DE60211189T2

DE60211189T2 - Optischer add/drop-Multiplexer für optische Metropolitan-Kommunikationsnetzwerke

Info

Publication number: DE60211189T2
Application number: DE60211189T
Authority: DE
Inventors: Claudio Crognale; Giovanni Mosca
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Nokia Solutions and Networks GmbH and Co KG
Priority date: 2002-12-23
Filing date: 2002-12-23
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2022-12-24
Also published as: DE60211189D1; ES2263761T3; EP1434374B1; ATE325475T1; EP1434374A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die optischen Metropolitan-Kommunikationsnetzwerke. Spezieller bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung für die optische Filterung, die Durchleitung und das Auskoppeln einer Mehrzahl von optischen Signalen, von denen jedes einem optischen Träger mit einer jeweils anderen Wellenlänge zugeordnet ist, sowie zum Einkoppeln einer weiteren Mehrzahl von optischen Signalen. Im verlauf des Textes werden die Begriffe „Wellenlänge" und „Träger" gleichbedeutend verwendet.
Das ständig steigende Verkehrsaufkommen (mehrere Gbit/Sek.) auch in den optischen Metropolitan-Kommunikationsnetzwerken verstärkt noch die Problemstellung, wie zahlreiche optische Kanäle, die mithilfe der WDM-Technologie (WDM = Wavelength Division Multiplexing, Wellenlängenmultiplex-Verfahren) über eine einzige Glasfaser übertragen werden, gehandhabt werden können.
Speziell ist von besonderer Bedeutung die Entwicklung von neuen Verfahren, die es ermöglichen, eine variable und konfigurierbare Anzahl von optischen Kanälen einzukoppeln/auszukoppeln, ohne eine elektro-optische Umwandlung in irgendeiner Form zu verwenden, wobei letzterer Vorgang sehr kostenintensiv und hinsichtlich der „Bitrate" der zu handhabenden Signale nicht transparent ist.
Bei einem optischen Add/Drop-Multiplexer (OADM) handelt es sich um eine Vorrichtung, die eine Anzahl von Wellenlängenmultiplex-(WDM-)Arbeitssignalen ohne elektrooptische Umwandlung handhaben, einkoppeln und/oder auskoppeln kann.
Ein optischer Add/Drop-Multiplexer OADM muss gemäß Definition in der Lage sein, eine feste Anzahl von Wellenlängenmultiplex-(WDM-)Arbeitssignalen zu handhaben, die mit 2,5 Gbit/Sek., 10 Gbit/Sek. und 40 Gbit/Sek. auf einem 1550-nm-Träger mit einem Wellenlängenabstand von 0,4 nm und 0,8 nm übertragen werden, gemäß der ITU-T-Empfehlung G.692.
Neben der optischen Transparenz sind weitere wesentliche Anforderungen seine Flexibilität in Bezug auf die Skalierbarkeit und Rekonfigurierbarkeit, sowie die Qualität der Übertragungsleistungen.
Bisheriger Stand der Technik
Für den Aufbau eines optischen Add/Drop-Multiplexer-(OADM-)Knotens auf der Basis einer „Split&Select"-(Teilen&Selektieren)-Architektur wurden bis zum heutigen Tag mehrere unterschiedliche Lösungen gefunden.
In einer ersten Architektur (siehe beispielsweise das von JDS Uniphase entwickelte Modul COADM-SN4-200 und die Patentanmeldung WO 99/60740) besteht der optische Add/Drop-Multiplexer OADM aus den folgenden Grundelementen:

– einem optischen Wellenlängenmultiplex-(WDM-)Demultiplexer/Multiplexer-Paar, das auf zugewiesenen, festen und benachbarten Wellenlängen arbeitet. Diese Geräte sind im Allgemeinen Arrayed-Waveguide-(AWG-)Demultiplexer/Multiplexer, die sich durch gute Leistungen in Bezug auf Kosten, Nebensprechen, Einfügungsdämpfungen und Form der Kanalfilter auszeichnen. Einige Hersteller von Bauelementen für Wellenlängenmultiplex-(WDM-)Anwendungen bieten Demultiplexer- oder Multiplexer-Module an, welche eine Auskopplungs- oder Einkopplungs-Fähigkeit innerhalb des ITU-T- Rasters mit einem Wellenlängenabstand von 1,6 nm aufweisen (siehe beispielsweise das Produkt Santec TWDM-700/700AD, „Tuneable WDM Module", ein regelbares Wellenlängenmultiplex-Modul).
– Optische 1x2- oder 2x2-Schalteinrichtungen (wie in der vorstehend erwähnten Patentanmeldung), die auf verschiedenen Technologien basieren (Mikromechanik, planare Wellenleiter, SOA etc.), welche durch das Anlegen eines Spannungssteuerungssignals das Auskoppeln bzw. Einkoppeln von verschiedenen optischen Kanälen erlauben.

In diesem optischen Add/Drop-Multiplexer OADM trennt und, im Allgemeinen, filtert der optische Demultiplexer an der Eingangsseite des Systems die Signale mit verschiedenen zugewiesenen Wellenlängen. Danach werden die Signale getrennt voneinander an die Schalteinrichtungen gesendet und anschließend der Auskopplungs-/Einkopplungsprozedur unterworfen. Danach werden die Wellenlängenmultiplex-(WDM-)Signale einzeln an den optischen Multiplexer an der Ausgangsseite des optischen Add/Drop-Multiplexers OADM weitergeleitet, wo sie gemischt und an das Netzwerk gesendet werden.
In einer zweiten Architektur setzt sich der optische Add/Drop-Multiplexer OADM aus folgenden Grundelementen zusammen:

– einem Wellenlängenblocker WB, d. h. einem Gerät, das in der Lage ist, selektiv und per Fernsteuerung einen Teil der Komponenten eines optischen Wellenlängenmultiplex-(WDM-)Kamms (üblicherweise mit einem Wellenlängenabstand von 0,4 und 0,8 nm), der an seinem Eingang empfangen wird, zu blockieren. Solche Geräte sind in aller Regel sehr teuer, da sie noch immer mit hochkomplizierter Technologie auf der Basis von Flüssigkristallen realisiert werden (siehe „Dynamically Reconfigurable Wavelength Blocker for C or extended L band" auf der Internet-Seite der JDSU: //www.jdsu.com).
– einem optischen 1x2-Signalteiler.
– einem optischen 1xN-Signalteiler.
– einem optischen 2x1-Signalkoppler.
– einem optischen Nx1-Signalkoppler.
– regelbaren optischen Filtern, die in verschiedenen Technologien verfügbar sind (Dünnschicht, Fabri-Perot etc.).

Bei dieser Lösung werden die Wellenlängenmultiplex-(WDM-)Signale an den 1x2-Signalteiler gesendet. Einer der beiden Ausgänge des Signalteilers ist mit dem Eingang des 1xN-Signalteilers verbunden (die „N" Ausgänge des 1xN-Signalteilers sind wiederum mit den Eingängen von N regelbaren Filtern verbunden); der andere Ausgang ist mit dem Eingang des Wellenlängenblockers WB verbunden. Entsprechend stehen an den „N" gefilterten Ausgängen des Signalteilers N Signale mit jeweils einer anderen Wellenlänge zur Verfügung. Diese N Signale, die durch einen Wellenlängenblocker WB hindurch laufen, können einzeln blockiert und durch andere eingekoppelte Signale ersetzt werden. Üblicherweise werden diese Signale hinzugefügt, indem der Ausgang des Wellenlängenblockers WB und der Ausgang eines Nx1-Signalkopplers an die beiden Eingänge eines 2x1-Signalkopplers übergeben werden. Der Ausgang des 2x1-Signalkopplers wird dann an die Glasfaserleitung am Austritts-Port geleitet: In einer dritten Architektur wird allgemein eine Kombination aus regelbaren Filtern, optischen 2x2-Schalteinrichtungen, Sternkopplern und Wellenlängen-Konvertern (siehe Alcatel-Patentanmeldung Nr. WO 98/18231) verwendet.
Die erste der drei vorstehend beschriebenen Lösungen ist eine kostengünstige, skalierbare Struktur mit einer guten optischen Übertragungsleistung, die durch die optische Rauschfilterung der Demultiplexer/Multiplexer-Geräte erzielt wird.
Allerdings ist diese Struktur, wenn sie mit Arrayed Waveguide (AWG) implementiert wird, lediglich in der Lage, ausschließlich optische Träger mit festen und benachbarten Wellenlängen zu handhaben, und erlaubt daher keine geeignete dynamische Handhabung der Wellenlängen, wie sie in den ITU-T-Standards enthalten sind. Verbesserungen lassen sich erzielen, wenn selektierbare Demultiplexer/Multiplexer-Module mit integrierter Auskopplungs-/Einkopplungs-Fähigkeit verwendet werden. Diese werden aufgrund ihrer Konfigurierbarkeit sehr attraktiv, decken jedoch immer noch nicht alle Funktionen ab, die üblicherweise für einen optischen Add/Drop-Multiplexer OADM (beispielsweise das Santec-Produkt TWDM-700/700AD, „WDM Tuneable Module", ein regelbares Wellenlängenmultiplex-Modul) gefordert werden.
In dieser Architektur besteht der optische Add/Drop-Multiplexer OADM aus einer „spiegelähnlichen" Struktur mit Multiplexer- und Demultiplexer-Geräten, die an seinen beiden Enden angeordnet sind.
Eine derartige „spiegelähnliche" Struktur beinhaltet, selbst wenn sie aus selektierbaren Demultiplexer/Multiplexer-Modulen bereitgestellt wird, eine Redundanz, die äußerst negative Auswirkungen in Bezug auf die Übertragungsdämpfung, auf die Geschwindigkeit der Rekonfiguration und auf die Kosten insgesamt mit sich bringt.
Die zweite Lösung bietet dank des Wellenlängenblockers WB zwar optische Transparenz und Flexibilität, ist jedoch sehr kostenintensiv und nicht sonderlich geeignet für einen wirtschaftlichen Übergang von einem kleinen zu einem großen Bereich von Wellenlängen. Tatsächlich lässt sich in einem solchen Gerät die Funktion des Blockierens der verschiedenen Träger nicht schrittweise entsprechend der Anzahl der gehandhabten Wellenlängen erhöhen, da die Blockierfähigkeit des Wellenlängenblockers WB strikt festgelegt ist in Bezug auf den Wellenlängenbereich und den Wellenlängenabstand. Darüber hinaus ist der optische Add/Drop-Multiplexer OADM auf der Grundlage des Wellenlängenblockers WB bedingt durch das Fehlen von optischen Filterelementen anfällig für die Ausbreitung von Rauschen.
Im dritten Fall (siehe Alcatel-Patentanmeldung Nr. WO 98/18231) werden hervorragende Leistungen im Hinblick auf die Rekonfigurierbarkeit und die Rauschfilterung erzielt, allerdings um den Preis einer offensichtlichen Komplexität der Architektur und hochwertiger und somit teurer optischer Komponenten.
Somit weist in dieser Hinsicht die Struktur von Alcatel eine Redundanz auf, die nicht wirklich erforderlich und, im Fall eines optischen Add/Drop-Multiplexers OADM in einem Metropolitan-Netzwerk, vor allem nicht nachhaltig ist.
Darüber hinaus ist diese Lösung bedingt durch das Vorhandensein von passiven Elementen wie etwa den „Sternkopplern" nicht besonders skalierbar.
Eine weitere Patentanmeldung von Alcatel mit der Publikationsnummer US 5.612.805 beschreibt einen optischen Add/Drop-Frequenzmultiplexer zum Auskoppeln eines Drop-Multiplex aus einem kommenden Multiplex-Signal und zum Einkoppeln eines Add-Multiplex in ein gehendes Multiplex-Signal. Der Multiplexer beinhaltet ein Demultiplexer-Gerät, um eine Anzahl von optischen Trägern aus dem kommenden Multiplex-Signal herauszufiltern und Drop-Träger zu selektieren, die das Drop-Multiplex bilden, sowie Through-Träger, die als das gehende Multiplex-Signal ausgegeben werden sollen. Ferner umfasst der Multiplexer eine Vorrichtung zum Selektieren einer bestimmten Anzahl von Add-Trägern aus der Gesamtzahl der Träger des Multiplex-Signals sowie eine Kopplereinrichtung und einen Wellenlängenkonverter zum Zuweisen fester Wellenlängen zu den Signalen, die die Through-Träger und die Add-Träger modulieren. Dank mehrerer regelbarer optischer Einkanal-Filter und Wellenlängenkonverter ist der Multiplexer in der Lage, eine Vielzahl von Wellenlängen unabhängig von ihrer jeweiligen Zuweisung zu den Eingängen oder den Ausgängen zu handhaben.
Trotz dieser Fähigkeit ist der Multiplexer gemäß dieser letztgenannten Lösung ungeeignet für die Handhabung von kommenden Signalen, die aus einer Teilmenge benachbarter Wellenlängen bestehen. Tatsächlich werden lediglich optische Filter mit nur einer Wellenlänge mit einem Vielfachen von N eingesetzt, in diesem Fall jedoch ist keine unmittelbare Skalierbarkeit im Teilband gegeben.
Aufgabe der Erfindung
Es besteht die Notwendigkeit einer alternativen Lösung, die gleichzeitig Skalierbarkeit, Rekonfigurierbarkeit, Qualität der Übertragungsleistung und einfache Kanalhandhabung bereitstellen kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung, die in den unabhängigen Patentansprüchen beschrieben wird, stellt die passende Antwort auf all diese Anforderungen dar.
Der Block in 1 mit der Bezeichnung „FTS" (= Filtered Tunable Switch, gefilterte regelbare Schalteinrichtung) baut auf dem vorgeschlagenen optischen Add/Drop-Multiplexer OADM auf. Er besteht im Wesentlichen aus nur drei Grundelementen:

– einem regelbaren optischen Wellenlängenfilter (F1) mit einer charakteristischen Übertragungsfunktion, „ab initio" fest eingestellt, gemäß den folgenden Klassen: – Filter mit der Fähigkeit, einen einzelnen optischen Träger jeder beliebigen Wellenlänge innerhalb des ITU-T-Rasters (Empfehlung G.692) im dritten optischen Fenster (1480-1620 nm) zu selektieren; die Form des Filters ist in 2a dargestellt. – Filter mit der Fähigkeit, einen Kamm aus benachbarten optischen Wellenlängen mit gleichem Abstand zueinander, welcher üblicherweise zwischen 0,2 nm und 1,6 nm liegen kann, gemäß dem ITU-T-Raster (Empfehlung G.692) zu selektieren; die Form des Filters ist in 2b dargestellt
– einer optischen 1x2-Schalteinrichtung (SW1) mit einem Eingang und zwei Ausgängen, sodass durch das Anlegen eines Spannungssteuerungssignals das Eingangssignal an einen der beiden Ausgänge geleitet werden kann.
– einem optischen 2x1-Signalkoppler (C1) mit zwei Eingängen und einem Ausgang, der in der Lage ist, die Eingangssignale miteinander zu kombinieren und an den Ausgang zu leiten.

In einer derartigen Struktur ermöglicht es das Filterelement, entweder eine Teilmenge von Wellenlängen mit gleichem Abstand zueinander oder auch eine einzelne Wellenlänge zu selektieren. Befindet sich die Schalteinrichtung SW1 im Zustand (2), wird die selektierte Teilmenge von Trägern aus dem Ausgang O2 ausgekoppelt; befindet sich die Schalteinrichtung SW1 im Zustand (1), wird die selektierte Teilmenge von Trägern durchgeleitet und an einen der Eingänge des Signalkopplers C1 übergeben.
Eine weitere Teilmenge von optischen Trägern, die von I2 kommen, wird in den verbleibenden Eingang des Signalkopplers C1 eingekoppelt.
Das Signal, das von dem Ausgang O1 des Signalkopplers C1 ausgeht, wird aus der Kombination der beiden Teilmengen gebildet.
Das Filter F1 und die Schalteinrichtung SW1 werden durch eine Steuereinheit gesteuert, die dieselbe Steuereinheit sein kann wie die des optischen Add/Drop-Multiplexers OADM.
Eine derartige Struktur, die sich nur aus den drei Elementen F1, SW1 und C1 zusammensetzt, die vorstehend beschrieben wurden, weist die Eigenschaften der selektiven Filterung, der Auskopplung oder Durchleitung der gewünschten Träger und schließlich der Einkopplung eventueller neuer optischer Träger auf.
Die Möglichkeit, mittels eines externen Steuerungssignals die Bandbreite des regelbaren Filters zu wählen, erlaubt es ohne jegliche Einschränkungen, aus dem Ausgang O2 jeden der im Eingang I1 enthaltenen Kanäle auszukoppeln, und erlaubt das Einkoppeln der Kanäle, die im Eingang I2 enthalten sind, in den Ausgang O1, wobei Überschneidungen der Träger vermieden werden.
Durch den Verzicht auf Filterkomponenten am Ausgang O1 ist es möglich, über den Eingang I2 jeden beliebigen optischen Träger einzukoppeln, der diejenigen Träger ersetzen kann, die aus dem Ausgang O2 ausgekoppelt wurden, oder zusätzlich zu den Signalen (mit jeweils anderer Wellenlänge) eingekoppelt werden kann, die durch die Schalteinrichtung SW1 im Zustand (1) durchgeleitet werden.
Das Modul erlaubt es, über den Eingang I2, am Ausgang O1 die Kanäle zu ersetzen, die aus dem Ausgang O2 ausgekoppelt wurden, gemäß der geforderten Funktionalität, oder erlaubt das Einkoppeln neuer Kanäle ohne Einschränkung.
Da die Photonik verschiedene Filterformen möglich macht, kann die Filtered Tunable Switch-(FTS-)Struktur nutzbringend eingesetzt werden, um mehrere und komplexere optischen Add/Drop-Multiplexer-(OADM-)Architekturen zu realisieren, die in Bezug auf ihre Konfigurierbarkeit, ihre Skalierbarkeit und die Übertragung bessere Leistungen aufweisen.
3 zeigt eine erste Implementierung einer skalierbaren und rekonfigurierbaren Struktur eines optischen Add/Drop-Multiplexers OADM mit N Trägern, die auf dem Filtered Tunable Switch-(FTS-)Modul basiert.
Der optische Add/Drop-Mulitplexer OADM besteht aus N Filtered Tunable Switch-(FTS-)Basisblöcken, wobei das regelbare Filter in der Lage ist, nur einen einzelnen aus all den optischen Trägern am Eingang I1 zu selektieren.
In diesem Fall gehört das Filter zu der ersten weiter oben beschriebenen Klasse und wird der Filtered Tunable Switch-(FTS-)Basisblock aus Gründen der einfachen Notation als „SW-FTS" bezeichnet, d. h. „Single Wavelength-Filtered Tunable Switch" (gefilterte regelbare Schalteinrichtung mit nur einer Wellenlänge).
Das Eingangssignal (I) mit N Kanälen wird an einen 1xN-Signalteiler (SN) oder an eine damit gleichzusetzende Kombination von Signalteilern geleitet. Der Eingang I1 jedes der N Single Wavelength-Filtered Tunable Switch-(SW-FTS-)Blöcke ist mit einem der N Ausgänge des Signalteilers SN verbunden. Auf diese Weise nimmt der Eingang I1 jedes Single Wavelength-Filtered Tunable Switch-(SW-FTS-)Blocks alle Komponenten auf, die in dem Eingangssignal I enthalten sind und kann, dank der Regeleigenschaften des Filters F1, jedes Single Wavelength-Filtered Tunable Switch-(SW-FTS-)Modul eine beliebige davon selektieren.
Die selektierte Komponente kann am Ausgang O2 des Moduls ausgekoppelt oder mit dem Signal kombiniert werden, das über den Eingang I2 eingekoppelt wurde, und am Ausgang O1 des Single Wavelength-Filtered Tunable Switch SW-FTS wieder austreten.
Die Ausgänge O1 aller Single Wavelength-Filtered Tunable Switch-(SW-FTS-)Module werden mit den N Eingängen des optischen Nx1-Signalkopplers (CN) oder mit einer damit gleichzusetzenden Kombination von Signalkopplern verbunden, sodass die beiden „durchgeleiteten" Träger zusammen mit den „eingekoppelten" Trägern am Ausgang O des Signalkopplers neu kombiniert werden können, woraus am Austritt des optischen Add/Drop-Multiplexers OADM eine neue Mehrzahl von Signalen entsteht.
Bei dieser Struktur minimiert die Filterfunktion am Eingang das Rauschen, das durch eventuelle zwischengeschaltete Verstärkerelemente verursacht wird (Amplified Spontaneous Emission ASE, verstärkte Spontanemission), die eingefügt wurden, um die optischen Leistungsverluste auszugleichen, sowie eventuelle nichtlineare Effekte (Nebensprechen, Vier-Wellen-Mischung, ...), die auf die Schalteinrichtungen, die Glasfaser etc. zurückzuführen sind.
Ferner erlaubt es die Möglichkeit, einen beliebigen Träger am Eingang jedes Moduls zu selektieren und eine Anzahl neuer Träger einzukoppeln, jeden beliebigen optischen Kanal mit größtmöglicher Flexibilität auszukoppeln, weiterzuleiten bzw. einzukoppeln.
Mit anderen Worten:

– Jeder Träger im Eingangssignal I, der durch den Signalteiler SN an die Eingänge I1 verteilt wird, kann aus jedem beliebigen Ausgang O2 ausgekoppelt werden oder kann an jeden beliebigen Port O1 geleitet werden,
– Ein neuer Träger kann von jedem beliebigen Kanal-Port I2 eingekoppelt werden, um dadurch eine neue Mehrzahl von Signalen am Ausgang O des Signalkopplers CN zu erzielen.

Diese letztgenannte Option ist insbesondere vonnutzen, wenn an den Eingängen I2 Transmitter mit regelbaren Lasern angeordnet werden.
Heutzutage lassen diese regelbaren Lichtquellen über ein digitales Steuerungssignal das Signalisieren jeder beliebigen Wellenlänge zu, die aus einer Gruppe von n (8) Wellenlängen, welche einen Abstand von 0,4 nm zueinander aufweisen, selektiert wird.
Eine regelbare Lichtquelle, die in einem der Eingangskanäle I2 angeordnet wird, kann in den optischen Add/Drop-Multiplexer OADM eine beliebige Wellenlänge einkoppeln, die in ihren Regelbereich fällt, und zwar derart, dass eine Überschneidung von Wellenlängen vermieden wird. Dies wird dadurch bewirkt, dass die Wellenlänge, die in den Eingang I2 eines gegebenen Single Wavelength-Filtered Tunable Switch-(SW-FTS-)Moduls eingekoppelt werden soll, aus denjenigen Wellenlängen selektiert wird, die durch einen der Kanal-Ports O2 ausgekoppelt wurden oder die bereits in dem Wellenlängenmultiplex-(WDM-)Signal, das in den optischen Add/Drop-Multiplexer OADM eintritt, frei geblieben sind.
Die Rekonfigurierbarkeit des optischen Add/Drop-Multiplexers OADM auf Basis des Filtered Tunable Switch FTS ist vergleichbar mit derjenigen eines der Geräte, die in der ALCATEL-Patentanmeldung mit der Publikationsnummer WO98/18231 erwähnt werden, wird jedoch durch eine erhebliche Reduzierung der Anzahl der Geräte sowie mit einer offensichtlichen Vereinfachung des Aufbaus der Architektur realisiert. Diese Einfachheit der Architektur ist einer der fundamentalen Parameter, wenn ein Einsatz in einer Metropolitan-Umgebung in Erwägung gezogen wird.
Weitere Merkmale des optischen Add/Drop-Multiplexers OADM, der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, sind seine Skalierbarkeit und optische Transparenz.
Soweit es die Skalierbarkeit angeht (siehe 3), basiert die Anzahl der Single Wavelength-Filtered Tunable Switch-(SW-FTS-)Blöcke konsequent auf der Anzahl der verwendeten Träger in dem jeweiligen optischen Netzwerk.
Was die Transparenz betrifft, so ist diese strikt an die Filtereigenschaften der Filtered Tunable Switch-(FTS-)Module gebunden. Heutzutage ist die Realisierung eines optischen Filters für Signale von 2,5, 10 und 40 Gbit/Sek. und mit einem Wellenlängenabstand von 0,4, 0,8 und 1,6 nm gleichermaßen komplex. Wenn wir uns im Bereich des 0,2-nm-Wellenlängenabstands bewegen, müssen Fabry-Perot-Filterstrukturen berücksichtigt werden, und diese sind nach wie vor sehr teuer.
Um eine skalierbare und dabei preiswerte Version der vorstehend beschriebenen Lösung zu realisieren, die insbesondere dort sehr nützlich ist, wo eine große Zunahme des Verkehrsvolumens die Handhabung von mehr Wellenlängen erfordert bezogen auf diejenigen, die pro Einzelknoten ausgekoppelt/eingekoppelt werden, kann der optische Add/Drop-Multiplexer OADM gemäß 4 verwendet werden.
Die gesamte Mehrzahl der Wellenlängen, die am Eingang I des optischen Add/Drop-Multiplexers OADM bereitgestellt werden, wird in „m" generische Teilbänder aus benachbarten Trägern geteilt, die jeweils einzeln durchgeleitet, ausgekoppelt oder eingekoppelt werden können.
Für jedes Teilband wird diese Funktion durch einen GW-FTS-Block, d. h. „Grouped Wavelengths-Filtered Tunable Switch" (gefilterte regelbare Schalteinrichtung für Wellenlängengruppen), gehandhabt, welcher mit einem regelbaren Breitband-Filter ausgerüstet ist (siehe die zweite der drei weiter oben beschriebenen Typologien.)
Die einzelnen Träger, die pro Teilband selektiert werden, können uneingeschränkt gehandhabt werden, indem der Auskopplungsausgang O2 jedes Grouped Wavelengths-Filtered Tunable Switch-(GW-FTS-)Moduls mit dem Eingang eines 1xm-Signalteilers (Sm) oder einer gleichwertigen Kombination von Signalteilern verbunden wird und die m Ausgänge des Signalteilers an die m Eingänge I1 der m Single Wavelength-Filtered Tunable Switch-(SW-FTS-)Module übergeben werden, die in derselben Struktur angeordnet sind wie in 3 dargestellt.
Der Ausgang O1 jedes der Single Wavelength-Filtered Tunable Switch-(SW-FTS-)Module ist mit einem der m Eingänge des Signalkopplers Cm oder einer gleichwertigen Kombination von Signalkopplern verbunden. Der Ausgang des Signalkopplers Cm ist mit dem Eingang I2 des Grouped Wavelengths-Filtered Tunable Switch-(GW-FTS-)Moduls verbunden.
Auf diese Weise ist der optische Add/Drop-Multiplexer OADM in der Lage, ein oder mehrere aus „m" Wellenlängen bestehendes) Teilband/Teilbänder mit äußerster Flexibilität auszuwählen und zu handhaben.
In der einfachsten Implementierungsform dieser Architektur fällt jedes der Teilbänder mit dem Bereich des einstellbaren Lasers zusammen, der den Eingang I2 speist.
Wie schon weiter oben erwähnt, kann sich dieser Bereich bei einem Wellenlängenabstand von 0,4 nm über acht (8) verschiedene Wellenlängen erstrecken und kann im Fall eines 10-Gbit/Sek.-Systems ein Teilband von 80 Gbit/Sek. flexibel gehandhabt werden.
Folglich machen die beiden grundlegenden Filtertypologien, die vorstehend beschrieben wurden, das Filtered Tunable Switch-(FTS-)Modul, das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, besonders geeignet für flexible und skalierbare Architekturen, in denen die Kosten und die Komplexität entsprechend den Anforderungen optimiert werden können, die in Metropolitan-Kommunikationsnetzwerken im Allgemeinen besonders heterogen sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, charakteristische Merkmale und Einsatzbedingungen werden anhand der spezifischeren Beschreibung der beispielhaften Ausführungsform offensichtlich, welche beispielhalber, jedoch ohne jeden einschränkenden Charakter, beschrieben wird wie in den beigefügten Zeichnungen dargestellt, wobei:
1 ein Blockdiagramm eines Filtered Tunable Switch-(FTS-)Blocks darstellt;
2a die Charakteristik eines regelbaren optischen Einkanal-Filters veranschaulicht;
2b die Charakteristik eines regelbaren optischen Mehrkanal-Filters veranschaulicht, das in der Lage ist, ein Band aus benachbarten optischen Trägern zu selektieren;
3 das Blockdiagramm eines optischen Add/Drop-Multiplexers OADM mit N Kanälen enthält, der mit N Single Wavelength-Filtered Tunable Switch-(SW-FTS-)Blöcken realisiert ist;
4 das Blockdiagramm eines optischen Add/Drop-Multiplexers OADM mit N Kanälen enthält, der mit einer Kombination aus M Grouped Wavelengths-Filtered Tunable Switch-(GW-FTS-)Blöcken und m Single Wavelength-Filtered Tunable Switch-(SW-FTS-)Blöcken gemäß der Erfindung realisiert ist.
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform in Bezug auf die Erfindung
Die in den Abbildungen veranschaulichte und im Folgenden beschriebene Ausführungsform betrifft eine optische Add/Drop-Multiplexer-(OADM-)Architektur, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist.
Es wird Bezug genommen auf die Abbildungen und im einzelnen auf die 1; das optische Add/Drop-Multiplexer-(OADM)Referenzgerät besteht aus N identischen Blöcken, bezeichnet als Filtered Tunable Switch (FTS), die sich jeweils aus nur drei grundlegenden Elementen zusammensetzen:

– einem regelbaren optischen Wellenlängenfilter (F1) mit der Fähigkeit, einen einzelnen optischen Träger jeder beliebigen Wellenlänge innerhalb des ITU-T-Rasters (Empfehlung G.692) im dritten optischen Fenster (1480-1620 nm) zu selektieren (per Fernsteuerung);
– einer optischen 1x2-Schalteinrichtung (SW1) mit einem Eingang und zwei Ausgängen, sodass durch das Anlegen eines Steuerungssignals das Eingangssignal an einen der beiden Ausgänge geleitet werden kann;
– einem optischen 2x1-Signalkoppler (C1) mit zwei Eingängen und einem Ausgang, der in der Lage ist, die Eingangssignale miteinander zu kombinieren und an den Ausgang zu leiten.

Das Filter F1 und die Schalteinrichtung SW1 werden durch eine Steuereinheit gesteuert, die dieselbe Steuereinheit sein kann wie die des optischen Add/Drop-Multiplexers OADM.
Mithilfe eines externen Steuerungssignals erlaubt es jedes Filterelement, einen beliebigen Kanal aus den im Eingangssignal I1 enthaltenen Kanälen zu selektieren.
Wenn sich die Schalteinrichtung SW1 im Zustand (1) befindet, wird der selektierte Kanal an den Signalkoppler C1 übergeben, im zustand (2) dagegen wird der selektierte Kanal durch den Port-Ausgang O2 ausgekoppelt.
Neue optische Träger können durch den Eingang I2 in den verbleibenden Eingang des Signalkopplers C1 eingekoppelt werden.
Das Signal, das von dem Ausgang O1 des Signalkopplers C1 ausgeht, wird aus der Kombination der beiden Teilmengen gebildet.
Durch den Verzicht auf Filterkomponenten am Ausgang O1 ist es möglich, über den Eingang I2 jeden beliebigen optischen Träger entweder als Ersatz für diejenigen Träger, die aus dem Ausgang O2 ausgekoppelt wurden, oder zusätzlich zu denen, die durch die Schalteinrichtung SW1 im Zustand (1) durchgeleitet werden, einzukoppeln.
Das Eingangssignal mit N Kanälen (I) wird an einen 1xN-Signalteiler (SN) oder an eine damit gleichzusetzende Kombination von Signalteilern geleitet. Der Eingang I1 jedes der N Single Wavelength-Filtered Tunable Switch-(SW-FTS-)Blöcke ist mit einem der N Ausgänge des Signalteilers SN verbunden. Auf diese Weise nimmt der Eingang I1 jedes Single Wavelength-Filtered Tunable Switch-(SW-FTS-)Blocks alle Komponenten auf, die in dem Eingangssignal I enthalten sind, und kann, dank der Regeleigenschaften des Filters F1, jedes Single Wavelength-Filtered Tunable Switch-(SW-FTS-)Modul eine beliebige davon selektieren. Die selektierte Komponente kann am Ausgang O2 ausgekoppelt oder mit dem Signal kombiniert werden, das über den Eingang I2 eingekoppelt wurde, und am Ausgang O1 des Single Wavelength-Filtered Tunable Switch SW-FTS wieder austreten.
Die Ausgänge O1 aller Single Wavelength-Filtered Tunable Switch-(SW-FTS-)Module werden mit den N Eingängen eines optischen Nx1-Signalkopplers (CN) oder mit einer damit gleichzusetzenden Kombination von Signalkopplern verbunden, sodass die „durchgeleiteten" Träger zusammen mit den „eingekoppelten" Trägern neu kombiniert und am Austritt O des optischen Add/Drop-Multiplexers OADM ausgegeben werden.
Die Möglichkeit, einen beliebigen Träger am Eingang jedes Moduls zu selektieren und eine Anzahl neuer Träger einzukoppeln, erlaubt es, jeden beliebigen optischen Kanal mit größtmöglicher Flexibilität auszukoppeln, weiterzuleiten bzw. einzukoppeln.
Mit anderen Worten:

– Jede Wellenlängenkomponente im Eingangssignal I, die durch den Signalteiler SN an die Eingänge I1 aller Single Wavelength-Filtered Tunable Switch-(SW-FTS-)Module verteilt wird, kann in der Folge aus jedem beliebigen Ausgang O2 ausgekoppelt werden oder kann an jeden beliebigen Port O1 geleitet werden,
– Ein neuer Träger kann durch jeden beliebigen Eingangs-Kanal-Port I1 eingekoppelt und in die neue Mehrzahl von Signalen eingefügt werden, die durch das vom Ausgang O des optischen Add/Drop-Multiplexers OADM ausgehende Wellenlängenmultiplex-(WDM-)Signal gebildet wird.

Daher wird hier zwar eine bestimmte Ausführungsform in Bezug auf die vorliegende Erfindung gezeigt und beschrieben, jedoch versteht es sich von selbst, dass die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt ist, da von Fachleuten auf diesem Gebiet der Technik auch andere Ausführungsformen realisiert werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Eine dieser Ausführungsvarianten könnte etwa darin bestehen, dass die N Signalkoppler C1 in jedem der Single Wavelength-Filtered Tunable Switch-(SW-FTS-)Blöcke sowie der Signalkoppler CN ausgetauscht werden gegen einen einzigen 2Nx1-Signalkoppler am Ausgang des optischen Add/Drop-Multiplexers OADM. In diesem Fall sollten die N Ausgänge der N Single Wavelength-Filtered Tunable Switch-(SW-FTS-)Blöcke und auch die N Eingänge I1 mit den 2N Eingängen des 2Nx1-Signalkopplers verbunden werden.
Es wird somit beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung jegliche derartige Ausführungsformen beinhaltet, die durch die folgenden Patentansprüche abgedeckt sind.

Claims

Optische Add/Drop-Multiplexer-Vorrichtung für die Durchleitung und das Auskoppeln einer Mehrzahl von N optischen Signalen, von denen jedes einem optischen Träger mit einer jeweils anderen Wellenlänge zugeordnet ist, sowie zum Einkoppeln einer weiteren Mehrzahl von optischen Signalen; wobei diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie Folgendes umfasst: – einen ersten optischen Signalteiler (SN), der dafür ausgelegt ist, das Eingangssignal I mit N Trägern aufzunehmen, und der dafür ausgelegt ist, dieses Signal an m Ausgänge gleicher Leistung zu übergeben, die jeweils alle N Eingangsträger beinhalten; – m erste optische Vorrichtungen (GW-FTS), wobei jede einzelne dieser Vorrichtungen mit einem der m Ausgänge gleicher Leistung verbunden ist, und wobei jede Vorrichtung ein erstes regelbares optisches Filter umfasst, das es erlaubt, eine selektierte Teilmenge von q benachbarten Trägern mit gleichem Abstand zueinander aus den besagten N Eingangsträgern entweder durchzuleiten oder auszukoppeln, wobei jede Vorrichtung dafür ausgelegt ist, eine weitere Mehrzahl von q optischen Signalen einzukoppeln; – einen ersten optischen Signalkoppler (CN) mit m Eingängen, wobei jeder Eingang mit dem Ausgang einer der m ersten optischen Vorrichtungen (GW-FTS) verbunden ist, wobei der Signalkoppler dafür ausgelegt ist, an seinen Ausgang alle Träger zu übergeben, die in seinen m Eingängen enthalten sind; – m zweite optische Signalteiler (Sm), die jeweils mit einer der besagten m ersten optischen Vorrichtungen (GW-FTS) verbunden sind, um die ausgekoppelte Teilmenge von q Trägern aufzunehmen und auf q Ausgänge gleicher Leistung zu verteilen, wobei jeder Ausgang die gesamte Teilmenge enthält; – bis zu q zweite optische Vorrichtungen (SW-FTS-Einheit) für jeden der m zweiten optischen Signalteiler (Sm), wobei jede der besagten zweiten optischen Vorrichtungen mit einem der q Ausgänge gleicher Leistung verbunden ist und ein zweites regelbares optisches Filter enthält, das es erlaubt, einen von q optischen Trägern entweder durchzuleiten oder auszukoppeln, und wobei jede der zweiten optischen Vorrichtungen dafür ausgelegt ist, die Einkopplung eines weiteren optischen Signals durchzuführen; – m zweite optische Signalkoppler (Cm) mit q Eingängen, wobei jeder einzelne Signalkoppler dafür ausgelegt ist, an jedem Eingang einen von q Ausgängen aufzunehmen, die von den q zweiten optischen Vorrichtungen (SW-FTS-Einheit) kommen, und an seine Ausgänge alle Träger zu übergeben, die in seinen q Eingängen enthalten sind, um eine Mehrzahl von q optischen Signalen zu erzeugen, die an eine der besagten m ersten optischen Vorrichtungen (GW-FTS) übergeben werden, um dort eingekoppelt zu werden.
Optische Add/Drop-Multiplexer-Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der ersten optischen Vorrichtungen (GW-FTS) ferner Folgendes umfasst: – eine optische 1x2-Schalteinrichtung, die in der Lage ist, die Teilmenge der Träger mit unterschiedlichen Wellenlängen, die von dem regelbaren Filter selektiert wurden, aufzunehmen und diese Teilmenge von Trägern mit unterschiedlichen Wellenlängen an eine empfangende optische Einheit oder an einen optischen 2x1-Signalkoppler weiterzuleiten; – einen optischen 2x1-Signalkoppler, der in der Lage ist, sowohl die besagte erste Teilmenge der Träger mit unterschiedlichen Wellenlängen, die von der optischen Schalteinrichtung kommen, als auch eine eventuelle zweite Teilmenge von Trägern mit unterschiedlichen Wellenlängen, die von einem sendenden optischen Element empfangen werden, an seinen Ausgang zu übergeben.
Optische Add/Drop-Multiplexer-Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede der zweiten optischen Vorrichtungen (SW-FTS-Einheit) Folgendes umfasst: – eine optische 1x2-Schalteinrichtung (SW1), die in der Lage ist, den Träger, der von dem regelbaren Filter (F1) selektiert wurde, aufzunehmen und diesen Träger an eine empfangende optische Einheit oder an einen optischen 2x1-Signalkoppler (C1) weiterzuleiten; – einen optischen 2x1-Signalkoppler (C1), der in der Lage ist, sowohl den Träger, der von der optischen Schalteinrichtung (SW1) kommt, als auch einen eventuellen zweiten Träger mit einer anderen Wellenlänge, der von einem sendenden optischen Element empfangen wird, an seinen Ausgang zu übergeben.