액세스 네트워크에서 더 높은 대역폭을 제공하기 위해 전 세계 사업자는 구리 케이블을 광섬유 케이블로 교체하고 EPON 및 GPON으로 대표되는 수동 광 네트워크를 배포하는 계획을 구현하기 시작했습니다. 기술적으로 말하면 EPON과 GPON은 TDM-PON이라고 통칭하는 시분할 다중화 모드에서 작동합니다.
단일 파장에서 각 사용자에게 타임 슬라이스를 할당하는 TDM-PON의 메커니즘은 각 사용자의 사용 가능한 대역폭을 제한할 뿐만 아니라 광섬유 자체의 사용 가능한 대역폭을 크게 낭비합니다. PON 시스템, 즉 WDM-PON에 파장 분할 다중화 기술을 도입하면 사용자의 액세스 대역폭이 크게 증가하고 사용자의 궁극적인 요구를 충족할 것입니다. 따라서 WDM-PON은 차세대 액세스 네트워크를 위한 솔루션으로 간주됩니다.
송신기 광원
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ONU 광원
WDM-PON 시스템의 다양한 ONU 광원 기술은 단일 파장 광원의 범주에 속합니다. FP-LD와 RSOA는 현재 WDM-PON 시스템에서 주로 사용되는 무색 ONU의 구현 기술이다. FP-LD는 현재 광통신 시스템에서 널리 사용되고 있다. WDM-PON 시스템에 사용되는 FP-LD는 약간 다르지만(예를 들어 전면 반사율이 낮고 후면 반사율이 높아야 함) 여전히 비용이 저렴하고 출력이 큽니다. SOA의 경우 증폭기로 사용되는 것 외에도 광 네트워크 및 광 모듈에 여러 응용 프로그램이 있습니다. 그것의 비선형 효과는 또한 변조, 파장 변환, 재생 및 고속(특히 40Gb/s 이상) 광 스위칭 및 기타 기능을 실현하는 데 사용할 수 있습니다. 반사 장치 RSOA는 WDM-PON 시스템에서 특히 유용한 구조를 약간 수정하여 얻을 수 있습니다.
일반적으로 SOA/RSOA 장치는 다양한 기능과 성숙한 프로세스를 갖추고 있으며 다양한 응용 프로그램에 대한 매개 변수를 최적화할 수 있지만 여전히 실험실 응용 단계에 있는 것으로 간주되며 상업 시장은 초기 단계에 불과하며 현재는 없습니다. SOA/RSOA 장치의 광범위한 채택을 위한 원동력. SOA/RSOA 제품을 공급하는 업체는 전 세계적으로 많지 않습니다. 큰 것에는 영국의 CIP와 스코틀랜드의 Kamelian이 포함됩니다. 국내 ETRI도 WDM-PON 시스템용 RSOA 장치를 개발해 코어세스에 공급하고 있다. 그러나 WDM-PON에 사용되는 RSOA 장치는 현재 가격이 비싸기 때문에 원가를 더 낮추기 위해서는 생산 규모가 필요하다.
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OLT 광원
OLT의 경우 각 ONU와 통신하기 위해 서로 다른 파장을 사용해야 하므로 이러한 단일 파장 광원 솔루션을 사용하는 것은 매우 불편합니다. OLT 광원도 광역 스펙트럼 광원의 스펙트럼 분할을 사용할 수 있지만 스펙트럼 분할은 큰 손실(약 18dB)을 발생시켜 전력 예산이 부족하므로 현재 다파장 광원을 사용합니다. 주로 사용됩니다. 다파장 광원은 동시에 여러 파장의 빛을 발생시킬 수 있는 집적소자에 있어서 WDM-PON 시스템에서 OLT 광원으로 사용하기에 매우 적합하다. 다파장 광원에는 다음과 같은 유형이 있습니다.
다중 주파수 레이저(MFL): 그림 1과 같이 다중 주파수 레이저는 1×N 배열 도파관 격자와 다수의 광증폭기가 집적되어 있고, 배열 도파관 격자의 각 입력단에는 광증폭기가 집적되어 있다. 광 증폭기와 배열 도파관 격자의 출력단 사이에 광학 공동이 형성됩니다. 증폭기가 공동의 손실을 극복할 수 있는 충분한 이득을 제공한다면 레이저 출력이 있을 것이고 출력 파장은 배열된 도파관 격자의 필터링 특성에 의해 결정됩니다. 각 증폭기의 바이어스 전류를 직접 변조하여 다중 파장 다운링크 신호를 생성할 수 있습니다.
그림 1: 다중 주파수 레이저 구조의 개략도
MFL의 파장 간격은 배열된 도파관 격자의 도파관 길이 차이에 의해 결정되며 정밀하게 제어할 수 있습니다. 동일한 온도를 유지하여 각 파장을 균일하게 조절할 수 있어 파장 모니터링에 편리합니다. MLF는 이상적인 OLT 광원입니다. 다중 주파수 레이저에서 직접 변조도 가능하지만 긴 레이저 공동으로 인해 변조 속도가 제한됩니다. 200GHz 및 20채널 간격, 400GHz 및 16채널 간격의 MFL이 출시되었으며 직접 변조 속도는 622Mbit/s입니다.
이득 결합 DFB 레이저 어레이: DFB 레이저 어레이는 동일한 기판에 동일한 특성을 갖는 다중 InGaAsP/InP 다중 양자 우물 도파관 레이저를 제조하며 통합된 다중 파장 광원입니다. DFB 레이저 어레이는 하나의 레이저 모듈에서 이득 결합 메커니즘과 조정 기능을 결합하고 파장 조정은 온도 제어를 통해 이루어집니다. 박막 저항기가 장치에 통합되어 있으며 온도를 제어하여 파장을 변경할 수 있으므로 거의 연속적으로 조정할 수 있습니다. 이 장치의 장점은 작은 크기와 고속 변조에 있지만 각 레이저 파장이 독립적으로 결정되기 때문에 어레이에서 각 레이저의 파장을 정밀하게 제어하기 어렵다는 큰 문제가 있습니다. 필터.
초연속 레이저 광원: 펨토초 레이저에 의해 펨토초 펄스가 생성되고 비선형 매질을 통해 전송된 후 자체 위상 변조 효과에 의해 펄스 확장 및 선형 주파수 처프가 발생합니다. 확장된 스펙트럼에서 파장은 시간에 따라 선형적으로 증가하므로 다른 파장은 다른 시간 슬롯을 점유하고 다운링크 데이터는 TDM에 의해 각 채널에서 변조됩니다. 확장된 스펙트럼은 다수의 사용자가 공유할 여러 PON을 지원하기 위해 증폭되고 분할될 수 있습니다.
WDM
WDM-PON에서 파장 분할 다중화기는 일반적으로 파장 라우터라고 합니다. 하향링크 신호를 역다중화하여 지정된 ONU에 분배하고 상향링크 신호를 광섬유로 다중화하여 OLT로 전송합니다. 주요 지표에는 삽입 손실, 누화, 채널 간격, 편파 의존성 및 온도 민감도가 포함됩니다.
그림 2: WDM-PON 다이어그램
현재 박막 간섭 필터, 음향 광학 필터, 광섬유 브래그 격자, AWG 등 다양한 구조를 가진 장치가 있습니다. 채널 수가 적은 경우 박막 간섭 필터 및 광섬유 격자가 좋습니다. 선택. 채널 수가 16개 이상인 WDM 시스템의 경우 다중화/역다중화 장치에 주로 AWG를 사용하는데, 주로 AWG의 손실은 채널 수와 관련이 없기 때문입니다. 최근 몇 년 동안 개발된 배열 도파관 격자는 작은 크기, 쉬운 통합, 좁은 채널 간격 및 안정적인 성능의 장점을 가지고 있어 WDM-PON의 개발을 촉진합니다.
AWG는 DWDM 시스템에서 널리 사용되어 왔지만 PON 네트워크에 적용될 때 능동 온도 제어 장치를 사용할 수 없으며 온도 변화로 인한 파장 드리프트 문제에 직면하게 됩니다. 따라서 열에 민감한 AWG는 WDM-PON 시스템에 매우 중요합니다. 열에 민감한 AWG 기술은 상대적으로 성숙하지만 일반 AWG보다 가격이 높습니다. 대량 생산이 가능하고 널리 사용될 수 있다면 비용은 기본적으로 일반 AWG와 동일합니다.
WDM 수신기
WDM-PON 시스템의 수신기는 광검출기와 신호 복구를 위한 부속 회로(디지털 광 수신기)를 포함합니다. PIN 광다이오드 및 애벌랜치 광다이오드는 일반적으로 사용되는 광검출기이며 필요한 감도에 따라 응용 분야가 다릅니다. 디지털 광수신기는 일반적으로 전치 증폭기, 주 증폭기 및 클럭 데이터 복구 회로(CDR)로 구성됩니다.
WDM-PON의 수신기는 디멀티플렉서와 수신기 어레이로 구성됩니다. WDM 수신기에서는 디멀티플렉서에서의 선형 누화를 고려해야 하므로 전력 손실이 급격히 증가합니다. 누화를 제어하는 방법에는 각 ONU의 전력을 균등화하는 방법, 수신 신호를 이중 필터링하는 방법 등이 있습니다.
파장 모니터링
WDM-PON에서는 여러 파장을 사용하고, AWG는 일반적으로 온도 제어 없이 야외에 배치되기 때문에 온도는 AWG 통과 대역의 변화에 큰 영향을 미칩니다. 일반적으로 AWG의 온도 차이 범위는 -40~85°C이고 통과 대역 이동률은 0.011nm/°C입니다. 따라서 이러한 온도 차이에서 파장은 1.4nm 이동합니다. 이러한 오프셋은 DWDM의 파장 간격과 같은 크기(100~200GHz)로 WDM-PON의 작업에 심각한 영향을 미칩니다. 따라서 OLT에서 파장 감지 및 튜닝 작업을 수행해야 합니다.
파장 모니터링은 차동 알고리즘을 사용하여 채널의 전송 전력과 파장 라우터를 통과하는 전력을 비교하여 차동 신호를 얻습니다. 이전 순간의 차이 신호보다 작으면 온도는 현재 방향으로 ΔT만큼 변화합니다. 그렇지 않으면 채널 불일치가 증가하고 온도가 반대 방향으로 ΔT 변경됨을 의미합니다. 이 방법에서 온도 조절의 속도와 스텝 거리 ΔT를 적절하게 선택해야 합니다.
다운링크 채널 전력 및 업링크 채널 전력을 모니터링하여 파장 모니터링을 실현할 수 있습니다. 다운링크에서 WDM만 사용하는 복합 PON의 경우 다운링크 채널 전력만 모니터링할 수 있습니다. 이 방법에는 추가 루프백 광섬유 또는 모니터링 채널과 광섬유 격자가 필요합니다. 스펙트럼 분할 업링크를 사용하는 WDM-PON의 경우 OLT에서 역다중화 전후의 업링크 신호 전력을 비교할 수 있으며 추가 채널 없이 파장 모니터링을 위한 커플러만 추가하면 됩니다.