全光网络中分插复用(OADM)节点技术

摘要:OADM(光分插复用)节点在光网络中的应用,实现了本地网的透明性,而且可以使光信号透明地传输和上下光波长,为提供端到端的波长业务奠定基础。本文概述了分插复用的技术原理、关键技术,并详细介绍了几种类型方案。OADM的发展成熟,必将极大地推动光通信向全光网络化的方向发展。

关键词:光传输 上下话路 分插复用 OADM

1、引言

目前,光纤通信已成为各国信息通信的主要传输手段,在光纤的巨大带宽中,传统的电调制方法只利用了其中的10-3～10-4。而波分复用技术(WDM)则是克服电路限制扩展带宽,并在光网络中实现波长路由及信道重复使用的关键技术。然而,目前光纤传送的信息到了节点上还必须全部经过光/电转换,光电转换和电子设备的速率限制了交换容量的提高,这也就是所谓的“电子瓶颈”。因此,具有通道级上下话路的光波长分插复用节点(OADM)引起了人们的兴趣。

2、OADM 的基本原理

一般的OADM节点可以用四端口模型来表示,基本功能包括三种:下路需要的波长信道,复用进上路信号,使其它波长信道尽量不受影响地通过。OADM具体的工作过程如下:从线路来的WDM信号包含N个波长信道,进入OADM的“Main Input”端,根据业务需求,从N个波长信道中,有选择性地从下路端(Drop)输出所需的波长信道,相应地从上路端(Add)输入所需的波长信道。而其它与本地无关的波长信道就直接通过OADM,和上路波长信道复用在一起后,从OADM的线路输出端(Main Output)输出。

3、OADM的关键技术

实现OADM的关键技术是光信号的交换技术。和电交换技术类似,光交换技术按交换方式可分为电路交换和包交换。电路交换又含有空分(SD)、时分(TD)、波分/频分(WD/FD)等方式;包交换则有ATM光交换等方式。

3.1 空分光交换

空分光交换是由开关矩阵实现的,开关矩阵节点可由机械、电或光进行控制,按要求建立物理通道,使输入端任一信道与输出端任一信道相连,完成信息的交换。各种机械、电或光控制的相关器件均可构成空分光交换。构成光矩阵的开关有铌酸锂定向藕合器、微机电系统(MEMS)等。

3.2 时分光交换

时分光交换系统采用光器件或光电器件作为时隙交换器,通过光读写门对光存储器的受控有序读写操作完成交换动作。实现光时分交换系统的关键是开发高速光逻辑器件,即光读写器件和存储器件。

3.3 波分/频分光交换

波分交换即信号通过不同的波长,选择不同的网络通路来实现,由波长开关进行交换。波分光交换网络由波长复用器/去复用器、波长选择空间开关和波长互换器(波长开关)组成。

3.4 ATM光交换

ATM光交换遵循电领域ATM交换的基本原理,采用波分复用、电或光缓冲技术,由信元波长进行选路。依照信元的波长,信元被选路到输出端口的光缓冲存储器中,然后将选路到同一输出端口的信元存储于输入公用的光缓冲存储器内,完成交换的目的。

4、 几种OADM实现方案

从1990年有人提出在光层上下业务开始,到目前为止,人们提出了很多种OADM的方案。这些方案很大程度上取决于光的新器件的开发和研制,特别是无源光器件。这些器件的性能最终决定OADM的一些主要性能参数,比如插人损耗、通道之间的隔离度以及上下话路的延迟时间等。在这些参数中需要特别提到的是通道隔离度的问题,因为它直接带来的就是WDM信号之间的串扰,这种串扰会严重影响通信质量。现有的OADM方案归纳起来主要有如下几种基本形式:

(1)分波器+波长交换单元+合波器;(2)耦合单元+滤波单元+合波器;(3)基于声光可调谐滤波器(AOTF);(4)基于波长光栅路由器(WGR)。具体的实施方案可能有所不同,但一般都是这几种基本方案的演化形式。

4.1 分波器+波长交换单元+合波器

分波器可以是普通的解复用器(如多层介质膜类型)或阵列波导光栅(AWG)。波长交换单元一般采用开关或开关阵列,合波器可以采用耦合器或复用器。从干线来的复用信号通过解复用器后分解成单个的波长,然后跟本地上到干线的波长经光开关进行交换,部分或全部干线波长下到本地,本地相应的波长插人到干线。

4.2 耦合单元+滤波单元+合波器

在这种类型的方案中,耦合单元是个一般性的概念,根据具体实现的OADM的方案不同而有一定的差别,一般为普通的耦合器(Coupler)或光环行器(Optical Circulator),滤波单元有光纤光栅(FBG)、珐—泊腔(F—p)或带通滤波器等,合波器为普通的耦合器或复用器。前者温度性能比较好,特别是可以很容易做到温度补偿,而后者的波长随温度的漂移比较大。

4.3 基于AOTF的OADM

AOTF是研究的热点之一,它本身具有很好的特性,包括宽的调谐带宽、高的调谐速度以及高的隔离度等,但是它有个偏振敏感性的问题。

干线的WDM信号λ1λ2λ3...λn进入AOTF以后经偏振分束器(PBS)分成TM模和TE模进入声波波段选频f控制的模式转换单元(一般采用LINbO3晶体),选频f针对不同的干线波长可以进行调谐。比如下路λ1,选频f调到一个相应的频率,当WDM信号经过模式转换单元时,λ1的TE、TM模发生转换,TE模变为TM模,TM模变成TE模,经下一个PBS后从下光路端口输出下到本地,其他的波长和插入波长经模式转换单元后没有变化,从输出端口输出到干线。

4.4 基于波长光栅路由器(WGR)的OADM

WGR是一种光栅型的波长路由器,具有双向性,即一个方向输入为解复用方式,则另一个方向输入为复用方式,见图4以N×N的为例,它的输出端口的解复用下来的波长次序与输入端口有关,一般是这样的:假设WDM信号有N个波长,输入和输出端口排序分别为1～N,输出端口1～N的解复用波长为入1～λn,当WDM信号从输入端口1进入时,输出端口1~N 的解复用波长次序为λn、λ1～λn,当从输入端口2进入时,输出端口1～N 的解复用波长的次序为λn、λn-1、λ1～λn-2依次类推。因此,在WGR的输入端用光开关来选择WDM信号的不同输入端口,由此来决定下光路的波长,实现OADM的可调谐性。上光路的信号与通过信号进入WGR B以复用方式合波为WDM信号,经选择开关进入到干线。这种方案的一种简化方式就是WGR B和后面的IXN光开关用一个N×l的耦合器来代替。

5、结语

随着半导体工艺以及光子集成技术的不断发展,OADM将向小型化、集成化发展,虽然现在很难做到像SDH设备那样在不同等级上灵活的交叉和分插,但在目前的情况下,为实现对传统的点到点的WDM干线做中间的上下业务,OADM仍然是一种很好的选择。而且在未来的全光的WDM网络中,OADM将会有其更大的应用范围。

作者简介:姜世明,男,1978年生,2001年毕业于吉林化工学院,工学学士学位。现在中国移动通信集团设计院有限公司黑龙江分公司从事传输专业的通信工程设计。