用于在基于硅光子的交換機(jī)矩陣中的串音和功率優(yōu)化的方法
【專利說明】用于在基于硅光子的交換機(jī)矩陣中的串音和功率優(yōu)化的方法
相關(guān)申請(qǐng)案交叉申請(qǐng)
[0001]本發(fā)明要求2013年5月I日遞交的發(fā)明名稱為“用于在基于硅光子的交換機(jī)矩陣中的串音和功率優(yōu)化的方法(Method for Crosstalk and Power Optimizat1n inSilicon Photonic Based Switch Matrices) ” 的第 61/818，296 號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案的在先申請(qǐng)優(yōu)先權(quán)，且要求2013年9月4日遞交的發(fā)明名稱為“用于在基于硅光子的交換機(jī)矩陣中的串音和功率優(yōu)化的方法(Method for Crosstalk and Power Optimizat1n inSilicon Photonic Based Switch Matrices) ” 的第 14/018，273 號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)案的在先申請(qǐng)優(yōu)先權(quán)，所述在先申請(qǐng)的內(nèi)容如同全文復(fù)制一樣以引入的方式并入本文本中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及光子集成電路(PIC)，且在特定實(shí)施例中，涉及用于在基于硅光子的交換機(jī)中的串音和功率優(yōu)化的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]現(xiàn)代的光網(wǎng)絡(luò)可以使用NXN光子交換結(jié)構(gòu)來使在中心局和其它網(wǎng)絡(luò)交換位置中的輸入和輸出互連。NXN光子交換結(jié)構(gòu)可以包含多個(gè)無源娃光子單兀。舉例來說，8X8光子交換機(jī)可以包含總共112個(gè)I X 2光子單元，其中所述光子單元的一半是I X 2且另一半是2X1。實(shí)際上，光子單元顯示出非理想性能，使得信號(hào)的至少一部分泄漏到未選定的輸出。例如，在具有“條形”配置(例如，輸入-1連接到輸出-1)的1X2光子單元中，信號(hào)的至少一部分將在輸出上-2泄漏。同樣地，在具有“交叉”配置(例如，輸入-1連接到輸出-2)的1X2光子單元中，信號(hào)的至少一部分將在輸出-1上泄漏。信號(hào)泄漏的程度可以取決于光子單元的消光比，其中具有高消光比的光子單元顯示出比具有低消光比的光子單元更少的泄漏。在個(gè)別光子單元上的信號(hào)泄漏在整個(gè)交換機(jī)結(jié)構(gòu)上累積且最終導(dǎo)致在NXN光子交換機(jī)中的各輸出端口之中的串音噪聲，所述串音噪聲降低了網(wǎng)絡(luò)性能。因此，需要用于減少在NXN光子交換機(jī)中的串音的技術(shù)和機(jī)制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]通過本發(fā)明的實(shí)施例總體上實(shí)現(xiàn)各技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，所述實(shí)施例描述用于在基于硅光子的交換機(jī)中的串音和功率優(yōu)化的方法。
[0005]根據(jù)實(shí)施例，提供一種用于減少串音的方法。在此實(shí)例中，所述方法包含建立在光子交換結(jié)構(gòu)的輸入端口與輸出端口之間的活動(dòng)連接。所述光子交換結(jié)構(gòu)由多個(gè)光子單元組成。建立活動(dòng)連接包括激活在多個(gè)光子單元中沿著活動(dòng)連接的連接路徑定位的光子單元。所述方法進(jìn)一步包含通過激活在多個(gè)光子單元中的至少一些未使用的光子單元來抑制在光子交換結(jié)構(gòu)中的串音。未使用的光子單元排除在活動(dòng)連接的連接路徑之外。還提供一種用于執(zhí)行此方法的裝置。
[0006]根據(jù)實(shí)施例，提供一種光子交換結(jié)構(gòu)。在此實(shí)例中，光子交換結(jié)構(gòu)包含多個(gè)輸入端口、多個(gè)輸出端口、親合在輸入端口與輸出端口之間的多個(gè)光子單元。所述光子交換結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包含控制面，所述控制面用于根據(jù)連接映射通過進(jìn)行以下操作來配置光子交換結(jié)構(gòu):激活在多個(gè)光子單元中的已使用的光子單元以建立在輸入端口與輸出端口之間的活動(dòng)連接，以及激活在多個(gè)光子單元中的至少一些未使用的光子單元以抑制串音在光子交換結(jié)構(gòu)上的傳播。
[0007]根據(jù)另一實(shí)施例，提供一種用于確定空閑信元的交換配置以抑制在光子交換結(jié)構(gòu)中的串音的方法。在此實(shí)例中，所述方法包含確認(rèn)NXN光子交換網(wǎng)絡(luò)的連接映射。NXN光子交換網(wǎng)絡(luò)包含輸入端口、輸出端口以及多個(gè)光子單元(PE)。多個(gè)PE經(jīng)安排以形成耦合到輸入端口的第一列PE、親合到輸出端口的最后一列PE、以及定位在第一列PE與最后一列PE之間的多個(gè)N/2XN/2交換模塊。所述方法進(jìn)一步包含根據(jù)遞歸算法確定用于NXN光子交換網(wǎng)絡(luò)的串音抑制映射。所述遞歸算法需要在確定用于N/2XN/2交換模塊的最內(nèi)列中的空閑PE的交換配置之前確定用于N/2XN/2交換模塊的最外列中的空閑PE的交換配置。
【附圖說明】
[0008]為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在參考下文結(jié)合附圖進(jìn)行的描述，其中:
[0009]圖1A圖示在條形配置中的實(shí)施例光子單元的圖式；
[0010]圖1B圖示在交叉配置中的實(shí)施例光子單元的圖式；
[0011]圖2A到2B圖示光子交換結(jié)構(gòu)的圖式；
[0012]圖3圖示實(shí)施例光子交換結(jié)構(gòu)的圖式；
[0013]圖4圖示Benes網(wǎng)絡(luò)的遞歸構(gòu)造的圖式；
[0014]圖5圖示擴(kuò)張型榕樹架構(gòu)的圖式；
[0015]圖6圖示擴(kuò)張型榕樹架構(gòu)的最大串音的圖式；
[0016]圖7A到7B圖示對(duì)于給定連接映射的串音優(yōu)化的圖式；
[0017]圖8圖示描繪串音單元的直方圖的圖；
[0018]圖9圖示描繪總體功耗的圖；
[0019]圖10圖示描繪用于串音優(yōu)化的各種串音分布的表；
[0020]圖11圖示描繪優(yōu)化方法以及相關(guān)聯(lián)的平均串音分布和功耗的表；
[0021]圖12圖示用于硅光子電路的8X8路由和選擇交換機(jī)的圖式；
[0022]圖13A到13B圖示實(shí)施例8X8光子交換網(wǎng)絡(luò)的圖式；
[0023]圖14圖示4X4光子交換子網(wǎng)的對(duì)稱性質(zhì)的圖式；
[0024]圖15圖示用于4X4光子交換子網(wǎng)的實(shí)施例交換配置的圖式；
[0025]圖16A到16D圖示用于4X4光子交換子網(wǎng)的另外的實(shí)施例交換配置的圖式；
[0026]圖17A到17P圖示用于4X4光子交換子網(wǎng)的又另外的實(shí)施例交換配置的圖式；
[0027]圖18A到18L圖示用于4X4光子交換子網(wǎng)的又另外的實(shí)施例交換配置的圖式；
[0028]圖19A到19H圖示用于2X2光子交換子網(wǎng)的實(shí)施例交換配置的圖式；
[0029]圖20圖示針對(duì)不同的聲交換架構(gòu)和不同水平的單元串音的串音懲罰值的圖；
[0030]圖21圖示用于執(zhí)行本發(fā)明的各方面的實(shí)施例設(shè)備的圖式；以及
[0031]圖22圖示用于執(zhí)行本發(fā)明的各方面的實(shí)施例處理系統(tǒng)的圖式。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下文將詳細(xì)論述本發(fā)明實(shí)施例的制作和使用。然而，應(yīng)了解，本發(fā)明提供可在各種具體上下文中體現(xiàn)的許多適用的發(fā)明性概念。所論述的具體實(shí)施例僅僅說明用以實(shí)施和使用本發(fā)明的具體方式，而不限制本發(fā)明的范圍。
[0033]光子單元取決于是否供應(yīng)了功率信號(hào)而以或者有源(即，供電)模式或者無源(即，未供電)模式操作。在有源模式中，通過運(yùn)營(yíng)商選擇光子單元的交換配置以確定將哪個(gè)輸出連接到輸入。在無源狀態(tài)中，交換配置并不由運(yùn)營(yíng)商確定，而是替代地取決于環(huán)境條件(例如，溫度、時(shí)間等)和/或光子單元的特性而改變。常規(guī)的光子交換結(jié)構(gòu)用于僅向建立連接所需的那些光子單元供應(yīng)功率信號(hào)，這允許排除在活動(dòng)連接之外的光子單元出于節(jié)約功率的目的而保持無源。然而，無源光子單元仍然存在于交叉或條形配置中，且因此在交換結(jié)構(gòu)內(nèi)形成非活動(dòng)連接。這些非活動(dòng)連接允許串音傳播到輸出端口，由此產(chǎn)生在輸出信號(hào)中的噪聲且減小信號(hào)功率與噪聲功率的比值。
[0034]本發(fā)明的各方面通過以抑制串音在交換結(jié)構(gòu)上的傳播的方式激活選定的未使用的光子單元以便操縱非活動(dòng)連接來抑制在光子交換結(jié)構(gòu)中的串音。更確切地說，可以將未使用的光子單元設(shè)定成交叉或條形配置以阻止一階和二階串音傳播到輸出端口，由此減少在輸出信號(hào)中的噪聲。在一些實(shí)施例中，可以激活所有未使用的單元以便使串音抑制最大化。在其它實(shí)施例中，可以激活少于所有未使用的單元的未使用單元以實(shí)現(xiàn)在串音抑制和能量節(jié)約之間的平衡。在一些實(shí)施例中，光子交換機(jī)架構(gòu)用于將預(yù)定模式的串音抑制(例如，經(jīng)激活未使用信元的模式)用于各種交換配置。在一些實(shí)施例中，可以存在用于每個(gè)配置的多個(gè)模式以便實(shí)現(xiàn)不同水平的串音抑制和功耗。本文中所描述的串音抑制技術(shù)允許光子交換機(jī)用于各種網(wǎng)絡(luò)和/或噪聲條件。另外，本發(fā)明的串音抑制技術(shù)提供在光子單元的制造和/或獲取中的增加的靈活性，因?yàn)榘^低質(zhì)量光子單元(例如，具有低信噪比(SNR)或低消光比的光子單元)的交換結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)與使用更加難以制造的較高質(zhì)量光子單元的那些交換結(jié)構(gòu)相似的性能。本發(fā)明的各方面進(jìn)一步提供用于確定用于在NXN架構(gòu)中的各種連接映射的串音抑制映射的遞歸算法。
[0035]光子單元以多種配置出現(xiàn)，包含1X2和2X2配置。本文中所包含的描述論述主要在1X2配置的情形下的光子單元。然而，本發(fā)明的各方面是可延伸到其它光子單元配置的，包含(但不限于)2X2配置。光子單元可以呈或者條形或者交叉配置。圖1A圖示包括條形配置的光子單元110，其中輸入端口(輸入-1)連接到第一輸出端口(輸出-1)，而圖1B圖示包括交叉配置的光子單元120，其中輸入端口(輸入-1)連接到