CN102868476A - 基于波长选择交叉连接矩阵的roadm系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于波长选择交叉连接矩阵的ROADM系统，涉及光通信的ROADM领域，包括网管系统和WSXC，WSXC包括N个输入端口、N个输出端口和若干上、下路端口，N为≥2的正整数，WSXC中输入、输出端口连接到其他节点的某一方向，WSXC内同一上下路端口可重构到不同链路方向，且某一方向上的光通道可直通到其他不同维度或下路到某一个下路端口；网管系统控制WSXC对ROADM系统的波长资源进行动态配置，并对ROADM系统的功率均衡、色散补偿进行相应控制和管理。本发明无需增加WSS的数量就可增加ROADM系统的维数，简化ROADM系统的结构，在实现灵活的高速光网络的同时大幅度降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及光通信中的ROADM(Reconfigurable OpticalAdd-Drop Multiplexer，可重构光分插复用器)领域，特别是涉及一种基于波长选择交叉连接矩阵的ROADM系统。
背景技术
随着话音、数据和视频图像等多媒体通信业务的逐年发展，特别是数据和视频传输的业务量迅速增长，对光网络的传输容量、速率、距离和传输质量的要求不断提高，近年来对光网络构建的灵活性、光网络的建设和运行维护费用的降低尤为关注。
为了满足IP(Intemet Protocol，网络之间互连的协议)网络的需求，基础承载网的建设逐渐采用一种以ROADM为代表的光层重构技术。具有动态配置能力的ROADM是光网络“智能”实现的重要基础。ROADM不仅能够像传统OADM(Optical Add-DropMultiplexer，光分插复用器)那样，可以从多波长链路信号中提取特定波长到本地，以及将本地波长插入到链路中去，而且这些操作完全可以通过软件配置实现，从而为分布式控制操作奠定基础。
当前对下一代ROADM架构的普遍要求为超大容量、无色(Colorless)、无方向(Directionless)、无阻塞(Contentionless)。具体来说，无色性指节点内同一上下路端口可以重构为不同波长的特性。无方向性，简称“无向”，是指节点内同一上下路端口可以重构到不同链路方向、且在某一方向上的光通道可以直通到其他不同维度或下路到某一个下路端口的特性。无阻塞性是指节点内不同上下路端口在重构到不同方向的相同波长时没有冲突。同时，为更进一步提高光纤频谱使用效率和支持超宽带光通道，无栅格(Gridless)的频谱操作也成为ROADM的另一个重要特征要求，即不受制于传统的ITU-T(International Telecommunication Union TelecommunicationStandardization Sector，国际电信联盟电信标准化部门)固定栅格的频谱限制(如50GHz间隔)，能对指定波长的光通道实施直通和上下路的操作。
近年来，为实现更高的网络资源使用率，光网络正从环结构向网格结构逐渐进化，而作为光网络中最核心的子系统之一，ROADM也从简单的两维架构向更复杂的多维(＞2维)架构演进。
目前，常见的ROADM系统有三代：WB(Wavelength Blocker，波长阻断器)、PLC(Planar Lightwave Circuits，平面光波导)、WSS(Wavelength SelectiveSwitch，波长选择开关)，其中最好的是第三代波长选择开关型ROADM。目前，波长选择开关的核心技术是SLM(Spatial Light Modulator，空间光调制器)，目前主要有：MEMS(MicroElectro MechanicalSystems，微电子机械系统)、LC(Liquid Crystal，液晶)以及LCoS(Liquid Crystal on Silicon，硅基液晶)技术。国外有器件供应商最近推出增强型WSS-基于硅基液晶技术(LCoS)的可编程光处理器WaveShaper，扩大了WSS的灵活性。波长选择开关采用自由空间光交换，可以支持更高的端口数(维数，Degree)，WSS型ROADM逐渐成为4维以上的ROADM的首选技术。
参见图1所示，基于1×3波长选择开关的三维ROADM系统包括网管系统和三个WSS模块，三个维度分别用东、西、北方向来表示，每个WSS模块包含多维度的光纤链路，每一维都有一对光纤链路和其它节点相连，每个WSS模块还包括多对上下路，上、下路端口可以重构到不同链路方向，灵活通行上下路信号，每一维的输入端经过一个带宽可调的1×3波长选择开关对信号进行滤波，然后分别传输至不同的输出端口；每一维的输出端都是先通过一个光纤耦合器将节点内各个方向的信号复合到输出光纤中，然后传输至其它节点。
参见图2所示，每个1×3波长选择开关具有一个输入端口和3个输出端口，可通过网管系统进行波长资源的动态配置，即通过选择不同的中心波长和带宽，对信号进行滤波，然后分别传输至指定的输出端口。
参见图3所示，基于空间光调制器的1×N WSS模块包括1×N输入/输出光纤阵列(一个输入端口和N个输出端口，N为≥2的正整数)、偏振分集器件、柱面镜、准直透镜、光栅和可编程的空间光调制器，网管系统可以对所在工作波段的每个光通道的幅度和相位进行灵活编程。
基于这种结构的ROADM系统，若要增加ROADM系统的维度，就必须增加WSS模块的个数，通过网管系统控制每一个WSS模块对通过节点的波长资源进行动态的配置，同时也可对节点的其他性能进行相应的控制和管理。但是，这种传统的基于WSS的ROADM系统，由于需要通过增加WSS的数量来增加ROADM系统的维数，因此使系统结构变得复杂，并且增加成本。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种基于波长选择交叉连接矩阵的ROADM系统，无需增加WSS的数量就可增加ROADM系统的维数，简化ROADM系统的结构，在实现灵活的高速光网络的同时大幅度降低成本。
本发明提供的基于波长选择交叉连接矩阵的ROADM系统，包括网管系统和ROADM交叉连接矩阵，所述ROADM交叉连接矩阵为波长选择交叉连接矩阵WSXC，所述WSXC包括N个输入端口、N个输出端口、若干上路端口和下路端口，N为≥2的正整数，WSXC中输入、输出端口连接到其他节点的某一方向，WSXC内同一上下路端口可重构到不同链路方向，且在某一方向上的光通道可直通到其他不同维度或下路到某一个下路端口；网管系统控制WSXC对ROADM系统的波长资源进行动态配置，同时对ROADM系统的功率均衡、色散补偿进行相应控制和管理。
在上述技术方案中，每个ROADM系统包括多维度的光纤链路，每一维都有一对光纤链路和其它节点相连，每个ROADM系统还包括多对上下路，上、下路端口可重构到不同链路方向，灵活通行上下路信号；每一维的输入端都经过WSXC对信号进行滤波，然后传输至不同的输出端口或者某一下路端口。
在上述技术方案中，所述网管系统通过通用接口总线、局域网或通用串行总线进行带外通信。
在上述技术方案中，所述WSXC为基于空间光调制器的N×NWSS模块，包括N×N输入/输出光纤阵列、偏振分集器件、柱面镜、光栅、准直透镜阵列和可编程的空间光调制器，多路输入光信号经过输入光纤阵列进入WSXC模块后，偏振分集器件将输入光纤阵列输出的多路光信号均转换成和光栅的衍射最大偏振态一致的光信号，然后经柱面镜反射和准直透镜阵列准直后至光栅，光栅对多路光信号同时进行分光，将输入多路光信号分别按不同波长在空间展开，再返回准直透镜阵列，准直透镜阵列分别对各路光信号的每一个波长对应的频谱成分进行会聚，经柱面镜反射至空间光调制器的相应处理单元，对各路光信号的频谱分别进行幅度和相位的调整，通过网管系统对各路光信号所在工作波段的每个光通道的幅度和相位进行灵活编程；空间光调制器处理过的多路光信号频谱，再经过柱面镜和准直透镜阵列返回到光栅，合成为具有特定波长范围的多路光信号，然后返回准直透镜阵列，经准直透镜阵列聚焦后，由柱面镜反射到偏振分集元件，通过偏振分集元件恢复各路输出光信号的偏振态后，输出至某一指定输出光纤端口。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
本发明ROADM系统中的ROADM交叉连接矩阵是基于N×N维的WSS，因此只要增加WSS的维数，即WSS输入/输出端口数，就能实现增加ROADM系统的维数，无需增加WSS的数量；在实现ROADM系统功能的同时，不仅使得ROADM系统的结构简单，而且大幅度降低了系统成本，对于推动ROADM组网和实际工程应用具有重要意义。
附图说明
图1为基于1×3波长选择开关的三维ROADM系统结构示意图。
图2为一个1×3波长选择开关的结构示意图。
图3为基于空间光调制器的1×N WSS模块的结构示意图。
图4为本发明实施例中ROADM系统的结构示意图。
图5为本发明实施例中基于波长选择交叉连接矩阵的三维ROADM系统的结构示意图。
图6为本发明实施例中4×4波长选择交叉连接矩阵的结构框图。
图7为本发明实施例中基于空间光调制器的N×N WSS模块的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
参见图4所示，本发明实施例提供一种基于波长选择交叉连接矩阵的ROADM系统，包括网管系统和ROADM交叉连接矩阵，其中，ROADM交叉连接矩阵为WSXC(Wavelength SelectiveCross-Connect，波长选择交叉连接矩阵)，WSXC包括N个输入端口、N个输出端口、若干上路端口和下路端口，N为≥2的正整数，该ROADM系统具有无色、无向、无阻塞、无栅格等特性。WSXC中输入、输出端口连接到其他节点的某一方向，WSXC内同一上下路端口可以重构到不同链路方向，且在某一方向上的光通道可以直通到其他不同维度或下路到某一个下路端口。
参见图5所示，基于WSXC(Wavelength Selective Cross Connect，波长选择交叉连接矩阵)的三维ROADM系统，三个维度分别用东、西、北方向来表示。每个ROADM系统可以包含多维度的光纤链路，每一维都有一对光纤链路和其它节点相连，每个ROADM系统还包括多对上下路，上、下路端口通过WSXC可重构到不同链路方向，灵活通行上下路信号。每一维的输入端都经过WSXC对信号进行滤波，然后传输至不同的输出端口或者某一下路端口。
网管系统控制WSXC对ROADM系统的波长资源进行动态配置，同时对ROADM系统的其他性能(例如功率均衡、色散补偿等)进行相应控制和管理，从而实现高效灵活的光网络。网管系统可通过GPIB(General Purpose Interface Bus，通用接口总线)、LAN(LocalArea Network，局域网)、USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)等通信接口和系统设备进行带外通信。
基于WSXC的ROADM系统，增加输入端口、输出端口的数量，即可增加ROADM系统的维度。参见图6所示，4×4波长选择交叉连接矩阵具有4个输入端口和4个输出端口，可通过网管系统进行波长资源的动态配置，即通过选择不同的中心波长和带宽，对信号进行滤波，然后分别传输至指定的输出端口。
参见图7所示，本发明实施例中的WSXC为基于空间光调制器的N×N WSS模块，包括N×N输入/输出光纤阵列、偏振分集器件、柱面镜、光栅、准直透镜阵列和可编程的空间光调制器，多路输入光信号经过输入光纤阵列进入WSXC模块后，偏振分集器件将输入光纤阵列输出的多路光信号均转换成和光栅的衍射最大偏振态一致的光信号，然后经柱面镜反射和准直透镜阵列准直后至光栅，光栅对多路光信号同时进行分光，将输入多路光信号分别按不同波长在空间展开，再返回准直透镜阵列，准直透镜阵列分别对各路光信号的每一个波长对应的频谱成分进行会聚，经柱面镜反射至空间光调制器的相应处理单元，对各路光信号的频谱分别进行幅度和相位的调整，通过网管系统对各路光信号所在工作波段的每个光通道的幅度和相位进行灵活编程；空间光调制器处理过的多路光信号频谱，再经过柱面镜和准直透镜阵列返回到光栅，合成为具有特定波长范围的多路光信号，然后返回准直透镜阵列，经准直透镜阵列聚焦后，由柱面镜反射到偏振分集元件，通过偏振分集元件恢复各路输出光信号的偏振态后，输出至某一指定输出光纤端口。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明包含这些改动和变型在内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (4)
1.一种基于波长选择交叉连接矩阵的ROADM系统，包括网管系统和ROADM交叉连接矩阵，其特征在于：所述ROADM交叉连接矩阵为波长选择交叉连接矩阵WSXC，所述WSXC包括N个输入端口、N个输出端口、若干上路端口和下路端口，N为≥2的正整数，WSXC中输入、输出端口连接到其他节点的某一方向，WSXC内同一上下路端口可重构到不同链路方向，且在某一方向上的光通道可直通到其他不同维度或下路到某一个下路端口；网管系统控制WSXC对ROADM系统的波长资源进行动态配置，同时对ROADM系统的功率均衡、色散补偿进行相应控制和管理。
2.如权利要求1所述的基于波长选择交叉连接矩阵的ROADM系统，其特征在于：每个ROADM系统包括多维度的光纤链路，每一维都有一对光纤链路和其它节点相连，每个ROADM系统还包括多对上下路，上、下路端口可重构到不同链路方向，灵活通行上下路信号；每一维的输入端都经过WSXC对信号进行滤波，然后传输至不同的输出端口或者某一下路端口。
3.如权利要求1所述的基于波长选择交叉连接矩阵的ROADM系统，其特征在于：所述网管系统通过通用接口总线、局域网或通用串行总线进行带外通信。
4.如权利要求1或2或3所述的基于波长选择交叉连接矩阵的ROADM系统，其特征在于：所述WSXC为基于空间光调制器的N×NWSS模块，包括N×N输入/输出光纤阵列、偏振分集器件、柱面镜、光栅、准直透镜阵列和可编程的空间光调制器，多路输入光信号经过输入光纤阵列进入WSXC模块后，偏振分集器件将输入光纤阵列输出的多路光信号均转换成和光栅的衍射最大偏振态一致的光信号，然后经柱面镜反射和准直透镜阵列准直后至光栅，光栅对多路光信号同时进行分光，将输入多路光信号分别按不同波长在空间展开，再返回准直透镜阵列，准直透镜阵列分别对各路光信号的每一个波长对应的频谱成分进行会聚，经柱面镜反射至空间光调制器的相应处理单元，对各路光信号的频谱分别进行幅度和相位的调整，通过网管系统对各路光信号所在工作波段的每个光通道的幅度和相位进行灵活编程；空间光调制器处理过的多路光信号频谱，再经过柱面镜和准直透镜阵列返回到光栅，合成为具有特定波长范围的多路光信号，然后返回准直透镜阵列，经准直透镜阵列聚焦后，由柱面镜反射到偏振分集元件，通过偏振分集元件恢复各路输出光信号的偏振态后，输出至某一指定输出光纤端口。
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