KR20130085569A - 광 채널 감응형 광대역 주입 광원장치 및 그를 위한 광네트워크 시스템 - Google Patents

Abstract

주입광원을 광채널의 연결 여부에 따라 출력 광의 세기를 조절하여 제공하는 광대역 주입 광원장치 및 그를 위한 광네트워크 시스템이 개시된다. 본 발명에 의하면, 광신호 송신을 위한 주입광원을 제공하고, 파장 잠김되어 송신되는 광신호의 채널 연결 상태를 확인하여 연결된 채널에 대해서 신호 세기를 조절하여 주입광원으로 출력한다. 이때 광신호는 파장 잠김된 상향 또는 하향 광신호이다.

Description

광 채널 감응형 광대역 주입 광원장치 및 그를 위한 광네트워크 시스템{BROADBAND LIGHT SOURCE APPARATUS FOR SENSITIZING OPTICAL CHANNEL AND OPTICAL NETWORK SYSTEM FOR THE SAME}

본 발명은 파장분할다중 방식의 수동형 광가입자망(WDM-PON: Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network)에서 주입광원을 광채널의 연결 여부에 따라 출력 광의 세기를 조절하여 제공하는 광대역 주입 광원장치에 관한 것이다.

WDM-PON은 다수의 광 송/수신기로부터 출력되는 서로 다른 파장의 광신호를 파장분할다중화 장치를 이용하여 광섬유를 통해 송수신한다. 파장분할다중 방식을 이용하면 동시에 많은 양의 데이터를 전송할 수 있어 전송 구간 사이의 대역폭을 증가시킬 수 있으며, 다수의 광섬유를 사용하는 대신 하나의 광 섬유를 이용하여 데이터를 전송함으로써 광 선로의 임대비용 및 유지관리 비용을 절약할 수 있는 장점이 있다.

종래의 WDM-PON은 하나의 광선로에 B-대역에 하향신호를 할당하고 A-대역에 상향신호를 할당하는 구조이다. 각 광대역 광원들은 상/하향신호와 동일한 대역의 BLS(Broadband Light Source)를 광선로에 공급한다. 이때 공급되는 BLS는 상/하향신호와는 독립적으로 전원 인가 후 지속적으로 광선로에 주입된다.

도1을 참조하여 종래기술에 따른 중앙 기지국(CO: Central Office)의 광선로 종단장치(OLT: Optical Line Terminal)의 구성을 살펴보면, A 대역용 광대역 광원(112), B 대역용 광대역 광원(109), 다수의 광송신기(101~103), 다수의 광수신기(104~106), A 대역용 광파장 라우터(108), B 대역용 광파장 라우터(107), A대역용 광써큘레이터(111), B 대역용 광써큘레이터(110), A/B 대역용 광대역 파장분할 다중화/역다중화기(113) 및 광커넥터(114)로 구성된다.

B 대역 광대역 광원(109)은 광써큘레이터(110)를 통하여 B 대역용 광파장 라우터(107)를 통하여 광송신기(101~103)에 주입광원을 공급한다. 주입광원을 이용하여 광송신기(101~103)에서 발생한 하향신호들은 B 대역용 광파장 라우터(107)에서 다중화되어 광써큘레이터(110) 및 광대역 파장분할 다중화/역다중화기(113)를 통해 광커넥터(114)로 전달된다. 광커넥터(114)는 광선로를 통해 원격노드(RN: Remote Node) 및 광가입자 종단장치(ONU: Optical Network Unit)와 연결된다.

또한, A 대역 광대역 광원(112)은 광써큘레이터(111) 및 광대역 파장분할 다중화기(113)를 통해 광커넥터(114)로 전달되고, 광선로 및 원격 노드를 통해 광가입자 종단장치(ONU)측 광송신기의 주입광원으로 공급된다. 그리고 원격노드에서 다중화된 상향 광신호는 광대역 파장 분할 다중화/역다중화기(113), 광써큘리이터(111), A 대역용 광파장 라우터(108)에 의해 역다중화되어 각각의 광수신기(104~106)으로 전달된다.

WDM 기술을 이용하는 PON의 기본적인 형태는 국사에 위치한 광선로 종단장치(OLT)와 가입자측에 위치한 광가입자 종단장치(ONU) 간 광다중/역다중화(optical multiplexing/demultiplexing) 기술을 이용하여 하나의 광케이블로 원격 노드(RN)까지 연결하는 구조를 갖는다. 국사와 가입자간 광다중화 기술을 이용하려면 상호 송수신 파장이 다중/역다중화되는 파장과 조건과 일치해야 한다.

상기에서 주입광원에 의한 파장 잠김 기술은 크게 주입광원으로 사용되는 BLS, 파장 분배 역할을 하는 광다중/역다중화기, 반사 증폭 기능을 갖는 송신용 레이저 다이오드(LD: Laser Diode) 세 가지로 구분이 가능하다. BLS에서 발생한 광대역 광원은 파장 역다중화기를 거쳐 좁은 대역의 파장으로 선택되고, 선택된 광원을 LD 주입하여 출력 파장이 주입된 광원과 동일한 파장에 고정함으로써 항상 광다중/역다중화기의 다중/역다중 파장에 맞는 파장분할 다중화된 광신호를 출력하고, 파장분할 다중방식 광전송장치에 사용할 수 있는 송신 광원이 된다.

그러나, 종래기술에 따르면 광대역 광원을 제공하는데 있어서, 현재 운용되는 광채널들의 연결된 상태와는 독립적으로 동작되고 있다. 즉 모든 통신상황에서 파장에 획일적인 BLS 스펙트럼을 유지한 채로 선로에 유입시키고 있다. 주입광원을 이용하는 송신기를 사용하는 WDM-PON에서는 지속적으로 BLS를 인가하는 것이 불가피한 상황이지만, 연결되지 않은 광채널에 같은 세기의 주입광원을 인가하기 때문에 BLS의 효율성 측면에서 낭비되는 자원이 발생하고 있다.

한국특허공개번호 2004-0103085(2004.12.08 공개)

본 발명의 목적은 주입광원을 광채널의 연결 여부에 따라 출력 광의 세기를 조절하여 제공하는 광대역 주입 광원장치 및 그를 위한 광네트워크 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 주입광원을 광채널의 연결 여부에 따라 출력 광의 세기를 조절하여 제공하는 광대역 주입 광원장치 및 그를 위한 광네트워크 시스템이 개시된다. 본 발명에 의하면, 광신호 송신을 위한 주입광원을 제공하고, 파장 잠김되어 송신되는 광신호의 채널 연결 상태를 확인하여 연결된 채널에 대해서 신호 세기를 조절하여 주입광원으로 출력한다. 이때 광신호는 파장 잠김된 상향 또는 하향 광신호이다.

본 발명에 의하면, 연결된 광채널의 연결 여부를 확인하여 광연결이 형성된 채널에 대해서만 큰 세기의 주입광원을 제공함으로써 자원의 효율화를 기할 수 있는 이점이 있다.

도1은 종래기술에 따른 광선로 종단장치의 구성을 도시한 도면.
도2는 본 발명의 실시예에 따라 광네트워크 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도3은 본 발명의 실시예에 따라 입력 광원 유무에 따른 광대역 광원장치의 출력 특성을 보여주는 도면.
도4는 본 발명의 실시예에 따라 진폭 변조된 입력신호 유무에 따른 광대역 광원장치의 잡음 특성을 보여주는 도면.
도5는 본 발명의 실시예에 따라 광대역 광원장치에서 이득 포화 특성을 이용하여 광평탄화 작업을 수행하는 과정을 보여주는 도면.
도6은 본 발명의 실시예에 따라 광대역 광원장치에서 사전 평탄화 작업을 수행하는 과정을 보여주는 도면.
도7은 본 발명의 실시예에 따라 광네트워크 시스템에서의 출력 특성을 보여주는 도면.
도8 및 도9는 본 발명을 WDM-PON 시스템에 적용한 예를 보여주는 도면.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 다만, 이하의 설명에서는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 우려가 있는 경우, 널리 알려진 기능이나 구성에 관한 구체적 설명은 생략하기로 한다.

도2는 본 발명의 실시예에 따라 광네트워크 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면으로서, 광대역 광원을 광선로 종단장치(OLT)에 적용한 예를 보여준다.

본 발명의 광대역 광원장치(광대역 광원(BLS)(20))는 WDM-PON에서 광송신기를 포함하는 광선로 종단장치(OLT)에 구현할 수 있다.

본 발명의 광대역 광원장치(광대역 광원(BLS)(20))는 광선로 종단장치(OLT)의 광송신기(50)에 광신호 송신을 위한 주입광원을 제공한다. 광송신기(파장 잠김 송신용 모듈)(50)는 주입된 광원을 이용하여 파장을 선택하고, 해당 광원의 증폭 및 변조를 통하여 전송을 위한 송신광원으로 사용한다. 이때, 광대역 광원장치(광대역 광원(20))은 파장 잠김되어 전송되는 광신호의 일부를 재주입하여 광연결이 형성된 채널에 대해서 큰 세기의 광원을 제공한다. 이로써 광대역 광원(BLS)(20)은 광채널 감응형 광대역 주입광원의 기능을 달성한다. 이때 광신호의 감응을 위해 광선로 종단장치(OLT)의 광송신기(50)가 송신하는 하향 광신호를 광대역 광원(20)의 입력으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 광가입자 종단장치(ONU)의 광송신기(미도시됨)가 송신하는 상향 광신호를 광대역 광원(20)의 입력으로 사용할 수도 있다.

여기서, 광대역 1×N 파장 라우터(40)는 광대역 광원을 파장 분할하여 파장 잠김 송신용 모듈(50)에 서로 다른 파장의 광원을 전달하고, 파장 잠김 송신용 모듈(50)은 주입된 광원과 파장이 일치하는 광신호를 출력한다. 이때 가입자측에 위치한 광가입자 종단장치(ONU)로 전송되는 파장 잠김된 광신호의 일부를 광분배기(30)가 광대역 광원(20)으로 피드백(feed back)시켜 준다. 그러면 광대역 광원(20)은 피드백된 광신호를 감응하여(즉 광채널의 연결 여부를 통해 다수의 광원 중 동작하는 신호 광원을 판별함), 이후 주입광원의 파장별로 신호 세기를 자동으로 조절하여 출력한다. 예컨대, 다수의 광원 중 동작하는 신호 광원의 파장만을 선택하여 출력함으로써 주입광원의 출력 효율을 높일 수 있다. 일실시예에 있어서, 광연결이 형성된 채널에 대해서 큰 세기의 주입광원을 제공한다. Injection Seeding 방식의 송신용 모듈(50)은 허용 동작 범위 내에서 큰 세기의 광원이 주입되는 것이 Laser Driving 측면에서 유리하다.

도3에 도시된 바와 같이, WDM-PON 주입광원으로 사용되고 있는 광대역 광원(BLS)(20)에는 광증폭기(21)를 활용할 수 있다. 광증폭기(21)는 증폭매질로 사용하는 형태에 따라 파이버 기반의 증폭기와 반도체 기반의 증폭기로 구분이 가능하다. 광증폭기(21)는 입력된 광원을 증폭시켜 주는 기능을 한다. 본 발명에서는 입력광원을 증폭시켜주는 광증폭기(21)의 특성을 이용하여 광 송/수신 연결이 형성된 채널에는 더 큰 세기의 주입광원을 인가해주고, 연결되지 않은 채널에 대해서는 그 세기를 줄인다.

도3은 광증폭기(21) 기반의 광대역 광원(20)에 입력광원이 있는 경우와 없는 경우에 대한 파장에 따른 출력을 보여주고 있다.

입력광원이 없는 광증폭기 기반의 BLS에 비하여(3a), 본 발명에 따라 입력광원이 없는 광증폭기(21) 기반의 BLS(20)는 동작 대역 내에 입력신호가 불규칙하게 존재하는 경우 출력이 입력신호가 존재하는 파장 대역에 이득을 집중하여 출력시키는 결과(3b)를 볼 수 있다. 즉 광 송/수신 연결이 형성된 광채널에 대해서 선택적으로 출력을 증가시키고, 광 링크가 연결되지 채널에 대해서는 그 출력을 낮춘다.

여기서, 광증폭기(21)의 종류로는 희토류 첨가 광섬유 증폭기, 비선형 광증폭기, 반도체 광증폭기 등이 될 수 있다.

또한 BLS(20)의 출력 스펙트럼은 역다중화기의 파장 필터 모양과 유사하게 구현할 수 있다. 즉 파장에 따른 광 세기 출력을 보면 입력 광의 형태와 유사한 출력(3b)임을 알 수 있다. 따라서, 파장 필터의 모양과 유사한 광원이 역다중화기를 통과하게 되면 광 노이즈를 억제시킬 수 있다.

도4는 BLS(20)에 시간 축에 대한 진폭 변조된 입력신호가 있는 경우와 없는 경우에 대한 BLS 출력 광원의 잡음 증가 요인을 보여주고 있다.

진폭 변조된 입력신호가 없는 경우의 BLS는 시간 축에 대해서 일정한 세기를 유지하고 있지만(4a), 본 발명에 따라 진폭 변조된 입력신호가 있는 광증폭기(21) 기반의 BLS(20)는 입력신호의 시간에 따른 상태 변화가 반영된 출력을 수행한다. 이는 잡음 요인으로 작용하기 때문에, 이러한 주입광원을 그대로 이용하여 파장 잠김하여 전송하면 송신신호의 품질이 나빠지게 된다. 따라서 주입광의 진폭이 변조광원인 경우 BLS로 사용하기 위해서는 잡음을 제거해야 한다. 따라서 본 발명에서는 도5와 같이 광증폭기(21)에서 이득 포화 현상을 이용하여 광평탄화 기능을 수행한다. 이득 포화 현상은 이득이 입력세기에 대해서 급격하게 줄어드는 것을 말한다.

광증폭기(21)에서 이득 포화 현상을 이용한 광평탄화 과정을 살펴보면 다음과 같다. 광증폭기(21)로 입력된 광신호 파워가 일정 수준이상으로 크면 입력된 광 신호는 이득 포화 상태에 있게 되는데, 즉 입력광의 "0" 레벨에 비해서 "1" 레벨은 덜 증폭된다. 따라서 입력광의 "0" 레벨과 "1" 레벨의 크기 차이가 어느 정도 줄어들게 되어 평탄화되는 효과를 적용하면 진폭 변조된 입력광에 의해 발생하는 잡음을 개선할 수 있다.

또한, 잡음 제거를 위한 광증폭기(21)의 이득 포화 현상을 이용하는 것에 덧붙여, 입력광원의 광평탄화 기능을 수행하기 위해 광대역 광원(20)의 입력단에 도6과 같이 분산 가속부(22)를 구비하여 미리 광평탄화 기능을 수행할 수 있다. 분산 가속부(22)는 시간에 대해서 진폭 변조된 광신호의 분산을 가속화시키는 역할을 담당한다. 일실시예에 있어서, 분산 가속부(22)의 유형으로는 Fiber 형태, Super prism, Chirp fiber grating와 같은 광경로상에 위치할 수 있는 수/능동 광장치들이 이용될 수 있다. 해당 신호의 광평탄화 작업은 다음과 같이 설명될 수 있다. 최초 진폭 변조되어 입력되는 입력광원(6a)이 분산 가속부(22)를 통과하면, 증폭 입력 이전에 1차 광평탄화 과정(6b)이 이루어진다. 1차 광평탄화 처리된 광원(6b)은 다시 이득 포화 특성을 이용한 광증폭기(21)로 입력되어 세기 증폭 및 2차 광평탄화된 출력(6c)을 얻을 수 있다.

다시 도2를 참조하여 본 발명의 광대역 광원(20)이 적용된 광선로 종단장치(OLT)의 동작을 살펴보면 다음과 같다. 광대역 광원(20)의 출력은 광서큘레이터(10) 및 광분배기(30)를 거쳐 광대역 1×N 파장 라우터(40)로 입력된다. 광대역 1×N 파장 라우터(40)는 입력된 광을 N개의 파장 라우팅 출력단을 통하여 파장 잠김 송신용 모듈(50)로 분배한다. 파장 잠김 송신용 모듈(50)에 입력된 주입광원은 전송 광신호가 되어 가입자측에 위치한 광가입자 종단장치(ONU)로 전송된다. 송신 시작된 신호 광은 다시 광대역 1×N 파장 파장 라우터(40)를 통하여 역다중화된 후 공통선로로 유입된다. 이때 유입된 역다중화 광의 일부를 광분배기(30)를 통하여 광대역 광원(20)으로 피드백(feed back) 해줌으로써 광채널 감응형 광대역 주입광원을 구성할 수 있다.

도7은 본 발명에 따라 송신광의 피드백을 이용한 광채널 감응을 적용하여 출력되는 광대역 광원(20)과 일반적인 광대역 광원의 출력을 "a" 지점에서 비교한 것이다.

광대역 1×N 파장 파장 라우터(40)의 종단에는 각각 첫 번째, 두 번째 그리고 1+n번째와 N번째의 종단장치(파장 잠김 송신용 모듈(50))만 활성화되어 있어 있음을 가정한다. 이 경우 일반적인 광대역 광원의 출력은 종단장치(파장 잠김 송신용 모듈(50))의 활성화된 광채널에 구분없이 획일적인 출력(7a)을 보여주고 있음에 반하여, 본 발명에 따른 광대역 광원(20)의 출력은 종단장치(두 번째 그리고 1+n번째와 N번째 파장 잠김 송신용 모듈(50))가 활성화되어 있는 광채널에 광 세기를 집중해 주는 출력(7b)을 보여주고 있다.

도8 및 도9은 주입된 광원을 이용하여 파장을 선택하고, 해당 광원의 증폭 및 변조를 통하여 전송을 위한 송신광원으로 사용하는 광송신기 및 이를 이용하는 WDM-PON 시스템에 본 발명을 실시한 예를 보여준다. Tx와 Rx 모듈을 집적화하여 구성하고, 국사에 위치하는 광선로 종단장치(OLT)에 집적화된 array 형태의 파장 잠김 방식의 광송신 모듈에 광대역 광원(BLS)을 적용한다.

직접도를 높이기 위해 송신 모듈들을 복수의 그룹 또는 전체를 하나의 모듈로 제작하고 A대역 광파장 라우터와 집적할 수 있다. 또한 수신 모듈들을 복수의 그룹 또는 전체를 하나의 모듈로 제작하고 B대역 광파장 라우터와 집적할 수 있다. 또한 송/수신 모듈을 쌍으로 하는 송/수신 모듈들을 복수의 그룹 또는 전체를 하나의 모듈로 제작하고 A/B 대역 광파장 라우터와 집적할 수도 있다.

본 명세서에서는 본 발명이 일부 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 이해할 수 있는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 점을 알아야 할 것이다. 또한, 그러한 변형 및 변경은 본 명세서에 첨부된 특허청구의 범위 내에 속하는 것으로 생각되어야 한다.

20: 광대역 광원 21: 광증폭기
22: 분산 가속부

Claims (11)

1. 광대역 광원장치로서,
   광신호 송신을 위한 주입광원을 제공하고, 파장 잠김되어 송신되는 광신호의 채널 연결 상태를 확인하여 연결된 채널에 대해서 신호 세기를 조절하여 상기 주입광원으로 출력하는 광대역 광원장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 연결된 채널에 대해서 신호 세기를 조절하여 출력함에 있어서, 다수의 광원 중 동작하는 신호 광원의 파장만을 선택하여 출력하는, 광대역 광원장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 광신호를 증폭하는 광증폭기를 포함하는, 광대역 광원장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 광신호는, 파장 잠김된 상향 또는 하향 광신호인, 광대역 광원장치.
5. 제3항에 있어서,
   광신호 감응을 위해 입력되는 광신호가 진폭 변조 광원인 경우, 잡음 제거를 위한 상기 광증폭기의 이득 포화 현상을 이용하여 광평탄화 기능을 수행하는, 광대역 광원장치.
6. 제3항 또는 제5항에 있어서,
   상기 광증폭기 전단에서 진폭 변조되어 입력되는 광신호의 분산을 가속화시켜 사전 광평탄화 기능을 수행하는 분산 가속부를 더 포함하는 광대역 광원장치.
7. 광네트워크 시스템으로서,
   광신호 송신을 위한 주입광원을 광송신기에 제공하는 광대역 광원; 및
   상기 광송신기에 의해 파장 잠김되어 송신되는 광신호를 상기 광대역 광원으로 재주입하는 광분배기를 포함하는 광선로 종단장치(OLT)를 구비하되,
   상기 광대역 광원은 상기 광분배기에 의해 재주입된 광신호의 채널 연결 상태를 확인하여, 연결된 채널에 대해서 신호 세기를 조절하여 상기 주입광원으로 출력하는, 광네트워크 시스템.
8. 제7항에 있어서,
   상기 광송신기가 상기 광선로 종단장치(OLT) 또는 광가입자 종단장치(ONU)에 구비된, 광네트워크 시스템.
9. 제7항에 있어서,
   상기 광대역 광원은, 상기 광신호를 증폭하는 광증폭기를 포함하며, 상기 연결된 채널에 대해서 신호 세기를 조절하여 출력함에 있어서 다수의 광원 중 동작하는 신호 광원의 파장만을 선택하여 출력하는, 광네트워크 시스템.
10. 제8항에 있어서,
    상기 광신호는, 파장 잠김된 상향 또는 하향 광신호인, 광네트워크 시스템.
11. 제9항에 있어서,
    상기 광대역 광원은, 광신호 감응을 위해 입력되는 광신호가 진폭 변조 광원인 경우, 잡음 제거를 위한 상기 광증폭기의 이득 포화 현상을 이용하여 광평탄화 기능을 수행하거나, 상기 광증폭기 전단에 분산 가속부를 구비하여 진폭 변조되어 입력되는 광신호의 분산을 가속화시켜 사전 광평탄화 기능을 수행하는 방법 중 어느 하나 또는 그 조합의 방법을 사용하는, 광네트워크 시스템.

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