JP5465213B2 - 光パケット受信装置 - Google Patents

Description

本発明は、光パケット信号に付与された経路情報に従って光スイッチを切り替えることにより、光パケット単位でのパケット交換を可能とする光パケット交換方式に関する。

波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）を用いた光伝送システムにおいて、波長選択スイッチ（ＷＳＳ：wavelength selective switch）等を用いることで、波長単位のパス切替を行う技術が実用化されている。その次の技術として、切替を行う単位を例えばＩＰパケット（１０ＧＥｔｈｅｒ（10 Gigabit Ethernet（登録商標））信号等）一つ一つという細かい単位とし、各々を光パケットという形式に変換して、超高速の光スイッチで方路切り替えを行う光パケット交換方式が検討されている（例えば、特許文献１参照）。

ＩＰパケットはデータが存在しない間は有意な情報が転送されておらず、その分だけ帯域が無駄になっているが、光パケット交換方式が実現すれば、データが存在しない時間帯を別のパケットが占有できることになる。従って、光パケット交換方式は、伝送路の帯域利用効率を飛躍的に高める可能性があり、将来の技術として有望視されている。

特開２００８−２３５９８６号公報

光パケット交換方式においては、光パケット毎にパケット長が変わるので、光信号が存在する時間帯と、存在しない時間帯とがある。ここでは、光信号が存在する比率を表す指標として、「パケット密度」を定義する。パケット密度は、パケット長／パケット間隔で定義される。

光パケット交換システムにおいては、光パケット送信装置で光パケットを出力する際、パケット密度に応じて出力される光パケットのピークパワーが変動する。従って、光パケット交換システムの光受信器は、様々なピークパワーを有する光パケットを受信することが要求される。なお、本明細書でいう「ピークパワー」とは、光信号が「１」のときの光パワーレベルを意味する。

図１は、光受信器に入力される光パケット信号の一例を示す。図１は、ピークパワーが大きな光パケット♯１の後に、ピークパワーの小さな光パケット♯２が入力されることを示している。隣接する光パケット♯１と光パケット♯２の間隔を「光パケット間隔」と呼ぶ。また、隣接する光パケット♯１と光パケット♯２間のピークパワー差を「光パケット間レベル差」と呼ぶ。光受信器は、通常、光パケット間隔が短く且つ光パケット間レベル差が大きい場合、適切な受信処理を行うことが難しくなる。この点について以下説明する。

図２は、光受信器の構成の一例を示す。図２に示すように、光受信器１００は、ＰＩＮ−ＰＤ１０２と、プリアンプ１０４と、カップリングコンデンサ１０５と、リミッタアンプ１０６と、Ｇ−ＶＣＯ１０８と、バンドパスフィルタ１１０と、Ｄフリップフロップ１１２と、アンプ１１４と、コンデンサ１１６とを備える。

光受信器１００に入力された光パケット信号は、ＰＩＮ−ＰＤ１０２で電気信号に変換された後、プリアンプ１０４にて増幅される。プリアンプ１０４は、差動出力のプリアンプである。プリアンプ１０４から出力されたパケット信号は、カップリングコンデンサ１０５を介してリミッタアンプ１０６で増幅される。リミッタアンプ１０６から出力されたパケット信号は、Ｇ−ＶＣＯ１０８と、Ｄフリップフロップ１１２とに入力される。

Ｇ−ＶＣＯ（Gated Voltage-Controlled-Oscillator）１０８は、発振したクロックの位相を入力されたパケット信号の位相に合わせ、バンドパスフィルタ１１０に出力する。バンドパスフィルタ１１０から出力されたクロックは、アンプ１１４で増幅された後、コンデンサ１１６を介して差動クロックＡ，Ｂとして出力される。Ｇ−ＶＣＯ１０８、バンドパスフィルタ１１０、アンプ１１４、およびコンデンサ１１６は、タイミング抽出回路を構成している。

Ｄフリップフロップ１１２には、リミッタアンプ１０６からのパケット信号（データ）と、アンプ１１４からのクロックとが入力される。Ｄフリップフロップ１１２は、パケット信号を識別再生した後、データＡ，Ｂとして出力する。

ここで、図１に示すようにピークパワーの大きな光パケット♯１のすぐ後にピークパワーの小さな光パケット♯２が光受信器１００に入力されると、光パケット♯１の電荷がコンデンサ１１６から抜けきるのに時間がかかるため、光パケット♯２からのクロック抽出が難しくなる。その結果、Ｄフリップフロップ１１２に入力されるデータとクロックの位相が不定となり、光パケット♯２の識別再生を行うことができなくなる可能性がある。

図３は、ピークパワーの大きな光パケットの後にピークパワーの小さな光パケットが入力された場合に、ピークパワーの小さな光パケットが受信不可となる光パケット間隔と、光パケット間レベル差の関係を示す。例えば、光パケット間隔が２５ｎｓのときに、光パケット間レベル差が３ｄＢ以上あると、後続のピークパワーの小さな光パケットは、光受信器で受信することができない。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、光パケット間レベル差が大きい場合でも、光パケットを受信できる光パケット受信装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の光パケット受信装置は、入力された光パケットを不等分岐比で分岐する光分岐カプラと、光分岐カプラで分岐された分岐比の大きい方の第１光パケットを減衰させる光減衰器と、光減衰器で減衰された第１光パケットと、光分岐カプラで分岐された分岐比の小さい方の第２光パケットとを入力し、第１光パケットの光レベルが所定の第１閾値以上である場合は、第２光パケットを出力し、第１光パケットの光レベルが第１閾値未満である場合は、第１光パケットを出力する光スイッチ部と、光スイッチ部から出力された光パケットを受信する光受信器とを備える。

本発明の別の態様もまた、光パケット受信装置である。この装置は、入力された光パケットを不等分岐比で分岐する光分岐カプラと、光分岐カプラで分岐された分岐比の大きい方の第１光パケットを減衰させる光減衰器と、光減衰器で減衰された第１光パケットと、光分岐カプラで分岐された分岐比の小さい方の第２光パケットとを入力し、第２光パケットの光レベルが所定の第２閾値以上である場合は、第２光パケットを出力し、第２光パケットの光レベルが第２閾値未満である場合は、第１光パケットを出力する光スイッチ部と、光スイッチ部から出力された光パケットを受信する光受信器とを備える。

光受信器で受信した光パケットのビットエラーレートを検出するＢＥＲ検出部をさらに備えてもよい。

光減衰器は、可変光減衰器であり、ＢＥＲ検出部により検出されたビットエラーレートに基づいて、可変光減衰器の減衰量を制御する減衰器制御部をさらに備えてもよい。

光スイッチ部は、ＢＥＲ検出部により検出されたビットエラーレートに基づいて、出力すべき光パケットを選択するための閾値を制御してもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を装置、方法、システム、プログラム、プログラムを格納した記録媒体などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、光パケット間レベル差が大きい場合でも、光パケットを受信できる光パケット受信装置を提供できる。

光受信器に入力される光パケット信号の一例を示す図である。 光受信器の構成の一例を示す図である。 ピークパワーの小さな光パケットが受信不可となる光パケット間隔と、光パケット間レベル差の関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る光パケット受信装置を示す図である。 本実施形態に係る光スイッチ部の構成を示す図である。 本発明の別の実施形態に係る光パケット受信装置を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。

図４は、本発明の実施形態に係る光パケット受信装置１０を示す。光パケット受信装置１０は、光パケット交換システムに用いられる光受信装置であり、例えば１０Ｇｂｐｓ等の光パケットが入力される。

図４に示すように、光パケット受信装置１０は、光分岐カプラ１２と、可変光減衰器１４と、光スイッチ部１６と、光受信器１８とを備える。

光分岐カプラ１２は、入力された光パケットを不等分岐比で二つに分岐する。ここでは、光分岐カプラ１２は１０：１光カプラであるとして説明するが、光分岐カプラ１２の分岐比は特に限定されない。光分岐カプラ１２で分岐された分岐比の大きい方の光パケット、すなわち分岐比１０側の光パケットを「第１光パケット」と呼ぶ。一方、光分岐カプラ１２で分岐された分岐比の小さい方の光パケット、すなわち分岐比１側の光パケットを「第２光パケット」と呼ぶ。

第１光パケットは、可変光減衰器１４に入力される。可変光減衰器１４は、第１光パケットを減衰し、光スイッチ部１６に出力する。一方、第２光パケットは、光スイッチ部１６に直接入力される。光分岐カプラ１２と光スイッチ部１６との間の光伝送路は、ある一つの光パケットから分岐された第１光パケットと第２光パケットが同時に光スイッチ部１６に到着するように設定される。

光スイッチ部１６は、入力された第１光パケットおよび第２光パケットからいずれか一方を選択し、光受信器１８に出力する。光スイッチ部１６の詳細な構成については後述する。

光受信器１８は、光スイッチ部１６から出力された光パケットを受信し、等化増幅（Reshaping）、リタイミング（Retiming）、識別再生（Regenerating）等の所定の受信処理を行う。光受信器１８の構成は、例えば図２に示す光受信器１００と同様であってよい。

図５は、本実施形態に係る光スイッチ部１６の構成を示す。図５に示すように、光スイッチ部１６は、光スイッチ２０と、光スイッチ制御部２２と、第１光カプラ２４と、第２光カプラ２６と、第１光レベルモニタ部２８と、第２光レベルモニタ部３０と、を備える。

第１光カプラ２４には、可変光減衰器１４で減衰された第１光パケットが入力される。第１光カプラ２４は、入力された第１光パケットを二つに分岐し、一方を光スイッチ２０に出力し、他方を第１光レベルモニタ部２８に出力する。

第２光カプラ２６には、光分岐カプラ１２から第２光パケットが入力される。第２光カプラ２６は、入力された第２光パケットを二つに分岐し、一方を光スイッチ２０に出力し、他方を第２光レベルモニタ部３０に出力する。

第１光レベルモニタ部２８は、入力された第１光パケットの光レベルを検出し、検出結果を光スイッチ制御部２２に通知する。また、第２光レベルモニタ部３０は、入力された第２光パケットの光レベルを検出し、検出結果を光スイッチ制御部２２に通知する。ここでいう「光レベル」とは、各光パケットの平均光パワーであってもよいし、ピーク光パワーであってもよい。

光スイッチ２０は、２入力×１出力の光スイッチであり、第１ＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）ゲート３２と、第２ＳＯＡゲート３４と、光カプラ３６とを備える。本実施形態では、ＳＯＡを用いた光スイッチを例示したが、ｎｓｅｃオーダの応答速度を有する光スイッチであれば、光スイッチの種類は特に限定されない。

第１ＳＯＡゲート３２には、第１光カプラ２４から第１光パケットが入力される。第２ＳＯＡゲート３４には、第２光カプラ２６から第２光パケットが入力される。第１ＳＯＡゲート３２および第２ＳＯＡゲート３４は、光スイッチ制御部２２からの制御信号によりそれぞれオン／オフが制御される。第１光パケットを通過させる場合、第１ＳＯＡゲート３２がオンされ、第２ＳＯＡゲート３４がオフされる。また、第２光パケットを通過させる場合、第１ＳＯＡゲート３２がオフされ、第２ＳＯＡゲート３４がオンされる。第１ＳＯＡゲート３２、第２ＳＯＡゲート３４を通過した第１光パケッット、第２光パケットは、光カプラ３６により合波され、光受信器１８に出力される。

次に、図４および図５を用いて、本実施形態に係る光パケット受信装置１０の動作について説明する。ここでは、図４に示すように、光分岐カプラ１２に４つの光パケット♯１〜♯４が連続して入力される場合を考える。図４に示すように、光パケット♯１および♯３はピークパワーが相対的に小さい光パケットであり、光パケット♯２および♯４はピークパワーが相対的に大きい光パケットである。光パケット♯１および♯３と、光パケット♯２および♯４とは、光パケット間レベル差が大きく、このままでは光受信器１８で受信することができないとする。

光分岐カプラ１２に入力された光パケット♯１〜♯４は、光分岐カプラ１２により第１光パケット♯１’〜♯４’と、第２光パケット♯１”〜♯４”とに分岐される。第１光パケット♯１’〜♯４’は分岐比１０側の出力であり、第２光パケット♯１”〜♯４”は分岐比１側の出力である。

第１光パケット♯１’〜♯４’は、可変光減衰器１４に入力され、一律に減衰される。可変光減衰器１４の減衰量は、光パケット受信装置１０に入力されることが予想される光パケットの光レベルから予め決めておく。

図５に示すように、可変光減衰器１４にて減衰された第１光パケット♯１’〜♯４’は、光スイッチ部１６の第１光カプラ２４に入力される。一方、光分岐カプラ１２から出力された第２光パケット♯１”〜♯４”は、直接光スイッチ部１６の第２光カプラ２６に入力される。

第１光カプラ２４にて分岐された一方の第１光パケット♯１’〜♯４’は光スイッチ２０の第１ＳＯＡゲート３２に入力され、他方の第１光パケット♯１’〜♯４’は第１光レベルモニタ部２８に入力される。また、第２光カプラ２６にて分岐された一方の第２光パケット♯１”〜♯４”は光スイッチ２０の第２ＳＯＡゲート３４に入力され、他方の第２光パケット♯１”〜♯４”は第２光レベルモニタ部３０に入力される。

第１光レベルモニタ部２８は、各第１光パケット♯１’〜♯４’の光レベルを検出し、光スイッチ制御部２２に通知する。また、第２光レベルモニタ部３０は、各第２光パケット♯１”〜♯４”の光レベルを検出し、光スイッチ制御部２２に通知する。

光スイッチ制御部２２は、第１光レベルモニタ部２８から通知された第１光パケットの光レベルが所定の第１閾値以上であるか否か判定する。第１光パケットの光レベルが第１閾値以上である場合、光スイッチ制御部２２は、第２光パケットを通過させる制御信号を光スイッチ２０に出す。一方、第１光パケットの光レベルが第１閾値未満である場合、光スイッチ制御部２２は、第１光パケットを通過させる制御信号を光スイッチ２０に出す。

図５に示す例では、まず最初に入力される光パケット♯１については、第１光パケット♯１’の光レベルが第１閾値未満であるので、光スイッチ２０は第１光パケット♯１’を出力している。次に入力される光パケット♯２については、第１光パケット♯２’の光レベルが第１閾値以上であるので、光スイッチ２０は第２光パケット♯２”を出力している。次に入力される光パケット♯３については、第１光パケット♯３’の光レベルが第１閾値未満であるので、光スイッチ２０は第１光パケット♯３’を出力している。次に入力される光パケット♯４については、第１光パケット♯４’の光レベルが第１閾値以上であるので、光スイッチ２０は第２光パケット♯４”を出力している。

あるいは、光スイッチ制御部２２は、第２光レベルモニタ部３０から通知された第２光パケットの光レベルが所定の第２閾値以上であるか否か判定し、光スイッチ２０から出力する光パケットを選択してもよい。このとき、第２光パケットの光レベルが第２閾値以上である場合、光スイッチ制御部２２は、第２光パケットを通過させる制御信号を光スイッチ２０に出す。一方、第２光パケットの光レベルが第２閾値未満である場合、光スイッチ制御部２２は、第１光パケットを通過させる制御信号を光スイッチ２０に出す。

このようにして、光スイッチ部１６から光パケット♯１’、♯２”、♯３’、♯４”が出力される。これらの光パケット♯１’、♯２”、♯３’、♯４’の光パケット間レベル差は、光パケット受信装置１０に入力される前の光パケット♯１〜♯４のそれよりも小さくなる。これにより、光スイッチ部１６の後段の光受信器１８は、光パケット♯１’、♯２”、♯３’、♯４”を適切に受信することが可能となる。

光パケット受信装置１０にどのような光レベルの光パケットが入力されるかは、実験やシミュレーションにより把握することが可能である。従って、可変光減衰器１４の減衰量並びに第１閾値または第２閾値は、光パケット受信装置１０に入力が予想される光パケットの光レベル、光分岐カプラ１２の分岐比に応じて適宜設定すればよい。例えば、図４および図５で示したように、光レベルが小さい光パケット（♯１、♯３）と光レベルが大きい光パケット（♯２、♯４）が入力されることが予想される場合には、分岐比１０側に出力される小さい第１光パケット（♯１’、♯３’）の光レベルが、分岐比１側に出力される大きい第２光パケット（♯２”、♯４”）の光レベルとほぼ同程度となるように可変光減衰器１４の減衰量を設定すればよい。そして、第１閾値を用いる場合には、減衰後の小さい第１光パケット（♯１’、♯３’）の光レベル以上且つ減衰後の大きい第１光パケット（♯２’、♯４’）の光レベル未満に第１閾値を設定すればよい。第２閾値を用いる場合には、小さい第２光パケット（♯１”、♯３”）の光レベル以上且つ大きい第２光パケット（♯２”、♯４”）の光レベル未満に第２閾値を設定すればよい。

図６は、本発明の別の実施形態に係る光パケット受信装置１０を示す。図６に示す光パケット受信装置１０において、図４に示す光パケット受信装置と同一又は対応する構成要素については同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。

本実施形態に係る光パケット受信装置１０は、光受信器１８で受信した各光パケットのビットエラーレートを検出するＢＥＲ検出部１９と、可変光減衰器１４の減衰量を制御する減衰器制御部２１とをさらに備える。

ＢＥＲ検出部１９で検出された各光パケットのビットエラーレート情報は、減衰器制御部２１に入力される。減衰器制御部２１は、入力されたビットエラーレート情報に基づいて、ビットエラーレートが減少するように可変光減衰器１４の減衰量をフィードバック制御する。これにより、可変光減衰器１４の減衰量を適切な値に設定でき、良好な受信状態を維持することができる。

また、図６に示すように、ＢＥＲ検出部１９で検出された各光パケットのビットエラーレート情報は、光スイッチ部１６の光スイッチ制御部に入力されてもよい。この場合、光スイッチ制御部は、入力されたビットエラーレート情報に基づいて、ビットエラーレートが減少するように光スイッチから出力すべき光パケットを選択するための閾値、すなわち、第１閾値または第２閾値をフィードバック制御する。これにより、第１閾値または第２閾値を適切な値に設定でき、良好な受信状態を維持することができる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せによりいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

１０ 光パケット受信装置、 １２ 光分岐カプラ、 １４ 可変光減衰器、 １６ 光スイッチ部、 １８ 光受信器、 １９ ＢＥＲ検出部、 ２０ 光スイッチ、 ２１ 減衰器制御部、 ２２ 光スイッチ制御部、 ２４ 第１光カプラ、 ２６ 第２光カプラ、 ２８ 第１光レベルモニタ部、 ３０ 第２光レベルモニタ部、 ３２ 第１ＳＯＡゲート、 ３４ 第２ＳＯＡゲート、 ３６ 光カプラ。

Claims (5)

1. 入力された光パケットを不等分岐比で分岐する光分岐カプラと、
   前記光分岐カプラで分岐された分岐比の大きい方の第１光パケットを減衰させる光減衰器と、
   前記光減衰器で減衰された第１光パケットと、前記光分岐カプラで分岐された分岐比の小さい方の第２光パケットとを入力し、第１光パケットの光レベルが所定の第１閾値以上である場合は、第２光パケットを出力し、第１光パケットの光レベルが前記第１閾値未満である場合は、第１光パケットを出力する光スイッチ部と、
   前記光スイッチ部から出力された光パケットを受信する光受信器と、
   を備えることを特徴とする光パケット受信装置。
2. 入力された光パケットを不等分岐比で分岐する光分岐カプラと、
   前記光分岐カプラで分岐された分岐比の大きい方の第１光パケットを減衰させる光減衰器と、
   前記光減衰器で減衰された第１光パケットと、前記光分岐カプラで分岐された分岐比の小さい方の第２光パケットとを入力し、第２光パケットの光レベルが所定の第２閾値以上である場合は、第２光パケットを出力し、第２光パケットの光レベルが前記第２閾値未満である場合は、第１光パケットを出力する光スイッチ部と、
   前記光スイッチ部から出力された光パケットを受信する光受信器と、
   を備えることを特徴とする光パケット受信装置。
3. 前記光受信器で受信した光パケットのビットエラーレートを検出するＢＥＲ検出部をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光パケット受信装置。
4. 前記光減衰器は、可変光減衰器であり、
   前記ＢＥＲ検出部により検出されたビットエラーレートに基づいて、前記可変光減衰器の減衰量を制御する減衰器制御部をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の光パケット受信装置。
5. 前記光スイッチ部は、前記ＢＥＲ検出部により検出されたビットエラーレートに基づいて、出力すべき光パケットを選択するための閾値を制御することを特徴とする請求項３または４に記載の光パケット受信装置。

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