JP5545570B2 - 光パスクロスコネクト装置 - Google Patents

Description

本発明は、光パスクロスコネクト装置に関する。

光パスクロスコネクト装置は、波長ごとに転送先のノードを設定することができ、データを電気信号に変換することなく、光信号のまま転送するように構成されている。これにより、光ファイバを設置したノード間に高速大容量の光パスを波長に応じて自由に設定することができるので、大規模化する通信容量の需要に対して柔軟に対応することができる。

図１は、ノード間の光パスクロスコネクト装置を概念的に示した図である。光パスクロスコネクト装置１０は、複数の隣接するノードに複数の光ファイバで接続されている。隣接するノード＃１から＃Ｄは、例えば、光パスクロスコネクト装置、ＩＰルータ、ＳＤＨ装置などとすることができる。これら隣接ノードの１つと光パスクロスコネクト装置１０は、通常、複数の入力ファイバおよび出力ファイバのペアにより接続される。入力専用（上り）のファイバと出力専用（下り）のファイバのペアにより、隣接ノードと光パスクロスコネクト装置１０との間で双方向の波長分割多重（ＷＤＭ）光通信を実現している。そのため、ノード間のファイバの数を増やすと、そのノード間に設定することができる最大通信容量を増やすことができる。

図２は、光パスクロスコネクト装置を機能的に示した図である。光パスクロスコネクト装置２０は、各隣接ノードにｎ本の入出力ファイバペアで接続されているとすると、ｎＤ×ｎＤの光スイッチ機能を実現するように構成される。より具体的には、光パスクロスコネクト装置２０は、各入力ファイバからの波長多重光信号が、波長に応じて、ｎＤ本の出力ファイバのいずれにもスイッチできるように構成される。ここで、ノードの数Ｄとノード間のファイバペアの数ｎを乗じたＮ（Ｎ＝ｎＤ）を光パスクロスコネクト装置のデグリーという。このような光パスクロスコネクト装置としては、従来、波長選択スイッチベースの構成（非特許文献１のＦｉｇ．１８参照）とマトリックススイッチベースの構成（非特許文献１のＦｉｇ．１７参照）が知られている。

図３に、波長選択スイッチベースの光パスクロスコネクト装置の構成例を示す。光パスクロスコネクト装置３０は、Ｎ本の入力ファイバにそれぞれ接続される波長選択スイッチ（ＷＳＳ）３２−１から３２−Ｎと、Ａｄｄ信号用の入力ファイバに接続される波長選択スイッチ３３と、Ｎ本の出力ファイバにそれぞれ接続される波長選択スイッチ３４−１から３４−Ｎと、Ｄｒｏｐ信号用の出力ファイバに接続される波長選択スイッチ３５とから構成されている。波長選択スイッチの機能は、入力ファイバに多重されている複数の波長信号を任意の組合せで、出力ポートへ選択的に導くことである。入力側の各波長選択スイッチは、その出力において光ファイバによりすべての出力側の波長選択スイッチに接続されている。ただし、Ａｄｄ信号用の波長選択スイッチ３３とＤｒｏｐ信号用の波長選択スイッチ３４との間の光ファイバは省略することができる。ここで、Ａｄｄ信号は、光パスクロスコネクト装置３０のノードから発信する信号であり、Ｄｒｏｐ信号は、光パスクロスコネクト装置３０のノードで受信する信号である。

入力側の波長選択スイッチは、入力ファイバからの波長多重光信号を波長に応じて所望のパスに切り換えることができ、出力側の波長選択スイッチは、複数のパスからの光信号を合波することができる。このような構成により、入出力ファイバ間でＮ×Ｎの光パスクロスコネクト機能を実現することができる。

図４に、マトリックススイッチベースの光パスクロスコネクト装置の構成例を示す。光パスクロスコネクト装置４０は、Ｎ本の入力ファイバにそれぞれ接続される波長分波器４２−１から４２−Ｎと、波長多重信号光の多重数をＭとして、各波長ごとの光マトリックススイッチ４４−１から４４−Ｍと、Ｎ本の出力ファイバにそれぞれ接続される波長合波器４６−１から４６−Ｎとから構成されている。各光マトリックススイッチは、その入力側において波長ごとに波長分波器に接続され、その出力側において波長ごとに波長合波器に接続されている。また、各光マトリックススイッチは、その入力側においてＡｄｄ信号用の光ファイバに接続され、その出力側においてＤｒｏｐ信号用の光ファイバに接続されている。

各光マトリックススイッチは、Ａｄｄ信号用のパスを含むＮ＋１本の入力パスからＤｒｏｐ信号用のパスを含むＮ＋１本の出力パスへ切り換える（Ｎ＋１）×（Ｎ＋１）の光スイッチとして機能する。このような構成により、入出力ファイバ間でＮ×Ｎの光パスクロスコネクト機能を実現することができる。

Ming C. Wu et al. "Optical MEMS for Lightwave Communication," JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 24, NO. 12, DECEMBER 2006

しかしながら、図３の波長選択スイッチベースの構成では、入力ファイバごとに１×Ｎ（Ｄｒｏｐ信号用のパスを含めると１×（Ｎ＋１））の入力側ＷＳＳが必要になり、出力ファイバごとにＮ×１（Ａｄｄ信号用のパスを含めると（Ｎ＋１）×１）の出力側ＷＳＳが必要となる。通常のＷＳＳは、入力と出力とが入れ替え可能なので、結局、２Ｎ個の１×ＮのＷＳＳが必要になる。

まず、ＷＳＳは高価なデバイスであり、必要数を削減することが望ましい。また、Ｎが大きい場合は、実現が困難であり、現状市販されているレベルでは、Ｎは最大９程度である。そのため、従来の波長選択スイッチベースの構成では、経済的に高価になるだけでなく、隣接ノード数をＤ、接続ファイバ数をｎとして、光パスクロスコネクト装置のデグリーであるＮ＝ｎＤが技術的に制限されるという問題がある。

図４のマトリックススイッチの構成では、波長多重信号光の波長数Ｍと同じ数のＮ×Ｎ（Ａｄｄ信号およびＤｒｏｐ信号用のパスを含めると（Ｎ＋１）×（Ｎ＋１））のマトリックススイッチが必要になる。例えば、Ｍ＝９６の場合は、９６個のＮ×Ｎマトリックススイッチが必要になり、Ｍが大きい場合、コストが増大するだけでなく、サイズも大きくなるという問題がある。

そこで、本発明は、経済的な光パスクロスコネクト装置を提供する。また、本発明は、拡張性のある光パスクロスコネクト装置を提供する。

本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、複数の入力からの波長多重光信号を波長に応じて複数の出力を介して複数のノードにルーティングする光パスクロスコネクト装置であって、前記複数の入力からの波長多重光信号を、入力ごとに波長に応じて前記複数のノードのいずれにも選択可能な波長選択機能と、前記波長選択機能によって選択されたノードの光信号を、ノードごとに当該ノードに対応する出力のいずれにも切り換え可能なスイッチ機能と、前記スイッチ機能によって切り換えられた各ノードに対応する出力の光信号を、出力ごとに合波する合波機能とを備えたことを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光パスクロスコネクト装置であって、前記波長選択機能は、Ｄｒｏｐ信号を選択可能であり、前記合波機能は、Ａｄｄ信号を合波可能であることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の光パスクロスコネクト装置であって、前記波長多重光信号を波長群に応じてルーティングすることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の光パスクロスコネクト装置であって、前記波長群は、連続波長により構成されることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の光パスクロスコネクト装置であって、前記波長群は、非連続波長により構成されることを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の光パスクロスコネクト装置であって、前記波長多重光信号は、各波長のビットレートが異なることを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の光パスクロスコネクト装置であって、前記波長多重光信号は、波長間隔が均等でないことを特徴とする。

また、請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれかに記載の光パスクロスコネクト装置において、入力と出力を入れ替えた光パスクロスコネクト装置を特徴とする。

ノード間の光パスクロスコネクト装置を概念的に示した図である。 光パスクロスコネクト装置を機能的に示した図である。 波長選択スイッチベースの光パスクロスコネクト装置の構成例を示した図である。 マトリックススイッチベースの光パスクロスコネクト装置の構成例を示した図である。 本発明の一実施形態による光パスクロスコネクト装置の構成例を示した図である。 本発明による光パスクロスコネクト装置に使用することができる機械式の波長選択スイッチの構成例を示した図である。 本発明による光パスクロスコネクト装置に使用することができる非機械式の波長選択スイッチの構成例を示した図である。 本発明による光パスクロスコネクト装置に使用することができる連続配置型の波長群の一例を示した図である。 本発明による光パスクロスコネクト装置に使用することができる分散配置型の波長群の一例を示した図である。 本発明による光パスクロスコネクト装置に使用することができる波長群選択スイッチの構成例を示した図である。 図１０の合波器および分波器として使用することができるサイクリックＡＷＧの波長合分波特性の一例を示した図である。

図５に、本発明の一実施形態による光パスクロスコネクト装置の構成例を示す。光パスクロスコネクト装置５０は、接続されるノード数をＤ、ノード間の入力および出力ファイバペアの数をｎ、すなわち、光パスクロスコネクト装置のデグリーをＮ＝ｎＤとして、Ｎ個の１×Ｄ波長選択スイッチ５２−１から５２−Ｎと、ＮＤ個の１×ｎ光スイッチ５４−１から５４−ＮＤと、Ｎ個のＮ×１合波器５６−１から５６−Ｎとから構成されている。ここで、入力ファイバは、ｎ本ごとにノード＃１から＃Ｄに結合され、出力ファイバは、ｎ本ごとにノード＃１から＃Ｄに結合されている。

各波長選択スイッチは、その入力側において各入力ファイバに結合され、その出力側においてＤ個の１×ｎ光スイッチの入力にそれぞれ結合されている。一方、Ｎ個のＮ×１合波器は、その出力側において各出力ファイバに結合されている。そして、ある１つの１×Ｄ波長選択スイッチに結合されたＤ個の１×ｎ光スイッチは、その出力側においてｎＤ個（すなわち、Ｎ個）の合波器の入力にそれぞれ結合されている。なお、図５の構成例では、各波長選択スイッチは、Ｄｒｏｐ信号用に追加の出力を有し、各合波器は、Ａｄｄ信号用に追加の入力を有している。

図５の構成例において、１つの波長選択スイッチに結合されているＤ個の１×ｎ光スイッチは、Ｄ個のノードにそれぞれ対応している。そのため、波長選択スイッチにおいて、波長に応じて宛先ノードに対応する１×ｎ光スイッチを選択し、その１×ｎ光スイッチにおいて、その宛先ノードに結合されている合波器のいずれかを選択することにより、全体として、ｎＤ×ｎＤ（すなわち、Ｎ×Ｎ）の光パスクロスコネクト機能が実現されている。

なお、ノード間の入力および出力ファイバペアの数は、すべてのノード間でｎ本とする必要はなく、ノードに応じてファイバペア数を変えてもよい。その場合は、光スイッチの出力数、合波器の数および入力数をファイバペア数に合わせて変更することができる。ただし、このような場合でも、光パスクロスコネクト装置の汎用性を考慮して、ノード間の入力および出力ファイバペアの最大数をｎとして、ｎＤ×ｎＤの光パスクロスコネクト装置として構成してもよい。

また、本発明による光パスクロスコネクト装置は、入力と出力とが入れ替え可能である。この場合、波長選択スイッチはＤ×１の構成となり、光スイッチはｎ×１の構成となり、合波器は分波器となる。

本発明による光パスクロスコネクト装置において、波長選択スイッチは、例えば、機械式のものや非機械式のものを使用することができる。図６および図７に、機械式の波長選択スイッチおよび非機械式の波長選択スイッチの構成例を示す。

図６の波長選択スイッチ６０は、ＭＥＭＳ技術により実現することができる。図６に示すように、波長多重光信号は、コリメータ６１を介してグレーティング６２に入射し、波長に応じて異なる角度に回折される。グレーティングで波長分離された光は、レンズ６３を介してマイクロミラー６４に入射し、波長に応じて所望の角度に反射される。マイクロミラーで反射した光は、レンズ６３およびグレーティング６２を介して、コリメータレンズ６６に入射する。波長選択スイッチ６０では、マイクロミラーの角度を調整することによって、特定の波長の光信号を特定のポートに出力することができる。

図７の波長選択スイッチ７０は、波長多重光信号の波長多重数をＭとして、１×Ｍ分波器７１と、Ｍ個の１×Ｎ光スイッチ７２−１から７２−Ｍと、Ｎ個のＮ×１合波器７３−１から７３−Ｎとから構成されている。波長多重光信号は、１×Ｍ分波器７１において個々の波長に分波され、それぞれＭ個の１×Ｎ光スイッチにおいて経路が選択された後、Ｎ×１合波器により合波される。波長選択スイッチ７０では、１×Ｎ光スイッチにおいて経路を選択することによって、特定の波長の光信号を特定のポートに出力することができる。

さらに、本発明による光パスクロスコネクト装置において、１×ｎ光スイッチは、ｎ−１個の１×２光スイッチを用いて実現することができる。また、合波器は、カプラを用いて実現することができる。あるいは、合波器は、波長選択スイッチを用いて構成することもできるし、波長選択スイッチおよびカプラを組み合わせて構成することもできる。波長選択スイッチを用いると、費用が高くなるが、損失を低くすることができる。

本発明による光パスクロスコネクト装置は、図３および図４の光パスクロスコネクト装置と比較して、次のような利点を有している。図３の波長選択スイッチベースの光パスクロスコネクト装置の場合、出力側の波長選択スイッチはカプラに置き換えることができるものの、入力ファイバごとに波長選択スイッチが必要になるので、全体として、Ｎ個の波長選択スイッチが必要になる（Ｎ＝ｎＤ）。これに対して、本発明による光パスクロスコネクト装置は、全体として、Ｄ個の波長選択スイッチで構成することができる。すなわち、高価な波長選択スイッチの数を１／ｎに大幅に削減することができる。

また、波長選択スイッチの出力数は、現在の市販品の技術では、最大９程度である。そのため、図３の構成では、Ｎが９程度のものしか実現できない。これに対して、本発明による構成では、Ｄが９程度のものまで実現できる。また、１×ｎ光スイッチは、ｎが３２程度までは容易に作成することができる。そのため、Ｎを２８８程度まで拡張することができる。

図４のマトリックススイッチベースの光パスクロスコネクト装置の場合、Ｎ×Ｎ光スイッチを２×２光スイッチを用いて構成すると、Ｎ²個の２×２光スイッチが必要になる。そして、このようなＮ×Ｎ光スイッチが波長数Ｍだけ必要になる。これに対して、本発明による光パスクロスコネクト装置では、１×ｎ光スイッチを１×２光スイッチを用いて構成すると、ｎ−１個の１×２光スイッチが必要になるだけである。そして、このような１×ｎ光スイッチがＮＤ個だけ必要になる。すなわち、図４の構成では、２×２光スイッチがＭ×Ｎ²個必要になるのに対して、本発明の構成では、１×２光スイッチが（ｎ−１）×ＮＤ個（すなわち、Ｎ²−ＮＤ個）しか必要にならない。特に、図４の構成では、波長多重数Ｍが増えると、Ｎ×Ｎ光スイッチが波長多重数と同じ数だけ必要になり、現実的ではなくなる。

次に、本発明による光パスクロスコネクト装置における波長多重光信号の波長選択について、波長選択スイッチの代わりに、波長群毎に選択する波長群選択スイッチを用いた構成に関して説明する。ここで、波長群選択スイッチの機能は、入力ファイバに多重されている複数の波長群を任意の組合せで、出力ポートへ選択的に導くことである。波長群の構成方法は様々な方法が可能であり、特に、連続配置型としたり、分散配置型とすることができる。図８に、連続配置型の波長群の一例を示し、図９に、分散配置型の波長群の一例を示す。

図８の連続配置型では、連続する８波の波長群を１つのパスに設定するように構成される。一方、図９の分散配置型では、連続する波長をインターリーブした８波の波長を１つの波長群に設定するように構成される。このように、波長群ごとに選択してスイッチする波長選択スイッチを特に波長群選択スイッチ（ＷＢＳＳ）という。ＷＢＳＳは、通常のＷＳＳに比べて、簡単な構成で実現することができる。そのため、本発明においてＷＢＳＳを採用することにより、さらに簡単な構成で光パスクロスコネクト装置を実現することができる。しかしながら、波長選択スイッチの代わりにＷＢＳＳを採用した場合には、波長選択性が制約されるため、光パスクロスコネクトとしての波長パスルーティング性能に若干の制約が生じる。

図１０に、本発明による光パスクロスコネクト装置において使用することができる波長群選択スイッチの構成例を示す。この構成例では、波長多重光信号の波長数を４０、８波の波長信号からなら波長群の数を５としている。波長群選択スイッチ１００は、１×５波長群分波器１０１と、５個の１×８光スイッチ１０２−１から１０２−５と、８個の８×１波長群合波器１０３−１から１０３−８とから構成されている。このＷＢＳＳは、図７の波長選択スイッチの構成と比較して、パスの数が８分の１に削減されている。

図１１に示すように、分散配置型波長群については、図１０の波長群分波器１０１および波長群合波器１０３として、サイクリックＡＷＧを使用することができる。ここで、サイクリックＡＷＧは、出力ポート数と波長間隔の積をＦＳＲ（Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒａｎｇｅ）に一致させ、出力に周回特性を持たせたアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）である。

また、本発明による光パスクロスコネクト装置は、ＩＴＵで規定されているように等間隔の波長配置として構成することもできるし、使用するＷＳＳまたはＷＢＳＳの波長特性を調整して、等間隔でない波長配置として構成することもできる。例えば、特定の波長に高いビットレートのデータを割り当て、特定の波長に低いビットレートのデータを割り当てるような場合に等間隔でない波長配置を用いることができる。

以上、本発明について、具体的にいくつかの実施形態について説明したが、本発明の原理を適用できる多くの実施可能な形態に鑑みて、ここに記載した実施形態は、単に例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。ここに例示した実施形態は、本発明の趣旨から逸脱することなくその構成と詳細を変更することができる。さらに、説明のための構成要素および手順は、本発明の趣旨から逸脱することなく変更、補足、またはその順序を変えてもよい。

１０ 光パスクロスコネクト装置
２０ 光パスクロスコネクト装置
３０ 光パスクロスコネクト装置
３２−１から３２−Ｎ 波長選択スイッチ
３３ 波長選択スイッチ
３４−１から３４−Ｎ 波長選択スイッチ
３５ 波長選択スイッチ
４０ 光パスクロスコネクト装置
４２−１から４２−Ｎ 波長分波器
４４−１から４４−Ｎ 光マトリックススイッチ
４６−１から４６−Ｎ 波長合波器
６０ 波長選択スイッチ
６１ コリメータ
６２ グレーティング
６３ レンズ
６４ マイクロミラー
６６ コリメータレンズ
７０ 波長選択スイッチ
７１ 分波器
７２−１から７２−Ｍ 光スイッチ
７３−１から７３−Ｎ 合波器
１００ 波長群選択スイッチ
１０１ 波長群分波器
１０２−１から１０２−５ 光スイッチ
１０３−１から１０３−５ 波長群合波器

Claims (8)

1. 複数の入力からの波長多重光信号を波長に応じて複数の出力を介して複数のノードにルーティングする光パスクロスコネクト装置であって、
   前記複数の入力からの波長多重光信号を、入力ごとに波長に応じて前記複数のノードのいずれにも選択可能な波長選択機能と、
   前記波長選択機能によって選択されたノードの光信号を、ノードごとに当該ノードに対応する出力のいずれにも切り換え可能なスイッチ機能と、
   前記スイッチ機能によって切り換えられた各ノードに対応する出力の光信号を、出力ごとに合波する合波機能と
   を備えたことを特徴とする光パスクロスコネクト装置。
2. 請求項１に記載の光パスクロスコネクト装置であって、前記波長選択機能は、Ｄｒｏｐ信号を選択可能であり、前記合波機能は、Ａｄｄ信号を合波可能であることを特徴とする光パスクロスコネクト装置。
3. 請求項１または２に記載の光パスクロスコネクト装置であって、前記波長多重光信号を波長群に応じてルーティングすることを特徴とする光パスクロスコネクト装置。
4. 請求項３に記載の光パスクロスコネクト装置であって、前記波長群は、連続波長により構成されることを特徴とする光パスクロスコネクト装置。
5. 請求項３に記載の光パスクロスコネクト装置であって、前記波長群は、非連続波長により構成されることを特徴とする光パスクロスコネクト装置。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の光パスクロスコネクト装置であって、前記波長多重光信号は、各波長のビットレートが異なることを特徴とする光パスクロスコネクト装置。
7. 請求項１から５のいずれかに記載の光パスクロスコネクト装置であって、前記波長多重光信号は、波長間隔が均等でないことを特徴とする光パスクロスコネクト装置。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の光パスクロスコネクト装置において、入力と出力を入れ替えた光パスクロスコネクト装置。

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