JP6634006B2

JP6634006B2 - 光信号処理装置

Info

Publication number: JP6634006B2
Application number: JP2016245552A
Authority: JP
Inventors: 慶太山口; 鈴木　賢哉; 賢哉鈴木; 光雅中島; 和則妹尾; 光貴河原; 明夫佐原; 光師福徳; 橋本　俊和; 俊和橋本; 宮本　裕; 宮本　　裕
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2016-12-19
Filing date: 2016-12-19
Publication date: 2020-01-22
Anticipated expiration: 2036-12-19
Also published as: JP2018101839A

Description

本発明は空間多重光通信に用いられる光スイッチを用いた光信号処理装置に関する。

近年のインターネットトラフィックの増大に伴い、光ネットワークの高スループット化に対する要求が拡大しつつある。このような背景のもと、空間分割多重（以下ＳＤＭ：ＳｐａｃｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）通信の研究開発が盛んに進められており、伝送容量の拡大に対する報告が光通信技術に関する学会で報告されている（非特許文献１）。

一方で、光ネットワークは２点間のＰｏｉｎｔ−ｔｏ−Ｐｏｉｎｔの波長分割多重（ＷＤＭ：ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）通信システムから、リング型やメッシュ型のネットワークへ研究開発が進んできた。ＳＤＭ通信においても、光ネットワークの実現が必要とされており、ＳＤＭネットワークに対応する光スイッチの実現が求められている。これまでにマルチコアファイバに内包されるＳＤＭ信号を一括して特定の方路にルーティングするジョイントスイッチング方式（非特許文献２）やＳＤＭ信号をＳＤＭ信号毎に異なる方路にスイッチングする方式（非特許文献３）の波長選択スイッチの報告がなされている。

T. Morioka， "New generation optical infrastructure technologies: ‘EXAT initiative’ towards 2020 and beyond，" in Proc. OECC (2009)， paper FT4 M. D. Feuer， L. E. Nelson， K. S. Abedin， X. Zhou， T. F. Taunay， J. F. Fini， B. Zhu， R. Isaac， R. Harel， G. Cohen， and D. M. Marom， "ROADM system for space division multiplexing with spatial superchannels，" in Proc. OFC/NFOEC (2013)， paper PDP5B.8. Kenya Suzuki， Mitsumasa Nakajima， Keita Yamaguchi， Goh Takashi， Yuichiro Ikuma， Kota Shikama， Yuzo Ishii， Mikitaka Itoh， Mitsunori Fukutoku， Toshikazu Hashimoto， Yutaka Miyamoto， "Wavelength Selective Switch for Multi-core Fiber Based Space Division Multiplexed Network with Core-by-core Switching Capability"， in Proc. OECC/PS 2016， WF1-2. Naru Nemoto， Yuichiro Ikuma， Kenya Suzuki， Osamu Moriwaki， Toshio Watanabe， Mikitaka Itoh， and Tetsuo Takahashi， "8 x 8 Wavelength Cross Connect with Add/Drop Ports Integrated in Spatial and Planar Optical Circuit，" Proc. ECOC2015， Tu.3.5.1， Valencia Spain， Setp. - Oct. 2015.

ＳＤＭネットワークにおける光スイッチの方式は図１に示すように分類される。図１（ａ）から（ｃ）はそれぞれＳＤＭネットワークにおける光スイッチの第１の方式、第２の方式、第３の方式を示している。

図１（ａ）の第１の方式は、非特許文献２に開示されたジョイントスイッチング方式である。図１（ｂ）の第２の方式は、非特許文献３に開示されており、入力ＳＤＭ信号を、入力と同一のＳＤＭチャネルであるが、異なる方路にルーティングする方式である。図１（ｃ）の第３の方式は、入力ＳＤＭ信号を、異なる方路の任意のＳＤＭチャネルにルーティングする方式である。

ＳＤＭネットワークにおいては、各ＳＤＭチャネルを個別に任意の方路にルーティングすることでネットワークのフレキシビリティが増大し、運用上の利点があるが、第１の方式であるジョイントスイッチング方式では、この利点を活かすことができなかった。また、第２の方式であるＳＤＭ信号毎に異なる方路にルーティングする方式では、ジョイントスイッチング方式に比べて柔軟性が向上するが、出力されるＳＤＭチャネルは入力側のＳＤＭチャネルと同じチャネルに限定されており、ＳＤＭの自由度は最大限利用されていなかった。

第三の方式であるＳＤＭ信号ごとに異なる方路の任意のＳＤＭチャネルに出力する方式では、ＳＤＭの自由度を最大限に利用することができるが、必要となるスイッチ規模が大きくなることが課題となる。たとえば、７つのコア（伝送路）を有するＭＣＦ（伝送路群）を使用し、接続先が８つのＭＣＦ（伝送路群）から選択する場合には、７入力５６出力のクロスコネクトスイッチという大規模なスイッチが必要となる。

本発明の課題は、小さい規模のスイッチを用いて、複数のＳＤＭチャネルを最大限の自由度で切り替える経路選択を実現する光信号処理装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、一実施形態に記載された発明は、互いに同じ方路を有する複数の伝送路を含む入力伝送路群と、互いに同じ方路を有する複数の伝送路をそれぞれに含む複数の出力伝送路群と、前記入力伝送路群の伝送路からの光信号を前記複数の出力伝送路群の任意の伝送路にルーティングする伝送路選択用光交換装置および伝送路群選択用光交換装置とを備え、前記伝送路選択用光交換装置は、前記光信号を、前記複数の出力伝送路群のそれぞれに含まれる複数の伝送路のうちのいずれの伝送路に接続するかを選択し、前記伝送路群選択用光交換装置は、前記光信号を、前記複数の出力伝送路群のうちのいずれの出力伝送路群に接続するかを選択することを特徴とする光信号処理装置である。

ＳＤＭネットワークにおける光スイッチの機能の分類を示す図である。実施形態１の光信号処理装置の概略構成を示す図である。実施形態２の光信号処理装置の概略構成を示す図である。実施形態２の光信号処理装置における出力ファイバの増設について説明する図である。実施形態２の光信号処理装置における出力ファイバの増設について説明する図である。実施形態３の光信号処理装置の概略構成を示す図である。実施形態４の光信号処理装置の概略構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。以下に示す実施形態においては、同一構成には同一番号を付し、重複する構成についてはその説明は省略する。また以下の実施形態における説明では、光入出力として複数のコアを内包するマルチコアファイバ（ＭＣＦ：伝送路群）を用いているが、必ずしもマルチコアファイバである必要はなく、複数の光ファイバを束ねたリボンファイバなどのマルチファイバ構成であっても構わない。以下の説明でのマルチコアファイバ（ＭＣＦ）における１本のファイバが、複数の光ファイバを１つに束ねた１つのリボンファイバに対応し、マルチコアファイバ（ＭＣＦ）を構成する各コアが、リボンファイバとして束ねられた各光ファイバに対応する。１本のマルチコアファイバ（ＭＣＦ）に内包された複数のコアは、同じ方路を有する（同じ方向に伝搬する）それぞれ別々の経路（伝送路：ＳＤＭチャネル）であり、１つのリボンファイバに束ねられた複数の光ファイバも、同じ方路を有するそれぞれ別々の経路である。本明細書では、１つのＭＣＦに内包されたコアや光ファイバは、同じ方路を有するが、２つ以上のＭＣＦに内包されたコアや光ファイバも、全て同じ方路を有する構成でも構わない。つまり、３つのＳＤＭチャネル（伝送路）を有するＭＣＦを２本用いて、同じ方路を有する６つのＳＤＭチャネル（伝送路）として扱うことも可能である。

（実施形態１）
図２は実施形態１の光信号処理装置の概略構成を示す図である。実施形態１の光信号処理装置は、図２に示すように、入力マルチコアファイバ（入力ＭＣＦ）１と、第１の光交換装置３と、第２の光交換装置５ａ、５ｂ、５ｃと、出力マルチコアファイバ（出力ＭＣＦ）９、１０、１１とを備えて構成される。光信号処理装置は、さらに、入力マルチコアファイバ１と第１の光交換装置３とを接続する接続経路２ａ、２ｂ、２ｃと、第１の光交換装置３と第２の光交換装置５ａ、５ｂ、５ｃとを接続する接続経路４ａ、４ｂ、４ｃと、第２の光交換装置５ａ、５ｂ、５ｃと出力マルチコアファイバ（出力ＭＣＦ）９、１０、１１とを接続する接続経路６ａ、６ｂ、６ｃ、７ａ、７ｂ、７ｃ、８ａ、８ｂ、８ｃとを備えている。

入力マルチコアファイバ１と出力マルチコアファイバ９、１０、１１とはそれぞれ、別々の伝送路となる複数のＳＤＭチャネルを有している。ＳＤＭチャネルは、各コアに形成される。すなわち、ＭＣＦ１、９、１０、１１は複数のＳＤＭチャネル（複数の伝送路）を有する伝送路群となる。

第１の光交換装置３は、多入力多出力のＮ１×Ｎ２の光スイッチで構成される。このＮ１×Ｎ２の光スイッチとしてはＯＸＣを用いることができる。第２の光交換装置５ａ、５ｂ、５ｃは、１入力多出力の１×Ｎ３の光スイッチで構成できる。ここでＮ１、Ｎ２、Ｎ３はそれぞれ１以上の整数である。この実施形態では、第１の光交換装置３がコア選択を行なう伝送路選択用光交換装置であり、第２の光交換装置５ａ、５ｂ、５ｃが方路選択を行なう伝送路群選択用光交換装置である。すなわち、図２に示す例では、第１の光交換装置３が出力ＭＣＦ９、１０、１１における各３つのコアのうちいずれのコアに出力するかの選択を行い、第２の光交換装置５ａは、複数の出力ＭＣＦ９、１０、１１のコア９ａ、１０ａ、１１ａのうち、いずれの出力ＭＣＦのものに出力するかの選択をし、第２の光交換装置５ｂは、複数の出力ＭＣＦ９、１０、１１のコア９ｂ、１０ｂ、１１ｂのうち、出力ＭＣＦのものに出力するかの選択をし、第２の光交換装置５ｃは、複数の出力ＭＣＦ９、１０、１１のコア９ｃ、１０ｃ、１１ｃのうち、出力ＭＣＦのものに出力するかの選択をする。

また、第１の光交換装置３と第２の光交換装置５ａ、５ｂ、５ｃとは、接続経路４ａ、４ｂ、４ｃに対応する複数のコアを有する１本のマルチコアファイバを用いて接続されていてもよい。

第１の光交換装置３と第２の光交換装置５ａ、５ｂ、５ｃとしては、波長選択性を有するものを用いることができる。例えば、第１の光交換装置３として、波長クロスコネクト（非特許文献４）を使用することができ、第２の光交換装置５ａ、５ｂ、５ｃとして、ＷＳＳ（ＷａｖｅＬｅｎｇｔｈＳｅｌｅｃｔｉｖｅＳｗｉｔｃｈ）を用いることができる。第１の光交換装置３と第２の光交換装置５ａ、５ｂ、５ｃとの少なくともいずれかとして波長選択性を有するものを用いることにより、波長多重（ＷＤＭ：ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）信号を波長ごとに異なる経路にルーティングすることができる。すなわち、ＳＤＭチャネルおよびＷＤＭチャネルのそれぞれにおけるスイッチングが実現可能である。

実施形態１では入力MCF1と第１の光交換装置３は接続経路２ａ、２ｂ、２ｃを用いて接続しているが、入力ＭＣＦ１と第１の光交換装置３とは直接接続してもよい。同様に、第２の光交換装置５ａ、５ｂ、５ｃと出力ＭＣＦ９、１０、１１とも直接接続してもよい。

また、空間多重方式伝送の方式として、マルチモードファイバ（MMF）を用いたモード多重を用いてもよい。その場合には、入力MCF1の代わりにMMF１を使用する。MMFと接続する場合は、入力MMF1と第１の光交換装置３の間に、もしくは第１の光交換装置３で各モードに分割する構成とすることができる。同様に、出力ＭＣＦ９、１０、１１の代わりにMMF９，１０，１１とし、MMF９，１０，１１と第２の光交換装置５ａ、５ｂ、５ｃの間、もしくは第２の光交換装置５ａ、５ｂ、５ｃで各モードをモード結合する構成とすることができる。

次に、実施形態１の光信号処理装置の動作について説明する。図２に示すように、入力マルチコアファイバ１に含まれる入力ＳＤＭチャネル１ａ、１ｂ、１ｃにより伝搬された光信号は、接続経路２ａ，２ｂ，２ｃを経由して、第１の光交換装置３に入力される。第１の光交換装置３は、各ＳＤＭチャネル１ａ、１ｂ、１ｃを任意の組み合わせでスイッチングし、接続経路群４に含まれる接続経路４ａ、４ｂ、４ｃにそれぞれ任意の組み合わせでルーティングする。このとき、第１の光交換装置３は、各ＭＣＦ９、１０、１１における各３つのコアのうちいずれのコアに出力するかの選択を行なう。

接続経路４ａ、４ｂ、４ｃを伝搬した光信号は第２の光交換装置５ａ、５ｂ、５ｃにそれぞれ入力される。第２の光交換装置５ａ、５ｂ、５ｃでは、入力された光信号は接続経路６ａ、６ｂ、６ｃ、７ａ、７ｂ、７ｃ、８ａ、８ｂ、８ｃのいずれかにルーティングされる。第２の光交換装置５ａは、接続経路６ａ、６ｂ、６ｃを介して出力マルチコアファイバ９、１０，１１のＳＤＭチャネル９ａ、１０ａ、１１ａのいずれかに接続する。第２の光交換装置５ｂは、接続経路７ａ、７ｂ、７ｃを介して出力マルチコアファイバ９，１０，１１の各ＳＤＭチャネル９ｂ、１０ｂ、１１ｂのいずれかに接続する。第２の光交換装置５ｃは、接続経路８ａ、８ｂ、８ｃを介して出力マルチコアファイバ９、１０、１１の各ＳＤＭチャネル９ｃ、１０ｃ、１１ｃのいずれかに接続する。

本実施形態の光信号処理装置によれば、入力ＳＤＭ信号を、異なる方路の任意のＳＤＭチャネルにルーティングする方式の光スイッチが、従来のクロスコネクトスイッチ単独でスイッチングする場合に比べて小さな規模のスイッチを用いて実現することができる。

（実施の形態２）
図３は実施形態２の光信号処理装置の概略構成を示す図である。実施形態２の光信号処理装置では、第１の光交換装置でコア選択をし、第２の光交換装置で方路選択をする構成であったが、実施形態２の光信号処理装置では、第１の光交換装置で方路選択をし、第２の光交換装置でコア選択をする構成である。すなわち、本実施形態では、第１の光交換装置が伝送路群選択用光交換装置であり、第２の光交換装置が伝送路選択用光交換装置である。その他の構成は実施形態１の光信号処理装置と同様の構成である。

実施形態２の光信号処理装置において、図３に示すように、入力マルチコアファイバ１に含まれる入力ＳＤＭチャネル１ａ、１ｂ、１ｃにより伝搬された光信号は、接続経路２ａ，２ｂ，２ｃを経由して、第１の光交換装置３に入力される。第１の光交換装置３は、各ＳＤＭチャネル１ａ、１ｂ、１ｃを任意の組み合わせでスイッチングし、接続経路群４に含まれる接続経路４ａ、４ｂ、４ｃにそれぞれ任意の組み合わせでルーティングする。接続経路４ａ、４ｂ、４ｃを伝搬した光信号は第２の光交換装置５ａ、５ｂ、５ｃにそれぞれ入力される。第２の光交換装置５ａ、５ｂ、５ｃでは、入力された光信号は接続経路６ａ、６ｂ、６ｃ、７ａ、７ｂ、７ｃ、８ａ、８ｂ、８ｃのいずれかにルーティングされる。接続経路６ａ、６ｂ、６ｃは出力マルチコアファイバ９の各ＳＤＭチャネル９ａ、９ｂ、９ｃへ、接続経路７ａ、７ｂ、７ｃは出力マルチコアファイバ１０の各ＳＤＭチャネル１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、接続経路８ａ、８ｂ、８ｃは出力マルチコアファイバ１１の各ＳＤＭチャネル１１ａ、１１ｂ、１１ｃへ接続される。

本実施形態の光信号処理装置では、出力ＭＣＦを後から増設することができる。本実施形態の光信号処理装置は、Ｐａｙａｓｙｏｕｇｒｏｗ（システムの規模が大きくなった時点で費用が発生する）の観点で優れている。光信号処理装置の出力方路は、出力ＭＣＦファイバ単位で第２の光交換装置から出力ＭＣＦまでの構成を増設するだけで、装置の規模を拡大することができる。すなわち、少ない初期投資で逐次アップグレードすることが可能になる。

例えば、初期状態では、それぞれのコア数が３である３本の出力ＭＣＦ９、１０、１１のみが設けられている場合でも、図４のように第１の光交換装置３として３入力４出力のものを用意しておくことで、後から出力ファイバ数を３→４に増やす場合には図５に示すように第２の光交換装置５ｄ、接続経路１２ａ、１２ｂ、１２ｃおよび出力ＭＣＦ１３を追加して設置するだけで増設することが可能となる。

（実施形態３）
図６は実施形態３に係る図である。実施形態１、２では、第２の光交換装置として、１入力多出力のスイッチが複数台必要であった。本実施形態では、複数台の１入力多出力のスイッチを図６のように集積した構成である。

本実施形態の光信号処理装置は、図６に示すように、複数の第２の光交換装置５ａ、５ｂ、５ｃは、光交換装置群５に集積される。光交換装置５としては、空間平面光回路（ＳＰＯＣ：ＳｐａｔｉａｌａｎｄＰｌａｎａｒＯｐｔｉｃａｌＣｉｒｃｕｉｔ）技術を用いた波長選択スイッチの多連化技術を適用することが可能である。ＳＰＯＣ技術を用いた波長選択スイッチとしては、たとえば、非特許文献３に開示される波長選択スイッチの多連化技術を適用してもよい。

本実施形態の光信号処理装置によれば、実施形態１、２の装置に比べて、さらに装置の小型化、部品点数の削減によるコスト抑制などができる。

（実施形態４）
図７は実施形態４の光信号処理装置の概略構成を示す図である。実施形態４は、実施形態１から３における、多入力多出力の第１の光交換装置と１入力多出力の第２の光交換装置との順列を入れ替えて、１入力多出力の第１の光交換装置と多入力多出力の第２の光交換装置を用いた例である。本実施形態では、第１の光交換装置が多重化された構成が例に挙げられているが、第１の光交換装置はそれぞれ別個に構成されていてもよい。

本実施形態の光信号処理装置は、図７に示すように、入力マルチコアファイバ１に含まれる入力ＳＤＭチャネル１ａ、１ｂ、１ｃにより伝搬された光信号は、接続経路１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを経由して、第１の光交換装置群１０５を構成する第１の光交換装置１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃに入力される。第１の光交換装置群１０５は、入力された光信号を出力する方路に対応する接続経路１０４ａ〜１０４ｉへとルーティングする。

各出力ＭＣＦ９、１０、１１には対応する第２の光交換装置１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃが設置されており、たとえば、出力ＭＣＦ９の方路には、第２の光交換装置１０３ａが設置され、その入力は第１の光交換装置１０５ａからの接続経路１０４ａ、第１の光交換装置１０５ｂからの接続経路１０４ｄ、第１の光交換装置１０５ｃからの接続経路１０４ｇが接続される。

また、第２の光交換装置１０３ａの出力はそれぞれ、出力ＭＣＦ９に内包されるＳＤＭチャネル（コア）９ａ、９ｂ、９ｃに接続される。出力ＭＣＦ１０、１１についても、図に示されるように、出力ＭＣＦ９と同様に、それぞれ、第２の光交換装置１０３ｂ、１０ｃに接続がなされる。

実施形態４の光信号処理装置を用いても、入力マルチコアファイバに含まれる任意のＳＤＭチャネルを、任意の出力マルチコアファイバの任意の出力ＳＤＭチャネルにルーティングすることが可能である。

１入力マルチコアファイバ（入力ＭＣＦ）
３第１の光交換装置
５ａ、５ｂ、５ｃ第２の光交換装置
９、１０、１１、１３出力マルチコアファイバ（出力ＭＣＦ）
２ａ、２ｂ、２ｃ、４ａ、４ｂ、４ｃ、６ａ、６ｂ、６ｃ、７ａ、７ｂ、７ｃ、８ａ、８ｂ、８ｃ、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１０４ａ〜１０４ｉ接続経路
１ａ、１ｂ、１ｃ入力ＳＤＭチャネル（コア）
９ａ、９ｂ、９ｃ、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ入力ＳＤＭチャネル（コア）

Claims

互いに同じ方路を有する複数の伝送路を含む入力伝送路群と、
互いに同じ方路を有する複数の伝送路をそれぞれに含む複数の出力伝送路群と、
前記入力伝送路群の伝送路からの光信号を前記複数の出力伝送路群の任意の伝送路にルーティングする伝送路選択用光交換装置および伝送路群選択用光交換装置とを備え、
前記伝送路選択用光交換装置は、前記光信号を、前記複数の出力伝送路群のそれぞれに含まれる複数の伝送路のうちのいずれの伝送路に接続するかを選択し、前記伝送路群選択用光交換装置は、前記光信号を、前記複数の出力伝送路群のうちのいずれの出力伝送路群に接続するかを選択することを特徴とする光信号処理装置。
前記伝送路選択用光交換装置は、入力伝送路群に接続され、前記伝送路群選択用光交換装置は、出力伝送路群に接続されることを特徴とする請求項１に記載の光信号処理装置。
前記伝送路選択用光交換装置は、出力伝送路群に接続され、前記伝送路群選択用光交換装置は、入力伝送路群に接続されることを特徴とする請求項１に記載の光信号処理装置。
前記伝送路選択用光交換装置は多入力多出力のスイッチによって構成され、かつ前記伝送路群選択用光交換装置は１入力多出力のスイッチによって構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光信号処理装置。
前記伝送路選択用光交換装置は１入力多出力のスイッチによって構成され、かつ前記伝送路群選択用光交換装置は多入力多出力のスイッチによって構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光信号処理装置。
前記１入力多出力のスイッチは複数設けられており、複数の前記１入力多出力のスイッチは集積化されていることを特徴とする請求項４または５に記載の光信号処理装置。
前記伝送路選択用光交換装置と前記伝送路群選択用光交換装置とは、複数の伝送路に対応するコアを有する１本のマルチコアファイバによって接続されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光信号処理装置。