KR20070034654A

KR20070034654A - 양방향 단일 광섬유 전송을 위한 필터 조대(粗大) 파장분할 다중화용 광송수신모듈 및 광신호 전송 방법

Info

Publication number: KR20070034654A
Application number: KR1020050089079A
Authority: KR
Inventors: 이병철; 윤수영; 김병준; 남윤호; 박기영
Original assignee: (주)에프알텍
Priority date: 2005-09-26
Filing date: 2005-09-26
Publication date: 2007-03-29

Abstract

필터(filter) 조대(粗大) 파장 분할 다중화(Coarse Wavelength Division Multiplexing: 이하, CWDM이라 함) 파장으로 단일 광케이블을 이용한 양방향 광송수신 모듈에 관한 것으로, 광 송수신 모듈에 사용되는 필터를 CWDM용 다중화 모듈에 사용되는 필터를 사용하여 제작함으로써 동시에 서로 다른 파장으로 송신과 수신을 할 수 있도록 구성하였다. 서로 다른 파장을 사용할 경우 두 개의 광케이블을 이용하거나 coupler 또는 외부에 필터를 두어 전송 하는 방법을 사용하는데 반해 본 발명에서는 필터를 작게 설계하여 광송수신 모듈에 내장하여 기존 광송수신모듈과 같은 크기를 유지하면서 단일 광케이블 전송이 가능하고 서로 다른 파장을 갖는 광원으로 송수신이 가능하다.

광다중화모듈(Optical Transceiver), CWDM(Course Wavelength Division Multiplexing)

Description

양방향 단일 광섬유 전송을 위한 필터 조대(粗大) 파장 분할 다중화용 광송수신모듈 및 광신호 전송 방법{Apparatus and Method for bidirectional transmission of CWDM channels on a single fiber}

[도 1]은 광다중화 모듈의 구성도

[도 2]는 제안된 광다중화 모듈을 이용한 단일 광섬유 전송을 위한 CWDM-PON 망 구성도

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100, 200 : 광 송수신 모듈 케이스

101, 201 : 광 송수신 모듈

205 : 다중화 및 역다중화 모듈(MUX/DeMUX module)

102, 202 : 발광 소자

103, 203 : 수광 소자

104 : 1310/1550 WDM 필터

204 : CWDM용 광학 필터1310nm filter

※ 도면의 주요 부분에 대한 설명

[도 2]에서 광송수신 모듈(200)을 이용하여 CWDM 전송 시템을 구성하였다. 전송되는 광신호는 단일 광섬유를 통해 전송되고 단일 광섬유는 두 개 파장이 서로 짝을 이루어 송신과 수신에 이용된다. [도 2]에 나타낸 각각의 광송수신 모듈(200, 206, 207)은 CWDM용 광 파장을 사용하여 구성한 것으로 서로 다른 파장을 발진하는 16개의 LD(202)를 8개씩 1270nm ~ 1450nm(1370nm, 1390nm 파장 제외), 1470nm ~ 1610nm 두 그룹으로 나누어 앞의 8 채널 (1270 ~ 1450)을 LD 로 사용하면 뒤의 8 채널 (1470 ~ 1610)은 PD에서 수신하는 광 신호로 사용한다. 반대로 뒤의 8채널 (1470 ~ 1610)이 LD로 사용되면 앞의 8채널(1270 ~ 1450)은 PD가 수신하는 광 신호로 사용한다. 이렇게 8개 파장으로 두 그룹으로 나누어 1270-1470, 1290-1490, 1310-1510, 1330-1530. 1350-1550, 1410-1570, 1430-1590, 1450-1610을 서로 짝지어 광 다중화 모듈을 사용하여 단일 광섬유로 서비스 하고자 하는 지역까지 데이터를 전송한다.

장거리로 대량의 데이터를 전송할 수 있다는 이점 때문에 광통신에 대한 요구가 늘어나고 있다. 광통신에서는 디지털 전기 신호를 발광소자를 이용하여 광신호로 바꾸는 전광변환(Electrical-to-Optical Converting)을 수행하여 얻어진 광신호를 광섬유 케이블을 따라 먼 거리로 전송한다. 그리고, 전송된 광신호를 수광소 자가 받 아서 다시 전기신호로 바꾸는 광전변환(Optical-to-Electrical Converting)을 수행하여 디지털 전기 신호를 얻는다. 광통신 시스템에서 광송수신모듈이 이러한 기능을 갖는다.

한 지점에서 다른 지점으로 데이터의 송신과 수신을 동시에 수행하기 위해서는 데이터를 송신하는 광케이블과 데이터를 수신하는 광케이블을 구분하여 별도로 모두 구비하여야 한다. 그러나, 광케이블 자체는 방향성이 없으므로 빛이 A 지점에서 B 지점으로 전달될 수 있다면 반대로 B 지점에서 A 지점으로도 전달될 수 있다. 따라서, 굳이 두 개의 광케이블을 사용하지 않고 하나의 광케이블만 가지고도 양방향으로 동시에 데이터를 전송할 수 있다. 그러나, 이러한 경우에는 하나의 광송수신 모듈 내부의 발광소자에서 발광되는 빛과 수광소자로 수광되는 빛을 분리해 주어야 한다.

도 1은 송신 광신호와 수신 광신호를 분리하는 기능을 구비한 종래의 광송수신 모듈을 도시한 도면이다.

광송수신 모듈(101)은, 본체(100)의 일측에 설치되며 광케이블을 본체(100)에 연결하기 위한 광커넥터, 본체(100) 내에 설치되어 있는 발광소자(102)와 수광소자(103), 및 광학필터(104)를 구비하고 있다. 발광소자(102)로는 통상적으로 발광 다이오드(LED : Light Emitting Diode) 또는 레이저 다이오드(LD : Laser Diode)가 사용되고, 수광소자(103)로는 통상적으로 포토다이오드(Photodiode)가 사용된다. 단일 광선로를 통해 광 신호를 송수신 하는데 있어 주로 사용되는 발광 소자는 1310nm, 1550nm 두 파장을 갖는 LD를 사용하고, 광학필터(104)로는 1310nm와 1550nm를 분리할 수 있는 1310/1550 WDM용 필터를 주로 사용한다.

A 지점과 B 지점간의 양방향 광통신을 수행하기 위해서, A 지점에서는 파장이 λ1(1310nm) 인 광신호를 발생시키는 발광소자(102)를 사용하고, 반대 지점인 B 지점에서 는 파장이 λ2(1550nm) 인 광신호를 발생시키는 발광소자(102)를 사용한다. 이때, A 지점의 광송수신 모듈(101) 내의 광학필터(104)는 파장이 λ1(1310) 인 빛을 투과시키고 파장이 λ2(1550) 인 빛을 차단하여 반사시킨다. 따라서, A 지점의 발광소자(102)가 생성한 파장이 λ1 인 광신호는 광학필터(104)를 투과하여 광케이블에 전달된다. 광케이블을 통해 A 지점의 광송수신 모듈(101)에 수신된 파장이 λ2(1550) 인 광신호는 광학필터(104)에 의해 반사되어 수광소자(103)에 조사된다. 마찬가지로, B 지점에서도 광학필터를 사용하여 발광소자에서 나오는 λ2(1550) 파장의 광신호가 수광소자에 들어가지 않고 광케이블로 들어가도록 하고, 광케이블을 통해 A 지점으로부터 전달된 λ1(1310) 파장의 빛이 수광소자로 들어가게 만들어 준다. 이와 같은 방식으로 하나의 광케이블을 통한 양방향 광송수신이 가능하게된다.

그런데, 상기와 같은 종래의 양방향 광송수신 모듈은 1310nm와 1550nm 두 파장을 사용하여 송수신을 하고, 두 파장은 광학필터(55)를 사용하여 광 신호의 경로를 결정한다. 즉, 발광소자(53)에 의해 생성된 광신호가 광학필터(55)를 통해 광케이블(59)로 전달되고 또한 광케이블(59)을 통해 수신된 광신호가 광학필터(55)에 의해 수광소자(54)로 전달되는 구조이다. 이와 같은 양방향 광송수신 모듈은 1310nm와 1550nm 두 파장에 한정되어 있거나, 단 파장을 사용하여 양방향 송수신 하는 경우가 있는데 이는 송신과 수신이 동시에 이루어지는 것이 아닌 시분할로 이루어지는 단점을 갖는다.

1270nm ~ 1610nm 사이에 20nm 간격으로 중심파장을 사용하는 CWDM 광 신호에 있어1370nm, 1390nm 두 파장을 제외한 16채널의 광 신호를 전송하는데 있어 양방향 전송을 하기 위해서는 16개 채널을 8개씩 두 그룹으로 나누어 서로 다른 파장으로 전송하는 방법과 16채널을 모두 이용하기 위해 같은 파장으로 송수신을 하기 위한 방법으로 나눌 수 있다.

8 파장씩 두 그룹으로 나눌 경우 채널 수는 8채널이 되고 전송 용량도 줄어들게 된다. 이 경우 하나의 광 송수신 모듈은 광 섬유가 송신용 수신용으로 구분된 형태를 갖는다.

반면 16채널을 모두 이용하는 방법으로는 같은 파장을 송신과 수신에 모두 사용하는 방법으로 이는 다중화 모듈을 이용하여 같은 파장으로 송신과 수신을 할 수 있게된다. 하지만 이 방법 역시 광송수신모듈은 송신용 광섬유와 수신용 광섬유를 따로 사용해야 한다. 송신과 수신을 하나의 광섬유를 이용하는 방법으로 광분배기(optical splitter)를 사용하는 방법이 있으나 이는 광신호의 손실을 야기한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 1270nm ~ 1610nm 사이에 20nm 간격으로 중심파장을 사용하는 CWDM용 광 신호에서 서로 다른 파장의 광을 이용하여 단일의 광섬유를 통해 양방향 통신을 수행하기 위한 광송수신 모듈의 구조 및 사용된 필터에 관한 것이다.

CWDM 광 신호 16채널을 이용한 전송 방법에 있어, 전송 손실을 줄이고 16 채널을 이용한 양방향 송수신 모듈을 구성하는 방법이다. 광송수신 모듈 내부에 포함되어 있는 광학필터(55)를 CWDM용 광 다중화 필터에 사용하는 광학 필터를 마이크로 단위로 작게 제작하여 사용하면 서로 다른 CWDM용 두 파장을 단일 광섬유에 전송 할 수 있는 양방향 송수신모듈을 구성 할 수 있다.

본 발명을 효과적으로 적용하기 위해서는 두 파장을 이용한 양방향 전송에 있어 CWDM 용 필터를 이용한 광다중화 모듈이 함께 구현되었을 때 전송 용량과 전송 거리를 증가시킬 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 [도 2]에 광송수신 모듈(200)을 나타낸 바와 같이 단일 광섬유를 통해 광 신호를 송신 및 수신할 수 있도록 CWDM용 DFB-LD(202)와 PD(203)를 구성하고, LD와 PD 사이에 추가되는 광학 필터를 특정 파장은 투과시키고 나머지 다른 파장들은 반사시키는 원리를 갖는 CWDM용 광학필터(204)를 사용하여 구성한다. 사용된 필터는 LD와 PD로 구성된 단일경로의 광송수신모듈(201)을 구성하고 이곳에 장착될 수 있도록 작게 만든 것으로 CWDM용 광다중화 모듈에 사용되는 광학필터와 같은 원리에 의해 동작한다.

사용된 광학필터(204)는 광 선로를 통해 전송된 광 신호는 정해진 특정 파장에 대해서는 투과하고 그외 다른 파장의 광 신호는 반사하는 성질을 갖는다. 광 신호가 반대 방향으로 진행 할 경우 즉 LD에서 발광 되는 광 신호는 광학 필터를 통과하고 다른 경로에 의해 들어온 광 신호는 반사하여 LD에서 나온 광 신호화 다중화 되어 전송되는 특성을 갖는다.

이와 같은 CWDM용 다중화 및 역다중화 모듈에 사용되는 광학필터의 원리를 이용하여 광송수신 모듈에 사용 가능한 크기로 작게 제작하여 삽입하면 광 선로를 통해 입사된 광 신호는 LD(202)에서 사용되는 광 신호와 다른 파장의 광 신호가 사용되므로 광학필터(204)에 의해 반사되어 PD(203)로 입사되고, LD(202)에서 발광한 광 신호는 광학필터(204)를 통과하여 광 선로를 통해 전송된다.

[도 2]에 나타낸 각각의 광송수신 모듈은 CWDM용 광 파장을 사용하여 전송을 구성한 것이다. CWDM용 파장 내에서 서로 다른 파장을 발진하는 16개의 LD(202)를 8개씩 1270nm ~ 1450nm(1370nm, 1390nm 파장 제외), 1470nm ~ 1610nm 두 그룹으로 나누어 앞의 8 채널 (1270 ~ 1450)을 LD 로 사용하면 뒤의 8 채널 (1470 ~ 1610)은 PD에서 수신하는 광 신호로 사용한다. 반대로 뒤의 8채널 (1470 ~ 1610)이 LD로 사용되면 앞의 8채널(1270 ~ 1450)은 PD가 수신하는 광 신호로 사용한다. 이렇게 8개 파장으로 두 그룹으로 나누어 1270-1470, 1290-1490, 1310-1510, 1330-1530. 1350-1550, 1410-1570, 1430-1590, 1450-1610을 서로 짝지어 광 다중화 모듈을 사용하여 단일 광섬유로 서비스 하고자 하는 지역까지 데이터를 전송할 수 있다.

광다중화 모듈(205) 내에는 이렇게 짝지어진 광 신호를 다중화 및 역다중화 시킬 수 있도록 CWDM용 광학 필터와 1310/1550 WDM필터, 광써큘레이터를 사용하여 구성하였다. 16 채널의 광 송수신 모듈에서 발생된 광 신호는 CWDM용 다중화모듈(205)을 통해 다중화 되어 광 선로(208)를 통해 서비스 지역까지 전송된 후 CWDM용 다중화모듈(205)을 통해 역다중화 되어 정해진 경로에 의해 각 채널의 광송수신 모듈로 전송되어 데이터를 전달하게 된다. 반대 과정은 각 채널에서 서로 짝지어진 파장의 LD에서 발생된 광신호가 역 과정에 의해 전달된다.

상기 기술한 방법으로 광송수신 모듈과 광다중화 모듈을 사용하여 시스템을 구성할 경우 국사 측 장비의 각 채널 LD가 광 신호를 발생하여 전달하는 동안 동시에 서비스 지역의 장비에서 전송된 광 신호를 PD에서 수신하여 데이터를 받을 수 있다는 장점을 갖는다 또한 단일 광선로를 통해 광 신호를 전송하는데 있어 기존 광 분배를 기술을 이용한 방법보다 작은 손실을 갖기 때문에 광 신호를 더 먼 지역까지 전송하거나 작은 파워의 LD를 사용하여 비용을 절감 할 수 있다는 장점을 갖는다.

또한 시간당 데이터 전송률을 높일 경우 광 송수신 모듈의 PD가 수신하는 광 신호의 세기가 증가하는데 이때 광 분배 기술을 이용한 방법에 비해 좋은 전송 효율을 갖는다. 시스템을 설치 하는데 있어 광 선로를 단일 광 선로를 사용하기 때문에 기존 송신과 수신용 광 섬유를 분리하여 사용하는 방법에 비해 설치가 용이하다. 그리고, 광송수신 모듈을 구성하는데 있어 기존 광송수신모듈과 동일하며 필터 교체 외의 다른 구성요소의 추가가 없다.

Claims

단일 광섬유를 이용한 양방향 광송수신 모듈에 있어서 CWDM용 파장의 광 신호를 이용하여 발광 신호와 수신 되는 광 신호의 파장을 서로 다르게 하여 단일 광섬유를 통해 전송하기 위해 광송수신 모듈 내에 CWDM용 광다중화 모듈에 사용되는 광다중화 필터를 작게 제작하여 내장하는 구조로 광 송수신 모듈은 1개 커넥터 만이 연결되는 구조
청구 1항에 있어 구성된 광 송수신 모듈을 이용하여 16 채널 CWDM용 전송 시스템을 구성 하는데 있어 [도 2]에 나타낸 바와 같이, 16개 파장의 CWDM 광원을 1270nm ~ 1450nm와 1470nm ~ 1610nm 까지 8 파장씩 두 그룹으로 나누어 각 그룹에서 작은 파장을 갖는 광 신호를 서로 짝을 지어 단일 광섬유로 전송하도록 구성한 구조로 16개 파장을 다중화 및 역 다중화 모듈을 통해 서비스 지역까지 광 신호를 전송 하는 구조
청구 1항에 있어 구성된 광 송수신 모듈을 이용하여 CWDM용 전송 시스템을 구성 하는데 있어 16개 파장의 CWDM 광원을 1270nm ~ 1450nm와 1470nm ~ 1610nm 까지 8 파장씩 두 그룹으로 나누어 각 그룹에서 작은 파장을 갖는 광 신호를 서로 짝을 지어 단일 광섬유로 전송하도록 구성한 구조로 국사 측 장비에서 16개 파장을 다중화하 여 서비스 지역까지 전송한 후 각각에 해당하는 광 신호를 CWDM용 광다중화 필터 각각을 장비에 삽입하여 Add / Drop 방법을 이용하여 서비스하는 구조
청구 1항에 의해 광송수신 모듈을 구성하는 방법에 있어 1×9 형태의 광 Transceiver, GBIC(Gigabit Interface Converters) 형태, SFP(Small Form-factor Pluggable), SFF(Small Form-factor)의 형태로 광송수신 모듈을 구성하여 서로 다른 파장을 갖는 두 광신호를 단일 광선로를 통해 광 신호를 전달하는 구조