KR100701158B1 - 펌프 광원이 단일 집적된 광송수신기 및 광송수신기 모듈 - Google Patents

펌프 광원이 단일 집적된 광송수신기 및 광송수신기 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 펌프 광원이 단일 집적된 광송수신기 및 광송수신기 모듈에 관한 것으로 입력된 전기 신호를 하향 광신호로 변환하는 광송신기;수신된 상향 광신호를 전기 신호로 변환하는 광수신기;광 전송로에 위치한 이득 매질을 통과할때 상기 하향 광신호 또는 상기 상향 광신호를 증폭하는 광신호를 출력하는 펌프용 광원;상기 하향 광신호 및 상기 상향 광신호를 상기 광 전송로에 정열 또는 수렴시키는 수렴부; 및 기 다중화 필터와 상기 수렴부의 중간단에 위치하며 상기 하향 광신호 및 상기 증폭 광신호는 상기 수렴부로 투과시키고 상기 상향 광신호는 역다중화하여 상기 광수신기로 전송하는 다중화/역다중화 필터;를 포함하여 펌프 광원이 전송로상에 위치한 이득 매질을 통해 상, 하향 광신호가 전송로상에서 겪는 전송 손실을 보상할 수 있기 때문에 광가입자단의 가입자수 및 전송거리를 증가시킬 수 있어 경제성이 확보된 광가입자망을 구현할 수 있다.
수동 광가입자망, FTTH, Transceiver, pump source, EDF

Description

펌프 광원이 단일 집적된 광송수신기 및 광송수신기 모듈{Monolithic integrated transceiver with pump source and transceiver module using the same}
도 1 은 광가입자망의 구조를 보여주는 도면이다.
도 2 는 본 발명에 따른 펌프광원이 단일 집적된 광송수신기가 사용된 광가입자망의 구조를 보여주는 도면이다.
도 3 은 본 발명에 따른 광송수신기 모듈의 구성을 보여주는 도면이다.
도 4 는 본 발명에 따른 광송신기 모듈 및 광수신기 모듈의 다른 실시예을 보여주는 도면이다.
도 5 는 본 발명에 따른 광송수신기 모듈의 다른 실시예를 보여주는 도면이다.
도 6 은 본 발명에 따른 광송수신기 모듈의 다른 실시예를 보여주는 도면이다.
본 발명은 펌프 광원이 단일 집적된 광송수신기 및 광송수신기 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 펌프용 광원과 데이터를 가진 광신호를 생성하는 광원이 단일 집적화된 광송수신기 및 광송수기 모듈에 관한 것이다.
최근, 고화질 방송이나 게임 등의 데이터 증가로 인해 가입자망에서도 광섬유를 이용한 데이터 전송에 대한 수요가 증가하고 있다.
현재의 가입자망은 구리선을 이용한 xDSL등의 기술을 통하여 수 Mbps에서 제한적으로 수십Mbps의 속도를 사용하고 있으며, 주로 인터넷 서비스에 국한되어 사용되고 있다.
그러나 HDTV급 다채널 CATV, VoD, 원격 교육, 원격 진료, 3D 영상 등의 고품격의 화질과 실시간으로 제공되는 다양한 멀티미디어 서비스들이 요구되고 있다. 구리선을 사용한 xDSL은 속도의 제한 때문에 이러한 서비스들의 수용이 어려워, 새로운 가입자망이 요구되고 있다.
새로운 가입자망의 구성은 여러 가지 방식이 제안되고 있으나 설치비용 및 운영비용에서 가장 장점을 가지고 있는 수동 분기 방식(PON:Passive Optical Network)이 가장 유력한 방식으로 기술이 주류를 이룰 것으로 예상된다.
PON 방식의 장점으로는 광선로를 공유함으로써 설치 비용이 작고, 전화국과 가입자 사이에 수동소자만이 깔려 있어 유지,보수가 쉬우며, 방송(broadcast)이 용이하여 비디오 서비스에 유리하고, DWDM과 같은 향후의 증설에도 상충되지 않는다.
특히 광가입자망은 초당 수십 메가비트에서 수백 메가비트에 이르는 데이터와 수백 채널의 고화질 방송을 각 가입자에게 제공할 수 있다.
도 1 은 광가입자망의 구조를 보여주는 도면이다.
광가입자망은 중앙 기지국(Optical Line Terminal: CO)(110), 다수의 광가입자단(Optical Network Terminal: ONT)(120) 및 중앙 기지국(110)과 N개의 광가입자단(120)을 연결하는 광전송로 (131,133)와 하향 광신호를 분배하며 상향 광신호를 다중화하는 지역 기지국(Remote Node: 132)으로 구성된다.
중앙기지국(110)의 광송수신기(115)는 지역기지국(132)과 광전송로(131,133)를 통해 N개의 광가입자단(120)에 하향 광신호를 제공하는 광원(112)와 광가입자단에서 TDMA(Time Division Multiple Access) 또는 WDMA(Wavelength Division Multiple Access)방식으로 전송되어 오는 상향 광신호를 수신하는 광수신기(114), 이를 다중화/역다중화 하는 필터(111) 및 이를 단일 모듈로 구성할 수 있는 하우징(115)으로 구성되어 있다.
광가입자단(120)은 중앙기지국(110)에서 전송로(131,133) 및 지역기지국(132)를 통해 전송된 하향광신호와 광가입자단의 광송수신기(124)내의 광송신기(122)에서 생성된 광신호를 다중화/역다중화 하는 필터(121), 하향 광신호를 수신하는 광수신기(123), 상향 광신호를 생성하는 광송신기(122) 및 이를 단일 모듈로 구성할 수 있는 하우징(124)로 구성되어 있다.
위와 같이 구성된 광가입자망에서 상향 광신호와 하향 광신호는 서로 파장을 달리하여 각각의 요청된 데이터를 광전송로를 통해 전송한다. 또한 이러한 광가입자망을 케이블 방송 광가입자망에 적용함에 있어 상향 광신호는 사용하지 않는 경우도 있으나 하향 광송신기의 구성은 비슷하다.
이러한 통상적인 광가입자망의 구조에서 전송로(131,133)의 거리가 증가함에 따라 광신호에 손실을 주게 되어 중앙기지국(110)에서 광가입단(120)까지의 전송거리가 제한되고, 지역기지국(132)의 광신호의 가입자 분배에 따른 손실로 인해 광가입자단의 수에 제한을 가져오게 된다.
따라서, 일반적인 방법으로서 전송거리의 증가시키고 가입자 수를 늘리기 위해 광전송로상에 반도체 광증폭기 또는 광섬유광증폭기를 사용한다.
반도체 광증폭기를 사용하는 경우에는 반도체 광증폭기가 고가이고, 출력광신호의 상태에 대한 모니터링 소자가 필요하게 되므로 구조가 복잡하여 단일 집적하기 위해서는 PLC(Planer Lightwave Circuit)등의 고도의 기술이 필요하게 되어 구현하기 어려우며 제작비용이 증가하는 단점이 있다.
일반적인 광섬유 증폭기를 사용하는 경우 부피가 매우 크기 때문에 시스템의 크기를 증가시켜 망 전체의 비용을 증가시킨다.
미국특허 "Self-Amplified Network" US 5,574,589 는 이를 개선하기 위해 이득매질을 광전송로에 사용하고 하나의 광송신기에서 출력되는 광신호를 동시에 광펌핑용 광원과 데이터 전송용 광원으로 사용함으로써 반대방향에서 오는 광신호를 증폭하는 구조를 제안한다.
그러나, 이러한 경우 하향 광신호와 상향 광신호의 파장이 이득매질에 따라 결정됨으로써 일반적으로 사용하는 파장을 사용하지 못하며, 전송거리가 증가할 때 펌프광의 세기가 증가하여야 하므로 결국 고가의 광원이 필요하게 된다.
연구논문"Remote Amplification in High Density Passive Optical Networks" ICTON2005, We.P.9., pp 409-412 는 이득 매질을 지역기지국(Remote node)와 OLT에 동시에 사용하고, 펌핑용 광원과 광송신용 광원을 사용하여 버스트모드 상향 광신호를 증폭시킴으로써 가입자수를 8192 가입자단을 증가시킬 수 있음을 보여주었다.
그러나, 이 구조에서 상향 광신호의 파장은 1550nm대역을 사용해야 하기 때문에 고가의 1550nm LD를 사용해야 하며, EDF를 지역기지국에 사용하는 것은 PON configuration에 있어 ASE(Amplified Spontaneous Emission)로 인한 신호의 잠김(locking)현상이 발생한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 펌프 광원이 단일 집적된 광송수신기 및 광송수신기 모듈을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 펌프 광원이 단일 집적된 광송수신기의 일 실시예는 입력된 전기 신호를 하향 광신호로 변환하는 광송신기; 수신된 상향 광신호를 전기 신호로 변환하는 광수신기; 광 전송로에 위치한 이득 매질을 통과할때 상기 하향 광신호 또는 상기 상향 광신호를 증폭하는 광신호를 출력하는 펌프용 광원; 상기 하향 광신호 및 상기 상향 광신호를 상기 광 전송로에 정열 또는 수렴시키는 수렴부; 및 상기 다중화 필터와 상기 수렴부의 중간단에 위치하며 상기 하향 광신호 및 상기 증폭 광신호는 상기 수렴부로 투과시키고 상기 상향 광신호는 역다중화하여 상기 광수신기로 전송하는 다중화/역다중화 필터;를 포함한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 펌프 광원이 단일 집적된 광송수신기 모듈의 일 실시예는 입력된 전기 신호를 하향 광신호로 변환하는 광송신기; 수신된 상향 광신호를 전기 신호로 변환하는 광수신기; 광 전송로에 위치한 이득 매질을 통과할때 상기 하향 광신호 또는 상기 상향 광신호를 증폭하는 광신호를 출력하는 펌프용 광원; 상기 하향 광신호 및 상기 상향 광신호를 상기 광 전송로에 정열 또는 수렴시키는 수렴부; 및 상기 다중화 필터와 상기 수렴부의 중간단에 위치하며 상기 하향 광신호 및 상기 증폭 광신호는 상기 수렴부로 투과시키고 상기 상향 광신호는 역다중화하여 상기 광수신기로 전송하는 다중화/역다중화 필터;상기 광송신기, 상기 광수신기, 상기 펌프용 광원, 상기 수렴부 및 상기 다중화/역다중화 필터를 포함하여 단일 모듈로 하는 하우징;을 포함한다.
도 2 는 본 발명에 따른 펌프광원이 단일 집적된 광송수신기가 사용된 광가입자망의 구조를 보여주는 도면이다.
도 2을 참조하면 광가입자망은 단일 집적된 광송수신기가 적용된 중앙 기지국(CO)(210), 지역 기지국(RN)(230), 광가입자단(ONU)(220), 그리고 이를 연결하는 광전송로(240)으로 구성된다.
중앙 기지국(210)의 단일집적 광송신기는 광가입자단(220)으로 전송하는 하향광신호를 생성하는 광송신부(212), 이득매질(241)을 통해 광신호를 증폭시키는 펌프광원(211), 이를 파장다중화 하는 다중화 필터(214), 가입자단에서 오는 상향 광신호를 수신하는 광수신부(213), 하향광신호 및 펌프광을 상향광신호와 역다중화 하는 역다중화 필터(215)으로 구성된다.
광전송로는 일반적인 SMF(Single Mode Fiber) 같은 광전송로를 사용한다.
이득매질(241)은 광신호의 펌핑방식에 따라서 광전송로 자체나, 희토류 첨가 광섬유(ex EDF(Erbium Doped Fiber), TDF(Thulium Doped Fiber)etc) 등을 사용할 수 있다.
펌핑방식에 따라서 펌프광의 파장이 결정된다.
이득매질의 위치는 하향 광신호와 펌프광원이 동시에 지나가는 광신호 또는 데이터신호 전송 경로상의 모든 위치가 될 수 있으며 특히, 단일집적 광송수신기에 연결된 광 패치코드내의 광섬유나 중앙기지국(OLT)내, 지역기지국(RN), 광가입자단(ONT) 내부등이 유력하다. 이는 광패치 코드 형태뿐만 아니라 모듈 형태로 제작된 이득 매질도 가능하며 PLC(Planer Lightwave Circuit)기술을 이용한 PWA(Planer Waveguide Amplifier)등도 가능하다.
도 3 은 본 발명에 따른 광송수신기 모듈의 구성을 보여주는 도면이다.
중앙기지국(210)의 펌프광원이 단일 집적된 광송수신기는 양방향 Triplexer 모듈로 구현하고 이를 도 3에 도시하였다.
도 2에서 언급한 송신기, 수신기 및 펌핑 광원의 자체 특성도 중요하지만 이들을 컴팩트한 하나의 양방향 모듈로 구성하는 방법들이 더 중요하다.
구성하는 방법에 따라 양방향 모듈의 성능이 결정되는 기술적인 측면도 있고, 대량생산으로 가격저하를 유발할 수 있는 경제적인 측면도 있다.
도 3을 보면 외부 광섬유와 결합하기 위한 수렴부(311) (페룰 및 렌즈), 펌프광원(314), 광송신용 광원(315), 광수신기(313), 펌프광과 하향 신호광을 다중화 할 수 있도록 광경로 상에 위치한 다중화 필터(312), 다중화 필터에서 출력되는 펌프광 및 하향신호광과 광수신기(313)에 입력되는 상향신호광을 역다중화할 수 있도록 광경로상에 위치하고 위에 전술한 수렴부(311) (페룰 및 렌즈)과의 광경로상에 위치한 역다중화 필터(316), 각 구성 요소를 하나의 모듈로 집적할 수 있는 하우징로 구성되어 있으며 이 모듈은 Triplexer 모듈(300)로 집적될 수 있다.
또한, 광패치코드(317)은 렌즈 및 페룰과 광전송로와 연결하기 위해 사용된다.
여기서 펌프광원(314), 광송신용 광원(315), 광수신기(313)은 일반적으로 제작될 수 있는 TO-CAN 형태의 Sub-assembly로 사용할 수 있으나 Triplexer의 제조방법에 따라 PLC (Planer Lightwave Circuit)형태 또한 가능하며 온도 보상을 위해 각각에 대해 TEC(Thermo-electric cooler) 및 Thermister를 결합시키는 구조도 가능하다.
그리고, 각 광신호간의 간섭을 줄이기 위해 각각의 광원의 입출력단에 아이솔레이터를 사용할 수 있다.
그리고, 외부 광섬유와 결합하기 위한 페룰 및 렌즈는 광섬유 형태의 렌즈형 광섬유 (Lensed Fiber)의 사용이 가능하다..
그리고, 광패치코드는 Triplexer 모듈(300)의 형태에 따라 Pigtail 또는 착탈시 광섬유가 가능하다.
본 펌프광원이 단일 집적된 광송수신기는 펌프광원과 하향신호는 전송로상에 위치한 이득매질을 통해 펌프광과 하향신호광이 광대광으로 증폭되어 광가입자단에 전송되어지고, 상향신호는 전송로를 통해 수신된다.
도 4 는 본 발명에 따른 광송신기 모듈 및 광수신기 모듈의 다른 실시예을 보여주는 도면이다.
도 4a는 단일 집적된 광송수신 모듈에서 역다중화 필터와 수신광원이 없는 BIDI(Bi-directional) 모듈의 경우 도시한 도면이다.
이러한 광송신모듈은 광가입자망 뿐만 아니라 방송가입자망, 파장분할 다중화 가입자망(WDM-PON)에서도 적용할 수 있다.
WDM-PON은 여러 채널의 광을 하나의 광섬유를 이용하여 통신하는 방식으로 광소자의 대역폭을 최대한 활용할 수 있고, 보안성에서 탁월한 우위를 가질 수 있다.
WDM-PON용 광가입자망 구성용 광소자는 가입자 수만큼의 다양한 파장의 광원을 필요로 한다.
따라서 본 발명의 광송수신 모듈에서 광송신용 광원은 파장 모니터링이 가능한 파장 가변 레이저 또는 DFB-LD어레이를 광원으로 하여 WDM-PON에 적용할 수 있다.
도 4b는 위에서 언급한 단일 집적된 광송수신 모듈에서 광송신부가 없는 수신광신호의 증폭을 위해 펌프광원과 광수신기가 집적된 광수신 모듈의 경우를 도시한 도면이다.
광가입자망, 방송 가입자망, 파장분할 다중화 가입자망에서도 적용할 수 있다.
특별히 TDM기반의 광 가입자망에서는 각 가입자별로 전송되는 상이한 세기의 신호를 검출하기 위해 수신 감도가 우수하고 버스트 모드 동작이 가능한 광수신기가 요구된다.
도 5 는 본 발명에 따른 광송수신기 모듈의 다른 실시예를 보여주는 도면이다.
도 5a, 5b, 5c는 본 특허에서 제안한 펌프광원 및 하향신호광원과 상향수신기가 집적된 Triplxer 모듈에서 전송로 또는 이득매질에서 발생하는 역방향의 잡음이 하향 신호광과 펌프광원에 입력되어 하향신호 또는 펌프광의 출력 특성에 영향을 주는 것을 막기 위한 아이솔레이터의 위치를 도시한 그림이다.
이 경우, 펌프광원의 사용 파장에 따라 펌프광원 앞단의 아이솔레이터는 사용하지 않을 수도 있다.
도 6 은 본 발명에 따른 광송수신기 모듈의 다른 실시예를 보여주는 도면이다.
도 6은 수신광신호 및 송신광신호를 전송로의 이득매질을 통해 증폭할 수 있도록 펌프광이 2종 이상 사용한 경우를 도시한 그림이다.
펌프광원과 다중화/역다중화 필터를 추가적으로 집적함으로써 상향 광신호와 하향 광신호를 동시에 증폭할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 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.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 펌프광원을 신호 광원 또는 광수신기와 단일 집적하여 광전송로상에 위치한 이득 매질을 통해 신호광을 증폭함으로써 가입자수와 전송 거리를 증가시킬 수 있어 경제성이 확보된 광 가입자망을 구현할 수 있다.

Claims (11)

  1. 입력된 전기 신호를 하향 광신호로 변환하는 광송신기;
    수신된 상향 광신호를 전기 신호로 변환하는 광수신기;
    광 전송로에 위치한 이득 매질을 통과할때 상기 하향 광신호 또는 상기 상향 광신호를 증폭시키는 광신호를 출력하는 펌프용 광원;
    상기 하향 광신호 및 상기 상향 광신호를 상기 광 전송로에 정열 또는 수렴시키는 수렴부; 및
    상기 다중화 필터와 상기 수렴부의 중간단에 위치하며 상기 하향 광신호 및 상기 증폭 광신호는 상기 수렴부로 투과시키고 상기 상향 광신호는 역다중화하여 상기 광수신기로 전송하는 다중화/역다중화 필터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 펌프 광원이 단일 집적된 광송수신기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 펌프용 광원은 하나이상의 광원으로 구성되는 것을 특징으로 하는 펌프 광원이 단일 집적된 광송수신기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 펌프용 광원은
    EDF, TDF , Raman Pumping 증폭 방식 및 PWA 증폭 방식중 어느 하나에 따른 광원인 것을 특징으로 하는 펌프 광원이 단일 집적된 광송수신기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 광 전송로에 위치한 이득 매질은
    희토류 첨가 광섬유,Raman용 광섬유 및 PLC방식의 PWA중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 펌프 광원이 단일 집적된 광송수신기.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 이득 매질은
    광 가입자망의 중앙 기지국의 OLT, 지역 기지국의 분배부 및 가입자단의 ONT 중 어느 하나에 위치하는 것을 특징으로 하는 펌프 광원이 단일 집적된 광송수신기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 전송로에서 발생하는 잡음 광신호의 상기 광송신기로의 입력을 막기 위한 제 1아이솔레이터;
    상기 광 전송로에서 발생하는 잡음 광신호의 상기 펌프용 광원으로의 입력을 막기 위한 제 2 아이솔레이터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펌프 광원이 단일 집적된 광송수신기.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 광수신기는
    버스트 모드 동작 특성을 가지는 상기 상향 광신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 펌프 광원이 단일 집적된 광송수신기.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 광송신기는
    여러개의 파장 광신호를 동시에 출력하는 다채널 광원인 것을 특징으로 하는 펌프 광원이 단일 집적된 광송수신기.
  9. 입력된 전기 신호를 하향 광신호로 변환하는 광송신기;
    수신된 상향 광신호를 전기 신호로 변환하는 광수신기;
    광 전송로에 위치한 이득 매질을 통과할때 상기 하향 광신호 또는 상기 상향 광신호를 증폭하는 광신호를 출력하는 펌프용 광원;
    상기 하향 광신호 및 상기 상향 광신호를 상기 광 전송로에 정열 또는 수렴시키는 수렴부; 및
    상기 다중화 필터와 상기 수렴부의 중간단에 위치하며 상기 하향 광신호 및 상기 증폭 광신호는 상기 수렴부로 투과시키고 상기 상향 광신호는 역다중화하여 상기 광수신기로 전송하는 다중화/역다중화 필터;
    상기 광송신기, 상기 광수신기, 상기 펌프용 광원, 상기 수렴부 및 상기 다중화/역다중화 필터를 포함하여 단일 모듈로 하는 하우징;을 포함하는 것을 특징으로 하는 펌프 광원이 단일 집적된 광송수신기 모듈.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 하우징은
    티오 캔 패키징을 이용한 벌크형으로 된 것을 특징으로 하는 펌프 광원이 단 일 집적된 광송수신기 모듈.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 하우징은
    PLC 플랫폼을 이용한 평판형으로 된 것을 특징으로 하는 펌프 광원이 단일 집적된 광송수신기 모듈.
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