[광통신 기초]WDM(Wavelength Division Multiplexing) 기술

WDM 기술 등장 배경

 

WDM(Wavelength Division Multiplexing)

인터넷 사용자의 급증과 데이터 통신 용량의 폭발적인 증가에 따라, 기존 전송 시스템으로는 한계에 마주했다.

기존 전송 시스템으로는 단일 파장에 데이터를 전송하는 방식으로, 전송할 수 있는 통신 용량이 제한적이었고다.

또한 더 많은 데이터를 전송하기 위해서는 더 많은 광섬유를 사용해야했다. 비용적인 측면의 어려움이 따랐던 것.

 

이에 대용량의 데이터를 전송할 수 있는 방법에 대해 고민하기 시작했고, WDM 기술이 등장했다. 

WDM은 여러 개의 서로 다른 파장의 빛을 하나의 광섬유에 동시에 전송하여, 통신 용량을 크게 증가 시켰다. 기존의 광섬유를 사용하였기 때문에, 비용적인 효율성까지 가져갈 수 있었다. 

 

 

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1. WDM(Wavelength Division Multiplexing)

 광 신호 전송 시, 전기적 신호(1과 0)을 Header를 포함한 Frame화하여 ONU로 송신하게 된다.(Header 안에는 신호를 보호하면서 E2E 전송을 위한 보안, health check 등의 값을 포함하고 있다.)  

기존의 전송 방식은 한 개의 광섬유에 한 개의 파장만을 실어서 보냈으나, WDM 전송 방식은 여러 개의 파장을 가진 광신호를 하나로 묶어서 광섬유로 실어 보내는 방식이다. WDM의 기술 발전에 따라 분할되는 파장 간 사이 밀도가 좁아져 용량과 채널을 늘려갔다.

 

 

 WDM 장점 

   1. 전송 가능한 트래픽 양의 증가

   2. 기존 광섬유 자원을 활용

   3. 단일 광섬유에 여러 개의 파장을 실어 보내기 때문에, 설치 및 유지 관리 비용 절감 

   4. 새로운 파장을 추가하여 용량 확장 용이(확장성)

   5. 속도와 품질의 향상

 

정리하자면,

WDM 기술은 통신 용량 증가에 대한 요구와 광선유의 대역폭 활용 필요성에 따라 등장했고,

기존 광섬유 자원을 활용하면서, 전송 용량과 속도를 증가시키고, 비용 절감 및 확장성의 장점을 가지고 있다. 

WDM 기술이 발전됨에 따라 광 전송 분류에 대해 알아보자.

 

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WDM 기술 

 

WDM 기술은 등장한 이후, 지속 발전해왔다.

초기 단일 파장에 여러 개의 비트를 전송하는 Coarse WDM(CWDM)기술이 사용되었고,

그 이후, 더 많은 파장을 사용하여 더 많은 데이터를 전송할 수 있는 Dense WDM(DWDM)기술.

사용자 정의 가능한 채널 간격을 사용하여, 더욱 효율적으로 광 스펙트럼을 활용할 수 있는 Flexible Grid WDM(FGWDM) 기술이 등장하였다. 

(각 WDM 기술 별로 파장이 나뉘어진 것이 아니라, 동일 파장대를 확장하여 사용함을 유념)

https://www.fibermall.com/ko/blog/wdm-vs-otn.htm

 

위 그림은 쉽게 잘 표현되어있어서 fibermall에서 발췌해 온 그림이다.

WDM 시스템을 고속도로에 비유하여, 각 역할을 나타낸다. 

 -고속도로: 광섬유

 -순찰차: 신호 모니터링

 -주유소: 광 증폭

 -회색 자동차: 클라이언트 측 다양한 서비스

 -컬러 자동차: 채널(파장)의 다양한 베어러 서비스 

 -레인: 광파장

 

 

 

1. CWDM(Coarse WDM) 

실어보낼 수 있는 채널이 10개 미만이며, Dense가 떨어지나 비용이 저렴하여, 비용측면에서 이점을 가지고 있다. 

DWDM과 유사하나, 파장 간격이 넓고(10nm 이상 20~40nm) 광 증폭기를 사용하지 않는 단거리(50km 이내) 전송에 주로 사용된다. 통상적으로 S,C,L-Band를 활용하며, 채널 파장 8개 기준 1470nm~ 1610nm 파장대를 사용한다. 파장 수를 늘리기 위해 1310nm를 이용하여 CWDM을 16개 채널로 확장할 수 있어 표준 WDM보다는 많은 채널 수를 가지지만, DWDM보다는 적은 채널수를 갖게 된다. 

 

CWDM 파장 스펙트럼 내에서 DWDM 채널을 매핑하면, 사이트 간 광섬유 인프라를 변경할 필요없어, 동일한 광섬유 케이블에서 훨씬 더 높은 데이터 전송 용량을 얻을 수 있다. 

CWDM vs DWDM

 

 

 

2. DWDM(Dense WDM)

하나의 광섬유에 여러 개의 파장(빛)을 동시에 전송 가능하다. 최대 80개의 파장을 동시에 10Gbps 속도로 전송하며, 40~80개의 채널을 이용해 각 400Gbps의 전송 속도를 제공한다. 신호의 속도를 유지한 채 전송할 수 있는 파장 수를 증가시키는 방식으로, 광섬유당 총 전송 용량을 크게 증가 시킨 기술이다. WDM 채널보다 밀도가 높으며, 주로 C Band(1530nm ~ 1565 nm)대역에 걸쳐있다.(L-Band도 사용)

구성 요소로, 광학 송/수신기, DWDM Mux/Demux필터, 광학 Drop/Add 멀티플렉서(OADM), 광학 증폭기가 있다.

 

DWDM의 좁은 파장 간격은 단일 광섬유에 더 많은 채널을 적합하게 하지만, 구현 및 운용 비용이 더 많이 드는 특징이 있다. 

 

 DWDM 파장 간격 

	파장 간격	지원 채널 수
50GHz	0.4 nm	80개 이상
100GHz	0.8 nm	40개 이상
200GHz	1.6 nm	20개 이상

 

이외에도 25GHz, 37.5GHz 등의 간격이 사용되나, 상용 시스템에서는 상기 표에 명시된 간격이 가장 많이 사용된다.

DWDM에서 파장 간격을 선택할 때는 "전송 용량, 광섬유 비용, 광 증폭기, 채널 간섭" 등의 요소를 고려하여 요구사항과 예산에 맞는 파장 간격을 설정해야 한다.

 

최근에는 Flexible Grid WDM(FGWDM) 기술이 등장하면서, 채널 간격을 사용자 정의하여 필요에 따라 사용할 수 있게 되었다. 특정 채널에 더 많은 용량을 할당하거나, 채널 간격을 최적화하여 스펙트럼 효율성과 유연성을 높일 수 있는 기술이다.

(FGWDM에 대한 내용은 아래 글을 참고)

 

https://kkomtech.tistory.com/15

Fixed Grid vs Flexible Grid

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(참고)

https://www.fibermall.com/ko/blog/things-about-cwdm-dwdm-oadm.htm

https://ko.opticalpatchcable.com/news/important-components-in-dwdm-system-33718546.html

http://www.ktword.co.kr/test/view/view.php?no=1847

https://www.fibermall.com/ko/blog/wdm-vs-otn.htm