CN117999749A - 用于宽频谱信道的roadm架构 - Google Patents

Abstract

一种可重构光插/分复用器(ROADM)节点包括多个维度；以及一个或更多个光纤/空间开关，其中所述多个维度中的每一个连接到所述一个或更多个光纤/空间开关，并且所述一个或更多个光纤/空间开关被配置成互连所述多个维度中的任何项以及可选的一个或更多个插/分组件。所述多个维度部分地彼此互连，同时基于所述一个或更多个光纤/空间开关的配置支持任何项到任何项的互连。

Description

用于宽频谱信道的ROADM架构

相关申请的交叉引用

本公开要求2021年8月27日提交的申请号为63/237,698的美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及光网络(optical networking)。更具体地，本公开涉及用于宽频谱信道的可重构光插/分复用器(Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer，ROADM)架构的系统和方法。

背景技术

在光网络中，可重构光插/分复用器(ROADM)是一种能够在密集波分复用(DenseWave Division Multiplexing，DWDM)系统中在波长(或一段光谱)级别添加、阻塞、通过(传递)、丢弃和切换信道的构造、硬件装备等。在网络层面，ROADM节点是光网络中的站点，通过该站点添加、丢弃和/或传递信道。也就是说，ROADM节点是光网络中访问流量的终端位置。ROADM节点中的每个维度(degree)包含用于支持互连到光网络的两种光纤的组件，即入口和出口光纤(发射和接收)。例如，二维度ROADM节点具有两个面向网络的端口(如本文所述，一个端口能够包括两根光纤——发射和接收)，并且通常，W维度节点具有W个面向网络的端口，W≥1。

ROADM节点如今能够以多种方式扩展以支持更多数量的光复用段(OpticalMultiplex Section，OMS)部件(或光纤维度)：

1)WSS技术创新：能够开发新的波长选择开关(Wavelength Selective Switch，WSS)技术来支持更高水平的ROADM互连。到现在为止，业界已提供以下WSS端口扇出增加，以支持更大的ROADM尺寸：1×5→1×9→1×20→1×32。如本领域所知，WSS容量被引用为1×N，其中1+N等于总端口的数量。

2)能够叠加新的ROADM平面以支持增长，例如经由空分复用(Space DivisionMultiplexing，SDM)。参见例如2021年7月13日发布的、标题为“Scalable ROADMarchitecture with multi-plane switching”的共同转让的美国专利No.11,063,683，其内容通过引用并入本文。

3)WSS’能够在部分网中互连。通过限制ROADM维度的互连性，能够支持更多的维度。

当然，光网络的带宽需求持续增长，而这些现有的扩展方法存在缺点。ROADM的尺寸受到当前WSS技术限制的约束。新的更高扇出WSS技术增加了所有的ROADM维度的成本。叠加光子层平面(SDM)成本高昂，管理复杂，并导致单个平面上的容量搁置。部分互连的ROADM在规划和配置上操作复杂，并且本质上是静态的。相干调制解调器技术的最新发展促使传输更加接近香农极限(Shannon Limit)，这导致了电光带宽增加，并因此调制解调器的频谱占用增加，以支持更大的容量和更低的成本。这将焦点从波分复用转移到空分复用。就光子系统而言，这是从较高的信道数和适度的维度数向低的信道数和更高的维度数的转变，其中维度现在包括物理方向、多个光纤对和光谱带。

发明内容

本公开涉及用于宽频谱信道的可重构光插/分复用器(ROADM)架构的系统和方法。特别地，本公开从与信道(例如，50GHz、100GHz间隔信道等)相对的频谱切片(即媒体信道、超级信道等)的角度来看待ROADM。频谱切片的数量少于或等于信道的数量，例如，C频段和L频段两者都包括9.6THz，并且具有1.2THz的频谱切片会产生仅8个切片，远少于组合的C频段和L频段之间的192个信道(即使用50GHz间隔信道)。当然，1.2THz是示例值，并且可以考虑其他值。频谱切片表示两个端点之间的总光容量需求。以这种方式，随着端口数量的显著减少，可以实现高维度ROADM。此外，本公开包括在维度之间使用光开关，而不是固定光纤连接。本公开的优点包括能够利用当前的光组件技术构建高容量、高维度ROADM节点，而不必专用开关平面，例如在空分复用(SDM)等中。也就是说，能够用容易获得的1×8、1×24或1×32WSS和64×64、128×128等光开关来构建ROADM。换句话说，就维度数而言，ROADM大小不再由可用的WSS技术(1×N)定义或约束。WSS技术现在只定义频谱切换的粒度。例如，1×9WSS能用于构建任何尺寸的ROADM。中央空间开关现在定义节点容量。不需要继续扩展光学组件技术来实现这种架构。

一旦最终确定，这将成为权利要求。

附图说明

在此参照各种附图来说明和描述本公开，在附图中适当地使用类似的附图标记来表示类似的系统组件/方法步骤，并且其中：

图1是基于超级信道或媒体信道的具有光插/分且具有维度到维度和光插/分开关的示例9维度ROADM的示意图。

图2是N维度ROADM的附加细节和连接的示意图。

图3是具有无色-无向(Colorless-Directionless，CD)架构的N维度ROADM的附加细节和连接的示意图。

图4是利用多播开关(Multicast Switch，MCS)的无色信道复用器/解复用器(Colorless Channel Multiplexer/Demultiplexer，CCMD)的实现的框图。

图5是利用无连接波长选择开关(Contentionless Wavelength SelectiveSwitch，CWSS)的CCMD的实现的框图。

图6是具有信道预组合器的基于CWSS的M×N CCMD的框图。

图7是操作ROADM的过程的流程图。

图8是图2的ROADM图，示出了线式光学处理。

具体实施方式

再次，本公开涉及用于宽频谱信道的可重构光插/分复用器(ROADM)架构的系统和方法。本公开描述了一种新的ROADM架构，其被定制以解决未来的光子层连接需求。特别地，本公开从与信道(例如，50GHz、100GHz间隔信道等)相对的频谱切片(即媒体信道、超级信道等)的角度来看待ROADM。频谱切片的数量少于或等于信道的数量，例如，C频段和L频段两者都包括9.6THz，并且具有1.2THz的频谱切片会产生仅8个切片，远少于组合的C频段和L频段之间的192个信道(即使用50GHz间隔信道)。当然，1.2THz是示例值，并且可以考虑其他值。频谱切片表示两个端点之间的总光容量需求。以这种方式，随着端口数量的显著减少，可以实现高维度ROADM。此外，本公开包括在维度之间使用光开关，而不是固定光纤连接。本公开的优点包括能够利用当前的光组件技术构建高容量、高维度ROADM节点，而不必专用开关平面，例如在空分复用(SDM)等中。也就是说，能够用容易获得的1×8、1×24或1×32WSS和64×64、128×128等光开关来构建ROADM。换句话说，就维度数而言，ROADM大小不再由可用的WSS技术(1×N)定义或约束。WSS技术现在只定义频谱切换的粒度。例如，1×9WSS能用于构建任何尺寸的ROADM。中央空间开关现在定义节点容量。不需要继续扩展光组件技术来实现这种架构。

此外，本公开包括除了入口和出口光纤之外的维度的另外的可能性。一个示例包括所谓的单光纤工作，其中单光纤承载发射光和接收光两者。另一个示例是多芯，其中在同一光纤束内使用多个波导。在支持SDM应用方面，多芯可能非常有用。第三个示例是空芯光纤，该空芯光纤比当前的硅基光纤技术表现出甚至更宽的传输窗口。本领域技术人员将认识到，本文使用的术语“维度(degree)”考虑任何物理实现，并且不局限于两根光纤——一根入口和一根出口。此外，本文描述的架构能够被视为取代传统的ROADM维度，并且甚至可以包括诸如入口/出口波导之类的不同术语。再次，本文使用的术语“维度”考虑了这些不同的术语。

考虑到网络连接带宽需求预计以高复合年增长率(Compound Annual GrowthRate，CAGR)继续增长，并且频谱传输效率的未来增长预计减少，因此能够确定：

1)站点到站点容量要求(A-Z连接)将需要增加频谱量来传送所需的流量数据速率。

2)每个连接的更多的频谱将导致每个光纤对更少的唯一A-Z连接。值得注意的是，与传统的50GHz间隔信道相比，更高容量的光调制解调器利用了更大的频谱量。

3)将需要更大的ROADM(更高的维度数/更多的光纤对)来满足总体节点流量需求。

到现在为止，ROADM主要被架构成支持ROADM维度之间的任何项到任何项的波长切换。由于ROADM通常终止于相对较少的光纤对(通常为8个或更少的光纤对)，并且每个光纤对的波长信道数很高(高达每个C频段96×50GHz信道)，因此任何项到任何项的开关架构是合理的，因为每维度至少一个波长可能需要连接到7个或更少的其他ROADM维度中的每一个的概率高。

在当前的方法中，ROADM被构造为支持维度之间的全互连，这些维度的每个光纤对具有高信道数(对于总共9.6THz光谱的C+L频段的总共192×50GHz信道而言，每个C频段96×50GHz信道并且每个L频段96×50GHz信道)。利用相干光调制解调器、灵活的网格间距和媒体信道(Media Channel，MC)(也称为超级信道)，信道数显著减少(尽管每个“信道”都有显著更多的带宽)。媒体信道是定义的光频谱切片，该光频谱切片能够包括多个网络媒体信道(Network Media Channel，NMC)并且在网络中具有相同的A-Z路由。值得注意的是，每新一代的相干调制解调器都以越来越高的波特率工作，并相应地消耗更多的频谱，从而减少了光纤上承载的信道数量。MC构造允许将多个NMC视为单个更宽的信道，这进一步减少了总信道数。请注意，较旧的50GHz信道调制解调器在很大程度上也是相干调制解调器。

然而，每根光纤信道数的预期减少，以及支持每个节点ROADM维度数量的增加的需要，将导致ROADM节点连接要求的变化，由此，单个ROADM维度将只需要连接到几个其他维度或分出端口。为了说明这一点，如果我们假设每个A-Z连接的平均信道要求是1.2THz，那么支持C和L频段(9.6THz频谱)的光纤维度将承载最多8个唯一的A-Z连接，即8个媒体信道。在16维度或更多维度的大型ROADM中，这意味着任何单个维度将仅需要连接其他ROADM维度的一小部分。

ROADM连接要求的这种变化为下文概述的新架构创造了条件。具体地，本公开考虑基于媒体信道而不是基于单个信道来构建ROADM。以这种方式，能够在全部利用现有的光学组件的情况下在维度、方向和插/分方面构建大得多的ROADM。也就是说，这解决了扩展1×NWSS技术的问题，避免了SDM中的ROADM平面或者部署有搁置容量风险的并行ROADM平面的需要。

这种方法的关键组件是用来提供维度之间的互连性和用来插/分的光纤/空间开关12以及定义为大频谱带(例如，600GHz、1.2THz等)的信道。通过这种方法，不需要将每个维度连接到每个其他维度，而是能够使用光纤/空间开关12进行互连。值得注意的是，光纤/空间开关12能够允许任何维度连接到任何其他维度以及插/分，但是不需要将该维度上的端口专用于全互连，从而允许更少的端口。

新的ROADM架构具有以下特点：

1)利用不太复杂且成本较低的ROADM WSS技术来构建大型节点。

2)取代被称为光纤洗牌(fiber shuffle)或光纤互连模块(Fiber InterconnectModule，FIM)的固定光纤互连模块，或者替代地，用光学空间开关(用作光学主干开关)(即光纤/空间开关12)取代用于互连ROADM维度的大量光缆。这使任何互连成为可能，而没有在每个维度之间使用专用端口的缺点。

3)包括控制系统，该控制系统允许ROADM维度基于信道连接需求的需要通过中央光开关结构来被动态互连。

4)采用以下机制，通过该机制，中央开关结构能够提供通过ROADM节点的路径冗余以避免单点故障，即双光纤/空间开关12。

所设想的ROADM架构从不同的角度审视光子层连接，这使得优化和扩展达到新的水平，该新的方法：

1)被设计用于切换宽频谱媒体信道，这些宽频谱媒体信道的大小满足A-Z连接的总体容量要求。这些媒体信道能够被单个非常高波特率NMC或多个共路由NMC(超级信道)占用。与现有的ROADM架构相反，该解决方案不旨在或不能切换相对低带宽(例如，50GHz-100GHz)的单个波长。单个波长的切换仍然可以利用对接设备实现，例如预组合器、复用器/解复用器、对向光开关、WSS等。

2)用根据节点的连接要求定制的可编程互连(即光纤/空间开关12)代替ROADM维度的静态全网状互连，该静态全网状互连随着ROADM节点的扩大而变得越来越复杂和昂贵。

此外，这种新架构引入了节点内数据路径保护，提供了在现有架构中不可用的新的冗余级别，即双重的，即光纤/空间开关12。

图1是基于超级信道或媒体信道的具有光插/分和具有维度到维度及光插/分开关的示例9维度ROADM 10的示意图。ROADM 10包括一个或更多个光纤/空间开关12。在该示例中，有用于保护/冗余的两个开关12。ROADM 10还包括维度设备14，例如1×N WSS，其它波长 选择开关设备等。在该示例中，为了说明目的，存在由维度设备14形成的9维度。此外，能够存在光学插/分设备16来支持本地插/分。维度设备14和光学插/分设备16能够是相同或不同类型的设备。也就是说，能够将本地插/分视为另一个维度。

开关12能够是N×N交叉点开关。例如，设想开关12能够是当前可用的128×128端口。值得注意的是，开关12提供维度到维度的连接。在传统的方法中，通过光纤连接(例如通过光纤互连模块、光纤洗牌器等)，维度到维度的连接和本地插/分是固定的。本公开用中间开关12移除了该固定连接。

每个维度设备14能够包括面向网络的用于发射和接收的两个公共端口和连接到开关12的M个端口。当然，本领域技术人员理解还可以使用其他组件，例如放大器等，为简单起见，省略了这些组件。M个端口基于频谱切片。例如，假设每个超级信道为1.2THz，M将等于8，以支持C+L频段中的所有9.6THz。当然，还可以考虑其他数值，例如，对于600GHz信道为16，对于300GHz信道为32等。此外，除了C+L频段之外，本公开还考虑了额外的频段，例如S频段、O频段或任何其他未来的频段。本领域技术人员将认识到，本文描述的方法能够用于一个频带、多个频带等。

开关12被配置成在用于表示连接、维度到维度的维度14和用于本地插/分的光插/分设备16之间切换超级信道。

图2是N维度ROADM 10的附加细节和连接的示意图。该ROADM节点能够是光网络的一部分，并且负责本地插/分信道和节点分流。在图2的示例中，ROADM 10包括等于N的维度数量，N是整数，每个维度由1×M WSS14构成，M是整数，例如M＝8、24、32等。每个维度包括1×M WSS14，标记为1×M WSS#1、#2、…、#N。维度是ROADM 10和光网络中的其它节点之间的输入/输出连接。在该示例中，ROADM节点10能够连接到光网络中的N个相邻节点。为了说明清楚，图2示出了双向连接。因此，这些维度中的每一个具有发射(TX)和接收(RX)光纤。此外，本领域技术人员将认识到，ROADM 10能够包括各种其他组件，例如前置/后置放大器、光信道监视器(Optical Channel Monitor，OCM)、光服务信道(Optical Service Channel，OSC)等，为了说明目的，省略了这些组件。

ROADM 10包括用于频谱的本地插/分的1×P WSS16。在ROADM 10中，能够将本地插/分视为另一个维度。维度1×M WSSs 14包括面向网络的两个公共端口和面向内部(例如经由S×S开关12)的M个单独端口。本地插/分1×PWSS16能够是与维度1×M WSS14相同的设备，但是包括连接到S×S开关12和剩余P个端口的两个公共端口，该剩余P个端口连接到对向设备，例如用于子媒体信道梳导。

再次，S×S开关12在维度1×M WSS14和本地插/分1×P WSS16之间在频谱切片级别上提供灵活连接。在另一个实施例中，可以不包括S×S开关12并且光纤连接维度1×MWSS14和本地插/分1×P WSS16。值得注意的是，这相对于S×S开关12效率较低。对于S×S开关12的大小，预计适当的端口数就足够了，例如128×128。例如，128×128将允许8个频谱切片跨越高达32维度，同时对于维度WSS14只有1×8WSS，即M＝8。这似乎是足够的，并且是显著的优点，因为它允许用传统的光学组件构建具有完全插/分的大维度站点(32维度)。如果我们开始使用开关端口用于插/分，那么我们相应地减少维度数量(在这种情况下，8个插/分端口相当于1维度)。

此外，例如，32×8切片需要256×256端口中央开关。但是，如果连接不受保护(一半的容量通过每个主开关)，则还能够通过配置2×128端口开关来实现。注意，如本文所述，S×S开关12能够互换地指代主干开关、中央开关、光纤/空间开关、端口开关等。开关12也能够配置在1：N(一个保护用于N个工作开关)中央结构主干中作为一种机制，不仅可以扩展互连，还可以在需要时提供冗余。在本示例中，1：2配置的3×128端口开关将提供8个切片+冗余。4×64端口开关是另一种配置，其将8个切片转送到32维度(如果需要保护，在1：4配置中为5)。

如果频谱切片是固定的，我们能够在这个阶段使用薄膜滤波器或阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating，AWG)，就像在WSS出现之前许多传统ROADM所做的那样。使用WSS的原因在于我们能够改变每个频谱切片的宽度，以考虑成对的维度/分插之间的数据流差异。使用WSS进行频谱整形和使用WSS进行均衡是有利的。随着信道宽度的增加，信道内频谱整形变得越来越重要。

对于本地插/分，可以省略本地插/分1×P WSS16。例如，可以连接S×S开关12的端口用于直接本地插/分。在另一个实施例中，我们能够使用简单的分路器/组合器，有时称为预组合器，以及相干转发器，以允许每个空间开关端口有多于一个的转发器。例如，预组合器在2019年9月11日提交的标题为“Upgradeable colorless,directionless,andcontentionless optical architectures”的美国专利申请No.16/567,023中有所描述，其全部内容通过引用并入本文。例如，预组合器能够直接连接到S×S开关12。

本领域的普通技术人员将认识到，其它配置也可以支持ROADM 10的架构。此外，M、N、P、S的选择是特定于实现的，并考虑了各种值。这些值的选择通常与组件可用性、插入损耗、性能等有关。本公开的优点是能够使用传统的光学组件。不需要大量端口数WSS或其他高级开关组件。

图2中的本地插/分1×P WSS16通过空间S×S开关12选择性地连接到感兴趣的维度。这就是为什么您能够使用WSS的公共端口而不是开关端口。在这种情况下(只有一组公共端口)，公共端口只能连接到一个维度。一旦连接，插/分1×P WSS16能够选择要发射到/来自该维度的任何切片。极端情况下能够是整个频谱。当然，ROADM 10能够包括多个插/分1×P WSS16，例如每个维度对应一个。

图3是具有无色-无向(CD)架构的N维度ROADM 10的附加细节和连接的示意图。该CD架构包括M×N无色信道复用器/解复用器(CCMD)18。ROADM 10包括标记为M×N CCMD#1、#2、…、#(D-X)的M×N CCMD 18，用于以无色、无向和无竞争的方式进行信道的本地插/分。维度的数量X能够是1和M之间的任意值。ROADM 10包括多达D-X个M×N CCMD 18。M×NCCMD是一种支持M个维度和N个信道(光调制解调器)的光插/分设备。能够使用多播开关(MCS)或无竞争WSS(Contentionless WSS，CWSS)来实现M×N CCMD 18，并且M×N CCMD 18的附加细节在图4和5中示出。M×NCCMD 18是通常包括光放大器、多播光开关(MCS)等的光插/分设备，并且被配置为在ROADM 10中支持无色复用/解复用。M×N CCMD 18是无向的，这意味着能够将任何信道发送到任何维度，M×N CCMD 18还是无竞争的，从而在同一个M×N CCMD 18中支持特定信道的多于一个实例。M×N CCMD 18中的每一个连接到多达N个光调制解调器20。为了支持无向操作，M×N CCMD 18中的每一个例如经由S×S开关16连接到1×D WSS14中的每一个。

图4是利用多播开关(MCS)的无色信道复用器/解复用器(CCMD)18A的实现的框图。图5是利用无竞争波长选择开关(CWSS)的CCMD 18B的实现的框图。CCMD 18A、CCMD 18B两者都是支持连接到每个设备的M个维度和N个信道/端口的M×N设备。CCMD 18A包括1×N分路器/组合器22的M阵列和M×1开关24的N阵列。CCMD 18B包括1×N WSS26的M阵列和M×1开关24的N阵列。因此，CCMD 18B是基于CWSS的M×N CCMD(光插/分设备)。在信道侧(面向光调制解调器20)，CCMD 18A、CCMD 18B两者都利用M×1开关24将给定的信道/波长定向到特定维度。根本的区别在于MCS(CCMD 18A)使用组合器来多路复用信道端口，而无竞争WSS使用WSS。

对于MCS(CCMD 18A)，当信道使用组合器来多路复用时，来自所有这些信道的带外放大自发辐射(Amplified Spontaneous Emission，ASE)相加(即噪声漏斗)。该问题在较新的光学调制解调器中通过在输出处添加可调滤波器来消除带外ASE而得到缓解。这是因为高阶调制格式不能承受来自噪声漏斗的光信噪比(Optical Signal-to-Noise Ratio，OSNR)损失。

本文描述的系统和方法利用具有信道预组合的CWSS(CCMD 18B)来改善信道/端口扩展和成本。传统的CDC架构通常使用MCS(CCMD 18A)，并且预计下一代CDC架构将主要趋向CWSS(CCMD 18B)方法。有利地，CWSS具有显著更低的损耗(例如，1×32WSS的损耗为约7dB，而1×16分路器的损耗为约13dB)，具有扩展到更多端口数的潜力(相比于MCS实现)，并且在多路复用方向上内置信道滤波以减少噪声漏斗。本文的系统和方法解决了CDC架构中采用CWSS的挑战之一，即端口扩展和每个端口的成本。

CWSS需要两个开关元件，即1×N WSS26的M阵列和1×M开关24的N阵列(而MCS具有带有组合器/分路器的单个开关元件)。1×N WSS26的M阵列能够用单个硅基液晶(LiquidCrystal on Silicon，LCoS)芯片实现，并且每个WSS26为指向N个信道端口中的任何一个的单个信道产生不同的衍射角。1×M开关24的N阵列能够用微机电系统(Microelectromechanical system，MEMS)镜像阵列(也可以使用平面光波电路(PlanarLightwave Circuit，PLC)设计)来实现，并配置为将特定信道端口指向1×N WSS26的M阵列之一。

利用由空间开关所选择的可编程互连，M×N CCMD 18能够用于插/分。这能够通过普通的2级分插结构来实现，我们将该结构用于CD ROADM，在该CD ROADM中存在着WSS和复用器/解复用器元件，该WSS的开关端口连接到空间开关16并且该复用器/解复用器元件(其可以是固定滤波器、一组功率组合器/分路器或另一个WSS)连接到该“维度”WSS的公共端。这里的区别在于，不需要面向WSS的维度具有与维度一样多的端口，只需要与该插/分上支持的转发器一样多的端口。在我们的例子中，这是最大值8。让我们假设我们使用分路器和组合器，并决定2个就足够了。然后，我们只需要维度侧的两个端口，然后空间开关负责将这两个频谱切片定向到我们想要的维度。此外，我们能够用M×N WSS来取代WSS和复用/解复用部分，其中M和N与目前典型的CDC架构相比已大幅减少。我们还能够仅使用分路器和组合器，并且使用维度WSS上的波长选择性来仅通过感兴趣的维度上所需要的频谱切片。

图6是具有信道预组合器32、34的基于CWSS的M×N CCMD 30的框图。信道预组合器32、34通过将通过CDC ROADM添加的信道进行预组合来缓解ROADM架构的限制，从而允许每个端口在共路由(在同样的节点发起和终止)时增加信道。值得注意的是，信道预组合器32、34能用于形成媒体信道、频谱切片。

图6示出了利用基于CWSS的M×N CCMD 30进行信道插/分的三种方法，即与光调制解调器20A的直接连接、两个光调制解调器20B与无源预组合器32的无源组合、以及四个光调制解调器20C与放大预组合器34的放大组合。光调制解调器20A直接连接到基于CWSS的M×N CCMD 30。因此，基于CWSS的M×N CCMD 30的N个端口中的一个用于单个信道。信道预组合器32、34以与光调制解调器20A类似的方式连接，每个占用基于CWSS的M×N CCMD 30的N个端口中的一个端口，但是信道预组合器32、34在插/分侧具有多个端口。在该示例中，无源预组合器32具有两个端口，因此，它操作为将其连接到的基于CWSS的M×N CCMD 30上的端口加倍。放大的预组合器34具有四个端口，因此它操作为将其连接到的基于CWSS的M×NCCMD 30上的端口变成四倍。

信道预组合器32、34包括在发射方向上的耦合器50，以在光调制解调器20B、20C耦合到基于CWSS的M×N CCMD 30之前将来自光调制解调器20B、20C的信道组合起来。信道预组合器32、34包括在接收方向上的分路器52，以将信道从基于CWSS的M×N CCMD 30分开到光调制解调器20B、20C。信道预组合器34还能够包括发射方向上的放大器54和接收方向上的放大器56。

信道预组合器32、34充当本地插/分端口倍增器。因此，成本/端口和每个基于CWSS的M×N CCMD 30的最大端口数利用预组合来缩放。该方法能够根据信道预组合器32、34将任意数量的信道(例如，2、3、4、5……)预组合。在这里所示的示例中，预组合器32支持2个信道，并且信道预组合器34支持4个信道。本领域普通的技术人员将认识到，预组合能够支持任何数值C，C是整数。然而，路由粒度也随着预组合信道的数量而缩放，目标是在信道至路由组方面找到平衡。此外，如本文所述，信道由单个物理光学调制解调器20形成。光调制解调器20能够支持多个波长、灵活的网格频谱、高级调制格式等。也就是说，端口/信道表示到信道预组合器32、34的物理连接连接到基于CWSS的M×N CCMD 30的物理端口。值得注意的是，只要放大器将维持功率谱密度所需的总功率考虑在内，该系统和方法就适用于不同的波特率(例如，37、56、75、90千兆波特等)。

值得注意的是，对于信道间，尤其是对于我们考虑的非常大的频谱切片，需要信道间均衡。做到这一点最有效的设备是WSS，并且最简单的实现是将其与被均衡的维度/方向联系起来。有一种观点认为，人们能够使用WSS的层来执行这些功能，但是空间开关以及跨信道和维度共享的WSS的联合控制的复杂性使得这更加复杂，并且没有任何设备减少的好处。

SDM已被提议作为一种通过互连多个ROADM网络元件来构建更大的ROADM节点的机制，而我们使用ROADM网络元件内部的SDM来创建一个大的节点。也就是说，本公开利用光纤/空间开关12作为动态互连WSS模块(即维度)的机制。我们的SDM模块取代了WSS模块之间的互连线。本公开是关于一种构建波长开关的新方法，该方法基于这样的前提，即具有非常宽的频谱宽度的未来波长能够使用不同的架构进行切换，该架构使用WSS模块的可编程的部分网状互连(其能用空间开关实现)，而不是静态的全网状WSS互连(其需要具有更多端口的更昂贵的WSS模块)。这种新的ROADM架构能够在有或没有外部开关的情况下部署。

在实施例中，ROADM节点10包括：多个维度14；一个或更多个插/分组件16；以及一个或更多个光纤/空间开关12，其中所述多个维度14中的每一个和所述一个或更多个插/分组件16连接到一个或更多个光纤/空间开关12，并且所述一个或更多个光纤/空间开关12被配置成互连所述多个维度14和所述一个或更多个插/分组件16中的任何项。

所述多个维度14部分地彼此互连，同时基于所述一个或更多个光纤/空间开关12的配置支持任何项到任何项的互连。这有利地使得能够利用传统组件构造大型ROADM节点10，即无需使用较高端口数WSS来支持高维度ROADM。

所述多个维度14上的端口的容量能够根据包括超级信道和媒体信道中的任何项的频谱来定义。所述多个维度14上的端口的容量能够在包括1.2THz和600GHz中的任何项的频谱切片中定义。对于所述多个维度14中的每一个，波长选择开关(Wavelength SelectiveSwitch，WSS)上的端口数量能够等于或小于频谱切片的数量，每个频谱切片包括在ROADM节点中可切换的频谱带。

在一些示例中，所述多个维度14能够包括1×N波长选择开关(WSS)，N≤32。所述多个维度14能够包括1×8波长选择开关(WSS)，高达32维度并支持8个频谱切片，每个频谱切片包括在ROADM节点10中可切换的频谱带，并且所述一个或更多个光纤/空间开关12为128×128或更小。

所述一个或更多个插/分组件能够包括波长选择开关(WSS)、薄膜滤波器、阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating，AWG)和/或连接到所述一个或更多个光纤/空间开关的一个或更多个预组合器。此外，所述一个或更多个插/分组件能够包括在收发器和所述一个或更多个光纤/空间开关之间的直接连接。这种方法对于新构建或低插/分数是有利的。

ROADM 10能够包括被配置成选择性地设置所述一个或更多个光纤/空间开关的连接的控件。ROADM节点能够支持在多个频谱切片中切换高达9.6THz的频谱。此外，通过使用其他频带、C和/或L频带的扩展等，预期频谱带能够超过9.6THz，并且这些实施例与本公开一起被考虑。

在另一个实施例中，ROADM 10包括一个或更多个光纤/空间开关12，光纤/空间开关12被配置为选择性地互连多个维度14和一个或更多个插/分组件16，使得所述多个维度14彼此部分互连，同时基于所述一个或更多个光纤/空间开关12的配置支持任何项到任何项的互连，其中所述一个或更多个光纤/空间开关12在频谱切片级别切换，每个频谱切片包括在ROADM 10中可切换的频谱带。

频谱切片能够大于或等于600GHz。ROADM 10能够支持在多个频谱切片中切换高达9.6THz的频谱。

图7是操作ROADM 10的过程100的流程图。过程100包括经由一个或更多个光纤/空间开关选择性地互连多个维度和/或一个或更多个插/分组件，使得在基于所述一个或更多个光纤/空间开关的配置支持任何项到任何项的互连的同时存在部分互连(步骤102)；以及经由所述多个维度和/或所述一个或更多个插/分组件之间的一个或更多个光纤/空间开关切换频谱切片，每个频谱切片包括在ROADM节点中可切换的频谱带(步骤104)。

过程100能够包括经由所述一个或更多个光纤/空间开关调整所述多个维度和/或所述一个或更多个插/分组件的互连(步骤106)。过程100能够包括利用包括两个光纤/空间开关的所述一个或更多个光纤/空间开关，基于故障在两个光纤/空间开关之间选择性地切换(步骤108)。

图8是示出了线式光学处理的ROADM 10的示意图，例如使用示例全光频率转换器150。此外，该架构支持线式临时连接。设想在光学链中存在有用的光学处理功能。现在，这真的不切实际，因为互连光纤上总是有一个以上的潜在的信道。在这种架构中，每根光纤上可能只有一个超级信道，并且因此每个OXC端口也可能只有一个超级信道。这些功能可以是简单的，如滤波或放大，也可以是复杂的，如光波长转换或光再生(2R或3R)。现在没有采用全光波长转换的主要原因之一是它最好与单个信道一起使用，而这里描述的架构自然地给出了这一点。人们能够将这些设备连接到OXC的端口对，并在插入(Add)、分出(Drop)甚至穿过(Passthrough)之前，使用它们来处理超级信道。光波长转换将允许相当于SONET开关中的时隙交换(Time-Slot-Interchange，TSI)，并可用于疏通光路径，并允许网状网络中更高的频谱利用率。

图8示出了从一个维度路由到线式功能(光输入/光输出)的信道。这个示例是全光频率转换器，它使用光学处理来改变光的频率而不影响调制。这能够通过使用非线性过程(如四波混频)创建输入信号的副本来实现。仅示出了一个路径，其中在维度一进入的频率152光被转换到频率154，然后在维度N出去。存在从维度N到1维度流动并从频率154转换到频率152的互补反向路径，为清楚起见，该路径未示出。这允许在光域中进行可编程频率转换，这会减少网状网络中的频率阻塞。如上所述，可以考虑其他可选的线式功能。

为了控制ROADM节点和光纤/空间开关12，应当理解，本文描述的一些实施例可以包括或利用一个或更多个通用或专用处理器(“一个或更多个处理器”)，例如微处理器；中央处理器(CPU)；数字信号处理器(DSP)：定制的处理器，例如网络处理器(NP)或网络处理单元(NPU)、图形处理单元(GPU)等；现场可编程门阵列(FPGA)等；以及用于控制其实施的唯一存储程序指令(包括软件和固件)，其连同某些非处理器电路、本文描述的方法和/或系统的一些、大部分或全部功能。或者，一些或所有功能可以由没有存储程序指令的状态机来实现，或者在一个或更多个专用集成电路(ASIC)中实现，其中每个功能或某些功能的一些组合被实现为定制逻辑或电路。当然，可以使用上述方法的组合。对于本文描述的一些实施例，硬件中以及可选地具有软件、固件及其组合的硬件中的相应设备(被称为“电路”、“逻辑”)等会被配置为，如本文针对各种实施例所述对数字和/或模拟信号执行一组操作、步骤、方法、过程、算法、功能、技术等。

此外，一些实施例可以包括非暂时性计算机可读介质，其上存储有用于对计算机、服务器、装置、设备、至少一个处理器、电路/电路系统等进行编程的指令，以执行如本文所描述和要求的功能。这种非暂时性计算机可读介质的例子包括但不限于硬盘、光存储设备、磁存储设备、只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、电EPROM(EEPROM)、闪存等。当存储在非暂时性计算机可读介质中时，软件可以包括可由一个或更多个处理器(例如，任何类型的可编程电路或逻辑)执行的指令，作为对这种执行的回应，使所述一个或更多个处理器执行如本文所描述的用于各种实施例的一组操作、步骤、方法、过程、算法、功能、技术等。

尽管本公开在此已经参照优选实施例及其具体示例进行了说明和描述，但是对于本领域普通的技术人员来说，显而易见的是，其他实施例和示例可以执行类似的功能和/或实现类似的结果。所有这些等效的实施例和示例都在本公开的精神和范围内，因此被考虑在内，并且旨在被以下权利要求所涵盖。此外，应注意，本文所描述的各种元件、操作、步骤、方法、过程、算法、功能、技术等能够与彼此的任意和所有组合一起使用。

Claims (15)

1.一种可重构光插/分复用器ROADM(10)节点，包括：

多个维度(14)；

一个或更多个光纤/空间开关(12)，

其中，所述多个维度(14)中的每一个连接到所述一个或更多个光纤/空间开关(12)，并且所述一个或更多个光纤/空间开关(12)被配置为互连所述多个维度(14)中的任何项。

2.根据权利要求1所述的ROADM节点(10)，其中，所述多个维度(14)部分地彼此互连，同时基于所述一个或更多个光纤/空间开关(12)的配置支持任何项到任何项的互连。

3.根据前述权利要求中任一项所述的ROADM节点(10)，其中，所述多个维度上的端口的容量是根据包括超级信道和媒体信道中的任何项的频谱来定义的。

4.根据前述权利要求中任一项所述的ROADM节点(10)，其中，所述多个维度上的端口的容量是在包括1.2THz和600GHz中的任何项的频谱切片中定义的。

5.根据前述权利要求中任一项所述的ROADM节点(10)，其中，对于所述多个维度(14)中的每一个，波长选择开关(WSS)上的端口的数量等于或小于频谱切片的数量，每个频谱切片包括在所述ROADM节点(10)中可切换的频谱带。

6.根据前述权利要求中任一项所述的ROADM节点(10)，其中，所述多个维度(14)包括1×N波长选择开关(WSS)，N≤32。

7.根据前述权利要求中任一项所述的ROADM节点(10)，其中，波长选择开关(WSS)的大小现在只定义所述频谱切片被切换的粒度，并且所述一个或更多个光纤/空间开关(12)定义节点容量。

8.根据前述权利要求中任一项所述的ROADM节点(10)，还包括连接到所述一个或更多个光纤/空间开关(12)的一个或更多个插/分组件(16)，其中所述一个或更多个光纤/空间开关(12)被配置为互连所述多个维度(14)中的任何项和所述一个或更多个插/分组件(16)。

9.根据权利要求8所述的ROADM节点(10)，其中，所述一个或更多个插/分组件(16)包括波长选择开关(WSS)。

10.根据权利要求8所述的ROADM节点(10)，其中，所述一个或更多个插/分组件(16)包括薄膜滤波器和阵列波导光栅(AWGs)中的任何项。

11.根据权利要求8所述的ROADM节点(10)，其中，所述一个或更多个插/分组件(16)包括在收发器和所述一个或更多个光纤/空间开关(12)之间的直接连接。

12.根据权利要求8所述的ROADM节点(10)，其中，所述一个或更多个插/分组件(12)包括连接到所述一个或更多个光纤/空间开关的一个或更多个预组合器。

13.根据权利要求8所述的ROADM节点(10)，其中，所述一个或更多个光纤/空间开关包括1：N光纤/空间开关，用于冗余和在所述多个维度之间扩展互连。

14.根据前述权利要求中任一项所述的ROADM节点(10)，还包括：

控件，其被配置成选择性地设置所述一个或更多个光纤/空间开关(12)的连接。

15.根据前述权利要求中任一项所述的ROADM节点(10)，还包括连接到所述一个或更多个光纤/空间开关(12)的一个或更多个线式光功能件(150)，其中所述一个或更多个光纤/空间开关(12)被配置为互连所述多个维度(14)中的任何项和所述一个或更多个线式光功能件(150)。