KR20080087830A - 광네트워크를 통한 중앙 터미널 및 복수의 고객 터미널간의 광전송 - Google Patents

광네트워크를 통한 중앙 터미널 및 복수의 고객 터미널간의 광전송 Download PDF

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Abstract

본 발명은 패시브 광네트워크(PON)를 통한 중앙 터미널(101)과 복수의 고객 터미널(11, 12) 간의 양방향 광전송 시스템 및 관련 방법에 관한 것으로, 여기서, OTDM 신호의 WDM 신호로의 변환은 다운링크(또는 업링크) 전송 단계 동안 솔리톤 트랩핑 효과에 의하여 광변환기(20) (또는 21)에 의하여 실행된다.
광네트워크, 중앙 터미널, 고객 터미널

Description

광네트워크를 통한 중앙 터미널 및 복수의 고객 터미널 간의 광전송{OPTICAL TRANSMISSION BETWEEN A CENTRAL TERMINAL AND A PLURALITY OF CLIENT TERMINALS VIA AN OPTICAL NETWORK}
본 발명은 패시브 광네트워크(PON)형 패시브 엑세스 광네트워크 분야에 속한다. 더 구체적으로 본 발명은 패시브 엑세스 광네트워크를 통하여 중앙 터미널과 복수의 고객 터미널을 연결하는 초고속 비트 속도의 광전송 시스템에 관한 것이다.
현재, 대부분의 전자통신 오퍼레이터의 엑세스 네트워크는 ADSL(비대칭형 디지털 가입자 회선)과 같은 케이블 엑세스 기술을 이용한다. 광학 기술은 특히 중앙 오피스와 가입자 간에 광섬유를 설치함으로써 발생되는 기반 설비 비용이 여전히 방해가 되므로 현재 엑세스 네트워크에 매우 드물게 사용된다.
그러나, 패시브 광네트워크 아키텍쳐를 기반으로 하는 엑세스 네트워크에 광학 기술을 사용함으로써 케이블 엑세스 기술로는 달성할 수 없었던 용량의 측면에서는 유의적으로 진일보하였으나, 그럼에도 불구하고 가입자가 목표로 하는 서비스 비트 속도의 증가는 불가피하다.
일반적으로, 패시브 광네트워크 형태의 엑세스 네트워크는 표준 광네트워크 및 파장 분할 멀티플렉싱(WDW) 패시브 광네트워크의 2 가지 유형일 수 있다.
표준 패시브 광네트워크는 시간 분할 멀티플렉스 엑세스(TDMA)를 이용하며 중앙 오피스에 하나의 전송기만을 필요로 한다. 상기 표준 패시브 광네트워크는 N명의 고객에게 시간 분할 멀티플렉스 데이터 스트림을 배포하는 1 x N 광학 커플러 (여기서 N은 클라이언트 또는 가입자의 수임)를 사용하는 것을 기초로 한다. 이후 중앙 오피스에 의하여 전송되는 신호에 의하여 전달되는 정보는 모든 가입자에게 전송되고 각 가입자 장소에 지정된 터미널이 가입자가 의도하는 정보를 추출한다. 따라서, 단일 파장으로 중앙 오피스에 의하여 전송되는 데이터는 가입자 장소에 설치된 각 고객 터미널에서 시간 분할 디멀티플렉싱된다.
그러나, 고객 터미널이 복잡하고 1 x N 커플러에 의한 신호의 약화가 무시할 수 없는 정도이다. 게다가, 상기 정보가 각 고객 터미널에서 추출된다는 사실은 안정성 문제를 나타낸다.
WDM 패시브 광네트워크는 자원의 파장 분할을 이용한다. 즉, 각 고객은 중앙 오피스에 의하여 특정 파장을 할당 받는다. 실제로, 중앙 오피스에서 하나의 파장이 각 가입자에게 배당된다. 각 파장은 광학 디멀티플렉서에서 필터링되어 해당 가입자에게 전송된다. 따라서, 이러한 유형의 네트워크는 디멀티플렉서 및 가입자의 수와 동일한 수의 파장을 포함하는 멀티플렉스의 사용을 필요로 한다.
따라서, WDM 패시브 광네트워크는 표준 패시브 광네트워크에 비하여 각각의 파장을 특정 가입자에게 할당하므로 간단하고 광학 디멀티플렉서가 1 x N 커플러보다 약화를 현저히 덜 야기하므로 성능이 좋다는 장점이 있다.
그러나, 이것은 간단한 1 x N 커플러보다 더 비싼 루팅(routing) 소자 (광학 디멀티플렉서) 및 더 많은 파장을 사용하기 때문에 더 비싸다.
스위칭에 의하여 다수의 상이한 파장을 방출할 수 있는 조정 가능한 레이저를 포함하는 중앙 오피스도 또한 공지되어 있다. 따라서, 이것은 이것이 전송하는 파장을 조정함으로써 차례로 고객에게 전송한다. 그러나, 조정 가능한 레이저는 고객에게 할당된 것보다 N배 더 큰 비트 속도에서 동작하여야 하며, 가장 양호한 경우라도 50 ns의 스위칭 시간이 추가되어야 하는데, 이것은 초고속 비트 속도의 통신에서는 절대 무시할 수 없는 것이다.
본 발명의 목적 및 개요
본 발명의 목적은 이러한 단점들을 제거하고 중앙 터미널과 복수의 고객 터미널 간의 광전송을 단순화하는 것이다.
상기 목적은 다운링크 전송 단계 동안 다운링크 데이터 D1, D2가 중앙 터미널로부터 복수의 고객 터미널로 전송되고 업링크 전송 단계 동안 업링크 데이터 D'1, D'2가 복수의 고객 터미널로부터 중앙 터미널로 전송되는 광네트워크를 통한 중앙 터미널과 복수의 고객 터미널 간의 광전송 방법에 의하여 달성된다.
본 발명에 따르면 다운링크 전송 단계는 이하의 단계를 포함한다:
ㆍ중앙 터미널이 단일 파장에서 진폭 및 시간 이중 멀티플렉싱된 다운링크 광신호(S)를 전송하고 복수의 고객 터미널에 의하여 수신되는 다운링크 데이터(D1, D2)를 전달하는 단계 [단일 파장에서 다운링크 광신호는 복수의 진폭(A1, A2)을 갖는 솔리톤 펄스로 이루어짐];
ㆍ다운링크 광신호의 단일 파장(λ0)을 복수의 진폭(A1, A2)의 함수로서 복수의 파장(λ1, λ2)으로 변환시키는 비선형 솔리톤 트랩핑 효과를 이용하여 파장 분할 멀티플렉싱된 다운링크 광신호(Sf)를 형성하는 단계;
ㆍ파장 분할 멀티플렉싱된 다운링크 광신호(Sf)를 복수의 고객 터미널로 루팅하는 단계; 및
ㆍ각 고객 터미널이 특정 파장(λ1, λ2)에서 의도하는 데이터(D1, D2)를 수신하도록 파장 분할 멀티플렉싱된 다운링크 광신호(Sf)를 파장 분할 디멀티플렉싱하는 단계.
본 발명에 따르면 업링크 전송 단계는 이하의 단계를 포함한다:
ㆍ복수의 업링크 광신호를 중앙 터미널에 전송하는 단계 [각 업링크 광신호(S'1, S'2)는 상이한 파장(λ'1, λ'2)에서 각 업링크 데이터(D'1, D'2)를 전달하며 소정의 타임 시프트(t'1, t'2)로 특정 진폭(A'1, A'2)에 따라 복수의 고객 터미널의 각 고객 터미널에 의하여 전송됨];
ㆍ복수의 업링크 광신호(S'1, S'2)를 파장 분할 멀티플렉싱하여 파장 분할 멀티플렉싱된 업링크 광신호(S'f)를 형성하는 단계; 및
ㆍ파장 분할 멀티플렉싱된 업링크 광신호(S'f)를 복수의 고객 터미널의 각 고객 터미널에 의하여 전송되는 데이터(D'1, D'2)를 수신하기 위한 하나 이상의 수신기로 루팅하는 단계.
따라서, 상기 변환 단계 동안의 솔리톤 트랩핑 효과는 각 파장이 특정 데이터를 각 고객 터미널로 전달하도록 고객 터미널에 의하여 전송되는 단일 파장에서의 진폭 및 시간 이중 멀티플렉싱된 광신호를 복수의 파장을 포함하는 파장 분할 멀티플렉싱된 광신호로 변환시킨다. 이러한 변환 과정은 초고속 비트 속도 광신호를 변환시키는 데 특히 적당하다. "초고속 비트 속도"라는 표현은 초당 40 내지 160 기가 비트(Gbps) 정도의 비트 속도를 의미한다.
따라서, 본 발명의 방법은 (현재의 WDM 패시브 광네트워크에 비하여) 패시브 광전송 네트워크의 비용을 감소시키며 특히 전송 비트 속도의 측면에서 성능, 안정성 및 전송 네트워크의 간단함을 증대시킨다.
본 발명의 광전송 방법의 제1 실시예의 업링크 전송 단계는 추가로 이하의 단계를 포함한다:
ㆍ파장 분할 멀티플렉싱된 업링크 광신호(S'f)를 복수의 스펙트럼 성분으로 스펙트럼 디멀티플렉싱하는 파장 분할 디멀티플렉싱 단계; 및
ㆍ각 파장에서 고객 터미널에 의하여 전송되는 업링크 데이터를 전달하는 각각의 스펙트럼 성분이 복수의 수신기 중 한 수신기에 의하여 수신되는, 복수의 수신기에 의한 업링크 데이터의 수신 단계.
본 발명의 광전송 방법의 제2 실시예의 업링크 전송 단계는 추가로 이하의 단계를 포함한다:
ㆍ파장 분할 멀티플렉싱된 업링크 광신호(S'f)를 비선형 솔리톤 트랩핑 효과에 의하여 업링크 데이터를 전달하는 단일 파장(λ'0)에서의 시간 분할 멀티플렉스 업링크 신호로 변환시키는 단계; 및
ㆍ단일 수신기가 단일 파장(λ'0)에서의 업링크 신호를 수신하는 단계.
본 발명의 방법은 솔리톤 트랩핑 효과에 의하여 (중앙 터미널에 의하여 전송되는) OTDM 신호를 (복수의 고객 터미널로 전송되는) WDM 신호로 변환시킴과 동시에 (복수의 고객 터미널로부터 나오는) WDM 신호를 (중앙 터미널로 전송되는) OTDM 신호로 변환시킨다. 따라서, 본 발명의 방법은 TDM 전송의 장점과 WDM 전송의 장점을 겸비한다.
업링크 데이터(D'1, D'2)는 유리하게는 중앙 터미널에서 단일 수신기를 사용하여 복구되므로 중앙 터미널의 전체 크기가 최소화된다.
본 발명의 한 특징에 따르면, 본 발명의 방법은 변환 단계 전에 솔리톤 펄스의 일시적인 압축 단계를 포함한다.
이러한 시간 도메인에서의 솔리톤 펄스 압축 단계는 펄스의 피크 파워를 증가시키므로 비선형 솔리톤 트랩핑 효과에 의한 여기 상태를 증대시킨다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명의 광전송 방법의 다운링크 전송 단계 동안 비선형 솔리톤 트랩핑 효과에 의한 변환 단계는 단일 파장(λ0)에서의 다운링크 광신호(S)를 편향 유지를 위한 복굴절 섬유의 고유 축에 대하여 45°에서 주입하는 것에 의하여 실행된다.
이것은 시간 도메인에서 솔리톤 펄스의 트랩을 최적화한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명의 광전송 방법의 다운링크 전송 단계 동안의 업링크 전송 단계 동안 비선형 솔리톤 트랩핑 효과에 의한 변환 단계는 45°에서 상기 파장 분할 멀티플렉싱된 업링크 광신호(S'f)를 편향 유지를 위한 복굴절 섬유의 고유 축으로 주입하는 것에 의하여 실행된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 파장 분할 멀티플렉스 신호는 편향 유지를 위한 복굴절 섬유의 고유 축 중 하나에서 추출된다.
섬유의 복굴절 때문에, 임의의 입사 펄스는 두개의 적당한 전파 방식(각 방식은 편향 유지 섬유의 고유 축 중 하나에서 전파됨)에 따라 둘로 나뉜다. 예컨대, 섬유의 고유 축 중 하나에서 배향되는 편향기를 설치함으로써, 스펙트럼의 두개의 고유 방식 중 하나 및 결과적으로 섬유의 고유 축 중 하나에 의하여 전달되는 솔리톤 트랩핑 효과에 의하여 발생되는 주파수 성분 중 하나를 복구할 수 있다.
본 발명은 또한 광네트워크를 통하여 중앙 터미널과 복수의 고객 터미널을 연결하는 광전송 시스템에 관한 것이며, 상기 중앙 터미널은 다운링크에서 복수의 고객 터미널에 다운링크 데이터(D1, D2)를 전송하고 업링크에서 복수의 고객 터미널로부터 업링크 데이터(D'1, D'2)를 수신하도록 사용된다.
본 발명에 따른 시스템은 다운링크에서 :
ㆍ단일 파장(λ0)에서 업링크 광신호(S)를 전송하고 다운링크 데이터(D1, D2)를 전달하기 위한 수단 [상기 다운링크 광신호(S)는 시간 및 진폭 이중 멀티플렉싱되고 복수의 진폭(A1, A2)을 갖는 솔리톤 펄스로 이루어짐];
ㆍ파장 분할 멀티플렉싱된 다운링크 광신호(Sf)를 형성하기 위하여 솔리톤 트랩핑 효과에 의하여 다운링크 광신호(S)의 단일 파장(λ0)을 복수의 진폭(A1, A2)의 함수로서 복수의 파장(λ1, λ2)으로 변환시키기 위한 비선형 수단;
ㆍ파장 분할 멀티플렉싱된 다운링크 광신호(Sf)를 복수의 고객 터미널로 루팅하기 위한 루팅 수단; 및
ㆍ각 고객 터미널이 특정 파장(λ1, λ2)에서 의도하는 다운링크 데이터(D1, D2)를 수신하도록 다운링크 광신호(Sf)를 스펙트럼 디멀티플렉싱하기 위한 제1 디멀티플렉싱 수단을 포함한다.
본 발명의 시스템은 업링크에서 :
ㆍ복수의 업링크 광신호(S'1, S'2)를 중앙 터미널에 전송하기 위한 수단 [각 업링크 광신호(S'1, S'2)는 상이한 파장(λ'1, λ'2)에서 각 업링크 데이터(D'1, D'2)를 전달하며 소정의 타임 시프트(t'1, t'2)로 특정 진폭(A'1, A'2)에 따라 복수의 고객 터미널의 각 고객 터미널에 의하여 전송됨];
ㆍ파장 분할 멀티플렉싱된 업링크 광신호(S'f)를 형성하도록 복수의 업링크 광신호(S'1, S'2)를 파장 분할 멀티플렉싱하기 위한 멀티플렉싱 수단; 및
ㆍ파장 분할 멀티플렉싱된 업링크 광신호(S'f)를 루팅하기 위한 수단; 및
ㆍ복수의 고객 터미널의 각 고객 터미널에 의하여 전송되는 데이터(D'1, D'2)를 수신하기 위한 하나 이상의 수신기를 포함한다.
따라서, 본 발명의 양방향 시스템의 아키텍쳐는 실행하기가 매우 간단하며 초고속 전송 비트 속도(40 Gbps 내지 160 Gbps)에서 동작할 수 있다. 다운링크에서, 중앙 터미널은 단일 파장에서 다운링크 데이터를 전송한다.
또한, 상기 시스템은 특정 파장과 각 고객 터미널을 연결하므로 최적의 안정성 및 양호한 성능을 제공한다. 이러한 방식으로, 표준 패시브 광네트워크와는 대조적으로, 각 고객 터미널은 특정 파장에서 의도하는 데이터만을 수신한다.
본 발명의 시스템의 제1 실시예는 업링크에서 :
ㆍ파장 분할 멀티플렉싱된 업링크 광신호(S'f)를 복수의 스펙트럼 성분으로 스펙트럼 디멀티플렉싱하기 위한 제2 디멀티플렉싱 수단; 및
ㆍ상기 제2 디멀티플렉싱 수단의 출력에 있는 복수의 수신기 (각각의 수신기는 각 파장에서 고객 터미널에 의하여 전송되고 각 스펙트럼 성분에 의하여 전달되는 업링크 데이터를 수신하도록 사용됨)
를 추가로 포함한다.
본 발명의 시스템의 제2 실시예는 업링크에서 :
ㆍ솔리톤 트랩핑 효과에 의하여 파장 분할 멀티플렉싱된 업링크 광신호(S'f)를 상기 업링크 데이터를 전달하는 단일 파장(λ'0)에서의 시간 분할 멀티플렉스 업링크 신호로 변환시키기 위한 비선형 수단; 및
ㆍ단일 파장(λ'0)에서 업링크 신호를 수신하기 위한 수단을 추가로 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명의 시스템은 상기 비선형 수단의 업스트림에 위치된 솔리톤 펄스를 압축하기 위한 일시적인 압축 수단을 추가로 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 일시적인 압축 수단은 칼콘화물 유리 섬유의 비선형 압축으로 이루어진다.
칼콘화물 유리 광섬유와 같은 모든 광학 성분을 사용함으로써, 시간 도메인에서 솔리톤 펄스를 압축시켜 능동 성분을 유리시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 일시적인 압축에 대하여, 칼콘화물 유리 섬유는 표준 유리 섬유보다 비선형 지수가 훨씬 더 높다는 장점이 있다. 따라서, 시간 도메인에서 펄스의 비선형 압축은 표준 섬유보다 이러한 유형의 섬유로 훨씬 용이하게 달성될 수 있어, 압축 효과를 약화시키는 데 요구되는 파워 및 일시적인 압축 수단의 전체 크기가 제한될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 비선형 수단은 두개의 상이한 고유 축을 갖는 편향 유지 복굴절 섬유로 이루어진다.
편향 유지 복굴절 섬유를 이용하면, 솔리톤 트랩핑 효과에 의한 파장 변화에 필요한 섬유의 길이가 유리하게도 무시할 수 있는 정도이다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 시스템은 복굴절 섬유의 고유 축 중 하나에서 파장 분할 멀티플렉싱된 다운링크 광신호를 추출하기 위한 수단을 추가로 포함하며, 상기 수단은 :
ㆍ편향기;
ㆍ밴드-패스 광필터
로부터 선택된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 광네트워크는 패시브 엑세스 광네트워크이다.
설명된 본 발명의 시스템은 특히 시간/진폭 분할 멀티플렉싱으로부터 파장 분할 멀티플렉싱으로의 변환에 능동 성분을 필요로 하지 않으므로, 이러한 유형의 광전송 네트워크는 특히 정의상 경로 신호에 능동 성분을 사용하지 않는 패시브 광네트워크에 적합하다.
본 발명은 또한
ㆍ복수의 고객 터미널에 다운링크 데이터(D1, D2)를 전송하기 위한 전송기 [상기 다운링크 데이터는 복수의 솔리톤 펄스를 포함하는 단일 파장(λ0)에서의 다운링크 광신호(S)에 의하여 전송되며, 상기 다운링크 광신호(S)는 시간 및 진폭 분할 이중 멀티플렉싱되고 복수의 진폭(A1, A2)을 가짐]
ㆍ복수의 고객 터미널에 의하여 전송되는 업링크 데이터(D'1, D'2)를 수신하기 위한 하나 이상의 수신기를 포함하는 광전송 중앙 터미널에 관한 것이다.
본 발명의 터미널은
ㆍ다운링크 및 업링크 데이터를 루팅하기 위한 루팅 수단; 및
ㆍ솔리톤 트랩핑 효과에 의하여 다운링크 광신호(S)의 단일 파장(λ0)을 복수의 진폭(A1, A2)의 함수로서 복수의 파장(λ1, λ2)으로 변환시켜 파장 분할 멀티플렉싱된 다운링크 광신호(Sf)를 형성하기 위한 비선형 수단을 포함하며, 상기 전송기와 상기 루팅 수단 사이의 제1 광변환기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 장치의 아키텍쳐는 단일 파장에서 진폭 및 시간 분할 이중 멀티플렉싱된 광신호를 전송하기 위한 단일 전송기 및 파장 분할 멀티플렉스 신호를 얻기 위한 광변환기만으로 충분하므로 매우 간단하다는 장점이 있다.
상기 루팅 수단에 의하여, 중앙 터미널에 의하여 전송되는 다운링크 데이터 스트림은 복수의 고객 터미널로 루팅되는 반면, 상기 고객 터미널에 의하여 전송되는 업링크 데이터 스트림은 상기 중앙 터미널의 하나 이상의 데이터 수신기로 루팅된다. 따라서, 이들 루팅 수단(예컨대, 광순환기)은 중앙 터미널이 데이터를 동시에 전송 및 수신할 수 있다는 의미에서 중앙 터미널을 "완전 듀플렉스" 터미널로 만든다는 장점이 있다.
이 방법은 업링크 및 다운링크가 동일한 네트워크 기반 설비를 공유하므로 전송 시스템의 복잡성과 전체 비용을 최소화한다는 장점이 있다.
본 발명의 중앙 터미널의 제1 실시예는 리시브 디멀티플렉서 및 업링크 데이터(D'1, D'2)를 수신하기 위한 복수의 수신기(각각의 수신기는 리시브 디멀티플렉서에 연결됨)를 포함하며, 상기 루팅 수단은 상기 제1 비선형 수단 및 상기 리시브 디멀티플렉서 사이에 배치된다.
본 발명의 중앙 터미널의 제2 실시예는 비선형 수단을 포함하며 상기 루팅 수단과 상기 데이터 수신기 사이에 위치된 제2 광변환기 및 데이터 수신기를 추가로 포함한다.
이 제2 실시예는 중앙 터미널에 단 하나의 수신기를 사용한다는 장점이 있다.
본 발명은 또한 상기 특징을 갖는 중앙 터미널로부터 또는 상기 특징을 갖는 중앙 터미널로 특정 파장을 갖는 광신호에 의하여 전달되는 데이터를 수신 또는 전송하기 위한 트랜시버를 포함하는 광전송 고객 터미널에 관한 것이다.
이것은 의도하는 데이터를 추출하기 위한 수단을 포함할 필요가 없기 때문에 상기 고객 터미널은 매우 안전하고 매우 간단하다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조하여 비제한적인 실시예로서 이하에 주어지는 상세한 설명을 읽으면 명백하다.
도 1은 본 발명의 비선형 수단을 포함하고 광네트워크를 통하여 중앙 터미널과 복수의 고객 터미널을 연결하는 광전송 시스템의 매우 개략적인 실시예를 도시 한다.
도 2A 및 2B는 도 1의 비선형 수단의 작동 이론을 도시한다.
도 3은 본 발명의 광변환기의 한 실시예를 도시한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 광전송 시스템의 2개의 실시예를 도시한다.
실시예의 상세한 설명
도 1은 광네트워크(3)를 통하여 중앙 터미널(1)과 복수의 고객 터미널(도 1에서는 3 개의 고객 터미널 11, 12, 13)을 연결하며 본 발명에 따른 비선형 수단(5)을 포함하는 광전송 시스템을 실시예로서 매우 도식적으로 도시한 것이다.
이 실시예에서, 중앙 터미널(1)은 복수의 진폭(A1, A2, A3)을 가지며 단일 파장(λ0)에서의 진폭 및 시간 이중 멀티플렉싱된 다운링크 광신호(S)에 의하여 전달되는 다운링크 데이터(D1, D2, D3)를 전송한다.
상기 전송 시스템은 비선형 수단(5) 및 파장 분할 디멀티플렉서(7)(제1 디멀티플렉싱 수단)을 포함하며, 이 디멀티플렉서(7)는 광네트워크(3)의 일부이다.
상기 비선형 수단(5)은 단일 파장(λ0)에서의 진폭 및 시간 이중 멀티플렉싱된 다운링크 광신호(S)를 복수 파장(λ0±Δλ1, λ0±Δλ2, λ0±Δλ3)에서의 복수의 스펙트럼 성분(S1, S2, S3)을 포함하는 다운링크 파장 분할 멀티플렉싱된 광신호(Sf)로 변환시킨다. 예컨대, 파장(λ1 = λ0±Δλ1)의 스펙트럼 성분(S1)은 고객 터미널(11)에 대하여 데이터(D1)를 전달한다.
상기 비선형 수단(5) 및 상기 고객 터미널(11, 12, 13) 사이의 상기 파장 분할 디멀티플렉서(7)는 각 고객 터미널이 그것이 의도하는 데이터만을 수신하도록 복수 파장에서 복수의 스펙트럼 성분(S1, S2, S3)을 스펙트럼 분배하는 신호(Sf)를 파장 분할 디멀티플렉싱한다. 예컨대, 고객 터미널(12)은 파장(λ2 = λ0±Δλ2)에서 신호(S2)에 의하여 전달되는 데이터(D2)를 수신한다.
도 2A 및 도 2B는 도 1의 비선형 수단(5)의 작동 원리를 예시한다.
상기 비선형 수단(5)은 단일 파장(λ0)에서의 진폭 및 시간 이중 멀티플렉싱된 광신호(S)를 파장 분할 멀티플렉싱된 광신호(Sf)로 변환시킨다.
도 2A의 도식 A에 도시된 바와 같이, 광신호(S)는 시간(가로축 X10에서) 내 분배되는 상이한 진폭(세로축 Y10에서 A1, A2, A3로 표시됨)을 갖는 일련의 솔리톤 펄스로 이루어진다. 예컨대, 파장(λ3 = λ0±Δλ3)에서 고객 터미널(13)에 의하여 수신되는 다운링크 데이터(D3)는 동일한 진폭(A3)의 펄스로 나타내어진다.
솔리톤 트랩핑 효과에 의하여, 동일한 진폭 (또는 파워)을 갖는 모든 펄스는 이들 펄스의 초기 파장(λ0)이 특정 파장(이 실시예에서는 λ1 = λ0±Δλ1, λ2 = λ0±Δλ2, 또는 λ3 = λ0±Δλ3)으로 변환되도록 진폭의 함수로서 동일한 주파수 편이 (또는 파장 변화)를 갖는다. 예컨대, 진폭(A2)을 갖는 파장(λ0)에서 비선형 수단(5)으로 입력되는 한 세트의 펄스는 광신호(S2)에 의하여 도식적으로 나타내어지는 파장(λ2 = λ0±Δλ2)에서의 한 세트의 펄스로 변환된다.
따라서, 상기 비선형 수단(5)은 파장 분할 멀티플렉싱된 광신호(Sf)를 출력으로서 공급하며, 이의 스펙트럼의 절반만이 도 2A의 도식 B에 도식적으로 나타내어진다. 이 실시예에서, 신호(Sf)의 스펙트럼은 진폭이 가로축 X20에서의 파장의 함수로서 세로축 Y20에 나타내어지는 단 3 개의 스펙트럼 성분(S1, S2, S3)에 의하여 나타내어진다.
솔리톤 트랩핑 효과 변환 단계 동안, 고객 터미널(13)에 대한 데이터(D3)를 전달하는 파장(λ0) 및 진폭(A3)의 펄스는 고객 터미널(13)에 대해서만 의도되는 파장(λ3 = λ0±Δλ3)의 광신호(S3)로 변환된다.
비선형 수단(5)에 의하여 발생되는 파장 변화가 솔리톤 펄스의 피크 파워에 비례함에 주목하기 바란다. 즉, Δλ3는 진폭(A3)에 대하여 직접 비례한다.
도 2B는 진폭(A1)의 솔리톤 펄스가 섬유로 섬유의 고유 축에 대하여 45°에서 주입될 때 편향 유지 복굴절 섬유(5)에서의 솔리톤 트랩핑 현상을 매우 도식적으로 나타낸 것이다.
섬유(5)의 복굴절로 인하여, 이 입사 펄스는 복굴절 섬유(5)의 두개의 고유 축에서 두개의 전파 모드로 배가된다. 상기 모드들 중 하나는 빠른 축에서 전파되 고 다른 모드는 느린 축에서 전파된다. 입사 펄스의 편향은 섬유의 고유 축에 대하여 45°에서 배향되므로 이 펄스는 동일한 진폭의 두개의 복제로 분할된다.
도 2B에서 도식 C 및 D는 각각 초기 펄스의 편향이 섬유(5)의 고유 축에 대하여 45°에서 배향되도록 섬유(5)로 주입된 후 솔리톤 트랩핑 효과를 받는 진폭(A1)의 솔리톤 펄스의 스펙트럼 및 일시 프로필을 나타낸다.
이들 도식 C 및 D에서, 점선으로 된 프로필은 편향 유지 복굴절 섬유(5)의 빠른 축에서 전파하는 모드에 상응하고 실선으로 된 프로필은 섬유(5)의 느린 축에서 전파하는 모드에 상응한다.
솔리톤 트랩핑 효과 때문에, 시간 도메인에서, I11 및 I12로 표시되는 펄스의 두개의 고유 모드는 가로축 X21에서 t=0으로 표시되는 시간 부근에서 트랩핑된다. 이 솔리톤 트랩핑 효과는 솔리톤 모드 I11 및 I12의 거의 완전한 중첩에 의하여 도 2B의 도식 C에 나타나 있다.
그러나, 주파수 도메인에서, 비선형 솔리톤 트랩핑 효과는, 도 2B의 도식 D에 나타낸 바와 같이, 중앙 파장(λ0)에서 진폭(A1)의 솔리톤 펄스의 스펙트럼을 입사 펄스의 중앙 파장(λ0)에 대하여 대칭인 두개의 스펙트럼 성분(W11 및 W12)으로 분할한다.
도식에서, 비선형 솔리톤 트랩핑 효과에 의하여 생성되는 파장 변화의 절대값은 Δλ1로 표시된다. 따라서, 스펙트럼 성분 W11은 λ0-Δλ1 파장에서이고, 스펙 트럼 성분 W12는 λ0+Δλ1 파장에서이다. 방출된 펄스의 파장(λ0)에 대한 두개의 성분(W11 및 W12)의 스펙트럼 변화는 초기 펄스의 진폭(A1)에 직접적으로 비례하고, 결과적으로 솔리톤 트랩핑 효과의 크기에 직접적으로 비례한다.
따라서, 일반적으로, 편향 유지 복굴절 섬유(5)는 진폭(An)[(이 실시예에서, n = 1, 2 또는 3)]의 솔리톤 펄스의 초기 파장(λ0)을 두개의 상이한 파장(λ0+Δλn 및 λ0-Δλn, 여기서 Δλn은 진폭 An과 연관된 스펙트럼 변화임)으로 변환시키며, 이들 두개의 파장은 파장(λ0)에 대하여 대칭이다.
도 3은 본 발명의 변환기(20)의 한 실시예를 도시한다.
상기 변환기(20)의 실시예는 편향 유지 복굴절 섬유(5)[비선형 수단(5)을 구성함], 솔리톤 펄스 일시적인 압축 섬유(22)[압축 수단(22)을 구성함], 편향기(23)[편향 추출 수단(23)을 구성함] 및 편향 제어기(24)를 포함한다.
도 2B에서 편향 유지 복굴절 섬유(5)에 의하여 생성되는 두개의 스펙트럼 성분(W11 및 W12)은 동일한 정보를 전달한다. 결과적으로, 상기 비선형 수단(5)의 출력에서 이들 스펙트럼 성분들(W11 또는 W12) 중 하나만을 복원하는 것으로 충분하다. 예컨대, 편향기(23)는 상기 편향 유지 복굴절 섬유(5)의 고유축들중 하나에 위치될 수 있다. 밴드-패스 광섬유(그 중앙 파장은 성분들 W11, W12 중 하나의 파장에 상응함)(23')에 의하여 동일한 효과가 얻어질 수 있다.
편향 제어기(24)는 펄스가 상기 섬유(5)의 고유 축에 대하여 45°에서 배향된 편향으로 편향 유지 복굴절 섬유(5)로 주입되도록 펄스의 편향 상태를 제어한다.
또 다른 실시예에서, 광변환기(20)는 광증폭기(25)를 또한 포함할 수 있다.
수치 예는 변환기(20)가 어떻게 40 Gbps의 총 비트 속도에서 멀티플렉싱된 광신호(S)를 파장 분할 디멀티플렉싱하는가를 보여 주기 위하여 이하에 주어져 있다.
예컨대, 1550 nm와 동일한 단일 파장(λ0) 및 1 ps와 동일한 임시 폭(τ)을 갖는 펄스를 포함하고 중앙 터미널(1)에 의하여 전송되는 40 Gbps의 비트 속도에서의 데이터 스트림을 상정하라.
또한, 50 ㎛2의 효과 면적(Aeff) 및 2.10-18 m2/W의 비선형 지수(n2)를 갖는 칼코겐화물 유리 섬유 원소로 이루어지는 압축 수단(22)을 상정하라. 칼코겐화물 유리 섬유(22)의 비선형 지수(n2)는 표준 유리 섬유의 비선형 지수보다 훨씬 높다. 또한, 5 ps/nm/km의 색분산도(D)를 이러한 칼코겐화물 유리 섬유(22)에 대하여 선택할 수 있다.
광섬유에서, 섬유로 주입되는 솔리톤 펄스의 파워가 기본 솔리톤의 파워(P0)보다 클 경우 시간 도메인에서 솔리톤 펄스의 비선형 압축이 가능하다.
상기 압축 섬유(22)에서 약 25의 압축 인자를 얻는 데 필요한 N = 6 정도의 솔리톤 펄스의 피크 파워의 계산 설명은 다음과 같다.
솔리톤의 분산 길이(ZD)는 이하의 방정식(여기서, c는 진공에서의 빛의 속도임)으로 주어진다:
Figure 112008051427775-PCT00001
따라서, 상기 데이터를 사용하면, 분산 길이(ZD)는 50.5 m이다. 한편, 솔리톤 주기(Z0)는 이하의 방정식으로 주어진다:
Figure 112008051427775-PCT00002
이 실시예에서, 솔리톤 주기(Z0)는 79.3 m이다. 기본 솔리톤의 피크 파워(P0)는 하기 값을 가진다:
Figure 112008051427775-PCT00003
이 실시예에서, 피크 파워(P0) 값은 123 mW이다. 따라서, 해당 펄스 스트림의 평균 파워는 4.4 dBm이다.
게다가, 비선형 칼콘화물 유리섬유(22)[압축 섬유(22)를 구성함]에서 피크 파워(Pc) 및 폭 1 ps의 펄스 전파에 상응하는 분산 길이(LD) 및 비선형 길이(LNL)은 하기 방정식으로 주어진다:
Figure 112008051427775-PCT00004
펄스는 피크 파워(Pc)가 이하의 관계식을 만족할 경우 N차 솔리톤에 매우 근접한 것으로 간주될 수 있다:
Figure 112008051427775-PCT00005
예컨대, N = 6 정도의 솔리톤의 경우, 해당 피크 파워(Pc)의 값은 1.41 mW이다.
Figure 112008051427775-PCT00006
압축 섬유(22)에 펄스를 주입할 때 상기 계산된 피크 파워를 갖는 펄스의 압축 인자(Fc)는 이하의 방정식으로 주어진다:
Figure 112008051427775-PCT00007
이러한 압축을 얻는 데 필요한 섬유 길이(Lopt)는 이하와 같다:
Figure 112008051427775-PCT00008
즉, N = 6일 경우
Figure 112008051427775-PCT00009
(9)
따라서, 압축 인자는 거의 25(압축 후 펄스의 폭은 40 fs임)이고 상기 압축 을 얻는 데 필요한 칼콘화물 유리 섬유(22)의 길이는 6.65 m이다.
이러한 시간 도메인에서의 펄스 압축 단계 후에는 솔리톤 트랩핑 효과에 의한 펄스의 스펙트럼 변화가 후속된다.
예컨대, 이러한 비선형 효과는 상기 섬유(5)의 고유 축에 대하여 45°에서 배향되는 편향을 갖는 솔리톤 펄스로 편향 유지 섬유(5)에서 발생한다.
이하의 두개의 조건이 만족되는 경우 솔리톤 트랩핑 효과가 얻어질 수 있다.
제1 조건은 편향 유지 섬유(5)[비선형 수단(5)을 구성함]는 비선형 방식으로 사용되어야 한다는 것이다. 즉, 입사 펄스는 솔리톤의, 바람직하게는 상기 편향 유지 섬유(5)에 적당한, 1차 솔리톤의 물리적 특성(진폭 및 반진폭의 폭)을 가져야 한다. 솔리톤 트랩핑 효과는 1차 솔리톤에서 가장 양호하게 작용한다.
제2 조건은 편향 유지 섬유(5)에서 전파하는 솔리톤 펄스의 "워크-오프"(즉, 편향 유지 섬유(5)의 편향 모드 분산에 대하여 직각 편향을 갖는 두개의 솔리톤 펄스의 충돌의 지속)가, 하나의 솔리톤 주기 후에, 편향 유지 섬유(5)로 주입되기 전의 펄스의 폭과 동일하거나 이보다 작아야 한다는 것이다(여기서, 이러한 폭은 τ0 = 40 fs 임).
M.N. Islam 씨 등은 "워크-오프"을 이하의 방정식[여기서, Δβ'는 편향 유지 섬유(5)의 편향 모드 분산임]으로 정의한다:
Figure 112008051427775-PCT00010
이제 2.10-18 m2/W의 비선형 지수(n2), 50 ㎛2의 효과 면적(Aeff), 및 5 ps/nm/km의 색분산도를 갖는 칼콘화물 편향 유지 유리 섬유로 이루어지는 비선형 수단(5)을 상정하는데, 이의 솔리톤 주기(Z0)는 이하의 값을 가진다:
Figure 112008051427775-PCT00011
기본 솔리톤의 피크 파워(P0)는 이하의 값을 가진다:
Figure 112008051427775-PCT00012
즉, 해당 펄스 스트림의 평균 파워는 18.4 dBm이다. 방정식(10)은 편향 모드 분산이 315 ps/km 이하이어야 함을 나타낸다.
문헌(M.N. Islam, C.D. Poole, J.P. Gordon "복굴절 광섬유에서의 솔리톤 트랩핑[Soliton Trapping in Birefringent optical fibers]", Optics Letters, 14권, 18호, 1011-1013 페이지, 1989년 9월)에 의하여 정의된 바와 같은 솔리톤 트랩핑 매개 변수(δ)는 이하의 식으로 주어지며, 여기서 Δn은 편향 유지 섬유의 고유 복굴절 축 사이에서의 지수 변화이다:
Figure 112008051427775-PCT00013
편향 모드 분산(Δβ')은 하기 방정식
Figure 112008051427775-PCT00014
에 의하여 Δn과 관련되므로 방정식 13은 다음과 같이 된다
Figure 112008051427775-PCT00015
문헌(C.R. Menyuck, "복굴절 광섬유들에서의 솔리톤들의 안정성. I: 동일한 전달 진폭[ability of solitons in birefringent optical fibers. I: Equal propagation amplitudes]", Optics Letters, 12권, 8호, 614-616 페이지, 1987년 8월)에 따르면, 편향 유지 섬유(5)의 복굴절은 매개 변수(δ)가 0.5인 경우 1차 솔리톤에 대한 케르(Kerr) 효과에 의하여 보상된다. 따라서:
Figure 112008051427775-PCT00016
이 Δβ'의 값에서, "워크-오프"는 35.7 fs이다. 이 값은 초기 펄스(40 fs)의 폭보다 작으므로, 존재하는 솔리톤 트랩핑 효과에 대한 조건이 명백히 만족된다. 섬유의 복굴절은 다음과 같다:
Figure 112008051427775-PCT00017
즉, (매우 강한 복굴절 섬유의 3 mm 비트 길이에 비하여) 거의 18 mm의 비트 길이(LB)이다.
요약하면, 칼콘화물 편향 유지 복굴절 유리 섬유(Δn = 8.4.10-5, 색분산도 D = 5 ps/nm/km, 비선형 지수 n2 = 2.10-18 m2/W, 효과 면적 Aeff = 50 ㎛2)의 고유 축에 대하여 45°에서 18.4 dBm의 평균 파워를 갖는 1차 솔리톤을 주입함으로써 모든 솔리톤 트랩핑 여기 조건이 만족된다.
문헌(G.P. Agrawal, "비선형 섬유 광학[Nonlinear Fiber Optics]", 164-165 페이지, 아카데믹 프레스[Academic Press], 1989년)에 기재된 바와 같이, 펄스는 거의 10.Z0에 상응하는 1.3 m의 거리에 걸쳐 전파되도록 야기된다. 도 2B로부터 펄스 스펙트럼의 두개의 복제(W12 및 W11) 사이에 발생되는 파장 변화(Δλ)는 하기 방정식으로 주어진다:
Figure 112008051427775-PCT00018
따라서, 40 fs의 폭을 갖는 압축 펄스에 대하여[그러나, 1 ps의 폭을 갖는 중앙 터미널(1)에 의하여 방출됨], 펄스의 스펙트럼의 두개의 복제(W12 및 W11) 사이에서 56 nm의 파장 변화가 달성된다.
총 거의 8 m(펄스를 압축하는 데 필요한 6.65 m 를 포함)의 섬유 후 28 nm의 변화가 입사 펄스의 단일 길이(λ0)에 대하여 얻어진다.
예컨대, 광전송 시스템이 터미널당 1 Gbps의 비트 속도를 갖는 40 개의 고객 (또는 가입자) 터미널을 포함할 경우, 76 W(18.4 dBm) 이하의 적절히 분포된 40개의 피크 프레임 파워값들을 고려함으로써, 거의 30 nm의 밴드, 즉, 100 GHz마다 거의 한 파장에 걸쳐 40개의 다운링크 파장(40개의 고객 터미널로 전송됨)을 분배할 수 있다. 따라서, 파워 한계는 기본 또는 1차 솔리톤의 파워에 의하여 주어진다.
각 고객 터미널의 출력 파워는 업링크에 대한 솔리톤 트랩핑 효과로 각 고객 터미널에 의하여 방출되는 펄스의 파장이 단일 표적 파장으로 변환되도록 선택된다. 각 고객 터미널에 의하여 방출되는 펄스의 진폭은 초기 광네트워크 형성 단계 동안 미리 조절된다.
또한, 상이하게 생성되는 WDM (또는 상이한 파장) 사이의 크로스톡(crosstalk)은 고객 터미널에 중앙 터미널(1)을 연결하는 표준 섬유에서 발생되는 스펙트럼의 압축에 비하여 유의적이지 않다. 실제로 표준 섬유(분산 D = 17 ps/nm/km, 기본 솔리톤의 분산 길이 ZD = 2.4 cm, 기본 솔리톤의 평균 파워 P0 = 42.4 dBm)에서 수 미터의 극단 (여기서는 40 fs) 펄스에 걸친 비솔리톤 전파는 ("솔리톤" 전파를 탈안정화시킴으로써) 시간 도메인에서의 펄스를 넓히는데, 이것은 디멀티플렉서에서 유의적인 크로스톡이 관찰되지 않도록 스펙트럼의 압축에 의하여 주파수 도메인에 반영된다.
반대로, 중앙 터미널(1) 및 고객 터미널 사이의 경로를 따른 축적 색분산을 보상하기 위하여 디멀티플렉서(7)의 업스트림에 색분산 보상 모듈이 제공되어야 한다.
그럼에도 불구하고, 고객 터미널에 의하여 감지되는 비트 속도는 겨우 1 Gbps(1 ns의 비트 주기에 해당함)이므로 초기 펄스(즉, 40 fs)의 정확한 폭으로 복귀할 필요가 없다. 상기 펄스들을 상기 비트 주기의 절반(즉, 500 ps) 이하의 절반 진폭의 폭을 갖는 그들의 비트 주기로 복귀시키는 것으로 매우 충분하다. 표준 단일 모드 섬유(SSMF)를 보상하는 섬유의 길이에 대한 허용 범위는 약 1 km이다. 따 라서, 중앙 오피스에서 가입자까지의 거리가 20 km일 경우, 펄스를 충분히 작은 폭의 비트 주기 내로 되돌리기 위해서는 19 km의 SSMF만을 보상하는 것으로도 충분하다.
상기 수치 예는 40 Gbps에서 데이터 스트림을 스펙트럼 디멀티플렉싱 하기 위한 솔리톤 트랩핑 효과의 효율을 나타낸다.
따라서, 본 발명은 2 가지 유형의 패시브 광네트워크 아키텍쳐를 조화시키는 장점을 가진다. 즉, 중앙 터미널(1)은 단일 파장(λ0)을 전송하며, 각 고객 (또는 가입자) 터미널(11, 12 또는 13)이 그것에 특정하며 그것에 대한 데이터(D1, D2 또는 D3)가 전달되는 파장(λ1, λ2 또는 λ3)과 연결되도록 저손실 광학 디멀티플렉서(7)가 상기 네트워크(3)에 제공된다.
솔리톤 트랩핑 효과를 기초로 하는 본 발명에 따른 변환은 40명의 가입자를 갖는 표준 패시브 광네트워크 아키텍쳐에서 섬유의 길이를 수 미터로 제한한다. 상기 수치 예에 따르면, (상기 펄스들을 압축하는 데 필요한 6.65 m를 포함하여) 전체 거의 8 m의 섬유가 충분하다. 이것은 저가로 간단히 제작되는 전체적으로 패시브한 소형 변환기를 생산하는 장점을 가진다.
도 4 및 도 5는 예컨대 2 개의 고객 터미널(11 및 12)을 포함하는 양방향 광전송 시스템에서의 본 발명의 중앙 터미널(1)의 두개의 실시예(101, 100)를 도시한다. 이들 두개의 실시예에서, 중앙 터미널(100, 101)은 다운링크 및 업링크 데이터 스트림을 동시에 관리할 수 있다는 의미에서 그 자체로 양방향 터미널(즉, 완전 듀 플렉스 터미널)이다.
이들 두개의 실시예에서, 광전송 중앙 터미널(100, 101)은 다운링크 전송 단계 동안 다운링크에서 다운링크 데이터(D1, D2)를 복수의 고객 터미널(11, 12)에 전송하기 위한 전송기(30)를 포함한다. 상기 중앙 터미널(100, 101)은 복수의 고객 터미널(11, 12)에 의한 업링크에서 전송되는 업링크 데이터(D'1, D'2)를 수신하기 위한 하나 이상의 수신기를 추가로 포함한다.
이하에서 "다운 링크"라는 표현은 다운링크 전송 단계 동안 중앙 터미널(100, 101)로부터 복수의 고객 터미널(11, 12)로 다운링크 데이터(D1, D2)를 전송시키는 시스템의 통신 링크를 의미한다.
반대로, "업링크"라는 표현은 업링크 전송 단계 동안 복수의 고객 터미널(11, 12)로부터 중앙 터미널(100, 101)로 업링크 데이터(D'1, D'2)를 전송시키는 시스템의 통신 링크를 의미한다.
다운링크 전송 단계
전송 단계 동안, 상기 중앙 터미널(100, 101)은 단일 파장(λ0)의 진폭 및 시간 이중 멀티플렉싱된 광신호(S)에 의하여 전달되는 다운링크 데이터(D1, D2)를 복수의 고객 터미널(11, 12)로 전송한다. 상기 광신호(S)는 복수의 진폭을 갖는 복수의 솔리톤 펄스로 이루어진다. 도 4 및 도 5에 도시된 실시예에서, 상기 신호(S)는 진폭(A1)의 제1 시리즈의 펄스(데이터 D1) 및 진폭(A2)의 제2 시리즈의 펄스(데 이터 D2)로 이루어진다.
변환 단계 동안, 상기 광변환기(20)는 다운링크 광신호(S)의 단일 파장(λ0)을 진폭(A1 및 A2)의 함수로서 두개의 상이한 파장(λ1 및 λ2)으로 변환시켜 각 파장(λ1 및 λ2)에서 다운링크 데이터(D1 및 D2)를 전달하는 파장 분할 멀티플렉싱된 다운링크 광신호(Sf)를 형성한다.
루팅 단계 동안, 파장 분할 멀티플렉싱된 다운링크 광신호(Sf)는 상기 광변환기(20) 및 상기 광네트워크(3) 사이의 WDM 광순환기(31)로 이루어지는 루팅 수단에 의하여 복수의 고객 터미널(11, 12)로 루팅된다.
다운링크에서:
ㆍS1은 상기 고객 터미널(11)에 의도되는 파장(λ1)에서의 다운링크 데이터(D1)를 전달하는 파장 분할 멀티플렉싱된 다운링크 광신호(Sf)의 스펙트럼 성분이고;
ㆍS2는 상기 고객 터미널(12)에 의도되는 파장(λ2)에서의 다운링크 데이터(D2)를 전달하는 파장 분할 멀티플렉싱된 다운링크 광신호(Sf)의 스펙트럼 성분이다.
파장 분할 디멀티플렉싱 단계 동안, 파장 분할 멀티플렉싱된 다운링크 광신호(Sf)는 각 고객 터미널(11, 12)이 특정 파장(각각 λ1, λ2)에서 의도하는 데이 터(각각 (D1, D2)를 수신할 수 있도록 스펙트럼 디멀티플렉싱된다. 이러한 목적에서, WDM 광학 디멀티플렉서(7)로 이루어지는 광학 디멀티플렉싱 수단은 WDM 순환기(31) 및 복수의 고객 터미널(11, 12) 사이의 광네트워크(3)에 배치된다.
상기 고객 터미널(11, 12)은 각각 다운링크 광신호(Sf)의 스펙트럼 성분(S1, S2)에 의하여 전달되는 데이터를 수신하기 위한 각각의 수신 모듈 또는 수신기(16, 18)를 포함한다. 따라서, 파장(λ1)(또는 λ2)에서 스펙트럼 성분(S1)(또는 S2)에 의하여 전달되는 다운링크 데이터(D1)(또는 D2)는 광학 링크에 의하여 고객 터미널(11)(또는 12)로 루팅되고 고객 터미널(11)(또는 12)의 수신기(16)(또는 18)에 의하여 복조된다.
업링크 전송 단계
[고객 터미널(11, 12)로부터 중앙 터미널(100, 101)로의] 업링크에서, S'1 (또는 S'2)은 중앙 터미널(100, 101)에 의도되는 파장(λ'1)(또는 λ'2)에서 업링크 데이터(D'1)(또는 D'2)를 전달하는 고객 터미널(11)(또는 12)의 전송기(16)(또는 18)에 의하여 방출되는 광신호를 지정한다.
업링크에서 전송 단계 동안, 각 고객 터미널(11, 12)은 중앙 터미널(100, 101)로 업링크 데이터(D'1, D'2)를 전송한다. 상기 업링크 광신호(S'1)(또는 S'2)는 미리 정해진 타임 시프트(t'1)(또는 t'2)를 가지며 특정 진폭(A'1)(또는 A'2)에서 전 송된다.
파장 분할 멀티플렉싱 단계 동안, 업링크 광신호(S'1)(및 S'2)는 WDM 멀티플렉서(7)(멀티플렉싱 수단)에 의하여 파장 분할 멀티플렉싱되어 파장 분할 멀티플렉싱된 업링크 광신호(S'f)를 형성한다. 다운링크에 사용되는 이 WDM 멀티플렉서(7) 및 WDM 디멀티플렉서(7)는 멀티플렉서 및 디멀티플렉서 양쪽으로 기능하는 단일 성분으로 이루어진다.
루팅 단계 동안, 파장 분할 멀티플렉싱된 업링크 광신호(S'f)는 광순환기(31)에 의하여 각각 고객 터미널(11, 12)에 의하여 전송되는 업링크 데이터(D'1 및 D'2)를 수신하기 위한 하나 이상의 수신기로 루팅된다.
제1 실시예
도 4는 위에 설명된 업링크 및 다운링크 전송 단계를 사용하여 업링크 및 다운링크를 포함하는 양방향 광전송 시스템의 제1 실시예를 나타내며, 여기서 중앙 터미널(100)은 리시브 디멀티플렉서(33)(제2 디멀티플렉싱 수단), 상기 리시브 디멀티플렉서(33)에 연결된 2 개의 데이터 수신기(37 및 35), 및 상기 변환기(20)와 상기 리시브 디멀티플렉서(33) 사이에 배치된 순환기(31)를 포함한다.
업링크 전송 단계의 디멀티플렉싱 단계 동안, 파장 분할 멀티플렉싱된 업링크 광신호(S'f)는 각각 제1 및 제2 데이터 수신기(35, 37)에 스펙트럼 성분(S'1, S'2)을 분배하는 상기 리시브 디멀티플렉서(33)에 의하여 스펙트럼 디멀티플렉싱된 다.
수신 단계 동안, 제1 데이터 수신기(35) 및 제2 데이터 수신기(37)는 각각 각 파장에 대하여 업링크 광신호(S'1 및 S'2)에 의하여 전달되는 업링크 데이터(D'1) 및 업링크 데이터(D'2)를 수신한다.
따라서, 상기 중앙 터미널(100)은 리시브 디멀티플렉서(33)에 의한 신호(S'1 및 S'2)의 파장 분할 디멀티플렉싱 후 데이터(D'1 및 D'2)를 수신한다.
도 4의 실시예에서, 진폭 및 시간 이중 멀티플렉싱된 광신호(S)를 파장 분할 멀티플렉싱된 광신호(Sf)로 변환하는 것은 다운링크 광신호(S1, S2)에 관한 것임에 주목하기 바란다.
그러나, 중앙 터미널(100)에서 업링크 데이터 수신기의 수를 최소화하기 위하여, 파장 분할 멀티플렉싱된 업링크 광신호(S'f)는, 도 5의 제2 실시예에 도시된 바와 같이, 솔리톤 트랩핑 효과를 기초로 하는 추가의 광변환기(21)를 사용하여 광시분할 멀티플렉싱(OTDM) 신호로 변환될 수 있다.
제2 실시예
도 5에 도시된 제2 실시예에서, 중앙 터미널(101)은
ㆍ전송기(30), 광순환기(31);
ㆍ상기 전송기(30) 및 상기 광순환기(31) 사이에 있는 본 발명의 제1 광변환기(20);
ㆍ상기 제2 변환기(21)에 연결된 데이터 수신기(39); 및
ㆍ상기 데이터 수신기(39) 및 상기 광순환기(31) 사이에 있는 본 발명의 제2 광변환기(21)
를 포함한다.
파장 분할 멀티플렉싱된 업링크 광신호(S'f)는 광순환기(31)에 의하여 루팅된 후 제2 광변환기(21)로 주입되는데, 상기 제2 광변환기는 비선형 솔리톤 트랩핑 효과에 의한 변환 단계에서 이것을 업링크 데이터(D'1, D'2)를 전달하는 단일 파장(λ'0)에서의 시간 분할 멀티플렉싱된 업링크 신호로 변환시킨다.
다운링크 전송 단계에서와 같이, 상기 제2 변환기(21)의 비선형 광학 수단은 편향 유지 복굴절 섬유(5)로 이루어진다. 이후 업링크 전송 단계의 변환 단계는 편향 유지 복굴절 섬유(5)의 고유 축에 대하여 45°에서 파장 분할 멀티플렉싱된 업링크 광신호(S'f)를 주입함으로써 실시된다.
제2 변환기(21)의 효과는 파장(λ'1 및 λ'2)에 의하여 단일 업링크 파장(λ'0)으로 전달되는 두개의 채널을 로킹하는 것인데, 상기 단일 업링크 파장의 값은 예컨대 업링크 및 다운링크 간의 간섭을 방해하기 위하여 다운링크 방향으로 사용되는 파장(λ0)의 값보다 약간 높도록 되어 있다.
각 고객 터미널(11, 12)에서, 자연히 파장(λ'1 및 λ'2)이 단일 업링크 파 장(λ'0)에 성공적으로 로킹될 수 있도록 파워 프레임을 전송할 필요가 있다.
수신 단계 동안, 상기 제2 광변환기(21)의 출력에서 공급되는 단일 파장(λ'0)에서의 업링크 신호는 두개의 상이한 채널 상에서 업링크 데이터(D'1, D'2)를 복구하는 단일 수신기(39)에 의하여 복조된다.
이 제2 실시예의 장점은, 이들 신호가 시간 도메인에서 정확하게 삽입되도록 미세한 동조가 업링크 신호(S'1, S'2) 전송시에 실시되는 한, 하나의 수신기(39)만이 상기 중앙 터미널(101)에 필요하다는 것이다. 즉, 전송시, 각 신호(S'1, S'2)는 솔리톤 트랩핑 효과에 의한 변환 후 상기 제2 광변환기(21)의 출력에서 얻어지는 신호가 광학적 시간 도메인 멀티플렉스 신호(OTDM)이도록 하는 타임 시프트(t'1, t'2)를 갖고 전송되어야 한다.

Claims (16)

  1. 광네트워크(3)를 통한 중앙 터미널(1; 100; 101)과 복수의 고객 터미널(11, 12) 간의 광전송 방법으로서,
    상기 방법은 다운링크 데이터(D1, D2)를 전송하기 위한 다운링크 전송 단계 및 업링크 데이터(D'1, D'2)를 전송하기 위한 업링크 전송 단계를 포함하며,
    상기 다운링크 전송 단계는 :
    ㆍ상기 중앙 터미널(1; 100; 101)이 단일 파장(λ0)에서 진폭 및 시간 이중 멀티플렉싱된 다운링크 광신호(S)를 전송하고, 상기 복수의 고객 터미널(11, 12)에 의하여 수신되는 상기 다운링크 데이터(D1, D2)를 전달하며, 단일 파장(λ0)에서의 상기 다운링크 광신호(S)는 복수의 진폭(A1, A2)을 갖는 솔리톤 펄스들로 이루어지는 단계;
    ㆍ상기 복수의 진폭(A1, A2)의 함수로서 상기 다운링크 광신호(S)의 상기 단일 파장(λ0)을 복수의 파장(λ1, λ2)으로 변환시키는 비선형 솔리톤 트랩핑 효과를 이용하여 파장 분할 멀티플렉싱된 다운링크 광신호(Sf)를 형성하는 단계;
    ㆍ상기 파장 분할 멀티플렉싱된 다운링크 광신호(Sf)를 상기 복수의 고객 터미널(11, 12)로 루팅하는 단계; 및
    ㆍ각 고객 터미널(11, 12)이 특정 파장(λ1, λ2)에서 의도하는 상기 데이터(D1, D2)를 수신하도록 상기 파장 분할 멀티플렉싱된 다운링크 광신호(Sf)를 파장 분할 디멀티플렉싱하는 단계를 포함하고,
    상기 업링크 전송 단계는 :
    ㆍ복수의 업링크 광신호(S'1, S'2)를 상기 중앙 터미널(1; 100; 101)에 전송하고, 각 업링크 광신호(S'1, S'2)는 상이한 파장(λ'1, λ'2)에서 각각의 업링크 데이터(D'1, D'2)를 전달하며, 특정 진폭(A'1, A'2) 및 소정의 타임 시프트(t'1, t'2)로 복수의 고객 터미널(11, 12)의 각각의 고객 터미널에 의하여 전송되는 단계;
    ㆍ상기 복수의 업링크 광신호(S'1, S'2)를 파장 분할 멀티플렉싱하여 파장 분할 멀티플렉싱된 업링크 광신호(S'f)를 형성하는 단계; 및
    ㆍ상기 파장 분할 멀티플렉싱된 업링크 광신호(S'f)를 상기 복수의 고객 터미널(11, 12)의 각 고객 터미널에 의하여 전송되는 데이터(D'1, D'2)를 수신하기 위한 하나 이상의 수신기로 루팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전송 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 업링크 전송 단계는 :
    ㆍ상기 파장 분할 멀티플렉싱된 업링크 광신호를 복수의 스펙트럼 성분으로 스펙트럼 디멀티플렉싱하는 파장 분할 디멀티플렉싱 단계; 및
    ㆍ각 파장에서 고객 터미널에 의하여 전송되는 업링크 데이터를 전달하는 상기 각각의 스펙트럼 성분이 상기 복수의 수신기들중 한개의 수신기에 의하여 수신되는, 복수의 수신기에 의한 상기 업링크 데이터의 수신 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광전송 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 업링크 전송 단계는 :
    ㆍ상기 파장 분할 멀티플렉싱된 업링크 광신호(S'f)를 비선형 솔리톤 트랩핑 효과에 의하여 상기 업링크 데이터를 전달하는 단일 파장(λ'0)에서의 시간 분할 멀티플렉싱된 업링크 신호로 변환시키는 변환 단계; 및
    ㆍ단일 수신기(39)가 단일 파장(λ'0)에서의 상기 업링크 신호를 수신하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광전송 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 업링크 전송 단계는 상기 변환 단계 전에 상기 솔리톤 펄스의 일시적인 압축 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광전송 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다운링크 전송 단계 동안 상기 비선형 솔리톤 트랩핑 효과에 의한 상기 변환 단계는 단일 파장(λ0)에서의 상기 다운링크 광신호(S)를 편향 유지를 위한 복굴절 섬유(5)의 고유 축에 대한 45°에서 주입함으로써 실행되는 것을 특징으로 하는 광전송 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 업링크 전송 단계 동안 상기 비선형 솔리톤 트랩핑 효과에 의한 상기 변환 단계는 상기 파장 분할 멀티플렉싱된 업링크 광신호(S'f)를 편향 유지를 위한 복굴절 섬유(5)의 고유 축에 대한 45°에서 주입함으로써 실행되는 것을 특징으로 하는 광전송 방법.
  7. 광네트워크(3)를 통하여 중앙 터미널(1; 100; 101)과 복수의 고객 터미널(11, 12)을 연결하는 광전송 시스템으로서, 상기 중앙 터미널(1; 100; 101)은 다운링크에서 상기 복수의 고객 터미널(11, 12)에 다운링크 데이터(D1, D2)를 전송하고, 업링크에서 상기 복수의 고객 터미널로부터 업링크 데이터(D'1, D'2)를 수신하도록 사용되고,
    상기 시스템은 상기 다운링크에서 :
    ㆍ단일 파장(λ0)에서 업링크 광신호(S)를 전송하고 상기 다운링크 데이터(D1, D2)를 전달하며, 상기 다운링크 광신호(S)는 시간 및 진폭 이중 멀티플렉싱되고, 복수의 진폭(A1, A2)을 갖는 솔리톤 펄스로 이루어지는 수단;
    ㆍ파장 분할 멀티플렉싱된 다운링크 광신호(Sf)를 형성하기 위하여 솔리톤 트랩핑 효과에 의하여 상기 다운링크 광신호(S)의 상기 단일 파장(λ0)을 상기 복수의 진폭(A1, A2)의 함수로서 복수의 파장(λ1, λ2)으로 변환시키기 위한 비선형 수단(5);
    ㆍ상기 파장 분할 멀티플렉싱된 다운링크 광신호(Sf)를 상기 복수의 고객 터미널(11, 12)로 루팅하기 위한 루팅 수단(31); 및
    ㆍ각 고객 터미널(11, 12)이 특정 파장(λ1, λ2)에서 의도하는 상기 다운링크 데이터(D1, D2)를 수신하도록 상기 다운링크 광신호(Sf)를 스펙트럼 디멀티플렉싱하기 위한 제1 디멀티플렉싱 수단(7)을 포함하고,
    상기 시스템은 상기 업링크에서 :
    ㆍ복수의 업링크 광신호(S'1, S'2)를 상기 중앙 터미널(1; 100; 101)에 전송하고, 각 업링크 광신호는 상이한 파장(λ'1, λ'2)에서 상기 각각의 업링크 데이터(D'1, D'2)를 전달하며, 특정 진폭(A'1, A'2) 및 소정의 타임 시프트(t'1, t'2)로 상기 복수의 고객 터미널(11, 12)중 하나의 고객 터미널에 의하여 각각 전송되는 수단;
    ㆍ파장 분할 멀티플렉싱된 업링크 광신호(S'f)를 형성하도록 상기 복수의 업링크 광신호(S'1, S'2)를 파장 분할 멀티플렉싱하기 위한 멀티플렉싱 수단(7); 및
    ㆍ상기 파장 분할 멀티플렉싱된 업링크 광신호(S'f)를 루팅하기 위한 수단; 및
    ㆍ상기 복수의 고객 터미널(11, 12)중 각 고객 터미널에 의하여 전송되는 상기 데이터(D'1, D'2)를 수신하기 위한 하나 이상의 수신기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광전송 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 업링크에서 :
    ㆍ상기 파장 분할 멀티플렉싱된 업링크 광신호(S'f)를 복수의 스펙트럼 성분으로 스펙트럼 디멀티플렉싱하기 위한 제2 디멀티플렉싱 수단; 및
    ㆍ상기 제2 디멀티플렉싱 수단의 출력에 있으며, 각각의 수신기는 각각의 파장에서 고객 터미널에 의하여 전송되고, 각 스펙트럼 성분에 의하여 전달되는 업링크 데이터를 수신하도록 사용되는 복수의 수신기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광전송 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 업링크에서 :
    ㆍ솔리톤 트랩핑 효과에 의하여 상기 파장 분할 멀티플렉싱된 업링크 광신호(S'f)를 상기 업링크 데이터를 전달하는 단일 파장(λ'0)에서의 시간 분할 멀티플렉싱된 업링크 신호로 변환시키기 위한 비선형 수단(5); 및
    ㆍ단일 파장(λ'0)에서 상기 업링크 신호를 수신하기 위한 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광전송 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 비선형 수단(5)의 업스트림에 위치되고, 상기 솔리톤 펄스를 압축하기 위한 일시적인 압축 수단(22)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광전송 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 일시적인 압축 수단(22)은 칼콘화물 비선형 압축 유리 섬유(22)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광전송 시스템.
  12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비선형 수단(5)은 두개의 상이한 고유 축을 갖는 편향 유지 복굴절 섬 유(5)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광전송 시스템.
  13. 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광네트워크(3)는 PON형 엑세스 패시브 광네트워크인 것을 특징으로 하는 광전송 시스템.
  14. ㆍ복수의 고객 터미널(11, 12)에 다운링크 데이터(D1, D2)를 전송하고, 상기 다운링크 데이터는 복수의 솔리톤 펄스를 포함하는 단일 파장(λ0)에서의 다운링크 광신호(S)에 의하여 전송되며, 상기 다운링크 광신호(S)는 시간 및 진폭 분할 이중 멀티플렉싱되고, 복수의 진폭(A1, A2)을 가지는 전송기(30),
    ㆍ상기 복수의 고객 터미널(11, 12)에 의하여 전송되는 업링크 데이터(D'1, D'2)를 수신하기 위한 하나 이상의 수신기를 포함하고,
    ㆍ다운링크 및 업링크 데이터를 루팅하기 위한 루팅 수단(31); 및
    ㆍ솔리톤 트랩핑 효과에 의하여 상기 다운링크 광신호(S)의 단일 파장(λ0)을 상기 복수의 진폭(A1, A2)의 함수로서 복수의 파장(λ1, λ2)으로 변환시켜 파장 분할 멀티플렉싱된 다운링크 광신호(Sf)를 형성하기 위한 비선형 수단(5)을 포함하며, 상기 전송기(30)와 상기 루팅 수단(31) 사이에 배치된 제1 광변환기(20)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광전송 중앙 터미널(1; 100; 101).
  15. 제14항에 있어서,
    리시브 디멀티플렉서(33) 및 상기 업링크 데이터(D'1, D'2)를 수신하고, 각각의 수신기는 상기 리시브 디멀티플렉서(33)에 연결되는 복수의 수신기(37, 35)를 포함하며, 상기 루팅 수단(31)은 상기 제1 비선형 수단(5) 및 상기 리시브 디멀티플렉서(33) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 터미널(100).
  16. 제14항에 있어서,
    데이터 수신기(39) 및 상기 루팅 수단(31)과 상기 데이터 수신기(39) 사이에 배치되고, 비선형 수단(5)을 포함하는 제2 광변환기(21)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 터미널(101).
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