KR100785436B1 - 방송 서비스와 통신 서비스를 융합한 파장분할 다중방식수동형 광 가입자망 - Google Patents

방송 서비스와 통신 서비스를 융합한 파장분할 다중방식수동형 광 가입자망 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방송 서비스와 통신 서비스를 융합한 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망에 관한 것으로, 특히 페브리-페롯 레이저 다이오드(Fabry-Perot Laser Diode, 이하 F-P LD)의 상호 주입을 이용한 광대역 비간섭성 광원(Broadband Light Source, 이하 BLS)을 사용하여 방송 서비스와 데이터 서비스를 동시에 제공하는 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망에 관한 것이다.
본 발명의 방송 서비스와 통신 서비스를 융합한 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망은 중심 기지국, 지역노드 및 가입자 종단장치를 포함하는 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망에 있어서, 상기 중심 기지국은, 복수의 가입자에게 데이터 서비스를 제공하기 위한 광신호를 출력하는 복수의 하향 광 송신기; 상기 복수의 가입자로부터 전달되는 상향 데이터의 광신호를 수신하여 전기신호로 변환시키는 복수의 상향 광 수신기; 상기 광신호를 다중화하고, 역 다중화하는 파장분할 다중화기/역 다중화기; 상기 복수의 가입자에게 방송 서비스를 제공하기 위한 광신호를 출력하는 광대역 비간섭성 광원; 및 상기 광대역 비간섭성 광원을 방송 신호로 광변조시키는 변조기;를 포함한다.
방송 서비스, 통신 서비스, 광대역 비간섭성 광원, 변조기,

Description

방송 서비스와 통신 서비스를 융합한 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망{Wavelength division multiplexing passive optical network for convergence broadcasting service and communication service}
도 1은 종래의 방송 서비스과 통신 서비스를 동시에 전송하는 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망의 제1 실시 예이다.
도 2는 종래의 방송 서비스와 통신 서비스를 동시에 전송하는 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망의 제2 실시 예이다.
도 3은 종래의 도파로 배열 격자를 통과하기 전과 후의 광대역 비간섭성 광원의 스펙트럼이다.
도 4는 종래의 페브리 페롯 레이저 다이오드의 상호 주입을 이용한 편광에 의존하는 광대역 비간섭성 광원이다.
도 5는 종래의 페브리 페롯 레이저 다이오드의 상호 주입을 이용한 편광에 의존하지 않는 광대역 비간섭성 광원이다.
도 6은 종래의 페브리 페롯 레이저 다이오드의 상호 주입을 이용한 광대역 비간섭성 광원의 출력 스펙트럼이다.
도 7은 종래의 페브리 페롯 레이저 다이오드의 상호 주입을 이용한 광대역 비간섭성 광원의 잡음 특성이다.
도 8은 본 발명의 광대역 비간섭성 광원을 외부 변조기로 변조시켜 방송 신호를 전송하는 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망이다.
도 9 는 종래의 도파로 배열 격자의 주기적인 특성이다.
도 10은 본 발명의 1개의 광 수신기를 사용할 때의 방송 신호와 하향의 데이터 신호를 분리하는 구성도이다.
도 11은 본 발명의 페브리 페롯 레이저 다이오드의 상호 주입을 이용한 광대역 비간섭성 광원을 직접 변조하는 구성도이다.
도 12는 본 발명의 데이터와 방송 신호를 각각의 광 송신기로 전송하는 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망이다.
도 13은 본 발명의 데이터와 방송 신호를 하나의 하향의 광 송신기로 전송하는 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망이다.
도 14는 본 발명의 하향 데이터의 다중화된 광신호를 방송 신호로 외부 변조하여 전송하는 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망이다.
도 15는 본 발명의 상향 송신기에 주입시키는 광대역 비간섭성 광원을 외부변조기로 변조시켜 방송 신호를 전송하는 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망이다.
도 16은 종래의 RIN = -105.8dB/Hz이고, 채널 수가 25일 때의 광변조지수에 따른 신호 대 잡음비이다.
도 17 은 종래의 디지털 데이터 포맷에 따라 요구되는 신호 대 잡음비이다.
도 18은 본 발명의 RIN = -135dB/Hz이고, 채널 수가 80일 때의 광변조지수에 따른 신호 대 잡음비이다.
본 발명은 방송 서비스와 통신 서비스를 융합한 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망에 관한 것으로, 특히 페브리-페롯 레이저 다이오드(Fabry-Perot Laser Diode, 이하 F-P LD)의 상호 주입을 이용한 광대역 비간섭성 광원(Broadband Light Source, 이하 BLS)을 사용하여 방송 서비스와 데이터 서비스를 동시에 제공하는 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망에 관한 것이다.
현재, 가입자망에 관해서는 방송 서비스를 위한 망과 데이터 서비스를 위한 망이 별도로 구축되어 있다. 방송 서비스는 동축 케이블, 위성 및 지상파 등을 이용하고 있고, 데이터 서비스는 구리선을 기반으로 한 xDSL, 케이블 모뎀 등을 이용하여 수십 kbps ~ 수 Mbps 정도의 속도로 인터넷 등을 이용하고 있다.
최근, 인터넷의 급속한 확산으로 기존의 음성, 텍스트 중심의 서비스가 영상 및 화상 중심의 서비스로 전환되면서 가입자망의 고속화에 대한 요구가 급격히 증가하고 있다. 가입자 망을 고속화하기 위해, 기존의 망을 업그레이드하거나 교체하는 것이 필요하다. 그런데, 데이터 서비스를 위한 망과 별도로 방송 서비스를 위한 망을 구축하는 것은 많은 비용이 소모되며, 이 후에도 각 망을 개별적으로 유지 및 관리해야 하기 때문에 경제적이지 못한 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 방송 서비스와 통신 데이터 서비스를 하나의 통합 시스템으로 제공하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 한편, 구리선을 기반으로 한 가입자망은 물리적인 한계로 인하여 고속화 요구를 충족시키기 힘들다.
따라서, 광섬유에 기반한 수동형 광 가입자망(Passive Optical Network, 이하 PON)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. PON을 이용하여 데이터와 방송 서비스를 제공하는 것은 가입자망의 고속화와 방송과 데이터 서비스의 통합 요구를 동시에 만족시킬 수 있다. PON은 구현방식에 따라 시간분할 다중방식(Time Division Multiplexing, TDM)과 파장분할 다중방식(Wavelength Division Multiplexing, WDM)으로 구분된다. 방송 서비스를 제공하는 관점에서 TDM-PON은 높은 광분배기의 손실 때문에 가입자의 수와 전송거리가 제한된다. 이를 보상하기 위하여 증폭기를 사용할 수 있지만, 일정한 수준 이상의 출력 파워를 가진 광신호가 광섬유에 입력될 경우에 광섬유의 비선형성으로 인한 잡음 성분이 증가하여 이로 인한 패널티가 발생한다. 한편, 데이터 전송 측면에서 TDM-PON은 하향 전송 속도가 고정되어 있고, 이를 여러 가입자가 공유하기 때문에, 가입자 확장 시(분기 수 증가) 각 가입자당 전송 속도가 저하된다. 또한, 버스트 모드 광수신기의 구현, 방송 방식에 따른 보안문제, 가입자 간의 거리에 따른 ranging 문제 등을 해결하기 위해 복잡한 MAC(Media Access Control) 프로토콜을 요구하는 등 시스템의 복잡도가 높다. 특히, 광분배기의 분배 손실로 인하여 전화국에서 가입자까지의 광손실이 큰 것는 전송속도를 높이는 큰 장애가 되고 있다.
이에 반하여, WDM-PON은 프로토콜 및 전송 속도에 대한 투명성이 보장되고, 다양한 서비스를 수용할 수 있는 유연성 및 높은 망 확장성을 가지고 있다. 또한, 각각의 가입자와 중앙 기지국을 점대점으로 연결하기 때문에 통신의 질(Quality of Service)을 보장하고, 높은 보안성을 가지고 있으며, 프라이버시를 보장한다. 가입자별로 다양한 속도와 변조방식의 서비스를 수용할 수 있는 장점이 있어 궁극적인 광가입자망으로 인식되고 있다. 따라서, 방송과 통신의 통합된 서비스를 제공하기 위한 WDM-PON의 개발에 대한 필요성이 대두 되고 있다.
도 1은 종래의 방송 서비스와 통신 서비스를 동시에 전송하는 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망의 제1 실시 예이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 중앙 기지국(Central Office, 이하 CO)(100)에는 복수의 가입자 종단장치(Optical Network Terminal, 이하 ONT)(500)에 하향으로 방송 서비스를 제공하기 위한 복수의 제1 광 송신기(110a)와 데이터 서비스를 제공하기 위한 복수의 제2 광 송신기(110b)가 사용된다. 이때, 제1 광 송신기(110a)와 제2 광 송신기(110b)는 서로 다른 파장을 사용한다. WDM 필터(130a)에서 동일 채널의 방송을 위한 광신호와 데이터를 위한 광신호가 다중화되고, 도파로 배열 격자(Arrayed Waveguide Grating, 이하 AWG)(140)에서 복수의 채널의 광신호가 다중화된다. 광섬유(200)와 AWG(310)를 통과하면서 채널별로 역 다중화된 광신호는 광섬유(400)와 WDM 필터(530)에서 방송 서비스를 위한 광신호와 데이터 서비스를 위한 광신호로 분리되어 각각 제1 광 수신기(520a), 제2 광 수신기(520b)에 전달되어 전기신호로 변환된다.
방송 서비스와 데이터 통신 서비스를 제공하기 위해서, 각 가입자를 위한 2개의 하향 광 송신기와 2개의 하향 광 수신기가 필요하다. 이에 따라, WDM-PON 시스템의 가격이 상승하기 때문에 가입자의 부담으로 전가되는 문제점이 있다.
도 2는 종래의 방송 서비스와 통신 서비스를 동시에 전송하는 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망의 제2 실시 예이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 도 1에서 방송 서비스를 제공하기 위해 사용된 복수의 광 송신기 대신에 광대역 비간섭성 광원(Broadband Light Source, 이하 BLS)을 사용한다. CO(100)에는 복수의 ONT(500)에 하향으로 데이터 서비스를 제공하기 위한 복수의 광 송신기(110c)가 사용된다. 데이터 서비스를 위한 복수의 채널의 광신호는 WDM 필터(130b)와 AWG(140)를 통과하면서 다중화된다. 상기의 다중화된 광신호는 WDM 필터(180)를 통해 방송 서비스를 제공하기 위한 BLS(160)와 합쳐진다. 이때, 방송 신호를 인가하기 위해서, BLS는 직접 변조 또는 외부 변조 등의 방법으로 광변조 된다.
도 3은 종래의 도파로 배열 격자를 통과하기 전과 후의 광대역 비간섭성 광원의 스펙트럼이다. 도 3을 도 2와 함께 살펴보면, AWG(310)를 통과하기 전의 BLS(160)의 스펙트럼(600)과 통과 후에 분할된 스펙트럼(610, 620, 630)을 나타내었다. BLS(160)의 넓은 스펙트럼(600)은 AWG(310)가 통과시키는 출력 포트의 파장에 따라 분할되는데, 스펙트럼 분할된 광원은 AWG(310)의 각각의 출력 포트에 대해서 전달되고, 이를 이용해 방송 서비스를 모든 가입자에게 전달할 수 있다. AWG(310) 통과 후의 과정은 도 1과 동일하다.
도 2에서 사용될 수 있는 BLS(160)로는 LED(Light Emitting Diode), EDFA(Erbuim Doped Fiber Amplifier)의 자연 방출광을 이용하는 광원 등이 있다. LED는 파워가 충분하지 않고, EDFA를 이용한 방법은 가격이 비싸다. 또한, 이러한 광원들은 비간섭성(incoherent) 광을 출력하기 때문에 본질적으로 비팅 잡음에 의 해 신호의 품질이 저하되는 문제점이 발생하고, 이는 결국 전송할 수 있는 방송 채널의 수를 제한한다. 잡음은 필터링되는 대역폭에 의존하고, 대역폭이 50GHz인 가우시안 필터의 경우에 RIN은 -108.8dB/Hz이다. 또한 외부 변조기를 사용하는 경우에는 한 방향의 편광만 통과되기 때문에 RIN,은 3dB 높아져 -105.8dB/Hz이다.
도 3의 종래의 제 2 실시 예에서는 방송 서비스를 제공하기 위해서, 하나의 BLS를 사용하기 때문에 경제적이다. 하지만 본질적으로 비팅 잡음에 의해서 높은 RIN 값을 갖는 광원 때문에 전송 가능한 채널 수가 적고, 높은 SNR이 요구되는 포맷으로 전송할 수 없다는 문제점이 있다.
도 4는 종래의 F-P LD의 상호 주입을 이용한 편광에 의존하는 BLS이고, 도 5는 종래의 F-P LD의 상호 주입을 이용한 편광에 의존하지 않는 BLS이다. 또한, 도 6은 종래의 F-P LD 의 상호 주입을 이용한 BLS 의 출력 스펙트럼이고, 도 7은 종래의 F-P LD 의 상호 주입을 이용한 광대역 비간섭성 광원의 잡음특성이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 비반사 코팅된 F-P LD를 상호 주입하여 얻은 BLS의 한 모드의 RIN(Relative Intensity Noise)은 저주파 부분을 제외하고는 RIN 값이 약 -135dB/Hz 정도로 매우 낮다. 또한, 이를 대한민국 등록특허 제325687호(발명의 명칭: 주입된 비간섭성 광에 파장 잠김된 페브리-페롯 레이저 다이오드를 이용한 파장분할 다중방식 광 통신용 광원, 등록일: 2002년 2월 8일)에 제안된 파장 잠김된 F-P LD에 적용하는 경우에도 상기의 F-P LD 상호 주입을 이용한 BLS의 잡음 특성과 유사하다.
이에 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 낮은 RIN 특성을 가진 페브리 페롯 레이저 다이오드(Fabry-Perot Laser Diode, 이하 F-P LD)의 상호 주입을 이용한 광대역 비간섭성 광원(Broadband Light Source, 이하 BLS)을 이용하여 높은 SNR이 요구되는 데이터 포맷, 더 많은 채널 수의 방송 서비스를 제공하는 WDM-PON 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 저가의 F-P LD 상호 주입을 이용한 광대역 비간섭성 광원을 사용하여 방송 서비스와 데이터 서비스를 융합하는 경제적인 WDM-PON 시스템을 제공하고, 상기의 F-P LD 상호 주입을 이용한 BLS를 파장 잠김된 F-P LD를 적용함으로써 더욱 경제적인 방송 서비스와 데이터 서비스를 융합하는 WDM-PON 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명은 도 8과 같이 중심 기지국, 지역노드 및 가입자 종단장치를 포함하는 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망에 있어서, 상기 중심 기지국은, 복수의 가입자에게 데이터 서비스를 제공하기 위한 광신호를 출력하는 복수의 하향 광 송신기; 상기 복수의 가입자로부터 전달되는 상향 데이터의 광신호를 수신하여 전기신호로 변환시키는 복수의 상향 광 수신기; 상기 광신호를 다중화하고, 역 다중화하는 파장분할 다중화기/역 다중화기; 상기 복수의 가입자에게 방송 서비스를 제공하기 위한 광신호를 출력하는 광대역 비간섭성 광원(Broadband Light Source, 이하　BLS); 상기 광대역 비간섭성 광원을 방송 신호로 광 변조시키는 변조기;를 포함하는 방송 서비스와 통신 서비스를 융합한 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망을 제시한다.
또한, 본 발명은 도 12와 같이 중심 기지국, 지역노드 및 가입자 종단장치를 포함하는 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망에 있어서, 상기 중심 기지국은, 복수의 가입자에게 방송 서비스를 제공하기 위한 광신호를 출력하는 복수의 하향 제 1 광 송신기; 복수의 가입자에게 데이터 서비스를 제공하기 위한 광신호를 출력하는 복수의 하향 제 2 광 송신기; 상기의 복수의 가입자로부터 전달되는 상향 데이터의 광신호를 수신하여 전기신호로 변환시키는 복수의 상향 광 수신기; 상기 광신호를 다중화하고, 역 다중화하는 파장분할 다중화기/역 다중화기; 상기 파장분할 다중화기/역 다중화기에서 스펙트럼 분할되어 하향 데이터 신호를 위한 광원에 주입되는 BLS; 상기 파장분할 다중화기/역 다중화기에서 스펙트럼 분할되어 방송 신호를 위한 광원에 주입되는 BLS; 및 상기 지역노드의 파장분할 다중화기/역 다중화기에서 스펙트럼 분할되어 상향 신호를 위한 광원에 주입되는 BLS;을 포함하는 방송 서비스와 통신 서비스를 융합한 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망을 제시한다.
또한, 본 발명은 도 13과 같이 중심 기지국, 지역노드 및 가입자 종단장치를 포함하는 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망에 있어서, 상기 중심 기지국은, 복수의 가입자에게 방송 서비스와 데이터 서비스를 제공하기 위한 광신호를 출력하는 복수의 하향 광 송신기; 상기의 복수의 가입자로부터 전달되는 상향 데이터의 광신호를 수신하여 전기신호로 변환시키는 복수의 상향 광 수신기; 상기 광신호를 다중화하고, 역 다중화하는 파장분할 다중화기/역 다중화기; 상기 파장분할 다중화 기/역 다중화기에서 스펙트럼 분할되어 하향신호를 위한 광원에 주입되는 BLS; 및 상기 지역노드의 파장분할 다중화기/역 다중화기에서 스펙트럼 분할되어 상향 신호를 위한 광원에 주입되는 BLS;을 포함하는 방송 서비스와 통신 서비스를 융합한 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망을 제시한다.
또한, 본 발명은 도 14와 같이 중심 기지국, 지역노드 및 가입자 종단장치를 포함하는 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망에 있어서, 상기 중심 기지국은, 복수의 가입자에게 데이터 서비스를 제공하기 위한 광신호를 출력하는 복수의 하향 광 송신기; 상기 복수의 가입자로부터 전달되는 상향 데이터의 광신호를 수신하여 전기신호로 변환시키는 복수의 상향 광 수신기; 상기 광신호를 다중화하고, 역 다중화하는 파장분할 다중화기/역 다중화기; 상기 파장분할 다중화기/역 다중화기에서 스펙트럼 분할되어 하향신호를 위한 광원에 주입되는 BLS; 상기 파장분할 다중화기/역 다중화기에서 다중화된 하향 광신호를 방송 신호로 광변조시키는 변조기; 및 상기 지역노드의 파장분할 다중화기/역 다중화기에서 스펙트럼 분할되어 상향 신호를 위한 광원에 주입되는 BLS;를 포함하는 방송 서비스와 통신 서비스를 융합한 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망을 제시한다.
또한, 본 발명은 도 15와 같이 중심 기지국, 지역노드 및 가입자 종단장치를 포함하는 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망에 있어서, 상기 중심 기지국은, 복수의 가입자에게 데이터 서비스를 제공하기 위한 광신호를 출력하는 복수의 하향 광 송신기; 상기의 복수의 가입자로부터 전달되는 상향 데이터의 광신호를 수신하여 전기신호로 변환시키는 복수의 상향 광 수신기; 상기 광신호를 다중화하고, 역 다중화하는 파장분할 다중화기/역 다중화기; 상기 파장분할 다중화기/역 다중화기에서 스펙트럼 분할되어 하향신호를 위한 광원에 주입되는 BLS; 상기 지역노드의 파장분할 다중화기/역 다중화기에서 스펙트럼 분할되어 상향신호를 위한 광원에 주입되는 BLS; 및 상기 BLS을 방송 신호로 광변조시키는 변조기;를 포함하는 방송 서비스와 통신 서비스를 융합한 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망을 제시한다.
이하, 본 발명의 실시 예에 대한 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 F-P LD의 상호 주입을 이용한 BLS를 외부 변조기로 변조시켜 방송 신호를 전송하는 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 방송 서비스와 통신 서비스를 융합한 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망은 중앙 기지국(Central Office, 이하 CO)(100), 지역 노드(Remote Node, 이하 RN)(300) 및 가입자 종단장치(Optical Network Terminal, 이하 ONT)(500)로 구성된다.
CO(100)는 하향 데이터 신호를 위한 복수의 하향 광 송신기(114), 상향의 광신호를 전기적인 신호로 변환시키는 복수의 상향 광 수신기(121), 송신과 수신 광신호를 파장에 따라 합하거나 분리하는 복수의 WDM 필터(132), 파장분할 다중화와 역 다중화(Wavelength Division Multiplexing/ Demultiplexing) 기능을 동시에 수행하는 도파로 배열 격자(Arrayed Waveguide Grating, 이하 AWG)(141), 복수의 가입자들에게 방송 서비스를 제공하기 위한 광신호를 출력하는 F-P LD의 상호주입을 이용한 BLS (163), 상기의 BLS를 방송 신호로 광 변조시키기 위한 외부 변조기 (193), 하향의 다중화된 광신호와 외부 변조기를 통해 방송 신호로 변조된 광신호를 결합시키기 위한 WDM 필터(183)로 구성된다.
RN(300)은 AWG(311)로 구성된다.
복수의 ONT(500)는 각 가입자별로 상향의 데이터를 전송하기 위한 상향 광 송신기(511), 상기 F-P LD 상호 주입을 이용한 BLS(163)에서 전달된 방송 서비스의 광신호를 전기적인 신호로 변환시키는 제1 광 수신기(521), 상기 하향의 광 송신기(114)에서 전달된 하향 데이터의 광신호를 전기적인 신호로 변환시키는 제2 광 수신기(522), 송신과 수신 광신호를 파장에 따라 합하거나 분리하는 WDM 필터(531)로 구성된다.
복수의 하향 광 송신기(114)에서 전달된 하향 데이터의 광신호는 AWG(141)에서 다중화되고, 다중화된 하향 데이터의 광신호는 WDM 필터(183)에서 방송의 광신호와 합쳐진다. 다중화된 하향 데이터와 방송의 광신호는 광섬유(200)를 지나고, AWG(311)에서 역 다중화되어 광섬유(400)를 지난다. 역 다중화된 하향의 광신호는 WDM 필터(531)에서 데이터의 광신호와 방송의 광신호가 분리되고, 방송의 광신호는 제1 광 수신기로 전달되고, 하향 데이터의 광신호는 제2 광 수신기로 전달된다. ONT(500)에서의 상향의 광신호는 AWG(311)를 통과하면서 다중화되고, 광섬유(200)을 통과하여 AWG(141)에서 역 다중화된다. 역 다중화된 상향의 광신호는 WDM 필터(132)를 통해 상향의 광 수신기(121)로 전달된다.
다른 파장 대역을 가진 하향 데이터 광신호와 방송의 광신호는 AWG의 주기성을 이용하여 AWG를 공유해서 사용한다. 도9에서 AWG의 출력 특성을 나타내었다. AWG가 제1파장 대역(600), 제2파장 대역(610), 제3파장 대역(620) 등으로 주기성을 갖기 때문에, 세 파장 대역의 첫 번째 파장(601, 611, 621)은 모두 AWG의 첫 번째 출력 포트로 통과한다. 따라서 데이터 광신호를 제1파장 대역으로, 방송의 광신호를 다른 파장 대역으로 사용하면 AWG를 공유해서 사용할 수 있다.
상향과 하향의 데이터를 전송하기 위한 광원으로는 분산형 피드백 레이저 다이오드(Distributed Feedback-Laser Diode, DFB-LD) 또는 대한민국 등록특허 제325687호(발명의 명칭: 주입된 비간섭성 광에 파장 잠김된 페브리-페롯 레이저 다이오드를 이용한 파장분할 다중방식 광 통신용 광원, 등록일: 2002년 2월 8일)에 제안된 파장 잠김된 F-P LD 등을 사용할 수 있다.
도 8에서는 하향의 광수신기가 2개인 것을 가정하고 있지만 도 10에 도시된 바와 같이, 1개의 광 수신기를 이용할 수도 있다. 이때에는 방송의 광신호와 하향의 데이터 광신호를 광 수신기(523)에서 광전변환하고, RF 스플리터(541)와 전기적인 필터(551, 552) 등을 이용하여 방송 신호와 데이터 신호를 분리시킨다.
도 11에서는 본 발명의 F-P LD의 상호 주입을 이용한 BLS를 직접 변조하는 구성도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 외부 변조기(193)를 사용하지 않고, F-P LD 상호주입을 이용한 BLS(163)를 직접 변조하여 방송 신호를 전송할 수 있다. 방송 신호는 RF 스플리터(80)를 통해 분리되어 한쪽 경로로는 제1 RF 증폭기(71), 제1 위상 조절기(61)를 통과하여 F-P LD1(11)에 전달되고, 다른 경로로는 제2 RF 증폭기(72), 제2 위상 조절기(62)를 통과하여 F-P LD2(12)에 전달된다. 이와 같이, 2개의 F-P LD(11, 12)로 전달되는 전기신호의 크기와 위상을 조절하여 F-P LD 상호주입의 BLS에 방송 신호로 직접 변조시킬 수 있다.
도 12는 본 발명의 데이터와 방송 신호를 전송하기 위해서 각각의 송신기를 사용하는 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망이다. 이는 파장 잠김된 F-P LD에 적용하는 방법이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 방송과 통신 서비스를 융합한 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망은 중앙 기지국(Central Office, 이하 CO)(100), 지역노드(Remote Node, 이하 RN)(300) 및 가입자 종단장치(Optical Network Terminal, 이하 ONT)(500)로 구성된다.
CO(100)는 방송 신호를 전송하기 위한 복수의 하향 제 1 광 송신기(111), 하향 데이터 신호를 전송하기 위한 복수의 하향 제 2 광 송신기(112), 복수의 상향 광 수신기(121), 복수의 WDM 필터(131), AWG(141), 방송 신호를 위한 광원에 주입되는 F-P LD 상호주입을 이용한 BLS(153), 하향 데이터 신호를 위한 광원에 주입되는 A-밴드의 BLS(152), 상향 데이터 신호를 위한 광원에 주입되는 B-밴드 BLS(161), 여러BLS를 결합하기 위한 2개의 광서큘레이터(171, 172)와 3개의 WDM 필터(181, 182, 184)로 구성된다.
RN(300)는 AWG(311)로 구성된다.
복수의 ONT(500)는 복수의 상향 광 송신기(511), 방송 서비스의 광신호를 전기적인 신호로 변환하는 복수의 제1광수신기(521), 하향 데이터 서비스의 광신호를 전기적인 신호로 변환하는 복수의 제 2 광 수신기(522)로 구성된다.
A-밴드의 BLS(152)는 WDM 필터(184), 광 서큘레이터(171), WDM 필터(181)를 통과한 후, AWG(141)에서 스펙트럼 분할된다. 스펙트럼 분할된 광신호는 WDM 필터(131)를 통과한 후, 하향의 데이터 신호를 위한 제 2 광 송신기(112)에 주입된다. 마찬가지로 A, B-밴드가 아닌 다른 파장 대역의 F-P LD 상호 주입의 BLS(153)는 같은 경로를 통해서 방송 신호를 위한 제 1 광 송신기(111)에 주입된다. 방송 신호를 위한 제1광 송신기(111)에서 출력된 광신호와 하향 데이터 신호를 위한 제 2 광 송신기(112)에서 출력된 광신호는 WDM 필터(131)에서 합쳐진다. 다시 다수의 채널의 광신호는 AWG(141)를 통과하면서 다중화되고, WDM 필터(181), 광 서큘레이터(171), WDM 필터(182), 광섬유(200)를 차례대로 통과한다. AWG(311)를 통과하면서 역 다중화된 광신호는 광섬유(400)를 지나고, WDM 필터(531)에서 방송 신호와 하향 데이터를 위한 광신호가 분할되어 각각 제 1 광 수신기(521)와 제 2 광 수신기(522)로 전달되어 광전변환된다.
B-밴드의 BLS(161)는 광 서큘레이터(172), WDM 필터(182), 광섬유(200)를 차례대로 통과하고, AWG(311)에서 스펙트럼 분할된다. 스펙트럼 분할된 광신호는 광섬유(400), WDM 필터(531)를 지나 상향의 광 송신기(511)에 주입된다. 상향의 광 송신기(511)에서 출력된 상향의 광신호는 WDM 필터(531), 광섬유(400)를 지나고, AWG(311)에서 다중화된다. 다중화된 상향의 광신호는 광섬유(200), WDM 필터(182), 광 서큘레이터(172) 및 WDM 필터(181)를 차례대로 통과한다. AWG(141)에서 역 다중화된 광신호는 WDM 필터(131)를 지나 상향의 광 수신기(121)에 전달된다.
도 12에서는 하향 방송 신호를 위한 광원에 주입되는 BLS로 F-P LD 상호주입을 이용한 BLS를 사용하기 때문에, 도 7에 도시된 바와 같이 하향 신호를 위한 광원의 노이즈가 매우 낮고, 이를 이용해 데이터와 방송 신호를 동시에 전송함에 있 어 적합하다.
도 13은 본 발명의 데이터와 방송 신호를 하나의 하향 광 송신기로 전송하는 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망이다. 이는 파장 잠김된 F-P LD에 적용하는 방법이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 방송과 통신 서비스를 융합한 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망은 중앙 기지국(Central Office, 이하 CO)(100), 지역노드(Remote Node, 이하 RN)(300) 및 가입자 종단장치(Optical Network Terminal, 이하 ONT)(500)로 구성된다.
CO(100)는 하향 데이터 신호와 방송 신호를 동시에 전송하기 위한 복수의 하향 광 송신기(113), 복수의 상향 광 수신기(121), 복수의 WDM 필터(132), AWG(141), 하향 신호를 위한 광원에 주입되는 A-밴드의 F-P LD 상호주입을 이용한 BLS(151), 상향 신호를 위한 광원에 주입되는 B-밴드 BLS(161), A-밴드와 B-밴드 BLS를 결합하기 위한 2개의 광 서큘레이터(171, 172)와 2개의 WDM 필터(181, 182)로 구성된다.
RN(300)는 AWG(311)로 구성된다.
복수의 ONT(500)는 복수의 상향 광 송신기(511), 방송 서비스와 하향 데이터 서비스의 광신호를 전기적인 신호로 변환하는 복수의 하향 광 수신기(523)로 구성된다.
상기의 구성에서는 하향 데이터를 위한 광원과 방송 신호를 위한 광원으로 하나의 파장 잠김된 광원을 사용하고, 상향 광신호와 하향 광신호의 진행 경로는 도 12의 구성예와 동일하다. 이 때, 하나의 광원에 방송 신호와 데이터 신호를 동 시에 인가하기 위해서 방송 신호의 주파수 대역과 데이터 신호의 주파수 대역을 달리하는 방법을 사용한다.
도 14는 본 발명의 다중화된 하향 광신호에 외부 변조기로 방송 신호를 추가하여 전송하는 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망이다. 이는 파장 잠김된 F-P LD에 적용하는 방법이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 방송 서비스와 통신 서비스를 융합한 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망은 중앙 기지국(Central Office, 이하 CO)(100), 지역노드(Remote Node, 이하 RN)(300) 및 가입자 종단장치(Optical Network Terminal, 이하 ONT)(500)로 구성된다.
도 14는 도 13의 경우와 유사하지만, 도 13에서 방송과 데이터를 동시에 전송하던 복수의 하향의 광 송신기(113) 대신에 복수의 하향의 광 송신기(114)로는 데이터만을 전송하고, 방송 신호는 다중화된 하향의 광신호에 외부 변조기(191)를 이용하여 광 변조시켜 전송하는 것이 차이점이다. 광신호의 진행 경로는 외부 변조기(191)을 제외하고는 도 13의 경우와 동일하다.
도 15는 본 발명의 상향 송신기에 주입시키는 광대역 비간섭성 광원을 외부변조기로 변조시켜 방송 신호를 전송하는 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망이다. 이는 파장 잠김된 F-P LD에 적용하는 방법이다. 도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명의 방송 서비스와 통신 서비스를 융합한 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망은 중앙 기지국(Central Office, 이하 CO)(100), 지역노드(Remote Node, 이하 RN)(300) 및 가입자 종단장치(Optical Network Terminal, 이하 ONT)(500)로 구성된다.
도 13 또는 도 14에서는 하향의 광원에 주입하기 위한 BLS로 F-P LD 상호주입의 BLS를 사용하였는데, 도 15에서는 상향의 광원에 주입되는 BLS로 F-P LD 상호주입의 BLS를 사용한다. 복수의 하향의 광 송신기(114)로는 데이터만을 전송하고, 상향 신호를 위한 광원에 주입되는 F-P LD 상호주입의 BLS(162)는 외부 변조기(192)를 이용하여 방송 신호로 광변조시킨다. 방송 신호로 광변조된 신호는 광 서큘레이터(172), WDM 필터(182) 및 광섬유(200)를 통과하여 AWG(311)에서 역 다중화된다. 역 다중화된 광신호는 광섬유(400), WDM 필터(532)를 통과한 후, 광 분배기(540)에서 분할된 광신호의 일부는 상향 광 송신기(511)에 전달되고, 나머지는 제1 광 수신기(524)로 전달된다. 광 송신기(114)에서 보낸 하향 데이터의 광신호는 제2 광 수신기(525)로 전달되어 전기적인 신호로 변환된다. 광 분배기(540)로는 결합기(Coupler) 등이 사용될 수 있다. 또한, 외부 변조기(192) 대신에 도 11의 직접 변조방식을 이용할 수도 있다.
도 8 내지 도 15에서 공통적으로 적용된 사항은 다음과 같다.
1) F-P LD의 상호주입을 이용한 광대역 비간섭성 광원에서 F-P LD는 비반사 코팅된 것을 사용할 수 있다.
2) 상하향 신호를 위한 광원은 파장 잠김된 F-P LD 또는 외부에서 광대역 비간섭성 광원이 주입된 반도체 광증폭기(Semiconductor Optical Amplifier, SOA)를 사용할 수 있다.
3) 파장분할 다중화기/역 다중화기는 도파로 배열 격자 또는 박막 필터를 사용할 수 있다.
상기 설명한 BLS는 F-P LD의 상호주입을 이용한 것이었으나, 이 외에도 LED나 EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier)를 사용할 수 있다.
광원의 비선형성이 완전히 선형이더라도 전송이 가능한 채널 수는 궁극적으로 RIN과 클리핑(clipping)에 의해서 제한이 되는데, 특히 클리핑에 의해 제한되는 채널 수는 채널 수가 작은 경우는 광 변조지수 (Optical Modulation Index, 이하 OMI)에 반비례하고, 채널 수가 많을 때는 OMI의 제곱에 반비례한다.
도 16은 종래의 RIN = -105.8dB/Hz이고, 채널 수가 25일 때의 OMI에 따른 신호 대 잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio)이다. 이 때, 수신기의 대역폭은 6MHz로 가정하였다. 디지털 데이터 포맷에 따라 요구되는 SNR을 도 17에서 나타내었다. 이는 시스템의 요구조건이 10-9 의 BER인 경우이고, 10-12 의 BER을 위해서는 여기에 1.4dB, 10-15 의 BER을 위해서는 2.4dB 더 높은 SNR이 요구된다. 도 16에서는 광변조지수가 12.6% 일 때, SNR은 15.6dB 보다 높기 때문에 QPSK 전송이 가능하다. 16QAM은 5채널, 64QAM은 2채널, 256QAM은 한 채널 전송이 가능하다.
본 발명의 방법은 기존의 BLS에 비해서 낮은 RIN 값을 갖는 F-P LD의 상호주입을 이용한 BLS를 이용하기 때문에 방송 신호 전송 시 더 많은 채널 수를 보낼 수 있고, QAM(Quadrature Amplitude Modulation)과 같은 높은 신호 대 잡음비가 요구되는 데이터 포맷으로 전송할 수 있다.
도 18에서는 RIN과, 클리핑에 의해서 결정되는 OMI에 따른 SNR을 나타내었다. 이때, F-P LD의 상호 주입을 이용한 BLS의 RIN = -135dB/Hz, 채널 수는 80이 다. 광변조지수가 4.3% 일 때, SNR은 36 dB 이상이기 때문에 256QAM 80채널 신호 전송이 가능하다. 마찬가지로 64QAM, 16QAM, QPSK등에 적용해보면 130채널 이상 전송이 가능하다. 따라서 F-P LD 상호 주입을 이용한 BLS를 WDM-PON에 적용하여 방송 신호를 전송하는 것은 하나의 광원으로 다수의 가입자에게 방송 신호를 전송할 수 있고, 기존의 BLS로는 전송할 수 없었던 채널 수와 높은 SNR이 요구되는 데이터 포맷으로 전송할 수 있다.
이상에서 설명한 내용을 통해 본 업에 종사하는 당업자라면 본 발명의 기술사상을 이탈하지 아니하는 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용만으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의하여 정해져야 한다.
이상에서와 같이 본 발명에 의한 방송과 통신 서비스를 융합한 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망은 데이터 서비스를 위한 망과 방송 서비스를 위한 망을 별도로 구축하기 위한 비용과 그 망을 유지 및 관리하기 위해 소요되는 비용을 절감할 수 있다. 특히, 낮은 RIN 특성을 갖는 페브리 페롯 레이저 다이오드(Fabry-Perot Laser Diode, 이하 F-P LD)의 상호 주입을 이용한 광대역 비간섭성 광원(Broadband Light Source, 이하 BLS)을 이용하여 기존의 BLS로는 전송하기 어려웠던 채널 수와 높은 SNR이 요구되는 데이터 포맷으로 전송하는 것이 가능하다.
또한, 상호 주입된 F-P LD를 이용한 BLS는 소형이므로 가격이 저렴하기 때문에 방송과 통신 서비스를 융합하는 경제적인 WDM-PON 시스템을 구현하는데 있어 효 과적이다.

Claims (14)

  1. 중심 기지국, 지역노드 및 가입자 종단장치를 포함하는 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망에 있어서,
    상기 중심 기지국은,
    복수의 가입자에게 데이터 서비스를 제공하기 위한 광신호를 출력하는 복수의 하향 광 송신기;
    상기 복수의 가입자로부터 전달되는 상향 데이터의 광신호를 수신하여 전기신호로 변환시키는 복수의 상향 광 수신기;
    상기 광신호를 다중화하고, 역 다중화하는 파장분할 다중화기/역 다중화기;
    방송 신호를 인가하기 위해 광변조를 수행하는 변조기; 및
    상기 변조기의 광 변조에 의해 방송 신호가 인가된 방송 신호용 광대역 비간섭성 광원;을 포함하고,
    상기 광대역 비간섭성 광원은 상기 하향 광 송신기의 하향 광원에 주입되지 않은 상태로 다수의 가입자 종단 장치에 위치한 수신기로 전송되는 것을 특징으로 하는 방송 서비스와 통신 서비스를 융합한 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망.
  2. 중심 기지국, 지역노드 및 가입자 종단장치를 포함하는 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망에 있어서,
    상기 중심 기지국은,
    복수의 가입자에게 방송 서비스를 제공하기 위한 광신호를 출력하는 복수의 하향 제 1 광 송신기;
    복수의 가입자에게 데이터 서비스를 제공하기 위한 광신호를 출력하는 복수의 하향 제 2 광 송신기;
    상기의 복수의 가입자로부터 전달되는 상향 데이터의 광신호를 수신하여 전기신호로 변환시키는 복수의 상향 광 수신기;
    상기 광신호를 다중화하고, 역 다중화하는 파장분할 다중화기/역 다중화기;
    상기 파장분할 다중화기/역 다중화기에서 스펙트럼 분할되어 방송 신호를 위한 광원에 주입되는 광대역 비간섭성 광원;
    상기 파장분할 다중화기/역 다중화기에서 스펙트럼 분할되어 하향 데이터 신호를 위한 광원에 주입되는 광대역 비간섭성 광원; 및
    상기 지역노드의 파장분할 다중화기/역 다중화기에서 스펙트럼 분할되어 상향신호를 위한 광원에 주입되는 광대역 비간섭성 광원;
    을 포함하는 방송 서비스와 통신 서비스를 융합한 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망.
  3. 중심 기지국, 지역노드 및 가입자 종단장치를 포함하는 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망에 있어서,
    상기 중심 기지국은,
    복수의 가입자에게 방송 서비스와 데이터 서비스를 제공하기 위한 광신호를 출력하는 복수의 하향 광 송신기;
    상기의 복수의 가입자로부터 전달되는 상향 데이터의 광신호를 수신하여 전기신호로 변환시키는 복수의 상향 광 수신기;
    상기 광신호를 다중화하고, 역 다중화하는 파장분할 다중화기/역 다중화기;
    상기 파장분할 다중화기/역 다중화기에서 스펙트럼 분할되어 하향신호를 위한 광원에 주입되는 광대역 비간섭성 광원; 및
    상기 지역노드의 파장분할 다중화기/역 다중화기에서 스펙트럼 분할되어 상향신호를 위한 광원에 주입되는 광대역 비간섭성 광원;
    을 포함하는 방송 서비스와 통신 서비스를 융합한 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망.
  4. 중심 기지국, 지역노드 및 가입자 종단장치를 포함하는 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망에 있어서,
    상기 중심 기지국은,
    복수의 가입자에게 데이터 서비스를 제공하기 위한 광신호를 출력하는 복수의 하향 광 송신기;
    상기 복수의 가입자로부터 전달되는 상향 데이터의 광신호를 수신하여 전기신호로 변환시키는 복수의 상향 광 수신기;
    상기 광신호를 다중화하고, 역 다중화하는 파장분할 다중화기/역 다중화기;
    상기 파장분할 다중화기/역 다중화기에서 스펙트럼 분할되어 하향신호를 위한 광원에 주입되는 광대역 비간섭성 광원;
    상기 파장분할 다중화기/역 다중화기에서 다중화된 하향 광신호를 방송 신호로 광변조시키는 외부변조기; 및
    상기 지역노드의 파장분할 다중화기/역 다중화기에서 스펙트럼 분할되어 상향 신호를 위한 광원에 주입되는 광대역 비간섭성 광원;를 포함하는 방송 서비스와 통신 서비스를 융합한 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망.
  5. 중심 기지국, 지역노드 및 가입자 종단장치를 포함하는 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망에 있어서,
    상기 중심 기지국은,
    복수의 가입자에게 데이터 서비스를 제공하기 위한 광신호를 출력하는 복수의 하향 광 송신기;
    상기의 복수의 가입자로부터 전달되는 상향 데이터의 광신호를 수신하여 전기신호로 변환시키는 복수의 상향 광 수신기;
    상기 광신호를 다중화하고, 역 다중화하는 파장분할 다중화기/역 다중화기;
    상기 파장분할 다중화기/역 다중화기에서 스펙트럼 분할되어 하향신호를 위한 광원에 주입되는 광대역 비간섭성 광원;
    상기 지역노드의 파장분할 다중화기/역 다중화기에서 스펙트럼 분할되어 상향신호를 위한 광원에 주입되는 광대역 비간섭성 광원; 및
    상기 광대역 비간섭성 광원을 방송 신호로 광변조시키는 변조기;
    를 포함하는 방송 서비스와 통신 서비스를 융합한 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 광대역 비간섭성 광원은 F-P LD의 상호주입을 이용한 광대역 비간섭성 광원인 것을 특징으로 하는 방송 서비스와 통신 서비스를 융합한 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망.
  7. 청구항 2 에 있어서,
    상기 광대역 비간섭성 광원은 F-P LD의 상호주입을 이용한 광대역 비간섭성 광원인 것을 특징으로 하는 방송 서비스와 통신 서비스를 융합한 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망.
  8. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 광대역 비간섭성 광원은 F-P LD의 상호주입을 이용한 광대역 비간섭성 광원인 것을 특징으로 하는 방송 서비스와 통신 서비스를 융합한 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 광대역 비간섭성 광원은 F-P LD의 상호주입을 이용한 광대역 비간섭성 광원인 것을 특징으로 하는 방송 서비스와 통신 서비스를 융합한 파장분할 다중방 식 수동형 광 가입자망.
  10. 청구항 6, 7, 9 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 F-P LD의 상호주입을 이용한 광대역 비간섭성 광원의 F-P LD는 비반사 코팅된 것을 특징으로 하는 방송 서비스와 통신 서비스를 융합한 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망.
  11. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 상하향 신호를 위한 광원은 파장 잠김된 F-P LD 또는 외부에서 광대역 비간섭성 광원이 주입된 반도체 광증폭기(Semiconductor Optical Amplifier, SOA)인 것을 특징으로 하는 방송 서비스와 통신 서비스를 융합한 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 상하향 신호를 위한 광원은 분산형 피드백 레이저 다이오드(Distributed Feedback-Laser Diode, DFB-LD)인 것을 특징으로 하는 방송 서비스와 통신 서비스를 융합한 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망.
  13. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 파장분할 다중화기/역 다중화기는 도파로 배열 격자 또는 박막 필터인 것을 특징으로 하는 방송 서비스와 통신 서비스를 융합한 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망.
  14. 청구항 1 또는 청구항 5 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 방송 신호로 광변조시키는 위해 사용되는 변조기로 외부 변조기 또는 직접변조방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 방송 서비스와 통신 서비스를 융합한 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망.
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