JP2009545214A - マルチデータレートコンパチブル型の超高速自己適応全光データパケット速度倍増方法 - Google Patents

Abstract

マルチデータレートおよび/またはマルチ通信プロトコルコンパチブル型の自己適応全光データパケット速度倍増方法を提供すること。端末ユーザまたはネットワークインタフェース設備からの元の電子または光学データパケットに対してリアルタイムにパルス幅を圧縮することにより、元のデータパケットと同一速度であるものの、各パルス信号持続時間を多く短縮した光学データパケットを生成し、更に各パルス幅圧縮による冗余アイドル期間を取り除き、データ周期を減少して、データパケット信号の速度倍増を実現した。本発明は背景技術の電光/光電変換過程におけるデータパケット速度の制限問題を解決し、異なる通信速度および/またはプロトコルのネットワークとシステムとの間の相互接続・通信の問題を根本的に解決した。本発明は、速いリアルタイム情報処理能力を有し、高速の要求を満たすことが可能である。本発明を用いることによって、速度とプロトコルとが何れも透過的である超高速全光通信システムとネットワークを設計することが可能である。

Description

本発明はマルチデータレートおよび/またはマルチ通信プロトコルコンパチブル型の自己適応全光データパケットの速度倍増方法に関する。本発明は、速くてリアルタイム的な情報処理能力を有し、超高速の要求を満たすことが可能であり、特に、マルチデータレートコンパチブル型の超高速自己適応全光データパケット速度倍増方法に関する。

インターネットの普及・適用とマルチメディア通信及びブロードバンド業務への需要が絶えず増加していることに伴って、例えば、ATM、SDH、さまざま様々なイーサネット（登録商標）（Ethernet）プロトコル、光ファイバーチャンネル（Fibre Channel）などのように、様々な通信プロトコルと規格がどんどん制定され、または改善されてきた。これによって、通信ネットワーク及びシステムの設計に対して挑戦を挑み、即ち、いかに設計された通信ネットワーク/システムが自己適応的に様々な既存の通信プロトコルと規格をコンパチブルし、更に柔軟的に未来の新しい通信プロトコル/規格のアプリケーション及びシステムのバージョン‐アップをサポートすることを確保する。但し、現在のインターネットと長距離通信システムは、異なる速度、異なるプロトコルのユーザに対応する時に、何れも電子信号処理、光学信号伝送の方式を用いることによって、そのデータパケットを伝送して交換する。そのステップは下記の通りである：
即ち、1）IPプロトコル、ATMプロトコル、様々なイーサネットプロトコル、光ファイバーチャンネルプロトコルなどの異なる通信プロトコルの要求によって、元のユーザデータ又は通信ネットワークインターフェースユニットのデータが、電気信号により処理され、関連する通信プロトコルのデータパケットのフレーム構成の規定に従って、所定速度を有する電気データパケット信号にカプセル化される。

2）カプセル化された電気データパケットが、ケーブルによって伝送され、或いは、電光変換された後も、元の電気データパケットのフレーム構成と速度が保持されるが、光学データパケットに変えて伝送される。

3）光ネットワークの一部のノードに、異なるデータ通信速度を変換する必要がある場合には、必ず、まず光学データパケットを光電変換によって電気データパケットに変えた後、電気フィールドにおいて、対応するデータ信号の速度変換を行って、同一速度の電光変換によって光学データパケットに変えて次の通信を行う。

この方式の主な欠点は、電気データパケットのカプセル化処理、電光変換及び光電変換過程が、すべて電気フィールドで実現しなければならないということである。但し、回路の処理スピード及びバンド幅について、電子部品が明らかに光学部品より低いので、電子信号処理方式を用いる通信ネットワークが転送速度の制限を受ける問題が存在する。これによって、当該光通信ネットワークの転送速度のボトルネック制限が生じる。例えば、現在の商用化されているSDH光ファイバーシステムは、最高40Gb/sまで達しており、単一波長については、商用化されている光Ethernetネットワークの最高通信速度がただ10Gb/sに達している。この同一速度の電光/光電変換方式は、現在のSDHシステム、Ethernetネットワーク、デンス WDMシステム/ネットワークなど商用化の光ファイバー転送システムと通信ネットワークに採用されたが、電子ボトルネック効果の制限を受けるので、電気信号処理技術による光ファイバー通信ネットワークは、急速に増加しづつであるIPデータ業務の需要を満たすことができなく、したがって、ネットワークにおける通信速度の高まりをサポートすることができなくなる。更に、この同一速度の電光/光電変換方式の適用は、ネットワークの拡張性と未来の超高速通信プロトコルへのコンパチブルも制限することになる。

40Gb/s光転送システムの商用化及び160Gb/s光通信システムの開発に伴って、超高速、超大容量、全光透過転送と交換の通信ネットワーク、つまり、狭義上に全光インターネットは、未来インターネットの発展目標となる。更に異なる端末ユーザまたはネットワークインターフェース設備のバンド幅速度の需要も異なる可能性がある。したがって、全光のマルチ速度インターフェースを実現して、自己適応的に様々な異なる速度のユーザデータをコンパチブルすることは、超高速全光インターネット設計の核心技術となり、ネットワークの拡張性と稼動柔軟性に直接的に影響する。今では、超高速全光インターネットを実現するために、下記のような技術難点が存在している。

1）既存の低速光データパケットを超高速光データパケットに変えてから転送と交換を行う必要がある。したがって、光学データパケットの信号速度を数倍、数十倍もしくは数万倍にアップしなければならない。

2）異なる端末ユーザまたはネットワークのインターフェース設備が、異なるプロトコルを有する時に、超高速の光学データパケット速度倍増を実現する過程には、これらのプロトコルをコンパチブルすることが可能であることが必須であり、またデータパケットの速度倍増を実現した後で、元の通信プロトコルのフレーム構成を保持しなければならない。

3）異なる端末ユーザまたはネットワークのインターフェース設備が、異なる速度の光学データパケットを有する時に、超高速の光学データパケット速度倍増を実現する過程には、コンパチブル可能であることが必須であり、様々な低速度の光学データパケット信号を通信ネットワークに必要な超高速光データパケット信号に倍増する。

4）上述過程は自己適応的に行うことが必須である。

本発明の目的は、マルチデータレートコンパチブル型の超高速自己適応全光データパケット速度倍増方法を提供することである。本発明は背景技術の電光/光電変換過程におけるデータパケット速度の制限問題を解決し、異なる通信速度および/またはプロトコルを有するネットワークとシステムの間の相互接続・通信問題も根本的に解決した。

本発明の技術解決方法は、マルチデータレートコンパチブル型の超高速自己適応全光データパケット速度倍増方法であり、順番に以下のようなステップを含み、即ち：
（1）低速データパケット信号のパルス幅を圧縮するステップ、
即ち、（1.1）超短光パルスサンプリング序列を生成する：外部データクロック信号と同期できる超短パルスレーザー源を用いて、重複周波数がB_i（i∈｛1，2，…，n｝）に等しい周期性超短光パルスサンプリング序列を生成するステップと、
（1.2）元の低速電気データパケット信号と重複周波数B_iの周期性超短光パルスサンプリング序列を超スピード電光サンプリングにより生成した後、速度がB_iである、超短パルスによる元の低速光データパケット信号を生成し、或いは、元の低速光データパケット信号と重複周波数がB_iに等しい周期性超短光パルスサンプリング序列を全光サンプリングにより生成した後、速度がB_iである、超短パルスによる元の低速光データパケット信号を生成するステップと、
（2）自己適応速度倍増因子を選択するステップ、
即ち、（2.1）速度倍増因子RM_iを算出するステップと、

この中に、i∈｛1，2，…，n｝、f_opが倍増された後で達すべき超高速光データパケットの速度である、
（2.2）元のデータ周期において短縮すべき時間量ΔT_iを確定するステップと、

当該式中にτ＝1／f_opが圧縮された後の光学データパケット信号の時間周期である、
（3）元の低速光データパケット信号の時間周期を圧縮するステップ、
即ち、式２により確定された時間周期短縮量ΔT_iに基づいて、光学データパケット速度倍増ユニットを利用して元の低速光データパケット信号の時間周期を圧縮し、これによって、速度がB_iである低速光データパケット信号を速度がf_opであるマルチ超高速光データパケット信号に変換し、このマルチ超高速光データパケット信号の中に、ただ一つだけが元正確フレーム構成を保持したものであり、残りがエラーフレーム構成であるステップと、
（4）正確フレーム構成を有する超高速光データパケット信号を取得するステップ、
即ち、光ゲーティング信号によって光学データパケット速度倍増ユニットの出力端に正確フレーム構成の超高速光データパケット信号をスクリーニングするステップを含む。

上述光学データパケット速度倍増ユニットは、全並列構成を用いてもよく、当該光学データパケット速度倍増ユニットは：
（1）入力される速度がB_iで、パルス幅がΔPで、パケット長さがKビットである光学データパケット信号をKルートに分け、
（2）それぞれK本の並列光学ルートに注入して、遅延処理を行い、第j本の光学ルートの時間遅延量

が

この中に、j＝2，3，…，K ;
とすれば、全並列光学データパケット速度倍増ユニットの第j本の光学ルートが参照光ルートより超える光パス

が次のようになり、

この中に、cが真空における光速、nが光導波材料の屈折率、j＝1，2，…，K 、i∈｛1，2，…，n｝；
第j本の光学ルートと第j＋1本の光学ルートとの間の相対遅延光パス

が次のようになり、

この中に、j∈｛1，2，…，K−1｝；
（3）更にK本の並列光学ルートを合併出力する。

上述光学データパケット速度倍増ユニットは全並列構成を用いてもよく、当該光学データパケット速度倍増ユニットは：
速度がB_iで、パルス幅がΔPで、パケット長さがKビットである光学データパケット信号を光学データパケット速度倍増ユニットに入力する時に、まず、受動光シャントによってKルート信号に分け、その後K本の並列光学ルートに送る、式３によって：

この中に、j＝2，3，…，K ;確定された時間遅延量

は、各光学ルートにおける光学データパケット信号を遅延処理し、更に遅延定位処理されたKルート光学データパケット信号を受動光合併器に入力し、時間的に重ねった後、当該光学データパケット速度倍増ユニットの出力端に一つの超高速の光パルス序列を生成する。

上述光学データパケット速度倍増ユニットは全並列構成を用いてもよく、当該光学データパケット速度倍増ユニットは：
能動光ディバイスによって、低速光データパケットをそれぞれ速度倍増し、一本の並列光学ルートの入力または出力信号は一つの超短光パルスだけを含み、光学データパケット速度倍増ユニットの入力端において一つの1×K電光スイッチを用いて入力されたKビット直列データをKルート並列の単一ビットデータ信号にデカプリングしたり、
或いは、全並列構成の光学データパケット速度倍増ユニットの入力と出力段に、それぞれ受動光シャントと合併器を利用して、入力と出力段の間に接続されたK本の並列光学ルート上に、それぞれK個の電光インテンシティー変調器またはK個の簡単な電光スイッチを用いて、Kルート並列の単一ビットデータ信号を選び出す、
光学データパケット速度倍増ユニットは、必要な速度がf_opで、長さがKビットである光学データパケット信号を直接的に出力する。

上述光学データパケット速度倍増ユニットが全直列構成を用いてもよく、当該光学データパケット速度倍増ユニットは：
第j段「分/合」基本ユニットの遅延光ルートが「参考光ルート」より超える時間遅延量

が次のようになり、

この中に、ΔT_iは式２において、速度がB_iであるデータパケットに必要な周期時間短縮量であり、j＝1，2，3，…，M;
第j段「分/合」基本ユニットの遅延光ルートが「参考光ルート」より超えるべき光パス量

が次のようになり、

この中に、i∈｛1，2，…，n｝； j＝1，2，…，M 。

上述光学データパケット速度倍増ユニットは全直列構成を用いてもよく、当該光学データパケット速度倍増ユニットは：
入力端は、速度がB_iで、パルス幅がΔPで、パケット長さがK＝2^Mビットである光学データパケット信号であり、各段「分/合」基本ユニットが式６に従う、

この中に、ΔT_iは、式２において、速度がB_iであるデータパケットに必要な周期時間短縮量、j＝1，2，3，…，M ; 確定された時間遅延量

によりそれぞれ光学データパケット信号を倍増処理する。

上述光学データパケット速度倍増ユニットは全直列構成を用いてもよく、当該光学データパケット速度倍増ユニットは：
各段の「分/合」基本ユニットの出力端ごとに一つの電光または全光時間ゲート部品をカスケードし、或いは、いくつかの選定された「分/合」基本ユニットの出力端に電光または全光時間ゲート部品をカスケードして、ゲーティング信号の作用で、上述電光または全光時間ゲート部品は、「分路−遅延−合併」光学処理過程によるユースレス光パルスまたは無効な「隣り合うビット対」 / 「隣り合うビット組」を、関連する中間段において、即時に捨て、必要な「隣り合うビット対」 / 「隣り合うビット組」を選択して、次の段の「分/合」基本ユニットに入力する。

上述光学データパケット速度倍増ユニットは、直列−並列混合型構成を用いてもよく、当該光学データパケット速度倍増ユニットは、
並列構成をバックボーンとして、その中の並列光学ルートにおいて、それぞれ全直列構成の光学データパケット速度倍増ユニットを挿入し、或いは、直列構成をバックボーンとして、第一段「分/合」基本ユニットの出力端において、一本の全直列構成の光学データパケット速度倍増ユニットと一本の並列光学岐路を並列的に接続する。

本発明は以下のような有益な効果を有している：
本発明は、端末ユーザまたはネットワークインタフェース設備からの元の電子または光学データパケットに対して、リアルタイムにパルス幅を圧縮することにより、元のデータパケットと同一速度であるものの、各パルス信号持続時間を多く短縮した光学データパケットを生成する。そして、各パルス幅圧縮によるできた冗余アイドル期間を取り除いて、データ周期を減少する目的を達することによって、データパケット信号の速度倍増を実現した。本発明で提出された方法を用いれば、速度とプロトコルの透過的な超高速全光通信システムとネットワークを設計することができる。具体的な利点は下記の通りである。

1．全光透過。超高速全光データパケットの形成に対して、本発明は電光変換を行う必要がなく、データメモリー再編する必要もなくて、比較的低速光データパケット信号を必要な超高速光データパケット信号に倍増することが可能である。

2．マルチプロトコルコンパチブル。全光方式を直接に用いることによって、異なるプロトコルのユーザデータを透過的にコンパチブルすることが可能であり、例えば、超高速全光IPデータパケット、超高速全光ATMデータパケット、超高速全光Ethernetデータパケット、超高速全光Fibre Channelデータパケットなどを生成することができる。

3．マルチ速度コルコンパチブル。全光方式を直接的に用いることによって、Kb/s、Mb/s、Gb/sなど様々な速度の超短光パルス信号に基づくデータパケットを透過的にコンパチブルすることが可能である。

本発明は、全光信号処理方式を直接的に用いることによって、Kb/sからGb/sまでの様々なインターフェース速度のデータパケットを透過的にコンパチブルすることが可能であり、これら超短光パルス周期信号によりサンプリングされて生成した低速光データパケット信号を、自己適応の全光速度倍増技術によって、必要な超高速光データパケット信号に変換する。この速度アップ作用を通して、全光ネットワークにおけるすべてのインターフェースにある転送待ちの光学データパケット信号が、すべて全光通信ネットワークに指定された光学信号転送速度を有する。更に、各光インターフェースユニットは、超高速の光学データパケット信号を全光ネットワークに送り、リアルタイムに転送と交換を行う。工程適用の面において、これは汎用的な光通信ネットワークとシステムの設計に役立ち、生産と運行のコストを減少し、光ネットワークとシステムの普及・適用を促進する。

4．既存のプロトコルのデータフレーム構成の保持可能。速度を倍増した後、超高速光データパケットには、元の低速光データパケットのフレーム構成を保持することが可能である。

本発明は、異なるフレーム構成を有する端末ユーザデータまたは異なるプロトコルのネットワークインターフェース設備のデータを直接的にコンパチブルすることができ、例えば、IPデータパケット、ATMデータパケット、10Mb/s のEthernetデータパケット、快速Ethernet/ギガEthernet/10ギガEthernetデータパケット、光ファイバーチャンネルデータパケットなど、速度倍増によって全光通信ネットワークに必要な超高速光データパケットを生成し、しかも依然元の低速光データパケットのフレーム構成を保持する。

5．高倍率速度倍増可能。仮に元のデータパケットの速度率がBLであり、速度倍増をした後の全光データパケットの速度がBHであれば、当該データパケットの速度倍増因子RMが次の通りである。

RM＝BH/BL
ネットワークの必要に応じて、データパケット信号の速度を倍増して、101〜108倍に高めることが可能である。

6．倍増率選択可能。ネットワークの必要に応じて自動的にデータパケットの速度倍増因子RMの大きさを選択することができる。

本発明は、直接に光フィールドにおいて超短光パルス周期信号サンプリングにより生成された低速光データパケット信号に対して、速度が透過的である超スピードデータレート倍増を行うことができる。当該処理によって、ネットワーク転送容量に基づいて、Kb/sからGb/sまでの低速短パルス光学データパケット信号を速度100Gb/s、160Gb/s、320Gb/s、500Gb/s、640Gb/s、もしくはもっと高い速度の全光データパケットに倍増した後、光ファイバーネットワークに送り、超高速の転送と交換を行うことができる。

7．柔軟な自己適応の操作
本発明は、超高速の光学データパケットの速度倍増を実現する過程において、手動作業の必要がなく、柔軟的かつ自動的な電子制御プログラミングによって自己適応の操作を実現することができ、特に全光ネットワークの柔軟的、高速的な組み立てに適する。

8．広い適用範囲
本発明は、地面上の民用及び軍用超高速全光通信ネットワークとシステムに適するだけでなく、未来の超高速光衛星通信の組み立て、航空光ファイバーネットワーク及び艦載光ファイバーネットワークの超高速光インターネットなどのサポートに寄与することもできる。

図１は本発明におけるマルチデータレートコンパチブル型の超高速、自己適応全光データパケット速度倍増方法の基本的な原理を示す図である。 図２は本発明実現の方案を示す図である。 図３は本発明における低速データパケット信号パルス幅圧縮の基本的な原理を示す図である。 図４は本発明における全並列構成を用いる光学データパケット速度倍増ユニットの原理を示す図である。 図５は本発明における電気制御プログラミングを行える可変的光遅延線モジュール（ＶＯＤＬＭ）の構成図である。 図６は本発明における「全並列」速度倍増の基本的なユニットを示す図である。 図７は本発明によって改善された「直列」 速度倍増ユニットが超高速光データパケットを形成することを示す図である。 図８は本発明における全並列構成の優選型光学データパケット速度倍増ユニットの二つの実現方法を示す図である。 図９は本発明によって改善された「全並列」速度倍増ユニットが超高速光データパケットを形成することを示す図である。 図１０は本発明における全直列構成を用いる光学データパケット速度倍増ユニットの原理を示す図である。 図１１は本発明における全直列構成の基本型光学データパケット速度倍増ユニットの原理を示す図である。 図１２は本発明によって改善された「直列」速度倍増ユニットが超高速光データパケットを形成することを示す図である。 図１３は本発明における電光ゲート（または全光ゲート）が超高速光データパケットを形成することを示す図である。 図１４は本発明によって改善された「直列10」速度倍増ユニットが高速光データパケットを形成することを示す図である。 図１５は本発明における直列−並列混合型構成を用いる光学データパケット速度倍増ユニットの一つ実現方法の原理を示す図である。

本発明より提出した「マルチデータレート」および/または「マルチ通信プロトコル」コンパチブル型の自己適応全光データパケット速度倍増方法は、主に図1に示すように、（1）超短光パルスによる低速光データパケット信号を生成する機能ブロックと、（2）自己適応速度倍増因子を選択する機能ブロックと、（3）低速光データパケットの信号周期時間を圧縮する機能ブロックと、（4）超高速光データパケット信号を生成する機能ブロックとの、四つの機能ブロックを含む。説明しやすいために、仮にすべての速度アップに必要のある低速光データパケット信号が合計でn種類の異なるデータレートB_i（i＝1，2，…，n）を有すれば、速度倍増をしてから生成する超高速光データパケット信号が一つの統一的なデータレートf_opを有し、また超高速光データパルスの幅がΔPとする。この場合、光学信号のデータ周期がT_op＝1/f_opであり、また常に超高速光パルス信号の「タイムスロック（time slot）」幅τと呼ばれる。符号間干渉（intersymbol interference）を減少するため、ΔPはτより小さくすべきである。

本発明の技術原理は下記の通りである。

1．まず、通常の低速データパケット信号のパルス幅を圧縮する。この処理によると、レートがB_iである元の電気データパケット信号または光学データパケット信号は、レートがB_iであるものの、データパルス幅が極めて狭い低速光データパケット信号に変換される。つまり、パルス幅の圧縮をした後、光学データパケットの各ビット情報が現時点でデータ周期のごく少ない部分を占めており、当該周期の残るほとんどの期間（1/B_i−τ）がアイドル状態になる。

2．元のデータパケット信号のレートB_iと倍増してから達すべきデータレートf_op＝1/τに基づいて、自己適応的にデータパケットの速度倍増因子RM_iを算出し、速度倍増因子RM_iは１より大きい任意の数値であってもよい、

元データ周期の短縮すべき時間量ΔT_iを確定する。

3．式２により確定された時間周期短縮量によって、光学技術を用いて超スピード時間圧縮過程を実現する。その結果、各データ周期中のアイドル期間を削除することができて、超短光パルスに基づくデータ序列が一つ新しい周期T_op＝τを有する。したがって、そのデータレートは必要なf_op値に高められる。

4．全光データパケット速度倍増ユニットまたはサブシステムに用いられる光学部品のタイプとシステム構成に基づいて、当該速度倍増ユニット入力端の信号が超短光パルスに基づく低速光データパケットであれば、出力される光学信号が元データパケット信号とそれぞれ対応する一つの超高速光データパケット信号のみを含む可能性があり、即ち必要な信号を直接出力する。全光データパケット速度倍増ユニットより出力された光学信号は、元データパケット信号と完全に対応する一つの超高速光データパケット信号を含むだけでなく、ほかの超短光パルス序列モード、即ち必要のない信号を含む可能性がある。この場合、当該速度倍増ユニットは、更に、一つのゲーティング機能を有する光学部品或いはサブシステムをカスケードする必要があり、よって、データパケットゲーティング信号の作用により、元データパケット信号とそれぞれ対応する超高速光データパケット信号だけを全光データパケット速度倍増器の出力端に出現させ、必要のないほかの超短光パルス序列を捨てる。

本発明の実現ステップは下記の通りである。

1．低速データパケット信号のパルス幅圧縮
倍増された光学データパケット信号のデータレートf_opに対して、一般的に、元データパケット信号のデータレートB_i （i＝1，2，…，n）が低く、パルス幅が比較的に大きい。更に、ネットワークにおける光学データパケット速度倍増器の位置に基づいて、図2に示すように、その入力端の元データパケットが電子信号であってもよく、光学信号であってもよい。幅広いパルスの電子または光学信号を幅狭い光パルス信号に変換するために、いくつか電光または全光部品を使う必要があり、現在、通常の実現方法として、超スピード電光或いは全光サンプリング技術を採用している。その原理は下記の通りである。

1.1超短光パルスサンプリング序列の生成：外部データクロック信号と同期できる超短パルスレーザー源によって、重複周波数がB_i（i∈｛1，2，…，n｝）に等しい周期性超短光パルスサンプリング序列を生成する。

超短パルスレーザー源は、能動モードロックレーザー器、ゲインスイッチレーザー器、電気吸収変調器或いはほかのタイプの電光強度変調器をカスケードする連続波（ＣＷ）レーザー器である。超高速の全光データパケットの速度倍増のために、超短光パルス信号のパルス幅が10psより小さければよい。

1.2電光サンプリング：図3（a）を参照すると、元の低速電気データパケット信号と重複周波数がB_iに等しい周期性超短光パルスサンプリング序列とを電光強度変調器に入力し、光電サンプリングをした後、速度がB_iである、超短パルスによる元の低速光データパケット信号を生成する。

通常の電光強度変調器は、LiNbO3強度変調器或いは電気吸収変調器などであってもよい。低速電気データパケット信号はKb/s、Mb/s或いはGb/sの、任意の速度の低速電気データパケット信号であり、低速電気データパケット信号のフレーム構成が、IPプロトコル、ATMプロトコル或いはEthernetプロトコルなど任意のフレーム構成であってもよい。

速度倍増に必要のある元の光学データパケット信号が低いデータレートB_iを有すれば、図3（b）に示すように、まず、光電変換をした後、低速の元の電気データパケットを生成し、つぎに、電光サンプリング方式を用いて、速度がB_iである、超短パルスによる低速光データパケット信号を生成することが可能である。当該案の特徴は、構成が比較的に簡単で、使用している光子部品が比較的に成熟であり、現階段の技術で実現しやすい。但し、この案の主な欠点は、光電変換のボトルネック効果があり、そのデータ処理スピードを制限する。全光通信ネットワークの普及と光ネットワークインターフェース速度のアップに伴い、全光サンプリング技術を使って、電光変換のボトルネック問題を有効的に解決することが要求されている。

1.3全光サンプリング：図3（c）を参照すると、元の光学データパケット信号と重複周波数がB_iに等しい周期性超短光パルスサンプリング序列を全光サンプリング部品に入力し、超スピード光サンプリングをした後、速度がB_iである、超短パルスによる元の光学データパケット信号を生成する。

全光サンプリングの実現形式はさまざまな種類がある。例えば、それは一つの超スピード光学論理積（and）ゲートであり、或いは、一つの超スピード、超狭い光学時間ゲートであってもよい。各種の光ファイバーまたは半導体光部品中の非線形光学効果によって超スピード光学サンプリングを実現できる。一般的に、光ファイバーを用いる全光サンプリング部品で実現しやすく、そのスピードがとても速いが、欠点として、この全光サンプリング部品のサイズが比較的に大きいので、小型化及び集積化に不利である。半導体光部品による全光サンプリング部品は、サイズが小さくて、集積しやすいが、実現するコストが光ファイバーの案より高い。単一の半導体光部品を用いる全光サンプリング器は、構成が簡単で、実現しやすいが、動作スピードが半導体光部品のキャリアー回復時間により制限される。この問題を解決するため、全光サンプリング器は複数の半導体光部品を用いて、適当な構成により超高速の光学サンプリングを実現することが可能である、例えば、半導体光増幅器を干渉計などの構成中に利用し、動作スピードを高めることができる。

2．自己適応速度倍増因子の選択
同一ネットワーク中に速度倍増に必要のある元データパケット信号は合計でn種類の異なるデータレートB_i（i＝1，2，…，n）を有するので、全光データパケット速度倍増器が現在の入力端のデータパケット信号速度に基づいて自己適応的に元データ周期の圧縮すべき時間量を確定して、更に対応する制御情報を全光データパケット速度倍増ユニットに入力し、必要な速度倍増因子を生成するように、自動的に正確な光パスを選択することが要求される。

2.1式１により、自己適応的に現在の速度倍増因子RM_ii∈｛1，2，…，n｝を算出する。式１と２から分かるように、設定した光通信ネットワーク転送速度f_op＝1／τについて、速度倍増因子RM_iと元データ周期の圧縮すべき時間量ΔT_iがそれぞれ対応している。つまり、RM_i値を算出すれば、対応するΔT_i値も確定される。

2.2算出したRM_i値によって、i∈｛1，2，…，n｝、対応する時間遅延量制御信号を生成して、当該制御信号を全光データパケット速度倍増ユニットに入力し、自己適応的に正確的な光パスを築く。

3.低速光データパケットの信号周期時間圧縮
パルス幅信号圧縮により生成した光学データパケット信号は比較的に低いデータレートB_iを有するが、全光通信ネットワークのデータ転送速度f_opは極めて高い。これによって、それぞれの端末ユーザと光ファイバーネットワークのインタフェースに、或いは、光ネットワークのいくつかのノードに、一つの全光速度倍増器を使って、低速の光学データパケット信号を超高速の光学データパケット信号に変換することが要求される。そして、図2に示すように、更に統一の速度f_opを有する光学データパケットをネットワーク上に入力して転送と交換を行う。これによって、全光データパケット速度倍増技術は、マルチ速度通信、マルチフレーム構成のコンパチブルを実現する1種の核心技術である。

光学データ周期についての時間圧縮を完成するために、超スピード光データパケット速度倍増ユニットを用いることが必要となる。一般的に、主に以下のような3種類の構成を用いて実現する。その原理を説明しやすいために、仮に一つの元のデータパケットが合計でKビットを含むとする。

3.1全並列構成
全並列構成を用いる光学データパケット速度倍増ユニットの一つ著しい特徴が、K本並列の光学ルートを有する。使用されている光学部品の種類と機能によれば、当該光学データパケット速度倍増ユニットは、基本型と優選型という二つのタイプに分けられる。データ速度がB_iである、パルス幅がΔPに圧縮される光学データパケット入力信号について、一つの全並列型の光学データパケット速度倍増ユニットが、まず、入力された光学データパケット信号をKルートに分け、更に、それぞれK本の並列光学ルートに注入して遅延処理を行う。図4に示すように、その原理を説明しやすいために、仮に第一本の光学ルートを「参考光ルート」に用いれば、それは低速光データパケットの最後1位のビット信号を、まもなく生成される超高速光データパケットの第K個のタイムスロットに固定することになる。これに基づいて、第二本と第三本の光学ルートが、それぞれ第一本のルートよりΔT_iと2ΔT_iの時間遅延量を超えており、低速光データパケットの最後の第2、第3位ビット信号を、まもなく生成される超高速光データパケットの第K−１と第K−2のタイムスロットに固定する。この時間遅延処理をした後、これらのビット信号が、全部同じ時間間隔τに基づいて、配列される。これによって類推され、第ｊ本の光学ルートが第一本のルートより超えている時間遅延量

が次のようになり、

この中に、ΔT_iは速度がB_iであるデータに必要な周期時間短縮量であり、式２により確定される。その結果、改めて定位をして取得されたKビット光学データ信号が一つの新しい周期τを有し、入力された光学データパケット信号とをそれぞれ対応している。したがって、当該光学データパケット速度倍増ユニットに対し、適当な制御を行えば、必要な速度がf_op＝1/τであり、長さがKビットでる光学データパケット信号を選出することができる。つまり、当該光学データパケット速度倍増ユニットは、入力された光学データパケット信号とを完全対応する超高速光データパケット信号だけを出力することによって、必要な速度倍増機能を完成する。

光学データパケット信号の自己適応速度倍増を実現するためには、「参考光ルート」に加えて、光パスと呼ばれる光学データパケット速度倍増ユニットのほかのK−1本並列光学ルートの長さも、入力された光学データパケット信号の速度（B_i）変化に応じて調整する必要がある。自己適応速度倍増因子選択回路は、算出されたRM_i値に基づいて、まず、一つの対応する光パス選択制御信号を生成して、必要な時間遅延量を自動的に選択するように、これをそれぞれ出力してK−1個の可変光遅延線モジュール（VODLM）を制御し、これによって、K−1個の必要な光パス量を生成する。図5に示すように、すべての速度アップに必要のある低速光データパケット信号が合計でn種類の異なるデータレートB_iを有すれば、第ｊルート可変光遅延線モジュールが、制御信号の状態に基づいて、n種類の必要な光パスのいずれか1種を自己適応的に生成することができる。

式２と３によって、全並列型光学データパケット速度倍増ユニットにおける第ｊ本の光学ルートが、第一本のルート即ち「参考光ルート」より越える光パス

を算出することができ、j＝1，2，…，K 、

この中に、cが真空中の光速であり、nが光導波材料の屈折率である。例えば、普通のモノモード光ファイバーについて、n＝1.5。一般的に、光通信ネットワークを設計する際に、例えば100Gb/s、160Gb/s或いは320Gb/sなどのように、f_opの数値を予め設定する必要がある。式４から分かるように、指定された第ｊ本光学ルートにとって、

はただ速度倍増因子RM_iの関数である。なお、第j本の光学ルートと第j＋1本の光学ルートの間の相対遅延光パス

（j∈｛1，2，…，K−１｝）はただ元のデータ周期の圧縮すべき時間量ΔT_iによって確定される。

3.1.1全並列構成の基本型光学データパケット速度倍増ユニット
図6に示すように、全並列構成の基本型光学データパケット速度倍増ユニットは、可変光遅延線モジュールのほかに、受動光部品も含む。図7に示すように、速度がB_iで、パルス幅がΔPで、パケット長さがKビットである光学データパケット信号が、当該基本型光学データパケット速度倍増ユニットに入力された時に、まず、一つの受動光シャントによって、Kルート信号に分けられ、その後、K本の並列光学ルートに送り、式３による確定された時間遅延量

によって、各光学ルート上の光学データパケット信号を処理する。図7（ｊ）に示すように、更に、遅延定位処理されたKルート光学データパケット信号を受動光合併器に入力し、時間的に重ねった後、当該光学データパケット速度倍増ユニットの出力端に一つの超高速の光パルス序列を生成する。それは、必要なKビットの超高速光データパケット信号を含むだけでなく、余分の必要のない光パルス信号モードも含んでいる。

「参考光ルート」の機能は、低速光データパケットの最後１桁のビット信号を、まもなく生成する超高速データパケットの第K個のタイムスロットに固定し、このタイムスロットのエンド時刻を必要な超高速光データパケット信号のエンド時刻として、この時刻点前のK個の連続タイムスロットに必要な超高速光データパケット信号の全部Kビットデータが現れる。したがって、当該基本型光学データパケット速度倍増ユニットの出力端の後ろに電光或いは全光時間ゲート部品をカスケードすれば、ゲーティング信号の作用によって、速度アップした後、持続時間がKτに短縮される超高速光データパケット信号を正確的に選出することができる。いったんすべての長さがKビットである超高速光データパケット信号は、時間ゲートを通ったら、ゲーティング信号は、直ちに、この時間ゲートを遮断（“off”）状態に設置すべきである。具体的な適用状況に応じて、この時間ゲートは、商用化の電光強度変調器または電光スイッチからなったり、一つの超スピードの光学論理積（AND）ゲートからなる全光時間ゲートであってもよい。

基本型の光学データパケット速度倍増ユニットの実現は、比較的に簡単で、コストも比較的に低いが、受動光部品の利用に関する問題がある。速度倍増の後、超高速光データパケット信号の持続時間Kτが速度倍増前の元のデータパケット信号の周期1/B_iを超えれば、必要な超高速光データパケット信号をゲーティング信号により駆動される時間ゲート部品に通えるだけでなく、当該超高速光データパケットの前および/または後の光パルス序列モードにおいて捨てるべきの一部も、有用な信号とともに、当該時間ゲートの出力端に現す可能性がある。この問題を解決するために、本発明は以下のような優選型光学データパケット速度倍増ユニットを使用することができる。

3.1.2全並列構成の優選型光学データパケット速度倍増ユニット
図8（a）と図8（b）に示すように、全並列構成の優選型光学データパケット速度倍増ユニットは、能動光部品を使用することによって、各低速光データパケットを速度倍増する期間に、任意の並列光学ルートの入力または出力信号には、一つだけの超短光パルスを含むことを確保する。図9（j）に示すように、遅延処理を受けたこれらの光パルス信号を、一つの受動光合併器により重ねった後、その出力信号は、ちょうど長さがKビットである超高速光データパケット信号となる。図8（a）に示すように、入力された低速光データパケットのKビットの直列データをKビットの並列データに変換するために、優選型光学データパケット速度倍増ユニットの入力端に1×K電光スイッチを使って、入力されたKビットの直列データをKルート並列の単一ビットのデータ信号に分ける。この電光スイッチの速度が、入力された低速光データパケットの速度B_iに相当する。その原理を説明しやすいために、仮にこの1×K電光スイッチの第一個の出力ポートは、「参考光ルート」、即ち第一本の光学ルートに接続され、第ｊ個の出力ポートが第j本の光学ルートに接続される。この場合、電光スイッチからの第ｊ個出力ポートの光学信号が、低速光データパケットの第（K−ｊ＋1）位のビット信号だけである（j＝1，2，…，K）。その後、Kルート並列の単一ビットデータ信号を、式４により設計されたK本並列の光学パスに送り込む。式３により確定された時間遅延量

を生成するように、「参考光ルート」のほかに、残りの光学ルートがいずれも一つの可変光遅延線モジュールを含む。これは、第ｊ本の光学ルートの出力信号が、ちょうどまもなく生成される超高速光データパケットの第（K−ｊ＋1）位のタイムスロットに定位するという結果になる。図9（j）に示すように、K本並列光学パスの出力信号を一つの受動光合併器により重ねった後、全光速度倍増により生成された超高速データ信号がちょうど必要な周期がτ＝1／f_opで、長さがKビットである光学データパケット信号となることを確保することができる。

図8（b）に示すように、別の実現方法としては、全並列構成の光学データパケット速度倍増ユニットの入力と出力段に、それぞれ受動の光シャントと合併器を利用し、入力と出力段を接続するK本の並列の光学ルート上に、それぞれK個の電光強度変調器またはK個の簡単な電光スイッチによって、Kルートの並列単一ビットデータ信号を選出する。これで速度倍増により生成された超高速データ信号がちょうど必要な周期がτ＝1／f_opで、長さがKビットである光学データパケット信号となることを確保することができる。ここで、電光強度変調器または簡単な電光スイッチの速度が、入力される低速光データパケットのレートB_iに相当する。

上述した基本型光学データパケット速度倍増ユニットと比べて、全並列構成の優選型光学データパケット速度倍増ユニットはより多くの能動光部品を使用していたので、コストが高くなり、より多くの制御信号を必要し、サイズが比較的に大きくなる。但し、この優選型光学データパケット速度倍増ユニットは、直接的に必要な速度がf_op＝1/τで、長さがKビットである光学データパケット信号を出力することができ、また、当該データパケット信号の持続時間Kτが、速度倍増の前の元のデータパケット信号の周期1/B_iに等しいか、或いは1/B_iより大きくなったり、または1/B_iより小さくなってもよい。

3.2全直列構成
全並列型の光学データパケット速度倍増ユニットを使って任意のK値の低速光データパケットの速度倍増を実現することができるが、K値が大きくなれば、このような光学データパケット速度倍増ユニットの構成が複雑になり、サイズが大きくなり、コストも増加する。図10に示すように、元の光学データパケット信号の長さがKビットで、かつ以下の条件を満たせれば、

この中に、Mが≧1の整数であり、本発明は全直列の構成を用いて有効的に光学データパケット速度倍増ユニットを実現することができる。図10に示すように、その一つの著しい特徴としては、M段光学「分/合」基本ユニットから直列して構成されることであり、それぞれの「分/合」基本ユニットが一対の光学シャントと合併器および一対の光学遅延線を用い、その中の一本が「参考光ルート」に用いられる。各「分/合」基本ユニットの間に直接カスケードを用いるか、或いは、能動光部品により全部または部分をカスケードするかの状況に基づいて、全直列構成の光学データパケット速度倍増ユニットを基本型と優選型に分ける。K値が比較的に大きい場合、この全直列型の光学データパケット速度倍増ユニットを利用することによって、構成の複雑性と実現の難度を著しく下げることが可能である。

全直列型の光学データパケット速度倍増ユニットと全並列型の光学データパケット速度倍増ユニットは同じ基本動作原理を有し、即ち式２により確定された周期時間短縮量ΔT_iによって、速度がB_iで、パルス幅がΔPである入力光データパケット信号の全部Kビットデータを時間フィールド上に新たな定位処理を行う、これによって長さがKビットで、周期がτ＝1／f_opである超高速出力光データパケットを生成する。この処理後、式１により確定された必要な速度倍増因子を取得する。しかし、全直列型の光学データパケット速度倍増ユニットは、入力された光学データパケット信号を処理する時に、それぞれKビットデータに対して独立的な遅延処理を行うことでなく、各段の「分/合」基本ユニットにより、関連するデータビットに対して、ペア化、グループ化の相対遅延処理を行う。

全直列型の光学データパケット速度倍増ユニットの原理を説明しやすいために、仮に第一段の「分/合」基本ユニットが、入力光データパケット信号の第1と第2ビット、第3と第4ビット、第5と第6ビット、…、第2^M−1と第2^Mビットをそれぞれ各自の「隣り合うビット対」に構成する。そして、第二段の「分/合」基本ユニットが、第一段の「分/合」基本ユニットの出力光信号に基づいて、第1から第4までのビットを「隣り合うビット組」に構成し、第5から第8までのビットを別の「隣り合うビット組」に構成し、…、第2^M−3から第3^Mまでのビットを最後の「隣り合うビット組」に構成する。これによって類推され、第三段の「分/合」基本ユニットが、入力光データパケット信号の第1から第8までのビットを第一の「隣り合うビット組」に構成し、第9から第16までのビットを第二の「隣り合うビット組」に構成し、…、第2^M−7から第2^Mまでのビットを最後の「隣り合うビット組」に構成する。これによって、第ｊ段「分/合」基本ユニットが、入力の光学データパケット信号の第1から第2^jまでのデータビットを第一の「隣り合うビット組」に構成し、第2^j＋1から第2^j＋1までのビットを第二の「隣り合うビット組」に構成し、…、第2^M−2^j＋1から第2^Mまでのデータビットを最後の「隣り合うビット組」に構成する（ｊ＝1、2、…、M）。式２により確定されたΔT_iの数値に応じて時間間隔圧縮をすれば、これらの「隣り合うビット組」内部の任意二つの隣り合うビットが、同じ時間間隔τを有する。したがって、第M段「分/合」基本ユニットの出力端には、速度をf_op＝1／τまでに高めた必要な光学データパケット信号を取得することができる。第一段「分/合」基本ユニットの遅延光ルートが、その「参考光ルート」より越える時間遅延量が

＝ΔT_iとなり；第ｊ段「分/合」基本ユニットの遅延光ルートがその「参考光ルート」より越える時間遅延量が

となる。

この中にΔT_iが式２により確定され、速度がB_iであるデータに必要な周期時間短縮量である。光学データパケット信号の自己適応速度倍増を実現するために、「参考光ルート」のほかに、入力光データパケット信号速度の変化に応じて各段の「分/合」基本ユニットの遅延光ルートの長さを調整する必要がある。全並列構成の光学データパケット速度倍増ユニットの場合と同じように、自己適応速度倍増因子選択回路が算出したRM_iの数値に基づいて、まず、光パス選択制御信号を生成し、M個の必要な光パス量を生成するように、これを出力してM個の可変光遅延線モジュール（VODLM）を制御する。これによって、第ｊ段「分/合」基本ユニットの遅延光ルートが、その「参考光ルート」より越えるべき光パス量

が次のようになる。

式６によって、図5に示すような構成を参考して、可変光遅延線モジュールを設計することができる。全並列構成の光学データパケット速度倍増ユニットの場合と同じように、全直列構成を用いる光学データパケット速度倍増ユニットも基本型と優選型に分けてもよい。

3.2.1全直列構成の基本型光学データパケット速度倍増ユニット
全直列構成の基本型光学データパケット速度倍増ユニットは、可変光遅延線モジュールのほかに、受動光部品から構成される。1本の受動光2×2方向カップラーを使用して、一対の直列の受動光2×1合併器と1×2シャントに代えることが可能であるので、当該基本型光学データパケット速度倍増ユニットの構成が図11に示すようになる。その入力端の信号が、速度がB_iで、パルス幅がΔPで、パケット長さがK＝2^Mビットの光学データパケット信号であれば、各段「分/合」基本ユニットは、式６により確定された時間遅延量

に基づいて、それぞれ光学データパケット信号に対して処理を行う。図12に示す例では、M＝3において、第一段から第三段までの「分/合」基本ユニットが、長さ8ビットの入力光データパケット信号を処理する。図12（h）に示すように、受動光2×2方向カップラーを使用したので、このような時間的に重ねって生成された超高速光パルス序列が、必要な2^Mビットの超高速光データパケット信号を含むだけでなく、ほかに必要のない光パルス信号モードをも含む。したがって、当該基本型光学データパケット速度倍増ユニットの出力端の後ろに、電光或いは全光時間ゲート部品をカスケードすれば、ゲーティング信号の作用によって、速度アップ後で生成される超高速光データパケット信号を正確的に選出することができる。いったん長さが2^Mビットである超高速光データパケット信号は、時間ゲートをすべて通ったら、ゲーティング信号は、直ちに、この時間ゲートを遮断（“off”）状態に設置すべきである。

基本型光学データパケット速度倍増ユニットにある一つの共通問題として、超高速光データパケット信号の持続時間2^Mτが速度倍増前の元のデータパケット信号の周期1/B_iを超えれば、必要な超高速光データパケット信号をゲーティング信号により駆動される時間ゲート部品に通せるだけでなく、当該超高速光データパケットの前および/または後の光パルス序列モードにおいて捨てるべきの一部も、有用な信号とともに、当該時間ゲートの出力端に現れる可能性がある。この問題を解決するためには、優選型光学データパケット速度倍増ユニットを使用することができる。

3.2.2全直列構成の優選型光学データパケット速度倍増ユニット
図10に示すように、全直列構成の優選型光学データパケット速度倍増ユニットは、各段の「分/合」基本ユニットの出力端に一つの電光或いは全光時間ゲート部品をカスケードすることができ、または、いくつかの選定された「分/合」基本ユニットの出力端に電光或いは全光時間ゲート部品をカスケードすることができる。ゲーティング信号の作用によって、当該時間ゲート部品は、関連する中間段において、「分路-遅延-合路」光学処理過程による無用な光パルスまたは無効の「隣り合うビット対」/「隣り合うビット組」を即時に捨てる。その結果、必要な「隣り合うビット対」 /「隣り合うビット組」だけを選出して、次段「分/合」基本ユニットに入力する。この処理後で、必要な「隣り合うビット対」 /「隣り合うビット組」の間には、いつも充分な時間間隔があるので、最後一段の「分/合」基本ユニットの出力端において、超高速光データパケット信号の持続時間2^Mτが速度倍増の前の元のデータパケット信号の周期1/B_iを超えたり、元のデータパケット信号の周期1/B_iより小さくなったりすることを確保することができる。これによって、全基本型光学データパケット速度倍増ユニットの使用に起因する光学データパケット信号長さの制限問題を根本的に解決した。もちろんこの解決方法が時間ゲート部品と制御回路を用いたので、光学データパケット速度倍増ユニットのコスト増加に繋がる。

図13にM＝3の例を示す。図13（d）に示すように、上述した全直列構成の基本型光学データパケット速度倍増ユニットの各段出力光信号と比べて、優選型光学データパケット速度倍増ユニットの第一段「分/合」基本ユニットの出力端に、時間ゲートをカスケードすれば、必要とする第1と第2ビット、第3と第4ビット、第5と第6ビット、第7と第8ビットが、それぞれ四つの「隣り合うビット対」を組み、それらの間には、比較的に大きな時間間隔がある。図13（f）に示すように、更に、第二段「分/合」基本ユニットの出力端に時間ゲートをカスケードすれば、ゲーティング信号によってスクリーニングされてから、最後段の「分/合」基本ユニットに入力された光パルス序列信号が、第1から第4までのビットならなる「隣り合うビット組」と第5から第8までのビットならなる「隣り合うビット組」だけを含み、それらの間にはより大きな時間間隔がある。したがって、最後段の「分/合」基本ユニットの出力端に生成された超高速光データパケット信号が、1/B_iより大きい持続時間を有することを確保することができる。図13（j）に示すように、最後段のゲーティング信号の作用によって、当該優選型光学データパケット速度倍増ユニットは、速度がB_iである入力光データパケット信号と対応し、長さが2^Mビットの超高速光データパケット信号だけを出力する。工程適用において、コストの節約と実現しやすいためには、実際の要求に応じて、ある定めた「分/合」基本ユニットの出力端に時間ゲートをカスケードする。例えば、図13（f）に示すように、第二段「分/合」基本ユニットの出力端に、第一時間ゲートをカスケードすれば、第三段「分/合」基本ユニットに出力された光パルス序列信号が、第1から第4までのビットと第5から第8までのビットからなる2つの比較的に間隔距離の遠い「隣り合うビット組」のみを含む。図13（j）に示すように、その後、当該優選型光学データパケット速度倍増ユニットの出力端から正確的な超高速データパケット信号を得ることができる。

3.3直列−並列混合型構成
3.1節から分かるように、図4には、全並列型の光学データパケット速度倍増ユニットを用いて、任意のK値の低速光データパケットの速度倍増を実現することができるが、K値が大きい場合、当該類光学データパケット速度倍増ユニットの構成が複雑で、サイズが大きく、コストも増加する。全直列型の光学データパケット速度倍増ユニットを用いて、これらの欠点を克服できるが、処理する入力光データパケットの長さKが必ず2^Mにならなければならない。この中にMが≧1の整数である。例えば、ATMネットワークなどのような実際のシステムとネットワークにおいて、元の光学データパケット長さがKビットになり、K＝2^Mの要求を満たすことができない可能性がある。したがって、コスト的に有利な全直列型の光学データパケット速度倍増ユニットは、K＝2^Mの場合に適用することができない。この問題を有効的に解決し、全光データパケット速度倍増技術を普及させるために、上述した全直列型と全並列型の光学データパケット速度倍増ユニットの利点を結合して、直列−並列混合型構成を提案し、構成簡単、サイズ小さい、コストの低い全光データパケット速度倍増ユニットを実現する。

このユニットは、K≠2^Mの光学データパケット信号を処理することができる。上述3.1の全並列型と3.2の全直列型の光学データパケット速度倍増ユニットの動作原理を合わせて、その基本的な動作原理を説明することができる。

直列−並列混合型構成を用いる光学データパケット速度倍増ユニットは、主に、二つの形態によって実現される。図14に示すように、第一種の形態は並列構成を骨幹として、具体的な要求に応じていくつかの並列光学ルート或いはその全部の並列光学ルートに、それぞれ全直列型の光学データパケット速度倍増ユニットを挿入する。ここでは、もっとも簡単な全直列型の光学データパケット速度倍増ユニットは、一つの単段の「分/合」基本ユニットであり、また、もっとも簡単な全並列型の光学データパケット速度倍増ユニットは、一本の光学遅延線だけを含む場合であり、即ち、単本の遅延光学ルートを有する。第二種の形態は直列構成をバックボーンとして、実際の必要に応じて、第一段の「分/合」基本ユニットの出力端に、一つの全直列型の光学データパケット速度倍増ユニットと一つの並列の光学岐路をカスケードすることができる。図15にM＝10の例を示す。長さ10ビットの低速光データパケット信号を当該直列−並列混合型の光学データパケット速度倍増ユニットに入力された後、第一段の「分/合」基本ユニットの出力端にカスケードされた時間ゲート部品は、第1と第2ビット、第3と第4ビット、第5と第6ビット、第7と第8ビット、第9と第10ビットからなる五つの「隣り合うビット対」を選出し、且つそれらの間に比較的に大きい時間間隔がある。その後、制御信号の作用によって、電光スイッチが前の四つの「隣り合うビット対」が第一本の並列光学岐路の第二段の「分/合」基本ユニットに送られ、最後の「隣り合うビット対」が第二本の並列光学岐路に送られる。図13（j）と図15に示すように、この処理の後、第三段の「分/合」基本ユニットの時間ゲート出力端に第1から第8ビットまで構成する超高速光データ信号序列が生成される。図15に示すように、可変光遅延線モジュールによって適当的な遅延処理を行った後、更に第二本の並列光学岐路の別の光データ信号序列（第9と第10ビットからなる「隣り合うビット対」）とを受動光合併器に重ねって、長さが10ビットで、新しい周期がτ＝1／f_opであるの超高速光データパケット信号が生成される。このような直列−並列混合型構成は、必要に応じて、第r段の「分/合」基本ユニットの出力端に、全直列型の光学データパケット速度倍増ユニットと一本の並列光学岐路を、柔軟的に並列接続することも可能である（r＜M）。

K＝18の場合、K＝2⁴＋2と表現することができ、それに対応するP値が2である。したがって、図14に示すような構成を用い、二つの全直列型の光学データパケット速度倍増ユニットを使用することによって、速度がB_iで、長さが18ビットである入力光データパケット信号に対する速度倍増を実現することができる。まず、制御信号によって、入力端の電光スイッチが低速光データパケット信号の第1から第16までのデータビットを第一本の並列光学ルートに送り、それは４段の「分/合」基本ユニットから構成される全直列型光学データパケット速度倍増ユニットと一つの可変光遅延線モジュールVODLM＃1を含み、よって、当該入力光データパケット信号の前の16桁データの速度倍増を実現する。その後、電光スイッチは、入力光データパケット信号の最後2桁のデータビットを、第二本の並列光学ルートに入力し、一つの単段「分/合」基本ユニットのみを含み、入力光データパケット信号の最後2桁のデータに対する速度倍増を実現する。最後に、第一本並列光学ルートの可変光遅延線モジュールに対して、正確的な遅延制御を行うことによって、第一本並列光学ルートからのデータ序列と、第二本並列光学ルートからのデータ序列とが、受動光合併器によって重なった後、長さが18ビットで、新しい周期がτ＝1／f_opである超高速光データパケット信号になる。

4．超高速光データパケット信号の取得
低速入力光データパケット信号の速度倍増を実現するためには、図4、6、8に示すような全光並列型の光学データパケット速度倍増ユニットでも、または図10、図11に示すような全光直列型の光学データパケット速度倍増ユニットでも、または図14、図15に示すような直列−並列混合型の光学データパケット速度倍増ユニットでも、いずれもゲーティング信号を用いて、その内部の電光スイッチ部品、電光または全光時間ゲート部品に対して、正確的な導通時間を制御して、光学データパケット速度倍増ユニットの出力信号とその入力端の低速光データパケット信号とそれぞれ対応させ、且つ出力光データパケットの速度がちょうど入力光データパケット信号速度のRM_i倍になることを確保する。この場合、時間ゲーティング信号生成器を用いて、電光スイッチ部品、電光または全光時間ゲート部品に必要な電子或いは光学制御信号を提供し、当該時間ゲーティング信号生成器は、光学データパケット速度倍増ユニットに入力された低速光データパケット信号と同期できるべきである。この場合、適当的な遅延処理をした後、提供されたゲーティングは、必要な入力光データビット信号が正確的な光学ルートに入力され、または光学データパケット速度倍増ユニットの出力端或いは中間段の時間ゲート部品において、必要な超高速光データパケット信号または超高速データ序列をスクリーニングすることを確保することができる。

Claims (8)

1. （1）低速データパケット信号のパルス幅を圧縮するステップ、
   即ち、（1.1）超短光パルスサンプリング序列を生成する：外部データクロック信号とを同期できる超短パルスレーザー源を用いて、重複周波数がB_i（i∈｛1，2，…，n｝）に等しい周期性超短光パルスサンプリング序列を生成するステップと、
   （1.2）元の低速電気データパケット信号と重複周波数B_iの周期性超短光パルスサンプリング序列を超スピード電光サンプリングにより生成した後、速度がB_iである、超短パルスによる元の低速光データパケット信号を生成し、或いは、元の低速光データパケット信号と重複周波数がB_iに等しい周期性超短光パルスサンプリング序列を全光サンプリングにより生成した後、速度がB_iである、超短パルスによる元の低速光データパケット信号を生成するステップと、
   （2）自己適応速度倍増因子を選択するステップ、
   即ち、（2.1）元の低速データパケット信号の速度B_iと倍増された後で達すべき超高速光データパケットの速度f_opによって、自己適応的にデータパケットの速度倍増因子RM_iを算出し、速度倍増因子RM_iが1より大きい任意の数値であるステップと、
   

   

   この中に、i∈｛1，2，…，n｝
   （2.2）圧縮過程において短縮すべき時間量ΔT_iを確定するステップと、
   

   

   当該式中にτ＝1／f_opが圧縮された後の光学データパケット信号の時間周期である、
   （3）元の低速光データパケット信号の時間周期を圧縮するステップ、
   即ち、式２により確定された時間周期短縮量ΔT_iに基づいて、光学データパケット速度倍増ユニットを利用して、元の低速光データパケット信号の時間周期を圧縮し、これによって、速度がB_iである低速光データパケット信号を速度がf_opであるマルチ超高速光データパケット信号に変換し、このマルチ超高速光データパケット信号の中に、ただ一つだけが元正確フレーム構成を保持したものであり、残りがエラーフレーム構成であるステップと、
   （4）正確フレーム構成を有する超高速光データパケット信号を取得するステップ、
   即ち、光ゲーティング信号によって光学データパケット速度倍増ユニットの出力端に、正確フレーム構成の超高速光データパケット信号をスクリーニングするステップ
   とを含むことを特徴とするマルチデータレートコンパチブル型の超高速自己適応全光データパケット速度倍増方法。
2. 上述光学データパケット速度倍増ユニットは、全並列構成であり、当該光学データパケット速度倍増ユニットは：
   （1）入力される速度がB_iで、パルス幅がΔPで、パケット長さがKビットである光学データパケット信号をKルートに分け、
   （2）それぞれK本の並列光学ルートを注入して、遅延処理を行い、第j本の光学ルートの時間遅延量
   

   

   が
   

   

   この中に、j＝2，3，…，K ;
   とすれば、全並列光学データパケット速度倍増ユニットの第j本の光学ルートが参照光ルートより超える光パス
   

   

   が次のようになり、
   

   

   この中に、cが真空における光速、nが光導波材料の屈折率、j＝1，2，…，K 、i∈｛1，2，…，n｝；
   第j本の光学ルートと第j＋1本の光学ルートとの間の相対遅延光パス
   

   

   が次のようになり、
   

   

   この中に、j∈｛1，2，…，K−1｝；
   （3）更にK本の並列光学ルートを合併し出力する
   ことを特徴とする請求項１に記載のマルチデータレートコンパチブル型の超高速自己適応全光データパケット速度倍増方法。
3. 上述光学データパケット速度倍増ユニットは全並列構成であり、当該光学データパケット速度倍増ユニットは、
   速度がB_iで、パルス幅がΔPで、パケット長さがKビットである光学データパケット信号を光学データパケット速度倍増ユニットに入力する時に、まず、受動光シャントによってKルート信号に分け、その後K本の並列光学ルートに送る、式３によって：
   

   

   この中に、j＝2，3，…，K ;確定された時間遅延量
   

   

   は、各光学ルートにおける光学データパケット信号を遅延処理し、更に遅延定位処理されたKルート光学データパケット信号を受動光合併器に入力し、時間的に重ねった後、当該光学データパケット速度倍増ユニットの出力端に一つの超高速の光パルス序列を生成する
   ことを特徴とする請求項２に記載のマルチデータレートコンパチブル型の超高速自己適応全光データパケット速度倍増方法。
4. 上述光学データパケット速度倍増ユニットは全並列構成であり、当該光学データパケット速度倍増ユニットは、
   能動光ディバイスによって、低速光データパケットをそれぞれ速度倍増し、一本の並列光学ルートの入力または出力信号はただ一つの超短光パルスだけを含み、光学データパケット速度倍増ユニットの入力端において、一つの1×K電光スイッチを用いて入力されたKビット直列データをKルート並列の単一ビットデータ信号にデカプリングしたり、
   或いは、全並列構成の光学データパケット速度倍増ユニットの入力と出力段にそれぞれ受動光シャントと合併器を利用して、入力と出力段の間に接続されたK本の並列光学ルート上にそれぞれK個の電光インテンシティー変調器またはK個の簡単な電光スイッチを用いてKルート並列の単一ビットデータ信号を選び出す、
   光学データパケット速度倍増ユニットが、必要な速度がf_opで、長さがKビットである光学データパケット信号を直接的に出力する、
   ことを特徴とする請求項２に記載のマルチデータレートコンパチブル型の超高速自己適応全光データパケット速度倍増方法。
5. 上述光学データパケット速度倍増ユニットは全直列構成であり、当該光学データパケット速度倍増ユニットは、
   第j段「分/合」基本ユニットの遅延光ルートが「参考光ルート」より超える時間遅延量
   

   

   が次のようになり、
   

   

   この中に、ΔTiは式２において、速度がB_iであるデータパケットに必要な周期時間短縮量、j＝1，2，3，…，M ;
   第j段「分/合」基本ユニットの遅延光ルートが「参考光ルート」より超えるべき光パス量
   

   

   が
   

   

   この中に、i∈｛1，2，…，n｝； j＝1，2，…，M ;
   となることを特徴とする請求項１に記載のマルチデータレートコンパチブル型の超高速自己適応全光データパケット速度倍増方法。
6. 上述光学データパケット速度倍増ユニットが全直列構成であり、当該光学データパケット速度倍増ユニットは、
   入力端は、速度がB_iで、パルス幅がΔPで、パケット長さがK＝2^Mビットである光学データパケット信号であり、各段「分/合」基本ユニットが式６によって、
   

   

   この中に、ΔT_iは、式２において、速度がB_iであるデータパケットに必要な周期時間短縮量、j＝1，2，3，…，M; 確定された時間遅延量
   

   

   によりそれぞれ光学データパケット信号を倍増処理する
   ことを特徴とする請求項５に記載のマルチデータレートコンパチブル型の超高速自己適応全光データパケット速度倍増方法。
7. 上述光学データパケット速度倍増ユニットは全直列構成であり、当該光学データパケット速度倍増ユニットは、
   各段の「分/合」基本ユニットの出力端ごとに一つの電光または全光時間ゲート部品をカスケードし、或いは、いくつかの選定された「分/合」基本ユニットの出力端に電光または全光時間ゲート部品をカスケードして、ゲーティング信号の作用により、上述電光または全光時間ゲート部品は、「分路−遅延−合併」光学処理過程によるユースレス光パルスまたは無効な「隣り合うビット対」/「隣り合うビット組」を、関連する中間段において、即時に捨て、必要な「隣り合うビット対」 / 「隣り合うビット組」を選択して、次の段の「分/合」基本ユニットに入力する
   ことを特徴とする請求項５に記載のマルチデータレートコンパチブル型の超高速自己適応全光データパケット速度倍増方法。
8. 上述光学データパケット速度倍増ユニットは、直列−並列混合型構成であり、当該光学データパケット速度倍増ユニットは、
   並列構成をバックボーンとして、その中の並列光学ルートにおいて、それぞれ全直列構成の光学データパケット速度倍増ユニットを挿入し、或いは、直列構成をバックボーンとして、第一段「分/合」基本ユニットの出力端において、1本の全直列構成の光学データパケット速度倍増ユニットと1本の並列光学岐路とを並列的に接続する
   ことを特徴とする請求項１に記載のマルチデータレートコンパチブル型の超高速自己適応全光データパケット速度倍増方法。

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