EDFA를 이용한 장거리 무중계 전송방식

1. 개요

2. EDFA의 원리

3. EDFA의 구조

4. 광증폭기의 비교

5. 결론

1. 개요

 - 광통신 시스템에서 장거리 전송을 하는 경우, 광케이블 상의 광신호는 산란, 흡수 등에 따라 감쇠되어 전송거리에 제한을 받고, 분산에 의한 파형왜곡이 발생하여 용량 증대에 제한을 받는다.  

 - 이와 같은 감쇠와 파형왜곡에 따른 전송품질의 열화를 보상하기 위해 광신호를 중간에 증폭하는 것이 필요

 - 증폭기로는 광중계기와 광증폭기가 있다 

 - 광중계기는 광신호를 전기 신호로 변환하여 증폭하고 이를 다시 광신호는 변환하는 재생 중계기로서 통신의 고속화에 부적합

 - 이에 반해 광증폭기는 광신호를 전기 신호로 변환하지 않고 직접 증폭, 더욱이 광증폭기는 일련의 파장을 동시에 증폭이 가능하여 DWDM에 적합

 - 광증폭기의 종류에는 광섬유 증폭기와 반도체 광증폭기(Semiconductor Optical Amplifier:SOA)가 있으며, 광섬유 증폭기에는 EDFA(Erbium-Doped Fiber Amplifier), 광섬유 라만증폭기(Fibre RAMAN Amplifier) 등이 있다

 ※광증폭기의 분류

  1) 동작방식에 따라

     가. 광섬유 광증폭기(Optical Fiber Amplifier): 도핑된 광섬유를 이득매질로 삼아 광신호를 직접 증폭

        - EDFA(Erbium-Doped Fiber Amplifier): 광송신기와 광수신기 사이의 중간 단계에서 광신호를 증폭하는 것, 이를 통해 광-전 변환이 없이도 광전송 거리를 크게 확장할 수 있다

        - EDWA(Erbium-Doped Waveguide Amplifier): EDFA와 유사, EDWA는 입력신호와 펌프에너지를 직접 커플링하여 EDF 루프에 주입하는 대신, 간접커플링하여 EDW(Erbium-doped Waveguide)에 주입한다

        - PDFFA(Preseodymium-doped Fluride Fiber Amplifier): EDFA가 증폭할 수 없는 1310nm 대역의 신호 증폭 가능, EDF 대신에 지르코늄 플루오르화물이나 하프늄 플루오르화물이 첨가된 섬유가 사용, 1020nm 대역 펌프레이저가 사용

        - TDFA(Thulium-doped Fiber Amplifier): EDFA와 유사하나 광섬유와 첨가하는 불순물의 종류, 여기 레이저의 배치가 다르다

        - 라만광증폭기(Raman Fiber Amplifier) 

     나. 반도체 광증폭기(Semiconductor Optical Amplifier:SOA): 광공진 소자 구현등에 의한 광증폭

   2) 적용되는 장소/용도에 따라

     가. 후치 증폭기(Post Amplifier)

        - 주로 송신기측 출력을 가능한한 크게 증폭하도록 설계됨

        - 출력 전력 자체는 크지만, 증폭 이득은 그리 클 필요없음

     나. 선로 증폭기(In-Line Amplifer)

        - 광섬유 상의 감쇠 손실을 보상

        - 높은 이득과 낮은 잡음 특성을 갖도록 설계됨

      다. 전치 증폭기(Pre amplifier)

        - 증폭 이득이 크고, 수신 감도를 좋게, 증폭기 잡음을 최대한 억제토록 설계됨

        - 수신기 입력단 등 저잡음이 요구되는 곳에 위치    

2. EDFA 증폭기 원리

 - 980nm 또는 1480nm 근처의 파장을 갖는 빛이 EDF(Erbium-Doped Fiber)로 펌핑됨

 - EDF(Erbium-Doped Fiber)에 있는 소량의 Eribum 이온들은 펌핑된 빛의 에너지를 흡수함으로써 1550nm대 파장의 에너지 레벨주위로 모아진다

 - 1550nm대의 광신호가 EDF를 지나가면 흥분된 전자는 그들의 에너지를 입사된 광신호에 전달함으로써 입력된 광을 증폭

 - 흥분된 전자가 가지고 있는 에너지를 1550nm의 빛으로 발광하면서 Ground 상태로 돌아가는 데에는 약 10ms의 시간이 필요

 - 송신단에 설치된 EDFA는 전력증폭기로써의 역할을 하고, 수신단에서는 수신된 약한 신호를 증폭함으로써 수신단 감도를 증가시키는 prefilter로 작용한다. 

                                                                                              출처: http://images.yourdictionary.com

3. EDFA 증폭기 구조

 

                                                                                                  출처: http://www.ktword.co.kr

  - EDFA는 펌프광레이져, WDM 커플러, 광아이솔레이터, 광증폭광섬유(EDF)로 구성

  - 펌프광레이져: 980nm or 1480nm

  - WDM 커플러: 펌핑 광원과 신호 광을 결합하거나 분리시키는 작용

  - 광아이솔레이터: 반사광을 차단하는 역할

  - EDF: 펌프광 에너지를 입력 광신호에 이전시켜주는 역할

4. 광증폭기 비교

특성	EDFA	SOA(반도체 광증폭기)	FRA(섬유라만증폭기)
대역폭 이득	40nm	약 50nm	약 150 nm
증폭파장대	C밴드 또는 L밴드	전 파장 대역	전 파장 대역
이득	20~30dB
출력파워	21dBm	13dBm	광대역 증폭기로 사용
잡음지수	4~5dB	8~10dBm	3~4dB
이득 slope	C-Band	Slight slope	레이저의 분배에 의존

 

 

5. 결언

 - 인터넷 이용자가 급속히 증가함에 따라 네트워크의 각 노드에서 감당해야 할 트래픽 용량이 수십 테라급에 이를 것으로 예상

  - 한 개의 광섬유를 통해 테라비트 이상의 전송을 위해서는 기존의 시분할다중 방식 외에 파장분할다중 방식을 사용해야 함

  - 파장분할다중 방식의 전송 용량을 확대하기 위해서는 채널당 전송 속도 또는 채널의 수를 증가시켜야 한다

  - 채널의 수를 증가시키기 위해서는 채널 간겨을 줄이는 방안과 전송 대역폭을 넓히는 방안이 있음

  - 전송 대역폭을 늘리기 위해서는 초광대역 광증폭 기술이 필요

  

출처

http://www.ktword.co.kr/abbr_view.php?m_temp1=2395&m_search=%B1%A4%C1%F5%C6%F8%B1%E2

http://images.yourdictionary.com