1、可重構光網絡中的動態信道作者：Jonathan Homa    WDM技術和摻鉺光纖放大器為人們利用光纖在點到點之間傳送大容量的電信業務鋪平了道路。在純光域內，單根光纖在幾千公里的距離上，傳送速率可以超過每秒太比特，因而，每比特的傳送成本已經微乎其微。但目前迫切的問題是，針對這樣一個海量的原始帶寬，人們仍然無法對各個單獨的光業務流進行高效的自由配置，實現動態路由。在光網絡中，有兩種節點能夠對光信號實現路由重構：.光分插/復用節點：在該節點，攜帶本地業務的波長可以上路（插入）或者下路（分離）主業務流。.光交叉連接節點：該節點是多根光纖相遇的大型終結點，在此

2、光波長可以在光纖之間進行交換。上述節點的原有實現方案具有兩種相差很大的性價比：一種，采用便宜的固定波長器件，重構過程是人工的，效率低下又容易出錯；另一種，采用光電光（OEO）系統，必須進行光域和電域之間的轉換，這樣的構造可重構性很強，但價格卻很高。最近，一種功能強大的用于實現這兩種節點的模塊：動態波長阻斷/均衡器（DWBE）初露端倪。它價格適中，在光域內具有高度可重構性。不久前，這一特性在美國軍事GIG BE項目中得到了驗證，該項目正是采用了DWBE實現分插/復用節點和交叉連接節點。單個波長整形DWBE是一種雙端口器件，可以通過電控，動態地通過、阻斷或者均衡DWDM光纖中的任何或全部波長。它由

3、一個鍍金的光模塊和一個內置電控板共同構成（見照片）。動態波長阻斷/均衡器可以通過電控，動態地通過、阻斷或者均衡DWDM光纖中的任何或全部波長。國中器件的規格為22*11*3cm，信道間隔50GHz針對DWDM光纖中的各個波長，該器件都能夠動態控制濾波特性，從而實現各種功能。(圖1)以某器件（支持50GHz信道間隔）為例，在頻譜的一部分內展示了這種器件的典型濾波性能。它的重要參數及性能包括：.低插入損耗，可將鏈路損耗預算降到最小。.平頂濾波特性和寬的通頻帶，因而允許多器件級聯。.針對波長的衰減功能，以滿足功率均衡的需求。.高消光比，使阻斷信號的余量不會干擾新插入的同一波長的光信號。.可與多個濾波

4、器相連，以支持多種信道間隔，如25GHz、50GHz和100GHz。.可利用軟件進行遠程實時控制，以支持波長預留和網絡恢復的要求。(圖1)單一的模塊能夠實現多種功能，這是DWBE脫穎而出的原因。若采用多個分立器件實現同樣的功能，那么，需要一個波長解復用器、一個有阻斷功能的可變光衰減器數組（長途傳輸的應用中，要達到或多于80個）、一個波長復用器再加光纖；另外還要進行光纖的熔接，才能實現各器件之間的互聯。相對于分立器件，DWBE的插入損耗低、通頻帶寬，它的旋光性能也比其它器件好，而且它的尺寸小巧，價格低廉。液晶空間光調制器（LC-SLM）和自由空間光學相結合，構成了DWBE的核心技術。通過改變LC

5、-SLM的控制電壓，就可以調整通過該器件的光的多少，從而可以將選定的波長通過、均衡或者阻斷。液晶是用于且唯一投入商用的DWBE技術。其主要優點是：沒有需要進行機械移動的部分、可靠性已經得到證實、處理光功率的能力強、可處理多波長、可以無縫級聯。其它用于實現DWBE的技術還有微機電系統（MEMS）和平面光波導。構造ROADM實現分插復用節點的最簡單的方法就是將固定波長的三端口濾波器級聯，將所需波長下路，然后利用波長固定的光發射機將需要上路的波長直接送入光纖。盡管術語中稱這種節點為“分插復用（drop/add）”節點，但在大部分的實際應用中，其順序都是先將需要下路的波長“分離”出來，從而留出相應的空

6、閑波長信道，然后再將需要上路的波長插入到這些空閑的波長信道中進行“復用”。上路或下路的波長是由網絡設計者提前選定，然后通過固定的硬件配置，進入各濾波器和光發射機。這種節點實現起來很簡單，但是不易重構。例如，增加波長時要先進行排序，然后需要人工安裝新的光濾波器和光發射機，因此，完成一次重構有時甚至需要耗費幾個星期的時間。另外，任何重構調整都必須中斷業務，因為用于上/下路的鏈路是被斷開的。另外一種更靈活的方案進行波長上下路時需要兩個步驟。第一步使用固定頻帶的解復用器/復用器，提供粗粒度的波長接入，采用這些復用器時，每N個復用/解復用信道之間必須間隔一條保護信道（圖2a）。接下來，利用濾波器或者復用

7、器，就可以在各個頻帶內上下路單獨的波長。這種方案采用固定波長器件，重構仍然是人工的。單個頻帶內的波長可以靈活上下路，不用中斷業務。但是，當有新的頻帶需要插入時，就很可能將業務中斷。另外，對波長進行分頻帶還有一個缺點，就是信道之間必須使用保護信道，因而造成了資源浪費。DWBE利用一種稱為廣播和選定的方法，可以對單個頻帶內的上下路配置直接賦值（圖2b）。光功率分為兩部分，一部分進入DWBE進行處理，另一部分進入上下路模塊，這樣就把要處理的和不要處理的波長分開了，大大的簡化了網絡配置工作。(圖2)利用DWBE模塊通過或者阻斷信道就可以靈活實現本地解復用、復用或者濾波，從而不必對波長劃分頻段，不中斷業

8、務地實現特定波長的上下路。利用固定波長器件可以完成波長上下路，像圖2b那樣，用可調光濾波器和可調激光器可以實現一個完整的可重構的光分插復用器（ROADM）。這類ROADM的插入損耗約為11dB，其中包括光分路、耦合帶來的各3dB功率損耗，DWBE的損耗為5dB。相當于背靠背使用一個固定波長的平頂帶通解復用器和復用器，所以DWBE并沒有額外增加插入損耗。此外，光功率的分配可以是不均衡的：可以讓上、下路時波長的插損稍大一點兒，因為一般情況下，這里插損稍大一些不會影響系統的整體性能，但卻可以保證通過該節點的光波長的插入損耗小一些。DWBE還有一個優點就是它的波長相關衰減特性，這個特性可以用來均衡光纖

9、中的光功率，從而補償波長上下路引起的光功率變化和放大器不平坦所引起的傳輸性能的劣化。設計OXC的新方案在光交叉連接（OXC）節點，波長可能在三根或者更多根光纖之間進行交換，有時候本地業務也會在此上下。實現OXC的最常用的方法就是采用OEO（光電光）轉換。開關把上游送來的光信號解復用并轉換到電域進行電交換，之后再轉換回光域，并復用到光纖中，送往下游。利用OEO開關實現的交叉連接節點可以對信號進行重整形、復位時、再放大和波長變換，但缺點是OEO交換成本極高。另外，對于那些在光域內直接穿越光交叉連接節點的光波長來說，使用OEO實在是大材小用。因為研究顯示，交叉節點處大約有75%的業務根本不需要光電轉

10、換，只在光域內處理就足夠了。沒有光電變換的最簡單的全光交叉連接是利用解復用器和復用器為特定波長提供引入端口，然后利用光纖跳線對波長進行交叉連接（圖3a）。這種方法的缺點就是它要人工處理、熟練操作幾百根獨立的光纖，每一根對應一個波長；所以，除了太過繁雜和容易出錯之外，這種方法完全不適合自動恢復和路由重構。最初，業界希望采用光開關，例如三維MEMS，來實現自動光交叉連接。但最近幾年，大部分這類全光開關都銷聲匿跡了，因為它們過于復雜，性價比也不理想，很多器件的可靠性也達不到要求。利用光子開關仍然需要對所有的波長進行解復用和復用，還需要人工配置，所以實現交換的成本還是很高。此外，它們是針對幾十根光纖匯

11、聚在一個交叉連接節點而設計的，而一般節點只匯聚三四根光纖。目前，采用DWBE可以構造出用于連接適當數量光纖的高效率OXC。一個有四根雙向光纖的OXC只需要12個DWBE模塊（圖3b）。搭建系統時，最多只需要一個19英寸機架。(圖3)DWBE最大的優點就是它不需要外部的復用/解復用器，因為它本身具有這些功能，這就大大簡化了交叉連接結構，并使各個單元之間的互連光纖跳線以及光纖熔接點減到了最少。此外，DWBE可以進行功率均衡，因而可以調整系統中幅度參差不齊的各個波長光信號的強度。它的另一優點就是可實現高度模塊化。ROADM加一個DWBE就可以直接升級到OXC，OXC可處理的光纖數量也可以通過添加DWBE模塊進行升級。價格方面，以同樣業務處理能力為前提做比較，這種方法實現的OXC的成本是全光開關實現方法的一半，是OEO開關實現方法的四分之一還少。只是它不能對信號進行重整形、復位