KR101462434B1 - Ｏｆｄｍ 방식을 이용한 ｗｄｍ-ｐｏｎ 시스템 - Google Patents

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Abstract

직교주파수 다중분할(OFDM) 방식의 파장분할 다중방식 수동형 광통신망(WDM-PON) 시스템이 개시된다. 소정 주파수 대역에서 노이즈가 낮은 광신호를 출력하는 광원;
직교주파수 다중분할(OFDM) 방식의 신호를 상기 소정 주파수 대역으로 출력하는 OFDM부; 및
상기 광원이 출력하는 광신호에 상기 OFDM부가 출력하는 OFDM 신호를 변조하는 변조부

Description

ＯＦＤＭ 방식을 이용한 ＷＤＭ-ＰＯＮ 시스템{WDM-PON SYSTEM BY USING OFDM}
본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고속으로 데이터를 송수신하는 파장분할 다중방식 수동형 광통신망(Wavelength Division Multiplexed-Passive Optical Network; 이하, 'WDM-PON'이라 함) 시스템에 관한 것이다.
WDM-PON 시스템은 파장분할 다중화(WDM) 기술을 사용한 수동형 광통신망(PON)으로서, 현재 코어 백본(backbone)에서 널리 사용되고 있는 파장분할 다중화 기술을 광가입자망에 적용한 것이다.
WDM-PON 시스템에서는 한 가닥의 광섬유를 통해 여러 파장의 광신호를 전송하고, 각 가입자는 서로 다른 파장을 사용하여 독립적으로 대역폭을 할당받는다. 가입자마다 상/하향 100Mbps의 속도를 보장받을 수 있으며, 대규모 전송용량을 확보할 수 있고, 확장성이 우수하며, 가입자의 보안성이 강화되는 등 여러 가지 장점이 있다.
도 1은 일반적인 WDM-PON 시스템을 대략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이, 일반적인 WDM-PON 시스템은 중앙기지국(Central Office; 이하, 'CO')(10), 원격노드(Remote Node; 이하, 'RN')(20) 및 가입자단인 복수의 광네트워크유닛(Optical Network Unit; 이하, 'ONU')(30)으로 구성되며, 가간섭성광 또는 비간섭성광이 피더 파이버(feeder fiber; 'FF'라 함)로 주입된다.
도 2는 도 1의 WDM-PON 시스템에서 사용되는 광원의 노이즈 특성을 설명하기 위한 스펙트럼으로서, 상호주입 패브리-페롯 레이저 다이오드(Mutually Injected Fabry-Perot Laser Diode; 'MI F-P LD'라 함)를 광원으로 사용한 경우의 상대강도 노이즈(Relative Intensity Noise; 이하, 'RIN'이라 함) 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도면에 도시된 바와 같이, WDM-PON 시스템에서 주로 사용되는 MI F-P LD(110)는 DC부근과 6GHz 부근에서 높은 노이즈 피크를 가지게 됨을 알 수 있다.
종래의 WDM-PON 시스템에서는, 이러한 RIN 스펙트럼의 노이즈 피크를 피하여 통신하기 위해서, 맨체스터 코딩(Manchester coding)을 하거나, 또는 두개의 노이즈 피크의 간격을 넓히는 등에 대한 연구를 수행하여 왔다.
그러나, 위와 같은 방식은, 고속 데이터 전송에 한계를 보이는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 스펙트럼 효율이 좋은 직교주파수 분할다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; OFDM) 방식을 이용하여 낮은 노이즈 스펙트럼 대역을 통해 데이터를 고속으로 전송하기 위한 WDM-PON 통신 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 중앙기지국(CO)에서 광네트워크유닛(ONU)으로 데이터를 전송하는, 본 발명의 파장분할 다중방식 수동형 광통신망(WDM-PON) 시스템은, 소정 주파수 대역에서 노이즈가 낮은 광신호를 출력하는 광원; 직교주파수 다중분할(OFDM) 방식의 신호를 상기 소정 주파수 대역으로 출력하는 OFDM부; 및 상기 광원이 출력하는 광신호에 상기 OFDM부가 출력하는 OFDM 신호를 변조하는 변조부를 포함한다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 광원은, 상호주입 패브리-페롯 레이저 다이오드(MI F-P LD)인 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 OFDM부는, 입력되는 데이터에 대하여 직교진폭변조(QAM)를 수행하여 디지털 심볼을 출력하는 제1변조부; 상기 디지털 심볼을 병렬로 나열하여, 역고속 푸리에변환(IFFT)을 수행하여 OFDM 신호를 출력하는 IFFT부; 및 상기 IFFT부가 출력하는 OFDM 신호를 소정 주파수 대역으로 상향하는 제2변조부를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제1변조부는, 4QAM을 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제2변조부는, OFDM 신호를 실질적으로 0.65GHz 상향하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 변조부는, 마하젠더 변조기인 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 변조부가 전송하는 광신호를 수신하여 전기신호로 변환하는 광검출부; 및 상기 전기신호로부터 OFDM 신호를 복조하는 역OFDM부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 본 발명은, OFDM 방식 신호를 광신호에 변조하고 RIN이 낮은 대역으로 상향하여 전송함으로써, 효율적으로 신호를 고속으로 전송하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 WDM-PON 시스템을 대략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 WDM-PON 시스템에서 사용되는 광원의 노이즈 특성을 설명하기 위한 스펙트럼이다.
도 3은 본 발명에 따른 WDM-PON 시스템의 일실시예 구성도이다.
도 4는 도 3의 OFDM부의 일실시예 상세 구성도이다.
도 5a는 본 발명의 OFDM부에 의해 생성된 OFDM 신호의 시간영역 파형이다.
도 5b는 도 5a의 주파수영역 스펙트럼이다.
도 6은 도 4의 RF 변조부의 상향주파수의 예를 설명하기 위한 RIN 스펙트럼이다.
도 7은 도 3의 OFDM부의 일실시예 상세 구조도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나, 또는 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나, '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, '포함한다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 WDM-PON 시스템의 일실시예 구성도로서, CO(10)에서 ONU(30)로 방송신호를 전송하는 경우를 나타낸 것이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 WDM-PON 시스템은, CO(10)와, CO(10)와 FF로 연결되는 RN(20), 및 RN(20)과 드랍 파이버(Drop Fiber; 이하 'DF'라 함)로 연결되는 ONU(30)를 포함하여 구성된다.
구체적으로, CO(10)는 광원(11), 변조부(12), 직교주파수 분할다중(Orthogonal Frequency Division Multiplex; 이하, 'OFDM'이라 함)부(13), 파장분할 다중화/역다중화부(14) 및 복수의 송수신부(TRx)(15)를 포함한다. 본 발명의 WDM-PON 시스템에서 OFDM 변조되는 데이터는 ONU(30)로 동일하게 전송되며, 따라서 단방향 전송만 상정하는 것이다.
RN(20)는 파장분할 다중화부/역다중화부(21)를 포함한다.
또한, ONU(30)는 댁내에 제공되는 것으로서, 광검출부(31)와 OFDM부(32)를 포함한다. RN(20)으로부터 역다중화되는 광신호가 복수의 ONU(30)로 전송되고, ONU(30)는 각 가입자의 댁내에 제공되는 것이다.
광원(11)은 예를 들어 MI F-P LD로써, 도 2를 참조로 설명한 바와 같이, 노이즈 피크가 소정 주파수에 존재하고, 그 사이에 낮은 RIN 스펙트럼을 가지는 광신호를 출력한다. OFDM부(13)는 광원(11)의 낮은 RIN 스펙트럼을 가지는 대역의 OFDM 신호를 출력한다. 이하, 도면을 참조로 OFDM부(13)를 상세히 설명한다.
도 4는 도 3의 OFDM부의 일실시예 상세 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 OFDM부(13)는, 직교진폭변조(Quadrature Amplitude Modulation; 이하, 'QAM') 변조부(41), 직렬-병렬 변환부(42), 역고속 푸리에변환(Inverse Fast Fourier Tramsform; 이하, 'IFFT'라 함)부(43), 디지털/아날로그 컨버터(Digital/Analog Converter; 이하, 'D/A'라 함)(44) 및 무선주파수(Radio Frequency; 이하, 'RF'라 함) 변조부(45)를 포함한다.
QAM 변조부(41)는 입력되는 바이너리(binary) 데이터를 직교진폭변조하여 디지털 심볼을 출력한다. QAM은 디지털 신호를 일정량만큼 분류하여 반송파 신호와 위상을 변화시키면서 변조시키는 방식이다.
직렬-병렬 변환부(42)는 이 디지털 심볼을 병렬로 나열하고, IFFT부(43)가 역고속 푸리에변환하여, OFDM 신호가 생성된다.
QAM 변조부(41), 직렬-병렬 변환부(42) 및 IFFT부(43)의 동작에 대해서는, 이미 널리 알려진 OFDM 방식이라 할 것이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 이 외의 다른 구성요소가 OFDM 변조를 위해 사용될 수 있으나, 그 상세한 설명은 생략하는 것으로 한다.
D/A(44)는 IFFT부(43)가 출력한 OFDM 디지털 데이터를 아날로그 신호로 변환하고, RF 변조부(45)는 OFDM 신호를 적절한 주파수 대역으로 상향(up-converting)한다.
이와 같이, RF 변조부(45)를 이용하여 소정 주파수 대역으로 상향하면, 도 2의 노이즈 피크의 사이에 OFDM 신호가 위치하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 QAM 변조부(41)는 4QAM 방식으로 변조하는 것이 바람직하다. 10Gbps 데이터를 4QAM 방식으로 변조하여 전송하는 경우 약 5GHz의 대역폭이 요구되는데, 이는 도 2를 통해 노이즈 피크의 사이 영역에 신호가 존재하도록 하는 대역폭이 됨을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 QAM 변조부(41)는 4QAM 방식으로 변조하며, 이 경우, RF 변조부(45)는 D/A(44)의 출력인 OFDM 신호를 0.65GHz 상향하는 것이 바람직하다. 다만, 이는 예시적인 것으로서, QAM 변조부(41)가 16QAM, 32QAM, 64QAM 등 다양한 레벨로 변조하는 것도 가능하다.
QAM의 레벨이 높아질수록 요구되는 대역폭은 감소하고, 결국 RIN이 줄어들지만, QAM 레벨이 높아지면 파워를 많이 요구하기 때문에, 최적의 QAM 레벨을 찾을 필요가 있다. 또한, QAM 레벨이 높아지는 경우, RF 변조부(45)가 상향하는 주파수 대역은 변경되는 것임은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명하다 할 것이다.
도 5a는 본 발명의 OFDM부에 의해 생성된 OFDM 신호의 시간영역 파형(time-domain waveform)이고, 도 5b는 도 5a의 주파수영역 스펙트럼이다.
예를 들어 10Gbps의 신호를 4QAM 변조하여 OFDM 신호를 생성하면 총 512개의 서브캐리어(subcarrier)가 생성되고 이 서브캐리어간 간격은 약 9.7MHz이다. 따라서, OFDM 신호가 차지하게 되는 총 대역폭은 약 5GHz가 된다.
도 6은 도 4의 RF 변조부의 상향주파수의 예를 설명하기 위한 RIN 스펙트럼이다.
10Gbps 데이터를 4QAM 방식을 이용하여 변조하여 전송하는 경우, 위에서 설명한 바와 같이 약 5GHz의 대역폭이 필요하므로, RIN 스펙트럼에서 약 0.65GHz부터 OFDM 신호가 위치할 때 가장 낮은 RIN을 가지게 됨을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 RF 변조부(45)는 10Gbps의 데이터를 4QAM 방식으로 변조하는 경우, 변조한 OFDM 신호를 0.65GHz 상향한다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
다시 도 3에서, 변조부(12)는 OFDM부(13)가 출력한 상향된 OFDM 신호와, 광원(11)으로부터 광신호를 수신하여, 이를 변조한다. 구체적으로, 광원(11)이 출력하는 광신호는 캐리어 신호로서 동작하며, 캐리어 신호인 광신호에 OFDM 신호가 변조된다. 변조부(12)는, 예를 들어, 마하젠더 변조기(Mach Zhender Modulator; MZM)이다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 광원(11)의 광신호를 캐리어신호로 하여, OFDM 신호를 변조하는 어떠한 형태의 외부 변조기의 사용을 배제하는 것이 아니다.
본 발명의 OFDM부(13)가 출력하는 OFDM 신호를 싣고 있는 광신호는 FF를 통해 RN(20)으로 전송되며, RN(20)의 파장분할 다중화/역다중화부(21)가 역다중화하여 DF를 통해 각각 ONU(30)로 전송한다.
ONU(30)의 광검출부(31)는 예를 들어 포토디텍터(photodetector)이며, 수신하는 광신호를 전기신호로 변환한다. 역OFDM부(32)는 이 전기신호에 포함된 OFDM 신호를 복조한다.
도 5는 도 3의 OFDM부의 일실시예 상세 구조도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 역OFDM부(32)는 아날로그/디지털 컨버터('A/D'라 함)(71), 고속 푸리에변환('FFT'라 함)부(72), 병렬-직렬 변환부(73) 및 QAM 복조부(74)를 포함한다.
광검출부(31)가 출력하는 아날로그 전기신호는 A/D(71)에 의해 디지털 데이터로 변환된다. 변환된 디지털 데이터는 FFT부(72) 및 병렬-직렬 변환부(73)를 거쳐 OFDM 역연산을 수행하여 디지털 심볼을 출력한다.
QAM 복조부(74)는 이 디지털 심볼을 복조하여 바이너리 데이터를 출력한다.
역 OFDM부(32)의 구성 및 동작에 대해서는, 이미 널리 알려진 바와 같다 할 것이므로, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이와 같이, 본 발명의 WDM-PON 시스템에 의하면, 10Gbps의 데이터를 OFDM 방식을 이용하여 고속으로 전송하는 것이 가능하다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
10: CO 20: RN
30: ONU 11: 광원
12: 변조부 13: OFDM부
14, 21: 파장분할 다중화/역다중화부 15: 송수신부
31: 광검출부 32: 역OFDM부
41: QAM 변조부 42: 직렬-병렬 변환부
43: IFFT부 44: D/A
45: RF 변조부 71: A/D
72: FFT부 73: 병렬-직렬 변환부
74: QAM 복조부

Claims (7)

  1. 중앙기지국(CO)에서 광네트워크유닛(ONU)으로 데이터를 전송하는 파장분할 다중방식 수동형 광통신망(WDM-PON) 시스템에 있어서,
    소정 주파수 대역에서 상대강도 노이즈(Relative Intensity Noise)가 낮은 스펙트럼을 갖는 광신호를 출력하는 광원;
    상기 상대강도 노이즈가 낮은 스펙트럼 대역에 OFDM 신호가 위치하도록 상기 소정 주파수 대역으로 OFDM 신호를 상향하여 출력하는 OFDM부; 및
    상기 광신호 및 상기 상향된 OFDM 신호를 변조하는 변조부
    를 포함하는 WDM-PON 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광원은, 상호주입 패브리-페롯 레이저 다이오드(MI F-P LD)인 WDM-PON 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 OFDM부는,
    입력되는 데이터에 대하여 직교진폭변조(QAM)를 수행하여 디지털 심볼을 출력하는 제1변조부;
    상기 디지털 심볼을 병렬로 나열하여, 역고속 푸리에변환(IFFT)을 수행하여 OFDM 신호를 출력하는 IFFT부; 및
    상기 IFFT부가 출력하는 OFDM 신호를 소정 주파수 대역으로 상향하는 제2변조부를 포함하는 WDM-PON 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1변조부는,
    4QAM을 수행하는 WDM-PON 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2변조부는,
    OFDM 신호를 실질적으로 0.65GHz 상향하는 WDM-PON 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 변조부는,
    마하젠더 변조기인 WDM-PON 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 변조부가 전송하는 광신호를 수신하여 전기신호로 변환하는 광검출부; 및
    상기 전기신호로부터 OFDM 신호를 복조하는 역OFDM부를 더 포함하는 WDM-PON 시스템.
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