KR20200021395A

KR20200021395A - 광선로 모니터링 모듈, 이를 이용한 광선로 감시 시스템

Info

Publication number: KR20200021395A
Application number: KR1020190068841A
Authority: KR
Inventors: 조성칠
Original assignee: (주)노티스
Priority date: 2018-08-20
Filing date: 2019-06-11
Publication date: 2020-02-28
Also published as: KR102146807B1

Abstract

광선로의 제1 위치에 삽입되어 있고, 측정용 신호광을 상기 광선로로 출력하며, 상기 측정용 신호광의 출력 파워를 측정하고, 상기 광선로를 통하여 반송되는 상기 측정용 신호광의 반송 파워를 측정하여 상기 출력 파워와 비교함으로써 상기 광선로의 손실을 측정하고, 송신된 측정용 신호 펄스가 광선로 종단의 반사경에서 반사되어 되돌아오는 시간을 계산하여 광선로 종단까지의 거리를 측정하는 광신호 감시 장치 및 광선로의 제2 위치에 삽입되어 있고, 상기 광신호 감시 장치가 출력한 상기 신호광을 반사하여 상기 광신호 감시 장치로 반송하는 신호 반사 모듈을 포함하는 광선로 감시 시스템.

Description

광선로 모니터링 모듈, 이를 이용한 광선로 감시 시스템 {MoDule for MONITORING optical cable and optical cable monitoring system using the same}

본 발명은 광선로의 손실 및 길이를 측정할 수 있는 시스템 및 그에 사용되는 광선로 모니터링 모듈, 이를 이용하여 광선로의 상태를 실시간으로 감시할 수 있는 시스템에 관한 것이다.

오늘날 데이터 통신은 4세대를 지나 5세대(5G) 향해 나아가고 있으며, 이러한 초고속 데이터 통신은 광선로를 통해 광 신호를 송수신함으로써 가능하다.

광통신용 광선로는 기본 선로와 백업 선로로 이루어지는 것이 보통이며, 각 선로를 상태를 감시하여 이상이 있을 시, 즉시 백업 선로로 절체함으로써, 사용자의 불편을 최소화하고, 나아가 사용자는 선로 이상을 알지 못하고 사용을 계속할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이를 위해서는 데이터 통신의 속도가 증가할수록 이러한 이상 감지와 절체의 속도도 빨라질 필요가 있다.

그런데 현재 알려져 있는 장치는 이상 감지의 속도가 느리거나 가격이 비싼 문제가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 광선로의 손실값 변화를 측정하여 광선로의 이상 유무를 실시간으로 감시할 수 있는 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 광선로의 이상 유무를 실시간으로 감시할 수 있는 저비용의 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 한 실시예에 따른 광선로 감시 시스템은 광선로의 제1 위치에 삽입되어 있고, 측정용 신호광을 상기 광선로로 출력하며, 상기 측정용 신호광의 출력 파워를 측정하고, 상기 광선로를 통하여 반송되는 상기 측정용 신호광의 반송 파워를 측정하여 상기 출력 파워와 비교함으로써 상기 광선로의 손실을 측정하는 광신호 감시 장치 및 광선로의 제2 위치에 삽입되어 있고, 상기 광신호 감시 장치가 출력한 상기 신호광을 반사하여 상기 광신호 감시 장치로 반송하는 신호 반사 모듈을 포함한다.

상기 광신호 감시 장치는 광선로 모니터링 모듈과 제1 1X2 경로 선택 커플러를 포함하고, 상기 제1 1X2 경로 선택 커플러의 복수 단자측의 두 단자는 상기 광선로의 상기 제1 위치에 삽입 연결되어 있고, 상기 제1 1X2 경로 선택 커플러의 단수 단자는 상기 광선로 모니터링 모듈에 연결되어 있으며, 상기 신호 반사 모듈은 반사경과 제2 1X2 경로 선택 커플러를 포함하고, 상기 제2 1X2 경로 선택 커플러의 복수 단자측의 두 단자는 상기 광선로의 상기 제2 위치에 삽입 연결되어 있고, 상기 제2 1X2 경로 선택 커플러의 단수 단자는 상기 반사경에 연결되어 있을 수 있다. 상기 제1 1X2 경로 선택 커플러와 상기 제2 1X2 경로 선택 커플러는 상기 측정용 신호광은 통과시켜 상기 단수 단자와 상기 복수 단자측 사이에서 입출력되도록 하고, 상기 광선로를 통해 흐르는 통신용 광신호는 반사하여 상기 복수 단자측의 두 단자 사이에서 입출력되도록 할 수 있다. 상기 반사경은 상기 측정용 신호광 파장 대역을 선택적으로 반사하는 거울일 수 있고, 상기 측정용 신호광은 레이저 펄스일 수 있다.

상기 광선로 모니터링 모듈은 상기 측정용 신호광을 출력하는 레이저 다이오드, 상기 레이저 다이오드에 단수 단자가 연결되어 있는 제1 1X2 광커플러, 상기 제1 1X2 광커플러의 복수 단자측 제1 단자에 연결되어 있는 제1 포토 다이오드, 상기 제1 1X2 경로 선택 커플러에 단수 단자가 연결되어 있는 제2 1X2 광커플러, 상기 제2 1X2 광커플러의 복수 단자측 제1 단자에 연결되어 있는 제2 포토 다이오드를 포함하고, 상기 제1 1X2 광커플러의 복수 단자측 제2 단자는 상기 제2 1X2 광커플러의 복수 단자측 제2 단자와 연결되어 있을 수 있다. 상기 제1 1X2 광커플러는 탭 커플러이고, 상기 제2 1X2 광커플러는 스플리터일 수 있다.

상기 광선로 모니터링 모듈은 상기 측정용 신호광을 출력하는 레이저 다이오드와 포토 다이오드를 포함하는 듀플렉서 모듈을 포함하고, 상기 듀플렉서 모듈은 상기 레이저 다이오드가 출력하는 상기 측정용 신호광을 일부는 상기 포토 다이오드로 전달하고, 나머지는 상기 제1 1X2 경로 선택 커플러로 출력하며, 상기 제1 1X2 경로 선택 커플러를 통해 반송되어 들어오는 상기 측정용 신호광을 상기 포토 다이오드로 전달하며, 상기 광신호 감시 장치는 상기 광선로의 길이, 상기 광선로에서의 상기 레이저 펄스의 속도, 상기 레이저 펄스의 폭 및 간격을 고려하여 측정용 타이밍 윈도를 설정하고, 상기 타이밍 윈도 안에 들어오는 반송 펄스에 대하여만 파워를 측정할 수 있다.

상기 광신호 감시 장치는 상기 광선로의 길이를 측정하는 경우와 상기 광선로의 손실을 측정하는 경우에 펄스 폭과 펄스 파워 중 적어도 하나가 다른 광신호를 출력할 수 있고, 상기 광선로의 손실을 측정하는 경우에 상기 광신호 감지 장치가 출력하는 광신호에 비하여 상기 광선로의 길이를 측정하는 경우에 상기 광신호 감지 장치가 출력하는 광신호가 펄스 폭은 더 좁고, 펄스 파워는 더 강할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따른 광선로 모니터링 모듈은 측정용 신호광을 출력하는 레이저 다이오드, 상기 레이저 다이오드에 단수 단자가 연결되어 있는 제1 1X2 광커플러, 상기 제1 1X2 광커플러의 복수 단자측 제1 단자에 연결되어 있는 제1 포토 다이오드, 출력 단자로 사용되는 단수 단자를 가지는 제2 1X2 광커플러, 상기 제2 1X2 광커플러의 복수 단자측 제1 단자에 연결되어 있는 제2 포토 다이오드를 포함하고, 상기 제1 1X2 광커플러의 복수 단자측 제2 단자는 상기 제2 1X2 광커플러의 복수 단자측 제2 단자와 연결되어 있다.

상기 제1 1X2 광커플러는 탭 커플러이고, 상기 제2 1X2 광커플러는 스플리터일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 광선로 모니터링 모듈은 측정용 신호광을 출력하는 레이저 다이오드, 포토 다이오드, 상기 레이저 다이오드에 연결되어 있는 제1 단자, 출력 단자로 사용되는 제2 단자 그리고 상기 포토 다이오드에 연결되어 있는 제3 단자를 가지는 듀플렉서 모듈을 포함하고, 상기 듀플렉서 모듈은 상기 레이저 다이오드가 출력하는 상기 측정용 신호광을 일부는 상기 포토 다이오드로 전달하고, 나머지는 상기 제2 단자를 통하여 출력하며, 상기 제2 단자를 통해 입력되는 상기 측정용 신호광을 상기 포토 다이오드로 전달한다.

본 발명의 실시예에 따른 광선로의 손실 및 길이 측정 장치를 사용하면, 광선로의 이상 유무를 밀리미터 초 단위로 감시하여 이상 발생시 실시간으로 광선로 절체를 수행할 수 있고, 이러한 광선로 감시 시스템을 저비용으로 설치할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광선로의 손실 및 길이 측정 시스템의 개요도이다.
도 2는 OTDR (Optical Time Domain Reflectometer)을 이용하여 광선로를 측정할 때 얻어지는 신호 그래프이다.
도 3은 광선로 모니터링 모듈을 적용한 시스템에서 연속파(continuous wave: CW)를 사용하여 광선로의 손실을 측정하는 경우에 대한 이상적인 상황을 보여주는 개념도이다.
도 4는 광선로 모니터링 모듈을 적용한 시스템에서 연속파(continuous wave: CW)를 사용하여 광선로의 손실을 측정하는 경우에 대한 현실적인 상황을 보여주는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광선로 모니터링 모듈을 적용한 광선로의 손실 및 길이 측정 시스템에서 펄스(Pulse)를 사용하여 광선로의 손실을 측정하는 경우에 대한 개념도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 광선로 모니터링 모듈을 적용한 광선로의 손실 및 길이 측정 시스템에서 펄스(Pulse)를 사용하여 광선로의 길이를 측정하는 경우에 대한 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광선로의 손실 및 길이 측정 시스템에 사용되는 ORL(Optical Return Loss) 모듈의 구성도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광선로의 손실 및 길이 측정 시스템에 사용되는 듀플렉서 모듈(duplexer module)의 구성도이다.
도 9는 도 7의 ORL(Optical Return Loss) 모듈의 광선로 손실 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 8의 듀플렉서 모듈의 광선로 손실 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 광선로의 손실 및 길이 측정 시스템의 일부를 보여주는 상세도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 광선로의 손실 및 길이 측정 시스템의 상세도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 광선로의 손실 및 길이 측정 시스템에서 광선로 삽입 손실을 측정하는 원리를 설명하기 위한 참고도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 광선로의 손실 및 길이 측정 시스템에서 광선로 길이를 측정하는 원리를 설명하기 위한 참고도이다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광선로의 손실 및 길이 측정 시스템의 개요도이다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광선로의 손실 및 길이 측정 시스템은 광신호 감시 장치(10)와 신호 반사 모듈(20)을 포함한다. 광신호 감시 장치(10)과 신호 반사 모듈(20)은 측정하고자 하는 통신용 광선로의 양단에 각각 설치된다. 광신호 감시 장치(10)은 통신 기지국 등에 설치되어 통신 서비스 제공자가 측정 결과를 실시간으로 확인하여 관리할 수 있도록 한다. 예를 들어, 광신호 감시 장치(10)을 통해 통신용 광선로에 이상이 발생하면 즉시 통신용 광선로를 대체 광선로로 절체하여 통신 서비스가 이상없이 제공될 수 있도록 한다. 신호 반사 모듈(20)은 통신 선로의 노드(node)에 설치되어 광신호 감시 장치(10)이 송신한 측정용 광신호를 반사하여 광신호 감시 장치(10)로 반송하는 기능을 한다.

광신호 감시 장치(10)은 광선로 모니터링 모듈(11)과 CWDM (Coarse Wavelength Division, Multiplexing) 커플러(12, 13)를 포함한다. 광선로 모니터링 모듈(11)은 펄스(pulse) 형태의 측정용 광 신호를 생성하여 송신하고, 신호 반사 모듈(20)에서 반사되어 반송되는 광 신호를 수신하여 광선로에 의한 광파워 손실과 광선로의 길이를 측정하기 위한 데이터를 제공한다. CWDM 커플러(12, 13)는 1X2 커플러로서 단수 단자측은 광선로 모니터링 모듈(11)에 연결되어 있고, 복수 단자측은 통신용 광선로에 삽입되어 있다. 즉, 통신용 광선로를 절단하여 복수 단자측의 두 단자를 절단된 광선로 양쪽에 각각 연결한 모습이다. CWDM 커플러(12, 13)는 복수 단자측의 한 단자를 통해 수신되는 광신호를 그 파장 대역에 따라 단수 단자측으로 전달하거나, 복수 단자측의 다른 단자로 전달하는 경로 선택 커플러이다. 본 실시예에서는 CWDM 커플러(12, 13)의 복수 단자측 제1 단자를 통해 광통신용 신호가 들어오면 이를 반사하여 복수 단자측의 제2 단자로 전달하고, 제1 단자를 통해 측정용 광신호가 들어오면 통과시켜 단수 단자측으로 전달한다. 단수 단자측으로 들어오는 광신호는 모두 통과시켜서 복수 단자측으로 출력한다.

신호 반사 모듈(20)은 CWDM 커플러(22, 23)와 반사경(24, 25)을 포함한다. CWDM 커플러(22, 23)는 광신호 감시 장치(10)의 1X2 커플러로서 단수 단자측은 반사경(22, 23)에 연결되어 있고, CWDM 커플러(12, 13)과 마찬가지로 복수 단자측은 통신용 광선로에 삽입되어 있다. CWDM 커플러(22, 23)는 복수 단차측의 한 단자를 통해 수신되는 광신호를 그 파장 대역에 따라 단수 단자측으로 전달하거나, 복수 단자측의 다른 단자로 전달한다. 본 실시예에서는 CWDM 커플러(22, 23)의 복수 단자측 제1 단자를 통해 광통신용 신호가 들어오면 복수 단자측의 제2 단자로 전달하고, 제1 단자를 통해 측정용 광신호가 들어오면 단수 단자측으로 전달하여 반사경(24, 25)에서 반사되어 CWDM 커플러(22, 23)를 거쳐 광신호 감시 장치(10)로 반송되도록 되어 있다.

이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 광선로의 손실 및 길이 측정 시스템은 광선로의 삽입 손실을 20dB까지 측정할 수 있고, 20km 길이의 광선로에 대하여도 측정이 가능하며, 광선로를 측정하는 주기는 약 10ms 정도로 할 수 있다. 측정용 광신호는 통신용 광신호와 중첩하지 않는 파장 대역에서 선택하여 사용할 수 있으며, 예를 들어, 1310nm, 1370nm, 1390nm 등의 파장을 사용할 수 있다. 광신호 감시 장치의 크기는 손바닥 정도의 크기로 작게 제작할 수 있으며, 예를 들어 85mm(L)X 55mm(W) X 12mm(H)의 크기로 제작할 수 있다.

도 2는 OTDR (Optical Time Domain Reflectometer)을 이용하여 광선로를 측정할 때 얻어지는 신호 그래프이다.

OTDR을 사용하여 광선로의 손실을 측정하는 것을 고려할 수 있다. 도 2를 참고하면, OTDR은 광선로의 각종 구조적 특성을 파악할 수 있는데, 이론적으로는 연속적인 광파(continuous wave)를 광선로에 조사하고 반송되는 광의 전체 파워를 측정함으로써 광선로 전체의 반사 감쇄량(return loss)을 측정할 수 있다.

도 3은 광선로 모니터링 모듈을 적용한 시스템에서 연속파(continuous wave: CW)를 사용하여 광선로의 손실을 측정하는 경우에 대한 이상적인 상황을 보여주는 개념도이고, 도 4는 광선로 모니터링 모듈을 적용한 시스템에서 연속파(continuous wave: CW)를 사용하여 광선로의 손실을 측정하는 경우에 대한 현실적인 상황을 보여주는 개념도이다.

이론적으로는 광선로 모니터링 모듈 모듈을 적용한 광선로의 손실 및 길이 측정 시스템에서도 연속적인 광파(continuous wave)를 측정용 신호 광원으로 사용하여 광선로의 전체 반사 감쇄량을 측정함으로써 광선로의 전체 경로 손실을 측정할 수 있다. 이상적인 경우라면, 도 3과 같이, 전체 반사 광량 중에서 최종단 반사경에 의한 반사 광량이 지배적(dominant)이어서 광선로의 전체 경로 손실을 용이하게 파악할 수 있겠으나, 실제의 경우, 도 4와 같이, 다양한 요인으로 인해 광선로 앞부분에서의 반사 광량이 크고 최종단 반사경에 의한 반사 광량은 상대적으로 작아서 광선로 전체의 경로 손실을 파악하기가 어렵다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광선로 모니터링 모듈을 적용한 광선로의 손실 및 길이 측정 시스템에서 펄스(Pulse)를 사용하여 광선로의 손실을 측정하는 경우에 대한 개념도이고, 도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 광선로 모니터링 모듈을 적용한 광선로의 손실 및 길이 측정 시스템에서 펄스(Pulse)를 사용하여 광선로의 길이를 측정하는 경우에 대한 개념도이다.

광 펄스를 측정용 신호 광원으로 사용하면 광선로의 종단에서 반사되는 펄스를 구별하여 그 손실을 측정할 수 있어서, 광선로 전체의 광경로 손실을 파악하기가 용이하다. 도 5를 참고하면, 광선로 모니터링 모듈 모듈이 측정용 신호 펄스를 출력하고, 송신된 측정용 신호 펄스가 광선로 종단의 반사경에서 반사되어 되돌아오는 시간을 계산하여 측정할 타이밍 윈도(timing window)를 설정하고, 이 타이밍 윈도 안에 들어오는 펄스에 대하여만 파워를 측정하여 출력된 측정용 신호 펄스의 파워에 대한 차이를 계산하면, 광선로의 전체 경로 손실을 파악할 수 있다.

또한, 도 6을 참고하면, 광선로 모니터링 모듈 모듈이 측정용 신호 펄스를 출력하고, 송신된 측정용 신호 펄스가 광선로 종단의 반사경에서 반사되어 되돌아오는 시간(TOF: Time of Flight)을 계산하여 광선로 종단까지의 거리를 측정할 수 있다. 이때의 거리 계산 식은 다음과 같다.

거리(m)=TOF(ns)/10

본 발명의 일 실시예에 따른 광선로 모니터링 모듈을 적용한 광선로의 손실 및 길이 측정 시스템에서 광선로의 길이를 측정하는 경우와 광선로의 손실을 측정하는 경우에 광신호의 펄스 폭과 펄스 파워 중 적어도 하나를 다르게 설정할 수 있다. 광선호의 길이를 측정하는 경우에는 회송되는 광신호가 확실한 피크를 가져야 노이즈와 구별이 용이하므로, 펄스 폭은 좁고, 파워는 강한 광신호를 출력하나, 광선로의 손실을 측정하는 경우에는 정해진 타이밍 윈도에 들어오는 광신호의 파워를 누적하므로 펄스 폭은 넓고, 파워는 약한 광신호를 출력하여 레이저 다이오드를 열화를 저감할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광선로의 손실 및 길이 측정 시스템에 사용되는 ORL(Optical Return Loss) 모듈의 구성도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 광선로의 손실 및 길이 측정 시스템에 사용되는 ORL(Optical Return Loss) 모듈은 측정용 신호 광원인 레이저 다이오드(111), 두 개의 1X2 광커플러(112, 113) 및 두 개의 포토 다이오드(114, 115)를 포함한다. 레이저 다이오드(111)는 제1 광커플러(112)의 단수 단자측에 연결되어 있고, 제1 포토 다이오드(114)는 제1 광커플러(112)의 복수 단자측의 제1 단자에 연결되어 있다. 제1 광커플러(112)의 복수 단자측의 제2 단자는 제2 광커플러(113)의 복수 단자측의 제1 단자에 연결되어 있다. 제2 광커플러(113)의 복수 단자측의 제2 단자는 제2 포토 다이오드(115)에 연결되어 있고, 제2 광커플러(113)의 단수 단자측은 ORL(Optical Return Loss) 모듈의 입출력 단자로 사용된다. 제1 광커플러(112)는 단수 단자측으로 입력된 광의 극히 일부(예를 들어, 1%)를 복수 단자측의 제1 단자로 분기하고, 나머지 대부분의 광은 제2 단자로 출력하는 탭 커플러(tab coupler)일 수 있고, 제2 광커플러(113)는 단수 단자측으로 입사하는 광을 복수 단자측의 두 단자로 균분하여 출력하는 스플리터(splitter)일 수 있다.

이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 광선로의 손실 및 길이 측정 시스템에 사용되는 ORL(Optical Return Loss) 모듈은 레이저 다이오드(111)가 측정용 광펄스를 출력하고, 제1 광커플러(112)가 일부를 분기하여 제1 포토 다이오드(114)로 출력함으로써 측정용 광펄스의 출력 파워를 측정하고, 측정용 광펄스의 나머지 대부분은 제2 광커플러(113)를 거쳐 도 1에 도시한 CWDM 커플러(12, 13)로 출력된다. CWDM 커플러(12, 13)로 출력된 측정용 광펄스는 도 1에 도시된 신호 반사 모듈(20)에서 반사되어 제2 광커플러(113)의 단수 단자측으로 입력된다. 제2 광커플러(113)는 단수 단자측으로 입력된 반송된 측정용 광펄스를 분기하여 제2 포토 다이오드(115)로 출력함으로써 반송된 측정용 광펄스의 파워를 측정한다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광선로의 손실 및 길이 측정 시스템에 사용되는 듀플렉서 모듈(duplexer module)의 구성도이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 광선로의 손실 및 길이 측정 시스템에 사용되는 듀플렉서 모듈(119)은 측정용 신호 광원인 레이저 다이오드(117), 포토 다이오드(118) 및 특수 필터(1191)를 포함한다. 특수 필터(1191)는 레이저 다이오드(117)가 출력하는 광을 일부는 포토 다이오드(118) 쪽으로 전달하고, 나머지는 입출력 단자로 출력하며, 입출력 단자를 통해 되돌아 오는 광은 포토 다이오드(118) 쪽으로 전달한다.

이러한 본 발명의 다른 실시예에 따른 광선로의 손실 및 길이 측정 시스템에 사용되는 듀플렉서 모듈(119)은 레이저 다이오드(117)가 측정용 광펄스를 출력하고, 특수 필터(1191)가 일부를 분기하여 포토 다이오드(118)로 전달함으로써 측정용 광펄스의 출력 파워를 측정하고, 측정용 광펄스의 나머지는 입출력 단자를 통해 도 1에 도시한 CWDM 커플러(12, 13)로 출력된다. CWDM 커플러(12, 13)로 출력된 측정용 광펄스는 도 1에 도시된 신호 반사 모듈(20)에서 반사되어 듀플렉서 모듈(119)의 입출력 단자로 입력되고, 이 반송된 측정용 광펄스는 포토 다이오드(118)로 입력되어 반송된 측정용 광펄스의 파워가 측정된다.

도 9는 도 7의 ORL(Optical Return Loss) 모듈의 광선로 손실 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.

ORL(Optical Return Loss) 모듈을 이용한 광선로의 손실 및 길이 측정 시스템에서는 레이저 다이오드(111)가 측정용 광펄스를 출력하고, 제1 광커플러(112)가 일부를 분기하여 제1 포토 다이오드(114)로 출력함으로써 측정용 광펄스의 출력 파워를 측정한다. 이때 측정된 출력 파워를 통해 레이저 다이오드(111)의 출력을 피드백(feedback)하여 조정할 수 있다. 측정용 광펄스의 나머지 대부분은 제2 광커플러(113)를 거쳐 도 1에 도시한 CWDM 커플러(12, 13)로 출력된다. 제1 광커플러(112)가 제1 포토 다이오드(114) 쪽으로 분기하는 광은 제2 광커플러(113) 쪽으로 전달되는 광에 비하여 적은 양이다. 도 9에는 제1 포토 다이오드(114) 쪽으로 분기하는 비율을 1%로 예시하고 있으나, 이 비율은 필요에 따라 제1 광커플러(112)를 교체함으로써 증가 또는 감소시킬 수 있다.

CWDM 커플러(12, 13)로 출력된 측정용 광펄스는 도 1에 도시된 신호 반사 모듈(20)에서 반사되어 제2 광커플러(113)의 단수 단자측으로 되돌아와 입력된다. 제2 광커플러(113)는 단수 단자측으로 입력된 반송된 측정용 광펄스를 분기하여 제2 포토 다이오드(115)로 출력함으로써 반송된 측정용 광펄스의 파워를 측정한다. 제2 광커플러(113)가 제2 포토 다이오드(115) 쪽으로 분기하는 광의 비율은 50% 정도로 할 수 있으나, 이 비율 역시 필요에 따라 제2 광커플러(113)를 교체함으로써 증가 또는 감소시킬 수 있다.

제1 포토 다이오드(114)가 측정한 측정용 광펄스의 출력 파워와 제2 포토 다이오드(115)가 측정한 반송된 측정용 광펄스의 파워를 사용하여 도 1에 도시된 광신호 감시 장치(10) 내의 연산 장치가 그 차를 계산함으로써 광선로의 손실을 산출하고, 측정용 광펄스가 광선로 종단의 반사경에서 반사되어 되돌아오는 시간(TOF: Time of Flight)을 측정하여 광선로에서의 광의 속도를 곱하면 광선로 종단까지의 거리(광선로의 길이)를 계산할 수 있다. 여기서 계산된 광선로의 길이와 광선로에서의 광의 속도, 측정용 광펄스의 폭과 간격을 고려하여 광선로 손실 산출에 사용할 측정값을 얻는 타이밍 윈도(timing window)를 설정할 수 있다.

도 10은 도 8의 듀플렉서 모듈의 광선로 손실 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 8의 듀플렉서 모듈을 이용한 광선로의 손실 및 길이 측정 시스템에서는 레이저 다이오드(117)가 측정용 광펄스를 출력하고, 특수 필터(1191)가 간섭(crosstalk)을 유발하면 포토 다이오드(118)가 간섭광을 측정한다. 이때 측정된 출력 파워를 통해 레이저 다이오드(117)의 출력을 피드백(feedback)하여 조정할 수 있다. 측정용 광펄스의 대부분은 입출력 단자를 통해 도 1에 도시한 CWDM 커플러(12, 13)로 출력된다. CWDM 커플러(12, 13)로 출력된 측정용 광펄스는 도 1에 도시된 신호 반사 모듈(20)에서 반사되어 듀플렉서 모듈(119)의 입출력 단자로 입력되고, 이 반송된 측정용 광펄스는 포토 다이오드(118)로 입력되어 그 파워가 측정된다. 간섭에 의하여 포토 다이오드(118)로 입력되는 광은 듀플렉서 모듈(119)의 입출력 단자를 통해 출력되는 광에 비하여 적은 양이며, 그 비율은 필요에 따라 조정할 수 있다.

CWDM 커플러(12, 13)로 출력된 측정용 광펄스는 도 1에 도시된 신호 반사 모듈(20)에서 반사되어 듀플렉서 모듈(119)의 입출력 단자를 통해 입력되고, 입력된 반송된 측정용 광펄스는 포토 다이오드(118)에 입력되어 그 파워가 측정된다.

포토 다이오드(118)가 측정한 측정용 광펄스의 출력 파워와 반송된 측정용 광펄스의 파워를 사용하여 도 1에 도시된 광신호 감시 장치(10) 내의 연산 장치가 그 비율을 계산함으로써 광선로의 손실을 산출하고, 측정용 광펄스가 광선로 종단의 반사경에서 반사되어 되돌아오는 시간(TOF: Time of Flight)을 계산하여 광선로 종단까지의 거리를 계산할 수 있다. 여기서 계산된 광선로 종단까지의 거리와 TOF를 이용하여 광선로 손실 산출에 사용할 측정값을 얻는 타이밍 윈도(timing window)를 설정할 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 광선로의 손실 및 길이 측정 시스템의 일부를 보여주는 상세도이다.

도 11은 광선로 모니터링 모듈(11)을 도 8 및 도 10에 도시한 듀플렉서 모듈로 구성한 경우를 보여준다. 예시적 주요 구성품을 살펴 보면, 레이저 다이오드(117)로는 1310nm, 1370nm 또는 1390nm의 레이저 광을 출력하는 DFB-LD (Distributed Feedback Laser Diode)를 사용할 수 있고, InGaAs Pin PD (Photodiode)를 포토 다이오드(118)로 사용할 수 있으며, 듀플렉서 모듈(119)로는 양방향 광 송수신 모듈(BOSA: Bidirectional Optical Sub-Assemblies)을 사용할 수 있다. CWDM 커플러(12, 22)로는 1310nm, 1370nm 또는 1390nm 파장 광은 통과시키고, 5G(generation) 통신 신호 파장 대역은 반사하는 커플러를 사용할 수 있다. 즉, CWDM 커플러(12, 22)는 레이저 다이오드(117)가 출력하는 측정 신호 광은 통과시키고, 통신에 사용하는 파장 대역의 광은 반사하는 광학 필터이다. 반사경(24)도 레이저 다이오드(117)가 출력하는 측정 신호 광만을 반사하는 선택적 반사 거울일 수 있다.

앞서도 설명한 바와 같이, 레이저 다오드(117)가 측정용 신호(광펄스)를 출력하고, 측정용 신호는 두 CWDM 커플러(12, 22)를 거쳐 반사경(24)에 도달하여 반사경(24)에 의해 반사된 후, 다시 두 CWDM 커플러(12, 22)를 거쳐 듀플렉서 모듈(119)로 입사하여 포토 다이오드(118)로 입력되어 반송된 측정용 신호의 파워가 측정된다. 레이저 다오드(117)가 출력한 측정용 신호의 일부는 듀플렉서 모듈(119)에서 바로 포토 다이오드(118)로 입력되어 측정용 신호의 출력 파워를 측정한다. 통신에 사용되는 5G 신호는 두 개의 CWDM 커플러(12, 22)를 통해 다중화(MUX)되어 광선로를 통해 전송되고, 광선로의 손실이나 길이 측정에는 관여되지 않는다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 광선로의 손실 및 길이 측정 시스템의 상세도이다.

도 12를 참고하면, 하나의 광신호 감시 장치(10)의 광선로 모니터링 모듈(11)에는 한 쌍의 듀플렉서 모듈이 배치된다. 광신호 감시 장치(10)가 설치되는 통신 기지국 등을 중심으로 하여 양쪽(동서, east-west)으로 연결된 광선로 또는 워킹(Working) 광선로와 보호(Protection) 광선로를 동시에 감시하기 위함이다. 두 듀플렉서 모듈들이 사용하는 광의 파장 조합은 모두 1310nm 파장광을 사용, 모두 1370nm 파장광을 사용, 또는 1370nm 파장광과 1390nm 파장광을 함께 사용 등 다양하게 가져갈 수 있다. 하나의 광신호 감시 장치(10)의 광선로 모니터링 모듈(11)에는 한 쌍의 듀플렉서 모듈 대신 한 쌍의 ORL 모듈을 사용할 수도 있다.

이러한 시스템을 사용하면, 초기의 측정을 통해 광선로 길이와 손실의 기준값을 얻고, 밀리초 단위로 지속적으로 광선로 길이와 손실을 측정하여 그 값이 기준값 범위를 벗어나는 경우, 광선로에 문제가 있는 것으로 판단하고 절체를 수행한다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 광선로의 손실 및 길이 측정 시스템에서 광선로 삽입 손실을 측정하는 원리를 설명하기 위한 참고도이다.

도 13을 참고하면, 레이저 다이오드(117)가 -3dBm(-10~0dBm 사이의 값)의 피크 파워를 가지는 5us(micro second)(1~20us 사이의 값) 광펄스를 측정용 신호로 출력하고, 종단의 반사경(24)에 의하여 반사된 측정용 신호가 포토 다이오드(118)로 입력되어 그 피크 파워가 측정되고, 이를 레이저 다이오드(117)의 출력 파워에서 측정된 반사된 측정용 신호의 파워를 빼서 광선로 광반사 손실을 계산한다. 이때, 삽입 손실은 광반사 손실(Optical Return Loss: ORL)의 1/2로 계산한다. 반사된 측정용 신호는 광선로를 왕복하기 때문이다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 광선로의 손실 및 길이 측정 시스템에서 광선로 길이를 측정하는 원리를 설명하기 위한 참고도이다.

도 14를 참고하면, 레이저 다이오드(117)가 0dBm(-10~0dBm 사이의 값)의 피크 파워를 가지는 100ns (10~200ns 사이의 값) 광펄스를 측정용 신호로 출력하고, 측정용 신호가 종단 반사경(24)에서 반사되어 포토 다이오드(118)로 입사되어 측정되기까지의 시간(TOF)를 측정하여 그 1/2에 광선로에서의 광속을 곱하여 광선로의 길이를 계산한다. 50MHz의 Clock으로 시간을 잴 경우 20ns의 측정 시간 분해능을 가진다. 즉, 20ns 단위로 광펄스의 신호 왕복 시간을 측정할 수 있다. 광선로의 길이 계산식은 다음과 같다.

광선로 길이 = (펄스 신호의 왕복시간/2) X (광섬유 내에서의 광신호 전파 속도) = (펄스 신호의 왕복시간/2) X (3 X 10⁸m/s/1.5)

위 식에서 1.5는 광섬유의 굴절률의 한 예이며, 광섬유에 따라 그 값이 변경될 수 있다.

1회 측정시 거래 분해능은 2m((20ns 시간 분해능/2) X (1m/5ns))이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

10: 광신호 감시 장치
11: 광선로 모니터링 모듈
12, 13, 22, 23: CWDM 커플러
20: 신호 반사 모듈
24, 25: 반사경
111, 117: 레이저 다이오드
112, 113: 광커플러
114, 115, 118: 포토 다이오드
119: 듀플렉서 모듈
1191: 특수 필터

Claims

광선로의 제1 위치에 삽입되어 있고, 측정용 신호광을 상기 광선로로 출력하며, 상기 측정용 신호광의 출력 파워를 측정하고, 상기 광선로를 통하여 반송되는 상기 측정용 신호광의 반송 파워를 측정하여 상기 출력 파워와 비교함으로써 상기 광선로의 손실을 측정하는 광신호 감시 장치, 및
광선로의 제2 위치에 삽입되어 있고, 상기 광신호 감시 장치가 출력한 상기 신호광을 반사하여 상기 광신호 감시 장치로 반송하는 신호 반사 모듈
을 포함하는 광선로 감시 시스템.
제1항에서,
상기 광신호 감시 장치는 광선로 모니터링 모듈과 제1 1X2 경로 선택 커플러를 포함하고, 상기 제1 1X2 경로 선택 커플러의 복수 단자측의 두 단자는 상기 광선로의 상기 제1 위치에 삽입 연결되어 있고, 상기 제1 1X2 경로 선택 커플러의 단수 단자는 상기 광선로 모니터링 모듈에 연결되어 있으며,
상기 신호 반사 모듈은 반사경과 제2 1X2 경로 선택 커플러를 포함하고, 상기 제2 1X2 경로 선택 커플러의 복수 단자측의 두 단자는 상기 광선로의 상기 제2 위치에 삽입 연결되어 있고, 상기 제2 1X2 경로 선택 커플러의 단수 단자는 상기 반사경에 연결되어 있는 광선로 감시 시스템.
제2항에서,
상기 제1 1X2 경로 선택 커플러와 상기 제2 1X2 경로 선택 커플러는 상기 측정용 신호광은 통과시켜 상기 단수 단자와 상기 복수 단자측 사이에서 입출력되도록 하고, 상기 광선로를 통해 흐르는 통신용 광신호는 반사하여 상기 복수 단자측의 두 단자 사이에서 입출력되도록 하는 광선로 감시 시스템.
제3항에서,
상기 반사경은 상기 측정용 신호광 파장 대역을 선택적으로 반사하는 광선로 감시 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,
상기 측정용 신호광은 레이저 펄스인 광선로 감시 시스템.
제2항에서,
상기 광선로 모니터링 모듈은
상기 측정용 신호광을 출력하는 레이저 다이오드,
상기 레이저 다이오드에 단수 단자가 연결되어 있는 제1 1X2 광커플러,
상기 제1 1X2 광커플러의 복수 단자측 제1 단자에 연결되어 있는 제1 포토 다이오드,
상기 제1 1X2 경로 선택 커플러에 단수 단자가 연결되어 있는 제2 1X2 광커플러,
상기 제2 1X2 광커플러의 복수 단자측 제1 단자에 연결되어 있는 제2 포토 다이오드
를 포함하고, 상기 제1 1X2 광커플러의 복수 단자측 제2 단자는 상기 제2 1X2 광커플러의 복수 단자측 제2 단자와 연결되어 있는 광선로 감시 시스템.
제6항에서,
상기 제1 1X2 광커플러는 탭 커플러이고, 상기 제2 1X2 광커플러는 스플리터인 광선로 감시 시스템.
제2항에서,
상기 광선로 모니터링 모듈은
상기 측정용 신호광을 출력하는 레이저 다이오드와 포토 다이오드를 포함하는 듀플렉서 모듈을 포함하고,
상기 듀플렉서 모듈은 상기 레이저 다이오드가 출력하는 상기 측정용 신호광을 일부는 상기 포토 다이오드로 전달하고, 나머지는 상기 제1 1X2 경로 선택 커플러로 출력하며, 상기 제1 1X2 경로 선택 커플러를 통해 반송되어 들어오는 상기 측정용 신호광을 상기 포토 다이오드로 전달하는 광선로 감시 시스템.
제5항에서,
상기 광신호 감시 장치는 상기 광선로의 길이, 상기 광선로에서의 상기 레이저 펄스의 속도, 상기 레이저 펄스의 폭 및 간격을 고려하여 측정용 타이밍 윈도를 설정하고, 상기 타이밍 윈도 안에 들어오는 반송 펄스에 대하여만 파워를 측정하는 광선로 감시 시스템.
제9항에서,
상기 광신호 감시 장치는 상기 광선로의 길이를 측정하는 경우와 상기 광선로의 손실을 측정하는 경우에 펄스 폭과 펄스 파워 중 적어도 하나가 다른 광신호를 출력하는 광선로 감시 시스템.
제10항에서,
상기 광선로의 손실을 측정하는 경우에 상기 광신호 감지 장치가 출력하는 광신호에 비하여 상기 광선로의 길이를 측정하는 경우에 상기 광신호 감지 장치가 출력하는 광신호가 펄스 폭은 더 좁고, 펄스 파워는 더 강한 광선로 감시 시스템.
측정용 신호광을 출력하는 레이저 다이오드,
상기 레이저 다이오드에 단수 단자가 연결되어 있는 제1 1X2 광커플러,
상기 제1 1X2 광커플러의 복수 단자측 제1 단자에 연결되어 있는 제1 포토 다이오드,
출력 단자로 사용되는 단수 단자를 가지는 제2 1X2 광커플러,
상기 제2 1X2 광커플러의 복수 단자측 제1 단자에 연결되어 있는 제2 포토 다이오드
를 포함하고, 상기 제1 1X2 광커플러의 복수 단자측 제2 단자는 상기 제2 1X2 광커플러의 복수 단자측 제2 단자와 연결되어 있는 광선로 모니터링 모듈.
제12항에서,
상기 제1 1X2 광커플러는 탭 커플러이고, 상기 제2 1X2 광커플러는 스플리터인 광선로 모니터링 모듈.
측정용 신호광을 출력하는 레이저 다이오드,
포토 다이오드,
상기 레이저 다이오드에 연결되어 있는 제1 단자,
출력 단자로 사용되는 제2 단자 그리고
상기 포토 다이오드에 연결되어 있는 제3 단자
를 가지는 듀플렉서 모듈을 포함하고,
상기 듀플렉서 모듈은 상기 레이저 다이오드가 출력하는 상기 측정용 신호광을 일부는 상기 포토 다이오드로 전달하고, 나머지는 상기 제2 단자를 통하여 출력하며, 상기 제2 단자를 통해 입력되는 상기 측정용 신호광을 상기 포토 다이오드로 전달하는 광선로 모니터링 모듈.