KR101455095B1 - 고효율 코딩에 기초한 10ｇｅｐｏｎ을 위한 비용 효율적인 멀티-레이트 업스트림 - Google Patents

Abstract

1Gbps 및 10Gbps 사이의 업스트림 레이트를 10GEPON에서 비용 효율적인 방식으로 제공하기 위한 시스템들 및 방법들이 개시되어 있다. 실시예에서, 광 네트워크 유닛(ONU) 송신기는 버스트 트랜시버(burst transceiver)와, 고성능 디지털-아날로그 변환기(DAC), 2개를 초과하는 레벨들을 갖는 변조 방식을 이용하여 최종 사용자 데이터를 인코딩하도록 구성된 펄스 진폭 변조(PAM) 모듈, 및 레이저를 포함하는 물리 계층(PHY)을 포함한다. ONU 송신기는 인코딩된 최종 사용자 데이터를, PAM 복조기를 이용하여 데이터를 복조하고 이를 서비스 제공자에게 송신하는 광 회선 단말(OLT) 수신기에 송신한다.

Description

고효율 코딩에 기초한 10ＧＥＰＯＮ을 위한 비용 효율적인 멀티-레이트 업스트림{COST-EFFECTIVE MULTI-RATE UPSTREAM FOR 10GEPON BASED ON HIGH EFFICIENCY CODING}

관련 출원들에 대한 상호 참조

본 출원은 2010년 8월 20일자로 출원된 미국 특허 가출원 제61/375,665호의 우선권을 주장하며, 참조를 위해 그 전체가 본 명세서에 편입된다.

본 발명은 이더넷 통신(ethernet communication)에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 이더넷 통신을 위한 코딩(coding)에 관한 것이다.

이전의 수동형 광 네트워크(passive optical network) 구현들은 변화하는 최종 사용자 어플리케이션들에 의해 요구되는 진화하고 변화하는 업스트림(upstream) 및 다운스트림(downstream) 대역폭 비율들에 비용 효율적으로 적합하지 않은 업스트림 및 다운스트림 데이터 레이트 조합들을 포함한다.

필요한 것은 10GEPON 시스템에서 1Gbps 및 10Gbps 사이의 업스트림 레이트(upstream rate)를 비용 효율적인 방식으로 제공하기 위한 방법들 및 시스템들이다.

본 발명은 10GEPON 시스템에서 1Gbps 및 10Gbps 사이의 업스트림 레이트(upstream rate)를 비용 효율적인 방식으로 제공하기 위한 방법들 및 시스템들을 구현하는 것을 목적으로 한다.

발명의 하나의 특징에 따르면, 광 네트워크 유닛(ONU : optical network unit) 송신기를 포함하는 시스템이 제공되고,

상기 ONU 송신기는,

2개를 초과하는 레벨들을 갖는 변조 방식(modulation scheme)을 이용하여 최종 사용자 데이터를 인코딩하도록 구성된 펄스 진폭 변조(PAM : pulse amplitude modulation) 모듈;

상기 PAM 모듈의 출력에 결합된 디지털-아날로그 변환기(DAC : digital to analog converter); 및

상기 DAC의 출력에 결합되고, 상기 인코딩된 최종 사용자 데이터를 송신하도록 구성된 광 송신 장치를 포함한다.

바람직하게는, 상기 시스템은 상기 인코딩된 최종 사용자 데이터를 수신하도록 구성된 광 회선 단말(OLT : optical line terminal) 수신기를 더 포함하고,

상기 OLT 수신기는,

아날로그-디지털 변환기(ADC), 및

상기 ADC의 출력에 결합된 복조기를 포함한다.

바람직하게는, 상기 시스템은,

상기 OLT 수신기에 결합된 수동형 광 네트워크(PON) 인터페이스; 및

상기 OLT 수신기에 결합되고, 서비스 제공자와 인터페이스하도록 구성된 백플레인(backplane)을 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 OLT 수신기는 복수의 광 송신/수신 모듈들에 결합된 제 2 PHY를 포함하고, 상기 광 송신/수신 모듈들은 복수의 광 네트워크 유닛(ONU)들과 통신한다.

바람직하게는, 상기 변조 방식의 차수(order)는 상기 제 2 PHY에 의해 수신되는 데이터의 레이트를 결정한다.

바람직하게는, 상기 PAM 모듈은 상기 변조 방식의 차수에 따라 다음의 데이터 송신 레이트들:

1Gbps;

2Gbps;

5Gbps;

7.5Gbps; 및

10Gbps를 지원하도록 구성된다.

바람직하게는, 상기 제 2 PHY는,

애벌런치 포토다이오드(avalanche photodiode); 및

상기 애벌런치 포토다이오드에 결합된 증폭기를 포함한다.

바람직하게는, 상기 광 송신 장치는 레이저이다.

바람직하게는, 상기 시스템은 상기 변조 방식에 대해 이용되는 레벨 임계치들의 교정을 위하여 버스트(burst)의 시작 부분에 트레이닝 시퀀스(training sequence)를 추가하도록 구성된 트레이닝 시퀀스 모듈을 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 변조 방식의 차수는 상기 ONU 송신기의 송신 레이트를 결정한다.

바람직하게는, 상기 광 송신 장치는 심볼 당 소정 수의 비트들을 운반하도록 구성되고, 상기 심볼 당 소정 수의 비트들은 상기 변조 방식의 차수에 기초하여 결정된다.

하나의 특징에 따르면, 광 회선 단말(OLT : optical line terminal)을 포함하는 시스템이 제공되고,

상기 OLT는 복수의 광 네트워크 유닛(ONU)들에 결합된 PHY를 포함하고,

상기 PHY는,

아날로그-디지털 변환기(ADC), 및

ONU들에 의해 결정되며 2개를 초과하는 레벨들을 갖는 변조 방식에 기초하여 최종 사용자 데이터를 복조하도록 구성된 복조기를 포함한다.

바람직하게는, 상기 변조 방식의 차수는 상기 PHY에 의해 수신되는 데이터의 레이트를 결정한다.

바람직하게는, 상기 복조기는,

펄스 진폭 변조(PAM) 복조기;

펄스폭 변조(PWM : pulse width modulation) 복조기;

주파수 변조 복조기; 또는

부반송파 변조(sub-carrier modulation) 복조기 중의 하나이다.

바람직하게는, 상기 시스템은 광 네트워크 유닛(ONU)을 더 포함하고,

상기 ONU는 물리 계층(PHY)을 포함하고,

상기 물리 계층(PHY)은,

2개를 초과하는 레벨들을 갖는 변조 방식을 이용하여 최종 사용자 데이터를 인코딩하도록 구성된 변조 모듈, 및

상기 인코딩된 데이터를 상기 OLT에 송신하도록 구성된 광 송신 장치를 포함한다.

바람직하게는, 상기 변조 모듈은,

펄스 진폭 변조(PAM) 모듈;

펄스폭 변조(PWM) 모듈;

주파수 변조 모듈; 또는

부반송파 변조 모듈 중의 하나이다.

바람직하게는, 상기 변조 방식의 차수는 상기 OLT로의 송신의 레이트를 결정한다.

하나의 특징에 따르면, 방법은,

2개를 초과하는 레벨들을 갖는 펄스 진폭 변조(PAM) 방식을 이용하여 최종 사용자 데이터를 인코딩하는 단계;

상기 최종 사용자 데이터를 아날로그 포맷으로 변환하는 단계; 및

상기 인코딩된 최종 사용자 데이터를 광 회선 단말(OLT) 수신기에 송신하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 방법은,

상기 인코딩된 최종 사용자 데이터를 디지털 포맷으로 변환하는 단계; 및

광 네트워크 유닛(ONU)에 의해 결정되는 상기 변조 방식에 기초하여 상기 인코딩된 최종 사용자 데이터를 복조하는 단계를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 인코딩된 최종 사용자 데이터는 심볼 당 소정 수의 비트들을 포함하는 신호로서 송신되고, 상기 심볼 당 소정 수의 비트들은 상기 변조 방식의 차수에 기초하여 결정된다.

본 발명에 따르면, 10GEPON 시스템에서 1Gbps 및 10Gbps 사이의 업스트림 레이트(upstream rate)를 비용 효율적인 방식으로 제공하기 위한 방법들 및 시스템들이 구현될 수 있다.

명세서에 포함되어 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면들은 발명의 실시예들을 예시하고 있고, 위에서 주어진 일반적인 설명 및 아래에서 주어지는 실시예들의 상세한 설명과 함께, 본 발명의 원리들을 설명하는 역할을 한다.
도 1은 중앙국(central office) 및 다수의 가입자들이 광 섬유(optical fiber)들 및 수동형 광 스플리터(passive optical splitter)를 통해 서로 결합되어 있는 수동형 광 네트워크를 예시한다.
도 2는 하나의 OLT 및 다수의 ONU들을 포함하는 수동형 광 네트워크를 예시한다.
도 3은 PAM 변조 방식들과, 달성가능한 대응하는 심볼 레이트(symbol rate)들 및 결과적인 업스트림 레이트들 및 업스트림/다운스트림 비율들의 표를 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 OLT 수신기의 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 ONU 송신기의 블럭도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 방법의 순서도이다.
본 발명의 특징들 및 장점들은 도면들을 참조할 경우에 이하에서 기술된 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이고, 도면들에서 유사한 참조 기호들은 그 전체에 걸쳐 대응하는 구성요소들을 식별한다. 도면들에서, 유사한 참조 번호들은 일반적으로 동일하고, 기능적으로 유사하고, 및/또는 구조적으로 유사한 구성요소들을 나타낸다. 구성요소가 처음으로 나타나는 도면은 대응하는 참조 번호에서 가장 좌측 숫자(들)에 의해 표시된다.

1. 개요

수동형 광 네트워크(PON : passive optical network)는 가입자 기저대역 서비스들을 제공하기 위하여 서비스 제공자 측의 광 회선 단말(OLT : optical line terminal) 및 가입자들 측의 광 네트워크 유닛(ONU : optical network unit)들을 포함하는 점-대-다중점(point-to-multipoint) 네트워크 구조이다. IEEE 802.3av 10GEPON(10 Gigabits per second Ethernet Passive Optical Network) 표준은 2개의 데이터 레이트들 - 비대칭적 10/1 데이터 레이트[10 Gigabits per second(Gbps) 다운스트림 및 1Gbps 업스트림] 및 대칭적 10/10 데이터 레이트(10Gbps 다운스트림 및 10Gbps 업스트림)을 기술하고 있다.

10GEPON에서의 10/1 및 10/10 데이터 레이트 조합들은 IPTV 및 유투브(YouTube)와 같은 변화하는 최종 사용자 어플리케이션들에 의해 요구되는 진화 및 변화하는 다운스트림 및 업스트림 대역폭 비율들을 비용 효율적으로 충족시키지 못한다. 예를 들어, 10/10 데이터 레이트는 (예를 들어, ONU들을 위하여) 높은 비용의 광학기기들을 필요로 하고, 10Gbps 업스트림 대역폭은 어플리케이션들에 의해 필요하지 않을 수 있다. 다른 한편으로, 10/1 데이터 레이트는 10/10 데이터 레이트보다 더욱 비용 효율적이지만, 특히, 시장이 증가하는 부분인 하이 스플리트(high split) 댁내 광통신망(FTTH : fiber to the home) 설치를 위하여, 개인 출판(personal publishing) 및 업로드(upload), 또는 추후의 어플리케이션들과 같이, 업스트림의 과중한 서비스(upstream heavy service)들을 지원하기 위한 적절한 업스트림 대역폭을 가지지 않는다.

본 발명의 실시예들은 (예를 들어, ONU들 및 OLT들을 위한) 기존의 1Gbps 광학기기들 및 고효율의 코딩 방식들을 이용함으로써, 1Gbps 및 10Gbps 사이의 업스트림 레이트를 비용 효율적인 방식으로 제공하고, 이에 따라, 10/10 시스템과 비교할 경우에 가입자당 비용(cost per subscriber)을 낮춘다. 유익하게도, 본 발명에 따른 시스템들 및 방법들은 2.5Gbps, 5Gbps 및 7.5Gbps를 포함하는 다수의 업스트림 레이트들을 제공한다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 변화하고 예측 불가능한 다운스트림/업스트림 대역폭 비율들을 지원한다. 또한, 본 발명에 따른 시스템들 및 방법들은 업스트림에서의 하이 스플리트 FTTH 설치를 위한 적절한 대역폭을 제공한다.

2. 수동형 광 네트워크 토폴로지( passive optical network topology )

이더넷 수동형 광 네트워크(EPON : Ethernet passive optical network)들은 이더넷 기술을 저가의 수동형 광학기기들과 합성한다. 이에 따라, 이들은 수동형 광학기기들의 비용-효율(cost-efficiency) 및 높은 용량을 갖는 이더넷의 단순함(simplicity) 및 확장성(scalability)을 제공한다. 구체적으로, 광 섬유들의 높은 대역폭으로 인해, EPON들은 광대역 음성, 데이터 및 비디오 트래픽을 동시에 수용할 수 있다. 또한, 이더넷 프레임들은 상이한 크기들을 갖는 본래의 IP 패킷들을 직접 캡슐화(encapsulate)할 수 있기 때문에, EPON들은 인터넷 프로토콜(IP : internet protocol) 트래픽을 위해 더욱 적합할 수 있는 반면, ATM 수동형 광 네트워크(APON : ATM passive optical network)들은 고정된 크기의 ATM 셀들을 이용하고, 결과적으로 패킷 분할(fragmentation) 및 재조립(reassembly)을 필요로 한다.

전형적으로, EPON들은 서비스 제공자의 중앙국(central office)들 및 기업형 또는 거주형 가입자들 사이에 접속성(connectivity)을 제공하는 네트워크의 "퍼스트 마일(first mile)"에서 이용된다. 논리적으로, 퍼스트 마일은 점-대-다중점 네트워크이고, 중앙국은 다수의 가입자들에게 서비스를 행한다. 트리 토폴로지(tree topology)가 EPON에서 이용될 수 있고, 하나의 섬유(fiber)는 중앙국을 수동형 광 스플리터에 결합하고, 이 수동형 광 스플리터는 다운스트림 광 신호들을 분할하여 가입자들에게 분배하고 가입자들로부터의 업스트림 광 신호들을 합성한다(도 1 참조).

EPON 내에서의 송신들은 전형적으로 광 회선 단말(OLT) 및 광 네트워크 유닛(ONU : optical network unit)들 사이에서 수행된다(도 2 참조). OLT는 일반적으로 중앙국 내에 존재하고 광 억세스 네트워크(optical access network)를 메트로 백본(metro backbone)에 결합하고, 이 메트로 백본은 ISP 또는 지역 교환 통신사업자(local exchange carrier)에 속하는 외부 네트워크이다. ONU는 커브(curb) 또는 최종 사용자 위치의 어느 하나에 위치될 수 있고, 광대역 음성, 데이터 및 비디오 서비스들을 제공할 수 있다. ONU들은 전형적으로 1 대 N(1xN) 수동형 광 결합기(passive optical coupler)에 결합되고, 여기서 N은 ONU들의 개수이고, 수동형 광 결합기는 전형적으로 하나의 광 링크를 통해 OLT에 결합된다. 이 구성은 EPON들에 의해 요구되는 섬유들의 개수 및 하드웨어의 양에 있어서 상당한 절약을 달성할 수 있다.

EPON 내에서의 통신들은 (ONU들로부터 OLT로의) 업스트림 트래픽(upstream traffic) 및 (OLT로부터 ONU들로의) 다운스트림 트래픽(downstream traffic)으로 분할될 수 있다. 업스트림 방향에서는, 수동형 광 결합기를 OLT와 결합하는 링크가 하나만 존재하므로, ONU들은 채널 용량 및 자원들을 공유할 필요가 있다. 다운스트림 방향에서는, 1xN 수동형 광 결합기의 방송 특성으로 인해, 다운스트림 데이터 프레임들이 OLT에 의해 모든 ONU들에 방송되고, 그 후에 그 각각의 논리 링크 식별자(LLID : logical link identifier)들에 기초하여 그 목적지 ONU들에 의해 추출된다. LLID는 프레임(frame)을 위한 물리 어드레스 정보(physical address information)를 운반하고, 어느 ONU가 프레임을 추출하도록 허용되는 것인지를 결정한다.

도 1은 광 섬유들 및 수동형 광 스플리터를 통해 중앙국 및 다수의 가입자들이 함께 결합되어 있는 수동형 광 네트워크(PON)를 예시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 다수의 가입자들은 광 섬유들 및 수동형 광 스플리터(passive optical network)(102)를 통해 중앙국(101)에 결합되어 있다. 수동형 광 스플리터(102)는 최종 사용자 위치들 근처에 위치될 수 있어서, 초기 섬유 설치 비용이 최소화된다. 중앙국(101)은 인터넷 서비스 제공자(ISP : internet service provider)에 의해 동작되는 도시권 통신망(metropolitan area network)와 같은 외부 네트워크(103)에 결합될 수 있다. 도 1은 트리 토폴로지를 예시하고 있지만, PON은 링(ring) 또는 버스(bus)와 같은 다른 토폴로지들에 기초할 수도 있다는 것에 주목해야 한다.

도 2는 하나의 OLT 및 다수의 ONU들을 포함하는 수동형 광 네트워크를 예시한다. OLT(201)는 광 섬유들 및 수동형 광 결합기(205)를 통해 ONU들(202, 203 및 204)과 결합되어 있다. 도 2에 예시된 바와 같이, ONU는 개인용 컴퓨터들, 전화들, 비디오 장비, 네트워크 서버들 등과 같은 다수의 네트워크 연결된 장치들을 수용할 수 있다. IEEE 802.3 표준에 정의된 바와 같이, 동일한 서비스 클래스(class)에 속하는 하나 이상의 네트워크 연결된 장치들에는 전형적으로 논리 링크 ID(LLID)가 할당된다. LLID는 ONU 및 OLT 사이의 논리 링크를 설정하고, 이 논리 링크는 특정 서비스 레벨 협약(SLA : service level agreement) 요건들을 수용한다. 이 예에서, LLID #1은 ONU(202)를 위한 규칙적인 데이터 서비스들에 대해 할당되고, LLID #2는 ONU(203)를 위한 음성 서비스들에 대해 할당되고, LLID #3은 ONU(203)를 위한 비디오 서비스들에 대해 할당되고, LLID #4는 ONU(204)를 위한 임무에 필수적인(mission-critical) 데이터 서비스들에 대해 할당된다.

3. 10 GEPON 업스트림 물리 계층( PHY ) 실시예들

위에서 논의된 바와 같이, 10/10 데이터 레이트는 (예를 들어, ONU들(202, 203 및 204) 및 OLT(201)을 위한) 높은 비용의 광학기기들을 필요로 하고, 10Gbps 업스트림 대역폭은 모든 최종 사용자 어플리케이션들에 의해 필요하지 않을 수 있다. 다른 한편으로, 10/1 데이터 레이트는 10/10 데이터 레이트보다 더욱 비용 효율적이지만, 10/1 데이터 레이트는 업스트림의 과중한 대역폭 서비스들을 지원하기 위한 적절한 업스트림 대역폭을 가지지 않는다.

본 발명의 실시예들은 업스트림 방향에서 10Gbps에 이르는 데이터 레이트들을 제공하면서, 비용 효율적인 1Gbps 광학기기들의 이용을 가능하게 하기 위하여 새로운 10GEPON 업스트림 물리 계층(PHY)을 제공한다. PHY는 상이한 업스트림 데이터 레이트들을 달성하기 위한 상이한 코딩의 레벨들을 가능하게 하기 위하여 하나 이상의 하드웨어 또는 소프트웨어 모듈(들)을 포함한다. 실시예에서, PHY는 더욱 신속한 업스트림 데이터 레이트를 달성하기 위하여 기존의 10GEPON 시스템들보다 더욱 복잡한 코딩 방식을 이용한다. (예를 들어, ONU들에 시간 슬롯들을 할당하기 위하여 시분할 다중 억세스(TDMA : time division multiple access)를 이용하는) 버스트 모드(burst mode)에서 데이터 업스트림을 송신하기 위하여, ONU들에는 전형적으로 시간 슬롯(timeslot)들이 부여되므로, 본 발명의 실시예들은 업스트림 방향에서 특히 유용하다. 그러나, PHY는 전형적으로 업스트림 방향에 대해 이용되지만, 본 발명의 실시예들은 다운스트림 방향에서 마찬가지로 구현될 수 있다는 것도 고려된다. 유익하게도, 본 발명의 실시예들에 따른 PHY는 상위 계층 MAC 프로토콜, 관리, 및 어플리케이션 계층들을 변경하지 않고 구현될 수 있다.

기존의 인코딩(encoding) 방식들은 비-제로-복귀(NRZ : non-return-to-zero) 인코딩을 이용한다. NRZ 인코딩은 송신된 심볼(symbol) 당 오직 하나의 비트를 운반하는 2진 코딩 기술(이에 따라, 오직 2개의 레벨들이 존재함)이다. 다수의 진폭 레벨들을 코딩 방식에 포함함으로써, 심볼 당 더 많은 데이터 비트들이 이용되므로, 더욱 비용 효율적인 광학기기들이 이용될 수 있다.

실시예에서는, 일련의 신호 펄스들의 진폭에 있어서의 정보를 인코딩하기 위하여 펄스 진폭 변조(PAM : pulse amplitude modulation)가 이용된다. 본 발명에 따른 시스템들 및 방법들은 기존의 비용 효율적인 1Gbps 광학기기들 및 고효율 코딩 방식들을 이용하여 2.5Gbps, 5Gbps, 7.5Gbps 및 10Gbps를 포함하는 다수의 업스트림 레이트들을 제공하기 위하여, PAM 변조의 상이한 레벨들을 사용한다.

예를 들어, 2비트 변조기(PAM-4)는 4개의 가능한 신호 진폭 레벨들(2개의 비트들의 각각의 조합에 대해 하나의 레벨)을 포함한다. 따라서, PAM-4 변조 방식에서는, 신호의 진폭이 2개의 비트들을 이용한 4개의 가능한 레벨들 중의 하나로 맵핑될 수 있다. 3비트 변조기(PAM-8)는 8개의 가능한 레벨들을 포함한다(3개의 비트들의 각각의 조합에 대해 하나의 레벨). 따라서, PAM-8 변조 방식에서는, 신호의 진폭이 3개의 비트들을 이용한 8개의 가능한 레벨들 중의 하나로 맵핑될 수 있다. 증가하는 변조의 차수(order)들을 이용함으로써, 심볼 레이트(심볼들(펄스들)이 송신되는 레이트)에 따라, 10Gbps에 이르는 업스트림 레이트들이 가능하다. 비트 레이트는 심볼 레이트와 초(second)당 운반되는 비트들의 수를 곱한 것과 동등하다. 따라서, (초당 2개의 비트들을 운반하는) PAM-4 변조 방식을 이용한 1.25G 심볼 레이트(초당 1.25G 펄스들이 송신됨)는 2.5Gbps 업스트림 레이트의 비트 레이트를 유발할 것이다. 마찬가지로, (초당 4개의 비트들을 운반하는) PAM-16 변조 방식을 이용한 2.5G 심볼 레이트(초당 2.5G 펄스들이 송신됨)는 10Gbps의 비트 레이트를 유발할 것이다.

도 3은 PAM 변조 방식들과, 달성가능한 이에 대응하는 심볼 레이트들 및 결과적인 업스트림 레이트들 및 업스트림/다운스트림 비율들의 표를 도시한다. 본 발명의 실시예들은 유익하게도 변조 방식들의 상이한 차수들을 제공하고, 상이한 대응하는 업스트림 레이트들 및 업스트림/다운스트림 비율들을 허용한다. 최적의 업스트림/다운스트림 비율들은 최종 사용자 어플리케이션 특성들에 의해 종속(및 변경)될 수 있다.

따라서, 증가하는 변조의 차수를 포함하는 방식을 이용하면, 심볼 당 1 비트만을 운반하는 기존의 NRZ 코딩 방식에 비해, 심볼 당 더 많은 비트들이 운반된다. 심볼 당 더 많은 비트들을 운반하는 것은 동일한 정보를 운반하면서 PHY가 더욱 느리게 송신하는 것을 가능하게 하고, 이것은 더욱 값싼 광학기기들(예를 들어, ONU에서의 레이저)의 이용을 허용한다. PAM 변조 방식들이 위에서 논의되고 있지만, 초 당 다수의 비트들을 송신하고 이에 따라 더 값싼 광학기기들을 이용하여 더 높은 업스트림 레이트를 지원하기 위하여, 본 발명의 실시예들에서는 임의의 더 높은 차수의 변조 방식들이 이용될 수 있다는 것에 주목해야 한다(그리고 고려해야 한다). 예를 들어, 펄스폭 변조(PWM : pulse width modulation), 주파수 변조(FM : frequency modulation), 및 부반송파 변조(SCM : sub-carrier modulation)를이용한 변조 방식들, 모듈들, 변조기들, 및 복조기들도 고려된다.

본 발명의 실시예들은 비용 포인트(cost point)들의 범위에서 비율들의 범위를 충족시키는 신축성 있는 전송 해결책을 제공한다. 또한, 더 높은 레벨들을 포함하는 변조 시스템들은 더 높은 신호 대 잡음 비율(SNR : signal to noise ratio) 또는 증가된 전력 손실에 이르게 될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따라, PHY를 상이한 변조 차수들을 지원하는 EPON 광학기기들에 포함하는 것은 유익하게도, 변환하는 상황들에 기초하여 최적의 전송 해결책을 제공하기 위하여 비용, 대역폭, 잡음 및 전력의 효과들의 균형을 맞추도록 선택되고 이용되는 비율들의 범위를 허용한다.

3.1 OLT 수신기 PHY 실시예

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 OLT(201) 내의 OLT 수신기(402)의 블럭도이다. 다수의 코딩 레벨들을 지원하는 멀티-레이트(multi-rate) PHY(401)가 OLT 수신기(402) 내에 포함된다. OLT 수신기(402)는 수동형 광 네트워크(PON) 인터페이스(404)에 결합되고, 서비스 제공자와의 인터페이스(408)를 행하는 백플레인(backplane)(406)에 결합된다. 실시예에서는, XAUI 표준(410)에 따른 10 기가비트 매체 독립 인터페이스(XGMII : 10 Gigabit Media Independent Interface) 익스텐더(extender)는 매체 억세스 제어(MAC : media access control) 계층(412) 및 PHY(401) 사이에서 XGMII를 연장하도록 구현될 수 있다. PHY(401)는 ONU들(202, 203, 및 204)과 통신하는 복수의 광 송신/수신 모듈들(414)에 결합된다. 위에서 논의된 바와 같이, OLT 수신기(201)는 ONU들(202, 203, 및 204)로의 송신을 위하여 10Gbps 다운스트림 레이트(416)를 갖도록 구성된다. 또한, 위에서 논의된 바와 같이, 업스트림 레이트는 본 발명의 실시예들에 따라 더 높은 차수의 코딩 레이트들(418)(예를 들어, 1Gbps, 2Gbps, 5Gbps, 7.5Gbps, 및 10Gbps)을 이용하여 구성될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 PHY(401)의 더욱 상세한 도면(420)을 도시한다. 실시예에서, PHY(401)는 선형 트랜스임피던스 증폭기(TIA : transimpedance amplifier)(424)에 결합되는 애벌런치 포토다이오드(APD : avalanche photodiode)(422)를 통해 다운스트림 정보를 수신한다. 다운스트림 정보는 아날로그-디지털 변환기(ADC : analog to digital converter)(426)를 이용하여 디지털 포맷(digital format)으로 변환되고, ONU들(202, 203, 및 204)로 송신된 다운스트림 정보를 복조하기 위하여 본 발명의 실시예들에 따라 멀티레벨 신호 복조기(multilevel signal demodulator)(428)로 입력된다. 멀티레벨 신호 복조기(428)는 ONU에서 어느 PAM 변조 레벨이 선택되는지에 따라 멀티레벨 PAM 복조를 제공한다. 그 다음으로, 복조된 신호는 서비스 제공자에게 송신되기 전에 디코딩(decode) 및 역직렬화(deserialize)(430) 된다.

3.2 ONU 송신기 PHY 실시예

도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 ONU 송신기의 블럭도(500)이다. ONU 송신기는 ONU들(202, 203, 및 204)에서 구현된다. 도 5는 EPON 네트워크(504)에 결합된 EPON 시스템 온 칩(SoC : system on a chip)(502)을 도시한다. SoC(502)는 집적회로간(inter-integrated circuit)(I²C) 버스(503)를 통한 EPON 네트워크(504)와의 통신(507)을 위하여 EPON 버스트 트랜시버(EPON burst transceiver)(506)에 결합된다. 실시예에서, SoC(502)는 EPON CPU(504), 관리 CPU(506), 패킷 처리 엔진(packet processing engine)(508), 메모리(동기식 동적 랜덤 억세스 메모리(SDRAM : synchronous dynamic random access memory))(510), 및 스위치(512)를 포함한다. 실시예에서, 직렬 기가비트 매체 독립 인터페이스(SGMII : serial gigabit media independent interface)(514)는 EPON 매체 억세스 제어(MAC) 계층을, 본 발명의 실시예들에 따라 다수의 코딩 레벨들을 지원하는 멀티-레이트 PHY(518)에 접속하기 위해 이용된다.

또한, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 PHY(518)의 더욱 상세한 도면(520)을 도시한다. 실시예에서, 직렬화기(serializer)(522)는 직렬화된 데이터를 변조기(524)에 제공하기 위하여 병렬 데이터(parallel data)를 수신한다. 그 다음으로, 변조기(524)는 본 발명의 실시예들에 따라 멀티레벨 변조 방식(예를 들어, PAM-n)을 이용하여 직렬화기(522)로부터의 직렬 데이터를 변조하고, 이 후에 디지털-아날로그 변환기(DAC : digital to analog converter)(526)를 이용하여 아날로그 포맷으로 변환된다. 그 다음으로, 아날로그 데이터는 레이저를 이용하여 송신된다. 유익하게도, 멀티레벨 변조 방식은 심볼 당 다수의 비트들을 제공하므로, 본 발명의 실시예들에 따라 구현되는 멀티레벨 변조 방식으로 인해, 데이터를 송신하기 위하여 더욱 값싼 레이저가 이용될 수 있다. 실시예에서, 데이터는 레이저 제어 모듈(예를 들어, 레이저 다이오드(LD : laser diode) 제어기(528))에 송신되고, EPON 버스트 트랜시버(506)에 송신되기 전에 분포 귀환형(DFB : distributed feedback) 레이저(530)에 전달된다.

선택적으로, 본 발명의 실시예들은 시장이 증가하는 부분인 높은 스플리트(1:128 또는 심지어 1:256)의 댁내 광통신망(FTTH : fiber to the home)을 지원하기 위한 추가적인 광 전력 예산(optical power budget)을 제공하기 위하여 (예를 들어, FEC 모듈을 이용하여) 추가적인 높은 코딩 이득의 순방향 에러 정정을 포함할 수도 있다. 또한, 실시예에서는, 사용 중인 멀티레벨 변조 방식에 대해 이용되는 레벨 임계치들의 교정(calibration)을 위하여 버스트(burst)의 시작 부분에 트레이닝 시퀀스(training sequence)가 추가된다.

4. 방법들

본 발명의 실시예에 따른 방법(600)에 대해 도 6을 참조하여 지금부터 설명될 것이다. 단계(602)에서, 최종 사용자 데이터는 2개를 초과하는 레벨들을 갖는 PAM 방식을 이용하여 인코딩된다. 그 다음으로, 이 데이터는 아날로그 포맷으로 변환될 수 있다. 실시예에서, 최종 사용자 데이터는 ONU에서 인코딩된다. 단계(604)에서, 인코딩된 최종 사용자 데이터는 OLT 수신기에 송신된다. 실시예에서, 인코딩된 최종 사용자 데이터는 변조 방식의 차수에 기초하여 결정되는 심볼 당 소정 수의 비트들을 포함하는 신호로서 송신된다. 실시예에서, OLT 수신기는 인코딩된 최종 사용자 데이터를 디지털 포맷으로 변환한다. 단계(606)는 선택적이다. 단계(606)에서, 인코딩된 최종 사용자 데이터는 ONU에 의해 결정되는 변조 방식에 기초하여 복조된다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하나의 방법을 설명하지만, 본 발명의 개시된 실시예들 중의 임의의 실시예에 따른 추가적인 방법들(예를 들어, 위의 1 내지 3.2 섹션들에서 논의된 시스템들 및 장치들에 따른 방법들)도 고려된다는 것에 주목해야 한다.

5. 결론

상기 시스템들 및 방법들은 기계 상에서 실행되는 컴퓨터 프로그램으로서, 컴퓨터 프로그램 제품으로서, 또는 명령들을 저장한 실재적인(tangible) 및/또는 비-일시적인(non-transitory) 컴퓨터-판독가능 매체로서 구현될 수 있다.

예를 들어, 본 명세서에서 설명된 기능들은 컴퓨터 처리기 또는 위에서 열거된 하드웨어 장치들 중의 임의의 하나에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램 명령들에 의해 실시될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령들은 처리기가 본 명세서에서 설명된 신호 처리 기능들을 수행하도록 한다. 컴퓨터 프로그램 명령들(예를 들어, 소프트웨어)은 컴퓨터 또는 처리기에 의해 억세스될 수 있는 실재적인 비-일시적인 컴퓨터 이용가능 매체, 컴퓨터 프로그램 매체, 또는 임의의 저장 매체에 저장될 수 있다. 이러한 매체는 RAM 또는 ROM과 같은 메모리 장치, 또는 컴퓨터 디스크 또는 CD ROM과 같은 다른 유형의 컴퓨터 저장 매체를 포함한다. 따라서, 처리기가 본 명세서에서 설명된 신호 처리 기능들을 수행하도록 하는 컴퓨터 프로그램 코드를 갖는 임의의 실재적인 비-일시적인 컴퓨터 저장 매체는 본 발명의 범위 및 취지 내에 있다.

본 발명의 다양한 실시예들이 위에서 설명되었지만, 이들은 한정이 아니라 오직 예시를 위해 제공되었다는 것을 이해해야 한다. 발명의 취지 및 범위로부터 벗어나지 않으면서, 형태 및 세부사항에 있어서의 다양한 변화들이 행해질 수 있다는 것은 관련 기술의 당업자들에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 폭 및 범위는 상기 설명된 예시적인 실시예들 중의 임의의 실시예에 의해 한정되어야 하는 것이 아니라, 다음의 청구항들 및 그 등가물들에 따라서만 정의되어야 한다.

Claims (15)

1. 다수의 업스트림 레이트들을 제공하기 위한 시스템으로서,
   상기 시스템은 광 네트워크 유닛(ONU : optical network unit) 송신기 및 광 회선 단말(OLT : optical line terminal) 수신기를 포함하고,
   상기 ONU 송신기는,
   2개를 초과하는 레벨들을 갖는 복수의 변조 방식들로부터 변조 방식을 선택하되, 상기 선택은 업스트림 송신을 위한 희망하는 데이터 레이트 및 최종 사용자 어플리케이션 특성에 기초하고 있고, 상기 선택된 변조 방식을 이용하여 최종 사용자 데이터를 인코딩하도록 구성된 펄스 진폭 변조(PAM : pulse amplitude modulation) 모듈;
   상기 PAM 모듈의 출력에 결합된 디지털-아날로그 변환기(DAC : digital to analog converter); 및
   상기 DAC의 출력에 결합되고, 상기 인코딩된 최종 사용자 데이터를 송신하도록 구성되고 레이저로 구현되는 광 송신 장치를 포함하고,
   상기 OLT 수신기는,
   상기 인코딩된 최종 사용자 데이터를 디지털 포맷으로 변환하는 아날로그-디지털 변환기(ADC), 및
   상기 ADC의 출력에 결합되어, 상기 변조 방식에 기초하여 상기 디지털 포맷으로 변환된 상기 인코딩된 최종 사용자 데이터를 복조하는 복조기를 포함하는, 다수의 업스트림 레이트들을 제공하기 위한 시스템.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 OLT 수신기에 결합된 수동형 광 네트워크(PON) 인터페이스; 및
   상기 OLT 수신기에 결합되고, 서비스 제공자와 인터페이스하도록 구성된 백플레인(backplane)을 더 포함하는, 다수의 업스트림 레이트들을 제공하기 위한 시스템.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 OLT 수신기는 복수의 광 송신/수신 모듈들에 결합된 PHY를 포함하고, 상기 광 송신/수신 모듈들은 복수의 광 네트워크 유닛(ONU)들과 통신하는, 다수의 업스트림 레이트들을 제공하기 위한 시스템.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 선택된 변조 방식의 차수는 상기 PHY에 의해 수신되는 데이터의 레이트를 결정하는, 다수의 업스트림 레이트들을 제공하기 위한 시스템.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 PAM 모듈은 상기 선택된 변조 방식의 차수에 따라 다음의 데이터 송신 레이트들:
   1Gbps;
   2Gbps;
   5Gbps;
   7.5Gbps; 및
   10Gbps를 지원하도록 구성되는, 다수의 업스트림 레이트들을 제공하기 위한 시스템.
7. 청구항 4에 있어서,
   상기 PHY는,
   애벌런치 포토다이오드(avalanche photodiode); 및
   상기 애벌런치 포토다이오드에 결합된 증폭기를 포함하는, 다수의 업스트림 레이트들을 제공하기 위한 시스템.
8. 삭제
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 선택된 변조 방식에 대해 이용되는 레벨 임계치들의 교정을 위하여 버스트(burst)의 시작 부분에 트레이닝 시퀀스(training sequence)를 추가하도록 구성된 트레이닝 시퀀스 모듈을 더 포함하는, 다수의 업스트림 레이트들을 제공하기 위한 시스템.
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 선택된 변조 방식의 차수는 상기 ONU 송신기의 송신 레이트를 결정하는, 다수의 업스트림 레이트들을 제공하기 위한 시스템.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 광 송신 장치는 심볼 당 소정 수의 비트들을 운반하도록 구성되고, 상기 심볼 당 소정 수의 비트들은 상기 선택된 변조 방식의 차수에 기초하여 결정되는, 다수의 업스트림 레이트들을 제공하기 위한 시스템.
12. 삭제
13. 삭제
14. 청구항 1에 있어서,
    상기 복조기는,
    펄스 진폭 변조(PAM) 복조기;
    펄스폭 변조(PWM : pulse width modulation) 복조기;
    주파수 변조 복조기; 또는
    부반송파 변조(sub-carrier modulation) 복조기 중의 하나인, 다수의 업스트림 레이트들을 제공하기 위한 시스템.
15. 광 네트워크 유닛(ONU)에서, 2개를 초과하는 레벨들을 갖는 복수의 변조 방식들로부터 변조 방식을 선택하되, 상기 선택은 업스트림 송신을 위한 희망하는 데이터 레이트 및 최종 사용자 어플리케이션 특성에 기초하고 있는 단계;
    상기 선택된 변조 방식을 이용하여 최종 사용자 데이터를 인코딩하는 단계;
    상기 최종 사용자 데이터를 아날로그 포맷으로 변환하는 단계;
    상기 인코딩된 최종 사용자 데이터를 광 회선 단말(OLT) 수신기에 송신하는 단계;
    상기 인코딩된 최종 사용자 데이터를 수신하여 디지털 포맷으로 변환하는 단계; 및
    광 네트워크 유닛(ONU)에 의해 선택되는 변조 방식에 기초하여 상기 인코딩된 최종 사용자 데이터를 복조하는 단계를 포함하고,
    상기 인코딩된 최종 사용자 데이터는 심볼 당 소정 수의 비트들을 포함하는 신호로서 송신되고, 상기 심볼 당 소정 수의 비트들은 상기 선택된 변조 방식의 차수에 기초하여 결정되는, 다수의 업스트림 레이트들을 제공하기 위한 방법.

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