대용량 광통신 부품에 대한 연구가 각 계층별로 빠르게 진행되고 있다.

한국전자통신연구원(ETRI) 광인터넷부품연구실의 백용순 연구원은 최근 발표한 ‘대용량 광통신 부품 기술 동향’ 논문을 통해 이같이 밝히고 고속화·효율화·저전력화로 발전하고 있는 핵심 광부품에 대해 △가입자망 △메트로 통신 △장거리 통신 분야로 나눠 조명했다.

□ 가입자망 = 가입자망용 광부품 기술은 전화국과 가입자간 연결로 점대다점(point-to-multi point) 연결의 성격을 가지고 있어 대부분 수동가입자망(PON: Passive Optical Network) 형태로 구성된다.

PON은 다시 시간분할방식(TDM)과 파장분할방식(WDM)으로 나뉘는데, 각 가입자가 광송수신기의 최대 대역폭을 사용할 수 있다는 장점을 지닌 WDM-PON이 각광받고 있다.

그러나 WDM-PON은 가입자별로 다른 종류의 파장을 가진 광원을 준비해야 되기 때문에 비용이 높다는 단점이 있어, 현재 비용적인 이점을 지닌 TDM-PON이 대부분의 광가입자망에 도입돼 있다는 설명이다.

이에 WDM-PON은 설치 및 유지비용을 낮출 수 있도록 저가의 파장 무의존(Colorless) 광원 개발이 활발히 진행되고 있다. 대표적으로 외부 씨앗광원(Seed light)을 주입하는 방식이 연구 중이다.

가입자망에 대한 지속적인 대역폭 증가에 따라 국제전기통신연합(ITU-T)은 차세대 광가입자망 기술(NG-PON2)에 대한 표준화 작업을 진행하고 있다.

NG-PON2는 총 전송용량 40G, 가입자당 1.25Gbps, 전송거리 40km, 수용 가입자 수 64가입자 이상을 요구하는데, 이를 만족하는 기술로 TWDM-PON이 채택됐다.

TWDM-PON은 기존 TDM-PON에서 파장 수를 확대한 개념으로 초기 WDM 4채널을 채택하고 있으며 WDM-PON과 달리 원격지에서 광파워분배기를 사용함으로써 기존 가입자망에 거의 변화를 주지 않으면서 대역폭 증가가 가능하고 네트워크 상황에 따라 유연하게 대처할 수 있는 장점을 지닌다.

향후 지속적인 트래픽 증가로 보다 진보된 가입자망 기술이 요구될 것으로 예상되는데, 현재는 WDM-PON이 유력하나 순수 WDM-PON 보다는 하이브리드 형태의 조합이 될 가능성이 더 높다는 설명이다.

□ 메트로 통신 = 메트로 통신용 광부품의 경우, 전송 대역폭을 늘리기 위해 파장이 다른 여러 채널의 신호를 하나의 광섬유를 통해 전달하는 DWDM(Dense Wavelenth Division Multiplexing) 방식을 채택하고 있다. 각 노드에서는 필요한 신호를 추출하고 노드에서 생산된 신호를 삽입하는 방식(OADM: Optical Add-Drop Multiplexing)으로 신호를 전달한다.

기존에는 각 노드에서 파장이 고정된 필터를 이용해 정해진 파장의 신호를 추출하고 파장이 고정된 레이저를 이용해 새로운 신호를 삽입했다. 이를 고정형 OADM(Fixed OADM)이라 하는데, 이러한 방식은 특정 노드의 트래픽 증감에 따라 할당 파장을 증가 또는 감소시켜야 할 경우 필요한 하드웨어를 직접 설치 및 조정하는 작업을 수행해야 했다.

이는 요즘 같이 트래픽 변화가 큰 상황에서는 효율적 운용이 불가능해, 이에 대한 해결책으로 등장한 것이 ROADM(Reconfigurable OADM)이다.

ROADM은 네트워크의 발전에 따라 함께 진화하고 있는데, 통신 용량의 증가에 따라 메시(Mesh) 구조가 복잡해질수록 한 노드에서 서로 다른 방향에서 오고 가는 신호의 파장 대역에서의 충돌이 일어날 가능성이 높아진다.

이에 따라, 3세대 ROADM는 이러한 충돌을 막는 기능(Contentionless)을 포함시키는 형태로 진화하고 있다.

최근 소프트웨어정의네트워크(SDN)에 대한 도입이 논의되면서 소프트웨어에 의한 자유로운 경로 설정, 망 관리 등이 요구되고 있는데, 이를 수행할 핵심장치가 ROADM이다.

ROADM은 SDN을 구현하기 위해 어떤 파장이든(Cololess), 어떤 방향으로도 (Directionless), 기존 경로 설정에 무관하게 (Contentionless) 스위칭이 가능한 기능과 더불어 스펙트럼 효율을 높이기 위한 플렉서블 그리드(Flexible Grid)까지 수용할 수 있도록 연구되고 있다는 설명이다.

□ 장거리 통신 = 장거리 전송망의 경우 최우선으로 고려해야 할 부분은 전송속도 및 전송거리 확보다. 장거리 전송 역시 메트로망과 마찬가지로 DWDM 방식을 채택하고 있다.

DWDM 전송에서 채널당 변조 속도의 단순 증가는 전자 소자의 물리적 속도의 한계, 고주파 신호선 제작 및 패키징의 어려움 등으로 심볼당 비트 수를 증가하는 방향으로 발전하고 있다.

16-QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 변조 방식의 경우 하나의 심볼로 4비트의 신호 전송이 가능하다. 즉, 동일한 변조 속도를 사용해 4배의 통신속도를 증가시킬 수 있다는 설명이다.

광 통신은 또한 전송신호의 검출 방법에 따라 직접 검출과 코히어런트 검출 방식으로 구분되는데, 코히어런트 기술이 최근 전송거리 확대 및 효율 증대의 필요성에 따라 각광받고 있다.

코히어런트 검출 방식은 직접 검출에 비해 훨씬 복잡한 구조와 신호처리 기술을 필요로 하지만 장거리 고속 통신에서 발생하는 광섬유의 분산, 비선형 등의 문제와 복잡한 변조 방식 처리의 우월성 때문에 장거리 통신에 적용되기 시작했다.

향후, DWDM과 코히어런트 기술만으로 통신량 증가를 수용하기 힘든 시기가 도래할 경우, 이를 극복하기 위한 다중 모드 광섬유를 이용한 다중 모드 통신, 다중 코어 광섬유를 이용한 공간 분할 방식의 광통신 기술이 개발될 것이라는 설명이다.