KR20170001051A - 시분할다중화 및 파장분할다중화 방식을 적용한 차세대 수동 광 네트워크 종단 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 차세대 수동광가입자망(NG-PON2)에 적용되고 다수의 가입자를 집선하는 ONU에 관한 것으로, 본 발명에 따른 ONU는, 온도 변화에 기초하여 다수의 파장 중 특정 파장의 선택 및 선택의 변경을 할 수 있는 파장 가변 필터 및 파장 가변 레이저 다이오드를 구비함으로써, 다수의 파장 중 특정 파장의 선택 및 선택의 변경이 가능하며, 복수의 가입자 라인 인터페이스를 구비함으로써, 기존의 G.fast와 같은 고속의 xDSL 가입자 라인 또는 기가비트급 이더넷 가입자 라인과 같은 가입자 라인을 다수 수용할 수 있다.
Description
본 발명은 시분할다중화 및 파장분할다중화 방식을 적용한 차세대 수동 광 네트워크(next generation passive optical network ; NG-PON2) 방식을 수용하는 ONU(optical network unit)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수동 광 네트워크(passive optical network ; PON)에 있어서, 국제표준인 ITU-T G.984의 확장된 기가비트급 수동 광 네트워크(gigabit-capable PON ; G-PON) 구조에서 상향 및 하향 40기가비트급의 TWDM-PON 기술을 수용하는 ONU에 관한 것이다.
스마트 디바이스의 폭발적인 보급, 사물 인터넷(internet of things ; IOT) 서비스의 출현, UHD(ultra high definition) 기술을 이용한 IPTV 등 광대역 멀티미디어 수요가 폭발적으로 증가함에 따라 가입자망의 고도화가 통신산업에서 가장 큰 이슈가 되고 있다.
그러나 아직 전 세계 가입자망의 60% 이상이 기존 xDSL 위주의 가입자망이며, 기존 xDSL 위주의 가입자망을 고도화하기 위해서는 기존 구리선을 광케이블로 교체하는 FTTH(fiber to the home) 구축이 필요하다. 가장 경제적인 광가입자망 구성 방식으로는 수동 광 네트워크(PON)가 있다.
도 1은 일반적인 수동 광 네트워크(PON)의 구조를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 수동 광 네트워크(PON)는 하나의 광섬유(Feeder Fiber, 10)를 다수의 가입자가 공동으로 사용하기 위해 전원 공급이 불필요한 광분배기(passive splitter, 2)와 같은 수동소자를 활용하여 다수의 광섬유(Distribution Fiber, 9)로 분기하는 점대다중점(point to multipoint)의 망 구조를 가진다. 이러한 광분배망(Optical Distribution Network ; ODN)의 망측 종단점에는 PON OLT(Optical Line Termination) 시스템(1)이 위치하고, 가입자측 종단점에는 광가입자망 종단장치(Optical Network Termination ; ONT)가 위치한다. 도 1에 도시된 ONT(4 내지 8)는 단일 가입자를 의미하고, ONU(Optical Network Unit, 3)는 아파트와 같이 밀집된 가입자의 인입부에 설치되어 다수 가입자 라인을 집선하는 기능을 수용하는 장비를 지칭한 것으로, 완전한 FTTH 전환 전에 기존의 xDSL 혹은 이더넷 가입자 라인들을 수용하는 다양한 형태로 이루어진다.
FTTH 구축을 위해 가장 경제적인 수동 광 가입자망 기술로는 ITU-T G.984 국제표준인 기가비트급 수동 광 네트워크(G-PON) 방식이 있는데, 이러한 기가비트급 수동 광 네트워크(G-PON) 기술에서는 하향 2.5Gbps/상향 1.25Gbps 전송속도를 제공하고, 새롭게 정의된 GEM(GPON Encapsulation Method) 프레임 구조를 이용해 가변길이 IP 서비스 및 시간분할다중화(TDM) 서비스를 효율적으로 제공할 수 있다. 또한, 기가비트급 수동 광 네트워크(G-PON)는 이동통신망에서 사용하고 있는 ATM(asynchronous transfer mode) 프로토콜을 별도의 오버헤드 없이 전송할 수 있다. 또한, 기가비트급 수동 광 네트워크(G-PON)는 125usec(8kHz) 주기의 프레임 전송 제어를 통해 음성 서비스를 효율적으로 제공할 수 있고, NRZ(non-return-to-zero) 코딩으로 인해서 상대적으로 오버헤드가 적고 효율적인 시스템으로 알려져 있다.
이러한 기가비트급 수동 광 네트워크(G-PON) 기술은 이미 도입되어 활성화되어 있으며, 사업자들은 수동 광 네트워크(PON) 전송거리를 확대하고, 더 많은 가입자를 수용하기 위해서 분배기의 분기 수를 증가시키는 추세이다. 그러나, 하나의 광섬유(feeder fiber)에 32 내지 128분기의 분기 수를 적용하여 사용하면, 가입자당 동시 제공 대역폭은 분기 수에 따라서 18 내지 35Mbps 정도로 제약된다.
따라서, 초광대역화, 융합화, 지능화 등 미래의 IT 인프라 비전을 구현시킬 수 있도록 가입자 당 기가비트급의 대역폭을 제공하는 기술이 필요하다. 특히, CATV 가입자보다 OTT(over-the-top) 가입자가 폭증하고 있고, 3D TV, 스마트 TV의 출현, 4G 스마트폰 보급, UHD 기술적용 제품 출시 등으로 IP 트래픽이 연간 수십 배 증가하고 있어 10Gbps급 광 가입자망 구축이 시급하다. 이를 위한 수동 광 네트워크(PON) 기술로는 ITU-T G.987 국제 표준인 10기가비트급 수동 광 네트워크(10Gigabit-capable PON ; XG-PON) 기술이 있다.
그러나, 대부분의 글로벌 사업자들은, 가입자 서비스를 기가비트급으로 확대하기 위해서 64 내지 128의 가입자에게 10기가비트급의 서비스를 제공하는 것보다는, 기존에 투자된 인프라구조를 극대화하고, 광섬유, 광분배기 등 외부 시설(outside plant ; OSP)를 그대로 사용하면서 서비스 제공속도가 4배 이상 증가한 상하향 40Gbps급의 수동 광 네트워크(PON)로 업그레이드하고자 하는 움직임이 강하다.
그래서, 대부분의 글로벌 사업자들은, 10기가비트급 수동 광 네트워크(XG-PON) 기술의 도입을 보류하고, 40Gbps급의 수동 광 네트워크(PON)로 바로 전환하려고 한다. 그에 따라, 경제적이고 현실적인 이유로 ITU-T G.989에서는 시분할다중화 및 파장분할다중화(time and wavelength division multiplexing ; TWDM) 방식의 수동 광 네트워크(PON)를 차세대 수동 광 네트워크(next generation PON ; NG-PON2) 표준 기술로 채택하였다.
차세대 수동 광 네트워크(NG-PON2)에서는 기존의 수동 광 네트워크(PON) 기술인 OMCI(ONT management control interface)를 동일하게 사용함으로써, 기가비트급 수동 광 네트워크(G-PON) 및 10기가비트급 수동 광 네트워크(XG-PON) 등의 장치를 사용하는 동일 수동 광 네트워크(PON)에 영향을 주지 않도록 하였다.
이를 위해, 기존의 수동 광 네트워크(PON)에서 사용하는 파장과 중첩되지 않는 새로운 파장을 차세대 수동 광 네트워크(NG-PON2)에 할당하였다.
도 2a는 통상적인 수동 광 네트워크에 할당된 파장을 도시한 도면이며, 도 2b는 차세대 수동 광 네트워크(NG-PON2)에 할당된 파장을 상세하게 도시한 도면이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 기존 기가비트급 수동 광 네트워크(G-PON)에는 상향(upstream ; US) 1310nm와 하향(downstream ; DS) 1490nm의 파장이 할당되었고, 10기가비트급 수동 광 네트워크(XG-PON)에는 상향 1270nm, 하향 1577nm의 파장이 할당되었다.
또한, 도 2a에 도시된 바와 같이, 40기가비트급 수동 광 네트워크(NG-PON2)를 위해 상향 및 하향에 각각 파장 4개가 추가 할당되었다. 그래서 ITU-T G.989 국제표준에서는 40기가비트급 수동 광 네트워크(NG-PON2)과 관련하여 상향 파장으로 1524 내지 1540nm의 파장을 할당하였으며, 하향 파장으로 1596 내지 1603nm의 파장을 할당하였다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 40기가비트급 수동 광 네트워크(NG-PON2)에는 상하향 파장이 8개 할당되어 있으며, 기본적으로 채널 1 내지 4가 사용된다. 나머지 채널 5 내지 8은 40기가비트급 수동 광 네트워크(NG-PON2)용으로 추가 선택 가능하며, 또한 모바일 백홀용으로 점대점 파장분할 다중화(WDM) 방식을 선택하여 사용할 수 있도록 하였다.
도 3은 40기가비트급 수동 광 네트워크(NG-PON2) 방식의 OLT와 ONT 간의 통신 구조를 도시한 도면이다.
40기가비트급 수동 광 네트워크(NG-PON2) 시스템은, 기존의 기가비트급 수동 광 네트워크(G-PON) 및 10기가비트급 수동 광 네트워크(XG-PON) 방식의 OLT 및 ONT가 사용하는 동일한 광섬유에 있어서, 64분기 분배기를 통해 연결된 가입자에게 적어도 40Gbps급의 용량(capacity)을 제공해야 한다. 그러나, 실제로 각 가입자에게 40Gbps급의 용량은 불필요하므로, 최대 10Gbps급의 액세스 속도를 제공하면 충분하다.
또한, 40기가비트급 수동 광 네트워크(NG-PON2)는, 하위 호환성(backward compatibility)을 제공해야 하고, 무선 주파수 비디오 오버레이(RF video overlay)를 사용하는 광분배망(ODN)에서도 문제없이 사용할 수 있어야 하며, 외부 광증폭기(outside optical amplifier)를 사용하여 최대 35dBm의 광파워 버짓(optical power budget)을 제공해야 한다.
그에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 40기가비트급 수동 광 네트워크(NG-PON2)에 따른 OLT와 ONT 간의 통신 구조에 있어서, OLT에는 공존 소자(coexistence element ; CE)를 배치하여, 기존에 사용하는 기가비트급 수동 광 네트워크(G-PON), 10기가비트급 수동 광 네트워크(XG-PON) 및 무선 주파수 오버레이(RF overlay) 장치를 동일한 광분배망(ODN)에 연결할 수 있게 하였다.
또한, 40기가비트급 수동 광 네트워크(NG-PON2) 방식의 OLT에는, 10G급 PON MAC을 그대로 사용하고, 다수의 10G급 PON MAC에 할당된 파장별로 파장 가변할 수 있는 광소자를 사용한다. 도 3에는 편의상 파장 4개가 할당된 40기가비트급 수동 광 네트워크(NG-PON2)가 도시되었다.
그리고 40기가비트급 수동 광 네트워크(NG-PON2) 방식의 ONU에는, OLT와 동일한 10G급 PON MAC을 사용하며, 연결된 단말 장치의 수에 따라서 파장을 가변할 수 있도록 파장 가변 광소자를 사용한다.
다수의 파장을 이용하여 하향과 상향의 데이터를 다중화하는 40기가비트급 수동 광 네트워크(NG-PON2)에 있어서, 온도 변화에 기초하여 다수의 파장 중 특정 파장의 선택 및 선택의 변경을 할 수 있는 ONU를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 완전한 FTTH 전환 전에 기존의 G.fast와 같은 고속의 xDSL 가입자 라인 또는 기가비트급 이더넷 가입자 라인과 같은 가입자 라인을 다수 수용할 수 있는 ONU를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시 예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 다수의 하향 파장들 중 특정 하향 파장을 선택하여 수신 데이터 스트림에 대응하는 특정 하향 파장의 광신호를 전기 신호로 변환하고, 다수의 상향 파장들 중 특정 상향 파장을 선택하여, 송신 데이터 스트림에 대응하는 전기 신호를 특정 상향 파장의 광신호로 변환하는 광트랜시버, 특정 상향 파장 및 하향 파장의 선택을 제어하고, 광트랜시버의 온도를 변화시켜 하향 파장 신호 및 상향 파장 신호의 선택이 변경되도록 제어하는 제어부, 광트랜시버로부터 수신한 전기 신호를 패킷 스트림으로 변환하고, 다수의 가입자 측으로부터의 패킷 스트림을 전기 신호로 변환하여 광트랜시버로 전달하는 PON MAC 처리부, 및 PON MAC 처리부와 복수의 가입자 간의 패킷 스트림을 교환하는 집선 스위치를 포함한다.
본 발명은, 온도 변화에 기초하여 다수의 파장 중 특정 파장의 선택 및 선택의 변경을 할 수 있는 파장 가변 필터 및 파장 가변 레이저 다이오드를 구비함으로써, 다수의 파장 중 특정 파장의 선택 및 선택의 변경이 가능하게 된다.
또한, 본 발명은, 복수의 가입자 라인 인터페이스를 구비함으로써, 기존의 G.fast와 같은 고속의 xDSL 가입자 라인 또는 기가비트급 이더넷 가입자 라인과 같은 가입자 라인을 다수 수용할 수 있다.
도 1은 일반적인 수동 광 네트워크(PON)의 구조를 도시한 도면;
도 2a는 통상적인 수동 광 네트워크에 할당된 파장을 도시한 도면;
도 2b는 차세대 수동 광 네트워크(NG-PON2)에 할당된 파장을 상세하게 도시한 도면;
도 3은 40기가비트급 수동 광 네트워크(NG-PON2) 방식에 따른 OLT와 ONT 간의 통신 구조를 도시한 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이더넷 수용 NG-PON2 ONU를 도시한 도면;
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이더넷 수용 NG-PON2 ONU에 실장되는 광트랜시버를 도시한 도면;
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 xDSL 수용 NG-PON2 ONU를 도시한 도면; 및
도 7은 본 발명의 실시 예들에 따른 NG-PON2 ONU의 초기 파장 설정 및 설정된 파장의 변경을 도시한 흐름도이다.
도 2a는 통상적인 수동 광 네트워크에 할당된 파장을 도시한 도면;
도 2b는 차세대 수동 광 네트워크(NG-PON2)에 할당된 파장을 상세하게 도시한 도면;
도 3은 40기가비트급 수동 광 네트워크(NG-PON2) 방식에 따른 OLT와 ONT 간의 통신 구조를 도시한 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이더넷 수용 NG-PON2 ONU를 도시한 도면;
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이더넷 수용 NG-PON2 ONU에 실장되는 광트랜시버를 도시한 도면;
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 xDSL 수용 NG-PON2 ONU를 도시한 도면; 및
도 7은 본 발명의 실시 예들에 따른 NG-PON2 ONU의 초기 파장 설정 및 설정된 파장의 변경을 도시한 흐름도이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "구비"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하거나 구비할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체의 기재에 있어서 일부 구성요소들을 단수형으로 기재하였다고 해서, 본 발명이 그에 국한되는 것은 아니며, 해당 구성요소가 복수 개로 이루어질 수 있음을 알 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
다수의 파장을 이용하여 하향과 상향의 데이터를 다중화하는 40기가비트급 수동 광 네트워크(NG-PON2)에 있어서, 본 발명에 따른 ONU는, 트랜시버의 온도를 변화시켜 다수의 파장 중 특정 파장의 선택 및 선택의 변경이 이루어지도록 함으로써, 광신호의 송수신을 위한 특정 파장을 설정/변경할 수 있다.
본 발명에 따른 ONU는, 다수의 기가급 이더넷 가입자 라인 또는 다수의 DSL 가입자 라인을 수용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이더넷 수용 NG-PON2 ONU를 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 이더넷 수용 NG-PON2 ONU는 광트랜시버(100), 10G급 PON MAC 처리부(110), 집선 스위치(115), 제어부(114), 및 복수의 가입자 라인 인터페이스(116 내지 118)를 구비한다.
NG-PON2 ONU의 각 구성에 대하여 간략하게 설명하면 다음과 같다.
광트랜시버(100)는, 광분배망(ODN)으로부터의 다수의 하향 파장들 중 특정 하향 파장을 선택하고, 수신 데이터 스트림에 대응하는 선택된 특정 하향 파장의 광신호를 전기 신호로 변환하여 10G급 PON MAC 처리부(110)로 전송하고, 다수의 상향 파장들 중 특정 상향 파장을 선택하고, 10G급 PON MAC 처리부(110)로부터의 송신 데이터 스트림에 대응하는 전기 신호를 선택된 특정 상향 파장의 광신호로 변환하여 광분배망(ODN)을 통해 PON OLT 시스템에 전송한다.
10G급 PON MAC 처리부(110)는, TWDM-PON 기능을 가지며, 광트랜시버(100)로부터 수신한 전기 신호를 통해 클럭을 복구하고, 클럭을 이용하여 광트랜시버(100)로부터 수신한 전기 신호를 ITU-T G.989 국제표준에 정의된 TWDM-PON MAC 프로토콜에 의한 10G급 프레임으로 복구한다. 또한, 10G급 PON MAC 처리부(110)는, 복구된 10G급 프레임에 실린 패킷을 복구하고, 복구된 패킷의 헤더 정보를 통해 운용 및 관리(operation and maintenance ; OAM) 패킷은 종단하여 처리하고, 사용자 패킷(패킷 스트림)은 해당 가입자로 전송하기 위해 집선 스위치(115)로 전송한다. 또한, 가입자로부터 망측으로 전송할 상향 데이터의 처리는, 10G급 PON MAC 처리부(110)가 집선 스위치(115)로부터 시간분할다중화된 패킷 스트림을 수신하고, 수신한 패킷의 서비스 우선순위에 따라 광트랜시버(100)로 전송함으로써 이루어진다.
집선 스위치(115)는, 다수의 8 포트 트랜시버(116, 117 및 118)(가입자 라인 인터페이스)와 연동하여 각 이더넷 가입자 라인을 정합하고, 가입자 라인으로부터의 패킷을 10G급 PON MAC 처리부(110)로 전송하며, 10G급 PON MAC 처리부(110)로부터 수신한 10G급 패킷들을 복구하여 해당 가입자 라인으로 전송한다.
제어부(114)는 관련 데이터와 제어 프로그램을 저장하는 플래시(flash) 메모리(111)와 DDR2 메모리(112)를 구비한다. 또한, 제어부(114)는 NG-PON2 ONU의 각 구성을 제어한다. 제어부(114)는 특정 상향 파장 및 하향 파장의 선택을 제어하기 위한 명령 신호 및 광트랜시버(100)의 온도를 변화시켜 상기 하향 파장 신호 및 상향 파장 신호의 선택이 변경되도록 제어하기 위한 명령 신호를 출력한다.
이하에서는 광트랜시버(100), 집선 스위치(115), 제어부(114), 및 10G급 PON MAC 처리부(110)를 순차적으로 상세하게 설명하겠다.
도 5는 광트랜시버(100)를 도시한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 광트랜시버(100)는 WDM 필터(101), 파장 가변 광수신부(107), 포토다이오드부(108), 제한 증폭기(limiting Amplifier)(109), 레이저 다이오드(laser diode) 드라이버(103), 파장 가변 광송신부(102), 파장제어부(104), 및 프로세서(106)를 구비한다. 광트랜시버(100)는 하나의 광트랜시버로 구현되며, NG-PON2 ONU에 실장 및 탈장 가능한 광트랜시버로 개발된다.
광트랜시버(100)의 각 구성에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
WDM 필터(101)는, 광분배망(ODN)으로부터의 다수의 하향 파장들을 각 파장에 따라 분리하고, 특정 상향 파장을 외부로 전송한다.
파장 가변 광수신부(107)는 WDM 필터(101)가 분리한 다수의 하향 파장들 중 특정 하향 파장을 선택하여 수신한다. 이를 위하여, 파장 가변 광수신부(107)는 다수의 하향 파장들 중 특정 하향 파장을 선택하는 파장 가변 필터(tunable filter)를 구비한다.
파장 가변 필터에서는 주변 온도에 따라 파장의 굴절률이 변하게 되며, 그에 의거하여 특정 하향 파장이 선택되고, 또한 다른 파장으로의 변경이 이루어진다. 그러한 파장 가변 필터로는, 폴리머의 온도 변화에 기초하여 파장의 굴절률이 변하는 것으로, 브래그 격자(bragg grating)가 폴리머 도파관(waveguide)에 구비되는 폴리머형 필터, 액정에 가해지는 전압 또는 액정의 온도 변화에 기초하여 파장의 굴절률이 변하는 것으로, 두 반사막 사이를 액정(liquid cryatal)으로 채움으로써 형성된 액정형 필터, 또는 실리콘의 온도 변화에 기초하여 파장의 굴절률이 변하는 실리콘 에탈론형 필터 등을 사용할 수 있다. 실리콘 에탈론형 필터는, 온도에 따른 파장 가변 비율이 0.1nm/℃ 정도이므로, 수 nm 정도로 세밀하게 파장 가변할 수 있다. 또한, 실리콘 에탈론형 필터는 실리콘 표면에 반사막을 증착하여 제작되므로 제작이 용이하고 경제적이며, 실리콘 에탈론형 필터의 삽입 손실이 0.2 내지 0.5 dB로 매우 낮으므로 효율이 좋다는 장점이 있다. 따라서, 파장 가변 수신부(107)의 파장 가변 필터로서, 폴리머형 필터 또는 액정형 필터를 사용하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하기로는 실리콘 에탈론 필터를 사용하는 것이다.
포토다이오드부(108)는 애벌런치 포토다이오드(avalanche photo diode ; APD)와 같이 광신호를 전기 신호로 변환하는 기능을 수행하는 포토다이오드(Photo diode)와 변환된 전기 신호를 증폭하는 기능을 수행하는 전치 증폭기(Trans-impedance amplifier ; TIA)를 포함하여, 파장 가변 수신부(107)가 수신한 광신호를 전기 신호로 변환한다.
제한 증폭기(109)는 포토다이오드부(108)로부터 전기 신호를 받아 안정된 차동모드 전기 신호로 증폭하여, 10G급 PON MAC 처리부(110)로 전송한다.
레이저 다이오드 드라이버(103)는, 10G급 PON MAC처리부(110)로부터 차동모드 전기 신호를 수신하고, DFB-LD와 같은 레이저 다이오드의 구동을 제어한다.
파장 가변 광송신부(102)는, 다수의 상향 파장들 중 특정 상향 파장을 선택하고, 차동모드 전기 신호를 해당 상향 파장의 광신호로 변환하여 WDM 필터(101)로 송신한다.
파장 가변 광송신부(102)는 다수의 상향 파장들 중 특정 상향 파장을 선택하는 파장 가변 레이저 다이오드(tunable LD)를 구비한다.
다수의 상향 파장들 중 특정 상향 파장을 선택하기 위해, 파장 가변 레이저 다이오드는 주변 온도에 따라 발생 파장을 변화시켜 특정 파장을 선택하고, 특정 파장으로 변경이 이루어지도록 한다. 그러한 파장 가변 레이저 다이오드로서는, 반도체 칩 내부에 싱글 모드 스펙트럼을 형성할 수 있는 격자를 형성하고 온도 변화에 기초하여 발생 파장이 변하는 DFB 레이저 다이오드(DFB-LD), DFB 레이저 다이오드(DFB-LD)와 변조기(modulator)를 일체로 접합하여 첩(chirp)이 낮고 장거리 전송이 가능하고 온도 변화에 기초하여 발생 파장이 변하는 변조기 집적 DFB 레이저 다이오드(electro-absorption modulator integrated DFB-LD), 및 DFB 레이저 다이오드의 전면에 필터를 장착하여 첩이 적고 온도 변화에 기초하여 발생 파장이 변하는 첩 관리 DFB 레이저 다이오드(chirp managed DFB-LD) 등을 사용할 수 있다.
프로세서(106)는 파장 가변 광수신부(107)에서 수신된 광신호의 수신세기(received signal strength indication ; RSSI)를 아날로그적으로 검출하여 전압으로 변형해 주는 기능을 수행한다. 변형된 전압을 이용하여 각 ONT에서 송신한 광신호의 세기를 검출할 수 있다.
또한, 파장 가변 소자(102 및 107)의 온도를 제어하기 위해 프로세서(106)는 파장제어부(104)를 제어한다.
파장제어부(104)는, 제어부(114)로부터의 파장 선택 및 파장 선택의 변경을 지시하는 명령 신호를 프로세서(106)를 통해 수신한 후, 파장 가변 광수신부(107)가 특정 하향 파장의 광신호를 선택하도록, 파장 가변 광수신부(107)의 파장 가변 필터의 온도를 제어한다. 또한, 파장제어부(104)는, 파장 가변 광송신부(102)가 특정 상향 파장의 광신호를 선택하도록, 파장 가변 광송신부(102)의 파장 가변 레이저 다이오드의 온도를 제어한다.
집선 스위치(115)는, 각 이더넷 프레임을 찾아서 해당 패킷들의 헤더를 분석하고, CoS(class of service), ToS(type of service) 등에 따른 서비스 우선순위, QoS(quality of service), VLAN(virtual LAN) 해석 등을 수행한 후 요구사항에 따라서 L2 계층 스위칭 처리를 수행한다.
집선 스위치(115)는 L2 헤더에 의한 MAC 목적지 주소에 따라서 패킷 교환을 수행한다. 집선 스위치(115)에서 교환된 패킷들은 각 해당 목적지에 맞는 이더넷 가입자 포트(8 포트 트랜시버(116 내지 118))로 전달되는데, 집선 스위치(115)는 해당 데이터를 IEEE 802.3ae에서 정의하고 있는 1000base-T 방식으로 출력한다.
제어부(114)는, 로컬제어버스를 통해 10G급 PON MAC 처리부(110)와 연결되어, 10G급 PON MAC 처리부(110)를 제어하고 관리한다. 제어부(114)는, 관련 소프트웨어 구동을 위한 휘발성 메모리인 DDR2 메모리(112)와 초기 부팅 프로그램 및 시스템 운용 프로그램이 저장되는 비휘발성 메모리인 플래시 메모리(111)를 구비한다. 도 4에는 도시되어 있지 않지만, NG-PON2 ONU의 운용 콘솔 포트를 제공하기 위해, 제어부(114)에는, 시리얼 통신(RS232c) 드라이브 칩이 포함되고, RS232c 드라이브 칩과 연결된 콘솔 포트가 제공된다.
제어부(114)는, 해당 광섬유(feeder fiber)에 접속된 동일한 파장을 사용하는 ONT 또는 ONU를 등록하는 절차를 수행한다.
전원이 인가되면 제어부(114)는, 미리 설정된 초기값에 따라서 플래시 메모리(111)에 저장된 초기 프로그램을 구동하고, 로컬제어버스를 통하여 10G급 PON MAC 처리부(110)를 초기화한다.
10G급 PON MAC 처리부(110)는, 로컬제어버스를 통한 제어부(114)로부터의 초기 파장 선택 및 파장의 변경에 관한 명령 신호를 직렬 버스(I2C)를 통해 광트랜시버(100)에 전달한다. 그 다음, 로컬제어버스를 통한 제어부(114)의 제어하에, 10G급 PON MAC 처리부(110)는, 광트랜시버(100)로부터 수신한 전기 신호로부터 PON 프레임을 해석하고, NG-PON2 프로토콜에 따라서 사용자 패킷들을 복구한다. 10G급 PON MAC 처리부(110)에서 복구된 이더넷 패킷들은 XAUI 또는 RXAUI 방식으로 출력되어 집선 스위치(115)와 교환된다.
10G급 PON MAC 처리부(110)는, 광트랜시버(100)로부터 전기 신호로 변환된 9.95 Gbps의 비트 스트림을 수신하고, 그로부터 클럭을 추출한다. 또한, 10G급 PON MAC 처리부(110)는, 수신된 비트 스트림을 순방향 에러 정정(forward error correction ; FEC) 방식의 유무에 따라서 FEC 디코딩 처리, 스크램블링, 및 디코딩 처리를 통해 에러 없는 PON 프레임으로 복구하는 기능을 수행하며, PON 프레임 해석 및 해당 PON MAC 프로토콜을 처리한다.
또한, 10G급 PON MAC 처리부(110)는, 상향 패킷을 우선순위에 따라서 스케줄링(scheduling)하여 광트랜시버(100)로 전송한다. 이때 가입자 포트별 속도 제한이 되어 있으면, 10G급 PON MAC 처리부(110)는, 그 속도 한도 내에서 처리하며, 트래픽에 대한 적절한 트래픽 성형(traffic shaping) 기능을 수행한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 xDSL 수용 NG-PON2 ONU를 도시한 도면이다.
현재 국내에서는 xDSL 가입자 라인의 비율이 20% 미만이나, 유럽 등 전 세계에서는 그 비율이 60% 이상이다. 전 세계는 FTTH 구축이 필요하지만, 유적물을 포함하는 고도시에서 땅을 파서 광케이블을 매설하는 것은 법으로 금지되어 있고, 하나의 광라인을 가입자에게까지 포설하는 것은 많은 설치비용이 투입되므로, 대형 사업자들은 FTTH 구축을 회피하고 있다. 따라서, 기존에 설치된 구리선(전화선)을 이용하여 기가급 서비스를 제공할 수 있는 기술이 활발히 개발되고 있다. 그에 따라, ITU-T G.9700 국제 표준에서는 FTTdp(fiber-to-the-distribution point)를 위해서 G.fast 기술을 표준화했다. G.fast 기술은 100m 이내의 거리에 기가급 서비스를 제공할 수 있는 차세대 DSL 기술을 지칭한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 xDSL 수용 NG-PON2 ONU는 광트랜시버(100), 10G급 PON MAC 처리부(210), 제어부(214), 집선 스위치(215), 및 가입자 라인 인터페이스를 구비한다.
도 6에 도시된 광트랜시버(100), 10G급 PON MAC 처리부(210), 집선 스위치(215), 및 제어부(214)는 도 4에 도시된 광트랜시버(100), 10G급 PON MAC 처리부(110), 집선 스위치(115), 및 제어부(114)의 설명에서 자세히 설명한 바 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
가입자 라인 인터페이스는 라인 드라이어부(219 내지 221)와 DSP(digital signal processor) 칩(216 내지 218)을 구비한다.
라인 드라이어부(219 내지 221)는 xDSL 가입자 라인과 접속하는 라인 드라이버(line driver)와 아날로그 신호를 송수신하는 AFE(analog front end)를 구비한다.
DSP 칩(216 내지 218)은, 아날로그 신호와 디지털 신호를 상호 변환할 수 있는 G.fast 변복조 기능을 가지고, 디지털 신호로 변환된 데이터를 GMII(gigabit media independent interface) 또는 SGMII(serial GMII) 방식으로 집선 스위치(215)와 교환한다.
집선 스위치(215)는 가입자 라인 인터페이스와 연동하여, 각 xDSL 가입자 라인을 정합한다.
10G급 PON MAC 처리부(210)에서는 해당 파장에 실려있는 PON 프레임을 해석하여, 정의된 PON 프로토콜에 따라서 사용자 패킷들을 복구한다. 이 복구된 기가비트급 xDSL 패킷들은 XAUI 또는 RXAUI 방식으로 출력되어 집선 스위치(215)와 교환한다.
제어부(214)는 로컬제어버스를 통해 DSP 칩(216 내지 218)을 초기화하고 제어할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예들에 따른 NG-PON2 ONU의 초기 파장 설정 및 설정된 파장의 변경을 도시한 흐름도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, ONU에 초기 전원이 인가되거나 공장 초기화 입력이 인가되면, ONU는 공장 초기화 상태(U1)로 천이한다.
공장 초기화 상태(U1)에서 ONU는 설정된 초기값에 따른 광파장(기본 광파장)을 광트랜시버(100)에 할당한다. 이때, 기본 광파장은 40G급 수동 광 네트워크(NG-PON2)에 할당된 광파장 중 전력소모가 가장 적은 광파장(가장 짧은 파장)이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 공장 초기화 상태(U1)에서 광트랜시버(100)에 광파장이 할당되면, ONU는 등록 상태(U2)로 천이한다.
등록 상태(U2)에서 할당된 광파장을 사용하여 OLT에 ONU가 등록되면, ONU는 동작 상태(U3)로 천이한다.
한편, ONU가 OLT로부터 ONU의 광신호 세기 정보 등을 포함하는 상향 오버헤드 메시지를 수신하는 단계와, ONU가 ONU의 상향 광신호의 세기를 세팅하는 단계와, ONU가 시리얼 번호(serial number ; SN)를 OLT에 송신하고 OLT로부터 시리얼 번호에 고유 아이디(ONU_ID)를 할당받는 단계와, ONU가 ONU의 라운드 트립 지연(round trip delay ; RTD)을 측정하기 위한 측정용 패킷을 OLT에 릴레이하고, OLT가 측정용 패킷으로부터 ONU의 라운드 트립 지연을 측정하여, ONU가 OLT에 의해 고유 아이디(ONU_ID)에 설정된 조정 지연값을 수신하는 단계를 통해 ONU는 OLT에 등록된다.
동작 상태(U3)에서 ONU는 할당된 상향 및 하향 파장을 이용하여 정상적인 송수신기능을 수행한다.
동작 상태(U3)에서 OLT로부터 파장변경 메시지를 수신하면, ONU는, 변경할 파장정보를 저장하고, 동작 상태(U3)에서 등록 상태(U2)로 천이한다. 그 다음, 등록 상태(U2)에서 ONU는 파장변경 메시지를 통해 할당된 광파장을 사용하여 ONU를 OLT에 등록한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
Claims (16)
- 다수의 하향 파장들 중 특정 하향 파장을 선택하여 수신 데이터 스트림에 대응하는 특정 하향 파장의 광신호를 전기 신호로 변환하고, 다수의 상향 파장들 중 특정 상향 파장을 선택하여, 송신 데이터 스트림에 대응하는 전기 신호를 특정 상향 파장의 광신호로 변환하는 광트랜시버;
상기 특정 상향 파장 및 하향 파장의 선택을 제어하고, 상기 광트랜시버의 온도를 변화시켜 상기 하향 파장 신호 및 상향 파장 신호가 변경되도록 제어하는 제어부;
상기 광트랜시버로부터 수신한 전기 신호를 패킷 스트림으로 변환하고, 다수의 가입자 라인으로부터의 패킷 스트림을 전기 신호로 변환하여 상기 광트랜시버로 전달하는 PON MAC 처리부; 및
상기 PON MAC 처리부와 복수의 가입자 라인 간의 패킷 스트림을 교환하는 집선 스위치
를 구비하는 수동 광 네트워크 종단 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 광트랜시버는
상기 다수의 하향 파장들을 각 파장에 따라 분리하고, 상기 특정 상향 파장을 외부로 전송하는 WDM 필터;
상기 제어부의 제어하에, 상기 WDM 필터가 분리한 상기 다수의 하향 파장들 중 상기 특정 하향 파장을 선택하여, 전기 신호로 변환하는 파장 가변 광전변환부; 및
상기 PON MAC 처리부로부터 수신한 전기 신호를 상기 다수의 상향 파장들 중 상기 선택된 특정 상향 파장의 광신호로 변환하는 파장 가변 전광변환부;를 구비하는
수동 광 네트워크 종단 장치.
- 제 2항에 있어서,
상기 파장 가변 광전변환부는
상기 제어부의 제어에 기초하여 상기 특정 하향 파장을 선택하는 파장 가변 필터;
상기 파장 가변 필터에 의해 선택된 상기 특정 하향 파장의 광신호를 전기 신호로 변환하는 포토다이오드;
상기 포토다이오드로부터의 상기 전기 신호를 증폭하는 전치 증폭기; 및
상기 증폭된 전기 신호를 차동모드 전기 신호로 변환하는 제한 증폭기;를 구비하는
수동 광 네트워크 종단 장치. - 제 3항에 있어서,
상기 파장 가변 필터는 주변 온도에 따라 파장의 굴절률이 가변하는
수동 광 네트워크 종단 장치.
- 제 4항에 있어서,
상기 파장 가변 필터는 폴리머형 필터로서, 상기 폴리머형 필터 내부의 폴리머의 온도 변화에 기초하여 상기 특정 하향 파장의 선택 및 선택의 변경이 이루어지는
수동 광 네트워크 종단 장치.
- 제 4항에 있어서,
상기 파장 가변 필터는 액정형 필터로서, 상기 액정형 필터 내부의 액정의 온도 변화에 기초하여 상기 특정 하향 파장의 선택 및 선택의 변경이 이루어지는
수동 광 네트워크 종단 장치.
- 제 4항에 있어서,
상기 파장 가변 필터는 실리콘 에탈론형 필터로서, 상기 실리콘 에탈론형 필터 내부의 실리콘의 온도 변화에 기초하여 상기 특정 하향 파장의 선택 및 선택의 변경이 이루어지는
수동 광 네트워크 종단 장치.
- 제 2항에 있어서,
상기 파장 가변 전광변환부는
상기 제어부의 제어하에 상기 특정 상향 파장을 선택하여, 전기 신호를 상기 선택된 특정 상향 파장의 광신호로 변환하는 레이저 다이오드; 및
상기 레이저 다이오드의 구동을 제어하는 레이저 다이오드 드라이버;를 구비하는
수동 광 네트워크 종단 장치.
- 제 8항에 있어서,
상기 레이저 다이오드는 DFB 레이저 다이오드로서, 상기 DFB 레이저 다이오드의 온도 변화에 기초하여 상기 특정 상향 파장의 선택 및 선택의 변경이 이루어지는
수동 광 네트워크 종단 장치. - 제 8항에 있어서,
상기 레이저 다이오드는 변조기 집적 DFB 레이저 다이오드로서, 상기 변조기 집적 DFB 레이저 다이오드의 온도 변화에 기초하여 상기 특정 상향 파장의 선택 및 선택의 변경이 이루어지는
수동 광 네트워크 종단 장치.
- 제 8항에 있어서,
상기 레이저 다이오드는 첩 관리 DFB 레이저 다이오드로서, 상기 첩 관리 DFB 레이저 다이오드의 온도 변화에 기초하여 상기 특정 상향 파장의 선택 및 선택의 변경이 이루어지는
수동 광 네트워크 종단 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 특정 상향 파장 또는 하향 파장의 선택은 최소 전력 소모의 광파장을 선택함으로써 이루어지는
수동 광 네트워크 종단 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 하향 파장 신호 및 상향 파장 신호가 변경될 경우, 상기 변경된 파장에 대한 정보가 저장되는
수동 광 네트워크 종단 장치.
- 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 집선 스위치와 연동하여 상기 패킷 스트림을 교환하는 가입자 라인 인터페이스를 더 포함하되, 상기 가입자 라인 인터페이스는 복수의 이더넷 가입자 라인과 연동하는
수동 광 네트워크 종단 장치.
- 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 집선 스위치와 연동하여 상기 패킷 스트림을 교환하는 가입자 라인 인터페이스를 더 포함하되, 상기 가입자 라인 인터페이스는 복수의 xDSL 가입자 라인과 연동하는
수동 광 네트워크 종단 장치.
- 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 PON MAC 처리부는 10Gbps급 데이터를 처리하는
수동 광 네트워크 종단 장치.
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