KR102002647B1 - 광선로 감시시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광선로 감시시스템에 대한 것이다. 본 발명에 따른 광선로 감시시스템은 중앙 기지국에 구비되어 신호광을 생성하는 광선로 터미널, 상기 광선로 터미널에서 연장되어 가입자측의 광 네트워크 유니트 또는 광 네트워크 터미널에 접속되는 적어도 하나의 광선로, 상기 적어도 하나의 광선로에 선택적으로 접속되어 펄스광을 상기 광선로로 입사하고 산란광을 수신하는 감시장치 및 상기 감시장치에 연결되어 장애가 발생한 광선로의 파악 및 장애가 발생한 지점까지의 거리를 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

광선로 감시시스템 {Optical line monitoring system}

본 발명은 광선로 감시시스템에 대한 것이다.

일반적으로 광섬유(optical fiber)는 기존의 구리선에 비하여 데이터 전송 시에 낮은 에너지 손실율, 넓은 대역폭(bandwidth), 경량화 및 외부에서의 도청이 불가능하다는 등의 장점을 가지고 있다. 이러한 광섬유를 활용한 광선로(optical line)에 의해 광 네트워크(optical network)를 조성하는 경우에 이론상으로 무한대의 데이터 통신이 가능하여 상기와 같은 장점과 더불어 널리 사용되고 있다. 최근 광선로를 구성하는 광섬유에 대한 연구도 활발하게 진행되어 단일 모드 광섬유(SMF : single mode optical fiber), 다중 모드 광섬유(multimode optical fiber), 구부림 강화 광섬유(BIF : bend-insensitive optical fiber)와 같은 다양한 광섬유가 개발되고 있다.

한편, 광섬유는 전술한 바와 같은 다양한 장점을 가지는 반면에 기존의 구리선에 비하여 기계적 특성이 약하다는 단점을 가지고 있다. 즉, 기존의 구리선에 비하여 상대적으로 신뢰성이 부족하여 광섬유에 의해 광선로를 꾸미는 경우에 선로를 설치하는 중 또는 설치 후에 선로의 절곡, 단선 등과 같은 장애가 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 광선로의 장애를 감지하기 위하여 감시시스템이 개발되고 있다. 하지만, 광섬유의 종류가 다양해짐에 따라 광섬유의 종류에 따라 장애가 발생한 선로 및/또는 장애가 발생한 거리를 정확하게 파악할 수 없다는 문제점이 발생하고 있다.

본 발명은 상기와 같이 광섬유의 종류가 다양해짐에 따라 다양한 광섬유의 종류에 대응하여 굴곡 및/또는 단선과 같은 장애를 정확하게 감지할 수 있는 감시시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히, 본 발명은 광섬유의 종류에 따라 굴곡이 발생하여도 광손실이 발생하지 않는 광섬유의 경우에도 장애를 정확하게 감지할 수 있는 감시시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 중앙 기지국에 구비되어 신호광을 생성하는 광선로 터미널, 상기 광선로 터미널에서 연장되어 가입자측의 광 네트워크 유니트 또는 광 네트워크 터미널에 접속되는 적어도 하나의 광선로, 상기 적어도 하나의 광선로에 선택적으로 접속되어 펄스광을 상기 광선로로 입사하고 산란광을 수신하는 감시장치 및 상기 감시장치에 연결되어 장애가 발생한 광선로의 파악 및 장애가 발생한 지점까지의 거리를 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광선로 감시시스템에 의해 달성된다.

특히, 본 발명에 따른 감시시스템은 상기 각 광선로 중에 적어도 하나가 구부림 강화 광섬유로 이루어진 경우에도 굴곡 또는 단선과 같은 장애를 감지할 수 있다. 이를 위하여 상기 감시장치는 BOTDR 유닛을 포함한다. 여기서, 상기 제어부는 상기 감시장치를 통하여 상기 각 광선로에서 브릴루앙 주파수 시프트가 발생하는 경우에 해당 광선로에서 장애가 발생한 것으로 감지하게 된다. 또한, 상기 제어부는 상기 장애가 발생한 광선로에서 정상상태의 브릴루앙 주파수, 변형이 가해진 브릴루앙 주파수 및 변형에 따른 계수에 따라 변형율을 산출할 수 있게 된다. 나아가, 상기 제어부는 상기 장애가 발생한 광선로에서 상기 광섬유 내부에서의 광의 속도, 산란광이 수신될 때까지의 시간에 따라 장애가 발생한 거리를 산출할 수 있게 된다.

한편, 상기 감시장치는 WDM 커플러를 통하여 상기 각 광선로에 접속하게 되며, 구체적으로 광 스위칭 유닛을 통하여 상기 WDM 커플러에 연결된다. 이 경우 상기 감시장치는 상기 광 스위칭 유닛을 통하여 복수개의 광선로 터미널과 접속하게 된다. 상기 각 광선로는 광 분배기를 통하여 분기되어 상기 가입자측의 광 네트워크 유니트 또는 광 네트워크 터미널에 접속되며, 상기 WDM 커플러는 상기 광 네트워크 터미널과 광 분배기 사이에 접속된다. 나아가, 상기 광네트워크는 P2P 또는 P2MP를 포함하는 것을 특징으로 하는 광선로 감시시스템.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따르면 다양한 광섬유의 종류에 대응하여 굴곡 및/또는 단선과 같은 장애를 정확하게 감지할 수 있다. 특히, 광섬유의 종류에 따라 굴곡이 발생하여도 광손실이 발생하지 않는 광섬유의 경우에도 장애를 정확하게 감지할 수 있다. 또한, 본 감시시스템은 장애가 발생한 광선로, 장애의 정도(변형율) 및 장애가 발생한 거리를 정확하게 감지하는 것이 가능해진다.

도 1은 일 실시예에 따른 광선로 감시시스템을 도시한 개략도,
도 2는 단일 모드 광섬유에서 굴곡이 발생한 경우를 도시한 개략도,
도 3은 도 1에 따른 감시시스템의 결과가 도출된 그래프,
도 4는 도 3에 따른 그래프를 단순화한 그래프,
도 5 및 도 6은 도 4에 따른 그래프에서 장애가 발생한 경우를 도시한 도면,
도 7은 단일 모드 광섬유 및 구부림 강화 광섬유에서 굴곡이 발생한 경우를 도시한 개략도,
도 8은 다른 실시예에 따른 광선로 감시시스템을 도시한 개략도,
도 9는 도 8에 따른 감시시스템의 기본 구성을 도시한 개략도,
도 10은 도 8에 따른 감시시스템에서 도출된 결과를 도시한 3차원 그래프,
도 11 및 도 12는 도 10에 따른 3차원 그래프를 2차원으로 변환한 그래프이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들에 대해서 상세히 살펴보도록 한다.

도 1은 일 실시예에 따른 광선로 감시시스템(10)을 도시한 개략도이다.

광 네트워크(optical network)에 의해 광선로(optical line)를 가입자까지 전송하는 기술은 FTTH(fiber to the home), FTTO(fiber to the office), FTTN(fiber to the neighborhood) 등으로 다양하게 구현되어 있다. 이중에서 FTTH를 구현하는 기술도 다양하게 개발이 되었는데, 예를 들어 수동형 광 가입자망(PON, passive optical network)을 살펴보면 중앙기지국(CO, central office)에 설치되는 광선로 터미널(optical line terminal)(12), 광선로가 분기되는 적어도 하나의 광 분배기(optical splitter)(20) 및 광선로가 연결되는 가입자측의 광 네트워크 유니트(optical network unit)(30) 또는 광 네트워크 터미널(optical network terminal)(40)을 구비한다.

광선로 터미널(12)은 전화국 등과 같은 중앙 기지국에 구비되어 서로 다른 여러 개의 파장을 가지는 신호광을 생성하고 이를 다중화하여 광 분배기(20)로 전송하며, 반대로 적어도 하나 이상의 광 네트워크 유니트(30) 또는 광 네트워크 터미널(40) 에서 광 분배기(20)로 전송되어 다시 광선로 터미널(12)로 향하는 신호를 수신한다. 구체적으로 광선로 터미널은 레이져와 같은 특정 파장의 신호광을 생성하여 출력하는 다수의 광원(미도시)을 포함하며, 이러한 다수의 광원에서 출력되는 서로 다른 여러 파장의 신호광을 다중화하여 출력하며, 나아가 수신되는 신호를 파장별로 역다중화하게 된다.

광 분배기(20)는 광선로 터미널(12)에서 제공되는 다중화된 신호광을 각 파장별로 분기하여 광 네트워크 유니트(30) 또는 광 네트워크 터미널(40)로 전송하게 된다.

한편, 광섬유(optical fiber)는 기존의 구리선에 비하여 데이터 전송 시에 낮은 에너지 손실율, 넓은 대역폭(bandwidth), 경량화 및 외부에서의 도청이 불가능하다는 등의 장점을 가지고 있지만, 반면에 기존의 구리선에 비하여 기계적 특성이 약하다는 단점을 가지고 있다. 즉, 기존의 구리선에 비하여 상대적으로 기계적 신뢰성이 부족하여 광섬유에 의해 광선로를 꾸미는 경우에 선로를 설치하는 중 또는 후에 선로의 굴곡(bending), 단선(break) 등과 같은 장애가 발생할 수 있는 것이다. 따라서, 광선로에 의해 광 네트워크를 제공하는 경우에 광선로의 굴곡 또는/및 단선과 같은 장애를 감지할 수 있는 감시시스템(10)을 구비할 수 있다. 상기 감시시스템(10)은 전술한 광선로에 선택적으로 접속되는 감시장치(50)를 구비할 수 있다.

감시장치는 크게 보아 간섭형, 파장형 및 산란형이 있으며 이중에서 산란형 장치는 광섬유 내부를 진행하는 감시광(펄스광) 및 상기 감시광이 산란된 후방 산란광을 측정하여 광섬유 전체의 물리량 등을 측정하게 된다. 이러한 산란형 장치를 OTDR(optical time domain reflectometery) 센서 또는 OTDR 유닛이라고 정의하며, 본 실시예에서는 OTDR 유닛으로 레일레이(Rayleigh) 산란형 센서를 구비할 수 있다. 레일레이 산란형 센서는 광섬유가 휘어 굴곡되는 경우에 광섬유 내부에서 누설되는 빛을 감지하는 센서에 해당한다.

전술한 OTDR 유닛을 구비한 감시장치(50)에 대해서 좀더 살펴보면, OTDR 유닛은 광선로 터미널(12)의 신호광과 다른 파장을 가지는 감시광을 생성하며, 이러한 감시광을 광선로에 입사시켜 광선로 길이 방향을 따라 각 지점에서 반사 및 산란되어 되돌아오는 광량의 거리 분포를 해석해 광선로의 손실, 광 네트워크 유니트의 접속점까지의 거리, 접속 손실 및 접속점으로부터의 반사량, 광선로에 장애가 발생한 경우에 장애 발생 지점까지의 거리를 측정하는 장치이다.

구체적으로 OTDR 유닛을 포함하는 감시장치(50)는 WDM 커플러(14)를 통하여 각 광선로에 접속된다. 이 경우, OTDR 유닛에서 생성되어 전송되는 감시광은 WDM 커플러(14)를 통하여 신호광과 결합된다. 한편, 하나의 광선로 터미널을 따라 입사된 감시광이 산란 또는 반사되어 수신되는 경우, 하나의 광선로 터미널에서 분기된 각 선로의 길이에 따른 피크가 OTDR 유닛에서 거리를 달리하여 도시된다. 따라서, 작업자는 OTDR 유닛에서 각 선로에 따른 피크의 거리를 확인하여 어느 선로의 피크인지를 파악할 수 있게 된다. 한편, 경우에 따라서는 각 광 네트워크 유니트(30) 또는 광 네트워크 터미널(40)의 입력단에 신호광은 통과시키며 감시광만을 반사시키는 반사수단, 예를 들어 반사필터(60)를 구비할 수 있다. 이와 같이, 반사필터(60)를 구비하게 되면, 광선로의 종단, 즉 각 광 네트워크 유니트(30) 또는 광 네트워크 터미널(40)의 입력단에서 반사되는 피크 신호가 더욱 커지게 되어 OTDR 유닛을 통한 피크 검출이 보다 용이하게 이루어질 수 있다.

한편, 전술한 OTDR 유닛을 구비하는 감시장치(50)는 광 스위칭 유닛(optical switching unit)(70)을 통하여 WDM 커플러(14)에 연결될 수 있다. 이 경우, 광 스위칭 유닛(70)은 복수개의 WDM 커플러(14)와 감시장치(50)를 서로 연결시킬 수 있다. 즉, 복수개의 WDM 커플러(14)가 하나의 광 스위칭 유닛(70)을 통하여 감시장치(50)에 연결됨으로써 설치비, 설치시간 및 설치공간을 줄일 수 있다. 전술한 OTDR 유닛의 적용예를 살펴보면 다음과 같다.

도 2는 어느 하나의 광섬유에서 굴곡이 발생한 경우를 도시한 개략도이다.

도 2를 참조하면, 광섬유(1)는 그 내부를 따라 이동하는 빛의 전반사를 이용하여 데이터를 전송하게 된다. 따라서, 광섬유에 대한 연구도 활발하게 진행되어 단일 모드 광섬유(SMF, single mode optical fiber), 다중 모드 광섬유(multimode optical fiber), 구부림 강화 광섬유(BIF, bend-insensitive optical fiber)와 같은 다양한 광섬유가 개발되고 있다.

이 중에서 단일 모드 광섬유는 코어가 10 mm 이하로 매우 작고 빛의 전파 모드가 한가지뿐이어서 광손실이 매우 적으며 신호의 변형이 매우 적다는 장점을 가진다. 하지만, 단일 모드 광섬유는 도 2에 도시된 바와 같이 광섬유를 설치하는 경우에 굴곡이 발생하게 되면 광섬유 내부를 따라 이동하는 빛(3)이 외부로 손실되어 광손실이 발생하게 된다. 따라서, 단일 모드 광섬유를 이용한 광선로에 전술한 레일레이 센서를 가지는 OTDR 유닛에 의한 감시장치(50)를 설치하게 되면, 광선로의 굴곡에 의해 생기는 광손실을 감지할 수 있게 된다. 굴곡 또는 단선이 발생한 경우에 OTDR 유닛을 구비한 감시장치(50)에 의해 장애를 감지하는 방법을 보면 다음과 같다.

도 3은 감시장치에서 감시광의 파형이 도출된 그래프이며, 도 4는 도 3에 따른 그래프를 단순화한 그래프이다. 그래프에서 가로축은 거리(km)를 도시하며, 세로축은 광의 세기(db)를 도시한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 감시장치에서 생성된 감시광은 광선로가 길어짐에 따라 손실이 발생하여 도면과 같이 소정의 기울기로 줄어들게 된다. 나아가, 감시광이 가입자 측의 광 네트워크 유니트의 입력단에 구비된 반사 필터 등에 의해 반사되면 소정의 피크(A)를 나타내게 된다. 감시장치(50)는 감시광이 광선로로 입사되어 반사필터에 의해 반사되어 다시 수신되는 시간을 통하여 거리를 측정할 수 있게 된다. 따라서, 감시장치(50)는 피크(A)가 발생하는 지점까지의 거리를 미리 설치된 광선로의 길이와 비교하여 어느 광선로인지를 파악할 수 있게 된다.

한편, 도 5 내지 도 6은 광선로에 장애가 발생한 경우에 그 결과를 도시한 그래프이다. 여기서, 장애라 함은 광선로를 설치하는 중에 광선로에 굴곡이 발생하거나 나아가 광선로에 단선이 발생한 경우를 의미한다.

도 5는 광선로에 단선이 발생한 경우에 감시광의 파형을 도시한다. 전술한 도 4와 같이 정상적으로 감시광의 파형이 도출되는 중에 광선로의 소정 부위에 단선이 발생하게 되면 단선된 지점(B)의 이후에는 더 이상 감시광의 파형이 발생하지 않게 된다. 따라서, 작업자는 감시장치(50)를 통하여 단선이 발생한 선로 및 단선이 발생한 거리를 파악할 수 있게 되어, 광선로의 장애를 보수할 수 있게 된다.

한편, 도 6은 광선로에 굴곡이 발생한 경우에 감시광의 파형을 도시한다. 도 6을 참조하면, 굴곡이 발생하게 되면 굴곡이 발생한 지점에서 광손실이 발생하게 되어 감시광의 광손실이 심해진다. 따라서, 도 6과 같이 광선로의 소정 부위에 광손실이 급격히 발생하는 부위(C)가 생기게 된다. 따라서, 작업자는 감시장치(50)를 통하여 굴곡이 발생한 선로 및 굴곡이 발생한 거리를 파악할 수 있게 되어, 광선로의 장애를 보수할 수 있게 된다.

그런데, 전술한 바와 같이 광섬유에 대한 많은 개발이 이루어지면서 광섬유의 종류도 다양해졌으며, 최근에는 구부림 강화 광섬유(BIF : bend-insensitive optical fiber)가 개발되었다. 구부림 강화 광섬유는 단일 모드 광섬유의 단점을 보완하기 위하여 개발된 것으로서 굴곡이 발생되어도 광섬유의 내부를 이동하는 빛이 굴곡지점에서 적은 손실로 광섬유의 내부를 따라 이동할 수 있도록 개발된 광섬유이다. 도 7은 단일 모드 광섬유와 구부림 강화 광섬유에 굴곡이 발생한 경우에 광손실 발생 여부를 비교하여 도시한 개략도이다. 도 7에서 실선은 광섬유가 단일 모드 광섬유(SMF)인 경우에 빛의 이동 경로를 의미하며, 점선은 광섬유가 구부림 강화 광섬유(BIF)일 경우에 빛의 이동 경로를 의미한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 광섬유가 단일 모드 광섬유로 이루어진 경우에는 실선으로 도시된 바와 같이 굴곡이 발생한 지점에서 빛이 외부로 유출되어 광손실이 심하게 발생하게 된다. 하지만, 광섬유가 구부림 강화 광섬유로 이루어진 경우에는 광이 광섬유의 내부를 따라 이동하는 경우에 굴곡이 발생한 지점에서도 점선과 같이 대부분 광섬유의 내부를 따라 진행하게 된다. 즉, 종전의 단일모드 광섬유에 비하여 굴곡된 지점에서 광손실을 줄일 수 있으며, 예를 들어 장애로 판단할 수 있는 기준 광손실값에 비하여 적은 광손실에 의해 굴곡된 지점을 통과할 수 있는 것이다. 구부림 강화 광섬유는 예를 들어 광섬유의 코어(core)를 감싸는 클래드(clad) 영역에 일반 클래드에 비하여 굴절율이 낮은 골(trench)을 구비하게 되면 광섬유의 굴곡이 발생되어도 광손실 없이 정보를 전송하는 것이 가능해진다. 이러한 구부림 강화 광섬유에 대해서는 본 발명이 속하는 분야에서 많은 기술이 공지되었으므로 자세한 설명은 생략한다.

따라서, 구부림 강화 광섬유에 의해 광선로를 이루게 되면, 굴곡이 발생한 지점에서 광손실이 종래에 비하여 적게 발생하게 되므로 전술한 감시장치로는 감지가 힘들게 된다. 즉, 구부림 강화 광섬유를 사용하게 되면 전술한 감시장치에서는 도 6의 그래프와 같은 급격한 광손실 그래프가 도출되지 않는 것이다. 물론, 구부림 강화 광섬유를 사용하게 되면 굴곡된 지점에서 광손실이 종래에 비하여 적게 발생하므로 장애라고 할 수 없을 수도 있다. 하지만, 광섬유는 기존의 구리선에 비하여 기계적 특성이 약하다는 단점을 가지며, 상대적으로 신뢰성이 부족하게 되므로 굴곡이 발생한 지점을 방치하게 되면 향후에 단선 등이 발생할 가능성이 높아지게 된다. 따라서, 구부림 강화 광섬유를 사용하는 경우에도 굴곡된 지점을 감지하여 단선 등이 발생하기 전에 미리 보수를 하는 것이 매우 중요하게 된다. 이 경우에 전술한 감시장치로는 구부림 강화 광섬유를 이용한 광선로에서 굴곡지점을 감시하는 것이 곤란하므로 구부림 강화 광섬유를 이용한 광선로에서도 굴곡지점을 감지할 수 있는 감시장치의 개발이 필요하게 되었다. 이하, 도면을 참조하여 구부림 강화 광섬유를 이용한 광선로에서도 굴곡지점을 감지할 수 있는 감시장치에 대해서 자세히 살펴본다.

도 8은 다른 실시예에 따른 광선로 감시시스템을 도시한 개략도이다.

도 8에 따른 광선로 감시시스템(100)은 도 1의 시스템과 비교하여 감시장치(150)에 있어서 차이가 있다. 즉, 도 1에 따른 시스템에서는 감시장치에 레일레이 센서를 활용한 OTDR 유닛을 구비하였지만, 본 실시예에 따른 감시시스템은 구부림 강화 광섬유를 이용한 광선로에서도 굴곡지점을 감지할 수 있는 유닛, 즉 브릴루앙(Brillouin) 산란형 센서를 활용한 OTDR 유닛(이하 'BOTDR(Brillouin optical time domain reflectometry) 유닛'이라 칭함)(150)을 구비한다는 점에서 차이가 있다.

광섬유는 고유의 자체 물성으로서 브릴루앙 주파수(Brillouin frequency)를 가지게 되며, 브릴루앙 주파수는 광섬유에 가해지는 변형(strain) 또는 온도에 따라 변화 또는 이동(shift)하게 된다. BOTDR 유닛은 외부에서 광섬유에 작용하는 변형 또는 온도에 따라 변화하는 브릴루앙 주파수 시프트(Brillouin frequency shift)를 감지하게 된다. 즉, 외부에서 작용하는 변형 또는 온도에 따라 광섬유의 브릴루앙 주파수가 시프트, 즉 브릴루앙 주파수가 이동되어 후방 산란광의 크기가 변하게 되므로 브릴루랑 주파수 시프트에 의해 외부에서 작용하는 물리량의 크기 및 물리량이 작용한 지점을 파악할 수 있게 된다. 도 1과 비교하여 동일한 구성요소에 대해서는 이미 상술하였으므로 반복적인 설명은 생략하며, 이하 구체적으로 살펴본다.

도 9는 BOTDR 유닛의 기본 원리를 설명하기 위한 개략도이다. 이하 설명하는 BOTDR 유닛의 구성은 일예를 들어 설명한 것에 지나지 않으며 BOTDR 유닛의 구체적인 구성은 적절하게 변형이 가능하다.

도 9를 참조하면, BOTDR 유닛(150)은 광섬유(1)의 일단에 펌핑 펄스광(pumping pulse light)을 생성하는 제1 광원부(120)를 구비하고, 타단에 연속된 파형의 탐촉광(continuous wave probe light)을 생성하는 제2 광원부(130)를 구비할 수 있다.

제1 광원부(120)는 광섬유의 타단을 향해 감시광인 펄스광을 전송하며 제2 광원부(130)는 광섬유의 일단을 향해서 탐촉광을 전송하게 된다. 따라서, 광섬유(200)와 WDM 커플러(14)를 통하여 연결된 광수신기(140)를 구비하게 되면, 광섬유에 가해지는 변형 또는 온도에 따라 반송되는 산란광 주파수와 펄스광 및 탐촉광의 주파수 차이를 비교할 수 있게 된다. 예를 들어, 펄스광의 주파수를 Vp라 하고 탐촉광의 주파수를 Vcw라 하면, 펄스광과 탐촉과의 주파수 차이 △V는 Vp - Vcw로 정의될 수 있다.

한편, 광섬유 분자는 탐촉광이 펄스광을 만나는 경우에 열적 여기를 일으키면서 소정의 음향 진동을 겪으면서 브릴루앙 산란광을 일으키게 된다. 이러한 브릴루앙 산란은 펄스광과 탐촉광의 주파수 차이(△V)가 광섬유의 브릴루앙 주파수 값에 해당하는 경우에 발생하게 된다. 즉, △V를 광섬유의 브릴루앙 주파수 값과 일치하도록 주파수를 조정하게 되면, 펄스광은 유도 브릴루앙 산란에 의해 탐촉광으로 에너지 변환을 하게 되며, 이에 따라 탐촉광은 광섬유 내에서 광증폭을 하게 되어 브릴루앙 해석이 가능하게 되는 것이다.

도 10은 전술한 BOTDR 유닛에 의해 도출된 3차원 그래프를 도시한 그래프이다. 그래프에서 수직축은 광의 세기를 도시하며, 수평축은 각각 광섬유의 거리(km)와 주파수를 도시한다. 도 11 및 도 12는 도 10의 3차원 그래프를 각각 2차원 그래프로 전환한 그래프이다. 도 11은 광의 세기와 주파수의 상관관계를 도시하며, 도 12는 광의 세기와 거리의 상관관계를 도시한다. 한편, 도 10에서 광섬유는 구부림 강화 광섬유로 이루어진 경우를 도시한다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 광섬유(200)에 외력이 작용하지 않는 정상 상태에서 △V를 광섬유의 브릴루앙 주파수와 일치시키면 브릴루앙 산란에 의해 하나의 피크(D)가 발생하게 된다. 그런데, 광섬유에 도 10의 화살표(E)와 같이 외란이 작용하여 광섬유에 굴곡이 발생하게 되면 브릴루앙 주파수 시프트에 의해 상기 피크가 이동을 하게 된다(D →D'). 따라서, 작업자는 정상상태에 비하여 광의 피크가 이동하게 되면 해당 광섬유에 외란이 작용하여 굴곡이 발생하거나 온도 등이 상승하였음을 인식할 수 있게 된다. 여기서, 상기 외란에 의한 변형(strain)의 크기, 즉 변형율은 하기와 같은 식으로 산출할 수 있다.

여기서, Vbo은 변형이 없는 경우, 즉 정상상태의 브릴루앙 주파수이고, Vb는 변형이 있을 경우에 브릴루앙 주파수이고, C'는 변형에 따른 계수이다. 따라서, 도 11과 같은 그래프의 결과가 얻어지는 경우에 Vbo, Vb의 값을 얻을 수 있으며, 변형에 따른 계수는 광섬유의 특성에 따라 결정되므로 변형율을 구할 수 있게 된다.

그런데, 본 실시예에 따른 감시시스템은 변형율 뿐만 아니라 광섬유에서 변형이 발생한 지점까지의 거리를 산출하는 것이 중요하다. 변형이 발생한 지점까지의 거리를 알아야 광섬유의 보수가 가능하기 때문이다.

도 10에 도시된 바와 같이 광섬유의 소정 부위에 변형이 발생하게 되면 광섬유의 일단을 통하여 입사된 감시광인 펄스광(152)이 변형부위에서 광섬유 내부 분자와 산란을 일으키게 된다. 이처럼 산란한 산란광(154)은 광섬유 내부로 퍼지게 되며 특히 다시 펄스광이 입사된 방향을 향하여 돌아갈 수 있다. 이 경우, 광수신기(140)는 산란되어 돌아오는 산란광을 인식하고, 제어부(80)는 펄스광이 입사된 시각과 산란광이 되돌아온 시각을 비교하여 변형이 발생한 지점의 거리를 측정할 수 있게 되는 것이다.

구체적으로 소정의 굴절율(n)을 가지는 광섬유 내에서 빛의 속도는 하기와 같은 식으로 산출할 수 있다.

상기 [수학식 2]에서 C는 공기 중의 빛의 속도, n은 광섬유 내부의 굴절율, Vn은 굴절율(n)을 가지는 광섬유 내에서 빛의 속도를 의미한다. 따라서, 광섬유 내부를 진행하는 빛의 속도(Vn)는 상기 [수학식 2]에 의해 계산이 가능하다.

한편, 감시시스템의 제어부(80)는 펄스광이 입사되고 산란되어 다시 돌아올 때 까지의 시간(T)을 감지하여 하기식에 의해 변형이 발생한 지점까지의 거리를 산출할 수 있다.

상기 [수학식 3]에서 L은 변형이 발생한 지점까지의 거리, Vn은 상기 [수학식 2]에서 산출된 광섬유 내부에서의 빛의 속도, T는 펄스광이 입사되고 산란되어 다시 돌아올 때까지의 시간으로 정의된다. 결국, BOTDR 유닛을 활용하게 되면 구부림 강화 광섬유에서 굴곡이 발생한 경우에도 굴곡이 발생한 광섬유를 파악하고, 나아가 굴곡지점까지의 거리를 산출하는 것이 가능해진다.

도 12를 참조하면, 광섬유를 따라 진행하는 빛의 세기와 거리의 상관관계를 도시한다. 도 12에 도시된 바와 같이, 거리상으로 A1과 A2 사이에 광의 세기가 감소하면서 굴곡이 발생하였음을 도시한다. 여기서, 상기 거리 A1과 A2는 전술한 [수학식 2] 및 [수학식 3]에 의해 계산되어 산출된다.

결국, 구부림 강화 광섬유를 구비한 광선로에서도 작업자는 BOTDR 유닛을 구비한 감시시스템을 활용하여 도 11과 같이 브릴루앙 주파수 시프트가 발생하는 경우에 해당 광선로에서 굴곡 등이 발생하였음을 인식할 수 있게 된다. 나아가, 상기 [수학식 1]에 의해 변형율을 계산할 수 있으며, 상기 [수학식 2] 및 [수학식 3]에 의해 굴곡 등이 발생한 지점까지의 거리를 산출할 수 있게 된다.

한편, 전술한 BOTDR 유닛을 활용한 감시시스템에서 광섬유는 구부림 강화 광섬유로 설명하였지만 이에 한정되지 않으며 예를 들어 단일 모드 광섬유를 구비한 광선로에서도 물론 적용이 가능하다. 또한, 전술한 도 1 및 도 8에서는 광 선로의 구성으로서 P2MP(point to multipoints)를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 예를 들어 P2P(ponit to point)에도 물론 적용이 가능하다.

10, 100...광선로 감시시스템 12...광선로 터미널
14...WDM 커플러 20...광 분배기
30...광 네트워크 유니트 40...광 네트워크 터미널
50, 150...감시장치 60...반사필터
70...광 스위칭 유니트 80...제어부

Claims (12)

1. 신호광을 생성하는 광선로 터미널, 상기 광선로 터미널에서 연장되어 적어도 하나의 광 네트워크 유니트 또는 광 네트워크 터미널에 접속되는 적어도 하나의 구부림 강화 광섬유를 포함하는 복수 개의 광선로를 감시하는 시스템에 있어서,
   상기 광선로에 선택적으로 접속되어 감시광을 상기 광선로로 입사하고 산란 또는 반사된 감시광을 수신하기 위하여, 광섬유의 일단에 펌핑 펄스광을 생성하는 제1 광원부, 타단에 연속된 파형의 탐촉광을 생성하는 제2 광원부 및 상기 광섬유와 WDM 커플러를 통하여 연결된 광수신기를 구비하는 BOTDR 유닛으로 구성되는 감시장치; 및
   상기 감시장치에 연결되어 상기 감시광에 의해 구부림 강화 광섬유의 굴곡지점을 검출하는 제어부;를 포함하고,
   상기 제어부는 상기 감시장치를 통하여 상기 각 광선로에서 브릴루앙 주파수 시프트가 발생하는 경우에 해당 광선로에서 장애가 발생한 것으로 감지하고,
   상기 제어부는 상기 굴곡지점이 발생한 광선로에서 상기 광섬유 내부에서의 감시광의 속도, 산란된 감시광이 수신될 때까지의 시간에 따라 굴곡지점이 발생한 거리(L) 및 굴곡지점의 변형률(ε는 각각 아래의 식으로 산출하는 것을 특징으로 하는 광선로 감시시스템.
   - 아래 -
   

   

   이며,
   여기서, Vn은 상기 아래의 식에서 에서 산출된 광섬유 내부에서의 빛의 속도, T는 펄스광이 입사되고 산란되어 다시 돌아올 때까지의 시간이며,
   

   

   
   여기서, C는 공기 중의 빛의 속도, n은 광섬유 내부의 굴절율, Vn은 굴절율(n)을 가지는 광섬유 내에서 빛의 속도이며,
   

   

   ,
   여기서, Vbo은 변형이 없는 경우, 즉 정상상태의 브릴루앙 주파수이고, Vb는 변형이 있을 경우에 브릴루앙 주파수이고, C'는 광섬유 종류 및 변형에 따른 계수임.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 감시장치는 WDM 커플러를 통하여 상기 각 광선로에 접속하는 것을 특징으로 하는 광선로 감시시스템.
8. 제7항에 있어서,
   상기 감시장치는 광 스위칭 유닛을 통하여 상기 WDM 커플러에 연결되는 것을 특징으로 하는 광선로 감시시스템.
9. 제8항에 있어서,
   상기 감시장치는 상기 광 스위칭 유닛을 통하여 복수개의 광선로 터미널과 접속하는 것을 특징으로 하는 광선로 감시시스템.
10. 제7항에 있어서,
    상기 각 광선로는 광 분배기를 통하여 분기되어 가입자측의 광 네트워크 유니트 또는 광 네트워크 터미널에 접속되며, 상기 WDM 커플러는 상기 광 네트워크 터미널과 광 분배기 사이에 접속되는 것을 특징으로 하는 광선로 감시시스템.
11. 제1항에 있어서,
    상기 광선로는 P2P(ponit to point) 방식 또는 P2MP(point to multipoints) 방식으로 각 광 네트워크 유니트 또는 광 네트워크 터미널에 연결되는 것을 특징으로 하는 광선로 감시시스템.
12. 삭제

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