KR20060085373A - 서브하모닉 임베디드 클럭전송방식을 적용한 광신호스위칭 네트워크 - Google Patents

서브하모닉 임베디드 클럭전송방식을 적용한 광신호스위칭 네트워크 Download PDF

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KR20060085373A
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여영배
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Abstract

본 발명은, 송신기와 수신기를 갖는 광신호 스위칭 네트워크에 관한 것으로서, 송신기는, 대용량의 데이터신호와, 데이터신호와 동일한 주파수의 클럭신호를 발생시키는 데이터 발생기, 데이터 발생기에서 발생된 클럭신호의 주파수를 일정한 비율로 감쇠시키는 클럭감쇠기, 데이터신호와 감쇠된 클럭신호를 합성하여 광신호를 생성하는 신호합성기, 데이터신호를 전송할 레이저를 발생시키는 레이저 발생기, 신호합성기에서 합성된 광신호를 레이저에 결합시켜 모듈레이션하여 광섬유로 제공하는 모듈레이터를 가지며, 수신기는, 송신기에서 생성된 광신호를 입력받아 전기적신호로 변환시키는 광전변환기, 광전변환기에서 변환된 전기적 신호의 파워를 분할하는 파워분할기, 분할된 전기적 신호 중 하나로부터 데이터신호를 추출하는 데이터필터, 분할된 전기적 신호 중 다른 하나로부터 클럭신호를 추출하는 클럭필터, 클럭신호의 주파수를 배가시키는 클럭신호배율기를 갖는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 주파수가 커지고 전송거리가 길어지더라도 색분산과 편광모드 분산의 효과에 의해 클럭신호가 급격히 감소하는 것을 방지할 수 있으므로, 대용량의 데이터를 송신하더라도 정확하게 데이터신호의 값을 판별할 수 있다.
광신호, 서브하모닉, 클럭신호, 감쇠기, 배율기, 색분산, 편광모드 분산

Description

서브하모닉 임베디드 클럭전송방식을 적용한 광신호 스위칭 네트워크{OPTICAL SIGNAL SWITCHING NETWORK USING METHOD OF SUB-HARMONIC EMBEDDED CLOCK TRASMISSION}
도 1은 종래의 광신호 스위칭 네트워크의 개략적 구성도,
도 2는 도 1의 모듈레이터에서 모듈레이션된 광신호의 상태를 보인 그래프,
도 3은 광신호 스위칭 네트워크에서의 색분산에 대한 모의실험 결과를 나타낸 그래프,
도 4는 광신호 스위칭 네트워크에서의 편광모드 분산에 대한 모의실험 결과를 나타낸 그래프,
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 광신호 스위칭 네트워크의 구성도,
도 6은 도 5의 모듈레이터에서 모듈레이션된 광신호의 상태를 보인 그래프,
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 광신호 스위칭 네트워크의 구성도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
110 : 송신기 120 : 데이터 발생기
125 : 클럭발생기 130 : 클럭감쇠기
131 : 반감기 135 : 신호합성기
140 : 레이저 발생기 145 : 모듈레이터
150 ; 수신기 155 : 광전변환기
160 : 파워분할기 165 : 데이터필터
170 : 클럭필터 175 : 클럭신호배율기
176 : 이배기 180 : 데이터증폭기
190 : 데이터검출기
본 발명은 광신호 스위칭 네트워크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 데이터신호내에 2배수의 역수로 감소된 주파수를 갖는 클럭신호를 포함시켜 전송함으로써, 대용량의 데이터를 전송할 때 클럭신호의 파워가 감쇠되는 것을 방지할 수 있도록 하는 광신호 스위칭 네트워크에 관한 것이다.
광통신은 레이저에 데이터를 실어 광섬유를 통해 전송하는 통신방식으로서, 최근 하나의 광섬유에 파장이 상이한 복수의 데이터를 전송할 수 있는 WDM(wavelength division multiplexing : 파장분할 다중화)전송 기술이 발달됨에 따라 전송용량이 증가함으로써, 폭발적인 수요의 증가에 따른 전송트래픽에 대처할 수 있게 되었다.
이러한 WDM 기반의 광패킷 스위칭 기술은 광대역성, 병렬성 등으로 인하여 테라비트급 이상의 용량 확장이 가능하며, 수십 테라비트급 이상의 광패킷 라우팅 망의 구축이 용이하다. 광패킷 라우팅 방식에는, 고정 길이의 패킷 단위로 스위칭 하는 광패킷 스위칭 방식(optical packet switching)과, 가변 길이의 버스트 단위로 스위칭하는 광버스트 스위칭 방식(optical burst switching)이 있다.
광패킷 스위칭 방식과 광버스트 스위칭 방식에 의해 광신호가 광섬유를 통해 전달되는 과정을 살펴보면 다음과 같다. 송신기에서는 레이저광에 데이터신호가 실려 광신호가 생성되어 광섬유를 따라 전송되고, 광섬유 상에는 다수의 노드가 형성되어 광신호에 대해 다양한 광경로를 형성한다. 노드를 따라 광경로를 이동한 광신호는 수신기에 도달하고, 수신기에서는 광신호를 전자신호로 변환한 다음, 전자신호로 변환된 데이터신호의 값을 판별한다.
이 때, 데이터신호의 값을 정확하게 판별하기 위해서는 데이터신호를 나타내는 구형파의 중간값을 갖는 위치에서 데이터신호의 값을 검출해야 하며, 이렇게 데이터신호를 어느 시간 또는 어느 지점에서 추출하여 판별할 것인지를 결정해야 한다. 이를 위해, 구형파인 데이터신호로부터 정현파인 클럭신호를 추출하고, 클럭신호에 기초하여 데이터신호의 값을 추출할 지점을 결정함으로써, 정확한 데이터신호의 값을 판별할 수 있다.
그런데, 종래의 1:1 통신에서는 광신호가 지속적으로 공급되므로, 초기에 클럭신호가 생성되면 지속적으로 데이터신호의 값을 추출할 수 있었다. 그러나, WDM 광 패킷 전송 방식을 사용할 경우, 다수의 송신기로부터 생성된 광신호가 다수의 수신기로 전달되는 다수 대 다수 통신을 수행하고, 수신기에 지속적으로 광신호가 공급되는 것이 아니라 해당 수신기로 제공되는 광 패킷 데이터가 있는 경우에만 광신호가 공급된다. 따라서, 수신기에 광신호가 지속적으로 수신되지 아니함에 따 라, 광신호가 갑자기 수신되면, 데이터신호로부터 클럭신호를 추출해낼 때까지 상당한 지연시간이 발생함으로써, 데이터신호를 판별할 수 없다는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해소하기 위해, 데이터신호의 초기영역에 무의미한 idle신호를 합성하여 전송함으로써, 데이터신호로부터 클럭신호를 생성할 때까지 데이터신호를 판별하는 것을 지연시키는 방법을 사용하였다. 그러나, 이러한 방법은 idle신호 기간이 너무 길어 데이터신호를 판별하기 까지 시간이 오래 걸린다는 단점이 있다.
이에, 송신기 측에서 데이터신호에 클럭신호를 합성하여 전송하는 임베디드(embedded) 클럭방식이 등장하였다. 임베디드 클럭방식을 채용하는 송수신 과정을 도 1을 참조하여 개략적으로 설명하면 다음과 같다. 송신기 측에서 동일한 용량을 갖는 데이터신호와 클럭신호를 합성한 다음, 레이저광을 발생시키는 레이저 발생기(10)에 제공하면, 데이터신호와 클럭신호를 갖는 광신호가 형성된다. 광신호는 모듈레이터(15)에서 모듈레이션되며, 임베디드 클럭방식에서는 데이터신호와 동일한 주파수를 갖는 클럭신호를 포함시켜 모듈레이션함으로써, 도 2에 도시된 바와 같이, 데이터신호는 일정한 주파수 대역폭인 2B를 갖게 되고, 데이터신호의 전방과 후방에는 데이터신호와 동일한 주파수를 갖는 클럭신호가 형성된다. 따라서, 클럭신호는 하나의 주파수를 갖는 반면, 데이터신호는 소정 범위내에서 스펙트럼 형태로 주파수가 분포되어 있다.
이렇게 모듈레이션된 광신호는 광섬유를 따라 이동하여 수신기로 제공되고, 수신기의 광전변환기(20)에서는 광신호를 전기적신호로 변환한다. 변환된 전기적 신호는 증폭기(25)에서 증폭된 다음, 데이터필터(30)와 클럭필터(35)로 제공되어 데이터필터(30)에서는 데이터신호를 추출하고 클럭필터(35)에서는 클럭신호를 추출한다. 추출된 클럭신호는 클럭리커버리(40)에서 원래의 신호로 복원된다. 복원된 클럭신호와, 데이터신호는 데이터검출기(45)로 입력되고, 데이터검출기(45)에서는 클럭신호에 따라 데이터신호의 값을 판별한다.
한편, 일반적으로 하나의 광신호내에서도 파장이 짧은 색은 전송속도가 빠르고, 파장이 긴 색은 전송속도가 느리다. 따라서, 클럭신호의 진행시 파장이 짧은 정현파의 전방영역은 속도가 빠른 반면, 파장이 긴 정현파의 후방영역은 속도가 느리기 때문에 클럭신호가 퍼지게 되는 색분산이 발생한다. 이렇게 클럭신호가 퍼지는 속도는 데이터신호의 용량이 클수록 주파수가 높을수록 빨라진다.
도 3은 이러한 색분산 효과를 실험결과를 통해 보여주고 있다. 도시된 바와 같이, 클럭신호의 주파수가 1GHz인 경우에는 광섬유의 길이가 길어져도 클럭신호의 파워가 거의 변하지 아니하였으나, 클럭신호의 주파수가 4GHz인 경우에는 광섬유의 길이가 4km에 이르자 클럭신호 파워의 50%정도가 감소되었음을 알 수 있다. 이러한 감소정도는 클럭신호의 주파수가 6GHz에 이르면 급격히 감소하여 광섬유의 길이가 20km만 되어도 클럭신호의 파워가 60%이상 감소되었다. 즉, 데이터신호의 주파수가 커짐에 따라, 광섬유의 길이에 비례하여 클럭신호의 파워가 급격히 감소함을 알 수 있다.
한편, 전자기파인 레이저광은 편광되어 있으며, 레이저광의 편광방향에 따라 광섬유내에서의 전송속도가 상이하다. 이는 광섬유의 제작시 발생한 스트레스로 인해 광섬유의 코어가 원형이 아니라 약간 타원형으로 힘을 받기 때문이며, 힘을 받는 쪽 방향으로 편광된 광 성분은 힘을 받지 않는 쪽 방향으로 편광된 광성분에 비해 전송속도가 느리다. 따라서, 광신호가 광 성분의 편광방향에 따라 전송속도가 달라짐에 따라, 광신호가 분산되며, 이를 편광모드 분산이라 한다. 이러한 편광모드 분산은 색분산과 마찬가지로 데이터신호의 주파수가 클수록, 광섬유의 길이가 길어질수록 커지게 된다.
도 4는 이러한 편광모드 분산에 대한 실험결과를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 같은 용량을 갖는 클럭신호일지라도, PMD(편광모드분산)값이 커질수록 클럭신호의 파워가 점차 작아짐을 알 수 있고, PMD값은 광섬유의 길이가 길어질수록 커지므로, 광섬유의 길이가 길어질수록 클럭신호의 파워가 작아진다고 할 수 있다. 클럭신호의 주파수가 10GHz인 경우를 예로 들면, PMD값이 10ps인 경우에는 클럭신호의 용량이 거의 변하지 아니하였으나, 20ps인 경우에는 클럭신호의 파워가 70% 정도로 감소되고, 30ps인 경우에는 40%로 감소되므로 클럭신호의 파워가 너무 작아져 검출이 어려워진다.
한편, 이러한 현상은 수신기에서 데이터신호를 검출할 경우에만 발생하는 것이 아니라, 광경로상에 배치된 노드에서도 발생할 수 있다. 노드에는 광경로를 설정하기 위한 광스위치가 장착되어 있으며, 광스위치내에는 입력된 복수의 광신호를 동기화시키는 비트동기화기가 마련되어 있다. 비트동기화기에서는 위상차가 존재하는 복수의 광신호를 동기화시키는데, 이 때에도 클럭신호에 따라 광신호를 동기화시키게 된다. 따라서, 상술한 바와 같이, 클럭신호가 소진되면 노드에서도 복수 의 광신호를 동기화시키는 작업을 할 수 없다는 문제점이 있다.
이와 같이, 최근 전송되는 데이터의 용량이 급격히 증가함에 따라, 데이터신호와 클럭신호의 주파수가 급격히 커지고 있으며, 상술한 바와 같이, 데이터신호의 주파수가 증가하면 할수록, 광섬유의 길이가 길어지면 질수록 색분산과 편광모드분산의 효과가 급격히 커지게 되므로, 종국에는 클럭신호가 소진되어 버리는 결과가 나타난다. 따라서, 클럭신호에 동기화하여 데이터신호의 값을 판별하기가 어려워진다. 이에 따라, 데이터신호의 주파수가 크고, 전달거리가 길더라도 전송 도중에 클럭신호가 소진되지 아니하도록 하는 방법을 모색하여야 할 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은, 대용량의 광신호에 포함된 클럭신호의 파워가 일정 이상으로 작아지는 것을 방지함으로써, 클럭신호의 소진으로 인해 데이터신호의 값을 판별하지 못하게 되는 것을 방지할 수 있도록 하는 광신호 스위칭 네트워크를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 대용량의 데이터신호와, 상기 데이터신호와 동일한 주파수의 클럭신호를 발생시키는 데이터 발생기; 상기 데이터 발생기에서 발생된 클럭신호의 주파수를 일정한 비율로 감쇠시키는 클럭감쇠기; 상기 데이터신호와 상기 감쇠된 클럭신호를 합성하여 광신호를 생성하는 신호합성기; 상기 데이터신호를 전송할 레이저를 발생시키는 레이저 발생기, 및; 상기 신호합성기에서 합성된 광신호를 상기 레이저에 결합시켜 모듈레이션하여 광섬유로 제공하는 모듈레이터를 갖는 송신기를 포함한다.
상기 클럭감쇠기는 상기 클럭신호의 주파수를 2배수의 역수로 감쇠시키는 적어도 하나의 반감기를 갖는 것이 바람직하다.
상기 반감기의 갯수는, 상기 데이터신호의 주파수가 클수록 증가되어 상기 클럭신호 주파수의 감쇠율을 2배수로 증가시킬 수 있다.
상기 반감기의 갯수는, 상기 광신호가 이동하는 거리가 길수록 증가되어 상기 클럭신호 주파수의 감쇠율을 2배수로 증가시킬 수 있다.
상기 송신기에서 생성된 광신호를 입력받아 전기적신호로 변환시키는 광전변환기; 상기 광전변환기에서 변환된 전기적 신호의 파워를 분할하는 파워분할기; 상기 분할된 전기적 신호 중 하나로부터 데이터신호를 추출하는 데이터필터; 상기 분할된 전기적 신호 중 다른 하나로부터 클럭신호를 추출하는 클럭필터; 상기 클럭신호의 주파수를 배가시키는 클럭신호배율기를 갖는 수신기를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 송신기에서 생성된 광신호를 입력받아 전기적신호로 변환시키는 광전변환기; 상기 전기적 신호로부터 클럭신호를 추출하는 클럭필터; 상기 클럭신호의 주파수를 배가시키는 클럭신호배율기: 복수의 광채널로부터 입력된 복수의 클럭신호의 위상차를 판별하는 위상차판별기; 상기 각 클럭신호를 선택적으로 위상 지연시켜 상기 각 클럭신호의 위상을 동기화하는 위상지연기를 갖는 비트동기화기를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 클럭신호배율기는 상기 클럭신호의 주파수를 2배로 증가시키는 적어도 하나의 이배기를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 이배기의 갯수는 상기 클럭감쇠기에서 감쇠된 클럭신호 주파수의 감쇠율에 비례하여 증가할 수 있다.
상기 클럭신호배율기의 이배기는, 상기 반감기의 수와 동등하게 마련되는 것이 바람직하다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
본 광신호 스위칭 네트워크는, 광패킷 스위칭 방식 또는 광버스트 스위칭 방식을 적용하여 광신호를 전송하며, 광신호의 전송시, 클럭신호를 데이터신호에 결합시켜 전송하는 임베디드 클럭방식을 사용한다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 광신호 스위칭 네트워크의 구성도이다. 본 광신호 스위칭 네트워크는, 광신호를 생성하는 적어도 하나의 송신기(110)와, 광섬유를 통해 전송된 광신호를 수신하는 데이터 발생기(120)를 포함하는 WDM 방식의 스위칭 네트워크이다.
본 송신기(110)는, 데이터 발생기(120), 클럭감쇠기(130), 신호합성기(135), 레이저 발생기(140), 모듈레이터(145)를 포함한다.
데이터 발생기(120)는, 데이터신호와 클럭신호를 발생시키며, 수 내지 수십 GHz에 이르는 대용량 주파수의 데이터신호와, 데이터신호와 동일한 주파수를 갖는 클럭신호가 생성된다. 데이터 발생기(120)에는 클럭신호를 발생시키기 위한 클럭 발생기(125)가 장착되어 있으며, 클럭 발생기(125)는 데이터신호와 싱크를 맞추어 클럭신호를 생성한다.
클럭감쇠기(130)는 데이터 발생기(120)에서 발생한 데이터신호와 클럭신호 중 클럭신호만을 취하여 클럭신호의 주파수를 1/2, 즉 서브하모닉(sub-harmonic)방식으로 감쇠하는 적어도 하나의 반감기(131)를 포함한다. 하나의 반감기(131)는 클럭신호를 1/2로 감쇠하므로, 클럭감쇠기(130)를 직렬로 2개 설치하면, 클럭신호의 주파수를 1/4로 감쇠시킬 수 있다. 따라서, 클럭신호의 주파수를 1/8로 감쇠하고자 하면, 반감기(131)를 직렬로 3개 설치하고, 클럭신호의 주파수를 1/16로 감쇠하고자 하면 반감기(131)를 직렬로 4개 설치하면 된다. 즉, 반감기(131)는 클럭신호를 감쇠하고자 하는 비율에 따라 하나 내지 그 이상 설치할 수 있다.
본 광신호 스위칭 네트워크에서는 데이터신호의 주파수와 데이터신호의 이동거리에 따라 클럭신호의 감쇠정도를 결정하며, 데이터신호의 주파수가 클수록, 데이터신호의 이동거리가 길수록 클럭신호의 감쇠정도를 상승시킨다. 예를 들어, 도 3에 도시된 색분산 실험결과 그래프를 보면, 데이터신호와 클럭신호의 주파수가 4GHz이고, 이동거리인 광섬유의 길이가 60km인 경우, 수신기(150)에 도달하였을 때 클럭신호의 파워는 30%도 존재하지 아니한다. 그러나, 반감기(131)를 이용하여 클럭신호의 주파수만을 2GHz로 반감시키면, 광섬유의 길이가 60km에 도달하더라도 클럭신호의 파워가 초기의 클럭신호 파워에 비해 80%이상 존재하게 된다. 따라서, 이 경우에는 송신기(110)에 하나의 반감기(131)만 설치하더라도 클럭신호의 파워를 50% 이상 상승시킬 수 있는 효과가 발생한다.
마찬가지로 도 4에 도시된 편광모드 분산 실험결과 그래프를 보면, 편광모드분산값(PMD)이 40ps이고, 데이터신호와 클럭신호의 주파수가 10GHz인 경우에는 클 럭신호의 파워가 20%에 미치지 못하고 있으나, 반감기(131)를 이용하여 클럭신호의 주파수를 5GHz로 반감시키면, 클럭신호의 파워가 70%에 이르게 된다. 따라서, 반감기(131) 하나를 설치하여 클럭신호의 주파수를 반감시키면, 클럭신호 파워의 50% 정도가 상승하게 된다.
신호합성기(135)는, 클럭감쇠기(130)에서 주파수가 감쇠된 클럭신호와, 데이터 발생기(120)로부터의 데이터신호를 합성한다. 이 때, 클럭 발생기(125)에서 클럭신호를 데이터신호와 동기화시켜 생성하였던 것처럼, 감쇠된 클럭신호와 데이터신호의 싱크를 맞추어 감소된 클럭신호와 데이터신호를 합성한다.
레이저 발생기(140)는, 합성된 데이터신호와 클럭신호를 전송할 레이저를 발생시키며, 레이저 다이오드 등으로 제작될 수 있다. 신호의 전송을 위해 사용되는 레이저는 파장이 1.3㎛ 또는 1.55㎛ 이고, 주파수는 193.1THz이다.
모듈레이터(145)는 레이저 발생기(140)에서 발생된 레이저와, 감쇠된 클럭신호가 포함된 데이터신호를 합성하여 모듈레이션하며, 모듈레이션 결과, 도 5에 도시된 바와 같은 파형을 형성한다. 모듈레이션된 데이터신호는 소정의 주파수 대역, 즉, f±B내에서 분포된 정현파를 형성하며, 데이터신호의 중앙영역에는 레이저 데이터 신호가 형성된다. 그리고, 모듈레이션된 클럭신호는 데이터신호의 주파수 대역내에 형성되며, 클럭감쇠기(130)에서 감쇠된 비율에 따라 그 위치가 결정된다. 클럭신호의 주파수가 1/2로 감쇠된 경우, 클럭신호는 데이터신호의 일측 말단 대역과 레이저신호 사이의 중앙에 배치되며, 클럭신호의 주파수가 1/4로 감쇠된 경우, 클럭신호는 1/2로 감쇠된 클럭신호가 배치되는 위치와 레이저신호 사이의 중앙에 배치된다. 즉, 클럭신호 주파수의 감쇠정도가 클수록 레이저신호에 인접한 영역에 클럭신호가 형성된다.
이러한 송신기(110)에서 생성된 광신호는 광섬유를 따라 전송되어 수신기(150)로 제공된다.
수신기(150)는, 광전변환기(155), 파워분할기(160), 데이터필터(165), 클럭필터(170), 데이터증폭기(180), 클럭신호배율기(175), 데이터검출기(190)를 포함한다.
광전변환기(155)는, 광섬유를 따라 전송된 광신호를 전기적 신호로 변환시키며, 파워분할기(160)는 전기적 신호를 반으로 분할하여 각각 데이터필터(165)와 클럭필터(170)로 분배한다. 전기적 신호를 제공받은 데이터필터(165)에서는 전기적 신호중 데이터신호만을 추출하여 데이터증폭기(180)로 제공하고, 데이터증폭기(180)에서는 데이터신호를 증폭시켜 데이터검출기(190)로 제공한다.
클럭필터(170)에서는 전기적 신호에서 클럭신호만을 추출하고, 추출된 클럭신호를 클럭신호배율기(175)로 제공한다. 이 때, 추출된 클럭신호는 송신기(110)의 클럭감쇠기(130)에서 데이터신호 주파수의 1/2 내지 1/16로 감쇠된 주파수를 갖는다.
클럭신호배율기(175)는, 클럭신호의 주파수를 2배로 증폭시키는 적어도 하나의 이배기(176)로 구성된다. 하나의 이배기(176)는 클럭신호의 주파수를 2배로 증폭시키므로, 이배기(176)를 2개 설치하면, 클럭신호의 주파수를 4배로 증폭시킬 수 있다. 따라서, 송신기(110)의 클럭감쇠기(130)에서 클럭신호의 주파수를 1/2로 감 쇠한 경우에는 수신기(150)에는 하나의 이배기(176)를 설치하여 클럭신호의 주파수를 2배로 증폭시킴으로써, 데이터신호와 동일한 주파수의 클럭신호를 형성한다. 만약, 클럭감쇠기(130)에서 반감기(131)를 2개 설치하여 클럭신호의 주파수를 1/4로 감쇠한 경우에는, 클럭신호배율기(175)에 이배기(176)를 2개 설치하여 클럭신호의 주파수를 4배로 증폭시킨다. 따라서, 클럭감쇠기(130)의 반감기(131)와, 클럭신호배율기(175)의 이배기(176)는 동일한 갯수로 형성되는 것이 바람직하다.
이렇게 데이터증폭기(180)로부터 증폭된 데이터신호와, 클럭신호배율기(175)에서 증폭된 클럭신호는, 데이터검출기(190)에서 동기화되어 클럭신호의 위상에 따라 데이터신호의 값을 판별하게 된다.
이러한 구성에 따른 광신호 스위칭 네트워크에서 송신기(110)와 수신기(150)에서 광신호를 처리하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.
송신기(110)의 데이터 발생기(120)에서 데이터신호와 클럭신호를 발생시키고, 이 중 클럭신호는 클럭감쇠기(130)로 제공되어 적정한 수준으로 주파수가 감쇠된다. 이 때, 클럭신호 주파수는 1/2, 1/4, 1/8, 1/16 등 2배수로 감쇠되며, 감쇠율이 배가될 때마다 클럭감쇠기(130)를 이루는 반감기(131)의 수가 하나씩 증가된다.
한편, 도 3 및 도 4에 따르면, 클럭신호 주파수의 감쇠율이 커질수록 색분산과 편광모드 분산 효과가 감소하나, 클럭신호 주파수 감쇠율이 커질수록 클럭신호는 데이터신호 주파수의 중앙에 접근하게 되므로 데이터신호를 왜곡시킬 염려가 있다. 그리고 클럭감쇠기(130)내의 반감기(131)와, 클럭배율기(175)내의 이배기의 수가 증가하면 송신기(110)와 수신기(150)의 구성이 복잡해지고 부피가 커지게 된다. 따라서, 클럭신호 주파수의 감쇠율은 데이터신호의 왜곡이 적게 발생하는 동시에, 색분산과 편광모드 분산 효과는 적어지는 적정한 수준에서 결정되어야 한다.
이렇게 감쇠된 클럭신호와 데이터신호는 신호합성기(135)에서 합성되어 모듈레이터(145)로 제공되고, 모듈레이터(145)에서 레이저와 결합되어 모듈레이션된다. 모듈레이션된 광신호는 광섬유를 따라 이동하여 수신기(150)에 도달한다.
수신기(150)에 도달한 광신호는 광전변환기(155)에서 전기적 신호로 변환되고, 파워분할기(160)에서 분할되어 각각 데이터필터(165)와 클럭필터(170)로 제공된다. 데이터필터(165)와 클럭필터(170)에서는 각각 데이터신호와 클럭신호를 추출하며, 추출된 데이터신호는 데이터증폭기(180)로 제공되어 증폭되고, 클럭신호는 클럭신호배율기(175)로 제공된다.
클럭신호배율기(175)에서는 감쇠된 클럭신호의 주파수를 배가시켜 송신기(110)에서 감쇠되기 이전상태로 복귀시킨다. 이렇게 복귀된 클럭신호와 데이터신호는 데이터검출기(190)로 제공되고, 데이터검출기(190)에서는 클럭신호와 데이터신호를 동기화한 다음, 클럭신호에 따라 데이터신호의 값을 판별한다.
한편, 도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 광신호 스위칭 네트워크의 구성도이다.
본 광신호 스위칭 네트워크는, 광신호를 발생시키는 송신기(110)와, 송신기(110)로부터 제공된 광신호의 광경로를 설정하여 수신기(150)로 제공하는 노드를 포함한다. 송신기(110)의 구성은 상술한 실시예와 동일하므로 그 설명을 생략하기 로 한다.
노드에는 일반적으로 광신호의 광경로를 설정하기 위한 광스위치와, 복수의 광채널로부터 입력된 광신호의 위상을 맞추기 위한 비트동기화기(200)가 설치되어 있다.
비트동기화기(200)는 광전변환기(210), 클럭필터(220), 클럭신호배율기(230), 위상차판별기(240), 위상지연기(250)를 포함한다.
광전변환기(210)는 광섬유를 따라 전송된 광신호를 전기적 신호로 변환시키며, 클럭필터(220)는 전기적 신호에서 클럭신호만을 추출한다.
클럭신호배율기(230)는, 상술한 수신기(150)에서와 마찬가지로, 클럭신호의 주파수를 2배로 증폭시키는 적어도 하나의 이배기(231)로 구성되며, 클럭감쇠기(130)의 반감기(131)와 동일한 갯수로 형성된다. 따라서, 클럭신호배율기(230)에서는 수신된 클럭신호의 주파수를 데이터신호의 주파수와 동일하게 증폭시킨다.
위상차판별기(240)는, 서로 다른 광채널로 입력된 클럭신호를 비교하여 양 클럭신호 주파수의 위상차가 어느 정도인지 판별한다.
위상지연기(250)에서는 위상차판별기(240)에 의해 양 클럭신호의 주파수간에 위상차가 존재하는 경우, 일측의 클럭신호를 타측의 클럭신호의 위상과 동일해질 때까지 지연시켜 양 클럭신호 주파수의 위상차를 제거한다.
이러한 구성에 의한 광신호 스위칭 네트워크의 송신기(110)와 비트동기화기(200)에서 광신호를 처리하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.
송신기(110)에서는 상술한 실시예에서와 마찬가지로 데이터신호와 클럭신호 를 발생시키고, 클럭신호만을 2배수의 역수로 감쇠시킨 다음 데이터신호와 함께 레이저에 실어 광섬유로 전송한다.
광섬유를 따라 전송되던 광신호는 노드에서 광경로가 설정되며, 노드의 비트동기화기(200)에서는 복수의 광채널로부터 제공된 광신호내의 데이터신호를 동기화시켜 타 노드로 전송한다. 이를 위해, 먼저, 비트동기화기(200)의 광전변환기(210)에서는 복수의 광채널로부터 제공된 각 광신호를 전기적신호로 변환시킨 다음, 각각 클럭신호를 추출한다. 그리고, 추출된 각 클럭신호의 주파수를 송신기(110)에서와는 반대로 2배수로 증폭시켜 송신기(110)에서 감쇠되기 이전상태로 복귀시킨다.
그런 다음, 각 클럭신호를 상호 비교하여 데이터신호의 위상차를 판별하고, 판별된 위상차를 제거하기 위해 일측의 데이터신호의 진행을 잠시 지연시킨 다음, 다른 노드로 제공한다.
이와 같이, 본 광신호 스위칭 네트워크에서는, 송신기에서 클럭감쇠기(130)를 이용하여 클럭신호를 2배수의 역수, 즉 서브하모닉(sub-harmonic)으로 감쇠시킨 다음, 데이터신호에 포함시켜 수신기(150) 또는 노드의 비트동기화기(200)로 전송한다. 그리고, 수신기(150)와 비트동기화기(200)에서는 클럭신호배율기(175,230)를 이용하여 감쇠된 클럭신호를 2배수로 증폭시켜 원래의 상태로 복귀시킨다. 이렇게 클럭신호의 주파수를 감쇠시켜 데이터신호에 포함시킴으로써, 데이터 용량의 증가에 인해 데이터신호의 주파수는 그대로 이지만, 클럭신호의 주파수는 원래 클럭신호 주파수의 1/2, 1/4, 1/8, 1/16로 감소시킬 수 있다. 따라서, 클럭신호의 주파수가 작아지므로, 주파수가 커질수록, 전송거리가 길어질수록 색분산과 편광모드 분산의 효과가 증가하여 클럭신호가 급격히 감소하는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 대용량의 데이터를 송신하더라도 클럭신호에 의해 정확하게 데이터신호의 값을 판별할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 주파수가 커지고 전송거리가 길어지더라도 색분산과 편광모드 분산의 효과에 의해 클럭신호가 급격히 감소하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 대용량의 데이터를 송신하더라도 클럭신호에 동기화하여 정확하게 데이터신호의 값을 판별할 수 있다.
또한, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시형태에 관해 설명하였으나, 이는 예시적인 것으로 받아들여져야 하며, 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 형태에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (21)

  1. 대용량의 데이터신호와, 상기 데이터신호와 동일한 주파수의 클럭신호를 발생시키는 데이터 발생기;
    상기 데이터 발생기에서 발생된 클럭신호의 주파수를 일정한 비율로 감쇠시키는 클럭감쇠기;
    상기 데이터신호와 상기 감쇠된 클럭신호를 합성하여 광신호를 생성하는 신호합성기;
    상기 데이터신호를 전송할 레이저를 발생시키는 레이저 발생기, 및;
    상기 신호합성기에서 합성된 광신호를 상기 레이저에 결합시켜 모듈레이션하여 광섬유로 제공하는 모듈레이터를 갖는 송신기를 포함하는 광신호 스위칭 네트워크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 클럭감쇠기는 상기 클럭신호의 주파수를 2배수의 역수로 감쇠시키는 적어도 하나의 반감기를 갖는 것을 특징으로 하는 광신호 스위칭 네트워크.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 반감기의 갯수는, 상기 데이터신호의 주파수가 클수록 증가되어 상기 클럭신호 주파수의 감쇠율을 2배수로 증가시키는 것을 특징으로 하는 광신호 스위칭 네트워크.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 반감기의 갯수는, 상기 광신호가 이동하는 거리가 길수록 증가되어 상기 클럭신호 주파수의 감쇠율을 2배수로 증가시키는 것을 특징으로 하는 광신호 스위칭 네트워크.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신기에서 생성된 광신호를 입력받아 전기적신호로 변환시키는 광전변환기;
    상기 광전변환기에서 변환된 전기적 신호의 파워를 분할하는 파워분할기;
    상기 분할된 전기적 신호 중 하나로부터 데이터신호를 추출하는 데이터필터;
    상기 분할된 전기적 신호 중 다른 하나로부터 클럭신호를 추출하는 클럭필터;
    상기 클럭신호의 주파수를 배가시키는 클럭신호배율기를 갖는 수신기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 스위칭 네트워크.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신기에서 생성된 광신호를 입력받아 전기적신호로 변환시키는 광전변환기;
    상기 전기적 신호로부터 클럭신호를 추출하는 클럭필터;
    상기 클럭신호의 주파수를 배가시키는 클럭신호배율기:
    복수의 광채널로부터 입력된 복수의 클럭신호의 위상차를 판별하는 위상차판별기;
    상기 각 클럭신호를 선택적으로 위상 지연시켜 상기 각 클럭신호의 위상을 동기화하는 위상지연기를 갖는 비트동기화기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신 호 스위칭 네트워크.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 클럭신호배율기는 상기 클럭신호의 주파수를 2배로 증가시키는 적어도 하나의 이배기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 스위칭 네트워크.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 이배기의 갯수는 상기 클럭감쇠기에서 감쇠된 클럭신호 주파수의 감쇠율에 비례하여 증가하는 것을 특징으로 하는 광신호 스위칭 네트워크.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 클럭신호배율기의 이배기는, 상기 반감기의 수와 동등하게 마련되는 것을 특징으로 하는 광신호 스위칭 네트워크.
  10. 송신기와 수신기를 갖는 광신호 스위칭 네트워크에 있어서,
    상기 송신기는,
    대용량의 데이터신호와, 상기 데이터신호와 동일한 주파수의 클럭신호를 발생시키는 데이터 발생기; 상기 데이터 발생기에서 발생된 클럭신호의 주파수를 일정한 비율로 감쇠시키는 클럭감쇠기; 상기 데이터신호와 상기 감쇠된 클럭신호를 합성하여 광신호를 생성하는 신호합성기; 상기 데이터신호를 전송할 레이저를 발생 시키는 레이저 발생기, 및; 상기 신호합성기에서 합성된 광신호를 상기 레이저에 결합시켜 모듈레이션하여 광섬유로 제공하는 모듈레이터를 가지며;
    상기 수신기는,
    상기 송신기에서 생성된 광신호를 입력받아 전기적신호로 변환시키는 광전변환기; 상기 광전변환기에서 변환된 전기적 신호의 파워를 분할하는 파워분할기; 상기 분할된 전기적 신호 중 하나로부터 데이터신호를 추출하는 데이터필터; 상기 분할된 전기적 신호 중 다른 하나로부터 클럭신호를 추출하는 클럭필터; 상기 클럭신호의 주파수를 배가시키는 클럭신호배율기를 갖는 것을 특징으로 하는 광신호 스위칭 네트워크.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 클럭감쇠기는 상기 클럭신호의 주파수를 2배수의 역수로 감쇠시키는 적어도 하나의 반감기를 갖는 것을 특징으로 하는 광신호 스위칭 네트워크.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 반감기의 갯수는, 상기 데이터신호의 주파수가 클수록 증가되어 상기 클럭신호 주파수의 감쇠율을 2배수로 증가시키는 것을 특징으로 하는 광신호 스위칭 네트워크.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 반감기의 갯수는, 상기 광신호가 이동하는 거리가 길수록 증가되어 상기 클럭신호 주파수의 감쇠율을 2배수로 증가시키는 것을 특징으로 하는 광신호 스위칭 네트워크.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 클럭신호배율기는 상기 클럭신호의 주파수를 2배로 증가시키는 적어도 하나의 이배기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 스위칭 네트워크.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 이배기의 갯수는 상기 클럭감쇠기에서 감쇠된 클럭신호 주파수의 감쇠율에 비례하여 증가하는 것을 특징으로 하는 광신호 스위칭 네트워크.
  16. 송신기와 노드를 포함하는 광신호 스위칭 네트워크에 있어서,
    상기 송신기는,
    대용량의 데이터신호와, 상기 데이터신호와 동일한 주파수의 클럭신호를 발생시키는 데이터 발생기; 상기 데이터 발생기에서 발생된 클럭신호의 주파수를 일정한 비율로 감쇠시키는 클럭감쇠기; 상기 데이터신호와 상기 감쇠된 클럭신호를 합성하여 광신호를 생성하는 신호합성기; 상기 데이터신호를 전송할 레이저를 발생시키는 레이저 발생기, 및; 상기 신호합성기에서 합성된 광신호를 상기 레이저에 결합시켜 모듈레이션하여 광섬유로 제공하는 모듈레이터를 가지며;
    상기 노드는,
    상기 송신기에서 생성된 광신호를 입력받아 전기적신호로 변환시키는 광전변환기; 상기 전기적 신호로부터 클럭신호를 추출하는 클럭필터; 상기 클럭신호의 주파수를 배가시키는 클럭신호배율기: 복수의 광채널로부터 입력된 복수의 클럭신호의 위상차를 판별하는 위상차판별기; 상기 각 클럭신호를 선택적으로 위상 지연시켜 상기 각 클럭신호의 위상을 동기화하는 위상지연기를 갖는 비트동기화기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 스위칭 네트워크.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 클럭감쇠기는 상기 클럭신호의 주파수를 2배수의 역수로 감쇠시키는 적어도 하나의 반감기를 갖는 것을 특징으로 하는 광신호 스위칭 네트워크.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 반감기의 갯수는, 상기 데이터신호의 주파수가 클수록 증가되어 상기 클럭신호 주파수의 감쇠율을 2배수로 증가시키는 것을 특징으로 하는 광신호 스위칭 네트워크.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 반감기의 갯수는, 상기 광신호가 이동하는 거리가 길수록 증가되어 상기 클럭신호 주파수의 감쇠율을 2배수로 증가시키는 것을 특징으로 하는 광신호 스 위칭 네트워크.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 클럭신호배율기는 상기 클럭신호의 주파수를 2배로 증가시키는 적어도 하나의 이배기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 스위칭 네트워크.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 이배기의 갯수는 상기 클럭감쇠기에서 감쇠된 클럭신호 주파수의 감쇠율에 비례하여 증가하는 것을 특징으로 하는 광신호 스위칭 네트워크.
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