一文了解ROADM的五種結(jié)構(gòu)與特性

訊石光通訊網(wǎng) 2020/6/18 6:43:54

  ICC訊 ROADM(Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer)是可重構(gòu)光分插復(fù)用器,一種使用在密集波分復(fù)用(DWDM)系統(tǒng)中的器件或設(shè)備,通過遠(yuǎn)程的重新配置,可以動(dòng)態(tài)上路或下路業(yè)務(wù)波長,實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的靈活調(diào)度。

  每個(gè)ROADM節(jié)點(diǎn)包含一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口(NNI)和一個(gè)用戶網(wǎng)絡(luò)接口(UNI)。NNI互連來自/去往多個(gè)傳輸方向的DWDM信號(hào),這些DWDM信號(hào)以波長粒度在各傳輸方向之間切換。UNI以波長粒度下載目的地為本節(jié)點(diǎn)的信號(hào),并從本節(jié)點(diǎn)上傳信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)無阻塞的波長交換和上/下載,新一代ROADM節(jié)點(diǎn)要求具有無色、無方向性和無競爭(CDC ROADM)的特點(diǎn)。

  ROADM節(jié)點(diǎn)通常由波長選擇開關(guān)(WSS)和其他模塊組成,CDC功能取決于ROADM節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu),而靈活帶寬功能則取決于其中的關(guān)鍵模塊WSS。目前主流的WSS技術(shù)方案有三種:MEMS、液晶(LC)和硅基液晶(LCOS),其中LCOS WSS源生性支持靈活帶寬功能,LC WSS經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)之后也能支持靈活帶寬功能,而MEMS WSS則不支持該功能。 以下為五種ROADM結(jié)構(gòu)。

  CD ROADM結(jié)構(gòu)

  圖1所示ROADM結(jié)構(gòu)#1,其NNI側(cè)由1×N端口WSS構(gòu)成,一個(gè)M維(圖中僅畫出三維)ROADM節(jié)點(diǎn)需要2M個(gè)WSS。UNI側(cè)包含數(shù)個(gè)上/下載模塊(圖中僅畫出了兩個(gè)),每個(gè)下載模塊由兩個(gè)背靠背連接的1×N端口WSS構(gòu)成,每個(gè)上載模塊由一個(gè)1×N端口WSS與一個(gè)光分路器背靠背連接構(gòu)成。由1×N端口WSS的功能可知,此ROADM結(jié)構(gòu)可支持信號(hào)的無色、無方向性上/下載。然而,當(dāng)ROADM節(jié)點(diǎn)的維度大于UNI側(cè)上/下載模塊數(shù)量時(shí),將會(huì)中圖中紅色圈中位置發(fā)生波長競爭?;蛟S我們可以通過增加上/下載模塊數(shù)量來解決波長競爭問題,但代價(jià)不菲。因此這種ROADM結(jié)構(gòu)不能完全滿足CDC ROADM功能,只能確定為CD ROADM。

圖1. ROADM結(jié)構(gòu)#1

  基于組播開關(guān)MCS的ROADM結(jié)構(gòu)

  第二種ROADM結(jié)構(gòu)如圖2所示,與ROADM#1一樣的是,其UNI側(cè)也是由1×N端口WSS構(gòu)成,而UNI側(cè)由多播光開關(guān)MCS構(gòu)成。一個(gè)M×N端口MCS開關(guān)有M個(gè)輸入端口和N個(gè)輸出端口,由M個(gè)1×N端口光分路器(PS)和N個(gè)M×1端口光開關(guān)(OSW)構(gòu)成。光信號(hào)從其中一個(gè)輸入端口輸入,首先被光分路器分成N份,向所有N個(gè)光開關(guān)廣播;然后由對(duì)應(yīng)目標(biāo)輸出端口的光開關(guān)選擇接收到的光信號(hào),而其他光開關(guān)而忽略該信號(hào)。

  根據(jù)1×N端口WSS和MCS的功能,ROADM結(jié)構(gòu)#2可實(shí)現(xiàn)CDC功能,然而,MCS中的光分路器在分光廣播時(shí),產(chǎn)生的損耗太大,因此需要光放大器陣列來補(bǔ)充光功率。配置光放大器陣列,其代價(jià)不菲。

圖2. ROADM結(jié)構(gòu)#2

  基于WSS的CDC-ROADM

  圖3所示為ROADM結(jié)構(gòu)#3,與前述結(jié)構(gòu)的差異還是在UNI側(cè),它以兩個(gè)M×N端口WSS實(shí)現(xiàn)信號(hào)的CDC(無色、無方向性、無競爭)上/下載。一個(gè)M×N端口WSS有M個(gè)輸入端口和N個(gè)輸出端口,它可以將任意輸入端口中的任意波長組合,交換到任意輸出端口。M×N端口WSS的損耗遠(yuǎn)小于MCS,因此無需配置光放大器。

圖3. ROADM結(jié)構(gòu)#3

  基于WSS+AWG的ROADM結(jié)構(gòu)

  ROADM結(jié)構(gòu)#4如圖4所示,其UNI側(cè)采用了陣列波導(dǎo)光柵(AWG)和大規(guī)模矩陣開關(guān)。大規(guī)模矩陣開關(guān)一般通過3D MEMS微鏡陣列和自由空間光學(xué)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn),因此也被稱為3D MEMS光開關(guān)。3D MEMS光開關(guān)可實(shí)現(xiàn)非常大的規(guī)模,如512×512端口。

  在ROADM結(jié)構(gòu)#4的下載模塊中,所有波長首先被AWG解復(fù)用,然后所有解復(fù)用端口被3D MEMS光開關(guān)交換至下載端口。上載模塊的工作原理與下載模塊相似。此ROADM結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)CDC功能,并未所有達(dá)到或者發(fā)自此節(jié)點(diǎn)的波長提供100%的備用端口。

圖4. ROADM結(jié)構(gòu)#4

  基于adWSS的ROADM結(jié)構(gòu)

  第五種ROADM結(jié)構(gòu)如圖5所示,它與圖5結(jié)構(gòu)有點(diǎn)相似,差別是M×N端口WSS被M×N端口adWSS替代。adWSS是上/下載波長選擇開關(guān)的簡寫,它有M個(gè)輸入端口和N個(gè)輸出端口,所有輸入端口都是DWDM端口,而所有輸出端口都是單波長端口。adWSS可將任意一個(gè)波長,從任意輸入端口交換至任意輸出端口。

圖5. ROADM結(jié)構(gòu)#5

  哪種結(jié)構(gòu)更優(yōu)?

  所有結(jié)構(gòu)的NNI側(cè)均以1×N端口WSS構(gòu)建,差別在UNI側(cè)。ROADM #1僅支持無色和無方向性功能,確定為CD ROADM。ROADM #2屬于CDC ROADM,但是因光分路器損耗大,需配置光放大器陣列,成本較高。ROADM #3將M×N端口WSS引入U(xiǎn)NI側(cè),從而實(shí)現(xiàn)CDC功能,但M×N端口WSS目前在全球僅有一家供應(yīng)商。同時(shí),M×N WSS(典型端口數(shù)為8×24)提供的下載端口數(shù),對(duì)高維度ROADM節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。ROADM #4具有CDC功能,并提供100%上/下載端口備用。然而,100%備用收發(fā)模塊(Rx和Tx),從成本角度考慮,并不合算。ROADM #5的UNI側(cè)需要用到adWSS,一個(gè)典型的adWSS有8×128個(gè)端口,意味著一個(gè)8維ROADM節(jié)點(diǎn)中配置兩個(gè)adWSS就夠了。然而,adWSS技術(shù)尚未成熟,離商用還有距離。

  基于上述考慮,ROADM #2是當(dāng)前主流的CDC ROADM解決方案;ROADM #3是一個(gè)潛在競爭者,前提是成本下降和出現(xiàn)更多供應(yīng)商;ROADM #5在技術(shù)成熟時(shí),將會(huì)是最有競爭力的解決方案。

  關(guān)于作者

  億源通,是一家專注于光通信無源基礎(chǔ)器件研發(fā)、制造、銷售與服務(wù)于一體的無源光通信器件OEM/ODM廠商,主要生產(chǎn)和銷售光纖連接類產(chǎn)品(光纖連接器、適配器、跳線),WDM波分復(fù)用器,PLC光分路器,MEMS光開關(guān)等核心光無源基礎(chǔ)器件,廣泛應(yīng)用于光纖到戶、4G/5G移動(dòng)通信、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心、國防通信等領(lǐng)域。

新聞來源:訊石光通訊網(wǎng)

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