KR100549783B1 - Wavelength-division-multiplexed passive optical network - Google Patents
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Abstract
파장분할다중방식 수동형 광가입자망에 관하여 개시한다. 본 발명의 시스템은 오류정정부호 인코더를 포함하는 송신기와 오류정정부호 디코더를 포함하는 수신기를 사용하거나, 또는 주기적인 전달특성을 갖는 다중화기 및 역다중화를 사용하거나, 그들을 모두 사용하며, 단일가닥의 광섬유를 이용하여 양방향 통신을 하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면 망의 구조가 간단하며, 경제적이고, 광전력 손실을 줄이며, 비트잡음의 효과를 억제할 수 있고, 수신감도를 개선할 수 있으며, 80 가입자 이상을 수용할 만큼 확장성이 뛰어나며, 간단한 송수신기의 수정으로 디지털 방송서비스를 제공할 수 있다.Disclosed is a wavelength division multiplex passive optical subscriber network. The system of the present invention employs a transmitter comprising an error correcting code encoder and a receiver comprising an error correcting code decoder, multiplexers and demultiplexing having periodic propagation characteristics, or both, using a single strand of Characterized in that the bidirectional communication using the optical fiber. According to the present invention, the structure of the network is simple, economical, reduces optical power loss, can suppress the effects of bit noise, can improve the reception sensitivity, and expands to accommodate more than 80 subscribers, Digital broadcasting service can be provided by simple modification of transceiver.
파장분할다중방식 수동형 광가입자망, 비간섭형 광원, 직접 변조방식, 오류 정정 부호, 주기적 전달특성Wavelength division multiplexing passive optical subscriber network, non-interfering light source, direct modulation, error correction code, periodic transmission
Description
도 1은 종래의 일반적인 파장분할다중방식 수동형 광가입자망의 시스템 구성도;1 is a system configuration diagram of a conventional general wavelength division multiplexing passive optical subscriber network;
도 2 및 도 3은 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 스펙트럼 분할방식을 이용하는 파장분할다중방식 수동형 광가입자망을 설명하기 위한 시스템 구성도;2 and 3 are system configuration diagrams for explaining a wavelength division multiplexing passive optical subscriber network using the spectral division scheme according to the first and second embodiments of the present invention;
도 4 내지 도 6은 상술한 실시예 1 및 2의 기술적 사상을 이용한 양방향 파장분할다중방식 수동형 광가입자망을 설명하기 위한 시스템 구성도들;4 to 6 are system configuration diagrams for explaining a bidirectional wavelength division multiplexing passive optical subscriber network using the technical spirit of the first and second embodiments described above;
도 7은 실시예 5에서 송신기로서 사용된 SLD와 LED의 출력 광스펙트럼을 보여주는 그래프;7 is a graph showing the output light spectrum of SLD and LED used as transmitter in Example 5;
도 8은 실시예 5에서 SMF의 길이가 10km일 때 전송하기 전과 전송 후의 아이 다이아그램;8 is an eye diagram before and after transmission when the length of the SMF in Example 5 is 10 km;
도 9는 상기의 도 8과 같이 신호를 전송하여 측정한 BER을 나타낸 그래프;9 is a graph showing the BER measured by transmitting a signal as shown in FIG. 8 above;
도 10은 상기의 도 8과 같이 신호를 전송하여 측정한 BER을 나타낸 그래프;10 is a graph showing a BER measured by transmitting a signal as shown in FIG. 8 above;
도 11은 본 발명의 실시예들과 같이 다중광출력을 이용하는 스펙트럼 분할방식 파장분할다중방식 수동형 광가입자망에 영향을 미치는 색분산을 정량화하기 위 한 실험구성도와 그 실험구성도를 이용하여 측정한 주파수 응답특성을 나타낸 그래프;FIG. 11 is measured using an experimental schematic diagram and an experimental schematic diagram for quantifying chromatic dispersion affecting a spectral splitting type wavelength division multiplexing passive optical subscriber network using multiple light outputs as in the embodiments of the present invention. Graph showing frequency response characteristics;
도 12는 실시예 5에 의한 양방향 파장분할다중방식 수동형 광가입자망이 도 11과 같이 색분산에 의해 망의 주파수 응답특성이 나빠졌을 경우에 전송거리를 변화시키면서 측정한 전력페널티를 이론선과 함께 도시한 그래프;FIG. 12 shows the power penalty measured with varying transmission distances when the bidirectional wavelength division multiplexing passive optical subscriber network according to Example 5 has a poor frequency response characteristic due to color dispersion as shown in FIG. One graph;
도 13은 실시예 5에 의한 양방향 파장분할다중방식 수동형 광가입자망에 있어서 광섬유의 길이가 20km일 때의 상하향 신호의 BER성능과, 622Mbps 하향신호에 DPCC를 추가하고 155Mbps 상향신호에 BTC(128,120)2을 추가한 경우의 BER 성능을 측정한 그래프;FIG. 13 shows the BER performance of the up-down signal when the optical fiber length is 20 km in the bidirectional wavelength division multiplex passive optical subscriber network according to the fifth embodiment, the DPCC is added to the 622 Mbps downlink signal, and the BTC (128,120) is applied to the 155 Mbps uplink signal. Graph measuring BER performance when 2 was added;
도 14는 실시예 5에 의한 양방향 파장분할다중방식 수동형 광가입자망에 있어서, AWG의 채널간격이 100GHz이고, 하향신호의 전송속도가 622Mbps, SLD의 출력광전력이 2dBm, 수신기의 전송 전 수신감도가 -37dBm일 때 하향신호의 광전력마진을 도시한 그래프;14 shows a bidirectional wavelength division multiplexing passive optical subscriber network according to the fifth embodiment, wherein the channel spacing of the AWG is 100 GHz, the transmission speed of the downlink signal is 622 Mbps, the output optical power of the SLD is 2 dBm, and the reception sensitivity of the receiver is shown in FIG. Is a graph showing the optical power margin of the downlink signal when -37 dBm;
도 15는 실시예 5에 의한 양방향 파장분할다중방식 수동형 광가입자망에 있어서, AWG의 채널간격이 50GHz이고, 하향신호의 전송속도가 622Mbps, SLD의 출력광전력이 2dBm, 수신기의 전송 전 수신감도가 -37dBm일 때 하향신호의 광전력마진을 도시한 그래프; 및Fig. 15 shows a bidirectional wavelength division multiplexing passive optical subscriber network according to the fifth embodiment, wherein the channel spacing of the AWG is 50 GHz, the transmission speed of the downlink signal is 622 Mbps, the output optical power of the SLD is 2 dBm, and the receiver sensitivity before transmission is shown. Is a graph showing the optical power margin of the downlink signal when -37 dBm; And
도 16은 실시예 5에 의한 스펙트럼 분할방식을 이용하는 파장분할다중방식 양방향 파장분할다중방식 수동형 광가입자망을 이용하여 디지털 방송서비스를 제공 하는 경우의 부반송파 다중화된 광신호의 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.FIG. 16 is a graph illustrating a spectrum of a subcarrier multiplexed optical signal when a digital broadcasting service is provided using a wavelength division multiplexing bidirectional wavelength division multiplexing passive optical subscriber network using a spectrum division scheme according to the fifth embodiment.
본 발명은 파장분할다중방식 수동형 광가입자망(Wavelength-division-multiplexed passive optical network, 이하에서 WDM-PON이라 한다.)에 관한 것으로, 특히 스펙트럼 분할방식 비간섭형 광원을 이용하며 단일가닥의 광섬유으로 양방향 통신을 구현할 수 있는 파장분할다중방식 수동형 광가입자망에 관한 것이다.The present invention relates to a wavelength-division-multiplexed passive optical network (hereinafter referred to as WDM-PON), and in particular to a single stranded optical fiber using a spectral division type non-interfering light source. The present invention relates to a wavelength division multiplex passive optical subscriber network capable of implementing bidirectional communication.
최근 인터넷을 비롯한 각종 데이터 서비스 및 멀티미디어 서비스가 급격히 증가함에 따라 장거리 광통신망 뿐만 아니라 가입자망에서도 전송용량의 증대가 요구되고 있다. 가입자망은 고속화와 더불어 옥외 네트웍을 수동형 소자로 구현함으로써 망의 포설 및 유지/관리가 용이하여야 하며, 동시에 경제적으로 구현할 수 있어야 한다. 이러한 요구를 해결하기 위한 방안으로 파장이 서로 다른 광신호를 다른 가입자에게 제공하면서 하나의 광섬유를 이용하여 여러 개의 광신호를 다중화하여 전송하는 WDM-PON이 각광을 받고 있다. WDM-PON은 대용량의 데이터의 전송이 가능하며, 망의 관리 및 유지보수가 용이하고, 확장성이 우수하며, 보안성이 뛰어나다. 나아가, 파장마다 서로 다른 종류의 서비스를 제공할 수 있는 장점을 지니고 있다. Recently, various data services and multimedia services including the Internet are rapidly increasing, and the transmission capacity is required in not only a long distance optical communication network but also a subscriber network. Subscriber network should be easy to install and maintain / manage the network by implementing outdoor network with passive device and at the same time economically. In order to solve this demand, WDM-PON, which provides multiple subscribers with multiple optical signals using one optical fiber while providing optical signals with different wavelengths to other subscribers, has been in the spotlight. WDM-PON is able to transfer large amounts of data, and it is easy to manage and maintain the network, and has excellent scalability and security. Furthermore, each wavelength has an advantage of providing different kinds of services.
이러한 WDM-PON을 구현함에 있어 우선적으로 고려되어야 할 사항은 경제성이다. 이를 위하여 광원, 광신호의 변조방식, 가입자망의 구조 그리고 기존에 다수 포설된 일반적인 단일모드 광섬유(Conventional Single Mode Fiber, 이하에서 SMF라고 한다)의 활용방안이 무엇보다 중요하다. 또한, 저가의 광원을 사용하더라도 고속, 장거리 전송이 가능해야 하며, 뛰어난 확장성을 가져야 한다. In implementing such WDM-PON, the first consideration is economics. For this purpose, the light source, the modulation method of the optical signal, the structure of the subscriber network, and the utilization method of conventional single mode fiber (hereinafter referred to as SMF) that are widely installed are important. In addition, high-speed, long-distance transmission should be possible even with low-cost light sources, and should have excellent scalability.
도 1은 종래의 일반적인 WDM-PON의 시스템 구성도이다.1 is a system configuration diagram of a conventional WDM-PON.
도 1을 참조하면, 중앙기지국(Central office)에서 N개의 송신기는 서로 다른 파장의 광출력을 내며, 이 신호들은 다중화기(Multiplexer)에 의해 다중화된다. 다중화된 신호들은 하향 광섬유를 거쳐 지역기지국(Remote node)에서 역다중화기(Demultiplexer)에 의해 역다중화되고 각 파장의 광신호들은 서로 다른 가입자에게 전달되어 수신된다. 반대로, 상향신호는 서로 다른 파장을 가진 송신기를 구동한 후 추가의 다중화기/역다중화기, 상향 광섬유를 사용하여 가입자로부터 중앙기지국으로 전달된다. Referring to FIG. 1, in a central office, N transmitters output light output of different wavelengths, and these signals are multiplexed by a multiplexer. The multiplexed signals are demultiplexed by a demultiplexer at a local node through a downlink fiber, and the optical signals of each wavelength are transmitted to and received from different subscribers. Conversely, the uplink signal is transmitted from the subscriber to the central base station using an additional multiplexer / demultiplexer, uplink fiber after driving transmitters with different wavelengths.
일반적인 종래의 기술은 상향방향이던 하향방향이던 가입자마다 파장이 서로 다른 분산궤환레이져(Distributed FeedBack laser, DFB-laser)를 제공하여 각 신호를 구동한 후 복수개의 다중화기/역다중화기를 이용하여 광신호들을 전달하였으며, 광섬유 한가닥으로 단방향 전송을 함으로써 두 가닥의 광섬유를 필요로 하였다. 한편, 한 가닥의 광섬유를 사용하여 양방향 통신을 하기 위해서는 상향 광신호와 하향 광신호에 사용되는 파장을 모두 구분해야 하므로 인터리브(interleave)또는 대역통과여과기(Optical bandpass filter, 이하 OBPF라고 한다.) 등과 같은 광필터가 추가적으로 필요로 하였다. In general, the conventional technology provides a distributed feedback laser (DFB-laser) having a different wavelength for each subscriber, whether in the up or down direction, and drives each signal, and then uses an optical signal using a plurality of multiplexers / demultiplexers. The two-way optical fiber was required by unidirectional transmission to one fiber. On the other hand, in order to bidirectional communication using a single fiber, it is necessary to distinguish both the wavelengths used for the uplink and downlink optical signals, so it is called an interleave or an optical bandpass filter (hereinafter referred to as OBPF). The same optical filter was additionally needed.
즉, 도 1과 같은 시스템은 각 가입자마다 서로 다른 파장을 가지는 광원을 제공해야 하므로 사용되는 광소자들의 대량생산이 힘들며, 두 가닥의 광섬유가 필요하거나 OBPF와 같은 추가적인 광소자들이 필요하게 되므로 경제적인 WDM-PON을 구현하는데 어려움이 많았다. That is, the system as shown in FIG. 1 has to provide a light source having a different wavelength for each subscriber, so it is difficult to mass-produce optical devices used, and it is economical because two optical fibers are needed or additional optical devices such as OBPF are required. Difficulties in implementing WDM-PON.
한편, WDM-PON을 경제적으로 구현하기 위하여 일반적인 저출력의 LED, 고출력 발광다이오드(Superluminescent diode, 이하에서 SLD라 한다.), 자연방출광(Amplified spontaneous emission, 이하에서 ASE라 한다.)과 같은 넓은 파장대역을 가지는 비간섭형 광원(incoherent light source)을 스펙트럼 분할(Spectrum-slicing)하여 전송하는 방식이 제안 된 바 있다. 이러한 스펙트럼분할 방식의 WDM-PON의 큰 장점은 각 가입자에게 동일한 사양의 광원을 제공할 수 있으므로 광소자의 대량생산이 용이한 장점을 가지고 있다. 또한, 광원이 비간섭형 특성을 지니고 있으므로 누화에 강하며, 온도에 의해 LED의 광스펙트럼이 변화되거나, 파장 분할 소자인 AWG의 특성이 변화되더라도 WDM-PON 내의 신호의 성능 저하가 작다. On the other hand, in order to economically implement WDM-PON, a wide wavelength such as a general low power LED, a high output light emitting diode (hereinafter referred to as SLD), and amplified spontaneous emission (hereinafter referred to as ASE). A method of transmitting spectrum-slicing and transmitting an incoherent light source having a band has been proposed. The great advantage of the spectrum division type WDM-PON is that the light source of the same specification can be provided to each subscriber, so the mass production of the optical device is easy. In addition, since the light source has non-interfering characteristics, it is resistant to crosstalk, and even if the light spectrum of the LED is changed by temperature or the characteristics of the AWG, which is a wavelength dividing element, are reduced, the signal degradation in the WDM-PON is small.
그러나 종래의 LED를 이용한 스펙트럼 분할 방식 WDM-PON은 광출력이 작고, 변조속도가 느리기 때문에 전송 속도가 10Mbps이하로 제한되는 단점을 가지고 있으며, 분산효과를 억제하기 위하여 가입자당 하나의 파장에 해당하는 광출력을 이용하므로 광전력마진(Optical power margin, POPM)이 부족하였다[참고문헌: M. H. Reeve, A. R. Hunwicks, S. G. Methley, L. Bickers, and S. Hornung, "LED spectral slicing for single-mode local loop application," Electron. Lett., vol. 24, pp. 389-390, Mar. 1988.]. However, the conventional WDM-PON spectrum splitting method using LED has the disadvantage that the transmission speed is limited to 10Mbps or less because of the small light output and low modulation rate, and corresponding to one wavelength per subscriber to suppress the dispersion effect. The use of optical power led to a lack of optical power margin (P OPM ) [Ref: MH Reeve, AR Hunwicks, SG Methley, L. Bickers, and S. Hornung, “LED spectral slicing for single-mode local loop application, " Electron. Lett. , vol. 24, pp. 389-390, Mar. 1988.].
그리고, SLD를 스펙트럼 분할하는 전송방식은 LED보다 상대적으로 광출력이 커져 155Mbps의 고속 전송이 가능해졌으나, 광전력마진이 부족할 뿐만 아니라 비트잡음에 의한 신호의 열화로 인해 추가적인 OBPF, 광증폭기가 존재하더라도 더 이상의 고속화가 어려우며, ASE를 스펙트럼 분할하는 전송방식은 500 Mbps의 고속통신을 하기 위해서 고가의 외부변조기(External modulator), 광증폭기(Optical amplifier), 다수의 OBPF가 필요하므로 저렴한 WDM-PON을 구현하는 데 한계가 있었다[참고문헌: D. K. Jung, S. K. Shin, C. H. Lee, and Y. C. Chung, "Wavelength-division-multiplexed passive optical network based on spectrum slicing techniques," IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 10, pp. 1334-1336, June 1998.]. 또한, 스펙트럼 분할 광원에서 발생하는 광비트 잡음과 광섬유 내의 색분산, 그리고 광소자들의 손실에 따른 광전력마진의 감소로 인해 단방향 전송시에도 전송거리가 10km 이하, 최대 확보할 수 있는 가입자수는 15 이내로 제한되었다. In addition, the transmission method of spectral segmentation of SLD has a higher light output than LED, which enables high-speed transmission of 155 Mbps. However, the optical power margin is not enough and additional OBPF and optical amplifier exist due to signal degradation due to bit noise. It is difficult to further increase the speed, and the transmission method that spectrum-divides ASE requires expensive external modulator, optical amplifier, and multiple OBPFs for high-speed communication at 500 Mbps, thereby implementing inexpensive WDM-PON. [Ref .: DK Jung, SK Shin, CH Lee, and YC Chung, "Wavelength-division-multiplexed passive optical network based on spectrum slicing techniques," IEEE Photon. Technol. Lett ., Vol. 10, pp. 1334-1336, June 1998.]. In addition, the transmission distance is less than 10km and the maximum number of subscribers can be secured even in one-way transmission due to the optical bit noise generated by the spectral split light source, the color dispersion in the optical fiber, and the reduction of optical power margin due to the loss of optical devices. Was limited to.
한편, 전기적인 신호를 광신호로 변환하는 방식에는 직접변조방식과 외부변조방식의 두 가지 방식이 있는데, 이 중에서 광원을 직접 변조하는 방식을 사용함으로써 송신단을 간단하게 하고, 광가입자망의 구조 측면에서 사용하는 추가적인 소자를 제거함으로써 망의 복잡도를 줄이고, 망의 유지/관리를 쉽게 할 수 있다. 하지만, 이 경우에도 기존에 다수 포설된 단일모드 광섬유를 그대로 이용하여 양방 향 전송을 함으로써 광섬유 사용효율을 높이면서 광가입자망의 실질적인 설치를 용이하게 할 필요성이 있다. On the other hand, there are two methods of converting an electrical signal into an optical signal, a direct modulation method and an external modulation method. Among them, a method of directly modulating a light source simplifies a transmitting end and provides an optical subscriber network structure. Eliminating the additional devices used in the network reduces the complexity of the network and makes it easier to maintain and manage the network. However, even in this case, there is a need to facilitate the practical installation of the optical subscriber network while increasing the efficiency of using the optical fiber by using bidirectional transmission of the existing single-mode optical fiber as it is.
상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 기술적 과제는, 비간섭형 광원을 직접변조하면서도 비트 잡음과 광섬유내의 분산의 영향을 억제시켜 고속통신을 수행하며, 충분한 광전력마진을 확보함으로써 단일모드광섬유로 장거리 전송이 가능하고, 80 채널 이상의 가입자를 확보할 수 있으며, 단일가닥의 광섬유를 이용하여 양방향 통신함으로써 성능이 우수하고 경제적인 파장분할다중방식 수동형 광가입자망을 제공하는 데 있다.
The technical problem of the present invention for solving the above-described problems of the prior art, while directly modulating the non-interfering light source, while performing the high-speed communication by suppressing the influence of bit noise and dispersion in the optical fiber, by ensuring a sufficient optical power margin It is possible to provide long-distance transmission with mode optical fiber, secure subscribers over 80 channels, and provide superior performance and economical wavelength division multiplex passive optical subscriber network by bidirectional communication using single fiber.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제1 예에 따른 스펙트럼 분할방식을 이용하는 파장분할다중방식 수동형 광가입자망은: 적어도 어느 하나에는 오류정정부호 인코더를 포함하며 각각 비간섭형 광원을 직접 변조하여 광신호를 출력하는 송신기들과, 상기 송신기들로부터 출력된 광신호들을 다중화하는 수동형 파장분할다중화기를 포함하여 이루어지는 송신단과; 상기 다중화된 신호를 역다중화하는 수동형 파장분할역다중화기와, 적어도 어느 하나에는 상기 오류정정부호 인코더와 대응되는 오류정정부호 디코더를 포함하며 상기 역다중화된 광신호를 각각 수신하여 전기신호로 변환하는 수신기들을 포함하여 이루어진 수신단과; 상기 파장분할 다중화기와 상기 파장분할역다중화기를 연결하는 광섬유가 구비되는 것을 특징으로 한다.The wavelength division multiplexing passive optical subscriber network using the spectral splitting method according to the first example of the present invention for achieving the above technical problem comprises: at least one of which includes an error correcting code encoder and modulates each non-interfering light source directly A transmitter comprising a transmitter for outputting an optical signal and a passive wavelength division multiplexer for multiplexing the optical signals output from the transmitters; A passive wavelength division demultiplexer for demultiplexing the multiplexed signal, and at least one receiver includes an error correcting code decoder corresponding to the error correcting code encoder and receives the demultiplexed optical signal and converts the demultiplexed optical signal into an electrical signal Receiving end consisting of; An optical fiber connecting the wavelength division multiplexer and the wavelength division multiplexer is provided.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제2 예에 따른 스펙트럼 분할방식을 이용하는 파장분할다중방식 수동형 광가입자망은: 비간섭형 광원을 직접 변조하여 광신호를 출력하는 송신기들과, 주기적인 전달특성을 갖으며 상기 송신기들로부터 출력된 광신호들을 다중화하는 수동형 파장분할다중화기를 포함하여 이루어진 송신단과; 주기적인 전달특성을 갖으며 상기 다중화된 신호를 역다중화하는 수동형 파장분할역다중화기와, 상기 역다중화된 광신호를 수신하여 전기신호로 변환하는 수신기들을 포함하여 이루어진 수신단과; 상기 파장분할다중화기와 상기 파장분할역다중화기를 연결하는 광섬유가 구비되는 것을 특징으로 한다.A wavelength division multiplexing passive optical subscriber network using a spectral splitting method according to a second example of the present invention for achieving the above technical problem comprises: transmitters for directly modulating a non-interfering light source and outputting an optical signal, and periodic transmission A transmitter having a characteristic and comprising a passive wavelength division multiplexer for multiplexing optical signals output from the transmitters; A receiver comprising a passive wavelength division demultiplexer having a periodic transmission characteristic and demultiplexing the multiplexed signal, and receivers receiving the demultiplexed optical signal and converting the demultiplexed optical signal into an electrical signal; An optical fiber connecting the wavelength division multiplexer and the wavelength division multiplexer is provided.
이 때, 상기 송신기는 오류정정부호 인코더를 포함하고, 상기 수신기는 상기 오류정정부호 인코더와 대응되는 오류정정부호 디코더를 포함하는 것을 특징으로 한다.In this case, the transmitter includes an error correcting code encoder, and the receiver includes an error correcting code decoder corresponding to the error correcting code encoder.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제3 예에 따른 스펙트럼 분할방식을 이용하는 양방향 파장분할다중방식 수동형 광가입자망은: In order to achieve the above technical problem, a bidirectional wavelength division multiplexing passive optical subscriber network using a spectrum division method according to a third example of the present invention is:
중앙기지국에는: 비간섭형 광원을 직접 변조하여 광신호를 출력하는 다수의 제1 송신기들과; 주기적인 전달특성을 갖으며 상기 제1 송신기들로부터 출력된 광신호들을 다중화하는 수동형 파장분할다중화기와; 주기적인 전달특성을 갖으며 다중화된 신호를 역다중화하는 수동형 파장분할역다중화기와; 상기 역다중화된 광신호를 수신하여 전기신호로 변환하는 제1 수신기들과; 상기 파장분할다중화기 및 상 기 파장분할역다중화기와 광학적으로 연결되는 제1 광순환기가 설치되며, The central base station includes: a plurality of first transmitters for directly modulating a non-interfering light source and outputting an optical signal; A passive wavelength division multiplexer having a periodic transmission characteristic and multiplexing optical signals output from the first transmitters; A passive wavelength division multiplexer having periodic transmission characteristics and demultiplexing the multiplexed signal; First receivers for receiving the demultiplexed optical signal and converting the optical signal into an electrical signal; A first optical cycler optically connected to the wavelength division multiplexer and the wavelength division multiplexer,
지역기지국에는: 광섬유를 통해 상기 제1 광순환기와 광학적으로 연결되는 다중화기/역다중화기가 설치되고, The local base station is provided with a multiplexer / demultiplexer optically connected to the first optical circulator via an optical fiber,
가압자단들 각각에는; 상기 다중화기/역다중화기와 광학적으로 연결되는 제2 광순환기와; 상기 제2 광순환기에 광학적으로 연결되며 비간섭형 광원을 직접 변조하여 광신호를 출력하는 제2 송신기와; 상기 제2 광순환기에 광학적으로 연결되며 상기 역다중화된 광신호를 수신하여 전기신호로 변환하는 제2 수신기가 설치되는 것을 특징으로 한다.Each of the pressurized clusters; A second optical cycler optically coupled to the multiplexer / demultiplexer; A second transmitter optically coupled to the second optical circulator and outputting an optical signal by directly modulating a non-interfering light source; And a second receiver optically connected to the second optical circulator and configured to receive the demultiplexed optical signal and convert the optical signal into an electrical signal.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제4 예에 따른 스펙트럼 분할방식을 이용하는 양방향 파장분할다중방식 수동형 광가입자망은: In order to achieve the above technical problem, a bidirectional wavelength division multiplexing passive optical subscriber network using a spectral division scheme according to a fourth example of the present invention is:
중앙기지국에는: 비간섭형 광원을 직접 변조하여 광신호를 출력하는 다수의 제1 송신기들과; 주기적인 전달특성을 갖으며 상기 제1 송신기들로부터 출력된 광신호들을 다중화하는 수동형 제1 파장분할다중화기와; 주기적인 전달특성을 갖으며 다중화된 신호를 역다중화하는 수동형 제1 파장분할역다중화기와; 상기 역다중화된 광신호를 수신하여 전기신호로 변환하는 제1 수신기들과; 상기 파장분할다중화기 및 상기 제1 파장분할역다중화기와 광학적으로 연결되는 제1 광순환기가 설치되며,The central base station includes: a plurality of first transmitters for directly modulating a non-interfering light source and outputting an optical signal; A passive first wavelength division multiplexer having a periodic transmission characteristic and multiplexing optical signals output from the first transmitters; A passive first wavelength division multiplexer having a periodic transmission characteristic and demultiplexing the multiplexed signal; First receivers for receiving the demultiplexed optical signal and converting the optical signal into an electrical signal; A first optical cycler optically connected to the wavelength division multiplexer and the first wavelength division multiplexer;
지역기지국에는: 주기적인 전달특성을 갖으며 광신호들을 입력받아 다중화하는 수동형 제2 파장분할다중화기와; 주기적인 전달특성을 갖으며 다중화된 신호를 역다중화하는 수동형 제2 파장분할역다중화기와; 상기 제2 파장분할다중화기 및 상기 제2 파장분할역다중화기와 광학적으로 연결되고, 상기 제1 광순환기와 광학적으 로 연결되는 제2 광순환기가 설치되며, The local base station includes: a passive second wavelength division multiplexer having periodic transmission characteristics and receiving and multiplexing optical signals; A passive second wavelength division multiplexer having periodic transmission characteristics and demultiplexing the multiplexed signal; A second optical cycler optically connected to the second wavelength division multiplexer and the second wavelength division multiplexer and optically connected to the first optical cycler,
가압자단들 각각에는; 상기 제2 다중화기에 광학적으로 연결되며 비간섭형 광원을 직접 변조하여 광신호를 출력하는 제2 송신기와; 상기 제2 역다중화기에 광학적으로 연결되며 역다중화된 광신호를 수신하여 전기신호로 변환하는 제2 수신기가 설치되는 것을 특징으로 한다.Each of the pressurized clusters; A second transmitter optically coupled to the second multiplexer and directly modulating a non-interfering light source to output an optical signal; And a second receiver optically connected to the second demultiplexer and receiving a demultiplexed optical signal and converting the optical signal into an electrical signal.
이 때, 상기 제1 송신기들로부터 선택된 적어도 어느 하나의 제1 송신기들과, 상기 제2 송신기들로부터 선택된 적어도 어느 하나의 제 제2 송신기들에는 오류정정부호 인코더가 포함되고; 상기 제1 수신기들로부터 선택된 적어도 어느 하나의 제1 수신기들과, 상기 제2 수신기들로부터 선택된 적어도 어느 하나의 제2 수신기들에는 상기 오류정정부호 인코더와 대응되는 오류정정부호 디코더가 포함되는 것을 특징으로 한다.Wherein at least one of the first transmitters selected from the first transmitters and at least one second transmitters selected from the second transmitters includes an error correcting code encoder; At least one first receiver selected from the first receivers and at least one second receiver selected from the second receivers include an error correcting decoder corresponding to the error correcting encoder. It is done.
나아가, 상기 제1 송신기들로부터 선택된 적어도 어느 하나의 제1 송신기들에는 분산전치보상회로가 포함되는 것을 특징으로 한다.Furthermore, at least one first transmitter selected from the first transmitters may include a distributed predistortion circuit.
이하에서, 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[실시예 1]Example 1
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 스펙트럼 분할방식을 이용하는 WDM-PON을 설명하기 위한 시스템 구성도이다.2 is a system configuration diagram for explaining a WDM-PON using a spectrum division scheme according to a first embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제 1실시예에 따른 스펙트럼 분할방식을 이용하는 WDM-PON은, 송신기(transmitter)들과 수동형 파장분할다중화기를 포함하는 송신단과, 수신기(receiver)들과 수동형 파장분할역다중화기를 포함하는 수신단과, 파장분할다중화기와 파장분할역다중화기를 연결하는 광섬유가 구비된다. Referring to FIG. 2, a WDM-PON using a spectrum division scheme according to a first embodiment of the present invention includes a transmitter including receivers and a passive wavelength division multiplexer, receivers, and passive wavelength division. A receiving end including a demultiplexer and an optical fiber connecting the wavelength division multiplexer and the wavelength division demultiplexer are provided.
송신기들은 LED, SLD 또는 반도체형 광증폭기(SOA)에 의해 발생된 광선폭이 40nm보다 넓은 비간섭형 광원을 직접 변조하여 광출력을 송신한다. Transmitters transmit light output by directly modulating a non-interfering light source having a beam width greater than 40 nm generated by an LED, SLD or semiconductor optical amplifier (SOA).
다중화기는 송신기들로부터 출력된 광신호들을 다중화시켜 출력한다.The multiplexer multiplexes and outputs optical signals output from transmitters.
광섬유는 송신단에서 출력된 다중화된 광신호를 역다중화기로 전송한다. The optical fiber transmits the multiplexed optical signal output from the transmitter to the demultiplexer.
역다중화기는 광섬유를 통하여 수신되어진 다중화된 신호를 각각 파장별로 역다중화시켜 출력한다.The demultiplexer demultiplexes the multiplexed signal received through the optical fiber for each wavelength and outputs the demultiplexed signal.
수신기들은 포토 다이오드(photo diode, 이하에서 PD라 한다.) 또는 애브란치 포토 다이오드(avalanche photo diode, 이하에서 APD라 한다.)를 포함하여 이루어지며, 역다중화된 광신호를 각각 수신하여 전기신호로 변환한다.The receivers include a photo diode (hereinafter referred to as PD) or an avalanche photo diode (hereinafter referred to as APD) and receive the demultiplexed optical signals, respectively, to receive an electrical signal. Convert to
송신단의 비간섭형 광원의 중심 파장 대역 1290∼1310nm인 경우에 광섬유로는 단일모드광섬유가 사용되고, 송신단의 비간섭형 광원의 중심 파장 대역이 1510∼1610nm인 경우에 광섬유로는 분산천이광섬유 또는 비영점 분산천이 광섬유가 사용된다.Single mode optical fiber is used as the optical fiber when the center wavelength band of 1290 to 1310 nm of the non-interfering light source of the transmitting end is used, and dispersion transition optical fiber or non-zero fiber is used as the optical fiber when the central wavelength band of the non-interfering light source of the transmitting end is 1510 to 1610 nm. Point dispersion transition optical fibers are used.
송신기들 및 수신기들을 종래의 송수신기로 사용하는 경우에는 WDM-PON 내의 소자들의 삽입손실 뿐만 아니라 다중광출력을 이용할 경우에는 스펙트럼 분할에 의해 발생하는 광전력의 손실(slicing loss, 이하 분할손실이라 한다.)에 의하여 수 신기에 입사되는 광전력이 너무 작아서 신호를 고속화시키기 어려웠다. 따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 WDM-PON에 사용되는 송신기들중에서 적어도 어느 하나의 송신기, 예컨대 도 2에서 송신기 K 및 송신기 N,에는 오류정정부호 인코더(FEC encorder, 이하에서 FEC 인코더라 한다.)를 포함시켰고, 적어도 어느 하나의 수신기, 예컨대 도 2에서 수신기 K 및 수신기 N,에는 오류정정부호 디코더(FEC decoder, 이하에서 FEC 디코더라 한다.)를 포함시켰다. FEC는 보내고자 하는 신호에 일정한 크기의 OH(overhead)를 부가하여 전송 후의 잡음이나 왜곡에 의해 에러가 발생한 경우 이를 정정할 수 있는 기술을 말한다. FEC를 도입하기 위해서는 송신기에는 인코더를, 수신기에는 디코더를 추가한다. 따라서, 이러한 FEC에 의한 신호의 오류정정효과에 의하여 종래보다 작은 광전력으로도 오류없이 전송할 수 있으므로 분할손실이 큰 경우에도 일반적인 LED를 이용해서 155Mbps 이상의 고속 전송을 수행할 수 있다. 또한, 송신기들 및 수신기들에 FEC를 적용함으로써 송신기 및 수신기의 간단한 개조만으로도 WDM-PON의 구조를 거의 변형하지 않고 디지털 비디오 서비스를 제공할 수 있다. 즉, 도시된 송신기 N은, FEC 인코더를 통해 코딩이 된 고속데이터 신호와 디지털 비디오 신호를 전기적 합화기(RF combiner)를 이용하여 부반송파 다중화시켜준다. 그러면, 그 신호는 다중화기와 역다중화기를 거쳐 수신기 N에 수신되고, 수신된 신호는 광계층(optical layer)에서 데이터 신호와 디지털 비디오 신호로 분리되며, 데이터 신호는 PD 또는 APD에 의하여, 디지털 비디오 신호는 디지털 비디오 신호용 PD를 통하여 각각 전기적 신호로 변환된다. In the case of using the transmitters and receivers as conventional transceivers, the loss of the optical power caused by the spectral division when the multiple optical output is used as well as the insertion loss of the elements in the WDM-PON is referred to as the division loss. ), The optical power incident on the receiver is too small, making it difficult to speed up the signal. Accordingly, at least one of the transmitters used in the WDM-PON according to the first embodiment of the present invention, such as transmitter K and transmitter N in FIG. 2, may be referred to as an FEC encoder. At least one receiver, such as receiver K and receiver N in FIG. 2, includes an error correcting code decoder (hereinafter referred to as an FEC decoder). FEC refers to a technology that can correct an error caused by noise or distortion after transmission by adding a certain amount of overhead (OH) to a signal to be sent. To introduce FEC, add an encoder to the transmitter and a decoder to the receiver. Therefore, due to the error correction effect of the signal by the FEC can be transmitted without error even with a smaller optical power than conventional, it is possible to perform a high-speed transmission of 155Mbps or more using a general LED even when the split loss is large. In addition, by applying the FEC to the transmitters and the receivers, a simple modification of the transmitter and the receiver can provide a digital video service with little modification of the structure of the WDM-PON. In other words, the transmitter N shown in FIG. 1 performs subcarrier multiplexing on a high speed data signal and a digital video signal coded through an FEC encoder using an RF combiner. Then, the signal is received by the receiver N through a multiplexer and a demultiplexer, and the received signal is separated into a data signal and a digital video signal in an optical layer, and the data signal is divided into a digital video signal by a PD or an APD. Are converted into electrical signals through the digital video signal PD.
[실시예 2]Example 2
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스펙트럼 분할방식을 이용하는 WDM-PON을 설명하기 위한 시스템 구성도이다.3 is a system configuration diagram illustrating a WDM-PON using a spectrum division scheme according to a second embodiment of the present invention.
도 3을 참조하여 본 실시예를 상술한 실시예 1과 비교하면, 수동형 파장분할다중화기 및 수동형 파장분할역다중화기가 주기적인 전달특성을 갖음으로써 광전력마진과 비트잡음에 의한 신호의 열화를 개선시킨 것을 특징으로 한다. 따라서, 반복되는 설명은 생략한다. 본 실시예에서 수신기들 및 송신기들에 상술한 FEC를 적용하는 것은 선택사양이다.Compared to
스펙트럼 분할방식을 이용하는 종래의 기술은 각 가입자에게 하나의 파장에 해당하는 단일광출력만을 전송하게 되므로 광출력이 작은 LED를 사용함에 있어 광전력 부족의 문제가 있고, 이에 따라 광증폭기들이 필요하게 되었으며, 스펙트럼 분할시 발생하는 비트잡음에 의해 고속화가 어려웠다. The conventional technology using the spectral division method transmits only a single light output corresponding to one wavelength to each subscriber, so there is a problem of lack of optical power when using a small light output LED. Accordingly, optical amplifiers are required. However, the bit noise generated during spectral division makes it difficult to speed up.
따라서 본 발명에서는 도 3에 도시된 바와 같이, 다중화기 및 역다중화기를 주기적인 전달특성을 가지는 도파로형 회절격자(Cyclic AWG, 이하에서 AWG라 한다.)로 사용였다. 이로 인하여, 각 가입자에게 분할된 광신호가 다중광출력을 나타내게 되므로 이를 다시 여과하기 위한 별도의 광필터가 필요없게 되어 WDM-PON의 구조가 더욱 간단하게 되고, 분할손실이 크게 줄어들므로 저출력의 LED를 직접 변조하여 고속전송을 할 수 있다. 이 때, 색분산에 의한 신호의 열화를 억제하기 위해 전송 매질로써 광원의 파장대역에서 영분산파장이 존재하거나 분산값이 전체적으로 작은 광섬유를 사용함으로써 신호의 왜곡을 억제할 수 있다.Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 3, the multiplexer and the demultiplexer were used as a waveguide type diffraction grating (Cyclic AWG) hereinafter having periodic transmission characteristics. Due to this, since the divided optical signal to each subscriber shows multiple light outputs, a separate optical filter is not required to filter it again, thereby simplifying the structure of the WDM-PON and significantly reducing the splitting loss. Can be directly modulated for high speed transmission. At this time, the distortion of the signal can be suppressed by using an optical fiber having a zero dispersion wavelength in the wavelength band of the light source or a small dispersion value as a transmission medium to suppress deterioration of the signal due to color dispersion.
하기의 수학식 1은 분할손실(Lslincing-loss)과 다중광출력의 수(Neff)의 관계를 나타낸 것이다.
수학식 1을 참조하면, 다중광출력의 수(Neff)는 다중화기 및 역다중화기로 사용되는 AWG의 FSR(free-spectral range)과 비간섭형 광원의 선폭(full-width half maximum, FWHMF)의 비로 정의되므로 결국 FSR값이 작아질수록 분할손실이 크게 줄어들게 됨을 알 수 있다. 여기서, FSR(free spectral range)이란 AWG의 광스펙트럼상 주기적 출력 특성에 의해 발생한 광출력들의 주파수 간격을 나타내며, 채널 간격이 일정한 경우 FSR이 커질수록 제안된 WDM-PON이 더 많은 가입자를 수용할 수 있게 된다. Referring to
하기의 수학식 2는 비트잡음(spontaneous-spontaneous beat noise)에 의한 전력페널티(ΔPbeat-noise)와 다중광출력의 수(Neff)의 관계를 나타낸 것이다.
수학식 2에서, r은 소광비, q는 요구되는 전송오율(bit-error rate, 이하 BER이라 한다.)을 얻기 위한 Q-factor로서 일반적으로 6이 사용되고, Be는 수신기의 전기적 대역폭, Bo는 사용된 AWG의 광대역폭, m은 편광의 수이다. 따라서, 다중광출력의 수가 증가할수록 비트잡음에 대한 성능이 개선된다. In
한편 본 발명의 제2 실시예에 의한 경우에는, 광섬유 내에서 파장이 서로 다른 다중광출력들이 광섬유를 통해 진행할 때 각 출력들의 평균 진행속도가 다르기 때문에 광섬유 내의 색분산 때문에 광신호의 성능열화가 일어날 수도 있다. 이럴 경우에는 수신기에 늦게 도착한 출력은 빨리 도착한 인접 신호와 간섭을 일으키므로 신호가 왜곡되어 전력페널티(power penalty)를 일으키게 된다. On the other hand, according to the second embodiment of the present invention, since the average propagation speed of each output is different when multiple optical outputs having different wavelengths in the optical fiber proceed through the optical fiber, performance degradation of the optical signal may occur due to color dispersion in the optical fiber. It may be. In this case, the output arriving late at the receiver interferes with the adjacent signal arriving at the early stage, causing the signal to be distorted, resulting in a power penalty.
하기의 수학식 3은 색분산에 의한 전력페널티(ΔPdispersion)를 나타내는 이론식이다.
수학식 3에서, x는 APD 수신기를 사용한 경우 추가잡음(excess noise)을 표시하기 위한 지수, B는 전송속도, L은 전송거리, 그리고 ST2는 신호의 군속도 분산(group delay varian)을 나타내는 것으로서 이다. In
수학식 3을 참조하면, 전송속도와 전송거리가 증가할수록 전체 색분산이 커지게 되므로 전력페널티가 급격히 증가하게 된다. 그리고, 광섬유 내의 색분산값이 큰 경우에는 군속도분산값이 너무 커져 전송이 아주 불가능하게 될 수도 있다. 이런 경우에는 사용된 비간섭형 광원의 파장대역을 전송매질의 영분산파장이 존재하 는 영역으로 한정함으로써 극복할 수 있다. 한편, 비간섭형 광원의 중심파장과 전송매질의 영분산파장의 차이가 크고, 전송거리가 길어질 경우에는 송신기들로부터 선택된 적어도 어느 하나에 분산전치보상회로(dispersion precompensation circuit, 이하 DPCC라고 한다.)를 추가함으로써 WDM-PON의 성능을 개선할 수 있다.Referring to
상술한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 스펙트럼 분할방식을 이용하는 파장분할다중방식 WDM-PON에서의 분할손실, 비트잡음 및 색분산에 의한 전력페널티는 사용된 광원의 특성과 AWG의 특성에 의해 크게 좌우된다. 이를 가입자망의 관점에서 활용하기 위하여 WDM-PON의 여유마진을 나타낼 수 있는 지표인 광전력마진(POPM)을 정의하면 하기의 수학식 4와 같다.As described above, in the wavelength division multiplexing WDM-PON using the spectral division scheme according to the second embodiment of the present invention, the power penalty due to the division loss, the bit noise and the color dispersion is characterized by the characteristics of the used light source and the AWG. Depends largely on In order to utilize this from the viewpoint of the subscriber network, if the optical power margin (P OPM ), which is an index that can indicate the margin of the WDM-PON, is defined as
여기서, PLED는 SLD 또는 LED의 출력광전력(output power of SLD or LED), Psensitivity, BTB는 전송하기 전 상태에서의 수신기의 수신감도(receiver sensitivity in back-to-back condition), LInsertion-loss는 WDM-PON 내부에 사용된 AWG, SMF 및 광순환기들의 삽입 손실의 합(total insertion loss of optical components), Lslicing-loss는 분할손실을 나타내며, ΔP는 각각 비트잡음, 색분산, 누화에 따른 전력페널티의 양을 나타낸다. Where P LED is SLD or LED output power of SLD or LED, P sensitivity, BTB is receiver sensitivity in back-to-back condition, L Insertion -loss is the total insertion loss of optical components of the AWG, SMF and optical circulators used inside the WDM-PON, L slicing-loss is the splitting loss, and ΔP is the bit noise, color dispersion, and crosstalk respectively. Represents the amount of power penalty.
수학식 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 WDM-PON에서의 광전력마 진은 SLD 또는 LED의 출력광전력이 클수록, 수신기의 수신감도가 좋을수록, WDM-PON 내의 소자들의 삽입손실이 작을수록 향상된다. 수신감도는 실시예 1과 같이 송신기 및 수신기에 FEC를 적용함으로써 더욱 개선시킬 수 있고, 상술한 바와 같이 각각의 요인에 의한 전력페널티를 억제할 수 있다.Referring to
한편, FEC가 포함된 송신기 및 수신기와 주기적인 전달특성을 갖는 파장분할다중화기 및 역다중화기를 사용하는 경우에는, 송신기들과 파장분할다중화기를 중앙기지국에 두고 수신기를 가입자단에 두며 파장분할 역다중화기를 지역기지국에 둠으로써 하향 방향의 고속 신호 전송에 이용하고, 송신기들을 가입자단에 두고 수신기와 역다중화기를 중앙기지국에 두며 파장분할 다중화기를 지역기지국에 둠으로써 상향 방향의 고속 신호 전송에 이용할 수 있다. On the other hand, in the case of using a wavelength division multiplexer and a demultiplexer having a periodic transmission characteristic with a transmitter and a receiver including an FEC, the transmitter and the wavelength division multiplexer are located at the central base station, and the receiver is placed at the subscriber end and the wavelength division demultiplexing is performed. It can be used for high-speed signal transmission in the downward direction by placing the transmitter at the local base station, the transmitter and the demultiplexer in the central base station, and the wavelength division multiplexer at the local base station. .
이하에서, 상술한 실시예 1 및 2의 기술적 사상을 이용한 양방향 파장분할다중방식 WDM-PON에 대하여 설명한다. 후술하는 본 발명에 따른 실시예들은 종래의 스펙트럼 분할방식 광가입자망과는 달리 하향신호와 상향신호를 한 가닥의 광섬유를 이용하여 양방향 전송하고, 양방향의 신호는 광순환기를 통하여 분리하는 것을 특징으로 한다. Hereinafter, the bidirectional wavelength division multiplexing WDM-PON using the technical spirits of the first and second embodiments will be described. Embodiments according to the present invention to be described later, unlike the conventional spectral split type optical subscriber network transmits the downlink signal and the uplink signal using one strand of the optical fiber, characterized in that the bidirectional signal is separated through the optical circulator do.
도 4 내지 도 6은 상술한 실시예 1 및 2의 기술적 사상을 이용한 양방향 WDM-PON을 설명하기 위한 시스템 구성도들이다.4 to 6 are system configuration diagrams for describing a bidirectional WDM-PON using the technical spirits of the first and second embodiments.
[실시예 3]Example 3
도 4를 참조하면, 중앙기지국에는 다수의 제1 송신기들이 연결되며 주기적인 전달특성을 가지는 다중화기와, 다수의 제1 수신기들이 연결되며 주기적인 전달특성을 가지는 역다중화기와, 다중화기 및 역다중화기와 광학적으로 연결되는 제1 광순환기(Optical circulator)가 설치된다. 그리고, 지역기지국에는 광섬유를 통해 제1 광순환기와 연결되는 다중화기/역다중화기가 설치된다. 다중화기/역다중화기에는 가입자단이 각각 연결된다. 가입자단은 다중화기/역다중화기와 광학적으로 연결되는 제2 광순환기와, 제2 광순환기에 광학적으로 각각 연결되는 제2 송신기 및 제2 수신기로 이루어진다. 제1 및 제2 광순환기는 순방향의 신호는 통과시키고 역방향의 신호를 억제하므로 하향신호와 상향신호의 방향을 분리하는 역할을 한다. Referring to FIG. 4, a central base station includes a multiplexer having a plurality of first transmitters connected to each other and having periodic transmission characteristics, a demultiplexer connected to a plurality of first receivers and having periodic transmission characteristics, and a multiplexer and a demultiplexer. An optically connected first optical circulator is installed. In addition, the local base station is provided with a multiplexer / demultiplexer connected to the first optical circulator through an optical fiber. Subscribers are connected to the multiplexer / demultiplexer, respectively. The subscriber end comprises a second optical cycle optically coupled to the multiplexer / demultiplexer, and a second transmitter and a second receiver optically coupled to the second optical cycle, respectively. The first and second optical circulators pass the signals in the forward direction and suppress the signals in the reverse direction, thereby separating the directions of the downlink signal and the uplink signal.
중앙기지국에서 다수의 제1 송신기로부터 출력된 하향신호(downstream signal)들은 다중화기에 의해 다중화되고, 제1 광순환기와 광섬유를 거쳐 지역기지국에서 역다중화된 후에 각 가입자에게 다중광출력을 제공하며, 다중광출력을 수신한 제2 수신기에서 전기적 신호로 변환된다. 한편, 각 가입자가 송신하는 상향신호(upstream signal)들은 제2 송신기에서 출력되어 제2 광순환기를 거쳐 다중화기/역다중화기에서 다중화된다. 다중화된 신호는 전송매질인 저분산 광섬유를 통과하여 중앙기지국에서 제1 광순환기를 거쳐 역다중화기에서 역다중화된 후 제1 수신기에 입력된다. Downstream signals output from the plurality of first transmitters at the central base station are multiplexed by a multiplexer, demultiplexed at the local base station via the first optical circulator and the optical fiber, and then provide multiple optical outputs to each subscriber. The second receiver receiving the light output is converted into an electrical signal. Meanwhile, upstream signals transmitted by each subscriber are output from the second transmitter and multiplexed in the multiplexer / demultiplexer via the second optical cycler. The multiplexed signal passes through a low dispersion optical fiber, which is a transmission medium, is demultiplexed by a demultiplexer through a first optical circulator at a central base station, and is input to a first receiver.
이와 같이, 본 발명의 양방향 WDM-PON은 상향신호와 하향신호의 파장대역이 동일하더라도 전송이 가능하다는 특징이 있다. 일반적으로 비간섭형 광원인 SLD와 LED는 광스펙트럼의 선폭(linewidth)이 45nm 이상으로 넓은 반면, 일반적인 SMF의 영분산대역의 파장은 30nm 이내로 좁기 때문에 하나의 광섬유를 이용하여 양방향 통신을 하기 위해서는 하향신호와 상향신호의 중심 파장을 다르게 하기 어려운 문제점이 있다. 따라서, 한 가닥의 광섬유를 이용하여 양방향 통신을 하기 위해서는 제안된 양방향 WDM-PON에서는 하향신호와 상향신호의 중심파장이 거의 유사한 것을 사용하되, 양방향 신호간의 상호 간섭을 제거하기 위해서 광순환기를 사용함으로써 상하향 신호의 파장대역을 거의 일치시켜 전송할 수 있는 특징이 있다.As described above, the bidirectional WDM-PON of the present invention is characterized in that transmission is possible even if the wavelength bands of the uplink signal and the downlink signal are the same. In general, SLD and LED, which are non-interfering light sources, have a wide line width of more than 45nm in the light spectrum, whereas the wavelength of the zero-dispersion band of the general SMF is narrow within 30nm, so it is downward for bidirectional communication using one optical fiber. There is a problem that it is difficult to make the center wavelength of the signal and the uplink signal different. Therefore, in the bidirectional WDM-PON, the center wavelength of the downlink signal and the uplink signal is almost similar in the proposed bidirectional WDM-PON, but the optical circulator is used to eliminate the mutual interference between the bidirectional signals. There is a feature that can be transmitted by almost matching the wavelength band of the up and down signal.
[실시예 4]Example 4
도 5를 참고하면, 중앙기지국 및 지역기지국 각각에는 주기적인 전달특성을 가지는 다중화기와, 주기적인 전달특성을 가지는 역다중화기와, 각각의 국(局)내의 다중화기 및 역다중화기와 광학적으로 연결되는 광순환기가 설치된다. 그리고, 중앙기지국에는 다중화기와 연결되는 제1 송신기들과, 역다중화기와 연결되는 수신기들이 설치된다. 가압자단은 지역기지국의 다중화기에 광학적으로 연결되는 송신기와, 지역기지국의 역다중화기와 연결되는 수신기가 설치된다. 그리고, 중앙기지국에 설치된 광순환기와 지역기지국에 설치된 광순환기는 광섬유를 통해 연결된다.Referring to FIG. 5, each of the central base station and the local base station has an optical multiplexer having a periodic transmission characteristic, a demultiplexer having a periodic transmission characteristic, and a multiplexer and demultiplexer in each station. The circulator is installed. The central base station includes first transmitters connected to the multiplexer and receivers connected to the demultiplexer. The pressurized cluster is provided with a transmitter optically connected to the multiplexer of the local base station and a receiver connected to the demultiplexer of the local base station. Then, the optical circulator installed in the central base station and the optical circulator installed in the local base station are connected through the optical fiber.
실시예 4에 따른 양방향 WDM-PON을 실시예 3에 의한 양방향 WDM-PON과 비교하면, 가입자단에서 광순환기가 제거되어 가입자단이 더욱 경제적으로 구성지만, 지역기지국과 가입자단은 송신기 및 수신기를 각각 연결하는 두 가닥의 광섬유가 사용되는 특징이 있다. 하지만 실시예 3에 의하든 실시예 4에 의하든지 양방향 WDM-PON 내에서의 삽입손실이 동일하므로 실시예 3과 실시예 4에 의한 신호의 성능은 동일하다.Comparing the bidirectional WDM-PON according to the fourth embodiment with the bidirectional WDM-PON according to the third embodiment, although the optical circulator is removed from the subscriber end, the subscriber end is more economically configured, but the local base station and the subscriber end use a transmitter and a receiver. It is characterized by the fact that two strands of fiber are connected to each other. However, according to the third embodiment or the fourth embodiment, since the insertion loss in the bidirectional WDM-PON is the same, the performance of the signal according to the third embodiment and the fourth embodiment is the same.
[실시예 5]Example 5
도 6을 참조하면, 양방향 WDM-PON의 구성을 실시예 3과 같이 하되, 중앙기지국의 다중화기와 연결된 제1 송신기(이하에서, 하향송신기라 한다.)들 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 하향송신기들에는 실시예 2에서 기술되어진 DPCC를 추가하였고, 하향송신기들 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 하향송신기들에는 FEC 인코더와 DPCC를 각각 추가하였으며, 중앙기지국의 역다중화기와 연결된 제1 수신기(이하에서, 상향수신기라 한다.)들 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 상향수신기들에는 FEC 디코더를 추가하였다. 지역기지국의 다중화기/역다중화기와 연결된 가입자단들 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 가입자단의 제2 송신기(이하에서, 상향송신기라 한다.) 및 제2 수신기(이하에서, 하향수신기라 한다.)에는 각각 FEC 인코더와 FEC 디코더를 추가하였다.Referring to FIG. 6, the configuration of the bidirectional WDM-PON is the same as that of the third embodiment, but includes at least one downlink transmitter selected from among the first transmitters (hereinafter, referred to as downlink transmitters) connected to the multiplexer of the central base station. The DPCC described in
하향송신기들은 입력된 전기 신호에 따라 SLD의 구동전류를 변화시킴으로써 직접 변조되어 622Mbps의 고속데이터 신호를 출력한다. 이때, 장거리 가입자를 위한 송신기들은 전기 신호가 DPCC, 또는 FEC와 DPCC를 동시에 통과하여 변환된 후에 SLD를 직접 변조하여 광신호를 출력한다. 예를 들어, 전송거리가 10km 이상이고 20km 이하인 가입자에게는 DPCC가 추가된 송신기를 구동한다. 또한, 전송거리가 20km 이상인 가입자에게는 FEC 기술을 도입하여 전송신호를 코딩하고, 이를 DPCC를 이용하여 전치왜곡시킨 후 SLD를 직접변조시켜 622Mbps 이상의 속도로 고속변조된 광출력을 내도록 한다. The downlink transmitters are directly modulated by changing the driving current of the SLD according to the input electrical signal to output a high speed data signal of 622Mbps. In this case, the transmitters for the long-distance subscribers output the optical signal by directly modulating the SLD after the electrical signal is converted through the DPCC, or simultaneously through the FEC and the DPCC. For example, a subscriber with a transmission distance of 10 km or more and 20 km or less drives a transmitter to which a DPCC is added. In addition, subscribers with a transmission distance of more than 20 km are coded for transmission signals using FEC technology, predistorted using DPCC, and directly modulated SLD to produce high-speed modulated optical output at speeds of 622Mbps or more.
중앙기지국의 다중화기는 하향송신기로부터 출력된 각각의 광신호들을 입력받아 다중화시켜 송신한다. 송신된 하향신호는 광순환기를 거쳐 해당 파장대역에서 색분산 값이 작은 저분산광섬유를 통과하고, 지역기지국에서 다중화기/역다중화기에 의해 역다중화된 후 각 파장의 채널들은 서로 다른 가입자에게로 전송된다. 이때, 중앙기지국의 다중화기, 지역기지국의 다중화/역다중화기, 그리고 중앙기지국의 역다중화기로 사용되는 소자는 실시예의 AWG와 같이 주기적인 출력 특성에 의해 스펙트럼 분할된 광신호가 파장영역에서 여러 개인 다중광출력을 제공하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해서 N개의 송신기로부터 나온 광출력들이 주기적인 전달특성을 가지는 AWG에 의해 다중화되고 역다중화되는 과정에서 각 채널들은 자동으로 스펙트럼상 스펙트럼 분할되는 효과가 생기게 된다. 이러한 다중광출력을 이용하는 방식은 종래기술과는 달리 상술한 수학식 1 및 수학식 2에서 알 수 있듯이 광전력마진과 비트잡음에 의한 전력페널티 면에서 탁월한 효과를 나타낸다. 각 가입자에게 전달된 각각의 역다중화된 신호는 광순환기를 거쳐 APD를 포함하는 하향수신기에 입사되어 전기적 신호로 변환된다. 한편, 20km 이하의 단거리의 가입자의 경우에는 622Mbps 신호용 APD 수신기만으로 충분하며, 20km 이상 장거리 가입자의 경우에는 622Mbps신호용 APD 수신기에 의해 전기적 신호로 변환된 신호가 역코딩할 수 있는 FEC 디코드를 통과하여 오류정정 기능을 수행하게 된다. The multiplexer of the central base station receives and transmits each of the optical signals output from the downlink transmitter. The transmitted downlink signal passes through the optical circulator and passes through the low-dispersion optical fiber with small chromatic dispersion value in the corresponding wavelength band, and then demultiplexed by the multiplexer / demultiplexer at the local base station, and the channels of each wavelength are transmitted to different subscribers. do. In this case, the devices used as the multiplexer of the central base station, the multiplexer / demultiplexer of the local base station, and the demultiplexer of the central base station are multi-light having multiple optical signals in the wavelength region, in which the spectrum is divided by the periodic output characteristics as in the AWG of the embodiment It provides an output. As a result, in the process of multiplexing and demultiplexing the optical outputs from the N transmitters by AWG having periodic transmission characteristics, each channel is automatically spectrum-spectrally divided. Unlike the prior art, the method using the multiple light outputs has an excellent effect in terms of optical power margin and power penalty due to bit noise, as can be seen in
한편, 각 가입자단에서 송신되어 지역기지국을 거쳐 중앙기지국으로 전달되 는 상향신호는 하향신호와 대칭적인 구조로 전달된다. 그러나, 하향신호와는 달리, 상향신호를 위한 송신기는 SLD보다 광출력이 작은 일반적인 LED를 직접 변조하여 고속 광출력을 송신한다. 실시예에서의 전송 속도는 155Mbps 이며, LED에 인가된 전류 신호가 직접 광출력으로 변환된다. 그리고, 20km 이상의 장거리 가입자의 경우에는 FEC기술을 도입하여 상향수신기의 수신감도를 개선하도록 한다. 즉, 상향송신기에 FEC 인코더를 설치하며, 중앙기지국에서 수신된 신호는 FEC 디코더를 통해 오류정정 기능을 수행한다. 이는 상술한 실시예 1에서 언급된 본 발명의 기술적 사상을 검증하는 역할을 한다. 각 가입자단의 상향송신기의 신호들은 광순환기를 거쳐 지역기지국에서 하향전송시에 사용된 동일한 주기적인 다중화기/역다중화기에 의해 다중화되며, 광섬유를 거쳐 상향 전송된다. 중앙기지국에 도착한 상향신호는 중앙기지국에 설치된 역다중화기에 의해 역다중화되며, 각 채널에 해당되는 상향수신기에 입사된다. 상향수신기는 155Mbps용 APD 수신기이고, 광신호는 상향수신기에 의해 전기적 신호로 복원되며, 20km 이상의 가입자의 경우에는 APD 수신기 뒤에 설치된 FEC 디코더를 통해 원신호로 디코딩된다. 따라서, 종래기술과는 달리, 상향신호도 스펙트럼 분할방식 전송에서 다중광출력을 이용하기 때문에 일반적인 저출력의 LED를 사용하여 경제적인 양방향 WDM-PON을 구현하면서도 155Mbps 이상의 고속 전송이 가능한 특징이 있다. 또한, 광원을 직접 변조함으로써 별도의 변조용 광소자가 필요없고, 해당 파장대역에서 색분산 값이 작은 광섬유를 사용함으로써 OBPF와 같은 추가적인 광필터 역시 필요없으며, 다중광출력에 따른 광전력마진의 증가로 인하여 광증폭기와 같은 고가의 광소자가 필요없게 된다. On the other hand, the uplink signal transmitted from each subscriber end to the central base station via the local base station is transmitted in a symmetrical structure with the downlink signal. However, unlike the downlink signal, the transmitter for the uplink signal directly modulates a general LED having a smaller light output than the SLD and transmits a high speed light output. The transmission rate in the embodiment is 155 Mbps, and the current signal applied to the LED is directly converted into the light output. And, for long distance subscribers over 20km, FEC technology is introduced to improve reception sensitivity of upstream receivers. That is, the FEC encoder is installed in the uplink transmitter, and the signal received from the central base station performs the error correction function through the FEC decoder. This serves to verify the technical spirit of the present invention mentioned in the first embodiment. The signals of the uplink transmitter of each subscriber end are multiplexed by the same periodic multiplexer / demultiplexer used for downlink transmission from the local base station via the optical circulator, and are transmitted upward through the optical fiber. The uplink signal arriving at the central base station is demultiplexed by the demultiplexer installed in the central base station and is incident on the uplink receiver corresponding to each channel. The upstream receiver is an APD receiver for 155Mbps, and the optical signal is restored to an electrical signal by the upstream receiver. For subscribers over 20km, the upstream receiver is decoded into an original signal through an FEC decoder installed behind the APD receiver. Therefore, unlike the prior art, since the uplink signal uses multiple light outputs in the spectral segmentation transmission, it is possible to perform high-speed transmission of 155Mbps or more while implementing economical bidirectional WDM-PON using a general low-power LED. In addition, by directly modulating the light source, there is no need for a separate optical device for modulation, and by using an optical fiber with a small chromatic dispersion value in the corresponding wavelength band, an additional optical filter such as OBPF is also unnecessary, and the optical power margin increases due to multiple light outputs. This eliminates the need for expensive optical devices such as optical amplifiers.
한편, 본 실시예에서는 송신기로서 사용된 SLD와 LED는 그 중심 파장이 1295nm 대역이므로 영분산파장이 이와 유사한 일반적으로 상용화된 SMF를 전송매질로 사용하였다. 이 때, 광섬유의 손실은 0.35dB/km, 영분산파장은 1315nm, 색분산 기울기는 0.083ps2/nm2/km 이었으며, 광섬유의 거리를 변화시키면서 후술하는 바와 같이 성능 실험을 수행하였다. In the present embodiment, since the center wavelength of the SLD and the LED used as the transmitter are in the 1295 nm band, the zero-dispersion wavelength uses a similar commercially available SMF as a transmission medium. At this time, the loss of the optical fiber was 0.35dB / km, the zero dispersion wavelength was 1315nm, the chromatic dispersion slope was 0.083ps 2 / nm 2 / km, and the performance experiment was performed as described below while changing the distance of the optical fiber.
도 7은 실시예 5에서 송신기로서 사용된 SLD와 LED의 출력 광스펙트럼을 보여주는 그래프이다. FIG. 7 is a graph showing the output light spectrum of SLD and LED used as transmitter in Example 5. FIG.
도 7에서, SLD와 LED는 각각 45.5nm, 49 nm의 선폭을 가지고 있으며 중심파장은 각각 1290nm과 1295nm 이다. 도 7의 (a)와 (b)는 채널간격이 100GHz, FSR이 1.63THz, 광대역폭이 28.4GHz인 1X16 AWG를 사용한 경우의 한 채널에 대한 역다중화 후의 스펙트럼 분할된 모습을 각각 보여준다. 그리고, 도 7의 (c)와 (d)는 채널간격이 120GHz, FSR이 8THz, 광대역폭이 99.9GHz인 1X40 AWG를 사용한 경우의 스펙트럼 분할된 모습을 각각 보여준다.In FIG. 7, SLD and LED have line widths of 45.5 nm and 49 nm, respectively, and the center wavelengths are 1290 nm and 1295 nm, respectively. 7 (a) and 7 (b) show spectral divisions after demultiplexing of one channel when the channel spacing is 100 GHz, the FSR is 1.63 THz, and the wide bandwidth is 28.4 GHz. 7 (c) and (d) show spectral divisions in the case of using 1 × 40 AWG having a channel interval of 120 GHz, an FSR of 8 THz, and a wide bandwidth of 99.9 GHz.
도 7의 (a) 내지 (d)를 참조하면, 측정된 스펙트럼은 한 가입자를 위한 하나의 채널에 대한 모습이지만, 다른 채널의 스펙트럼은 채널간격의 정수배만큼 떨어져 위치하는 스펙트럼 분할 모습을 보이며, 각 가입자의 광출력의 전체 모양은 SLD와 LED의 스펙트럼 특성이 그대로 나타나는 모습을 가지게 된다. 이 때, 나타난 다중광출력의 수는, 상술한 수학식 1에서 알 수 있듯이, SLD 또는 LED의 선폭과 사용된 AWG의 FSR의 비로 나타낼 수 있다. Referring to (a) to (d) of FIG. 7, the measured spectrum is for one channel for one subscriber, but the spectrum of the other channel shows a spectrum division in which an integer multiple of the channel interval is located. The overall shape of the subscriber's light output has the appearance of the spectral characteristics of the SLD and LED. In this case, the number of multiple light outputs shown may be represented by the ratio of the line width of the SLD or LED and the FSR of the AWG used, as shown in
도 8은 실시예 5에서 SMF의 길이가 10km일 때 전송하기 전(back-to-back, 이하 BTB라 한다.)과 전송 후의 아이 다이아그램(eye diagram)이다. 도 8의 (a)와 (b)는 하향신호가 622Mbps 속도로 SLD를 직접변조한 경우에 전송 전후의 아이 다이아그램이며, 도 8의 (c)와 (d)는 상향신호가 155Mbps속도로 LED를 직접변조한 경우에 전송 전후의 아이 다이아그램이다. FIG. 8 is an eye diagram before transmission (back-to-back, hereinafter referred to as BTB) and after transmission when the length of the SMF is 10 km in Example 5. FIG. (A) and (b) of FIG. 8 are eye diagrams before and after transmission when the downlink signal directly modulates the SLD at 622 Mbps. FIG. 8 (c) and (d) show the uplink signal of 155 Mbps. This is the eye diagram before and after transmission in case of direct modulation.
도 8의 (a) 내지 (d)를 참조하면, 전송 전의 소광비(extinction ratio)는 각각 12dB, 15dB이었고, 10km를 전송한 후에도 아이가 열려 있음을 확인할 수 있었다.Referring to (a) to (d) of Figure 8, the extinction ratio before transmission (extinction ratio) was 12dB, 15dB, respectively, it was confirmed that the child is open even after transmitting 10km.
도 9는 상기의 도 8과 같이 신호를 전송하여 측정한 BER을 나타낸 그래프이다. 이때, AWG로는 도 7의 (a) 및 (b)에 사용된 1X16 AWG를 사용하였다. 도 9에서 왼쪽에 위치한 그래프에서 BER 곡선 그래프들은 상향 전송된 16채널 155Mbps 신호에 대한 것이고 직선 그래프는 전송전의 BER을 나타낸 것이며, 오른쪽에 위치한 그래프에서 BER 곡선 그래프들은 하향 전송된 16채널 622Mbps 신호에 대한 것이고 직선 그래프는 전송전의 BER을 나타낸 것이다.FIG. 9 is a graph illustrating BER measured by transmitting a signal as shown in FIG. 8. In this case, 1 × 16 AWG used in (a) and (b) of FIG. 7 was used as the AWG. In the graph on the left in FIG. 9, the BER curve graphs are for the uplink transmitted 16
도 9에서 왼쪽에 위치한 직선 그래프와 곡선 그래프들을 참조하면, 10-9 BER을 얻기 위한 수신감도(Sensitivity), 즉 10-9 BER을 얻기 위한 최소 광전력은 -45.5 dBm이며, 16 채널에 대한 전력페널티는 모두 0.1dB 이내이었다. Referring to the graph curve and a straight line graph to the left in Fig. 9, the minimum optical power for obtaining a reception sensitivity (Sensitivity), i.e. 10 -9 BER to obtain 10 -9 BER is -45.5 dBm, the power of the
도 9에서 오른쪽에 위치한 직선 그래프와 곡선 그래프들을 참조하면, 전송하기 전의 수신감도는 -37.5dBm이지만, 전송후의 수신감도는 -35.5dBm이었다. 따라 서, 16개의 하향신호들은 2dB의 전력페널티 내에서 전송 가능함을 확인할 수 있었다. 이 경우에 발생한 전력페널티는 비트잡음에 의해 발생되는 0.5dB의 비트잡음 페널티와 광섬유의 색분산에 의한 광신호가 시간영역에서 퍼지는 현상(pulse broadening)때문에 발생되는 1.7dB의 분산페널티로 구분된다. 종래기술에 의하면 다중광출력 중에서 하나의 출력만 골라서 수신하는 경우 4dB 이상의 비트잡음 페널티가 발생하는 데 반해 본 발명에 의할 경우에는 다중광출력을 이용하여 이를 크게 완화시켰음을 알 수 있다. 또한, 다중광출력을 이용할 경우에는 스펙트럼 분할에 의해 발생하는 광전력의 손실인 분할손실을 억제할 수 있으며, 실시예 5에 의할 경우에는 약 7dB를 개선시켰다. Referring to the straight line and the curve graphs located on the right side in FIG. 9, the reception sensitivity before transmission is -37.5dBm, but the reception sensitivity after transmission is -35.5dBm. Therefore, it can be seen that 16 downlink signals can be transmitted within a power penalty of 2 dB. The power penalty generated in this case is divided into a 0.5 dB bit noise penalty caused by bit noise and a 1.7 dB dispersion penalty caused by pulse broadening of optical signals due to color dispersion of the optical fiber. According to the prior art, when only one output is selected from among the multiple light outputs, a bit noise penalty of 4 dB or more is generated, whereas in the case of the present invention, it can be understood that this is greatly alleviated by using the multiple light outputs. In the case of using the multiple light outputs, the splitting loss, which is the loss of the optical power generated by the spectral splitting, can be suppressed. In the case of the fifth embodiment, about 7 dB is improved.
도 10은 상기의 도 8과 같이 신호를 전송하여 측정한 BER을 나타낸 그래프이다. 이때, AWG로는 도 7의 (c) 및 (d)에 사용된 1X40 AWG를 사용하였다.FIG. 10 is a graph illustrating BER measured by transmitting a signal as shown in FIG. 8. In this case, 1 × 40 AWG used in (c) and (d) of FIG. 7 was used as the AWG.
도 10을 참조하면, 상향 40채널 모두 0.1dB 이내의 전력페널티 내에서 전송 가능함을 알 수 있다. 반면에, 하향 40 채널들은 1.5dB ∼ 3.5dB의 전력페널티를 보이고 있다. 상술한 바와 같이, 전력페널티의 주된 원인은 광섬유의 색분산이며, 도 7에서 보듯이 광스펙트럼이 듬성듬성한 경우에는 채널에 따라 색분산의 효과가 다르게 나타나기 때문에 전력페널티가 다르게 나타나는 것이다.Referring to FIG. 10, it can be seen that all 40 channels can be transmitted within a power penalty within 0.1 dB. On the other hand, the downward 40 channels show a power penalty of 1.5 dB to 3.5 dB. As described above, the main cause of the power penalty is the color dispersion of the optical fiber, and as shown in FIG. 7, when the light spectrum is sparse, the power penalty is different because the effect of color dispersion is different depending on the channel.
도 11은 본 발명의 실시예들과 같이 다중광출력을 이용하는 스펙트럼 분할방식 WDM-PON에 영향을 미치는 색분산을 정량화하기 위한 실험구성도와 그 실험구성도를 이용하여 측정한 주파수 응답특성을 나타낸 그래프이다. FIG. 11 is a graph showing an experimental configuration for quantifying chromatic dispersion affecting a spectral division WDM-PON using multiple optical outputs and frequency response characteristics measured using the experimental configuration. to be.
도 11을 참조하면, SLD에 사인파(sinusoidal wave)를 인가하고, 주파수를 일 정하게 증가시키면서 입력 전기 전력 대비 출력 전기 전력을 측정하였다. 측정결과 1GHz에서 광섬유가 없는 경우는 10dB 이내의 감쇄를 보이나, 10km 길이의 SMF를 통과 후에는 20dB, 20km 길이의 SMF를 통과 후에는 25dB의 큰 감쇄를 보이고 있다. 따라서, 거리가 0km일 때는 SLD 자체의 변조특성에 의한 주파수 응답특성을 보이며, 디지털 비디오 서비스를 위한 주파수 대역에서는 그래프가 비교적 완만함을 알 수 있다. 하지만, 주파수가 증가할수록 거리가 증가할수록 주파수 응답특성이 나쁘게 되므로 고속전송이 어려워짐을 알 수 있다.Referring to FIG. 11, a sinusoidal wave was applied to the SLD, and the output electrical power was measured compared to the input electrical power while constantly increasing the frequency. The measurement result shows that attenuation is less than 10dB when there is no optical fiber at 1GHz, but it shows a big attenuation of 20dB after passing 10km SMF and 25dB after passing 20km SMF. Therefore, when the distance is 0km, the frequency response characteristic by the modulation characteristics of the SLD itself is shown, and it can be seen that the graph is relatively gentle in the frequency band for the digital video service. However, as the frequency increases, the frequency response becomes worse as the distance increases, which makes it difficult to achieve high-speed transmission.
도 12는 실시예 5에 의한 양방향 WDM-PON이 도 11과 같이 색분산에 의해 망의 주파수 응답특성이 나빠졌을 경우에 전송거리를 변화시키면서 측정한 전력페널티를 이론선과 함께 도시한 그래프이다. FIG. 12 is a graph showing a power penalty measured with varying transmission distances when the bidirectional WDM-PON according to the fifth embodiment is deteriorated due to color dispersion as shown in FIG.
도 12를 참조하면, 실시예 5와 같이 단순히 SLD와 LED로 직접 변조하는 경우 전송거리는 상향신호는 30km, 하향신호는 10km로 제한을 받게 됨을 알 수 있다. Referring to FIG. 12, when directly modulating the SLD and the LED as in
이러한 전송거리의 제약은 근본적으로 원인이 되는 색분산의 양을 줄이거나, 광섬유의 영분산파장과 일치하는 중심파장을 가지는 SLD를 사용하거나, SLD의 선폭을 줄임으로써 개선할 수 있다. The limitation of the transmission distance can be improved by reducing the amount of color dispersion that is fundamentally caused, by using an SLD having a center wavelength consistent with the zero dispersion wavelength of the optical fiber, or by reducing the line width of the SLD.
한편 도 12에 도시된 바와 같이, 양방향 WDM-PON의 주파수 응답특성은 주파수에 대하여 선형적으로 감쇄되는 데, 이것은 도 13에 도시된 바와 같이 주파수특성을 반전시킨 DPCC를 사용함으로써 개선할 수 있다. On the other hand, as shown in Figure 12, the frequency response characteristic of the bidirectional WDM-PON is attenuated linearly with respect to frequency, which can be improved by using a DPCC inverted the frequency characteristic as shown in FIG.
도 13은 실시예 5에 의한 양방향 WDM-PON에 있어서 광섬유의 길이가 20km일 때의 상하향 신호의 BER성능과, 622Mbps 하향신호에 DPCC를 추가하고 155Mbps 상향 신호에 BTC(128,120)2을 추가한 경우의 BER 성능을 측정한 그래프이다.13 shows the BER performance of the up-down signal when the optical fiber length is 20 km in the bidirectional WDM-PON according to the fifth embodiment, the DPCC added to the 622 Mbps downlink signal, and the BTC (128,120) 2 to the 155 Mbps uplink signal. This is a graph measuring BER performance.
먼저 도 9를 참조하면, 622Mbps 신호를 단순히 SLD로 직접 변조하여 전송하는 경우에는 색분산에 의해 신호가 왜곡되어 광전력을 증가시키더라도 BER이 10-7 이하로 내려가지 않는 에러 플로어(error floor)가 발생했다. 그러나 도 13을 참조하면, DPCC를 통과시킨 후에는 4dB 페널티 내에서 10-9 이하의 BER을 얻을 수 있었다. 이때의 전력페널티는 제작된 DPCC의 잡음특성 때문에 발생하였으며, 이론상 1dB 이내로 개선할 수 있다. 또한 DPCC를 사용한 결과를 바탕으로, 20km 이하의 전송거리에 대해서도 중앙기지국의 송신단에 DPCC를 도입하고 DPCC의 주파수응답의 기울기를 줄임으로써 실시예 5에 의한 WDM-PON을 개선할 수 있으며, DPCC의 주파수응답의 기울기를 증가시키므로써 거리가 20km 이상인 가입자를 수용할 수 있다.First, referring to FIG. 9, when the 622 Mbps signal is directly modulated and transmitted to the SLD, even if the signal is distorted due to color dispersion and the optical power is increased, the BER does not fall below 10 −7 . Has occurred. However, referring to FIG. 13, after passing the DPCC, a BER of 10 −9 or less was obtained within a 4 dB penalty. The power penalty at this time was caused by the noise characteristics of the fabricated DPCC and can be improved to within 1dB in theory. Based on the results of using the DPCC, the WDM-PON according to the fifth embodiment can be improved by introducing a DPCC to the transmitter of the central base station and reducing the slope of the frequency response of the DPCC even for a transmission distance of 20 km or less. Increasing the slope of the frequency response can accommodate subscribers over 20 km in distance.
한편, 거리가 증가하거나 가입자의 수가 증가하여 WDM-PON 내부의 손실이 커지는 경우 WDM-PON의 신뢰성 있는 동작을 위해서는 충분한 광전력마진을 확보할 필요가 있다. 이를 위하여 실시예 5에서 기술된 바와 같이 부가적으로 FEC 기술을 도입할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 FEC로서 상향 155Mbps 신호를 송신단에서는 인코더를 이용하여 블록(block) 코딩하고, 수신단에서는 연판정(soft-decision)을 사용하여 에러를 정정하여 원신호를 복원하는 이차원구조의 BTC(128, 120)2(Block turbo coding, 이하 BTC 라고 한다.)를 사용하였다. 사용된 코드는 12%의 중복성( redundancy)을 가지며, 이론적으로 10-9 BER에서 7dB의 부호화이득(coding gain)을 가진다. 도 13에서의 좌측 BER 곡선은 그 결과로써 WDM-PON의 거리가 20km일 때의 155Mbps 상향신호에 BTC를 도입한 경우와 그렇지 않은 경우의 BER 특성을 보여주고 있다. 이론과는 달리 10-9 BER에서 약 5dB의 부호화이득을 얻을 수 있었다. BTC의 성능은 전송속도와 무관하므로 하향신호에도 적용할 경우에도 5dB 이상의 부호화이득을 얻을 수 있을 것으로 예상된다. 이러한 결과를 토대로, 일반적인 종래의 WDM-PON에서 FEC를 적용할 경우에도 수신감도를 개선한 만큼 WDM-PON의 성능을 개선할 수 있을 것으로 판단된다.On the other hand, when the distance increases or the number of subscribers increases and the loss inside the WDM-PON increases, it is necessary to secure sufficient optical power margin for reliable operation of the WDM-PON. To this end, additional FEC techniques can be introduced as described in Example 5. In the embodiment of the present invention, a two-dimensional BTC that recovers an original signal by correcting an error by using an encoder at a transmitting end to block code an
도 14는 실시예 5에 의한 양방향 WDM-PON에 있어서, AWG의 채널간격이 100GHz이고, 하향신호의 전송속도가 622Mbps, SLD의 출력광전력이 2dBm, 수신기의 전송 전 수신감도가 -37dBm일 때 하향신호의 광전력마진을 도시한 그래프이다. 이때, 전송 광섬유의 길이는 10km, SLD의 선폭은 45.5nm이다.FIG. 14 shows the bidirectional WDM-PON according to the fifth embodiment when the channel interval of the AWG is 100 GHz, the transmission speed of the downlink signal is 622 Mbps, the output optical power of the SLD is 2 dBm, and the reception sensitivity of the receiver is -37 dBm. It is a graph showing the optical power margin of the downlink signal. At this time, the length of the transmission optical fiber is 10km, the line width of the SLD is 45.5nm.
이론적으로, 가입자간의 채널간격이 100GHz일 때, 채널 수가 증가하게 되면 최소한의 FSR의 값은 증가하여야 한다. 따라서 수학식 1에서 알 수 있듯이 분할손실이 크게 증가하며, 수학식 2에서 알 수 있듯이 비트잡음에 의한 전력페널티도 서서히 증가하게 된다. In theory, when the channel spacing between subscribers is 100 GHz, the minimum FSR should increase as the number of channels increases. Therefore, as shown in
도 14를 참고하면, AWG의 광대역폭(Bo)이 30GHz에서 80GHz으로 증가할 경우에는 4.3dB만큼의 분할손실이 감소되므로 성능이 개선되며, SLD의 중심파장(λ1)과 광섬유의 영분산파장(λ0)을 일치시키는 경우 1.5dB만큼의 색분산페널티를 억제할 수 있으므로 성능이 더욱 개선된다. 결과적으로 WDM-PON의 여유마진을 2dB로 가정 할 경우 AWG의 FSR이 8THz인 경우에 80개의 채널을 수용할 수 있을 것으로 판단된다. Referring to FIG. 14, when the wide bandwidth (B o ) of the AWG increases from 30 GHz to 80 GHz, the division loss is reduced by 4.3 dB, thereby improving performance, and improving the center wavelength (λ 1 ) of the SLD and the zero dispersion of the optical fiber. Matching the wavelength λ 0 can suppress a 1.5 dB chromatic dispersion penalty, further improving performance. As a result, assuming that the margin margin of WDM-PON is 2dB, 80 channels can be accommodated when the FSR of AWG is 8THz.
도 15는 실시예 5에 의한 양방향 WDM-PON에 있어서, AWG의 채널간격이 50GHz이고, 하향신호의 전송속도가 622Mbps, SLD의 출력광전력이 2dBm, 수신기의 전송 전 수신감도가 -37dBm일 때 하향신호의 광전력마진을 도시한 그래프이다. 이때, 전송 광섬유의 길이는 10km, SLD의 선폭은 45.5nm이다.FIG. 15 shows the bidirectional WDM-PON according to the fifth embodiment when the channel interval of the AWG is 50 GHz, the transmission speed of the downlink signal is 622 Mbps, the output optical power of the SLD is 2 dBm, and the reception sensitivity of the receiver is -37 dBm. It is a graph showing the optical power margin of the downlink signal. At this time, the length of the transmission optical fiber is 10km, the line width of the SLD is 45.5nm.
도 15를 참조하면, AWG의 FSR이 4THz일 경우에 SLD의 중심파장과 광섬유의 영분산파장이 15nm이상 떨어진 경우에도 80개의 채널을 수용할 수 있는 것으로 판단된다.Referring to FIG. 15, when the FSR of the AWG is 4THz, it is determined that 80 channels can be accommodated even when the center wavelength of the SLD and the zero dispersion wavelength of the optical fiber are separated by 15 nm or more.
도 16은 실시예 5에 의한 스펙트럼 분할방식을 이용하는 파장분할다중방식 양방향 WDM-PON을 이용하여 디지털 방송서비스를 제공하는 경우의 부반송파 다중화된 광신호의 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.FIG. 16 is a graph illustrating a spectrum of a subcarrier multiplexed optical signal when a digital broadcasting service is provided using a wavelength division multiplex bidirectional WDM-PON using a spectrum division scheme according to the fifth embodiment.
실시예 1 및 2에서 송신기 N 및 수신기 N과 같이 구성하여 디지털 비디오와 같은 방송신호를 제공할 수 있는 가능성을 살펴보았다. 본 발명에서의 중앙기지국의 송신단의 SLD는 도 11과 같은 주파수 응답특성을 보이므로 디지털 신호가 사용하지 않은 주파수 대역에 부반송파 다중화 기술을 적용함으로써 디지털 비디오서비스를 추가적으로 제공할 수 있다.In the first and second embodiments, the transmitter N and the receiver N are configured to provide a broadcast signal such as digital video. In the present invention, since the SLD of the transmitting end of the central base station has the frequency response characteristic as shown in FIG. 11, the subcarrier multiplexing technique can be additionally provided to the frequency band not used by the digital signal.
도 16을 참조하여 다중화된 신호를 전기적 주파수영역에서 살펴보면, 600MHz 이하의 대역에서는 155Mbps 고속데이터(NRZ) 신호 또는 622Mbps 고속데이터 신호가 존재하고, 900 ∼1.5GHz 대역에서는 디지털 비디오신호가 존재하게 된다. 이때, 실 험에서의 디지털 비디오신호는 실제 무궁화 2호 위성으로부터 수신한 디지털 비디오신호와 더 많은 비디오 채널을 모의 실험하기 위한 잡음원(noise source)으로 구성되어 있다. 실험결과로부터 본 발명의 양방향 WDM-PON 내에서 80채널 이상의 디지털 비디오신호를 전송하여 서비스 할 수 있을 것으로 판단된다. Looking at the multiplexed signal in the electrical frequency domain with reference to Figure 16, the 155Mbps high-speed data (NRZ) signal or 622Mbps high-speed data signal is present in the band below 600MHz, digital video signal is present in the 900 ~ 1.5GHz band. At this time, the digital video signal in the experiment is composed of a digital video signal received from the actual Mugunghwa satellite and a noise source for simulating more video channels. From the experimental results, it is determined that the digital video signal of 80 channels or more can be transmitted and serviced in the bidirectional WDM-PON according to the present invention.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 파장분할다중방식 수동형 광가입자망에 의하면, 망의 구조가 간단하며, 비간섭형 광원를 직접 변조하여 사용할 수 있으므로 경제적이고, 주기적인 전달특성을 갖는 다중화기 및 역다중화기에 의해 스펙트럼 분할된 다중광출력을 모두 사용함으로써 전력분력에 따른 광전력 손실을 줄이며, 비트잡음의 효과를 억제할 수 있고, FEC를 적용하여 수신감도를 개선할 수 있다. As described above, according to the wavelength division multiplexing passive optical subscriber network according to the present invention, since the structure of the network is simple and the non-interfering light source can be directly modulated, a multiplexer and an inverse multiplexer having economical and periodic transmission characteristics can be used. By using all of the spectral-divided multiplexed light outputs by the multiplexer, it is possible to reduce optical power loss due to power components, to suppress the effects of bit noise, and to improve reception sensitivity by applying FEC.
또한, 광섬유의 영분산대역의 파장을 사용함으로써, 광신호의 왜곡을 감소시킬 수 있고, 에러가 방지되며, 전송거리를 10km 이상으로 할 수 있고, 추가적인 분산전치보상회로를 이용할 경우 전송거리를 20km 이상으로 할 수 있다. In addition, by using the wavelength of the zero-dispersion band of the optical fiber, the distortion of the optical signal can be reduced, the error is prevented, the transmission distance can be more than 10km, and if the additional distributed predistortion circuit is used, the transmission distance is 20km. This can be done.
나아가, 80 가입자 이상을 수용할 만큼 확장성이 뛰어나며, 간단한 송수신기의 수정으로 디지털 방송서비스를 제공할 수 있다.Furthermore, it is excellent in scalability to accommodate more than 80 subscribers and can provide a digital broadcasting service by modifying a simple transceiver.
본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.It is apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical idea of the present invention.
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