KR20130085559A

KR20130085559A - 광송신기 조정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20130085559A
Application number: KR1020110139259A
Authority: KR
Inventors: 배준기
Original assignee: 에릭슨 엘지 주식회사
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2013-07-30

Abstract

광송신기의 LD 구동을 제어하여 온도와 주입광 세기의 변화에 따라 쇄광비를 일정하게 유지할 수 있는 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명에 의하면, 광송신기에서 광원의 출력 세기를 감시하고, 바이어스 전류를 조절하여 일정한 광 출력을 유지하도록 제어하고, 바이어스 전류의 비율로서 변조 전류를 설정하며, 상기 비율을 온도에 의해 조절한다. 또한 일 광 노드에 구비된 광송신기로부터 출력되는 광신호의 세기를 타 광 노드로부터 전달받은 광신호 또는 주입광의 세기에 따라 조절한다.

Description

광송신기 조정 장치 및 방법{APPARATUS AND MEHOD FOR CONTROLLING OPTICAL TRANSMITTER}

본 발명은 광가입자 전송 시스템에 관한 것으로, 특히 광송신기의 LD(Laser Diode) 구동을 제어하여 온도와 주입광 세기의 변화에 따라 쇄광비(extinction ratio)를 일정하게 유지할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.

파장분할다중 수동형 광 네트워크(WDM-PON : WAVELENGTH DIVISION MULTIPLEXED PASSIVE OPTICAL NETWORK)는 다수의 광 송/수신기로부터 출력되는 서로 다른 파장의 광신호를 파장분할다중화 장치를 이용하여 광섬유를 통해 송수신한다. 파장분할다중 방식을 이용하면 동시에 많은 양의 데이터를 전송할 수 있어 전송 구간 사이의 대역폭을 증가시킬 수 있으며, 다수의 광섬유를 사용하는 대신 하나의 광 섬유를 이용하여 데이터를 전송함으로써 광 선로의 임대비용 및 유지관리 비용을 절약할 수 있는 장점이 있다.

레이저 다이오드(LD)를 포함한 광 전송기기의 제어 설계에 있어서, 광 출력의 0레벨과 1레벨을 최적의 값으로 제어하는 것이 가장 주된 목표라 할 수 있다. 이때, APC(Automatic Power Control)와 AMC(Automatic Modulation Control) 제어 기술이 보편적으로 사용되어 왔다.

APC는 레이저 다이오드의 mPD(monitoring Photo Diode)의 전류에 따라 바이어스(bias) 전류를 제어하여 출력되는 광의 세기를 제어하며, AMC는 온도에 따라 미리 정의된 최적화된 변조 전류(modulation current)로 전류를 제어한다. 나아가, 바이어스 전류에 따라 변조 전류를 제어하는 방법이 제안되기도 하였다.

APC 및 AMC 제어 방법은 온도 및 소자 노화에 따른 일정한 출력과 감쇄율을 보장할 수 있으나, Injection seeding 방식의 광 전송기기처럼 주입광 세기, 온도, 소자의 노화 혹은 그들 모두가 동시에 변경될 때 신호 품질을 유지하기 어렵다는 단점이 있다. 예를 들어, 최적화한 광 전송 모듈에 주입 광의 변화나 온도의 변화, 혹은 그 둘이 동시에 변화할 때는 레이저 다이오드의 LI curve가 변경되며, 이는 crossing point를 변화시켜 신호 지터를 야기하거나, 쇄광비(extinction ratio)를 변화시켜 안정적인 신호 품질을 보장하기 어렵게 만든다. 또한 기존의 APC 제어 회로는 일정 세기의 광을 출력하기에 적합하나, 전송 거리/손실이 일정하지 않은 광가입자 전송시스템에서 광전송거리/광손실에 따라 출력되는 광의 세기를 자동으로 조절할 수 없다.

결론적으로, APC 제어 방식은 바이어스 전류에 따라 출력 신호의 0레벨이 변화하므로 이로 인해 쇄광비가 변하게 된다. 쇄광비를 유지시키기 위해 다양한 방식이 제안되어 왔지만, 이중 온도에 따라 변조 전류를 제어하는 AMC 제어 방식은 외부 주입광의 세기 변화에 따라 쇄광비를 일정하게 유지할 수 없는 문제점 있고, 바이어스 전류에 따라 변조 전류를 제어하는 방식은 온도와 주입광 세기가 동시에 바뀌는 경우 쇄광비를 일정하게 유지할 수 없는 문제점이 있다.

US특허등록번호 6,859,473호(2005.02.22 등록)

본 발명의 목적은 광송신기의 LD 구동을 제어하여 온도와 주입광 세기의 변화에 따라 쇄광비를 일정하게 유지할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 전송 거리/손실이 일정하지 않은 광가입자 전송시스템에서 광전송거리/광손실에 따라 출력되는 광의 세기를 자동으로 조절할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 광송신기의 LD 구동을 제어하여 온도와 주입광 세기의 변화에 따라 쇄광비를 일정하게 유지할 수 있는 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명에 의하면, 광송신기에서 광원의 출력 세기를 감시하고, 바이어스 전류를 조절하여 일정한 광 출력을 유지하도록 제어하고, 바이어스 전류의 비율로서 변조 전류를 설정하며, 상기 비율을 온도에 의해 조절한다. 또한 일 광 노드에 구비된 광송신기로부터 출력되는 광신호의 세기를 타 광 노드로부터 전달받은 광신호 또는 주입광의 세기에 따라 조절한다.

본 발명에 의하면, 온도와 주입광 세기가 동시에 바뀌는 경우 쇄광비를 일정하게 유지할 수 있는 이점이 있다. 또한 전송 거리/손실이 일정하지 않은 광가입자 전송시스템에서 광전송거리/광손실에 따라 출력되는 광의 세기를 자동으로 조절할 수 있는 장점이 있다.

도1은 본 발명이 적용될 수 있는 광가입자 전송시스템의 구성을 도시한 도면.
도2는 본 발명의 실시예에 따라 광송신기의 구성을 도시한 도면.
도3은 본 발명의 실시예에 따라 온도에 따라 요구되는 비례 함수의 변화를 보여주는 도면.
도4는 주입광 세기에 따른 광출력의 변화를 보여주는 도면.
도5는 종래기술 대비 본 발명에 따른 수신 광 신호의 세기를 비교한 도면.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 다만, 이하의 설명에서는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 우려가 있는 경우, 널리 알려진 기능이나 구성에 관한 구체적 설명은 생략하기로 한다.

도1은 본 발명이 적용될 수 있는 광가입자 전송시스템의 구성을 도시한 도면이다.

광가입자 전송시스템(WDM-PON 시스템)은, 중앙 기지국(CO: Central Office)의 광 선로 종단장치(OLT: Optical Line Terminal)(100), 광 송신기(110,310), 광분배기(120), 주입광원(131,132), 광써큘레이터(140), SMF(Single Mode Fiber)(210), 원격노드(RN: Remote Node)(200) 및 광 가입자 종단장치(ONU: Optical Network Unit)(300)를 포함한다.

광 가입자 종단장치(300)에 위치한 광송신기(310)는 주입광원1(131)로부터 전송된 광원을 입력받고, 중앙 기지국(100)에 위치한 광송신기(110)는 주입광원2(132)로부터 광원을 입력받는다. 중앙 기지국(100)의 광송신기(110) 및 광 가입자 종단장치(300)의 광송신기(310)는 각 주입광원(131,132)으로부터 입력되는 광원의 세기 증가로 인한 광출력 신호 세기가 감소하는 현상이 발생한다. 광출력 신호 세기의 감소 현상은 중앙 기지국(100) 및 광 가입자 종단장치(300)에 위치한 광송신기(310,110)에서 모두 발생할 수 있으며, 특히 광 가입자 종단장치(300)에 위치한 광송신기(310)에서 더욱 심하게 발생한다. 이는 중앙 기지국(100)에서 광 가입자 종단장치(300)까지의 거리가 다양하기 때문에 각각의 광 가입자 종단장치(300) 내에 위치한 광송신기(310)에 입력되는 주입광의 세기 분포가 넓기 때문이다.

광가입자 전송시스템(WDM-PON 시스템)에서 사용되는 광송신기(110,310)는 출력 광신호의 품질을 유지하기 위하여 자동 출력 제어(APC) 기술을 사용한다.

도2를 참조하여 광송신기(110,310)의 구성을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

레이저 다이오드(LD)(21)는 LD 구동 회로로부터 인가된 변조 전류 및 바이어스 전류, 주입광(317)에 기초하여 전면부로 소정 광 파워(optical power)를 갖는 광신호를 출력하고, 후면부로도 소정 광 파워(optical power)를 갖는 광신호를 출력한다. 일실시예에 있어서, 전면부로 출력되는 광신호와 후면부로 출력되는 광신호의 광 파워 비율은 9:1일 수 있다. 그러나 레이저 다이오드(21)의 전면부 및 후면부로 출력되는 광신호의 광 파워 비율은 이에 한정되지 않는다. 레이저 다이오드(21)는 순방향 반도체 접합을 능동 매질로 사용하여 광신호를 발생시키는 다이오드로서, 갈륨비소(GaAs) 등이 재료로 이용될 수 있다. 레이저 다이오드(21)는 온도가 높을수록 더 큰 세기의 전류를 필요로 한다.

포토 다이오드(22)는 레이저 다이오드(21)의 후면부로 출력된 광신호를 수신하여 이를 모니터링 전류로 변환한다. 변환된 모니터링 전류는 포토 다이오드(22)가 수신한 광신호의 파워에 비례한다. 따라서, 포토 다이오드(22)는 주입광(201)이 증가하여 레이저 다이오드(21)의 후면부로 출력되는 광신호가 증가할 경우 모니터링 전류도 비례하여 증가한다.

자동 출력 제어(APC) 회로(23)는 포토 다이오드(22)로부터 전달된 모니터링 전류에 기초하여 바이어스 전류를 제어하기 위한 제어신호를 형성한다.

광송신기(20) 내에 포함된 레이저 다이오드(LD)(21)는 포토 다이오드(mPD)(22)와 하나의 패키지(예컨대 TOSA(transmitter optical sub-assembly))로 제작될 수 있는데, 레이저 소자의 전면 거울(mirror)을 이용하여 광신호를 출력하는 동시에 일정 비율의 신호를 후면으로 출력시켜 포토 다이오드(22)가 수신하도록 구성된다. 포토 다이오드(22)는 입력되는 광신호 세기에 비례하는 전류를 출력하는데, 자동 출력 제어(APC) 회로(23)의 제어신호(바이어스 전류를 제어하기 위한 제어신호)에 따라 제어부(24)가 포토 다이오드(22)의 출력 전류량이 항상 일정한 값을 유지하도록 레이저 다이오드(21)에 흐르는 바이어스(bias) 전류량을 조정한다. 예컨대, 레이저 다이오드(21)의 출력 광신호 세기가 기준치보다 높으면 포토 다이오드(22)의 출력 전류도 같이 증가하는데, 자동 출력 제어(APC) 회로(23)의 제어신호에 따라 제어부(24)가 레이저 다이오드(21)로 입력되는 바이어스 전류를 감소시켜 출력 광신호 세기를 기준치로 다시 맞추어준다. 즉, 제어부(24)는 레이저 다이오드(21)로 입력되는 바이어스 전류를 감소시켜 레이저 다이오드(21)의 출력 광신호 세기를 낮추어 포토 다이오드(22)의 출력 전류를 감소시킨다. 반면 레이저 다이오드(21)의 출력 광신호 세기가 기준치보다 낮으면 포토 다이오드(22)의 출력 전류도 함께 감소하는데, 자동 출력 제어(APC) 회로(23)의 제어신호에 따라 제어부(24)는 레이저 다이오드(21)로 입력되는 바이어스 전류를 증가시켜 레이저 다이오드(21)의 출력 광신호 세기를 높여 포토 다이오드(22)의 출력 전류를 증가시킨다.

또한 제어부(24)는 레이저 다이오드(21)에 인가되는 변조 전류를 형성한다. 일실시예에 있어서, 변조 전류는 전송하고자 하는 정보를 포함하는 데이터를 외부로부터 입력받아 레이저 다이오드(21)에서 출력하는 광신호에 실어주기 위한 것이다.

특히 제어부(24)는 바이어스 전류에 비례하여 변조 전류를 제어한다. 이때 바이어스 전류에 대한 변조 전류의 비율을 온도에 따라 변화시킨다. 이와 같이 바이어스 전류에 대한 변조 전류의 비율을 온도에 따라 제어하면 온도와 주입광 세기의 변화에 일정한 쇄광비를 유지할 수 있게 된다.

바이어스 전류에 대한 변조 전류의 비율은 온도에 따라 변화하는데, 온도에 따라 요구되는 비례 함수 K(T)의 변화는 도3과 같다. 제어부(24)는 이 비례 함수 K(T)에 의거하여 바이어스 전류와 변조 전류를 제어한다. 예컨대 레이저 다이오드(21)의 출력 광신호 세기를 맞추기 위한 바이어스 전류(A)를 알면 비례 함수 K(T)에 의거하여 임의의 온도(예컨대 20도)에서 최적의 변조 전류(B)를 산출하여 적용할 수 있다.

도3의 비례 함수 K(T)는 주입광 세기, 온도의 변화에 따라 요구되는 출력광(0dBm)과 쇄광비(13dB)를 유지하기 위한 바이어스 전류와 변조 전류를 측정하고 이로부터 산출한 LD 특성 파라미터로서, 미리 산출되어 저장된다.

또한 제어부(24)는 광전송거리/광손실에 따라 레이저 다이오드(21)의 광 출력 세기를 조절할 수 있다.

따라서 제어부(24)는 레이저 다이오드(21)의 광 출력 세기를 감시하고, 바이어스 전류를 조절하여 일정한 광 출력을 유지하도록 제어하는데, 이때 바이어스 전류의 비율로서 변조 전류를 설정하며, 이 비율은 온도에 의해 조절한다.

Injection seeding 방식을 이용하는 WDM-PON용 광송신기(20)는 도4에 도시된 바와 같이 주입광 세기에 따라 출력되는 광 세기가 변화하는 특성이 있다. 예를 들어, 주입광(201)의 세기가 증가할 경우, 포토 다이오드(22)는 주입광(201)의 영향을 받아 포토 다이오드(22)의 전류가 상대적으로 증가하게 되고, APC 회로(23)의 제어신호에 따라 제어부(24)는 포토 다이오드(22)의 전류를 일정하게 유지시키기 위해 바이어스 전류를 감소시켜 출력 광 세기를 감소시킨다. 반대로, 주입광(201)의 세기가 감소할 경우 포토 다이오드(22)는 주입광(201)의 영향을 받아 포토 다이오드(22)의 전류가 상대적으로 감소하게 되고, APC 회로(23)의 제어신호에 따라 제어부(24)는 포토 다이오드(22)의 전류를 일정하게 유지시키기 위해 바이어스 전류를 증가시켜 출력 광 세기를 증가시킨다. 즉 주입광(201)이 상대적으로 강하게 주입된 광송신기(20)의 출력광을 상대적으로 낮게 조절하며, 주입광(201)이 상대적으로 약하게 주입된 광송신기(20)의 출력광을 상대적으로 강하게 조절한다. 도4는 주입광 세기에 따른 광 출력의 변화를 보인 도면이다. 실험에 사용된 FP-LD는 주입광의 효율을 높이기 위해 전면 무반사 코팅을 하여 0.4%의 전면 반사율을 가진다.

결과적으로 중앙 기지국(CO)과 먼 거리에 위치한 광가입자 종단장치(ONU)의 광송신기는 보다 약한 세기의 광이 주입되어 출력 신호를 강하게 조절하여 중앙 기지국(CO)으로 전송하게 되며, 중앙 기지국(CO)과 가까운 거리에 위치한 광가입자 종단장치(ONU)의 광송신기는 보다 강한 신호의 광이 주입되어 출력 신호를 약하게 조절하여 중앙 기지국(CO) 측으로 전송하게 된다. 이로 인해 중앙 기지국(CO)의 수신단에서는 균일한 세기의 광을 입력받게 되어, 채널간 신호 간섭을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

이처럼 하나의 광 노드(예컨대 CO or ONU)에서 출력되는 광신호의 출력 세기는 다른 광 노드(ONU or CO)로부터 전달받은 광신호의 세기에 따라 조절될 수 있다. 일실시예에 있어서, 광가입자 전송시스템(WDM-PON 시스템)에서 중앙 기지국(CO)이 광가입자 종단장치(ONU)에 소정 파장의 주입광을 전달하면, 광가입자 종단장치(ONU)는 중앙 기지국(CO)으로부터 전달받은 소정 파장의 주입광과 동일한 파장의 광신호를 중앙 기지국(CO)으로 전달하는데, 이때 광가입자 종단장치(ONU)에서 출력되는 광신호의 출력세기는 중앙 기지국(CO)으로부터 전달받은 주입광의 세기에 따라 조절된다. 다른 실시예에 있어서, 광가입자 전송시스템(WDM-PON 시스템)에서 중앙 기지국(CO)이 광가입자 종단장치(ONU)에 광신호를 전달하면, 광가입자 종단장치(ONU)에서 중앙 기지국(CO)으로 전송하는 광신호의 출력세기는 중앙 기지국(CO)으로부터 전달받은 신호광의 세기에 따라 조절된다.

도5는 기존의 고정된 광 출력을 가지는 광 제어 방법과 제안된 방법에 따른 수신 파워 레벨을 비교한 그림이다. 광 단말이 고정된 광 출력(-5 ~ 0dBm)을 가지는 WDM-PON 망을 고려할 때, 삽입 손실 및 전송거리에 따라 7.5dB ~ 13.5dB의 광 경로 손실을 경험하게 되면, 중심국의 수신 파워 레벨은 -18.5 ~ -7.5dBm이 된다. 반면 제안된 광원 제어 구조에서는 경로 손실이 13.5dB에서 7.5dB로 감소함에 따라 주입광 세기 역시 6dB 감소하게 되고, 출력은 -5 ~ 0dBm에서 -8.9 ~ -3.9dBm으로 감소하게 되며(광 출력 세기/주입광 세기 기울기 = -0.65dB/dB 인 경우, 도4 참조), 수신파워 레벨 차는 -18.5 ~ -7.5dB에서 -18.5 ~ -11.4dB로 줄어들게 된다.

상기 방법은 특정 실시예들을 통하여 설명되었지만, 상기 방법은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상기 실시예들을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

본 명세서에서는 본 발명이 일부 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 이해할 수 있는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 점을 알아야 할 것이다. 또한, 그러한 변형 및 변경은 본 명세서에 첨부된 특허청구의 범위 내에 속하는 것으로 생각되어야 한다.

20: 광송신기 21: 레이저 다이오드(LD)
22: 포토 다이오드(mPD) 23: 자동 출력 제어(APC) 회로
24: 제어부

Claims

광송신기 조정 장치로서,
광원; 및
상기 광원의 출력 세기를 감시하고, 바이어스 전류를 조절하여 일정한 광 출력을 유지하도록 제어하고, 바이어스 전류의 비율로서 변조 전류를 설정하며, 상기 비율을 온도에 의해 조절하는 제어부를 포함하는 광송신기 조절 장치.
제1항에 있어서,
일 광 노드에 구비된 상기 광송신기로부터 출력되는 광신호의 세기는, 타 광 노드로부터 전달받은 광신호의 세기에 따라 조절되는, 광송신기 조절 장치.
제1항에 있어서,
일 광 노드에 구비된 상기 광송신기로부터 출력되는 광신호의 세기는, 타 광 노드로부터 전달받은 주입광의 세기에 따라 조절되는, 광송신기 조절 장치.
제3항에 있어서,
상기 광신호는, 상기 주입광과 동일한 파장의 광신호인, 광송신기 조절 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 비율은, 주입광 세기, 온도의 변화에 따라 요구되는 출력광과 쇄광비를 유지하기 위해 측정된 바이어스 전류와 변조 전류로부터 산출된 비례 함수인, 광송신기 조절 장치.
광송신기의 조정 방법으로서,
일 광 노드에 구비된 상기 광송신기로부터 출력되는 광신호의 세기를 타 광 노드로부터 전달받은 광신호 또는 주입광의 세기에 따라 조절하는 단계를 포함하는, 광송신기 조절 방법.
제6항에 있어서,
상기 광송신기에서, 광원의 출력 세기를 감시하고, 바이어스 전류를 조절하여 일정한 광 출력을 유지하도록 제어하고, 바이어스 전류의 비율로서 변조 전류를 설정하며, 상기 비율을 온도에 의해 조절하는 단계를 더 포함하는, 광송신기 조절 방법.
제6항에 있어서,
상기 광신호는, 상기 주입광과 동일한 파장의 광신호인, 광송신기 조절 방법.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 비율은, 주입광 세기, 온도의 변화에 따라 요구되는 출력광과 쇄광비를 유지하기 위해 측정된 바이어스 전류와 변조 전류로부터 산출된 비례 함수인, 광송신기 조절 방법.