KR20070058860A - 광 가입자 확장을 위한 수동형 광 네트워크 시스템 - Google Patents

광 가입자 확장을 위한 수동형 광 네트워크 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 OLT 및 적어도 하나의 ONU로 구성된 수동형 광 네트워크 시스템에 있어서, 상기 OLT로부터 상기 ONU로의 하향 신호를 제 1 경로를 통하여 전송하고 상기 ONU로부터 상기 OLT로의 상향 신호를 제 2 경로를 통하여 전송하는 제 1커플러; 상기 제 1 커플러의 제 1 경로와 제 2 경로의 끝단과 각각 연결되는 일단과 상기 상향 신호와 상기하향 신호를 하나의 경로를 통하여 각각 전송하는 타단으로 구성된 제 2 커플러; 상기 제 1 경로상에 위치하여 상기 하향 신호의 손실을 보상하는 하향 방향 광 증폭기; 및 상기 제 2 경로상에 위치하여 상기 상향 신호의 손실을 보상하는 상향 방향 광 증폭기;를 포함하며, 상향 방향 광증폭기와 하향 방향 광증폭기로 상향 신호와 하향 신호의 지역기지국의 광분배부에서 발생되는 손실을 보상하여 수동형 광 네트워크 시스템의 광 가입자 수를 확장하는 방법을 제공한다.
수동형 광 가입자망, 광 증폭기, WDM 커플러

Description

광 가입자 확장을 위한 수동형 광 네트워크 시스템{Passive optical network system for extension of optical network unit}
도 1은 PON 구조 및 PON의 동작원리를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 광 증폭기를 이용하여 광 가입자 수를 확장하는 방법의 개념을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 상향,하향 신호의 파장이 다른 경우 각각의 광 증폭을 위한 PON 구조를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 상향 신호 버스트 모드 특성을 해결하기 위한 PON 구조를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 펌프광을 이용하여 하향 신호의 증폭을 하는 PON 구조를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 광 증폭기를 OLT의 송신기의 전단에 둠으로써 하향 방향 신호를 증폭하는 PON 구조를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 광 증폭기를 이용하여 광 가입자 수를 확장하는 방법을 보여주는 흐름도이다.
본 발명은 수동형 광 네트워크 (PON: passive optical network) 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광증폭기를 사용하여 PON (Passive Optical Network) 시스템의 광가입자 수를 확장하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
PON 시스템은 서비스 제공자 측에 마련된 하나의 광선로 종단 장치 (Optical Line Terminal: OLT)와 사용자 측에 마련된 다수의 광선로 가입자 장치 (Optical Network Unit: ONU)로 구성된다. PON 시스템에서의 데이터 전송은 OLT와 ONU 사이에서 이루어진다.
OLT는 분배 센터에 위치해 있으며 가입자 망과 메트로 백본망을 연결하는 기능을 제공한다. ONU는 가입자 근처에 위치하여 방송, 음성 및 데이터 서비스를 가입자에게 제공한다. 하향전송 (OLT에서 ONU로)에서 PON은 점 대 다중점 망이고, 상향전송 (ONU에서 OLT 로)에서 다중점 대 점 망 구조를 가진다.
PON은 1개의 OLT와 다수의 ONU가 광분배부 (optical splitter)에 의해 트리 (tree) 구조로 연결되어 있다. 데이터의 하향전송(Downstream)의 경우 OLT의 Tx (transmitter)에서 변조된 광신호 데이터는 전송로를 따라 진행하고, 광분배부에서 광파워가 1:N으로 분배되어 각각의 ONU 에서 수신하게 된다.
하향전송은 점 대 다중점의 구조를 가지므로 브로드캐스팅 (broadcasting)의 특성을 가지며 ONU에서 수신한 동일한 광신호 중 각각의 ONU에 해당하는 신호를 선택하도록 설정되어 있다.
각각의 ONU에는 광신호를 수신할 수 있는 수신기 (receiver)와 광신호를 송 신할 수 있는 송신기 (transmitter)가 존재한다.
반면, 상향전송(Upstream)에서는 각각의 ONU에서 송신된 광신호가 광분배부 를 지난 후 서로 겹칠 수 있으므로 이를 조절하는 것이 필요하다. 이를 위하여 MAC (media access control) 기능을 이용하여, 각각의 ONU가 사용할 시간을 할당하여 각각의 ONU에서 출발한 광신호가 서로 겹치지 않도록 조정하는 기능을 가지고 있다.
따라서 ONU에서 보내어지는 광신호는 특정 시간에서 송신되어지므로 burst mode의 특성을 가지며, 시간적으로 서로 겹치지 않도록 설정된다. OLT에서는 버스트 모드 수신기 (burst mode receiver, BRx)를 이용하여 상향 신호를 수신한다. 각각의 ONU에서 출발한 광신호는 ONU와 광분배부의 거리에 따라 광파워의 크기가 서로 다르며, 따라서 OLT의 BRx는 넓은 입력 파워 동적 영역 (dynamic range)에서 정상 동작 할 수 있도록 설계된다.
이상에서 PON 시스템의 기본적인 동작 원리를 설명하였다. PON에 연결되는 가입자의 수는 연결 가능한 ONU의 개수에 비례하며 따라서 광분배부의 분기 수에 따라 결정된다.
PON에서는 OLT와 ONU 사이의 거리를 20km 까지 보장할 수 있으며 20km 이상의 거리에서는 전송 성능을 확보할 수 없다. 전송 성능에 가장 큰 영향을 주는 것은 전송로에서의 광손실 (optical loss)로서 PON에서는 광섬유 선로의 광손실과 광분배부의 분기 수에 의한 손실이 주요한 원인이 된다.
PON에 연결되는 ONU의 개수를 확장하기 위하여 광분배부의 분기 (splitting) 수를 늘이는 경우 광손실이 커져서 전송 성능을 확보할 수 없게 된다. 예를 들어, 1:32의 광분배부를 사용하는 경우 분배율에 의한 광손실은 15 dB, 그 외의 광손실이 3~5 dB 정도이므로, 광분배부에서 발생하는 손실은 18~20 dB에 이른다. 현재의 PON 기술에서는 최대 1:32의 광분배부를 사용할 수 있는 것으로 알려져 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는,광증폭기를 이용하여 PON 시스템에서 동시에 연결할 수 있는 ONU의 개수를 확장할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 광증폭기를 이용한 수동형 광 네트워크 시스템의 일 실시예는, OLT 및 적어도 하나의 ONU로 구성된 수동형 광 네트워크 시스템에 있어서,상기 OLT로부터 상기 ONU로의 하향 신호를 제 1 경로를 통하여 전송하고 상기 ONU로부터 상기 OLT로의 상향 신호를 제 2 경로를 통하여 전송하는 제 1커플러; 상기 제 1 커플러의 제 1 경로와 제 2 경로의 끝단과 각각 연결되는 일단과 상기 상향 신호와 상기하향 신호를 하나의 경로를 통하여 각각 전송하는 타단으로 구성된 제 2 커플러; 상기 제 1 경로상에 위치하여 상기 하향 신호의 손실을 보상하는 하향 방향 광 증폭기; 및 상기 제 2 경로상에 위치하여 상기 상향 신호의 손실을 보상하는 상향 방향 광 증폭기;를 포함한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 광증폭기를 이용한 수동형 광 네트워크 시스템의 일 실시예는, OLT 및 적어도 하나의 ONU로 구성된 수동형 광 네트워크 시스템에 있어서,상기 ONU에 위치하고 상기 ONU에서 상기 OLT로의 상향 신호의 버스트 모드 특성을 유지하며 증폭하는 상향 방향 광 증폭기 ; 상기 OLT로부터 상기 ONU로의 하향 신호를 제 1 경로를 통하여 전송하고 상기 ONU로부터 상기 OLT로의 상향 신호를 제 2 경로를 통하여 전송하는 제 1커플러; 상기 제 1 커플러의 제 1 경로와 제 2 경로의 끝단과 각각 연결되는 일단과 상기 상향 신호와 상기 하향 신호를 하나의 경로를 통하여 각각 전송하는 타단으로 구성된 제 2 커플러; 및 상기 제 1 경로상에 위치하여 상기 하향 신호의 손실을 보상하는 하향 방향 광 증폭기;를 포함한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 광증폭기를 이용한 수동형 광 네트워크 시스템의 일 실시예는, OLT 및 적어도 하나의 ONU로 구성된 수동형 광 네트워크 시스템에 있어서, 상기 ONU에 위치하고 상기 ONU에서 상기 OLT로의 상향 신호의 버스트 모드 특성을 유지하며 증폭하는 상향 방향 광 증폭기 ;및 상기 OLT에 위치하고 상기 하향 신호를 증폭하는 하향 방향 광 증폭기;를 포함한다.
이하 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다.
도 1은 PON 구조 및 PON의 동작원리를 보여주는 도면이다.
PON은 1개의 OLT (100)와 다수의 ONU (110, 120, 130, 140)가 광분배부 (optical splitter) (150)에 의해 트리 (tree) 구조로 연결되어 있다. 도 1에서 데이터의 하향전송 (160) (Downstream)의 경우 OLT (100)의 Tx (transmitter)에서 변조된 광신호 데이터는 전송로를 따라 진행하고, 광분배부 (150)에서 광파워가 1:N 으로 분배되어 각각의 ONU 에서 수신하게 된다.
하향전송은 점 대 다중점의 구조를 가지므로 브로드캐스팅 (broadcasting)의 특성을 가지며 ONU에서 수신한 동일한 광신호 중 각각의 ONU에 해당하는 신호를 선택하도록 설정되어 있다. 각각의 ONU에는 OLT (100)의 내부 그림과 같이 광신호를 수신할 수 있는 수신기(receiver)와 광신호를 송신할 수 있는 송신기 (transmitter)가 존재한다.
PON 망의 ONU의 개수를 확장하기 위하여 광분배부 (150)의 분기 (splitting) 개수를 늘이는 방법을 사용할 수 있으며, 이 경우 광손실이 커지므로 이를 보상하기 위하여 광증폭기를 이용한다.
도 2는 본 발명에 따른 광 증폭기를 이용하여 광 가입자 수를 확장하는 방법의 개념을 보여주는 도면이다.
PON 구조에서 양방향 광증폭기 (210)는 광분배부(150)와 같이 구내통신실(220) (Main distribution frame, MDF)에 위치한다. 양방향 광증폭기 (210)에서는 상향전송, 하향전송 광신호 모두 일정한 광 이득 (optical gain)을 얻을 수 있다.
광증폭기의 이득에 의해 광분배부 (150)에서의 광 손실이 보상되며 따라서 전송 성능을 확보할 수 있다. 광분배부의 분기 수가 늘어남에 따라 광증폭기의 광 이득은 더 커져야 한다. 광 이득이 커짐에 따라 광분배부의 분기 수는 1000 이상이 가능하며, 따라서 많은 수의 ONU의 연결이 가능하다.
현재의 PON 기술에서는 상향 신호와 하향 신호의 파장이 서로 다르다. 일례로 Ethernet-PON 에서는 상향전송은 1310nm, 하향전송은 1490nm와 1550nm을 이용한 다. 현실적으로 상향신호와 하향 신호의 파장을 증폭할 수 있는 광증폭기는 없으며, 따라서 상향신호와 하향신호에서 서로 다른 광증폭기를 사용해야 할 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 상향,하향 신호의 파장이 다른 경우 각각의 광 증폭을 위한 PON 구조를 보여주는 도면이다.
도 3에서는 상향전송과 하향전송을 서로 다른 광증폭기를 이용하여 광증폭하고 있다. 상향신호와 하향신호의 파장을 분리하기 위한 파장분할 커플러 (WDM coupler)(310,320), 상향신호에 대한 광증폭기(330), 하향신호에 대한 광증폭기(340)로 구성된다. 상,하향 신호의 파장이 다른 경우, 각각에 대한 광증폭이 필요하다.
PON 시스템에서 하향 전송은 점 대 다중점 구조의 broadcasting이므로 도1의 하향 전송 신호(160)와 같이 균일한 광파워의 광신호가 전송되게 된다. 따라서 하향 신호에 대한 광증폭기는 일정한 입력 광파워를 가지므로 제어에 특별한 문제가 없다.
반면, 상향 전송은 다중점 대 점 구조의 방식이므로 각각의 ONU가 시간영역에서 서로 겹치지 않도록 제어되며 따라서 도 1의 상향 전송 신호(170)와 같은 버스트 모드 (burst mode)의 광신호 형태를 가지고 있다. 각각의 버스트는 각각의 ONU에서 출발하여 겪은 광손실에 따라 광파워가 다르다.
이러한 형태의 버스트 광신호가 광증폭기의 입력으로 들어갔을 때, 입력과 동일한 모양의 광증폭기의 출력을 얻을 수 있어야 한다. 그러나, 현실적으로 이러한 광증폭기는 존재하지 않는다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여 도 4에서와 같 이 PON의 구조를 구성할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 상향 신호 버스트 모드 특성을 해결하기 위한 PON 구조를 보여주는 도면이다.
하향 전송에 대해서는 구내 통신실(470)내의 광증폭기(440)에서 광증폭이 이루어지도록 하였다. 파장분할 커플러 (WDM coupler)(450, 460)는 상향신호와 하향신호의 파장을 분리한다. 상향 신호에 대한 광증폭은 ONU내에서 이루어지도록 하였다.
ONU1(410)내에 Rx (receiver)와 BTx (burst mode transmitter)가 있으며, BTx의 출력은 광증폭기 (420)에 의해 증폭되어 출력된다. ONU에서 증폭된 상향 방향 신호와 하향 방향 신호를 분리하기 위한 파장분할 커플러(430)가 필요하다.
BTx에서 버스트 모드의 출력이 나오지만, 버스트의 광파워가 일정하고 BTx를 구동하는 시간을 ONU에서 감지하고 있으므로 광증폭기 (420)의 제어가 control부 (480)에 의해 쉽게 이루어질 수 있다. 각각의 ONU 내부에는 ONU1과 같은 구조로 이루어져 있도록 해야 한다.
PON 구조에서 MDF (470)에서는 전원공급이 이루어지지 않는다. 전원 공급을 위해서는 추가비용이 필요하기 때문이다.
도 5는 본 발명에 따른 펌프광을 이용하여 하향 신호의 증폭을 하는 PON구조를 보여주는 도면이다.
도 5에서는 도 4와 같은 구조의 PON에서 MDF (550) 내의 광증폭기 (520)의 전원공급이 필요하지 않도록 구성한 것이다. 광증폭기에서 광증폭기에서 전원공급 이 필요한 부분은 펌프광 (pump)(510)으로서 이를 OLT에서 하향 전송 신호와 함께 광선로를 통과하여 광증폭기 (520)에 공급되도록 구성하였다.
MDF (550)의 전원공급이 필요없이 OLT에서 공급되는 펌프광(510)에 의해 광증폭기 (520)가 동작할 수 있도록 하였다.
도 6은 본 발명에 따른 광 증폭기를 OLT의 송신기의 전단에 둠으로써 하향 방향 신호를 증폭하는 PON 구조를 보여주는 도면이다.
도 5에서 MDF에 있던 하향 신호 광증폭기(610)를 OLT 내부의 송신기 (Tx) 앞에 두고, 상향 신호의 버스트 모드 특성의 유지를 위하여 상향 신호 광 증폭기는 ONU내부의 송신기(BTx) 앞에 두는 구조이다.
도 7은 본 발명에 따른 광 증폭기를 이용하여 광 가입자 수를 확장하는 방법을 보여주는 흐름도이다.
상향 방향 신호와 하향 방향 신호를 WDM 커플러에서 각각 분리한다(S700).
분리된 상향 방향 신호와 하향 방향 신호를 각각 증폭하여 광 분기기에서 발생되는 손실을 보상함으로써 PON시스템에 접속되는 가입자 수를 확장한다(S710).
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정 되는 것은 아니며, 특허 청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 광증폭기를 이용하여 동시에 많은 수의 가입자를 하나의 PON망에 연결할 수 있게함으로써 서비스 비용을 낮추고 망의 관리 비용 을 줄일 수 있다.
본 발명은 이더넷 PON뿐만 아니라 모든 PON 구조에서 적용 가능하고 가입자에서 OLT로 전송되는 광신호의 버스트 모드 (burst mode)특성과 관계없이 광증폭기가 동작할 수 있다.

Claims (6)

  1. OLT 및 적어도 하나의 ONU로 구성된 수동형 광 네트워크 시스템에 있어서,
    상기 OLT로부터 상기 ONU로의 하향 신호를 제 1 경로를 통하여 전송하고 상기 ONU로부터 상기 OLT로의 상향 신호를 제 2 경로를 통하여 전송하는 제 1커플러;
    상기 제 1 커플러의 제 1 경로와 제 2 경로의 끝단과 각각 연결되는 일단과 상기 상향 신호와 상기하향 신호를 하나의 경로를 통하여 각각 전송하는 타단으로 구성된 제 2 커플러;
    상기 제 1 경로상에 위치하여 상기 하향 신호의 손실을 보상하는 하향 방향 광 증폭기; 및
    상기 제 2 경로상에 위치하여 상기 상향 신호의 손실을 보상하는 상향 방향 광 증폭기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수동형 광 네트워크 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 커플러, 제 2 커플러,상기 상향 방향 광 증폭기 및 상기 하향 방향 광 증폭기는 상기 하향 신호를 역다중화하고 상기 상향 신호를 다중화하는 광분배부를 구비하는 구내 통신실에 위치하는 것을 특징으로 하는 수동형 광 네트워크 시스템.
  3. OLT 및 적어도 하나의 ONU로 구성된 수동형 광 네트워크 시스템에 있어서,
    상기 ONU에 위치하고 상기 ONU에서 상기 OLT로의 상향 신호의 버스트 모드 특성을 유지하며 증폭하는 상향 방향 광 증폭기 ;
    상기 OLT로부터 상기 ONU로의 하향 신호를 제 1 경로를 통하여 전송하고 상기 ONU로부터 상기 OLT로의 상향 신호를 제 2 경로를 통하여 전송하는 제 1커플러;
    상기 제 1 커플러의 제 1 경로와 제 2 경로의 끝단과 각각 연결되는 일단과 상기 상향 신호와 상기 하향 신호를 하나의 경로를 통하여 각각 전송하는 타단으로 구성된 제 2 커플러; 및
    상기 제 1 경로상에 위치하여 상기 하향 신호의 손실을 보상하는 하향 방향 광 증폭기; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 수동형 광 네트워크 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 하향 방향 광 증폭기,상기 제 1 커플러 및 제 2 커플러는 상기 하향 신호를 역다중화하고 상기 상향 신호를 다중화하는 광분배부를 구비하는 구내 통신실에 위치하는 것을 특징으로 하는 수동형 광 네트워크 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 OLT에 위치하고 상기 하향 방향 광 증폭기를 활성화 하는 펌프광;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수동형 광 네트워크 시스템.
  6. OLT 및 적어도 하나의 ONU로 구성된 수동형 광 네트워크 시스템에 있어서,
    상기 ONU에 위치하고 상기 ONU에서 상기 OLT로의 상향 신호의 버스트 모드 특성을 유지하며 증폭하는 상향 방향 광 증폭기 ;및
    상기 OLT에 위치하고 상기 하향 신호를 증폭하는 하향 방향 광 증폭기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수동형 광 네트워크 시스템.
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