CN1507193A - 自动调谐智能化光上下路复用*** - Google Patents

Abstract

一种自动调谐智能化光上下路复用***，该***由光放大单元、可调滤波单元、波长组播单元、波长保护单元、波分耦合单元、软件控制单元、副载波滤波器和光耦合器构成；其中采用分布式的自动波长调谐协议软件技术、波长在线性能监测技术、快速可调谐的波长选择技术、动态的组播/广播技术和独特简洁的1+1/1∶1保护技术。它适合粗波分复用(CWDM)，和适合密集波分复用(DWDM)应用场合，它既可用于环型骨干城域光网络，也可用于环型城域接入光网络，不仅适合电层业务变化缓慢的组网需求，更适合应用于电层业务变化快速的组网需求，它的快速自动调谐技术和保护技术尤其适合构造光虚拟专用网。

Description

自动调谐智能化光上下路复用***

技术领域：

本发明与光纤通信有关，特别是一种自动调谐智能化光上下路复用***。

背景技术：

光上下路复用***(以下简称OADM)节点技术是波分复用(以下简称WDM)光网络的关键技术之一，其功能是从传输光路中有选择地上下本地要接收和发送的某些波长信道，同时不影响其它波长信道的传输。也就是说，OADM在光域内实现了传统的SDH(电同步数字层次结构)分插复用器在时域内完成的功能，而且具有透明性，可以处理任何格式和速率的信号，业务颗粒度也更大，一般的OADM节点可以用四端口模型来表示。OADM节点的核心器件是光滤波器件，由滤波器件选择要上/下路的波长，实现波长路由。目前应用于OADM中的比较成熟的滤波器有声光可调谐滤波器、体光栅、阵列波导光栅(AWG)、光纤布拉格光栅(FBG)、多层介质薄膜等。

OADM具体的工作过程如下：从线路来的波分复用信号包含N个波长信道，进入OADM的群路输入端，根据业务需求，从N个波长信道中，有选择性地从支路的下路端(Drop)输出所需的波长信道，相应地从支路的上路端(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的群路输出端输出。

根据可实现上下波长的灵活性，OADM可分为固定波长OADM、半可重构OADM和完全可重构OADM。根据波分复用/解复用方式的不同原理，又可分为利用光纤布拉格光栅(FBG)原理的；利用角色散原理的；利用阵列波导光栅(AWG)原理的；利用干涉滤波原理等等。

从目前实际应用上看，固定波长OADM和半可重构OADM已可以应用于***中，而在业务量实时变化的环境中可以根据业务需求自动上下任意波长信道的完全可重构OADM还没有实现。目前所谓动态智能化的OADM也仅仅是通过网管人工配置上下波长的智能化，端到端的波长指配还无法自动实现，另外为保持光路透明性，一般采用模拟量的性能监测办法(如测量OSNR等)，很明显，该方法并不能直接客观地反映实际的光路连接质量，因此最好还是采用数字的性能监测办法，如监测连接光路的误码率等，另外目前的OADM节点实现光路组播/广播功能也十分复杂，造成OADM节点管理控制困难，成本上升等。总之，目前OADM节点设备的不足集中体现在：智能化水平低、光路在线性能监测不足、组播/广播难以实现等三个方面。

随着软件协议技术以及可调光器件技术的不断发展，可以预计，未来OADM将向小型化、智能化和集成化的方向发展，根据不同的组网设计、业务需求情况和资源配置，OADM节点可以动态自动重构光路，从而满足业务快速变化和实时保护的需要，快速配置OVPN网络。但从已发表的资料看，不管是哪种具有智能特点的光上下路设备，还都不能真正意义上的满足上面所说的功能要求。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是针对目前OADM节点设备的技术难题，解决光路的智能上下(快速重构)、光路在线性能监测、光路组播等技术和快速保护技术等难题，利用新型可调光器件技术、副载波复用技术(SCM)、智能化的协议软件控制技术等，设计一种自动调谐智能化光上下路复用***，满足城域光网络(MON)业务变化快速的特点和灵活多变的建网要求。

本发明技术问题的解决方案如下：

一种自动调谐智能化光上下路复用***，其特点在于该***包括：光放大单元、可调滤波单元、波长组播单元、波长保护单元、波分耦合单元、软件控制单元、副载波滤波器和光耦合器，其相对位置关系如下：

光放大单元顺时针方向通过可调滤波单元分别连接到波长组播单元和一副载波滤波器，而波长组播单元又连接到波分耦合单元，同时该波长组播单元也连接波长保护单元，该波长保护单元又通过一光耦合器连接到波分耦合单元，该波分耦合单元再连接另一光放大单元构成一外环；

由光放大单元逆时针方向通过可调滤波单元分别连接到波长组播单元和一副载波滤波器，而该波长组播单元又连接到波分耦合单元，同时该波长组播单元也连接波长保护单元，该波长保护单元又通过一光耦合器连接到波分耦合单元，该波分耦合单元再连接到光放大单元构成一内环；

软件控制单元通过控制接口分别与两个可调滤波单元、两个波分耦合单元、两个光耦合器连接；

上述可调滤波单元是一个快速可调谐的三端光滤波器，执行分布式智能化协议软件控制技术—自动波长调谐协议；

上述波长组播单元包括一个1×2分路器、一个1×1光开关和一个2×1耦合器，其连接关系是：由副载波滤波器输入的信号经1×2分路器一分为二，一路直接输入到波长保护单元，另一路输入到1×1光开关经该光开关控制的输出信号与由可调滤波单元输出的信号一并输入到2×1耦合器，经该2×1耦合器耦合后输送给波分耦合单元；

上述波长保护单元由一个2×2光开关、一个1×2分路器和一个2选1的光开关构成1+1/1∶1的波长保护单元，其工作关系是：下路波长信号两路经过一个2×2光开关连接到电层设备上，同样上路波长信号(两路)经过一个1×2光开关和一个1×2分路器分别连接到内环的波分耦合单元和外环的波分耦合单元，而且可在软件控制单元的控制下自动实现1+1/1∶1保护和两种保护方式的自动切换；

上述软件控制单元主要完成分布式的波长自动调谐协议的功能，其工作过程分为三个阶段：

(1)开始阶段

A：由源节点选择和目的节点通信的波长，然后在相应波长的副载波上调制波长调谐协议指令信息，该信息主要包括；目的节点地址、是否组播信息以及组播地址、源节点地址等；

B：目的节点始终处于不断扫描整个波段的过程，一旦从副载波信息上检测到与自身地址相同的波长调谐指令后，停止扫描过程，向源节点回应答信息，告诉源节点，波长已经锁定；

(2)光路性能检测阶段

A：源节点收到目的节点的应答后，在副载波上将不断传送预先定义后的伪随机码序列，用于对该光路的性能进行监测；

B：目的节点将收到的伪随机码序列与预先定义后的序列比较，计算误码率；

(3)结束阶段

A：一旦源节点或目的节点需要断开波长通信，在副载波上传送结束波长调谐指令信息；

B：目的节点或源节点收到后回应答，表示同意结束该波长通信，即结束通信；

(4)***回到开始阶段

上述三个阶段协议过程循环直至智能化光上下复用***完全退出光纤环型网络。

本发明的自动调谐智能化光上下路复用***的工作过程如下：

A：外环输入的波分复用信号首先经过光放大单元补偿放大后进入可调滤波单元；

B：该可调滤波单元是一个快速可调谐的三端光滤波器，它根据软件控制单元的指令调谐到需要下路的波长上，其它波长信号直接进入波长组播单元；

C：下路波长信号再经过一个副载波滤波器将副载波复用调制的信息送到软件控制单元做进一步的协议处理，然后该下路波长信息进入波长组播单元，根据软件控制单元的协议处理结果，控制波长组播单元的组播/光播操作，输出两路信号：一路将下路波长信号送到波长保护单元；另一路是组播后的波分复用信号送到波分耦合单元；

D：经过波分耦合单元的信号再经过光放大单元功率放大后输送到环路上。

本发明的自动调谐智能化光上下路复用***具有多方面的特点，具体表现在：

(1)、采用了快速可调谐的三端光滤波器组成可调滤波单元，在软件控制下该单元具备波长自动扫描和调谐功能，在不超过20秒的时间内可以扫描整个C波段的波长(8/16/32)，并且调谐到指定波长上。

(2)、采用了一种新型的分布式协议软件控制技术——自动波长调谐技术，主要是利用副载波复用(SCM)技术以携带协议控制信息，在每个标准波长上调制一个10Kbps的副载波ASK信号，该信号携带波长调谐信息和性能监控信息，在节点对之间尚没有建立光路连接之前，由源节点在所选择波长上的副载波上传送光路调谐指令，该指令包含那些目的节点将要调谐到该波长，目的节点则不断扫描整个波段，将每个波长的副载波信息经过O/E变换处理后，交给协议软件处理，由协议软件反馈到可调滤波单元决定是否要调谐到该波长。

(3)、传统的副载波复用传输(SCM)技术只是用来传送简单的网管类信息。本发明也采用了副载波复用传输技术，但用来传输自定义的自动波长调谐技术和性能监控类信息，拓宽了SCM技术应用的范围。

(4)、本发明结构采用了独特的1+1/1∶1光路保护结构，自动实现1+1保护或者1∶1的保护，并且可以在软件单元的控制下实现两种保护方式的自动切换，并且选择快速光开关，从而使保护时间＜10ms。

(5)、本发明结构支持数字化的在线误码监测功能(BER监测)，利用SCM技术传送预先定义好的伪随机序列，通过软件单元的实时处理后可以在线检测误码率，与传统的仅支持模拟OSNR的性能监测方法更直接，也更准确。

(6)、本发明结构采用了独特的光路组播/广播结构，通过协议控制技术和组播单元支持真正意义上的波长组播和广播功能。

(7)、本发明结构具有快速自动调谐技术，尤其适合构造OVPN网(光虚拟专用网)。

附图说明：

图1是本发明自动调谐智能化光上下路复用***原理框图；

图2是本发明波长自动调谐协议的典型流程图；

图3是本发明波长保护单元的内部光学结构图；

图4是本发明波长组播单元的内部光学结构图。

图中：

1、9-光放大单元；2、10-可调滤波单元；3、11-波长组播单元；

4-波长保护单元；5、13-波分耦合单元；6-软件控制单元；

7-副载波滤波器；8-光耦合器；

41-2×2光开关；42-1×2分路器；43-1×2光开关；

31-1×2分路器；32-1×1光开关；33-2×1耦合器；

①-源节点发出调谐指令；②-调谐指令被转发；③-目的节点应答；

④-应答指令被转发；⑤-生能监控；⑥-源节点发出断开指令；

⑦-目的节点应答。

具体实施方式：

先请参阅图1，本发明自动调谐智能化光上下路复用***包括：

光放大单元1、9、可调滤波单元2、10、波长组播单元3、11、波长保护单元4、波分耦合单元5、13、软件控制单元6、副载波滤波器7和光耦合器8，其相对位置关系如下：

光放大单元1顺时针方向通过可调滤波单元2分别连接到波长组播单元3和一副载波滤波器7，而波长组播单元3又连接到波分耦合单元5，同时该波长组播单元3也连接波长保护单元4，该波长保护单元4又通过一光耦合器8连接到波分耦合单元5，该波分耦合单元5再连接另一光放大单元9构成一外环；

由光放大单元9逆时针方向通过可调滤波单元10分别连接到波长组播单元11和一副载波滤波器12，而该波长组播单元11又连接到波分耦合单元13，同时该波长组播单元11也连接波长保护单元4，该波长保护单元4又通过一光耦合器14连接到波分耦合单元13，该波分耦合单元13再连接到光放大单元1构成一内环；

软件控制单元6通过控制接口分别与两个可调滤波单元2、10、两个波分耦合单元5、13、两个光耦合器8、14连接。

从图1可以看出，内环为保护环、外环为工作环，一个逆时针、一个顺时针，两者工作原理基本相同，所以这里只以外环为例介绍本发明的工作原理。外环输入的光WDM信号首先经过光放大单元1补偿放大后进入可调滤波单元2，该单元为一个可调谐的三端光滤波器，它根据软件控制单元6的指令调谐到需要下路的波长上，其它波长信号直接进入波长组播单元3，下路波长信号再经过一个副载波滤波器7将副载波复用传输调制的信息送到软件控制单元6做进一步的协议处理，然后该下路波长信息进入波长组播单元3，根据软件控制单元6的协议处理结果，控制波长组播单元3的组播/光播操作，输出两路信号：一路将下路波长信号送到波长保护单元4，另一路是组播后的WDM信号送到波分耦合单元5，波分耦合单元5再经过光放大单元9功率放大后输出到环路上。

波长保护单元4分别完成1+1和1∶1的自动保护功能，(参见图2)，它由1个2×2光开关、一个1×2分路器和一个2选1光开关构成。下路波长信号(两路，即可以是电层的主用加备用信号，也可以是一个高优先级信号加上一个低优先级的信号)经过1个2×2光开关连接到电层设备上，同样上路波长信号(也是两路，即可以是电层的主用加备用信号，也可以是一个高优先级信号加上一个低优先级的信号)经过1个1×2光开关和一个1×2分路器分别连接到内环的波分耦合单元5和外环的波分耦合单元13上，从而自动实现1+1保护或者1∶1的保护，并且可以在软件单元的控制下实现两种保护方式的自动切换。注意：由于选择的光开关的交换时间＜10ms，因此保护的时间也＜10ms。

波长组播单元3采用了1×2分路器、2×1耦合器和1×1光开关实现了组播/广播功能(见图3)，它能够根据软件控制单元6的控制完成下路并转发(Drop and Continue)波长操作，实现完全真正意义上的波长组播和广播技术。

软件控制单元(6)主要完成分布式的波长自动调谐协议的功能，(参见图4)，其工作原理流程主要分成三个阶段，分别是开始阶段，性能监测阶段，结束阶段。开始阶段也就是波长连接建立阶段，首先由源节点选择和目的节点通信的波长，然后在相应波长的副载波上调制波长调谐协议指令信息，该信息主要包括；目的节点地址、是否组播信息以及组播地址、源节点地址等。目的节点在开始阶段，没有调谐到某一波长时，始终处于不断扫描整个波段的过程，一旦从副载波信息上检测到与自身地址相同的波长调谐指令后，停止扫描过程，向源节点回应答信息，告诉源节点，波长已经锁定，开始阶段结束。接下来的是第二个阶段一光路性能监测阶段，源节点在收到目的节点的应答后，在副载波上将不断传送预先定义的伪随机码序列，用于对该光路的性能进行监测，目的节点将收到的伪随机码序列与预先定义的序列比较，计算误码率。一旦源节点(也可能是目的节点)需要断开波长通信，即进入第三个阶段-结束阶段，由源节点(或目的节点)在副载波上传送结束波长调谐指令信息，目的节点(或源节点)收到后回应答，表示同意结束该波长通信，然后回到第一个阶段。上述三个阶段协议过程循环，直至本发明***完全退出光纤环型网络。

Claims (6)

1、一种自动调谐智能化光上下路复用***，其特征在于该***包括：光放大单元(1、9)、可调滤波单元(2、10)、波长组播单元(3、11)、波长保护单元(4)、波分耦合单元(5、13)、软件控制单元(6)、副载波滤波器(7)和光耦合器(8)，其相对位置关系如下：

光放大单元(1)顺时针方向通过可调滤波单元(2)分别连接到波长组播单元(3)和一副载波滤波器(7)，而波长组播单元(3)又连接到波分耦合单元(5)，同时该波长组播单元(3)也连接波长保护单元(4)，该波长保护单元(4)又通过一光耦合器(8)连接到波分耦合单元(5)，该波分耦合单元(5)再连接另一光放大单元(9)构成一外环；

由光放大单元(9)逆时针方向通过可调滤波单元(10)分别连接到波长组播单元(11)和一副载波滤波器(12)，而该波长组播单元(11)又连接到波分耦合单元(13)，同时该波长组播单元(11)也连接波长保护单元(4)，该波长保护单元(4)又通过一光耦合器(14)连接到波分耦合单元(13)，该波分耦合单元(13)再连接到光放大单元(1)构成一内环；

软件控制单元(6)通过控制接口分别与两个可调滤波单元(2、10)、两个波分耦合单元(5、13)、两个光耦合器(8、14)连接。

2、根据权利要求1所述的自动调谐智能化光上下路复用***，其特征在于所述的可调滤波单元(2、10)是一个快速可调谐的三端光滤波器，执行分布式智能化协议软件控制技术一自动波长调谐协议。

3、根据权利要求1所述的自动调谐智能化光上下路复用***，其特征在于所述的波长组播单元(3、11)包括一个1×2分路器(31)、一个1×1光开关(32)和一个2×1耦合器(33)，其连接关系是：由副载波滤波器(7)输入的信号经1×2分路器(31)一分为二，一路直接输入到波长保护单元(4)，另一路输入到1×1光开关(32)，经该光开关(32)控制的输出信号与由可调滤波单元(2)输出的信号一并输入到2×1耦合器(33)，经该2×1耦合器(33)耦合后输送给波分耦合单元(5)。

4、根据权利要求1所述的自动调谐智能化光上下路复用***，其特征在于所述的波长保护单元(4)由一个2×2光开关(41)、一个1×2分路器(42)和一个2选1的光开关(43)构成1+1/1∶1的波长保护单元，其工作关系是：下路波长信号两路经过一个2×2光开关(41)连接到电层设备上，同样上路波长信号(两路)经过一个1×2光开关(43)和一个1×2分路器(42)分别连接到内环的波分耦合单元(13)和外环的波分耦合单元(5)，而且可在软件控制单元(6)的控制下自动实现1+1/1∶1保护和两种保护方式的自动切换。

5、根据权利要求1所述的自动调谐智能化光上下路复用***，其特征在于所述的软件控制单元(6)主要完成分布式的波长自动调谐协议的功能，其工作过程分为三个阶段：

(1)开始阶段

A：由源节点选择和目的节点通信的波长，然后在相应波长的副载波上调制波长调谐协议指令信息，该信息主要包括；目的节点地址、是否组播信息以及组播地址、源节点地址等；

B：目的节点始终处于不断扫描整个波段的过程，一旦从副载波信息上检测到与自身地址相同的波长调谐指令后，停止扫描过程，向源节点回应答信息，告诉源节点，波长已经锁定；

(2)光路性能检测阶段

A：源节点收到目的节点的应答后，在副载波上将不断传送预先定义后的伪随机码序列，用于对该光路的性能进行监测；

B：目的节点将收到的伪随机码序列与预先定义后的序列比较，计算误码率；

(3)结束阶段

A：一旦源节点或目的节点需要断开波长通信，在副载波上传送结束波长调谐指令信息；

B：目的节点或源节点收到后回应答，表示同意结束该波长通信，即结束通信；

(4)***回到开始阶段

上述三个阶段协议过程循环直至智能化光上下复用***完全退出光纤环型网络。

6、根据权利要求1或2、或3、或4、或5所述的自动调谐智能化光上下路复用***，其特征在于该***所述的工作过程如下：

A：外环输入的波分复用信号首先经过光放大单元(1、9)补偿放大后进入可调滤波单元(2)；

B：该可调滤波单元(2)是一个快速可调谐的三端光滤波器，它根据软件控制单元(6)的指令调谐到需要下路的波长上，其它波长信号直接进入波长组播单元(3)；

C：下路波长信号再经过一个副载波滤波器(7)将副载波复用调制的信息送到软件控制单元(6)做进一步的协议处理，然后该下路波长信息进入波长组播单元(3)，根据软件控制单元(6)的协议处理结果，控制波长组播单元(3)的组播/光播操作，输出两路信号：一路将下路波长信号送到波长保护单元(4)；另一路是组播后的波分复用信号送到波分耦合单元(5)；

D：经过波分耦合单元(5)的信号再经过光放大单元(9)功率放大后输送到环路上。