CN1207232A - 具有光波长交换功能的模块化光交叉连接结构 - Google Patents

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Abstract

一个光交叉连接节点与若干光纤输入和输出链路接口,每个链路又包括多个波长通路。在一个实施例中,输入链路与一个光耦合器相连。多对可调谐光滤波器和光波长转换器各与光耦合器的一个输出端口相连,在波长域内完成波长通路选路和交换的功能,即无需任何光空间交换装置即可完成上述功能。在另一个实施例中,在每个光纤链路的输入端与一个附加的输入波长转换器相连,将每个链路上的多个波长通路转换为不同的、互相之间不冲突的波长。这就避免了在与输入波长转换器相连的光耦合器处出现波长竞争。新的光纤链路可以以模块结构进行追加而不会对已经存在的光交叉连接结构造成大的影响。类似地,新的波长通路也可以被复用到现存的光纤以提供波长模块化而不必重新配置节点。

Description

具有光波长交换功能的模块化光交叉连接结构
发明的范围
本发明与光通信有关，特别是与用于对高速业务进行光交换/选路的光通道交叉连接节点结构有关。
发明的背景和概述
电信网提供的业务范围越来越广，这就要求现有的电信网扩大容量。由于传送网是一个巨大而且复杂的网络而且集成了多种技术和业务，因此采用一个功能实体定义周密的网络模型对于设计和管理都是大有用处的。这样一个分层的传送网结构模型包括电路层、通道层和物理传输媒质层。采用分层结构使得网络的每一层可以独立于其它层进行演进。本发明特别着重于在电路层和传输层之间用称为节点(如一个电/数字交叉连接DXC节点)的通道层设备作为链路的情况。数字交叉连接的作用除了是在较低的数据速率下进行交换和选路外，还可以将通路解复用到较低的传输分层结构。到目前为止，光技术主要在物理层采用以传输高速率时分复用(TDM)数字数据流，如2.5Gb/s数据流。
相对于在光链路上传送的高速数据，如2.5Gb/s，电通道层节点工作于更低的速率，如155Mb/s。为了满足传送网日益提高的容量需求，需要解决主要由于使用电节点交换和选路造成的瓶颈。本发明的一个目的就是要消除这样的瓶颈问题，并在现有电信网的通道层上再增加一个透明的光层，它可以使用光交叉连接(OXC)节点来完成高速率(如2.5Gbit/s)的动态选路和波长通路分配。因此，从一个发送设备出来的信号需要在通道级经过若干个光交叉连接节点的选路而不需经过一个电交叉连接节点。
这种网络结构的巨大优点在于，通过传送网的大量数据在通道层经过光交叉连接节点选路而不需光电转换也就不会遭受这种转换引起的损耗。除此以外，在光通道层的高速传输对于网络是透明的。通过光交叉连接不仅使业务以比电交叉连接更高的速率进行选路，而且光层传输速率也更容易提高(如从2.5Gb/s到10Gb/s)，这也并不会影响组成基本通道层的光或数字层。按照这种方法，使用光交叉连接节点无需改变交叉连接节点的结构就可以将网络升级到更高的业务传送速率。
运用光空间交换矩阵来进行通路交换的光交叉连接节点有以下缺点。首先，光空间交换装置的价格相对较高，这样采用光交叉连接节点的初始费用就比较高；第二，空间交换装置是复杂的设备，实际上，增加一个节点装置的容量意味着增加一个更为复杂的空间交换装置；第三，空间交换装置不灵活，光纤链路不能模块式地增加到现存的空间交换装置。相反，对于新增加的链路，必须以很高的价格设计和安装一个新的空间交换装置。第四个缺点与不灵活性有关，因为各波长通路都“混合”在一个光交叉连接节点中，只有使用不同的输入波长通路时才可避免波长竞争，这样就限制了波长重复使用。
本发明的一个目的就是提供一种经济、简单而且灵活的光交叉连接节点结构。
本发明的一个目的就是提供一种同时具备光链路模块化和波长模块化的光交叉连接节点结构。
另一个目的就是实现一种不会显著影响现存结构的模块特性，这样各个光纤链路和/或波长可以根据需要来增加而不必重新配置节点。
另一个目的就是提供一种无需光空间交换装置即可实现波长交换和选路的光交叉连接节点结构。
本发明的一个目的是使用光子(photonic)波长转换以避免节点中的波长竞争(因而也就允许波长重复使用)，并且也可允许对网络中使用的任何波长和/或光纤实现波长通路的多点传送(multicasting)。
运用光子波长转换器和可调谐光滤波器技术经过光交叉连接节点对波长通路进行交换和选路，使得本发明不需使用空间交换装置就可实现有选择的业务选路/交换/多点传送功能。在进行光交叉连接时不使用光空间交换装置可大大降低实施光交叉连接节点的费用。然而，在需要的时候本发明的结构也可以使用空间交换装置。而且本发明的光交叉连接节点结构提供了设计的灵活性，并且由于它的模块性甚至可以获得进一步的经济性。模块性很必要，因为光通道层是在现有网络上增加的，也就是说，网络的初始容量要求可能相对较小，这样在现有网络基础上升级或建立一个新的网络时，价格就是一个重要的因素。所增加的每个链路或波长的有限的模块化费用比更换其他在节点中现存而昂贵的部件(如空间交换装置)的费用更容易使人们接受。使用本发明时，通道/节点级的传送网容量可以通过简单地增加新的链路和/或波长通路来提高而无需花费大量的人力物力来更换整个空间交换装置。
模块化的光交叉连接节点结构包括多个光纤输入链路，每个链路包括多个波长通路。每个光纤链路与一个光耦合器如(但是并不仅限于)星型耦合器的输入端口相连接。与昂贵的空间交换装置(它是一种“有源的”交换设备)相比，星型耦合器是一种经济的无源设备。光耦合器的每个输出端口与一个可调谐光滤波器相连，后者被调谐到与输出光纤相连的通路的波长上。因此，通过将可调谐滤波器调谐到特定的波长，它可以将来自光耦合器输出端口的这个特定波长选择或选路到一个输出光链路。这种操作称为波长通路选路。
可调谐滤波器的输出与对应的波长转换器相连，后者完成称为波长通路交换的功能。换言之，如果需要，波长转换器将输入波长偏移为不同的输出波长。结果一个波长通路承载的信息被“交换”到另一个波长通路。来自每个波长转换器的输出信号在不同的组合器节点被组合在一起从而将多个波长通路复用到单根光纤链路上，即波分复用。由于波长通路是在波长域而不是在空间域进行交换，因此无需光空间交换装置。一个数字/电交叉连接设备可通过电光发射机和接收机在光耦合器处耦合到光交叉连接设备。
在另一个实施例中，高度模块化的光交叉连接节点与多个光纤输入链路和多个光纤输出链路接口，每个链路包括多个波长通路。每个输入链路与输入波长转换器相连，以便将在输入的一根光纤链路上波分复用(WDM)的一组波长通路(也就是波长通路的“WDM组合(WDM comb)”)转换到另一组波长上。每个输入波长转换器的输出端与光耦合器的输入端口相连，通过将输入的WDM组合正确地转换到不同的非干扰的波长上，在光耦合器处就可避免波长竞争。光耦合器的每个输出端口与对应的一对光滤波器和波长转换器相连，以便将需要的波长通路从光耦合器选路到输出链路，并将被选路的波长转换回初始的输入波长。各波长转换器的波长通路输出可以通过对应的光组合器复用到一根光纤链路上。
这种模块化光交叉连接结构的优点是：新的光纤链路可以以真实的模块形式简单而经济地增加。更进一步说，增加一个新的光纤链路所需要做的就是增加与新链路有关的光部件：一个输入波长转换器、一个输出可调谐滤波器、一个输出波长转换器和一个输出组合器。若光耦合器有额外的输入和输出端口，那么就可以使用现有的光耦合器。即便所有的光耦合器端口都被使用了，也只需将现有的耦合器用一个新的容量更大的耦合器来替换它。由于无源光耦合器相对较便宜，在增加新的光纤链路时，虽然它会要求新的耦合器，但是，这对光交叉连接节点的现有结构影响非常小。类似地，每根光纤载送的波长数可以以较为经济的方式很容易地增加。每根新的波长通路仅需要一个额外的输出可调谐滤波器/波长转换器对，换言之，对于每个新增加的波长通路，需要在光耦合器的输出端处增加一个可调谐滤波器/波长转换器对。现存的可调谐滤波器/波长转换器对并不受影响。也就是说，唯一需要改变的部件是光耦合器，以便使其具有与总波长通路数相等的输出端口数。
因此，使用本申请公开的结构，新波长和/或链路可以简单地以模块方式相加或分离。例如对上述的一个结构增加新的光纤链路，要增加的链路数是确定的。对于每个要增加的链路，通过一个附加的输入波长转换器来将它耦合到光耦合器的一个可用的输入端。一个附加的可调谐滤波器和对应的输出波长转换器被耦合到光耦合器的一个可用的输出端口。附加的波长转换器的输出端与光组合器相连。
本发明结构的另一个优点是，可将单个输入波长通路多点传送到多个输出波长通路和光纤链路。一种有益的应用包括在中心位置产生一个初始信号，并将这个初始信号通过传送网从一个光交叉连接节点广播到不同地理位置的其他交叉连接节点。
下面将采用绘图的方式来进一步描述本发明的这些目的和优点。
                  示意图的简单介绍
图1介绍了本地传送电信网的光通信层。
图2是波长选路网络的示意图。
图3是具有固定波长激光器和可调谐接收机的广播及选择网络。
图4是使用根据本发明的一个实施例的波长交换的光交叉连接功能块图。
图5是波长转换器的工作原理图。
图6是根据本发明的一个实施例的控制四波混合半导体光放大器波长转换器的例子的功能块图。
图7(a)是用于控制光交叉连接的管理系统的功能块图。
图7(b)是控制单个光设备的例子的功能块图。
图8是使用根据本发明的另一个实施例的波长交换的高度模块化的光交叉连接结构的功能块图。
                     示意图的详细介绍
在下面的介绍中，为了对本发明有一个全面的了解、解释清楚而不作限制，需要谈到一些特定的细节，如某个电路、电路元件、接口和技术等。但是熟悉本技术领域的人员会从这些图中发现，本发明可以偏离某些特定的细节而在其他实施方案中进行应用。在其他情况下，省略了对一些众所周知的方法、设备和电路的详细描述，以避免将对本发明与一些不必要的细节混杂在一起描述。
参考图1可知，一个传送网要适合未来网络拓扑和传输协议的演进就必须包括一个透明的光层10。透明意味着光层对于在现有网络通道层的电层上应用的数据和协议不产生影响而且对它们而言是不可见的。光层10通过若干灵活的网络节点附加到传送网的通道层，这些网络节点通过光交叉连接节点12(有时简称为光交叉连接设备OXC)与光链路11(光链路用粗黑的线表示)接口。通常，OXC 12允许以非常高的速率(每个波长承载单个业务通路)进行光波长通信通路的动态选路、交换/分配。业务信号尽管一般是数字式的，它也包括模拟信号。为了介绍的方便，本介绍假设业务信号由高速数字比特流组成。
用电光接收机重组数据可将信号从光层转换到电/数字交叉连接设备(DXC)14，这样可以在较低/慢的速率传输分层结构进行解复用和选路。例如，DXC完成一个业务通路所承载的信号通路的时分解复用并完成选路、交换和其他在很低速率进行的数字处理功能。若干潜在的网络应用通过OXC与光网络11接口，包括与电的宽带网络20的用户接口，通过一个分插复用器16(ADM)与PABX 18的接口，可以接入到宽带ISDN(B-ISDN)和家庭，以及其他诸如本地网22(LAN)的较小网络的接口。
尽管在空间和波长域进行光子交换可以在现有和宽带通信系统的基础上增加容量，但光子技术并不适于进行数据处理和数据存储，这种操作最好在电层进行。运用这种复合的节点结构，(1)光和(2)电技术同时采用的最佳特点是：(1)以非常高的速率对一般的业务通路进行相对简单的光选路和交换。(2)以较低速率对单个波长通路进行较复杂的电选路、交换和处理。以这种互补方式运用光子和电技术，网络的总业务吞吐量有较大提高。而且，光交叉连接设备不仅以高速率透明地选路大块业务而且效率很高，因为对于在传送网的通道节点上的业务传输的直接传送不需要进行光电变换。
WDM(波分复用)用来在一根光纤上复用多个相对独立的光通路。与时分复用相比，对铜线和微波通路带宽进行优化，在波长域直接接入光纤带宽是最容易的。理论上，波分复用将各个通路源(输入链路)耦合或复用进一根通信光纤并将这些信号分离或解复用出单根光纤。基本上，波分复用与在电(铜线)或电磁(微波)传输系统中使用的频分复用是相同的，当然，关系式V＝Fx使波长和频率之间建立了联系。
WDM网络中可能使用的两种一般结构分别是波长选路网络、广播和选择网络，分别如图2和3所示。图2所示波长选路网络包括一个或多个波长选路元件如可调谐激光器。信号在网络中经过的通道由信号波长和它进入网络时的输入端口有关。N个可调谐激光器光源(S1-SN)受适当的调谐电流控制，通过WDM网络与N个波长独立的接收机互相连接。通过调谐到一个选定的波长，来自给定激光器的信号可以被选路到选定的输出。图3所示的广播和选择网络将所有的唯一波长激光器输入到一个星型耦合器并将它们“广播”到所有的输出端。这些结构是基于固定的或可调谐的输入激光器和固定的或可调谐的输出接收机。
本发明应用波分复用并可调谐滤波器、波长转换器和光耦合器来实现复用波长通路的光选路和交换而无需光空间交换装置。使用本发明的光交叉连接设备结构，根据逐个链路的原则可以将一个输入波长通路分配到任何别的波长通路。由于可使得网络中所需的波长总数最小，所以虚波长通道技术是很有好处的。在波长通道方案中，对每一通道分配一个波长从而在两个节点间来建立光通道。因此，在整个网络中任何链路上的每个波长通道都应分配不同的波长。在虚波长通道方案中，波长是按照逐个链路地分配的，因此，光通道的波长是逐个节点地转换的。也就是说，运用虚波长通道方案在整个网络中需要的波长数较少。
光波长转换可以用不同的方法和/或设备来实现。大多数波长转换设备应用半导体器件的非线性效应。本发明中用到的波长转换技术包括全光学和光电波长转换器。特殊的例子包括：半导体光放大器(SOA)的增益饱和、在马赫-曾德尔干涉仪的一个支路上的半导体光放大器中的折射率调制、及半导体光放大器中的四波混频(FWM)效应。这些波长转换方法提供了通过可调谐激光器的大的解谐带宽和解谐的光控制。当然，若使用光电转换器就失去了对比特率和传输格式的透明性。为了简化本发明的说明，下面的介绍仅基于应用四波混频效应的半导体行波光放大器型波长转换器。除此以外，这种波长转换器的优点在于使频率转换与信号调制格式无关、且可以处理比特速率很高的信号(如40Gbit/s以上)，并能够转换光纤中的整个波分复用“组合”或一组波长。而且FWM转换器可以转换模拟信号，如CATV信号。
图4所示的实施例可利用光交叉连接设备结构来进行纯波长交换。在这种光交叉连接结构中，波长通路选路和交换是在波长域用可调谐滤波器和波长转换器来进行的。为了便于介绍，假设3个光纤输入链路与光交叉连接设备50相连，每个光纤链路承载多个波分复用通路。当然多于3个链路也是可以容纳的。在这个实施例中，为了避免光交叉连接设备处的波长竞争，复用到不同光纤链路的载波波长“组合”必须占据相邻但不重迭的光谱部分。相同配置的3个输出光纤链路从光交叉连接设备50处引出去。每个光纤链路上的光信号必须用适当的光放大器58a、58b…58n(如掺铒光纤放大器(EDFA))进行放大。类似地，输出EDFA放大器68a、68b…68n必须能放大光交叉连接设备产生的输出信号。尽管这些光提高器并不是光交叉连接结构不可缺少的，仍需要它们来放大信号电平，因为光纤链路和光交叉连接节点都有损耗。
来自输入光纤链路1、2和3的波长通路及由电光发射机54本地产生并与数字交叉连接设备52(DXC)相连的光波长通路由光耦合器60(如星型耦合器)进行复用，光耦合器60将复用信号广播到耦合器的每个输出端口。星型耦合器输出被分成3组N个输出(N为波长通路数)，每组对应一个输出光纤。这意味着进入节点的整组波长通路可以在光耦合器的每个输出端口获得。结果，任何输入光纤上的任何波长通路都可以被选路到任何输出光纤链路的任何波长通路。光耦合器60的输出与对应的可调谐滤波器62相连。由6个可调谐滤波器62a-62f示意表示一个非限制性的简单例子，其中每个输入和输出光纤链路包括两个波长通路。这样，共有6个(3个链路×2个通路)可能的波长可以有选择地被选路到任何一个输出链路。当然，多于两个波长通路都可以被复用到单根光纤中。光耦合器60的每个输出端口与可调谐光滤波器62a-62f中的一个相连，这些滤波器调谐到6个可能的波长通路中的一个。因此，将可调谐滤波器62调谐到一个特定的波长，就可以从光耦合器60选择或选路具有特定波长的波长通路到它的输出光纤链路，这就是波长通路选路。
每个可调谐滤波器的输出与对应的波长转换器64a-64f相连接，后者完成波长通路交换功能。换言之，若需要，波长转换器可将输入波长转换为不同的输出波长。这样，一个波长通路承载的信息被“交换”到另一个波长通路。当然，若通路已经处在需要的波长上，波长转换器就不必进行波长交换。来自每个波长转换器64a-64f的输出信号在对应的组合器66a-66c处进行组合，以便将多个波长通路复用到单根光纤链路上，这也就是波分复用。在这种非限制性的例子中，由于每个链路上有两个波长通路，每个组合器将两个频率转换器输出复用到单根输出链路上。
由于波长通路是在波长域而不是空间域进行交换，因此无需光空间交换装置。使用波长转换器作为交换部件提高了网络灵活性，简化了网络管理，而且降低了光交叉连接设备的成本。
对于部件62a～62f，可以使用任何适当的可调谐滤波器，如法布里-珀罗(Fabry-Perot)和声光滤波器及分布式布喇格反射器((Distributed Bragg Reflector，DBR)上的有源滤波器。这些器件的优点是最佳增益、窄滤波线宽和潜在的多功能以及与别的光电器件单片集成。
在半导体行波放大器(SOA)中基于四波混频(FWM)的波长转换器的例子如图5和6所示。FWM是一种非线性效应，当两个不同波长的波注入到半导体光放大器时发生。根据图5，在SOA中基于FWM的频率转换通过在SOA输入端注入需要被转换的信号s(中心频率f1)和光泵浦p(频率为f2)而实现，这两个信号有相同的线形极化。SOA中的材料的光学非线性产生第三个输出场(field)o(它是中心频率为f3的输入信号s的共轭量(conjugate))，其频率偏移为f3-f1，这是泵浦和输入信号之间的失谐量。频率o的场有相同的谱s(但具有反转的频谱)，这样就可以保持信号调制，载波波长s可以通过一个转换间隔(conversion interval)o-s来进行转换。
在半导体光放大器中不同的物理现象可以引起四波混频，这些现象包括在有源区由泵浦信号差拍(即拍频)引起的载波密度脉冲或非线性增益和带内载波动态特性引起的指数饱和。当注入激光器的输入信号频率为f1(它相对于激光或泵浦频率f2稍稍失谐)时，调制便在载波密谋以及从而在增益和折射率两者的差拍频率处产生。场的频率(通过折射率)和密度(通过增益)的调制产生频谱中的两个边带。其中一个与注入的场的频率相等，另一个的频率为2f2-f1。当注入的场相对于f1和f2的差值在低频处被调制时，新的频率输出也被调制。若增益非线性与频率无关，则调制分量是输入信号f1的共轭量f3。
频率转换方案的例子如图6所示。输入光波包括信号s和泵浦p，并且被耦合到半导体光放大器SOA 71。泵浦信号由可调谐泵浦激光器74产生，后者由合适的控制电流来控制。因此，通过改变控制电流以及泵浦信号就可以很容易地改变泵浦的波长转换量。如图5所示，输入信号和泵浦信号有一个频率差，当它们组合时会在这个差频引起载波密度的调制。由于增益饱和的一致性，调制会影响整个增益谱。输入信号可以被转换为光谱中的任何别的波长。调谐光滤波器72就可以抑制来自SOA输出的泵浦和初始信号，只剩下经过转换的输出波长信号。
FWM SOA波长转换器可以用来将单个波长通路或整个波长通路组合/组进行一定量值的转换。FWM转换过程与信号或信号谱是独立的。这样，强度调制信号、强度调制信号的WDM组合、以及甚至模拟信号都可以用FWM转换过程进行转换。
图7A和7B所示为用以控制多个光交叉连接设备的管理系统结构。管理结构包括3个处理器层，它们包括操作系统100、协调设备102和与单独的“管理网106”相连的设备处理器。操作系统100允许操作员重新配置网络、建立保护通道和监控状态。在操作系统100还可以提供人机接口以便用图形方式显示整个网络配置或各个单独节点的配置。通过分配的适当波长通路和利用选路算法自动建立连接，配置管理可以自动建立网络中各终端之间的通路，所述的该路由算法可计算并自动选择空闲的通道和通路。每个交叉连接节点处设有一个协调设备，用来为操作系统向设备处理器发布命令。协调设备的主要任务是维持通信链路，然而，协调设备也可以有附加的功能，例如在节点进行信号电平的均衡。
每个节点处设有一个协调设备102，它将来自操作系统100的命令分配到设备处理器104，协调设备102的主要任务是维持通信链路，但协调设备也有其它功能，如控制通过节点的信号均衡。在每个协调设备和设备处理器之间通过RS-485总线进行通信。每个光交叉连接设备的设备处理器104控制和监测必要的参数，例如，在光放大器的情况下，输入和输出功率、泵浦功率电流和温度都被监测。考虑到图7所示的光放大器，输入功率、输出功率、泵浦功率电流和温度都如图示受到了监视。设备处理器104处理模拟和数字信号并通过RS-232总线与其它设备处理器相连。
模块化光交叉连接结构的另一个实施例如图8所示，其中与图4中相同的元素在图8中有相同的参考数字。图4所示光交叉连接结构的一个缺点是：若输入光纤链路承载相同的波长，在星形耦合器60处会发生波长竞争。所以网络中就不允许波长重复使用，因为所有的波长通路都必须有不同的波长，以避免在节点处的波长竞争。图8所示是网络中的波长/频率重复使用，其中每个输入链路1、2和3都包括相同的频率(与波长对应)f0和f1，而且为了图示的方便，只画出3根光纤链路，每根光纤链路上有2个波长通路。
如图8所示，半导体光放大器中的四波混频在OXC结构中有两个主要的功能：光子交换和防止波长竞争。图8所示的光子交换功能已在上面介绍图4的OXC结构时有过说明。至于后一种功能，使用波长转换器可以避免波长竞争，即当相同波长的两个通路被选路到同一个节点输出端时会在节点发生波长竞争。通过将一个通路的波长偏移到不同的波长，就可以避免波长竞争，从而使得光网络更加可靠和灵活。当多个波长通路被复用到同一个链路上时，在进入光耦合器进行通路混合之前，可以使用FWM SOA波长转换器将每一光纤链路上的整个WDM组合进行转换。
按照本发明的这个实施例，输入波长转换器70a、70b和70c将每个波长通路的输入频率转换为一组不同的频率，参照图4所示的例子，图8的例子中只画出3个光纤链路，每个光纤链路只承载2个波长通路。而与图4不同，图8中每个输入光纤链路的两个波长通路都是一样的，都是f0和f1。当然可以使用更多的链路和波长通路。因此，每个输入光纤链路上的一组输入频率f0和f1可以由它的波长转换器70转换为另一组频率。在图例中，光链路1上的输入波长频率f0和f1未经波长转换器70a转换(如果需要，即可进行转换)，光链路2上的输入波长频率f0和f1可以经波长转换器70b分别转换为频率f3和f4。光链路3上的输入波长频率f0和f1可以经波长转换器70c分别转换为频率f5和f6，频率f5和f6不同于频率f3和f4，这样，在光耦合器60中耦合的每个波长通路就不会冲突/竞争。为了完成这一组简化的WDM频率组合的波长转换，在光耦合器60的输入端使用FWM SOA波长转换器。
参照图4的描述，各对可调谐滤波器62a-62f和波长转换器64a-64f分别将不同的通路选路到输出光纤并在波长域进行波长交换。如果需要，波长转换器64a-64f可将通路f3、f4和f5、f6转换返回到对应的频率(波长)f0和f1，它们由波长转换器70进行接收。这种特点允许节点的波长交换功能在节点之外仍是透明的，类似地，来自波长转换器对的输出在各个组合器被组合在一起以便重新组成每个链路上的WDM通路。
图4和图8中的光交叉连接结构是无阻塞的，能防止波长通路竞争，而且是链路和波长模块化的，这样，附加的输入和输出光纤链路可以进行简单的插入，其中对于图4的结构情况而言，每个新光纤具有一个附加的对应的可调谐滤波器62和波长转换器64对。对于图8所示的结构，加入了另一个波长转换器70。这样来增加链路和对应的链路部件不会影响或改变已经存在的光交叉连接部件或节点的基本结构，因此，光交叉连接设备是链路模块化的。
类似地，在每根输入光纤上现存的波长通路组合的基础上，新的波长通路可以单个或模块化地增加进去。一个附加的波长通路仅需要增加可调谐滤波器/波长转换器对。增加的滤波器/转换器对的总数等于增加的波长总数，而无需对现存设备的任何改变。因此，光交叉连接设备是波长模块化的。
若光耦合器60的尺寸比较大，有额外的输入和输出端口，就可以增加新的链路和波长而无需改变现存的OXC。即使增加新的链路和/或波长需要更大容量的光耦合器，更大容量的光耦合器可以代替现存的光耦合器。唯一的硬件变化是断开并重新连接输入和输出耦合器端口。到目前为止，光耦合器是OXC中最便宜的器件，当然替换它比替换光空间交换装置更为经济。这样，光交叉连接可以用来升级而无需中断业务，并且正如市场需要的那样，其成本的增加最小。
对于本发明使用的OXC结构，光交叉连接节点并不是网络的瓶颈。除此而外，在将来的网络如宽带ISDN(B-ISDN)中，初始的业务需求似乎较低，通信网在光通道层可以进行灵活、经济的升级，同时也就能够随着业务需求的增加，支持将来的发展和增加的投资。本发明的光交叉连接结构提供高度的链路和波长模块化。通过增加若干部件或模块(其数量要与增加的链路数匹配)，可以简单地向OXC增加附加的链路。类似地，当增加若干波长时，部件的数目直接与增加的波长数对应。升级的费用也仅限于新的链路和相关的部件，也可能还有一个新的光耦合器。节点的结构无需重新设计，也不需要购买昂贵的空间交换装置。正如已经描述的，这种结构的另一个优点是它使得在网络中使用的波长数最少，因为它使用了一种虚通道波长技术，这种技术更多地依赖于波长交换而不是对网络中的每个通路分配一个波长。
这两种结构都直接支持将给定的波长通路可能选路到多于一根输出光纤，即多点传送。而且，任何多点传送的信号可以以与初始波长或其它多点传送信号无关的任何波长进行传送。这对于需要将信号从制作中心传送到位于不同地理位置的若干接入节点的应用(如广播电视信号)特别具有吸引力。因为FWM SOA波长转换器可以转换模拟信号和数字信号，本发明为通过传送网多点传送电视信号提供了一种特别的应用。
尽管本发明是结合了被认为最实用和优选的实施例进行描述的，应该说明的是本发明并不仅限于这些实施例，相反，它可以包含在所附权利要求中所包含的精神和范围的基础上的各种修改和等同的方案。

Claims (28)

1、一种以高速率对波长通信通路进行选路和交换的光交叉连接节点，包括：
多个光纤输入链路和输出链路，每个链路包括多个波长通路；
一个光耦合器，具有用于每个输入链路的输入端口和多个输出端口；
可调谐光滤波器，其每一个与一个光耦合器输出端相连，用于从光耦合器选择一个波长通路；
光波长转换器，其每一个对应于并连接到每个可调谐光滤波器，以便将选定的波长通路转换为不同的波长通路；和
光组合器，用于将由波长转换器产生的选定波长通路组合到相应的光纤输出链路上。
2、权利要求1中的光交叉连接节点，其中波长通路在节点处进行交换不需要空间交换装置。
3、权利要求1的光交叉连接节点，其中附加光纤链路和/或附加波长通路可以通过为每个新增加的光纤链路和/或波长通路在光交叉连接节点单独增加一个新的可调谐滤波器和波长转换器来实现。
4、权利要求1的光交叉连接节点，其中波长转换器是四波混频半导体光放大器。
5、权利要求1的光交叉连接节点，其中光交叉连接设备通过光耦合器与电交叉连接设备相连。
6、权利要求1的模块化光交叉连接节点，其中一个波长通路是由多个可调谐滤波器中的一个选路到多个输出光纤链路。
7、权利要求6的模块化光交叉连接节点，其中选路到多个输出光纤链路的一个波长通路包含模拟信号。
8、一种以高速率对波长通信通路进行选路和交换的光交叉连接节点，包括：
多个若干光纤输入链路和输出链路，其每一个链路包括多个波长通路的组合；
输入波长转换器，其每一个与一个输入链路相连，可将多个波长通路组合转换为另外的波长通路组合；
一个光耦合器，其对于每个输入链路有一个输入端口和多干个输出端口；
可调谐光滤波器，其每一个与一个光耦合器输出端相连，用于从光耦合器选择一个波长通路；
输出光波长转换器，其每一个与对应的可调谐光滤波器相连，用于将选定的波长通路转换为不同的波长通路；
光组合器，用于将由波长转换器产生的选定波长通路组合到相应的光纤输出链路上。
9、权利要求8中的模块化光交叉连接节点，其中附加光纤链路可以通过为每个新增加的光纤链路在光交叉连接节点单独增加一个新的输入波长转换器、一个新的可调谐滤波器和一个新的输出波长转换器来实现。
10、权利要求8中的模块化光交叉连接节点，其中附加波长通路可以通过为每个新增加的波长通路在光交叉连接节点的现有光纤链路单独增加一个新的可调谐滤波器和一个新的输出波长转换器来实现。
11、权利要求8的模块化光交叉连接节点，其中输入波长转换器有选择地将每个输入光纤链路上的波长通路组合转换为另外的波长通路组合，以避免在光耦合器处的波长竞争。
12、权利要求10的模块化光交叉连接节点，其中输出波长转换器将被可调谐滤波器选中的波长恢复为在输入光纤链路上使用的波长。
13、权利要求8的模块化光交叉连接节点，其中波长通路在节点处进行交换不需要空间交换装置。
14、权利要求8的模块化光交叉连接节点，其中波长转换器是四波混频半导体光放大器。
15、权利要求8的模块化光交叉连接节点，其中光交叉连接设备通过光耦合器与电交叉连接设备相连。
16、权利要求8的模块化光交叉连接节点，其中新的光纤链路和新的波长通路都可以模块形式增加而对节点中现有的部件影响最小。
17、权利要求8的模块化光交叉连接节点，其中一个波长通路是由多个可调谐滤波器中的一个选路到多个输出光纤链路。
18、权利要求17的模块化光交叉连接节点，其中选路到多个输出光纤链路的一个波长通路包含模拟信号。
19、一种在现有光交叉连接节点上增加光纤链路的方法，该光交叉连接节点包括：多个输入光纤链路和输出链路，其每一个包含多个波长通路；一个光耦合器，其对于每个输入链路有一个输入端口并具有多个输出端口；可调谐光滤波器，其每一个与一个光耦合器的输出端口相连以便从光耦合器选择一个波长通路；光波长转换器，其每一个对应于并连接到一个可调谐光滤波器，用于将选定的波长通路转换为不同的波长通路；光组合器，用于将光波长转换器产生的、选定的波长通路组合到对应的光纤输出链路输入波长转换器上，包含以下步骤：
确定要增加的若干链路；
对每个要增加的链路，将链路耦合到光耦合器的一个可用的输入端口，将附加的可调谐滤波器和对应的波长转换器耦合到光耦合器的一个可用输出端口，并将附加的波长转换器的一个输出连接到光组合器。
20、权利要求19的方法，进一步包括：
确定光耦合器是否包括额外的容量来应付额外的光纤链路和/或额外的波长通路，和
若没有足够的容量，用一个新的、容量更大的光耦合器来替换该光耦合器。
21、权利要求19的方法，进一步包括：
通过在光耦合器的一个可用输出端口增加额外的可调谐滤波器和对应的波长转换器并将波长转换器的一个输出与光组合器相连，从而在光交叉连接节点现存的光纤上增加一个新的波长通路。
22、一种在现有的光交叉连接节点上增加光纤链路的方法，该光交叉连接节点包括若干输入光纤链路和输出链路，其每一个包含若干波长通路；输入波长转换器，其每一个与一个输出链路相连，能够将多个波长的组合转换为另外的波长组合；一个光耦合器，其对于每一个输入链路有一个输入端口并具有多输出端口；可调谐光滤波器，其每一个与一个光耦合器输出端口相连以便从光耦合器选择一个波长通路；输出光波长转换器，其每一个对应于交连接到一个可调谐滤波器，用于将选定的波长通路转换为不同的波长通路；一个光组合器，用于将光波长转换器产生的、选定的波长通路组合到对应的光纤输出链路输入波长转换器上，包含的步骤为：
确定要增加的若干链路；
对每个要增加的链路，通过一个额外的输入波长转换器将链路耦合到光耦合器的一个可用的输入端口，将附加的可调谐滤波器和对应的输出波长转换器耦合到光耦合器的一个可用输出端口，并将附加波长转换器的一个输出连接到光组合器。
23、权利要求22的方法，进一步包括：
确定光耦合器是否包括额外的容量来应付额外的光纤链路和/或额外的波长通路，
若没有足够的容量，用一个新的、容量更大的光耦合器来替代该光耦合器。
24、权利要求22的方法，进一步包括：
通过在光耦合器的一个可用输出端口增加额外的可调谐滤波器和对应的波长转换器并将附加的波长转换器的一个输出与光合波器相连，从而在光交叉连接节点现存的光纤上增加一个新的波长通路。
25、在包括若干光交叉连接节点的传送网中，其中每个光交叉连接节点包括：若干光纤输入链路和输出链路，其每一个包括若干波长通路；一个光耦合器，其对于每个输入链路有一个输入端口并有多个输出端口；可调谐光滤波器，其每一个与一个光耦合器输出端口相连，以便从光耦合器选择一个波长通路；光波长转换器，其每一个对应于并连接到可调谐滤波器，以便将选定的波长通路转换为不同的波长通路；一个光组合器，用于将选定的、由波长转换器产生的波长通路组合到对应的光纤输出链路的输入波长转换器上，一种方法包括：将一个输入波长通路选路到多个输出光纤，其中输入波长通路从一个光交叉连接节点通过传送网被广播到不同地理区域的其他交叉连接节点。
26、权利要求25的方法，其中每个交叉连接节点进一步包括输入波长转换器，其每一个与一个输入链路相连，使得在多个输出光纤上可以将输入波长通路转换为其他波长通路。
27、权利要求26的方法，其中每一个输入波长转换器能将多个波长通路的组合转换为另外的波长通路组合。
28、权利要求27的方法，其中在输入波长通路上承载的信号包括模拟信号。
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