KR20140093099A

KR20140093099A - 광망 종단장치 및 광회선단말을 포함하는 직교 주파수 분할 다중접속 수동형 광가입자망

Info

Publication number: KR20140093099A
Application number: KR1020130005469A
Authority: KR
Inventors: 조승현; 명승일; 두경환; 이지현; 이상수; 이종현
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2013-01-17
Filing date: 2013-01-17
Publication date: 2014-07-25
Also published as: US20140199074A1; US9191116B2

Abstract

직교 주파수 분할 다중접속이 가능한 수동형 광가입자망 기술이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 수동형 광가입자망은, 미리 할당받은 주파수 분할 다중화용 중심 주파수를 기준으로 자신에게 할당된 직교 주파수 분할 다중화 신호를 생성하여 이를 상향 전송에 사용하는 다수의 광망 종단장치를 포함한다.

Description

광망 종단장치 및 광회선단말을 포함하는 직교 주파수 분할 다중접속 수동형 광가입자망 {Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access-Passive Optical Network comprising Optical Network Unit and Optical Line Terminal}

본 발명은 직교 주파수 분할 다중접속이 가능한 수동형 광가입자망(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access-Passive Optical Network: 이하 OFDMA-PON이라 칭함) 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 경제성 있는 상향 OFDMA-PON 광 링크 구조 및 데이터 상향 전송 기술에 관한 것이다.

직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplex: 이하 OFDM이라 칭함) 방식은 고속의 송신신호를 다수의 직교(orthogonal)하는 협대역 서브캐리어(subcarrier)로 다중화시키는 변조 방식을 말한다.

직교 주파수 분할 다중접속이 가능한 수동형 광가입자망 시스템(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access-Passive Optical Network: 이하 OFDMA-PON이라 칭함)은, OFDM 방식을 PON에 적용한 기술로서, 고속의 데이터 전송과 장거리 전송이 필요한 차세대 광 가입자 망 구축 기술 중 하나이다. OFDMA-PON은 경제성이 보장된 광 세기 변조/직접 검출 방식(Intensity Modulation/Direct Detection: IM/DD)을 통해 전송 효율을 극대화하고, 네트워크 자원의 유용한 제어가 가능하며, 장거리/초고속 전송 시 부수적인 보상 기술이 필요 없다.

그러나, 전술한 장점에도 불구하고 OFDMA-PON의 상용화가 지연되고 있는 원인 중 하나는, 실시간 동작이 가능한 고속 디지털 신호처리기(Digital Signal Processor: 이하 DSP라 칭함)의 부재와, 수십 기가 급에 해당하는 고속의 샘플링 속도에 대한 지원이 가능한 데이터 변환기(아날로그 디지털 변환기, 디지털 아날로그 변환기)의 부재에 있다.

이를 극복하기 위한 다양한 시도들이 있다. 예를 들어, OFDM 변조 방식과 FDM 다중화 방식의 동시 사용을 통해 OFDM 신호의 물리적 대역폭을 줄이고, 다중화하여 데이터 변환기의 샘플링 속도 및 가격을 낮추어 전송하는 방법이 있다. 다른 방법으로, OFDM 모뎀 구현에 필수적인 고속 푸리에 변환기(Fast Fourier Transform: FFT)의 크기를 대폭 축소하여 FPGA(field-programmable gate array) 등을 이용해 실시간 동작이 가능한 DSP를 구현하는 방법 등이 있다.

일 실시 예에 따라, 대용량 장거리 전송이 가능한 차세대 광 가입자 망 기술인 직교 주파수 분할 다중화 기반의 수동형 가입자 망의 실제화를 위해, 구성이 단순하고 비용 효율적인 상향 광 링크 구조 및 상향 전송방법을 제안한다.

일 실시 예에 따른 직교 주파수 분할 다중접속이 가능한 수동형 광가입자망의 광망 종단장치(ONU)는, 기저대역 내에서 자신에게 할당된 직교 주파수 분할 다중화 서브캐리어를 생성하는 디지털 신호처리부와, 디지털 신호처리부를 통과한 직교 주파수 분할 다중화 신호를 아날로그 변환하는 디지털 아날로그 변환기와, 아날로그 변환된 직교 주파수 분할 다중화 신호를 각 광망 종단장치 별로 할당받은 주파수 분할 다중화용 중심 주파수를 기준으로 주파수 상향 천이하는 전기적 변조부를 포함한다.

디지털 신호처리부는, 기저대역에서 DC를 기준으로 다수의 직교 주파수 분할 다중화 서브캐리어를 생성하는 역 고속 푸리에 변환부를 포함할 수 있다.

광망 종단장치에서 DC를 기준으로 생성된 직교 주파수 분할 다중화 서브캐리어의 할당 영역은, 광회선단말에 의해 각 광망 종단장치에 사용되는 중심 주파수 별로 그 할당 영역이 서로 중복되지 않도록 상이하게 할당됨에 따라, 역 고속 푸리에 변환부의 전체 크기에 대해서 서브캐리어의 할당이 가능하다.

광망 종단장치에서 DC를 기준으로 생성된 직교 주파수 분할 다중화 서브캐리어의 할당 영역은, 기준이 되는 중심 주파수가 동일한 경우 광회선단말(OLT)에 의해 설정된 우선순위에 따라 그 할당 영역이 서로 중복되지 않도록 상이하게 할당될 수 있다.

전기적 변조부는, 역 고속 푸리에 변환부에서 DC를 기준으로 생성된 직교 주파수 분할 다중화 서브캐리어를, 주파수 분할 다중화에 사용된 중심 주파수를 기준으로 하는 직교 주파수 분할 다중화 서브캐리어로 실수 성분과 복수 성분 별로 각각 상향 천이할 수 있다.

추가 실시 예에 따라, 광망 종단장치(ONU)는 전기적 변조부를 통해 상향 천이된 직교 주파수 분할 다중화 신호를 광신호에 실어 상향 전송하는 광신호 처리부를 포함한다. 이때, 광신호 처리부에서 광신호를 생성하는 광원은 세기 변조가 가능한 직접 변조 광원일 수 있다. 광신호 처리부는 전기적 변조부에서 상향 천이된 직교 주파수 분할 다중화 신호를, 직접 변조 광원을 통해 각 광망 종단장치에 서로 동일하게 할당된 단일 파장을 갖는 광신호로 변조한 후 세기 변조된 광신호를 상향 전송할 수 있다.

추가 실시 예에 따라, 광망 종단장치는 실수 성분과 복수 성분 별로 디지털 신호처리부를 통과한 직교 주파수 분할 다중화 신호를 필터링하여 이를 디지털 아날로그 변환기에 전송하는 저역 통과 필터를 포함한다.

다른 실시 예에 따른 직교 주파수 분할 다중접속이 가능한 수동형 광가입자망의 광회선단말은, 각 광망 종단장치들로부터 전송된 직교 주파수 분할 다중화 변조된 상향 광신호들을 검출하여 이를 전기신호로 변환하는 광 검출부와, 광 검출부에서 변환된 직교 주파수 분할 다중화 신호들을 미리 할당된 주파수 분할 다중화용 중심 주파수를 기준으로 주파수 하향변환한 이후 실수 성분과 허수 성분으로 분리하는 전기적 복조부와, 전기적 복조부에서 분리된 각 직교 주파수 분할 다중화 신호를 디지털 변환하는 아날로그 디지털 변환기와, 아날로그 디지털 변환기에서 디지털 변환된 직교 주파수 분할 다중화 신호를 복조시키는 디지털 신호처리부를 포함한다.

추가 실시 예에 따라, 광회선단말은 광 검출부에서 전기신호로 변환된 직교 주파수 분할 다중화 신호들을, 주파수 분할 다중화에 사용된 중심 주파수의 수만큼 분기시켜 이를 다수의 전기적 복조부에 분배하는 전기적 분배기를 포함한다.

다수의 디지털 신호처리부는 전기적 분배기를 통해 분배된 직교 주파수 분할 다중화 신호들을 대상으로 각각 주파수 분할 다중화에 사용된 중심 주파수 별로 복조할 수 있다.

추가 실시 예에 따라, 광회선단말은 각 광망 종단장치를 그룹화하고 그룹화된 각 광망 종단장치에 그룹화된 주파수 분할 다중화 신호들을 할당하는 제어부를 포함하며, 그룹화된 주파수 분할 다중화 신호는 다수의 직교 주파수 분할 다중화 서브캐리어를 포함할 수 있다.

제어부는 각 광망 종단장치 그룹들 사이에서 주파수 분할 다중화 그룹들 간의 중심 주파수를 결정하고, 그룹화된 주파수 분할 다중화 신호 내에서 직교 주파수 분할 다중화 서브캐리어의 할당 및 운영을 결정할 수 있다.

추가 실시 예에 따라, 광회선단말은 전기적 복조부에서 실수 성분과 허수 성분으로 분리된 각 직교 주파수 분할 다중화 신호를 필터링하여 이를 아날로그 디지털 변환기에 전송하는 저역 통과 필터를 포함한다.

또 다른 실시 예에 따른 직교 주파수 분할 다중접속이 가능한 수동형 광가입자망은, 미리 할당받은 주파수 분할 다중화용 중심 주파수를 기준으로 자신에게 할당된 직교 주파수 분할 다중화 신호를 생성하여 이를 상향 전송에 사용하는 다수의 광망 종단장치와, 다수의 광망 종단장치에서 생성된 직교 주파수 분할 다중화 신호를 광회선단말에 전달하는 다수의 수동형 광 분배기와, 다수의 광망 종단장치들을 그룹화하고 각 광망 종단장치 그룹 별로 직교 주파수 분할 다중화 서브캐리어를 할당하는 광회선단말을 포함한다.

일 실시 예에 따르면, OFDMA-PON에 있어서 모든 ONU가 동일한 파장을 갖는 광원을 구비하므로 광원 재고 보유 문제를 갖지 않아 망을 경제적으로 구축할 수 있다.

또한, 기존의 광 세기 변조/직접 검출 방식의 지원을 위해 사용되던 DMT 신호 대신에 OFDM 신호를 직접 전송에 이용할 수 있으므로, 고속 DSP를 효율적으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라, FFT의 전체 크기에 해당하는 서브캐리어를 전송에 이용할 수 있으므로 네트워크 전송 자원을 효율적으로 사용할 수 있다.

나아가, FDM 다중화 방식을 사용하여 각 OFDM 신호 및 ONU들을 그룹화하여 상향 접속을 구현하므로, ONU에 위치하는 변조 모뎀 및 OLT에 위치하는 복조 모뎀의 데이터 변환기(ADC 또는 DAC)가 갖는 샘플링 속도를 낮출 수 있기에 경제적인 망 구축이 가능하다. 나아가, 그룹화로 인해 DSP 블록에서 일시에 처리해야 하는 서브캐리어의 수가 축소됨에 따라 이 또한 경제적인 망 구현에 이바지할 수 있다.

더 나아가, FDM 다중화된 서브캐리어 그룹 내부에서의 전송은 OFDM 신호를 사용하므로 OFDM 신호 고유의 장거리 대용량 전송이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 OFDMA-PON의 구성도,
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 OFDM-ONU의 송신부의 세부 구성도,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 OFDM-OLT의 수신부의 구성도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 직교 주파수 분할 다중접속이 가능한 수동형 광가입자망 시스템(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access-Passive Optical Network: 이하 OFDMA-PON이라 칭함)(1)의 구성도이다.

본 발명에서는 OFDMA-PON 시스템(1) 구성을 위한 상향 전송 방식, 링크 및 단말 구성 방법에 대해서 기술하며, 하향전송을 위한 구조 등에 대해서는 특별히 기술하지 않는다. 즉, 하향전송을 위해서는 지금까지 보고된 다양한 방법들의 적용이 모두 가능함을 의미한다.

도 1을 참조하면, OFDMA-PON 시스템(1)은, OFDM 광회선단말(Optical Line Terminal: 이하 OFDM-OLT라 칭함)(12)과 다수의 OFDM 광망 종단장치(Optical Network Unit: 이하 OFDM-ONU라 칭함)(10-1,10-2,10-3,10-4)가 피더 광섬유(feeder optical fiber)(13,14-1,14-2)와 분배 광섬유(distribution optical fiber)(15-1,15-2,…,15-8), 그리고 수동형 광 분배기(16-1,16-2,16-3)를 사이에 두고 점대다점 형태로 연결된다.

특히 본 발명에 따른 상향 접속을 위해, 수동형 광 분배기(16-1,16-2,16-3)로 대변되는 역외 노드(Remote node)를 다단(multi level)으로 연결하여 사용할 수 있다. 이때 다단 분기 수는 링크 전체의 파워 버짓(power budget)과 최대 전송거리를 고려하여 결정될 수 있으며, 수치적으로 32, 64, 128 등이 가능하다.

본 실시 예에서 또 다른 중요한 사항 중 하나는, 상향 접속을 위한 스펙트럼 할당인데, 본 발명에서는 FDM+OFDMA 접속방식을 사용한다. FDM+OFDMA 접속방식에서 스펙트럼 할당을 위해서, OFDM-OLT(12)가 다수의 OFDM-ONU(10-1,10-2,10-3,10-4)를 임의의 그룹들로 그룹화한다. 이때, 각 그룹에 속한 OFDM-ONU들은 상향 접속 시 임의의 중심 주파수를 기준으로 OFDM 서브캐리어를 배열한 후 상향 전송하여, OFDM-OLT(12)와 통신한다. 또한, 그룹화된 각 FDM 신호들은 도 1에 도시된 바와 같이 다수 개의 OFDM 서브캐리어를 포함한다. 예를 들어, 서브캐리어 그룹1(SCG-1)은 OFDM 서브캐리어(SC) 1,2,3,4를 포함한다.

각 FDM 그룹들 간의 중심 주파수 차이는, OFDM 신호 자체의 대역폭 및 상향 접속시의 누화, OBI(Optical Beat Interference) 잡음 등을 고려하여 신중히 결정되어야 한다. OFDM-ONU 그룹들은 OFDMA-PON 특성상 장거리 대용량 전송이 가능하므로, 임의의 지점을 기반으로 거리상으로 가깝게 분포하는 가입자를 대상으로 지정 가능하며, 각 그룹들 사이의 OFDM 서브캐리어의 할당 및 운영은 전적으로 OFDM-OLT(12)에 위치하는 매체접근제어 계층(Media access control layer: MAC layer)에서 결정된다. 또한 OFDM-ONU 그룹 내부에서 운용 가능한 OFDM 서브캐리어의 수는 OFDM 전송방식의 특성상, OFDM-OLT(12) 및 다수의 OFDM-ONU(10-1,10-2,10-3,10-4)에 위치하는 단말 모뎀의 (I)FFT의 크기(size)에 의해 결정된다.

마지막으로, 본 발명에서의 신호 전송을 위한 변조/검출 방식은 경제적인 상향 전송 및 접속을 위해 구현비용이 효율적인 광 세기 변조/직접 검출 방식(Intensity Modulation/Direct Detection: IM/DD)을 사용한다. 이를 위해서, 본 발명은 단일 파장을 이용하는 직접 변조 광원(Direct modulation laser: DML)을 사용할 수 있다. 이러한 직접 변조 광원의 예로는 DFB-LD, PLC-ECL, DBR 레이저 및 VCSEL 등이 가능하며, 기본적으로 단일 종 모드(single longitudinal mode) 발진 광의 출력이 가능해야 한다.

이하, 도 2a 내지 도 2c 및 도 3을 통해 OFDM-ONU(10-1,10-2,10-3)에 위치하는 모뎀 변조 블록을 포함한 송신부 구성 및 OFDM-OLT(12)에 위치하는 모뎀 복조 블럭을 포함한 수신부의 구성에 대해 세부적으로 후술한다.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 OFDM-ONU(10-1,10-2,10-3)의 송신부의 세부 구성도이다.

도 2a 내지 도 2c를 참조하면, OFDM-ONU(10-1,10-2,10-3)의 송신부는 디지털 신호처리부(digital signal processor: 이하 DSP라 칭함)(100,200,300), 저역 통과 필터(Low Pass Filter: 이하 LPF라 칭함)(110-1,110-2,210-1,210-2,310-1,310-2), 디지털 아날로그 변환기(Digital Analogue Converter: 이하 DAC라 칭함)(120-1,120-2,220-1,220-2,320-1,320-2), 전기적 IQ 변조부(Electrical IQ-Modulator)(130,230,330), 전압 조정 발진기(Voltage controlled oscillator: VCO)(140,240,340) 및 광원(150,250,350)을 포함한다.

DSP(100,200,300)는 각각 직렬/병렬기(Serial/Parallel: S/P)(101,201,301), QAM 매핑부(QAM mapper)(102,202,302), 트레이닝 시퀀스 삽입기(training sequence adder: TS adder)(103,203,303), 역 고속 푸리에 변환기(Inverse Fast Fourier Transform: IFFT)(104,204,304), 순환전치 삽입기(Cyclic Prefix adder: CP adder)(105,205,305)를 포함한다. DSP(100,200,300)의 각 구성요소에 대한 설명은 일반적인 DSP 구성요소의 기능과 대응되므로 생략한다. 단, 본 발명의 특징 중 하나인 IFFT(104,204,304)에 대하여 후술한다.

일반적으로, 광 세기 변조/직접 검출 방식(Intensity Modulation/Direct Detection: IM/DD)의 지원을 위해 OFDM 기저대역 신호 생성시에 에르미트 대칭(Hermitian Symmetry)을 사용하는 이산 다중 신호(discrete multi-tone: DMT) 생성방법을 주로 사용한다. 해당 방법은, IFFT 연산 처리과정에서 생성되는 복소 성분을 제거하기 위해서, IFFT의 1/2 크기에 대해서만 실제 유효 서브캐리어(Effective SC)의 할당 및 운영이 가능하다. 이는 실시간 동작이 가능한 고속 대용량 DSP를 포함한 OFDM 시스템의 설계 및 운영에 큰 제약 요인으로 작용할 수 있다. 즉, DMT 신호 발생시 IFFT의 1/2 크기에 해당하는 서브캐리어의 할당 및 운용이 가능하므로, 네트워크 전체 운영에 있어서 효율이 떨어지고, DSP 구현 비용이 경제적이지 못하다.

따라서, 본 발명은 DSP(100,200,300) 내부에 위치하는 IFFT(104,204,304)의 크기 사용의 효율성과 네트워크 운용의 효율성을 극대화하기 위하여 IFFT(104,204,304)의 전체 크기(full size)에 해당하는 서브캐리어를 할당 및 운용한다.

다음은, OFDM-ONU 송신부의 내부 구조 중 하나인 아날로그 신호 처리 모듈에 대해 기술하고자 한다. 일반적으로, IFFT(104,204,304)의 전체 크기를 사용하는 DSP(100,200,300)에 대한 지원을 위해서는, IFFT(104,204,304)에서 출력되는 복소 성분에 대한 처리 및 전송이 가능해야 하므로, 기존의 광 OFDM 시스템에서는 고가의 광 IQ 변조기를 사용해야만 한다.

그러나, 본 발명에서는 OFDM-ONU 변조 모뎀의 경제적인 구현을 위해서 아날로그 영역에서 신호처리가 가능한 전기적 IQ 변조부(130,230,330)를 사용한다. 물론 이전의 에르미트 대칭을 갖는 DMT 신호 생성방식과 비교할 때, 실수부를 대표하는 I 성분에 대한 DAC(120-1,220-1,320-1)와 LPF(110-1,210-1,320-1)뿐만 아니라 복소부를 대표하는 Q 성분에 대해서도 DAC(120-2,220-2,320-2)와 LPF(110-2,210-2,320-2)를 추가적으로 사용해야 하므로, 구현에 있어 일부 비용상승 문제가 발생할 여지도 있다. 그럼에도 불구하고, 이들로 인한 자본적 지출(capital expenditure: CAPEX) 측면에서의 비용추가 효과가, 운용 지출(Operating Expenditure: OPEX) 입장에서의 네트워크 운용 효율성 상승으로 인한 추가비용 절감 효과에 미치지 못할 것으로 예상되므로, 충분히 경제적인 OFDMA-PON 기반 상향 광 링크 구성이 가능하다.

전술한 OFDM-ONU(10-1,10-2,10-3)의 송신부를 통해 발생하는 OFDM 신호에 대한 이해를 돕기 위해, 도 2a 내지 도 2c에 각 ONU 별로 임의 할당된 FDM용 중심 주파수와 이를 중심으로 배열되는 OFDM 서브캐리어들의 배열을 도시하였다. 참고로 기저대역(baseband)에서의 기저대역 신호 발생 과정과, 전기적 IQ 변조기(130,230,330)에서 기저대역 신호를 중간 주파수(Intermediate frequency: IF) 신호로 천이하는 과정 또한 동시에 도시하였다.

도 2a를 참조하면, OFDM-ONU1(10-1)은 주파수 영역에서 fx에 해당되는 중심 주파수를 기준으로 4개의 OFDM 서브캐리어를 상향 전송에 이용할 수 있다. OFDM-ONU1(10-1)의 기저대역에서는 DC를 기준으로 4개의 OFDM 서브캐리어가 주파수 도메인에서 형성되어, DSP(100)와 DAC(120-1,120-2)를 각각 거친 후, 전기적 IQ 변조기(130)를 통해 fx=IF(intermediate frequency)에 해당하는 중심 주파수를 기준으로 4개의 OFDM 서브캐리어를 갖는 신호로 상향 천이된다.

도 2b를 참조하면, OFDM-ONU2(10-2)는 OFDM-ONU1(10-1)과 마찬가지로 주파수 영역에서 fx에 해당되는 중심 주파수를 기준으로 4개의 OFDM 서브캐리어를 상향 전송에 이용할 수 있다. 하지만 OFDM-ONU1(10-1)가 사용하는 OFDM 서브캐리어 영역은 사용하지 않고, 그 다음 순번의 서브캐리어를 할당받아서 사용할 수 있다. 이 경우, OFDM-ONU1(10-1)이 사용하는 서브캐리어 영역에 대해서는 의도적으로 제로 패딩(zero-padding) 기술을 사용하여 처리할 수 있다.

도 2c를 참조하면, OFDM-ONU3(10-3)은 OFDM-ONU1(10-1) 및 OFDM-ONU2(10-2)와는 달리 주파수 영역에서 fy에 해당하는 중심 주파수 성분을 기준으로 총 8개의 OFDM 서브캐리어를 상향 접속시 사용하고 있음을 보여주고 있다. 이처럼 OFDM ONU(10-1,10-2,10-3)들은 각각에 미리 할당된 임의의 중심 주파수를 기준으로 각기 자신에게 할당된 OFDM 서브캐리어를 사용해 상향 접속을 용이하게 할 수 있다.

한편, 전기적 IQ 변조부(130,230,330)를 통해 상향 천이된 OFDM 신호는 광원(150,250,350)에 실어져 OLT로 상향 전송된다. 광원(150,250,350)의 예로는 레이저 다이오드(Laser Diode: LD) 등이 있다.

광신호 변환 과정을 위해서, 모든 OFDM-ONU(10-1,10-2,10-3)에서 사용되는 광원(150,250,350)은 광 세기 변조가 가능한 직접 변조형 광원(Direct Modulation Laser: DML)을 사용하는 것을 원칙으로 하며, 경우에 따라 EAM 및 MZM 등을 포함한 외부 변조형 광원의 사용도 가능하다. 외부 변조형 광원이 사용되는 경우에는 이를 구동하기 위한 씨앗 광이 필요하며, 이러한 씨앗 광으로는 DFB-LD, VCSEL, DBR 레이저 등과 같은 단일 종모드 발진 광원이 사용될 수 있다.

또한 모든 광원의 파장은 기본적으로 동일 파장을 사용하게 된다. 물론, 때에 따라 각 ONU가 서로 다른 파장을 할당받아 사용하는 파장 가변 광원 등의 사용도 가능하다. 그러나, 본 발명에서는 파장 영역에서의 광신호 정합 등을 위해 파장 분할 다중화/역다중화기는 사용하지 않는다. 이는 기존 광가입자망의 주류를 이루는 GPON 및 GEPON 등과 같은 TDMA-PON 기반의 광 가입자 망과의 광 전달망(Optical Delivery Network: ODN) 호환성을 유지하기 위해서이다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 OFDM-OLT(12)의 수신부의 세부 구성도이다.

도 3을 참조하면, OFDM-OLT(12)의 수신부는 광 검출부(Photo Diode: PD)(500), 전기적 분배기(510), 전기적 IQ 복조부(Electrical IQ-Demodulator)(520-1,520-2), 저역 통과 필터(Low Pass Filter: 이하 LPF라 칭함)(530-1,530-2,530-3,530-4), 아날로그 디지털 변환기(Analogue Digital Converter: 이하 ADC라 칭함)(540-1,540-2,540-3,540-4), 디지털 신호처리부(digital signal processor: 이하 DSP라 칭함)(550-1,550-2) 및 제어부(560)를 포함한다.

DSP(550-1,550-2)는 각각 심볼 동기화기(Symbol Synchronizer)(400-1,400-2), 순환전치 제거기(Cyclic Prefix remover: CP remover)(410-1,410-2), 고속 푸리에 변환기(Fast Fourier Transform: FFT)(420-1,420-2), 트레이닝 시퀀스 제거기(training sequence remover: TS remover)(430-1,430-2), 주파수 영역 등화기(Frequency Domain Equalization: FED)(440-1,440-2), QAM 디매핑부(QAM Demapper)(450-1,450-2), 심볼 에러율 측정기(symbol error rate measure unit: SER measure unit)(460-1,460-2) 및 채널 추정기(Channel Estimator)(470-1,470-2)를 포함한다. DSP(550-1,550-2)의 각 구성요소에 대한 설명은 일반적인 DSP 구성요소의 기능과 대응되므로 생략한다.

이하, OFDM-OLT(12)의 수신부의 각 구성요소의 기능에 대해 상세히 후술한다.

우선, 단일 광 검출부(500)는 각각의 OFDM-ONU들로부터 OFDM 변조된 상향 광신호들을 검출하고, 검출된 상향 광신호들을 전기신호로 변환한다.

광 검출부(500)에서 전기신호로 변환된 OFDM 신호는 전기적 분배기(510)를 거쳐 FDM 다중화 과정에서 사용된 중심 주파수의 수만큼 분기된다. 예를 들어, 도 2a 내지 도 2c를 참조로 설명한 OFDM-ONU(10-1,10-2,10-3)에서 이미 FDM을 위한 중심 주파수, fx와 fy를 사용하였기에, 도 3에서는 이를 뒷받침하기 위해서 2개의 분기 수를 갖는 전기적 분배기(510)를 통과한다. 통과된 FDM 신호들은 필요에 따라 전기적 증폭기를 거칠 수 있다.

분기된 FDM 신호들은 각각 DSP 복조 모뎀의 전단(front-end)을 구성하는 전기적 IQ 복조기(520-1,520-2)로 입력된다. 전기적 IQ 복조기(520-1,520-2)는 미리 할당된 중심 주파수를 기준으로 FDM 다중화된 신호들을 각각의 중심 주파수 성분에 따라 분리하게 된다.

예를 들어, 도 3의 하단에 위치한 전기적 IQ 복조기(520-2)에서는 fx에 해당하는 중심 주파수를 갖는, OFDM-ONU1과 OFDM-ONU2가 송신한, OFDM 신호를 주파수 하향 천이한 이후 실수부와 허수부로 분리하여 각각 LPF(530-3,530-4)를 통과한다. LPF(530-3,530-4)를 통과한 OFDM 신호는 ADC(540-3,540-4)를 거쳐 디지털 변환된 이후, 기저대역에서의 신호 복조를 위해서 DSP(550-2)로 입력되어 디지털 처리된다.

마찬가지로 fy에 해당하는 중심 주파수를 갖는 OFDM 신호는 도 3의 상단에 위치한 복조 블록으로 입력되며, 제일 먼저 전기적 IQ 복조기(520-1)를 거치면서 주파수 하향 천이 된 이후 실수부와 허수부로 분리되어 각각 LPF(530-1,530-2)를 통과하게 된다. LPF(530-1,530-2)를 통과한 OFDM 신호는 ADC(540-1,540-2)를 거쳐 디지털 변환된 이후, 기저대역에서의 신호 복조를 위해서 DSP(550-1)로 입력되어 디지털 처리된다.

제어부(560)는 OFDM-ONU들을 그룹화하고 그룹화된 각 OFDM-ONU에 그룹화된 FDM 신호들을 할당한다. 그룹화된 FDM 신호는 다수의 OFDM 서브캐리어를 포함한다. 즉, 제어부(560)는 다수의 OFDM-ONU를 임의의 그룹들로 그룹화한다. 이때, 각 그룹에 속한 OFDM-ONU들은 상향 접속 시 임의의 중심 주파수를 기준으로 OFDM 서브캐리어를 배열한 후 상향 전송하여, OFDM-OLT와 통신하게 된다.

각 FDM 그룹들 간의 중심 주파수 차이는, OFDM 신호 자체의 대역폭 및 상향 접속시의 누화, OBI 잡음 등을 고려하여 제어부(560)에 의해 신중히 결정된다. OFDM-ONU 그룹들은 OFDMA-PON 특성상 장거리 대용량 전송이 가능하므로, 임의의 지점을 기반으로 거리상으로 가깝게 분포하는 가입자를 대상으로 지정 가능하며, 각 그룹들 사이의 OFDM 서브캐리어의 할당 및 운영은 전적으로 제어부(560)에서 결정된다. 또한 OFDM-ONU 그룹 내부에서 운용 가능한 OFDM 서브캐리어의 수는 OFDM 전송 방식의 특성상, OFDM-OLT 및 다수의 OFDM-ONU에 위치하는 단말 모뎀의 (I)FFT의 크기(size)에 의해 결정된다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

10-1,10-2,10-3,10-4 : OFDM-ONU 12 : OFDM-OLT
13,14-1,14-2 : 피더 광섬유 15-1,15-2,…,15-8 : 분배 광섬유
16-1,16-2,16-3 : 수동형 광 분배기
100,200,300,550-1,550-2 : 디지털 신호처리부
110-1,110-2,210-1,210-2,310-1,310-2,530-1,530-2,530-3,530-4 : 저역 통과 필터
120-1,120-2,220-1,220-2,320-1,320-2 : 디지털 아날로그 변환기
130,230,330 : 전기적 IQ 변조부 140,240,340 : 전압 조정 발진기
150,250,350 : 광원 500 : 광 검출부
510 : 전기적 분배기 520-1,520-2 : 전기적 IQ 복조부
540-1,540-2,540-3,540-4 : 아날로그 디지털 변환기
560 : 제어부

Claims

직교 주파수 분할 다중접속이 가능한 수동형 광가입자망의 광망 종단장치에 있어서,
기저대역 내에서 자신에게 할당된 직교 주파수 분할 다중화 서브캐리어를 생성하는 디지털 신호처리부;
상기 디지털 신호처리부를 통과한 직교 주파수 분할 다중화 신호를 아날로그 변환하는 디지털 아날로그 변환기; 및
상기 아날로그 변환된 직교 주파수 분할 다중화 신호를 각 광망 종단장치 별로 할당받은 주파수 분할 다중화용 중심 주파수를 기준으로 주파수 상향 천이하는 전기적 변조부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 광망 종단장치.
제 1 항에 있어서, 상기 디지털 신호처리부는,
기저대역에서 DC를 기준으로 다수의 직교 주파수 분할 다중화 서브캐리어를 생성하는 역 고속 푸리에 변환부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 광망 종단장치.
제 2 항에 있어서,
상기 광망 종단장치에서 DC를 기준으로 생성된 직교 주파수 분할 다중화 서브캐리어의 할당 영역은, 광회선단말에 의해 각 광망 종단장치에 사용되는 중심 주파수 별로 그 할당 영역이 서로 중복되지 않도록 상이하게 할당됨에 따라, 상기 역 고속 푸리에 변환부의 전체 크기에 대해서 서브캐리어의 할당이 가능한 것을 특징으로 하는 광망 종단장치.
제 3 항에 있어서,
상기 광망 종단장치에서 DC를 기준으로 생성된 직교 주파수 분할 다중화 서브캐리어의 할당 영역은, 기준이 되는 중심 주파수가 동일한 경우 광회선단말에 의해 설정된 우선순위에 따라 그 할당 영역이 서로 중복되지 않도록 상이하게 할당되는 것을 특징으로 하는 광 망 종단장치.
제 2 항에 있어서, 상기 전기적 변조부는,
상기 역 고속 푸리에 변환부에서 DC를 기준으로 생성된 직교 주파수 분할 다중화 서브캐리어를, 주파수 분할 다중화에 사용된 중심 주파수를 기준으로 하는 직교 주파수 분할 다중화 서브캐리어로 실수 성분과 복수 성분 별로 각각 상향 천이하는 것을 특징으로 하는 광망 종단장치.
제 1 항에 있어서,
상기 전기적 변조부를 통해 상향 천이된 직교 주파수 분할 다중화 신호를 광신호에 실어 상향 전송하는 광신호 처리부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광망 종단장치.
제 6 항에 있어서,
상기 광신호 처리부에서 광신호를 생성하는 광원은 세기 변조가 가능한 직접 변조 광원인 것을 특징으로 하는 광망 종단장치.
제 7 항에 있어서, 상기 광신호 처리부는,
상기 전기적 변조부에서 상향 천이된 직교 주파수 분할 다중화 신호를, 상기 직접 변조 광원을 통해 각 광망 종단장치에 서로 동일하게 할당된 단일 파장을 갖는 광신호로 변조한 후 세기 변조된 광신호를 상향 전송하는 것을 특징으로 하는 광망 종단장치.
제 1 항에 있어서,
실수 성분과 복수 성분 별로 상기 디지털 신호처리부를 통과한 직교 주파수 분할 다중화 신호를 필터링하여 이를 상기 디지털 아날로그 변환기에 전송하는 저역 통과 필터;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광망 종단장치.
직교 주파수 분할 다중접속이 가능한 수동형 광가입자망의 광회선단말에 있어서,
각 광망 종단장치들로부터 전송된 직교 주파수 분할 다중화 변조된 상향 광신호들을 검출하여 이를 전기신호로 변환하는 광 검출부;
상기 광 검출부에서 변환된 직교 주파수 분할 다중화 신호들을 미리 할당된 주파수 분할 다중화용 중심 주파수를 기준으로 주파수 하향 천이한 이후 실수 성분과 허수 성분으로 분리하는 전기적 복조부;
상기 전기적 복조부에서 분리된 각 직교 주파수 분할 다중화 신호를 디지털 변환하는 아날로그 디지털 변환기; 및
상기 아날로그 디지털 변환기에서 디지털 변환된 직교 주파수 분할 다중화 신호를 복조시키는 디지털 신호처리부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 광회선단말.
제 10 항에 있어서,
상기 광 검출부에서 전기신호로 변환된 직교 주파수 분할 다중화 신호들을, 주파수 분할 다중화에 사용된 중심 주파수의 수만큼 분기시켜 이를 다수의 전기적 복조부에 분배하는 전기적 분배기;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광회선단말.
제 11 항에 있어서, 다수의 디지털 신호처리부는,
상기 전기적 분배기를 통해 분배된 직교 주파수 분할 다중화 신호들을 대상으로 각각 주파수 분할 다중화에 사용된 중심 주파수 별로 복조하는 것을 특징으로 하는 광회선단말.
제 10 항에 있어서,
각 광망 종단장치를 그룹화하고 그룹화된 각 광망 종단장치에 그룹화된 주파수 분할 다중화 신호들을 할당하는 제어부를 더 포함하며,
상기 그룹화된 주파수 분할 다중화 신호는 다수의 직교 주파수 분할 다중화 서브캐리어를 포함하는 것을 특징으로 하는 광회선단말.
제 13 항에 있어서, 상기 제어부는,
각 광망 종단장치 그룹들 사이에서 주파수 분할 다중화 그룹들 간의 중심 주파수를 결정하고, 그룹화된 주파수 분할 다중화 신호 내에서 직교 주파수 분할 다중화 서브캐리어의 할당 및 운영을 결정하는 것을 특징으로 하는 광회선단말.
제 10 항에 있어서,
상기 전기적 복조부에서 실수 성분과 허수 성분으로 분리된 각 직교 주파수 분할 다중화 신호를 필터링하여 이를 상기 아날로그 디지털 변환기에 전송하는 저역 통과 필터;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광회선단말.
미리 할당받은 주파수 분할 다중화용 중심 주파수를 기준으로 자신에게 할당된 직교 주파수 분할 다중화 신호를 생성하여 이를 상향 전송에 사용하는 다수의 광망 종단장치;
상기 다수의 광망 종단장치에서 생성된 직교 주파수 분할 다중화 신호를 광회선단말에 전달하는 다수의 수동형 광 분배기; 및
상기 다수의 광망 종단장치들을 그룹화하고 각 광망 종단장치 그룹 별로 직교 주파수 분할 다중화 서브캐리어를 할당하는 광회선단말;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중접속이 가능한 수동형 광가입자망.