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2020/6/17 13:55

一文了解ROADM的五种结构与特性

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ROADM(Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer)是可重构光分插复用器,一种使用在密集波分复用(DWDM)系统中的器件或设备,通过远程的重新配置,可以动态上路或下路业务波长,实现业务的灵活调度。

每个ROADM节点包含一个网络节点接口(NNI)和一个用户网络接口(UNI)。NNI互连来自/去往多个传输方向的DWDM信号,这些DWDM信号以波长粒度在各传输方向之间切换。UNI以波长粒度下载目的地为本节点的信号,并从本节点上传信号。为了实现无阻塞的波长交换和上/下载,新一代ROADM节点要求具有无色、无方向性和无竞争(CDC ROADM)的特点。

ROADM节点通常由波长选择开关(WSS)和其他模块组成,CDC功能取决于ROADM节点的结构,而灵活带宽功能则取决于其中的关键模块WSS。目前主流的WSS技术方案有三种:MEMS、液晶(LC)和硅基液晶(LCOS),其中LCOS WSS源生性支撑灵活带宽功能,LC WSS经优化设计之后也能支撑灵活带宽功能,而MEMS WSS则不支撑该功能。 以下为五种ROADM结构。

CD ROADM结构

图1所示ROADM结构#1,其NNI侧由1×N端口WSS构成,一个M维(图中仅画出三维)ROADM节点需要2M个WSS。UNI侧包含数个上/下载模块(图中仅画出了两个),每个下载模块由两个背靠背连接的1×N端口WSS构成,每个上载模块由一个1×N端口WSS与一个光分路器背靠背连接构成。由1×N端口WSS的功能可知,此ROADM结构可支撑信号的无色、无方向性上/下载。然而,当ROADM节点的维度大于UNI侧上/下载模块数量时,将会中图中红色圈中位置发生波长竞争。或许大家可以通过增加上/下载模块数量来解决波长竞争问题,但代价不菲。因此这种ROADM结构不能完全满足CDC ROADM功能,只能确定为CD ROADM。

图1. ROADM结构#1

基于组播开关MCS的ROADM结构

第二种ROADM结构如图2所示,与ROADM#1一样的是,其UNI侧也是由1×N端口WSS构成,而UNI侧由多播光开关MCS构成。一个M×N端口MCS开关有M个输入端口和N个输出端口,由M个1×N端口光分路器(PS)和N个M×1端口光开关(OSW)构成。光信号从其中一个输入端口输入,首先被光分路器分成N份,向所有N个光开关广播;然后由对应目标输出端口的光开关选择接收到的光信号,而其他光开关而忽略该信号。

根据1×N端口WSS和MCS的功能,ROADM结构#2可实现CDC功能,然而,MCS中的光分路器在分光广播时,产生的损耗太大,因此需要光放大器阵列来补充光功率。配置光放大器阵列,其代价不菲。

图2. ROADM结构#2

基于WSS的CDC-ROADM

图3所示为ROADM结构#3,与前述结构的差异还是在UNI侧,它以两个M×N端口WSS实现信号的CDC(无色、无方向性、无竞争)上/下载。一个M×N端口WSS有M个输入端口和N个输出端口,它可以将任意输入端口中的任意波长组合,交换到任意输出端口。M×N端口WSS的损耗远小于MCS,因此无需配置光放大器。

图3. ROADM结构#3

基于WSS+AWG的ROADM结构

ROADM结构#4如图4所示,其UNI侧采用了阵列波导光栅(AWG)和大规模矩阵开关。大规模矩阵开关一般通过3D MEMS微镜阵列和自由空间光学结构实现,因此也被称为3D MEMS光开关。3D MEMS光开关可实现非常大的规模,如512×512端口。

在ROADM结构#4的下载模块中,所有波长首先被AWG解复用,然后所有解复用端口被3D MEMS光开关交换至下载端口。上载模块的工作原理与下载模块相似。此ROADM结构可实现CDC功能,并未所有达到或者发自此节点的波长提供100%的备用端口。

图4. ROADM结构#4

基于adWSS的ROADM结构

第五种ROADM结构如图5所示,它与图5结构有点相似,差别是M×N端口WSS被M×N端口adWSS替代。adWSS是上/下载波长选择开关的简写,它有M个输入端口和N个输出端口,所有输入端口都是DWDM端口,而所有输出端口都是单波长端口。adWSS可将任意一个波长,从任意输入端口交换至任意输出端口。

图5. ROADM结构#5

哪种结构更优?

所有结构的NNI侧均以1×N端口WSS构建,差别在UNI侧。ROADM #1仅支撑无色和无方向性功能,确定为CD ROADM。ROADM #2属于CDC ROADM,但是因光分路器损耗大,需配置光放大器阵列,成本较高。ROADM #3将M×N端口WSS引入UNI侧,从而实现CDC功能,但M×N端口WSS目前在全球仅有一家供应商。同时,M×N WSS(典型端口数为8×24)提供的下载端口数,对高维度ROADM节点远远不够。ROADM #4具有CDC功能,并提供100%上/下载端口备用。然而,100%备用收发模块(Rx和Tx),从成本角度考虑,并不合算。ROADM #5的UNI侧需要用到adWSS,一个典型的adWSS有8×128个端口,意味着一个8维ROADM节点中配置两个adWSS就够了。然而,adWSS技术尚未成熟,离商用还有距离。

基于上述考虑,ROADM #2是当前主流的CDC ROADM解决方案;ROADM #3是一个潜在竞争者,前提是成本下降和出现更多供应商;ROADM #5在技术成熟时,将会是最有竞争力的解决方案。

关于编辑

亿源通,是一家专注于光通信无源基础器件研发、制造、销售与服务于一体的无源光通信器件OEM/ODM厂商,主要生产和销售光纤连接类产品(光纤连接器、适配器、跳线),WDM波分复用器,PLC光分路器,MEMS光开关等核心光无源基础器件,广泛应用于光纤到户、4G/5G移动通信互联网数据中心、国防通信等领域。

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