JP5722252B2 - 光パケットスイッチ装置および信号処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、光信号に情報を付加した信号である光パケット信号の経路を切り替える光パケットスイッチ装置および信号処理方法に関する。

２×２スイッチを多段接続し、各スイッチで光信号のＯＮ／ＯＦＦを行うことでマルチキャスト制御を実現可能な、ブロードキャスト＆セレクト型の光パケットスイッチが提案されている（特許文献１参照）。

しかし、ブロードキャスト＆セレクト型の光パケットスイッチは、Ｎの２乗に比例して制御端子数が増えるため、スイッチ制御を行うドライバの制御が複雑となり、多くのハードリソースを必要とする問題があった。

これに対して、複数の波長可変光源と波長合分波器を利用して、ポートごとに波長を割り当て、多元接続する波長選択型の光スイッチが提案されている（特許文献２参照）。

このように、波長選択型光スイッチは、複数の波長可変光源が送信する各光信号の波長を切り替えることで、各光信号が出力されるポートを切り替えることができる。この波長スイッチを用いてマルチキャスト制御を行えば、制御端子数の少ないＮ×Ｎの大規模な光パケットスイッチを実現可能と考えられる。

例えば、Ｎ×Ｎ波長フィルタを２つ用いて外部変調器における多波長一括変調により、波長スイッチを用いたマルチキャスト制御が可能となる。図８は関連する光パケットスイッチ装置の一例を示すブロック図である。図８に示すように、光パケットスイッチ装置は、Ｎ個の波長可変光源９０から入力される光信号を合波するＮ×Ｎ波長フィルタ９１と、Ｎ×Ｎ波長フィルタ９１から入力される光信号を変調して出力する変調器９５−１〜９５−Ｎと、変調器９５−１〜９５−Ｎから入力される光信号を分波してＮ個の出力ポートから出力するＮ×Ｎ波長フィルタ９３とを有する。

特開平８−３６１９５号公報 特開平５−２４４６４９号公報

図８に示した光パケットスイッチ装置では、１つの変調器にマルチキャストポート数分の光源の出力パワーが集中してしまうので、波長多重時のパワーが変調器の最大受光感度以下になるようにマルチキャスト数が制限される。そのため、変調器での最大受光感度に依存せずにマルチキャスト数を増やすことができないという問題がある。

一方、変調器の後段に光アンプを設け、光源の出力パワーを下げることで、上記の課題を解決することも可能であるが、光アンプによりＳＮ比（signal- to- noise ratio）が悪化し、受光器においてエラー発生率が高くなってしまう。

本発明は上述したような技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、変調器の最大受光感度に依存することなくマルチキャスト数を増加させることを可能にした光パケットスイッチ装置および信号処理方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の光パケットスイッチ装置は、
Ｍを２以上の自然数としたとき、Ｍ個の変調器と、
前記Ｍ個の変調器の入力側に接続され、入力ポートに入力される光信号を波長に対応して分波し、分波した光信号を前記Ｍ個の変調器に分散させて出力する１入力Ｍ出力の第１の波長フィルタと、
前記Ｍ個の変調器の出力側に接続され、該Ｍ個の変調器から入力される光信号を合波して出力するＭ入力１出力の第２の波長フィルタと、
を有する構成である。

また、本発明の信号処理方法は、複数の変調器を有する光パケットスイッチ装置よる信号処理方法であって、
外部から１つの入力ポートに入力される光信号を波長に対応して分波し、
分波した光信号を前記複数の変調器に分散して変調させ、
前記複数の変調器で変調された光信号を合波して出力するものである。

本発明によれば、多波長一括変調により光マルチキャストを行う場合でも、変調器での最大受光感度に依存することなく、マルチキャスト数を増加させることができる。

本実施形態の光パケットスイッチ装置の構成例を示すブロック図である。 実施例１の光パケットスイッチ装置の構成例を示すブロック図である。 実施例１の光パケットスイッチ装置の動作を説明するための図である。 実施例１の光パケットスイッチ装置の動作手順を示すフローチャートである。 実施例２の光パケットスイッチ装置の構成例を示すブロック図である。 波長可変光源が発生する光信号の波長帯の一例を示す表である。 実施例２の光パケットスイッチ装置の動作を説明するための図である。 関連する光パケットスイッチ装置の一例を示すブロック図である。

本実施形態の光パケットスイッチ装置の構成を説明する。図１は本実施形態の光パケットスイッチ装置の構成例を示すブロック図である。

図１に示すように、光パケットスイッチ装置は、Ｍ個の変調器５−１〜５−Ｍと、変調器５−１〜５−Ｍの入力側に接続される１×Ｍ波長フィルタ１と、変調器５−１〜５−Ｍの出力側に接続されるＭ×１波長フィルタ３とを有する構成である。ただし、Ｍは２以上の自然数である。

１×Ｍ波長フィルタ１は、入力ポート７に入力される光信号を波長の種類に対応して分波し、分波した光信号を変調器５−１〜５−Ｍに分散して出力する。Ｍ×１波長フィルタ３は、変調器５−１〜５−Ｍから入力される光信号を合波して出力ポート９から出力する。

本実施形態では、１入力ポートあたりにＭ個の変調器が設けられているため、１つの変調器に集中する光源のパワーを１／Ｍに分散させることが可能となる。Ｍ×１波長フィルタ３の出力側に、波長に対応して分波して異なる出力ポートに出力する装置が接続されていれば、多波長一括変調によるマルチキャストを実現することが可能となる。

本実施形態によれば、多波長一括変調により光マルチキャストを行う場合に、変調器での最大受光感度に依存することなく、マルチキャスト数を増加させることが可能となる。
以下に、本実施形態の光パケットスイッチ装置の実施例を説明する。

本実施例は、Ｎ種類の波長により、異なる出力ポートが決定される波長スイッチネットワークの前段に接続される波長スイッチである。本実施例では、上述したＭの値がＭ＝２の場合で説明する。

本実施例の光パケットスイッチ装置の構成を説明する。図２は本実施例の光パケットスイッチ装置の構成例を示すブロック図である。

図２に示すように、光パケットスイッチ装置は、Ｎ×１波長フィルタ２０と、１×２波長フィルタ１１と、２つの変調器１５ａ、１５ｂと、２×１波長フィルタ１３とを有する。２×１波長フィルタ１３の出力ポートは、Ｎ種類の波長により、異なる出力ポートが決定される波長スイッチネットワーク（不図示）に接続されている。

Ｎ×１波長フィルタ２０の入力側には、異なる波長を出力するＮ個の光源５０−１〜５０−Ｎのそれぞれが別々の入力ポートを介してＮ×１波長フィルタ２０に接続されている。Ｎ×１波長フィルタ２０は、Ｎ種の波長の光信号が入力されると、Ｎ種の波長の光信号を合波して１×２波長フィルタ１１に出力する。

Ｍは、（光源５０−１〜５０−Ｎの出力パワーの合計÷変調器での最大受光感度）で算出される値から小数点以下を無視した値であることが望ましい。

１×２波長フィルタ１１および２×１波長フィルタ１３は、入力される光信号の波長に対応して方路変更を行う。１×２波長フィルタ１１は、Ｎ×１波長フィルタ２０から入力される光信号を波長の種類毎の光信号に分波した後、Ｎ種の波長の光信号を均等に変調器１５ａ、１５ｂに分散して出力する。例えば、Ｎを偶数とし、Ｎ種の波長をλ１〜λＮとしたとき、１×２波長フィルタ１１は、λ１、λ３、・・・、λＮ−１の奇数番号の波長の光信号を変調器１５ａに出力し、λ２、λ４、・・・、λＮの偶数番号の波長の光信号を変調器１５ｂに出力する。

２×１波長フィルタ１３は、変調器１５ａ、１５ｂから入力される、変調後の光信号を合波して波長スイッチネットワーク（不図示）に出力する。１×２波長フィルタ１１および２×１波長フィルタ１３のそれぞれについて、入力ポートの番号をｉで表し、出力ポートの番号をｊで表すと、波長フィルタを経由して出力される光信号の波長は、λＭＯＤ（ｉ＋ｊ＋１，２）で表される。

変調器１５ａ、１５ｂのそれぞれは、カプラ４０を介して入力される変調信号にしたがって、１×２波長フィルタ１１から入力される光信号の強度および位相等のうち、少なくとも１つを変調して２×１波長フィルタ１３に出力する。

次に、本実施例の光パケットスイッチ装置の動作を説明する。図３は本実施例の光パケットスイッチ装置の動作を説明するための図であり、図４はその動作手順を示すフローチャートである。

光源５０−１が波長λ１の光信号を出力し、光源５０−２が波長λ２の光信号を出力し、・・・、光源５０−Ｎが波長λＮの光信号を出力する。Ｎ×１波長フィルタ２０は、λ１〜λＮの波長の光信号が光源５０−１〜５０−Ｎから入力されると、Ｎ種の波長の光信号を合波して１×２波長フィルタ１１に出力する。

１×２波長フィルタ１１は、Ｎ×１波長フィルタ２０から光信号が入力されると、光信号をλ１〜λＮの波長毎の光信号に分波し、λ１、λ３、・・・、λＮ−１の光信号を変調器１５ａに出力し、λ２、λ４、・・・、λＮの光信号を変調器１５ｂに出力する（ステップ１０１）。変調器１５ａ、１５ｂのそれぞれは、カプラ４０を介して入力される変調信号にしたがって、１×２波長フィルタ１１から入力される光信号を変調して２×１波長フィルタ１３に出力する（ステップ１０２）。２×１波長フィルタ１３は、変調された光信号が変調器１５ａ、１５ｂから入力されると、これらの光信号を合波して波長スイッチネットワーク（不図示）に出力する（ステップ１０３）。

本実施例では、１×２波長フィルタ１１により奇数番号の波長の光信号を変調器１５ａに入力させ、偶数番号の波長の光信号を変調器１５ｂに入力させることで、１つの変調器に集中する光源のパワーを分散させることが可能となる。本実施例では、２×１波長フィルタ１３から出力される波長多重信号が、波長に対応して異なる出力ポートが決定される波長スイッチネットワークに入力されるので、Ｎ×１波長フィルタの入力ポート数Ｎに依存されることなく、多波長一括変調によりブロードキャスト／マルチキャストを行うことが可能となる。

本実施例は、多波長一括変調によりブロードキャスト／マルチキャストを行うＮ入力Ｎ出力の波長スイッチの場合である。本実施例でも、Ｍ＝２の場合で説明する。

本実施例の光パケットスイッチ装置の構成を説明する。図５は本実施例の光パケットスイッチ装置の構成例を示すブロック図である。

図５に示すように、光パケットスイッチ装置は、Ｎ×Ｎ波長フィルタ２１と、Ｎ個の１×２波長フィルタ１１−１〜１１−Ｎと、１×２波長フィルタ１１−ｋ（ｋは１からＮの自然数）毎に接続される２つの変調器１５−ｋａ、１５−ｋｂと、変調器１５ａ−ｋａ、１５−ｋｂの出力側に接続された２×１波長フィルタ１３−ｋと、入力ポートＩＮ１〜ＩＮＮに２×１波長フィルタ１３−１〜１３−Ｎが接続されたＮ×Ｎ波長フィルタ２３とを有する。

また、図５に示すように、カプラ４１−１〜カプラ４１−Ｎが変調器１５−１ａ、１５−１ｂ〜変調器１５−Ｎａ、１５−Ｎｂに接続されている。外部から変調信号がカプラ４１−ｋを介して変調器１５ａ−ｋａ、１５−ｋｂに入力される。

実施例１を参照すると、本実施例の１×２波長フィルタ１１−ｋは１×２波長フィルタ１１と同様な構成であり、変調器１５−ｋａ、１５−ｋｂは変調器１５ａ、１５ｂと同様な構成であり、２×１波長フィルタ１３−ｋは２×１波長フィルタ１３と同様な構成であるため、ここでは、その詳細な説明を省略する。

Ｎ×Ｎ波長フィルタ２１の入力側には、Ｎ種の波長の光信号を出力する、Ｎ個の波長可変光源５１−１〜５１−Ｎのそれぞれが別々の入力ポートを介して接続されている。本実施例においても、説明の便宜上、Ｎを偶数とし、Ｎ種の波長をλ１〜λＮとする。図６は波長可変光源が発生する光信号の波長帯の一例を示す表である。図６では、波長可変光源５１−１〜５１−Ｎに対応して、発生する光信号の必要な波長帯を示している。

Ｍは、（光源５１−１〜５１−Ｎの出力パワーの合計÷変調器での最大受光感度）で算出される値から小数点以下を無視した値であることが望ましい。

Ｎ×Ｎ波長フィルタ２１、２３は、入力される光信号の波長に対応して方路変更を行う。入力ポートの番号をｉで表し、出力ポートの番号をｊで表すと、Ｎ×Ｎ波長フィルタ２１、２３を経由して出力される光信号の波長は、λＭＯＤ（ｉ＋ｊ，Ｎ）で表される。Ｎ×Ｎ波長フィルタ２１、２３は、例えば、Ｎ入力Ｎ出力の周回性アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Arrayed Waveguide Grating）である。

次に、本実施例の光パケットスイッチ装置の動作を説明する。図７は本実施例の光パケットスイッチ装置の動作を説明するための図である。ここでは、外部から変調信号がカプラ４１−Ｎに入力され、その変調信号にしたがって変調された光信号を出力ポートＯＵＴ１および出力ポートＯＵＴＮに２分岐して出力する場合とする。

波長可変光源５１−１、５１−Ｎのそれぞれが波長λ１〜λＮの光信号を出力する。Ｎ×Ｎ波長フィルタ２１は、波長可変光源５１−１、５１−Ｎのそれぞれから入力される光信号を１×２波長フィルタ１１−Ｎにルーティングする。

１×２波長フィルタ１１−Ｎ、変調器１５−Ｎａ、１５−Ｎｂ、および２×１波長フィルタ１３−Ｎは、実施例１と同様に、次のように動作する。

１×２波長フィルタ１１−Ｎは、Ｎ×Ｎ波長フィルタ２１から入力される光信号をλ１〜λＮの波長毎の光信号に分波し、λ１、λ３、・・・、λＮ−１の光信号を変調器１５−Ｎａに出力し、λ２、λ４、・・・、λＮの光信号を変調器１５−Ｎｂに出力する。変調器１５−Ｎａ、１５−Ｎｂのそれぞれは、カプラ４１−Ｎを介して入力される変調信号にしたがって、１×２波長フィルタ１１−Ｎから入力される光信号を変調して２×１波長フィルタ１３−Ｎに出力する。２×１波長フィルタ１３−Ｎは、変調後の光信号が変調器１５−Ｎａ、１５−Ｎｂから入力されると、これらの光信号を合波してＮ×Ｎ波長フィルタ２３に出力する。

Ｎ×Ｎ波長フィルタ２３は、２×１波長フィルタ１３−Ｎから入力ポートＩＮＮを介して入力される光信号を波長に対応して出力ポートＯＵＴ１および出力ポートＯＵＴＮにルーティングし、それらの出力ポートから波長λ１〜λＮの光信号を出力する。

図７では、波長可変光源５１−１から入力された波長λ１の光信号が変調器１５−Ｎａを介して出力ポートＯＵＴ１から出力されることを破線で示し、波長可変光源５１−Ｎから入力された波長λＮの光信号が変調器１５−Ｎｂを介して出力ポートＯＵＴＮから出力されることを一点鎖線で示している。外部から入力される変調信号がカプラ４１−１で分配され、変調器１５−Ｎａ、１５−Ｎｂのそれぞれに入力されることで、変調器１５−Ｎａ、１５−Ｎｂで同じように変調された光信号が出力ポートＯＵＴ１、ＯＵＴＮに２分岐して出力される。

本実施例では、Ｎ×Ｎ波長フィルタ２１のＮ個の出力ポートのそれぞれに１×２波長フィルタ１１を接続し、奇数番号の波長の光信号を変調器１５ａに入力させ、偶数番号の波長の光信号を変調器１５ｂに入力させる方路変更を行うことで、１つの変調器に集中する光源のパワーを分散させることが可能となる。Ｎ×Ｎ波長フィルタの入力ポート数Ｎに依存されることなく、多波長一括変調によりブロードキャスト／マルチキャストを行うことが可能となる。

上記実施例１および実施例２で説明したように、本実施形態によれば、多波長一括変調により光マルチキャストを行う場合に、変調器での最大受光感度に依存することなく、マルチキャスト数を増加させることができる。

１ １×Ｍ波長フィルタ
３ Ｍ×１波長フィルタ
５−１〜５−Ｍ 変調器
１１、１１−１〜１１−Ｎ １×２波長フィルタ
１３、１３−１〜１３−Ｎ ２×１波長フィルタ
１５ａ、１５ｂ、１５−１ａ〜１５−Ｎａ、１５−１ｂ〜１５−Ｎｂ 変調器
２０ Ｎ×１波長フィルタ
２１、２３ Ｎ×Ｎ波長フィルタ

Claims (3)

1. ＭおよびＮを２以上の自然数としたとき、
   Ｍ個の変調器と、
   前記Ｍ個の変調器の入力側に接続され、入力ポートに入力される光信号を波長に対応して分波し、分波した光信号を前記Ｍ個の変調器に分散させて出力する１入力Ｍ出力の第１の波長フィルタと、
   前記Ｍ個の変調器の出力側に接続され、該Ｍ個の変調器から入力される光信号を合波して出力するＭ入力１出力の第２の波長フィルタとの組み合わせがＮ個設けられ、
   Ｎ個の前記第１の波長フィルタの入力側に接続されるＮ入力Ｎ出力の第３の波長フィルタと、Ｎ個の前記第２の波長フィルタの出力側に接続されるＮ入力Ｎ出力の第４の波長フィルタと、
   を有し、
   前記第３の波長フィルタは、Ｎ個以下の入力ポート毎に入力されるＮ波長の光信号を合波して少なくとも１つの前記第１の波長フィルタに出力し、
   前記第４の波長フィルタは、少なくとも１つの前記第２の波長フィルタから入力される光信号をＮ個以下の出力ポートに分岐して出力する、光パケットスイッチ装置。
2. 請求項１に記載の光パケットスイッチ装置において、
   前記Ｍは、（前記第３の波長フィルタの入力側に接続される光源の出力パワーの合計÷前記変調器での最大受光感度）で算出される値から小数点以下を無視した値である、光パケットスイッチ装置。
3. 複数の変調器を有する光パケットスイッチ装置よる信号処理方法であって、
   ＭおよびＮを２以上の自然数としたとき、
   Ｍ個の変調器と、
   前記Ｍ個の変調器の入力側に接続され、入力ポートに入力される光信号を波長に対応して分波し、分波した光信号を前記Ｍ個の変調器に分散させて出力する１入力Ｍ出力の第１の波長フィルタと、
   前記Ｍ個の変調器の出力側に接続され、該Ｍ個の変調器から入力される光信号を合波して出力するＭ入力１出力の第２の波長フィルタとの組み合わせがＮ個設けられ、
   Ｎ個の前記第１の波長フィルタの入力側に接続されるＮ入力Ｎ出力の第３の波長フィルタと、Ｎ個の前記第２の波長フィルタの出力側に接続されるＮ入力Ｎ出力の第４の波長フィルタと、
   を有し、
   前記第３の波長フィルタは、Ｎ個以下の入力ポート毎に入力されるＮ波長の光信号を合波して少なくとも１つの前記第１の波長フィルタに出力し、
   前記第４の波長フィルタは、少なくとも１つの前記第２の波長フィルタから入力される光信号をＮ個以下の出力ポートに分岐して出力する、信号処理方法。

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