유선케이블 TV 전송망 구조의 개선을 통한 통방통합 전송망 설계 ...

석사학위논문
유선케이블 TV 전송망 구조의 개선을
통한 통방통합 전송망 설계
지도교수 진용옥
경희대학교 정보통신대학원
전파통신방송시스템 전공
성 용 석
2005년 1월 10일

유선케이블 TV 전송망 구조의 개선을
통한 통방통합 전송망 설계
지도교수 진용옥
이 논문을 정보통신대학원 석사 학위 논문으로
제출함
경희대학교 정보통신대학원
전파통신방송시스템 전공
성 용 석
2005년 1월 10일

성용석의 석사학위 논문을 인준함.
주심교수 (印)
부심교수 (印)
부심교수 (印)
경희대학교 정보통신대학원
2005 년 1 월 10일

감사의 글
대학을 졸업하고 4년이 지난 2002년, 직장생활도 어느덧 적응이 되어가고 방송기술
업무도 익숙해져 갈 때 내 자신이 현실에 안주하며 숲을 보지 못하고 나무만 보고
살아가고 있다는 것을 깨달았습니다. 방송기술은 하루가 다르게 변하고 통신과의
융합은 더더욱 가속화되고 있었습니다. 제 자신에 자극을 주고 발전을 위하기 위하
여 대학원을 선택하였습니다. 앞으로의 방송기술이라는 직종도 정보통신과 네트워
크 그리고 통신을 모르면 경쟁력을 상실 할 것이라는 판단을 했습니다. 직장생활과
병행하기에 많은 어려움이 있었으나 한국경제TV 기술팀 동료들의 도움으로 무난한
대학원 생활을 할 수 있었습니다. 대학원에서 배운 제 지식을 십분 활용하여 한국
의 방송기술과 케이블TV의 발전을 위해 노력할 것을 약속 드립니다.
2년 동안 아낌없는 지도편달을 해주신 진용옥 지도교수님, 회사생활과 병행하여 힘
든 대학원 행정일을 많이 도와주신 규재일 유급조교님과 교학과 조교님 그리고 대
학원 생활에 많은 동무을 준 이주영 원우, 방송위원회의 박준선 기술정책 부장님
그리고 논문에 많은 도움을 주신 일진전기 이정욱 부회장님, 녹성테크 관계자 분들
에게 감사를 드리며 무난한 대학원 생활을 하게 아낌없는 도움을 주었던 한국경제
TV 변용수 팀장님과 선, 후배 팀원들에게 감사의 말씀을 전합니다.

목 차
Ⅰ.서론
Ⅱ. BcN, 홈네트워크와 통방통합 Cable TV의 전송을 위한 전송속도 및 대역폭
1. BcN 과 홈네트워크 개요
2. Cable TV의 현황
2.1 Cable TV 개요
2.2 Cable TV 전송망 구성
Ⅲ. 동축케이블의 구성과 특성
1.BcN과 홈네트워크를 하기 위한 조건
2. 동축 케이블망의 특성과 한계
2.1. 동축케이블의 구조와 물리적 특성
2.2 동축케이블의 한계
2.3 Cable TV 대역폭 현황
Ⅳ. 광섬유망(Glass Optical Fiber)의 특성
1. 광섬유망의 개요
2. 광섬유의 구조
Ⅴ. 통방통합과 BcN을 만족하는 망 구성
Ⅵ. 새로운 동축케이블 망의 구조설계
1.기존의 동축 케이블 망 구조와 제안 동축 케이블망 구조
2. 기존 동축케이블망 시뮬레이션
3. 기존 동축케이블 망구조의 시뮬레이션 결과
4. 제안 동축케이블망의 시뮬레이션
5. 제안 동축케이블망의 시뮬레이션 결과
Ⅶ. BcN과 양방향방송을 위한 동축케이블망
Ⅷ 결론 및 문제점
- 1 -

Ⅰ.서론
정보통신 기술의 발달로 인해 통신과 방송의 융합은 가속화 되고 있다.
새롭게 시작되는 지상파 TV는 물론 아직 표준화가 이루어지지 않은 케이블TV도
각 지역 MSO를 기반으로 한 디지털 케이블TV 서비스가 구체화되고 있다. 또한 정
부의 광대역통신망(BcN) 정책과 홈네트워크 구축 정책이 맞물려 어떠한 방법으로
댁내까지 FTTH가 가능하게 할 것인가에 대한 관심이 높아지고 있다. 통신과 방송
의 융합과 홈네트워크 및 광대역 통신망을 구축하기 위해선 전송속도의 보장과 전
송속도를 위한 대역폭의 확보가 필수적이다. 이런 망의 설계를 위해 전국의 전화국
을 이용한 방법과 통신사업자들의 자체망을 이용한 방법 등 여러 방법이 있지만 현
재 지역에 케이블TV 송출을 위한 지역 SO를 활용하는 방법이 가장 효율적인 방법
이라고 생각한다. 현재 1차부터 5차 SO들은 Cell 당 500세대 기준으로 각각 자가망
을 소유하고 있으며 점차 자가망을 늘려가고 있다. 이런 지역의 SO를 기점으로 SO
의 자가 광케이블망을 이용하여 광대역 통신망과 홈네트워크 및 통신과 통방통합을
위한 서비스를 하기엔 Optical망 이후의 수지성형(Tree and branch)망으로 구성 되
어 있는 HFC(Hybrid Fiber and Coaxial)망으로는 동축케이블의 대역폭에 민감한
동축 케이블 자체의 선로특성과 그에 따른 다단증폭으로 인한 신호감쇄로 사실 상
광대역의 통신과 다양한 통신방송 융합서비스가 어렵다. 현재 SO 동축케이블 구간
에 가장 큰 문제가 되는 분기, 지선 증폭기를 거치며 발생하는 신호감쇠를 줄여서
동축케이블 구조를 개선하여 양질의 신호와 통방통합 디지털 유선망에 적합한 망구
조를 제시한다.
Ⅱ. BcN, 홈네트워크와 통방통합 Cable TV의 전송을 위한 전송속도 및 대역폭
1. BcN 과 홈네트워크 개요
BcN 1)이란 2001년 차세대 망의 연구로 시작하여 2002년 유선과 무선을 통합 멀티미
디어 서비스를 제공하는 차세대 통합 네트워크(NGcN) 연구로 발전하였으며, 여기
1) BcN : Broadband convergence Network
- 2 -

에서 더 나아가 이미 구축된 세계 최고 수준의 정보 기반을 한 단계 도약시킬 수
있는 새로운 비전과 전략을 수립하여, 향후 전개될 디지털 융합 현상등 새로운 패
러다임의 변화에 적극 대비하고 IT 신 성장 동력 등 국가 전략산업 발전의 핵심 기
반을 제공하기 위하여 2003년 11월부터 통신과 방송 및 인터넷을 융합하는 ‘광대역
통합망(BcN: Broadband convergence Network)’을 추진하게 되었다.
이러한 광대역 통합망은 소비자의 입장에서는 고속도로에서 자동차를 운행하는 중
에도 멀티미디어 방송을 시청하면서 사무실의 동료들과 영상 회의를 하고 또한 동
시에 저장창고의 재고량을 확인하거나 가정에 있는 가전 기기의 작동 상태를 조절
할 수 있는 서비스를 제공할 수 있게 된다. 즉, 향후에는 유선과 무선 통신 서비스
가 통합되고 고정 및 이동 통신간의 통합뿐만 아니라 멀티 미디어와 방송을 융합하
여 이동 중에도 언제 어디서나(즉, 유비쿼터스 환경) 끊임없는 서비스를 광대역으로
제공 받을 수 있는 환경이 구축된다는 것을 의미한다.
이러한 광대역 통신망은 유무선 통합, 통신과 방송 융합, 음성 및 데이터 통합을 위
해 필요한 네트워크 서비스 계층, 제어 계층, 전달망 계층, 접속 계층, 유비쿼터스
접속 및 가입자 단말 계층으로 구분하고 있으며, 고품질 보장형 통합 멀티미디어
서비스가 제공될 수 있는 통합 네트워크이다. 이러한 BcN은 현재의 개별적인 망들
이 갖고 있는 서비스 품질, 전송 용량, 서비스 수용의 용이성 등 여러 가지 한계들
을 극복하고 미래에 나타날 윰뮤선 및 방송의 다양한 접속환경에서 고품질의 음성,
테이터 및 방송이 융합된 멀티미디어 서비스를 언제 어디서나 이용할 수 있도록 하
는 것으로 다음과 같은 특징을 갖는다.
음성과 데이터 통합: IP기반으로 유선전화 또는 그 이상의 품질 수준을 가진 음
성 서비스 및 멀티미디어 서비스를 경제적으로 제공한다.
유선과 무선의 통합: 단일 식별번호, 인증 및 통합 단말 등을 통하여 유선 및 무
선망간 최적의 접속조건으로 끊김 없는 멀티미디어 서비스가 제공가능하다.
통신과 방송 융합: 차세대 광대역 통신망을 기반으로 개인화 및 주문화된 고품질
양방향 방송 서비스를 제공할 수 있다.
단-대-단 고품질 서비스가 제공 가능하도록 QoS 2)가 보장되고, SLA 3)에 기반한
고객의 품질 차별화가 가능하다.
2) QoS (Quality of Service): 사용자 또는 어플리케이션에 대해 중요도에 따라 서비스 수준을 차등화하여 한정된
WAN 대역폭에서 트래픽과 대역폭을 정책적으로 관리하는 제반 기술 및 개념
3) SLA (Service Level Agreement) : 인터넷 품질 보장제도
- 3 -

유선과 무선 접속 계층, 전달 및 응용 계층, 전달 및 응용 계층 등 네트워크 전
체 계층에서의 보안이 보장된다.
표준 Open API 4) 도입에 의하여 통신 및 방송 응용서비스가 네트워크 외부로 개
방된다.
홈네트워크, 정보가전 등의 광범위한 IP주소 수요를 충족하기 위하여 가입자 이
용 환경부터 통합 전달망 까지 전체 네트워크에 IPv6가 적용된다
이러한 기본조건과 통합망을 기초로 댁네에 네트워크를 구성하여 언제 어느곳에서
집 안에 가전기기와 보안상태를 홈게이트웨이를 통해 컨트롤을 할 수 있는 것을 홈
네트워크라 한다
2. Cable TV의 현황
2.1 Cable TV 개요
CATV는 1949년 미국 오리건주(OREGON) 아스토리아 지방에서 TV 전파 수신이
곤란한 산간지대에 있어서 전파가 미약한 지역의 가까운 산위 또는 양청지역에 공
동수신 안테나(Master Antenna)를 설치하여 수신된 공중파를 유선 케이블로 전송
하여 각각의 가입자에게 분배하는 방식으로서 난시청 해소기능을 갖는 공동수신 시
스템(CATV; Community Antenna Television System)으로 시작되었다.
그 후 TV방송의 보급과 합께 공중파 TV방송에 대응하여 케이블을 이용한 텔레비
젼 방송이라는 의미로서의 유선방송시스템(CATV; Cable Television)으로 발전되어
세계 각국에 널리 도입되기 시작하였다.
국내에서는 1961년 유선방송수신관리법이 제정된 이후 1992년 시범방송을 시작으
로 1993년 51개의 PP 5)사로 서비스를 하였다. 현재 100여개 정도의 PP가 방송위원
회에 등록이 되어 있다.
2.2 Cable TV 전송망 구성
유선전송망은 크게 센터계, 전송계, 단말계로 구성되어 있으며 센터계는 유선방송
사업의 방송국 사업자에 해당하는 부분으로 정부의 허가를 받은 특정지역에 대한
4) Open API(Application Program Interface) ; 공개 응용프로그램 인터페이스
5) PP(Program Provider) : Cable TV 콘텐츠 공급사업자
- 4 -

독점 공급권을 가지고 프로그램 공급자의 프로그램 및 지상파, 위성방송 등을 독자
적으로 수신하고, 광고 및 지역특성에 맞는 자주방송을 복합 편성하여 가입자에게
전송하는 역할을 한다. 주요설비는 수신설비, 스튜디오설비, 조종실설비, 조명설비,
헤드엔드설비 등으로 구성되어 있다.
전송계는 초기 동축케이블로만 구성되었으나, 유선방송이 광역화되고 멀티미디어
전송 및 새로운 부가서비스를 수행하는 뉴미디어 전송매체의 역할을 수행하게 됨에
따라 신호의 광역전송을 위하여 광전송 설비가 도입되었고, 현재의 HFC 형태의 전
송망으로 구성되어 있다. 주요설비로는 증폭기, 분배기, 분기기, 방향성 결합기, 광
송, 수신기로 구성되어 있다.
단말계는 방송국 사업자의 사업 영역으로 가입자의 가입 요청 시 전송계의 인입선
과 함께 시설되어 시청이 가능토록 하는 설비 영역이다. 주요설비로는 구내선, 컨버
터, 가입자 장치가 있다.
그림 1과 같이 지역 SO는 광전송 구간과 동축전송구간으로 나누어지고, SO에서 출
발한 GOF 6) 광전송 구간은 ONU를 거쳐 Coaxial 망으로 바뀌게 되고 Coaxial 망은
다시 Tree And Branch 구조로 지선망, 간선망으로 댁내에 인입 하게된다.
현재 SO의 Star형의 GOF망은 기존 파워콤과 KT망을 활용하면서 SO 자체의 자가
GOF망을 점차 늘려가고 있으며 한강SO의 경우 자가망과 기존 파워콤 망을 합쳐
90개 GOF망으로 영등포 지역을 90개의 Cell 단위로 나누고 있다. 한 Cell 당 가입
자는 500세대를 기준으로 하고 있다. 한 Cell 당 500세대는 일반 주택 1Km 미만이
며 아파트 단지의 경우 거리는 더욱 짧아진다. HFC의 구성장치는 여러 단계를 거
6) GOF(Glass Optical Fiber) 유리 광섬유
그림 1 케이블 전송망의 구조
- 5 -

쳐 댁내에 인입하게 되는데 그림 2와 같다. 하지만 한 Cell의 기준이라는 것이 한
ONU에 8Core의 망을 설치 후 ONU에서 4분배를 하여 한 ONU당 500세대가 아닌
2000세대에 분배 하고 있는 현실이다. 즉 4Core 망을 가진 광섬유망이 한 ONU를
통해 500세대에 분배 되는 것이 아닌 8Core 망을 지는 하나의 ONU를 통해 분배되
는 것이다.
이러한 망 구조에선 ONU 자체에서 분배기의 기능을 하며 중간 지선 증폭기와 간
선 증폭기 TAP-OFF에 연결된 컨넥터의 개수가 늘어나며 결국 신호감쇠를 증가
시키는 역할을 한다. 또한 하나의 ONU에서 분배를 하다 보니 분배 거리 또한 길
어지며 동축케이블의 물리적 특성으로 인한 소자의 영향으로 신호감쇠가 더욱 증가
하게 된다. 인터넷서비스의 병목현상은 기존의 케이블 망 분배구조에서도 원인을
찾을수 있으나 근본적인 원인은 CMTS 7)와 DHCP 8) IP 처리 능력에 따라 결정될
수 있다. 즉 적절한 케이블 망구조와 CMTS와 DHCP 개수를 늘리면 인터넷서비스
의 병목현상을 해결 할 수 있다.
2.3 Cable TV 대역폭 현황
그림 2 HFC망 구성장치
7) CMTS : cable modem termination system
8) DHCP : Dynamic Host Configuration Protocol
- 6 -

현 정통부 고시안에 따라 Cable TV의 사용 주파수 대역폭은 상향 5Mhz ~ 42Mhz
,하향 54Mhz ~ 850Mhz를 사용하고 이중 54Mhz ~ 450Mhz구간은 아날로그 CATV
용으로 사용하며 440 ~ 552Mhz는 인터넷 서비스용, 552 ~ 850Mhz 대역은 디지털
CATV와 부가서비스 용으로 사용한다. 현재 디지털 Cable TV로 전환을 시작하고
있는 Cable TV의 경우 상당기간 아날로그 방송과 디지털 방송을 같이 송출 해야하
고 HD방송 및 N-VOD, R-VOD 같은 가입자 서비스를 하고 양방향 데이터 방송을
하기 위해선 Cable TV의 주파수 대역폭 확장이 불가피 하다. 이런 주파수 대역폭
의 확장은 기존 광동축 혼합망의 전면 재구성을 필요로 하고 동축케이블의 물리적
특성상 한계를 극복하기 위해선 동축케이블의 증폭기 개수와 컨넥터 개수를 줄여야
만 한다.
따라서 기존의 동축케이블 망구조를 현실적으로 합리적인 방법으로 개선해야만 한
다.
Ⅲ. 동축케이블의 구성과 특성
1.BcN과 홈네트워크를 하기 위한 조건
광대역통신망과 이러한 서비스를 하기 위한 유, 무선 통신망과 방송망을 통합 구축
하여 댁내까지 전송을 하여야한다. 아래 표에 나타나듯이 기존 전화국을 이용한
XDSL 또한 전송속도에 대한 한계가 있으며 지역 SO를 이용한 Dosis Ver 1.0
Cable Modem 의 경우도 광대역 통신망이 요구하는 50 ~ 100Mhz의 전송 속도를
만족할 수 없다.
그림 3 케이블 망 대역폭 구성
케이블 모뎀의 경우 Dosis 2.0의 신기술을 적용하면 100Mps 이상의 전송속도를
보장 할 수 있으나 대역폭이 1.5Ghz 이상으로 확장을 요구 조건으로 한다. 9)
9) BcN을 위한 HFC망 현황과 기술 - 한양대학교 박승권 교수 2004년 9월3일
- 7 -

방식 속도 - 하향대역 속도- 상향대역 장점 단점
VDSL
Cable Modem
(Dosis Ver. 1.0)
13~52Mbps
1.6~6.4Mbps
정통부에서 추진하는 초고속광대역 통신망과 홈네트워크는 각 가정마다 초고속
인터넷을 50 ~ 100Mbps 이상의 전송속도를 보장하며 유선과 무선의 통합을
의미한다. 이런 초고속광대역 통신망을 구축하기 위해 기존의 Back-Born 망
구성은 문제가 되질 않으나 가입자까지의 망구성을 어떻게 구성할 것인가가 초미의
관심사로 대두되고 있다. 이런 가입자 망 구성을 전국 SO의 자가망을 활용하여
대역폭에 영향을 받지 않으며 전송속도를 보장하는 망을 구성해야한다.
이런 망을 구성하기 위해 기존 SO의 동축케이블 망은 물리적 선로특성으로 인하여
부적합 하며 전화국을 활용한 XDSL의 경우 병목현상과 구리동선의 한계로 역시
부적합하다. 전화국에서 다시 가입자 망까지 광섬유망으로 구축하기에는 많은
비용이 소요될 것으로 예상된다. 따라서 기존 SO의 자가망과 동축케이블의
분배망을 재 구성하고 SO의 CMTS와 DHCP의 처리 능력을 현실화 하여
통방통합과 초고속광대역 통합망에 적합한 망을 구성하여야 한다.
2. 동축 케이블망의 특성과 한계
2.1. 동축케이블의 구조와 물리적 특성
1.6~6.4Mbps
27Mbps(64QAM) 2.5Mbps(QPSK)
40Mbps(256QAM) 5Mbps(16QAM)
그림 4 동축케이블의 구조
- 8 -
HD급 TV 전송가능,
상향대역 전송신호 빠름
상향대역 전송신호 빠름
가입자간 거리
짧음(1.6km 이내)
병목현상 발생
사용자 많을 시
병목현상 발생

내부도체, 외부도체, 절연체로 구성되어 있으며 내부도체는 알루미늄 위에 구리로
도금 되어 있다.
그림 5 동축케이블 단면도
절연체와 외부도체 사이에 방수와 컨넥터가 빠져나가는 것을 방지하기 위해
접착성 절연체(Dielectric adhesive)로 되어있다.
동축케이블의 물리적 전송거리는 내부도체와 외부도체 직경비에 따른 거리
당 자체저항, 전송정수, 특성임피던스 불균등성, 누화결합에 따라 결정된다.
- 9 -

- 10 -
전송정수는 다음과 같이 구한다.
]
/
[
log
2
.
0
]
/
[
10
*
)
(
f
2
1
0.2log
L
는
L
e)
(Inductanc
인덕턴스
단위길이
]
/
[
10
*
)
(
R
은
R
저항
단위길이당
케이블의
동축
정수에서
차
1
의
케이블
동축
때
할
이라
[H/m]
[H/m],
투자율
m],
[
m],
[
각각
고유저항
재료
외부도체
내부도체와
d[mm],
외경
내부도체
1
2
9
2
2
1
1
1
d
d
e
6
2
2
2
1
1
1
2
1
2
1
1
2
kM
mH
d
d
Km
mH
d
d
Km
d
d
f
e
≅
+
+
=
Ω
+
=
•
Ω
•
Ω
µ
ρ
µ
ρ
π
π
µ
ρ
µ
ρ
π
µ
µ
ρ
ρ
)
1
(
1
*
1
*
)
(
때
일
t
두께
원판의
d
거리
원판간
이며
비유전율
재료
원판
는
비유전율
등가적인
때
지지되었을
간격으로
적당한
절연체가
.
이다
]
[
i
dt
d
RI
E
는
E
전압강하
이며
dr[A]
r
2
i
I
일때
라
i
전류밀도
R
저항
당
길이
단위
s
d
S
0
0
0
0
1
0
−
+
+
=
+
−
+
+
=
∴
+
=
+
+
=
+
=
=
d
d
s
d
t
d
t
t
d
t
t
t
d
t
d
t
d
V
dt
d
ξ
ξ
ξ
ξ
ξ
ξ
ξ
φ
ρ
φ
π
단위 길이 당 전송용량은 다음과 같이 구한다.

- 11 -
β
π
υ
λ
υ
λ
υ
ω
β
α
α
ω
δ
δ
π
µ
ξ
2
LC
1
는
파장
와
전파속도
따라서
2
D
는
D
constant)
(Damping
감폭정수
]
/
[
LC
위상정수
]
[
Z
특성임피던스
]
/
)[
C
G
(
2
C
L
(R
2
1
는
constant)
on
(attenuati
감쇠정수
정수에서
차
2
동축케이블
높은
주파수가
/
tan
]
/
[
tan
rf
2
G
는
G
ce)
(Conductan
콘덕턴스
단위길이
]
/
[
log
0.02461
C
정전용량는
단위길이의
0
C
1
2
10
=
=
=
=
=
Ω
=
+
=
+
≅
=
Ω
=
•
=
f
C
G
Km
rad
C
L
Km
nep
L
R
LC
C
L
G
C
G
Km
Km
F
d
d
s
특성임피던스는 다음과 같이 구해진다.
구해짐
변화량이
그
로
d
d
d
d
log
d
d
d
d
log
-
-0.5
Z
Z
따라서
d
d
60
60
2
1
Z
한다면
라고
Z
변화량을
Z
경우
될
기울게
로
,
,
각
각
가
,
,
여기서
]
[
d
d
log
60
log
138.5
log
2416
.
0
0.2log
Z
]
[
C
L
Z
임피던스
특성
따라
높음에
주파수가
사용하는
동축케이블에서
2
2
1
2
e
1
1
1
2
e
S
S
0
0
2
2
1
0
2
2
0
1
1
0
0
0
0
0
2
1
2
1
1
2
e
s
10
10
10
1
2
10
1
2
e
0
0
3
2
-
∆
•
+
∆
•
∆
=
∆
∆
•
+
∆
•
−
∆
•
−
=
•
+
•
+
∆
•
=
∆
∆
∆
∆
∆
Ω
×
×
≅
×
•
≅
Ω
=
−
ξ
ξ
ξ
ξ
ξ
ξ
δ
δ
δ
δ
δ
δ
ξ
δξ
δ
ξ
ξ
ξ
ξ
ξ
S
S
s
S
S
s
s
s
s
d
d
s
Z
d
d
Z
d
d
Z
Z
d
d
d
d
d
d
d
d

이와 같은 물리적 특성으로 동축케이블의 전송거리가 결정이 된다.
또한 동축케이블은 주파수 대역폭에 따라 다시 전송거리가 결정이 된다.
주파수 대역폭에 따른 전송거리는 다음과 같이 구한다.
Am = k f +
로
k
1
따른
나타내며
, k
2
1
상수
볼츠만
k
2
f[MHz]
k 는
상수에
f [ dB
/ Km
주파수
외부도체와
의해
]
구해진
내부도체
열잡음
이런 대역폭에 따른 감쇠량은 표-2 10)와 같다.
- 12 -
크기에
표-2와 같이 동축케이블은 주파수 대역폭이 커질수록 동축케이블의 구경이 작을
수록 감쇠량은 점점 더 증가함을 알 수 있다.
표에서 보는 것과 같이 댁내 인입하는 5C 동축케이블의 경우 1Ghz 이상의
대역폭을 전송하기에 많이 부족하며 고대역의 주파수를 전송하기 위해선 짧아지는
거리만큼 많은 수의 중계 증폭기를 설치해야한다. 증폭기의 설치는 다시 증폭기
고유의 특성으로 인해 다시 감쇠되는 특성을 가지고 있으며 따라서 현실적으로
ONU의 개수를 늘려서 가입자 까지의 거리를 짧게 하여야 한다.
2.2 동축케이블의 한계
앞서 동축케이블의 물리적 특성과 대역폭에 따른 감쇠량을 살펴보았다. 동축케이블
의 구경 및 대역폭 등에 민감한 반응을 보이는 동축케이블은 향 후 광대역 통신과
다양한 멀티미디어 양방향 멀티미디어 서비스를 하기 위해서 대역폭의 증가는 불가
피 하며 대역폭의 증가를 했을 경우 SO의 Cell의 증가와 그에 따른 HFC망의 재구
10) 케이블TV 공학 2000년 2월 11일 손병태 외 3인 도서출판 건기원

성이 불가피 하다.
이런 동축케이블의 물리적 전기적 특성 외에 수지성형망의 특성에 따른 다단 증폭
으로 전송거리가 다시 결정이 된다.
증폭기 마다 발생하는 고유의 열잡음, 험의 발생과 누적, C/N의 증가와 누적, 그리
고 비직선 왜곡 등이 발생하며 증폭이 심할수록 왜곡과 감쇠량은 더욱 커지게 된
다.
먼저 열잡음은 도체 내의 저항 성분 또는 전자 소자로 인하여 열전자의 불규칙한
운동으로 발생하며 이때 주파수나 진폭은 매우 불규칙하고 다단의 많은 잡음이 인
가 될 때에 크기는 일반적으로 전력의 합으로 나타낸다.
두 번째 C/N 11)의 발생은 고주파로 신호가 전송되고 있기 때문에 진폭 변조된 TV
신호에는 화상 성분 이외에 동기신호 성분이 포함되어 있어 검파 후의 화상 신호대
잡음전압의 비는 C/N비 보다 약 6dB 낮게 된다. 따라서 잡음은 저항기나 IC 내에
서 발생하는 열잡음 전력이며 이때 잡음은 신호의 대역폭에 비례하여 전체 화면이
찌그러지게 된다. 그리고 중계 증폭기에서는 IC 증폭소자가 잡음을 발생하며 증폭
기 출력 측 신호의 C/N은 입력측에 가해진 C/N 보다 더 나빠지게 되므로 이 나빠
진 정도의 잡음지수를 나타낸다.
중계 증폭기를 종속으로 접속하면 더욱 악화가 되는데 NF를 갖는 2대의 증폭기를
접속하였을 때 잡음은 가산되어 원래의 C/N 보다 3dB 정도 나빠지게 된다.
다단 중계한 경우에 C/N은 헤드 엔드에서 가장 먼 단말까지의 종속접속 단수를 N
으로 하였을 때 10logN [dB ] 가 된다.
세 번째 험의 발생에 대해 알아보면 CATV 시스템에서 중계 증폭기용 직류 전원
은 일반 전원으로부터 공급되어서 전송 선로에 중첩시켜 정류 시킨다.
따라서 정류 시킨 후의 직류는 상용 주파수에 의한 리플 성분이 포함되어 있다.
이때 상용 주파수 60Mhz에 의한 리플이 증폭부에서 진폭 변조에 걸려 이것이 수직
동기 주파수와의 차이로 인하여 화면이 찌그러지게 되거나 화면이 튀는 현상이 발
생하는데 이것을 험 변조라고 한다.
일반적으로 대규모 시설에서 중계기의 수량이 많아지므로 공급되는 지점도 많아지
게 된다. 따라서 종속으로 접속된 중계 증폭기가 같은 상용전원 계통에 공급될 때
도 험 변조는 가산으로 누적되어 간다.
11) C/N Carrier to Noise 반송파대 잡음비
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네 번째 비직선 왜곡은 헤드엔드 중계 증폭기 등에서 발생하는 비직선 왜곡에 대한
방해를 말한다.
증폭기의 비직선 왜곡은 사용하는 IC의 특성과 사용 방법에 따라 결정된다.
이런 모든 변수를 계산하여 중계망을 설계하며 동축케이블의 물리적 특성 및 대역
폭에 따라 중계망의 설계가 이루어진다.
최대 Cable 손실은 이득으로 구해지며 잡음지수만 고려할 때
중계기 이득은 1[Neper]로 8.688dB 이다.
Ⅳ. 광섬유망(Glass Optical Fiber)의 특성
1. 광섬유망의 개요
광섬유는 가시 광이나 근 적외선의 비가시 광을 전달하는 투명 플라스틱이나 유
리로 된 얇고 유연한 섬유(thread)이다. 광섬유의 적당한 선택은 ① 시스템 대역폭
의 상한, ② 송신기부터 수신기까지 또는 송신기로부터 중계기까지 간격을 결정할
정도로 광통신 시스템의 설계에 대단히 중요하다.
광섬유는 빛의 수백 가지 모드를 동시에 전파할 수 있는 다중모드(multi mode)광
섬유와 하나의 모드만을 전파하는 단일모드(single mode) 광섬유로 분류된다. 광섬
유는 초고순도의 유리섬유를 플라스틱으로 코팅한 것으로 빛을 전파하는 유리 섬유
와 이를 보호해주는 유리섬유 및 플라스틱 코팅 막으로 구성되어 있으며, 광섬유의
성능은 내부 유리섬유의 두께와 순도에 의해 결정된다.
2. 광섬유의 구조
2.1. 광섬유의 요구특성
코어 및 그것을 둘러싼 클래딩으로 구성되고, 광의 에너지가 코어 및 코어 부근의
클래딩 속에 가두어져 전송되는 기능을 가진 것을 광섬유(光纖維, optical fiber)라
한다. 보통 클래딩의 표면에는 수지가 유리표면을 기계적으로 보호하기 위해 코팅
되어 있다.
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광섬유는 용도에 따라 필요한 기능 또는 요구되는 특성이 다르고 중점을 두는 설
계조건은 다양하다.
통신용의 광섬유는 다음과 같은 관점에서 적절하게 설계 제작되고 있다.
① 손실이 작아야함
② 분산이 작아야함
③ 접속이 쉬워야 함
④ 케이블화가 용이해야함
⑤ 신뢰성이 높고(사용환경변화에 대한 특성변화가 적어야 함)
⑥ 제조가 쉽고 가격이 저렴해야 한다는 점
2.2. 광섬유의 구조
그림 12 광섬유망 단면도
유리는 자체의 특성 때문에 깨어지기 쉬우며 인장강도는 매우 약하다. 따라서, 클
래딩 표면을 기계적으로 강도를 보강하기 위한 코팅(coating)을 하는데 이렇게 코팅
된 상태에서 비로소 광섬유로서 구실을 하게 된다.
광섬유는 1차 코팅과 2차 코팅으로 이루어지며 재질은 아크릴 계통 또는 실리콘
계통으로 코팅을 하게 된다. 그림12에서와 같이 광섬유는 크게 코어(core)라고 부르
는 중앙의 원통형 물질, 이를 원통형으로 에워싸고 있는 클래딩(cladding)과 그림12
와 같이 이들을 뒤덮고 있는 코팅 또는 버퍼 코팅(buffer coating), 재킷(jacket)으
- 15 -

로 구성된다.
코어는 광파를 전달하고, 클래딩은 광파를 코어 내로 유지시키며 코어에 강도
(strength)를 제공한다. 재킷은 광섬유를 수분과 부식으로부터 보호한다.
코어와 클래딩은 유리나 플라스틱으로 만들어진다.
즉, 이 두 물질을 이용해 ① 플라스틱의 코어/클래딩, ② 유리 코어/플라스틱 클래
딩, ③ 유리의 코어/클래딩과 같은 세 가지 형태의 광섬유가 있다. 플라스틱이 이용
되는 경우, 코어는 보통 폴리스틸렌(polystyrene)이나 폴리메틸 메타클리레이트(poly
methyl methacrylate)가, 클래딩은 실리콘이나 테프론(teflon)이 사용된다.
유리는 일반적으로 모래를 구성하는 석영(silica)이다. 이 석영은 지구 표면의 26%
를 차지한다. 반면 구리는 단지 0.01% 정도뿐이다. 광섬유에 있어 석영은 매우 순수
하지만, 붕소(B), 게르마늄(Ge), 인(P) 등의 아주 미량의 불순물(dopant)이 광섬유의
굴절률을 변화시키기 위해 첨가된다. 붕소 산화물(boron oxide)은 클래딩으로 이용
되는 붕소 규산염 유리(boron silicate glass)를 형성하기 위해 석영에 첨가된다.
유리와 비교해서 플라스틱 광섬유는 유연하고 가격이 저렴하다. 이것은 설치와 접
속이 쉽고 석영 유리의 광섬유보다 큰 강도에 잘 견디고 또한 무게도 40% 정도 밖
에 나가지 않는다. 그러나 이것은 광전송의 효율 면에서 좋지 못하다. 즉 손실이 크
기 때문에, 빌딩 내에서와 같은 단거리용에만 쓰인다. 유리 코어 광섬유가 플라스틱
보다 폭넓게 사용되고 있어 광섬유에 관련된 기준 값들은 특별한 언급이 없는 한
석영 유리에 기초를 둔 값이다. 40[㎞] 길이의 광섬유 코어의 무게가 1[㎏] 정도인
방면, 0.32[㎜] 직경의 구리선에 있어 1[㎏]의 무게는 길이로 1.4[㎞] 정도 밖에 안
된다.
2.3. 광섬유의 크기
일반적으로 광섬유는 접속이 없이 최대 10[㎞]의 전송길이를 갖는다. 후에 살펴보
겠지만, 코어와 클래딩의 직경은 광섬유의 광 특성을 결정한다. 또한 직경은 물리적
특성을 결정하므로 광섬유는 접속이나 커넥터의 부착을 허용할 수 있게 길어야 한
다.
반대로 광섬유의 길이가 너무 길다면 결국 광섬유가 딱딱해져 쉽게 휠 수 없게
되고, 너무 많은 물질이 이용되므로 비싸지게 된다. 광섬유는 사람의 머리카락보다
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도 얇으며 코팅된 광섬유의 직경은 250∼500[㎛] 사이이다. 또한 구리선과 비교한다
면, 구리선의 외경은 320∼1,200[㎛] 정도이다.
그림 15는 일반적으로 통신용으로 사용되는 광섬유의 형태를 나타낸 것으로 코어
의 지름이 10[㎛] 내외이면 단일모드, 50[㎛] 내외이면 다중모드이다.
클래딩의 지름은 단일모드 또는 다중모드에 상관없이 둘 다 125[㎛]를 표준으로
사용하고 있다.
코팅을 한번만 한 단일코팅(1차 코팅)형의 광섬유는 코팅은 250[㎛] 또는 500[㎛]
로 코팅한 광섬유가 사용되고 있다.
코팅을 두 번하는 이중 코팅(2차 코팅)형의 광섬유는 1차 250[㎛], 완충층 400[㎛],
2차 900[㎛]의 광섬유가 옥내용 또는 광점퍼코드 등에 사용되고 있다.
라. 전송형태에 따른 종류
광섬유는 빛의 수백 가지 모드를 동시에 전파할 수 있는 다중모드(multi mode)광
섬유와 하나의 모드만을 전파하는 단일모드(single mode) 광섬유로 분류된다.
2.4. 빛의 전파
그림 15 이중코팅형망구성
광섬유는 코어 유리와 이것을 에워싼 클래딩 유리가 동일 중심을 갖도록 형성시
켜서 제작한다. 코어 영역은 광 에너지를 전파하는데 필요한 적은 광 손실 특성을
유지해야 한다. 굴절률을 증가시키면 광 에너지의 전파 속도는 더욱 느려진다.
높은 굴절률을 갖는 코어 유리를 낮은 굴절률의 클래딩 물질로 두 물질의 굴절률
형태가 계단형(step index profile)으로 에워싸면, 광 에너지는 이 두 물질의 경계에
서 발생한 반사에 의해 높은 굴절률의 코어 영역 내에 한정된다.
- 17 -

또, 코어의 굴절률을 중심에서 제일 크게 하고 중심에서 벗어날수록 점차 낮춰 결
국 클래딩 경계에서 최소가 되도록 분포시킨 언덕형 굴절률(grade index profile)로
해도 코어 내에서 굴절을 일으키면서 빛을 전파(light propagation)시킬 수 있다.
그림16과 같은 세 가지 형태로 설명된다
모든 광섬유는 전반사에 의하여 빛을 도파시킨다. 따라서 광섬유의 원리를 고찰하
기 위하여 서로 다른 두 매질간의 경계면에서 일어나는 전반사 및 굴절현상, 그 중
에서 특히 전반사 현상을 이해하는 것이 중요하다.
그림17과 같이 굴절률 n1을 갖는 매질 1과 굴절률 n2를 갖는 매질 2와의 경계면을
고려하자. 빛 또는 전자파의 평면 파가 경계면에 수직인 법선과 θi라는 각을 이루
며, 매질 1에서 입사하는 경우, 매질 2에서의 굴절각을 θt라고 하고 매질 1에서 반
사되는 각을 θr라 하자.
그림 16 석영계 광섬유
그러면 스넬의 법칙(Snell's law)에 의하여
n 1 = sinθ i = n 1sinθ t = n 1sinθ r
그림 17 두 매질 경계면에서의 특징
라는 관계가 성립된다. 즉, θi = θr로서 입사각과 반사각은 서로 같다. 만약 n1이
n2 보다 큰 경우에는 θt가 직각이 되어 매질2에서 굴절현상이 생기지 않는 어떤 임
계각 θc가 존재하고, 다음 식을 만족한다.
- 18 -

sinθc = n 2
, 또는 θc = sin
n 1
− 1 n2 n1 2.5 광섬유의 파라미터
광섬유의 파라미터(parameter)에는 광의 전송에 중요한 의미를 갖는 굴절률에 관
계되는 광학적 파라미터와 광섬유 구조를 나타내는 구조적 파라미터가 있다.
광학적 파라미터에는, 코어와 클래딩 굴절률의 차이를 나타내는 비굴절률차, 광섬
유에 광의 입사 및 광섬유로부터 광의 출사 상태를 나타내는 수광각과 개구수, 코
어의 굴절률 분포상태를 나타내는 굴절률 분포계수 등이 있다.
또, 구조 파라미터에는 코어의 직경을 나타내는 코어경, 광섬유의 직경을 나타내
는 클래딩경, 이상적인 동심원 구조에서의 편심을 나타내는 편심율이나 비원율 등
이 있다.
가. 광학적 파라미터
(1) 비굴절율 차
광섬유 내에서의 도파 현상을 고찰하기 위하여 코어 내를 도파하는 광선 중에서 자
오광선(Meridional ray) 즉, 광섬유의 축과 만나는 광선만을 생각하면 비굴절률 차
(relative index difference) Δ는 코어(core)와 클래딩(clad) 굴절률 차이의 정도를 나
타내는 파라미터로서 계단굴절(step index)형 광섬유나 언덕굴절(graded index)형
광섬유에서는 다음의 식으로 정의한다
비굴절율 차 : ∆ = n 1 − n 2
n 1
여기서, n1 : 코어의 굴절률 또는 코어 내에서의 최대 굴절률, n2 : 클래딩의 굴절
률이다.
비굴절률 차는 일반적으로 1에 비하여 극히 작은 값이므로, 보통 100배 하여 [%]
로 표시한다. 이 비굴절률 차가 크면, 전반사를 일으키는 경계가 되는 임계각이 작
아지고 코어에 광을 가두기가 쉬워진다.
통상 코어와 클래딩의 굴절률은 1.5보다 조금 작은 값으로서, 굴절률 차는 0.01정
도이다.
(2) 수광각
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광이 광섬유 코어내를 전송되기 위해서는, 그림과 같은 입사단에서 광의 입사각 θ
max보다 작아야 한다. 이 각도보다 큰 각도로서 입사한 광은 코어와 클래딩의 경
계면에서 전반사하지 않으며, 클래딩로 굴절하여 누설하는 광이 있어 멀리까지 전
파할 수 없다. 수광각(acceptance angle)은 이 θmax의 2배의 각을 말한다.
수광각 = 2θmax
즉, 광이 광섬유 코어 내를 전송하려면 그림과 같이, 수광각 2θmax의 범위의 각
도로 입사할 필요가 있으며, 광섬유에서 광이 출사할 때의 출사각은 수광각의 범위
내로 된다.
θmax은 다음 식으로 구해진다.
√
sinθmax = n1 sinθc n1 2∆
θmax의 값이 작을 경우에는 수광각 2θmax은 다음의 식에서 근사 값이 얻어진다.
2θ max
√
2sinθmax =2n1 2∆
광선의 광섬유에의 입사각 θmax보다 크게 되면 코어와 클래딩의 경계면에 있어서
전반사의 조건이 만족되지 않으므로 대부분의 광은 코어로부터 클래딩으로 빠진다.
따라서 광이 광섬유 안쪽을 도파하도록 수광각의 범위내의 각도로 광을 입사시킬
필요가 있다. 또 광섬유로부터 광이 출사할 때의 출사각은 수광각의 범위로 된다.
(3) 광섬유의 개구수
개구수(numerical aperture)라 함은, 광학 렌즈의 성질을 나타내는 척도의 하나이
다. 확대경을 이용하여 태양 광을 집광하여 종이를 태울 수 있는 예에서도 밝기가
밝게 되는 것처럼, 렌즈에 평행광선을 입사시키면 렌즈를 통과한 광은 초점에서 한
점에 집광된다. 이 때 초점에서 렌즈의 중심까지의 각을 θ라 하면, 이의 정현값을
렌즈의 개구수라 한다.
그림18 개구수
밝기가 밝은 광섬유에서 가장 효율이 좋은 광을 입사시키기 위해서는, 광섬유의
개구수와 같은 개구수의 렌즈를 사용하여 집광하면 된다.
그림18에서 전반사한 광이 광섬유 내로 도파하여 가기 위한 최대 입사각, 다시 말
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하면 NA는 전반사하기 위한 최소 입사각에 대응하는 광섬유의 단면에서의 입사각
이다. NA는 다음 식으로 표시한다.
NA = sinθ max = n1sinθc = √ n 2
1 − n 2
2
√
n1 2∆
이 값이 큰 넓은 각도에서 광이 입사하는 것이 작은 각도에서 광이 입사하는 것
보다 많은 광이 입사한다. 반대로 광섬유로부터 광이 출사하는 경우에도 동일하며
이 각도 내에서 광이 출사되어진다.
그러므로 이 파라미터는 발광소자와 수광소자, 광 회로부품과의 접속 등의 광학설
계에 사용될 뿐 아니라 광섬유의 수광 가능한 최대의 각을 표시하는 중요한 파라미
터이며 다중모드 광섬유의 전송대역과도 밀접한 관계가 있다.
대표적인 NA의 값은 단일모드 광섬유의 경우 0.1정도이고 다중모드 광섬유의 경
우는 0.18∼0.3 정도이다.
(4) 굴절율 분포계수
광섬유의 굴절률 분포 모양은 광섬유의 중심에서 r점의 굴절률을 n(r)이라 하면, 다
음의 식으로 표시된다.
n (r )=
1 − 2∆ [ r
a ]α
0 ≤ r ≤ a (코어), r a (클레딩)
1
2 n(r )=n2 (1 − 2∆) ≒ n1(1 − ∆ )
1
2
여기서, 2a : 코어경, Δ : 비굴절률 차를 나타낸다.
그림 19 굴절률 분포모양
코어내의 굴절률 분포를 나타내는 식 중의 α 를 굴절률 분포계수라 한다. 그림19
는 α=1, 2, ∞일 때까지 굴절률 분포모양을 나타낸 것이다. 여기에서 α=∞일 때 계
단굴절형 광섬유 굴절률 분포, 언덕굴절형 광섬유 굴절률 분포 모양은 α=2에 가깝
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게 된다.
나. 구조적 파라미터
광섬유의 이상적인 단면구조는, 그림 20(a)와 같이 코어 외경 및 클래딩 외경이 동
심원이 되는 것이다. 이 경우 코어 직경(코어경)과 클래딩 직경(클래딩경)만으로 광
섬유 단면구조를 결정할 수 있다. 그러나 실제 제조되고 있는 광섬유는 그림20 (b)
와 같이 약간 변형된 것이므로, 코어 직경, 외경(클래딩 직경) 외에 몇 개의 파라
미터로 정의 할 필요가 있다. 이들 구조를 나타내는 파라미터는 광섬유의 접속손실
의 추정 및 평가를 할 때 중요한 파라미터이다.
(1) 코어직경
코어 직경(core diameter)은 광섬유에 광을 전송시킬 때 광의 거의 모두를 가두어
넣는 코어의 크기를 나타낼 때, 광의 전파형태를 검토할 때 굴절률과 같이 중요한
파라미터이다.
이상적인 광섬유에서는 코어가 원통이 되기 위하여, 코어 직경은 이 단면에서의
원의 직경으로 나타내고 있으나, 실제의 광섬유에서는 코어 직경의 정의는 어렵고
일반적으로는 그림 20(b)와 같이 코어의 최소 외접원의 직경과 최대 내접원 직경의
평균으로 나타낸다.
코어의 직경 d = d max + d min
2
(2) 클래딩의 직경(외경)
그림 20 광섬유 단면구조와 구조파라미터
클래딩의 외경은 광섬유의 굵기를 나타내며, 광섬유가 굽힘에 의해 발생하는 광의
방사손실을 검토하는 경우 코어 직경, 굴절률과 공히 중요한 파라미터이다. 또, 광
섬유의 기계적 강도나 접속특성을 평가 시 중요시되고 있다.
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클래딩 직경 : D = D MAX + D MIN
2
(3) 코어와 클래딩의 비원률
실제의 광섬유 코어 외주, 클래딩 외주의 실제 원으로부터 편위 정도를 나타내는
파라미터로서 코어 비원율과 외경 비원율이다. 이때 최소 외접원의 직경과 최소 내
접원의 직경의 차를 표준직경으로 나눈 값으로 정의한다. 이들은 접속손실을 평가
시 중요한 파라미터이다.
코어의 비원률 : e = d max − d min
2
클래딩의 비원률 : E = D MAX − D MIN
2
(4) 편심률
100(% )
100 (% )
실제 광섬유의 코어 외주원의 중심과 클래딩의 외주원의 중심이 같은 점으로 되지
않는다. 편심율은 이들 중심간의 편차 거리를 표준적인 코어 직경으로 나눈 값으로
정의하며, 접속손실을 평가할 때 중요한 파라미터이다.
편심률 : C = x
100 (% )
d
2.6 광섬유의 직경
가. 광섬유의 크기
금속케이블에서는, 심선 직경에 따라 전기적 특성이 변화하는데 가늘수록 저항이
커지고, 손실이 증가하므로 세경화에는 한계가 있다.
반면, 광섬유는 코어(core)의 굴절률이 높은 유리 주변을 클래딩이라는 굴절률이
낮은 유리로 둘러 싼 구조로 되어 있어, 광은 코어와 클래딩의 경계면에서 전반사
하여 코어 내부를 통과한다.
이 때 코어의 직경을 작게 하여도 광의 전파손실에는 변함이 없다. 그러나, 너무
세경화되면 전파모드가 형성되지 않으므로 어느 정도의 크기는 필요하나 사용하는
광 파장의 수 배에서 수십 배 정도의 코어 직경이 있으면 충분하고, 또 클래딩은
전반사를 일으키는 경계면을 형성함과 동시에 광섬유의 강도를 확보하기 위하여 필
요하고, 코어 직경의 수 배 정도면 충분하다.
- 23 -

코어나 클래딩을 크게 하여 광섬유 자체를 크게 하면, 그 만큼 기계적 강도는 증
대하나, 코어를 크게 하면 전파모드의 수가 증가하여 모드분산의 영향이 크게 되어
바람직하지 못하다. 또, 광섬유의 유리자체를 노출 않고 피복을 하면 기계적 강도는
각 단에 증가하므로, 광섬유를 크게 하여도 취급만 어려워질 뿐, 별 이점은 없다.
이상과 같은 이유에서, 광섬유는 머리카락 정도의 크기로 충분하다.
나. 코어의 클래딩과 직경의 결정
광섬유를 사용하여 전송로를 구성하는 경우, 전송로 전체로서의 손실 αT
는 다음의 식으로 표시된다.
α T = α fL +( L
1 − 1)α s + mα s + α c
여기서,
L: 전송로 전체의 길이, 1 : 평균 케이블 피스(piece) 길이, αf : 광섬유의 전송손실, αs : 광섬유의 접속손실(splicing
loss), m: 중계기에서의 커넥터의 수, αs' : 커넥터의 손실, , αc : 광섬유와 광원의 결합손실(coupling loss)을 나타낸다.
코어와 클래딩 직경 2a, 2b, 코어와 클래딩의 비굴절률 차 Δ를 변화할 경우, 전
송로에서 전체 손실(total loss)이 어떻게 변화하는지 광섬유의 개발 단계에서 이 결
과를 기초로 GI형 광섬유의 척도를 정했다.
즉, 클래딩의 외경 2b가 클수록 전손실 αT는 작고, 그리고 b의 값에 대하여 αT
를 최소로 하는 코어와 클래딩의 외경비 (b/a)가 존재한다.
클래딩의 외경이 작으면 하나의 모재(preform)에서 긴 광섬유가 만들어지므로 경
제적이나, 기계적 강도가 약하게 된다.
그림 21 비굴절률차에 의한 광손실
변화
그림 22 코어경에 따른 광손실률 변화
개발의 초기단계에서는 제조기술이 충분히 확립되지 않았으므로 안전율을 고려하
여 클래딩 직경 2b=150[㎛]가 채택되었으나, 그 후 기술의 진전에 의하여, 강도적
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으로 세경화가 가능하여 경제성에 중점을 두어, 2b=125[㎛]를 표준 직경으로 하기
로 결정했다. 코어 직경은 (a/b)=2.5가 되는 50[㎛]로 하고 비굴절률 차를 약
1[%]로 정하였고 국제표준이 되고 있다.
SM형에서는 코어 직경을 작게 하여, 전파모드가 하나가 되도록 하고 있으나, 클
래딩의 직경은 융착접속기(fusion splicer)나 커넥터(connecter)등의 관련물품 규격
의 통일성을 고려하여 GI형과 같이 125[㎛]로 정하고 있다.
상용화되어 사용된 다중모드 광섬유는 일반적으로 내부 유리 섬유의 직경이 50
[㎛]에서 85[㎛]이며, 62.5[㎛]의 다중모드 광섬유가 널리 사용되고 있다.
외부 유리섬유(클래딩)까지 합한 다중모드 광섬유의 직경은 125[㎛]인 것이 상용
화되고 있다.
단일모드 광섬유는 내부 유리 섬유의 직경이 8∼10[㎛]이며, 총 지름은 다중모드
광섬유와 같은 125[㎛]이다. 현재 단일모드 광섬유의 사용이 증가되어 전체 광섬유
시장의 90%이상을 점유하고 있다.
다. 코어 직경의 정의
정확하게는 광섬유 단면 내에서 굴절률이 다음의 식으로 표시되는 n3
로서 둘러 쌓인 부분의 직경을 말한다.
n 3 = n 2 + K (n 1 − n 2 )
여기서, n1 : 코어내의 굴절률 최대치, n2 : 클래딩의 굴절률, K : 상수로서 통상
K=0.05이다.
이 코어 직경의 정의는 모든 광섬유에 적용되나 단일모드 광섬유에서는 코어 직
경이 작으므로 직접 코어 직경을 측정하는 것은 어렵다. 더구나 단일모드 광섬유에
서는 제조방식에 따라 굴절률 분포가 다양하기 때문에 국제적인 표준화를 생각하는
그림 23 단일모드 광섬유의 광전력 분포
- 25 -

경우 코어 직경은 유효한 파라미터라고 할 수 없으므로 광섬유내의 광 강도분포
가 어떻게 되어 있는가를 규정하는 것이 실용적이라고 할 수 있다.
일반적으로 단일모드형 광섬유내의 강도분포는 그림 24와 같은 분포(가우스 분
포 12))를 하고 있다. 여기서 강도분포 최대치로 되는 부분의 직경([그림에서 2a'에
해당)을 (MFD, mode field diameter)이라 부른다. 단일모드 광섬유에서는 코어 직
경 대신에 이 모드필드 직경을 사용한다.
강도분포 최대치로 되는 부분의 직경은 1/e=0.367(e=2.718)로 최대전력의 36.7%에
해당되는 폭을 말한다.
라. 클래딩
코어를 둘러싸고 있는 영역을 클래딩이라 한다. 기본적으로는 코어의 영역보다 굴
절률은 낮다. 균일한 굴절률로 구성되는 클래딩이 기본적인 클래딩 구조로 있지만
광섬유에 따라서는 그림 24와 같이 디프레스드 클래딩, Quadruple 클래딩 등 복잡
한 클래딩 구조가 있다.
디프레스드 클래딩은 2층의 구조를 가진 클래딩 구조로 코어에 인접하는 클래딩
은 그 외측의 클래딩보다 굴절률이 낮게 만들어져 있다. 디프레스드 클래딩과 대비
해서 균일한 클래딩은 다중 클래딩이라 부른다.
Quadruple 클래딩은 4층의 클래딩으로 구성된 것으로 분산의 제어를 목적으로 고
안되었다.
Ⅴ. 통방통합과 BcN을 만족하는 망 구성
광대역 통신망과 통방통합 서비스 그리고 홈네트워크를 하기 위해 동축케이블은 물
리적 특성과 전송을 위한 다단 증폭 증폭에 따른 신호감쇠 그리고 다양한 멀티미디
어 서비스와 양방향 서비스를 하기 위해 CATV의 대역폭 증가가 필수적으로 대두
되고 있는 시점에서 대역폭에 따라 감쇠량이 급격하게 늘어나는 현재의 동축케이
블 망구조는 적합하지 않다.
댁내까지 FTTH가 이루어지면 모든 것이 해결되나 GOF망의 굴곡 특성으로 사실
12) 가우스 분포 : 신장(身長)의 분포, 지능(知能)의 분포 등 그 예는 많다. K.F.가우스가 측정오차의 분포에서 그
중요성을 강조하였기 때문에 이것을 가우스 분포·오차분포라고도 하며, 그 곡선을 가우스 곡선 또는 오차곡선
이라 한다.
- 26 -

그림 24 여러 가지 광섬유의 굴절률 분포
상 불가능하며 또한 포설비용이 많이 소요 될 것이 예상된다.
또한 기존의 전화선을 이용하는 VDSL망도 최대 50Mbps를 넘기 힘들며 사용자가
많이 집중 되면 병목현상이 발생하여 원하는 만큼의 전송속도가 나오기 힘들다.
때문에 기존 ONU의 개수를 현실적으로 늘려 분배되는 동축케이블의 망 구조를 분
기증폭기, 중계증폭기 그리고 지선증폭기를 사용하지 않고 등화기능이 있는
TAP-OFF만 이용하여 4Core 당 500세대에 분배될수 있게 케이블 망구조를 개선해
야만 한다.
그 방법 중 하나로 기존의 지역 SO에서 구축한 광 섬유망을 확장하여 기존 8Core
망을 16Core 망으로 확장하고 이용하고 4Core 망씩 재분배하여 하나의 ONU에서
분배 하던 기존의 방식을 4개의 ONU로 확장하여 가입자까지의 동축케이블망의 거
리를 줄이면서 또한 증폭기와 분배기를 사용하지 않고 댁내까지 동축케이블 망구조
를 개선하려고 한다.
Ⅵ. 새로운 동축케이블 망의 구조설계
1. 기존의 동축 케이블 망 구조와 제안 동축 케이블망 구조
현재 SO의 HFC망을 활용한 댁내 분배망의 대략적인 구조는 그림 25와 같다.
기존 케이블망의 구조는 하나의 ONU에 16 Core(상향신호용 4, 하향신호용 4 각각
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그림 25 현재 케이블TV HFC망 구성 그림 26 제안 케이블TV HFC 분배망 구조
Back up 4Core)를 수용하여 한 ONU에서 4개를
분기하여 댁내에 분배가 된다. 이러한 동축케이블 망 구조는 가정에 분배되기 전까
지 ONU에서 댁내까지의 거리가 멀어질 수밖에 없고 멀어진 길이만큼 감쇠된 신호
를 증폭하기 위하여 증폭기를 설치하면 증폭기 내부의 열잡음과 특성에 따라 다시
신호가 감쇠되는 악순환을 반복한다. 또한 동축케이블의 신호 감쇠는 동축케이블의
거리에 따른 동축케이블 자체 내부소자의 영향과 컨넥터의 개수로 결정이 된다.
기존의 케이블 망구조는 길어진 길이만큼 증폭기와 Tap-Off의 사용으로 컨넥터의
개수는 점차 늘어난다.
하나의 Tap-Off 에는 4개의 분기가 되고 각 분기에서 8개의 동축케이블을 분배할
수 있다. 즉 하나의 Tap-Off에서 32가구에 분배를 할 수가 있다.
이런 Tap-Off에 연결된 컨넥터의 영향으로 다시 신호는 감쇠될 수 있으며 이런 현
상을 보안하기 위해선 Tap-Off 자체에 신호레벨을 조절할 수 있는 등화장치를 설
비해야 한다.
기존의 이러한 케이블 망구조의 문제를 해결하기 위해 그림 26과 같은 망구조로 개
편을 하면 증폭기를 사용하지 않고 동축케이블의 거리를 최대한으로 단축시켜 댁내
에 인입시킬 수 있다. 하나의 ONU에서 4분기 하여 2000세대를 분배하던 기존의 동
축케이블 분배 방식을 지역별로 더욱 세분화 하여 하나의 ONU에서 500세대 이하
를 분배하는 방식으로 증폭기의 사용 없이 동축케이블의 거리 또한 150m 이하로
줄일 수 있다.
2. 기존 동축케이블망 시뮬레이션
기존의 동축케이블 망의 신호감쇠를 측정하기 위하여 ONU 부터 시작하여 증폭기
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와 분배기 Tap-Off 의 출력 레벨값을 측정하여 신호감쇠를 측정하였다.
그림 27은 기존 동축케이블 망 시뮬레이션을 실행하기 전 설정값을 나타낸 표이다.
하향 주파수 대역폭은 2004년 11월 6일 공표된 정통부 고시안인 850Mhz 보다 다소
높은 870Mhz의 대역폭으로 설정 했으며 상향 주파수 대역은 5 ~ 42Mhz로 설정 하
였다. 외부 기온은 상온인 20도로 설정하였다. ONU 노드는 기존 SO에서 널리 사
용하고 있는 4분기 ONU로 설정하였으며 공급 전력은 AC 90V ~ AC 44V로 설정
하였다. 그림 28은 ONU 노드 설정 화면이다.
그림 29와 그림 30은 2분기 증폭기와 단순 연장 증폭기에 대한 설정을 나타낸 그림
이다.
그림 27 시뮬레이션 툴 및 기본 설정
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그림 29 증폭기 설정 그림 30 연장증폭기 설정
그림 28 ONU 노드 설정
그림 31은 기존 동축케이블의 분배망 구조를 직선화하여 나타낸 것이다.
그림31과 하나의 ONU를 거쳐 전신주를 기준으로 연장 분배 되는 망 구조를 설계
하였다. 전신주 사이의 거리는 28m로 설정했으며 28m 마다 Tap-Off를 설치하고
하나의 Tap-Off가 32세대에 분배 될 수 있게 망구조를 설계하였다.
Tap-Off 까지의 동축케이블 구경은 12C로 하였다.
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그림 31 기존 동축케이블 분배망 직선화 구조
그림32는 ONU에서 2분기 증폭기를 사용하기 전의 망 구조를 확대한 것이다.
이러한 기존의 동축케이블 망구조를 설계하여 시뮬레이션을 했다.
그림 32 현재 동축 케이블 망구조 직선화 확대 그림
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3. 기존 동축케이블 망구조의 시뮬레이션 결과
결과표와 같이 Tap-Port 레벨 기준에 미치지 못하는 구간이 상당수 있음을 알 수
있다.
그림 32 -1 증폭기 이후의 망구성 직선도 확대
그림 33 기존 동축케이블망의 신호감쇠 및 왜곡 시뮬레이션 결과
- 32 -

Tap-Off ID 분석을 보면 증폭기 전인 ID T368의 경우 하향신호와 상향신호 모두
기준 레벨인 하향신호 저주파수대역 13.5dBmV ~ 19.5dBmV와 고주파수대역
19.5dBmV ~ 25.5 dBmV 안에 있고 상향신호 또한 38.5 ~ 38.7 dBmV에 근접하여
양호한 신호임을 알 수 있다.
그러나 그림 34와 같이 연장 증폭기 이후에 의 Tap-Off ID T380 신호레벨을 분석
을 하면 하향신호의 저주파수 대역 뿐만 아니라 고 주파수 대역의 신호 감쇠와 왜
곡이 심각하다는 것을 알 수 있다.
또한 길어진 거리만큼 동축케이블 자체의 소자로 인한 감쇠가 심해짐을 알 수 있
다.
그림 34 증폭기 이후의 Tap OFF ID T380 구
간 신호 분석
그림 35 2분기 증폭기 이후의 Tap-off ID 404
구간 신호분석
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2분기 증폭기 이후의 Tap-Off ID 404 구간의 신호 분석도 연장 증폭기 만큼 심하
지는 않지만 역시 신호감소와 왜곡이 심함을 그림 36을 통해 알 수 있다.
또한 동축케이블의 신호감쇠는 동축케이블의 거리와 컨넥터의 개수에 영향을 많이
받는다. 기존 동축케이블망의 구조에선 300 미터의 동축케이블 거리와 컨넥터의
개수가 각 OUN 4분기 마다 224개가 사용되며 12c 편형취부 컨넥터 64개 사용 각
Tap-Off 마다 4개씩 사용하여 댁내까지 도달 할때 까지 평균 250개 가량의 컨넥터
개수를 사용하는 것을 그림 36을 통해 알 수 있다.
이와 같은 결과로 인해 기존 동축케이블 망의 신호감쇠와 왜곡을 보완하기 위해선
첫째. 증폭기의 사용을 최대한 줄여야 하며
둘째, 컨넥터의 사용 개수를 최대한으로 줄여야한다.
셋째, 댁내까지의 동축케이블의 거리를 최대한 줄여야한다.
넷째, 각 Tap-Off에 신호레벨을 조정할 수 있는 등화장치를 설치해야 한다.
4. 제안 동축케이블 망의 시뮬레이션
위와 같은 결론으로 기존 SO의 동축케이블 망구조를 개선하기 위해 4분기 노드
ONU를 사용하지 않고 한 ONU에서 500세대에 분배하고 분기증폭기와 연장증폭기
의 사용을 하지 않는 망을 구성해본다.
그림 36 사용 컨넥터의 수와 자재 정보
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그림37 새로운 동축케이블 망구조 직선화
그림 37과 같이 기존 한 ONU에서 4분기되어 2000세대에 분배가 됐던 망 구조를
각각의 한 ONU에서 500세대에 분배를 하게 구성을 했다. 전신주 사이의 길이는
28m 동일하게 구성을 하였으며 Tap-Off 에는 신호조정을 할 수 있는 등화기가
설치되어 있으며 다른 한 분기망은 등화기를 설치하지 않았다. 이러한 망구조를
가질 때 ONU에서 최장 동축케이블의 거리를 150m 이하로 줄일 수 있다.
그림 38 한 ONU에서 분배된 동축케이블 망구조
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그림 38와 같이 한 ONU에서 증폭기를 사용하지 않고 Tap-Off만 사용하여 댁내에
분배하는 망구조를 설계했다.
실험 조건은 기존 동축케이블망의 조건과 같으며 ONU 노드의 설정만 4분기에서 2분기로
바꾸어 설정했다.
5. 제안 동축케이블 망의 시뮬레이션 결과
그림 39 ONU 노드 설정
시뮬레이션 결과와 같이 기존 망구성에 비해 현저히 좋은 신호 특성이 나왔다.
이번 새로운 망구성에도 한 부분은 Tap-Off에 등화기를 설치하지 않았기 때문에
그 등화기를 설치하지 않은 부분에 대해선 역시 동축케이블의 길이에 따라 특성이
안 좋아지는 현상을 발견할 수 있다. 하지만 등화기를 설치한 Tap-off 들은 비교적
좋은 신호특성을 보였다.
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그림 40 제안 동축케이블 망구조의 시뮬레이션 결과표
그림 41 증폭기 미 사용 Tap-Off 신호분석
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그림 41는 Tap-Off ID T368 구간의 신호 분석 그래프 이다. 하향신호 의 저주파수
대역과 고주파수 대역 모두 양호한 신호품질을 나타내고 있으며 상향신호 또한 양
호한 신호품질을 나타냄을 알 수 있다.
ONU에서 가장 먼 Tap-Off ID 372 구간도 하향신호 21.2/15.7 dBVm이고 상향신호
또한 36.2/35.5 dBVm 으로 양호한 신호품질임을 알 수 있다.
그림 42 등화된 Tap-Off 신호분석
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그림 42과 같이 등화된 Tap-Off의 출력 신호의 레벨은 등화 되지 않은 Tap-Off에
비해 양호한 신호품질을 나타냈으며 이 시뮬레이션의 결과로 증폭기의 미 사용과
Tap-Off의 등화장치를 사용함으로 써 기존 동축케이블 망구조 보다 좋은 신호품질
을 나타냈다.
6. 새로운 동축케이블망 구조의 실험 결과
통방통합과 BcN에 적합한 유선전송망의 구조에 대해 연구를 했다. 정부가 추진하
는 BcN과 그리고 SO를 거점으로 한 통방통합에 적합한 유선전송망을 구축하기 위
해선 기존의 동축케이블망의 구조적인 문제점을 해결해야 한다. 위의 실험을 통해
얻어진 결과로는 ONU 이후 분배망에 최대한 증폭기 사용을 줄여야 하며 ONU의
개수 또한 늘려서 한 ONU당 500세대 이내의 가입자에 분배되게 해야 한다. 또한
동축케이블 신호감쇠에 영향을 미치는 컨넥터의 개수와 동축케이블의 사용거리를
작게 하여 컨넥터와 케이블 내부의 소자의 영향으로 인한 신호감쇠를 줄여야 한다.
인터넷서비스의 전송속도의 경우, 케이블의 길이와 신호감쇠와도 영향이 있으나 근
본적인 문제는 CMTS와 DHCP의 가입자 처리 능력이 먼저 해결이 되어야 한다.
이 실험을 통하여 기존의 동축케이블 망을 현실적인 방법으로 개선하여 신호품질의
개선과 통방통합에 적합한 망구조를 설계하였다.
Ⅶ. BcN과 양방향방송을 위한 동축케이블망
HFC 망구조는 상, 하향 광전송로가 ONU를 거쳐 하나의 동축케이블로 전환되어 댁
내에 인입하게 된다. 케이블TV 대역폭에 인터넷 서비스를 위한 대역이 455 ~ 550
Mhz까지 배정이 되어 있고 DOSIS Ver 1.0 표준방식으로 케이블 모뎀을 통한 인터
넷 서비스를 하고 있다. DOSIS Ver 1.0의 경우 최대 46Mps 이상의 속도를 낼 수
없기 때문에 정부에서 추진하는 BcN에 아직은 부적합하다. 그러나 최근 CISCO에
서 개발한 WIDEBAND 솔루션은 가입자가 최대 인터넷 대역폭을 최대 600Mhz 대
역폭을 할당받고 100Mbps 이상의 전송속도를 기존 HFC망을 사용하여 가능하게
하였다. 이 WIDEBAND 솔루션은 올해 3월 미국에서 DOSIS Ver3.0의 표준이 될
것이라는 예상이다. 양방향방송을 위한 케이블TV는 디지털 케이블TV의 표준화 동
향에 따라 그 방법이 달라지며 케이블TV의 상향신호를 이용하여 T-Commerce와
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빌링 시스템이 가능하다. 2004년 11월에 발표된 정통부 고시안에 따라 케이블TV의
대역폭이 기존 755Mhz에서 850Mhz로 증가하게 되어 지역 SO 또는 DMC를 통해
가입자까지 N-VOD, R-VOD 서비스의 대역폭 할당이 가능하다.
광대역 통신망 구성에 있어 이상적은 HFC망은 기술적인 문제를 제외하곤 광대역통
신과 통방통합을 위한 구성에 아무런 문제가 없음을 실험을 통해 확인을 했다.
현재 기존의 국내의 HFC망이 가입자 증가를 고려하지 않는 망구조를 사업 초기에
구축하여 늘어나는 가입자에 따라 점차로 증가된 간선, 연장 증폭기와 케이블 도달
거리에 따른 선로손실로 신호감쇠가 문제가 되는 것이다.
Ⅷ 결론 및 문제점
HFC망으로 광대역 통신과 케이블 TV의 양방향서비스가 가능하기 위해선 기존의
동축케이블 망구조를 개편할 필요성이 있다. 현재 망구조는 다단증폭과 동축케이블
의 도달거리가 길어짐에 따라 극심한 신호감쇠가 나타나며 그에 따라 인터넷 서비
스 및 케이블TV 화질에 좋지 않은 영향을 미치고 있다.
기존 동축케이블 망구조를 개선하여 HFC망으로 양호한 신호품질을 나타낼 수 있음
을 실험을 통해 알 수 있었다.
하지만 아직 디지털 케이블TV의 표준화가 이루어지지 않았고 WIDEBAND 솔루션
도 DOSIS Ver 3.0으로 검증을 받지 않은 기술이기에 BcN을 위해 적용하기엔 다소
무리가 있다. 하지만 현재 국내에서 검토되고 있는 WDM-PON 방식 또한 마찬가
지로 여러 방식이 존재를 하고 있으며 국제표준화가 되지 않은 상태이다.
이러한 문제점을 해결하기 위해선 현재 독자적으로 DMC를 구축하여 독자적인 방
식으로 전환하고 있는 디지털 케이블TV의 표준화가 시급하고 통방통합이 되기 위
해선 방송위원회와 정통부의 법적문제가 남아 있다.
참고문헌
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[2] (HFC망 현황과 기술. KRnet 2004 Powercom 기술연구소)
[3] BcN을 위한 HFC망 현황과 기술 한양대학교 박승권 교수
[4] 통신학회, 정보통신 15 권 7 호, 전송기술 특집 원고, 1998,6,10,
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[5] HFC 전송망 개요 - 녹성테크
[6] Jung-Wook Lee , Realization of the Fiber-To-The-Home(FTTH)for Telecommunications
and Broadcasting ,The 12thInternational Conference on POF Seattle,
WASeptember 14-17, 2003
[7] 플라스틱 광섬유 동향 및 응용 삼성전자 이 태형 박사
[8] Broadband IT Korea 건설을 위한
광대역통합망 구축 기본계획 2004. 6 정보통신부 광대역통합망과 김정기
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