KR19990087351A

KR19990087351A - 광 네트워크 및 그 운영 방법

Info

Publication number: KR19990087351A
Application number: KR1019980706760A
Authority: KR
Inventors: 케빈 스미스; 줄리언 카지미어즈 루섹; 대니 로버트 핏처; 테렌스 위다우슨; 데이빗 그레이엄 무디; 앤드류 데이빗 엘리스
Original assignee: 내쉬 로저 윌리엄; 브리티쉬 텔리커뮤니케이션즈 파블릭 리미티드 캄퍼니
Priority date: 1996-02-26
Filing date: 1997-02-25
Publication date: 1999-12-27
Also published as: JP2002516043A; NZ331214A; WO1997031436A1; NO983894D0; EP0883938A1; NO983894L; CA2245716A1; AU732674B2; AU1888297A

Abstract

본 발명은 광 네트워크 및 그 운영 방법에 관한 것으로, 광 네트워크는 광섬유 버스와 같은 광전송매체와 연결된 다수의 노드를 포함하고, 노드 각각은 다크 펄스 생성기를 포함하며, 여러 노드들은 여러 타임슬롯내 다크 펄스를 전송매체상으로 출력하여, 다크 펄스 OTDM 신호를 형성하고, 네트워크는 리엔트런트 버스 토폴로지를 가질 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

광 네트워크 및 그 운영 방법

본 발명은 TDMA(Time Division Multiple Access) 신호를 전달하는 광 네트워크 및 그러한 네트워크의 노드에서 사용하기 위한 전송기 및 수신기에 관한 것이다.

본 발명을 실시하는 네트워크는 예를 들어, 컴퓨터 시스템을 상호연결하는 LAN(local area network)으로서 사용될 수 있다. 프로세서 속도 및 기억용량 측면에서의 컴퓨터 시스템의 성능 증가는 종래의 PC가 실시간 비디오 및 애니메이션과 관계된 멀티미디어 애플리케이션 및 컴퓨터 그래픽을 처리할 수 있도록 한다. 그러한 애플리케이션과 관련된 높은 대역폭 데이터는 네트워크에 과도한 요구를 하게 되고, 종래의 LAN의 성능은 보조를 맞추지 못한다.

동기 TDMA를 사용하는 광 네트워크는 잠재적으로 매우 더 높은 대역폭을 제공하고, 그래서 종래 LAN을 대체하기 위해 고속의 LAN으로서 사용될 수 있다. 그러나, 현존하는 광 네트워크에서, 신호 전송이 광적 도메인내에서 처리되어온 반면, 실제로 일부 전자 회로는 채널 선택과 같은 기능을 위해 요구되어 왔다. 그러한 네트워크 하부구조의 전자적 성분은 네트워크의 성능을 제한하는 병목(bottleneck)을 구성한다.

L.P.Barry외 다수의 ECOC '95 437-440페이지의 "A High Speed Broadcast and Select TDMA network Using All-Optical Demultiplexing"에서는 실험적인 OTDM 네트워크를 설명하고 있다. 네트워크 노드내 수신기에서, 광 클럭 신호가 검출되고, 특정한 TDMA 채널을 선택하기 위해 검출된 클럭 신호로 전자 도메인내 가변 지연이 적용된다. 펄스 셰이핑 후, 로컬 광 소스, DFB 레이저를 구동하므로써 광 도메인내로 신호가 취해지고, 상기 레이저는 잇따른 모든 광 스위칭 스테이지에서 사용하기 위한 광신호를 생성한다.

Prucnal외 다수의 "Ultrafast all-optical synchronous multiplex access fibre networks"(IEEE Journal on Selected Areas in Communications, SAC-4, no.9, 1986. 12)에서는 다양한 지연 및 다양한 TDMA 채널이 광 도메인에서 선택되는 대안적인 접근을 제안한다. 광신호는 각각이 다른 특성의 지연을 갖는 여러 경로 사이에서 나눠지고, 각각의 경로내 전기광학 게이트는 신호가 요구된 지연을 갖는 경로를 통해서만 전달되도록 제어된다.

본 발명의 제 1 측면에 따르면,

a) 광전송매체; 및

b) 광전송매체와 연결된 다수의 노드로 이루어지고,

다수의 노드 각각은 광전송매체와 인라인으로 연결되고 다크 펄스 생성기외 다른 요소와 일렬로 연결되며, 전송매체상에서 전달된 광신호에 다크 펄스를 생성하도록 배치되는 각각의 다크 펄스 생성기를 포함하는 광 네트워크가 제공된다.

본 명세서에서, "다크 펄스(dark pulse)"는 본질적으로 연속적인 광 방사 버스트 또는 라이트빔내에서 감소된 휘도 방사 영역 또는 일시적인 갭을 의미한다. 브라이트 펄스 대신 다크 펄스를 사용하는 이점은 후술되는 설명에서 논의될 바와 같이 광신호 생성이 간단하다는 것이다. 또한, 크로스토크를 최소화하기 위해 펄스 정렬이 다크 펄스 OTDM에 중요한 것으로 유지되는 동안, 성공적인 다크 펄스 OTDM 전송에 필요한 소광비는 브라이트 펄스 OTDM에 요구되는 소광비보다 일반적으로 작다.

대개 각각의 노드는 전기적 도메인내 네트워크 클럭 신호로 가변 지연을 적용하도록 배치되고, 그 출력에서 다크 펄스 생성기와 연결되는 가변 지연 스테이지로 이루어진다.

발명자들은 전기적 도메인내에서 채널 선택과 다크 펄스 생성을 결합하여 사용하는 것이 특히 유리하다는 것을 발견했다. 이것은 노드 구조를 간소화하는 반면, 예를 들어 40Gbit/s와 같은 높은 비트율의 효과적인 작동을 가능하게 한다.

대개, 각각의 노드는 전송매체상에 전달된 네트워크 클럭 신호를 수신하고, 클럭 신호를 전기 도메인으로 변환하는 광전자 검출기를 포함하는 클럭 수신기로 이루어진다.

대개, 전기광학 변조기는 EAM(electro-absorption modulator)이다.

본 발명자는 선택된 채널을 읽기 위해 전기광학 스위치를 빠른 비선형적으로 사용하여 전기 도메인내 채널 선택을 결합하므로써 눈에 띄는 이점이 성취될 수 있다는 것을 발견했다. 특히, 일반적으로 모든 광적 채널 선택과 관련된 전력 손실없이 비교적 높은 스위칭 속도가 얻어질 수 있다. 그러한 장치의 빠른 응답 시간은 몇 ㎰정도로 짧은 스위칭 위도우를 가능하게 한다. 따라서, 전체적으로 수신기는 40Gbit/s 또는 그 이상의 비트율로 작동할 수 있다.

대개, 수신기는 수신된 TDMA 데이터스트림으로부터 광적 도메인에서 클럭 신호를 분리하는 수단을 포함한다. 대개, 상기 분리 수단은 편광 빔 스플리터로 이루어지고, 사용중에 클럭 신호는 다른 편광 상태에 의해 TDMA 데이터스트림으로 표시된다.

대개, 분리 수단의 제 1 출력은 전기광학 변조기의 광입력과 연결되고, 사용중에 TDMA 데이터는 제 1 출력으로부터 변조기로 전달되며, 분리 수단의 제 2 출력은 검출기와 연결되고, 사용중에 광 클럭 신호는 제 2 출력으로부터 검출기로 전달된다.

대개, 임펄스 생성기는 가변 지연 스테이지의 출력과 전기광학 변조기의 제어 입력 사이에서 연결된다.

전기광학 변조기는 지연 스테이지에 의한 그들 출력보다 어느정도 짧은 펄스를 갖는 구동신호를 요구할 수 있다. 이러한 경우, 일부 펄스 셰이핑 형태가 유리하게 사용될 수 있고, 특히 지연 스테이지의 출력은 전기적 임펄스 생성기로 적용될 수 있다. 이것은 사인 곡선으로부터 짧은 전기적 펄스를 생성하기 위해 단계 복구 다이오드를 사용하는 장치가 될 수 있다.

대개, 가변 지연 스테이지는 다수의 논리 게이트, 각각의 데이터의 제 1 입력과 클럭 신호를 위한 입력 경로를 연결하는 수단, 각각의 게이트의 제 2 입력과 연결된 제어 수단, 및 지연된 클럭 신호를 위한 출력 경로와 게이트의 출력을 공통으로 연결하는 수단으로 이루어지고, 출력 경로와 게이트 출력을 연결하는 수단은 다른 게이트를 통해 각각의 다른 경로 길이를 제공하도록 배치되는 각각의 입출력 경로와 게이트의 입출력 경로를 연결하고, 제어 수단은 사용중에 클럭 신호를 위한 대응하는 지연 및 경로를 선택하기 위해 게이트로 제어 신호를 적용한다.

본 발명의 적절한 특징은 통합된 구성에 적절한 전자 채널 선택기를 제공하고, 신속한 재구성이 가능하도록 논리 게이트 배열을 사용하는 것이다. 이 채널 선택기는 본 발명의 제 1 측면에 따른 수신기로의 적용성에 제한되지 않지만, 다른 수신기 디자인, 또는 노드 전송기에서 사용될 수 있다. 특히, 모든 광 스위치가 본 발명의 제 1 측면의 전기광학 변조기 대신 사용된 수신기내 로컬 광소스와 결합될 수 있다.

대개, 입력과 출력을 연결하는 상기 수단중 적어도 하나는 마이크로스트립 지연 회선으로 이루어진다. 대개, 입력과 출력을 연결하는 수단은 한쌍의 마이크로스트립 지연 회선으로 이루어지고, 게이트들은 마이크로스트립 지연 회선쌍 사이에서 연결된다.

대개, 마이크로스트립 지연 회선상의 게이트의 게이트 입력측상에서의 인접한 연결은 t/2에 대응하는 경로 길이에 의해 분리되고, 마이크로스트립 지연 회선상의 게이트의 게이트 출력측상에서의 인접한 연결은 t/2에 대응하는 경로 길이에 의해 분리되며, 사용중에 게이트는 t를 곱한만큼 지연을 변화하기 위해 제어되고, 이때 t는 TDMA 신호의 타임 도메인내에서 간격을 두고 있는 채널에 대응한다.

대개, 광전송매체는 광버스이고, 특히 광버스 토폴로지를 갖는다.

후술된 실시예에 상세히 설명된 바와 같이, 다크 펄스 생성의 사용은 버스 토폴로지를 이용하는 네트워크에 특히 잘 적응된다는 것이 밝혀졌다. 이것은 다른 노드내 다크 펄스 생성기가 OTDM 멀티플렉스를 설계하도록 일렬로 효과적으로 연결되도록 한다. 동시에, 버스 토폴로지는 스타 네트워크와 같은 다른 토폴로지와 관련된 많은 타이밍 문제를 제거한다.

본 발명의 제 2 측면에 따르면,

a) 다수의 노드중 한 노드에서, 광전송매체에서 전달되는 광신호상에 데이터 스트림을 나타내는 다크 펄스를 부과하는 단계; 및

b) 연속적인 노드에서, 단계 (a)에서 부과된 다크 펄스를 포함하는 광신호를 수신하고, 각각의 다른 타임슬롯내의 광신호상에 다크 펄스를 부과하여, OTDM(optical time division multiplexed) 신호를 생성하는 단계로 이루어지는, 광전송매체와 연결된 다수의 노드를 포함하는 광 네트워크의 운영 방법이 제공된다.

본 발명은 또한 제 1 및 제 2 측면에 따른 수신기를 구현하는 광 네트워크 및 그러한 네트워크를 사용하여 구성된 다른 컴퓨터 네트워크 및 LANs을 포함한다.

지금부터 첨부한 도면을 참조하여 예의 방법으로 본 발명을 실시하는 시스템을 좀더 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 광 네트워크의 개략도,

도 2는 도 1의 노드들 중의 한 노드의 구조를 나타내는 도면,

도 3은 도 1의 네트워크에서 사용하기 위한 전송기의 개략도,

도 4는 도 1의 네트워크에서 사용하기 위한 수신기의 개략도,

도 5는 전기적 채널 선택기를 위한 회로도,

도 6은 로컬 광소스를 갖는 전기적 채널 선택기의 사용을 설명하는 도면,

도 7은 도 6의 토폴로지를 기초로 하는 수신기의 상세한 개략도,

도 8은 펄스 소스의 개략도,

도 9는 하나의 EAM을 구현하는 다크 펄스 생성기를 설명하는 도면,

도 10은 EAM의 일반적인 작동 특성을 나타내는 그래프,

도 11은 도 9의 시스템에 의해 제공된 광출력 신호를 나타내는 도면,

도 12는 3개의 EAMs을 구현하는 시스템을 설명하는 도면,

도 13은 도 12의 시스템에 의해 제공된 광출력 신호를 나타내는 도면,

도 14는 다크 펄스 생성기를 구현하는 광섬유 LAN의 개략도, 및

도 15a 및 도 15b는 도 14의 LAN에서 사용되는 광섬유 도파관을 나타내는 도면이다.

광 네트워크는 광섬유 버스(1)와 연결된 다수의 노드(N1,N2,N3...)로 이루어진다. 상기 예에서, 네트워크는 LAN(local area network)이고, 다수의 PC(PC1,PC2,PC3...)는 광섬유 버스를 통해 서로 연결되며, 네트워크 서버(2)와 연결된다. 명료하게 하기 위해 세 개 노드만 도시하였지만, 실제로 네트워크는 그 이상의 많은 노드들을 지원할 수 있다. 네트워크는 본 발명자에 의해 명명된 구조인 리엔트런트 버스 토폴로지를 사용한다. 도 2에 나타난 바와 같이, 각각의 노드는 두 개 지점에서 버스(1)와 연결된 전송기(21) 및 전송기로부터의 지점 다운스트림에 있는 광섬유 버스(1)와 연결된 수신기(22)를 포함한다. 전송기(21) 및 수신기(22)는 전자 인터페이스(23)에 의해 각각의 PC와 연결된다.

네트워크는 동기 TDMA(time division multiple access) 프로토콜을 이용하여 작동한다. 클럭 스트림은 네트워크의 모든 사용자에게 분산되어 각각의 노드가 동기화된다는 것을 보장한다. 클럭 펄스는 각각의 프레임의 시작을 표시한다. 프레임은 100Gbit/s 회선율에서 10㎰ 주기의 슬롯과 같은 타임슬롯으로 정확하게 나눠진다. 일반적으로, 각각의 노드는 동조가능한 전송기 및 동조가능한 수신기를 갖고, 따라서 임의의 타임슬롯에서 전송 및 수신할 수 있다. 네트워크의 거칠기(granularity), 즉 네트워크 대역폭 전체와 각각의 채널의 대역폭간의 관계는 각각의 사용자가 그 자신이 100Gbit/s 이상의 속도로 전달하는 광섬유 파이프로부터 비교적 저속(155Mbit/s) 채널로 액세스하도록 비교적 높게 선택될 수 있다. 요구된 전자 부품의 가격을 최소화하기 위해, 상기 예에서 각각의 노드내 전자 속도는 최대 2.5Gbit/s이다. 클럭 소스는 일반적으로 서버(2)와 관련된 네트워크 제어기(3)에 위치한다. 클럭은 광 파이프의 피크 회선율(100Gbit/s)과 관련하여, 낮은 반복율, 155 또는 250MHz의 ㎰ 주기 광펄스의 규칙적인 스트림을 생산한다. 그러한 소스는 외부 펄스 압축을 갖는 게인 스위치된 레이저 또는 모드 록된 레이저에 의해 제공될 수 있다. 도파관으로서, 40Gbit/s 시스템에서 약 5-7㎰가 충분한 반면, 100Gbit/s LAN에서, 약 2㎰의 펄스 주기가 요구된다. 100Gbit/s 또는 그 이상의 연산에 적당한 펄스 소스가 본 출원인과 공동계류중인 유럽특허출원 "Optical Pulse Source"(1996.2.16)(출원인 참조번호 A25146)에 개시되고 청구되어 있다. 선출원 내용이 본 명세서에서 참조로 구체화되어 있다. 이 펄스 소스는 EAM에 의해 게이트된 그 출력을 갖는 DFB-SLD(distributed feedback semiconductor laser diode)으로 게인 스위치된 리지 도파관으로 이루어질 수 있다. cw(continuous wave) 광은 DFB-SLD의 광 캐비티로 주사된다. 동기화된 RF 구동은 DFB-SLD 및 EAM으로 적용된다. 이 펄스 소스가 도 8에 개략적으로 도시되어 있다.

도 3은 노드들중 한 노드내 전송기를 나타내고 있다. 전송기에서, 분산된 클럭 스트림의 프랙션이 분해되고, 전기광학 변조기를 통해 엔코드된다. 이것은 예를 들어 United Technologies의 상업적으로 유효한 모델 번호 APE MZM-1.5-3-T-1-1-B/C, 또는 EAM(electro-absorption modulator)와 같은 니오브산 리튬 변조기가 될 수 있다. 적당한 EAM이 D.G. Moodie외 다수의 Electron. Lett.(1995.8.3, vol 31, no.16, pp1370-1371) 논문에 설명되어 있다. 그러면 전송기내 가변 시간 지연은 온워드 전송을 위해 변조된 펄스 스트림을 정확한 타임 슬롯으로 위치시킨다. 데이터 및 클럭 스트림은 구별될 수 있어야 하고, 상기 예에서 프레임의 나머지로부터 클럭을 구별하기 위해 편파가 사용된다. 전송기에서, 편파기(P)는 데이터 채널이 새어들고 EOmod(electro-optic modulator)에서 변조될 가능성을 제거한다. 편파기는 분리된 장치일 필요는 없지만 EO 변조기와 집적될 수 있다. 예를 들어, 상기한 United Technologies EAM은 작동중에 고유적으로 편파 선택적이다. 지연 회선은 요구된 지연을 제공하고, 데이터 펄스는 클럭 스트림에 직각인 편파로 적절한 타임슬롯으로 삽입된다. 편파 회전은 제동 플레이트와 같은 간단한 편파 회전자를 통해 이뤄질 수 있거나, 또는 편파 유지 광섬유가 회로를 구현하기 위해 사용된다면, 광섬유 파이프로 재삽입하기전에 도파관을 물리적으로 회전시키므로써 회전이 이뤄질 수 있다.

수신기에서, 광 파이프로부터 빛의 프랙션을 탭핑한 후, 클럭 및 데이터가 분리된다. 이 기능을 수행하기 위해 PBS(polarising beam splitter)가 사용된다. 그러면 클럭 및 데이터 펄스는 가변 시간 지연 장치를 이용하여 관련된(프로그램가능한) 광적 지연되도록 강요된다. 이것은 클럭 펄스가 어떠한 데이터 펄스 슬롯과 임시적으로 오버슬랩될 수 있고, 따라서 어떠한 채널을 읽고 디멀티플렉스하기 위해 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 채널이 디멀티플렉스된 후, 사용자 당 할당된 대역폭, 최대 2.5Gbit/s에서 작동하는 수신기를 이용하여 전자적 도메인으로 다시 변환된다.

도 4는 수신기의 구조를 상세하게 나타내고 있고, 특히 적당한 증폭 및 셰이핑후에 EAM을 구동하는 신호를 제공하기 위해 ECS(electrical channel selector)가 사용되는 방법을 나타낸다. ECS는 도 5에 도시되어 있다. 광 LAN 클럭은 예를 들어 PIN 포토다이오드일 수 있는 검출기(52)를 이용하여 먼저 검출된다. 증폭후에, 신호는 깨끗한 전기적 사인곡선을 생성하기 위해 필터된다. 그러면 신호는 선형 배열로 배치된 일련의 전기적 AND 게이트(LG)로 이루어지는 지연 스테이지(53)로 입력된다. 배열은 NEL NLB6202와 같이 상업적으로 유효한 하나의 저가 칩으로 구현된다. AND 게이트는 마이크로스트립 지연 회선으로의 액세스를 제어한다. 지연 회선은 LAN의 채널 분리와 동일한 지연으로 정확하게 스텝된다. 40Gbit/s에서 작동하는 시스템에서, 채널 지연 t는 25㎰이다. AND 게이트는 디멀티플렉서(54)로부터 입력을 통해 제어된다. 상기 예에서, 디멀티플렉서는 NEL에 의해 제조된 NL4705 장치이다. 디멀티플렉서는 노드와 연결된 PC에 의해 생성된 입력 연속 지연 선택 워드를 AND 게이트 배열을 위한 적절한 게이팅 신호로 변환하여, 적절한 지연을 선택한다.

전기적 채널 선택기는 그 출력에서 스텝된 사인 곡선을 생산한다. 그러면, 이것은 증폭될 수 있고, 다음 스테이지에 요구되는 적절한 구동 신호를 생성하기 위해 적당히 셰이프된다. 예를 들어, 다음 스테이지는 EAM, 또는 레이저 다이오드가 될 수 있다. 만일 ECS에 의해 출력된 펄스가 다음 성분을 구동하기 위해 단축되어야 한다면, 전기적 임펄스 생성기가 사용될 수 있다. 적당한 동축 케이블 스텝 복구 다이오드 콤 생성기로는 ELISRA 시리즈 MW15900이 상업적으로 유효하다. 전자적 클럭 복구가 서브-㎰ 임시 지터로 처리될 수 있고, 마이크로스트립 지연 회선이 ㎰ 정확성으로 제어될 수 있다고 주어지면, 100Gbit/s만큼 높은 속도로 그러한 전기적 채널 선택기를 사용하는 것이 잠재적으로 가능하다.

도 4의 회로가 EAM를 사용하지만, 로컬 광소스와 결합하여 ECS가 대안적으로 사용될 수 있다. 그러한 소스와 함께, ECS는 프로그램가능한 채널 삽입을 위한 전송기(도 6)에서, 또는 채널 드롭핑을 위한 수신기(도 7)에서 사용될 수 있다. 채널 드롭핑의 경우, 로컬 ㎰ 펄스 레이저의 출력은 광 AND 게이트내 데이터와 결합된다. 반도체 기반 활성 미디어를 사용하여 적당한 ㎰ 주기 광 펄스를 생성하는것이 가능하도록, 최근 ㎰ 펄스 레이저내 발전이 있었다. 그러한 레이저중의 한 예는 상기한 동시계류중인 출원에 설명된 바와 같은 처프 보상에 따른 게인 스위치된 DFB 레이저이다. 이것은 ㎒에서 수십 ㎓까지의 융통성있는 반복율의 간단한 ㎰ 주기 펄스의 신뢰적인 소스를 제공한다. 상기 예에서, 그러한 소스는 광대역 증폭후의 ECS 출력에 의해, 임펄스 생성기를 이용하여 구동된다. 그러면 결과적인 광펄스 스트림은 광 AND 게이트내에서 요구된 채널을 디멀티플렉스하기 위해 직접적으로 사용된다. 디멀티플렉서로서 광 AND 게이트를 사용하는 것이 본 출원인의 선국제출원 PCT/GB95/00425(1995.2.28 출원)에 상세하게 설명되어 있다. 소스의 파장은 광 AND 게이트의 디자인에 종속적이지만, 모두 데이터 파장과 동일하도록 제한되는 것은 아니다. 광 AND 게이트는 SLA-NOLM이 될 수 있거나, 또는 집적된 반도체 기반 장치가 될 수 있다.

지금까지 설명한 시스템은 정보를 전달하기 위해 "브라이트 펄스(bright pulses)"로 명칭된 것을 사용했다. 유리하게, 다크 펄스가 대신 사용될 수 있다. 다크 펄스를 생성하기 위한 편리한 시스템을 지금부터 설명하도록 한다. 먼저, 설명은 하나의 EAM만을 구현하는 시스템의 경우를 다룬다. 그러나, 일반적으로, 상세히 후술하는 바와 같이 하나 이상의 EAM이 사용된다.

도 9에서, 1555㎚ DFB 레이저 소스(110)는 -2㏈m의 전력 레벨을 갖는 EAM(120)과 연결된다. EAM은 20㏈의 최대 소광비 및 2.5㏈/V의 수단 흡수 특성을 갖는다. 10㎓ 사인곡선 구동(142)은 동기화되고, (두개 신호를 결합하기 위해 역으로 사용된) 전력 스플리터(140)를 통해 데이터 소스(144)로부터 10Gbit/s 데이터 시퀀스로 수동적으로 추가된다. 적당한 전력 스플리터는 Anritsu Wiltron에서 유효한 Wiltron K240B이다. 사인곡선 및 데이터 시퀀스 신호 레벨 모두 2.5V 피크 대 피크 진폭을 갖는다. 결과적인 신호는 데이터 신호에 의해 결정된 오프셋 전압을 갖고, 데이터 0을 위한 사이클의 최대 값이 데이터 1을 위한 최소 레벨 이하가 되도록 배치된 관련된 진폭을 갖는 사인곡선으로 이루어진다. 이러한 정확한 배치가 필수적인 것은 아니고, 전체 10㎓ 사이클이 데이터 1을 위한 변조기의 낮은 흡수 영역에 남아있다는 것을 보장하기에 충분하다는 것을 알 수 있다. 전기적 신호가 EAM(120)으로 적용되고, DC 바이어스는 데이터 1을 위한 전체 사이클이 낮은 소광을 제공하는 반면, 데이터 0을 위한 사이클의 트로프가 높은 소광을 제공한다는 것을 보장하도록 조정된다. 따라서, 다크 펄스는 데이터 0을 위해 형성되는 반면, 낮은 소광이 데이터 1에서 유지된다.

시스템에서 사용하기에 적당한 EAM이 예를 들어 본 명세서에서 참조로 구현된 Electronics Letters, Volume 30, pp1700-1701, "Generation of 6.3㎰ optical pulses at a 10㎓ repetition rate using a packaged EAM and dispersion compensating fibre"에 설명되어 있다. 이러한 EAM의 흡수 특성이 도 10에 다시 소개되어 있다. 도 10에서, EAM이 양 또는 낮은 음의 역방향 바이어스에서 낮은 소광의 작동 영역, 높은 역방향 바이어스에서 높은 소광의 작동 영역, 및 그 사이에서 지수함수적으로 변화하는 작동 영역을 갖는 것을 알 수 있다. 그것은 솔리톤과 유사한 다크 펄스의 생성을 지원하는 EAM의 지수함수적으로 변화하는 작동 영역이다.

이론적으로, 생성된 다크 펄스는 다음의 수학식 1을 갖는 변환된 SECH²펄스(즉, 변환된 솔리톤)와 유사하다:

P(t)=(Peak Power)×(1-SECH(1.76(t/Τ))²)

이때, τ는 그 피크 전력의 절반에서의 펄스 폭을 나타낸다. 작동중에, EAM은 데이터 및 사인곡선 모두다 음이 아니라면 그 낮은 손실 상태로 남아있도록 전기적으로 바이어스된다. 즉, EAM은 양쪽 전기 신호 성분이 음이 아닌 경우에는 빛을 전송한다. 따라서, 다크 펄스는 도 11에 도시된 바와 같이 데이터 0에 대응하여 생성되고, 이론적인 수학식 1의 형태와 매우 유사하다.

도 12는 3개 EAM을 구현하는, 본 발명에 따른 시스템을 나타낸다. 시스템에서, 3개 EAMs(400,410,420)은 광학적으로 캐스케이스되거나, 또는 1555㎚ DFB 레이저로 이루어지는, 광학적 광원(100)을 갖는 광학적으로 연결된 배열로 배치된다. 편리하게 하기 위해, 레이저 광은 표준 전기통신 광섬유(105)을 이용하여 제 1 EAM(400)에서 연결되고, 빛은 -2㏈m의 전력 레벨을 갖는다. 이 예에서, 광증폭기(405,415,425), 예를 들어 EDFAs는 각각의 EAM이 EAMs에서 입은 손실을 보상하는 것에 따른다. 증폭기는 EAMs에 의해 입은 광학적 손실을 보상할 필요가 있는 경우에만 구체화된다. 도 9에서 설명된 시스템의 경우, 각각의 EAM은 데이터 채널 슬롯(A,B, 또는 C)로 정렬된 데이터 성분 및 사인곡선 성분으로 이루어지는 전기 신호에 의해 구동된다. 3개 전기 구동신호가 요구되기 때문에, 전기 타이밍 회로(450)는 데이터 신호(A,B,C)가 사인곡선과 정확하게 정렬되고, 제 3 증폭기(425)의 출력 다운스트림인 요구된 OTDM 신호의 정확한 슬롯 위치로 정렬된다는 것을 보장하도록 요구된다.

광원은 변조기로부터 분리될 수 있고, 광원으로부터의 빛은 예를 들어 상기한 광섬유를 통해 변조기로 연결된다. 그러나, 대안적인 배치에서, 광원 및 EAMs는 공통 반도체 기판상에 집적 장치로서 제작된다. 편리성 이외에도, 이 배치는 각각의 변조기간의 연결 손실 및 광원과 제 1 변조기간의 연결 손실이 감소된다는 이점을 가지고 있다. 또한, 필요하다면 하나 또는 그 이상의 EAMs 사이에 SLAs(semiconductor laser amplifier)를 집적하므로써 증폭이 제공될 수 있다.

다크 펄스를 제공하기 위해 필요한 전송 및 소광 또는 스위칭 특성을 갖는 어떠한 형태의 광학, 음향 광학, 또는 전기 광학 변조기가 본 발명을 구현하는데 적당하다는 것을 알 수 있다.

상기한 EAM을 구동하는 전기 바이어스 구조는 두가지 이유로 특히 유리하다. 첫째, 하나의 전기 신호만이 각각의 EAM을 바이어스하는데 요구되고, 둘째, 전기 신호는 어떠한 전기적 프로세스를 요구하지 않는다는 것이다. 만일 Electronics Letters, Volume 30, pp1880-1881, "Generation of 2.5Gbit/s soliton data stream with an integrated laser modulator transmitter"에 설명된 방법을 사용하는 경우에는 전기적 프로세스가 요구된다.

EAMs는 그들의 낮은 광 손실 영역에서 작동하는 경우라도 일부 광 손실을 입는다. EAM의 광손실의 양은 광원으로부터의 빛이 움직이는 광변조기 섹션의 길이에 의해 부분적으로 결정된다. 따라서, 첫째로 전기 사인곡선 구동신호를 이용하여 광펄스 스트림을 생성하고, 둘째 전기 데이터 신호를 이용하여 펄스 스트림으로 데이터를 변조하는 두 개 또는 다중 변조기 섹션으로 이루어지는 공지된 변조기 구조에서, 양쪽 변조기, 또는 양쪽 변조기 섹션은 광삽입 손실을 입는다. 제안된 시스템이 데이터 채널당 하나의 변조기(섹션)를 구현하면, 하나의 데이터 채널을 생성하기 위해 변조기 섹션, 또는 사용된 변조기의 타입을 고려하지 않고 하나의 데이터 채널을 하나 이상의 변조를 구현하는 다른 구조보다 본질적으로 낮은 삽입 손실 오버헤드를 입는다.

상기한 바와 같이, 광 방사는 대체로 연속적인 버스트의 형태를 갖는다. 버스트의 주기는 애플리케이션에 종속된다. 트렁크 통신 네트워크를 예를 들면, 트래픽이 대부분의 시간에 존재하려하는 경우, 광원은 모든 시간에 유지된다. 대신, 덜 바쁜 광링크에서, 광원은 데이터 또는 (예를 들어 패킷 교환망에서) 그 일부분의 전송이 요구되는 경우에만 스위치될 수도 있다. 따라서, '대체로 연속적'이라는 것은 데이터 전송동안 연속적인 것으로 번역될 수 있다.

대신, 제 1 EAM으로의 cw 광입력은 예를 들어 사인곡선 또는 펄스 스트림과 같은 광 클럭으로 치환될 수 있다. 그러면, 다크 펄스 생성을 위해 사용되는 동일한 범용 시스템 배치에서, 각각의 EAM은 광 클럭의 한 타임슬롯을 변조하기 위해 사용될 수 있다. 즉, 각각의 EAM은 그 지명된 데이터 채널의 데이터 엔코딩 요구에 종속적인 빛(클럭 신호의 피크 또는 브라이트 펄스부)을 전송하거나 또는 전송을 방지하도록 배치된다. 예를 들어, 100Gbit/s 광 클럭 펄스스트림에서, 10 EAMs가 10개 10Gbit/s 채널을 엔코드하기 위해 캐스케이드될 수 있다. 또한, 이 배치에 따라 작동하는 하나 또는 그 이상의 EAMs는 OTDM 시스템에서 하나 또는 그 이상의 채널을 위한 데이터 삽입 장치와 같이 사용될 수 있다. 당업자는 본 명세서에서 개시된 이론을 적용하므로써 데이터 변조 또는 삽입 기능을 쉽게 구현할 수 있다.

당업자는 상기한 다크 펄스를 생성하는 레벨 시프트된 사인곡선 바이어스 신호가 EAM에 싱글 전기 입력으로 적용되는 경우 브라이트 펄스를 생성하기에 적당하다는 것을 알 수 있을 것이다. 전기 신호는 이러한 경우 데이터 및 사인곡선 성분 모두가 양이 아니라면, 그 높은 광학적 소광 상태로 EAM을 유지하도록 배치될 필요가 있다. 그러한 배치는 적당한 바이어스 신호를 생성하기 위해 전기 신호 프로세스의 필요성을 제거하여, 간단하고 확실한 해결방안이 된다. 따라서, 이러한 배치는 솔리톤 또는 종래의 OTDM 신호의 생성을 위해 사용될 수 있다.

도 14는 상기한 리엔트런트 버스 토폴로지를 이용하는 네트워크에서 구현된 다크 펄스 생성기를 나타낸다. 그것은 데이터가 노드 전송기에서 추가되는 타임슬롯이 전기적 영역에서 선택될 수 있는 경우로, 앞에서 살펴본 네트워크와는 다르다. 각각의 노드 전송기는 광섬유 및 다른 노드 전송기의 EAM과 인라인으로 연결된 각각의 EAM을 갖는다. 대조적으로, 수신기에서, EAM은 인라인일 필요가 없고, 대개 전력 예산을 축소하기 위해 광학적 탭에 의해 광섬유와 연결된다. 상기한 바와 같이, 본 명세서에서 그 내용이 참조로 구체화된 본 출원인과 공동계류중인 유럽특허출원 제96301277.8호(1996.2.26 출원)에서, 네트워크 클럭은 버스상에서 광학적 데이터로부터 구분하기 위해 다른 편파 상태를 이용하여 광섬유 버스를 따라 분산될 수 있다. 그러나, 본 명세서에서 참조로 구체화된 본 출원인과 공동계류중인 유럽특허출원 제96304694.1호(1996.6.26 출원)에서 설명된 바와 같이, 버스는 두 개의 공동위치된 광섬유 도파관으로 이루어져야 하고, 두 개 도파관중의 하나는 클럭 신호를 전달하기 위해 제공되어야 한다. 도 15a에 도시된 바와 같이, 두 개 도파관은 싱글 광섬유(153)내 트윈 코어(151,152)에 의해 제공될 수 있다. 대신, 도 15b에 도시된 바와 같이, 두 개 또는 그 이상의 광섬유(51a-51d)는 애러미드 얀 리인포스먼트(aramid yarn reinforcement)(54)를 포함하는 끊어진 광섬유 케이블 구성과 같은 것을 사용하여 싱글 외장(53)내에 공동위치될 수 있다. 그러면, 다크 펄스 생성기의 EAM에 의한 변조를 위한 광신호는 네트워크 클럭 신호가 도파관중의 하나로 전송되는 동안 또다른 도파관으로 전송된다. 상기 실시예에서, 클럭이 데이터 채널을 생산하기 위해 직접적으로 변조되지 않기 때문에, 네트워크 클럭은 반드시 단축 광 펄스일 필요는 없다. 비교적 넓은 광펄스 또는 cw 빔의 변조는 클럭을 생성하기위해 사용될 수 있다. 네트워크 클럭은 적절한 각각의 타임 슬롯으로 EAM을 위한 제어 신호를 생성하기 위해 적용된 가변 지연 및 전기적 도메인으로 변환된다. 이 신호는 예를 들어 상기한 타입의 PC 데이터 인터페이스로부터 수신된 RZ 데이터로 변조된다. 만일 전기 데이터가 원래 NRZ 포맷을 갖는다면, 좁은 다크 펄스를 생성하기 위해 낮은 듀티사이클을 갖는 RZ으로의 변환이 요구된다.

Claims

광전송매체; 및

광전송매체와 연결된 다수의 노드로 이루어지고,

다수의 노드 각각은 광전송매체와 인라인으로 연결되고 다크 펄스 생성기외 다른 요소와 일렬로 연결되며, 전송매체상에서 전달된 광신호에 다크 펄스를 생성하도록 배치되는 각각의 다크 펄스 생성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 네트워크.
제 1 항에 있어서,

각각의 노드는 전기적 도메인내에서 네트워크 클럭 신호로 가변 지연을 적용하도록 배치되고, 그 출력에서 다크 펄스 생성기와 연결되는 가변 지연 스테이지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광 네트워크.
제 2 항에 있어서,

각각의 노드는 광전송매체상에 전달된 네트워크 클럭 신호를 수신하고, 클럭 신호를 전기적 도메인으로 변환하는 광전자 검출기를 포함하는 클럭 수신기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광 네트워크.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

광전송매체는 광버스이고, 다수의 노드 전송기는 광버스의 업스트림부와 연결되는 것을 특징으로 하는 광 네트워크.
제 4 항에 있어서,

노드는 광버스의 업스트림부와 연결된 노드 전송기; 및 광버스의 다운스트림부와 연결된 각각의 노드 수신기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광 네트워크.
제 5 항에 있어서,

상기 다크 펄스 생성기 각각은 하나의 광 변조기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광 네트워크.
제 6 항에 있어서,

상기 생성기 각각은 EAM인 것을 특징으로 하는 광 네트워크.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

각각의 노드는 노드 수신기를 포함하고, 각각의 노드 수신기는:

광 클럭 신호를 위한 입력;

클럭 신호를 전기적 도메인으로 변환하는 검출기;

전기적 도메인내 클럭 신호로 선택된 지연을 적용하는 가변 지연 스테이지; 및

광 TDMA 데이터스트림을 수신하도록 배치된 광 입력 및 가변 지연 스테이지의 출력과 연결된 전기적 제어 입력을 포함하는 비선형 전기광학 변조기로 이루어지고, 사용중에 전기광학 변조기는 가변 지연 스테이지의 지연을 설정하므로써 선택된 TDMA 채널을 출력하는 것을 특징으로 하는 광 네트워크.
제 2 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

가변 지연 스테이지는:

다수의 논리 게이트;

각각의 데이터의 제 1 입력과 클럭 신호를 위한 입력 경로를 연결하는 수단;

각각의 게이트의 제 2 입력과 연결된 제어 수단; 및

지연된 클럭 신호를 위한 출력 경로와 게이트의 출력을 공동으로 연결하는 수단으로 이루어지고,

출력 경로와 게이트 출력을 연결하는 수단은 다른 게이트를 통해 각각의 다른 경로 길이를 제공하도록 배치되는 각각의 입출력 경로와 게이트의 입출력 경로를 연결하고, 제어 수단은 사용중에 클럭 신호에서 대응하는 지연 및 경로를 선택하기 위해 제어 신호를 게이트에 적용하는 것을 특징으로 하는 광 네트워크.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

노드 전송기의 광전송매체 업스트림과 연결된 대체로 연속적인 광 방사 버스트의 소스를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 네트워크.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

네트워크는 리엔트런트 버스 토폴로지를 갖는 것을 특징으로 하는 광 네트워크.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

광전송매체는 다수의 공동 위치된 도파관을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 네트워크.
다수의 컴퓨터 시스템과 상호연결되고, 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 광 네트워크로 이루어지는 것을 특징으로 하는 네트워크.
광전송매체와 연결된 다수의 노드를 포함하는 광 네트워크의 운영 방법에 있어서,

a) 다수의 노드중 한 노드에서, 광전송매체상에 전달되는 광신호상에 데이터 스트림을 나타내는 다크 펄스를 부과하는 단계; 및

b) 연속적인 노드에서, 단계 (a)에서 부과된 다크 펄스를 포함하는 광신호를 수신하고, 각각의 다른 타임슬롯내의 광신호상에 다크 펄스를 부과하여, OTDM(optical time division multiplexed) 신호를 생성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광 네트워크의 운영 방법.
제 13 항에 있어서,

단계 (a)에서 다수의 노드중의 한 노드에 수신된 상기 광신호는 연속적인 광 방사 버스트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광 네트워크의 운영 방법.
제 13 항에 있어서,

상기 광신호는 데이터가 그 또는 각각의 다크 펄스 생성기를 배치하므로써 광 클럭 신호의 블럭 피크로 부과되는 광 클럭 신호로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광 네트워크의 운영 방법.
제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,

전기적 도메인내 네트워크 클럭 신호로 가변 지연을 적용하는 단계, 및 결과 신호를 제어 입력으로서 전기광학 변조기로 적용하는 단계를 포함하고,

따라서, 전기광학 변조기는 상기 다크 펄스를 생성하는 것을 특징으로 하는 광 네트워크의 운영 방법.