM 접속 방식을 사용하고 상향 신호는 TDMA 접속 방식을 사용하나 전송 프레임은 이더넷 프레임을 이용한다는 점에서 차이점이 있다.

WDM-PON은 광학적인 계층에서 빛의 파장을 달리하여 1:N 전송을 하지만 사실상 지점 대 지점 전송 방식이다. 즉, 상술한 ATM-PON과 E-PON 방식과는 달리 상,하향 신호의 대역폭을 ONU 간 공유하지 않으므로, 각 ONU가 현 전송 시스템의 최대 속도까지 증축이 가능하나 경제적인 이유로 고려되고 있는 속도는 100Mbit/sec이다. 그러나 지점 대 지점 광통신을 위한 광모듈은 기술 발전, 대량 생산 및 경쟁 심화에 다라 그 가격이 급속히 하락하고 있으나, WDM-PON 시스템에 필요한 파장이 정해진 광모듈은 상대적으로 그 하락 폭이 크지 않아 가격 경쟁력이 떨어진다. 또한 운용상에 있어서도 WDM-PON 시스템은 각각의 채널별 광모듈을 예비로 갖추고 있어야 하므로 운용비용 또한 높아진다는 단점이 있어 아직은 망에 도입하기에 어려운 실정이다.

이에 일반적으로 PON 시스템이라고 하면 ATM이나 이더넷과 같이 널리 운용되고 있는 인터페이스 기반에서 이루어진다. 그래서 현 PON 시스템의 최대 전송 속도는 E-PON 인터페이스인 기가비트(Gbit) 이더넷 즉, 1Gbit/sec이다. 그러나 최근 데이터 트래픽의 급증, 통신과 방송의 융합, 및 운용 효율화를 위한 국사의 집중화 예상 등을 고려하면 PON 시스템에서 요구되는 하향 신호 대역폭은 조만간 1기가비트를 조만간 넘어설 것으로 예측된다. 이러한 1기가비트 이상의 인터페이스는 ATM-PON에서는 구현이 힘들고 E-PON이 보다 널리 보급될 것으로 예상된다면, 이미 표준화가 완료된 10기가비트 이더넷이 유망하다. 그러나 10기가비트 시스템은 기가비트 시스템과는 달리 전송 상에서의 광손실 및 색분산 등을 보상해야 하는 문제점이 있으며, 이러한 점을 해결하여 시스템을 구현하기 위해서는 경제성마저 불투명하다는 문제점이 있다.

상술된 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 10기가비트 PON의 구현에 있어서 광손실 및 색분산을 보상하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, ONU에게 광신호를 분배하기 전에 일괄적으로 광선로에 의해 발생된 색분산을 보상하는데 있다.

이를 위하여, 본 발명에 따른 수동 광통신망 시스템은 10기가비트의 광신호를 송신하는 OLT; 수신되는 광신호의 세기를 증폭시키는 광섬유 증폭수단; 상기 광섬유 증폭수단에서 증폭된 상기 광신호를 색분산 보상하여 상기 광섬유 증폭수단으로 재전송하는 분산보상 수단; 상기 광가입자 수용장치로부터 상기 광신호를 수신하여 상기 광섬유 증폭수단으로 전달하고, 상기 광섬유 증폭수단으로부터 수신되는 증폭된 광신호를 분기하여 전송하는 광성형 결합기; 및 상기 광성형 결합기로부터 상기 분기된 광신호를 수신하는 다수 개의 ONU를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 PON의 구성도를 나타낸다. 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 PON은 OLT(11), 광선로(12), 광고립기(13), 광성형 결합기(14), 어븀 첨가 광섬유(15), 분산보상 회절격자(16), 펌핑용 레이저 다이오드(17), 및 ONU(18)를 구비한다.

OLT(11)는 광신호의 손실을 줄이기 위해 광선로 상에서의 최저 손실 대역인 1550nm 대역의 광송신기를 구비한다. 이는 OLT(11)가 10기가비트 하향 신호를 생성하여 ONU(18)에게 전달하는데 있어서, 10기가비트의 광신호를 수신하는 광검출기의 성능 즉, 수신감도는 10기가비트 미만에서 사용되는 광검출기의 수신감도에 비하여 상당히 떨어지기 때문에 가능한 광신호의 손실을 줄이기 위함이다. 그리고 OLT(11)는 이러한 광송신기의 출력 파워의 손실을 줄이기 위해 외부 변조 방식이 아닌 직접 변조 방식을 이용한다.

OLT(11)에서 발생된 10기가비트 광신호는 다수 개의 ONU(18)로 전달되기 위하여 광세기 분기되어 수 내지 수십 km의 광선로(12)를 거쳐 ONU(18)에 수신된다. 이에 분기로 인해 감쇄된 광세기의 증폭을 위해 본 발명은 광섬유 증폭수단을 구비하고, 광선로(12)를 거치면서 발생된 색분산을 보상하기 위해 본 발명은 분산보상 수단을 구비한다. 여기서 광섬유 증폭수단은 어븀이 첨가된 광섬유(15)와 펌핑용 레이저 다이오드(17)로 구현되고, 분산보상 수단은 분산보상 회절격자(16)로 구현되는 것이 바람직하며, 이때 증폭과 분산보상을 동시에 수행하기 위해 본 발명은 분산보상 회절격자(16)를 어븀 첨가 광섬유(15)와 펌핑용 레이저 다이오드(17) 사이에 위치시키는 것을 특징으로 한다.

그리고 이러한 광세기의 증폭과 색분산의 보상을 광신호가 ONU(18)에 입력되기 전에 일괄적으로 수행하기 위해 N:1 방식의 광성형 결합기(14)를 구비한다. 이로 인해 OLT(11)에서 발생된 광신호가 ONU(18)로 바로 분기되지 않고 먼저 어븀 첨가 광섬유(15)를 거쳐 증폭된 후 분산보상 회절격자(16)에서 색분산 보상이 수행되어 반사되며, 반사된 광신호는 어븀 첨가 광섬유(15)에서 재차 증폭된 후 광성형 결합기(14)를 통해 ONU(18)로 입력된다. 이때 어븀 첨가 광섬유(15)를 펌핑하기 위한 펌핑용 레이저 다이오드(17)는 ONU(18)처럼 원거리에 위치시키는 것이 바람직하다.

또한 반사된 광신호는 광성형 결합기(14)를 통해 OLT(11)로 역류하게 되는데 이를 방지하기 위해 광성형 결합기(14) 전단에 광고립기(13)를 구비한다.

도 2는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 PON의 구성도를 나타내는 것으로, 상술한 바와 같은 제 1 실시 예는 하향 신호만을 다룬 반면 제 2 실시 예는 하향 신호뿐만 아니라 상향 신호도 고려된 구성이다.

이에, 제 2 실시 예에 따른 PON은 OLT(21), 광선로(22), 광고립기(23), 광성형 결합기(24), 어븀 첨가 광섬유(25), 분산보상 회절격자(96), 펌핑용 레이저 다이오드(30), ONU(28) 외에 하향 신호를 상향 신호와 분리하기 위한 파장 분할 다중화 소자(26, 27)가 광고립기(23)의 전단과 광성형 결합기(24)의 후단에 각각 구비되는 것을 특징으로 한다.

한편, 일반적인 PON 시스템에서는 상향 신호 대역폭에 비해 하향 신호 대역폭이 많이 요구되기 때문에 굳이 상,하향 신호의 전송 속도는 같을 필요가 없으므로 본 발명의 제 2 실시 예에서는 상향 신호를 10기가비트 광신호에 한정하지 않고, 예를 들면 하향 신호는 1550nm, 상향 신호는 1310nm의 파장 대역을 사용하여 두 신호 간의 간섭 등에 의한 영향을 최소화한 경우를 설명한다.

하향 신호는 상술한 제 1 실시 예와 동일하게 OLT(21)에서 ONU(28)로 전송된다. 즉, 하향 신호는 광선로(22)를 거쳐 파장 분할 다중화 소자(26)에서 상향 신호와 분리된 후 광고립기(23)를 거쳐 광성형 결합기(24)로 입력되고, 파장 분할 다중화 소자(27)에서 상향 신호와 분리된 후 어븀 첨가 광섬유(25)를 거쳐 증폭되고 분산보상 회절격자(29)에서 색분산 보상이 수행되어 반사되며, 반사된 광신호는 어븀 첨가 광섬유(25)에서 재차 증폭된 후 파장 분할 다중화 소자(27)에서 상향 신호와 분리되어 광성형 결합기(24)를 통해 ONU(28)로 입력된다. 여기서 하향 신호는 파장 분할 다중화 소자(26, 27)에서 커다란 손실 및 분산 등이 발생하지 않으므로 중요한 고려 사항은 되지 않는다.

ONU(28)에서 OLT(21)로 전송되는 상향 신호는 1310nm 대역의 파장이 사용된다면 색분산이 0이 되므로 분산 보상이 필요하지 않다. 그리고 상향 신호의 전송 속도가 10기가비트 미만이라면 광세기 손실 보상 자체도 그다지 중요한 사항이 아닐 수 있다.

따라서 상향 신호에 대해서는 일반적인 PON의 구조를 그대로 채택하여 하나의 OLT(21)에 다수 개의 ONU(28)가 연결되는 1:N 구조의 광성형 결합기(24)를 사용하는 것이 바람직하나, 본 발명에 적용되는 하향 신호는 10기가비트 신호이므로 광성형 결합기(24)는 이미 상술한 바와 같이 N:1로 구현된다.

이에 본 발명은 상향 신호에 대한 광성형 결합기(24)를 1:N처럼 사용하기 위해서 파장 분할 다중화 소자(26, 27)를 사용하며, 광성형 결합기(24)는 N개의 ONU(28)로부터 상향 신호를 수신하면 이를 어븀 첨가 광섬유(25) 쪽으로 전송하지 않고 광성형 결합기(24)의 후단에 위치한 파장 분할 다중화 소자(27)로 전송하고, 파장 분할 다중화 소자(27)는 하향 신호와 분리하여 광고립기(23)의 전단에 위치한 파장 분할 다중화 소자(26)로 전송함으로써 하나의 OLT(21)에게 상향 신호를 전송하는 것을 특징으로 한다. 즉, 각각의 ONU(28)에서 전송되는 상향 신호는 N:1 광성형 결합기(24)에서 모아져 두 개의 파장 분할 다중화 소자(26, 27)를 거쳐 OLT(21)에게 바로 전송된다.

이상, 본 발명에 따른 제 2 실시 예는 상향 신호의 전송 속도가 10기가비트의 하향 신호보다 상대적으로 느린 경우의 설명이지만, 상향 신호도 하향 신호와 마찬가지로 10기가비트의 신호라면 광세기 손실과 색분산에 대한 보상이 필요하다. 이러한 경우에는, 도 2에서 두 개의 파장 분할 다중화 소자(26, 27) 사이에 광섬유 증폭수단과 분산보상 수단을 구비하면 된다. 여기서 광섬유 증폭수단과 분산보상 수단은 상술한 바와 마찬가지로 구현될 수 있으며, 이에 광섬유 증폭수단은 어븀이 첨가된 광섬유와 펌핑용 레이저 다이오드로 구현되고, 분산보상 수단은 분산보상 회절격자로 구현되는 것이 바람직하고, 이때 증폭과 분산보상을 동시에 수행하기 위해 분산보상 회절격자를 어븀 첨가 광섬유와 펌핑용 레이저 다이오드 사이에 위치시키면 된다.

상술한 바와 같이 본 발명은 PON의 속도가 10기가비트로 증가할 경우 광세기 손실과 색분산을 보상함으로써 망의 경제성 및 확장성을 향상시키는 효과가 있으며, 이를 통해 PON을 구현하는데 있어 효율성 및 수용국의 집중화를 통한 운용의 효율성 등을 극대화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 PON의 구성도.

도 2는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 PON의 구성도.

Claims (7)

10기가비트의 광신호를 송신하는 광가입자 수용장치;

수신되는 광신호의 세기를 증폭시키는 광섬유 증폭수단;

상기 광섬유 증폭수단에서 증폭된 상기 광신호를 색분산 보상하여 상기 광섬유 증폭수단으로 재전송하는 분산보상 수단;

상기 광가입자 수용장치로부터 상기 광신호를 수신하여 상기 광섬유 증폭수단으로 전달하고, 상기 광섬유 증폭수단으로부터 수신되는 증폭된 광신호를 분기하여 전송하는 광성형 결합기; 및

상기 광성형 결합기로부터 상기 분기된 광신호를 수신하는 다수 개의 광가입자 접속장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 수동 광통신망 시스템.

제 1항에 있어서,

상기 광섬유 증폭수단은,

상기 광성형 결합기로부터 상기 광신호를 수신하는 어븀 첨가 광섬유와;

상기 광섬유를 펌핑하는 펌핑용 레이저 다이오드를 구비하는 것을 특징으로 하는 수동 광통신망 시스템.

제 1항에 있어서,

상기 분산보상 수단은, 분산보상 회절격자인 것을 특징으로 하는 수동 광통신망 시스템.

제 1항에 있어서,

상기 광성형 결합기는,

N:1로 구현되어 하나의 상기 광가입자 수용장치와 상기 다수 개의 광가입자 접속장치에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 수동 광통신망 시스템.

제 1항에 있어서,

상기 광성형 결합기의 전단에 구비되어 상기 분기된 광신호가 상기 광가입자 수용장치로 역류하는 것을 방지하는 광고립기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 수동 광통신망 시스템.

제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 광성형 결합기와 상기 광섬유 증폭수단 사이에 구비되어 상기 광섬유 증폭수단으로 전송되는 상기 광신호와, 상기 광가입자 접속장치에서 상기 광가입자 수용장치로 전송되는 상향 신호를 분리하는 제 1 파장 분할 다중화 소자와;

상기 광가입자 수용장치와 상기 광성형 결합기 사이에 구비되어 상기 제 1 파장 분할 다중화 소자에서 분리되어 전송되는 상기 상향 신호를 상기 광성형 결합기로 전송되는 상기 광신호와 분리하여 상기 광가입자 수용장치에게 전송하는 제 2 파장 분할 다중화 소자를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 수동 광통신망 시스템.

제 6항에 있어서,

상기 제 1 파장 분할 다중화 소자와 상기 제 2 파장 분할 다중화 소자 사이에 상기 광섬유 증폭수단과 상기 분산보상 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 수동 광통신망 시스템.