[스크랩] 광통신의 특징

1-4   광통신의 특징

 

어떤 전송기술을 통신망에 적용할 것인가를 결정하게 되는 주요 요인으로 전송용량, 경제성, 신뢰성 그리고 성장 가능성이다.

광 전송시스템은 기존의 동축케이블 전송시스템 혹은 무선 전송시스템에 비해 전송용량, 신뢰성 및 보안성이 매우 높으며, 무 중계거리가 매우 길고 크기와 무게 및 시스템 가격이 월등히 낮아 무한한 성장 가능성을 지니고 있다.

 

1. 장점

 

가. 저손실(low loss)

 

광섬유는 [그림 1-4-1]과 같이 동선을 이용한 평형대 케이블, 동축케이블에 비해 저손실이다. 그리고 동선로에서 가장 손실이 적은 표준 동축케이블이 2.5[㎒]신호 전송시 3.5[㏈/㎞] 수준인데 비해 광섬유는 1[㎓] 신호 전송시 0.4∼1.0[㏈/㎞] 수준으로 손실이 아주 작다.

창문의 유리는 수[㎝]의 두께를 통과하면, 반 정도의 에너지가 소멸한다. 천체망원경 등에 사용되는 광학용 렌즈도 수[m]의 두께를 통과하면 에너지는 반으로 감소함에 비해 광섬유(파장 1.55[㎛])는 15[㎞] 전파하여 처음의 에너지가 반으로 되는 정도의 저손실이다. 이것은 광섬유 전송로의 가장 획기적인 장점으로서 세계적으로 개발의 초점이 되고 있다. 현재 광손실의 최저치는 파장 1.55[㎛]에서 0.2[㏈/㎞]이다.

[그림 1-4-1] 광섬유 손실 추이 및 전송 방식별 대역폭

 

특히, 저손실, 광대역이라는 특징은 대용량의 신호를 중계기를 넣지 않아도 장거리 전송이 가능하다. 그 결과, 전송비용의 비약적인 감소가 기대된다.

종합정보통신망(ISDN, integrated service digital network) 서비스의 보급에 따라 금후 영상 서비스나 팩시밀리(facsimile) 서비스 등, 고속·광대역 같은 신호를 필요로 하는 서비스의 새로운 수요가 증가하는 경향이므로 광섬유는 이와같은 새로운 수요에 부응하는 아주 적절한 전송로이다.

기존의 동축케이블이 약 1.5[㎞]마다 신호를 재생시켜야 전송이 가능하나, 현재 상용화되고 있는 광섬유는 신호 재생 없이 약50[㎞]까지의 전송이 가능하며, 이러한 무 중계거리는 곧 80[㎞]까지 확대될 것으로 보인다.

또한, 케이블의 운반이나 포설 등의 작업성 향상과 함께, 장거리 포설이 가능하여 접속점의 수가 감소되어 시스템(system)의 신뢰성이 향상된다.

 

나. 광대역(wide bandwidth)

 

광섬유는 그 종류에 차이가 있으나, [그림 1-4-2]와 같이 다른 전송매체에 비해 훨씬 높은 주파수 대역폭을 가지고 있다.

 

[그림 1-4-2] 광섬유 종류별 대역폭

 

금속케이블에는 직류저항에 의한 손실 이외에, 표피효과라 하는 고주파성분 고유의 손실증가가 있고, 동축케이블(coaxial cable)의 경우 1[㎞]당, 신호전력이 1/2로 되며(에너지가 반으로 됨), 사용주파수는 10[㎒] 이하이다. 이에 반해 광섬유의 경우 굴절률 분포나 사용재료의 종류에 다라 크게 다르나, 단일모드 광섬유(SMF, single mode fiber)에서는 수 십[㎓/㎞]로 극히 광대역이 된다.

FT-3C(90[Mb/s], GI형 장파장) 광단국장치의 경우 한 쌍(2가닥)의 광섬유로 1,344 채널의 동시 통화가 가능하고, 2.5[Gb/s] 동기식 광전송시스템의 경우 32,256채널의 통화가 가능하다.

최근 실용화되고 있는 광섬유의 전송용량은 수[Gb/s]에 이르고 있으며, 수십 내지 수백[Gb/s] 전송용량의 광섬유의 실용화도 곧 이루어질 것으로 보인다. 전송용량의 증대는 결국 기존의 음성 및 데이터 전송 외에 HDTV와 같은 광대역을 필요로 하는 서비스의 전송도 가능하게 하여 B-ISDN 시대의 도래를 가져올 것이다.

 

다. 세경(small diameter)

 

광섬유케이블은 동축케이블 등에 매우 비해 가늘어(예를 들면, 18심의 동축케이블에 비해 단면적이 1/30) 종래의 동선 케이블과 같은 외경의 케이블에서 보다 많은 수의 심선을 수용할 수 있다.

광섬유는 머리카락 정도(남자 성인의 머리카락은 보통 75∼100[㎛])보다 조금 굵은 125[㎛]가 표준으로 많이 사용된다. 케이블화하여도 극히 세경화가 가능하다.

광섬유의 구조와 치수는 [그림 1-4-3]과 같다.

 

[그림 1-4-3] 광섬유의 구조와 치수

 

라. 경량(light weight)

 

광섬유의 주요 원료인 유리는 구리의 1 / 4 정도 무게이고, 동축케이블 등에 비해 경량(예를 들면, 18심의 동축케이블에 비해 중량이 약 1/120이다)이므로 동선 케이블과 같은 외경의 케이블보다 가벼워 포설에도 매우 유리하다. 약 1[㎞]의 광섬유는 지름 13[㎜], 길이 130[㎜], 대략적인 무게 40[g]이면 광섬유 1[㎞]의 제조가 가능하다. 광섬유는 가소성(flexibility)이 좋아 시설공사도 용이하고 공사비용도 절감된다.

 

<표 1-4-3> 석영과 구리의 특성

 

 

바. 무유도(non-inductive)

 

석영 등의 유리는 전기를 통하지 않으므로 외부영향(고전압선, TV, 라디오의 전파 등)에 의한 전자유도가 없고 적용분야(철도, 전력 등)에 있어서 매우 큰 장점이 있다. 케이블 제조시 비금속형으로 제조가능하고 고압 전력 케이블에 근접 병행 시설 가능하다.

또한 고신뢰성을 가지며 현재 상용화되고 있는 광통신시스템은 100억비트 중에 하나의 에러 비트가 발생할 정도로 극히 낮은 비트 에러 율을 지니며, 광섬유는 전자기장애(electromagnetic interface)가 전혀 발생하지 않으며, 비, 온도, 습도 등에 대한 면역성이 매우 강하다.

 

사. 자원 풍부(natural resource conservation)

 

광섬유의 주성분인 석영은 귀중한 동자원에 비해서 비교적 자원적 문제가 필요 없고(지구 표면 16[㎞]의 중량 비를 보면 산소가 49.5%, Si가 25.8%, Al이 7.56% Fe이 4.7% 순서이다), 소량의 원료로 장조장의 광섬유 제조가 가능한 이점도 있다.

 

아. 기타

 

광섬유는 어떤 유형의 에너지도 외부로 방출하거나 외부에너지를 유도하지 않으므로 외부에서의 도청이 거의 불가능하므로 보안성이 증대되고, 광섬유의 이론적인 전송용량은 거의 무한대에 가까우므로 시스템 소자의 성능에 따라 수십 내지 수백[Tb/s](Tera bps, 1초에 비트를 전송)급의 전송시스템 개발이 가능하다. 또 통신시스템 구축에 있어서 가장 먼저 고려될 수 있는 것은 경제성이 될 것이다. 광섬유는 기존 동축케이블에 비해 전송용량이 크고, 무 중계거리가 길며, 유지비용이 적게되어 저가의 시스템 구성이 가능하다.

 

다음은 발·수광소자의 특징으로서 다음과 같다.

① 고속 변조가 가능하기 때문에 고속 광대역 신호의 전송이 가능하다.

② 소형이고 O/E(광/전기) 변환효율이 좋다.

③ 광출력이 크고, 작은 수광전력에도 소요되는 전송품질을 확보하기 위한 발·수광소자간에 허용되는 손실을 크게 할 수 있다_.

 

2. 단점

 

가. 급준한 휨에 약하다.

반경 40[㎜] 이하로 구부리면 손실이 발생하고, 심하게 휘면 광 손실이 크게 증가한다. 또한 micro-bending 손실과 광섬유가 깨지는 파단(破斷)고장이 발생한다.

 

나. 전력전송이 어렵다.

광섬유로 중계기에 전원 공급이 불가능하여, 동선을 넣어 제조하기도 한다.

 

다. 분기 및 결합이 동선보다 어렵다.

동선에서와 같이 광섬유에서는 T접속이 쉽지는 않으나 프리즘을 이용한 분기방법이 발명되어 있다.

 

라. 광케이블의 고장시 복구시간이 길다.

 

마. 고도의 접속기술을 필요로 한다.

접속시 융착접속을 하므로 절단면의 경사, 코어 축이 불일치하면 손실이 발생되어 불량접속이 된다. 그러나 현재는 [그림 1-4-4]와 같은 광섬유 융착접속기 제조 기술의 발달로 해결이 되었다.

또한 동시 4∼12심의 다심형 융착접속기와 기계식 접속자도 개발되어 있으나 아직까지는 고가이다.

이상과 같은 단점도 있으나 광통신의 실용화나 상용화를 저해하는 요인으로는 되지 않는다.

 

(a) 단심 광섬유용                    (b) 다심 광섬유용                        (c) 편파유지 광섬유용

[그림 1-4-4] 여러 가지 광섬유 융착접속기

출처 : FIBERGIGA

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