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KR20090007356A - 무부스터 광통신 시스템을 구현하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

무부스터 광통신 시스템을 구현하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20090007356A
KR20090007356A KR1020087025855A KR20087025855A KR20090007356A KR 20090007356 A KR20090007356 A KR 20090007356A KR 1020087025855 A KR1020087025855 A KR 1020087025855A KR 20087025855 A KR20087025855 A KR 20087025855A KR 20090007356 A KR20090007356 A KR 20090007356A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
signal
optical signal
pump
fiber
power level
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
KR1020087025855A
Other languages
English (en)
Inventor
안드레 비. 푸크
안드르제 에스. 카민스키
도 2세 장
Original Assignee
엑스테라 커뮤니케이션즈, 인크.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엑스테라 커뮤니케이션즈, 인크. filed Critical 엑스테라 커뮤니케이션즈, 인크.
Publication of KR20090007356A publication Critical patent/KR20090007356A/ko
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

광통신 시스템은 적어도 하나의 광 신호와 적어도 하나의 펌프 신호를 수신하도록 동작 가능한 송신 파이버를 포함한다. 광 신호는 하나 이상의 광 신호 파장과 대략 최소 임계 전력 레벨의 전력 레벨을 포함한다. 펌프 신호는 송신 파이버의 적어도 일부 상에서 광 신호의 적어도 일부와 동일 방향으로 전파한다. 일 특정 실시예에서, 펌프 신호는, 펌프 신호와 광 신호가 송신 파이버의 일부를 횡단함에 따라, 대략 최대 임계 전력 레벨까지 광 신호를 증폭한다.
광통신 시스템, 송신 파이버, 광 신호, 펌프 신호

Description

무부스터 광통신 시스템을 구현하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR IMPLEMENTING A BOOSTERLESS OPTICAL COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 일반적으로 통신 시스템의 분야에 관한 것으로서, 특히, 무부스터(boosterless) 광통신 시스템을 구현하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
종래의 광통신 시스템들은 통상적으로 광통신 신호를 통신 스팬(communication span) 또는 송신 파이버(transmission fiber)에 론치(launching)하기 전에 대략 최대 임계 전력 레벨(maximum threshold power level)까지 광통신 신호를 증폭하기 위하여 하나 이상의 부스터 증폭기를 구현한다. 이러한 시스템은 송신 파이버에 관련된 손실을 보상하기 위한 송신 파이버 상의 송신에 대비하여 광통신 신호의 전력 레벨의 최대화를 추구한다.
일 실시예에 따르면, 광통신 시스템은 적어도 하나의 광 신호(optical signal) 및 적어도 하나의 펌프 신호(pump signal)를 수신하도록 동작 가능한 송신 파이버를 포함한다. 광 신호는 하나 이상의 광 신호 파장과 대략 최소 임계 전력 레벨의 전력 레벨을 포함한다. 펌프 신호는 적어도 송신 파이버의 일부를 통해 적어도 광 신호의 일부분과 같은 방향으로 전파(co-propagate)한다. 일 특정 실시예에서, 펌프 신호와 광 신호가 송신 파이버의 일부분을 횡단함에 따라, 펌프 신호는 대략 최대 임계 전력 레벨까지 광 신호를 증폭한다.
또 다른 실시예에 따르면, 무중계(unrepeatered) 광통신 시스템은 적어도 하나의 광 신호를 생성하여, 광 신호를 송신 파이버의 제1 종단(end)에 도입(introduce)하도록 동작 가능한 무부스터 종단 단말을 포함한다. 송신 파이버의 제1 종단에 도입되는 광 신호는 대략 최소 임계 전력 레벨인 전력 레벨을 포함한다. 시스템은 또한 송신 파이버에 결합되는 펌프 소스를 더 포함한다. 펌프 소스는 적어도 하나의 펌프 신호를 생성하고 송신 파이버에 펌프 신호를 도입하도록 동작 가능하다. 일 특정 실시예에서, 펌프 신호가 송신 파이버의 일부분을 횡단함에 따라, 펌프 신호는 대략 최대 임계 전력 레벨까지 광 신호를 증폭하도록 동작 가능하다.
구현되는 구체적인 특징에 따라서, 본 개시물의 특정 실시예들에서는, 이하의 기술적 장점들 중 일부 또는 전부를 나타내거나 또는 아무것도 나타내지 않을 수 있다. 다양한 실시예에서, 광 시스템의 총 도달 거리를 증가시킬 수 있다. 다른 실시예들에서, 통신 스팬 또는 광 파이버 내에서 최대 전력 레벨에 신호가 도달하는 지점을 연장 및/또는 지연시킬 수 있다. 다른 기술적 장점들은 이하의 도면, 상세한 설명, 및 청구항으로부터 당업자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 또한, 특정 장점들을 열거하였지만, 각종 실시예들에서 열거된 장점들 중 전부 또는 일부를 포함할 수 있으며, 아무것도 포함하지 않을 수 있다.
본 발명과 그 특징 및 장점을 더 완벽하게 이해하기 위하여, 첨부 도면을 참조하여 이하의 설명에 대하여 참조하기 바라며, 여기서, 동일한 참조 번호는 동일한 부분을 지칭한다.
도 1은 하나 이상의 다중 파장 신호의 통신을 용이하게 하는 무중계 광통신 시스템의 적어도 일부를 나타낸 블록도이다.
도 2는 무부스터 종단 단말로부터 통신되는 제2 광 신호에 대하여 부스터 증폭기를 포함하는 종단 단말로부터 통신되는 제1 광 신호를 비교하는 그래프이다.
도 3은 광 신호의 론치 전력이 변함에 따른 광통신 시스템의 통신 스팬을 횡단한 후 광 신호의 광성능을 나타낸 그래프이다.
도 4는 무중계 광통신 시스템의 통신 스팬에서 대략 최소 임계 전력 레벨에서 대략 최대 임계 전력 레벨까지 광 신호를 증폭하는 방법의 일례를 나타낸 흐름도이다.
본 문서에 기재된 특정 예들과 치수들은 예시를 위한 것으로서, 본 개시물의 범위를 제한하고자 한 것은 아니다. 특히, 본 개시물은 무중계 광통신 시스템에 한하지 않는다. 본 개시물의 교시는 광 디바이스 간의 거리 또는 도달범위를 확장하는 것이 요구되는 임의의 광통신 시스템에서 사용될 수 있다. 또한, 도 1 내지 도 4의 도시는 비율적으로 그려진 것은 아니다.
도 1은 하나 이상의 다중 파장 신호(16)의 통신을 용이하게 하기 위하여 동작하는 무중계 광통신 시스템(10)의 적어도 일부를 나타낸 블록도이다. "무중계 광통신 시스템"이란, 단말 간에 수동 광소자들만을 포함하는 광통신 스팬을 갖는 광통신 시스템을 말한다. 즉, 무중계 시스템의 통신 스팬은 전력을 필요로 하는 소자들로부터 실질적으로 자유롭다.
본 예에서, 시스템(10)은 각각 중심 파장의 광을 포함하는 복수의 광 신호(또는 채널)(15a 내지 15n)를 발생시키도록 동작 가능한 복수의 송신기(12a 내지 12n)를 포함한다. 일부 실시예에서, 각 광 신호(15a 내지 15n)는 다른 신호들의 중심 파장과는 실질적으로 상이한 중심 파장을 포함한다. 본 문서를 통해 사용되는 바와 같이, "중심 주파수"라는 용어는, 광 신호의 스펙트럼 분포의 시간 평균을 의미한다. 중심 파장을 둘러싼 스펙트럼은 중심 파장에 대하여 대칭일 필요는 없다. 또한, 중심 파장이 캐리어 파장을 나타내야한다는 요구사항도 없다. 송신기(12)는 하나 이상의 광 신호를 생성하도록 동작할 수 있는 임의의 디바이스를 포함할 수 있다. 송신기(12)는 외부 변조되는 광 소스를 포함하거나, 직접 변조되는 광 소스를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 송신기(12)는 각 소스가 하나 이상의 광 신호(15)를 생성하게 하여 각각 관련된 변조기를 갖는 복수의 독립적인 광 소스를 포함한다. 다른 방법으로서, 송신기(12)는 복수의 변조기에 의해 공유되는 하나 이상의 광 소스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 송신기(12)는 일련의 광 펄스들을 생성하도록 동작 가능한 모드 로크(mode-locked) 소스를 포함하는 연속체(continuum) 소스 송신기와, 모드 로크 소스로부터 펄스 열(a train of pulses)을 수신하여 광 신호들의 대략적인 스펙트럼 연속체를 형성하도록 펄스들을 스펙트럼 상에서 확장시키도록 동 작 가능한 연속체 발생기(continuum generator)를 포함할 수 있다. 그러한 실시예에서, 신호 스플리터는 연속체를 수신하여 연속체를 각각 중심 파장을 갖는 개별 신호들로 분리시킨다. 일부 실시예에서, 또한, 송신기(12)는 모드 로크 소스 또는 변조기로부터 수신된 펄스들을 다중화하도록 동작 가능한 시분할 다중화기 또는 시스템의 비트율(bit rate)을 증가시키는 변조기 등의 펄스율 다중화기(pulse rate multiplexer)를 포함할 수 있다.
일부의 경우, 송신기(12)는 광 재생기(optical regenerator)의 일부를 포함할 수 있다. 즉, 송신기(12)는 다른 광통신 링크로부터 수신된 전기적 또는 광학적 신호의 전기적 표현에 기초하여 광 신호(15)를 생성할 수 있다. 다른 경우, 송신기(12)는 국지적으로 배치된 소스들로부터 송신기(12)에 수신되는 정보에 기초하여 광 신호(15)를 생성할 수 있다. 송신기(12)는 또한 복수의 송신기와 복수의 수신기를 포함하고 있는 트랜스폰더 어셈블리(도시 생략)의 일부를 포함할 수도 있다.
다양한 실시예에서, 송신기(12)는 신호(15)의 Q-팩터 및 시스템(10)의 비트 에러율을 개선할 수 있는 FEC(Foward Error Correction) 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들어, FEC 모듈은 리드 솔로몬(Reed Solomon) 코딩, 터보 프라덕트 코드(Turbo Product Codes) 코딩, 연접 리드-솔로몬(Concatenated Reed-Solomon) 코딩, 또는 신호(15)의 Q-팩터 및 시스템(10)의 비트 에러율을 개선할 수 있는 기타 알고리즘 등의 FEC 시퀀스를 인코딩할 수 있다. 본 문서를 통해 사용되는 바와 같이, "Q-팩터"라는 용어는 송신기로부터 통신되는 신호의 품질을 판정하기 위한 메 트릭(metric)을 말한다. 송신기(12)로부터 통신되는 광 신호(15)에 관련된 "Q-팩터"는 다수의 하이(△H)와 다수의 로우(△L)의 표준 편차의 합계에 대한 광 신호와 관련된 하이 신호값의 평균치(MH) 및 로우 신호값의 평균치(ML)의 차를 말한다. Q-팩터의 값은 dB20 으로 표현될 수 있다. 수식 형태로서, 이 관계식은 다음과 같이 표현된다:
Q = [MH - ML] ÷ [△H + △L]
도시된 실시예에서, 시스템(10)은 또한 광 신호(15a 내지 15n)를 수신하여 이 신호들을 다중 파장 신호(16)로 결합하도록 동작 가능한 결합기(14)를 포함한다. 일 특정예로서, 결합기(14)는 파장 분할 다중화기(WDM)를 구비할 수 있다. 파장 분할 다중화기 및 파장 분할 역다중화기라는 용어는 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 파장 분할 다중화된 신호를 처리하도록 동작 가능한 장비 및/또는 조밀한 파장 분할 다중화된 신호를 처리하도록 동작 가능한 장비를 포함할 수 있다.
시스템(10)은 광통신 스팬(20)을 통해 다중 파장 신호(16)를 통신한다. 본 예에서는 하나의 광통신 스팬(20)을 포함하고 있지만, 본 개시물의 범주를 일탈하지 않고서 임의의 추가의 수의 스팬이 사용될 수 있다. 통신 스팬(20)은, 예를 들어, SMF(Standard Single Mode Fiber), DSF(Dispersion Shifted Fiber), NZDSF(Non-zero Dispersion Shifted Fiber), DCF(Dispersion Compensating Fiber), PSCF(Pure-Silica Core Fiber), 또는 다른 파이버 종류 또는 파이버 종류의 결합을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 스팬(20)은, 예를 들어, 80km 이상, 150km 이상, 300km 이상, 또는 임의의 기타 적절한 길이의 스팬 길이를 포함할 수 있다. 본 특정 실시예에서, 시스템(10)의 스팬(20)은 적어도 400km의 스팬 길이를 포함한다.
통신 스팬(20)은, 예를 들어, 단방향 스팬 또는 양방향 스팬을 포함할 수 있다. 스팬(20)은 지점간(point-to-point) 통신 링크를 포함하거나, 또는 링 네트워크, 메쉬 네트워크, 스타 네트워크, 또는 임의의 기타 네트워크 구성 등의 더 큰 통신 네트워크의 일부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 통신 스팬(20)은 다중 링크 시스템의 하나의 스팬 또는 링크를 포함할 수 있으며, 여기서, 각각의 링크는, 예를 들어, 광 재생기를 통해 다른 링크에 결합할 수 있다.
본 실시예에서, 분리기(seperator)(26)는 스팬(20)의 종단에서 수신되는 다중 파장 신호(16)로부터 개별 광 신호(15a 내지 15n)를 분리시킨다. 분리기(26)는, 예를 들어, 파장 분할 역다중화기(WDM)를 포함할 수 있다. 분리기(26)는 수신기(28)의 뱅크 또는 기타 광 통신 경로에 대하여 개별 신호 파장 또는 파장의 범위를 통신한다. 하나 이상의 수신기(28)는 광학적 포맷과 전기적 포맷 사이에서 신호들을 수신하여 변환하도록 동작 가능한 광 송수신기의 일부를 포함할 수 있다.
시스템(10)은 통신 스팬(20)에 결합되는 하나 이상의 광 증폭기를 더 포함할 수 있다. 본 예에서, 시스템(10)은 분리기(26)에 신호(16)를 통신하기 전에 파이버 스팬(20)으로부터 수신되는 신호(16)를 증폭하도록 동작 가능한 프리앰프(preamplifier)(24)를 포함한다. 시스템(10)은 프리앰프(24)를 포함하지만, 시스템(10)은 본 개시물의 범주를 일탈하지 않고서, 임의의 다른 증폭기를 포함할 수 있으며, 및/또는 프리앰프(24)가 제거될 수도 있다.
증폭기(24)는, 예를 들어, 라만(Raman) 증폭, 어븀 도핑단(erbium doped stage) 또는 툴륨(thulium) 도핑단 등의 희토류(rare earth) 도핑 증폭단, 반도체 증폭단, 또는 이들 또는 다른 증폭단 종류의 조합들 중 하나 이상의 단을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 증폭기(24)는 양방향 라만 증폭기를 포함할 수 있다. 본 문서에서, "증폭기"라는 용어는, 시스템(10)의 일부 또는 전부를 횡단하는 동안 신호들에 의해 초래되는 손실 중 적어도 일부를 적어도 부분적으로 보상하도록 동작 가능한 하나의 디바이스 또는 디바이스의 결합을 지칭한다. 마찬가지로, "증폭하다" 및 "증폭"이라는 용어는 그렇지 않다면 초래되게 되는 손실 중 적어도 일부를 오프셋하는 것을 말한다.
증폭기는 증폭중인 신호에 대하여 순 이득(net gain)을 부여하거나 부여하지 않을 수 있다. 또한, 본 문서에 걸쳐 사용되는 바와 같이 "이득"과 "증폭하다"라는 용어는, 순 이득을 필요로 하지 않는다(달리 명기하지 않는 한). 즉, 증폭단 내의 "이득" 또는 "증폭"을 거친 신호는 증폭단 또는 증폭단에 접속된 파이버 내의 모든 손실을 극복하기 위해 충분한 이득을 거칠 필요는 없다. 구체적인 예로서, 분산형 라만 증폭단은 통상적으로 이득 매체로서 기능하는 송신 파이버 내의 손실 모두를 오프셋하기 위해 충분한 이득을 거치지 않는다. 그럼에도, 이 디바이스들은 송신 파이버 내를 거치는 손실 중 적어도 일부를 오프셋하기 때문에 "증폭기"로서 간주된다.
선택된 증폭기 종류에 따라서, 증폭기(24)는 수신되는 모든 광 신호(15a 내 지 15n)를 증폭하도록 동작 가능한 광대역 증폭기를 포함할 수 있다. 다른 방법으로서, 증폭기(24)는 협대역 증폭기 어셈블리의 병렬 조합을 포함할 수 있으며, 여기서, 병렬 조합 내의 각 증폭기는 다중 파장 신호(16)의 파장들 중 일부를 증폭하도록 동작 가능하다. 그러한 경우, 시스템(10)은 시스템(10)을 통한 통신을 위해 파장들을 분리, 및/또는 결합 또는 재결합하기 위하여 복수의 파장 그룹들의 증폭을 용이하게 하기 위하여 증폭기 어셈블리의 병렬 조합을 둘러싸고 있는 신호 분리기 및/또는 신호 결합기를 포함할 수 있다.
도시된 실시예에서, 송신기(12), 결합기(14), 및 펌프 소스(30a)는 제1 단말(11) 내에 배치되는 반면, 수신기(28), 분리기(26), 프리앰프(24), 및 펌프 소스(30b)는 제2 단말(13) 내에 배치된다. 본 예에서, 단말(11)은 송신기(12), 결합기(14), 및 펌프 소스(30a)를 포함하고, 단말(13)은 수신기(28), 분리기(26), 증폭기(24), 및 펌프 소스(30b)를 포함하지만, 본 개시물의 범주를 일탈하지 않고서, 단말(11 및 11)은 각각 송신기, 수신기, 결합기, 분리기, 펌프 소스, 및/또는 증폭기의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 단말(11 및 13)은 임의의 다른 광학 소자를 포함할 수 있다. 일부 경우, 단말(11 및 13)은 종단 단말이라고 할 수도 있다. "종단 단말"이라는 어구는, 광전 및/또는 전광 신호 변환 및/또는 생성을 수행하도록 동작 가능한 디바이스를 일컫는다.
다양한 실시예에서, 종단 단말(11 및 13)은 적어도 부분적으로 신호(16)에 관련된 색분산(chromatic dispersion)을 보상할 수 있는 하나 이상의 분산 보상 요소들을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 분산 보상 요소는 시스템(10)의 스 팬(20)을 횡단하는 동안 광 신호(16)에 의해 축적되는 분산을 대략적으로 보상하는 분산 길이 곱(dispersion length product)을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 증폭기(24)의 이득 매체 중 적어도 일부는 신호(16)에 관련되는 색분산을 적어도 부분적으로 보상할 수 있는 분산 보상 파이버를 포함할 수 있다. 그러한 실시예에서, 분산 보상 파이버는 다중 파장 신호(16)에 관련된 색분산의 기울기와 반대되는 동일한 분산의 기울기를 포함할 수 있다.
이러한 특정 실시예에서, 시스템(10)은 스팬(20)에 도입을 위한 제1 펌프 신호(32a)를 생성할 수 있는 제1 펌프 소스(30a)와, 스팬(20)에 도입을 위한 제2 펌프 신호(32b)를 생성할 수 있는 제2 펌프 소스(32b)를 포함한다. 본 예에서는 2개의 펌프 소스(30)와 2개의 펌프 신호(32)를 포함하지만, 본 개시물의 범주를 일탈하지 않고서 임의의 다른 수의 펌프 소스 및/또는 펌프 신호가 사용될 수 있으며, 또는 하나 이상의 펌프 소스(30) 및/또는 펌프 신호(32)가 배제될 수 있다. 펌프 신호(32a 및 32b)는 각각 하나 이상의 펌프 파장을 포함할 수 있으며, 하나 이상의 펌프 파장 각각은 중심 파장의 광을 포함한다. 일부 실시예에서, 특정 펌프 신호(32) 내의 하나 이상의 펌프 파장 각각은 특정 펌프 신호(32) 내에서 다른 펌프 파장들의 중심 파장과는 실질적으로 상이한 중심 파장을 포함할 수 있다. 펌프 소스(30)는 희망 전력 레벨 및 파장에서 하나 이상의 펌프 신호 파장을 생성할 수 있는 임의의 디바이스 또는 디바이스들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 펌프 소스(30)로서는 Nd:YAG 또는 Nd:YLF 레이저 등의 고체 상태 레이저, 이테르븀(Ytterbium) 도핑 파이버 레이저, 레이저 다이오드, 클래딩 펌프 파이버 레이저 등의 반도체 레이저, 또는 이들 또는 기타 광원의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
본 예에서, 펌프 신호(32a)는 신호(16)에 대하여 스팬(20)을 통해 동일방향으로 전파(co-propagate)하는 반면, 펌프 신호(32b)는 광 신호(16)와 함께 스팬(20)을 통해 반대방향으로 전파(counter-propagate)한다. 본 문서를 통해 사용되는 바와 같이, "co-propagate" 또는 "co-propagating" 이라는 용어는, 펌프 신호의 적어도 일부가 적어도 일부 시간동안 증폭중인 광 신호의 적어도 하나의 파장과 동일한 방향으로 이득 매체 또는 광 파이버를 통해 전파하는 상태를 말한다. 또한, "counter-propagate" 또는 "counter-propagating"이라는 용어는, 펌프 신호 중 적어도 일부가 증폭 중인 광 신호의 방향과 반대 방향으로 이득 매체 또는 광 파이버를 통해 전파하는 상태를 말한다. 본 예에서, 시스템(10)은 스팬(20)에 대하여 펌프 신호(32a 및 32b)를 도입하고 있지만, 다른 실시예에서는, 하나 이상의 펌프 신호(32a 및 32b)가 제거될 수 있다.
종래의 광통신 시스템은 통상적으로 통신 스팬 또는 송신 파이버 내에 전개시키기 전에 다중 파장 광 신호를 대략 최대 임계 전력 레벨까지 증폭하기 위하여 하나 이상의 부스터 증폭기를 구현하였다. 예를 들어, 종래의 광통신 시스템은 통상적으로 다중 파장 광 신호의 파장들을 수신 및 증폭하여 송신 파이버 또는 통신 스팬을 통한 송신을 위해 그 신호들을 준비시킬 수 있는 하나 이상의 부스터 증폭기를 포함한다. 대부분의 경우, 하나 이상의 부스터 증폭기는 시스템에 대한 최대 임계 전력 레벨의 적어도 80%까지 다중 파장 광 신호를 증폭한다. "최대 임계 전력 레벨"이란, 통신 스팬의 수신 종단에서 측정했을 때에 광 신호 전력 레벨을 더 증가시킴으로써 시스템 성능이 더 이상 향상될 수 없는 출력 신호 전력 레벨이다.
시스템의 최대 임계 전력 레벨은 적어도 부분적으로 시스템의 구성 및 송신 매체 또는 통신 스팬에 구현되는 파이버의 종류에 기초한다. 대부분의 경우, 통신 스팬 내의 하나 이상의 비선형적인 상호작용이 통상적으로 시스템의 최대 임계 전력 레벨을 제한하거나 결정한다. 즉, 최대 임계 전력 레벨은 시스템의 송신 매체를 통해 통신되는 때의 광 신호 파장에 관련된 최대 전력 레벨을 제한한다. 이러한 비선형적인 효과로서는, 예를 들어, 4파 혼합(four wave mixing), 교차 위상 변조(cross-phase modulation), 자기 위상 변조(self-phasee modulation), 유도 브리유앵 산란(stimulated Brillouin scattering), 또는 이들 또는 다른 비선형 효과의 조합을 포함할 수 있다.
대부분의 경우, 비선형 상호작용은 다중 파장 광 신호의 최대 전력을 제한하여, 다중 파장 신호들과 관련된 파장 내에서 간섭을 유도한다. 다중 파장 광 신호의 최대 전력을 제한함으로써, 비선형 상호작용이 특정 시스템의 통신 스팬 길이 또는 송신 거리를 또한 제한할 수 있다. 즉, 비선형 상호작용은 광 신호의 최대 무중계 송신 거리를 제한한다.
전술한 바와 같이, 종래의 광통신 시스템은 통상적으로 광 신호를 통신 스팬 또는 송신 매체에 도입하기 전에 이러한 신호의 론치 전력(launch power)을 최대화하고자 한다. 대부분의 경우, 이러한 종래의 시스템들은 통상 광 신호들을 통신 스팬 또는 송신 매체 상에 도입하기 전에 대략 시스템의 최대 임계 전력 레벨까지 이 신호들을 증폭하기 위하여 하나 이상의 부스터 증폭기를 구현한다. 대략 최대 임계 전력 레벨에서 이러한 광 신호를 통신 스팬에 도입함으로써, SBS 등의 비선형 상호작용이 종래의 시스템에 있어서 이러한 광 신호들의 최대 무중계 송신 거리를 제한할 수 있다. 그 결과, 종래의 시스템들의 광 신호들은 통상 통신 스팬의 시작점 또는 그 근처에서 최대 임계 전력 레벨에 도달한다.
종래의 시스템들과는 달리, 시스템(10)은 최소 임계 전력 레벨 또는 그 근처에서 통신 스팬(20)에 다중 파장 신호(16)를 도입하고, 신호(16)를 스팬(20)을 통해 통신하는 동안 신호(16)를 최대 임계 전력 레벨까지 증폭시킨다. 시스템의 최소 임계 전력 레벨은, 적어도 부분적으로 시스템(10)의 구성 및 스팬(20)에서 구현되는 파이버의 종류에 기초한다. 대부분의 경우, 다경로 간섭(MPI: Multi-Path Interference)은 통상 시스템에 대한 최소 임계 전력 레벨을 제한 및/또는 판정한다. 즉, 최소 임계 전력 레벨은 광 신호 파장이 시스템의 송신 매체를 통해 통신되는 때에 광 신호 파장에 도입될 수 있는 이득의 최대량을 제한한다. 본 문서에 걸쳐서 사용되는 바와 같이, "최소 임계 전력 레벨"이란, 신호의 전력 레벨이 최대 임계 전력 레벨이 되도록 신호에 이득의 최대량이 도입될 수 있는 광 신호의 전력 레벨을 말한다. "이득의 최대량"이란, 신호에 대한 임의의 적절한 이득의 증가가, 주로 MPI로 인해 이득의 증가의 잇점보다 더 큰 성능 패널티를 도입하는 경우의 이득의 양이다.
본 특정 실시예에서, 단말(11)은 신호(16)가 스팬(20)을 횡단하는 동안 최소 임계 전력 레벨에서 최대 임계 전력 레벨까지 신호(16)를 증폭하는 분산형 라만 증폭기로서 스팬(20)의 광 파이버의 적어도 일부를 사용하는 무부스터 종단 단말을 포함한다. "무부스터 종단 단말(boosterless end terminal)"이란, 대략 최소 임계 전력 레벨에서 송신 파이버에 하나 이상의 광 신호 파장을 도입하는 종단 단말을 말한다. 또한, 무부스터 종단 단말은 광 신호를 통신 스팬 또는 송신 파이버에 도입하기 전에 다중 파장 광 신호를 대략 통신 시스템의 최대 임계 전력 레벨까지 증폭하는 증폭기로부터 실질적으로 자유로운 것이다.
본 예에서, 무부스터 종단 단말(11)은 대략 최소 임계 전력 레벨에서 다중 파장 광 신호(16)를 스팬(20)에 도입한다. 신호(16)의 최소 임계 전력 레벨은, 예를 들어, 대략 -12dBm 이상, -10dBm 이상, -6dBm 이상, 또는 임의의 기타 적절한 값을 포함할 수 있다. 대부분의 경우, 신호(16)의 최소 문턴 전력 레벨은, 예를 들어, 대략 0dBm 이하, -2dBm 이하, -4dBm 이하, 또는 임의의 기타 적절한 값을 포함할 수 있다. 무부스터 종단 단말(11)은 또한 스팬(20)에 펌프 신호(32a)를 도입하여 신호(16)를 시스템(10)의 최대 임계 전력 레벨까지를 증폭한다. 이러한 특정예에서, 펌프 신호(32a)는 신호(16)와 같은 방향으로 스팬(20)을 통해 전파한다. 대부분의 경우, 펌프 신호(32a)는, 예를 들어, 1/2 와트 이상, 1 와트 이상, 2 와트 이상, 2와 1/2 와트 이상의 전력 레벨을 포함할 수 있다.
본 개시물의 일 양태에서는, 대략 최소 임계 전력 레벨에서 신호(16)를 스팬(20)에 도입하고, 스팬(20)을 통해 신호(16)를 통신하면서 신호(16)를 최대 임계 전력 레벨까지 증폭함으로써 스팬(20)의 길이(예컨대, 종단 단말(11 및 13) 사이의 거리)가 증가될 수 있다는 것을 인식한다. 즉, 스팬(20)을 통해 다중 파장 신호(16)가 통신될 수 있는 거리 및/또는 시스템(10)의 도달거리가, 대략 최소 임계 전력 레벨에서 신호(16)를 스팬(20)에 도입하고, 신호(16)를 펌프 신호(32a)를 사용하여 스팬(20)내에서 최대 임계 전력 레벨까지 증폭함으로써 증가될 수 있다. 종래의 설계상의 접근법에서는, 연장된 기간동안 다중 파장 광 신호와 함께 펌프 신호를 같은 방향으로 전파시키는 것이 광 신호를 열화시킬 수 있기 때문에, 이러한 기법이 장점이 있는 것으로 인식하지 않았을 수 있다. 그러나, 대략 최소 임계 전력 레벨에서 스팬(20)에 신호(16)를 도입하고, 펌프 신호(32a)를 사용하여 신호(16)를 스팬(20) 내에서 최대 임계 전력 레벨까지 증폭하는 것은, 신호(16)가 스팬(20) 내에서 최대 임계 전력 레벨에 도달하는 지점을 연장 또는 지연함으로써 시스템(10)의 도달거리를 증가시킬 수 있어서 장점이 있다.
본 예에서, 대략 최소 임계 전력 레벨에서 스팬(20)에 신호(16)를 도입하는 것은, 펌프 신호(32a)가 통신 스팬(20) 내에서 신호(16)와 효과적으로 상호작용하는(예컨대, 에너지의 전달 또는 증폭하는) 거리를 증가시킨다. 통신 스팬(20) 내에서 펌프 신호(32a)가 신호(16)와 효과적으로 상호작용하는 거리를 증가시키는 것은, 신호(16)가 스팬(20) 내에서 최대 임계 전력 레벨에 도달하는 지점을 연장 또는 지연시킴으로써 시스템(10)의 도달거리를 증가시킬 수 있어서 장점이 있다. 예를 들어, 신호(16)가 최대 임계 전력 레벨에 도달하는 지점은, 대략 단말(11)로부터 30km 이상, 단말(11)로부터 40km 이상, 또는 단말(11)로부터 50km 이상일 수 있다. 일부의 경우, 이것은, 예를 들어, 대략 30km 이상, 40km 이상, 또는 50km 이상만큼 시스템(10)의 도달거리를 연상시킬 수 있다.
대부분의 경우, 신호(16)를 스팬(20) 내에서 대략 최소 임계 전력 레벨에서 대략 최대 임계 전력 레벨까지 증폭하는 것은, 스팬(20) 내에서 신호(16)와 펌프 신호(32a)가 상호작용하는 시간의 길이를 증가시키는 경향이 있다. 즉, 펌프 신호(32a)의 하나 이상의 펌프 파장은 증가된 스팬(20)의 길이 상에서 신호(16)의 광 신호 파장에 대하여 이득을 도입한다. 증가된 스팬(20)의 길이 상에서 신호(16)에 대하여 이득을 도입하는 것은, 그러한 신호들을 통신 스팬에 도입하기 전에 그 신호들을 대략 최대 임계 전력 레벨까지 증폭하는 비교의 광 신호보다 높은 전력 레벨에서 신호(16)의 광 신호 파장들을 유지할 수 있어서 장점이 있다.
대략 최소 임계 전력 레벨에서 스팬(20)에 신호(16)를 도입하는 것은, 또한 그러한 신호들을 통신 스팬에 도입하기 전에 그 신호들을 대략 최대 임계 전력 레벨까지 증폭하는 비교의 광 신호보다 비교적 높은 전력 레벨에서 신호(16)의 광 신호 파장(15)의 전력 레벨을 유지할 수 있다. 대부분의 경우, 펌프 신호(32a)가 신호(16)와 효과적으로 상호작용하는 스팬(20)의 길이를 증가시키는 것은, 비교적 높은 레벨에 펌프 신호(32a)의 전력 레벨을 유지한다. 펌프 신호(32a)의 전력 레벨을 비교적 높은 전력 레벨에 유지하는 것은, 통신 스팬(20)의 적어도 일부 상에서 신호(16)의 광 신호 파장(15)의 전력 레벨을 비교적 더 높은 전력 레벨에 유지할 수 있다.
본 개시물의 또 다른 양태는, 무부스터 단말을 구현함으로써 시스템 비용이 감소될 수 있으며, 신호(16)가 통신 스팬(20)을 횡단함에 따라 다중 파장 광 신호(16)를 최대 임계 전력 레벨까지 증폭하는 하나 이상의 펌프 신호(32)를 구현함으로써 시스템 성능이 유지 또는 향상될 수 있다는 것을 인식한다.
다양한 실시예에서, 펌프 신호(32a)는 하나 이상의 분수 라만 차수 펌프 파장(Raman order pump wavelength)과 하나 이상의 정수 라만 차수 펌프 신호를 포함할 수 있다. "분수 차수(fractional order)의 라만 펌프 파장"이란, 시스템을 통해 통신중인 임의의 광 신호 파장에서 1-스트로크 시프트(one-stroke shift)(예컨대, 대략 13.2 THz)의 정수배가 아닌 라만 이득 피크를 갖는 펌프 파장이다. 즉, 분수 라만 차수 펌프 파장은, 광 신호(15a 내지 15n) 전부로부터 1-스트로크 시프트의 정수배가 아닌 라만 이득 피크를 갖는 임의의 펌프 파장을 포함할 수 있다.
그러한 실시예에서, 펌프 신호(32a)는, 복수의 제1 라만 차수 펌프 파장과, 적어도 제1 라만 차수 펌프 파장을 증폭하는데 사용되는 복수의 분수 라만 차수 펌프 파장을 포함할 수 있다. 펌프 신호(32a)가 복수의 제1 Ramam 차수 펌프 파장 및 분수 라만 차수 펌프 파장을 포함할 수 있지만, 본 개시물의 범주를 일탈하지 않고서 정수 및/또는 분수 라만 차수 펌프 파장의 임의의 다른 조합이 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 펌프 신호(32b)는 하나 이상의 정수 라만 차수 펌프 파장 및 하나 이상의 분수 라만 차수 펌프 파장을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 양측의 펌프 신호(32a 및 32b) 모두 하나 이상의 정수 라만 차수 펌프 파장과 하나 이상의 분수 라만 차수 펌프 파장을 포함할 수 있다.
본 개시물의 일 양태에서는, 펌프 신호(32a 및/또는 32b) 내에서 하나 이상의 분수 라만 펌프 파장을 구현함으로써 스팬(20)의 길이(예컨대, 종단 단말(11과 13) 사이의 거리)가 증가될 수 있음을 인식한다. 즉, 시스템(10)의 도달거리 및/또는 스팬(20)을 통해 다중 파장 신호(16)가 통신될 수 있는 거리는, 펌프 신 호(32a 및/또는 32b) 내에서 하나 이상의 분수 라만 차수 펌프 파장을 사용함으로써 증가될 수 있다. 종래의 설계 접근법에서는, 정수 라만 차수 펌프 파장을 증폭하기 위해 분수 라만 차수 펌프 파장을 도입하는 것이 펌프 파장 사이의 에너지 전달의 효율을 감소시키는 경향이 있어서, 이러한 기법을 장점이 있는 것으로 인식하지 않았을 수 있다. 그러나, 증가된 스팬(20)의 길이 상에서 정수 라만 차수 펌프 파장에 대하여 비교적 낮은 이득을 도입하는 것은, 시스템(10)의 스팬(20) 내에서 그 최대 이득을 거치는 지점을 연장 또는 지연시킴으로써 시스템(10)의 도달거리를 증가시킬 수 있어서 장점이 있다.
대부분의 경우, 펌프 신호(32a 및/또는 32b) 내에서 하나 이상의 분수 라만 차수 펌프 파장을 구현하는 것은, 제1 라만 차수 펌프 파장이 분수 라만 차수 펌프 파장과 관련된 광전력을 공핍시키는 속도를 감소시키는 경향이 있다. 즉, 하나 이상의 분수 라만 차수 펌프 파장을 구현하는 것은, 분수 라만 차수 펌프 파장으로부터 제1 라만 차수 펌프 파장까지의 에너지 전달의 효율을 감소시킨다. 감소된 효율로 인하여, 분수 라만 차수 펌프 파장은 증가된 스팬(20)의 길이 상에서 제1 라만 차수 펌프 파장에 대하여 비교적 낮은 이득을 도입한다. 증가된 스팬(20)의 길이 상에서 비교적 낮은 이득을 제1 라만 차수 펌프 파장에 도입하는 것은, 적어도 스팬(20)의 일부 상에서 정수 라만 차수 펌프 파장만을 구현하는 비교의 펌프 신호보다 높은 전력 레벨에서 제1 라만 차수 펌프 파장을 유지시킬 수 있어서 장점이 있다.
본 실시예에서, 시스템(10)은 무중계 시스템을 포함한다. 대체 실시예에서, 시스템(10)은 복수의 통신 스팬(20)을 포함하는 중계기(repeater) 시스템을 포함할 수 있다. 통신 시스템(10)이 복수의 통신 스팬(20)을 포함하는 경우, 시스템(10)은 하나 이상의 인라인 증폭기 또한 포함할 수 있다. 인라인 증폭기는 하나 이상의 스팬(20)에 결합되어, 시스템(10)을 횡단함에 따라서 신호(16)를 증폭한다. 그러한 실시예에서, 2개 이상의 스팬은 제1 광 링크를 집합적으로 형성할 수 있다. 또한, 이러한 중계기 시스템은 제1 링크에 결합되는 임의의 수의 추가 링크를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 링크는 다중 링크 시스템 중 하나의 광 링크를 포함할 수 있으며, 여기서, 각각의 링크는, 예를 들어, 광 재생기를 통해 다른 링크에 결합된다.
마지막으로, 시스템(10)이 중계기 시스템을 포함하는 경우, 이러한 시스템은 하나 이상의 액세스 요소를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 액세스 요소는 추가/삭제(add/drop) 다중화기, 교차 접속기, 또는 시스템(10) 및 다른 시스템 또는 통신 디바이스와의 액세스를 종단, 교차접속, 스위치, 라우팅, 처리, 및/또는 제공하도록 동작 가능한 다른 디바이스를 포함할 수 있다. 시스템(10)은 또한 하나 이상의 손실성 요소(도시 생략) 및/또는 적어도 부분적으로 스팬(20) 사이에 결합되는 손실 요소를 보상할 수 있는 이득 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 손실 요소는 신호 분리기, 신호 결합기, 아이솔레이터, 분산 보상 요소, 서큘레이터, 또는 이득 등화기를 포함할 수 있다.
도 2는 시스템(200)의 무부스터 종단 단말로부터 통신되는 제2 광 신호에 대하여 부스터 증폭기를 포함하는 종단 단말로부터 통신되는 제1 광 신호(202)를 비 교하는 그래프이다. 다양한 실시예에서, 시스템(200)은 도 1의 무중계 시스템(10)과 구조와 기능에서 실질적으로 유사할 수 있다. 시스템(200)의 특정 파라미터, 소자, 및 전력 레벨과, 도 2에 도시된 광 신호(202 및 204)의 전력 레벨은 단지 예시를 위한 것으로서, 본 개시물의 범주를 제한하고자 한 것은 아니다. 본 개시물의 범주를 일탈하지 않고서 파라미터, 소자, 및 전력 레벨의 다른 조합이 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 도시된 실시예에서, 시스템(200)은 대략 +13dBm의 최대 임계 전력 레벨과 대략 -7dBm의 최소 임계 전력 레벨을 포함한다. 본 예에서 최대 임계 전력 레벨 및 최소 임계 전력 레벨이 각각 +13 과 -7dBm이지만, 본 개시물의 범주를 일탈하지 않고서 임의의 다른 적절한 최대 임계 전력 레벨 및 최소 임계 전력 레벨이 사용될 수 있다.
본 예에서, 시스템(200)은 시스템(200)을 통해 하나 이상의 광 신호의 통신을 용이하게 하는 표준 단일 모드 파이버를 구비하는 통신 스팬을 포함한다. 제1 실시예에서, 시스템(200)의 통신 스팬은 대략 시스템(200)에 대하여 최대 임계 전력 레벨에서 부스터 증폭기를 포함하는 종단 단말로부터 제1 광 신호(202)를 수신한다. 그러한 실시예에서, 부스터 증폭기는 제1 광 신호(202)가 시스템(200)의 통신 스팬에 도입되기 전에 제1 광 신호를 대략 시스템(200)의 최대 임계 전력 레벨(예컨대, +13dBm)까지 증폭한다.
제2 실시예에서, 시스템(200)의 통신 스팬은 시스템에 대한 대략 최소 임계 전력 레벨(예컨대, -7dBm)에서 무부스터 종단 단말로부터 제2 광 신호(204)를 수신한다. 그러한 실시예에서, 무부스터 종단 단말은 제2 광 신호(204)를 통신 스팬에 도입하기 전에 제2 광 신호(204)를 대략 시스템(200)의 최대 임계 전력 레벨까지 증폭하는 증폭기로부터 실질적으로 자유롭다.
제2 실시예에서, 시스템(200)은 또한 시스템(200)의 통신 스팬에 도입하기 위한 하나 이상의 펌프 신호를 생성할 수 있는 펌프 소스를 포함한다. 일부의 경우, 펌프 소스와 펌프 신호의 구조 및 기능이 도 1의 펌프 소스(30) 및 펌프 신호(32a)와 각각 실질적으로 유사할 수 있다. 그러한 실시예에서, 펌프 소스는 광 신호(204)가 시스템(200)의 통신 스팬의 일부를 횡단함에 따라서 광 신호(204)와 같은 방향으로 전파하는 펌프 신호를 도입한다. 본 예에서는 펌프 신호가 광 신호(204)와 같은 방향으로 전파하지만, 펌프 신호의 적어도 일부는 본 개시물의 범주를 일탈하지 않고서 광 신호(204)와 반대 방향으로 전파할 수 있다. 이러한 특정 실시예에서, 제2 광 신호(204)가 통신 스팬을 횡단함에 따라서 펌프 신호는 제2 광 신호(204)를 시스템(200)의 최대 임계 전력 레벨까지 증폭한다. 다양한 실시예에서, 펌프 소스는, 예를 들어, 0.5 와트, 1 와트, 2.5 와트, 또는 임의의 다른 적절한 전력 레벨의 총 전력을 갖는 펌프 신호를 생성할 수 있다.
본 예에서, 라인(202)은 제1 광 신호가 시스템(200)의 통신 스팬을 통해 통신되는 때의 제1 광 신호의 전력 레벨을 나타내는 반면, 라인(204)은 제2 광 신호가 시스템(200)의 통신 스팬을 통해 통신되는 때의 제2 광 신호의 전력 레벨을 나타낸다. 본 예에서, 수평축은 광 신호(202 및 204)가 시스템(200)의 통신 스팬을 통해 횡단한 거리를 나타내는 반면, 수직축은 광 신호의 전력 레벨을 나타낸다.
이 그래프는 광 신호(204)가 통신 스팬을 횡단하는 때에 제2 광 신호(204)를 최소 임계 전력 레벨로부터 최대 임계 전력 레벨까지 증폭하는 것이, 통신 스팬의 적어도 일부 상에서 제1 광 신호(202)와 관련된 전력 레벨보다 높은 전력 레벨에서 제2 광 신호(204)를 유지할 수 있어서 장점이 있다는 것을 나타낸다. 특히, 각 광 신호(202 및 204)가 통신 스팬 중 대략 30km를 횡단한 후에는, 제2 광 신호(204)의 전력 레벨이 제2 광 신호(202)의 전력 레벨보다 높아진다. 또한, 광 신호(202 및 204) 각각이 통신 스팬 중 대략 30km를 횡단한 후에는, 제2 광 신호(204)의 전력 레벨이 제1 광 신호(202)의 전력 레벨보다 더 높은 전력 레벨에서 유지된다. 제2 광 신호(204)는 제1 광 신호(202)보다 높은 전력 레벨에 있기 때문에, 시스템(200)의 도달 거리 및/또는 제2 광 신호(204)가 통신 스팬을 통해 통신될 수 있는 거리가 증가될 수 있어 장점이 있다.
이 그래프는 또한 광 신호(204)가 통신 스팬을 횡단함에 따라 제2 광 신호(204)를 최소 임계 전력 레벨로부터 최대 임계 전력 레벨까지 증폭하는 것이, 제1 광 신호(202)와 비교하여, 제2 광 신호(204)가 통신 스팬 내에서 그 최대 전력 레벨에 도달하는 지점을 연장 또는 지연시킬 수 있어 장점이 있다. 특히, 제1 광 신호(202)의 최대 임계 전력 레벨은 통신 스팬에 광 신호(202)가 도입되는 때에 발생하는 반면, 제2 광 신호(204)의 최대 임계 전력 레벨은 제2 광 신호(204)가 통신 스팬 중 대략 45km를 횡단한 후에 발생한다.
도 3은 광 신호(302)의 론치 전력이 변하는 때에 광통신 시스템(300)의 통신 스팬을 횡단한 후 광 신호(302)의 광학 성능을 나타내는 그래프이다. 다양한 실시예에서, 시스템(300)은 도 1의 시스템(10)과 구조 및 기능에 있어서 실질적으로 유 사할 수 있다. 시스템(300)의 특정 파라미터, 소자, 및 전력 레벨과 도 3에 도시된 광 신호(302)의 전개된 전력 레벨은 단지 예시를 위한 것으로서, 본 개시물의 범주를 제한하고자 한 것이 아니다. 본 개시물의 범주를 일탈하지 않고서, 파라미터, 소자, 및 전력 레벨의 다른 조합이 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 도시된 실시예에서, 시스템(300)은 대략 +13dBm의 최대 임계 전력 레벨을 포함한다. 본 예에서 최대 임계 전력 레벨은 +13dBm을 포함하지만, 본 개시물의 범주를 일탈하지 않고서 임의의 다른 적절한 최대 임계 전력 레벨이 사용될 수 있다.
본 예에서, 시스템(300)은 시스템(300)을 통한 하나 이상의 광 신호의 통신을 용이하게 하는 표준 단일 모드 파이버를 포함하는 통신 스팬을 포함한다. 시스템(300)의 통신 스팬은 변화하는 전력 레벨에서 무부스터 종단 단말로부터 광 신호(302)를 수신한다. 그러한 실시예에서, 무부스터 종단 단말은 광 신호(302)를 통신 스팬에 도입하기 전에 대략 시스템(300)의 최대 임계 전력 레벨까지 광 신호(302)를 증폭하는 증폭기로부터 실질적으로 자유롭다. 이러한 특정 실시예에서, 통신 스팬에 의해 수신되는 광 신호(302)의 전력 레벨은 -12dBm과 2dBm 사이에서 변한다. 본 예에서 광 신호(302)의 전력 레벨은 -12dBm과 2dBm 사이에서 변하지만, 본 개시물의 범주를 일탈하지 않고서 임의의 다른 적절한 범위가 사용될 수 있다.
일 특정 실시예에서, 시스템(300)은 시스템(300)의 통신 스팬에 대한 도입을 위하여 하나 이상의 펌프 신호를 생성할 수 있는 펌프 소스를 또한 포함한다. 일 부 경우에 있어서, 펌프 소스와 펌프 신호의 구조와 기능이 도 1의 펌프 소스(30a) 및 펌프 신호(32a)와 실질적으로 각각 유사할 수 있다. 그러한 특정 실시예에서, 펌프 소스는 시스템(300)의 통신 스팬 중 일부를 광 신호(302)가 횡단함에 따라 광 신호(302)와 동일 방향으로 전파하는 펌프 신호를 도입한다. 본 예에서 펌프 신호는 광 신호(302)와 동일 방향으로 전파하지만, 펌프 신호 중 적어도 일부는 본 개시물의 범주를 일탈하지 않고서 광 신호(302)와 반대 방향으로 전파할 수 있다. 이러한 특정 실시예에서, 펌프 신호는 광 신호(302)가 통신 스팬을 진행함에 따라 광 신호(302)를 시스템(300)의 최대 임계 전력 레벨까지 증폭한다. 다양한 실시예에서, 펌프 소스는 예를 들어 0.5 와트, 1 와트, 2.5 와트, 또는 임의의 다른 적절한 전력 레벨의 총 전력을 갖는 펌프 신호를 생성할 수 있다.
본 예에서, 라인(302)은 시스템(300)의 통신 스팬을 횡단한 후 광 신호의 성능을 나타낸다. 수평축은 시스템(300)의 통신 스팬에 의해 수신되는 광 신호의 전력 레벨을 나타내는 반면, 수직축은 광 신호(302)의 성능을 나타낸다.
이 그래프는 시스템(300)의 통신 스팬에 의해 수신되는 광 신호에 대한 전력 레벨(304)의 희망 또는 최적의 범위를 나타낸다. "전력 레벨의 희망 범위" 또는 "전력 레벨의 최적의 범위"라는 말은, 시스템(300)의 만족스러운 Q-팩터를 유지 및/또는 달성하는 하나 이상의 전력 레벨을 말한다. 본 특정 실시예에서, 시스템(300)은 -10 dBm과 -6dBm 사이의 전력 레벨의 희망 또는 최적의 범위를 갖는다. 즉, 광 신호(302)가 -10dBm과 -6dBm 사이의 전력 레벨에서 시스템(300)의 통신 스팬에 도입되는 경우, 시스템(300)의 Q-팩터는 허용가능한 범위내에 유지된다. 본 예에서는 통신 스팬에 의해 수신되는 광 신호의 전력 레벨의 희망 또는 최적의 범위가 -10dBm과 -6dBm 사이이지만, 임의의 다른 적절한 최소 임계 전력 레벨이 본 개시물의 범주를 일탈하지 않고서 사용될 수 있다. 최적의 또는 최적의 전력 레벨의 범위의 선택은 광 신호(302)에 관련된 파장 또는 채널의 수, 광 신호(302)에 관련된 파장들 사이의 간격, 광 신호(302)의 비트율, 통신 스팬의 광파이버의 비선형 계수, 광 파이버의 유효 영역, 및 색분산에 적어도 부분적으로 기초한다.
도 4는 무중계 광통신 시스템의 통신 스팬에 있어서 대략 최소 임계 전력 레벨로부터 대략 최대 임계 전력 레벨까지 광 신호를 증폭하는 방법(400)의 일례를 나타낸 흐름도이다. 일 특정 실시예에서, 도 1의 무중계 시스템 내에서 광 신호가 증폭될 수 있다. 다양한 실시예에서, 시스템(10)은 각각 중심 파장의 광을 포함하는 복수의 광 신호 파장(15)을 생성할 수 있는 하나 이상의 송신기(12a 내지 12n)를 포함할 수 있다. 일부 실예에서, 송신기(12)는 신호(15)의 Q-팩터 및 시스템(10)의 비트에러율을 향상시킬 수 있는 FEC(Forward Error Correction) 모듈을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 시스템(10)은 통신 스팬(20)에 걸친 통신을 위해 복수의 광 신호 파장(15) 각각을 다중 파장 신호(16)로 결합할 수 있는 결합기(14)를 포함할 수도 있다.
본 예에서, 통신 스팬(20)의 제1 종단에서 복수의 광 신호 파장을 포함하는 광 신호(16)를 수신함으로써 단계 410에서 방법(400)이 시작된다. 본 예에서, 무부스터 종단 단말(11)은 스팬(20)에 대략 최소 임계 전력 레벨에서 다중 파장 광 신호(16)를 도입한다. 신호(16)의 최소 임계 전력 레벨은, 예를 들어, 대략 -12 dBm 이상, -10dBm 이상, -6dBm 이상, 또는 임의의 다른 적절한 값을 포함할 수 있다.
무부스터 종단 단말(11)은 또한 스팬(20)에 대한 도입을 위하여 제1 펌프 신호(32a)를 생성할 수 있는 제1 펌프 소스(30a)를 포함한다. 펌프 신호(32a)는 하나 이상의 펌프 파장을 포함할 수 있으며, 하나 이상의 펌프 파장 각각은 중심 파장의 광을 포함한다. 일부 실시예에서, 펌프 신호(32a) 내의 하나 이상의 펌프 파장 각각은 펌프 신호(32a) 내의 다른 펌프 파장의 중심 파장과는 실질적으로 상이한 중심 파장을 포함할 수 있다.
본 예에서, 단계 420에서, 펌프 소스(30a)는 적어도 하나의 펌프 신호(32a)를 생성하여, 펌프 신호(32a)를 통신 스팬(20)에 도입한다. 본 특정예에서, 펌프 신호(32a)는 신호(16)와 동일 방향으로 스팬(20)을 통해 전파한다. 대부분의 경우, 펌프 신호(32a)는, 예를 들어, 1/2 와트 이상, 1 와트 이상, 2 와트 이상, 2와 1/2 와트 이상의 전력 레벨을 포함할 수 있다.
본 예에서, 시스템(10)은 단계 430에서 스팬(20) 내의 대략 최소 임계 전력 레벨로부터 대략 최대 임계 전력 레벨까지 신호(16)를 증폭한다. 본 예에서, 펌프 신호(32a)는 신호(16)와 동일 방향으로 스팬(20)을 통해 전파하며, 통신 스팬(20) 내에서 신호(16)를 증폭한다. 펌프 신호(32a)는 본 예에서 광 신호(16)와 동일 방향으로 전파하지만, 본 개시물의 범주를 일탈하기 않고서 광 신호(16)와 반대 방향으로 전파할 수 있다.
다양한 실시예에서, 대략 최소 임계 전력 레벨에서 신호(16)를 스팬(20)에 도입하여, 스팬(20)을 통해 신호(16)를 통신시키는 동안 신호(16)를 최대 임계 전력 레벨까지 증폭하는 것은, 시스템(10)의 도달거리를 증가시킬 수 있다. 즉, 시스템(10)의 도달 거리 및/또는 스팬(20)을 통해 다중 파장 신호(16)가 통신될 수 있는 거리는 스팬(20)에 대략 최소 임계 전력 레벨에서 신호(16)를 도입하여, 펌프 신호(32a)를 사용하여 신호(16)를 스팬(20) 내의 최대 임계 전력 레벨까지 증폭함으로써 증가될 수 있다. 예를 들어, 신호(16)가 최대 임계 전력 레벨에 도달하는 지점은 대략 단말로부터 30km 이상, 단말(11)로부터 40km 이상, 또는 단말(11)로부터 50km 이상일 수 있다. 일부의 경우, 이는 시스템(10)의 도달 거리를, 예를 들어, 대략 30km 이상, 40km 이상, 또는 50km 이상만큼 확장시킬 수 있다.
다른 실시예에서, 신호(16)를 대략 최소 임계 전력 레벨에서 스팬(20)에 도입하는 것은, 그러한 신호들을 통신 스팬에 도입하기 전에 대략 최대 임계 전력 레벨까지 그 신호들을 증폭하는 비교의 광 신호보다 비교적 더 높은 전력 레벨에 신호(16)의 전력 레벨을 유지시킨다. 대부분의 경우, 펌프 신호(32a)가 신호(16)와 효과적으로 상호작용하는 스팬(20)의 길이를 증가시키는 것은, 펌프 신호(32a)의 전력 레벨을 비교적 더 높은 레벨에 유지시킨다. 펌프 신호(32a)의 전력 레벨을 비교적 더 높은 전력 레벨에 유지시키는 것은, 신호(16)의 광 신호 파장(15)의 전력 레벨을 통신 스팬(20) 중 적어도 일부 상에서 비교적 더 높은 전력 레벨에 유지시킬 수 있다.
수개의 실시예에 대하여 본 발명을 설명하였지만, 무수한 변경예, 변형예, 변환예, 개조예가 당업자에게 제안될 수 있으며, 본 발명은 첨부된 청구항의 개념 과 범주 내에 있도록 이러한 변형예, 변경예, 변환예, 개조예들을 포괄하는 것을 의도로 한다.

Claims (21)

  1. 광통신 시스템으로서,
    적어도 하나의 광 신호(optical signal) 및 적어도 하나의 펌프 신호(pump signal)를 수신하도록 동작 가능한 송신 파이버(transmission fiber) - 상기 광 신호는 하나 이상의 광 신호 파장 및 대략 최소 임계 전력 레벨의 전력 레벨을 포함하며, 상기 펌프 신호는 송신 파이버의 적어도 일부 상에서 상기 광 신호의 적어도 일부와 같은 방향으로 전파(co-propagating)함 - 를 포함하고,
    상기 펌프 신호는 상기 펌프 신호와 상기 광 신호가 상기 송신 파이버의 일부를 횡단함에 따라 대략 최대 임계 전력 레벨까지 상기 광 신호를 증폭하는 광통신 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 송신 파이버는 전력을 필요로 하는 광소자(optical component)로부터 실질적으로 자유로운 광통신 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 송신 파이버의 적어도 일부는 라만 이득(Raman gain)을 통해 상기 광 신호를 증폭하는 분산형 라만 증폭기(distributed Raman amplifier)를 포함하는 광통신 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 송신 파이버는 송신 파이버의 라만 이득 부분에서 광 아이솔레이터를 포함할 수 있는 광통신 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 송신 파이버는 상기 송신 파이버 내에서 상기 광 신호의 적어도 일부와 반대 방향으로 전파(counter-propagate)하는 다른 펌프 신호를 수신하고,
    상기 다른 펌프 신호는, 상기 송신 파이버 중 적어도 일부를 상기 다른 펌프 신호가 횡단함에 따라서, 상기 광 신호와 상호작용하는 광통신 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 송신 파이버에 의해 수신되는 광 신호는 최소 임계 전력 레벨의 20% 내에 있는 광통신 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 송신 파이버에 의해 수신되는 광 신호는 -2dBm 이하의 전력 레벨을 포함하는 광통신 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 송신 파이버의 제1 종단에 결합되는 무부스터 종단 단말 - 상기 무부스터 종단 단말은 상기 송신 파이버에 의해 수신되는 적어도 하나의 광 신호를 생성하도록 동작 가능함 - 과,
    상기 송신 파이버의 제2 종단에 결합되는 수신 단말 - 상기 제2 종단 단말은 상기 송신 파이버를 횡단한 후에 적어도 하나의 광 신호를 수신하도록 동작 가능함 -
    을 더 포함하는 광통신 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 송신 파이버의 제1 종단에 결합되어, 상기 송신 파이버에 의한 수신을 위하여 적어도 하나의 펌프 신호를 생성할 수 있는 제1 펌프 소스와,
    상기 송신 파이버의 제2 종단에 결합되어, 상기 송신 파이버 내에서 상기 광 신호의 적어도 일부와 반대 방향으로 전파하는 다른 펌프 신호를 생성할 수 있는 제2 펌프 소스
    를 더 포함하는 광통신 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 광 신호 파장 중 하나 이상에 대하여 순방향 에러 정정 시퀀스를 인코딩하도록 동작 가능한 순방향 에러 정정(FEC) 모듈을 더 포함하는 광통신 시스템.
  11. 무중계(unrepeatered) 광통신 시스템으로서,
    적어도 하나의 광 신호를 생성하여, 상기 광 신호를 송신 파이버의 제1 종단에 도입하도록 동작 가능한 무부스터 종단 단말 - 상기 송신 파이버의 제1 종단에 도입되는 광 신호는 대략 최소 임계 전력 레벨인 전력 레벨을 포함함 - 과,
    상기 송신 파이버에 결합되는 펌프 소스 - 상기 펌프 소스는 적어도 하나의 펌프 신호를 생성하여 상기 송신 파이버에 상기 펌프 신호를 도입하며, 상기 펌프 신호는, 상기 펌프 신호가 상기 송신 파이버의 일부를 횡단함에 따라, 상기 광 신호를 대략 최대 임계 전력 레벨까지 증폭하도록 동작 가능함 -
    를 포함하는 무중계 광통신 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 펌프 소스는 상기 송신 파이버의 제1 종단에 결합되며, 상기 펌프 신호는 상기 송신 파이버의 적어도 일부 상에서 상기 광 신호의 적어도 일부와 동일 방향으로 전파하는 무중계 광통신 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 송신 파이버에 의해 수신되는 상기 적어도 하나의 광 신호는 상기 최소 임계 전력 레벨의 20% 내인 무중계 광통신 시스템.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 송신 파이버에 의해 수신되는 광 신호는 -2dBm 이하인 전력 레벨을 포함하는 무중계 광통신 시스템.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 무부스터 종단 단말은 상기 광 신호를 상기 송신 파이버에 도입하기 전에 상기 통신 시스템의 대략 최대 임계 전력 레벨까지 상기 광 신호를 증폭하는 증폭기로부터 실질적으로 자유로운 무중계 광통신 시스템.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 송신 파이버의 제2 종단에 결합되는 수신 단말 - 상기 제2 종단 단말은 상기 송신 파이버를 횡단한 후 적어도 하나의 광 신호를 수신하도록 동작 가능한 함 - 과,
    상기 송신 파이버의 제2 종단에 결합되어, 상기 송신 파이버 내에서 상기 광 신호의 적어도 일부와 반대 방향으로 전파하는 다른 펌프 신호를 생성할 수 있는 다른 펌프 소스
    를 더 포함하는 무중계 광통신 시스템.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 송신 파이버의 라만 이득 부분에서 하나 이상의 광 아이솔레이터를 더 포함하는 무중계 광통신 시스템.
  18. 무중계 광통신 시스템에서 광 신호를 통신하는 방법으로서,
    송신 파이버의 제1 종단에서 적어도 하나의 광 신호를 수신하는 단계 - 상기 광 신호는 하나 이상의 광 신호 파장을 포함하며, 대략 최소 임계 전력 레벨의 전력 레벨을 포함함 - 와,
    하나 이상의 펌프 파장을 포함하는 적어도 하나의 펌프 신호를 생성하는 단계와,
    적어도 하나의 펌프 신호를 상기 송신 파이버에 도입하는 단계 - 상기 펌프 신호는 상기 송신 파이버의 적어도 일부 상에서 상기 광 신호의 적어도 일부와 동일 방향으로 전파하며, 상기 펌프 신호는, 상기 펌프 신호와 상기 광 신호가 상기 송신 파이버의 일부를 횡단함에 따라, 상기 광 신호를 대략 최대 임계 전력 레벨까지 증폭함 -
    를 포함하는 광 신호 통신 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 송신 파이버에 의해 수신되는 광 신호는 상기 최소 임계 전력 레벨의 20% 내에 있는 광 신호 통신 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 송신 화이버에 의해 수신되는 광 신호는 -2dBm 이하의 전력 레벨을 포 함하는 광 신호 통신 방법.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 송신 파이버의 제2 종단에서 적어도 하나의 광 신호를 수신하는 단계와,
    상기 송신 파이버에 다른 펌프 신호를 도입하는 단계 - 상기 다른 펌프 신호는 적어도 하나의 광 신호의 적어도 일부와 상기 송신 파이버 내에서 반대 방향으로 전파함 -
    를 더 포함하는 광 신호 통신 방법.
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