(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コーヒーレントな電磁波発生源からの持続時間がデータのパケット長に対応するチャープを有する電磁波パルスを少なくとも２つの変調器によりパケットデータで変調して少なくとも２つの変調パルスを発生させ、光カプラーにより少なくとも２つの変調パルスを線形的に結合して多重化変調パルス列を発生させ、多重化変調パルス列を伝播時間が変調パルスを構成する電磁波の周波数に線形的に依存するパルス圧縮器により圧縮して多重化変調圧縮パルス列を発生させ、多重化変調圧縮パルス列を少なくとも２つの別の変調器によりデマルチプレクシングして該パルス列に含まれる少なくとも２つの圧縮変調パルスを選択分離し、選択分離した少なくとも２つの圧縮変調パルスを伝播時間が変調パルスを構成する電磁波の周波数に線形的に依存するパルスデコンプレッサーによりデコンプレッシングすることを特徴とするルーター。
【請求項２】
少なくとも２つの変調パルスのうちの一部を遅延させる遅延手段をさらに備えた請求項１のルーター。
【請求項３】
パルス圧縮器は伝播媒体である上記請求項のうち任意の１項のルーター。
【請求項４】
伝播媒体は分散特性が制御されている請求項３のルーター。
【請求項５】
少なくとも２つの変調パルスは進み端部と遅れ端部とを有し、遅れ端部は変調パルスの進み端部より早く進行するように構成されている上記請求項のうち任意の１項のルーター。
【請求項６】
伝播媒体の特性は、この媒体から出る変調パルスの遅れ端部が、変調パルスが媒体内に送り込まれた時よりも変調パルスの進み端部に近くなるようなものである請求項５のルーター。
【請求項７】
伝播媒体は光ファイバーである請求項３乃至６のうち任意の１項のルーター。
【請求項８】
電磁波発生源はレーザーである上記請求項のうち任意の１項のルーター。
【請求項９】
チャープは線形である上記請求項のうち任意の１項のルーター。
【請求項１０】
パルス圧縮器は分散光ファイバー格子である請求項１または２のうち任意の１項のルーター。
【請求項１１】
持続時間がデータのパケット長に対応するチャープを有する電磁波パルスを発生できるコーヒーレントな電磁波発生源を用意し、
電磁波パルスをパケットデータで変調して変調パルスを形成し、
変調パルスを別の変調パルスと線形的に結合して多重化変調パルス列を発生させ、
多重化変調パルス列を伝播時間が変調パルスを構成する電磁波の周波数に線形的に依存するパルス圧縮器により圧縮して多重化変調圧縮パルス列を発生させ、
多重化変調圧縮パルス列をデマルチプレクシングして該パルス列に含まれる圧縮変調パルスを選択分離し、
選択分離した少なくとも２つの圧縮変調パルスを伝播時間が変調パルスを構成する電磁波の周波数に線形的に依存するパルスデコンプレッサーによりデコンプレッシングするステップより成るルーターにおけるデータ処理方法。
【請求項１２】
変調パルスを線形的に結合する前に、別の変調パルスを遅延させるステップをさらに含む請求項１１の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、例えば中継線デジタル通信システムのようなデジタル通信システムのルーター及びルーターにおけるデータ処理方法に関する。
【０００２】
中継線デジタル通信システムは、径路選択ノード間で高速デジタルデータを搬送する光ファイバーのネットワークである。光ファイバーにより伝播されるデジタルデータの流れは、各径路選択ノードにおいてデータパケットに細分化され、これらのパケットは、パケットを１つの単位として種々の径路に交換接続される。デジタルデータの流れは、ルーター（または交換機）として知られる装置により交換接続される。
【０００３】
ルーターは通常、１２８個の入力ポートと１２８個の出力ポートとを有し、１２８個の入力データの流れを、現在は２．５Ｇｂ／秒の動作データ速度で交換接続して１２８個の出力データの流れを形成する。ルーターの基本的機能は、全ての入力ポートに存在するデータを全ての出力ポートで利用可能にすることである。
【０００４】
公知のルーターは、高速の電子装置により、入力データの流れを低いデータ速度で光データの単一の流れから電子データの多数の平行な流れに変換する。その後、データパケットは、スイッチの巨大な並列ネットワークにより交換接続され、電子データの流れが出力ポートの高速光データの単一の流れに変換される。
【０００５】
次世代の中継線デジタル通信システムでは、動作速度が１０Ｇｂ／秒であるため、このような高速に適応する新世代のルーターが必要とされる。このため、信号を交換するために電子領域に変換せずに、光データの流れを光領域で交換接続することが提案されている。しかしながら、現在の光技術では、データパケットをルーターを介して径路選択するために必要な論理動作を実現することができない。従って、次世代のルーターは、光データパスが論理動作を実行する従来の電子装置を備えたものになりそうである。
【０００６】
かかるルーターアーキテクチャーの１つとして、全ての入力データの流れを多重化して非常に高速の単一のデータの流れにする時分割多重化方式（ＴＤＭ）を使用するものがある。非常に高速の単一のデータの流れがルーターの全ての出力ポートに送られ、各出力ポートがその特定の出力ポートに向けられたデータを選択するように構成されている。
【０００７】
図１は、公知のＴＤＭルーターアーキテクチャーを示す。説明を簡潔且つ簡明にするために、１２８個の入出力チャンネルのうち４個だけを示す。上述したように、ルーター１００は、第１、第２、第３及び第４の入力チャンネル１０２、１０４、１０６、１０８を有する。第１の入力チャンネル１０２は、第１の入力データの流れ（図示せず）を運ぶ光ファイバー１１０より成り、この第１の入力データの流れは、必要な径路選択のための計算及びバッファリングを行えるように、１０Ｇｂ／秒の電子データの流れ１１２に変換される。第１の入力データの流れを表すバッファリング済みのデータビットはその後、光データの流れ１１４に変換される。光データの流れはその後、光パルス圧縮ユニット１１６によるビット圧縮プロセスを施されるため、１００ｐｓのビット周期が約０．８ｐｓのビット周期に変換される。その後、圧縮データの流れを構成する非常に短いパルスは、他の入力チャンネル、例えば、第２、第３及び第４の入力チャンネル１０４、１０６、１０８からの同様な圧縮パルスデータに多重化され、１．２８Ｔｂ／秒の集合直列データの流れが形成される。集合直列データの流れはその後、複数の光デマルチプレクサーの各々に送られるが、これらのデマルチプレクサーは、光デマルチプレクサー１２０にそれぞれ結合された出力ポート、例えば、第１の光デマルチプレクサ１２０に結合された第１の出力ポート１２２に向けられたデータを選択するように構成されている。
【０００８】
しかしながら、データ速度が非常に高いため、１．２８Ｔｂ／秒で動作する光デマルチプレクサーの実現には高いハードルがある。上述したアーキテクチャーを用いるルーターは、複雑且つ大型でコストがかかるため、商用ルーターとしての使用には不適当である。
【０００９】
従って、本発明の目的は、従来技術の問題を解消する改良型ルーター及びかかるルーターにおけるデータ処理方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の第１の局面によると、コーヒーレントな電磁波発生源からの持続時間がデータのパケット長に対応するチャープを有する電磁波パルスを少なくとも２つの変調器によりパケットデータで変調して少なくとも２つの変調パルスを発生させ、光カプラーにより少なくとも２つの変調パルスを線形的に結合して多重化変調パルス列を発生させ、多重化変調パルス列を伝播時間が変調パルスを構成する電磁波の周波数に線形的に依存するパルス圧縮器により圧縮して多重化変調圧縮パルス列を発生させ、多重化変調圧縮パルス列を少なくとも２つの別の変調器によりデマルチプレクシングして該パルス列に含まれる少なくとも２つの圧縮変調パルスを選択分離し、選択分離した少なくとも２つの圧縮変調パルスを伝播時間が変調パルスを構成する電磁波の周波数に線形的に依存するパルスデコンプレッサーによりデコンプレッシングすることを特徴とするルーターが提供される。
【００１１】
別の変調パルスは、遅延手段により遅延させるのが好ましい。
【００１２】
チャープは線形であるのが好ましい。
【００１３】
連続変化するデータはパケットデータであるのが好ましい。
【００１４】
パルス圧縮器は伝播媒体、例えば光ファイバーであるのが好ましい。あるいは、パルス圧縮器は分散性ファイバー格子でもよい。
【００１５】
伝播媒体は分散特性が制御されているのが好ましい。
【００１６】
変調パルスは進み端部と遅れ端部とを有し、遅れ端部は変調パルスの進み端部より早く進行するように構成されているのが好ましい。伝播媒体の特性は、この媒体から出る変調パルスの遅れ端部が、変調パルスが媒体内に送り込まれた時よりも変調パルスの進み端部に近くなるようなものであるのがさらに好ましい。
【００１７】
電磁波発生源はレーザーであるのが好ましい。
【００１８】
従って、上述した如何なる欠点も有さない光パケット圧縮を行うことが可能である。
【００２１】
本発明の第２の局面によると、持続時間がデータのパケット長に対応するチャープを有する電磁波パルスを発生できるコーヒーレントな電磁波発生源を用意し、電磁波パルスをパケットデータで変調して変調パルスを形成し、変調パルスを別の変調パルスと線形的に結合して多重化変調パルス列を発生させ、多重化変調パルス列を伝播時間が変調パルスを構成する電磁波の周波数に線形的に依存するパルス圧縮器により圧縮して多重化変調圧縮パルス列を発生させ、多重化変調圧縮パルス列をデマルチプレクシングして該パルス列に含まれる圧縮変調パルスを選択分離し、選択分離した少なくとも２つの圧縮変調パルスを伝播時間が変調パルスを構成する電磁波の周波数に線形的に依存するパルスデコンプレッサーによりデコンプレッシングするステップより成るルーターにおけるデータ処理方法が提供される。
【００２２】
この方法はさらに、変調パルスを線形的に結合する前に、別の変調パルスを遅延させるステップを含んでもよい。
【００２３】
本発明の少なくとも１つの実施例を、添付図面を参照して例示的に説明する。
【００２４】
以下の説明を通して、光領域、特に、電磁波スペクトルの光領域の光について言及する。「電磁波スペクトルの光領域」は、電磁波スペクトルの赤外線領域の周波数領域を含むものと理解されたい。
【００２５】
図２を参照して、ルーター２００は、複数の入力チャンネルと複数の出力チャンネルとを有する。しかしながら、下記の例では、説明を簡潔且つ簡明にするために、ルーター２００の２個の入力チャンネル及び２個の出力チャンネルについてのみ説明する。
【００２６】
ルーター２００は、第１の入力光ファイバー２０４が第１の入力受信機トランスデューサー２０６の入力端子と結合された第１の入力チャンネル２０２を有する。同様に、ルーター２００は、第２の入力光ファイバー２１０が第２の入力受信機トランスデューサー２１２と結合された第２の入力チャンネル２０８を有する。これら第１及び第２の入力受信機トランスデューサー２０６、２１２は、共に１０Ｇｂ／秒の電気的接続手段により入力バッファー２１４に結合されている。入力バッファー２１４は、電気的データバスにより変調器コントローラー２１６に結合され、変調器コントローラー２１６はそれぞれ１０Ｇｂ／秒の電気的接続手段により第１の変調器２１８及び第２の変調器２２０に結合されている。入力バッファー２１４と変調器コントローラー２１６とは、共にアービトレイション／プライオリタイゼーション論理ユニット２２２に結合されている。クロックユニット２２４は、１０Ｇｂ／秒の電気的接続手段によりアービトレイション／プライオリタイゼーション論理ユニット２２２に結合され、クロックユニット２２４はまた、１０Ｇｂ／秒の電気的接続手段によりパルスチャープレーザー２２６に接続されている。パルスチャープレーザー２２６は、光ファイバースプリッター及び１０Ｇｂ／秒の光接続手段により第１の変調器２１８及び第２の変調器２２０に結合されている。
【００２７】
第１の変調器２１８は、１０Ｇｂ／秒の光接続手段により３ｄＢカプラー２３２に結合されている。第２の変調器２２０は、１０Ｇｂ／秒の光接続手段により、例えば所定長さの光ファイバーのような遅延ユニット２３４に結合され、この遅延ユニット２３４は、１０Ｇｂ／秒の光接続手段により３ｄＢカプラー２３２に結合されている。３ｄＢカプラー２３２は、１．２８Ｔ／秒の光接続手段によりファイバー圧縮器２２８に結合されている。ファイバー圧縮器２２８は、例えば分散特性が制御された光ファイバーのような伝送媒体であり、ファイバー圧縮器２２８の伝播速度が伝播する電磁波の周波数に線形的に依存する。ファイバー圧縮器２２８の第１の出力端子及び第２の出力端子は、共に１．２８Ｔｂ／秒の光接続手段により、それぞれ第１の出力変調器２３６及び第２の出力変調器２３８に結合されている。第１の出力変調器２３６及び第２の出力変調器２３８は、共に１０Ｇｂ／秒の電気的接続手段により、デマルチプレクサーコントローラー２４０に結合されており、このデマルチプレクサーコントローラー２４０は、電気的データバスによりアービトレイション／プライオリタイゼーション論理ユニット２２２に結合されている。
【００２８】
第１及び第２の出力変調器２３６、２３８並びにデマルチプレクサーコントローラー２４０は、協働して、第１及び第２の出力変調器２３６、２３８が対応する出力チャンネルに向けられた圧縮パケットを選択する。通常、この選択は、変調器２３６、２３８を「オフ」状態にセットすることにより行われる。変調器２３６、２３８は、「オフ」状態で、入力信号を減衰させる。特定のチャンネルに向けられたパケットが（カプラー２３２と変調器２３６及び２３８との間の光ファイバーの遅延時間を考慮して）カプラー２３２を丁度出ようとする時、特定の出力チャンネルに対応する変調器２３６、２３８は「オン」状態にセットされるため、圧縮パケットは、それが向けられた出力チャンネルに対応する変調器２３６、２３８を通過する。変調器２３６、２３８はまた、必要な圧縮パケットを減衰させるのではなくて分岐させるように動作することもできる。
【００２９】
第１の出力変調器２３６は、１．２８Ｔ／秒の光接続手段によりファイバーデコンプレッサー２４２に結合されている。第２の出力変調器２３８は、１．２８Ｔｂ／秒の光接続手段により第２のファイバーデコンプレッサー２４４に結合されている。第１のファイバーデコンプレッサー２４２は、１０Ｇｂ／秒の光接続手段により第１の出力受信機トランスデューサー２４６に結合され、第２のファイバーデコンプレッサー２４４は１０Ｇｂ／秒の光接続手段により第２の出力受信機トランスデューサー２４８に結合されている。第１及び第２の出力受信機トランスデューサー２４６、２４８は、共に１０Ｇｂ／秒の電気的接続手段により出力バッファー２５０に結合され、この出力バッファー２５０は電気的データバスによりアービトレイション／プライオリタイゼーション論理ユニット２２２に結合されている。
【００３０】
バッファー２５０の第１の出力端子は、第１の出力光ファイバー２５８により第１の出力チャンネル２５６上でデータを前方向に伝送するために、第１の出力送信機トランスデューサー２５４に結合されている。同様に、バッファー２５０の第２の出力端子は、第２の出力光ファイバー２６４により第２の出力チャンネル２６２上でデータを前方向に伝送するために、第２の出力送信機トランスデューサー２６０に結合されている。
【００３１】
図３を参照して動作を説明すると、ステップ３００において、レーザー２２６は、データのパケット長に対応する持続時間と、線形チャープ（即ち、図４（ａ）に示すように、光の周波数がパルスの間、時間と共に増加（または減少）する）とを有するパルスを発生する。ステップ３０２において、データのパケットは、第１及び第２の入力チャンネル２０２、２０８で受信されるデータに対応する第１及び第２の入力受信機トランスデューサー２０６、２１２が受信する。第１及び第２の入力受信機トランスデューサー２０６、２１２が受信するデータ（ステップ３０２）は、バッファリングのために入力バッファー２１４へ転送される（ステップ３０４）。その後、バッファリング済みのデータは、第１及び第２の変調器２１８、２２０による変調を受けるために変調器コントローラー２１６へ送られ（ステップ３０６）、第１の変調器２１８は第１の入力チャンネル２０２上で受信したパケットデータを、また第２の変調器２２０は第２の入力チャンネル２０８で受信したパケットデータを変調する。
【００３２】
図４（ｂ）を参照して、振幅対時間のグラフは、チャープレーザーパルス上で変調されたデータの一例を示すが、周波数の時間による変化は実質的に同じである。
【００３３】
データパルスの多重化を容易にするために、遅延量Δ1が導入される（ステップ３０８）。各変調データパルスに導入される遅延量は、変調データパルスを多重化可能にするために、変調データパルスが対応する入力チャンネルに応じて変化することに注意されたい。第１の変調器２１８が発生する変調データパルスと、第２の変調器２２２及び遅延ユニット２３４からの遅延変調データパルスとが３ｄＢカプラー２３２により多重化されると（ステップ３１０）、多重化変調パルス列が形成される。図４（ｃ）を参照して、多重化データパルスが加算される結果、変調データパルスの出力は時間と共に増加することがわかる。
【００３４】
３ｄＢカプラー２３２からの多重化変調データパルスはその後、圧縮器ユニット２２８により圧縮される（ステップ３１２）。図４（ｄ）は圧縮された多重化変調パルスの一例を示すが、振幅と周波数とが共に時間に対して圧縮されていることがわかる。
【００３５】
圧縮器ユニット２２８を用いると、圧縮器ユニット２２８を通過するパルスの後端部がそれぞれのパルスを前端部よりも早く進んで、前端部に追い付く、従って、圧縮多重化変調データパルスは、時間について実質的に圧縮された状態で圧縮器ユニット２２８を出る。
【００３６】
圧縮器ユニット２２８が発生する多重化圧縮変調パルス列は、デマルチプレクシングのために、細分化されて、第１の出力変調器２３６及び第２の出力変調器２３８へ送られる（ステップ３１４）。
【００３７】
この例では、データのパケットは１２８倍圧縮されて、データレートが１．２８Ｔｂ／秒となる。そのため、例えば、１０Ｇｂ／秒（持続時間は１０ナノ秒）で１００ビットを含むパケットは、１．２８Ｔｂ／秒のビット速度に圧縮されるため、パケット持続時間が０．０８ナノ秒となる。３ｄＢカプラー２３２が発生するデータの流れは、１．２８Ｔｂ／秒のデータ速度を有する。
【００３８】
第１の出力変調器２３６及び第２の出力変調器２３８は、デマルチプレクサーコントローラー２４０の制御下で、１．２８Ｔｂ／秒のデータの流れをデマルチプレクシングする（ステップ３１４）（図４（ｅ）を参照）。デマルチプレクサーコントローラー２４０は、各出力変調器が対応する出力チャンネルに向けられたデータのパケットが確実に選択されるようにする。従って、第１の出力変調器２３６は、第１の出力チャンネル２５６に向けられたパケットを選択し、第２の出力変調器２３２は、第２の出力チャンネル２６２に向けられたパケットを選択する。第１の出力変調器２３６は、圧縮されデマルチプレクシングされた第１のパルスを発生して、第１のファイバーデコンプレッサー２４２へ送る。同様に、第２の出力変調器２３８は、圧縮されデマルチプレクシングされた第２のパルスを発生して、第２のファイバーデコンプレッサー２４４へ送る。第１及び第２のファイバーデコンプレッサー２４２、２４４はそれぞれ、圧縮されデマルチプレクシングされた第１のパルスと、圧縮されデマルチプレクシングされた第２のパルスとをデコンプレクシングする（ステップ３１６）。第１のデコンプレッサー２４２が発生するデマルチプレクシングされデコンプレクシングされたパルスは、第１の出力受信機トランスデューサー２４６が受信し、第２のデマルチプレクシングされデコンプレクシングされた信号は、第２の出力受信機トランスデューサー２４８が受信する（ステップ３１８）。第１及び第２の出力受信機トランスデューサー２４６、２４８は、受信した光信号を１０Ｇｂ／秒の電気信号に変換する。第１及び第２の出力受信機トランスデューサー２４６、２４８が発生する信号は、それぞれ、第１の出力送信機トランスデューサー２５４及び第２の出力送信機トランスデューサー２６０に送られる前に、出力バッファー２５０によるバッファリングを受ける（ステップ３２０）。
【００３９】
第１の出力送信機トランスデューサー２５４は、第１の出力チャンネル２５６に向けられた受信電気信号を１０Ｇｂ／秒の光信号に変換して送信する（ステップ３２２）。同様に、第２の出力送信機トランスデューサー２３０は、第２の出力チャンネル２６２に向けられた電気信号を１０Ｇｂ／秒の光信号に変換して送信する（ステップ３２２）。
【００４０】
この例では、ビット毎にデータの径路を選択する代わりに、パケット毎にデータの径路を選択する。その結果、デマルチプレクサーコントローラー２４０は、変調器２３６、２３８と共に、ビットでなくてパケットを、即ち、この例では０．８ｐｓでなくて０．８ｎｓの長さのパケットを選択すればよいため、復調技術は非常に低い性能のものでよく、変調器２３６、２３８の制御は、１．２８Ｔｂ／秒の光クロックを使用せずに電気的領域で行うことができる。
【００４１】
上述の例は光交換の分野に関連して説明したが、圧縮された光信号を電気的領域に変換するのは容易であるため、低速の変調器により、低速の変調器自体で発生可能なよりも高速（広い帯域幅）で信号を発生することが可能となる。
【００４２】
さらに、上述の圧縮技術は光領域に関するものであるが、光ファイバーを伝播する電磁波スペクトルの光範囲外の他の電磁波を用いることも考えられる。しかしながら、もちろん、光ファイバー以外の分散媒体、例えば、マイクロ波周波数の導波管を用いる必要がある。かかる技術は、音波への利用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、公知のＴＤＭルーターアーキテクチャーを示す。
【図２】  図２は、本発明の一実施例によるデータ圧縮装置を用いたルーターの概略図である。
【図３】  図３は、図２のルーターの動作を示す流れ図である。
【図４】  図４は、図２の装置に存在する信号の振幅対時間及び周波数対時間の関係を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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