KR20120085944A - 광부호 분할 다중 액세스 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 범용성이 있는 광부호 분할 다중 액세스(OCDMA: optical code division multiple access) 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따르는 OCDMA 시스템은, 멀티포트 광부호기을 포함하는 중앙국과 멀티포트 광부호기가 부호화한 광신호를 복호화하는 복호기를 포함하는 복호부를 포함할 수 있다. 여기서, 멀티포트 광부호기는 입력된 광신호를 부호패턴마다 파장이 소정량 다른 부호화된 광신호로 변환하고, 복호기는 부호화된 광신호에 대응하는 중심파장을 가지는 슈퍼스트럭쳐 화이버 브라그 그레이팅(SSFBG: super-structured fiber Bragg grating)일 수 있다.
Description
본 발명은, 광부호 분할 다중 액세스 시스템 등에 관한 것이다.
광부호 분할 다중 액세스(OCDMA: optical division multiple access)는 보안성이 높을 뿐 아니라, 이외에도 완전 비동기 통신, 낮은 액세스 대기시간, 소프트 캐퍼시티 등 많은 장점이 있다. OCDMA는 이러한 장점으로 인해 차세대 브로드밴드 액세스 네트워크의 후보 중 하나로 기대되고 있다. 또한, OCDMA는 파장 분할 다중화(WDM: wavelength division multiplexing)와 함께 사용되어 액세스 네트워크에 있어서의 고용량 통신을 실현하고, 기가비트 대칭 댁내 광케이블(FTTH: fiber to the home)을 가능케 할 것으로 예상되고 있다.
이미 다양한 형태의 OCDMA의 부호기/복호기가 제안되고 있는데, 특히 간섭 시간 확산(TS: time spreading) OCDMA를 수행하기 위한 OCDMA용 멀티포트 어레이 도파로 그레이팅(AWG: arrayed waveguide grating) 부호기/복호기가 제안되고 있다. 이러한 멀티포트 AWG 부호기/복호기는, 하나의 장치가 다중 시간 확산 광부호(OCs: optical codes)를 동시에 처리할 수 있는 장점이 있다(하기 비특허문헌 1 및 비특허문헌 2). 따라서, OCDMA 네트워크의 중앙국에서 멀티포트 AWG 부호기를 이용하면 부호기/복호기의 숫자를 줄일 수 있으므로, 멀티포트 AWG 부호기/복호기의 가격이 비교적 고가임에도, 전체적으로는 비용이 절감될 수 있다.
광정보 통신의 분야에 사용되는 부호기와 복호기는 일반적으로 서로 대칭되는 구성을 가진다. 따라서, 멀티포트 AWG 부호기를 이용하는 때에는 많은 경우 부호기와 같은 구성을 갖는 멀티포트 AWG 복호기를 이용하게 된다. 그러나, 이러한 멀티포트 AWG 부호기/복호기는 고가의 장비이므로, 일반적인 가정의 사용자 단말에서 복호기로 사용되기에는 곤란할 수 있다. 즉, 멀티포트 AWG 부호기/복호기는 성능은 우수하지만, 현재 범용적으로 사용되기는 힘든 문제점이 있는 것이다.
비특허문헌 1: G. Cincotti, N. Wada, and K. -i. Kitayama “Characterization of a full encoder/decoder in the AWG configuration for code-based photonic routers. Part I: modelling and design,” IEEE J. Lightwave Technol., vol. 24, n. 1, 2006.
비특허문헌 2: N. Wada, G. Cincotti, S. Yoshima, N. Kataoka, and K. -i. Kitayama “Characterization of a full encoder/decoder in the AWG configuration for code-based photonic routers. Part II: experimental results” IEEE J. Lightwave Technol., vol. 24, n. 1, 2006
본 발명의 목적은, 범용성이 있는 광부호 분할 다중 액세스 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 이하와 같은 광부호 분할 다중 액세스 시스템을 제공함으로써 상술한 과제를 해결한다.
본 발명에 따른 광부호 분할 다중 액세스(OCDMA) 시스템은, 멀티포트 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 부호기를 이용하여 광부호를 발생하는 중앙국 및 슈퍼스트럭쳐 화이버 브라그 그레이팅(SSFBG: super-structured fiber Bragg grating)을 포함하는 복호기를 이용하여 광부호를 복호화하는 각 클라이언트를 포함한다.
본 발명의 제1양상에 따른 OCDMA 시스템은, 광부호를 발생하는 중앙국과 부호화된 광신호를 복호화하는 복호부를 포함한다. 여기서 중앙국은, 멀티포트 광부호기를 포함하고, 이에 따라 광부호를 발생한다. 또 여기서, 복호부는 부호화된 광신호를 복호화하도록 설계된 복호기를 포함한다.
본 발명의 제1양상에 따른 멀티포트 광부호기는, 입력된 광신호를 부호패턴마다 파장이 소정량 다른 부호화된 광신호로 변환한다. 구체적으로는, 상기한 비특허문헌 1및 비특허문헌 2에 개시된 광부호기를 이용할 수 있다.
본 발명의 제1양상에 따른 복호기는, 부호화된 광신호에 대응하는 중심파장을 가지는 슈퍼스트럭쳐 화이버 브라그 그레이팅(SSFBG)이다. 부호화된 광신호에 대응하는 중심파장을 가진다는 것은 특정의 파장의 광을 선택적으로 반사 또는 투과하는 것을 의미하고, 이 특정의 파장은 부호화된 광신호에 따른 중심파장 영역의 파장인 것을 의미한다.
본 발명의 제1양상에 있어서, 부호화는 광신호를 부호패턴마다 파장이 소정량 다른 광신호로 변화시킴으로써 수행된다. 이러한 경우, 부호기와 같은 구성을 가지는 복호기를 이용하는 것이 일반적이다.
한편, 슈퍼스트럭쳐 화이버 브라그 그레이팅(SSFBG) 부호기/복호기는, TS-OCDMA 부호기/복호기로서 알려져 있다. SSFBG는 대량생산이 가능하므로 저비용이며, 게다가 분극에 의존하지 않고 초장거리 TS－OC처리가 가능하므로 손실률이 낮으며, 또한 부호의 길이에 의존하지 아니하고 삽입 손실하는 장점이 있다. 이러한 장점으로 인해 부호기와 대칭의 구성이 아닌 SSFBG를 이용한 복호기를 사용함으로써, 범용성 있는 OCDMA 시스템을 구현할 수 있다.
본 발명의 제1양상에 따른 멀티포트 광부호기의 바람직한 형태는, 어레이 도파로 회절 격자(AWG)를 포함한다. 여기서, AWG는 복수의 입력포트, 입력 슬라브 커플러, 출력 슬라브 커플러, 복수의 광도파로 및 복수의 출력포트를 포함한다. 이때, 입력 슬라브 커플러는 복수의 입력포트와 연결된 슬라브 도파로이다. 출력 슬라브 커플러는 입력 슬라브 커플러로부터 광을 입력받는 슬라브 도파로이다. 여기서, 입력 슬라브 커플러와 출력 슬라브 커플러는, 복수의 광도파로에 의해서 광학적으로 연결된다. 각각의 광도파로는, 소정량씩 길이가 달라 경로길이에 차이가 있고, 이에 따라 통과하는 광신호에 시간지연을 줄 수 있다. 복수의 출력포트는, 출력 슬라브 커플러에 연결되고 있으며 부호화된 신호가 출력된다. 이러한 출력포트는 네트워크에 연결된다.
이러한 멀티포트 광부호기가 멀티포트 AWG 부호기인데, 이러한 멀티 포트 AWG 부호기는 상기의 비특허문헌 1 및 비특허문헌 2에 있어서 제안되는 바와 같이, 유연성이 우수한 장점이 있다.
본 발명의 제1양상에 따른 멀티포트 광부호기의 바람직한 형태는, 어레이 도파로 회절 격자(AWG)를 포함한다. 여기서, AWG는 복수의 입력포트, 입력 슬라브 커플러, 출력 슬라브 커플러, 복수의 광도파로 및 복수의 출력포트를 포함한다. 이때, 입력 슬라브 커플러는, 복수의 입력포트와 연결된 슬라브 도파로이다. 출력 슬라브 커플러는, 입력 슬라브 커플러로부터 광이 입력되는 슬라브 도파로이다. 여기서, 입력 슬라브 커플러와 출력 슬라브 커플러는 복수의 광도파로에 의해서 광학적으로 연결된다. 각각의 광도파로는, 소정량씩 길이가 달라 경로길이에 차이에 있고, 이에 따라 통과하는 광신호에 시간지연을 줄 수 있다. 복수의 출력포트는, 출력 슬라브 커플러에 연결되고 있으며, 부호화된 신호가 출력된다. 그리고, 이 출력포트는, 네트워크와 연결되고 있다.
이러한 형태에서 더욱 바람직한 형태는, 복수의 광도파로는 주위에 위치하는 클래드(clad)보다 굴절률이 높은 코어를 포함한다. 여기서, 광도파로의 코어를 도파하는 광에 대한 실효 굴절률(effective refractive index)이 ns이고, 복수의 출력포트가 출력 슬라브 커플러와 연결되는 부분의 간격은 do(μm)이고, 복수의 광도파로가 복수의 입력 슬라브 커플러와 연결되는 부분의 간격은 d(μm)이고, 입력되는 광신호의 중심파장은 λ(nm)이고, 복수의 출력포트가 N개이고, 복수의 입력포트가 입력 슬라브 커플러와 연결되는 부분의 간격은 di(μm)이고, 이때, di와 do는 동일한 값이고, 복수의 광도파로가 상기 복수의 출력 슬라브 커플러와 연결되는 부분의 간격도 d(μm)라고 하고, 입력 슬라브 커플러의 초점거리를 R로 하고, 출력 슬라브 커플러의 초점거리를 입력 슬라브 커플러와 동일하게 R로 하면, λ, R, N, ns, d 및 do가, λR=Nnsddo의 수학식을 만족하도록 한다.
상기의 조건이 만족하면, 효과적으로 광부호를 얻을 수 있다.
본 발명의 제1양상의 바람직한 형태는, SSFBG가 복수의 칩(chip)을 포함한다. 여기서, 각 칩은, 부호화된 광신호에 대해 시간 확산 및 위상 시프트가 수행되도록 각 칩에 있어서의 주기적 굴절률 변화에 대하여 칩 간 위상을 변화시킨 것이다.
일반적으로, 복호기는 부호기와 대칭적인 구성을 가진다. 따라서, 부호기로서 멀티포트 AWG 부호기를 이용했을 경우, 일반적으로 같은 구성을 가지는 멀티 포트 AWG 복호기를 이용한다. 그러나, 멀티포트 AWG 부호기/복호기는 비교적 고가이므로, 개별의 사용자 단말에서도 멀티포트 AWG 복호기를 이용하여 복호화하도록 하는 것은 경제적으로 곤란하다. 따라서, 제1양상의 바람직한 형태에서는, 염가인 SSFBG를 이용한다. 또 멀티포트 AWG 부호기에 의해서 부호화된 신호를 복호화 할 수 있도록, 칩의 굴절률을 제어한다. 이로써, 염가인 SSFBG를 이용해도 멀티포트 AWG 부호기에 의해서 부호화된 광신호를 복호화 할 수 있는 것이다.
본 발명의 제1양상에 따른 바람직한 형태는, SSFBG가 복수의 칩을 포함하고, 복수의 칩은, 부호화된 광신호에 대응하는 중심파장 부근의 광을 선택적으로 반사하는 위상을 가지며, 이에 따라 상기 부호화된 광신호에 대응하는 중심파장 부근의 광을 선택적으로 반사한다. 상기의 형태와 같은 경우에는, 염가인 SSFBG를 이용하여도 멀티포트 AWG 부호기에 의해서 부호화된 광신호를 복호화 할 수 있다.
본 발명의 제2양상에 따르는 광부호 분할 액세스 시스템은, 부호기를 가지는 부호부 및 부호부에 의해 부호화된 광신호를 복호화하기 위한 멀티포트 광복호기를 포함하는 중앙국을 포함한다. 여기서, 부호기는, 멀티포트 광복호기에 대응하는 중심파장을 가지는 슈퍼스트럭쳐 화이버 브라그 그레이팅 (SSFBG)이다. 이때, 멀티포트 광복호기는, 입력된 광신호를 부호패턴마다 파장이 소정량 다른 광신호로 변환하고, 부호기에 의해 부호화된 광신호를 복호화한다.
광부호 분할 다중 액세스(OCDMA) 시스템에서 정보는 다운링크 되는 경우뿐만 아니라, 업링크 되는 경우가 있다. 본 발명의 제1양상은, 정보가 다운링크 되는 경우의 구성에 관한 것이다. 이때, OCDMA 시스템에서 다운링크 시에 부호기의 역할을 수행하는 장치는 업링크 시에는 복호기로서 기능한다. 마찬가지로, OCDMA 시스템에서는, 다운링크 시에 복호기의 역할을 수행하는 장치는 업링크 시에는 부호기로서 기능한다. 본래 OCDMA시스템에 있어서 부호기는 복호기의 기능도 포함한다. 따라서, 본 발명의 제2양상은 상술한 본 발명의 제1양상에 따른 구성의 일부 혹은 전부를 채용할 수 있다. 이로써, 사용자 측에는 소형이고 염가인 SSFBG에 의한 부호기/복호기를 마련하고, 중앙국에는 하나의 장치로 복수의 사용자를 처리할 수 있는 멀티포트 복호기/부호기를 마련할 수 있다.
본 발명에 따르면, 중앙국은 멀티포트 AWG 부호기를 이용하여 광부호를 발생하고, 각 클라이언트는 SSFBG를 포함하는 복호기를 이용하여 광부호를 복호화 한다.
중앙국에서는, 효과이고 성능이 우수한 멀티포트 AWG 부호기를 이용함으로써, 고가인 부호기의 수를 줄이고 이로써 비용을 절감하는 효과가 있다. 또한, 멀티포트 AWG 부호기의 비용은, 복수의 클라이언트가 공유하는 것으로, 경감할 수 있다.
본 발명에서는, 복호기로서 멀티포트 AWG 부호기에 비해 저렴한 SSFGB를 이용함으로써, 복호기의 비용을 절감할 수 있고, 이에 따라 사용자가 증가하는 효과가 있다.
본 발명에 의하면, 범용성이 있는 OCDMA 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 광부호 분할 다중 액세스 시스템을 설명하기 위한 블럭도이다.
도 2는, 본 발명의 멀티포트 광부호기의 예를 나타내는 도이다.
도 3은, 멀티포트 AWG 부호기의 외관에 관한 예를 설명하기 위한 도이다.
도 4는, 멀티포트 AWG 부호기에 의해 부호화된 광신호 스펙트럼의 예를 나타내는 그래프이다.
도 5는, SSFBG를 포함하는 복호기의 예를 나타내는 도이다.
도 6은, 표 1의 설계예에 따라서 제조한 SSFBG의 광투과 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7은, 본 발명의 OCDMA 시스템의 응용예를 나타내는 도이다.
도 8은, 실시예 1에 있어서, 광신호를 조정하기 위해서 이용한 실험계를 나타내는 구성도이다.
도 9는, 본 실시예에 있어서 실제로 이용한 멀티포트 AWG 부호기의 외관에 관한 예를 설명하기 위한 도면을 대체하는 사진이다.
도 10은, 실시예 1에 관한 실험계를 나타내는 도이다.
도 11은, 본 실시예에 있어서 이용한 SSFBG의 외관을 나타내는 도면을 대체하는 사진이다.
도 12는, 입력 펄스의 파형을 나타내는 그래프이다.
도 13a~c는, 패턴 OC-1의 FBG에 의해 부호화된 광부호와 AWG를 이용한 부호기(AWG 부호기)에 의해 부호화된 광부호를 나타내는 그래프이다.
도 13a는, FBG1를 이용하여 부호화된 광신호를 나타내는 그래프이다.
도 13b는, FBG2를 이용하여 부호화된 광신호를 나타내는 그래프이다.
도 13c는, AWG 부호기를 이용하여 부호화된 광신호를 나타내는 그래프이다.
도 14a~c는, 패턴 OC-2의 FBG에 의해 부호화된 광부호와 AWG를 이용한 부호기(AWG 부호기)에 의해 부호화된 광부호를 나타내는 그래프이다.
도 14a는, FBG3를 이용하여 부호화된 광신호를 나타내는 그래프이다.
도 14b는, FBG4를 이용해 부호화된 광신호를 나타내는 그래프이다.
도 14c는, AWG 부호기를 이용하여 부호화된 광신호를 나타내는 그래프이다.
도 15a~d는, 부호기 및 복호기로서 패턴 OC-1의 SSFBG와 AWG를 조합시킨 경우의 자기 상관 파형을 나타내는 그래프이다.
도 15a는, 비교를 위해서 이용되는 그래프이며, 부호기 및 복호기가 각각 AWG 및 AWG의 것을 나타내는 그래프이다.
도 15b는, 부호기 및 복호기가 각각 FBG1 및 FBG2의 것을 나타내는 그래프이다.
도 15c는, 부호기 및 복호기가 각각 AWG 및 FBG2의 것을 나타내는 그래프이다.
도 15d는, 부호기 및 복호기가 각각 AWG 및 FBG1의 것을 나타내는 그래프이다.
도 16a~d는, 부호기 및 복호기로서 패턴 OC-1의 SSFBG와 AWG를 조합시킨 경우의 자기 상관 파형을 나타내는 그래프이다.
도 16a는, 비교를 위해서 이용되는 그래프이며, 부호기 및 복호기가 각각 AWG 및 AWG의 것을 나타내는 그래프이다.
도 16b는, 부호기 및 복호기가 각각 FBG3 및 FBG4의 것을 나타내는 그래프이다.
도 16c는, 부호기 및 복호기가 각각 AWG 및 FBG3의 것을 나타내는 그래프이다.
도 16d는, 부호기 및 복호기가 각각 AWG 및 FBG4의 것을 나타내는 그래프이다.
도 17a~b는, AWG 부호기 및 SSFBG 부호기의 자기 상관과 상호 상관의 파워 콘트라스트비(PCR: power contrast ratio)를 비교하기 위한 그래프이다.
도 17a는, 패턴 OC-1의 SSFBG와 AWG를 비교하기 위한 그래프이다.
도 17b는, 패턴 OC-2의 SSFBG와 AWG를 비교하기 위한 그래프이다.
도 18은, 부호기 및 복호기 모두 SSFBG를 이용했을 때의 실험계를 나타내는 도이다.
도 19는, 하이브리드 멀티포트의 AWG 부호기 및 SSFBG 복호기를 이용한, 10Gbps-8유저-DPSK-OCDMA를 실증하기 위한 실험계를 나타내는 블럭도이다.
도 20a~f는, 실험계의 각 지점에서 파장, 스펙트럼 및 아이다이아그램(eye diagram)을 나타내는 그래프이다.
도 20a는, 지점 α에 관한 그래프이다.
도 20b는, 지점 β에 관한 그래프이다.
도 20c는, 지점 γ에 관한 그래프이다.
도 20d는, 지점 π에 관한 그래프이다.
도 20e는, 지점 θ에 관한 그래프이다.
도 20f는, 지점 ξ에 관한 그래프이다.
도 21은, 다른 SSFBG 복호기로의 1(K=1) 및 8유저(K=8)에 대한, BER 성능의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는, 본 발명의 멀티포트 광부호기의 예를 나타내는 도이다.
도 3은, 멀티포트 AWG 부호기의 외관에 관한 예를 설명하기 위한 도이다.
도 4는, 멀티포트 AWG 부호기에 의해 부호화된 광신호 스펙트럼의 예를 나타내는 그래프이다.
도 5는, SSFBG를 포함하는 복호기의 예를 나타내는 도이다.
도 6은, 표 1의 설계예에 따라서 제조한 SSFBG의 광투과 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7은, 본 발명의 OCDMA 시스템의 응용예를 나타내는 도이다.
도 8은, 실시예 1에 있어서, 광신호를 조정하기 위해서 이용한 실험계를 나타내는 구성도이다.
도 9는, 본 실시예에 있어서 실제로 이용한 멀티포트 AWG 부호기의 외관에 관한 예를 설명하기 위한 도면을 대체하는 사진이다.
도 10은, 실시예 1에 관한 실험계를 나타내는 도이다.
도 11은, 본 실시예에 있어서 이용한 SSFBG의 외관을 나타내는 도면을 대체하는 사진이다.
도 12는, 입력 펄스의 파형을 나타내는 그래프이다.
도 13a~c는, 패턴 OC-1의 FBG에 의해 부호화된 광부호와 AWG를 이용한 부호기(AWG 부호기)에 의해 부호화된 광부호를 나타내는 그래프이다.
도 13a는, FBG1를 이용하여 부호화된 광신호를 나타내는 그래프이다.
도 13b는, FBG2를 이용하여 부호화된 광신호를 나타내는 그래프이다.
도 13c는, AWG 부호기를 이용하여 부호화된 광신호를 나타내는 그래프이다.
도 14a~c는, 패턴 OC-2의 FBG에 의해 부호화된 광부호와 AWG를 이용한 부호기(AWG 부호기)에 의해 부호화된 광부호를 나타내는 그래프이다.
도 14a는, FBG3를 이용하여 부호화된 광신호를 나타내는 그래프이다.
도 14b는, FBG4를 이용해 부호화된 광신호를 나타내는 그래프이다.
도 14c는, AWG 부호기를 이용하여 부호화된 광신호를 나타내는 그래프이다.
도 15a~d는, 부호기 및 복호기로서 패턴 OC-1의 SSFBG와 AWG를 조합시킨 경우의 자기 상관 파형을 나타내는 그래프이다.
도 15a는, 비교를 위해서 이용되는 그래프이며, 부호기 및 복호기가 각각 AWG 및 AWG의 것을 나타내는 그래프이다.
도 15b는, 부호기 및 복호기가 각각 FBG1 및 FBG2의 것을 나타내는 그래프이다.
도 15c는, 부호기 및 복호기가 각각 AWG 및 FBG2의 것을 나타내는 그래프이다.
도 15d는, 부호기 및 복호기가 각각 AWG 및 FBG1의 것을 나타내는 그래프이다.
도 16a~d는, 부호기 및 복호기로서 패턴 OC-1의 SSFBG와 AWG를 조합시킨 경우의 자기 상관 파형을 나타내는 그래프이다.
도 16a는, 비교를 위해서 이용되는 그래프이며, 부호기 및 복호기가 각각 AWG 및 AWG의 것을 나타내는 그래프이다.
도 16b는, 부호기 및 복호기가 각각 FBG3 및 FBG4의 것을 나타내는 그래프이다.
도 16c는, 부호기 및 복호기가 각각 AWG 및 FBG3의 것을 나타내는 그래프이다.
도 16d는, 부호기 및 복호기가 각각 AWG 및 FBG4의 것을 나타내는 그래프이다.
도 17a~b는, AWG 부호기 및 SSFBG 부호기의 자기 상관과 상호 상관의 파워 콘트라스트비(PCR: power contrast ratio)를 비교하기 위한 그래프이다.
도 17a는, 패턴 OC-1의 SSFBG와 AWG를 비교하기 위한 그래프이다.
도 17b는, 패턴 OC-2의 SSFBG와 AWG를 비교하기 위한 그래프이다.
도 18은, 부호기 및 복호기 모두 SSFBG를 이용했을 때의 실험계를 나타내는 도이다.
도 19는, 하이브리드 멀티포트의 AWG 부호기 및 SSFBG 복호기를 이용한, 10Gbps-8유저-DPSK-OCDMA를 실증하기 위한 실험계를 나타내는 블럭도이다.
도 20a~f는, 실험계의 각 지점에서 파장, 스펙트럼 및 아이다이아그램(eye diagram)을 나타내는 그래프이다.
도 20a는, 지점 α에 관한 그래프이다.
도 20b는, 지점 β에 관한 그래프이다.
도 20c는, 지점 γ에 관한 그래프이다.
도 20d는, 지점 π에 관한 그래프이다.
도 20e는, 지점 θ에 관한 그래프이다.
도 20f는, 지점 ξ에 관한 그래프이다.
도 21은, 다른 SSFBG 복호기로의 1(K=1) 및 8유저(K=8)에 대한, BER 성능의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다. 도 1은, 본 발명의 광부호 분할 다중 액세스 시스템을 설명하기 위한 블럭도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1양상에 관한 광부호 분할 다중 액세스(OCDMA) 시스템은, 광부호를 발생하는 중앙국(2) 및 부호화된 광신호를 복호화하는 복호부(4)를 포함할 수 있다. 여기서, 중앙국(2)은 멀티포트 광부호기(1)를 포함하고, 이에 따라 광부호를 발생할 수 있다. 복호부(4)는 복호기(3)를 포함할 수 있다. 이때, 복호기(3)는 부호화된 광신호를 복호화할 수 있도록 마련된 SSFBG를 가질 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 중앙국(2)과 복호부(4)는, 광정보 통신망(6)에 의해 광학적으로 연결될 수 있다. 이 광정보 통신망은 스타 커플러 형식인 것이 바람직하다.
여기서, 제1양상에 있어서 멀티포트 광부호기(1)는, 입력된 광신호를 부호패턴마다 파장이 소정량 다른 부호화된 광신호로 변환할 수 있다. 구체적으로는, 상기한 비특허문헌 1 및 비특허문헌 2에 개시된 광부호기를 이용할 수 있다.
도 2는, 본 발명의 멀티포트 광부호기의 예를 나타내는 도이다. 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 있어서 바람직한 멀티포트 광부호기(1)는, 어레이 도파로 회절 격자(AWG)(10)를 포함할 수 있다. 여기서, AWG는 복수의 입력포트(11), 입력슬라브 커플러(12), 출력 슬라브 커플러(13), 복수의 광도파로(14) 및 복수의 출력포트(15)를 포함할 수 있다. 입력 슬라브 커플러(12)는 복수의 입력포트(11)와 연결된 슬라브 도파로일 수 있다. 출력 슬라브 커플러(13)는, 입력 슬라브 커플러(12)로부터 광이 입력되는 슬라브 도파로일 수 있다. 이때, 복수의 광도파로(14)는 입력 슬라브 커플러(12)와 출력 슬라브 커플러(13)를 광학적으로 연결할 수 있다. 여기서, 각각의 광도파로(14)는 소정량씩 길이가 다르며, 경로길이의 차이에 따라 광도파로를 통과하는 광신호에 시간지연을 줄 수 있다. 복수의 출력포트(15)는 출력 슬라브 커플러(13)에 연결되고, 부호화된 신호가 출력할 수 있다. 여기서 이러한 출력포트(15)는 네트워크와 연결될 수 있다.
입력포트(11)로부터 입력 슬라브 커플러(12)에 입력된 광은 복수의 도파로(14)로 전파될 수 있다. 도파로(14)는 안쪽에서 바깥쪽으로 배치됨에 따라 소정량씩 길이가 길어질 수 있다. 이러한 도파로는 기판 부분보다 굴절률이 높은 코어에 의해 마련될 수 있다. 코어의 굴절률을 원둘레 부분, 다시 말해 클래드보다 높게 함으로써, 도파로를 전파하는 광이 밖으로 튀어나가는 사태를 방지할 수 있다. 각각의 도파로(14)를 통과한 광은 출력 슬라브 커플러(13)에 도달할 수 있다. 이때에, 도파로(14)에 의한 광로의 길이차이에 따라 도파로(14)를 통과하는 광이 지연되는 차이가 발생할 수 있다. 출력 슬라브 커플러(13)에서는 도파로(14)로부터 전파된 광이 파문(波紋)으로서 전해질 수 있다. 파문의 정점을 서로 지우면서 출력 슬라브 커플러(13)의 출구 부분까지 전파하고, 출구 부분에서 가장 광이 강해지는 광점이 발생할 수 있다. 이 광점의 위치는 입력포트의 위치나 입력된 광의 파장 등에 요인에 의해 다를 수 있다. 한편, 특정한 파장의 광을 입력 신호로서 이용한 경우는, 입/출력포트가 다르면 다른 패턴을 가지는 광신호가 출력될 수 있다. 이러한 패턴의 차이에 의해 광신호가 부호화될 수 있는 것이다.
이러한 멀티포트 광부호기를 멀티포트 AWG 부호기라고 부를 수 있다. 멀티 포트 AWG 부호기는 상기의 비특허문헌 1 및 비특허문헌 2에서 개시된 바와 같이 유연성이 우수한 부호기이다.
바람직한 멀티포트 AWG 부호기는 이하의 관계를 만족할 수 있다. 멀티포트 AWG 부호기에 있어서, 복수의 광도파로(14)가 주위에 위치하는 클래드보다 굴절률이 높은 코어를 포함할 수 있다. 여기서, 광도파로(14)의 코어를 도파하는 광에 대한 실효 굴절률(effective refractive index)은 ns이고, 복수의 출력포트(15)가 출력 슬라브 커플러(13)와 연결되는 부분의 간격은 do(μm)이고, 복수의 광도파로(14)가 복수의 입력 슬라브 커플러(12)와 연결되는 부분의 간격은 d(μm)이고, 입력되는 광신호의 중심파장은 λ(nm)이고, 복수의 출력포트(15)가 N개이고, 복수의 입력포트(11)가 입력 슬라브 커플러(12)와 연결되는 부분의 간격은 di(μm)이고, di와 do는 같고, 복수의 광도파로(14)가 상기 복수의 출력 슬라브 커플러(13)와 연결되는 부분의 간격도 d(μm)이고, 상기 입력 슬라브 커플러의 초첨거리는 R이고, 출력 슬라브 커플러의 초점거리도 R이라면, λ, R, N, ns, d 및 do는 λR=Nnsddo의 관계에 있을 수 있다.
상기의 조건에 있어서, 비특허문헌 1 및 비특허문헌 2에서 개시된 바와 같이 효과적으로 광부호를 획득할 수 있다.
도 3은, 멀티포트 AWG 부호기의 외관예를 설명하기 위한 도이다. 이러한 멀티포트 AWG 부호기/복호기는, 비특허문헌 1 및 비특허문헌 2에서 개시된 공지의 내용이다. 또한 이러한 멀티포트 AWG 부호기/복호기의 동작 역시 이들 문헌에 개시되어 있다.
도 4는, 멀티포트 AWG 부호기에 의해 부호화된 광신호의 예를 나타내는 그래프이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 멀티포트 AWG 부호기를 이용하면 입력된 광신호를 부호패턴마다 파장이 소정량 다른 부호화된 광신호로 변환할 수 있다
복호부(4)는 복호기(3)를 포함할 수 있다. 여기서 복호기(3)는, 부호화된 광신호를 복호화할 수 있도록 마련된 SSFBG를 포함할 수 있다. 복호부(4)는, 네트워크를 통해서 중앙국과 연결된 클라이언트일 수 있다. 또한 이때, 복호부는 복수일 수 있다.
상술한 멀티포트 AWG 부호기/복호기에 의해 광신호가 부호화된 경우, 멀티포트 부호기/복호기를 이용함으로써 용이하게 복호화할 수 있다. 다시 말해, 상술한 바와 같이 부호화된 광신호를 복호화하기 위해서는, 원칙적으로는 멀티포트 AWG 부호기와 같은 구성을 가지는 멀티포트 AWG 복호기를 이용하는 것이 좋을 수 있다. 즉, 특정 입/출력 포트에서 부호화된 신호는 같은 입/출력포트를 통하여 자기 상관(自己 相關) 파형으로 출력될 수 있다.
한편, 광신호가 부호화되었을 때 통과한 입/출력포트와 다른 입/출력포트를 통과한 때는 상호 상관 파형으로서 출력될 수 있다. 이러한 자기 상관 파형과 상호 상관 파형은 파형이 완전히 상이하므로 용이하게 복호화할 수 있게 된다.
본 발명에서는, 멀티포트 AWG 복호기를 이용하지 않고 부호화된 광신호를 복호화할 수 있도록 설계된 SSFBG를 이용할 수 있다. 이러한 SSFBG는 광 펄스를 광위상 부호를 이용하여 부호화/복호화할 수 있다. 이러한 SSFBG는 예를 들어, 광 펄스를 시간축 상에 차례로 배열한 칩 펄스의 열(列)을 이용해 시간 확장하고, 그러한 칩 펄스의 열을 생성하여 출력하기 위한 위상 제어 수단을 가지는 광 펄스시간 확장기일 수 있다.
본 발명의 복호기(3)는, 부호화된 광신호에 대응하는 중심파장을 가지는 슈퍼스트럭쳐 화이버 브라그 그레이팅(SSFBG)일 수 있다. 부호화된 광신호에 대응하는 중심파장을 가진다는 것은, 다시 말해 특정 파장의 광을 선택적으로 반사 또는 투과하는 것을 의미하며, 이러한 특정 파장이 부호화된 광신호에 대응하는 중심파장 영역의 파장인 것을 의미할 수 있다.
본 발명에서는, SSFBG를 복호기의 요소로서 이용할 수 있다. 이러한 SSFBG는, 본래 부호기 및 복호기로 작동할 수 있는 것이다.
제1양상에 있어서, 광신호는 부호패턴마다 파장이 소정량 다른 광신호에 의해 부호화될 수 있다. 이러한 경우, 부호기와 같은 구성을 가지는 복호기를 이용하는 것이 일반적이다. 한편, 슈퍼스트럭쳐 화이버 브라그 그레이팅(SSFBG) 부호기/복호기는 TS-OCDMA 부호기/복호기로서 알려져 있으며, SSFBG는 대량생산이 가능하므로 가격에 이점이 있다. 더욱이 SSFBG는, 분극에 의존하지 않고 초장 TS-OC처리에 사용될 수 있어 손실률이 낮고, 또한 부호의 길이에 의존하지 않는 삽입 손실의 장점을 가진다. 이러한 장점으로 인해 부호기와 대칭의 구성을 가지는 것이 아닌 SSFBG를 복호기로 이용함으로써, 범용성이 있는 OCDMA 시스템을 실현할 수 있다.
도 5는 SSFBG를 포함한 복호기의 예를 나타내는 도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 복호기(3)는 광섬유(21, 22), 광신호가 입력되는 써큐레이터(23) 및 SSFBG(24)를 포함할 수 있다. 이러한 SSFBG(24)는 광섬유의 도파 방향에 따라서 복수의 단위 화이버 브라그 그레이팅(FBG: fiber Bragg Grating)이 배열되어 구성되는 SSFBG일 수 있다. SSFBG는 광섬유 형식을 가질 수 있는데, 여기서 광섬유는 광섬유의 광도파로인 코어와 클래드를 포함할 수 있다. SSFBG는 코어의 도파방향에 따라서 직렬로 배치된 복수의 단위 FBG를 포함할 수 있다.
SSFBG(24)를 구성하는 단위 FBG(25a, 25b, 25c, 25d)는, 각각 광부호의 각 칩과 대응될 수 있다. 통상적인 OCDMA에 이용되는 SSFBG에서는 인접하는 단위 FBG로부터 반사되는 브라그(Bragg) 반사광의 위상 관계를 이용하여 부호값이 결정될 수 있다. 본 발명에 있어서, 부호값은 0 및 1만이 아니고, 다른 수나, 0과 1 사이의 수도 취할 수 있다. 예를 들어, 인접하는 칩이 같은 부호값을 취하는 경우는, 이것에 대응하는 단위 FBG로부터 반사되는 브라그 반사광의 위상이 같도록 하는 것이 바람직하다. 또 인접하는 칩이 다른 부호값을 취하는 경우에는 이것에 대응하는 단위 FBG로부터 반사되는 브라그 반사광의 위상이 다르도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1양상의 바람직한 형태는, SSFBG가 복수의 칩을 포함할 수 있다. 여기서, 부호화된 광신호에 따른 시간 확산 및 위상 시프트가 수행될 수 있도록 각 칩에 있어서 주기적 굴절률 변화의 칩 간 위상을 변화시킨 것이다.
본 발명의 제1양상의 바람직한 형태에서는, SSFBG는 복수의 칩을 포함하고, 복수의 칩은 부호화된 광신호에 대응하는 중심파장 부근의 광을 선택적으로 반사하는 위상을 가지고, 이에 따라 상기 부호화된 광신호에 대응하는 중심파장 부근의 광을 선택적으로 반사될 수 있다. 이와 같이 저렴한 SSFBG를 이용하면 멀티포트 AWG 부호기에 의해서 부호화된 광신호를 복호화할 수 있다. 멀티포트 광부호기에 의해 생성된 광부호는 부호패턴에 의해서 파장이 어긋나는 성질을 가지고 있다. 이 때문에, SSFBG가 생성된 광부호에 특화된 협대역(狹帶域) 필터로서 이용함으로써, 특정 광부호만을 추출할 수 있다. 이에 따라, 간단한 구성으로 복호기를 구성할 수 있는 것이다.
표 1에, 몇 개의 중심파장의 광신호에 대하여 16단계 위상 시프트 SSFBG의 설계예를 나타낸다.
[표 1]
도 6은, 표 1의 설계예에 따라서 제조한 SSFBG의 광투과 특성을 나타내는 그래프이다. 즉, 단위 FBG의 위상을 조절함으로써 특정한 중심파장을 가지는 광을 선택적으로 반사할 수 있다. 예를 들어, 부호기가 상기의 4개의 중심파장을 포함하도록 부호화하는 경우, SSFBG를 상기와 같이 설계하는 것으로, 부호화된 신호를 용이하게 추출할 수 있다. 이에 따라, 멀티포트 AWG 복호기를 이용하지 않아도, 효과적으로 복호화할 수 있다.
도 7은, 본 발명의 OCDMA 시스템의 응용예를 나타내는 도이다. 이 예는 WDM(물결장 분할 다중)-OCDMA를 실현하는 시스템의 예이다. 이 예에서는, n포트의 WDM멀티플렉서(WDM-MUX)에 의해 다중화된 광신호가 출력될 수 있다. 출력된 광신호는 m×m 멀티포트 OCDMA 부호기에 입력될 수 있다. 이러한 m×m 멀티포트 OCDMA 부호기는, 예를 들어 상술한 멀티포트 AWG 부호기일 수 있다. 입력신호는 이 멀티포트 OCDMA 부호기에 의해 부호화될 수 있다. 부호화된 광신호는 부호화패턴마다 중심파장의 주파수가 다를 수 있다. 이렇게 부호화된 광신호는 네트워크를 통해서 분파기로 도달할 수 있다. 분파기인 WDM-DEMUX는, 행선지에 따라 광신호를 분파할 수 있다. 행선지에 따른 LAN 등의 영역(LAN1~LANn)에 광신호가 출력될 수 있다. 광신호는 적당분파되어 영역 내에서 각 유저의 종단장치(ONU)에 전파될 수 있다.
ONU는 복호부로서 작동할 수 있다. 복호부는 멀티포트 부호기의 부호화에 대응한 특성을 가지는 SSFBG를 포함하는 복호기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광부호부가 광신호를 패턴 OC1에 따라 부호화한 때에는 그 패턴 OC1에 대응한 SSFBG를 포함하는 ONU-1이 이 신호를 복호화할 수 있다.있게 된다. 따라서, 본 발명의 바람직한 이용형태는 WDM 및 OCDMA를 이용한 통신 시스템이다.
본 발명의 제2양상에 따른 광부호 분할 다중 액세스 시스템은 부호기를 포함하는 부호부, 부호부에 의해 부호화된 광신호를 복호화하기 위한 멀티포트 광복호기를 포함하는 중앙국를 포함할 수 있다. 여기서, 부호기는 멀티포트 광복호기에 대응하는 중심파장을 가지는 슈퍼스트럭쳐 화이버 브라그 그레이팅(SSFBG)일 수 있다. 멀티포트 광복호기는 입력된 광신호를 부호패턴마다 파장이 소정량 다른 광신호로 변환하여 부호기에 의해 부호화된 광신호를 복호화할 수 있다.
광부호 분할 다중 액세스(OCDMA) 시스템에 있어서, 정보는 다운링크되는 경우 뿐만 아니라, 업링크되는 경우도 있을 수 있다. 상술한 본 발명의 제1양상은 정보가 다운링크되는 경우의 구성에 관한 것일 수 있다. OCDMA 시스템에서는 다운링크 시에 부호기였던 것이 업링크 시에는 복호기로서 작동할 수 있다. 또한 OCDMA 시스템에서는 다운링크 시에 복호기였던 것이 업링크 시에는 부호기로서 작동할 수 있다. 본래 OCDMA시스템에 있어서, 부호기는 복호기의 기능도 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 제2양상에서도 상술한 본 발명의 제1양상의 구성을 적당히 채용할 수 있다. 이로써, 사용자 측에서는 저렴하고 소형인 SSFBG를 부호기/복호기로 사용하도록 하고, 중앙국에 하나의 장치로 복수의 사용자를 처리할 수 있는 멀티포트 복호기/부호기를 사용하도록 할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제1실시예에 따른 16 레벨 위상 시프트 SSFBG 부호기/복호기의 성능에 관하여 설명한다.
도 8은 제1실시예에 있어서, 광신호를 조정하기 위하여 이용한 실험계를 나타내는 구성도이다. 제1실시예에서는, 신디사이저(Synthesizer)를 이용하여 9.95328GHz의 구동 신호를 얻을 수 있다. 이러한 구동 신호를 모드 동기 레이저 다이오드에 입력한다. 이에 따라 1.8ps의 펄스광을 얻을 수 있다. 이러한 구동신호(C192)는, 클록 신호로서 펄스 패턴제네레이터(PPG: pulse pattern generator) 및 비트 에러 레이트 테스터(BERT: bit error rate tester)로 입력될 수 있다. 모드 동기 레이저 다이오드의 출력광은 적당 EDFA에 의해 증폭되고, 7.8 nm의 밴드패스필터（BPF: band-pass filter)를 거쳐, 다시 편광 조정기(PC: polarization controller)를 거치고, 위상 변조기(PM: phase modulation)로 입력될 수 있다. 이러한 위상변조기에는 바이어스 전압이 인가될 수 있다. 또 위상변조기에는 PPG로부터의 구동 신호가 입력될 수 있다. 출력신호는 위상 변조기(phase modulation)로부터 증폭되어 필터 및 편광 조정기를 통해 부호기에 입사될 수 있다.
도 9는 본 실시예에 있어서 실제로 이용되는 멀티포트 AWG 부호기의 외관예를 설명하기 위한 도면을 대체하는 사진이다. 멀티포트 AWG 부호기는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 멀티포트 AWG 부호기일 수 있다. 구체적으로는, 플래너(planar) 광파 회로에 도파로를 설치한 16-칩 멀티포트 AWG 부호기를 이용할 수 있다. 펄스 간격은 5ps이며, 칩 레이트는 200Gchip/s일 수 있다. 포트1로부터 포토8을 거친 각각의 광신호는 0, 5, 10,...,80m초의 시간지연을 가질 수 있다.
관측계에 있어서, 가변 광 감쇄기(VOA: variable optical Attenuator)를 이용하여 파장마다 광강도를 조정하였다. 여기서 광신호를 마하-젠더 간섭계(Mach-Zehnder interferometer)로 분파하는 동시에 도파로를 전파하는 광에 대하여 93ps의 시간 지연을 주었다. 그 후, 듀얼 핀 포토디텍터를 이용해 밸런스트 검파를 실시했다. 그 후, 로패스 필터(LPF: low-pass filter)를 거치고, BERT로, BER를 측정하였다.
도 10은, 제1실시예에 있어서의 실험계를 나타내는 도이다. 도 8과 동일한 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 도 10에서는, 부호기로서 SSFBG를 이용했다. 이 SSFBG는 16칩 16 위상 레벨의 것을 이용하였다. 그리고, 표 1에 도시된 바와 같이 투과시키는 중심파장에 따라 각 칩의 위상을 조정했다. 도 11은 본 실시예에 있어서 이용한 SSFBG의 외관을 나타내는 도면을 대체하는 사진이다.
본 실시예에서는, 4개의 16칩의 SSFBG 복호기(FBG1~4)를 준비했다. 이들 FBG는 16개의 입력포트 및 16개의 출력포트를 가진다. 이러한 FBG는, ＋／－λ／8 스텝에서 칩 그레이팅을 시프트시킨 것으로써, 중심파장이 1551nm, 칩 길이가 약 0.52mm, 그레이팅의 전체 길이가 8.32mm이다. 이들 그레이팅에는, 2개의 16 레벨 위상 시프트 패턴을 이용했다. FBG1 및 2의 패턴은 OC-1이며, FBG3 및 4의 패턴은 OC-2로 하였다. OC-1은 멀티포트 부호기의 제1번째의 입력포트로 입력되고, 제3번째의 출력포트로부터 출력된 광신호에 대응한다. 한편, OC-2는 멀티포트 부호기의 제1번째의 입력포트로부터 입력되며, 제7번째의 출력포트로부터 출력된 광신호에 대응한다.
도 12는, 입력 펄스의 파형을 나타내는 그래프이다. 도 13a~도 13c는 패턴 OC-1의 FBG에 의해 부호화된 광부호와 AWG를 이용한 부호기(AWG 부호기)에 의해 부호화된 광부호를 나타내는 그래프이다. 도 13a는, FBG1를 이용해 부호화된 광신호를 나타내는 그래프이다. 도 13b는, FBG2를 이용해 부호화된 광신호를 나타내는 그래프이다. 도 13c는, AWG 부호기를 이용해 부호화된 광신호를 나타내는 그래프이다.
도 14a~도 14c는, 패턴 OC－2의 FBG에 의해 부호화된 광부호와 AWG를 이용한 부호기(AWG 부호기)에 의해 부호화된 광부호를 나타내는 그래프이다. 도 14a는, FBG3를 이용해 부호화된 광신호를 나타내는 그래프이다. 도 14b는, FBG4를 이용해 부호화된 광신호를 나타내는 그래프이다. 도 14c는, AWG 부호기를 이용해 부호화한 광신호를 나타내는 그래프이다.
도 13a에 도시된 바와 같이, FBG1를 이용해 얻을 수 있는 광부호의 지속 시간은 약 80ps이며, 칩 레이트는 200Gchip/s이다. SSFBG에 의한 광부호의 시간 파형은, AWG에 의한 광부호의 시간 파형과 상이하다. 이는, 위상 시프트 패턴을 중심으로 FBG를 설계하고, 단위 FBG에 있어서의 굴절률 분포가 거의 균일한 그레이팅을 이용했던 것이 주된 원인으로 판단될 수 있다. 예를 들어, 실효 굴절률을 그레이팅 전체에 따라서 신중하게 설계하면, 발생하는 신호의 시간 파형이 한층 더 개선될 것으로 예측할 수 있다.
도 14a~도 14c에 도시된 바와 같이 패턴 OC-2의 SSFBG로부터 발생한 개개의 칩 유래의 광부호 피크는 OC-1의 것보다 명료하지 않고 또 AWG의 것보다도 명료하지 않았다.
도 15a~도 15d는, 부호기 및 복호기로서 패턴 OC-1의 SSFBG와 AWG를 조합했을 때의 자기 상관 파형을 나타내는 그래프이다. 도 15a는, 비교를 위해 이용되는 그래프이며, 부호기 및 복호기가 각각 AWG 및 AWG의 것을 나타내는 그래프이다. 도 15b는, 부호기 및 복호기가 각각 FBG1 및 FBG2의 것을 나타내는 그래프이다. 도 15c는, 부호기 및 복호기가 각각 AWG 및 FBG2의 것을 나타내는 그래프이다. 도 15d는, 부호기 및 복호기가 각각 AWG 및 FBG1의 것을 나타내는 그래프이다.
도 16a~도 16d는, 부호기 및 복호기로서 패턴 OC-1의 SSFBG와 AWG를 조합했을 때의 자기 상관 파형을 나타내는 그래프이다. 도 16a는, 비교를 위해에 이용되는 그래프이며, 부호기 및 복호기가 각각 AWG 및 AWG의 것을 나타내는 그래프이다. 도 16b는, 부호기 및 복호기가 각각 FBG3 및 FBG4의 것을 나타내는 그래프이다. 도 16c는, 부호기 및 복호기가 각각 AWG 및 FBG3의 것을 나타내는 그래프이다. 도 16d는, 부호기 및 복호기가 각각 AWG 및 FBG4의 것을 나타내는 그래프이다.
도 15a~도 15d 및 도 16a~도 16d에 도시된 바와 같이 획득된 자기 상관 파형은 극히 유사하며, 부호기 및 복호기로서 AWG 및 SSFBG를 임의로 조합시켜도, 적절히 동작하는 것을 알 수 있다.
도 17a 및 도 17b는, AWG 부호기 및 SSFBG 부호기의 자기 상관과 상호 상관의 파워 콘트라스트비(PCR)를 비교하기 위한 그래프이다. 도 17a는, 패턴 OC-1의 SSFBG와 AWG를 비교하기 위한 그래프이다. 도 17b는, 패턴 OC-2의 SSFBG와 AWG를 비교하기 위한 그래프이다. 도 17a 및 도 17b는 부호기로서 모두 AWG 부호기를 이용한 것이다. 부호기 및 복호기가 각각 AWG인 것과 부호기가 AWG이며 복호기가 SSFBG인 것은 실질적으로 동일한 성능을 가지는 반면, 후자의 경우에는 성능이 대체로 1~5dB 가량 낮은 것을 알 수 있다
FGB1~FBG4가 균일한 그레이팅(uniformed grating)을 채용하고 있으며, 설계가 완전하지 않을 가능성을 고려하면, 이러한 결과는 꽤 좋은 것으로 판단할 수 있다. 또한, SSFBG의 복호기는 온도 변화에 강한 내성을 가질 수 있다. 이 실험에 있어서, AWG 부호기의 온도 변화는 2~2.5℃이지만, PCR의 변화는 1dB 이내였다. 이러한 성능은 멀티포트 AWG 타입의 부호기 및 다중 위상 레벨의 위상 시프트 SSFBG 복호기를 이용한 조합에 의해 달성될 수 있다. 따라서, AWG 부호기와 FBG 복호기의 조합을 사용하면, 유연하고 경제적으로 이점이 있는 OCDMA 네트워크를 구축할 수 있다. 더욱이 이러한 네트워크의 성능은 SSFBG를 어포다이즈(Apodize), 즉 그레이팅의 양단에 가하는 굴절률 변조함으로써, 더욱 향상될 것이다.
도 18은, 부호기 및 복호기 모두 SSFBG를 이용했을 때의 실험계를 나타내는 도이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 다중 사용자 OCDMA의 실험에 관하여 설명한다.
도 19는, 하이브리드 멀티포트의 AWG 부호기 및 SSFBG 복호기를 이용한 10Gbps, 8-유저 DPSK-OCDMA를 실증하기 위한 실험계를 나타내는 블록도이다.
도 20a~도 20f는, 실험계의 각 지점에 있어서 파장, 스펙트럼 및 아이다이아그램(eye diagram)을 나타내는 그래프이다. 도 20a는, 지점 α에 관한 그래프이다. 도 20b는, 지점 β에 관한 그래프이다. 도 20c는, 지점 γ에 관한 그래프이다. 도 20d는, 지점 π에 관한 그래프이다. 도 20e는, 지점 θ에 관한 그래프이다.도 20f는, 지점 ξ에 관한 그래프이다.
상술한 실험계에 있어서, 모드 동기 레이저 다이오드(MLLD)는, 중심파장이 1550.8nm이고, 반복 주파수가 9.95328GHz(OC192)인 약 1.8ps의 광 펄스를 발생할 수 있다. 여기서 광신호를 니오브산 리튬 위상 변조 회로(LN-PM)에 의해 형성된 차동위상 시프트키잉(DPSK: shift keying)에 의해 조절했다(도 19의α지점). 이때 데이터는 223-1 의사(擬似) 랜덤 비트열(PRBS)이었다.
이러한 신호를, 16×16 포트의 AWG 부호기의 제8 포트로 보내, 8개의 다른 광부호를 얻었다(도 19의 β지점). 이들 8개의 신호를, 8×10Gps 비동기 OCDMA 네트워크를 상정한 동일한 파워, 랜덤 지연, 랜덤 비트 위상 및 랜덤 분극 상태로, 합파(合波)했다(도 19의γ지점). 이러한 측정은, 가장 나쁜 상태를 상정한 것이다. 즉, 비트 동기 및 동일편파(偏波)를 상정했다.
수신측에서는, 16칩 16 레벨 위상 시프트 SSFBG 복호기가, 수신한 다중 OCDMA 신호를 목표 신호에 복호했다(도19의π지점). 화이버 베이스의 간섭계와 밸런스트 검파기를 이용하여 DPSK 신호를 검출했다(도19의 θ지점). 그리고, 데이터를 클록데이터리카버리(CDR) 회로를 이용하여 복원했다(도19의 지점ξ). 또한, 비트에러레이트테스터(BERT: bit error rate tester)를 이용하여 BER를 측정했다. 도 20e 및 도 20f에 도시된 바와 같이 도 19의 θ지점 및 ξ지점에 있어서, 8 유저의 OCDMA에 대하여, 명확한 아이통로(개구)가 관찰되었다.
도 21은, 다른 SSFBG 복호기에서의 1(K=1) 및 8 유저(K=8)에게 대한 BER 성능의 측정 결과를 나타내는 그래프이다. 도면 중 흰 원은, 위상 변조(phase modulation) 후의 백투백(back to back), 검은 사각은 부호기로서 G1429(Code1)를 이용했을 경우이며 1 유저의 것, 흰 사각은 부호기로서 G1429(Code1)를 이용했을 경우 8 유저의 것, 검은 마름모는 부호기로서 G1430(Code2)를 이용했을 경우 1 유저의 것, 흰 마름모는 부호기로서 G1430(Code2)를 이용한 경우 8 유저의 것, 검은 삼각형은 부호기로서 G1431(Code2)을 이용했을 경우 1 유저의 것, 흰 삼각형은 부호기로서 G1431(Code2)를 이용했을 경우 8 유저의 것, 엑스표는 부호기로서 G1433(Code2)를 이용했을 경우 1 유저의 것 및 부호기로서 G1433(Code2을 이용했을 경우 8 유저의 것을 나타낸다. 어떤 경우에도 4개 모든 복호기에 대해서, 에러 프리가 달성되었다. 또한, K=1과 비교하면 K=8의 OCDMA에서는, BER=10-9에 있어서, 약 4dB의 파워 손실이 관찰되었다.
１: 멀티포트 광부호기
２: 중앙국
３: 복호기
４: 복호부
５: 광부호 분할 다중 액세스 시스템
２: 중앙국
３: 복호기
４: 복호부
５: 광부호 분할 다중 액세스 시스템
Claims (10)
- 광신호를 부호화하는 멀티포트 광부호기를 포함하는 중앙국; 및 상기 부호화된 광신호를 복호화하는 복호기를 포함하는 복호부;를 포함하는 광부호 분할 다중 액세스 시스템에 있어서,
상기 멀티포트 광부호기는, 상기 광신호를 입력받아 부호패턴마다 파장이 미리 정해진 양만큼 다른 상기 부호화된 광신호로 변환하고,
상기 복호기는, 상기 부호화된 광신호에 대응하는 중심파장을 가지는 슈퍼스트럭쳐 화이버 브라그 그레이팅인
광부호 분할 다중 액세스 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 멀티포트 광부호기는, 어레이 도파로 회절 격자를 포함하고,
상기 어레이 도파로 회절 격자는, 복수의 입력포트, 상기 복수의 입력포트와 연결된 입력 슬라브 커플러, 상기 입력 슬라브 커플러로부터 광이 입력되는 출력 슬라브 커플러, 상기 입력 슬라브 커플러와 상기 출력 슬라브 커플러를 연결하는 복수의 광도파로 및 상기 출력 슬라브 커플러와 연결된 복수의 출력포트를 포함하고,
상기 복수의 광도파로는, 각각 미리 정해진 길이만큼 길이가 다른
광부호 분할 다중 액세스 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 멀티포트 광부호기는, 어레이 도파로 회절 격자를 포함하고,
상기 어레이 도파로 회절 격자는, 복수의 입력포트, 상기 복수의 입력포트와 연결된 입력 슬라브 커플러, 상기 입력 슬라브 커플러로부터 광이 입력되는 출력 슬라브 커플러, 상기 입력 슬라브 커플러와 상기 출력 슬라브 커플러를 연결하는 복수의 광도파로 및 상기 출력 슬라브 커플러와 연결된 복수의 출력포트를 포함하고,
상기 복수의 광도파로는, 각각 미리 정해진 길이만큼 길이가 다르고,
상기 복수의 광도파로는, 코어를 포함하고,
상기 코어는, 상기 코어의 주위에 위치하는 클래드보다 굴절률이 높고,
상기 광도파로의 코어를 도파하는 광에 대한 상기 코어의 실효 굴절률은 ns이고, 상기 복수의 출력포트가 상기 출력 슬라브 커플러와 연결되는 부분의 간격은 do(μm)이고, 상기 복수의 광도파로가 상기 복수의 입력 슬라브 커플러와 연결되는 부분의 간격은 d(μm)이고, 상기 입력된 광신호의 중심파장은 λ(nm)이고, 상기 복수의 출력포트의 개수는 N(개)이고, 상기 복수의 입력포트가 상기 입력 슬라브 커플러와 연결되는 부분의 간격은 di(μm)이되, 상기 do와 상기 di는 동일하고, 상기 복수의 광도파로가 상기 복수의 출력 슬라브 커플러와 연결되는 부분의 간격은 상기 d(μm)이고, 상기 입력 슬라브 커플러의 초점 거리 및 상기 출력 슬라브 커플러의 초점거리는 R일 때, 상기 λ 및 상기 R을 곱한 값은, 상기 N, 상기 ns, 상기 d 및 상기 do를 곱한 값과 동일한
광부호 분할 다중 액세스 시스템.
- 제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 슈퍼스트럭쳐 화이버 브라그 그레이팅은, 복수의 칩을 포함하고, 상기 부호화된 광신호에 따른 시간 확산 및 위상 시프트가 수행되도록 상기 복수의 칩을 구성하는 주기적 굴절률 변화에 관한 각 칩 간의 위상을 변화시키는
광부호 분할 다중 액세스 시스템.
- 제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 슈퍼스트럭쳐 화이버 브라그 그레이팅은, 복수의 칩을 포함하고,
상기 복수의 칩은, 상기 부호화된 광신호에 대응하는 중심파장 부근의 광을 선택적으로 반사하는 위상을 가짐으로써 상기 부호화된 광신호에 대응하는 중심파장 부근의 광을 선택적으로 반사하는
광부호 분할 다중 액세스 시스템.
- 광신호를 부호화하는 부호기를 포함하는 부호부; 및 상기 부호화된 광신호를 복호화하는 멀티포트 광복호기를 포함하는 중앙국;을 포함하는 광부호 분할 다중 액세스 시스템에 있어서,
상기 부호기는, 상기 멀티포트 광복호기에 대응하는 중심파장을 가지는 슈퍼스트럭쳐 화이버 브라그 그레이팅이고,
상기 멀티포트 광복호기는, 상기 부호화된 광신호를 입력받아 부호패턴마다 파장이 미리 정해진 양만큼 다른 광신호로 변환하여 상기 부호화된 광신호를 복호화하는
광부호 분할 다중 액세스 시스템.
- 제6항에 있어서,
상기 멀티포트 광복호기는, 어레이 도파로 회절 격자를 포함하고,
상기 어레이 도파로 회절 격자는, 복수의 입력포트, 상기 복수의 입력포트와 연결된 입력 슬라브 커플러, 상기 입력 슬라브 커플러로부터 광이 입력되는 출력 슬라브 커플러, 상기 입력 슬라브 커플러와 상기 출력 슬라브 커플러를 연결하는 복수의 광도파로 및 상기 출력 슬라브 커플러와 연결된 복수의 출력포트를 포함하고,
상기 복수의 광도파로는, 각각 미리 정해진 길이만큼 길이가 다른
광부호 분할 다중 액세스 시스템.
- 제6항에 있어서,
상기 멀티포트 광복호기는, 어레이 도파로 회절 격자를 포함하고,
상기 어레이 도파로 회절 격자는, 복수의 입력포트, 상기 복수의 입력포트와 연결된 입력 슬라브 커플러, 상기 입력 슬라브 커플러로부터 광이 입력되는 출력 슬라브 커플러, 상기 입력 슬라브 커플러와, 상기 출력 슬라브 커플러를 연결하는 복수의 광도파로 및 상기 출력 슬라브 커플러와 연결된 복수의 출력포트를 포함하고,
상기 복수의 광도파로는, 각각 미리 정해진 길이만큼 길이가 다르고
상기 복수의 광도파로는, 코어를 포함하고,
상기 코어는, 상기 코어의 주위에 위치하는 클래드보다 굴절률이 높고,
상기 광도파로의 코어를 도파하는 광에 대한 상기 코어의 실효 굴절률은 ns이고, 상기 복수의 출력포트가 상기 출력 슬라브 커플러와 연결되는 부분의 간격은 do(μm)이고, 상기 복수의 광도파로가 상기 복수의 입력 슬라브 커플러와 연결되는 부분의 간격은 d(μm)이고, 상기 입력된 광신호의 중심파장은 λ(nm)이고, 상기 복수의 출력포트의 개수는 N(개)이고, 상기 복수의 입력포트가 상기 입력 슬라브 커플러와 연결되는 부분의 간격은 di(μm)이되, 상기 do와 상기 di는 동일하고, 상기 복수의 광도파로가 상기 복수의 출력 슬라브 커플러와 연결되는 부분의 간격은 상기 d(μm)이고, 상기 입력 슬라브 커플러의 초점 거리 및 상기 출력 슬라브 커플러의 초점거리는 R일 때, 상기 λ 및 상기 R을 곱한 값은, 상기 N, 상기 ns, 상기 d 및 상기 do를 곱한 값과 동일한
광부호 분할 다중 액세스 시스템.
- 제6항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 슈퍼스트럭쳐 화이버 브라그 그레이팅은, 복수의 칩을 포함하고, 상기 부호화된 광신호에 따른 시간 확산 및 위상 시프트가 수행되도록 상기 복수의 칩을 구성하는 주기적 굴절률 변화에 관한 각의 칩 간의 위상을 변화시키는
광부호 분할 다중 액세스 시스템.
- 제6항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 슈퍼스트럭쳐 화이버 브라그 그레이팅은, 복수의 칩을 포함하고,
상기 복수의 칩은, 상기 부호화된 광신호에 대응하는 중심파장 부근의 광을 선택적으로 반사하는 위상을 가짐으로써 상기 부호화된 광신호에 대응하는 중심파장 부근의 광을 선택적으로 반사하는,
광부호 분할 다중 액세스 시스템.
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