JP2007533275A

JP2007533275A - ネットワーク送受信機間の帯域外データ通信

Info

Publication number: JP2007533275A
Application number: JP2007508648A
Authority: JP
Inventors: アロンソン、ルー．; ホスキング、ルーシー; マトゥシュキヴィチ、マーシン; メイスン、ベック
Original assignee: フィニサーコーポレイション
Priority date: 2004-04-14
Filing date: 2005-04-13
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2025-04-13
Also published as: US20050232635A1; KR100826625B1; EP1735926B1; CN101103560B; US7792425B2; WO2005104405A2; WO2005104405A3; JP4521441B2; US20050232643A1; EP1735926A2; KR20060135883A; CN101103560A; US7630631B2; EP1735926A4

Abstract

診断又は他のデータの帯域外データ通信がデータ又は通信ネットワークにおける送受信機を利用して実行される。光線又は他の搬送波が高速データ及び帯域外データと共に変調され、二重変調データ信号が生成される。二重変調信号の変調を含んで物理層信号が生成される。物理層信号は物理リンク上で送信される。高速データの送信速度の実質的な低減又は、干渉を引き起こすことなく診断又は他のデータは帯域外信号で送信され得る。

Description

本発明は一般的に通信ネットワークにおけるデータ送信の分野に関する。特に本発明は高速データ及び帯域外データの同時送信に関する。

現代の通信は、大部分が大量のデジタルデータの送信及び受信によって遂行される。デジタルデータ信号はデータベース情報、財務情報、個人及びビジネス情報等のような情報を送信するために利用され得る。加えて、デジタルデータ信号は音声、映像、画像等を送信するために利用され得る。

常識的には、デジタル通信は、開放タイプシステム間相互接続（ＯＳＩ）モデルとして知られるモデルを利用して遂行される。ＯＳＩモデルは、ネットワークで通信する各局で七層を有するデジタル通信を遂行するための枠組みを定義する。これら七層は当業者に理解されており、最高層から最低層まで、アプリケーション層、プレゼンテーション層、セッション層、トランスポート層、ネットワーク層、データリンク層、及び物理層を含む。アプリケーション層では、データは末端の利用者が処理するために利用される。物理層を利用して送信される前に、データはＯＳＩモデルの他の層の各々によりパッケージされる。物理層は、電気信号、光ファイバで搬送される光、無線信号等のようなネットワーク上でどのようにデータが実際に送信されるかを定義する。従って、物理層において、実際の電圧、光レベル、及び無線振幅又は無線周波数がある論理値を有するように定義される。

物理層において、デジタルデータを通信する一方法は、送受信機の利用を含む。送受信機は、銅線リンク又は光ファイバ・リンクのような物理リンク上でデータ信号を送信するための電子機器を含む信号電源を含む。信号電源は、レーザー、電子増幅器、無線送信機及び類似物であってよい。送受信機は、物理層信号を受信する物理層の信号受信要素をも含んでもよい。物理層受信要素は光ダイオード、電子増幅器、無線受信機又は類似物であってよい。

送受信機は、各局間で送信される信号を送信機が接続されるデジタル機器又はホストにより可読な二進表現のようなデータ信号に復号化するための電子機器を含んでもよい。送受信機はまた、各局間で信号を二進表現から物理リンクを介して送信され得る物理層レベルの信号へ符号化するための電子機器を含んでもよい。従って、一例において、二進表現は変調された電気信号、変調された光信号、変調された無線信号、又はその他適切な信号のうちの一つに変換される。

各送受信機は他の送受信機に関して一般的に受動的である。このことは、デジタルデータによって表現される情報を抽出又は処理せずに、送受信機が物理層レベルに変換されたデジタルデータを単に送信及び受信することを意味する。換言すると、送受信機は送受信機自身の利便性のために互いにデータを一般的に通信しない。実際に、送受信機は送受信機が接続されたホストの利便性のために互いにデータを通信する。

送受信機は、ホスト機器に接続される送受信機の利便性のためにデータを通信してもよい。例えば、送受信機はその送受信機の状態を監視することによりデジタル診断情報を生成するように設計されていてもよい。送受信機は次に、その送受信機についての状態に関する情報を、その送受信機が接続されたホストに通信してもよい。この通信は、集積回路間で通信するためのＩ^２Ｃバス、又はＭＤＩＯバスで一般的に行われる。送受信機が経年劣化、部品損失、又は他の理由により、ホストは送受信機から受信するそのような通信を利用して、劣化に気づいてもよい。

（「デジタル診断」と本明細書で呼ばれる）デジタル診断論理は、様々な作業を処理するために利用されてよく、データを監視するため、及びデータへの作用を生成するために利用されてよい。これらの作業及びデータは以下のいくつかを含んでよい。

設定機能。これらは工場で部品ごとに成される必要な調整に一般的に関連し、レーザーダイオード閾値電流のような部品特性の変更を可能にする。
識別。これは汎用メモリに関連し、典型的にはＥＥＰＲＯＭ（電気的消去可能及び書き込み可能な読み出し専用メモリ）又は他の不揮発性メモリに関連する。メモリはシリアル通信標準を利用してアクセス可能であってよく、このメモリは、送受信機のタイプ、性能、シリアル番号及び様々な標準との互換性を識別する様々な情報を保存するために利用される。標準ではないが、このメモリは、副部品補修データ及び工場試験データのような追加情報をも保存してよい。

アイセーフティ及び一般障害検出。これらの機能は、必要に応じて異常で潜在的に安全でない動作パラメータを識別するために利用され、これらをホストに報告及び／又はレーザーを停止する命令を実行するために利用される。

温度補正機能。例えば、傾斜効率のような主となるレーザー特性における既知の温度特性を補正する。
監視機能。送受信機の動作特性及び動作環境に関連する様々なパラメータを監視する。監視されるかもしれないパラメータの例は、レーザーバイアス電流、レーザー出力電力、受信機出力レベル、供給電圧及び温度を含む。理想的には、これらのパラメータはホスト機器に監視されて報告され、或いはホスト機器で利用可能になり、従って、その送受信機の利用者にも利用可能となる。

通電時間。送受信機の制御回路は、送受信機の電源が投入された状態の合計時間の記録を保持し、ホスト機器に報告又はこの時間値を利用可能にする。
マージニング（ｍａｒｇｉｎｉｎｇ）。「マージニング」は、末端の利用者に送受信機の性能を理想的な動作条件からの既知の偏差で試験させる機構であり、一般的に駆動信号を拡大・縮小することにより送受信機の活性化部位を制御するために利用される。

他のデジタル信号。ホスト機器は送受信機を極性及びデジタル入力及び出力のタイプに対する様々な要求と互換性があるように設定する。例えば、デジタル入力は送信機を利用不可能にするため、及び送信機の速度選択機能のために利用され、一方、出力は送信機の障害及び信号の損失条件を示すために利用される。この設定値は、１つ以上の二進入力信号及び二進出力信号の極性を判定する。いくつかの送受信機において、これらの設定値は、例えばデジタル入力値又はデジタル出力値と協調して利用されるスケーリング・ファクタを特定することにより、１つ以上のデジタル入力値又はデジタル出力値のスケーリング・ファクタを特定するために利用され得る。

上記デジタル診断により生成されるデータは、一般的に送受信機が搭載されるホストのみが利用可能である。従って、個々の送受信機で問題を解決するとき、利用者は送受信機が搭載されるホストに接続して、送信機に関するあらゆるデジタル診断データを発見しなければならない。このことは、ホスト及び送受信機が海底又は遠隔砂漠地のような遠隔地に配置されたときに、様々な困難を引き起こすかもしれない。更に、いくつかの応用例がリピーターを利用する。リピーターは一組の送受信機であって、単に光データ・ストリームを受信し、この光データ・ストリームを増幅し、且つこの光データ・ストリームを送信する。リピーターの応用例において、デジタル診断データはリピーターに保存される。従って、リピーターの問題を解決するために、リピーターは、物理的に回収され、任意のデジタル診断データへクエリを発しなければならない。

デジタル診断データが光接続で高速データ送信の一部として送信され得るいくつかの規約が存在する。しかし、これは所定のパケット又はパケットの一部としてデータを送信することを一般的に含む。従って、デジタル回収データを回収するために、高速データはフレーム同期機器、抽出されるデジタル診断データ、及び再構築される高速データなどにより分解されなければならない。加えて、デジタル診断データが送受信機の連鎖の中にある送受信機により加えられる場合、高速データは分解され、デジタル診断データが高速データの適切な部分に加えられ、且つデジタル診断データを含む高速データが再構築されなければならない。高速データ信号を分解及び再構築することは、データ処理に関して重大で望ましくない損失を意味する。加えて、データがリンクからリンクへ再送信される前に分解及び再構築されるに従い、遅延が発生する。

他の既存のシステムにおいて、デジタル診断データはチャンネルの一つが高速データを受信される多重チャンネルを含む高速データ信号で送信されてもよい。この具体例は単一チャンネルシステムでは利用不可能である。更に、診断データ用のチャンネルの利用により、送信され得る他の高速データの量が減少する。また、高速データ信号の分解及び再構築によるコストは、残ったままになる。なぜならば、高速データ信号がネットワークの他のリンクへ送信される時に、高速データ信号から高速データ信号を有するチャンネルが抽出され、デジタル診断データを入手し、高速データ信号に再付加しなければならないからである。

現在のこの技術分野において、送受信機に生じる他の課題は、チャンネル上を流れるデータ速度を交渉することに関連する。物理層における通信は、通信が遂行されるかもしれないデータ速度を特定する規約を含む。いくつかの規約は様々な通信データ速度を有する。このことは、ホスト間の接続品質が変化するに従い、便利になるかもしれない。低品質リンクはしばしば誤りを避けるべく低データ速度を必要とする。加えて、データ速度は、技術の進歩に従い、後から生産された機器ほど早くなる。異なるデータ速度を利用可能にする規約はファイバーチャンネル規約であり、１、２及び４ギガビット／秒のデータ速度で利用可能である。通常、２つの機器間の接続は、同じデータ速度で通信する機器を必要とする。各機器が異なるデータ速度で通信する能力がある場合、ホスト機器のような機器は、通信が行われるデータ速度を交渉する。既存の交渉規約は複雑で、異常な量のネットワーク資源及び計算資源を必要とし、個々にデータ速度を交渉することとなる。

本発明の実施形態は、レーザー駆動回路及びレーザーのような信号電源を有する送受信機に関連し、光ファイバーケーブルのような物理リンクを介した送信のための、光信号のような物理リンクを生成するように構成される。これら送受信機はまた、信号電源に接続される高速データ変調器をも含む。帯域外変調器もまた信号電源に接続される。信号電源は高速データ変調及び帯域外データ変調に応答して、二重変調信号の出力を生成する。二重変調信号の出力は高速データ及び帯域外データを含む。

本発明の他の実施形態は、物理リンク上でのデータ送信方法に関連する。この方法は、高速データ及び帯域外データを有する信号を変調して、二重変調データ信号を生成することを含む。二重変調データ信号は、物理リンク上で送信するための物理層信号である。二重変調信号の出力の変調を含む物理層信号は、物理リンク上で送信される。

このようにして、本発明の実施形態は帯域外データが高速データと同時に高速データ物理リンク上で送信されることを可能にする。このことは、送受信機の状態、遠隔地に設置する送受信機、送受信機の認証等の監視を可能にする。

本発明のこれら及び他の利点及び特徴は以下の記載及び添付された各請求項からより明らかになるか、或いはこれからの説明に従う本発明の実践により習得され得る。

上記方法及び本発明の他の利点及び特徴における方法が習得されるために、上記簡潔な本発明の、より詳細な記載が、添付された図面に描かれる特定の実施形態を参照して提供される。これらの図面が本発明の典型的な実施形態のみを記載し、従って本発明の範囲が制限されることを考慮されていないことを理解した上で、本発明は、添付された図面を利用して更なる特定及び詳細と共に記載され、説明される。

本発明の実施形態は高速データ及び帯域外データを二重変調信号として変調するシステム及び方法を含む。二重変調信号は接続されたホストのネットワークにおける部品間を物理リンク上で送信される。従って、通常物理リンクで送信される高速データは、帯域外データと共に同じ物理リンク上で送信され得る。これにより、診断情報、認証情報、速度交渉情報（ｒａｔｅｎｅｇｏｔｉａｔｉｏｎｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）、設定情報等などの情報を送信することが可能となる。

本明細書で利用される、「高速データ」という用語は、データのいかなる特定の規定された帯域又は周波数をも意味しない。むしろ、高速データは、データがネットワーク上の様々なホストの利点になるように一般的に送信されるようなネットワーク上で一般的に送信されるデータを意味する。高速データは本書では帯域内データを意味してもよく、帯域内データとはホストシステムによりデータを通信するために典型的に利用される通信帯域を意味する。高速データ及び帯域内データは帯域外データと区別され、帯域外データは送受信機から送受信機に、送受信機の利用のためのデータを送信するために典型的に利用される。ホストは帯域外データを次々と受信してよいが、ホストは帯域外データを通常Ｉ^２Ｃ又はＭＤＩＯバスのような、低速バスを介して送受信機から受信する。このことは、ホストにより高速データインターフェイスのあるタイプを通じた送受信機から典型的に受信される高速データと対比される。とりわけ、ホストはまた帯域外データを生成し、帯域外データを送受信機に低速バス上で送信してもよい。

図１を参照すると、帯域外データを、高速データ信号を変調することにより符号化する本発明の実施形態が示される。図１は光ファイバ通信で利用するためのホスト機器１０２を示す。ホスト機器は物理リンク１０６を伝わる信号を送信するための送信用光小型部品（ＴＯＳＡ）１０４を含む。ホスト機器１０２はまた、物理リンク１１０を伝わる光信号を受信するための受信用光小タイプ部品（ＲＯＳＡ）を含む。ＴＯＳＡ１０４は高速データ制御１１２に接続され、高速データ制御１１２はＴＯＳＡ１０４におけるレーザーのような信号電源の電源出力を変調する高速変調器を含んでもよく、高速データが物理リンク１０６を伝わって送信され得る形式に変換される。図１に示されるように、高速データ制御１１２はＴＯＳＡ１０４を変調して、高速物理層データ信号１１６を生成する。同様にＴＯＳＡ１０４に接続されているのもは、帯域外データ制御１１４である。帯域外データ制御１１４は更に帯域外データ変調機を利用してＴＯＳＡ１０４のレーザーを変調し、帯域外データ・ストリーム１１８が高速データ信号１１６上で変調され、高速データ及び帯域外データを含む二重変調信号の出力１２２を生成する。

図示された例において、帯域外データの変調は二重変調信号１１２の出力におけるピーク電力１２０の変化として出現する。従って、二重変調信号１２２の出力は高速データ及び帯域外データの両方を含む。帯域外データは、位相偏移変調、二進位相偏移変調、四位相偏移変調、及びマンチェスター符号化を含む多くの異なる技術を利用して変調されてもよいが、これらの技術に制限されない。帯域外データは、帯域内データよりも桁違いに小さな周波数範囲を実際に有してもよい。しかし、二重変調の原理を単純な図形で描くために、図１における帯域外データ・ストリーム１１８の周波数は高速データ信号１１６の周波数よりも少しだけ小さくなるように描かれる。本発明の原理は帯域外データ・ストリーム１１８と高速データ信号１１６との間の相対的な周波数に制限されない。

受信機能を実行するために、ＲＯＳＡ１０８は光ダイオードのような信号受信素子を含み、光ダイオードは入力変調二重信号を受信する。ＲＯＳＡ１０８は入力変調二重信号の全て又は一部を帯域外データ制御１１４及び高速データ制御１１２に送信する。帯域外データ制御１１４は帯域外データを入力変調二重信号から抽出する帯域外検出器を含んでよい。高速データ制御１１２は高速データを入力変調二重信号から抽出する高速データ増幅器を含んでよい。

図２Ａを参照すると、本発明の実施形態の原理がアイダイアグラム２００を参照して理解される。アイダイアグラム２００は複数ビットのデータの重ね合わせにより形成される信号品質を図で表現したものである。アイダイアグラム２００は共有領域を含み、その共有領域は禁止領域２０２である。ビットの境界が禁止領域２０２に入る場合、そのビットは誤りとして解釈されるであろう。従って、物理リンクを伝わって送信されるデータは、データが禁止領域２０２に入らないように送信されなければならない。ある仕様では、制限された数のビットのみが誤りとして解釈されることを要求する。これは要求ビット誤り率（ＢＥＲ）として通常表される。ＢＥＲ値はアイダイアグラムに基づいて記載又は定量化され得る。適切なＢＥＲ値は１０ギガビット・イーサーネット標準のような通信標準で表されてよく、１０ギガビット・イーサーネット標準は１０^−１２以下のＢＥＲ値を定める。

ビット誤り率は顧客の希望又は要求によって定められるかもしれない。通信機器を購入する顧客により要求されるＢＥＲ値は特定の通信標準によって定められるＢＥＲ値を超える。ＢＥＲ値は、送受信機により受信される消光比及び平均電力（図２ＡのＰ_ａｖｅ）の関数である。物理層の仕様はしばしばＢＥＲ値を最大消光比及び最小消光比として定める。消光比は、「１」高速ビットが送信されるときに送受信機により受信される電力レベル（図２ＡのＰ_１）と、「０」高速ビットが送信されるときに送受信機により受信される電力レベル（図２ＡのＰ_０）との比である。従って、消光比はＰ_１／Ｐ_０として表される。特定の消光比は禁止領域２０２の外側であるビットマージン２０４に入るに十分な数の高速ビットを引き起こし、要求ＢＥＲ値を達成する。

図２に示されることはまた、高速データがまだ存在し、誤りとは解釈され得ない、電力レベルを定義するチャンネルマージン２０６である。チャンネルマージン２０６は、帯域外データを高速データ信号上へ埋め込んで生成してもよい。

本発明の一実施形態において、帯域外データは送信される高速ビットの平均電力を変調することにより高速データ上に埋め込まれてもよい。この例は図２Ｂのアイダイアグラムにより説明される。アイダイアグラムはチャンネルマージン２０６内に変調される。図２Ｂにおいて、アイダイアグラムは、「０」帯域外データビット及び「１」帯域外データビットのいずれが送信されても同じ消光比を有する。換言すると、Ｐ_{１−ＯＯＢ０}が「１」高速ビット及び「０」帯域外ビットで送信される電力であり、Ｐ_{０−ＯＯＢ０}が「０」高速ビット及び「０」帯域外ビットで送信される電力であり、Ｐ_{１−ＯＯＢ１}が「１」高速ビット及び「１」帯域外ビットで送信される電力であり、Ｐ_{０−ＯＯＢ１}が「０」高速ビット及び「１」帯域外ビットで送信される電力であるとき、Ｐ_{１−ＯＯＢ０}／Ｐ_{０−ＯＯＢ０}＝Ｐ_{１−ＯＯＢ１}／Ｐ_{０−ＯＯＢ１}である。

例図として、図２Ｃは高速ビット・ストリーム上に変調された帯域外ビット・ストリームを示す。特に図２Ｃのビット・ストリームは縮尺を正確に描いていない。典型的には、図示される実施形態において帯域外ビット・ストリームは１９２００ボーのＮＲＺ変調であってよく、一方、高速データは２．５ｇＧｂｉｔ／ｓである。この例において、このことは１帯域外データ毎に約１３０，０００高速ビットをもたらす。従って、明確にするために、図２Ｃは縮尺を正確に描いていない。図２Ｃは帯域外ビット・ストリームに従って変調された光信号の平均電力を示す。

図２Ｄ及び図２Ｅで示される本発明のほかの実施形態において、帯域外データは消光比に関して変調される。この例において、平均電力は定数を維持するが、最大電力出力及び最小電力出力の両方におけるピーク電力は帯域外ビット・ストリームに従って変調される。図２Ｄは、「１」帯域外ビットが送信されるときが、「０」帯域外ビットが送信されるときよりも大きい消光比を示す。図２Ｅに示されるものを代わりに見ると、「１」帯域外ビットが送信されるとき、「０」帯域外データビットが送信されるときよりも高い電力で高速「１」ビットが送信される。加えて、「１」帯域外ビットが送信されるとき、「０」高速ビットは、「０」帯域外ビットが送信されるときよりも低い電力で送信される。従って、帯域外データは高速データの振幅変調に似た挙動を示す。

図２Ｆ及び図２Ｇに示される本発明の別の実施例は、高速データのピーク電力と帯域外データを有する高速データの平均電力との組み合わせを変調する。示される例において、帯域外ビット・ストリームは高速「１」ビット上で変調される。従って、この場合、送信される光信号の消光比は、「０」帯域外ビットが送信されるときよりも「１」帯域外ビットが送信されるときの方が高い。異なる観点から見ると、「１」高速ビットは、帯域外「０」ビットが送信されるときより帯域外「１」ビットが送信されるときの方がより高い電力で送信される。この実施形態は高速データ受信機の設計の単純化に役立つかもしれない。

今度は図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、送信機の設計が説明され、この送信機は帯域外データを有する高速データ信号の平均電力を変調するために利用され得る。送信機３００はレーザー３０４に接続されるレーザー駆動回路３０２を含む。レーザー駆動回路３０２は一入力として消光比命令３０６を受け入れる。消光比命令３０６は送信機３００により送信される信号の消光比を制御する。レーザー駆動回路３０２は更に高速データ入力３０８を含み、高速データ入力３０８は高速電気信号を受け入れる差動入力である。高速データ入力３０８を利用して、レーザー制御はレーザー３０４の出力電力を変調する。

送受信機３００はレーザー３０４の平均電力の出力を制御するためのバイアス回路の中に様々な部品を含む。バイアス回路は送信機３１０を含み、送信機３１０はレーザー３０４を通じてバイアス回路を制御する。送信機３１０は増幅器３１２により制御される。増幅器３１２は一入力として平均電力命令３１４及び帯域外データ信号３１６の和を受け取る。帯域外データ信号３１６はレーザー３０４の平均電力出力を引き起こし、帯域外データ信号３１６に従って変調される。レーザー駆動回路３０２及びバイアス回路を利用する変調は高速データ及び帯域外データの両方を含む二重変調信号を生成する。示される例において、平均電力命令３１４は増幅器３１２の入力の９７％に相当し、帯域外データ信号は増幅器３１２の入力の３％に相当する。これらは単に例となる数値であり、他の比が利用されてもよい。増幅器３１２は、フィードバックとして、監視光ダイオード３１８からの信号を受け取る。監視光ダイオード３１８はレーザーダイオード３０４の出力電力を監視し、レーザーの出力電力に比例する電流が監視光ダイオード３１８を通って流れる。この電流は増幅器３１２にフィードバック信号として供給される信号を生成するために利用される。このようにして、レーザー３０４の平均電力出力は、平均電力命令信号３１４と帯域外データ信号３１６との組み合わせにより定まる一定のレベルに維持される。

図３Ｂはレーザー３０４の帯域外データを有する平均電力出力を変調するために利用される他の送信機を図示する。図３Ｂの送信機３２０は図３Ａの送信機３００に類似する。しかし、図３Ｂの送信機は図３Ｂの監視光ダイオード３１８が除去されている。代わりに、増幅器３１２は本質的にレーザー３０４を流れる電流に比例するフィードバック信号を受信する。

図３Ｃは帯域外データを図２Ｄ及び図２Ｅで示される変調のような消光比の変調として変調するために利用される送受信機３２２を説明する。送信機３２２はレーザー駆動回路３０２を含み、レーザー駆動回路３０２は一入力として高速データ信号３０８を受け取り、レーザー３０４を変調する。レーザー駆動回路への他の入力は、消光比命令信号３０６と帯域外データ信号との組み合わせである。これはレーザー３０４に高速データと帯域外データとの両方を含む二重変調光信号を生成させる。送信機３２２はまた、送信機３１０、増幅器３１２及び監視光ダイオード３１８のようなレーザー３０４の平均電力出力を制御するための回路をも含む。図３Ｂに示される実施形態のように、監視光ダイオード３１８は他のタイプの平均電力フィードバックの好みに応じて除去されてもよい。

図３Ｄ及び図３Ｅは、図２Ｆ及び図２Ｇで示される変調によって説明されるような、高速データのピーク電力と、帯域外データを有する高速データの平均電力との組み合わせを変調するための送信機回路を説明する。図３Ｄに示される送信機３２４はレーザー駆動回路３０２を含み、レーザー駆動回路３０２は高速データを有するレーザー３０４を変調するための差動高速データ入力３０８を受け取る。レーザー駆動回路はまた、消光比命令３０６と帯域外データ信号３１６との組み合わせである入力をも受け取る。レーザー３０４の出力電力は、増幅器３１２及び送信機３１０を含むバイアス回路により更に変調される。増幅器３１２は一入力として平均電力命令３１４と帯域外データ信号３１６との組み合わせを受け取る。帯域外データ信号の変調により、増幅器３１２及び送信機３１０がレーザー３０４の平均電力を変調する。図２Ｆ及び図２Ｇに示される変調を得るために、レーザー駆動回路における変調が９７％の消光比命令対３％の帯域外データの比を有するとき、平均電力命令対帯域外データの比は９８．５％対１．５％である。上記のように、当業者は平均電力命令対帯域外データが９７．５％対２．５％のとき、消光比命令対帯域外データが９５％対５％であるような他の比が利用されるかもしれないことに気づくであろう。とりわけ、比の２例のみが本明細書で詳細に説明されたが、実際には数多くの他の例が本発明の実施形態により意図される。チャンネルマージン２０６は、上記実施形態の各々に対して比の値は、理論的には制限を外すことができる。実際には、比の値はシステム内の様々な部品感度に応じて制限される。

図３Ｅは、図２Ｆ及び図２Ｇで示される変調により説明されるような、高速データのピーク電力と帯域外データを有する高速データの平均電力との組み合わせを変調する、送信機の更に別の実施形態を説明する。図３Ｅは送信機３２６を示す。送信機３２６はレーザー３０４をバイアスするための電源３２８を含む。電源３２８は、高速データ「０」ビットが送信されるときにレーザー３０４に供給される電流の量を定義する高速データ「０」レベル命令３３０を入力として受け取る。レーザー駆動回路３０２はレーザー３０４に接続される。レーザー駆動回路は出力として、高速データ信号３０８に従うレーザー電力の変調である高速データ信号３０８を受信する。レーザー駆動回路３０２は一つの駆動信号のみを利用して変調することが示されている。レーザー制御３０２は、レーザー駆動回路３０２により一つの駆動信号にレーザー３０４に変調するために変換されるであろう差動信号を受信する。レーザー駆動回路３０２はまた、高速データ「１」レベル命令３３２と帯域外データ信号３１６との組み合わせである入力をも含む。高速データ「１」レベル命令３３２は、高速データ「１」ビットが送信されるときにレーザー３０４により出力される追加電力を定義する。高速データ「１」レベル命令３３２を帯域外データ信号３１６と組み合わせることにより、帯域外データは図２Ｆ及び図２Ｇに示されるような高速データの「１」ビット上に変調される。

本発明のいくつかの実施形態は更に、レーザー３０４を変調するために帯域外データを利用する前に帯域外データを符号化するための符号化器を含む。符号化器は、マンチェスター符号化、位相偏移変調及び類似物のような符号化技術を利用して帯域外データを符号化するために利用されてよい。

図４を参照すると、入力変調二重信号を受信するための受信機の例が示される。受信機４００は、この例において信号受信素子を含み、この場合、光信号である物理層信号を物理リンクから受信するための光ダイオード４０２である。光ダイオード４０２は物理層信号を入力二重変調電気信号に変換する。入力二重変調電気信号は、この例においては光ダイオード４０２を流れる電流である。光ダイオード４０２は光ダイオード電流監視器４０４に接続され、この監視器は光ダイオードを流れる電流を監視する。電流監視器４０４は、例示されるように、信号を生成するために利用され得るピーク検出器４０８に接続され、生成された信号は、デジタル診断回路４１４及び帯域外検出器４１６に供給され得る。デジタル診断回路４１４は、光ダイオード４０２により受信される、平均電力、ピーク電力、信号の消光比等のうちの少なくとも一つを監視する。この情報は、ネットワークにおける送受信機の状態を監視及び判定するために利用され得る。

帯域外データ検出器４１６は光ダイオード４０２で受信した光信号の、平均電力、ピーク電力又は消光比を帯域外データ・ストリームに変換する。この帯域外データ・ストリームはＵＡＲＴ４１８に供給され、更に帯域外データ・ストリームの任意の適切な利用のためにマイクロプロセッサ４２０に供給される。マンチェスター符号化、位相偏移変調及び類似物のような変調技術を利用して変調される帯域外データの例において、帯域外データ検出器４１６は帯域外データを復調するための復調器を含む。

本発明の一実施形態において、帯域外データ検出器はテレビのリモコンや他の類似機器で典型的に利用される、赤外（ＩＲ）遠隔制御検出器であってよい。適切な検出器は、カリフォルニア州サンジョーズのアンテル・コーポレーション（Ａｍｔｅｌｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から提供されるＴ２５２５，Ｔ２５２７及びＵ２５３８Ｂのような受信機を含む。ＩＲ遠隔制御検出器は特に帯域外データ信号を受信するように構成される。ＩＲ遠隔制御検出器は白熱灯及び他の光源のような自然光から導かれる信号、及び制御送信機からの変調されたＩＲ光信号を復号化し、自然光の背景雑音から変調された駆動信号を抽出するように設計される。この状況は比較的に小さな帯域外データ信号を、比較にならないほど大きな速なデータ信号に埋め込むことに類似する。従って、ＩＲ遠隔制御検出器により、本発明の実施形態の具体化の方法が提供される。

光信号が光ダイオードに到達するとき、小電流が光ダイオード４０２に発生する。これら小電流は高速データ入力４０６を流れ、高速データ増幅器に供給される。この例では、高速データ増幅器は相互コンダクタンス増幅器４２２である。相互コンダクタンス増幅器４２２は電流を高速データ入力４０６から差動高速データ電圧信号に変換する。差動高速データ電圧信号は、フィルタコンデンサ４２４を介して、後置増幅器４２６へ供給される。フィルタコンデンサ４２４は所定の閾値未満の周波数を取り除き、高速データのみが後置増幅器４２６に送信される。後置増幅器４２６は高速データ信号の適切な信号処理を実行する。この処理された高速データ信号は次に、次のフィルタコンデンサ４２８に送られ、最終的に出力端子４３０に送られる。出力端子４３０は、ホスト機器のような高速データ信号を必要とする機器に利用される。

図５を参照すると、高速データ及び帯域外データを受信及び送信するための送受信機を含む本発明の実施形態が示される。送受信機５００は高速電子データを受信するための高速送信ポート５０２を含む。高速電子データは送受信機５００が搭載されたホスト機器から受信されてよい。高速電子データはフィルタコンデンサ５０４を介して、レーザー駆動回路５０６に送信される。レーザー駆動回路は高速電子データを増幅して駆動信号を生成し、この駆動信号は次にＴＯＳＡ５１０に送られ、ＴＯＳＡ５１０は駆動信号を光データに変換する。レーザー駆動回路５０６は更に制御回路５１２に接続される。制御回路はＩ^２ＣデータをＩ^２Ｃポート５１４で受信する。制御回路はＩ^２Ｃポート５１４から受信したデータを、帯域外送信ＵＡＲＴ５１６を介してレーザー駆動回路５０６へ配信する。

本発明の実施形態はまた、帯域外データが送受信機５００内で、制御チップ５１２又は送受信機内の他の回路により生成されることをも意図する。例えば、帯域外データは設定機能、識別情報、アイセーフティ及び一般障害検出、温度補正機能、監視機能、通電時間、マージニング等のようなデジタル診断データであってよいが、これらに限定されなくてよい。制御チップにより生成されるデジタル診断データは、帯域外データとして送信されてよい。デジタル診断データはまた、全体又は一部がホスト機器により生成され、Ｉ^２Ｃバスを介して送信される。従って、帯域外データは、ホスト機器を含む複数の発信元から、又は送受信機内で実行される機能から直接配信してよい。

レーザー駆動回路５０６はＩ^２Ｃポート５１４から受信した帯域外データをＴＯＳＡ５１０及び最終的にはレーザー５２８を駆動するための駆動信号上で符号化し、帯域外データが高速データ信号と共に変調され、次にＴＯＳＡ５１０から出力二重変調光信号として出力される。光データは送受信機５００によりＲＯＳＡ５１８において受信される。光データは高速データと帯域外データとの両方を含む出力二重変調光信号であってよい。光信号は電気信号にＲＯＳＡ５１８により変換される。後置増幅器５２０は高速電子データを抽出し、高速電子データは次に高速出力ポート５２２に供給され、高速データは送受信機５００が搭載されるホスト機器で利用可能となる。検出器５２６はＲＯＳＡ５１８の中の光ダイオード電流監視器５３０により生成される電気信号から帯域外データを抽出し、この電気信号は次に制御器５１２の中の帯域外受信ＵＡＲＴ５２４に供給される。帯域外データがある変調技術を利用して変調されたとき、検出器５２６は復調機能を含んでよい。帯域外データは、この例においてある低周波で変調される。この関係で利用される低周波数は、高速データより低い帯域という以外のいかなる特定の帯域も指定しない。帯域外データの帯域幅は以下で図７を参照してより詳細に説明される。

図６を参照すると、送受信機の別の実施例が示される。図６の送受信機６００は、例えばＸＦＰ送受信機であってよい。送受信機６００は図５に示される送受信機５００に類似し、データ通信は類似の経路に従う。送受信機６００はクロック及びデータ回復回路６０４を含む単一チップ６０２を含む。クロック及びデータ回復回路６０４はまた、ＲＯＳＡ６１８から受信される信号について、デジタル信号処理を実行するための後置増幅器６０６をも含む。クロック及びデータ回復回路６０４は、クロック及びデータ回復回路６０４により抽出される帯域外データを受信するマイクロプロセッサ６０８に接続され、マイクロプロセッサ６０８はまた、帯域外データ検出機能を実行するための回路をも含む。送受信機６００の送信側では、マイクロプロセッサ６０８は帯域外データを送信するためにクロック及びデータ受信回路に接続される。

クロック及びデータ回復回路６１０はチップ６０２に含まれる。クロック及びデータ回復回路６１０はレーザー駆動回路６１２に接続される。本発明の一実施形態において、図６に示される例のように、レーザー駆動回路６１２もまたチップ６０２に含まれる。レーザー駆動回路６１２はＴＯＳＡ６１４に接続される。クロック及びデータ回復回路は、レーザー駆動回路６１２を制御するために高速データ変調器及び帯域外データ変調器の一部を含んでよい。図６に示される例は、どのように本発明の様々な実施形態が、集積された単一チップの中で帯域外データの送信及び受信を遂行するための要素を組み込んでいるかを説明する。当業者は、帯域外データを送信及び受信するために利用される部品の様々な組み合わせが、本発明の実施例の範囲の単一チップに組み込まれてよいことに気づく。

図７を参照すると、どのように帯域外デジタルデータが物理リンクを伝って送信されるかを説明するグラフが示される。帯域外データは、データの周波数応答の側面において、物理リンク上の送信に関連付けられる要素について考慮される。通常は、高速データはある周波数パラメータ内、又はあるデータ周波数バンド幅７０２内で送信される。これは１ギガビット、２ギガビット、４ギガビット等所定の通信規約で定められる、周波数の関数である。これはまた、フィルタの機能であってもよい。図４及び図５で示されるように、フィルタコンデンサ４２４，４２８，５０４及び５０８は低周波信号を取り除くために利用される。これらフィルタコンデンサは、本発明の一実施形態において、３０ｋＨｚ未満の周波数を取り除くように設計される。高速デジタルデータは通常、信号が直流平衡化されるように送信される。これは、平均して１及び０を同数送信することにより成される。ＤＣ平衡化される信号は、この場合は直流電流値を有さない。これにより、全信号が図５に示されるフィルタコンデンサ５０４及び５０８のようなフィルタコンデンサを流れることが可能となる。フィルタコンデンサは、低周波信号と同様に信号の全直流部分を阻止する。いくつかの技術が信号を直流平衡化するために利用されてよい。例えば、８ビットの二進データは１０ビットのワードを利用して送信されてよい。余分なビットは１及び０の数を平衡化するために利用される。このタイプの符号化は、例えば１〜４ギガビット／秒のイーサーネット及びファイバーチャンネル接続で利用される。このタイプの符号化は通常、信号が約１００Ｋｈｚで送信される結果をもたらす。ＳＯＮＥＴ又はＳＤＨ、及び１０Ｇデータコム・リンクのような通信システムにおいて、スクランブル技術はビット・ストリームを乱数化し、その結果１及び０が平衡化するために利用され得る。上記のように、これら直流平衡化技術の各々により一つ又はフィルタ技術と組み合わせて、高速データ帯域７０２に入る高速データが得られる。

帯域外データは、従って、高速データ帯域７０２の周波数未満、又はいくつかの実施形態においては高速データ帯域７０２の周波数よりも上の周波数で送信され得る。帯域外データを変調するためのデータ帯域は図７に帯域外データ帯域７０４として示される。従って、帯域外データは帯域外データ帯域幅７０４内に存在する。帯域外変調を実行するために、本発明の一実施形態において、高周波データで変調される変調されたデータ信号は、帯域外データ帯域７０４内の周波数内の帯域外データのデータ・ストリームを用いて更に変調される。

図８を参照すると、データ送信範囲を拡張する実施形態における、帯域外データの送信をリピーター間で可能にする本発明の実施形態が示される。いくつかの長距離データ送信応用例では、中間リピーターが、適切な品質のデータが長距離データ接続を介して送信されることを可能にするために利用されることが要求される。例えば、米国の一端から他端への光ファイバーケーブルでの送信は適切な信号品質を有する送信を成し遂げるために中間リピーターを要求するかもしれない。図８はＴＯＳＡ８０４及びＲＯＳＡ８０６を含む第１リピーター８０２を示す。リピーター８０２は信号をＲＯＳＡ８０２で受信する。信号は信号処理回路８０８に供給され、ノイズの除去、信号電力の増加、又は信号の品質を改善する他の作業のような様々な信号処理作業を実行してよい。処理された信号は次に、ＴＯＳＡ８０４に流され、更にリピーター８１０及び８１２により再送信されてよい。リピーター８０２はまた、マイクロプロセッサ８１４のような帯域外論理をも含み、帯域外データをリピーター８０２により送信及び受信される信号上に抽出及び挿入するために利用してよい。

リピーター８０２の利用の一例として、リピーター８０２のデジタル診断情報が、帯域外データとしてリピーター８０２，８１０及び８１２を含むネットワークのような、リピーターのネットワークを介して送信される。帯域外データは、各リピーターのデジタル診断情報を含めるために連鎖の中のリピーター各々により構成されてもよい。従って、通信ネットワーク内のリピーターの状態は、リピーターから離れた機器によって監視され得る。このことが便利である一例は、田舎、人が住んでいない領域、又は海底などの遠隔地にリピーターが配置されるネットワークである。ネットワークに発生した問題を解決するとき、物理的にリピーターを回収し、物理的にリピーターを試験することは、法外に高くつくかもしれない。しかし各リピーターの診断情報が帯域外通信に含まれる場合、リピーターの状態は遠隔地で監視されてよく、リピーターを物理的に回収し、リピーターを物理的に試験する必要は無い。

本発明の一例において、各リピーターからのデジタル診断情報を含む帯域外データはまた、リピーター間の光ケーブル接続の状態を監視するためにも利用されてよい。例えば、デジタル診断情報が、送信信号の電力及び受信信号の電力を含むとき、受信リピーターによる受信電力を送信リピーターにより受信リピーターへ送信される電力から減算することにより、計算が行われえる。重大な電力損失がリピーター間のリンクを修復又は置き換える必要性を指示してもよい。

本発明の別の実施形態において、設定情報が遠隔ホスト、リピーター、又は他の機器に送信されてよい。これにより、機器を設定するために機器が存在する場所で物理的に回収すること、又は物理的に移動することの高価な予算を避けることに役立つ。設定情報は、例えば機器の電源を切断するための命令、通信速度を指定する情報、レーザーの電力が減少される又は休止されるべきであることを示す情報等を含んでよい。

本発明の別の実施例において、診断情報は機器により要求されるか、又は自動的に送信されてもよい。一例において、機器は識別情報のような情報を要求することにより、ネットワーク上の他の機器との互換性を保障するための検査をすることができる。一例において、識別情報は特定の機器の製造元に関する情報を含み、診断情報を要求する機器が、特定の機器は診断情報を要求する機器と共に利用することが適切であるかを判定し得る。

本発明の別の実施例において、物理リンクを伝わる信号損失のような診断情報が判定され得る。例えば、機器は信号が送信された電力を示してもよい。信号を受信する機器は、帯域外情報に受信される電力の量を含めてもよい。従って、受信信号の電力と共に送られる信号の電力を比較することにより、２機器間の物理リンクによる損失が判定され得る。

本発明の更に別の実施形態において、帯域外データを利用する識別情報及び認証情報を送信することにより安全性がネットワークにおける機器間で維持される。暗号化キーを符号化されるハードウェア又はソフトウェアがネットワーク内の機器に存在し、ネットワークの中の他の機器に提供するための識別情報又は暗号化トークンを生成するように利用され得る。従って、安全なリンクは、機器間で具体化され得て、これらの機器では認証及び識別情報を通信するためにハードウェアに埋め込まれた暗号化キーと帯域外データとを利用して互いに適切に合致される。

本発明は、技術思想又は本質的な特徴から乖離せずに他の形式に具体化さてもよい。上記実施形態は、全ての点で単に説明として考えられるべきであり、制限として考えられるべきではない。本発明の範囲は従って、上記よりもむしろ添付された請求項によって示される。請求項の目的及び均等物の範囲内になる全ての変更は発明の範囲内に含まれるべきである。

高速及び帯域外データを通信するための、２ホスト機器間の接続図。適切な消光比をまだ維持している、高速データ信号上で帯域外データを変調するために利用されてよいチャンネルマージンを示すアイダイアグラム。送信機の平均電力設定を利用して変調される帯域外データを示すアイダイアグラム。帯域外データが高速データ信号の平均電力上で変調される、帯域外データと共に変調される高速データ信号の図。消光比を利用する変調された帯域外データを示すアイダイアグラム。帯域外データが高速データ信号の消光比上で変調される、帯域外データと共に変調される高速データ信号の図。ピーク電力を利用して変調される帯域外データを示すアイダイアグラム。帯域外データが高速データ信号のピーク電力上で変調される、帯域がデータと共に変調される高速データの図。装置が監視光ダイオードからのフィードバックを含む、高速データ信号の平均電力上で帯域外データを変調するための装置の図。高速データ信号の平均電力上で帯域外データを変調するための装置の図。高速データ信号の消光比上で帯域外データを変調するための装置の図。高速データ信号のピーク電力上で帯域外データを変調するための装置の図。高速データ信号のピーク電力上で帯域外データを変調するための装置の図。二重変調信号を受信し、この二重変調信号から高速データ及び帯域外データを抽出するための装置の図。高速データ及び帯域外データを送信及び受信するための機械を含む、送受信機の図。高速データ及び帯域外データを送信及び受信するための様々な部品を含む、集積回路チップを含む、他の実施形態の図。信号がデータ接続からフィルタで除去される周波数、高速データが典型的に送信される周波数、及び帯域外データ通信で利用可能な周波数を含む周波数帯の図。高速及データ及び帯域外データを通信するために設計されるリピーターのネットワーク図。

Claims

送受信機であって、
物理リンクを伝わる送信のための物理層信号を生成するように構成された信号電源と、
前記信号電源に結合する高速データ変調器であって、前記信号電源は物理層信号を前記データ信号変調器から受信される高速データ信号と共に変調するように設定された、高速データ変調器と、
前記信号電源に接続される帯域外データ変調器であって、前記信号電源が前記帯域外データ変調器から受信される帯域外データに応答して物理層信号を変調するように構成され、前記高速データ変調器及び帯域外データ変調器による変調により高速データ及び帯域外データを含む二重変調信号の出力が生成される、帯域外データ変調器と、
を備える送受信機。
前記送受信機は光送受信機であり、
前記信号電源はレーザー駆動回路及びレーザーを備え、
前記送受信機は、前記レーザーによる平均電力出力を制御するように構成された平均電力バイアス回路を更に備え、前記帯域外データ変調器が前記平均電力バイアス回路に接続される、
請求項１に記載の送受信機。
前記送受信機は光送受信機であり、
前記信号電源はレーザー駆動回路及びレーザーを備え、
前記レーザー駆動回路は前記レーザーによる信号出力の消光比を制御するように構成された消光比命令入力を更に備え、前記帯域外データ変調器が前記消光比命令入力に接続される、
請求項１に記載の送受信機。
前記送受信機は光送受信機であり、
前記信号電源はレーザー駆動回路及びレーザーを備え、
前記送受信機は、前記レーザーによる平均電力出力を制御するように構成された平均電力バイアス回路を更に備え、前記帯域外データ変調器が前記平均電力バイアス回路に接続され、
前記レーザー駆動回路は前記レーザーによる信号出力の消光比を制御するように構成された消光比命令入力を更に備え、前記帯域外データ変調器が前記消光比命令入力に接続される、
請求項１に記載の送受信機。
前記送受信機は光送受信機であり、
前記信号電源はレーザー駆動回路及びレーザーを備え、
前記レーザー駆動回路は、高速データ１が出力されるとき、前記レーザによる前記電力出力を規定する高速データ１レベル命令を更に備え、前記帯域データ変調器は前記高速データ１レベル命令に接続される、
請求項１に記載の送受信機。
前記帯域外データ変調器が、位相偏移変調、二進位相偏移変調、四位相偏移変調及びマンチェスター符号化のうち少なくとも１つを利用して変調するように構成される、請求項１に記載の送受信機。
前記帯域外データ変調器が識別情報及び認証情報を変調するように構成されている、請求項１に記載の送受信機。
前記帯域外データ変調器が前記送受信機の状態を含む診断情報を変調するように構成されている、請求項１に記載の送受信機。
前記帯域外データ変調器が設定データを変調するように構成されている、請求項１に記載の送受信機。
物理リンクから物理層信号を受信し、前記物理層信号から入力変調二重信号を生成するように構成されている信号受信要素と、
前記信号受信要素に接続され、前記入力変調二重信号から帯域外データを抽出するように構成されている帯域外検出器と、
前記信号受信要素に接続され、前記入力変調二重信号から高速データを抽出するように構成された高速データ増幅器と、
を更に備える、請求項１に記載の送受信機。
前記帯域外検出器がＩＲ受信機を備える、請求項１０に記載の送受信機。
物理リンク上でデータを送信する方法であって、
高速データを有するデータ信号を変調すること、
帯域外データを有する前記データ信号を変調することを備え、前記高速データ及び前記帯域外データを有する前記データ信号を変調することにより、物理リンク上で送信するための物理層信号である二重変調信号の出力が生成される方法。
前記変調されたデータ信号を変調することは、前記物理層信号の平均電力を変化させることを備える、請求項１２に記載の方法。
前記変調されたデータ信号を変調することは、前記物理層信号のピーク電力を変化させることを備える、請求項１２に記載の方法。
前記変調されたデータ信号を変調することは、前記物理層信号の消光比を変化させることを備える、請求項１２に記載の方法。
高速データ及び帯域外データを含む入力変調二重信号を受信すること、
前記入力変調二重信号から高速データを抽出すること、
前記入力変調二重信号から帯域外データを抽出すること、
を更に備える、請求項１２に記載の方法。
前記入力変調二重信号から帯域外データを抽出することが、前記入力変調二重信号の平均電力を測定することを備える、請求項１６に記載の方法。
前記入力変調二重信号から帯域外データを抽出することが、前記入力変調二重信号のピーク電力を測定することを備える、請求項１６に記載の方法。
前記入力変調二重信号から帯域外データを抽出することが、前記入力変調二重信号の消光比を測定することを備える、請求項１６に記載の方法。
前記変調されたデータ信号を変調することは、位相偏移変調、二進位相偏移変調、四位相偏移変調及びマンチェスター符号化のうち少なくとも１つに従って前記変調されたデータ信号を変調することを備える、請求項１２に記載の方法。
デジタルデータを受信及び送信するためのリピーターであって、
データ信号を受信するように構成された受信機と、
前記受信機に結合され、前記デジタル信号上で処理作業を実行するように構成された信号処理回路と、
前記信号処理回路に結合され、前記処理回路から前記データ信号を受信し、前記データ信号を送信するように構成された送信機と、
前記信号処理回路に結合される、前記データ信号上で帯域外データを抽出及び挿入するように構成された帯域外論理と、
を備えるリピーター。
前記帯域外論理は、
前記データ信号から帯域外データを抽出し、
前記リピーターのデジタル信号データに対応するデータを前記帯域外データに連結させ、且つ
前記リピーターのデジタル診断データに対応するデータを含む前記帯域外データを、前記データ信号に挿入するように構成されている、請求項２１に記載のリピーター。
前記帯域外論理はマイクロプロセッサである、請求項２１に記載のリピーター。