KR20090038993A

KR20090038993A - Ｗｄｍ-ｐｏｎ 광 송신기의 구동 전류 제어 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20090038993A
Application number: KR1020070104356A
Authority: KR
Inventors: 변재오; 김경민
Original assignee: 주식회사 럭스퍼트
Priority date: 2007-10-17
Filing date: 2007-10-17
Publication date: 2009-04-22
Also published as: US8073341B2; US20100067921A1; KR100906399B1; WO2009051313A1

Abstract

본 발명은 파장 분할 다중 방식 수동형 광 네트워크용(WDM-PON) 광 송신기에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 WDM-PON 광 송신기의 구동 전류를 제어하는 시스템에 관한 것이다.

본 발명에 따른 WDM-PON 광 송신기의 구동 전류 제어 시스템은 구동 전류에 따라 송신용 광 신호를 생성하고 전송하는 복수의 레이저 다이오드와 상기 복수의 레이저 다이오드와 각각 연결된 복수의 개별 단자와 하나의 공통 단자를 포함하는 광 다중/역다중화기와 상기 복수의 개별 단자를 통해 광 신호를 수신하여 모니터링 전류를 생성하는 포토 다이오드와 입력된 광 신호의 광 파워를 감쇄시켜 출력하는 가변 광 감쇄기와 상기 가변 광 감쇄기의 감쇄 값을 제어하고, 상기 모니터링 전류에 기초하여 상기 공통 단자로 출력되는 광 신호의 광 파워를 계산하고, 상기 계산된 광 파워에 기초하여 상기 구동 전류를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

광 신호, 광 파워, WDM-PON, 구동 전류

Description

ＷＤＭ-ＰＯＮ 광 송신기의 구동 전류 제어 방법 및 시스템 {METHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLING DRIVING CURRENT OF LASER DIODE IN WAVELENGTH DIVISION MULTIPLEXED-PASSIVE OPTICAL NETWORK}

파장 분할 다중 방식 수동형 광 네트워크(WAVELENGTH DIVISION MULTIPLEXED-PASSIVE OPTICAL NETWORK: WDM-PON)는 각 가입자에게 부여된 고유의 파장을 이용하여 초고속 광대역 통신 서비스를 제공한다. 따라서, 서로 다른 파장의 신호를 해당 가입자만 수신하기 때문에 보안성이 우수하고, 각 가입자 별로 별도의 통신 서비스를 제공할 수 있으며, 통신 용량의 확대를 쉽게 수용할 수 있다.

종래에는, DFB-LD(Distributed Feedback-Laser Diode) 소자를 사용하여 중앙 기지국(CO: Central Office)과 가입자 장치(subscriber terminal)들이 서로 다른 파장의 광원을 각각 구비함으로써, WDM-PON을 구현하는 방법이 제안되었다.

하지만, 이러한 방식은 DFB-LD 소자가 고가이기 때문에 비용적인 측면에서 상용화에 많은 어려움이 따를 뿐만 아니라 복잡한 온도 제어 기술이 필요한 문제점이 있었다.

따라서, 저가의 페브리-페롯 레이저 다이오드(FP-LD)에 비간섭성 광원을 주입하여 파장 잠김을 유도하고, 그것에 의해 WDM 광 신호를 구현하는 파장 잠김된 광 신호를 이용하는 기술이 널리 사용되고 있다. 또한, 더 넓은 전송 대역 폭을 위해서는 반사형 반도체 광 증폭기(RSOA, Reflective semiconductor optical amplifier)에 주입 광원을 인가하고 RSOA의 전류를 변조시켜, 파장 고정된 광 신호를 얻어 WDM 신호로 사용하기도 한다.

이하에서는 도 1을 참조하여, 종래의 레이저 다이오드를 이용한 파장 분할 다중 방식 수동 광 네트워크(100)의 개략적 기능을 설명하기로 한다. 도 1은 종래 기술에 따른 파장 분할 다중 방식 수동 광 네트워크(100)에서의 양방향 통신을 설명하기 위한 도면이다.

파장 분할 다중 방식 수동 광 네트워크(100)는 중앙 기지국(110)과 가입자 장치(130), 중앙 기지국(110)과 각각의 가입자 장치(130)를 연결하는 원격 노드(120) 및 광 케이블(140)을 포함한다.

중앙 기지국(110)은 A 대역 주입 광원(111), B 대역 주입 광원(112), 광원 분배기(113), 제 1 1xN 광 대중/역다중화기(114) 및 송/수신기(115)를 포함한다.

원격 노드(120)는 제2 1xN 광 다중/역다중화기(121)를 포함하고, 광 가입자 장치(130)는 송/수신기(131)를 포함한다.

A 대역 주입 광원(111)은 하향 광 신호로 사용되는 A 대역 광 신호를 위한 주입 광원으로 제공하며, 주로 비간섭성(incoherent) 광원이 사용된다. A 대역 주입 광원(111)은 A 대역 주입 광 신호를 생성하여 광원 분배기(113)로 제공한다.

B 대역 주입 광원(112)은 상향 광 신호로 사용되는 B 대역 광 신호를 위한 주입 광원으로 제공하며, A 대역 주입 광원(111)과 마찬가지로 주로 비간섭성 광원이 사용된다. B 대역 주입 광원(112)은 B 대역 주입 광 신호를 생성하여 광원 분배기(113)로 전달한다.

광원 분배기(113)는 A 대역 주입 광원(111)으로부터 A 대역 주입 광 신호를 수신하여 중앙 기지국(110)의 제1 1xN 광 다중/역다중화기(114)로 전송한다. 또한, 중앙 기지국(110)의 제1 1xN 광 다중/역다중화기(114)로부터 파장 잠김된 A 대역 광 신호를 전달받아 원격 노드(120)와 연결된 광 케이블(140)로 전송한다.

광원 분배기(113)는 B 대역 주입 광원(112)으로부터 B 대역 주입 광 신호를 수신하여 광 케이블(140)을 통해 원격 노드(120)의 제2 1xN 광 다중/역다중화기(121)로 전송한다. 또한, 원격 노드(120)의 제2 1xN 광 다중/역다중화기(121)로부터 파장 잠김된 B 대역 광 신호를 전달받아 중앙 기지국(110)의 제1 1xN 광 다중/역다중화기(114)로 전달한다.

제1 1xN 광 다중/역다중화기(114)는 광원 분배기(113)로부터 수신한 A 대역 광 신호를 파장 별로 분리하여 중앙 기지국의 송/수신기(115)의 송신기에 주입시킨다. 제1 1xN 광 다중/역다중화기(114)는, 예를 들어, 배열 도파로 격자(AWG: Arrayed Waveguide Grating)가 사용될 수 있다.

송/수신기(115)의 송신기는, 예를 들어, 페브리-페롯 레이저 다이오드(FP-LD: Fabry Perot Laser Diode)가 사용되며, 각 가입자들에게 전송할 하향 광 신호를 생성한다.

구체적으로, 송/수신기(115)의 송신기에 파장 별로 분리된 A 대역 주입 광 신호를 주입하면, 주입된 광 신호의 파장과 다른 주파수 성분들은 억제되고, 주입된 광 신호와 동일한 파장은 고정(잠김)됨으로써, 파장 잠김된 A 대역 하향 광 신호가 출력된다.

송/수신기(115)의 수신기는 가입자 장치(130)로부터 수신한 파장 잠김된 B 대역 상향 광 신호를 전달 받아 전기 신호로 변환하는 역할을 하며, 포토 다이오드(PD: Photo Diode) 등이 이용될 수 있다.

원격 노드(120)의 제2 1xN 광 다중/역다중화기(121)는 광원 분배기(113)로부터 수신한 B 대역 광 신호를 파장 별로 분리하여 가입자 장치(130)의 송/수신기(131)로 주입시킨다. 제2 1xN 광 다중/역다중화기(121)는, 제1 1xN 광 다중/역다중화기(114)와 마찬가지로 예를 들어, 배열 도파로 격자(AWG)가 사용될 수 있다.

송/수신기(131)의 송신기는, 예를 들어, 페브리-페롯 레이저 다이오드(FP-LD)가 사용되며, 중앙 기지국으로 전송할 상향 광 신호를 생성한다.

자세하게는, 송/수신기(131)의 송신기에 파장 별로 분리된 B 대역 광 신호를 주입하면, 주입된 광 신호의 파장과 다른 주파수 성분들은 억제되고, 주입된 광 신호와 동일한 파장은 고정(잠김)됨으로써, 파장 잠김된 B 대역 상향 광 신호가 출력 된다.

송/수신기(131)의 수신기는 중앙 기지국으로부터 수신한 파장 잠김된 A 대역 하향 광 신호를 수신하여 전기 신호로 변환하는 역할을 하며, 포토 다이오드(PD) 등으로 구성할 수 있다.

이와 같은 파장 분할 다중 방식 수동 광 네트워크에 사용되는 송신기는, 전술한 바와 같이, 데이터를 포함하는 광 신호를 출력한다.

도 2는 광 송신기에 사용되는 레이저 다이오드(LD: Laser Diode)의 특성을 도시한 도면이다.

레이저 다이오드(LD)(200)는 구동 회로(도시 생략)로부터 인가된 전류(I)(201)에 따라 광 파워(optical power)(P)(202)를 갖는 광 신호를 발생시킨다. 레이저 다이오드(LD)(200)는, 예를 들어, 순방향 반도체 접합을 능동 매질로 사용하여 광 신호를 발생시키는 다이오드로서, 갈륨비소(GaAs) 등이 재료로 쓰일 수 있다.

레이저 다이오드(LD)(200)에 의하여 발생되는 광 신호의 광 파워(P)(202)는 인가되는 전류(I)(201)에 대하여 그래프(200a)와 같은 관계를 갖는다. 즉, 전류(I)(201)가 임계치 전류의 값 이하인 경우 광 파워(P)(202)는 0의 값을 갖는다. 전류(I)(201)가 임계치 전류의 값을 초과하는 경우 광 파워(P)(202)는 전류(I)(201)에 비례하여 증가한다.

그래프(200a)에 도시된 전류(I)(201)와 광 파워(P)(202)의 관계에 따라, 레이저 다이오드(LD)(200)는 구동 전류(206)를 인가 받아 출력 광 파워(207)를 갖는 광 신호를 발생시킨다.

따라서, 온도가 T1인 경우, 레이저 다이오드(LD)(200)는 I0를 인가 받아 P0의 출력 광 파워를 갖는 광 신호를 발생시키고, I1을 인가 받아 P1의 출력 광 파워를 갖는 광 신호를 발생시킨다.

즉, 온도가 T1인 경우, 레이저 다이오드(LD)(200)의 바이어스 전류(I_bias1)(204)는 I0이고, 모듈레이션 전류(I_mod1)(205)는 I1-I0 이다.

그러나, 레이저 다이오드(LD)(200)는 주변 환경, 예를 들어 온도의 변화 또는 레이저 다이오드(LD)의 노화 등에 따라 동일한 구동 전류에 대하여 상이한 광 파워를 갖는 광 신호를 발생시킨다.

예를 들어, 전술한 바와 같이 온도가 T1인 경우, 레이저 다이오드(LD)(200)는 I0 및 I1을 인가 받아 각각 출력 광 파워 P0 및 P1을 갖는 광 신호를 발생시킨다. 그러나, 온도가 T2인 경우, 레이저 다이오드(LD)(200)는 출력 광 파워 P0 및 P1을 갖는 광 신호를 발생시키기 위하여 구동 전류를 I0 및 I1이 아닌 I2 및 I3를 인가하여야 한다.

즉, 온도가 T2인 경우, 레이저 다이오드(LD)(200)의 바이어스 전류(I_bias2)(208)는 I2이고, 모듈레이션 전류(I_mod2)(209)는 I3-I2 이다.

이처럼 레이저 다이오드(LD)(200)는 동일한 출력 광 파워를 발생시키기 위하여 온도 등의 주변 환경에 따라 다양한 값의 구동 전류를 인가 받아야 한다.

따라서, 종래에는 레이저 다이오드의 후면부(back facet)로 출력되는 광 신호를 검출하여 인가할 구동 전류의 값을 계산하는 광 송신기가 사용되었다. 도 3은 종래의 광 송신기의 구성과 모니터링 전류, 구동 전류 및 광 파워의 관계를 도시한 도면이다.

종래 기술에 따라 구동 전류를 제어하는 광 송신기는 레이저 다이오드(LD)(200), 포토 다이오드(PD)(220) 및 구동 회로(230)를 포함한다.

레이저 다이오드(LD)(200)의 후면부는 높은 반사율을 갖는 소재로 코팅 처리되어 있다. 따라서, 레이저 다이오드(LD)(200)에 의해 생성된 광 신호의 대부분은 전면부(front facet)를 통해 출력되고, 전면부를 통해 출력된 광 신호에 비례하는 일부의 광 신호가 후면부로 출력된다.

포토 다이오드(PD)(220)는 레이저 다이오드(LD)(200)의 후면부로 출력된 광 신호를 수신하여 이를 모니터링 전류(Im)(203)로 변환한다. 변환된 모니터링 전류(Im)(203)는 포토 다이오드(PD)(220)가 수신한 광 신호의 광 파워의 크기에 비례하며, 포토 다이오드(PD)(220)는 모니터링 전류(Im)를 구동 회로(230)로 전송한다.

구동 회로(230)는 포토 다이오드(PD)(230)로부터 모니터링 전류(Im)(203)를 수신하여, 수신한 모니터링 전류(Im)를 기초로 레이저 다이오드(LD)(200)의 전면부로 출력되는 광 신호의 광 파워를 계산한다. 그리고 구동 회로(230)는 계산된 광 파워를 기초로 레이저 다이오드(LD)(200)로 인가할 구동 전류(I)(201)의 값을 제어한다. 레이저 다이오드(LD)(200)는 이와 같이 제어된 구동 전류(I)(201)에 따라 광 신호를 생성한다.

구동 전류(I)(201)와 광 파워(P)(202)의 관계는 그래프(200a)에 도시되고, 구동 전류(I)(201)와 모니터링 전류(Im)(203)의 관계는 그래프(220a)에 도시되어 있다.

한편, 파장 분할 다중 방식 수동형 광 네트워크(WDM-PON)에서도 일반적인 광전송 시스템에서와 마찬가지로 최적의 성능을 위해서 광 수신기에서 수신하는 광 신호의 평균 파워값 및 소광비 (ER, Extinction Ratio=P1/P0) 값을 일정 범위 내로 제어할 필요가 있다. 이를 위하여 구동 회로(230)는 모니터링 전류(Im)를 기초로 자동 파워 제어(APC: Automatic Power Control) 및 자동 소광비 제어(AEC: Automatic ER Control)를 수행하여, 평균 파워 값 및 ER 값이 목표 값에 도달될 때까지 바이어스 전류 및 모듈레이션 전류를 조정한다.

도 4는 종래 기술에 따라 구동 전류가 제어되는 광 송신기를 사용하여 구현한 파장 분할 다중 방식 수동 광 네트워크(WDM-PON)를 도시한 도면이다.

광 송신기(310)는 레이저 다이오드(200) 및 모니터링 포토 다이오드(mPD)(220)를 포함한다. 광 송신기(310)는 1xN 광 다중/역다중화기(320)로부터 주입 광을 수신하고, 수신한 주입 광을 이용하여 파장 잠김된 광 신호를 발생시켜 이를 다시 1xN 광 다중/역다중화기(320)로 전송한다.

레이저 다이오드(LD)(200)는 구동 회로(도시 생략)로부터 인가된 구동 전류에 따라 광 신호를 생성하여, 전술한 바와 같이 전면부를 통해 1xN 광 다중/역다중화기(320)로 광 신호를 전송함과 동시에 후면부를 통해 모니터링 포토 다이오드(mPD)(220)로 일부의 광 신호를 방출한다.

모니터링 포토 다이오드(mPD)(220)는 레이저 다이오드(LD)(200)의 후면부로부터 출력된 광 신호를 수신하여 모니터링 전류(Im)로 변환한 후 이를 구동 회로 (도시 생략)로 전송한다. 구동 회로는 모니터링 전류(Im)에 기초하여 레이저 다이오드(LD)(200)에 인가할 구동 전류를 계산한다.

1xN 광 다중/역다중화기(320)는 광원 분배기(330)로부터 수신한 주입 광을 파장 별로 분리하여 송신기(310)에 주입시킨다. 또한, 1xN 광 다중/역다중화기(320)는 송신기(310)로부터 수신한 파장 별로 분리된 광 신호를 각각의 파장에 대하여 대역 통과 필터링을 수행한 후 광원 분배기(330)로 전송한다.

이처럼 종래의 파장 분할 다중 방식 수동 광 네트워크의 시스템에서는 레이저 다이오드(LD)(200)의 후면부로 출력되는 광 신호를 기초로 레이저 다이오드(LD)(200)에 인가할 구동 전류를 제어하였다.

그러나, 모니터링 포토 다이오드(mPD)(220)가 수신하는 광 신호는 스펙트럼(221)에 도시된 바와 같이 각 가입자를 위한 파장 대역뿐만 아니라 그 이외의 파장을 갖는 광 신호 영역도 포함한다. 이에 반해, 가입자 측의 광 수신기(도시 생략)로 전송되는 광 신호는 1xN 광 다중/역다중화기(320)에 의해 각 대역별로 필터링이 행해지기 때문에 스펙트럼(331)에 도시된 것처럼 각 가입자를 위한 파장 대역만을 갖는다.

따라서, 종래의 구동 전류 제어 시스템에 따르면 가입자 측의 수신기(도시 생략)가 수신하는 광 신호의 스펙트럼(331)과 구동 전류 제어의 기준이 되는 광 신호의 스펙트럼(221)이 불일치함으로 인해 정확한 구동 전류의 제어가 용이하지 않다는 문제점이 있었다. 그리고 이러한 불일치는 온도, 주입 광원의 세기 및 LD의 특성에 따라 각각 매우 상이하게 나타나며 정확히 예측이 되지 않는 문제가 있다. 따라서 기존의 광전송 시스템에서 얻을 수 있었던 APC기능이나 AEC기능의 구현을 완벽히 이룰 수가 없게 되어 시스템 성능의 저하를 야기시키게 된다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 광 수신기가 실제로 수신하는 광 신호의 스펙트럼을 기준으로 광 송신기의 구동 전류를 제어하는 파장 분할 다중 방식 수동형 광 네트워크용 구동 전류 제어 방법 및 시스템을 제공하고자 한다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명의 제1 측면은 (a) 가변 광 감쇄기의 감쇄 값을 X로 설정하는 단계와 (b) 광 송신기의 모니터링 포토 다이오드가 수신하는 광 파워(Px)를 검출하는 단계와 (c) 상기 가변 광 감쇄기의 감쇄 값을 Y로 설정하는 단계와 (d) 상기 광 송신기의 모니터링 포토 다이오드가 수신하는 광 파워(Py)를 검출하는 단계와 (e) 상기 검출된 광 파워(Px 및 Py)를 이용하여 1xN 광 다중/역다중화기의 공통 단자로 출력되는 광 신호의 광 파워(Pout)를 산출하는 단계 및 (f) 상기 산출한 광 파워(Pout)를 기초로 상기 구동 전류를 제어하는 단계를 포함하는 파장 분할 다중 방식 수동형 광 네트워크(WDM-PON)용 광 송신기의 구동 전류 제어 방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 제2 측면은 구동 전류에 따라 송신용 광 신호를 생성하고 전송하는 복수의 레이저 다이오드와 상기 복수의 레이저 다이오드와 각각 연결된 복수의 개별 단자와 하나의 공통 단자를 포함하는 광 다중/역다중화기와 상기 복수 의 개별 단자를 통해 광 신호를 수신하여 모니터링 전류를 생성하는 포토 다이오드와 입력된 광 신호의 광 파워를 감쇄시켜 출력하는 가변 광 감쇄기와 상기 가변 광 감쇄기의 감쇄 값을 제어하고, 상기 모니터링 전류에 기초하여 상기 공통 단자로 출력되는 광 신호의 광 파워를 계산하고, 상기 계산된 광 파워에 기초하여 상기 구동 전류를 제어하는 제어부를 포함하는 파장 분할 다중 방식 수동형 광 네트워크(WDM-PON)용 광 송신기의 구동 전류 제어 시스템을 제공한다.

본 발명의 제2 측면에서, 상기 제어부는 상기 감쇄 값을 X로 설정하고 상기 모니터링 전류에 기초하여 광 파워(Px)를 검출하고, 상기 감쇄 값을 Y로 설정하고 상기 모니터링 전류에 기초하여 광 파워(Py)를 검출하고, 상기 검출된 광 파워(Px 및 Py)를 이용하여 상기 공통 단자로 출력되는 광 신호의 광 파워(Pout)를 계산한다.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 레이저 다이오드의 후면부로 출력되는 광 신호가 아닌, 광 수신기가 실제로 수신하는 광 신호의 스펙트럼을 기준으로 광 송신기의 구동 전류를 제어함으로써, 주위 환경 변화에 관계없이 정확한 데이터를 전송할 수 있는 효과가 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명 이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 분할 다중 방식 수동 광 네트워크(WDM-PON)에서 광 송신기의 구동 전류를 제어하는 시스템을 도시한 도면으로서, 특히 광 송신기로 주입 광이 전송되는 경로를 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 파장 분할 다중 방식 수동형 광 네트워크의 광 송신기의 구동 전류 제어 시스템은 광 송신기(410), 1xN 광 다중/역다중화기(420), 파워 스플리터(power splitter)(430), 가변 광 감쇄기(VOA: variable optical attenuator)(440), 반사 미러(450), 광원 분배기(460) 및 주입 광원(470)을 포함한다.

주입 광원(470)은 주입 광(1-1)을 생성하여 광원 분배기(460)로 전송한다. 주입 광원(470)은 주로 비간섭성(incoherent) 광원이 사용된다.

광원 분배기(460)는 주입 광원(470)으로부터 주입 광(1-1)을 수신하고, 수신한 주입 광(1-1)을 파워 스플리터(430)를 거쳐 1xN 광 다중/역다중화기(420)로 전송한다.

1xN 광 다중/역다중화기(420)는 광원 분배기(460)로부터 주입 광(1-1)을 수신한다. 1xN 광 다중/역다중화기(420)는 N개의 광 송신기(410)와 각각 연결되는 개별 단자와, 파워 스플리터(430)와 연결되는 공통 단자를 포함한다.

따라서, 1xN 광 다중/역다중화기(420)는 수신한 주입 광(1-1)을 파장 별로 분리하여 개별 단자를 통해 광 송신기(410)로 전송한다. 1xN 광 다중/역다중화기(420)는, 예를 들어, 배열 도파로 격자(AWG: Arrayed Waveguide Grating)가 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 광 송신기(410)는 레이저 다이오드(LD: Laser Diode)(413), 모니터링 포토 다이오드(mPD: monitoring Photo Diode)(412) 및 송신기용 파워 스플리터(413)를 포함한다.

송신기용 파워 스플리터(413)는 1xN 광 다중/역다중화기(420)의 개별 단자로부터 주입 광(1-1)을 수신하여, 수신한 주입 광 중 일부(1-2)는 레이저 다이오드(LD)(411)로 전송하고, 나머지 광 신호(1-2')는 모니터링 포토 다이오드(mPD)(412)로 전송한다.

레이저 다이오드(LD)(411)는 송신기용 파워 스플리터(413)로부터 주입 광(1-2)을 수신하여 구동 전류에 따른 파장 잠김된 광 신호를 생성한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 분할 다중 방식 수동 광 네트워 크(WDM-PON)에서 광 송신기의 구동 전류를 제어하는 시스템을 도시한 도면으로서, 특히 구동 전류의 제어를 위한 모니터링 광 신호의 경로를 도시한 도면이다.

광 송신기(410)는 파장 잠김된 송신용 광 신호(2-1)를 생성하여 1xN 광 다중/역다중화기(420)로 전송한다.

구체적으로, 레이저 다이오드(LD)(411)는 주입 광원(470)로부터 주입 광을 수신하여 구동 전류에 따른 파장 잠김된 광 신호(2-1)를 생성하고, 이를 다시 1xN 광 다중/역다중화기(420)로 전송한다.

1xN 광 다중/역다중화기(420)는 레이저 다이오드(LD)(411)로부터 개별 단자를 통해 각 파장 별로 주입 잠김된 광 신호(2-1)를 수신한다. 그 후, 각각의 파장에 대하여 대역 통과 필터링을 수행한 후 필터링된 광 신호를 공통 단자를 통해 파워 스플리터(430)로 전송한다.

이처럼 1xN 광 다중/역다중화기(420)의 공통 단자로 출력되는 광 신호는, 1xN 광 다중/역다중화기(420)에 의해 각 파장 별로 대역 통과 필터링이 되기 때문에, 스펙트럼(461)과 같이 각 가입자를 위한 파장 대역만을 갖는다.

파워 스플리터(430)는 1xN 광 다중/역다중화기(420)의 공통 단자로부터 광 신호를 수신하여, 수신한 광 신호 중 일부(2-2)는 가변 광 감쇄기(440)로 전송하고 나머지 광 신호는 광원 분배기(460)로 전송한다.

가변 광 감쇄기(440)는 파워 스플리터(430)로부터 광 신호(2-2)를 수신하고, 수신한 광 신호(2-2)의 광 파워를 감쇄시킨다. 다시 말해, 가변 광 감쇄기(VOA)(440)는 수신한 광 신호(2-2)의 광 파워를 제어 신호에 기초하여 감쇄시킨 다. 이 경우 감쇄되는 광 파워의 크기는 데시벨(decibel, dB) 단위로 표현될 수 있다. 이 경우 -10×log₁₀(X)[dB]로 표현된다. 즉, 1/10의 감쇄인 경우 -10×log₁₀(1/10) = 10dB 감쇄로 표현된다. 가변 광 감쇄기(VOA)(440)는 수신한 광 신호(2-2)의 광 파워를 감쇄시킨 후 반사 미러(450)로 전송한다.

반사 미러(450)는 가변 광 감쇄기(VOA)(440)로부터 전송된 광 신호(2-3)를 반사한다. 반사 미러(450)가 반사한 광 신호(2-3)는 가변 광 감쇄기(440), 파워 스플리터(430) 및 1xN 광 다중/역다중화기(420)를 거쳐 다시 광 송신기(410)로 전송된다.

송신기용 파워 스플리터(413)는 1xN 광 다중/역다중화기(420)의 개별 단자로부터 광 신호를 수신하여, 수신한 광 신호 중 일부(2-5)는 레이저 다이오드(LD)(411)로 전송하고, 나머지 광 신호(2-5')는 모니터링 포토 다이오드(mPD)(412)로 전송한다.

모니터링 포토 다이오드(mPD)(412)는 송신기용 파워 스플리터(413)로부터 광 신호(2-5')를 수신한 후 이를 모니터링 전류(Im)로 변환하여 구동 회로(도시 생략)로 전송한다. 구동 회로(도시 생략)는 모니터링 전류(Im)에 기초하여, 레이저 다이오드(LD)(412)로 인가할 구동 전류를 계산한다.

모니터링 포토 다이오드(mPD)(412)가 송신기용 파워 스플리터(413)로부터 수신한 광 신호(2-5')의 스펙트럼(414)은 도 6에 도시된 바와 같이, 1xN 광 다중/역다중화기(420)의 공통 단자로 출력되는 광 신호의 스펙트럼(461)과 유사하다.

따라서, 레이저 다이오드(LD)(411)의 구동 전류를 제어하는데 이용되는 모니터링 광 신호의 광 경로를 정리하면 다음과 같다.

(1) 레이저 다이오드(LD)(411)에서 발생된 송신용 광 신호는 1xN 광 다중/역다중화기(420)로 전송된다.

(2) 1xN 광 다중/역다중화기(420)로 전송된 광 신호는 각각의 파장에 대하여 대역 통과 필터링이 수행된 후 파워 스플리터(430)로 전송된다.

(3) 파워 스플리터(430)로 전송된 광 신호는 분리되어, 일부의 광 신호가 가변 광 감쇄기(VOA)(440)로 전송된다.

(4) 가변 광 감쇄기(VOA)로 전송된 광 신호는 광 파워가 감쇄되어, 반사 미러(450)로 전송된다.

(5) 반사 미러(450)로 전송된 광 신호는 반사 미러(450)에 의해 반사된다.

(6) 반사 미러(450)에 의해 반사된 광 신호는 가변 광 감쇄기(VOA)(440) 및 파워 스플리터(430)를 거쳐 다시 1xN 광 다중/역다중화기(420)로 전송된다.

(6) 1xN 광 다중/역다중화기(420)로 전송된 신호는 각각의 파장에 대하여 대역 통과 필터링이 수행된 후 송신기용 파워 스플리터(413)로 전송된다.

(7) 송신기용 파워 스플리터(413)로 전송된 광 신호는 분리되어, 일부의 광 신호가 모니터링 포토 다이오드(mPD)(412)로 전송된다. 모니터링 포토 다이오드(mPD)(412)로 전송된 광 신호는 레이저 다이오드(411)의 구동 전류를 제어하는 기준이 된다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 파장 분할 다중 방식 수동형 광 네트워 크에서 1xN 광 다중/역다중화기의 공통 단자로 출력되는 광 신호의 광 파워를 산출하고, 산출된 광 파워를 기초로 광 송신기의 구동 전류를 제어하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

이하에서는, 도 5 내지 도 7을 참조하여, 1xN 광 다중/역다중화기(420)의 공통 단자로 출력되는 광 신호의 광 파워를 계산하고, 계산된 광 파워를 기초로 레이저 다이오드(LD)(411)의 구동 전류를 제어하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.

단계(S110)에서 1xN 광 다중/역다중화기(420)의 공통 단자로 출력되는 광 신호의 광 파워(Pout)의 크기를 X 만큼 감쇄시킨다. 단계(S110)은 가변 광 감쇄기(440)가 감쇄시키는 광 파워의 값이 X가 되도록 가변 광 감쇄기(440)로 제어 신호를 전송함으로써 수행될 수 있다.

단계(S120)에서는, 모니터링 포토 다이오드(mPD)(412)로 전송되는 광 신호(1-2', 2-5')의 광 파워(Px)를 검출한다. 광 파워(Px)의 검출은 전송된 광 신호를 전기 신호로 변환시켜 수행될 수 있다.

단계(S120)에서 검출되는 광 파워(Px)는 주입 광원에 의한 광 신호(1-2')의 광 파워(Pinj)와 반사 미러(450)에 의해 반사되어 돌아온 광 신호(2-5')의 광 파워의 합이다.

이 경우 아래와 같은 관계가 성립된다.

수학식 1에서, Px는 모니터링 포토 다이오드(mPD)(412)가 수신하는 모든 광 신호(1-2') 2-5')의 광 파워이고, Pinj는 모니터링 포토 다이오드(mPD)(412)가 수신하는 주입 광원에 의한 주입 광(1-2')의 광 파워이다. 또한, Pout은 1xN 광 다중/역다중화기(420)의 공통 단자로 출력되는 광 신호의 광 파워이고, loss는 1xN 광 다중/역다중화기(420)의 공통 단자로 출력된 광 신호가 파워 스플리터(430), 반사미러(450), 파워 스플리터(430), 1xN 광 다중/역다중화기(420) 및 송신기용 파워 스플리터(413) 등을 거치면서 발생하는 광 경로상의 광 파워 손실로서 고정된 값이다. X는 1xN 광 다중/역다중화기(420)의 공통 단자로 출력된 광 신호가 가변 광 감쇄기(440)에 의해 감쇄된 광 파워이다. 따라서, Pout × loss × X는 모니터링 포토 다이오드(mPD)(412)가 수신하는 반사 미러(450)에 의해 반사되어 돌아온 광 신호(2-5')의 광 파워를 의미한다.

단계(S130)에서 1xN 광 다중/역다중화기(420)의 공통 단자로 출력되는 광 신호의 광 파워(Pout)의 크기를 Y 만큼 감쇄시킨다. 이미 설명한 바와 같이, 단계(S130)은 가변 광 감쇄기(440)가 감쇄시키는 광 파워의 값이 Y가 되도록 가변 광 감쇄기(440)로 제어 신호를 전송함으로써 수행될 수 있다.

단계(S140)에서는, 송신기로 모니터링 포토 다이오드(mPD)(412)로 전송되는 광 신호(1-2', 2-5')의 광 파워(Py)를 다시 검출한다. 광 파워(Py)의 검출은 전송된 광 신호를 전기 신호로 변환시켜 수행될 수 있다.

단계(S140)에서 검출되는 광 파워(Py)는 주입 광원에 의한 광 신호(1-2')의 광 파워(Pinj)와 반사 미러(450)에 의해 반사되어 돌아온 광 신호(2-5')의 광 파워의 합이다.

이 경우 아래와 같은 관계가 성립된다.

수학식 2에서 Y는 1xN 광 다중/역다중화기(420)의 공통 단자로 출력된 광 신호가 가변 광 감쇄기(440)에 의해 감쇄된 광 파워이고, 나머지 인자는 수학식 1에서와 동일하므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다.

단계(S150)에서는, 단계(S120) 및 단계(S130)에서 검출한 광 파워(Px, Py)를 이용하여 1xN 광 다중/역다중화기(420)의 공통 단자로 출력되는 광 신호의 광 파워(Pout)를 산출한다. 광 파워(Pout)는 아래의 수학식 3을 이용하여 계산될 수 있다.

수학식 3에서 X 및 Y는 제어 신호에 의해 제어 가능한 값이고, Px 및 Py는 단계(S120) 및 단계(S140)에서 검출되는 값이며, loss는 광 경로상의 광 손실로서 미리 결정된 값이다. 따라서, 수학식 3을 이용하여 1xN 광 다중/역다중화기(420)의 공통 단자로 출력되는 광 신호의 광 파워(Pout)를 산출할 수 있다.

단계(S160)에서는, 단계(S150)에서 산출한 광 파워(Pout)를 기준으로 레이저 다이오드(LD: laser diode)의 구동 전류를 제어한다.

지금까지는, 도 5 내지 도 7에서 가변 광 감쇄기(440)가 파워 스플리터(430) 와 반사 미러(450) 사이에 설치된 것으로 설명하였지만, 이는 예시일 뿐이며 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 가변 광 감쇄기(440)는 주입 광원(470)과 광원 분배기(460) 사이에 설치될 수도 있다.

가변 광 감쇄기(440)가 설치되는 위치에 따라 수학식 1 내지 수학식 3은 변경되지만, 수학식 1 내지 3에 나타난 바와 같이 2원 1차 연립 방정식의 해를 구하는 형태로 표현 가능하다면, 가변 광 감쇄기(440)가 다른 위치에 설치되는 경우에도 1xN 광 다중/역다중화기(420)의 공통 단자로 출력되는 광 신호의 광 파워(Pout)를 산출하는 것이 가능함을 당업자라면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

이처럼 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 전류 제어 시스템은 가변 광 감쇄기(VOA)(440)를 이용하여 1xN 광 다중/역다중화기(420)에 의해 각 파장별로 필터링된 광 신호의 광 파워를 계산하고 이를 기초로 광 송신기의 구동 전류를 제어한다. 이와 같이 각 파장별로 필터링된 광 신호는 수신기(도시 생략)로 전송되는 광 신호와 동일한 스펙트럼을 갖는다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 전류 제어 시스템은 각 가입자에게 실제로 전송되는 광 신호의 스펙트럼과 동일한 스펙트럼을 기초로 광 송신기의 구동 전류를 제어할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 송신기의 세부 구성을 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 광 송신기는 파워 스플리터(power splitter)(610), 포토 다이오드(PD)(620), 제어부(630), 전류원(640) 및 레이저 다이오드(LD)(650)를 포함한다.

파워 스플리터(610)는 1xN 광 다중/역다중화기(도시 생략)로부터 광 신호를 수신한다. 파워 스플리터(610)는 수신한 광 신호를 분리하여 일부의 광 신호를 레이저 다이오드(LD)(650)로 전송하고, 나머지 광 신호를 포토 다이오드(PD)(620)로 전송한다.

포토 다이오드(PD)(620)는 파워 스플리터(610)로부터 광 신호를 수신하고, 수신한 광 신호를 전기 신호로 변환시킨다. 포토 다이오드(PD)(620)는 변환시킨 전기 신호를 제어부(630)로 전송한다.

제어부(630)는 가변 광 감쇄기(도시 생략)의 감쇄 값을 X로 설정한 후, 포토 다이오드(PD)(620)로부터 전기 신호를 수신하고, 다시 가변 광 감쇄기의 감쇄 값을 Y로 설정한 후, 포토 다이오드(PD)(620)로부터 전기 신호를 수신한다. 이와 같이, 두 번의 과정을 통해 포토 다이오드(PD)(620)로부터 전기 신호를 수신한 후, 수신한 전기 신호를 기초로 1xN 광 다중/역다중화기(도시 생략)의 공통 단자로부터 출력된 광 신호의 광 파워를 계산하고, 계산된 광 파워를 기초로 전류원(640)을 제어한다.

제어부(630)는 측정한 광 파워의 평균 파워 값 및 소광비(ER, Extinction Ratio) 값이 목표 범위 내에 도달할 때까지 구동 전류, 즉, 바이어스 전류 및 모듈레이션 전류를 조정하여, 자동 파워 제어(APC: Automatic Power Control) 및 자동 소광비 제어(AEC: Automatic ER Control)를 수행한다.

전류원(640)은 제어부(630)에 의하여 제어된 구동 전류를 레이저 다이오드(LD)(650)로 인가한다. 전류원(640)이 인가하는 구동 전류의 크기는, 전술한 바 와 같이, 제어부(630)가 계산한 광 파워에 기초하여 결정된다.

레이저 다이오드(LD)(650)는 인가된 구동 전류에 따라 송신용 광 신호를 생성하고, 생성한 광 신호를 파워 스플리터(610)를 거쳐 1xN 광 다중/역다중화기(도시 생략)로 전송한다. 레이저 다이오드(LD)(650)가 생성하는 광 신호의 광 파워는 전류원(640)이 레이저 다이오드(LD)(650)로 인가하는 구동 전류의 크기에 비례한다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 광 송신기의 제어부(630)는, 결과적으로, 1xN 광 다중/역다중화기(도시 생략)의 공통 단자로부터 출력되는 광 신호를 기초로 레이저 다이오드(LD)(650)에 인가할 구동 전류의 크기를 제어한다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 송신기의 구동 전류 제어 시스템은, 종래의 구동 전류 제어 시스템과는 달리 레이저 다이오드(LD)(650)의 후면부로 출력되는 광 신호가 아닌, 1xN 광 다중/역다중화기(도시 생략)에 의해 필터링되어 공통 단자로 출력되는 광 신호에 기초하여 구동 전류를 제어하게 된다.

전술한 본 발명의 실시예는 설명의 편의를 위하여 광 신호를 전송하는 구성 요소를 위주로 도시되고 설명되었다. 이러한 광 신호의 전송을 위한 구성은 중앙 기지국이 가입자로 하향 광 신호를 전송하는 경우뿐만 아니라, 가입자가 중앙 기지국으로 상향 광 신호를 전송하는 경우에도 적용될 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않 고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 파장 분할 다중 방식 수동 광 네트워크에서의 양방향 통신을 설명하기 위한 도면,

도 2는 광 송신기에 사용되는 레이저 다이오드(LD: Laser Diode)의 특성을 도시한 도면,

도 3은 종래의 광 송신기의 구성과 모니터링 전류, 구동 전류 및 광 파워의 관계를 도시한 도면,

도 4는 종래 기술에 따라 구동 전류가 제어되는 광 송신기를 사용하여 구현한 파장 분할 다중 방식 수동 광 네트워크(WDM-PON)를 도시한 도면,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 분할 다중 방식 수동 광 네트워크(WDM-PON)에서 광 송신기의 구동 전류를 제어하는 시스템을 도시한 도면,

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 분할 다중 방식 수동 광 네트워크(WDM-PON)에서 광 송신기의 구동 전류를 제어하는 시스템을 도시한 도면,

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 파장 분할 다중 방식 수동형 광 네트워크에서 1xN 광 다중/역다중화기의 공통 단자로 출력되는 광 신호의 광 파워를 산출하고, 산출된 광 파워를 기초로 광 송신기의 구동 전류를 제어하는 방법을 설명하기 위한 순서도,

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 송신기의 세부 구성을 도시한 도면.

Claims

파장 분할 다중 방식 수동형 광 네트워크(WDM-PON)용 광 송신기의 구동 전류 제어 방법에 있어서,

(a) 가변 광 감쇄기의 감쇄 값을 X로 설정하는 단계와,

(b) 광 송신기의 모니터링 포토 다이오드가 수신하는 광 파워(Px)를 검출하는 단계와,

(c) 상기 가변 광 감쇄기의 감쇄 값을 Y로 설정하는 단계와,

(d) 상기 광 송신기의 모니터링 포토 다이오드가 수신하는 광 파워(Py)를 검출하는 단계와,

(e) 상기 검출된 광 파워(Px 및 Py)를 이용하여 1xN 광 다중/역다중화기의 공통 단자로 출력되는 광 신호의 광 파워(Pout)를 산출하는 단계 및

(f) 상기 산출한 광 파워(Pout)를 기초로 상기 구동 전류를 제어하는 단계

를 포함하는 구동 전류 제어 방법.
제1항에 있어서,

상기 광 파워(Pout)는 수학식
에 의해 계산되고, loss는 광 경로상의 광 손실인 구동 전류 제어 방법.
파장 분할 다중 방식 수동형 광 네트워크(WDM-PON)용 광 송신기의 구동 전류 제어 시스템에 있어서,

구동 전류에 따라 송신용 광 신호를 생성하고 전송하는 복수의 레이저 다이오드와,

상기 복수의 레이저 다이오드와 각각 연결된 복수의 개별 단자와 하나의 공통 단자를 포함하는 광 다중/역다중화기와,

상기 복수의 개별 단자를 통해 광 신호를 수신하여 모니터링 전류를 생성하는 포토 다이오드와,

입력된 광 신호의 광 파워를 감쇄시켜 출력하는 가변 광 감쇄기 및

상기 가변 광 감쇄기의 감쇄 값을 제어하고, 상기 모니터링 전류에 기초하여 상기 공통 단자로 출력되는 광 신호의 광 파워를 계산하고, 상기 계산된 광 파워에 기초하여 상기 구동 전류를 제어하는 제어부

를 포함하는 구동 전류 시스템.
제3항에 있어서,

상기 제어부는 상기 감쇄 값을 X로 설정하고 상기 모니터링 전류에 기초하여 광 파워(Px)를 검출하고, 상기 감쇄 값을 Y로 설정하고 상기 모니터링 전류에 기초 하여 광 파워(Py)를 검출하고, 상기 검출된 광 파워(Px 및 Py)를 이용하여 상기 공통 단자로 출력되는 광 신호의 광 파워(Pout)를 계산하는 것인 구동 전류 제어 시스템.
제3항에 있어서,

상기 제어부는 상기 공통 단자로부터 출력되는 광 신호의 평균 파워 값 및 소광비(ER, Extinction Ratio) 값이 미리 설정된 범위 내에 도달할 때까지 상기 구동 전류를 조정하는 것인 구동 전류 제어 시스템.
제3항에 있어서,

상기 공통 단자로부터 광 신호를 수신하여 상기 수신한 광 신호를 미리 설정된 비율로 분리시키는 파워 스플리터(power splitter) 및

상기 파워 스플리터에 의해 분리된 광 신호를 반사하여 상기 파워 스플리터 를 통해 상기 광 다중/역다중화기로 전송하는 반사 미러

를 더 포함하는 구동 전류 제어 시스템.
제6항에 있어서,

상기 광 다중/역다중화기와 상기 레이저 다이오드 사이에 설치되어, 상기 반사 미러에 의해 반사된 광 신호의 일부를 상기 포토 다이오드로 전송하는 송신기용 파워 스플리터를 더 포함하는 구동 전류 제어 시스템.
제6항에 있어서,

상기 가변 광 감쇄기는 상기 파워 스플리터와 상기 반사 미러 사이에 위치하는 것인 구동 전류 제어 시스템.