3 차원 광 코드 암호기 및 해독기{ENCODER AND DECODER FOR THREE-DIMENSIONAL OPTICAL CODE}

본 발명은 3 차원 광 코드(three-dimensional optical code) 암호기 및 해독기(encoder and decoder)에 관한 것으로서, 특히 파장/시간 영역에서 분산된 광 코드를 생성하는 광 코드 분할 다중 접속(Code Division Multiple Access : CDMA)용암호기 및 해독기에 관한 것이다.

가입자 망의 고도화로 인하여 무선 통신의 코드 분할 다중 접속 기술을 광 가입자 망에 적용하는 광 코드 분할 다중 접속 기술이 활발히 연구 되고 있다. 광 코드 분할 다중 접속에서도 기존의 무선 코드 분할 다중 접속과 같이 가입자에게 하나의 광 코드가 할당 되고, 광 코드간의 직교적인 특성을 이용하여 동시에 다수의 가입자가 접속할 수 있다.

광 코드 분할 다중 접속 망을 구현하기 위해서는 주어진 광 코드를 생성하는 장치인 암호기와 암호화된 신호로부터 원래의 신호를 추출하는 장치인 해독기가 필요하다.

광 코드 분할 다중 접속 망에서는 직교적인 광 코드 수 만큼의 광 가입자가 수용될 수 있으며, 사용되는 광 코드의 직교성이 강할수록 동시에 접속할 수 있는 가입자 수가 많아진다.

도 1a는 종래의 기술에 따른 광 코드 암호기의 일 실시예를 나타낸 개략도로, 광원(LS), 광 순환기(Cir1), 다수의 광섬유 격자(FG11 내지 FG1N), 및 다수의 광섬유 지연선(DL11, DL12, ...)으로 구성된다.

동 도면에 있어서, 광원(LS)은 다파장 광원(multi-wavelength light source)을 발산 또는, 발광 다이오드(Light Emitting Diode : LED)를 사용해서 광대역 광원(broadband light source)으로 생성된 광 신호 펄스를 광 순환기(Cir1)의 입력 포트(input port)(In1)로 제공한다.

광 순환기(Cir1)는 광원(LS)으로부터 발산되는 광 신호 펄스를 받아 광섬유격자(FG11)로 제공한다. 이 광 신호 펄스는 각각의 광섬유 격자(FG11 내지 FG1N)에서 각 격자의 반사 스펙트럼에 해당하는 파장 성분은 반사되고 다른 성분은 통과된다. 따라서, 입력 광 신호 펄스의 여러 파장 성분은 서로 다른 위치에서 반사되므로, 광 순환기(Cir1)를 통과하여 출력단(Out1)으로 서로 다른 시간에 출력된다. 각각의 광섬유 지연선(DL11, DL12, ...)은 각각의 광섬유 격자(FG11 내지 FG1N) 사이에 형성되어 통과하는 광을 지연시킨다.

이와 같은 과정에 의해서 여러 파장 성분을 가지는 하나의 입력 광 신호 펄스는 파장/시간 영역에서 분산된 여러 개(격자 수만큼)의 작은 파워(power)의 광 펄스 열로 암호화된다.

도 1b는 종래의 기술에 따른 광 코드 해독기의 일 실시예를 나타낸 개략도로, 광 순환기(Cir2), 다수의 광섬유 격자(FG21 내지 FG2N), 및 다수의 광섬유 지연선(DL21, DL22, ...)으로 구성된다.

동 도면에 있어서, 도 1a의 출력단(Out1)으로부터 제공되는 암호화된 광 펄스 열이 광 순환기(Cir2)의 입력 포트로(In2)에 입력될 때, 만일 광섬유 격자(FG21 내지 FG2N)의 배열 순서가 도 1a의 광섬유 격자(FG11 내지 FG1N)의 배열 순서와 정반대이고 격자간의 간격(광섬유 지연선(DL21, DL22, ...)의 길이)이 적절히 조절되면, 암호화된 광 펄스 열을 하나로 모아서 하나의 큰 파워의 펄스를 광 순환기(Cir2)의 출력단(Out2)으로 내보낼 수 있다.

반면, 해독기의 광섬유 격자(FG21 내지 FG2N)의 배열 순서 및 광섬유 지연선(DL21, DL22, ...)의 길이가 암호화된 신호에 적합하지 않으면 하나의 큰 펄스 대신에 여러 개의 작은 펄스가 출력되게 된다. 따라서, 해독기의 출력단(Out2)에서 일정한 문턱 파워 이상의 펄스가 출력되면 "1" 로 아니면 "0"으로 판단함으로써 암호화된 신호를 해독할 수 있으며, 주어진 해독기에 적합하지 않은 다른 암호기로부터 오는 신호는 단지 잡음으로 작용하게 된다.

이상에서 상술된 광 코드 분할 다중 접속용 암호기와 해독기에서 생성 해독되는 광 코드는 이차원 적인 광 코드로서 동일한 수와 종류의 파장 성분들로 구성되어 있으며 단지 파장 성분간의 순서와 시간상의 상대적인 위치를 달리함으로써 광 코드간의 직교적인 특성을 얻고 있다.

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 결점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 2 차원적인 광 코드보다 더 많은 수의 코드 생성이 가능하며 직교성이 강한 3 차원적인 광 코드를 생성할 수 있는 3 차원 광 코드 암호기 및 해독기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 3 차원 광 코드 암호기에 있어서: 광을 발산하는 광원; 상기 광원으로부터 광을 제공받아 출력단을 통해 출력하고 이 출력단을 통해 수신되는 광 펄스 열을 특정 광 검출단으로 제공하는 광 순환기; 상기 광 순환기의 출력단을 통해 출력되는 광을 특정 간격을 가지는 각 파장 성분별로 다중화해서 각 포트로 각각 출력한 후, 상기 각 포트로 반사되어 되돌아오는 광을 역 다중화해서 암호화된 광 펄스 열을 상기 광 순환기의 출력단으로 제공하는 도파로 배열 격자 다중화부(Arrayed Waveguide Grating Multiplexer :AWGM); 상기 도파로 배열 격자 다중화부의 각 포트에 각각 교대로 다수번 연결되어 특정 간격을 가지는 다수의 파장에 대응하는 광을 인입하여 서로다른 위치에서 서로 다른 시간 지연을 갖도록 하여 상기 포트쪽으로 각각 반사시키는 다수의 광섬유 지연선 및 다수의 광섬유 격자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

3 차원 광 코드 해독기에 있어서: 암호화된 광 펄스 열을 제공받아 출력단을 통해 출력하고 이 출력단을 통해 수신되는 광을 특정 광 검출단으로 제공하는 광 순환기; 상기 광 순환기의 출력단을 통해 출력되는 암호화된 광 펄스 열을 특정 간격을 가지는 각 파장 성분별로 다중화해서 각 포트로 각각 출력한 후, 상기 각 포트로 반사되어 되돌아오는 광을 역 다중화해서 해독된 광을 상기 광 순환기의 출력단으로 제공하는 도파로 배열 격자 다중화부; 상기 도파로 배열 격자 다중화부의 각 포트에 각각 교대로 다수번 연결되어 특정 간격을 가지는 다수의 파장에 대응하는 광을 인입하여 서로다른 위치에서 서로 다른 시간 지연을 갖도록 하여 상기 포트쪽으로 각각 반사시키는 다수의 광섬유 지연선 및 다수의 광섬유 격자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1a는 종래의 기술에 따른 광 코드 암호기의 일 실시예를 나타낸 개략도,

도 1b는 종래의 기술에 따른 광 코드 해독기의 일 실시예를 나타낸 개략도,

도 2a는 본 발명에 따른 3 차원 광 코드 암호기의 일 실시예를 나타낸 개략도,

도 2b는 본 발명에 따른 3 차원 광 코드 해독기의 일 실시예를 나타낸 개략도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 광원

20, 30 : 도파로 배열 격자 다중화부

이하, 이와 같은 본 발명의 실시예를 다음과 같은 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2a는 본 발명에 따른 3 차원 광 코드 암호기의 일 실시예를 나타낸 개략도로, 광원(10), 광 순환기(Cir1), 도파로 배열 격자 다중화부(20), 다수의 광섬유 지연선, 및 다수의 광섬유 격자로 구성된다.

동 도면에 있어서, 광원(10)은 넓은 대역의 여러 가지 파장 성분을 가지는 광을 발산하여 광 순환기(Cir1)의 입력 포트(In1)로 제공한다. 광 순환기(Cir1)는 광원(10)으로부터 제공받은 광 신호를 도파로 배열 격자 다중화부(20)로 제공한다.

도파로 배열 격자 다중화부(20)는 제공받은 광 신호를 각 파장 성분별로 분리해서 각 포트를 통해 각 포트에 교대로 연결된 광섬유 지연선 및 광섬유 격자로 진행시킨다.

상술한 도파로 배열 격자 다중화부(20)의 동작 특성은 파장 영역에서 주기성을 가진다. 즉, 도파로 배열 격자 다중화부(20)의 입력 포트로 입력된 여러 가지 파장 성분 중에 도파로 배열 격자 다중화부(20)의 i 번째 출력 포트로 λ _i 의 파장 성분이 진행한다면, (λ _i + (FSR × n))의 파장 성분 또한 동일한 포트로 진행한다. 여기서, FSR(Free Spectral Range)은 도파로 배열 격자 다중화부(20)의 파장 특성의 주기이고, n은 정수이다.

이러한 도파로 배열 격자 다중화부(20)의 특성에 기초하여, 암호기의 입력 포트에 도파로 배열 격자 다중화부(20)의 FSR의 정수배의 파장 영역을 가지는 광원(10)으로부터 발생된 광 신호를 입력하면, 각 광섬유 지연선으로 일정한 파장 간격(FSR)을 가지는 다수(N)의 파장 성분이 진행 하게 된다. 각 광섬유 지연선으로 진행한 파장 성분들은 서로 다른 위치의 광섬유 격자에서 반사되어 도파로 배열 격자 다중화부(20)와 광 순환기(Cir1)를 통과하여 암호기의 출력단(Out1)으로 진행한다.

상술한 광섬유 격자의 폭은 각 격자의 중심 파장을 상징적으로 나타낸다. 즉, 서로 다른 중심 파장을 가지는 격자는 폭을 다르게 나타냈다.

이상의 과정에서 각 파장 성분은 반사되는 위치, 즉, 해당 파장 성분을 중심 파장으로 가지는 광섬유 격자의 위치에 따라서 상이한 시간 지연을 격게 된다. 이러한 각 파장 성분들간의 상이한 시간 지연의 결과로 암호기의 출력단(Out1)에서는 파장 성분별로 분리된 광 신호 열을 얻게 되고, 이는 하나의 광 코드가 된다.

이와 같은 암호기는 도 1a의 광섬유 격자만으로 구성 된 암호기 다수를 도파로 배열 격자 다중화부(20)를 이용하여 한데 묶어 놓은 것으로 이해될 수 있다. 도파로 배열 격자 다중화부(20)의 각 출력 포트에 연결 된 광섬유 격자의 순서 배열과 수를 변화시킴으로써 다양한 종류의 서로 직교하는 광 코드를 생성할 수 있다. 도 2a의 암호기는 도 1a의 암호기 보다 다양한 종류의 광 코드를 생성할 수 있다. 또한, 도 1a의 암호기에서 생성된 직교하는 광 코드간에는 동일한 파장 성분들이 배열 순서만 달랐던 반면, 도 2a의 암호기에서 생성된 직교하는 광 코드간에는 파장 성분 및 배열 순서가 모두 다를 수 있다. 이로 인해 광 코드의 직교성이 강화 된다.

도 2b는 본 발명에 따른 3 차원 광 코드 해독기의 일 실시예를 나타낸 개략도로, 광 순환기(Cir2), 도파로 배열 격자 다중화부(30), 다수의 광섬유 지연선, 및 다수의 광섬유 격자로 구성된다.

동 도면에 있어서, 광 순환기(Cir2)는 도 2a의 출력단(Out1)으로부터 제공되는 암호화된 광 펄스 열을 제공받아 도파로 배열 격자 다중화부(30)로 제공한다.

배열 격자 다중화부(30)는 광 순환기(Cir2)로부터 제공받은 암호화된 광 펄스 열을 특정 간격을 가지는 각 파장 성분별로 다중화해서 각 포트로 각각 출력한 후, 상기 각 포트로 반사되어 되돌아오는 광을 역 다중화해서 해독된 광을 광 순환기(Cir2)로 제공해서 광 순환기(Cir2)가 해독된 광을 출력단(Out2)으로 출력하도록 한다.

다수의 광섬유 지연선 및 다수의 광섬유 격자는 도파로 배열 격자 다중화부(30)의 각 포트에 각각 교대로 다수번 연결되어 특정 간격을 가지는 다수의 파장에 대응하는 광을 인입하여 서로다른 위치에서 서로 다른 시간 지연을 갖도록하여 도파로 배열 격자 다중화부(30)의 각 포트쪽으로 각각 반사시킨다.

이와 같이, 암호화된 광 신호는 적절한 광섬유 격자와 광섬유 지연선의 배열을 가지는 동일한 구조의 해독기를 통해서 해독될 수 있다. 도 1a의 해독기와 마찬가지로, 파장 성분들간의 상대적인 시간 지연을 보상하도록 광섬유 격자와 광섬유 지연선을 배열함으로써 시간 축상에서 분산되었던 광 신호 열을 한데 모아서 큰 파워를 가지는 하나의 광 신호를 생성하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 도파로 배열 격자 다중화부(20, 30)와 광섬유 격자로 구성된 광 코드 분할 다중 접속용 암호기와 해독기는 도파로 배열 격자 다중화부(20, 30)의 주기적인 특성과 파장 성분의 선택적인 사용으로 인하여 종래의 암호기와 해독기에 비하여 다양한 종류의 직교성이 강화된 광 코드를 생성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 암호기와 해독기를 사용한 광 코드 분할 다중접속 망에서는 동시에 접속이 가능한 가입자 수를 증대 시킬 수 있는 효과가 있다.