KR20080060709A - 펄스 부호화 가변 ｏｔｄｒ을 이용한 ｗｄｍ-ｐｏｎ의 광선로 감시 장치 및 그 감시 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 WDM-PON의 광선로 감시 장치 및 그 광선로 감시 방법을 개시한다.
본 발명의 WDM-PON의 광선로 감시 장치는 각 채널의 상태를 감시하여 장애 채널을 감지하고 그 채널 정보를 출력하는 채널 감지부; 상기 채널 감지부로부터의 채널 정보에 따라 CW 감시광을 부호화하여 부호화된 감시광 펄스를 생성하여 출력하고, 하향 전송된 후 되돌아 오는 상기 부호화된 감시광을 복호화 및 신호 분석하여 상기 장애 채널에 대한 상태를 분석하는 파장 가변 OTDR; 및 상기 파장 가변 OTDR로부터의 상기 부호화된 감시광 펄스를 하향 전송시키고, 하향 전송된 후 되돌아 오는 상기 부호화된 감시광 펄스를 상기 가변 OTDR로 전송하는 WDM 커플러를 구비하여, 단일 감시광 펄스가 아닌 부호화된 감시광 펄스를 이용함으로써 망의 안정적이며 신뢰성 있는 통신을 유지하며 경제적이고 효율적으로 망의 장애를 감시할 수 있게 해준다.

Description

펄스 부호화 가변 ＯＴＤＲ을 이용한 ＷＤＭ-ＰＯＮ의 광 선로 감시 장치 및 그 감시 방법{In-line monitoring system and method for WDM-PON using probe-pulse coding tunable OTDR}
도 1은 종래의 일반적인 WDM-PON의 구성을 간략하게 나타낸 구성도.
도 2는 펄스 부호화 기법을 적용하지 않은 종래의 파장 가변 OTDR을 이용한 광 선로 감시 장치에 의하여 측정된 감시광 신호 파형들을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 펄스 부호화 파장 가변 OTDR을 이용한 광 선로 감시 장치가 적용된 수동형 광 가입자 망의 구성을 나타내는 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 펄스 부호화 파장 가변 OTDR을 이용한 광 선로 감시 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 5는 본 발명에 따른 파장 가변 OTDR의 다양한 펄스 부호화 기법에 따른 부호화 이득의 이론값을 나타낸 그래프.
도 6a는 종래 OTDR에 의한 감시광 펄스와 그 감시광 펄스가 광선로에서 반사되어 되돌아 오는 감시광 신호 파형을 보여주는 예시도.
도 6b는 본 발명에 따른 Simplex 부호를 이용한 부호화된 감시광 펄스와 그 감시광 펄스가 반사되어 되돌아 오는 감시광 신호 파형을 보여주는 예시도.
도 7은 본 발명에 따른 파장 가변 OTDR의 펄스 부호화 기법을 적용한 광 선 로 감시 장치에 의하여 측정된 실제 감시광 신호 파형들을 나타내는 도면.
도 8은 본 발명에 따른 파장 가변 OTDR의 펄스 부호화 기법을 적용한 경우와 펄스 부호화 기법을 적용하지 않은 종래의 파장 가변 OTDR을 이용한 경우에서의 상향과 하향 광신호들의 전송품질을 측정한 그래프.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 채널 감시부 200 : 파장 가변 OTDR
210 : 파장 가변 레이저 220 : 반도체 광증폭기
230 : 펄스 부호부 240 : 광 서큘레이터
250 : 광 검출부 260 : A/D 변환부
270 : 펄스 복호부 280 : 제어부
300 : WDM 커플러
본 발명은 펄스 부호화 파장 가변 OTDR(Optical Time Domain Reflectometry)을 이용한 파장분할방식 수동형 광 가입자망(Wavelength Division Multiplexed Passive Optical Network, 이하 WDM-PON이라 함)의 광 선로 감시 장치 및 그 감시 방법에 관한 것이다.
최근 급격하게 증가하는 인터넷 데이터 트래픽 양을 수용하기 위해 기존의 가입자 망을 FTTH(Fiber to the home) 방식으로 전환하는 시도가 활발하게 일어나 고 있다. 그 중에서 WDM-PON 방식의 FTTH는 경제적이면서도 광섬유의 전송 대역을 충분히 활용할 수 있고 가입자 별로 보장된 대역폭을 안정적으로 제공해 줄 수 있을 뿐만 아니라, 가입자 간의 보안 문제가 원천적으로 존재하지 않는다는 장점 때문에 큰 주목을 받고 있다.
그런데, 이러한 WDM-PON을 통해 고속의 대역폭과 고품질의 서비스를 제공할수록 이를 뒷받침하는 유지보수 기능의 강화가 필요하게 된다. 광 링크의 관점에서 볼 때, 망의 가용성과 생존성을 극대화하기 위한 유지 보수 기능은 광 모듈의 장애 검출 기능과 더불어 광 선로의 손실/반사 특성에 대한 측정이나 광 선로의 절단에 대한 신속한 판단을 필요로 한다.
도 1은 종래의 일반적인 WDM-PON의 구성을 간략하게 나타낸 구성도이다.
종래의 일반적인 WDM-PON은 크게 국사에 위치한 OLT(Optical Line Termination), 원격 노드(RN), 다수의 가입자 장치(ONU1 ∼ ONUn)들로 이루어진다. OLT는 하향 송신단(TXdn), 상향 수신단(RXup), 그리고 상/하향 신호를 구분하여 주는 WDM 커플러(1)로 구성된 송수신기 모듈들(TRX1 ∼ TRXn) 및 파장 분할 다중화/역다중화 기능을 하는 도파로형 회절 격자(2)(Arrayed Waveguide Grating, 이하 AWG라 함)를 구비한다. 그리고 원격 노드(RN)에는 다중화/역다중화 기능을 하는 AWG(3)가 설치되어 있으며, 가입자 장치(ONU1 ∼ ONUn)는 각각 상향 송신단(TXup), 하향 수신단(RXdn), 그리고 상/하향 신호를 구분하여 주는 WDM 커플러(4)로 구성된 송수신 기 모듈들(TRX1 ∼ TRXn)로 이루어져 있다.
OLT의 각 송수신기 모듈(TRX1 ∼ TRXn)의 하향 송신기(TXdn)로부터 나오는 변조된 각 파장의 광 신호들은 WDM 커플러(1)를 거쳐 AWG(2)를 통해 다중화된 후 광 선로를 통해 원격 노드(RN)로 전해지고, 원격 노드(RN)의 AWG(3)에 의해 역다중화되어 원격 노드(RN)와 가입자 장치(ONU1 ∼ ONUn) 사이의 광 선로를 지나 WDM 커플러(4)를 통과한 후 하향 수신기(RXdn)에 의해 수신되어 통신을 수행한다. 역으로, 가입자 장치(ONU1 ∼ ONUn)에 설치된 상향 송신기(TXup)로부터의 변조된 각 파장의 광 신호들도 마찬가지로 WDM 커플러(4)를 거쳐 광 선로를 지나 원격 노드(RN)의 AWG(3)에 의해 다중화되고 이 다중화된 신호는 OLT과 원격 노드(RN) 사이에 있는 광 선로를 지나 OLT에 있는 AWG(2)에 의해 역 다중화되어 WDM 커플러(1)를 거쳐 상향 수신기(RXup)에서 수신된다.
도 1은 WDM-PON의 대표 실시예를 도시한 것이며, WDM-PON의 구성 방식에 따라 OLT 측에 광대역광원 (Broadband Light Source) 이나 레이저 어레이 (laser array) 등으로 이루어진 보조광원을 설치하고, OLT의 출력부와 AWG 사이에 보조광원을 결합시키는 결합부가 추가되는 것도 가능한 것은 당연하다.
이러한 WDM-PON에서 망의 신뢰성을 유지하고 시스템의 효율을 극대화하기 위해서 서비스 과정 중에서 모니터링(in-line monitoring)이 가능한 감시 시스템이 필수적이다.
이러한 감시 시스템에서 널리 사용되는 방법 중 하나가 OTDR의 감시광을 이용하는 것이다. 양방향 통신 중인 광 선로의 AWG 밴드 순환 특성을 잘 활용하여 통신 파장과 다른 대역에서 파장 가변 기능을 갖는 OTDR을 이용하면 통신 트래픽에 별 영향 없이 여러 가입자의 광 선로를 감시 및 검침할 수 있다.
하지만, 광 선로의 길이가 길거나 OLT로부터 각 가입자 장치 간의 손실이 큰 경우 채널 간 구분은 물론 원격 노드(RN)에 있는 AWG(3) 후단에서 감시광과 잡음을 구별할 수 없게 된다. 이 경우, OTDR 감시광 펄스의 피크 파워를 키우면 신호대 잡음비가 증가하여 광 선로 장애 위치 검출 장치의 성능을 평가하는 측정 가능한 광 선로의 최대 손실 값인 다이나믹 레인지(dynamic range)가 커지게 된다.
도 2는 펄스 부호화 기법을 적용하지 않은 종래의 파장 가변 OTDR을 이용한 광 선로 감시 장치에 의하여 측정된 감시광 신호 파형들을 나타낸다.
이때, 감시광으로는 펄스폭이 100 ns이고 OLT와 원격 노드(RN)를 연결하는 광선로 앞단에서 피크 파워가 10 mW인 펄스를 사용하였으며 3100번 측정하여 평균하였다. 채널 비교를 위하여 25번 채널은 10 km의 광 선로를 설치하여 감시광의 파장을 1476.44 nm로 하였으며, 4번 채널은 1 km의 광 선로를 설치하여 감시광의 파장을 1460.5 nm로 측정하였다. 도 2에서 볼 수 있듯이 종래의 파장 가변 OTDR의 경우 25번 채널과 4번 채널간의 구분이 다소 어렵고 특히 25번 채널의 경우 감시광과 잡음을 거의 구별할 수 없다. 이 경우, OTDR 감시광 펄스의 피크 파워를 키우면 신호 대 잡음비가 증가하여 광 선로 감시 장치의 성능을 평가하는 측정 가능한 광 선로의 최대 손실 값인 다이나믹 레인지(dynamic range)가 커지게 된다.
그러나, OTDR 감시광 펄스의 피크 파워를 키우면 경제적 손실은 물론 그 피크 파워가 특정 레벨 이상이 되면 라만 공핍/이득과 같은 비선형 현상을 일으켜 통신 데이터 품질을 저하 시킨다는 단점이 있다.
따라서, 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 망의 안정적이며 신뢰성 있는 통신을 유지하며 경제적이고 효율적인 광 선로 감시 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 WDM-PON의 광선로 감시 장치는 각 채널의 상태를 감시하여 장애 채널을 감지하고 그 채널 정보를 출력하는 채널 감지부; 상기 채널 감지부로부터의 채널 정보에 따라 CW 감시광을 부호화하여 부호화된 감시광 펄스를 생성하여 출력하고, 하향 전송된 후 되돌아 오는 상기 부호화된 감시광을 복호화 및 신호 분석하여 상기 장애 채널에 대한 상태를 분석하는 파장 가변 OTDR; 및 상기 파장 가변 OTDR로부터의 상기 부호화된 감시광 펄스를 하향 전송시키고, 하향 전송된 후 되돌아 오는 상기 부호화된 감시광 펄스를 상기 가변 OTDR로 전송하는 WDM 커플러를 구비한다.
본 발명의 WDM-PON의 광선로 감시 방법은 채널의 수신 상태를 감시하여 장애 채널을 감지하는 제 1 단계; 상기 장애 채널에 해당하는 CW 감시광을 기 설정된 부호화 방법에 따라 부호화하여 부호화된 감시광 펄스를 생성하는 제 2 단계; 및 상기 부호화된 감시광 펄스를 하향 전송하고 하향 전송된 후 되돌아 오는 상기 부호 화된 감시광 펄스를 복호화 및 신호분석하여 상기 장애 채널의 상태를 알아내는 제 3 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 펄스 부호화 파장 가변 OTDR을 이용한 광 선로 감시 장치가 적용된 수동형 광 가입자 망의 구성을 나타내는 구성도이다.
본 발명의 펄스 부호화 파장 가변 OTDR을 이용한 광 선로 감시 장치는 채널 감시부(100), 파장 가변 OTDR(200) 및 WDM 커플러(300)를 구비한다.
채널 감시부(100)는 OLT로 수신되는 각 채널의 상향 신호들에 대한 수신 상태를 감시하여 비정상적인 수신 상태를 나타내는 채널을 찾아낸 후 해당 채널에 대한 채널 정보를 파장 가변 OTDR(200)로 전송한다. 즉, 채널 감시부(100)는 OLT 내 각 송수신기 모듈들의 상향 수신기 RXup에 수신된 상향 신호들의 수신 상태(신호의 세기)를 감시하여 수신 상태가 비정상적인 경우가 발생하면 해당 채널을 장애 채널로 간주하고 그 장애 채널에 대한 채널 정보(파장 정보)를 파장 가변 OTDR(200)로 전송한다.
파장 가변 OTDR(200)은 채널 감시부(100)로부터의 채널 정보에 따라 장애 채널에 해당하는 CW 감시광을 부호화하여 부호화된 감시광 펄스를 생성하여 상기 WDM 커플러(300)로 출력하고, 상기 WDM 커플러(300)를 통해 수신된 감시광 펄스(광선로에서 산란 및/또는 반사되어 되돌아 오는 감시광 펄스)를 복호화 및 신호분석하여 장애 채널에 대한 상태(광 손실 및 장애 위치)를 알아낸다. 이러한 파장 가변 OTDR(200)는 파장 가변 레이저(210), 반도체 광증폭기(SOA)(220), 펄스 부호부(230), 광 서큘레이터(240), 광 검출부(250), A/D 변환부(260), 펄스 복호부(270) 및 제어부(280)를 구비한다.
파장 가변 레이저(210)는 제어부(280)로부터의 파장 조절 신호에 따라 장애 채널에 해당하는 CW(Continuous Wave) 감시광을 생성하여 출력한다.
반도체 광증폭기(SOA)(220)는 펄스 부호부(230)로부터의 펄스 신호에 따라 파장 가변 레이저(210)에서 출력되는 CW 감시광을 변조시켜 부호화된 감시광 펄스를 생성하여 출력한다.
펄스 부호부(230)는 제어부(280)로부터의 펄스 발생 신호에 따라 CW 감시광을 부호화시키기 위한 펄스 신호를 생성하여 반도체 광증폭기(220)로 출력한다. 이때, 펄스 부호부(230)는 다양한 펄스 부호화 기법에 따른 펄스 신호를 생성할 수 있으며, 본 발명에서는 펄스 신호로서 심플렉스(Simplex) 부호 또는 배직교(Bi-orthogonal) 부호를 생성하여 반도체 광증폭기(220)로 출력한다.
광 서큘레이터(240)는 반도체 광증폭기(220)에서 부호화된 감시광 펄스를 WDM 커플러(300)로 전송하고 WDM 커플러(300)로부터의 부호화된 감시광 펄스를 광 검출부(250)로 전송한다.
광 검출부(250)는 광선로에서 산란 또는 반사되어 되돌아 오는 부호화된 감시광 펄스를 광서큘레이터(240)를 통해 수신하여 아날로그 광신호를 검출한다.
A/D 변환부(260)는 광 검출부(250)에서 검출된 아날로그 광신호를 디지털 광 신호로 변환하여 펄스 복호부(270)로 출력한다.
펄스 복호부(270)는 제어부(280)의 제어에 따라 A/D 변환부(260)에서 변환된 디지털 광신호에 대한 복호화를 수행하여 OTDR 트레이스(trace)를 생성하고 이를 제어부(280)로 전송한다. 펄스 복호부(270)는 제어부(280)로부터 감시광에 어떤 부호화 기법이 적용되었는지에 대한 정보를 제공받아 이에 따라 A/D 변환부(260)에서 변환된 디지털 광신호에 대해 복호화를 수행한다. 이때, 펄스 복호부(270)는 부호화되어 하향 전송된 감시광 펄스들이 모두 수신되는 경우 수신된 감시광 펄스들의 디지털 광신호에 대해 복호화를 수행한다.
제어부(280)는 채널 감시부(100)로부터의 채널 정보에 따라 파장 조절 신호 및 펄스 발생 신호를 각각 파장 가변 레이저(210) 및 펄스 부호부(230)로 전송하여 감시광의 출력 파장 및 감시광의 부호화를 제어하고, 펄스 복호부(270)로부터의 OTDR 트레이스를 이용하여 장애 채널에 대한 상태(광 손실 및 장애 위치 등)를 분석한다. 또한, 제어부(280)는 일정 기간 동안 채널 감시부(100)로부터 장애 채널에 대한 채널 정보가 수신되지 않는 경우 모든 채널에 대해 기 설정된 순서에 따라 순차적으로 상술된 감시 동작을 수행할 수 있다. 그리고, 제어부(280)는 채널 감시부(100)로부터 동시에 둘 이상의 채널에 장애가 발생하였다는 채널 정보가 수신되는 경우 기 설정된 순서에 따라 순차적으로 해당 채널들에 대한 상술된 감시 동작을 수행한다.
WDM 커플러(300)는 OLT의 하향 신호광(파장:
Figure 112006097082635-PAT00001
)과 파장 가변 OTDR(200)로 부터의 부호화된 감시광 펄스(파장:
Figure 112006097082635-PAT00002
)를 결합시켜 가입자 장치 ONU 측으로 하향 전송하고, 가입자 장치 ONU 측으로부터의 상향 신호광(파장:
Figure 112006097082635-PAT00003
)는 OLT의 상향 수신기 RXup 로 전송하며, 광선로에서 반사되어 상향 전송되는 부호화된 감시광 펄스는 파장 가변 OTDR(200)로 전송시킨다.
도 4는 본 발명에 따른 펄스 부호화 파장 가변 OTDR을 이용한 광 선로 감시 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
가입자 장치들 ONU1 ∼ ONUn 로부터의 상향 신호들은 각각 서로 다른 채널을 통해 OLT 내의 대응되는 각 상향 수신기 RXUP에 수신된다. 채널 감시부(100)는 각 상향 수신기 RXUP에 수신되는 상향 신호들의 수신 상태(예컨대, 신호의 세기)를 확인하여 그 수신 상태가 비정상적인 채널이 있는지 여부를 감시한다(단계 310).
비정상적인 채널 즉 장애 채널이 감지되면, 채널 감시부(100)는 장애 채널에 대한 채널 정보를 파장 가변 OTDR(200)의 제어부(280)로 전송한다.
장애 채널에 대한 채널 정보가 수신되면, 제어부(280)는 파장 가변 레이저(210)의 출력 파장을 장애 채널에 해당하는 대역으로 바꾸고 펄스 부호부(230)로 펄스 부호 발생 신호를 출력한다.
이에 따라 파장 가변 레이저(210)는 장애 채널의 파장을 갖는 CW 감시광을 생성하여 반도체 광증폭기(220)로 출력한다(단계 312).
그리고, 펄스 부호부(230)는 제어부(280)로부터의 펄스 부호 발생 신호에 따 라 기 설정된 펄스 부호를 반도체 광증폭기(220)로 출력한다. 반도체 광증폭기922)는 펄스 부호부(230)로부터의 펄스 부호에 따라 CW 감시광을 변조시켜 부호화된 감시광 펄스를 생성한다(단계 314).
이때, 펄스 부호부(230)는 다양한 펄스 부호화 방법을 사용하여 펄스 부호를 생성할 수 있으나 본 실시예에서는 심플렉스(Simplex) 부호 또는 배직교(Bi-orthogonal) 부호를 출력한다.
도 5는 본 발명에 따른 파장 가변 OTDR의 다양한 펄스 부호화 기법에 따른 부호화 이득의 이론값을 나타낸 그래프로서, 본 발명에 적용된 Simplex 부호와 Bi-orthogonal 부호의 성능을 기존의 골레이 보수(Golay Complementary) 부호와 비교한 결과를 보여준다.
현재까지 펄스 부호화 기법에 의한 OTDR 신호 대 잡음비의 실질적 향상은 Golay Complementary 부호, Simplex 부호, 그리고 Bi-orthogonal 부호를 적용한 경우로 한정된다. 그러나, Simplex 부호와 Bi-orthogonal 부호는 부호 길이 n에 따라 신호대 잡음비(부호화 이득)가 각각
Figure 112006097082635-PAT00004
과
Figure 112006097082635-PAT00005
인 반면에, Golay Complementary 부호는
Figure 112006097082635-PAT00006
이다.
따라서, 도 5에서 볼 수 있듯이 Golay Complementary 부호는 Simplex 부호나 Bi-orthogonal 부호에 비해 부호화 이득이 작고, 부호의 최소 길이가 16 이상은 되어야 한다는 단점이 있다. 이러한 이유로 본 발명에서는 광 선로 감시를 위한 펄 스 부호로서 Simplex 부호 또는 Bi-orthogonal 부호를 사용한다.
이러한 Simplex 부호와 Bi-orthogonal 부호는 분광 분석 분야에서 오랫동안 사용되어온 아다마르(Hadamard) 변환으로부터 기인한다. Hadamard 변환 행렬은 1 과 -1로 이루어진 양극행렬이기 때문에 광 파워를 검출하는 광 수신기를 사용하는 시스템에는 사용할 수 없다. 따라서, 본 발명에서는 효율은 좀 떨어지지만 Hadamard 변환 행렬을 1과 0으로 이루어진 단극 행렬로 변형하여 사용한다. 이러한 변형된 단극 행렬을 이용한 부호가 바로 Simplex 부호와 Bi-orthogonal 부호이다.
수학식 1은
Figure 112006097082635-PAT00007
이고
Figure 112006097082635-PAT00008
이
Figure 112006097082635-PAT00009
의 보수일 때, 부호 길이 n인 n개의 부호어를 가진 Hadamard 변환 행렬을 나타낸다.
Figure 112006097082635-PAT00010
Figure 112006097082635-PAT00011
Figure 112006097082635-PAT00012
Figure 112006097082635-PAT00013
Simplex 부호는 Hadamard 변환 행렬로부터 첫 번째 행과 열을 생략하고 -1은 1로, 1은 0으로 바꾸어서 얻게 된다. 수학식 2는 이렇게 얻어진 Simplex 부호의 몇 가지 예를 보여준다. 이때 부호어의 길이는
Figure 112006097082635-PAT00014
이 되며, 부호어의 개수는
Figure 112006097082635-PAT00015
이 된다. 수학식 2는 이렇게 얻어진 Simplex 부호의 몇 가지 예를 보여준다. 수학식 2에서 S1, S3, S7은 각각 위와 같은 방법으로 수학식 1의 Hadamard 변환 행렬 H2, H4, H8로부터 얻어진 부호 행렬이다.
Figure 112006097082635-PAT00016
Figure 112006097082635-PAT00017
Figure 112006097082635-PAT00018
Hadamard 변환 행렬은 +1과 -1부분을 분리하여
Figure 112006097082635-PAT00019
과 같이 나타낼 수 있다. 따라서, 수학식 3과 같이 Pn과 Nn을 이용하여 부호 길이
Figure 112006097082635-PAT00020
인 2n개의 부호어 즉 Bi-orthogonal 부호 Bn를 얻을 수 있다.
Figure 112006097082635-PAT00021
Figure 112006097082635-PAT00022
상술한 방법을 통해 얻어진 Simplex 부호 또는 Bi-orthogonal 부호를 이용한 OTDR 측정 방법은 일반 OTDR 측정과는 달리 한번 측정할 때 여러 개의 광신호를 몇 개씩 모아서 측정하고, 이런 측정 작업들이 끝나고 나면 측정된 데이터들로부터 각각의 원래 광신호를 복원하는 방법을 사용한다. 이러한 방법의 장점은 측정할 때 여러 광신호를 함께 모아서 측정하기 때문에, 광수신기에서 추가되는 노이즈의 파워가 들어오는 광신호의 크기에 상관없이 일정하다고 가정하면, 노이즈에 비해 좀더 큰 광신호가 검출되는 것이기 때문에 신호 대 잡음비가 커지는 효과가 생기게 된다. 이때, 부호어의 길이는 감시 장치 운영자에 의해 조절이 가능하다.
펄스 부호부(230)는 부호 행렬(Sn 또는 Bn)에서 각 행으로 만들어진 부호어(펄스 신호)를 순차적으로 반도체 광증폭기(230)로 전송한다. 즉, 종래의 OTDR에서는 하나의 감시광 펄스만을 가입자 장치 측으로 전송하였으나 본 발명에서는 펄스 부호부(230)가 부호 행렬(Sn 또는 Bn)의 각 행으로 만들어진 부호어를 반도체 광증폭기(220)로 전송한다. 반도체 광증폭기(220)는 이러한 부호어에 따라 CW 감시광을 변조함으로써 여러 개의 감시광 펄스들로 이루어진 부호화된 감시광 펄스를 생성하여 출력하게 된다.
반도체 광증폭기(220)에서 생성된 부호화된 감시광 펄스는 광서큘레이터(240)에 의해 그 진행 방향이 변경되어 WDM 커플러(300)로 전송되며, WDM 커플러(300)는 부호화된 감시광 펄스(파장:
Figure 112006097082635-PAT00023
)를 하향 신호광(파장:
Figure 112006097082635-PAT00024
)과 결합시켜 원격 노드(3)로 출력한다(단계 316).
부호화된 감시광 펄스(파장:
Figure 112006097082635-PAT00025
)과 하향 신호광(파장:
Figure 112006097082635-PAT00026
)은 원격 노드(3)에서 각 채널별로 분배된 후 부호화된 감시광 펄스(파장:
Figure 112006097082635-PAT00027
)는 가입자 장치 앞단에서 WDM 커플러(4)에 의해 차단되고 하향 신호광(파장:
Figure 112006097082635-PAT00028
)만 가입자 장치의 하향 수신기 RXdn 에 수신된다(단계 318).
광선로에서 산란 또는 반사되어 되돌아오는 감시광 펄스는 WDM 커플러(300)를 통해 파장 가변 OTDR(200)로 전달된다(단계 320).
파장 가변 OTDR(200)로 수신된 감시광 펄스는 광서큘레이터(240)에 의해 광 검출부(250)로 전송된다. 광 검출부(250)는 수신된 감시광 펄스에서 아날로그 광신호를 검출하며, 검출된 아날로그 광신호는 A/D 변환부(260)에서 디지털 광신호로 변환되어 펄스 복호부(270)로 전송된다.
펄스 복호부(270)는 수신된 감시광 펄스가 마지막 부호에 해당하는 감시광 펄스인지를 확인한다(단계 322).
수신된 펄스가 마지막 부호에 해당하는 감시광 펄스가 아닌 경우 펄스 복호 부(270)는 해당 감시광 펄스가 인가될 때까지 기다린다.
마지막 부호에 해당하는 감시광 펄스가 인가되면 즉 부호화된 감시광 펄스가 모두 반사되어 되돌아 오면, 펄스 복호부(270)는 각 감시광 펄스의 디지털 광신호에 대한 복호화 과정을 통해 OTDR 트레이스를 생성하여 제어부(280)로 전송한다(단계 324).
이러한 복호화를 위해, 펄스 복호부(270)는 디지털 광신호에 단계 314에서 부호어를 만드는데 이용된 부호 행렬(Sn 또는 Bn)의 역행렬을 곱하여 복호화를 수행한다. 이때, Bi-orthogonal 부호 행렬(Bn)은 정방 행렬이 아니라 2n×n 형태의 행렬이므로 무어-펜로즈(Moore-Penrose) 일반 역행렬
Figure 112006097082635-PAT00029
을 사용하여 복호화한다.
도 6a는 종래 OTDR에 의한 감시광 펄스와 그 감시광 펄스가 광선로에서 반사되어 되돌아 오는 감시광 신호 파형을 나타내며, 도 6b는 본 발명에 따른 Simplex 부호를 이용한 부호화된 감시광 펄스와 그 감시광 펄스가 반사되어 되돌아 오는 감시광 신호 파형을 보여주는 예시도이다.
Figure 112006097082635-PAT00030
,
Figure 112006097082635-PAT00031
,
Figure 112006097082635-PAT00032
는 감시광 펄스를 나타내며
Figure 112006097082635-PAT00033
,
Figure 112006097082635-PAT00034
,
Figure 112006097082635-PAT00035
는 각 감시광 펄스가 반사되어 되돌아 오는 감시광 신호 파형(OTDR 트레이스)을 나타낸다.
종래의 OTDR은 도 6a에서와 같이 하나의 감시광 펄스
Figure 112006097082635-PAT00036
를 이용하여 실제 값
Figure 112006097082635-PAT00037
의 측정치인
Figure 112006097082635-PAT00038
의 감시광 신호 파형을 얻는다.
반면에, 본 발명에서와 같이 Simplex 부호를 이용한 측정 방법은 도 6b에서와 같이 하나의 감시광 펄스가 아닌 Simplex 행렬의 각 행에 해당하는 부호어에 맞게 연속되는 여러 개의 감시광 펄스들(부호화된 감시광 펄스)
Figure 112006097082635-PAT00039
,
Figure 112006097082635-PAT00040
,
Figure 112006097082635-PAT00041
을 이용하여 측정치
Figure 112006097082635-PAT00042
, ,
Figure 112006097082635-PAT00044
의 감시광 신호 파형들을 얻는다.
여기에 Simplex 부호(Sn)의 역행렬을 곱하여 실제값
Figure 112006097082635-PAT00045
,
Figure 112006097082635-PAT00046
,
Figure 112006097082635-PAT00047
에 대한 추정치인
Figure 112006097082635-PAT00048
,
Figure 112006097082635-PAT00049
,
Figure 112006097082635-PAT00050
을 구한 후
Figure 112006097082635-PAT00051
를 통해 일반 OTDR과 형태는 같지만 신호 대 잡음비 성능이 향상된 감시광 신호 파형을 최종적으로 얻게 된다. 이를 수식으로 나타내면 수학식 4와 같다.
Figure 112006097082635-PAT00052
Figure 112006097082635-PAT00053
Figure 112006097082635-PAT00054
Figure 112006097082635-PAT00055
Bi-orthogonal 부호의 경우 사용되는 부호 길이와 부호의 수, 그리고 역행렬을 구하는 방법만 다를 뿐 그 과정은 Simplex 부호와 같다.
예컨대, CW 감시광의 부호화를 위해 Bi-orthogonal 부호 행렬 B2을 사용하는 경우, 부호 행렬 B2의 각 행의 부호어를 이용해 변조된 여러 개의 감시광 펄스들(부호화된 감시광 펄스)을 이용하여 측정치
Figure 112006097082635-PAT00056
,
Figure 112006097082635-PAT00057
,
Figure 112006097082635-PAT00058
,
Figure 112006097082635-PAT00059
의 감시광 신호 파형들을 얻는다. 이러한 과정을 상술된 Simplex 부호에서와 동일하다. 다음에, 측정치에 Bi-orthogonal 행렬의 Moore-Penrose 일반 역행렬
Figure 112006097082635-PAT00060
을 곱하여 각 추정치
Figure 112006097082635-PAT00061
,
Figure 112006097082635-PAT00062
를 구한 후
Figure 112006097082635-PAT00063
를 통해 일반 OTDR과 형태는 같지만 신호 대 잡음비 성능이 향상된 감시 광 신호파형을 최종적으로 얻게 된다.
이를 수식으로 나타내면 수학식 5와 같다.
Figure 112006097082635-PAT00064
Figure 112006097082635-PAT00065
Figure 112006097082635-PAT00066
Figure 112006097082635-PAT00067
제어부(280)는 상술된 수학식 4 또는 수학식 5와 같이 구해진 OTDR 트레이스를 이용하여 해당 장애 채널의 상태(광 손실 및 장애 위치)를 분석하여 그 결과를 화면에 디스플레이하거나 별도의 인터페이스로 외부 프로세서에 전송한다(단계 326). 이때, 제어부(28)에서 OTDR 트레이스를 이용하여 장애 채널의 상태(광 손실 및 장애 위치)를 분석하는 방법은 종래에 OTDR 감시광을 이용하는 경우와 같은 방법이 이용될 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 파장 가변 OTDR의 펄스 부호화 기법을 적용한 광 선로 감시 장치에 의하여 측정된 실제 감시광 신호 파형들을 나타낸다.
도 7은 도 2에서와 같은 조건에서 31 비트 Simplex 부호를 적용해 각 부호당 100번 측정 후 평균하였다. 도 2와 달리 도 7의 경우는 두 채널의 구분이 쉽고 채널 25번의 가입자측 광선로를 잡음과 확연히 구별해 낼 수 있다. 이는 하나의 감시광 펄스를 반복 사용하지 않고 31 비트 Simplex 부호화를 통한 약 2.4 dB의 다이나믹 레인지 증가에 의해 기인한 것이며 도 6에서와 같은 이론적인 예측과도 잘 부합함을 알 수 있다. 또한, 파장 가변 OTDR의 부호화 기법을 적용하면 라만 공핍/이득과 같은 비선형 현상이 나타나는 OTDR 감시광 펄스 보다 낮은 피크 파워에서 비선형 현상은 피하면서 동일한 다이나믹 레인지를 얻을 수 있다. 더욱이, 해상도와 측정 횟수는 그대로 유지하면서 부호의 길이를 길게 해줌으로써 더 큰 다이나믹 레인지를 얻을 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 파장 가변 OTDR의 펄스 부호화 기법을 적용한 경우와 펄스 부호화 기법을 적용하지 않은 종래의 파장 가변 OTDR을 이용한 경우에서의 상향과 하향 광신호들의 전송품질을 측정한 그래프이다.
도 8에서는 25번 채널을 선택하여 하향으로 1593.56 nm의 파장의 신호를 2.5 Gb/s PRBS(Pseudorandom binary sequence) 223 -1, 상향으로 1552.52 nm의 파장의 신호를 125 Mb/s PRBS 223-1 데이터를 이용해서 통신할 때 감시광 펄스를 사용하지 않은 경우, 종래의 감시광 펄스를 사용한 경우, 부호화된 감시광을 사용한 경우에 대해 각각 BER을 측정한 결과이다. 상향/하향 전송의 경우 모두 BER 페널티가 전혀 없음을 알 수 있다.
상술된 실시예에서는 장애 채널에 대응되는 부호화된 감시광 펄스를 생성하 기 위해 파장 가변 레이저(210)를 사용하였으나 이러한 파장 가변 레이저(210) 대신에 파장 가변 필터를 이용할 수 있다. 즉, CW 광신호(감시광) 입력 없이 반도체 광증폭기(220)에 펄스 부호부(230)의 펄스 신호를 인가하여 반도체 광증폭기(220)에서 부호화된 펄스를 출력시키고 그 출력단에 제어부(280)의 파장 조절 신호에 따라 파장이 가변되는 파장 가변 필터를 구비하여 반도체 광증폭기(220)에서 출력되는 부호화된 펄스에서 장애 채널에 해당하는 파장만을 필터링하는 스펙트럼 슬라이싱(spectrum-slicing) 기법을 사용함으로써 부호화된 감시광 펄스를 생성할 수도 있다.
또한 상술된 실시예에서는 파장 가변 레이저를 부호화하여 부호화된 감시광 펄스를 생성하기 위하여 반도체 광증폭기가 사용되었으나 반도체 광증폭기를 전계흡수변조기나 리듐 니오베이트(Lithium Niobate) 등 통상적으로 통신용으로 사용되는 외부 변조기로 대치하는 것도 무방하며, 아예 외부 변조기나 반도체 광증폭기를 사용하지 않고 파장 가변 레이저의 주입전류를 직접 변조하여 감시광 펄스를 생성하는 것도 가능하다
상술한 바와 같이, 본 발명의 광 선로 감시 장치는 OTDR 감시광으로서 부호화된 감시광 펄스를 이용함으로써 망의 안정적이며 신뢰성 있는 통신을 유지하며 경제적이고 효율적으로 망의 장애를 감시할 수 있게 해준다.

Claims (15)

  1. 각 채널의 상태를 감시하여 장애 채널을 감지하고 그 채널 정보를 출력하는 채널 감지부;
    상기 채널 감지부로부터의 장애 채널 정보에 따라 파장 가변 레이저의 파장을 변화시킨 감시광을 부호화하여 부호화된 감시광 펄스를 생성하여 출력하고, 하향 전송된 후 되돌아 오는 상기 부호화된 감시광을 복호화 및 신호 분석하여 상기 장애 채널과 해당 선로에 대한 상태를 분석하는 파장 가변 OTDR; 및
    상기 파장 가변 OTDR로부터의 상기 부호화된 감시광 펄스를 하향 전송시키고, 하향 전송된 후 되돌아 오는 상기 부호화된 감시광 펄스를 상기 가변 OTDR로 전송하는 WDM 커플러를 구비하는 WDM-PON의 광 선로 감시 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 채널 감시부는
    OLT의 상향 수신기에 수신되는 상향 신호광의 수신 상태를 감시하여 상기 장애 채널을 감지하는 것을 특징으로 하는 WDM-PON의 광 선로 감시 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 파장 가변 OTDR은
    파장 조절 신호에 따라 상기 장애 채널에 해당하는 상기 감시광을 출력하는 파장 가변 레이저;
    펄스 발생 신호에 따라 기 설정된 펄스 신호를 출력하는 펄스 부호부;
    상기 펄스 부호부로부터의 펄스 신호에 따라 상기 파장 가변 레이저로부터의 상기 감시광을 변조시켜 상기 부호화된 감시광 펄스를 생성하는 반도체 광증폭기;
    상기 WDM 커플러를 통해 수신되는 상기 부호화된 감시광 펄스를 수신하여 아날로그 광신호를 검출하는 광 검출부;
    상기 반도체 광증폭기로부터의 상기 부호화된 감시광 펄스를 상기 WDM 커플러로 전송하고, 상기 WDM 커플러로부터의 감시광 펄스를 상기 광 검출부로 전송하는 광 서큘레이터;
    상기 광 검출부에서 검출된 아날로그 광신호를 디지털 광신호로 변환하는 A/D 변환부;
    상기 A/D 변환부에서 변환된 디지털 광신호를 복호화하여 OTDR 트레이스(trace)를 생성하는 펄스 복호부; 및
    상기 채널 감지부로부터 상기 채널 정보에 따라 상기 파장 조절 신호 및 펄스 발생 신호를 출력하고, 상기 펄스 복호부로부터의 OTDR 트레이스를 이용하여 장애 채널에 대한 상태를 분석하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 WDM-PON의 광 선로 감시 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 파장 가변 OTDR은
    펄스 발생 신호에 따라 기 설정된 펄스 신호를 출력하는 펄스 부호부;
    상기 펄스 부호부로부터의 펄스 신호에 따라 부호화된 펄스를 출력하는 반도체 광증폭기;
    파장 조절 신호에 따라 상기 반도체 광증폭기로부터의 부호화된 펄스의 파장을 필터링하여 상기 부호화된 감시광 펄스를 생성하는 파장 가변 필터;
    상기 WDM 커플러를 통해 수신되는 상기 부호화된 감시광 펄스를 수신하여 아날로그 광신호를 검출하는 광 검출부;
    상기 파장 가변 필터로부터의 상기 부호화된 감시광 펄스를 상기 WDM 커플러로 전송하고, 상기 WDM 커플러로부터의 감시광 펄스를 상기 광 검출부로 전송하는 광 서큘레이터;
    상기 광 검출부에서 검출된 아날로그 광신호를 디지털 광신호로 변환하는 A/D 변환부;
    상기 A/D 변환부에서 변환된 디지털 광신호를 복호화하여 OTDR 트레이스(trace)를 생성하는 펄스 복호부; 및
    상기 채널 감지부로부터 상기 채널 정보에 따라 상기 파장 조절 신호 및 펄스 발생 신호를 출력하고, 상기 펄스 복호부로부터의 OTDR 트레이스를 이용하여 장애 채널에 대한 상태를 분석하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 WDM-PON의 광 선로 감시 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 파장 가변 OTDR은
    파장 조절 신호에 따라 상기 장애 채널에 해당하는 상기 감시광을 출력하는 파장 가변 레이저;
    펄스 발생 신호에 따라 기 설정된 펄스 신호를 출력하는 펄스 부호부;
    상기 펄스 부호부로부터의 펄스 신호에 따라 상기 파장 가변 레이저로부터의 상기 감시광을 변조시켜 상기 부호화된 감시광 펄스를 생성하는 외부 변조기;
    상기 WDM 커플러를 통해 수신되는 상기 부호화된 감시광 펄스를 수신하여 아날로그 광신호를 검출하는 광 검출부;
    상기 외부 변조기로부터의 상기 부호화된 감시광 펄스를 상기 WDM 커플러로 전송하고, 상기 WDM 커플러로부터의 감시광 펄스를 상기 광 검출부로 전송하는 광 서큘레이터;
    상기 광 검출부에서 검출된 아날로그 광신호를 디지털 광신호로 변환하는 A/D 변환부;
    상기 A/D 변환부에서 변환된 디지털 광신호를 복호화하여 OTDR 트레이스(trace)를 생성하는 펄스 복호부; 및
    상기 채널 감지부로부터 상기 채널 정보에 따라 상기 파장 조절 신호 및 펄스 발생 신호를 출력하고, 상기 펄스 복호부로부터의 OTDR 트레이스를 이용하여 장애 채널에 대한 상태를 분석하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 WDM-PON의 광 선로 감시 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 파장 가변 OTDR은
    펄스 발생 신호에 따라 기 설정된 펄스 신호를 출력하는 펄스 부호부;
    파장 조절 신호 및 상기 펄스 신호에 따라 주입전류를 변조시켜 상기 장애 채널에 해당하는 상기 부호화된 감시광 펄스를 출력하는 파장 가변 레이저;
    상기 WDM 커플러를 통해 수신되는 상기 부호화된 감시광 펄스를 수신하여 아날로그 광신호를 검출하는 광 검출부;
    상기 파장 가변 레이저로부터의 상기 부호화된 감시광 펄스를 상기 WDM 커플러로 전송하고, 상기 WDM 커플러로부터의 감시광 펄스를 상기 광 검출부로 전송하는 광 서큘레이터;
    상기 광 검출부에서 검출된 아날로그 광신호를 디지털 광신호로 변환하는 A/D 변환부;
    상기 A/D 변환부에서 변환된 디지털 광신호를 복호화하여 OTDR 트레이스(trace)를 생성하는 펄스 복호부; 및
    상기 채널 감지부로부터 상기 채널 정보에 따라 상기 파장 조절 신호 및 펄스 발생 신호를 출력하고, 상기 펄스 복호부로부터의 OTDR 트레이스를 이용하여 장애 채널에 대한 상태를 분석하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 WDM-PON의 광 선로 감시 장치.
  7. 제 3항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펄스 부호부는
    상기 펄스 신호로서 심플렉스(Simplex) 부호 또는 배직교(Bi-orthogonal) 부호를 사용하는 것을 특징으로 하는 WDM-PON의 광 선로 감시 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 펄스 부호부는
    심플렉스 행렬(Sn) 또는 배직교 행렬(Bn)의 각 행에 해당하는 부호어를 상기 펄스 신호로서 순차적으로 상기 반도체 광증폭기로 전송하는 것을 특징으로 하는 WDM-PON의 광 선로 감시 장치.
  9. 제 3항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 채널 감시부로부터 동시에 복수개의 채널에 대한 장애 채널 정보가 수신되는 경우 기 설정된 순서에 따라 순차적으로 상기 파장 조절 신호 및 상기 펄스 발생 신호를 출력하여 해당 장애 채널들에 대한 상태를 분석하는 것을 특징으로 하는 WDM-PON의 광 선로 감시 장치.
  10. 채널의 수신 상태를 감시하여 장애 채널을 감지하는 제 1 단계;
    상기 장애 채널에 해당하는 CW 감시광을 기 설정된 부호화 방법에 따라 부호화하여 부호화된 감시광 펄스를 생성하는 제 2 단계; 및
    상기 부호화된 감시광 펄스를 하향 전송하고 하향 전송된 후 되돌아 오는 상기 부호화된 감시광 펄스를 복호화 및 신호분석하여 상기 장애 채널의 상태를 알아내는 제 3 단계를 포함하는 WDM-PON의 광 선로 감시 방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 제 1 단계는
    OLT의 상향 수신기에 수신되는 상향 신호광의 수신 상태를 감시하여 상기 장애 채널을 감지하는 것을 특징으로 하는 WDM-PON의 광 선로 감시 방법.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 부호화는
    아다마르(Hadamard) 변환 행렬에서 첫 번째 행과 열을 생략하고 -1은 1로, 1은 0으로 바꾼 심플렉스 부호 행렬의 각 행에 해당하는 부호어를 상기 펄스 신호로 사용하는 것을 특징으로 하는 WDM-PON의 광 선로 감시 방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 복호화는
    하향 전송된 후 되돌아 오는 상기 부호화된 감시광 펄스의 측정값에 상기 심플렉스 행렬의 역행렬을 곱하는 것을 특징으로 하는 WDM-PON의 광 선로 감시 방법.
  14. 제 10항에 있어서, 상기 부호화는
    아다마르(Hadamard) 변환 행렬(Hn)의 +1과 -1을 Hn = Pn - Nn 관계가 되도록 분리한 후
    Figure 112006097082635-PAT00068
    의 형태로 형성된 배직교 부호 행렬(Bn)의 각 행에 해당하는 부호어를 상기 펄스 신호로 사용하는 것을 특징으로 하는 WDM-PON의 광 선로 감시 방법.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 복호화는
    하향 전송된 후 되돌아 오는 상기 부호화된 감시광 펄스의 측정값에 무어-펜로즈(Moore-Penrose) 일반 역행렬
    Figure 112006097082635-PAT00069
    을 곱하는 것을 특징으로 하는 WDM-PON의 광 선로 감시 방법.
KR1020060135137A 2006-12-27 2006-12-27 펄스 부호화 가변 ｏｔｄｒ을 이용한 ｗｄｍ-ｐｏｎ의 광선로 감시 장치 및 그 감시 방법 KR101050954B1 (ko)

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