JP2017504224A - 光トランシーバーおよび光通信システム - Google Patents

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Abstract

第1電気信号を第1光信号に変換する光送信機、第2光信号を第2電気信号に変換する光受信機、および光送信機と光受信機に動作可能に連結されたプロセッシングユニットを含む光トランシーバーを開示する。プロセッシングユニットは、第1光信号の第1波長情報および第2光信号の波長情報を取得し、第1光信号と第2光信号間の波長分離間隔を制御するために第1波長情報と第2波長情報を比較するように構成される。

Description

35U.S.C.$119による優先権主張
本出願は、“OPTICAL TRANSCEIVER”という名称で2013年12月2日に仮出願した米国仮特許出願第61/910,493号である優先権を主張し、その内容の全文は本明細書に参考として援用される。
本発明は、二つの光トランシーバー間に、特に、単一の光ファイバーを通じて同じ波長帯域を使用する二つの光トランシーバー間に波長情報を交換することによって、波長を制御するシステムおよび方法に関するものである。
光ファイバーを利用するデジタル送信システムは、有線通信分野で広く用いられている。光送信システムでは、時分割多重化(TDM)方式が広く用いられてきた。TDM方式は、音声データを含むデータを伝達するための多重信号を時分割多重化することによって高速信号を送信する。例えば、TDM技術を利用する代表的なシステムは、同期光ネットワーキング(SONET)/同期デジタル階層(SDH)光送信システムを含む。
向上された特徴とより多くのデータを要求する応用分野に対する要求が増加するにつれて、ビデオ、データなどの非音声データの量が一般的な音声トラフィックのデータ量をはるかに超過するほどに急激に増加した。これに伴い、最近では、光送信網(OTN)型光送信システムが導入され、最大100Gbpsに達する高速送信に具現された。OTN型光送信システムの基本形はTDM型送信技術を含む。
代案として、他の類型の送信技術はデータトラフィック増加で人気を得ており、例えば、波長分割多重化(WDM)型基盤技術がある。WDM型基盤技術は光通信システムの送信容量を大きく増加させる。WDMは、レーザー光の互いに異なる波長を用いることによって多数の光キャリア信号を単一の光ファイバーで多重化する技術である。例えば、WDM基盤通信システムにおいて、波長帯域を多数の狭い波長帯域に分けた後、狭い波長帯域のそれぞれにデジタル信号を割り当てて送信することができる。
WDM基盤技術は、デジタル信号の送信速度とは無関係であるため、数百Gbps級大容量光送信システムを構築するのに広く用いられてきた。
図1は、中央局2がコア網1に接続される一般的な高密度波長分割多重化(dense wavelength division multiplexing;DWDM)光送信網構成の一例を図示する。中央局2と各局舎3、4、5(例えば、基地局3、4、5)は一般的に環状網を形成するように配列される。局舎の数はシステム構成の実際の具現例によって可変され得る。
各基地局3、4、5が一つ以上の遠隔サイトまたは遠隔局と接続されるように構成されると仮定する。例えば、図1において、基地局3は遠隔局6と接続されるように構成される。図2は、局舎3と遠隔局6間のリンクを構成する上で波長を割り当てる方法の一例を図示する。この構成において、送信および受信波長は互いに異なり、したがって、各光トランシーバーは互いに異なる波長で送信と受信を遂行できる。例えば、図2に図示した通り、局舎3は複数の光トランシーバー11、12、…13、N(例えば、光TRX1、光TRX2、光TRX N)を含み、遠隔局6は複数の光トランシーバー21、22、23(例えば、光TRX1’、光TRX2’、光’TRX N’)を含む。この例において、局舎3は送信波長λ、λ、…、λのセットを使用し、遠隔局6は単一の光ファイバー9を通じて(または光リンクとして用いられる)送信波長λ、λ、…、λの第2セットを使用することができる。その結果、局舎3または遠隔局6の各光トランシーバーの送信および受信波長が互いに異なり、互いに異なる位置に配列された互いに異なる波長帯域に存在し得る。
図3に図示したような他の具現例において、局舎3と遠隔局6の両方は同じ送信波長λ、λ、…、λのセットを使用することができる。したがって、局舎3の光トランシーバー11、12、13および遠隔局6の光トランシーバー21、22、23の送信および受信波長がそれぞれ同じ位置に配列される。このような構成は、図2に図示した構成例に比べて、単一の光ファイバー9を通した波長数の減少およびチャネル数の増加などの一部長所を提供する。
しかし、図3に図示した具現例では、局舎3と遠隔局6間の前述した構成で用いられる波長が(例えば、DWDMでのように)互いに近く配列され得るため、雑音および波長間の干渉が発生する可能性があり、したがって、光通信システムの性能を劣化させる恐れがある。また、送信および受信波長が外部因子によって変更されるため、送信エラーを有する確率が増加する恐れがある。
このため、上向き信号と下向き信号の波長が外部因子によって互いに近い単一の光ファイバーを使用するDWDMシステムにおいて、光通信システムの性能を改善する改善された方法が必要である。
本開示内容は、遠隔光トランシーバーと波長情報を交換することによって波長を制御できる光トランシーバーと光通信システムを提供しようとするものである。
一つの実施形態において、本開示内容は、単一の光線路(例えば、光ファイバー)を通じて通信するように構成された光トランシーバーを提供する。光トランシーバーは、光送信機、光受信機、およびプロセッシングユニットを含む。光送信機は、第1電気信号を第1光信号に変換するように構成される。光受信機は、第2光信号を第2電気信号に変換するように構成される。プロセッシングユニットは、第1光信号の第1波長情報および第2光信号の第2波長情報を取得し、第1光信号と第2光信号間の波長分離間隔を制御するために第1光信号の第1波長情報と第2光信号の第2波長情報を比較するように構成される。
一つの実施形態において、光トランシーバーは波長分割多重化(WDM)型技術を支援するように構成される。
一つの実施形態において、波長分離間隔は、第1光信号と第2光信号の波長間の干渉を減少させるように構成される。
他の実施形態において、光トランシーバーは第1波長帯域で単一の光線路を通じて遠隔光トランシーバーと通信し、第1波長帯域は複数のサブ帯域を含む。
一つの実施形態において、光トランシーバーは、第1波長情報を第1電気信号に挿入し、第1波長情報を含む第1電気信号を光送信機に送信するように構成された送信部をさらに含むことができる。
他の実施形態において、光トランシーバーは、第2電気信号から第2光信号の第2波長情報を取得し、取得した第2波長情報をプロセッシングユニットに送信するように構成された受信部をさらに含むことができる。
さらに他の実施形態において、プロセッシングユニットは、第1波長情報と第2波長情報を比較し、第1および第2光信号の中心波長間の波長分離間隔が少なくともあらかじめ定められた量であるかの可否を判断するように構成された比較部を含むことができる。プロセッシングユニットは、比較部による判断に基づいて光送信機に波長変更信号を出力するように構成された制御部をさらに含む。
さらに他の実施形態において、制御部は、第1および第2光信号間の波長分離間隔があらかじめ定められた量より小さい場合、数学式を満足するように第1光信号の中心波長を制御することができる。
Figure 2017504224
ここで、λは第1光信号の中心波長、λは第2光信号の中心波長、DIFFは第1光信号と第2光信号間の干渉の最小量のための最小波長分離間隔である。
他の実施形態において、制御部は、光送信機の中心波長が第1波長帯域の割り当てられたサブ帯域から外れると判断される場合、エラーメッセージを送信部に送信することができ、送信部はそのエラーメッセージを第1電気信号に挿入することができる。
他の実施形態において、光トランシーバーは、第1波長帯域の複数のサブ帯域に付与されたコードを保存するように構成されたメモリーをさらに含むことができ、制御部は光送信機の中心波長に対応するコードを送信部に送信することができる。
本開示内容の他の具現例は、光通信システムを提供し、光通信システムは、第1光信号を送信するように構成された第1光トランシーバー、第1光トランシーバーと通信して第2光信号を第1光トランシーバーに送信するように構成された第2光トランシーバー、および第1光トランシーバーおよび第2光トランシーバーに動作可能に連結されるように構成された単一の光線路を含む。第1光トランシーバーは、第1電気信号を単一の光線路を通じて第2光トランシーバーに送信される第1光信号に変換するように構成された光送信機、および第2光トランシーバーから受信された第2光信号を第2電気信号に変換するように構成された光受信機を含む。第1光トランシーバーは、第1光信号の第1波長情報と第2光信号の第2波長情報を比較し、第1光信号と第2光信号間の波長分離間隔を制御するように構成されたプロセッシングユニットをさらに含む。
一つの実施形態において、第1光トランシーバーは、第1波長情報を第1電気信号に挿入し、第1波長情報を光送信機に送信するように構成された送信部をさらに含む。
本開示内容の例示的な具現例によれば、複数のサブ帯域を含む同じ波長帯域を有する上向き信号と下向き信号間の干渉を減少させるように、光トランシーバーの間に波長情報を交換することによって光信号の送信波長を制御する。
一般的なDWDM光送信網構成の一例を図示する概念図。 波長分割多重送信システムにおいて波長を割り当てる方法の一例を図示する概念図。 波長分割多重送信システムにおいて波長を割り当てる方法の一例を図示する概念図。 本開示内容の一つの実施形態に係る光トランシーバーの一例を図示する概念図。 本開示内容の一つの実施形態に係る光トランシーバーによって第1光信号と第2光信号の波長が制御される過程を図示する概念図。 本開示内容の一つの実施形態に係る光トランシーバーによって第1光信号と第2光信号の波長が制御される過程を図示する概念図。 本開示内容の一つの実施形態によって波長帯域を複数のサブ帯域に分けることによってコード値を割り当てることを図示する概念図。 図6によって波長帯域が複数のサブ帯域に分けられた場合、第1および第2光信号の光位置を図示する概念図。 本開示内容の一つの実施形態に係る光通信システムを図示する概念図。 本開示内容の一つの実施形態に係る光通信方法の一例のフローチャート。 本開示内容の他の実施形態に係る光通信方法の一例のフローチャート。
添付図面に関して後述する詳細な説明は、多様な構成を説明しようとするものであって、本明細書で説明する概念が実施され得る唯一の構成だけを示そうとするものではない。詳細な説明は、本開示内容の多様な概念を完全に理解するための特定詳細を含む。しかし、通常の技術者にとっては、このような概念をこのような特定詳細なしに実施することもできることは明白である。場合によっては、このような概念が曖昧となることを避けるために、公知されている構造および構成要素がブロック図の形態で図示される。
本開示内容は、多様な修正例および多様な例示的な具現例を有することができる。しかし、これは本開示内容を特定の例示的な具現例に限定することなく、本開示内容は、本開示内容の思想と技術範囲内のすべての修正例、均等物、および代替物を含むものと理解されるべきである。
第1、第2などのように、序数を含む用語は多様な構成要素を説明することに用いられ得るが、前記構成要素は前記用語によって限定されない。前記用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられる。例えば、本発明の権利範囲を逸脱せず、第2構成要素は第1構成要素と命名することができ、同様に第1構成要素も第2構成要素と命名することができる。「および/または」という用語は、複数の関連した記載された項目の組合せまたは複数の関連した記載された項目中のいずれかの項目を含む。
ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いるとか「接続されて」いると言及されたときには、ある構成要素が、該他の構成要素に直接的に連結されているか直接的に接続されていることもあり、または第3要素を通じて該他の構成要素に連結されるか接続されることもあることを理解すべきである。反面、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結されて」いるとか「直接接続されて」いると言及されたときには、その要素と該他の要素の間に他の構成要素が存在しないものと理解されるべきである。
本出願で用いられる用語は、単に特定の実施例を説明するために用いられたもので、本発明を限定しようとするのではない。単数の表現は文脈上明白に異なることを意味しない限り、複数の表現を含むことができる。本開示内容において、「含む」または「有する」などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものなどの存在または付加可能性をあらかじめ排除しないものと理解されるべきである。
特に定義しない限り、技術的または科学的な用語を含めて、ここで用いられるすべての用語は本発明が属する技術分野で通常の知識を有した者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有している。一般的に用いられる辞書に定義されているような用語は、関連技術の文脈上有する意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本出願で明白に定義しない限り、理想的または過度に形式的な意味と解釈されない。
以下、添付された図面を参照して本開示内容の例示的な実施例を詳細に説明するが、図面符号にかかわらず、同一であるか対応する構成要素は同じ参照番号を付与し、これに対する重複する説明は省略する。
図4は、本開示内容の一つの実施形態に係る光トランシーバーの一例を図示する概念図である。図5aと図5bは、本開示内容の一つの実施形態に係る光トランシーバーによって第1光信号と第2光信号の波長が制御される過程を図示する概念図である。
図4を参照すれば、本開示内容に係る光トランシーバー100は、送信部120、光送信機140、光受信機150、受信部130、およびプロセッシングユニット110を含む。光トランシーバー100は、スモールフォームファクタープラグ可能(SFP)型であり得るが、特にこれに限定されず、MSA(Multiple Source Agreement)規約に沿って多様な類型の光トランシーバーで具現することができる。
送信部120は、第1電気信号161を受信して光送信機140に出力するように構成される。光送信機140は、第1電気信号161を第1光信号162に変換して第1光信号162を外部に送信するように構成される。光受信機150は、外部から第2光信号163を受信し、受信した第2光信号163を受信部130に入力される電気信号164に変換するように構成される。この場合、第1光信号162と第2光信号163は、単一の光線路(または光ファイバー)を通じて送信され、本明細書において第1波長帯域ともいう同じ波長帯域を有する。一つの実施形態において、本明細書で用いられる同じ波長帯域は、波長分割多重化(WDM)システムの各光トランシーバーに割り当てられた波長帯域であり得る。一例として、10Gbps高密度波長分割多重化(DWDM)システムでは、一つの波長帯域に0.8nmの波長幅を割り当てることができ、第1光信号162の中心波長と第2光信号163の中心波長は0.8nmの範囲内に、例えば、前記一つの波長帯域内に位置することができる。
送信部120は、また、電気インタフェース101(例えば、電気コネクター)を通じてホストデバイスによってデータ入力信号160を受信し、第1光信号162の波長(または送信波長)の第1波長情報(A)を第1電気信号161(本明細書で第1電気信号161に挿入または追加される第1波長情報(A)ともいう)として出力されるデータ信号160に挿入するか追加し、第1波長情報(A)を含む第1電気信号161を光送信機140に送信するように構成される。
受信部130は、光受信機150から受信される第2電気信号164から第2波長情報を取得または抽出し、取得した第2波長情報(B)をプロセッシングユニット110に送信し、データ信号をホスト165に送信するように構成される。
プロセッシングユニット110は、比較部111と制御部112を含む。制御部112は、光送信機140から第1波長情報を抽出することができ、抽出した第1波長情報を送信部120に送信することができる。プロセッシングユニット110は、第1光送信機140、光受信機150などの光トランシーバー100の多様な素子に動作可能に連結される。プロセッシングユニット110は、第1光信号162の第1波長情報および第2光信号163の第2波長情報を取得し、第1光信号162および/または第2光信号163の波長を制御するために第1光信号162の第1波長情報と第2光信号163の第2波長情報を比較するように構成される。すなわち、第1光信号162と第2光信号163の波長は調節することができ、および/または変更された波長情報は、外部(例えば、光トランシーバー100と通信する遠隔光トランシーバー)に送信することができる。
プロセッシングユニット110の比較部111は、第1光信号162の波長情報(例えば、第1波長情報)および第2光信号163の波長情報(例えば、第2波長情報)に基づいて波長分離間隔を比較するように構成される。例えば、比較部111は、第1光信号162の中心波長と第2光信号163の中心波長間の差が、あらかじめ定められた量を満足するかの可否を判断するように、第1波長情報と第2波長情報を比較する。第1および第2波長情報は、第1または第2光信号(162または163)の中心波長を表す数値を含むことができる。代案として、第1または第2波長情報は、割り当てられた波長帯域内の第1光信号162または第2光信号163に関連したサブ帯域の表現を含むこともできる。また、プロセッシングユニットの制御部112は、該あらかじめ定められた量を満足するために、第1光信号162の中心波長と第2光信号163の中心波長間の波長分離間隔を制御するように構成される。
本開示内容の一つの実施形態において、割り当てられた波長帯域情報およびあらかじめ定められた量に対する情報は、プロセッシングユニット110に連結されたメモリー113に保存され得る。本開示内容の一つの実施形態において、メモリー113は、波長帯域の複数のサブ帯域にマッピングされたコードを含む表現を保存するように構成される。制御部112は、また、第1光トランシーバーまたは第2光トランシーバーの中心波長に対応するコード(例えば、C)を送信機140に送信するように構成される。
前述した通り、波長情報は波長値で限定されないことがあり、波長情報は光信号の波長を特徴化するための多様な情報(例えば、熱電冷却器(thermoelectric cooler;TEC)の温度など)を含むことができるものと理解されるべきである。
制御部112は、第1および第2光信号162、163の中心波長間の波長分離間隔があらかじめ定められた量より小さいと判断される場合、波長分離間隔が(後述する)定義された関係を満足することができるように、光送信機140に波長変更信号を出力するように構成される。
また、光送信機140のTEC(図示しない)は、光送信機140の送信波長を制御するために、波長変更信号に応じて温度を制御するように構成される。
図5aに図示した通り、第1および第2光信号162、163の中心波長間の波長分離間隔が外部因子によってあらかじめ定められた量より小さい場合、干渉ビート雑音、熱的雑音など(本明細書で総体的に「信号干渉」と称する)を含む信号干渉が存在する可能性があり、光通信の性能を劣化させる恐れがある。このような場合に、取得した第1および第2光信号の波長情報に基づいて波長分離間隔を適切に制御することによって、信号干渉を除去または減少させることができる。例えば、図5bに図示した通り、プロセッシングユニット110を通じて、同じ波長帯域165内で第1および第2光信号162、163間の波長分離間隔を増加させることによって、例えば、d1からd2に増加させることによって、波長の近接による信号干渉を減少させることができる。
また、データ信号160がイーサネット(登録商標)信号であれば、送信部120は第1波長情報をOAM(operations、administration、and management)パケットとして生成し、生成したOAMパケットをペイロードの間に挿入することができる。一例として、生成したOAMパケットをトラフィックの少ない区間で挿入および送信することができる。代案として、第1波長情報は、別途の送信フレームを設計した後、オーバーヘッド信号を利用することによって送信することができる。
本開示内容によれば、光トランシーバー100は、送信波長を能動的に可変できるので、上向き信号と下向き信号間の信号干渉を最小化することができる。したがって、システム端(例えば、コントロールタワー)で波長を制御するように光トランシーバーの波長を遠隔監視する機能は通常の技術者に自明であるので、その説明を省略することができる。
しかし、具体的に、制御部112は下記の式1によって光送信機140の波長(例えば、中心波長)を制御することができる。
Figure 2017504224
ここでλは第1光信号162の中心波長、λは前記第2光信号163の中心波長、DIFFは第1光信号162と第2光信号163間の干渉の最小量のための第1光信号162と第2光信号163間の最小波長分離間隔である。DIFFは、割り当てられた波長帯域の1/2であると判断することができるが、必ずしもこれに限定されず、実験評価結果に基づいて適切に修正することができる。代案として、DIFFは1/Nに設定することができ、ここで、Nは、割り当てられた波長帯域およびデータ信号の送信速度(例えば、ビット率)を考慮することによって決定することができる。
例えば、10Gbps DWDMシステムの場合に、10Gbps DWDMシステムのための一つの波長帯域が約0.8nmの波長幅に設定され得るので、複数の光トランシーバーのうち任意の一つの光トランシーバーの波長帯域は1550.0nmから1550.80nmに割り当てられ得る。この例において、DIFFは0.4nmと設定され、第1光信号162の中心波長は1550.20nmと設定され、第2光信号163の中心波長は1550.60nmとあらかじめ設定され得る。本開示内容によれば、第2光信号163の中心波長が外部因子によって1550.50nmに変更されると、信号干渉を最小化するように、前記式1により第1光信号162の中心波長が1550.10nmに変更され得る。他の一つの実施形態において、第1光信号162の中心波長は、式1を満足するように適応的に変更され得る。
場合によっては、式1によって変更される第1光信号162の波長は、割り当てられた波長帯域から外れることも有り得る。すなわち、前記例において、第1光信号162の波長が1550.0nm以下に変更されると、隣り合う波長帯域と信号干渉が発生する可能性がある。このような場合に、制御部112は第1光信号162の波長を変更することなく、かえって光送信機140の変更された波長が割り当てられた波長帯域から外れるとのエラーメッセージを遠隔光トランシーバーに通知するように、エラーメッセージを送信部120に送信する。送信部120は、エラーメッセージをデータ入力信号160に挿入し、相手側の遠隔光トランシーバーに送信するエラーメッセージを含む第1電気信号161を出力する。
相手側遠隔光トランシーバーがエラーメッセージを受信すると、相手側遠隔光トランシーバーは、前記式1によって自分の固有な送信波長、例えば、第2光信号163の中心波長を変更することができ、変更された送信波長に関する波長情報を送信することができる。また、波長が波長帯域から外れる場合のように実験によって閾値を決めることができる。
代案として、多重サブ帯域の場合に、第1光信号の選択された波長が最終サブ帯域または最初サブ帯域にある場合、これは第1光信号の選択された波長が波長帯域のエッジに位置し、最小波長分離間隔または間隙を保障するように第1光波長が変更されないことを意味する。そのような場合、光トランシーバーはエラーメッセージを生成して相手側遠隔光トランシーバーに送信し、これによって、相手側遠隔光トランシーバーは波長分離間隔を確認するために他のサブ帯域を選択する。
また、本開示内容は、第1光信号162または第2光信号163の波長を変更することに具体的に限定されず、互いに通信する一対の光トランシーバーすべては、式1により自分の波長を変更することができる。一例として、第1光信号162の波長は1550.20nmと設定することができ、第2光信号163の波長は1550.60nmと設定することができるが、第1光信号162の波長が1550.30nmに変更され第2光信号163の波長が1550.50nmに変更されると、各光信号の波長はあらかじめ定められた波長にそれぞれ変更され得る。
図6は、本開示内容の一つの実施形態によって波長帯域を複数のサブ帯域に分けることによって、コード値を割り当てることを図示する概念図である。図7は、図6によって波長帯域が複数のサブ帯域に分けられた場合、第1および第2光信号の光位置を図示する概念図である。
波長情報は、相手側光トランシーバーに送信されるデータであるため、効率的なデータ送信を多様に行うことができる。本開示内容の一つの実施形態において、第1波長情報は、波長帯域から複数のサブ帯域のうち第1サブ帯域を識別し、第1サブ帯域は第1光信号に関連される。すなわち、第1サブ帯域は送信のために第1光信号に付与される。また、第2波長情報は、波長帯域から複数のサブ帯域のうち第2サブ帯域を識別し、第2サブ帯域は第2光信号に関連される。すなわち、第2サブ帯域は送信のために第2光信号に付与される。一つの実施形態において、波長値が1550.10nmであれば、その波長値の整数部分と小数部分のすべてを送信するためには、少なくとも2バイト以上を伝達しなければならない。したがって、パッケージの大きさを最小化するように、波長情報が波長値より小さい情報に変換されると、送信容量を減少させることができる。一例として、割り当てられた波長帯域を複数のサブ帯域に分けることができ、コード値を送信のための各サブ帯域に付与することができる。
一つの実施形態において、図5に図示した通り、一つの波長帯域(例えば、0.8nm)を複数のサブ帯域(例えば、それぞれが0.05nmを占める、16個のサブ帯域または等分)に分けることができ、0〜15の整数値を16個のサブ帯域に順次付与することができる。複数のサブ帯域は16等分に限定されず、特定システムの構成時にサブ帯域の数を決定することができるという点に注目する。16個のサブ帯域の場合、4ビットだけで波長情報を確認することができるので、パケットの大きさを減少させることができる。特に、次に従うビットパターンを複数のサブ帯域に付与することができるが、すなわち、0000(ビットパターン)を0(サブ帯域番号)に、0001を1に、0010を2に、0011を3に、0100を4に、0101を5に、0110を6に、0111を7に、1000を8に、1001を9に、1010を10に、1011を11に、1100を12に、1101を13に、1110を14に、1111を15に付与することができる。
10Gbps DWDMシステムの場合、一つの波長帯域の幅は約0.8nmであるため、前述した通り、16個の各サブ帯域間の間隔は0.05nmとなる。各サブ帯域の幅が約0.05nmであると仮定する場合、2個の送信波長の最適位置は次のように決定され得る。
同じ波長帯域を使用することによって2個の光信号が同時に送信されるのであれば、最適位置は、2個の波長の最小波長分離間隔がDIFFと設定された場合、その光信号が対応する波長帯域の中心からDIFF/2だけ分離される位置であり得る。ここで、最適位置は、波長間干渉または信号干渉が最小化され、その結果、同じ波長帯域で2個の送信波長を使用して通信を遂行する場合、送信エラーが減少する位置を表す。
波長帯域の有効幅をWIDTHとし、サブ帯域の個数をNUMとすると、サブ帯域当たりの波長幅は、WIDTH/NUMである。また、対応する波長帯域の中心位置はNUM/2である。これによって、後述する第1光信号162の最適位置Noptおよび第2光信号163の最適位置Poptは、下記の式2および式3によって決定され得る。
Figure 2017504224
Figure 2017504224
ここで、aは、1≦a≦4を満足する。好ましくは、aは2であり得る。
NUM=16、DIFF=6であれば、図7に図示した通り、2個の波長の最適位置はそれぞれ5と11であることが分かる。波長情報が前述した通り、単純整数として処理されると、実際の波長値を使用して計算を行うことと比べて比較が容易となる。
2個の波長(または第1光信号と第2光信号の中心波長)間の最小波長分離間隔DIFFおよびサブ帯域の個数NUMは、実際の動作の間、あらかじめ定められるので、その値を利用して2個の波長の位置を調節することができる。一例として、図7に図示した通り、初期化過程以降を通じて2個の波長171、173がそれぞれ5と11に位置する場合に、NUMが16と設定されDIFFが6と設定されると仮定する。いま、一部の原因により波長変化が発生すると仮定すると、すなわち、5に位置する波長171が7に移動すると、2個の波長の実際の波長分離間隔は6(初期値)から4(例えば、11−7=4)に減少する。この例において、DIFF=6に維持できるので、11に位置する波長173が13に移動し、これによって、エラーのない送信が可能となる。
本開示内容では、波長情報を整数に変換して変換された整数を処理する方法を一例として説明した。多様な他の方法によって波長分離間隔に関する情報を多様な形態でエンコーディングして比較することができる。TEC温度値などの他の情報を利用して波長情報を推定することができ、該他の情報に基づいて、波長分離間隔を考慮して最適な波長位置を決めることができる。
図8は、本開示内容の一つの実施形態に係る光通信システムを図示する概念図である。図7に図示した通り、本開示内容の一つの実施形態に係る光通信システム800は、第1光トランシーバー100、第2光トランシーバー200、およびこれら間に接続された単一の光線路300を含む。第1および第2光トランシーバー100、200は、それぞれプロセッシングユニット110、210を含む。第1光トランシーバー100と第2光トランシーバー200は実質的に類似の構成を有しているので、その詳細な説明を省略する。
第1光トランシーバー100と第2光トランシーバー200は、各自の固有波長情報をアイドル(idle)区間に挿入して送信することができる。したがって、第1光トランシーバー100と第2光トランシーバー200のそれぞれは、自分の固有波長情報を相手側光トランシーバーの波長情報と比較することができる。
波長情報が変更される場合、光トランシーバー100、200のそれぞれは、前述した通り、式1〜式3によって自分の固有波長を可変することができる。波長変更の場合、第1光トランシーバー100と第2光トランシーバー200のうち相手側の波長からの間隔を認識する光トランシーバーが自分の波長情報を先に変更することができる。
相手側光トランシーバーの波長が変更されたことを認識する光トランシーバーが自分の固有波長を変更する代わりに、エラーメッセージを相手側光トランシーバーに送信することができる。この場合、相手側光トランシーバーは、自分の光送信機のTECを制御することによって波長を制御することができる。しかし、相手側光トランシーバーがエラーメッセージにかかわらず、同じ波長を有する光信号を繰り返し送信すれば、相手側光トランシーバーが自分の固有波長を変更することができる。
図9は、本開示内容の一つの実施形態に係る光通信方法の一例のフローチャートである。図10は、本開示内容の他の実施形態に係る光通信方法の一例のフローチャートである。図9と図10は、第1および第2光トランシーバーに電源が印加される場合に初期通信状態で波長が可変される例示的な技術を図示する。
図9に図示した通り、S10で電源が印加されると、光トランシーバーはS20での送信開始前に先に自分の受信状態を確認する。すなわち、光トランシーバーの受信状態を判断して、受信状態が正常であれば、相手側光トランシーバー(または遠隔光トランシーバー)から送信される波長情報を取得して相手側光トランシーバーの送信波長を判断することができる。S25では、取得した相手側光トランシーバーの波長情報に基づいて、光トランシーバーが前述した方法により送信波長を選択する。S30では、光トランシーバーが選択された送信波長を利用して送信を開始する。
代案として、光トランシーバーは下記の式4を利用することによって、割り当てられる波長帯域にある自分の固有送信波長を決定することができる。
Figure 2017504224
ここで、λinitialは第1光信号の初期中心波長、λは受信された第2光信号の中心波長、DIFFは第1光信号と第2光信号間の信号干渉が発生しない最小波長間隔である。DIFFは、割り当てられた波長帯域の1/2と決定され得るが、必ずしもこれに限定されず、実験評価結果に基づいて任意の値で適切に修正されることもある。
一方、S20において、初期電源の印加後、受信状態に障害が発生すると、相手側光トランシーバーから送信される波長情報を得られないこともあるので、S21で、光トランシーバーは送信開始のためにあらかじめ定められた波長を選択することができる。
その後、S40で、あらかじめ定められた時間が経過した後、光トランシーバーの受信状態を再び確認して受信状態が正常であるかの可否を判断する。障害発生時(例えば、受信状態が正常でない場合)、相手側光トランシーバーの送信波長と光トランシーバーの送信波長が実質的に同じ位置にあり得るので、S41で、光トランシーバーは、自分の固有送信波長をあらかじめ定められた波長に再び変更した後、あらかじめ定められた波長を利用して送信を行う。
また、前記各過程(S40とS41)の繰り返し動作によって、相手側光トランシーバーの送信波長と光トランシーバーの送信波長がそれぞれ異なる位置に位置することができ、その結果、何度か過程を繰り返した後で、光トランシーバーの正常な受信状態を取得することができる。
このようにすることにおいて、光トランシーバーは、本明細書で説明する方法により自分の固有波長情報および相手側光トランシーバーの波長情報を受信し、前述した式1〜式3中の任意の式を利用することによって、自分の固有波長情報と相手側光トランシーバーの波長情報を比較して最適位置にある光トランシーバーおよび/または相手側光トランシーバーの送信波長を選択する。S40で、光トランシーバーが正常な受信状態にあると判断されると、S42で、光トランシーバーは、光トランシーバーの選択された送信波長を固定するか維持する。
代案として、光トランシーバー(または第1光トランシーバー)は、相手側光トランシーバーからの第2光信号があらかじめ定められた時間の間、エラーと共に受信されたと判断される場合、第1光トランシーバーの送信波長を任意に選択および送信するように構成される。
代案として、光トランシーバーは、相手側光トランシーバーからの第2光信号が正常に受信されるときまで、あらかじめ定められた間隔で第1光信号の他の波長を変更および送信するように構成される。
このような波長制御技術は、互いに通信している光トランシーバーの間にも適用することができる。例えば、通信可能範囲で波長が変更される場合、前述した式1〜式3中の任意の式を利用することによって波長を可変することができるが、(例えば、光通信リンクの品質の劣化、信号干渉などにより)通信が不可能な場合、あらかじめ定められた波長を選択および送信することができる。
本開示内容の一つの実施形態によって光トランシーバーを初期化する他の方法が図9に図示されている。図8と類似の段階(例えば、S10〜S30)に沿って初期波長選択を行うことができる。図9に図示した通り、S40で、S30で送信を開始した後、受信状態が正常であれば、S42で、光トランシーバーは送信波長を固定するか維持する。また、光トランシーバーの送信波長は、最適位置に対する光トランシーバーの送信波長を制御するように前述した式1〜式3中の一つによる手順を遂行することによって維持される。
しかし、S40で受信状態に障害があると判断される場合、S50で、光トランシーバーは送信を中断する。その後、光トランシーバーは、ランダムバックオフタイマー(例えば、ランダムに選択されたタイマー)がS51で満了するときまで待機する。ランダムバックオフタイマーの満了時、光トランシーバーは送信を再開し、光トランシーバーの受信状態が正常であるかの可否を判断する。すなわち、光トランシーバーはあらかじめ定められた時間の間、待機状態に留まった後、受信状態を再び検査する。
このような過程を繰り返すと、相互接続された2個の光トランシーバー100中の任意の一つが送信を遂行することができ、残りの一つが送信中断状態にいることができ、その結果、送信中断状態にある光トランシーバー100は、相手側光トランシーバーの波長情報を正常に受信することができる。その後、光トランシーバーはその情報に基づいて波長を選択することができ、送信を再開することができる。
本開示内容では、説明の便宜上、高密度波長分割多重化(DWDM)方式を説明したが、本開示内容はこれに限定されず、本明細書で説明する技術を波長分割多重化(WDM)、CWDM(CWDM)、時分割多重化(TDM)などを含む多様な類型の技術に同様に適用できることは明白である。
本開示内容の多様な実施形態は一つ以上のプロセッサによって具現することができる。例えば、図4と図8に図示したような送信部120、光トランシーバー140、光受信機150、受信部130、プロセッシングユニット110、210は、任意の個数の相互接続バスとブリッジおよびバスを含むことができるバスアーキテクチャで具現することができる。バスは、一つ以上のプロセッサ、メモリー、非一時的コンピュータ可読媒体を含む多様な回路を共にリンクする。一つ以上のプロセッサは、非一時的コンピュータ可読媒体に保存されたソフトウェアの実行をはじめとしてバス管理および汎用処理を担当する。ソフトウェアは、一つ以上のプロセッサによって実行されると、その一つ以上のプロセッサが任意の特定装置のために本明細書で説明した多様な機能を遂行するようにする。非一時的コンピュータ可読媒体も、ソフトウェア実行時に一つ以上のプロセッサによって操作されるデータを保存するのに使用され得る。
本明細書で用いられる、「ソフトウェア」という用語は、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語などと称することにかかわらず、命令語、命令語セット、コード、コードセグメント、プログラムコード、プログラム、サブプログラム、ソフトウェアモジュール、アプリケーション、ソフトウェアアプリケーション、ソフトウェアパッケージ、ルーチン、サブルーチン、オブジェクト、機械可読コード、実行文、実行スレッド、プロシーザー、関数などを意味するものと広く解釈されるべきである。ソフトウェアは、非一時的コンピュータ可読媒体に常駐することができる。非一時的コンピュータ可読媒体は、例えば、自分の保存デバイス、光ディスク、デジタル多用途ディスク、スマートカード、フラッシュメモリデバイス、RAM、ROM、プログラマブルROM、EPROM、EEPROM、レジスター、取り外し可能ディスク、およびプロセッサやコンピュータによってアクセスおよび判読され得るソフトウェアおよび/または命令語を保存するための他の任意の適切な媒体を含む。通常の技術者であれば、全体システムに付与される全体設計制約および特定応用分野に応じて、本開示内容の全体にかけて提示される前述した機能を最もよく具現する方式を認識できるであろう。
本明細書の多様な例示的な実施例で用いられる、「部」という用語は、ソフトウェアまたはFPGA(field−programmable gate array)、ASIC、ロジックアレイ、DSP、マイクロ・プロセッサなどのハードウェア構成要素を意味し、「部」は、あらかじめ定められた役割を遂行する。しかし、「部」は、ソフトウェアまたはハードウェアに限定される意味ではない。「部」とは、アドレッシングできる保存媒体にあるように構成されることもでき、一つまたはそれ以上のプロセッサを再生させるように構成されることもできる。したがって、一例として、「部」とは、ソフトウェア構成要素、オブジェクト指向ソフトウェア構成要素、クラス構成要素およびタスク構成要素のような構成要素、プロセス、関数、属性、プロシーザー、サブルーチン、プログラムコードのセグメント、ドライバー、ファームウェア、マイクロコード、回路、データ、データベース、データ構造、テーブル、アレイ、および変数を含む。各構成要素と、各「部」から提供される機能は、さらに少ない個数の構成要素および、「部」で連結されることもでき、または追加的な構成要素と「部」で分離されることもできる。また、構成要素および「部」は、デバイス内の一つ以上のCPUを再生させるように具現することもできる。
簡略な説明のために、方法を一連の動作で図示して説明したが、他の動作が互いに異なる順序および/または本明細書で図示して説明した動作とは異なる動作と共に同時に発生することもあり得るので、特許請求の対象が動作の順序によって限定されないと認識および理解されるべきである。例えば、通常の技術者は、代案として、方法が例えば、状態図での一連の相関された状態またはイベントとして表現され得ることを認識および理解できるであろう。さらに、特許請求の対象によっては、方法を具現するために、例示したすべての動作を必要としないこともあり得る。また、以下で本明細書全体にかけて開示される方法が、このような方法をコンピュータに伝達し移送することを容易にするように、製造物品に保存され得ることを理解しなければならない。本明細書で用いられる製造物品という用語は、任意のコンピュータ可読デバイス、キャリア、または媒体からアクセス可能なコンピュータプログラムを含もうとするものである。
本開示内容を好ましい実施例を参照して詳細に説明した。しかし、通常の技術者であれば、特許請求の範囲および均等物で定義される思想と領域から逸脱しない範囲内で多様な修正および変更を加えることができることを理解できるであろう。
1 コア網
2 中央局
3、4、5 局舎
6 遠隔サイト/遠隔局
11、12、13、21、2、23 光TRX

Claims (29)

  1. 単一の光線路を通じて通信するように構成された光トランシーバーにおいて、
    第1電気信号を第1光信号に変換するように構成された光送信機;
    第2光信号を第2電気信号に変換するように構成された光受信機;および
    前記光送信機および前記光受信機に動作可能に連結されたプロセッシングユニットを含み、
    前記プロセッシングユニットは、
    前記第1光信号の第1波長情報および前記第2光信号の第2波長情報を取得し、
    前記第1光信号と前記第2光信号間の波長分離間隔を制御するために、前記第1光信号の第1波長情報と前記第2光信号の第2波長情報を比較するように構成された、光トランシーバー。
  2. 前記光トランシーバーは波長分割多重化(WDM)型技術を支援するように構成された、請求項1に記載の光トランシーバー。
  3. 前記波長分離間隔は前記第1光信号と前記第2光信号の波長間の干渉を減少させるように制御される、請求項1に記載の光トランシーバー。
  4. 前記光トランシーバーは第1波長帯域で前記単一の光線路を通じて遠隔光トランシーバーと通信し、前記第1波長帯域は複数のサブ帯域を含む、請求項1に記載の光トランシーバー。
  5. 前記第1波長情報は前記複数のサブ帯域中の第1サブ帯域を識別し、前記第1サブ帯域は前記第1光信号と関連され、前記第2波長情報は前記複数のサブ帯域中の第2サブ帯域を識別し、前記第2サブ帯域は前記第2光信号と関連された、請求項4に記載の光トランシーバー。
  6. 前記第1波長情報を前記第1電気信号に挿入し、前記第1波長情報を含む前記第1電気信号を前記光送信機に送信するように構成された送信部をさらに含む、請求項1に記載の光トランシーバー。
  7. 前記第2電気信号から前記第2波長情報を取得し、前記第2波長情報を前記プロセッシングユニットに送信するように構成された受信部をさらに含む、請求項1に記載の光トランシーバー。
  8. 前記プロセッシングユニットは、
    前記第1波長情報と前記第2波長情報を比較し、前記第1光信号の中心波長と前記第2光信号の中心波長間の波長分離間隔が、少なくともあらかじめ定められた量であるかの可否を判断するように構成された比較部;および
    前記比較部による判断に基づいて前記光送信機に波長変更信号を出力するように構成された制御部をさらに含む、請求項1に記載の光トランシーバー。
  9. 前記制御部は、また、以下の式1を満足させるために前記第1光信号の中心波長を制御するように構成され、
    Figure 2017504224
    ここでλは前記第1光信号の中心波長、λは前記第2光信号の中心波長、DIFFは前記第1光信号と前記第2光信号間の干渉の最小量のための前記第1光信号と前記第2光信号間の最小波長分離間隔である、請求項8に記載の光トランシーバー。
  10. 前記制御部は、また、前記光送信機の中心波長が前記第1波長帯域の割り当てられたサブ帯域を外れると判断された場合、前記送信部にエラーメッセージを送信するように構成され、
    前記送信部は、また、前記エラーメッセージを前記第1電気信号に挿入するように構成された、請求項4に記載の光トランシーバー。
  11. 前記第1波長帯域を含む前記複数のサブ帯域に付与されたコードを保存するように構成されたメモリーをさらに含み、
    前記制御部は、また、前記光送信機の中心波長に対応するコードを前記送信部に送信するように構成された、請求項4に記載の光トランシーバー。
  12. 光通信システムにおいて、
    第1光信号を送信するように構成された第1光トランシーバー;
    前記第1光トランシーバーと通信し、前記第1光トランシーバーに第2光信号を送信するように構成された第2光トランシーバー;および
    前記第1光トランシーバーおよび前記第2光トランシーバーに動作可能に接続されるように構成された単一の光線路を含み、
    前記第1光トランシーバーは、
    第1電気信号を前記単一の光線路を通じて前記第2光トランシーバーに送信される第1光信号に変換するように構成された光送信機;
    前記第2光トランシーバーから受信される第2光信号を第2電気信号に変換するように構成された光受信機;および
    前記第1光信号の第1波長情報と前記第2光信号の第2波長情報を比較し、前記第1光信号と前記第2光信号間の波長分離間隔を制御するように構成されたプロセッシングユニットを含む、光通信システム。
  13. 前記第1光トランシーバーは、前記第1波長情報を前記第1電気信号に挿入し、前記第1波長情報を含む前記第1電気信号を前記第1光トランシーバーの光送信機に送信するように構成された送信部をさらに含む、請求項12に記載の光通信システム。
  14. 前記第1光トランシーバーと前記第2光トランシーバーはそれぞれ波長分割多重化(WDM)型技術を支援するように構成された、請求項12に記載の光通信システム。
  15. 前記第1光トランシーバーは第1波長帯域で前記単一の光線路を通じて前記第2光トランシーバーと通信し、前記第1波長帯域は複数のサブ帯域を含む、請求項12に記載の光通信システム。
  16. 前記第1波長情報は前記複数のサブ帯域中の第1サブ帯域を識別し、前記第1サブ帯域は前記第1光信号に関連され、前記第2波長情報は前記複数のサブ帯域中の第2サブ帯域を識別し、前記第2サブ帯域は前記第2光信号に関連された、請求項15に記載の光通信システム。
  17. 前記第1光トランシーバーは、前記第2電気信号から前記第2波長情報を取得し、前記第2波長情報を前記プロセッシングユニットに送信するように構成された受信部をさらに含む、請求項13に記載の光通信システム。
  18. 前記第1光トランシーバーのプロセッシングユニットは、
    前記第1波長情報と前記第2波長情報を比較し、前記波長分離間隔が少なくともあらかじめ定められた量であるかの可否を判断するように構成された比較部;および
    前記比較部による判断に基づいて前記光送信機に波長変更信号を出力するように構成された制御部をさらに含む、請求項12に記載の光通信システム。
  19. 前記制御部は、また、下記の式2を満足するために前記第1光信号の中心波長を制御するように構成され、
    Figure 2017504224
    ここで、λは前記第1光信号の中心波長、λは前記第2光信号の中心波長、DIFFは前記第1光信号と前記第2光信号間の干渉の最小量のための最小波長間隔である、請求項18に記載の光通信システム。
  20. 前記第1光トランシーバーの制御部は、また、前記第1光送信機の中心波長が割り当てられたサブ帯域から外れると判断された場合、前記第1光トランシーバーの送信部にエラーメッセージを送信するように構成され、
    前記第1光トランシーバーの送信部は前記エラーメッセージを前記第1電気信号に挿入するように構成された、請求項18に記載の光通信システム。
  21. 前記第1光トランシーバーは、光通信のために割り当てられた波長帯域を分割する複数のサブ帯域に付与されたコードを保存するように構成されたメモリーを含み、
    前記制御部は、前記第1光トランシーバーの光送信機の中心波長に対応するコードを前記送信部に送信するように構成された、請求項18に記載の光通信システム。
  22. 前記第1光トランシーバーは、受信された前記第2光信号の送信波長により前記第1光信号の初期送信波長を判断するように構成された、請求項12に記載の光通信システム。
  23. 前記第1光信号の初期送信波長を式3を満足するように制御され、
    Figure 2017504224
    ここで、λinitialは前記第1光信号の初期中心波長、λは前記第2光信号の中心波長、DIFFは前記第1光信号と前記第2光信号間の干渉の最小量のための最小波長分離間隔である、請求項22に記載の光通信システム。
  24. 前記第1光トランシーバーは、あらかじめ定められた時間の間、エラーがある前記第2光信号が受信されたと判断された場合、前記第1光トランシーバーの送信波長を任意に選択および送信するように構成された、請求項22に記載の光通信システム。
  25. 前記光トランシーバーは、前記第2光信号が正常に受信されるときまで、あらかじめ定められた間隔で前記第1光信号の他の波長を変更および送信するように構成された、請求項1に記載の光トランシーバー。
  26. 前記光トランシーバーは、受信された前記第2光信号の送信波長により前記第1光信号の初期送信波長を判断するように構成された、請求項25に記載の光トランシーバー。
  27. 前記第1光信号の初期送信波長は以下の式4を満足するように制御され、
    Figure 2017504224
    ここで、λinitialは前記第1光信号の初期中心波長、λは前記第2光信号の中心波長、DIFFは前記第1光信号と前記第2光信号間の干渉の最小量のための最小波長分離間隔である、請求項26に記載の光トランシーバー。
  28. 前記光トランシーバーは、あらかじめ定められた時間の間、エラーがある前記第2光信号が受信されたと判断された場合、前記第1光トランシーバーの送信波長を任意に選択および送信するように構成された、請求項26に記載の光トランシーバー。
  29. 前記第1光トランシーバーは、前記第2光信号が正常に受信されるときまで、あらかじめ定められた間隔で前記第1光信号の他の波長を変更および送信するように構成された、請求項22に記載の光通信システム。
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