KR100343600B1 - 광 패킷 압축/확장장치 및 그 방법 - Google Patents

광 패킷 압축/확장장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광 패킷 압축을 위한 광소자의 수를 저감하고 반도체 광증폭기에서 발생하는 잡음 누적을 감소시키며, 전광 신호 처리를 이용하여 초고속 광 패킷을 확장할 수 있도록 한 광 패킷 압축/확장장치 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 광 패킷 압축장치는 입력되는 광 패킷을 전방 진행형으로 압축한 후 다시 비트 궤환하여 압축하는 방법을 사용함으로써 종래의 압축장치에 비해 구현을 위해 요구되는 광소자의 수가 현저히 감소하며 반도체 광 증폭기에서 발생하는 잡음누적을 현저히 감소시킴으로써 장치의 성능 향상을 수반하고 있고,또한 본 발명에 따른 광 패킷 확장장치는 전광 처리 기법을 이용하여 압축된 광 패킷을 확장함으로써 종래의 확장장치에 비해 패킷 확장이 고속으로 이루어진다.

Description

광 패킷 압축/확장장치 및 그 방법{Method and Apparatus for optical packet compression and expansion}
본 발명은 광 패킷(Optical Packet) 압축 및 확장에 관한 것으로, 특히 광 패킷 압축을 위한 광소자의 수를 저감하고 반도체 광증폭기에서 발생하는 잡음 누적을 감소시키며, 전광 신호 처리를 이용하여 초고속 광 패킷을 확장할 수 있도록한 광 패킷 압축/확장장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 음성, 화상, 데이터 신호등의 멀티미디어 통신으로 인하여 기간 통신망에서 처리해야 할 정보 용량이 가까운 미래에 수 Tbps 이상이 될 전망이다.
따라서 이러한 대용량의 정보를 효율적으로 처리하기 위한 통신망의 구현 연구로서, 파장본할 다중화 기법 및 시분할 다중화 기법을 기반으로 한 광전송 방식 및 광 신호 처리 방식, 광 컴퓨팅 방식, 그리고 광교환 방식에 대한 개발이 요구된다.
여기서, 파장분할 다중화 기법은, 빛의 파장을 이용하는 방법으로 정보처리 차원을 한 단계 높임으로써 광 통신망의 용량 증가와 시스템 구현의 융통성을 제공하지만, 광신호의 전송 매체인 광섬유의 가용 파장 대역의 제한으로 사용 가능한 파장 수, 즉 파장 채널의 숫가 60∼70개로 제한되어 전체 처리 용량의 획기적인 증가를 얻기 어렵다는 단점이 있다. 따라서 파장분할 다중화된 각 채널에 고속의 광 시분할 다중화 기법을 적용하여 전송되는 신호의 속도를 수십에서 수백 Gbps로 증가시키는 것은 대용량 광 통신망 실현을 위해 반드시 필요하다.
다음으로, 시분할 다중화 방식은 비트 다중화 방식과 패킷 다중화 방식으로 대별된다. 여기서 비트 다중화 방식은 광 신호 처리 속도 등의 한계로 인해 그 가용성이 제한되고 있어 패킷 다중화 방식이 가장 효율적인 방식으로 인식되고 있다.
따라서 패킷 다중화를 기반으로 한 광 시분할 다중화 방식을 이용하여 초고속 광전송, 광 교환, 광 신호 처리, 광 컴퓨터 기술을 실현하기 위해서는 여러 채널의 광패킷을 시분할 다중화 할 수 있도록 시간축 상에서 압축하는 광 패킷 압축장치와 압축된 광 패킷을 원래 길이로 확장할 수 있는 광 패킷 확장 장치의 실현이 반드시 필요하다.
첨부한 도면 도1a 내지 도 1d는 종래 광 패킷 압축장치의 실시예를 보인 도면이다.
도 1a는 traveling 방식 광 패킷 압축장치의 제1 실시예 구성도로서, (k＋1)개의 (k＝log2n, n : 패킷을 구성하는 비트 수) 다단 연결된 광 커플러(11∼10＋k)와, 압축된 패킷의 출력을 결정하는 온/오프 게이트 스위치(on/off gate switch)(30)와, 각각의 광 커플러(11∼10＋k)에서 각각 출력되는 광 신호를 시간적으로 일정 시간 지연시키는 복수개의 지연기(21∼20＋k)로 구성된다.
도 1b는 traveling 방식 광 패킷 압축장치의 제2 실시예 구성도로서, 입력신호를 두개로 나누는 1 ×2 스위치(41∼40＋k)와, 상기 1 ×2 스위치(41∼40＋k)의 일측 출력단에서 출력되는 출력을 지연하는 지연기(61∼60＋k)와, n개의 비트로 구성되는 패킷을 압축하기 위한 k개의 1 ×2 광 커플러(51∼50＋k)로 구성된다.
도 1c는 1단 연결의 looping 방식 광 패킷 압축장치의 실시예 구성도로서, 패킷을 압축하는 광 커플러(71)와, 상기 광 커플러(71)로부터 출력되는 신호를 입력받아 두개로 나누는 1 ×2 스위치(72)와, 상기 1 ×2 스위치(72)의 일측 출력단에서 출력되는 출력신호를 증폭하는 반도체 광 증폭기(Semiconductor Optical Amplifier)(73)와, 상기 반도체 광 증폭기(73)에서 출력되는 패킷신호를 지연시켜 상기 광 커플러(71)에 인가시키는 지연기(74)로 구성된다.
도 1d는 다단 연결의 looping 방식 광 패킷 압축장치의 실시예 구성도로서, 패킷을 압축하는 광 커플러(81∼80＋k)와, 상기 광 커플러(81∼80＋k)로부터 출력되는 신호를 입력받아 두개로 나누는 1 ×2 스위치(91∼90＋k)와, 상기 1 ×2 스위치(91∼90＋k)의 일측 출력단에서 출력되는 출력신호를 각각 증폭하는 반도체 광 증폭기(Semiconductor Optical Amplifier)(101∼100＋k)와, 상기 반도체 광 증폭기(101∼100＋k)에서 각각 출력되는 패킷신호를 지연시켜 상기 광 커플러(81∼80＋k)에 인가시키는 지연기(211∼210＋k)로 구성된다.
도 2는 종래의 광 패킷 압축장치에서 요구되는 광 소자수를 비교한 테이블이다.
. 광소자..방식 . 커플러 광 스위치 반도체 광증폭기 온/오프 게이트스위치 파이브 딜레이라인
traveling 방식 1 k＋1 None None 1 (2k－1)(T－Δt)
traveling 방식 2 k k None None (2k－1)(T－Δt)
Looping방식 1단연결 1 1 1 1 T－Δt
다단연결 k/3 k/3 k/3 k/3 (2k/3－1)(T－Δt)
도 1a의 traveling 방식 광 패킷 압축장치의 동작은, 첫번째 광 커플러(11)에 입력되는 광 패킷의 첫번째 신호는 상단포트, 두번째 신호는 하단포트로 분리되어 두번째의 광 커플러(12)로 출력한다.
여기서, 두번째 광 커플러(12)에서는 상기 광 커플러(11)의 상단 출력신호와 지연기(21)에서 T－ Δt만큼 지연된 하단 광 신호를 커플링한다. 아울러 두번째 광커플러(12)도 먼저 커플링한 신호를 상단으로, 그 다음에 커플링한 신호를 하단으로 출력한다.
이러한 과정으로 광 패킷 신호의 압축이 이루어지며, 최종단의 광 커플러(10＋k)는, 전단 광 커플러(10＋(k－1))의 상단 출력 신호와 2k－1(T－ Δt)의 지연을 갖는 지연기(20＋k)의 출력 신호를 결합하여 출력한다.
다음으로, 온/오프 게이트 스위치(30)는 상기 최종단 커플러(10＋k)에서 출력되는 압축된 광 패킷을 일정 단위로 스위칭, 즉 하나의 패킷 단위로 스위칭하여 출력한다.
또한, 도 1b의 traveling 방식 광 패킷 압축장치의 동작은, 1 ×2 스위치(41∼40＋k)에서 입력되는 광 패킷의 첫번째 신호는 상단으로, 두번째 신호는 하단으로 분리해주고, 광 커플러(51)에서 상기 1 ×2 스위치(41∼40＋k)의 하단 출력신호와 지연기(61∼60＋k)에서 T－ Δt만큼 지연된 상단 광 신호를 커플링한다.
이러한 과정으로 광 패킷 신호의 압축이 이루어지며, 최종단의 광 커플러(50＋k)는, 전단 광 커플러(미도시)의 하단 출력 신호와 상단 2k－1(T－ Δt)의 지연신호를 커플링하여 출력한다.
도 1c의 1단 연결의 looping 방식 광 패킷 압축장치의 동작은, 1 ×2 스위치(72)는 광 커플러(71)에서 출력되는 광 패킷 신호를 출력하거나 혹은 재차 반도체 광 증폭기(73)와 지연기(74)를 통해 상기 광 커플러(71)로 인가한다.
그리고, 도 1d의 동작은 도 1c의 구성을 다단 연결형성 시켜 반복적으로 실행할 수 있도록 한 것이다.
한편, 첨부한 도면 도 3a 내지 도 3c는 종래 광 패킷 확장장치의 실시예를 보인 도면이다.
도 3a는 traveling 방식 광 패킷 확장장치의 실시예 구성도로서, 패킷 입력신호를 두개로 나누는 1 ×2 스위치(121∼120＋k)와, 상기 1 ×2 스위치(121∼120＋k)의 일측 출력단에서 출력되는 출력신호를 지연하는 지연기(141∼140＋k)와, n개의 비트로 구성되는 패킷을 압축하기 위한 k개의 1 ×2 광 커플러(131∼130＋k)로 구성된다.
도 3b는 1단 연결의 looping 방식 광 패킷 확장장치의 실시예 구성도이다.
도 3b는 패킷을 압축하는 광 커플러(151)와, 상기 광 커플러(151)로부터 출력되는 신호를 입력받아 두개로 나누는 1 ×2 스위치(152)와, 상기 1 ×2 스위치(152)의 일측 출력단에서 출력되는 출력신호를 증폭하는 반도체 광 증폭기(Semiconductor Optical Amplifier)(153)와, 상기 반도체 광 증폭기(153)에서 출력되는 패킷신호를 지연시켜 상기 광 커플러(151)에 인가시키는 지연기(154)로 구성된다.
도 3c는 다단 연결의 looping 방식 광 패킷 확장장치의 실시예 구성도이다.
도 3c는 패킷을 압축하는 광 커플러(161∼160＋k)와, 상기 광 커플러(161∼160＋k)로부터 출력되는 신호를 입력받아 두개로 나누는 1 ×2 스위치(171∼170＋k)와, 상기 1 ×2 스위치(171∼170＋k)의 일측 출력단에서 출력되는 출력신호를 각각 증폭하는 반도체 광 증폭기(Semiconductor Optical Amplifier)(181∼182＋k)와, 상기 반도체 광 증폭기(181∼182＋k)에서 각각 출력되는 패킷신호를 지연시켜 상기 광 커플러(161∼160＋k)에 인가시키는 지연기(191∼190＋k)로 구성된다.
도 3a의 traveling 방식 광 패킷 확장장치의 동작은, 1 ×2 스위치(121∼120＋k)에서 입력되는 광 패킷의 첫번째 신호는 상단으로, 두번째 신호는 하단으로 분리해주고, 광 커플러(51)에서 상기 1 ×2 스위치(41∼40＋k)의 상단 출력신호와 지연기(141∼140＋k)에서 T－ Δt만큼 지연된 상단 광 신호를 커플링한다.
이러한 과정으로 광 패킷 신호의 확장이 이루어지며, 최종단의 광 커플러(130＋k)는, 전단 광 커플러(미도시)의 하단 출력 신호와 상단 2k－1(T－ Δt)의 지연신호를 커플링하여 출력한다.
도 3b의 1단 연결의 looping 방식 광 패킷 확장장치의 동작은, 1 ×2 스위치(152)는 광 커플러(151)에서 출력되는 광 패킷 신호를 출력하거나 혹은 재차 반도체 광 증폭기(153)와 지연기(154)를 통해 상기 광 커플러(151)로 인가한다.
그리고, 도 3c의 동작은 도 3b의 구성을 다단 연결형성 시켜 반복적으로 실행할 수 있도록 한 것이다.
그러나, 종래의 광 패킷 압축장치는 패킷을 구성하는 비트의 수가 증가할 경우 도 2에 도시된 바와같이 광 커플러의 수가 증가하는 문제점이 있었다.
또한, 입력되는 패킷은 다단 연결된 광 커플러로 진행하며 시간축 상에 복제되므로, 패킷간의 간격은 복제된 패킷들과 간섭을 일으키지 않을 정도로 넓어야 하며 이는 패킷 전송 비율에 제한을 가져올 수 있는 문제점이 있었다.
그리고, 도 1c와 도 1d는 Looping 방식의 광 패킷 압축장치로서 1단 연결일 경우와 다단 연결일 경우의 구조를 나타낸 바, 상기 travelling 방식에 비해 현저히 감소된 소자로 구성된다는 장점은 있지만, 도 1c와 도 1d 구조에서 첫번째 비트는 패킷 압축이 완료될 때까지 각각 (n－1)번과 (2(k/3)－1)·(k/3))번의 궤환을 거치므로 패킷 압축과정에서 반도체 광 증폭기에 의해 발생하는 잡음이 과도하게 누적된다는 문제점이 있었다.
한편, 종래의 광 패킷 확장장치는 입력되는 압축 패킷의 속도가 수십 Gb/s∼수백 Gb/s 이상인 바, 전기적으로 제어되는 광스위치의 속도는 수십 GHz이내로 제한되고 있으므로 100 Gb/s 이상의 고속 패킷을 복원하는데 큰 한계를 갖는 문제점이 있었다.
또한, 패킷내의 비트 수에 따라 광소자의 수가 증가하는 문제점이 있었다.
그리고, 도 3b와 도 3c는 looping 방식의 패킷 확장장치 구조로서 상기 traveing 방식에 비해 요구되는 광 소자의 수가 최소화된다는 장점은 있지만, 1×2 광스위치에서 비트들을 하나씩 분리하여 궤환시켜야 하므로 입력되는 압축 패킷이 고속일 경우 제어신호의 상태 천이 시간이 수 ps이하여야 하는 문제점이 있었다.
특히, 상기 looping방식의 패킷 확장장치는 travelling방식 보다 전기 제어 소자와 1×2 스위치의 속도에 의해 더 크게 제한 받는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로 본 발명의 목적은, 광 패킷 압축을 위한 광소자의 수를 저감하고 반도체 광증폭기에서 발생하는 잡음 누적을 감소시키며, 전광 신호 처리를 이용하여 초고속 광 패킷을 확장할 수 있도록 한 광 패킷 압축/확장장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광 패킷 압축장치의 특징은, 입력되는 광 패킷 내의 비트들을 제어신호에 따라 압축하여 출력하는 광 커플러(200)와, 상기 광 커플러(200)로부터 출력되는 광 패킷내의 비트들을 입력받아 상단포트와 하단포트로 신호를 분리하여 출력하는 스위치(210)와, 상기 스위치(210)의 하단포트로부터 출력되는 광 패킷내의 비트신호를 T－Δt만큼 지연시키는 다수개의 광섬유 지연기(220)와, 상기 스위치(210)의 상단포트와 상기 지연기(220)로부터 출력되는 광 패킷내의 비트신호를 재결합 압축하여 출력하는 광 커플러(230)와, 상기 광 커플러(230)에서 압축되어 출력되는 광 패킷내의 비트신호의 출력을 결정하는 온/오프 게이트 스위치(240)와, 상기 온/오프 게이트 스위치(240)의 오프시 광 커플러(230)에서 압축되어 출력되는 광 패킷내의 비트신호를 증폭하는 반도체 광 증폭기(250)와, 상기 반도체 광 증폭기(250)로부터 출력되는 패킷 증폭신호를 T－Δt만큼 지연시켜 상기 광 커플러(200)에 인가하는 다수개의 광섬유 지연기(260)로 구성되고, 광 패킷 확장장치의 특징은, 입력되는 압축 광 패킷을 n개의 광 패킷 그룹으로 분리하는 다단 연결된 광 커플러(411∼410＋k)와, 상기 광 커플러(411∼410＋k)에서 각각 출력되는 광 신호를 시간적으로 일정 시간 지연시키는 다수개의 광섬유 지연부(511∼510＋k)와, 상기 광 커플러(410＋k)로 되돌아오는 성분들을 제거하는 광 아이솔레이트(600)와, 상기 광 커플러(411∼410＋k)들 중 (k＋1)번째 광 커플러(410＋k)의 출력을 두개로 분리하는 50:50 광 커플러(610)와, 상기 50:50 광 커플러(610)에서 분리된 광 패킷들은 제어 광 펄스 발생기(620)에서 발생하는 제어 펄스에 따라 서로 다른 이득으로 증폭하는 반도체 광 증폭기(630)와, 상기 50:50 광 커플러(610)의 출력 중 신호 성분만을 출력시키는 광학 대역통과 필터(640)와, 상기 반도체 광 증폭기(630)로 입력되는 광 패킷의 편광 상태를 조절하는 편광 제어기(650)와, 상기 제어 광 펄스 발생기(620)로 되돌아오는 성분들을 제거하는 광 아이솔레이터(660)로 구성된다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광 패킷 압축장치의 방법의 특징은, 광 커플러(200)로부터 출력되는 광 패킷내의 비트들을 스위치 제어신호에 따라 스위치(210)의 상/하단포트로 출력하는 단계와, 상기 스위치(210)의 상단포트로부터 출력되는 비트와 상기 스위치(210)의 하단포트로부터 출력되어 광섬유 지연부(220)를 거쳐 T－Δt만큼 지연된 비트를 상기 광 커플러(230)에서 재결합 및 압축하는 단계와, 온/오프 게이트 스위치(240)가 온 상태인가를 판별하여 그 판단결과 온/오프 게이트 스위치(240)가 온이면 압축된 광 패킷을 출력하는 단계와, 상기 단계의 판단결과 온/오프 게이트 스위치(240)가 오프이면 상기 광 커플러(230)에서 재결합된 비트들의 손실을 반도체 광 증폭기(250)를 통해 보상하는 단계와, 상기 반도체 광 증폭기(250)에서 손실 보상된 비트들을 광섬유 지연기(260)를 통해 광 커플러(200)로 궤환시켜 입력되는 패킷과 재결합하여 출력하는 단계를 포함하여 이루어지고, 광 패킷 확장장치의 확장방법의 특징은, 입력되는 압축 광 패킷을 다단 연결된 (k＋1)번째 광 커플러(410＋k)에서 n개의 광 패킷 그룹으로 분리하는 단계와, 상기 n개의 광 패킷 그룹내의 (j)번째 패킷 그룹의 (j)번째 비트가 (j－1)번째 패킷 그룹의(j－1)번째 비트와 압축전의 비트 간격의 T를 갖도록 하는 단계와, 상기 n개의 광 패킷 그룹들은 50:50 광 커플러(610)를 거쳐 두 개로 분리된 후 시계 방향 진행 성분은 위상 변화 없이, 반시계 방향 진행 성분은 90°의 위상 변화를 얻은 뒤 서로 반대 방향으로 진행하는 단계와, 제어 광 펄스 발생기(620)에서는 신호 광 패킷과 서로 다른 파장을 가지며 T의 시간 주기를 갖는 제어 광 펄스 열을 발생시켜 광 커플러(670)를 거쳐 반도체 광 증폭기(630)로 입력시키는 단계와, 상기 과정을 거쳐 Δt의 시간 간격으로 압축된 광 패킷은 T의 시간을 갖는 원래의 광 패킷으로 확장시키는 단계를 포함하여 이루어진다.
도 1a는 traveling 방식 광 패킷 압축장치의 제1 실시예 구성도이고, 도 1b는 traveling 방식 광 패킷 압축장치의 제2 실시예 구성도이고, 도 1c는 1단 연결의 looping 방식 광 패킷 압축장치의 실시예 구성도이고, 도 1d는 다단 연결의 looping 방식 광 패킷 압축장치의 실시예 구성도이고,
도 2는 도 1a 내지 도 1d의 광 패킷 압축장치에서 요구되는 광 소자수를 비교한 테이블이고,
도 3a는 traveling 방식 광 패킷 확장장치의 실시예 구성도이고, 도 3b는 1단 연결의 looping 방식 광 패킷 확장장치의 실시예 구성도이고, 도 3c는 다단 연결의 looping 방식 광 패킷 확장장치의 실시예 구성도이고,
도 4는 본 발명에 의한 광 패킷 압축장치의 실시예 구성도이고,
도 5는 본 발명에 의한 광 패킷 압축장치의 압축방법을 보인 흐름도이고,
도 6a는 도 4의 입력 패킷을 나타내고, 도 6b는 도 4의 1×2 스위치 제어신호 타이밍도이고, 도 6c는 도 4의 광 커플러의 제1 출력 타이밍도이고, 도 6d는 도 4의 광 커플러의 제1 출력 타이밍도이고, 도 6e는 도 4의 광 커플러의 제2 출력타이밍도이고, 도 6f는 도 4의 광 커플러의 제2 출력 타이밍도이고, 도 6g는 도 4의 최종적으로 출력되는 압축 패킷 타이밍도이고, 도 6h는 도 4의 반도체 광 증폭기의 제어 타이밍도이고, 도 6i는 도 4의 패킷 출력 스위치의 제어 타이밍도이고,
도 7은 본 발명에 의한 광 패킷 확장장치의 실시예 구성도이고,
도 8은 본 발명에 의한 광 패킷 확장장치의 확장방법을 보인 흐름도이고,
도 9a는 도 7의 압축된 입력 패킷의 타이밍도이고, 도 9b는 도 7의 광 커플러의 출력 타이밍도이고, 도 9c는 도 7의 광 커플러의 출력 타이밍도이고, 도 9d는 도 7의 광 커플러의 출력 타이밍도이고, 도 9e는 도 7의 제어신호의 타이밍도이고, 도 9f는 도 7의 최종적으로 출력되는 확장된 패킷 타이밍도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
200, 230 : 2×1 광 커플러, 210 : 1×2 스위치,
220 : 광섬유 지연기, 240 : 온/오프 게이트 스위치.
이하, 본 발명에 따른 광 패킷 압축/확장장치 및 그 방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 의한 광 패킷 압축장치의 실시예 구성도이다.
도 4에 도시된 바와같이, 입력되는 광 패킷 내의 비트들을 제어신호에 따라 압축하여 출력하는 2×1 광 커플러(200)와, 상기 2×1 광 커플러(200)로부터 출력되는 광 패킷내의 비트들을 입력받아 상단포트와 하단포트로 신호를 분리하여 출력하는 1×2 스위치(210)와, 상기 1×2 스위치(210)의 하단포트로부터 출력되는 광패킷내의 비트신호를 T－Δt만큼 지연시키는 다수개의 광섬유 지연기(220)와, 상기 1×2 스위치(210)의 상단포트와 상기 지연기(220)로부터 출력되는 광 패킷내의 비트신호를 재결합 압축하여 출력하는 2×1 광 커플러(230)와, 상기 2×1 광 커플러(230)에서 압축되어 출력되는 광 패킷내의 비트신호의 출력을 결정하는 온/오프 게이트 스위치(240)와, 상기 2×1 광 커플러(230)에서 압축되어 출력되는 광 패킷내의 비트신호를 증폭하는 반도체 광 증폭기(250)와, 상기 반도체 광 증폭기(250)로부터 출력되는 패킷 증폭신호를 T－Δt만큼 지연시켜 상기 광 커플러(200)에 인가하는 다수개의 광섬유 지연기(260)로 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 광 패킷 압축장치의 동작을 도 5 내지 도 6i를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 6a에 도시된 바와같이 1/T(300)의 데이터 속도와 n개의 비트(310)들로 구성되는 광 패킷(320)이 광 패킷 압축장치의 2×1 광 커플러(200)로 입력된다.
상기 광 패킷 압축장치의 2×1 광 커플러(200)로 입력된 광 패킷(320)은 도 6b에 도시된 바와같이 (1/2T)Hz의 스위치 제어신호(330)에 따라 입력된 광 패킷(320)내의 1번 비트(340)는 1×2 스위치(210)의 하단포트로 출력되고, 2번 비트(350)는 상단포트로 출력된다(S101).
그리고, 상기 1×2 스위치(210)의 상단포트로부터 출력되는 2번 비트(350)는 지연없이 2×1 광 커플러(230)에 입력된다.
또한, 상기 1×2 스위치(210)의 하단포트로부터 출력되는 1번 비트(340)는광섬유 지연기(220)를 거쳐 T－Δt만큼 지연된후 2×1 광 커플러(230)에 입력된다.
상기 2×1 광 커플러(230)에 입력된 1번과 2번 비트는 재결합(360) 및 압축된다(S103).
이때, 온/오프 게이트 스위치(240)가 온 상태인가를 판별하고(S105), 그 판단결과 온/오프 게이트 스위치(240)가 온이면 압축된 광 패킷이 상기 2×1 광 커플러(230)로부터 출력된다(S107).
만약, 상기 단계 S105의 판단결과 온/오프 게이트 스위치(240)가 오프이면 상기 2×1 광 커플러(230)에서 재결합된 비트들(360)은 T－Δt의 지연길이를 갖는 반도체 광 증폭기(250)를 거치면서 비트들의 손실 보상이 이루어진다(S109).
상기 반도체 광 증폭기(250)에서 손실 보상이 이루어진 비트들은 지연기(260)을 거쳐 2×1 광 커플러(200)로 궤환되고(S111), 광 패킷 압축장치로 입력되는 3번 비트(370)와 결합되어 출력된다(S113).
도 6c는 상기 2×1 광 커플러(230)에서 출력되는 광 패킷내의 비트신호 이다.
여기서, 상기 T(300)는 압축전의 비트 간격이고, Δt는 압축된 패킷의 비트 간격이다.
도 6d는 상기 2×1 광 커플러(200)에서 출력되는 광 패킷내의 비트신호 이다.
특히, 상기의 과정동안 궤환되는 비트들(360)의 전력 손실을 보상하는 반도체 광 증폭기(250)는 온 상태로 동작하고 온/오프 스위치(240)는 도 6i에 도시된바와 같이 오프 상태로 동작한다.
그리고, 상기 2×1 광 커플러(230)에서 결합한 비트들과 광 패킷 압축장치로 입력되는 4번 비트(380)는 다시 1×2 스위치(210)에서 1×2 스위치 제어신호(330)에 따라 결합한 1, 2, 3번 비트들(340, 350, 370)은 하단포트로 출력되고 4번 비트(380)는 상단포트로 출력되어 Δt의 시간 간격을 가지고 도 6e에 도시된 바와같이 2×1 광 커플러(230)에서 재결합(23)된 후 반도체 광 증폭기(250)와 광섬유 지연기(260)를 거쳐 2×1 광 커플러(200)로 궤환된다.
도 6f는 상기 2×1 광 커플러(200)에서 출력되는 광 패킷내의 비트신호 이다.
상기의 과정을 반복하여 n개의 비트들이 Δt의 시간 간격으로 도 6g에 도시된 바와같이 압축되면, 도 6h에 도시된 바와같이 반도체 광 증폭기(250)는 오프 상태로, 온/오프 스위치(240)는 도 6i에 도시된 바와같이 온 상태로 변환됨으로써 압축된 광 패킷은 광 패킷 압축장치로부터 출력된다.
상기의 방식으로 동작되는 광 패킷 압축장치는 종래의 전방 진행형 및 비트 궤환 압축장치들에 비해 현저히 감소된 광소자들로 구성되며 비트 궤환 압축장치에 비해 반도체 광 증폭기에서 발생하는 잡음 누적이 크게 감소하여 압축장치의 성능이 향상된다.
도 7은 본 발명에 의한 광 패킷 확장장치의 실시예 구성도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 입력되는 압축 광 패킷을 n개의 광 패킷 그룹으로분리하는 (k＋1)개의 (k＝log2n, n : 패킷을 구성하는 비트 수) 다단 연결된 2×1 광 커플러(411∼410＋k)와, 각각의 2×1 광 커플러(411∼410＋k)에서 각각 출력되는 광 신호를 시간적으로 일정 시간 지연시키는 다수개의 광섬유 지연기(511∼510＋k)와, 상기 2×1 광 커플러(410＋k)로 되돌아오는 성분들을 제거하는 광 아이솔레이트(600)와, 상기 2×1 광 커플러(411∼410＋k)들 중 (k＋1)번째 광 커플러(410＋k)의 출력을 두개로 분리하는 50:50 광 커플러(610)와, 상기 50:50 광 커플러(610)에서 분리된 광 패킷들은 제어 광 펄스 발생기(620)에서 발생하는 제어 펄스에 따라 서로 다른 이득으로 증폭하는 반도체 광 증폭기(630)와, 상기 50:50 광 커플러(610)의 출력 중 신호 성분만을 출력시키는 광학 대역통과 필터(640)와, 상기 반도체 광 증폭기(630)로 입력되는 광 패킷의 편광 상태를 조절하는 편광 제어기(650)와, 상기 제어 광 펄스 발생기(620)로 되돌아오는 성분들을 제거하는 광 아이솔레이터(660)로 구성된다.
그리고, 상기 광 아이솔레이터(660)와 반도체 광 증폭기(630) 사이에는 광 커플러(670)가 형성된다.
상기 광소자들로 구성되는 광 패킷 확장장치의 동작 원리를 도 8 및 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 9a에 도시된 바와같이, 광 패킷 확장장치로 입력되는 압축된 광 패킷(700)은 2×1 광 커플러(411)에서 두개로 분리(710)되고, 이중 하나의 패킷신호는 T－Δt의 광섬유 지연기(511)를 거쳐 2×1 광 커플러(412)에 입력되며, 다른 하나의 패킷신호는 지연 없이 진행한후 상기 2×1 광 커플러(412)에 입력된다.
상기 2×1 광 커플러(412)에 입력된 패킷신호는 도 9b에 도시된 바와같이 결합된다.
이때, 지연된 그룹의 2번 비트(720)는 지연되지 않은 그룹의 1번 비트(730)와 압축전의 비트 간격인 T의 시간 간격을 갖는다.
그리고 상기 2×1 광 커플러(412)에서는 두개의 패킷 그룹들은 다시 분리, 지연되어 4개의 광 패킷 그룹이 도 9c에 도시된 바와같이 2×1 광 커플러(413)에서 결합되어진후 출력된다.
상기의 과정을 거쳐 다단 연결된 (k＋1)번째 2×1 광 커플러(410＋k)에서는 도 7d에 도시된 바와같이 n개의 광 패킷 그룹이 발생된다(S201).
이때 n개의 광 패킷 그룹내의 (j)번째(j＝1, 2, 3,····, n) 패킷 그룹의 (j)번째 비트는 (j－1)번째 패킷 그룹의(j－1)번째 비트와 압축전의 비트 간격이 T의 시간 간격을 갖는다(S203).
상기 n개의 광 패킷 그룹들에서 (j)번째 광 패킷 내의 (j)번째 비트를 검출함으로써, 즉 첫번째 그룹의 1번 비트(730)를, 두번째 그룹의 2번 비트(720)를, n번째 그룹의 n번 비트(740)를 검출함으로써 압축된 광 패킷(700)의 확장이 이루어지는데 그 과정은 다음과 같다.
상기 n개의 광 패킷 그룹들은 50:50 광 커플러(610)를 거쳐 두 개로 분리된 후 시계 방향 진행 성분은 위상 변화 없이, 반시계 방향 진행 성분은 90°의 위상 변화를 얻은 뒤 서로 반대 방향으로 진행한다(S205).
한편, 제어 광 펄스 발생기(620)에서는 신호 광 패킷과 서로 다른 파장을 가지며 T의 시간 주기를 갖는 제어 광 펄스 열을 발생시켜 광 커플러(670)를 거쳐 반도체 광 증폭기(630)로 입력시킨다(S207).
도 7e에 도시된 바와같이 상기 과정에서 입력되는 제어 광 펄스(750)가 시계 방향으로 진행하는 첫 번째 광 패킷 그룹 내의 1번 비트(730)보다 약간 늦게 반도체 광 증폭기(630)로 입력되면, 시계 방향으로 진행하는 1번 비트(730)는 반도체 광 증폭기(630)의 원래 이득을 얻게 되어 위상 변화 없이 출력되지만 뒤따라 입력되는 제어 광 펄스(750)는 광 증폭기를 이득 포화 상태로 만든다.
한편, Td가 반도체 광 증폭기(630)의 이득 회복 시간보다 짧으면 50:50 광 커플러(610)에서 분리되어 반시계 방향으로 진행하는 첫 번째 광 패킷 그룹내의 1번 비트(730)는 반도체 광 증폭기(630)의 포화 이득을 얻게되며 이에 따라 180°의 위상 변화를 갖는다.
상기 과정을 통해 50:50 커플러(610) 출력(610-1)에서 시계 방향으로 진행한 첫 번째 광 패킷 그룹내의 1번 비트(730)는 위상 변화 없이 반시계 방향으로 진행한 성분 90°의 위상 변화를 얻은 뒤 보강 간섭을 한 후 광학 대역통과 필터(640)에서 제어 광 펄스 성분을 제거 한 후, 도 7f에 도시된 바와같이 출력된다.
상기의 과정동안 첫 번째 광 패킷 그룹내의 2, 3,····, n번 비트들은 반도체 광 증폭기(630)에서 동일한 이득을 얻으므로 시계 방향, 반시계 방향 진행 성분 모두 위상 변화 없이 50:50 광 커플러(610)의 출력(610-1)에서는 상쇄되고 입력(610-2)에서는 보강 간섭하여 (k＋1)번째 광 커플러(410＋k)로 되돌아가지만 광 아이솔레이터(600)에서 제거된다.
상기에서 서술한 광 패킷 확장장치의 동작은 n개의 광 패킷 그룹내의 두 번째 패킷 그룹의 2번 비트(720), 세 번째 패킷 그룹의 3번 비트(760), n번째 패킷 그룹의 n번 비트(740)에도 동일하게 적용되며,
상기 과정을 거쳐 Δt의 시간 간격으로 압축된 광 패킷은 T의 시간을 갖는 원래의 광 패킷으로 확장된다(S209).
상기의 방식으로 동작하는 광 패킷 확장장치는 종래의 전기적 제어 확장장치들과 달리 전광 처리를 통해 광패킷을 확장하므로 초고속으로 압축된 광 패킷들의 확장이 가능하다.
이상에서 상기한 바와 같이 본 발명은, 광 패킷 압축장치는 입력되는 광 패킷을 전방 진행형으로 압축한 후 다시 궤환하여 압축함으로써 종래의 압축장치들에 비해 현저히 감소된 광 소자들로 실현이 가능하므로, 또한 반도체 광 증폭기에서 발생하는 잡음 누적을 현저히 감소시킴으로써 성능 향상을 수반한다.
또한, 광 패킷 확장장치는 전광 처리기법을 이용하여 압축된 광 패킷을 확장함으로써 종래의 확장장치들과 달리 초고속의 광 패킷 확장이 가능하다.
즉, 상기에서 설명한 광 패킷 압축/확장장치는 향후 전광통신망 구축시 초고속 광전송, 광교환, 광신호처리, 광 컴퓨팅장치의실현을 보다 현실적으로 가능하게 하는 이점을 수반한다.

Claims (5)

  1. 입력되는 광 패킷 내의 비트들을 제어신호에 따라 압축하여 출력하는 광 커플러(200)와;
    상기 광 커플러(200)로부터 출력되는 광 패킷내의 비트들을 입력받아 상단포트와 하단포트로 신호를 분리하여 출력하는 스위치(210)와;
    상기 스위치(210)의 하단포트로부터 출력되는 광 패킷내의 비트신호를 T－Δt만큼 지연시키는 다수개의 광섬유 지연기(220)와;
    상기 스위치(210)의 상단포트와 상기 지연기(220)로부터 출력되는 광 패킷내의 비트신호를 재결합 압축하여 출력하는 광 커플러(230)와;
    상기 광 커플러(230)에서 압축되어 출력되는 광 패킷내의 비트신호의 출력을 결정하는 온/오프 게이트 스위치(240)와;
    상기 온/오프 게이트 스위치(240)의 오프시 광 커플러(230)에서 압축되어 출력되는 광 패킷내의 비트신호를 증폭하는 반도체 광 증폭기(250)와;
    상기 반도체 광 증폭기(250)로부터 출력되는 패킷 증폭신호를 T－Δt만큼 지연시켜 상기 광 커플러(200)에 인가하는 다수개의 광섬유 지연기(260)로 구성된 것을 특징으로 하는 광 패킷 압축장치.
  2. 광 커플러(200)로부터 출력되는 광 패킷내의 비트들을 스위치 제어신호에 따라 스위치(210)의 상/하단포트로 출력하는 단계와;
    상기 스위치(210)의 상단포트로부터 출력되는 비트와 상기 스위치(210)의 하단포트로부터 출력되어 광섬유 지연부(220)를 거쳐 T－Δt만큼 지연된 비트를 상기 광 커플러(230)에서 재결합 및 압축하는 단계와;
    온/오프 게이트 스위치(240)가 온 상태인가를 판별하여 그 판단결과 온/오프 게이트 스위치(240)가 온이면 압축된 광 패킷을 출력하는 단계와;
    상기 단계의 판단결과 온/오프 게이트 스위치(240)가 오프이면 상기 광 커플러(230)에서 재결합된 비트들의 손실을 반도체 광 증폭기(250)를 통해 보상하는 단계와;
    상기 반도체 광 증폭기(250)에서 손실 보상된 비트들을 광섬유 지연기(260)를 통해 광 커플러(200)로 궤환시켜 입력되는 패킷과 재결합하여 출력하는 단계를 포함하여 이루어지는 광 패킷 압축장치의 압축방법.
  3. 입력되는 압축 광 패킷을 n개의 광 패킷 그룹으로 분리하는 다단 연결된 광 커플러(411∼410＋k)와;
    상기 광 커플러(411∼410＋k)에서 각각 출력되는 광 신호를 시간적으로 일정 시간 지연시키는 다수개의 광섬유 지연부(511∼510＋k)와;
    상기 광 커플러(410＋k)로 되돌아오는 성분들을 제거하는 광 아이솔레이트(600)와;
    상기 광 커플러(411∼410＋k)들 중 (k＋1)번째 광 커플러(410＋k)의 출력을 두개로 분리하는 50:50 광 커플러(610)와;
    상기 50:50 광 커플러(610)에서 분리된 광 패킷들은 제어 광 펄스 발생기(620)에서 발생하는 제어 펄스에 따라 서로 다른 이득으로 증폭하는 반도체 광 증폭기(630)와;
    상기 50:50 광 커플러(610)의 출력 중 신호 성분만을 출력시키는 광학 대역통과 필터(640)와;
    상기 반도체 광 증폭기(630)로 입력되는 광 패킷의 편광 상태를 조절하는 편광 제어기(650)와;
    상기 제어 광 펄스 발생기(620)로 되돌아오는 성분들을 제거하는 광 아이솔레이터(660)로 구성된 것을 특징으로 하는 광 패킷 확장장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 광 아이솔레이터(660)와 반도체 광 증폭기(630) 사이에는 광 커플러(670)가 형성된 것을 특징으로 하는 광 패킷 확장장치.
  5. 입력되는 압축 광 패킷을 다단 연결된 (k＋1)번째 광 커플러(410＋k)에서 n개의 광 패킷 그룹으로 분리하는 단계와;
    상기 n개의 광 패킷 그룹내의 (j)번째 패킷 그룹의 (j)번째 비트가 (j－1)번째 패킷 그룹의(j－1)번째 비트와 압축전의 비트 간격의 T를 갖도록 하는 단계와;
    상기 n개의 광 패킷 그룹들은 50:50 광 커플러(610)를 거쳐 두 개로 분리된 후 시계 방향 진행 성분은 위상 변화 없이, 반시계 방향 진행 성분은 90°의 위상 변화를 얻은 뒤 서로 반대 방향으로 진행하는 단계와;
    제어 광 펄스 발생기(620)에서는 신호 광 패킷과 서로 다른 파장을 가지며 T의 시간 주기를 갖는 제어 광 펄스 열을 발생시켜 광 커플러(670)를 거쳐 반도체 광 증폭기(630)로 입력시키는 단계와;
    상기 과정을 거쳐 Δt의 시간 간격으로 압축된 광 패킷은 T의 시간을 갖는 원래의 광 패킷으로 확장시키는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 광 패킷 확장장치의 확장방법.
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