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1、第 六 章 光 分 插 复 用 器 （OADM）,6.1 OADM,6.1.1 OADM的基本概念和主要性能 1OADM的基本功能 OADM是波分复用光传送网的主要节点设备，其主要功能是能从线路传输光信号中将某些波长通道分出和插入 (波长交叉连接、复用) , 并具有操作、管理与维护（OAM）功能,OADM Optical Add-Drop Multiplexer,ch31,ch33,ch35,ch37,ch31,ch33,ch37,Input port,Single wavelength add ports,Single wavelength drop ports,OADM unit (set
2、#1),Output port,ch35,2. OADM的主要性能 衡量OADM的性能主要有： 1)容量大小 OADM的端口数量（即支持的链路数）、每端口可容纳的波长数量和可以上下路的波长数量。这些参数反映出OADM节点的容量。 2) 业务接入及汇聚能力 OADM应能开放式的支持多业务,对任何厂家的SDH设备STM-N信号进行透明接入，包括STM-1/-4/-16/-64-256；还可承载其它格式的光信号，如ATM业务或POS，包括STM-1c/4c/16c/64C；以太网业务，支持100M/GbE/10GbE业务的接入；企业互联业务(ESCON)；光纤通道(FC)。其它业务方面，提供灵活的多
3、速率接口，可以承载45Mbit/s-2.5Gbit/s之间的任意速率业务, 汇聚多个低速率信号为高速率信号，如4155M、4622M、42.5G等。,3）多种粒度的业务调度能力 OADM应能实现波长级和子波级的调度管理，灵活地对上下路的通道进行动态配置。根据此功能，OADM可分成两种：一种是固定上下路的OADM，即只能上下一个或几个固定波长的OADM。另一种是可动态重构的光分插复用设备（ROADM），它可以通过网管软件远程控制网元中的ROADM子系统实现上下路波长的配置和动态调整。早期的ROADM只有波长级的调度管理，新的高端ROADM设备可实现波长级和子波级的调度管理。 4)模块性 光网络应
4、有良好的扩展性，因此节点的模块性是衡量OADM升级能力的一个重要标准。波长数的增加，在X（如32）波内可任意增加和配置，没有限制。今后随着网络业务的发展，可根据需要，在不影响现有业务的情况下进行波长的在线升级，以充分满足未来业务发展的需要。,5)支持保护倒换的能力 应支持OSC通道。应支持光通道1+1保护、通道共享保护和环网的复用段保护倒换等。另外，保护倒换时间也是重要指标，网络运行出现故障时，环形网应能在50ms之内快速恢复所承载的业务。 6) 色散管理能力 在进行40Gb/s传输或2.5Gb/s、10Gb/s混合传输时，要实现长距离传输或者考虑保护时的较长距离传输，必须考虑色散受限等因素。
5、在系统中运用色散管理技术，进行宽带色散补偿，可以实现高速长距离传输，满足信号的系统传输要求。 7）网管能力 OADM应该具有良好的网元管理能力。网管系统具有友好、易于操作的用户界面，支持网元层、网元管理层和网络管理层的多层次管理。具有标准的ITU-T告警管理、性能管理、安全管理、配置管理、维护管理和系统管理功能。,6.1.2 几种常用的OADM结构 1光开关型OADM 光开关型OADM的基本结构如图6-2所示。输入的WDM光信号首先由解复用器把各个波长分开，利用光开关可动态地选择上下路波长，最后由复用器将多波长信号复用到同一链路中输出。这种方案的优点在于结构简单，可动态重构，上下路的控制比较方
6、便，是应用较多的一种结构。,(b),光开关 矩 阵,输出 信号,输入 信号,解 复 用 器,复 用 器,上路波长,下路波长,.,.,.,.,.,.,（b）是由光开关矩阵组成，NN光开关价格昂贵，首次投资大，该方案的主要优势在于：上/下路波数数目很多时，成本相对较低，方便未来过渡到OXC。劣势在于：上/下路波数较少时，成本仍然高；模块化程度较差，高成本部分在初期就必须部署，否则会成为升级的瓶颈。,2. 阵列波导光栅(AWG)型 OADM,适合静态路由的OADM结构，上下固定波长。信号从AWG左端第一端口输入，经过AWG解复用，需要下路的波长在输出端直接到下路端口，不需要下路的波长环回到AWG对应
7、的输入端，和上路波长一起经AWG复用，从端口输出，完成分插复用功能。,适合动态路由，可以任意选择一个或几个波长上下路。这种结构的最大优点在于AWG既起到了波分解复用的功能，又起到波分复用的功能，使结构紧凑，成本下降。提高AWG的隔离度、降低串扰是这种结构应解决的问题。,单个AWG环回OADM结构,22,1,2,4,3,1,2,3,4,22,22,22,AWG,1,4,1,4,1,2,4,3,单个AWG双向解复用一复用OADM方案,由阵列波导光栅（AWG）和光滤波器及光环形器组成的一种新颖的双向OADM,其最大的优点是具有双向传输和上下路的功能，适用于双向自愈环形网。,1,2,3,在光环行器中，
8、光只能沿一个方向传输，从端口1输入的的信号沿顺（或逆）时针方向传输，到端口2输出，而端口2入的信号，也只能沿同一方向传输，到下一端口输出。如图所示，从西到东的多波长信号输入到光环形器，在环行器中沿顺时针方向传输，到端口2输出，进入AWG的端口4。在AWG中多波长信号被解复用，单波长信号从右边的输出端口1、2. 3输出。然后，需要在本地下路的信道直接下路，直通的信道环回（如图中AWG右边的端口1环回到端口5，端口3环回到端口7)，与上路信道（端口6)一起被AWG沿相反方向复用，从左边的端口8输出，经过光带通滤波器(OBPF1)和环行器后进入输出光纤。从东到西向的传输和分插复用经历类似的过程。,3
9、. 光纤光栅和光环形器的OADM 光纤光栅和光环形器的OADM结构如图6-5所示。由光环行器、光纤布喇格光栅（FBG）和光开关构成。,输入的WDM信号经开关选路，送入某FBG。每个FBG对准波分复用的一个波长，被FBG反射的波长经环形器下路到本地，其他的信号波长通过FBG，经环形器跟本地节点的上路信号波长合波后输出。每个光纤光栅对准波分复用的一个波长，n个波长需要n个光纤光栅，通过光开关的控制来进行选择。若节点不需要上下路，两个光开关置在最下端，信号直通过去。这个方案同样可以根据开关状态和FBG来任意选择上下话路的波长，但只能选择一个波长下路。,N 1 光开关,1N 光开关,1,2,3,1-n
10、,多个FBG串联构成的OADM结构,可同时上下路多个波长。这种结构通过微调光纤光栅的折射率来达到调谐反射波长的目的，这样串联m个光纤光栅，就可实现上下任意数目的波长的能力。,62 ROADM,为了使网络支持新业务和削减运营成本，运营商常希望采用可重构的OADM，即ROADM（Reconfigurable Optical Add/drop Multiplexer）来实现高度灵活的网络，从而保证在线配置单个波长通道时也不中断业务。 支持波长级业务开展的需要 便于进行网络规划，降低运营费用的需要 便于维护，降低维护成本的需要,6.2.1 几种主要的ROADM 1基于波长阻塞器（WB）的ROADM 基
11、于波长阻塞器（Wavelength Blocker ，WB）的ROADM结构，如图6-7所示，它由分光器、WB、光耦合器、接收发送光转发单元、网元管理等部分组成。,3dB分光器,WB,光耦合器,接收光转发单元,发送光转发单元,In,Out,OAM,1 N,1 N,Drop,Add,图6-7 基于波长阻塞器的ROADM,WB的基本结构由波长分波和合波以及光衰减阵列组成。在输入端分波器件把所有波长分开，分别送到衰减阵列处理（衰减、均衡或阻断），然后通过合波器送到输出端口光纤中，没有任何开关器件。分波/合波技术有衍射光栅、AWG技术等，阻断器（衰减阵列）一般基于液晶技术。一般WB可以实现40dB的消
12、光比，插入损耗在47dB，通道间隔为50GHz/100GHz。,原理：利用WB模块阻断下路波长的通过，可以实现对任意波长路由的重构。WDM信号从输入端进入，经3dB分光器分为两路（两等分），向下的一路主要完成下路功能，经接收光转发单元（如可调谐滤波器）或器件组选择，将选定的信号在本地下路，实现任意波长选收。直通的信号经WB模块控制通过，WB选择过滤（通常将已下路信号滤除，但已下路的广播类业务可能仍让通过），与上路信号经耦合后输出。本地上路信号经发送光转发单元（通常通过可调激光器或完成类似功能的器件组）由光耦合器把本地发送的波长信号和直通信号复用成WDM信号，输出到传输线路上，往下游站点传送。网
13、元管理单元的作用是控制任一波长通道或全部波长通道的阻断或直通，从而实现波长的远程调度功能。,WB最常见的是采用液晶或微电子机械系统(MEMS)技术，它可以支持较多的光通道数和较小的通道间隔，具有较低的色散，还可以实现多个器件的级联，易于实现光谱均衡，并且技术成熟，在上/下路波长数目不多时，成本相对较低。基于WB的ROADM产品已成熟商用。 优点：结构简单，模块化程度好，预留升级端口时可支持灵活扩展升级功能，上下路波长较少时成本低，支持广播业务，具备通道功率均衡能力。 缺点：上下路波长较多时成本较高（独立的可调谐滤波器成本高），不易过渡至OXC。,2基于平面光波导回路（PLC）的ROADM 基于
14、集成平面光波导回路PLC（Planar Lightwave Circuits）的ROADM结构如图6-8所示，它包含下路解复用、上路复用两个部分。下路解复用部分可由阵列波导光栅(AWG）或可调谐滤波器等组成，上路复用部分使用单片PLC。,原理：上游传送过来的WDM光信号通过一个耦合器分成两路，一路被传送到下路解复用器部分完成信号的本地下路，另一路经过PLC中的解复用器/光开关/复用器功能单元，完成直通通道的选择控制和上路信号的复用，然后输出向下游传送。PLC通常采用阵列波导光栅型波分复用器将不同波长信号分出，然后利用热驱动的马赫-曾德尔干涉仪（MZI）型光开关改变直通或插入的波长路径。,3基于
15、波长选择开关（WSS）的ROADM 1N 的WSS(wavelength selective switch) 波长选择开关一般由解复用器、1N 光开关和复用器组成，可以把输入端的任意波长组合输出到WSS 的N个输出端口中的任意一个端口。图6-9所示为15的WSS，输入的波分复用信号M个波长经过解复用器成为单波长信号，然后通过一个15的光开关控制选择输出端口，在端口输出前经波分复用器与其它波长复用后一起输出。,WSS是近年来发展迅速的ROADM子系统技术。WSS基于MEMS光学平台，具有频带宽、色散低，并且同时支持10/40Gbit/s光信号的特点和内在的基于端口的波长定义（Colorless）特性。采用自由空间光交换技术，上/下路波数少，但可以支持更高的维度，集成的部件较多，控制复杂。基于WSS的ROADM逐渐成为4度以上ROADM的首选技术。4度，即具有4个方向的端口（如东、南、西、北）,基于WSS的ROADM方案包含两个部分：下路解复用及穿通控制部分，上路复用及穿通控制部分。下路解复用及穿通控制部分既可以完成本地业务的下路，同时还能对穿通波长进行控制；上路复用及穿通控制部分既可以对上路波长完成本地业务的上路，同时还能对穿通波长进行控制。,下路采用WSS的ROADM设备的基本实现结构如图6-11所示，WSS用于下路。波分复用信号经过WSS在Drop
