KR102585984B1 - 광 집적 스위치 모듈의 반도체 광 증폭기 제어를 위한 회로 및 그 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광 집적 스위치 모듈의 반도체 광 증폭기 제어를 위한 회로 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 III-V족 화합물 반도체인 인듐 포스파이드(Indium Phosphide: 이하, InP) 기반의 파장 분할 다중화(Wavelength Division Multiplexing: 이하, WDM) 광 집적(Photonic Integrated) 스위치 모듈의 반도체 광 증폭기(Semiconductor Optical Amplifier: 이하, SOA)를 스위치 형태로 ON/OFF 제어를 하기 위한 회로 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명의 실시 예에 따른 InP 기반의 WDM 광 집적 스위치 모듈 내부의 반도체 광 증폭기(SOA) 제어를 위한 회로 구성 및 그 방법은, 8개 파장으로 파장분할 다중화(WDM)된 광신호를 반도체 광 증폭기를 통해 1차 증폭한 후 각각 동일한 크기의 광전력 양을 갖는 8개의 WDM 광신호들로 분배한 후 각각 WDM 광신호에 대한 파장 다중/역다중을 수행하는 배열 도파로 격자(Arrayed Waveguide Grating: 이하 AWG)를 이용하여, 상기 입력 측 AWG는 광 입력 포트로 들어오는 WDM 광 신호를 파장 별로 분리한다. 상기 파장 별로 분리된 광 신호를 파장 별로 제공되는 반도체 광 증폭기(SOA)로 ON/OFF 제어를 하고, 상기 반도체 광증폭기들의 출력을 다시 AWG로 다중화하여 광출력 포트로 전달하는 구조에서, 각 AWG 사이에는 8개 SOA가 존재하며 8개 파장의 신호를 처리하기 위한 SOA 개수로는 1x8 스위치 구조에서는 64개 SOA, 이러한 WDM 신호가 8개인 8x8 스위치 구조에서는 총 512개의 SOA가 존재하고, 이들은 모듈화된 구조를 가질 수 있으며, 하나의 모듈이 64개의 SOA를 제어하는 구조로서 이를 제어하는 회로 구성 및 그 방법을 제공한다.
이를 위해 본 발명의 실시 예에 따른 InP 기반의 WDM 광 집적 스위치 모듈 내부의 반도체 광 증폭기(SOA) 제어를 위한 회로 구성 및 그 방법은, 8개 파장으로 파장분할 다중화(WDM)된 광신호를 반도체 광 증폭기를 통해 1차 증폭한 후 각각 동일한 크기의 광전력 양을 갖는 8개의 WDM 광신호들로 분배한 후 각각 WDM 광신호에 대한 파장 다중/역다중을 수행하는 배열 도파로 격자(Arrayed Waveguide Grating: 이하 AWG)를 이용하여, 상기 입력 측 AWG는 광 입력 포트로 들어오는 WDM 광 신호를 파장 별로 분리한다. 상기 파장 별로 분리된 광 신호를 파장 별로 제공되는 반도체 광 증폭기(SOA)로 ON/OFF 제어를 하고, 상기 반도체 광증폭기들의 출력을 다시 AWG로 다중화하여 광출력 포트로 전달하는 구조에서, 각 AWG 사이에는 8개 SOA가 존재하며 8개 파장의 신호를 처리하기 위한 SOA 개수로는 1x8 스위치 구조에서는 64개 SOA, 이러한 WDM 신호가 8개인 8x8 스위치 구조에서는 총 512개의 SOA가 존재하고, 이들은 모듈화된 구조를 가질 수 있으며, 하나의 모듈이 64개의 SOA를 제어하는 구조로서 이를 제어하는 회로 구성 및 그 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 광 집적 스위치 모듈의 반도체 광 증폭기 제어를 위한 회로 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 III-V족 화합물 반도체인 인듐 포스파이드(Indium Phosphide: 이하, InP) 기반의 파장 분할 다중화(Wavelength Division Multiplexing: 이하, WDM) 광 집적(Photonic Integrated) 스위치 모듈의 반도체 광 증폭기(Semiconductor Optical Amplifier: 이하, SOA)를 스위치 형태로 ON/OFF 제어를 하기 위한 회로 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
데이터 센서 내(Inter Data Center: 이하, IDC) 네트워크에서 데이터를 스위칭하는 방식에는 크게 전기 이더넷(Electric Ethernet) 스위치를 사용하는 방식과 광 스위치를 사용하는 방식의 두 가지 방식이 있다. 전기 이더넷 스위치를 이미 검증된 기술로 비교적 빠른 스위칭 시간, 많은 입출력 포트 등을 특징으로 데이터 센터 내 네트워크 장비 시장의 대부분을 차지하고 있다. 전기 이더넷 스위치로 들어온 패킷을 처리하기 위한 광전(Optic-Electric) 변환, 처리된 패킷을 목적지로 보내기 위한 전광(Electric-Optic) 변환은 필수적이며, 이로 인해 높은 전력 소비와 지연(Latency)이 발생한다. 전기 스위치는 제한된 대역폭, 큰 지연, 고전력 소모 등의 문제점을 내포하고 있다. 이를 극복하기 위한 방안으로 신호 전달은 전광 형태의 광 스위치를 이용하고, 스위칭 제어만 전기적으로 처리한다면 데이터 형식 투명성 및 빠른 스위칭 속도를 특징으로 하고, 낮은 지연시간과 높은 용량, 효율적인 IDC 망을 구현하는 측면에서 장점이 있다. 따라서 다수의 글로벌 연구기관에서 이러한 전광 스위치 프로젝트의 연구가 진행되고 있다.
광 스위치의 경우, 전기 이더넷 스위치에 비해 전력 소비가 적고, 전광/광전 변환에서 생기는 지연이 없다는 장점이 있지만, 현재 상용화 중인 광 스위치는 WDM 망에서 파장 회선 스위치(Wavelength Selective Switch: 이하 WSS)가 주로 활용되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 InP 기반의 WDM 광 집적 스위치 모듈 내부의 반도체 광 증폭기(SOA)를 전기적 스위칭 정보에 기반한 ON/OFF 제어하는 방안을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 파장 회선 단위 스위칭 뿐만 아니라 타임 슬라이스(time slice) 스위칭도 가능하도록 하는 SOA 제어를 위한 회로 및 그 제어 방법을 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명의 실시 예에 따른 InP 기반의 WDM 광 집적 스위치 모듈 내부의 반도체 광 증폭기(SOA) 제어를 위한 회로 구성 및 그 방법은, 8개 파장으로 파장분할 다중화(WDM)된 광신호를 반도체 광 증폭기를 통해 1차 증폭한 후 각각 동일한 크기의 광전력 양을 갖는 8개의 WDM 광신호들로 분배한 후 각각 WDM 광신호에 대한 파장 다중/역다중을 수행하는 배열 도파로 격자(Arrayed Waveguide Grating: 이하, AWG)를 이용하여, 상기 입력 측 AWG는 광 입력 포트로 들어오는 WDM 광 신호를 파장 별로 분리한다. 상기 파장 별로 분리된 광 신호를 파장 별로 제공되는 반도체 광 증폭기(SOA)로 ON/OFF 제어를 하고, 상기 반도체 광증폭기들의 출력을 다시 AWG로 다중화하여 광출력 포트로 전달하는 구조에서, 각 AWG 사이에는 8개 SOA가 존재하며 8개 파장의 신호를 처리하기 위한 SOA 개수로는 1x8 스위치 구조에서는 64개 SOA, 이러한 WDM 신호가 8개인 8x8 스위치 구조에서는 총 512개의 SOA가 존재하고, 이들은 모듈화된 구조를 가질 수 있으며, 하나의 모듈이 64개의 SOA를 제어하는 구조로서 이를 제어하는 회로 구성 및 그 방법을 제공한다.
본 발명은 InP 기반의 WDM 광 집적 스위치 모듈 내부의 반도체 광 증폭기(SOA) 기반의 광 스위치 모듈과 이들 1x8 WDM 광 집적 스위치 모듈 8개를 상호 연결하는 셔플 네트워크(Shuffle Network)의 조합으로 전체 8 x 8 스위치를 구성할 수 있으며, 이 구조에서는 총 512개의 SOA가 존재하며, 64개의 SOA 그룹으로 8개의 모듈러 구조를 가질 수 있으며, 64개의 SOA를 제어하는 구조인 하나의 모듈을 제안하여 전체 8 x 8 스위치를 포함하는 SOA를 제어하는 회로 구성 및 그 방법을 제공한다. 본 발명의 광 스위치는 SOA 제어를 통해 파장(wavelength) 단위, 시간(time slice) 단위의 스위치를 겸용으로 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 광 집적 스위치 모듈의 반도체 광 증폭기 제어를 위한 회로 구성을 도시하고 있으며, 특히 광 집적 스위치 모듈의 반도체 광 증폭기 제어를 위한 회로의 전체 구조로서 8x8 WDM 광 집적 스위치 라인카드 구조를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 광 집적 스위치 모듈의 반도체 광 증폭기 제어를 위한 회로 구성을 도시하고 있으며, 특히 MCU와 FPGA_1 및 SOA 구동회로를 포함하는 SOA 구동부를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 광 집적 스위치 모듈의 반도체 광 증폭기 제어를 위한 회로 구성을 도시하고 있으며, 특히 1x8 WDM 광 집적 스위치 칩의 SOA 기반 광 스위치 내의 SOA 게이트와 이를 직접 제어하는 SOA 구동부의 일부 회로를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 광 집적 스위치 모듈의 반도체 광 증폭기 제어를 위한 회로 구성을 도시하고 있으며, 특히, 광 스위치 제어신호 처리부의 설명 수단으로 광 스위치 제어신호 발생부의 레이블 생성기를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 광 집적 스위치 모듈의 반도체 광 증폭기 제어를 위한 회로를 도시하고 있으며, AWG, 광/전 변환기 및 모듈화된 레이블 검출기를 포함하는 광 스위치 제어신호 처리부를 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 광 집적 스위치 모듈의 반도체 광 증폭기 제어를 위한 회로 구성을 도시하고 있으며, 특히 8개의 광 집적 스위치 모듈, 셔플 네트워크 및 , 8x8 광 스위치를 구성하는 연결 관계를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 광 집적 스위치 모듈의 반도체 광 증폭기 제어를 위한 회로 구성을 도시하고 있으며, 특히 MCU와 FPGA_1 및 SOA 구동회로를 포함하는 SOA 구동부를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 광 집적 스위치 모듈의 반도체 광 증폭기 제어를 위한 회로 구성을 도시하고 있으며, 특히 1x8 WDM 광 집적 스위치 칩의 SOA 기반 광 스위치 내의 SOA 게이트와 이를 직접 제어하는 SOA 구동부의 일부 회로를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 광 집적 스위치 모듈의 반도체 광 증폭기 제어를 위한 회로 구성을 도시하고 있으며, 특히, 광 스위치 제어신호 처리부의 설명 수단으로 광 스위치 제어신호 발생부의 레이블 생성기를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 광 집적 스위치 모듈의 반도체 광 증폭기 제어를 위한 회로를 도시하고 있으며, AWG, 광/전 변환기 및 모듈화된 레이블 검출기를 포함하는 광 스위치 제어신호 처리부를 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 광 집적 스위치 모듈의 반도체 광 증폭기 제어를 위한 회로 구성을 도시하고 있으며, 특히 8개의 광 집적 스위치 모듈, 셔플 네트워크 및 , 8x8 광 스위치를 구성하는 연결 관계를 도시하고 있다.
전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시 예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 이러한 실시 예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에서 제안하는 신호 전달은 광전(Optic-Electric), 전광(Electric-Optic) 변환이 없는 전광(全光)으로만 전달이 되도록 하며, 이러한 광 신호의 전달 노드에 InP 기반의 광 집적 스위치 모듈을 두고 모듈 내부에 반도체 광 증폭기(SOA)를 둔다. 이와 같이 본 발명은 SOA의 ON/OFF 제어를 전기적 스위칭 정보에 기반하여 수행함으로써 광 스위치의 제어 방법에 따라 파장 회선 스위치 기능도 가능하고, 시간 단위의 스위칭 기능을 할 수 있는 타임 슬라이스(time slice) 스위치 형태의 제어도 가능하도록 하는 반도체 광 증폭기(SOA) 제어를 위한 회로 구성 및 그 방법에 관한 기술이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 광 집적 스위치 모듈의 반도체 광 증폭기 제어를 위한 회로 구성을 도시하고 있다. 특히 도 1은 광 집적 스위치 모듈의 반도체 광 증폭기 제어를 위한 회로의 전체 구조로서 8x8 WDM 광 집적 스위치 라인카드(10000) 구조를 제안한다.
도 1에서 제안하는 광 집적 스위치 모듈의 반도체 광 증폭기 제어 회로 구성은 8개의 1x8 WDM 광 집적 스위치 모듈(1000~8000), 셔플 네트워크(8500), 라인카드 내 로컬 프로세서(8700)와 FPGA_2(Field Programmable Gate Array_2; 제2 필드 프로그래머블 게이트 어레이)(8800) 및 광 스위치 제어신호 처리부(9000)를 포함한다. 물론 상술한 구성 이외에 다른 구성이 본 발명에서 제안하는 광 집적 스위치 모듈의 반도체 광 증폭기 제어 회로 구성에 포함될 수 있다.
8개 파장으로 파장 분할 다중화(WDM)된 광신호가 각각 8개의 입력포트로 입력되면, 각각의 1x8 WDM 광 집적 스위치 모듈(1000~8000)은 8개의 WDM 입력 신호들을 병렬로 처리하고, 스위칭 제어 신호에 따라 개별 파장 채널을 임의의 출력 포트로 전송한다. 각 1x8 WDM 광 집적 스위치 모듈(1000)은 내부의 1x8 WDM 광 집적 스위치 칩(1010)에서 신호 증폭용 SOA(Boost SOA)를 통과한 후, 1:8 광분배기(185)를 이용하여 동일한 크기의 광전력 양을 갖는 WDM 광신호들로 분배하여 SOA 기반 광 스위치(100~800)에 연결한다. SOA 기반 광 스위치(100)에서는 각 WDM 광신호에 대한 파장 다중/역다중을 수행하는 AWG(190, 195)를 연결한다. 입력단 AWG(190)는 광 입력 포트로 입력되는 WDM 광 신호를 파장 별로 분리하고, 파장 별로 분리된 광 신호를 각각 중간에 파장 별로 반도체 광증폭기(SOA)(110~180, 도 3 참조)를 이용하여 광신호의 선택적 증폭 기능과 ON 또는 OFF 스위칭 제어를 한다. 반도체 광증폭기 각각은 전기적인 제어 신호를 이용하여 스위치 기능을 수행한다. 그리고 반도체 광증폭기들의 출력을 광 다중화하여 광출력 포트로 전달하는 출력단 AWG(195)로 구성한다. 두 개의 AWG (190, 195) 및 8개의 SOA 광 게이트(110~180)로 구성된 첫 번째 SOA 기반 광 스위치(100) 구조에서 입력단 AWG(190)는 8개의 SOA 광 게이트(110~180)를 켜거나 끄면 특정 파장 채널이 출력으로 통과되는지 차단되는지가 결정된다. 출력단 8x1 AWG(195)는 파장 다중화기로 동작한다.
광 집적 스위치 칩(1010)은 동일한 SOA 기반 광 스위치(100 내지 800)가 8개로 구성되어 하나의 모듈 내에 총 64개의 SOA 게이트를 포함하고 있으며, 이 중 동일 파장의 SOA 게이트는 동일시간 대에 단지 하나만 ON되는 구조이며, 따라서 동시에 ON되는 SOA 개수는 64개의 SOA 게이트 중 최대 8개가 ON되는 구조이다. 그리고 광 집적 스위치 모듈의 SOA들은 SOA 구동부(1900)를 통해 제어되며, SOA 구동부(1900)는 Embedded MCU(910)와 FPGA_1(920) 그리고 SOA 구동회로(930)를 포함한다.
하나의 1x8 WDM 광 집적 스위치 모듈은 1개의 8 파장 WDM 광입력 포트와 파장 스위칭된 8개의 WDM 광출력 포트를 가진다. 또한 각각의 1x8 WDM 광 집적 스위치 모듈은 총 8개 모듈로 구성된 8x8 WDM 광 집적 스위치 라인카드 구조에서 서로 독립적으로 병렬 방식으로 작동하기 때문에 모듈의 병렬 및 독립적 작동으로 인한 전체 스위치의 제어 복잡성과 스위칭 시간이 포트 수와 독립적이며 단일 모듈의 스위칭 시간과 동일하다.
8x8 WDM 광 집적 스위치 라인카드(10000)는 8개의 기본 1x8 WDM 광집적 스위치 모듈들(1000~8000)과 셔플 네트워크(Shuffle Network)(8500)를 포함한다. 특히, 반도체 광 증폭기(SOA) 기반의 광 스위치 모듈과 이 스위치 모듈들을 상호 연결하는 셔플 네트워크의 조합으로 본 발명의 광 스위치는 파장(wavelength) 단위, 시간(time slice) 단위의 스위칭을 제공할 수 있다. 그리고 SOA 게이트를 스위칭 제어하는 아날로그 RF 정보를 수신하여 디지털 정보로 변환하는 광 스위치 제어신호 처리부(9000)는 광 스위치 제어신호를 FPGA_2(8800)를 통하여 1x8 WDM 광집적 스위치 모듈(1000)의 SOA 구동부(1900)의 FPGA_1(Field Programmable Gate Array_1; 제1 필드 프로그래머블 게이트 어레이)(920)로 전달한다.
8x8 WDM 광 집적 스위치 라인카드(10000)는 라인카드(10000) 내 로컬 프로세서(8700)와 Embedded(임베디드) MCU(메인 제어 유닛)(910) 간 I2C 프로세서 간 통신 통로를 연결해주는 기능을 수행하는 FPGA_2(8800)를 포함한다. 이외에도 외부 PC(8900)와 접속하여 1x8 WDM 광집적 스위치 모듈들(1000~8000)을 제어하거나 상태 정보를 감시하는 로컬 프로세서(8700)를 포함한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 광 집적 스위치 모듈의 반도체 광 증폭기 제어를 위한 회로 구성을 도시하고 있다. 특히 도 2는 광 집적 스위치 모듈의 SOA 구동부(1900)로서 Embedded MCU(910)와 FPGA_1(920) 및 SOA 구동회로(930)를 포함한다.
Embedded MCU(910)는 ADC(Analog to Digital Converter) 및 DAC(Digital to Analog Converter) 제어를 통하여 각 SOA 인가전압 및 인가전류 감시, TEC control(950) 동작 및 감시를 수행한다. Embedded MCU(910)는 SPI(Serial Peripheral Interface) 버스를 통해 FPGA 내부 레지스터에 읽기/쓰기 기능을 수행하고, I2C로 라인카드의 로컬 프로세서(8700)와 통신 기능을 수행한다.
FPGA_1(920) 동작은 라인카드(10000)의 광 신호에서 레이블(Lable) 검출을 통한 스위치 제어 데이터인 출력 제어신호(OP1_n~OP8_n)를 핀으로 입력한 후 데이터 준비(Data Ready) R 신호를 입력한다. FPGA_1에서 동작 모드 레지스터(Operation Mode Register) 값이 미션 모드(Mission Mode) 일 경우 데이터 준비(Data Ready) R 신호의 Rising Edge/Active High에서 스위치 제어 데이터인 출력 제어신호(OP1_n~OP8_n) 읽기를 실행한다. 읽기 동작 후 내부적으로 데이터 값 디코딩이 끝나면 바로 MUXn으로 보내 SWn(971~978)에 전압을 인가하여 동작 시킨다. 출력 제어신호 읽기 동작 시 디코딩과 동시에 읽은 데이터를 스위치 제어 레지스터(Switch Control Register)(1~8) 저장, 필요에 따라 라인카드에서 Embedded MCU(910)와 I2C를 통하여 레지스터 값을 읽어서 실제 출력 제어신호 데이터와 레지스터 값을 비교할 수 있다. Boost SOA는 별도 부스트 제어 레지스터(Boost Control Register, 1비트)를 사용하고, Power SW(979)는 별도 스위치 제어 레지스터 사용하며, SPI Select는 별도의 SPI 선택 레지스터(SPI Select Register, 1비트)를 사용한다.
SOA 구동회로(930)에서 SW(979)는 3.3V Slow Start Power Switch로서 9개 Current Source(CS0~CS8)의 전원 ON/OFF를 설정을 통해 SOA 전원 인가를 제어한다. SW(979) 동작은 FPGA_1 핀 출력으로 설정하고, SW(979) ON 시에 9개 CS0~CS8(980~998) 모두 전원을 공급한다. 각각의 CS 전류 값 설정은 Digital Potentiometer(이하, DP)(990~998)를 사용하고, DP 제어는 Embedded MCU(910)의 SPI를 사용한다. FPGA_1의 출력인 EN00~EN64 는 SW0~SW8 (N-MOSFET 소자로 구성)의 동작 제어를 위해 FPGA_1(920) 출력을 이용하고 Active High로 동작한다.
EN(Enable) 신호가 High 인 경우 해당 SWn가 ON이 되어 해당 CSn 전류가 해당 SOAnm에 인가된다. SOAnm ON/OFF 설정은 FPGA_1 출력(65핀) EN00~EN64를 사용하고, EN00는 SW0(970)를 제어하여 CS0(980)의 전류가 Boost SOA인 SOA00에 인가된다. EN01~EN57은 SW1(971)을 제어하여 CS1(981)의 전류가 SOA01~SOA08에 인가되며, FPGA_1(920) 내 MUX1에서 8개 핀 중 하나만 High로 설정된다. EN02~EN58은 SW2(972)을 제어하여 CS2(982)의 전류가 SOA09~SOA16에 인가되며, 그리고 EN08~EN64는 SW8(978)을 제어하여 CS8(989)의 전류가 SOA67~SOA64에 인가한다. 나머지도 동일한 동작 흐름(도 3 참조)을 가지며, FPGA_1(920) 내 MUXn에서 8개 핀 중 하나만 High로 설정된다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 광 집적 스위치 모듈의 반도체 광 증폭기 제어를 위한 회로 구성이며, 특히 1x8 WDM 광 집적 스위치 칩(1010)의 SOA 기반 광 스위치(100~800) 내의 SOA 게이트(110~180, 210~280, 310~380, 420~480, 510~580, 610~680, 710~780, 810~880))와 이를 직접 제어하는 SOA 구동부(1900)의 일부 회로를 도시하고 있다.
FPGA_1 출력인 EN00~EN64(65핀)는 SW0~SW8 (970~978) 동작 제어를 위한 신호로서 EN(Enable)이 High가 될 경우 해당 SWn가 ON이 되어 각각의 CSn 전류가 해당 SOAnm 에 인가되어 ON/OFF 설정을 수행한다. EN00는 SW0(970)를 제어하여 CS0(980)의 전류가 Boost SOA인 SOA00에 인가된다. EN01~EN57은 SW1(971)을 제어하여 CS1(981)의 전류가 SOA01~SOA08에 인가되며, FPGA_1(920) 내 MUX1에서 8개 핀 중 하나만 High가 되도록 설정한다.
EN02~EN58은 SW2(972)을 제어하여 CS2(982)의 전류가 SOA09~SOA16에 인가되며, FPGA_1(920) 내 MUX2에서 8개 핀 중 하나만 High가 되도록 설정한다. EN03~EN59, EN04~EN60, EN05~EN61, EN06~EN62, EN07~EN63 등도 동일하게 SW3~SW7((973~977)을 제어하여 CS3~CS7(983~987)의 전류가 SOA17~SOA24, SOA25~SOA32, SOA33~SOA40, SOA41~SOA48, SOA49~SOA56 등에 인가되며, FPGA_1(920) 내 MUX3~MUX7 각각에서 8개 핀 중 하나만 High가 되도록 설정한다. MUX8 출력 EN08~EN64는 SW8(978)을 제어하여 CS8(989)의 전류가 SOA57~SOA64에 인가한다. 여기서 중요한 포인트는 FPGA_1 내 MUXn에서 8개 핀 중 하나만 High가 되도록 설정한다는 것이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 광 집적 스위치 모듈의 반도체 광 증폭기 제어를 위한 회로 구성이며, 특히 광 스위치 제어신호 처리부(9000)의 설명 수단으로 광 스위치 제어신호 발생부(9900)의 레이블 생성기(9910~9980) 동작을 설명하기로 한다.
8x8 WDM 광 집적 스위치가 코어(core) 스위치 역할을 수행하고, 그 하부 영역에 존재하는 에지(edge) 스위치에서는 코어 스위치에서 스위치 처리가 가능한 형태의 데이터 및 스위칭 정보를 사전 처리하는 구조를 가져야 한다. 본 발명의 광 스위치가 제어 신호를 발생시키는 구조는 RF 클럭을 이용하여 해당하는 데이터를 코어 스위치의 목적지 포트로 보내기 위해서 목적지 스위칭 정보를 레이블 데이터로 변조시켜 만든 전기적 레이블을 광 신호에 실어 레이블 파장을 만들어 준다.
광 스위치 제어 신호의 설정은 광 스위치 제어신호 발생부(9900)에서 각 레이블 파장이 f1 = 130MHz,f2 = 410MHz 및 f3 = 820MHz인 3개의 RF를 갖는 레이블 파장이 생성된다. RF 레이블 생성기(9910)는 데이터의 목적지 스위칭 정보를 기반으로 각 기저 대역 레이블 비트인 입력 제어신호 IP1_(3)와 해당 라디오 주파수(RF)와 혼합하여 이진 코딩된 RF 서브캐리어로 각각 하나의 레이블 비트를 나타낸다. 따라서 f1, f2, f3가 각 이진 코딩된 RF 서브캐리어는 3:1 결합기(9914)를 이용하여 1개의 레이블 파장만 사용하여 최대 8개의 목적지 포트를 정의할 수 있다.
이 때 신호 데이터 파장은 1550nm 대역(C 밴드)을 사용하고 레이블 광 파장은 1310nm 대역(O 밴드)을 사용하여 신호 데이터와 레이블 데이터를 WDM하여 하나의 광섬유로 송신하는 구조를 가진다.
도면 설명을 위해 에지스위치 출력데이터 'AA'를 코어스위치의 8번째 WDM 출력포트로 전달하기 위해서 레이블 정보로 이진비트로 '111'을 코어 스위치로 전달하여 스위칭 정보로 활용하면 된다. 이 레이블 비트 정보는 실제 데이터와 동기된 스위칭 정보로서 LSB(least significant bit) 입력제어 신호 IP1_0는 RF(radio frequency) 클럭 소스로 130MHz(f1)를 혼합하여 비트 1인 부분에서 RF 클럭을 생성하게 한다. 동일한 방법으로 2번째 비트 입력제어 신호 IP1_1는 RF 클럭 소스로 410MHz(f2)를 혼합하여 비트 1인 부분에서 RF 클럭을 생성하고, MSB(most significant bit) 입력제어 신호 IP1_2는 RF 클럭 소스로 820MHz(f3)를 비트 1인 부분에서 RF 클럭을 생성한다. 이렇게 생성된 서브캐리어를 3:1 결합기를 이용하여 주파수 분할 다중(Frequency Division Multiplexing, 이하 FDM) 형태로 단일 파장으로 정보를 실어 보낸다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 광 집적 스위치 모듈의 반도체 광 증폭기 제어를 위한 회로 구성이며, 특히 광 스위치 제어신호 처리부(9000)의 구성은 AWG (9850) 및 광/전 변환기(9860) 그리고 모듈화된 레이블 검출기(9100~9800)를 포함한다.
입력되는 복수 파장의 WDM 데이터 광신호들 중에서 파장별 또는 파장 내 시간별 데이터의 목적지 포트 정보를 이용한 광 스위치 제어를 하기 위해서, 신호 데이터 파장은 1550nm 대역(C 밴드)을 사용, 레이블 광 파장은 1310nm 대역(O 밴드)을 이용하여 신호데이터와 레이블 데이터가 WDM 형태로 하나의 광섬유로 수신하는 구조이다. 목적지 포트 정보는 입력되는 WDM 데이터 광신호 내에 동일 개수의 다른 파장으로 되어있는 레이블 데이터를 20:80 광신호 분배기를 통해 레이블 광 입력으로 구성한다.
광 스위치 제어신호 처리부(9000)는 배열 도파로 격자(AWG)(9850)와 광/전 변환기 (Photo Detector: PD)(9860)들을 포함하고, 배열 도파로 격자(AWG)(9850)는 광분배기로부터 분기된 광신호를 입력 광섬유로 부터 레이블 파장을 추출하여 레이블 파장 별로 분리시킨다. 이후 배열 도파로 격자(AWG)(9850)는 파장 별 또는 파장 내 시간 별 데이터의 목적지 포트 정보(Label)는 광/전 변환기(9860)에 의해서 전기 신호로 변환된다. 전기 신호로 검출된 다중 RF 클럭 신호는 광집적 스위치 모듈(1000)의 외부에 구비된 광스위치 제어 신호 처리부(9000)의 레이블 검출기(9100~9800)에 의해서 병렬 처리된다. 수신된 전기신호는 차동 증폭기(9110)를 이용하여 1차 증폭한다. RF 서브캐리어의 유(1)/무(0)를 검출해 레이블 데이터를 복원한다. 각 레이블 파장은 3개의 RF로 구성되며 각각의 RF는 이진 코드로 전환되어 표현되며 레이블의 한 비트를 나타낸다. 모든 레이블 스위칭 정보는 연속적인 파장 스위치 경우와 파장 내 시간 슬라이스 스위칭 경우의 2가지 형태를 고려한다.
RF 레이블 검출기(9100)는 다중 RF 신호로 부터 기저 대역(baseband) 레이블 비트를 추출하는 데 사용된다. 기저 대역 레이블 비트는 대역 통과 필터(BPF)를 통해 해당 RF 클럭을 추출하고 RF 서브캐리어의 유(1)/무(0)를 판단한 후 저역 통과 필터 (LPF)와 비교기(COMParator)에 의해 이진 비트가 결정된다. 그리고 레이블 검출기(9100)에 의해서 처리된 결과는 파장별 또는 파장 내 시간별로 광출력 포트를 결정할 수 있다. 획득된 기저 대역 레이블 비트들은 스위칭 제어 정보 생성을 위해 FPGA_1으로 전달된다. 전기적 프로세싱은 FPGA_1에서 구현되며, 광 출력 포트 정보에 따라 8개의 SOA 기반 광 스위치(100~800)의 64개의 SOA 게이트에 인가되는 전류를 기반으로 SOA ON/OFF 제어를 할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이 레이블 정보가 이진비트 '111' 스위칭 정보인 경우 RF 클럭 소스 130MHz(f1), 410MHz(f2), 820MHz(f3) 모두 서브캐리어가 존재하는 FDM 형태로 정보가 수신된다. 1:3 분배기(9120)를 통하여 각각의 주파수에 해당하는 대역통과 필터(BPF)(9131, 9141, 9151)를 통과시켜 증폭(9132, 9132, 9152)한 후 서브캐리어 신호를 생성한다. 이 신호를 LPF(9133, 9143, 9163)와 비교기(9134, 9144, 9154)를 거쳐 디지털 신호 형태인 '111'로 복원하게 된다. 이렇게 복원된 출력 제어신호 OP1_(3)는 광 집적 스위치 모듈(1000)의 SOA 기반 광 스위치(100~800)의 제어를 위한 정보로 활용된다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 광 집적 스위치 모듈의 반도체 광 증폭기 제어를 위한 회로 구성을 도시하고 있으며, 특히 8개의 광 집적 스위치 모듈(1000~8000)과 셔플 네트워크(8500)를 포함하고, 8x8 광 스위치를 구성하는 연결 관계를 제시한다.
8개의 광 집적 스위치 모듈(1000~8000)에서 각각 하나의 모듈은 8개의 스위칭된 WDM 광 출력을 가진다. 셔플 네트워크(8500)는 총 64개의 광 입력과 8개의 WDM 광 출력으로 구성되며, 각 광 집적 스위치 모듈(1000~8000)에서 8개의 입력은 8개 출력 포트로 순서대로 하나씩 할당하여 해당 광 출력 포트에 연결한다. 즉, 각 광집적 스위치 모듈(1000~8000)의 동일한 위치의 입력 포트는 동일한 광 출력 포트로 보내어져 8 x 1 광 커플링과 연결되어 하나의 WDM 출력신호를 형성한다.
반도체 광 증폭기(SOA) 기반의 광집적 스위치 모듈(1000~8000)과 이 스위치 모듈들을 연결하는 셔플 네트워크(8500)의 조합으로 본 발명의 광 스위치는 8x8 파장(wavelength), 시간(time slice) 영역의 스위칭을 제공할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
10000: 8x8 WDM 광 집적 스위치 라인카드
1000 내지 8000: 1x8 WDM 광 집적 스위치 모듈
8500: 셔플 네트워크 8700: 로컬 프로세서
8800: FPGA_2 9000: 광 스위치 제어신호 처리부
1010: 광 집적 스위치 칩 100 내지 800: SOA 기반 광 스위치
110 내지 180: SOA 게이트 190, 195: AWG
1900: SOA 구동부 910: Embedded MCU
920: FPGA_2 930: SOA 구동회로
9900: 광 스위치 제어신호 발생부 9910 내지 9980: 레이블 생성기
9000: 광 스위치 제어신호 처리부
9850: CWDM AWG 9860: 광/전 변환기
9100 내지 9800: 레이블 검출기
1000 내지 8000: 1x8 WDM 광 집적 스위치 모듈
8500: 셔플 네트워크 8700: 로컬 프로세서
8800: FPGA_2 9000: 광 스위치 제어신호 처리부
1010: 광 집적 스위치 칩 100 내지 800: SOA 기반 광 스위치
110 내지 180: SOA 게이트 190, 195: AWG
1900: SOA 구동부 910: Embedded MCU
920: FPGA_2 930: SOA 구동회로
9900: 광 스위치 제어신호 발생부 9910 내지 9980: 레이블 생성기
9000: 광 스위치 제어신호 처리부
9850: CWDM AWG 9860: 광/전 변환기
9100 내지 9800: 레이블 검출기
Claims (6)
- 8개의 파장으로 분할된 광신호를 8개의 입력포트로 입력받고, 입력받은 광신호를 병렬 처리하며, 스위칭 제어 신호에 따라 임의의 출력포트로 출력하는 1x8 WDM 광 집적 스위치 모듈;
8개의 상기 1x8 WDM 광 집적 스위치 모듈의 출력포트로부터 입력받은 광신호를 8개의 출력포트 중 어느 하나의 출력포트로 출력하는 셔플 네트워크;
광 스위치 제어신호를 FPGA_2를 통하여 1x8 WDM 광 집적 스위치 모듈의 반도체 광 광폭기(SOA) 구동부로 제공하는 광 스위치 제어신호 처리부;
외부 PC와 접속하며, 상기 FPGA_2를 통하여 상기 1x8 WDM 광 집적 스위치 모듈을 제어하거나 상태 정보를 감시하는 로컬 프로세서;를 포함함을 특징으로 하는 광 집적 스위치 모듈의 반도체 광 증폭기 제어를 위한 회로.
- 제 1항에 있어서, 상기 1x8 WDM 광 집적 스위치 모듈은,
상기 FPGA_2로부터 광 스위치 제어신호를 입력받는 SOA 구동부;
상기 SOA 구동부로부터 입력받은 광 스위치 제어신호에 따라 SOA 기반 광 스위치의 구동을 제어하는 1x8 WDM 광 집적 스위치 칩;을 포함함을 특징으로 하는 광 집적 스위치 모듈의 반도체 광 증폭기 제어를 위한 회로.
- 제 1항에 있어서, 상기 광 스위치 제어신호 처리부는,
입력받은 WDM 데이터 광신호의 목적지 포트 정보인 레이블을 파장별 또는 파장 내 시간별로 분리하는 AWG;
분리된 광신호의 레이블을 전기신호로 변환하는 광/전 변환기; 및
파장 별 또는 파장 내 시간 별로 목적지 포트인 광출력 포트를 결정하는 레이블 검출기;를 포함함을 특징으로 하는 광 집적 스위치 모듈의 반도체 광 증폭기 제어를 위한 회로.
- 제 2항에 있어서, 상기 SOA 구동부는,
상기 FPGA_2를 통해 상기 로컬 프로세서와 연결되는 임베디드 메인 제어 유닛(MCU);
상기 FPGA_2로부터 광 스위치 제어신호를 입력받는 FPGA_1; 및
상기 SOA 기반 광 스위치의 전원인가를 제어하는 SOA 구동회로;를 포함함을 특징으로 하는 광 집적 스위치 모듈의 반도체 광 증폭기 제어를 위한 회로.
- 제 3항에 있어서, 상기 레이블 검출기는,
수신된 전기신호를 증폭하는 차동 증폭기; 및
증폭된 전기신호를 주파수별로 분배하는 1:3 분배기;를 포함하고
상기 1:3 분배기로부터 출력된 전기신호는,
대역통과 필터를 통과한 후 증폭기에서 증폭되며,
저역통과 패스 필터 및 비교기를 통해 디지털 신호로 출력됨을 특징으로 하는 광 집적 스위치 모듈의 반도체 광 증폭기 제어를 위한 회로.
- 제 4항에 있어서, 상기 SOA 구동회로는,
FPGA_1 출력인 EN00~EN64(65핀)는 SW0~SW8의 동작 제어를 위해 EN(Enable)이 High가 될 경우, 해당 SWn가 ON이 되어 각각의 CSn 전류가 해당 SOAnm 에 인가되어 ON/OFF 설정을 수행하고, FPGA_1 내 MUXn에서 8개 핀 중 하나만 High가 되도록 설정됨을 특징으로 하는 광 집적 스위치 모듈의 반도체 광 증폭기 제어를 위한 회로.
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