KR20050069472A - 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광 가입자망 시스템 - Google Patents

파장 분할 다중화 방식의 수동형 광 가입자망 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 WDM 소자의 투과 파장이 이동하더라도 투과 채널 내에 항상 1개 이상의 파장이 포함되도록 하는 파장 어레이(Array)를 광원으로 사용하여 온도에 따른 전송 특성에 영향을 받지 않는 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광 가입자망(WDM-PON : Wavelength Division Multiplexing - Passive Optical Network) 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광 가입자망 시스템은, WDM 소자의 채널 간격보다 작은 파장 간격을 갖는 파장으로 구성된 파장 어레이를 갖는 레이저 광원을 파장 분할 다중화 및 광파워 분기하여 제공하는 광원 제공 수단; 상기 광파워 분기된 광원을 이용하여 상향 신호용 광원을 전송하고, 상향 광신호를 수신하여 전기 신호로 변환하는 복수 개의 광선로 종단 장치; 상기 상향 신호용 광원을 상기 상향 광신호로 변환하여 전송하는 복수 개의 광선로 가입자 장치; 및 복수 개의 채널을 구비하여 상기 광선로 종단 장치로부터 전송되는 상기 상향 신호용 광원을 상기 채널을 통해 파장을 분리하여 상기 광선로 가입자 장치로 전송하거나, 상기 광선로 가입자 장치로부터 전송되는 가입자별 상기 상향 광신호를 파장 분할 다중화하여 상기 광선로 종단 장치로 전송하는 다중화/역다중화 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

파장 분할 다중화 방식의 수동형 광 가입자망 시스템{Wavelength division multiplexing - passive optical network system}
본 발명은 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광 가입자망(WDM-PON : Wavelength Division Multiplexing - Passive Optical Network) 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 WDM 소자의 투과 파장이 이동하더라도 투과 채널 내에 항상 1개 이상의 파장이 포함되도록 하는 파장 어레이(Array)를 광원으로 사용하여 온도에 따른 전송 특성에 영향을 받지 않는 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광 가입자망 시스템에 관한 것이다.
정보화 사회로 접어들면서 급격히 증가하고 있는 각종 광대역 멀티미디어 서비스를 다수의 가입자에게 원활히 제공하도록 광선로를 가입자단까지 직접 연결하는 이른바 WDM-PON에 대한 관심이 고조되고 있다. WDM-PON은 통신 서비스 제공자인 전화국(Central Office)의 광선로 종단 장치(OLT : Optical Line Terminal)와 광선로 가입자 장치(ONU : Optical Network Unit) 사이를 수동 광소자로 연결하고 다중화된 각종 문자/오디오/비디오 데이터를 광신호에 실어 각 ONU에 분배 전송하는 네트워크를 말하며, 이러한 WDM-PON은 가입자에게 대용량의 정보를 제공할 수 있을 뿐만 아니라 보안성이 뛰어나고 성능 향상이 용이하다.
도 1은 종래에 반사형 광증폭기를 이용하는 WDM-PON 시스템의 구성을 간략히 나타낸 블럭 구성도이다.
도시된 바와 같이 종래의 WDM-PON 시스템은 전화국에서 각 가입자 별로 다른 파장의 일정한 세기의 광원(∑λis)을 제공하면, 가입자 측의 지역 기지국(Remote node)에 구비되어 있는 WDM 다중화/역다중화기(이하, WDM MD라 함)에서 각 가입자별로 파장을 분리하여 ONU로 전송한다. 파장이 분리되어 전송된 광원(λis)은 ONU의 반사형 광증폭기에 입사되어 광증폭기의 입력 전류에 따라 광이 증폭되거나 흡수됨으로써 변조된다. 변조된 가입자 광신호(λim)는 WDM MD에서 다중화되어(∑λim) 전화국 측으로 전송된다.
그러나 도 1에서 WDM MD는 온도에 따라 광 투과특성이 많이 변한다. 예를 들어 WDM MD를 실리카 AWG(Arrayed Waveguide Grating)로 구현할 경우, 투과 파장이 1.01nm/C정도 변한다. 이러한 광투과 특성의 온도 의존성을 제거하기 위하여 종래에는 온도 무의존형 AWG가 개발되었다. WDM-PON의 용도로서는 온도 무의존형 AWG가 유리하나, 그 특성상 제작 시 수율이 낮아 가격이 매우 높을 가능성이 크고 손실이 큰 단점이 있다.
한편, 도 2는 일반적인 WDM-PON 시스템의 구성도이다.
도시된 바와 같이 일반적인 WDM-PON에서는, 가입자 측의 ONU가 특정한 파장을 이용하여 광신호 λi를 전송하면, 가입자 집중 지역에 위치한 WDM MD2가 각 ONU로부터 전송되는 광신호를 다중화하여 ∑λi로서 전화국으로 전송한다.
전화국 내에 위치한 WDM MD1은 전송되는 광신호 ∑λi의 파장을 분리하여 포토다이오드(Photodiode)(PD1)로 전송하고, PD1은 광신호 λi를 전기 신호로 변환한다.
이 경우 광원과 가입자 측의 WDM MD2 및 전화국의 WDM MD1 간에는 파장이 일치하여야 한다. 그러나 WDM-PON의 경우 가입자 측의 WDM MD2는 옥외에 설치되는 경우가 많으므로 WDM 소자의 온도 의존성 때문에 파장 제어가 매우 어렵다. 따라서 여기서도 도 1에서 설명된 온도 무의존형 AWG를 이용할 수 있으나 이 경우 파장 오차에 대한 유연성 부족으로 온도 무의존형 AWG의 가격은 비싸게 되어 WDM-PON의 구현에 고비용이 소요되는 문제점이 있다.
상술된 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 온도에 따라 특성이 변하는 일반적인 AWG를 사용하여 온도에 영향을 받지 않는 WDM 전송을 구현하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 WDM 소자의 투과 파장이 이동하더라도 투과 채널 내에 항상 1개 이상의 파장이 포함되도록 하는 파장 어레이(Array)를 광원으로 사용하여 WDM 전송을 구현하는데 있다.
이를 위하여, 본 발명에 따른 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광 가입자망 시스템은, WDM 소자의 채널 간격보다 작은 파장 간격을 갖는 파장으로 구성된 파장 어레이를 갖는 레이저 광원을 파장 분할 다중화 및 광파워 분기하여 제공하는 광원 제공 수단; 상기 광파워 분기된 광원을 이용하여 상향 신호용 광원을 전송하고, 상향 광신호를 수신하여 전기 신호로 변환하는 복수 개의 광선로 종단 장치; 상기 상향 신호용 광원을 상기 상향 광신호로 변환하여 전송하는 복수 개의 광선로 가입자 장치; 및 복수 개의 채널을 구비하여 상기 광선로 종단 장치로부터 전송되는 상기 상향 신호용 광원을 상기 채널을 통해 파장을 분리하여 상기 광선로 가입자 장치로 전송하거나, 상기 광선로 가입자 장치로부터 전송되는 가입자별 상기 상향 광신호를 파장 분할 다중화하여 상기 광선로 종단 장치로 전송하는 다중화/역다중화 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 WDM-PON 시스템의 구성도이다.
도시된 바와 같이 본 발명은 레이저 다이오드(LD : Laser Diode), WDM MD, 광분기기, PD, 광서큘레이터, 및 광증폭기를 조합하여 WDM-PON 시스템을 구현하는 것을 특징으로 한다. 그리고 본 발명은 전화국에 구비된 광원으로서 WDM MD5의 투과 파장이 이동하더라도 투과 채널 내에 항상 1개 이상의 파장이 포함되도록 정해진 파장 어레이(Array)를 갖는 광을 사용하는 것을 특징으로 한다. 도 3에서는 적절한 파장을 갖는 단일 모드 레이저들을 파장 분할 다중화하여 구현한 예이다.
이하, 본 발명의 구성에 대한 구체적인 설명을 신호의 흐름에 중점을 두어 설명하면 다음과 같다.
WDM MD3은 LD1로부터 공급된 i 가입자의 파장에 해당하는 광원 λius와 다른 가입자용 광원을 파장 분할 다중화한다. 여기서 광원은 DFB LD(Distributed FeedBack Laser Diode)와 같은 단일 모드 LD로부터 공급되며, 광원 λius는 ONU1에서 전화국으로 전송하는 상향 신호용 광원이다.
WDM MD3에서 파장 분할 다중화된 상향 신호용 광원 ∑λius는 1×n 광분기기1에서 광파워 분기되어 각각의 OLT 1 내지 OLT n으로 공급된다. 여기서는 각 OLT 중 하나인 OLT j1을 이용하여 설명한다.
OLT j1에 공급된 각 가입자의 상향 신호용 광원 ∑λius는 광서큘레이터(OC1)를 거쳐 가입자 측의 WDM MD5로 전송된다. 상향 신호용 광원 ∑λius는 WDM MD5에서 가입자별로 분리되어 Λjus로서 가입자의 ONU1로 전송된다. Λjus는 광원의 파장 어레이 ∑λius 중 WDM MD5의 j 채널을 투과한 파장 그룹(Group)을 나타낸다.
ONU1에 전송된 상향 신호용 광원 Λjus는 ONU1에 구비되어 있는 광증폭기1에 전송되어 상향 신호용 광원 Λjus와 같은 파장의 상향 광신호 Λjum으로 변환되어 출력된다. 여기서 광증폭기1은 반사형 반도체 광증폭기이다.
도 4를 이용하여 광증폭기1에서의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.
광도파로(2)를 통해서 광증폭기1의 활성 도파로(4)로 입사된 광원 Λjus는 고반사 코팅막(6)에서 반사되어 다시 활성 도파로(4)를 거쳐 광도파로(2)로 출력된다. 이때 입사된 광원 Λjus는 활성 도파로(4)를 따라 진행하는 동안 기판(8)으로 입력되는 신호 전류(도시 생략)에 따라 증폭된다. 즉, 반사되어 출력되는 상향 광신호 Λjum은 신호 전류를 복사하게 되므로 결과적으로 광증폭기1은 전기 신호를 입사된 상향 신호용 광원 Λjus와 같은 파장의 상향 광신호 Λjum으로 변환시켜 출력하게 되는 것이다.
한편, 상술한 바와 같이 광증폭기1에서 발생한 상향 광신호 Λjum은 상향 신호용 광원 Λjus가 전송된 광선로를 통해 WDM MD5로 전송되고 WDM MD5에 의해 다른 가입자들의 상향 광신호와 파장 분할 다중화되어 전화국의 OLT j1로 전송된다.
파장 분할 다중화된 상향 광신호 ∑λium은 광서큘레이터(OC1)의 2번 포트로 입력되어 3번 포트로 출력된다. 출력된 상향 광신호 ∑λium은 WDM MD4에서 각 가입자별로 분리된 후 PD2에 입사되어 전기 신호로 변환된다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 WDM-PON 시스템의 특징은 다음과 같다.
상향 광신호 Λjum의 발생을 위해 가입자 측에서 사용하는 광증폭기1은 매체이득 파장 범위 내에서 파장과 무관하게 기능하고, 상향 광신호 Λjum의 파장은 전화국에서 공급하는 상향 신호용 광원 Λjus의 파장에 의하여 결정된다. 따라서 가입자 측에서는 신호 파장을 제어할 필요가 없다. 또한 전화국에서 공급하는 광원은 WDM MD4와 WDM MD5의 투과 파장 대역이 이동하더라도 투과 파장 대역 내에 항상 1개 이상의 파장이 존재하도록 설계되어 있으므로, 광원의 파장과 WDM MD4 및WDM MD5의 파장이 일치할 필요가 없다. 즉, 상술한 바와 같은 종래 도 2의 시스템은 광신호의 파장 λi가 WDM MD2와 WDM MD1의 투과 대역과 일치되도록 광원을 제어하여야 하나, 본 발명에 따른 도 3의 시스템은 WDM MD4와 WDM MD5의 투과 특성이 일치하는 한 광원 중의 특정 파장이 WDM MD4 및 WDM MD5의 투과 대역과 일치할 필요는 없다.
본 발명에서 사용되는 광원에 대하여 보다 상세하게 살펴보면 다음과 같다.
예를 들어, 도 5는 중심 파장 간격이 1.6nm인 AWG의 상온에서의 투과 특성(Ch 1, Ch 2, Ch 3, …)과 온도 상승에 의하여 0.7nm 이동한 투과 특성(Ch 1_1, Ch 2_1, Ch 3_1, …)을 나타낸다. 이는 AWG의 중심 파장 간격의 1/4인 0.4nm 간격을 갖는 파장 어레이를 갖는 광원을 사용한 것으로, 화살표는 광원에 포함되어 있는 각 파장이 각 채널을 투과하는 광 파워(Power)를 나타낸다.
그리고 도 3의 구조에서 전화국 측 WDM MD4 및 가입자 측 WDM MD5로서 도 5의 특성을 갖는 AWG를 사용하고, 광증폭기1의 이득이 20dB라고 가정한다. 그리고 WDM MD5에서 WDM MD4로 전송된 각 파장의 광원의 세기를 0.1mW라고 가정한다.
이때 채널 3(Ch 3)에 대한 광신호의 SNR(Signal to Noise Ratio)을 검토하기 위해, AWG(WDM MD5)를 통하여 파장이 분리되고 광증폭기1을 통하여 변조 및 증폭되어 AWG(WDM MD5)에 의하여 다중화되고 다시 전화국 측의 AWG(WDM MD4)에 의하여 파장이 분리된 상태에서, 각 채널의 광신호 파워(Optical Signal Power)와 인접 채널에 의한 광 잡음 파워(Optical Noise Power)를 살펴본다. 광 링크 손실(Optical Link Loss)은 무시한다.
광신호의 채널 3(Ch 3)을 중심으로 고려하면 1543.3nm, 1543.7nm, 1544.1nm, 1544.5nm, 1544.9nm, 1545.3nm, 1545.7nm, 1546.1nm, 1546.5nm, 1546.9nm의 파장들이 광원에 존재한다.
Ch 3의 광신호 파워는 ∑(λi)(LAWG,i3 ·G ·LAWG,i3 ·LAWG,i3) 로 표시될 수 있다. LAWG,i3은 파장 λi의 AWG Ch 3의 투과 손실, G는 반사형 광증폭기의 이득이다. 한편, Ch 3에 존재하는 인접 채널의 광 잡음 파워는 다음과 같다. 즉, Ch 2에 의한 잡음은 ∑(λi)(LAWG,i2 ·G ·LAWG,i2 ·LAWG,i3)이고 Ch 4에 의한 잡음은 ∑(λi)(LAWG,i4 ·G ·LAWG,i4 ·LAWG,i3)이다. 위의 식에 의해 계산하면 Ch 3의 광신호 파워는 1.20mW이고 Ch 2에 의한 광 잡음 파워는 0.034mW이며 Ch 4에 의한 광 잡음 파워는 0.021mW이다. 따라서 SNR = 10 log (1.20 / (0.034+0.0.021)) = 13.4dB이다.
다음은 온도 변화에 의하여 투과 파장이 0.7nm 이동한 경우(Ch 1_1, Ch 2_1, Ch3_1, …)를 고려한다. 상술한 바와 동일한 방법으로 광신호 파워와 광 잡음 파워를 계산하며, Ch 3_1의 광신호 파워는 ∑(λi)(LAWG,i3_1 ·G ·LAWG,i3_1 ·L AWG,i3_1)으로 표시될 수 있고, Ch 2_1에 의한 광 잡음 파워는 ∑(λi)(LAWG,i2_1 ·G ·LAWG,i2_1 ·LAWG,i3_1)이며, Ch 4_1에 의한 광 잡음 파워는 ∑(λi)(LAWG,i4_1 ·G ·LAWG,i4_1 ·LAWG,i3_1)이다. 따라서 Ch 3_1의 광신호 파워는 1.16mW이고 Ch 2_1에 의한 광 잡음 파워는 0.034mW이며 Ch 4에 의한 광 잡음 파워는 0.024mW이다. 따라서 SNR = 10 log (1.16 / (0.034+0.0.024)) = 12.9dB이다.
즉, 채널당 사용 광원을 1개 이상 사용함으로써, 도 3의 WDM-PON 구조에서 옥외에 위치한 WDM MD5의 온도가 변하여도 전송 성능에는 큰 변화가 없음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 WDM-PON에서 광원과 WDM 소자 간의 파장을 정렬시키지 않아도 되므로 시스템의 구현 및 운용에 있어서 편리한 효과가 있다.
그리고 채널당 사용 광원을 1개 이상 사용함으로써 옥외에 설치한 WDM 소자의 온도가 변하여도 전송 성능에는 영향을 미치지 않는 효과가 있다.
도 1은 종래에 반사형 광증폭기를 이용하는 WDM-PON 시스템의 구성도.
도 2는 종래의 일반적인 WDM-PON 시스템의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 WDM-PON 시스템의 구성도.
도 4는 본 발명에 사용되는 광증폭기의 일예를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 광원을 이용한 AWG의 광 투과 특성 그래프.

Claims (4)

  1. WDM 소자의 채널 간격보다 작은 파장 간격을 갖는 파장으로 구성된 파장 어레이를 갖는 레이저 광원을 파장 분할 다중화 및 광파워 분기하여 제공하는 광원 제공 수단;
    상기 광파워 분기된 광원을 이용하여 상향 신호용 광원을 전송하고, 상향 광신호를 수신하여 전기 신호로 변환하는 복수 개의 광선로 종단 장치;
    상기 상향 신호용 광원을 상기 상향 광신호로 변환하여 전송하는 복수 개의 광선로 가입자 장치; 및
    복수 개의 채널을 구비하여 상기 광선로 종단 장치로부터 전송되는 상기 상향 신호용 광원을 상기 채널을 통해 파장을 분리하여 상기 광선로 가입자 장치로 전송하거나, 상기 광선로 가입자 장치로부터 전송되는 가입자별 상기 상향 광신호를 파장 분할 다중화하여 상기 광선로 종단 장치로 전송하는 다중화/역다중화 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광 가입자망 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광원 제공 수단은,
    상기 레이저 광원을 공급하는 복수 개의 레이저 다이오드;
    상기 복수 개의 레이저 다이오드로부터 공급되는 상기 레이저 광원을 파장 분할 다중화하는 제 1 다중화/역다중화기; 및
    상기 파장 분할 다중화된 레이저 광원을 상기 광파워 분기하여 상기 복수 개의 광선로 종단 장치 각각에게 전송하는 제 1 광분기기를 구비하는 것을 특징으로 하는 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광 가입자망 시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 광선로 종단 장치는,
    상기 파장 분할 다중화된 상향 광신호를 가입자별로 분리하는 제 2 다중화/역다중화기;
    상기 제 2 다중화/역다중화기에서 가입자별로 분리된 상향 광신호를 상기 전기 신호로 변환하는 복수 개의 제 1 포토 다이오드; 및
    상기 제 1 광분기기로부터 전송되는 상기 상향 신호용 광원을 상기 다중화/역다중화 수단에게 전송하고, 상기 다중화/역다중화 수단으로부터 전송되는 상기 파장 분할 다중화된 상향 광신호를 상기 제 2 다중화/역다중화기에게 전송하는 제 1 광서큘레이터를 구비하는 것을 특징으로 하는 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광 가입자망 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 광선로 가입자 장치는,
    상기 다중화/역다중화 수단으로부터 전송되는 상기 채널별로 분리된 상향 신호용 광원을 입력되는 신호 전류에 따라 상기 상향 광신호로 변환하여 상기 다중화/역다중화 수단으로 전송하는 제 1 광증폭기를 구비하는 것을 특징으로 하는 파장 분할 다중화 방식의 수동형 광 가입자망 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101032483B1 (ko) * 2009-04-06 2011-05-03 주식회사 쏠리드시스템스 파장분할 수동형 광네트워크의 광선로 종단장치

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