정보화 사회로 접어들면서 급격히 증가하고 있는 인터넷을 비롯한 각종 데이터 서비스와 고화질의 비디오
서비스는 기존의 음성 서비스를 능가하여 통신 서비스의 핵심이 될 것이다. 이러한 광대역 서비스를
가입자에게 공급 하기 위하여 광섬유를 가입자단까지 직접 연결하는 광가입자망에 관한 관심이 높아지고
있다.

수동형 광가입자망(PON: passive optical network)은 서비스의 제공자인 중앙 기지국(CO: central office)과
수요자인 가입자들(subscribers)을 오직 수동 광소자만을 이용하여 연결한 네트웍으로서 다중화된 음성,
데이터 또는 비디오 서비스를 광신호에 실어 가입자들이 공유하고 있는 광섬유와 광분배기를 통하여
가입자들까지 수동적으로 전송된다. 일반적으로 중앙 기지국에서 가입자들의 인접 지역에 설치된 지역
기지국(RN: remote node)까지는 단일 광섬유로 연결하고 지역 기지국에서 각 가입자까지 독립된 광섬유로
연결하는 이중 성형 구조(double-star)로 구현하여 광선로의 길이를 최소화한다. 이러한 수동형 광가입자망은
수동형 광소자들을 가입자들이 공유함으로써 초기 투자 설비비를 줄일 수 있으며, 광네트웍의 유지 및 보수,
관리가 용이하다. 또한, 통신 시스템의 발전에 따라 상향 시스템으로의 전이 시에도 기존의 광네트웍을 그대로
사용할 수 있다.

수동형 광 가입자망은 크게 시간 분할 다중화 방식(TDM: time division multiplexing)과 파장 분할 다중화
방식(WDM: wavelength division multiplexing)으로 나눌 수 있다.

시간 분할 다중화 방식은 동일 파장 대역을 시간적으로 분할하여 중앙 기지국에서 각 가입자에게 분할된 시간
간격(time slot)을 할당하고 데이터를 전송하는 방식으로서 각 가입자는 할당된 시간 간격에만 데이터를
송/수신할 수 있다. 이 방식에서는 중앙 기지국에서 각 가입자까지의 거리가 서로 다르므로 정확히 할당된
시간 간격에서 데이터를 송/수신하기 위하여 각 가입자단은 중앙 기지국의 시간 기준에 따라 동기화가
이루어져야 한다. 이 방식은 다양한 광대역 서비스의 공급을 위한 전송 용량 증대와 가입자의 증가에 따라 중앙
기지국에 위치한 광전송 시스템의 전송 용량이 급격히 증가되어야 하므로 상향 시스템으로의 전이가
경제적/기술적 측면에서 쉽지 않다.

파장 분할 다중화 방식은 그림. 1에서 보듯이 중앙 기지국에서 각 가입자에게 서로 다른 파장을 할당하여
동시에 데이터를 전송하는 방식으로서 각 가입자는 할당된 파장을 이용하여 항상 데이터를 송/수신할 수 있다.
이 방식은 각 가입자에게 대용량의 데이터를 전송할 수 있을 뿐만 아니라 통신의 보안성이 뛰어나고 성능
향상이 용이하다. 이 방식에서는 서로 다른 파장의 광원들을 구비하여야 하며 구비한 광원의 파장을 항상
일정하게 유지하기 위한 부가적 회로가 필요하다.

이와 같은 장점에도 불구하고 종래의 파장 분할 다중 방식 수동형 광가입자망은 경제성으로 인하여 아직
실용화되지 못하고 있다. 수많은 가입자들을 수용해야 하는 가입자망의 성공적 구현 여부는 경제성에 의해
결정되기 때문이다. 최근 이러한 문제를 해결하기 위하여 multi-frequency laser, DFB laser arrays,
super-luminescent diode 등을 이용하는 방안이 제안되었다. 그러나, multi-frequency laser 나 DFB laser
arrays 와 같이 집적된 레이저들은 아직 생산성이나 신뢰도에 문제가 있을 뿐 아니라 과연 고도의 기술로
집적된 레이저들을 경제적으로 생산하는 것이 가능할 것인지 회의적인 시각이 있다. 또한, super-luminescent
diode를 스펙트럼 분할하여 파장 분할 다중 방식용 광원으로 사용하면 이러한 diode의 상대적으로 낮은
광출력으로 인하여 가입자 수나 전송 용량이 제한된다.

그림. 1 파장 분할 다중 방식 수동형 광가입자망의 개요도

연구실에서는 이미 상용화되어 있는 소자들을 이용하여 경제적으로 제작할 수 있을 것으로 판단되는
스펙트럼 분할 방식 광섬유 증폭기 광원(SFLS: spectrum-sliced fiber amplifier light source)을 하방향 전송을
위한 파장 분할 다중 방식용 광원으로, 발광 다이오우드(LED: light-emitting diode)를 상방향 전송을 위한
광원으로 사용하는 경제적인 양방향 파장 분할 다중 방식 수동형 광가입자망을 구성하는 방안의 기술적
가능성을 분석/확인하기 위한 연구를 수행하고 있다.

그림. 2는 스펙트럼 분할 방식 광섬유 증폭기 광원을 이용한 파장 분할 다중 방식 수동형 광가입자망의
개요도이다. 중앙 기지국에 있는 스펙트럼 분할 방식 광섬유 증폭기 광원은 각 가입자에게 스펙트럼 분할된
채널을 제공할 수 잇다. 각 채널은 가입자가 요구하는 데이터에 따라 변조된 후에 다중화 되어 지역 기지국으로
전송된 후 역다중화되어 각 가입자에게 전달된다. 지역 기지국은 한 개의 도파로형 회절 격자(WGR: waveguide
grating router)로 간단히 구성된다. 각 가입자는 발광 다이오우드를 직접 변조하여 상방향 신호를 전송하게
되며 이 신호들은 자동적으로 지역 기지국에서 스펙트럼 분할되고 다중화되어 중앙 기지국으로 전송된다.
중앙 기지국에서는 도파로형 회절 격자를 이용하여 상방향 신호를 다시 역다중화하여 각 가입자의 데이터을
검출한다.

그림. 2 스펙트럼 분할 방식 광섬유 증폭기 광원을 이용한 파장 분할 다중 방식 수동형 광가입자망의 개요도
(Tx: transmitter, Rx: receiver, ONU: optical network unit, LU: local terminal)

본연구실에서는 파장 분할 다중화기 또는 역다중화기로서 널리 사용되고 있는 NxN형 도파로형 회절 격자의
모든 입/출력 단자들을 이용한 효율적인 경로 설정 방법을 제안하고 전송 성능을 분석하였다. 제안된 파장
분할 방식 수동형 광가입자망은 중앙 기지국과 지역 기지국에 위치한 각 한 개의 NxN형 도파로형 회절 격자를
사용하여 상/하 방향의 각 N-1개의 전송 채널들을 동시에 다중화/역다중화하여 전송할 수 있는 구조로서,
다중화기와 역다중화기를 각각 별도로 설치한 종래의 파장 분할 다중 방식 수동형 광가입자망에 비하여
효율적이고 경제적인 구현이 가능하리라 판단된다.

앞으로 중앙 기직국과 지역 기지국의 온도 차이를 감시/보상함으로써 수동형 광가입자망의 전송 품질을
유지할 수 있는 파장 추적 방안과, 중앙 기지국과 지역 기지국을 연결하는 광선로와 지역 기지국과 각 가입자를
연결하는 광선로의 이상 유무 및 각 가입자단에 설치된 광 송/수신 장치의 이상 유무를 감사하고 복구할 수
있는 방안, 서비스의 확대와 가입자의 증가에 따른 파장 분할 다중 방식 광가입자망의 확장에 관한 연구를
지속적으로 수행할 계획이다.

[1] D. K. Jung, S. K. Shin, C. -H. Lee, and Y. C. Chung


"Wavelength-division-multiplexed passive optical network based on
spectrum-sliced techniques,"

IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 10, no. 9, pp. 1334-1336, Sept. 1998

[2] 정 윤철, 이 창희, 정 대광, 신 승균

"파장분할다중 방식 다중화/역다중화 장치와 이를 이용한 파장분할다중 방식 수동형 광가입자망"

대한민국 특허 출원번호: 제 98-29579호, 1998년 7월 23일