JPH10504145A - 光パケット処理 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 光網上を搬送される多ビットパケットにはマーカーパルスが含まれている。パケット上でのビットレベル動作に使用するためのビットレートクロックはマーカーパルスの複製により発生される。ビットレベル動作は再度のタイミング、再生、又はデマルチプレクスで成る。マーカーパルスは固定のビット非同期タイミング関係をパケットの他の部分ともつことによって区別できるようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】 光パケット処理 発明の背景 この発明は光網上で搬送される多ビットパケットを処理するための方法及び装 置に関する。典型的なものとして、パケットは超高速２値データ信号で成り、そ のビットレートは10Gbit/s以上であって、例えば電気通信トラヒックを搬送する ものである。 ここでパケットという用語は、非同期パケットであって例えばＡＴＭシステム 内で伝送されるものと、また、同期したデータのパケットであって同期ＯＴＤＭ （光時分割多重）システム内のフレームのようなものの両方を意味している。 超高速２値データ信号は、例えば（ピコ秒）といった超短パルスでその繰り返 し周波数が必要とされるビットレートの約数倍（サブマルチプル）であるような 発生源を用いることにより、リターン・トゥ・ゼロ（ＲＺ）形式ですぐに発生す ることができる。これらのパルスは次にそれぞれが多数の別々な光経路に分けら れ、電気光学的デバイスを用いて変調され、時間遅延され、次に再結合されて、 超高速ビットレートを得るために互いにインターリーブされる[1]。このビット レートは電子回路の速度能力を超えているので、後続の信号処理（再度のタイミ ング、再生、もしくはデマルチプレクスなど）は全光学的技術を用いねばならな い。このためには一般に、データと正確に（ピコ秒での）ビット同期した光クロ ック信号を用意する必要があることになる。 超高速の回路−スイッチをもつ、すなわち同期伝送システムでは、クロック再 生が位相ロックされたループを用いて実行することができるが、これは非同期伝 送システム、とくに非同期パケット-スイッチ（交換）システムでは不可能であ り、その理由は、クロック再生がパケット継続期間の僅かな一部内でパケット毎 に行われなければならないことによる。このためには位相ロックループで極めて 短い捕捉期間(acquisition time)（おそらくは数十又は数百ピコ秒といった短い もの）のものを必要とする。例えば、ある種の集積光デバイスのようなものを用 いて光路長を非常に短くすることによって光位相ロックループ内のループ一周遅 延 (loop roundtrip delay)を短縮することができたとしても、しっかりと位相ロッ クループが動作するには、十分な位相誤差信号品質と十分なロック・イン・レン ジをもってロックを達成するのであるから多数の信号パルスを必要とすることに なる。従って、捕捉時間はパケット交換システム内のパケット継続時間よりも遥 かに長いものとなってしまう。さらに、この時間内にロックが達成できたとして も、短い捕捉時間によって位相ロックループは雑音による妨害に一層感じやすい ものとなってしまう。 これらの問題に照らして、各データパケットの前に櫛状のクロックパルスを送 信することが以前に提案されている[7]。続いて、パケットの信号処理が実行さ れることになる網内の各位置で、光カップラ（結合器）、高速光検出器、電子検 知回路、及び光電子空間スイッチを用いて、櫛状のクロックパルスがデータから 分離される。しかし、このやり方は重大な不利益事項を備えている。第１に、櫛 状クロックパルスの伝送に関係した追加のオーバーヘッド（諸経費）により網の トラヒック容量のペイロード（有料負荷）が高くなることである。これはクロッ ク櫛の比較的短い部分だけを伝送することにより最小化できるが、それでもなお 、クロック櫛とデータパケットとの間に十分に長い時間保護帯(time guard band )を置いて、検知回路内に時間不確定と光電子スイッチの切換え時間とを納める ようにしなければならないことになる。この保護帯は0.5〜1ナノ秒の長さ、すな わち100Gbit/sのデータパケットビットレートにおける50〜100ビット周期に等し い長さを必要とする。第２の不利益は、クロック櫛又はその一部がデータパケッ トと同じ伝送障害にさらされ、例えば増幅器雑音やファイバの音響光学効果など から生ずる振幅雑音やタイミング・ジッタの被害を被ることである[8,9]。この ためクロックパルス列の用途が制限されることになる。 ZhangらがElectronics Letters，Vol.29 No.21，14 October 1993，pp.1871-1 873で開示している別な提案では、ＯＴＤＭ（光時分割多重）パケットから分離 された波長チャンネル上を伝送されるクロックパルスが使用される。クロックパ ルスが別な波長であるから、フレームに対するそれらの位相関係は伝送経路上で の分散の結果として変化している。 Journal of Lightwave Technology，Vol.11 No.5/6，May 1993，pp.829-835に 刊行された論文は、同期したビット流がブロック及びサブブロックに分けられ、 それらが所定パターン内のタイミングビットと共働するようにしたシステムを開 示している。ＡＮＤ及びＯＲゲートと共働する論理処理が数段階ある手段によっ てクロック信号が所定のビットパターンから再生される。発明の要約 この発明を第１の視点から見ると、光網上で搬送されている多ビットパケット を処理する方法が提供されており、その特徴は、パケットと一緒にマーカーパル スが伝送され、またこのマーカーパルスが複製（レプリカ作り）されて、クロッ ク信号がビットレート又はその約数倍（サブマルチプル）で作られてパケットに ついての後の動作で使用される。 この発明は、各パケットから１つのパルス、“マーカーパルス”をとり、それ を使って適切なパルス繰返し周波数でマーカーを複製することによりクロックパ ルス列を作る。帰還ループが含まれていないから、この技術はパケット毎のベー スで最小遅延で使用することができる。先行技術と対比すると、網のオーバーヘ ッドは無視できるほどに小さく（パケット当り約１〜３の追加のビット周期が普 通）、クロックは複雑な論理回路なしに再生できる。さらに、クロックパルスが 大きな精度で作られ、実質的に振幅又はタイミング・ジッタがない。この発明は 非同期システムの範囲にあってとくに優れているのは、上述のように各到来フレ ームに対してクロックを急速に捕捉する必要がないことである。しかも、通常の クロック再生技術として同期ＯＴＤＭフレームで使用されているものよりも優れ ている。 再生されたクロック信号は多ビットパケットの再タイミング用として使われる のが望ましい。 既に述べたように、この発明の方法を用いて作られるクロック信号は実質的に ジッタがない。従って、とくにパケットビットの再タイミングで使用するのに適 している。 再タイミングの段階は、パケット及び再生されたクロックパルス列を非線形光 変調器に導入することを含み、パケットが分散性媒質上に実質的に出力される場 合には、パケットのビットを再タイミングするクロックパルスとパケットとのク ロス位相変調を生じさせる。 パケットビット再タイミングの望ましい形態は、ソリトン・シェパード技術(s oliton-shepherd technology)として本願出願人が出願中の国際特許出願ＰＣＴ ／ＧＢ９３／００８６３（ＷＯ９３／２２８５５）に開示されているものを採用 する。 代わって、あるいは後続のビットレベル処理に加えて、全光学的パケット再生 段を含めてもよい。望ましくは、再生されたクロックパルス列は光スイッチに入 力され、このスイッチが到来するパケットデータ流によってゲートされて、スイ ッチの出力に再生されたデータ流を作る。この光スイッチは、例えば、非線形ル ープミラー（ＮＯＬＭ）でよい。 この方法はマーカーパルス再生段階を含み、そこではパケットからのマーカー パルスが増幅され、フィルタにかけられ、あるいは別の整形がされてから複製に かけられる。 望ましくは、マーカーパルスは固定のビット非同期時間関係をそのパケットの 他のパルスとの間にもつものとする。このマーカーパルスは次にヘッダーの遅延 したバージョンをもつマーカーパルスを含むパケットヘッダーとＡＮＤをとるこ とにより分離され、この遅延はマーカーパルスがＡＮＤゲートでヘッダーの他の パルスと一致するようになっている。 データパケットのタブからマーカーパルスを区別するための代わりの手段には 、マーカーについての識別性をもつ強度又は偏波を使用することが含まれる。識 別性をもつ時間関係を使用するのは一般に好ましいとされ、その理由として、長 い光路にわたる分散のような効果の結果、マーカーパルスがパケットの他のパル スから分離されるという不利益の可能性をこういった代わりの手段が全て備えて いることによる。これに対比して、もしマーカーパルスがその時間的な位置によ って単純に識別されるのであれば、一般にパケットの他のパルスと同様に伝搬が されることになろう。しかし、もし偏波モード分散が無視できないか、ソリトン マーカーを使用するのであれば、そのときはマーカーをその偏波で識別すること が受け入れられる。 この発明を第２の視点から見ると、光網上を伝送される多ビットパケットを処 理するための光回路が提供され、その特徴は、多ビットパケットとともに搬送さ れるマーカーパルスからクロックがパケットビットレート又はその約数倍（サブ マルチプル）で生成されて、パケットに対する後続の動作で使用するようにされ たマーカーパルス複製段階とされる。 この発明を第３の視点から見ると、光網上を搬送される多ビットパケットを処 理する方法であって、その特徴として、パケットとともにマーカーパルスを伝送 し、後にパケットと一緒に搬送されたマーカーパルスから光のワード（単語）が 生成され、パケットをこの光のワードで処理して、処理したパケットを出力する 方法が用意される。図面の説明 例としてだけの目的で、添付の図面を参照しながら以下にこの発明について記 述してゆく。 図１はパケットビット再タイミング用回路の模式図である。 図２ａ及び２ｂはそれぞれ全光学的パケット再生器とその再生器で使用するた めの光スイッチである。 図３はパケット・デマルチプレクサである。 図４ａないし４ｄはマーカーパルスを識別する異なる方法を例示する。 図５ａ及び５ｂはクロックパルスを生成する方法を示す。 図６ａないし６ｃはマーカーパルスを複製するための別の回路を示す。 図７はデマルチプレクサの配置を示す模式図である。 図８は図７の遅延線チップ１の配置を示す。 図９は図７の遅延線チップ２の配置を示す。 図１０は図１及び２の回路内で使用するパルス再生器を示す。 図１１は図２の回路で使用する光スイッチを示す。 図１２は同期ＯＴＤＭパケットの選ばれたチャンネルを再生するための回路を 示す。実施例の記述 全光学的パケット再生器にはマーカーパルス分離器／複製器（１；図２）があ り、到来するＯＴＤＭパケットをその入力で受領する。分離器／複製器１は、例 えばファイバの50:50カップラ（結合器）を用いてパケットの複製を作ることが できる。もとのパケットは次に出力され、後段のスイッチに送られる。カップラ の他の出力に現れるパケットはパケットヘッダー内で搬送されるマーカーパルス を再生して分離するために処理される。マーカーパルスは次にマーカーパルス再 生段２に送られ、さらにマーカーパルス複製器３に進む。ここではマーカーパル ス列はものとビットレートでクロックパルス列を作る。クロックパルス列はもと のパケットでゲートされる光スイッチ４へ入力される。 導入部で述べたように、マーカーパルスをパケットから識別するには各種の可 能な方法があるが、この発明例で採用するのに好ましい技術は、マーカーとして その時間的位置が他のデータパケットとの関係で識別できるものを使用し、とく に固定したビット非同期遅延によってパケットの他部に先行しているマーカーを 使用する。例えば、マーカーとパケットとの間の遅延は、Ｔをパケットのビット 周期とするとき、1.5Ｔとする。この場合、パケットはヘッダーの中にすぐに続 くマーカーパルスとして常に１に設定されている１ビットを含む。このマーカー パルスはパケットから抽出されるもので、パケットとそのパケットの遅延したバ ージョンとを光ＡＮＤゲートに加え、その遅延をマーカーとパケットの最初に続 くビットとの時間差（今の例では1.5Ｔ）に等しく設定して得ることができる。 この過程が図５ａに模式的に示される。 図５ｂは実用上の実現例を示す。この実現例では、ＡＮＤゲートが半導体レー ザ増幅器（ＳＬＡ）である。ＡＮＤゲートへのパケット入力のもとのものと遅延 したバージョンとはＳＬＡ内で、文献[16]に記載されているように、４波混合( ＦＷＭ)により干渉し合う。ＢＴ＆ＤのＭＰＣ１０００のような独立した偏波制 御器がＡＮＤゲートへの２つの入力枝路内に用意されている。固定した遅延が偏 波保存ファイバ54のある長さによって備えられる。ファイバ54の長さはファイバ の２つの偏波固有モードに対する群遅延差が必要とされる遅延1.5Ｔに等しいよ うに選ばれる。典型的な偏波保存ファイバとして、高複屈折ファイバで形式ＨＢ １５００（英国ハンプシャー、チャンドラーズフォードのFibercore社製）で、 ビート長２mm未満、ビットレート100Gbit/sでのパケットについて15ピコ秒の遅 延を与えるのに30ｍより短い長さを必要とするものがある。到来するパケットの 偏波状態がファイバ偏波軸に対して45度傾いたときに線形となるように設定され る。こうして信号を２つの直交偏波成分に分け、各成分がファイバから15ピコ秒 の時間差必要値をもって出射される。これら２つの直交偏波の時間シフトした成 分が光ΛＮＤゲートへの入力信号となる。文献[16]に記述されているように、Ａ ＮＤゲートはポンプ光を必要とし、それが適当な偏波で第２の入力枝路を通って 偏波保存ファイバに結合される。 このようなＡＮＤゲートを備えると、ＡＮＤ信号を出力の他の特徴から分離す るために出力で鋭いフィルタ作用が必要となる。しかし、これが出力パルスプロ フィルに好ましくない広がりを生じさせることになる。これを避けるために、出 力が極めて急峻なエッジをもつ高分解能ファイバ・ブラッグ格子フィルタを用い てフィルタをかけるのがよい。このような格子は、例えば、水素添加（200Bar） の標準通信用ファイバ(Phillips整合クラッド)で正規のコア・クラッド屈折率差 4.5×10^-3をもつものの中に組込むことができる。４mm長の格子が短形のシリカ ブロックと位相マスクとに基づいた干渉計を用いてKashyap R,“Photosensitive optical fibres:Devices and Applications”,Opt.FibreTechnol.，1(1),17-34 ,1994に記述されているように、レプリカを作ることができる。このようなフィ ルタは消滅（エクスティンクション）が64dBよりも大きく、エッジ幅が１nmより も小さく、しかもこのようなフィルタを中間にアイソレータを置いてカスケード と（従属接続）することにより、74dBよりもよい排斥を得ることができる。 マーカーパルスをデータパケットの他部から識別する別な方法は、識別性のあ る強度、又は偏波としてそれぞれ図４ａ，４ｃに示したものを使用することであ る。図４ｂは時間的な位置を用いた好ましい方法を例示している。 マーカーパルスがその偏波状態によって区別される場合、例えば図４ｃでは、 もし偏波としてパケットの他のものと直交していれば、この直交性が伝送中に保 存されることを条件として、マーカーをＳＩＦＡＭ形式ＰＳ１５のような単純な 偏波ビームスプリッタを用いて主パケットから分離することができる。実験事実 によると、偏波直交性は数千キロメートルといった長距離伝送でも保存される。 ノードから出たパケットのヘッドで置き換えられなければならない。図２で述べ たように、また図１で以下に述べるように、これを行うには、破線の光経路を用 いてマーカーパルスの複製が適当な時間遅延をもつ出力パケットと結合するよう な経路をとることになる。 一度再生がされると、マーカーパルスはパルス再生段階により処理される。こ れには、例えば増幅、スペクトルのフィルタ作用、パルス圧縮もしくはソリトン 整形が用いられて、パルス品質が改善される。図１０はパルス品質を改善するた めに光デバイスの非線形伝送特性を用いたマーカーパルス再生の一例を示し、こ れについては"Pulse shaping，compression and pedestal suppression employi ng a nonlinear-loop mirror"K．Smith et al.，Optical Letters，Vol.15 No.2 2,pp.1294-1296(1990)に記述されている。ＮＯＬＭは振幅雑音と背景ペテスタル とをパルスから抑制し、また時間的にも圧縮するために使用される。図１０に示 した回路では、エルビウム・ファイバ増幅器はＢＴ＆Ｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉ ｅｓから入手できるモデルEＦＡ２０００である。バンドパスフィルタは同調可 能なデバイスでＪＤＳ Ｆｉｔｅｌ製のデバイス番号ＴＢ１５０９０Ｂである。 溶融ファイバは型式番号ＳＭＣ０２０２−９−２Ｃ５０／２１２、偏波制御器は 手動制御器形式ＭＰＣ１０００であり、この両者はＢＴ＆Ｄから入手できる。ル ープとして使用されるファイバは長さ200ｍの分散シフト形ファイバで、分散率 が1.6μm波長にあり、群速度分散が1.59μmで-1.6ps/(nm-km)であることはSmith らの文献に記載の通りである。 さらに別なものとして、パルス再生段に到来マーカーパルスによってトリガさ れる光源を備えて、新しく発生する出力パルスを作るものがある。 マーカーパルス複製器は正確なクロックパルスを作るためにマーカーパルスを 複製するための多数の各種技術の１つを使うことができる。図６ａは単一段分離 、遅延及び再生網であり、シリカ・プレーナ遅延線技術[19]を用いて組み立てる ことができる。しかし、これが短いクロックパルス列に適しているものの、パル ス列が約８パルス長よりも大きい場合、単一段の網はその構造が非実際的になる 。そこで図６ａに示すように、２値のスプリット遅延結合段を幾つか連結したも の を用いるのがよい。log₂n段を用いると、単一の入カパルスは一定のパルス間隔 Ｔをもったｎのパルス列に変換される。この配置は２値スプリットと結合比を50 :50とは異なるように選んで各段で伝送損失の非対称を補償するようにできる。 エルビウムをドープしたファイバ増幅器ＪＤＳフィルタ形式ＥｒＦＡ−１０００ のような光増幅器を段階間に挿入して、真性及び外来性損失の両方を補償するた めに必要とされる構成とすることができる。 図６ｃに示した別なやり方では、増幅した再循環（１周の繰返し）ループ装置 を用いて入力パルスを複製するようにしている。これは、光利得を有する短い再 循環遅延線で成る。マーカーパルスの断片（一部）はカップラ（Ｃ）を通ってル ープに入り、光増幅器（Ａ）により提供される利得とともにループを循環し続け る。ループの１循環と関係する時間遅延はパケットのビット周期もしくはその整 数倍に等しい。１ビット周期の遅延は最高ビットレートでは非実際的かも知れな い。例えば100Gbit/sのビットレートで動作している場合、必要とされる周遊時 間はわずか10psとなり、ループ長は２mm以下ということになる。ビットレートの 約数倍でパルス列を作るようにマーカーを複製するのがより実際的であろう。例 えば、100GHzクロックの10番目毎のパルスを複製する場合（パルス複製期間＝10 ×10ps＝100ps）、必要とされるループ長は約15-20mm（すなわちループの直径は およそ６mm）となる。実際のループ長はその素材の屈折率に依存する。ループが シリカ・プレーナ遅延線（文献[19]）で成り、増幅器／スイッチとして半導体光 増幅器を使用することを考えた場合、(L1×n1＋L2×n2＋L3)/c＝Tが求められる （L1は屈折率n1のシリカ・プレーナ遅延線の経路長、L2は屈折率n2の半導体光増 幅器装置の経路長、L3はシリカ・プレーナ遅延線と半導体装置との間の大気中の インターフェースの全経路長、ｃは真空での光の速度、Ｔは必要とされる光の周 遊時間である）。次に、例えばT＝100ps，n1＝1.5（シリカの屈折率），n2＝４ （典型的な半導体），L2＝0.5mm（典型的な半導体装置の長さ），L3＝0.5mmとす ると、L1＝18.17mmが求められる。全ビットレートかつパケットと同じ長さのパ ルス列を得るようにマーカーパルスを複製したい場合（およそ数百パルスの列と 考えられる）、再循環ループ（図６）と先の受動複製段階（図６ａ又は６ｂ）と を組合わせるのが有効であろう。例えば、受動複製段階を使用し て全ビットレート100Gbit/sで10パルスの列を作る場合、再循環ループの周遊時 間はビット周期の10倍となるように選ばれる（すなわち先の例では100ps）。よ って、10パルスが継続的にループを循環し、出力には100Gbit/sの連続パルス列 が送られる（半導体増幅器／スイッチがオフにされるまで継続する）。半導体光 増幅器スイッチは、例えばＢＴ＆Ｄの形式ＳＯＡ１１００／３１００でよい。 理想的には、カップラは３dBカップラであり、増幅器利得は３dBを得るように 設定される。これによって、到来するマーカーの半分の強度をもった同一強度の クロックパルス列がもたらされる。増幅器はパケット毎のベースで電気的にゲー トできるように設計される。これには１ns以下程度の応答時間が必要であり、こ のために半導体増幅器は適切な装置とする。これにより、次に到来するパケット に備えて複製器を迅速に消滅させることができる。 図２に示す光スイッチは図１１に示すように構成することができる。図１０の 再生回路を用いた場合、再生されたマーカーパルスは到来するマーカーと同じ波 長のものである。これは、光スイッチへの２つの入力が同じ波長であることを意 味する。同波長で制御及び切換え信号と共働するのに適した光スイッチは、N.A. Whitaker et al.に記述されているように、非線形ループミラー（ＮＯＬＭ）の 形をとる（"All optical arbitrary demultiplexing at 2.5Gbit/s with tolera nce to timing jitter”，Optical Letters，Vol.16 No.23，pp.1838-1840，Dec ember1991）。ここでは、波長よりも偏波が信号を区別する。図１１のスイッチ では、 ＰＣ＝ＭＰＣ１０００ ＰＭＣ＝比50:50の４ポート偏波維持用ファイバカップラで、減衰率15dB以上 、余分の挿入損失1.5dB未満、特注品として入手可能。 ＰＢＳ=形式ＰＢ１００−３Ｎ−１５−ＮＣの偏波分離器／結合器、ＪＤＳ Ｆｉｔｅｌ製。 ＰＰＦ＝同じ長さの３つの偏波保存ファイバ、全長500ｍ。 ＣＡＳ＝交差軸ファイバスプライス。 図１はソリトン・シェパード動作を使用したパケットビット再タイミング回路 を示す。ソリトン・シェパード動作の基本技術は本願出願人の先行する国際特許 出願ＰＣＴ／ＧＢ９３／００８６３に記載かつクレームされている。非線形光媒 体（ＮＯＭ）内でクロック及びソリトンデータ流をオーバーラップする（重ねる ）と、クロックパルスにより非線形位相プロフィルΔΦ(T)がソリトンに押付け られる。ソリトンの粒子状の性質により、押付けられた位相変調はパルス全体に 分散され、その搬送周波数の全シフトがもたらされる。周波数シフトの大きさは クロックパルスに対するソリトンの位置に依存する。この位相変調に続いて適切 な分散（Ｄ）を有する媒体上にソリトンが出力されると、押付けられた周波数シ フトはタイミング内の応答するシフトに変換される。従って、クロックはクロッ クパルスにより定められた時間スロットの中央へとソリトンを誘導する役割をす る。 この例では、ＮＯＭは光ファイバ（伝送リンクに使用したのと同じファイバ） の長さである。非線形過程は交差位相変調（ＸＰＭ）の過程である。押付けられ た位相プロフィルは、(i)クロックパルス幅、(ii)信号とクロックパルスとの間 の群遅延差（ウォーク・オフ）に依存する。ＸＰＭは伝送リンク内部にあるソリ トン支持分散（正極群遅延分散）と組合わせて、両者共にソリトンビットを一時 的に誘導する役割を果たす。A.E.Siegmanの"Lasers"(Univ.Science Books，1986 ),Chap.27の中でＦＭレーザのモードロック作用について記述されているのと同 様のやり方で、伝送中における増幅器雑音の蓄積もまた位相変調とスペクトルフ ィルタとの相互作用の結果として抑制される。 上述の光再生器では、最初にパケットからマーカーパルスが分離される。図１ には例示していないが、先の実施例では再生されたマーカーパルスにパルス形成 を適用することができる。次にマーカーパルスは複製器に送られ、そこでパケッ トビットレートのクロックパルス列を生成する。ここでも、光生成器に関して上 述した複製の技術のいずれもが使用される。複製器により作られたビットレート のクロックパルス列はクロック信号を送り、これがＮＯＭに入力されるとともに ソリトンデータ流がデータ流の個々のビットを“誘導”して、それにより再び時 間合わせする。 ＮＯＭの光ファイバは偏波保存ファイバでよい。この場合、２つの入力パルス 流、すなわちデータ流及びクロックパルス列は、偏波ビーム結合器／分離器を用 いて直交偏波状態でファイバに発射される。 ファイバＮＯＭを使用する代わりに他の非線形媒体を用いてもよい。とくに、 移動波半導体レーザ増幅器を用いることができる。 図３はこの発明を用いたシステムの第３の実施例を示す。図示の回路は全光パ ケットデマルチプレクサである。到来する高速データパケットに含まれるデータ は多重が解かれて幾つかのより低いビットレートのチャンネルを作る。従来の光 電子受信機及び電子処理システムを用いて次にこのチャンネルにアクセスするこ とができる。全体としてデマルチプレクサは直列対並列変換器として実際に機能 する。 上述の実施例のように、到来するパケットはマーカーパルスを出力するマーカ ーパルス分離器/複製器を経由するが、このマーカーパルスが複製されて、その パケットビットレートもしくはＭ（Ｍ＝1,2,3,4……）に分けられたパケットビ ットレートのクロックパルス列が作られる。もとのパケットはマーカーパルス分 離器／複製器から、パケットをｍとおり（ｍはデマルチプレクスされた出力チャ ンネルの数）に分割した枝部に送られる。枝部の各々は異なるそれぞれの遅延T1 ,T2……Tmと関係している。各枝部はそれぞれの光ＡＮＤゲートA1,A2……Amと接 続されている。各光ＡＮＤゲートへの第２の入力は、マーカーパルス複製器から のクロックパルス列出力を搬送しているそれぞれの枝部により提供される。 もとのデータパケットを搬送している各枝部内の遅延T1,T2……Tmは、パケッ トデータ及びクロックパルスが次のシーケンスでＡＮＤゲートに到達するように 選ばれる:すなわち、クロックパルスがパケットビット1，m+1，2m+1……と同期 して第１のＡＮＤゲートに到達し、またクロックパルスがパケットビット2,m+2 ，2m+2…と同期して第２のΛＮＤゲートに到達するといったようなシーケンスで ある。従って、ＡＮＤゲートからの各出力はもとのパケットのビットレートの1/ mのものとなる。 ＡＮＤゲートは４波混合（ＦＷＭ）を用いたＳＬＡとすることができ、これは 1994年９月30日に出願された我々の同時継続欧州特許出願ＮＯ．９４３０７１８ ８．６に記述かつクレームされている。 この回路を用いたデマルチプレクスのための機構はForghieriら[15]によって 提案されたものと類似しているが、ローカルクロックがどのように得られるかに ついて異なっている。[15]において、Forghieriらはローカルクロックがどのよ うにして生成されるかについて記述していないが、後の論文[7]において、伝送 されたクロックパルス櫛をパケットと共に使用することを提案しており、前の導 入部で述べたようにこれは重大な不利益を被る技術である。 図７は、100gbit/sの光パケットをデマルチプレクスすることができる図３の 回路の実施例を示す。この回路では、図５ｂを参照して上述したような光ＡＮＤ ゲートに接続された偏波保存ファイバをマーカーパルス分離段階で使用する。パ ルスは次にシリカ・プレーナ遅延線チップＣＨＩＰ１内で複製される。ここでは 図６ｂに示したトポロジイ（m＝16を得る４段階を有する）が使用される。それ は各マーカーパルスに応答して、80psのパルス間隔をもつ16パルスのパルス列を 出力する。ＣＨＩＰ１に対する遅延線の図が図８に示される。16mmなどの数字は 、各段階に対する光経路の差異をmmで示したものである。 ＣＨＩＰ１により出力されたパルス列は次に光ポンプと共にＣＨＩＰ２の入力 ２へ入力される。光パケットはＣＨＩＰ２の入力１で受領される。これら２つの 入力は、１つは装置と水平に、もう１つは直角に、直交方向で線形に偏波される 。所望の偏波は各経路内のファイバ偏波制御器を適切に設定することによって作 られる。本願発明者による調査では、シリカ・プレーナ遅延線導波路は、装置の 平面に対して垂直な偏波軸と、偏波保存（高複屈折）光ファイバに対する典型的 な値と同様の複屈折ビート長とに保存されている偏波であることが示されている 。したがって、ＣＨＩＰ２内の入力信号の偏波状態は出力への伝搬の間保存され 、ここには、光ＡＮＤゲートに対する能動装置の役割を果たす８つの半導体光増 幅器が配置されている。ＣＨＩＰ２での２つの入力はそれぞれ８つの別個の導波 路に分割され、その後、図３の模式図に対応するトポロジイを用いて２つ１組に 再結合される。第１入力１のガイドは第２入力２のガイドと結合されるといつた 具合である。チップは、パケットとクロックとの間の相対的な時間遅延が10psの 段階で０から70psへ増大するように設計される。したがって、第１のＡＮＤゲー トからの出力はパケットビット１，９，17を再生し、第２のＡＮＤゲートの出力 はパケットビット２，10，18を再生し、……といったようになる。したがって、 下方変換された（デマルチプレクスされた）ビットレートは100/8＝12.5Gbit/s であり、これは、ＢＴ＆Ｄの形式ＰＤＣ４３１０ＰＩＮフオトダイオードのよう な入手可能な光検出器の動作範囲である。 本発明を実現する方法及び装置は、1994年11月18日に出願された我々の先行す る同時継続欧州特許出願（名称:“光電気通信網(Optical Telecommunication Ne twork)”）に記述かつクレームされているハイブリッド・タイミング機構と組合 わせて有効に使用することができ、ここではその内容を参照することとする。ハ イブリッド・タイミング機構は、広域的なパケットレベルクロックと、より精度 の高い局地的なビットレベルクロックとの両方を使用する。この発明のマーカー ビット複製技術は局地的なビットレベルクロックを作るために使用することがで きる。 マーカーパルスを複製して標準のクロックパルスを作ることに加えて、マーカー パルスを使用して任意のワードを作ることができる。例えば、同期ＯＴＤＭシス テムでは、網を形成するワードへマーカーパルスを送り込み、所望のチャンネル に対応するビット位置でパルスを用いて任意のワードを作ることができる。次に そのワードは上述の回路を用いて選ばれたチャンネルを再タイミング／再生もし くはデマルチプレクスするのに使用される。適切なワード形成網はＷＯ９４／２ １０８８（ＰＣＴ／ＧＢ９４／００３９７）に記述されている。図１２はこの種 の回路を示し、３’がワード形成網である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年６月１８日 【補正内容】 請求の範囲 １． 光網上で搬送される多ビットパケットを処理する方法であつて、パケット と共にマーカーパルスを伝送し、該マーカーパルスを複製し、かつ、該マーカー パルスを複製する段階に続いて、パケットに対する後続の動作で使用するために ビットレート又はその約数倍でクロック信号を作ることを特徴とする方法。 ２． さらに、クロック信号を使用して多ビットパケットを再タイミングするこ とで成る請求項１に記載の方法。 ３． 再タイミングの段階において、パケット及びクロック信号を非線形光変調 器に導入し、該非線形光変調器内でパケット及びクロック信号を交差位相変調し 、次にパケットを分散媒体上に出力することを特徴とする請求項２に記載の方法 。 ４． パケット再生段階を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項 に記載の方法。 ５． 前記パケット再生段階において、回復したクロック信号が光スイッチに入 力され、該光スイッチは多ビットパケットによってゲートされ、それにより該ス イッチの出力で再生されたデータ流を作ることを特徴とする請求項４に記載の方 法。 ６． 前記光スイッチが非線形ループミラー（ＮＯＬＭ）であることを特徴とす る請求項５に記載の方法。 ７． マーカーパルス再生段階であって、パケットからのマーカーパルスが複製 の前に増幅されるか、フィルタされるか、もしくは整形される段階を含むことを 特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法 ８． マーカーパルスはパケットの他のパルスとの固定的な時間関係によって他 のパルスと区別されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記 載の方法。 ９． マーカーパルスはパケットの他のパルスとビット非同期の時間関係を持つ ことを特徴とする請求項８に記載の方法。 １０． マーカーパルスは該マーカーパルスを含むパケットヘッダと該パケット ヘッダの遅延バージョンとのＡＮＤをとることによって分離され、遅延はマーカ ーパルスがへッダの別のパルスとＡＮＤゲートで一致するようにされていること を特徴とする請求項９に記載の方法。 １１． 再生したクロックを用いてデマルチプレクサをクロックする段階を含む ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法。 １２． 前記デマルチプレクサをクロックする段階は、それぞれ整数のビット周 期分だけ異なる遅延を有する複数のパケットのコピーとクロック信号とのＡＮＤ をとることを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。 １３． 光網上で搬送される多ビットパケットを処理するための光回路であって 、多ビットパケットと共に搬送されるマーカーパルスから、パケットに対する後 続の動作で使用するためにパケットビットレート又はその約数倍でクロックを生 成するようにされたマーカーパルス複製段階（１）を特徴とする光回路。 １４． 請求項１３に記載の回路を含む光パケット再タイミング装置。 １５． 請求項１３に記載の回路を含む光パケット再生器。 １６． 請求項１３に記載の回路を含む光パケットデマルチプレクサ。 １７． 光網上で搬送される多ビットパケットを処理する方法であつて、パケッ トと共にマーカーパルスを伝送し、次にパケット共に搬送されるマーカーパルス から光のワードを生成し、パケットを該光のワードで処理し、かつ、処理したパ ケットを出力することを特徴とする方法。 １８． パケットを処理する段階において、パケットは光スイッチ内で光のワー ドによってゲートされることを特徴とする請求項１７に記載の方法。 １９． パケットを処理する段階において、パケットの選ばれたチャンネルがデ マルチプレクスされることを特徴とする請求項１７に記載の方法。 ２０． マーカーパルスはパケットの他のパルスとの固定的な時間関係により他 のパルスと区別されていることを特徴とする請求項１７乃至１９のいずれか１項 に記載の方法。 ２１． マーカーパルスは他のパルスとビット非同期の時間関係を持つことを特 徴とする請求項２０に記載の方法。 ２２．パケットが同期ＯＴＤＭ（Optical Time-Division-Multiplexed:光時分割 多重）フレームであり、マーカーパルスから形成された光のワードは該ＯＴＤＭ フレームの選ばれたチャンネルと対応するビット位置にパルスを有することを特 徴とする請求項１７乃至２１のいずれか１項に記載の方法。 ２３． 光網上で搬送される多ビットパケットを処理するための光回路であって 、マーカーパルスをパケットから分離するようにした分離器段階（１）と、マー カーパルスから光のワードを形成するようにしたワード形成段階（３’）と、パ ケットを光のワードで処理するための処理段階（４）とを特徴とする光回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ９４３０６０１５．２ (32)優先日 1994年８月15日 (33)優先権主張国 欧州特許機構（ＥＰ） (31)優先権主張番号 ９４１９６７９．７ (32)優先日 1994年９月28日 (33)優先権主張国 イギリス（ＧＢ） (31)優先権主張番号 ９４３０８５２３．３ (32)優先日 1994年11月18日 (33)優先権主張国 欧州特許機構（ＥＰ） (31)優先権主張番号 ９４３０８５６８．８ (32)優先日 1994年11月21日 (33)優先権主張国 欧州特許機構（ＥＰ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＣＡ，ＣＮ，ＪＰ，Ｋ Ｒ，ＵＳ (72)発明者 スミス、 ケビン イギリス国、 アイピー９・２エルエヌ、 サフォーク、イプスウィッチ、 アーウ ォートン、 チェリー・ツリー・コテージ （番地無し) (72)発明者 ルーセク、 ジュリアン・カジミールズ イギリス国、 アイピー４・１ピーエル、 サフォーク、イプスウィッチ、 ウェル スレイ・ロード 52 (72)発明者 ロジャース、 デイビッド・カーネギー イギリス国、 アイピー４・５ディーエ フ、 サフォーク、イプスウィッチ、 セ ント・ジョンズ・ ロード 33、ダグラ ス・ハウス

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 光網上で搬送される多ビットパケットを処理する方法であって、パケット と共にマーカーパルスを伝送し、該マーカーパルスを複製し、かつ、パケットに 対する後続の動作で使用するためにビットレート又はその約数倍でクロック信号 を作ることを特徴とする方法。 ２． さらに、ビットレートクロック信号を使用して多ビットパケットを再タイ ミングすることで成る請求項１に記載の方法。 ３． 再タイミングの段階において、パケット及び再生したクロックパルス列を 非線形光変調器（ＮＯＭ）に導入し、次にパケットが分散媒体上に出力されると きにパケットの交差位相変調及びクロックパルス列がパケットのビットを再タイ ミングすることを特徴とする請求項２に記載の方法。 ４． パケット再生段階を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項 に記載の方法。 ５． パケット再生段階において、再生したクロックパルス列が光スイッチに入 力され、光スイッチはパケットデータ流によってゲートされ、それにより該スイ ッチの出力で再生されたデータ流を作ることを特徴とする請求項４に記載の方法 。 ６． 光スイッチが非線形ループミラー（ＮＯＬＭ）であることを特徴とする請 求項５に記載の方法。 ７． パケットからのマーカーパルスが複製の前に増幅されるか、フィルタされ るか、もしくは整形されるマーカーパルス再生段階を含むことを特徴とする請求 項１乃至６のいずれか１項に記載の方法８． マーカーパルスはパケットの他の パルスとの固定的な時間関係によって他のパルスと区別されていることを特徴と する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。 ９． マーカーパルスはパケットの他のパルスとビット非同期の時間関係を持つ ことを特徴とする請求項８に記載の方法。 １０． マーカーパルスは該マーカーパルスを含むパケットヘッダと該ヘッダの 遅延バージョンとのＡＮＤをとることによって分離され、遅延はマーカーパルス がヘッダの別のパルスとＡＮＤゲートで一致するようにされていることを特徴と する請求項９に記載の方法。 １１． 再生したクロックを用いてデマルチプレクサをクロックする段階を含む ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法。 １２． 前記デマルチプレクサをクロックする段階は、それぞれ整数のビット周 期分だけ異なる遅延を有する複数のパケットのコピーとクロック信号とのＡＮＤ をとることを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。 １３． 光網上で搬送される多ビットパケットを処理するための光回路であって 、多ビットパケットと共に搬送されるマーカーパルスから、パケットに対する後 続の動作で使用するためにパケットビットレート又はその約数倍でクロックを生 成するようにされたマーカーパルス複製段階（１）を特徴とする光回路。 １４． 請求項１３に記載の回路を含む光パケット再タイミング装置。 １５． 請求項１３に記載の回路を含む光パケット再生器。 １６． 請求項１３に記載の回路を含む光パケットデマルチプレクサ。 １７． 光網上で搬送される多ビットパケットを処理する方法であって、パケッ トと共にマーカーパルスを伝送し、次にパケット共に搬送されるマーカーパルス から光のワードを生成し、パケットを該光のワードで処理し、かつ、処理したパ ケットを出力することを特徴とする方法。 １８． パケットを処理する段階において、パケットは光スイッチ内で光のワー ドによってゲートされることを特徴とする請求項１７に記載の方法。 １９． パケットを処理する段階において、パケットの選ばれたチャンネルがデ マルチプレクスされることを特徴とする請求項１７に記載の方法。 ２０． マーカーパルスはパケットの他のパルスとの固定的な時間関係により他 のパルスと区別されていることを特徴とする請求項１７乃至１９のいずれか１項 に記載の方法。 ２１． マーカーパルスは他のパルスとビット非同期の時間関係を持つことを特 徴とする請求項２０に記載の方法。 ２２．パケットが同期ＯＴＤＭフレームであり、マーカーパルスから形成された 光のワードは該ＯＴＤＭフレームの選ばれたチャンネルと対応するビット位置に パルスを有することを特徴とする請求項１７乃至２１のいずれか１項に記載の方 法。 ２３． 光網上で搬送される多ビットパケットを処理するための光回路であって 、マーカーパルスをパケットから分離するようにした分離器段階（１）と、マー カーパルスから光のワードを形成するようにしたワード形成段階（３’）と、パ ケットを光のワードで処理するための処理段階（４）とを特徴とする光回路。