정보통신공학과 통신학과, 정보처리기사 등 정보통신시스템 요약정리 109. 광가입자망(FTTx)

109. 광가입자망(FTTx)

가. FTTx의 개요
인터넷 이용자의 지속적인 증가와 더불어 통신 속도의 고속화 추세에 따라, 광섬유
케이블을 이용한 광가입자망 기술로서 FTTx(Fiber To The - x) 방식이 사용되고 있
으며, 광섬유케이블의 포설 위치에 따라 [그림 9-9]와 같이 FTTO(Fiber To The
Office), FTTC(Fiber To The Curb), FTTH(Fiber To The Home) 등으로 구분된다.
FTTO는 통신망 사업자가 상업지역인 빌딩 등의 건물에 광섬유케이블을 포설하여
초고속 통신망을 제공하는 것으로서, 전화국(CO:Central Office) 측의 COT(Central
Office Terminal)과 가입자 측의 RT(Remote Terminal) 간에 링형 토폴로지의 네트
워크로 구성된다. 우리나라에서는 FLC A/B(Fiber Loop Carrier A/B) 방식으로 전
송속도가 155.51Mbps인 STM-1급을 개발하여 사용하고 있다.

FTTC는 FLC-C(FLC - Curb)로 개발되어 아파트 단지와 같이 집단 거주지역을
광섬유케이블로 연결하여 초고속 통신망을 구성한 것으로서 전화국 측의 HDT(Host
Digital Terminal)와 가입자 측의 ONU가 광섬유케이블로 연결된 성형 토폴로지의
네트워크 구조이며, ONU에서 가입자 댁내까지는 기존의 구리선이나 동축케이블을
이용한다.
FTTH는 광섬유케이블을 각 가정까지 직접 연결하는 것으로 BcN의 융합 서비스가
다양화, 고도화되면서 증가되는 개인별 사용 대역폭을 쉽게 수용할 수 있는 방안이다.
현재 가입자당 50~100Mbps를 제공할 수 있는 FTTH 가입자망 기술이 상용화 되었
고, 향후 100Mbps 이상의 서비스도 광섬유케이블을 통해 가입자에게 쉽게 제공할 수
있는 장점이 있다. 최고 전송 속도뿐만 아니라 QoS를 다른 가입자망 기술에 비해 효과
적으로 제공할 수 있고, 또한 기존의 DSL 기술의 한계인 대역폭과 거리 제약을 극복할
수 있으므로, FTTH 가입자망은 UBcN 유선 가입자망의 궁극적 목표라고 할 수 있다.

나. FTTH 방식의 종류
(1) 개요
FTTH 가입자망은 전화국과 가입자 측의 광섬유케이블의 접속 방법에 따라 [그림
9-10]과 같이 홈런(Home Run) 방식, PON(Passive Optical Network) 방식,
AON(Active Optical Network) 방식으로 구분된다. 그리고 PON 방식은 다시
TDMA-PON 방식과 WDM-PON 방식으로 나뉘며, TDMA-PON 방식은 GPON(Gigabit-PON) 방식과 E-PON(Ethernet-PON) 방식이 있다

홈런 방식은 전화국에서 가입자 단말까지 점대점(PTP : Point-To-Point)으로
직접 광섬유케이블을 연결하는 구조이고, PON 방식은 전화국과 가입자 사이에 전
원이 불필요한 수동소자인 광파워분배기(optical power splitter)를 두어 점대다점
(PTMP : Point-To-Multi Point) 통신이 가능하도록 구성한 것이며, AON 방식은
전원이 필요한 능동소자인 스위치 등의 장치를 사용하여 구성한 것이다. <표 9-3>

 

FTTH의 구축 유형에 따른 특징 비교

구분	Home Run	PON	AON
구성 형태	·점대점(PTP) 구조 ·직접 연결	·점대다점(PTMP) 연결 ·전원 불필요	·점대다점(PTMP) 구조 ·능동형 구조 ·별도의 전원 필요
특징	·대역폭 보장 ·댁내 포설	·수동 광소자 필요 ·광파워분배기 이용	·능동형 스위치 사용 · 장비 유지보수 비용 발생
서비스 지역	·경쟁 집중 지역	·일반 주택 지역	·공동 주택 지역
장점	·전용 대역폭으로 품질 보장	·다양한 대역폭과 QoS 지원	·저렴하며, 확장성 우수
단점	·고가의 망포설 비용	·브로드캐스팅 곤란	· 방송 통신 융합의 어려움

은 FTTH의 구축 유형에 따른 홈런 방식과 PON 방식 및 AON 방식에 대한 특징을
나타낸 것이다.
특히, PON 방식은 홈런 방식과 AON 방식의 문제점을 개선하여, 외부 환경에 능
동소자 대신에 전원이 필요하지 않은 수동 광소자를 사용해 전화국에서
RN(Remote Node)까지 연결되는 단일 광섬유케이블을 분기시켜 가입자에게 연결
하는 방식이다. 이는 광섬유케이블이 절감됨과 동시에 외부 환경의 능동 소자들을
제거함으로써, FTTH 서비스 제공 기술로 기대를 모으고 있다. 한편, RN은 전화국
등의 통신국사와 가입자 간의 중간 노드로서, 트래픽을 분기하는 광파워분배기 또
는 광네트워크스위치(광이더넷)가 설치된다.

(2) 홈런(Home Run) 방식
PTP 방식이라고도 하며, 전화국에서 각 가입자 댁내까지 광섬유케이블이 포설되므
로 각 가입자는 특정의 광 링크를 점유하게 되어, 가입자간 충돌이 발생하지 않는다. 망
구성으로 볼 때 PTP 방식은 매우 단순하지만, 전화국에서 가입자 댁내까지 많은 광섬
유케이블이 소요되어 간선 및 분배망에서의 구축비용이 많이 들어가는 단점이 있다.

(3) AON 방식
일반적으로 LAN과 유사한 형태로 구성되며, 가입자 지역 내의 적절한 위치에 이
더넷 스위칭 기능을 수행하는 능동소자를 수용한 RN을 설치하고, 이곳으로부터 각
가입자들에게 광섬유케이블을 통해 연결한다. AON 방식은 RN에서 가입자 댁내까
지 광섬유케이블이 직접 인입된다는 점에서 LAN 서비스와 구분되지만, 망 구성 방
식과 프로토콜 구조는 거의 동일하다. 그리고 전화국에서 RN까지의 연결 구간은 단
일 광섬유케이블을 통해 연결되기 때문에 홈런 방식과 비교하여 가입자망 환경에서
광 간선 구간(feeder loop) 및 광 인입 구간(distribution loop) 내 광섬유케이블을
줄일 수 있다.
AON 방식에서 데이터 전송은 이더넷 스위치를 이용하고, 방송을 위해서는 IP 전
송기술을 사용한다. 최근에 개발되고 있는 AON 방식에서는 WDM 기술에 의해 다
중화한 VoE(Video over Ethernet) 방식으로 전송한다. 즉, 이더넷 신호, CATV 신
호, 위성 DTV(Digital TV) 신호를 WDM 모듈에서 다중화 하여 전송한다.
AON 방식은 가입자당 대역폭에 제한이 없는 PTMP 구조이므로 통신보안을 보장
하기가 용이하며, 별도의 통신 시설이 구비된 공동주택이나 사무용 건물에 거주하
는 가입자에게 적합하다.

 

(4) TDMA-PON 방식
[그림 9-11]은 TDMA-PON과 WDM-PON 방식의 동작 원리를 비교한 것이다.
TDMA-PON 방식은 하향 신호가 광파워분배기를 이용해 모든 가입자에게 전송되
어, 각각의 가입자에게 해당되는 신호만 구별해서 수신되도록 하며, 상향 신호는 시
간에 따라 다중화 되어 전송되는 구조를 갖는다. 그리고 WDM-PON 방식은 파장
분배기(AWG : Arrayed Waveguide Grating)에 의해 가입자 별로 할당된 파장의
광신호가 전송된다.
즉, TDMA-PON 방식은 가입자에게 전달되는 모든 하향 신호가 TDM 방식으로
전송되고 각각의 가입자에 해당하는 신호만 ONT(Optical Network Terminal)에
서 구별되어 수신된다. 여기서 ONT는 최종 가입자에게 인터페이스를 제공하는 광
통신망 종단장치이다. 반면에 가입자에서 통신국사로 전달되는 상향 신호인 경우,
가입자가 신호를 전송하게 되면 가입자 간 상향 신호가 광파워 분배기에서 서로 충
돌하여 전화국에 있는 수신기에서 신호를 구별할 수 없게 되므로, 각 가입자는
TDMA 방식을 사용해서 자신에게 할당된 시간(time slot) 내에서만 데이터를 전송
할 수 있고, 전송하지 않는 경우에는 광출력 파워를 off시켜야 한다. 이때 각각의
ONT로부터 오는 상향 신호의 전송 방식을 버스트모드(burst mode)라고 하며, 각
가입자로부터 오는 버스트모드 광신호는 각각의 진폭과 위상이 서로 다른 특성을 갖
고 있다. 한편, OLT(Optical Line Terminal)는 전화국 등의 통신국사 내에 설치되
는 광섬유케이블 종단장치로서 송수신 기능을 수행한다.

TDMA-PON과 WDM-PON 방식의 비교

TDMA-PON은 IEEE에서 표준화된 E-PON(Ethernet-PON)과 ITU-T에서 표
준화된 G-PON(Gigabit-PON)으로 구분할 수 있다. E-PON은 LAN 장비 업체가
주도하는 IEEE 802에서 표준 규격으로 작성되어, 가장 보편적으로 사용되는 이더
넷 프레임을 효과적으로 전달할 수 있도록 최적화하여 저가격으로 구현할 수 있다는
장점을 갖고 있다. 반면에 G-PON은 통신사업자의 주도로 ITU-T에서 표준화가
진행되었고, 이더넷뿐만 아니라 ATM 과 TDM 서비스도 수용 가능하도록 설계되었
다. 이러한 이유로 E-PON은 이더넷 기반의 초고속 인터넷이 확산되어 있는 한국,
일본, 중국 등의 아시아 시장에서 본격적으로 적용되고 있으며, G-PON은 ATM 및
TDM 장비가 주로 분포되어 있는 북미 지역에서 선호되고 있다.
E-PON과 G-PON은 가입자에게 제공될 수 있는 전송 대역이 각각 최대
1.25Gbps와 2.5Gbps로 다른 가입자망 기술에 비해 매우 높다. HFC 망과 유사하
게 상향과 하향 신호가 시간 주기로 다중화 되어 전송 대역을 가입자가 공유해서 사
용하게 되므로, PON에 접속해서 데이터 전송을 하고자 하는 가입자 수에 따라 전송
속도가 감소되지만, HFC와는 달리 상용화가 추진되는 TDMA-PON에서는 일반적
으로 1:32 분기율을 사용하므로 가입자별 보장되는 최소 전송 대역도 다른 가입자
망에 비해 매우 높게 제공될 수 있다.
특히, E-PON은 통신과 방송 융합형의 FTTH로서 HD급 인터넷 방송, HD급
VoD, 그리고 CATV 서비스의 제공으로 개발되었다. E-PON은 통신사업자의 전화
국사(CO)나 CATV의 SO(System Operator) 사업자의 건물 또는 별도의 서비스 센
터에 OLT를 설치하고, FTTC를 기반으로 하는 ONU 구성방식과 FTTH를 기반으
로 하는 ONT 구성방식이 있다. 이 방식은 가입자당 대역폭이 제한적이며, PTMP
구조이므로 보안을 위하여 암호화 기술이 필요하며, 중거리에 위치한 단독주택이나
소규모 집단 주거형 건물에 거주하는 가입자에게 적합한다.

(5) WDM-PON 방식
WDM-PON 방식은 TDMA-PON과 달리 각각의 가입자가 별도의 파장을 할당
받아 전화국과 가입자 단말에 1:1 링크를 구성하여 양방향 통신을 하는 구조를 갖는
다. 따라서 WDM-PON에서는 가입자 별로 고정된 전송 대역을 할당해서 서비스를
제공하므로, 가입자 수에 따라 전송 속도가 변하지 않는다. 그리고 다른 가입자망
기술에 비해 가입자당 100Mbps 이상의 전송 속도를 항상 제공해 줄 수 있어, 미래
의 다양한 형태의 융합 서비스의 수용에 능동적으로 대처하여 가입자가 요구하는 대
역폭을 보장할 수 있는 장점을 갖고 있다. 기술적 특성과 시스템 측면을 고려하면 장·단거리에 위치한 단독주택이나 소규모의 주거용 건물의 가입자에게 적합하다
할 수 있다.
WDM-PON 방식은 기본적으로 음성, 데이터 및 오디오 서비스를 통합하여 전송
할 수 있도록 개발되었으며, 이 시스템은 광원인 BLS(Broadband Light Source)
와 통신사업자 장비인 OLT, 그리고 가입자 측 장비인 ONT로 크게 구성된다.
상용화로 추진 중인 WDM-PON 시스템은 가입자당 100Mbps의 전송 속도를 할
당하고 있으며, 향후 1Gbps의 전송 속도를 가입자에게 전송할 수 있는 시스템도 개
발 중에 있다. 파장에 따라 채널을 할당하는 WDM 방식은 현재 서비스 중인 국간용
광통신 시스템에 주로 사용되고 있으므로, TDMA-PON의 버스트 모드 광송수신기
와 같은 새로운 기능을 추가로 요구하지는 않는다. 그렇지만 국간망에서 WDM 시
스템은 채널당 10Gbps의 고속으로 운영되어 왔고, 가입자망에서처럼 대량 생산이
가능하지 않았으므로 WDM-PON의 가입자당 단가를 낮추기 위해서는 WDM 광원,
파장 다중화기 및 역다중화기 등의 저가화가 필요하다.