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새로운 공사 없이 비포장도로를 다차선 고속도로로 바꿀 수 있다고 상상해 보세요. WDM(Wave Division Multiplexing) 기술은 기존 광섬유망을 활용하여 바로 이러한 효과를 제공합니다. 이 기술은 흙 한 삽을 옮기거나 새로운 광섬유를 설치하지 않고도 네트워크 용량 확장 비용을 크게 절감할 수 있습니다.
왜 WDM인가?
외부 설비(OSP) 광섬유 설치 비용이 높다는 것은 누구나 아는 사실입니다. 설치 비용은 다양하지만 항상 높은 편이며, 케이블이 매설될 경우 비용이 크게 증가합니다. 설치 비용 외에도 허가, 용도 지역 설정, 원자재 및 접속 비용이 상당합니다. 따라서 가능하면 새 광섬유 설치를 피하는 것이 가장 좋습니다.
많은 통신 사업자들이 네트워크에서 광섬유 고갈을 겪고 있습니다. 이는 초기 구축된 케이블 수가 현재의 수요를 감당할 수 없음을 의미합니다. 이제 셀 백홀, 비즈니스 클래스 서비스 등의 신기술이 등장하면서 광섬유에 대한 수요가 더욱 커지고 있습니다. 그러나 대부분의 경우, 인건비와 자재 가격의 지속적인 상승으로 인해 새로운 광섬유 구축 비용이 너무 많이 발생하여 많은 프로젝트에서 이를 고려하지 못하고 있습니다.
WDM을 사용하면 운영자는 광섬유 가닥의 양쪽 끝에 새로운 장비를 설치하고 단일 광섬유 가닥에 여러 파장 채널을 결합할 수 있습니다. 기존 시스템의 대부분은 단일 유리 조각에 사용 가능한 스펙트럼의 일부만 사용합니다. 운영자는 CWDM (Coarse Wave Division Multiplexing) 또는 DWDM(Dense Wave Division Multiplexing)을 사용하여 각 서비스에 서로 다른 색상 또는 파장을 할당하여 단일 광섬유에 여러 서비스를 결합할 수 있습니다. 다중화기는 이러한 모든 파장을 단일 광섬유로 결합하고, 역다중화기는 네트워크의 더 먼 쪽에서 색상을 분리하는 데 사용됩니다.
모바일 기기, 클라우드 컴퓨팅, OTT(Over-The-Top) 비디오, IPTV를 포함한 DOCSIS 3.1, 그리고 온라인 게임은 대역폭 수요 증가의 몇 가지 요인에 불과합니다. 수요가 계속 증가함에 따라 서비스 제공업체는 더 큰 대역폭을 구축하기 위한 장기적인 전략이 필요할 것입니다.
셀룰러 백홀, FTTx, 그리고 상용 비즈니스 서비스 또한 더 많은 광섬유 용량에 대한 수요를 창출하고 있습니다. 3G 및 4G 셀룰러 서비스는 과거 셀룰러 서비스보다 더 많은 대역폭을 필요로 하므로 각 기지국에 광섬유 링크가 필요합니다. 통신 사업자는 기지국 바로 옆까지 광섬유를 연결하여 사용하고 있을 수 있지만, 현재 모든 광섬유가 최대 용량까지 사용되고 있을 수 있습니다. 기지국에 점등 서비스 또는 암흑 광섬유를 제공하는 것은 매우 수익성이 높지만, 이러한 기지국에 새로운 광섬유를 설치하거나 연결해야 하는 경우에는 수익성이 떨어집니다.
비즈니스급 서비스는 통신 회사들의 인기 있는 수익원으로 자리 잡고 있습니다. 기업들은 종종 장기 계약을 체결하고 일반 가정 고객보다 더 높은 비용을 지불할 의향이 있습니다. 경우에 따라 기업들은 대역폭 수요를 충족하기 위해 광섬유가 필요합니다. 여기서도 같은 문제가 발생합니다. 새로운 OSP 광섬유를 설치하지 않고도 이러한 신규 고객에게 서비스를 제공할 수 있을까요?
WDM의 구출
대부분의 기존 광섬유 네트워크는 각 광섬유에 단일 파장, 즉 색상을 사용합니다. 마치 서로 다른 산 정상에 있는 두 사람이 흰색 렌즈 손전등을 사용하여 모스 부호로 소통하는 것처럼 생각해 보세요. 그리 정교하지는 않지만, 효과는 있습니다.
갑자기 두 사람이 더 그 두 산봉우리 사이에서 소통을 시작하려고 합니다. 해결책은 무엇일까요? 손전등에 서로 다른 색깔의 렌즈를 사용하여 소통하는 것입니다. 송신자와 수신자는 각자의 색깔의 빛만 인식하고 전송하며 다른 색깔의 빛은 무시합니다.
이것이 바로 WDM 네트워크의 기본 원리입니다. 동일한 매체(광섬유)를 통해 여러 색상의 빛을 사용합니다. 특정 파장에 맞춰 조정된 송신기는 먹스(멀티플렉서의 줄임말)라는 수동 결합기로 빛을 보냅니다. 모든 파장은 공통 광섬유를 따라 이동하며, 수동 디멀티플렉서(디먹스라고도 함)를 통해 분리됩니다. 이제 반대편의 각 수신기는 각자의 개별 신호만 수신할 수 있습니다.
즉, WDM은 여러 광 신호를 개별 파장에 매핑하고 단일 광섬유를 통해 파장을 다중화합니다. WDM은 여러 프로토콜을 공통 신호 형식으로 변환하지 않고도 전송할 수 있습니다. 단일 광섬유로 필요한 모든 작업을 거의 모두 수행할 수 있습니다.
WDM에는 두 가지 주요 유형이 있습니다. CWDM 기술의 장점은 DWDM 에 비해 상대적으로 저렴하다는 것입니다. CWDM에 사용되는 송신기는 DWDM 송신기만큼 정밀하게 튜닝할 필요가 없기 때문에 비용이 저렴합니다. 그러나 CWDM에도 단점이 있습니다. 사용 가능한 채널이 18개뿐이고 광섬유 증폭기를 사용할 수 없습니다. 따라서 장거리 네트워크에는 적합하지 않습니다.
CWDM 채널은 각각 20nm의 공간을 차지하며, 단일 모드 작동 범위의 대부분을 차지합니다. 가장 일반적으로 사용되는 파장은 1470nm에서 1610nm 범위의 8개 채널입니다. CWDM 애플리케이션에 사용되는 모든 트랜시버는 이 채널 중 하나에서 작동합니다.
DWDM은 하나의 광섬유에 훨씬 더 많은 파장을 결합할 수 있도록 합니다. 또한 광섬유 증폭기의 기능을 활용하여 DWDM 애플리케이션에서 일반적으로 사용되는 1550nm 또는 C 대역을 증폭할 수 있습니다. 따라서 장거리 통신이나 고객 밀도가 높은 지역에 적합합니다. CWDM의 20nm 간격(약 1,500만 GHz에 해당) 대신, DWDM은 C 대역, 그리고 경우에 따라 L 대역에서 50, 100 또는 200GHz 간격을 사용합니다. 이를 통해 동일한 광섬유에 훨씬 더 많은 파장을 결합할 수 있습니다.
DWDM의 단점은 레이저가 훨씬 더 정확해야 하고 작동을 위해 정확한 온도 범위가 필요하다는 것입니다. 이로 인해 DWDM 애플리케이션은 CWDM보다 훨씬 더 비쌉니다. 2002년 ITU-T G.694.1 그리드가 도입되면서 DWDM 기술 통합이 더욱 쉬워졌습니다. 이를 통해 DWDM 산업 표준이 마련되었습니다.
WDM 유형 선택
WDM 장비를 설치하기 전에 설치된 유리가 필요한 모든 파장을 지원하는지 확인해야 합니다. 저수위 피크 또는 제로수위 피크 광섬유가 WDM 애플리케이션에 더 적합하며, 오래된 유리는 수위 피크 문제가 발생할 수 있습니다. 유리가 너무 오래되었다면, 새로운 광섬유를 설치해야 할 수도 있습니다.
유리가 WDM에 적합하다고 가정할 때, 광섬유 배출 문제를 해결하기 위해 CWDM과 DWDM 중 어떤 기술을 사용해야 할까요? 앞서 언급했듯이 CWDM은 최대 18개 채널을 지원할 수 있으며 장거리 전송에는 적합하지 않습니다. 따라서 CWDM은 일반적으로 신호가 장거리로 전송될 필요가 없고 채널 수가 많지 않은 애플리케이션에 가장 적합합니다. SFP 트랜시버의 가용성 또한 제한 요인이 될 수 있습니다.
많은 채널이 필요한 애플리케이션이나 장거리 애플리케이션에 DWDM은 이상적인 솔루션입니다. 전자 장치와 수동 소자의 가격이 저렴하지는 않지만, 새 광섬유를 설치하는 것보다 훨씬 비용 효율적입니다.
디자인 고려 사항
CWDM 및 DWDM 패시브가 설치될 환경에서 제대로 작동하는지 확인하는 것이 중요합니다. 특히 CWDM 패시브를 실외 설비에 설치할 때 더욱 중요합니다. 컨디셔닝되지 않은 캐비닛이나 접속 케이스에 사용할 멀티플렉서 또는 디멀티플렉서를 구매하기 전에 작동 온도가 해당 용도에 적합한지 확인하십시오. 많은 공급업체가 보관 온도는 명시하지만 작동 온도는 명시하지 않습니다.
광학 부품의 작동 온도는 부품이 실제로 작동하는 온도 범위입니다. 일반적으로 부품은 지정된 광학 성능 수준에서 작동하기 위해 지정된 온도 범위 내에서 유지되어야 합니다.
광학 부품의 보관 온도는 광학 부품을 해당 부품의 지정된 작동 온도 한계 내에서 사용할 때 성능 저하나 부품 고장 없이 보관할 수 있는 온도입니다. 일부 보관 온도는 부품의 실제 작동 온도를 초과할 수 있습니다. WDM 필터를 구매할 때는 필터가 실제 사용 온도에서 작동할 수 있는지 확인하십시오.
WDM 네트워크의 또 다른 설계 고려 사항은 삽입 손실입니다. WDM은 용량을 크게 증가시키지만, 네트워크에서 삽입 손실도 발생시킵니다. 링크 버짓에 최대 삽입 손실 값을 사용하는 것이 좋습니다. 일부 제조업체는 장치가 종단 처리된 경우 커넥터 손실을 포함하지 않는다는 점에 유의해야 합니다.
멀티플렉서와 디멀티플렉서 구성 요소의 손실을 계산합니다. 일반적인 8채널 CWDM의 최대 삽입 손실은 3dB이므로, 멀티플렉서/디멀티플렉서 솔루션의 경우 6dB의 삽입 손실을 추가합니다.
WDM 필터는 특정 위치에 개별 색상을 분산시키고 나머지 색상은 광섬유 경로를 따라 계속 전송하도록 설계할 수 있습니다. 일부 애플리케이션에서는 특정 위치에서 여러 파장을 결합한 다음 동일한 경로를 따라 고객에게 개별 채널을 분산시키는 것이 바람직할 수 있습니다. 이는 FTTH(Fiber-to-the-Business) 및 셀 타워 애플리케이션에서 가장 일반적으로 사용되는 설계 유형입니다.
요약
WDM 기술은 광섬유 소모 문제를 해결하는 매우 효과적인 방법입니다. 광섬유 네트워크의 양 끝에 수동 필터와 WDM 트랜시버를 배치하면 새로운 광섬유 구축 프로젝트에 자본을 투자하지 않고도 대역폭을 크게 늘릴 수 있습니다. 대부분의 현재 광섬유 기술은 단일 모드 유리 광섬유의 가용 대역폭 용량의 극히 일부만 사용하므로, 적절하게 설계된 WDM 네트워크는 네트워크의 가용 전력을 대폭 증가시킬 수 있습니다. 동일한 광섬유에 여러 채널을 사용하면 사업자는 동일한 광섬유로 기업, 기지국, 일반 가정 고객에게 서비스를 제공할 수 있습니다. 광섬유 개수는 더 이상 제약 조건이 아닙니다.
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