DWDM으로 광섬유 전송 용량을 확장하는 방식

하나의 광섬유에 여러 파장을 싣는 DWDM

DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing, 밀집 파장 분할 다중화)은 하나의 광섬유에 서로 다른 파장의 광신호를 동시에 보내 전송 용량을 키우는 방식이다. 하나의 광섬유에서 40~80개 이상의 파장을 함께 전송할 수 있어 대용량 광통신 네트워크의 기반이 된다.

WDM을 더 조밀하게 구성한 형태로, 일반적으로 1550nm 대역의 C-Band(Conventional Band)를 사용한다. 파장 간격은 0.8nm 또는 100GHz 이하로 설계하며, 채널당 10Gbps~100Gbps 이상의 전송과 총 수 Tbps 용량 제공이 가능하다.

NZ-DSF가 장거리 전송에서 맡는 역할

DWDM에서는 여러 파장이 함께 이동하는 만큼 파장 간 간섭을 줄이는 광섬유 특성이 필요하다. NZ-DSF(Non Zero Dispersion Shifted Fiber)는 비영 분산 천이 광섬유를 사용해 이 문제를 다룬다.

이 방식은 광섬유 내 색 분산(Chromatic Dispersion)을 완전히 없애지 않고 일부 남긴다. 그 결과 제로 분산 지점에서 생길 수 있는 비선형 효과인 4광파 혼합(FWM: Four Wave Mixing)을 억제하고, 장거리 전송에서 신호 왜곡을 줄일 수 있다.

광신호를 만들고, 증폭하고, 분기하는 장치

LD와 PD: 송수신의 출발점

LD(Laser Diode)는 특정 파장의 빛을 만드는 광신호 발생 반도체 장치다. 파장 안정성과 출력 파워가 주요 성능 지표이며, 온도 변화에 민감하므로 정밀한 온도 제어가 필요하다.

PD(Photo Diode)는 수신한 광신호를 전기 신호로 바꾸는 소자다. 고감도와 낮은 잡음이 요구되며, APD(Avalanche Photo Diode) 같은 형태도 사용된다.

EDFA: 광 도메인에서 직접 증폭

EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier)는 어븀(Erbium) 특수물질을 도핑한 광증폭기다. 광신호를 전기 신호로 변환하지 않은 채 직접 증폭하며, 모든 파장을 동시에 증폭할 수 있다.

장거리 전송을 위해 4080km마다 설치할 수 있다. 주로 C-Band(15301565nm)에서 쓰이고, L-Band(1565~1625nm)로 확장되는 추세다.

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AWG: 파장을 결합하고 분리하는 도파로

AWG(Arrayed Waveguide Grating)는 다채널 광신호를 다중화하거나 역다중화하는 소자다. 회절격자 원리로 파장을 분리하며, 높은 집적도와 안정적인 성능을 제공한다.

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OADM: 중간 노드에서 특정 파장을 다루는 방식

OADM(Optical Add/Drop Multiplexer)은 DWDM 네트워크의 중간 노드에서 특정 파장을 추가하거나 제거한다. 전체 신호를 전기 신호로 바꾸지 않고 광 도메인에서 처리하므로, 네트워크 유연성과 트래픽 관리 효율을 높일 수 있다.

ROADM(Reconfigurable OADM)은 이를 원격 제어할 수 있도록 발전한 형태다.

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시간·주파수·파장으로 나누는 광 다중화

광 시분할 다중화(OTDM)는 시간 축에서 여러 광신호를 나눠 전송하는 방식이다. 단일 파장 안에서 전송 용량을 높일 수 있지만 초고속 광신호 처리 기술이 필요하다.

광 주파수 분할 다중화(OFDM)는 직교성을 지닌 다수의 서브캐리어를 활용한다. 주파수 효율을 높이고, 색 분산과 편광모드 분산에 강인한 특성을 갖는다.

WDM/DWDM은 서로 다른 파장의 광신호를 하나의 광섬유로 보낸다. CWDM(Coarse WDM)은 20nm 간격으로 구성해 저비용을 지향하고, DWDM은 0.8nm 이하의 간격으로 고용량 전송을 목표로 한다.

WavePack과 WaveSwitch가 확장하는 광 경로 제어

WavePack 기술은 다양한 파장의 광신호를 효율적으로 패키징하고, 파장 간 간섭을 줄이는 알고리즘과 전송 효율을 위한 변조 기술을 포함한다.

WaveSwitch 기술은 광 교차 연결(OXC: Optical Cross Connect)을 구현한다. 광 도메인에서 여러 파장의 신호를 교환하고, 동적인 광경로 설정과 네트워크 재구성을 지원한다.

용량 확장과 전송 거리의 특성

DWDM은 데이터 형식이나 속도와 무관하게 전송할 수 있어 SDH, IP, ATM 등 다양한 프로토콜을 수용한다. 기존 네트워크와의 호환성도 확보할 수 있다.

초기 장비 투자비용은 고가지만, 용량을 늘릴 때는 추가 비용 효율을 기대할 수 있다. 기존 광섬유 인프라를 더 활용할 수 있다는 점도 운영 비용 측면의 장기적 이점으로 이어진다.

EDFA를 이용하면 중장거리 전송이 가능하다. 80km 간격으로 증폭기를 설치할 경우 수천 km 전송이 가능하며, 재생중계기(Regenerator) 없이 장거리 전송을 지원한다.

파장 간격을 50GHz, 25GHz처럼 더 세밀하게 설계하고 채널당 전송속도를 100Gbps, 400Gbps로 높이면, 단일 광섬유에서 수십 Tbps 전송이 가능하다.

백본망부터 해저 케이블까지의 활용

통신사업자 백본망에서는 KT, SK브로드밴드 등 주요 통신사의 전국망에 적용되고 있다. 늘어나는 데이터 트래픽을 수용하기 위한 기반 기술로서 100G/400G DWDM 시스템 도입이 확대되고 있다.

클라우드 서비스 제공자(AWS, MS, Google 등)는 데이터센터 사이의 고용량 연결에 DWDM을 활용한다. 짧은 지연시간과 높은 대역폭 요구사항을 충족하며, 데이터센터 내 DCI(Data Center Interconnect) 용도로도 쓰인다.

대륙 간 해저 광케이블에서도 DWDM은 케이블당 전송 용량을 높이는 역할을 한다. 최신 시스템은 광섬유당 20Tbps 이상을 지원한다.

더 촘촘한 채널과 지능형 광네트워크

채널 수를 늘리기 위해 파장 간격을 12.5GHz 이하로 줄이고, L-Band와 S-Band 같은 추가 대역을 활용하는 방향이 제시된다. 단일 광섬유에서 수백 채널을 지원하는 것이 목표다.

채널당 속도도 고차 변조 방식인 DP-QPSK, QAM과 코히어런트 광전송 기술을 통해 높아지고 있다. 채널당 1Tbps 이상 전송 기술이 개발 중이다.

SDN(소프트웨어 정의 네트워킹)과 결합한 지능형 광네트워크는 광경로 설정과 최적화를 자동화하고, AI 기반의 네트워크 관리와 장애 예측을 지원한다.