CN100429880C - 波分复用光电信网络 - Google Patents

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Abstract

一种波分复用(WDM)光电信网络包括由光纤波导(4，6)互连的多个节点(10，112，114，116)。通过由通信业务调制的光辐射在节点之间传递通信业务，所述辐射被分隔成多个(N个)波长信道，每个信道具有分立的不重叠的波段(λ1到λN)。每个节点包括用于丢弃至少一个所述波长信道从而形成到所述节点的连接的装置，并包括添加至少一个波长信道到网络中以形成到所述网络另一节点的连接的装置。所述网络的特征在于：至少一个节点(2)被赋予N个波长信道中的一个固定子集(Mi)并包括用于从所述网络中丢弃所述固定子集中的每个波长信道(λa到λd)的装置(12，42，44)。节点还包括波长可选装置(14，30，32，34)，所述波长可选装置能将除所述子集外的其余波长信道中至少任何一个或多个波长信道添加到所述网络中以形成到所述网络另一节点的连接。

Description

波分复用光电信网络
技术领域
本发明涉及波分复用(WDM)光电信网络，更具体地说，涉及可重新配置的WDM光电信网络。
背景技术
众所周知，WDM光电信网络包括多个由光纤波导互连的空间分布的节点。通过光辐射在节点之间传递通信业务，所述光辐射被由光纤传送的通信业务所调制。
本发明范围内的光辐射定义为自由空间波长为500nm到3000nm的电磁辐射，而1530nm到1570nm的自由空间波长是所述范围内的优选部分。在波分复用时，光辐射被分成多个分立的不重叠的波段，称为波长信道或光信道，每个波长信道由各自的通信信道调制。
在通信业务的路由方面，节点之间的连接由波长信道的波段(波长)确定。通常认为单个波长信道唯一地定义两个节点之间的给定连接，虽然也已知可用把不止一个波长信道用于相同连接以增加通信容量。
一种网络拓朴，即环形配置，是指其中节点以点到点的串联方式由光纤连接，形成不间断(闭合)回路或环形配置。在每个节点上，一个或多个丢弃(波长选择)滤光器在光纤环中串联，每一个从经过所述环的WDM辐射中去除(丢弃)一个波长信道，而允许其余的波长信道基本无衰减地通过。此外，在每个节点，也可添加波长信道，以便能够与其它节点通信。
WDM网络配置可以包括：全网状配置，其中就波长信道连接来说，每个节点都可与每一个其它节点连接；集线器网络，其中一个称为集线器的节点连接到每一个其它节点；或线性网络，其中节点以线性方式连接。
一般来说，光环形网络可分成无源网络和有源网络，无源网络在环中和节点处不包括光放大，而有源网络包括光放大器(通常为掺铒光纤放大器EDFA)，用以补偿网络中的损耗。前者通常限于环周围的数十公里，常用作局域网的一部分，称为“城域”网。为了保持低成本，城域网一般都是不可重新配置的(即固定的波长分配)系统，其中节点的互连由波长信道分配确定，从系统安装起就是固定的。MarconiCommunication Limited of Coventry，England 销售的PWW系列网络就是不可重新配置的城域网的一个实例，范围大约为10到200km。所述范围的开阔端是包括EDFA放大的有源网络。所述范围的较小端是无源网络。在这种网络中，在相应的节点利用丢弃滤光器(介质干涉滤光器)丢弃波长信道，丢弃滤光器具有固定的波长通带，所述波长通带对应于用于丢弃的波长信道的波段。由于丢弃滤光器具有固定波长的特性，因此波长信道分配(因此节点互连)就不能重新配置。重新配置这种系统的唯一方法就是在每个节点物理地改变丢弃滤光器，这就要求亲自到各站点去，既费时又费钱。这是很明显的缺点，因为城域网通常安装在诸如商业区或大办公楼群等地方，经常需要重新配置网络，例如改变互连的传输容量，增加或消除用户等。
先有技术中也已知可重新配置的WDM光电信网络。一个实例就是Marconi Communication Limited of Coventry，England生产的PMA32网络。所述网络是一个可完全重新配置的32个波长信道的网络，即每个节点都可以远程重新配置，选择性地增和/或减32个波长信道中的任何一个。这种可重新配置性是通过使用波长可调谐丢弃滤光器和波长可调谐光发送器以增加信道来实现的。
可完全重新配置的WDM网络能理想地适合于大的网络，例如区域网络或处理大城市业务的网络，虽然它们很昂贵，因为每个节点都必须具有能处理(增和/或减)网络所支持的每个波长信道的硬件。
虽然可完全重新配置的网络(例如上述种种)可以用在城域环境中，但其价格高得无法接受，而且还会有超出通常需要以外的一定程度的灵活性。
发明内容
本发明人意识到因此需要一种WDM网络，它至少部分地可重新配置且对于城市环境中的使用是经济可行的。
本发明最广义的形式在于：至少一些节点配置成丢弃由WDM网络支持的波长信道总数中的一个固定子集并且具有选择性地添加其余波长信道中的任何一个能力。
更具体地说，根据本发明的第一方面，提供一种波分复用光电信网络，它包括由光纤波导互连的多个节点，其中通过光辐射在节点之间传递通信业务，所述光辐射由通信业务所调制，所述辐射被分成多个(N个)波长信道，每个信道具有分立的不重叠的波段(λ1到λN)，其中每个节点包括用于丢弃至少一个波长信道从而形成到所述节点的连接的装置并且包括用于添加至少一个波长信道到网络中以形成到网络另一节点的连接的装置，所述网络的特征在于：至少一个节点授给它自身N个波长信道中的固定子集(Mi)，所述子集的各信道是可以在所述节点丢弃的仅有的一些信道，并且所述至少一个节点包括用于从网络中丢弃所述固定子集(Mi)中的每个波长信道的装置以及能够将除所述子集外的至少任何其余波长信道中的一个或多个添加网络中以形成到网络另一节点的连接的波长可选装置。
本发明的优点是提供价格低廉的部分可重新配置的网络，所述网络特别适用于城域型网络，可以是环形网络或线性网。但本发明也可用于其它网络类型。
最好每个节点授给它全部波长信道中相应的固定子集，所述相应的子集的各信道是可以在所述相应的节点丢弃的仅有的一些信道，并且所述每个节点包括用于从网络中丢弃这些波长信道中的每一个的装置，并且每个节点还包括用于将除所述相应的子集外的至少任何其余波长信道中的一个或多个添加网络中的波长可选装置。
用于添加一个或多个波长信道的所述装置最好包括至少一个波长可选发送器。最好所述波长可选发送器或每个波长可选发送器是波长可选的，以便能通过网络支持的N个波长中的任何波长进行发送。这种结构使同一发送器可以用于网络的任一节点。最好所述波长可选发送器或每个波长可选发送器包括可调谐的激光器，例如多级波长可调谐激光器。最好，所述波长可选发送器或每个波长可选发送器还包括可变光衰减器(VOA)，用于控制波长信道的功率。在波长调谐时可将这种结构设定到最大衰减。波长可调谐发送器可以远程调节，使用它们就不需现场工程师而可对网络进行重新配置。这样就大大降低了网络的维护成本。
在一个实施例中，所述固定子集的各波长信道是邻接的并且包括具有连续的各波长信道的波带。这种结构的好处是：用于丢弃波长信道子集的所述装置可以很方便地包括宽带丢弃滤光器。
在另一实施例中，对应于子集的波长信道的WDM网络配置包括相互不邻接的多个分立的波长信道。此时用于丢弃波长信道子集的所述装置最好包括一个或多个固定的波长可选滤光器。在一种结构中，所述不止一个滤光器配置成每隔(Q-1)个波长信道丢弃一个波长信道，其中Q＞1。
所述节点最好还包括用于分隔所述子集中各个波长信道的装置。这种装置可以包括多路分解器，例如阵列波导光栅或者多路(m-way)分光器以及m个滤光器，以便选择所述子集的各波长信道中相应的一个。
可以添加节点的波长信道的数目最好等于在所述节点丢弃的波长信道的数目。
本发明的网络特别应用于节点以环形配置互连的网络。
附图说明
现参阅附图仅以举例的方式对本发明加以说明，附图中：
图1示出按照本发明第一实施例用于WDM光电信网络的节点；
图2示出按照本发明第二实施例的节点；
图3a示出按照本发明第三实施例的节点；
图3b示出图3a的节点的另一实现方案；
图4a示出按照本发明的节点，具有由该节点衬托(subtending)的子环；
图4b示出图4a实施例的另一实现方案；
图4c示出图4a实施例的又一实现方案；以及
图5示出体现本发明的WDM环状电信网络。
具体实施方式
虽然以下说明的本发明的实施例主要旨在用于城域WDM电信网络(无源或有源)，但是，应理解本发明同样可适用于任何类型的WDM网络，例如区域环网或线性网络。通常城域网具有环形配置，其中节点用光纤相互串联，形成闭合回路或环。网络可以有保护或无保护。在有保护的网络中，节点通过两个分开的光纤环连接，分别按顺时针和逆时针方向环绕所述环发送WDM辐射。已知这种结构可确保在发生光纤断裂时有保护路径可用。在以下对本发明的说明中，为简明起见，仅说明无保护的网络，其节点之间只有单一的光纤连接。但本专业技术人员应理解本发明可以很容易地应用于有保护的网络。
以下说明的所有实施例提供部分可重新配置的WDM网络。本发明的WDM网络包括n个节点，具有N个波长信道(λ1到λN)。至少一个，最好全部节点i(i＝1到n)被赋予网络所承载的全部N个波长信道的一个固定子集Mi，并且包括用于从网络中丢弃这些固定波长信道中的每一个的装置。被赋予每个节点的子集对所述节点是唯一的，并包括多个波长信道。此外，这个/这些节点能够选择性地添加除在所述节点丢弃的波长信道的子集外的其余N个波长信道中任何一个波长信道(在节点添加波长信道之一(它是所述子集中的一个波长信道)就形成到所述节点的连接)。在每个节点丢弃的波长信道的子集Mi保持固定不变，因此形成了到节点的固定数量m(等于子集Mi中的波长信道数量)的连接。能够选择性地添加任何其余的波长信道的能力就能对节点之间的连接重新配置。选择给定节点的子集Mi的一个波长信道，就可建立到给定节点的连接。由于到每个节点的可能连接数是固定的，所以系统可部分地重新配置。这种系统比全部可重新配置的网络便宜得多，因为每个节点只需包括能丢弃波长信道总数中固定子集Mi的硬件。
在每个实施例中，波长信道的子集Mi最好包括连续(邻接)波长信道(即波长丢弃频带)的分组，这样就能在每个节点使用宽带滤光器来丢弃波长信道的子集。这些滤光器可以例如是介质滤光器或光纤Bragg光栅滤光器。可以使用一系列滤光器来取代宽带滤光器，虽然这并不很好，因为光添加损耗(通过节点的直达路径损耗)太高。子集的波长信道也可包括非连续信道的不同分组。
图1示出体现本发明的网络节点2。节点2例如是打算用于在C波段(1530-1560nm)工作的32个(N＝32)波长信道(λ1到λ32)的WDM城域环网。在所述实施例中，以及在以下每个实施例中，用一个光监控信道(OSC)λOSC＝1510nm来支持节点间的通信，以便进行网络控制和管理。已知OSC不承载通信业务。节点间通信也可利用带内管理信道或利用其它装置实现。
串联连接在用于接收节点处WDM辐射的网络光纤4和用于输出WDM辐射的网络光纤6之间的节点2包括：用于丢弃OSC的三端口滤光器8；光放大器(EDFA)10；光丢弃滤光器12；使得能够在节点2添加波长信道的光耦合器14；第二光放大器(EDFA)16；以及用于沿光纤6将OSC添加到WDM辐射输出中的第二光耦合器18。OSC在EDFA 10的输入端前被丢弃，并且在EDFA 16的输出端后被添加，以便在任何一个EDFA失效时保持节点间的通信。光放大器10和16补偿由于例如光纤损耗、滤光器、连接线以及在光信道中互连节点的其它组件所引起的节点间的辐射损耗。
为便于制造，三端口滤光器8和第一光放大器10位于接收(RX)线卡20上；光丢弃滤光器12和耦合器14位于卡22上；而光放大器16和光耦合器位于发射(TX)线卡24上。卡20、22、24在图中均以虚线表示。
光丢弃滤光器12最好是三端口滤光器，配置成将波长信道总数N的固定子集Mi丢弃到第一光输出端口，同时允许其它波长信道基本上无衰减地到达第二光输出端口，所述第二光输出端口连接到耦合器14的第一输入端。滤光器12是具有固定波长特性的宽带滤光器，可丢弃数量m个(在此实例中为4)连续波长信道Mi＝λa到λd。
卡22另外还包括光多路分解器26(阵列波导光栅AWG)，其输入端连接到光丢弃滤光器12的第一输出端，且它无源地将波长信道(λa到λd)的子集Mi丢弃到各自信道并将每个波长信道(λa到λd)沿各自光信道路由到各接收器28。此外，卡22还包括无源多输入端(p路)光组合器30(级联熔接式光纤耦合器)，用于组合由多个光反射器32产生的波长信道。组合器30的输出端连接到光耦合器14的第二输入端，耦合器14将来自反射器32的辐射添加到通过所述节点的WDM辐射上。
通常，反射器32包括能在网络的N个波长信道(λ1到λN)中任何一个工作的波长可调激光器。(虽然发射器不大可能工作在各自子集Mi的任何波长，但最好每个发射器都能在所有N个波长信道工作，以便在任何节点都使用单一的发射器)。每个发射器32最好包括可变光衰减器(VOA)34，用于控制添加到网络中的波长信道的功率。此外，每个VOA34最好设定为在激光器调谐、加电和断电时有最大衰减，以避免输出辐射添加到网络中。
工作时光滤光器12丢弃N个波长信道(λ1到λN)中的固定子集Mi并将它们路由到多路分解器26。多路分解器26将所述子集分隔成m个分离的波长信道，由各自的接收器28接收。另外，多达p个波长信道可以利用发射器32添加到网络中，以形成到网络其它节点的连接。由于可以通过对发射器进行波长调谐来重新配置由节点添加的信道的波长，所以能够至少部分地重新配置到其它节点的互连。
图2的实施例类似于图1的实施例，相同的组件具有相同的标号。但多路分解器26由多路(m路)分光器36取代(级联熔接式光纤耦合器)，所述分光器将加到其输入端的辐射等分到其m个输出端。分光器36的每个输出端包括宽带丢弃滤光器12所丢弃的m个波长信道中的一个信道，且每个信道都加到各自的波长选择滤光器38上。波长选择滤光器38用来选择m个波长信道中相应的信道，供相应的接收器28接收。滤光器38是波长可调的，方便地使不同的接收器能够配置成接收给定的波长信道。这种能力在接收器出故障时很有用。
图3a的实施例和图2的实施例相同，只是无源分光器36和多路复用器30设置在远离卡22的远程卡40上。想要把发射器和接收器设置在远离节点的位置上时，这种结构就很适用。同理，图1的多路分解器26也可以以同样方式设置在远处。
在图3b中，宽带丢弃滤光器12由一个或多个波长选择滤光器42、44以及组合两个或两个以上滤光器42、44的输出的无源光组合器(级联熔接式光纤耦合器)46所取代。当波长信道的子集Mi不包括连续波长信道频带时，这种结构就很适用。
在图4a的实施例中，节点将m个(λa到λd)波长信道丢弃到由该节点衬托的子环50上，子环50是主网络环的一部分。衬托环50具有多个节点(此处是两个)，每个节点都可以丢弃子环所支持的m个波长中的一个或多个。这样，在图4a中，衬托环50的第一子节点60具有丢弃滤光器62，丢弃滤光器62将m个波长中的一个(λa)丢弃到接收器64。此外，节点60包括可调添加滤光器66，用于将波长信道从可调激光发射器68插回到衬托环。VOA 70设置在发射器68和添加滤光器66之间，原因如上所述。可调激光发射器68可以以由N信道网络支持的N个波长信道中的任一波长信道发射信号，以便与主网络的其它节点通信。
衬托环60上的第二子节点80还包括宽带丢弃滤光器82，它丢弃衬托环所支持的m个信道的子集(λa到λd)。滤光器的输出到达多路分解器84，多路分解器84的输出对应于宽带滤光器82所丢弃的各个波长信道(图4a中仅示出一个)。这些波长信道中的每一个都可被各自的接收器86接收。
和以前的实例一样，多路分解器84可以由无源分光器或可调或固定波长滤光器取代。但它们并不是最佳的，因它们比所述多路分解器配置的损耗更大。这种附加的损耗，和衬托环的光纤损耗一起，使这种方法不如使用多路分解器有利。
此外，子节点80包括一个或多个可调激光发射器88，它们具有关联的VOA 90并向无源光组合器92提供一个或多个信道，无源光组合器92的输出通过耦合器94耦合回衬托环。如前所述，可以对发射器进行调谐，以便以网络所支持的N信道中的任一信道发射，如以前的实例所述。
图4b示出图4a中衬托环的另一实现方案，其中，用来将波长可调信道插到衬托环上的可调添加滤光器66由无源光耦合器100所取代。
图4c示出另一实现方案，其中，宽带丢弃滤光器12由两个或两个以上分开的滤光器42、44和光组合器46所取代，类似于图3b的方式。
图5示出包括四个节点(i＝1到4)110、112、114、116的32波长信道(λ1到λ32)WDM环网的实例。每个节点被赋予它从所述环上丢弃的波长信道固定子集Mi，在此实例中，每个节点丢弃32波长信道中的8个。第一节点110被赋予波长信道子集M1＝λ1到λ8，第二节点112被赋予波长信道子集M2＝λ9到λ16，第三节点114被赋予波长信道子集M3＝λ17到λ24，而第四节点被赋予波长信道子集M4＝λ25到λ32。和前述说明一样，每个节点包括用于丢弃8个赋予所述节点的波长信道的装置。而且，由于每个节点能够添加至少对应于其余波长信道中任何波长信道的波长信道，所以每个节点可以以其波长中的任何波长与所有其它节点通信。
上述本发明的各实施例提供了价格低廉的部分可重新配置的WDM网络，其中在每个节点丢弃固定数量的波长信道，并且其中每个节点可以以网络所支持的任何其它波长发射。这种网络十分有利，特别是在网络经常需要重新配置的城域环境中。而且，重新配置可以远程进行。例如，可以利用光检测信道从网络上的远程管理终端对可调激光器进行调节。这就大大减少了时间延迟和重新配置网络的费用，而不会发生和先有技术全部可重新配置网络相关联的硬件费用，在全部可重新配置网络中可以在任何节点丢弃任何波长。
在本发明的范围内可以进行各种修改。例如，在各节点丢弃的波长信道子集可以或者是连续波长信道波段，如以上述实例那样，或者是非连续波长信道的分组。在后一情况下，例如，可以利用交错型滤光器每隔三个波长信道选择一个波长信道。
下面将指出，发射器可以包括单个可调发射器或多个固定波长发射器。在上述实施例中，发射器可以以网络所支持的所有N个波长发射。但正如所述，这不是主要的。或者，每个发射器可覆盖N个波长中的一个子集，例如，当所述网络配置很可能分为总数的适当子集时。
通常，在一个节点丢弃的波长的数目m一般会等于在所述节点添加的波长数p。但在并不总需要双向业务时，或双向业务在两个方向上具有不同性质时，并不总是如此。

Claims (16)

1.一种波分复用光电信网络，它包括由光纤波导(4，6)互连的多个节点(2)，其中通过用所述通信业务调制的光辐射在节点之间传递通信业务，所述辐射被分隔成数量为N的多个波长信道，每个信道具有分立的不重叠的波段λ1到λN，其中每个节点包括用于丢弃至少一个所述波长信道从而形成到所述节点的连接的装置并包括用于添加至少一个波长信道到所述网络中以形成到所述网络另一节点的连接的装置，其特征在于：至少一个节点(2)授给它自身所述N个波长信道中的固定子集Mi，所述子集的各信道是可以在所述节点丢弃的仅有的一些信道，并且所述至少一个节点(2)包括用于从所述网络中丢弃所述固定子集中的每个波长信道λa到λd的装置(12，42，44)以及能将除所述子集外的至少任何其余波长信道中的一个或多个添加到所述网络中以形成到所述网络另一节点的连接的波长可选装置(14，30，32，34)。
2.如权利要求1所述的波分复用光电信网络，其特征在于：每个节点i授给它所述N个波长信道中相应的固定子集Mi，所述相应的子集的各信道是可以在所述相应的节点丢弃的仅有的一些信道，并且所述每个节点i包括用于从所述网络中丢弃这些波长信道中的每一个的装置；以及每个节点还包括波长可选装置，用于将除所述相应的子集外的至少任何其余波长信道中的一个或多个添加到所述网络中。
3.如权利要求1或2所述的波分复用光电信网络，其特征在于：用于添加一个或多个波长信道的所述装置包括至少一个波长可选发射器(32)。
4.如权利要求3所述的波分复用网络，其特征在于：所述波长可选发射器或每个波长可选发射器是波长可选的，可以以由所述网络支持的N个波长中的任何一个波长发射。
5.如权利要求3所述的波分复用光电信网络，其特征在于：所述波长可选发射器或每个波长可选发射器包括可调激光器。
6.如权利要求3所述的波分复用光电信网络，其特征在于：所述发射器或每个发射器包括可变光衰减器VOA，用于控制所述波长信道的功率。
7.如权利要求1所述的波分复用光电信网络，其特征在于：所述固定子集的所述各波长信道是邻接的并包括连续波长信道波段。
8.如权利要求7所述的波分复用光电信网络，其特征在于：用于丢弃所述波长信道子集的所述装置包括宽带丢弃滤光器。
9.如权利要求1所述的波分复用光电信网络，其特征在于：所述子集包括多个分立的波长信道。
10.如权利要求9所述的波分复用光电信网络，其特征在于：用于丢弃所述波长信道子集的所述装置包括一个或多个固定波长选择性滤光器(42，44)。
11.如权利要求10所述的波分复用光电信网络，其特征在于：所述一个或多个滤光器每隔Q-1个波长信道丢弃一个波长信道，其中Q＞1。
12.如权利要求1所述的波分复用光电信网络，其特征在于还包括用于分离所述子集中各个波长信道的装置(26，36，38)。
13.如权利要求12所述的波分复用光电信网络，其特征在于：所述分离装置包括多路分解器(26)。
14.如权利要求12所述的波分复用光电信网络，其特征在于：所述分离装置包括m路分光器(36)和m个滤光器(38)。
15.如权利要求1所述的波分复用光电信网络，其特征在于：可以在所述节点添加的波长信道的数目等于在所述节点丢弃的所述波长信道的数目m。
16.如权利要求1所述的波分复用光电信网络，其特征在于：所述各节点以环形配置互连。
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