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2020/6/17 13:55

一文了解ROADM的五種結構與特性

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ROADM(Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer)是可重構光分插復用器,一種使用在密集波分復用(DWDM)系統中的器件或設備,通過遠程的重新配置,可以動態上路或下路業務波長,實現業務的靈活調度。

每個ROADM節點包含一個網絡節點接口(NNI)和一個用戶網絡接口(UNI)。NNI互連來自/去往多個傳輸方向的DWDM信號,這些DWDM信號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點的信號,并從本節點上傳信號。為了實現無阻塞的波長交換和上/下載,新一代ROADM節點要求具有無色、無方向性和無競爭(CDC ROADM)的特點。

ROADM節點通常由波長選擇開關(WSS)和其他模塊組成,CDC功能取決于ROADM節點的結構,而靈活帶寬功能則取決于其中的關鍵模塊WSS。目前主流的WSS技術方案有三種: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經優化設計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結構。

CD ROADM結構

圖1所示ROADM結構#1,其NNI側由1×N端口WSS構成,一個M維(圖中僅畫出三維)ROADM節點需要2M個WSS。UNI側包含數個上/下載模塊(圖中僅畫出了兩個),每個下載模塊由兩個背靠背連接的1×N端口WSS構成,每個上載模塊由一個1×N端口WSS與一個光分路器背靠背連接構成。由1×N端口WSS的功能可知,此ROADM結構可支持信號的無色、無方向性上/下載。然而,當ROADM節點的維度大于UNI側上/下載模塊數量時,將會中圖中紅色圈中位置發生波長競爭;蛟S我們可以通過增加上/下載模塊數量來解決波長競爭問題,但代價不菲。因此這種ROADM結構不能完全滿足CDC ROADM功能,只能確定為CD ROADM。

圖1. ROADM結構#1

基于組播開關MCS的ROADM結構

第二種ROADM結構如圖2所示,與ROADM#1一樣的是,其UNI側也是由1×N端口WSS構成,而UNI側由多播光開關MCS構成。一個M×N端口MCS開關有M個輸入端口和N個輸出端口,由M個1×N端口光分路器(PS)和N個M×1端口光開關(OSW)構成。光信號從其中一個輸入端口輸入,首先被光分路器分成N份,向所有N個光開關廣播;然后由對應目標輸出端口的光開關選擇接收到的光信號,而其他光開關而忽略該信號。

根據1×N端口WSS和MCS的功能,ROADM結構#2可實現CDC功能,然而,MCS中的光分路器在分光廣播時,產生的損耗太大,因此需要光放大器陣列來補充光功率。配置光放大器陣列,其代價不菲。

圖2. ROADM結構#2

基于WSS的CDC-ROADM

圖3所示為ROADM結構#3,與前述結構的差異還是在UNI側,它以兩個M×N端口WSS實現信號的CDC(無色、無方向性、無競爭)上/下載。一個M×N端口WSS有M個輸入端口和N個輸出端口,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的損耗遠小于MCS,因此無需配置光放大器。

圖3. ROADM結構#3

基于WSS+AWG的ROADM結構

ROADM結構#4如圖4所示,其UNI側采用了陣列波導光柵(AWG)和大規模矩陣開關。大規模矩陣開關一般通過3D MEMS微鏡陣列和自由空間光學結構實現,因此也被稱為3D MEMS光開關。3D MEMS光開關可實現非常大的規模,如512×512端口。

在ROADM結構#4的下載模塊中,所有波長首先被AWG解復用,然后所有解復用端口被3D MEMS光開關交換至下載端口。上載模塊的工作原理與下載模塊相似。此ROADM結構可實現CDC功能,并未所有達到或者發自此節點的波長提供100%的備用端口。

圖4. ROADM結構#4

基于adWSS的ROADM結構

第五種ROADM結構如圖5所示,它與圖5結構有點相似,差別是M×N端口WSS被M×N端口adWSS替代。adWSS是上/下載波長選擇開關的簡寫,它有M個輸入端口和N個輸出端口,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可將任意一個波長,從任意輸入端口交換至任意輸出端口。

圖5. ROADM結構#5

哪種結構更優?

所有結構的NNI側均以1×N端口WSS構建,差別在UNI側。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UNI側,從而實現CDC功能,但M×N端口WSS目前在全球僅有一家供應商。同時,M×N WSS(典型端口數為8×24)提供的下載端口數,對高維度ROADM節點遠遠不夠。ROADM #4具有CDC功能,并提供100%上/下載端口備用。然而,100%備用收發模塊(Rx和Tx),從成本角度考慮,并不合算。ROADM #5的UNI側需要用到adWSS,一個典型的adWSS有8×128個端口,意味著一個8維ROADM節點中配置兩個adWSS就夠了。然而,adWSS技術尚未成熟,離商用還有距離。

基于上述考慮,ROADM #2是當前主流的CDC ROADM解決方案;ROADM #3是一個潛在競爭者,前提是成本下降和出現更多供應商;ROADM #5在技術成熟時,將會是最有競爭力的解決方案。

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億源通,是一家專注于光通信無源基礎器件研發、制造、銷售與服務于一體的無源光通信器件OEM/ODM廠商,主要生產和銷售光纖連接類產品(光纖連接器、適配器、跳線),WDM波分復用器,PLC光分路器,MEMS光開關等核心光無源基礎器件,廣泛應用于光纖到戶、4G/5G移動通信、互聯網數據中心、國防通信等領域。

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