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1、(10)申请公布号 CN 102843194 A (43)申请公布日 2012.12.26 C N 1 0 2 8 4 3 1 9 4 A *CN102843194A* (21)申请号 201210334585.1 (22)申请日 2012.09.12 H04B 10/18(2006.01) (71)申请人武汉邮电科学研究院 地址 430074 湖北省武汉市洪山区邮科院路 88号 (72)发明人余少华 游善红 杨宁 张璋 曹云 谢德权 沈纲祥 杨铸 杨奇 (74)专利代理机构北京捷诚信通专利事务所 (普通合伙) 11221 代理人魏殿绅 庞炳良 (54) 发明名称 波长选择开关型ROADM的色。
2、散补偿系统及方 法 (57) 摘要 本发明公开了一种波长选择开关型ROADM的 色散补偿系统及方法，涉及光通信中的色散补偿 领域，该系统包括波长选择开关WSS型ROADM、网 管系统、色散监测子系统、光开关和若干光分路 器，ROADM中WSS模块的每个输出链路分别连到若 干光分路器之一，每个光分路器分出一定比例光 信号送至光开关，光开关连到色散监测子系统，网 管系统分别与光开关、色散监测子系统、ROADM中 WSS模块相连。本发明在ROADM实现灵活的网络 波长配置的同时，运用WSS型ROADM自身的特点进 行可调谐的色度色散补偿，还可通过WSS对分段 固定光学补偿后的残余色散进行补偿，在实现。
3、灵 活的高速光网络的同时降低成本、提高传输质量。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书6页 附图5页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 5 页 1/2页 2 1.一种波长选择开关型ROADM的色散补偿系统，其特征在于：包括WSS型ROADM、网 管系统、色散监测子系统、光开关和若干用于监控色散的光分路器，ROADM中WSS模块的每 个输出链路分别连接到若干用于监控色散的光分路器之一，每个光分路器分出一定比例的 光信号送至光开关，光开关连接到色散监测子系统，网管系统分别与光开关、色散监测子系 统、ROADM中WSS模块。
4、相连。 2.如权利要求1所述的波长选择开关型ROADM的色散补偿系统，其特征在于：所述WSS 型ROADM包括WSS模块和若干光纤耦合器，具有无色、无方向性、无阻塞性、无栅格特性，并 具有功率均衡和色散补偿功能；WSS型ROADM为多维ROADM，包含多维度的光纤链路，每一维 都有一对光纤链路和其它节点相连；每个ROADM还包括多对上下路，用于灵活通行上下路 信号；每一维的输入端经过一个带宽可调的波长选择开关对信号进行滤波，然后分别传输 至不同的输出端口；每一维的输出端都是先通过一个光纤耦合器将ROADM内各个方向的信 号复合到输出光纤中，然后传输至其它节点。 3.如权利要求2所述的波长选择开。
5、关型ROADM的色散补偿系统，其特征在于：所述WSS 模块包括一根输入光纤、多根输出光纤、偏振分集器件、柱面镜、光栅、准直透镜和可编程的 空间光调制器，输入光信号经过输入光纤进入WSS模块后，偏振分集器件将输入光纤输出 的光信号转换成和光栅的衍射最大偏振态一致的光信号，然后经柱面镜反射和准直透镜准 直后至光栅进行分光，将输入光信号按不同波长在空间展开，再返回准直透镜，准直透镜对 每一个波长对应的频谱成分进行会聚，经柱面镜反射至空间光调制器的相应处理单元进行 幅度和相位的调整，通过网管系统对所在工作波段的每个光通道的幅度和相位进行灵活编 程，空间光调制器处理过的频谱，再经过柱面镜和准直透镜返回到。
6、光栅，合成为具有特定波 长范围的光信号，然后返回准直透镜，经准直透镜聚焦后，由柱面镜反射到偏振分集元件， 通过偏振分集元件恢复输出光信号的偏振态后，输出至某一指定输出光纤端口。 4.如权利要求1或2或3所述的波长选择开关型ROADM的色散补偿系统，其特征在于： 所述每个光分路器分出110的光信号送至光开关。 5.如权利要求1或2或3所述的波长选择开关型ROADM的色散补偿系统，其特征在于： 所述网管系统通过通用接口总线、局域网或者通用串行总线进行带外通信。 6.一种基于权利要求1至5任一项所述色散补偿系统的波长选择开关型ROADM的色散 补偿方法，包括以下步骤： A、当ROADM进行波长配置时。
7、或链路中信号发生变化时，色散监测子系统通过光开关的 切换，以工作波段的中心波长、带宽及WSS的通道间隔为基准，自动对所有输出链路中的输 出光信号进行色散监测； B、若判定输出链路的色散超出了规定的色散容限，色散监测子系统将该输出链路中光 信号的群时延值和对应的波长一起送给网管系统，网管系统根据得到的群时延值 和对应的波长，计算出WSS需要补偿的相位，并控制WSS相应光处理单元的相位，实现 工作波段的单通道或者多通道色散补偿。 7.如权利要求6所述的波长选择开关型ROADM的色散补偿方法，其特征在于：步骤B中 所述网管系统根据得到的群时延值和对应的波长，由群时延和相位、角频率、 及波长之间的关系。
8、、不同测试链路的传输距离及色散系数，计算出WSS需要补偿的相位。 8.如权利要求7所述的波长选择开关型ROADM的色散补偿方法，其特征在于：所述群 权 利 要 求 书CN 102843194 A 2/2页 3 时延和相位、角频率以及波长之间的关系为： 其中，2C/，C为光速。 9.如权利要求8所述的波长选择开关型ROADM的色散补偿方法，其特征在于：步骤B中 还包括以下步骤：所述网管系统根据得到的群时延值和对应的波长计算得出WSS需 要补偿的相位后，调节WSS相应的光处理单元的相位，针对不同长度、不同类型的光纤链路 中的单通道或多通道进行色散补偿。 10.如权利要求6至9任一项所述的波长选择开。
9、关型ROADM的色散补偿方法，其特征在 于：还包括以下步骤：先采用固定色散补偿模块对传输链路进行色散补偿，然后通过上述 步骤A、B，计算得出WSS需要补偿的相位后，调节WSS相应的光处理单元的相位，对链路分 段固定光学补偿后的残余色散进行单通道或多通道的色散补偿，优化传输信号的质量。 权 利 要 求 书CN 102843194 A 1/6页 4 波长选择开关型 ROADM 的色散补偿系统及方法 技术领域 0001 本发明涉及光通信中的色散补偿领域，特别是涉及一种波长选择开关型ROADM的 色散补偿系统及方法。 背景技术 0002 近年来随着话音、数据和视频图像等多媒体通信业务的逐年发展，特别是。
10、数据和 视频传输的业务量迅速增长，对光网络的传输容量、速率、距离和传输质量的要求不断提 高，近年来对光网络构建的灵活性、光网络的建设和运行维护费用的降低尤为关注。 0003 为了满足IP(Intemet Protocol，网络之间互连的协议)网络的需求，基础承载网 的建设逐渐采用一种以ROADM(Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer，可重构 光分插复用器)为代表的光层重构技术。ROADM系统的出现使得WDM(Wavelength Division Multiplexing，波分复用)设备组网从简单的点对点拓扑过渡到环网拓扑、两环相交拓扑 以及更。
11、复杂的组网结构，最终将实现网状网拓扑。具有动态配置能力的ROADM是光网络“智 能”实现的重要基础。ROADM不仅能够像传统OADM(Optical Add-Drop Multiplexer，光分 插复用器)那样，可以从多波长链路信号中提取特定波长到本地，以及将本地波长插入到 链路中去，而且这些操作完全可以通过软件配置实现，从而为分布式控制操作奠定基础。 0004 ROADM系统应用时，出于业务调度需要，网络变化可能非常频繁，对高速率波长信 号而言，一旦发生传输路径的变化，损耗、色散等物理量也会产生较大变化，可能造成信号 传输质量的下降。因此，对于ROADM系统组成的网络，势必要有更加机动灵活。
12、的色散补偿解 决方案。 0005 目前，常见的ROADM系统有三代：WB(Wavelength Blocker，波长阻断器)、 PLC(Planar Lightwave Circuits，平面光波导)、WSS(Wavelength SelectiveSwitch，波长 选择开关)，其中最好的是第三代波长选择开关型ROADM。目前，波长选择开关的核心技术 是空间光调制技术，目前主要有：MEMS(Micro Electro MechanicalSystems，微电子机械系 统)、LC(Liquid Crystal，液晶)以及LCoS(Liquid Crystal on Silicon，硅基液晶)技。
13、 术。国外有器件供应商最近推出增强型WSS-基于硅基液晶技术(LCoS)的可编程光处理器 WaveShaper，扩大了WSS的灵活性。波长选择开关采用自由空间光交换，可以支持更高的端 口数(维数，Degree)，WSS型ROADM逐渐成为4维以上的ROADM的首选技术。 0006 色散是光纤的传输特性之一，光纤的色散现象对光纤通信极为不利。通常所用的 通信光纤在通信波长段均为正色散，长距离传输中需要用一定长度的具有负色散特性的色 散补偿器件来对光纤色散进行补偿。光纤数字通信传输的是一系列脉冲码，例如NRZ(No Return Zero，不归零编码)码型。对于正啁啾信号，正色散会使脉冲展宽，而传。
14、输中的脉冲 展宽会导致脉冲与前后相邻脉冲相重叠，产生码间干扰，造成误码。利用具有负色散特性的 色散补偿器件进行补偿时，情况正好相反，会出现脉宽压缩的现象。但是在链路中应用色 散补偿器件进行补偿，不仅在增加系统成本的同时会引入插入损耗、时延抖动、非线性效应 等，而且部分色散补偿器件的色散是固定不可调的，工作带宽有限。 说 明 书CN 102843194 A 2/6页 5 发明内容 0007 本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种波长选择开关型ROADM 的色散补偿系统及方法，在ROADM实现灵活的网络波长配置的同时，运用WSS型ROADM自 身的特点进行可调谐的色散补偿，还可通过WS。
15、S对分段固定光学补偿后的残余色散进行补 偿，在实现灵活的高速光网络的同时降低成本、提高传输质量。 0008 本发明提供的波长选择开关型ROADM的色散补偿系统，包括WSS型ROADM、网管系 统、色散监测子系统、光开关和若干用于监控色散的光分路器，ROADM中WSS模块的每个输 出链路分别连接到若干用于监控色散的光分路器之一，每个光分路器分出一定比例的光信 号送至光开关，光开关连接到色散监测子系统，网管系统分别与光开关、色散监测子系统、 ROADM中WSS模块相连。 0009 在上述技术方案中，所述WSS型ROADM包括WSS模块和若干光纤耦合器，具有无 色、无方向性、无阻塞性、无栅格特性，并。
16、具有功率均衡和色散补偿功能；WSS型ROADM为多 维ROADM，包含多维度的光纤链路，每一维都有一对光纤链路和其它节点相连；每个ROADM 还包括多对上下路，用于灵活通行上下路信号；每一维的输入端经过一个带宽可调的波长 选择开关对信号进行滤波，然后分别传输至不同的输出端口；每一维的输出端都是先通过 一个光纤耦合器将ROADM内各个方向的信号复合到输出光纤中，然后传输至其它节点。 0010 在上述技术方案中，所述WSS模块包括一根输入光纤、多根输出光纤、偏振分集器 件、柱面镜、光栅、准直透镜和可编程的空间光调制器，输入光信号经过输入光纤进入WSS 模块后，偏振分集器件将输入光纤输出的光信号转换。
17、成和光栅的衍射最大偏振态一致的光 信号，然后经柱面镜反射和准直透镜准直后至光栅进行分光，将输入光信号按不同波长在 空间展开，再返回准直透镜，准直透镜对每一个波长对应的频谱成分进行会聚，经柱面镜反 射至空间光调制器的相应处理单元进行幅度和相位的调整，通过网管系统对所在工作波段 的每个光通道的幅度和相位进行灵活编程，空间光调制器处理过的频谱，再经过柱面镜和 准直透镜返回到光栅，合成为具有特定波长范围的光信号，然后返回准直透镜，经准直透镜 聚焦后，由柱面镜反射到偏振分集元件，通过偏振分集元件恢复输出光信号的偏振态后，输 出至某一指定输出光纤端口。 0011 在上述技术方案中，所述每个光分路器分出11。
18、0的光信号送至光开关。 0012 在上述技术方案中，所述网管系统通过通用接口总线、局域网或者通用串行总线 进行带外通信。 0013 本发明还提供一种基于上述色散补偿系统的波长选择开关型ROADM的色散补偿 方法，包括以下步骤：A、当ROADM进行波长配置时或链路中信号发生变化时，色散监测子系 统通过光开关的切换，以工作波段的中心波长、带宽及WSS的通道间隔为基准，自动对所有 输出链路中的输出光信号进行色散监测；B、若判定输出链路的色散超出了规定的色散容 限，色散监测子系统将该输出链路中光信号的群时延值和对应的波长一起送给网管 系统，网管系统根据得到的群时延值和对应的波长，计算出WSS需要补偿的。
19、相位， 并控制WSS相应光处理单元的相位，实现工作波段的单通道或者多通道色散补偿。 0014 在上述技术方案中，步骤B中所述网管系统根据得到的群时延值和对应的波长 ，由群时延和相位、角频率、及波长之间的关系、不同测试链路的传输距离及 说 明 书CN 102843194 A 3/6页 6 色散系数，计算出WSS需要补偿的相位。 0015 在上述技术方案中，所述群时延和相位、角频率以及波长之间的关系 为： 0016 其中，2C/，C为光速。 0017 在上述技术方案中，步骤B中还包括以下步骤：所述网管系统根据得到的群时延 值和对应的波长计算得出WSS需要补偿的相位后，调节WSS相应的光处理单元的相。
20、 位，针对不同长度、不同类型的光纤链路中的单通道或多通道进行色散补偿。 0018 在上述技术方案中，还包括以下步骤：先采用固定色散补偿模块对传输链路进行 色散补偿，然后通过上述步骤A、B，计算得出WSS需要补偿的相位后，调节WSS相应的光处 理单元的相位，对链路分段固定光学补偿后的残余色散进行单通道或多通道的色散补偿， 优化传输信号的质量。 0019 与现有技术相比，本发明的优点如下： 0020 本发明在ROADM实现灵活的网络波长配置的同时，运用WSS型ROADM自身的特点 进行可调谐的色散补偿，除了可以直接用于色散补偿外，对于通过固定色散补偿模块补偿 后的光纤链路中还存在的残余色散，也可以。
21、通过WSS进行补偿，从而在实现灵活的高速光 网络的同时，降低成本、提高传输质量，对于推动ROADM组网和实际工程应用具有重要意 义。 附图说明 0021 图1为波长选择开关型ROADM的色散补偿系统结构示意图。 0022 图2为基于波长选择开关的三维ROADM的示意图。 0023 图3为基于空间光调制器的WSS模块示意图。 0024 图4为波长选择开关型ROADM的色散补偿方法的测试示意图。 0025 图5为20km G655光纤色散补偿前后的色散测试结果的示意图。 0026 图6为20km G655光纤中四通道色散补偿前后的色散测试结果的示意图。 0027 图7为20km G652光纤色散补。
22、偿前后的色散测试结果的示意图。 0028 图8为20km G652光纤中四通道色散补偿前后的色散测试结果的示意图。 0029 图9为对链路分段固定光学补偿后的残余色散实施色散补偿的示意图。 0030 图10为20km G652光纤经过色散补偿模块和波长选择开关色散补偿前后的色散 测试结果的示意图。 具体实施方式 0031 下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。 0032 参见图1所示，本发明实施例提供一种波长选择开关型ROADM的色散补偿系统， 包括WSS型ROADM、网管系统、色散监测子系统、光开关和若干用于监控色散的光分路器。 ROADM中WSS模块的每个输出链路分别连接到若。
23、干用于监控色散的光分路器之一，每个光 分路器分出一定比例(110，图1中使用的是397的光分路器)的光信号送至光 开关，光开关连接到色散监测子系统，网管系统分别与光开关、色散监测子系统、ROADM中 说 明 书CN 102843194 A 4/6页 7 WSS模块相连。网管系统可通过GPIB(General Purpose Interface Bus，通用接口总线)、 LAN(Local Area Network，局域网)、USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)等通信 接口和系统设备进行带外通信。 0033 参见图2所示，WSS型ROADM包括WSS模块和若干光纤耦合。
24、器，具有无色、无方向 性、无阻塞性、无栅格特性，并具有功率均衡和色散补偿功能，WSS型ROADM为多维ROADM， 包含多维度的光纤链路，每一维都有一对光纤链路和其它节点相连，图2中给出三维的 ROADM，三个维度分别用东、西、北方向来表示；ROADM还包括多对上下路，用于灵活通行上 下路信号；每一维的输入端经过一个带宽可调的波长选择开关对信号进行滤波，然后分别 传输至不同的输出端口；每一维的输出端都是先通过一个光纤耦合器将ROADM内各个方向 的信号复合到输出光纤中，然后传输至其它节点。 0034 参见图3所示，WSS模块包括一根输入光纤、多根输出光纤、偏振分集器件、柱面 镜、光栅、准直透镜。
25、和可编程的SLM(Spatial Light Modulator，空间光调制器)，输入光信 号经过输入光纤进入WSS模块后，偏振分集器件将输入光纤输出的光信号转换成和光栅的 衍射最大偏振态一致的光信号，然后经柱面镜反射和准直透镜准直后至光栅进行分光，将 输入光信号按不同波长在空间展开，再返回准直透镜，准直透镜对每一个波长对应的频谱 成分进行会聚，经柱面镜反射至空间光调制器的相应处理单元进行幅度和相位的调整，通 过网管系统对所在工作波段的每个光通道的幅度和相位进行灵活编程，空间光调制器处理 过的频谱，再经过柱面镜和准直透镜返回到光栅，合成为具有特定波长范围的光信号，然后 返回准直透镜，经准直透镜。
26、聚焦后，由柱面镜反射到偏振分集元件，通过偏振分集元件恢复 输出光信号的偏振态后，输出至某一指定输出光纤端口。 0035 在上述色散补偿系统的基础上，本发明实施例还提供一种波长选择开关型ROADM 的色散补偿方法，包括以下步骤： 0036 A、当ROADM进行波长配置时或链路中信号发生变化时，色散监测子系统通过光开 关的切换，以工作波段的中心波长、带宽及WSS的通道间隔为基准，自动对所有输出链路中 的输出光信号进行色散监测； 0037 B、若判定输出链路的色散超出了规定的色散容限，色散监测子系统将该输出链路 中光信号的群时延值和对应的波长一起送给网管系统，网管系统根据得到的群时延 值和对应的波长。
27、，计算出WSS需要补偿的相位，并控制WSS相应光处理单元的相位， 实现工作波段的单通道或者多通道色散补偿。 0038 本发明实施例中对波长选择开关型ROADM的色散补偿系统的测试，参见图4所示， 由测试光源发出信号光经过测试链路传输，然后由ROADM节点中的WSS模块路由到指定的 输出链路，经EDFA(Erbium-doped Optical Fiber Amplifier，掺铒光纤放大器)放大后，分 别连接到若干用于监控色散的光分路器之一，通过光分路器分出一定比例的光信号(1 10，图4中使用的是397的光分路器)送至光开关，光开关连接到色散监测子系统，色 散监测子系统将指定测试链路的群时延。
28、值和对应的波长一起送给网管系统。由于光 纤链路中存在色散，光的群时延依赖于波长，沿着光纤传播的光脉冲会发生展宽，从而导致 相邻脉冲重叠时信号的衰减。网管系统根据得到的群时延值和对应的波长，由群时延 和相位、角频率以及波长之间的关系： 说 明 书CN 102843194 A 5/6页 8 0039 (其中，2C/，C为光速)、以及不同测试链 路的传输距离以及色散系数，可以计算出WSS需要补偿的相位，从而调节WSS相应的光处理 单元的相位，针对不同链路(包括不同长度和各种类型的光纤)中的相应光通道(包括单 通道或多通道)，实现工作波段的色散补偿，改善信号的质量。 0040 20km G.655光纤。
29、色散补偿前后的色散测试结果，参见图5所示，其中虚线是色散 补偿前经20km G.655光纤传输后的色散测试结果，实线是根据理论分析计算得出WSS需要 补偿的相位后，调节WSS相应的光处理单元的相位，进行色散补偿后的色散测试结果。结果 显示，以1550nm为中心波长，能在0.8nm的波段范围内很好地实现色散补偿。 0041 20km G.655光纤中四通道色散补偿前后的色散测试结果，参见图6所示，其中虚 线是色散补偿前经20km G.655光纤传输后的色散测试结果，实线是根据理论分析计算得出 WSS需要补偿的相位后，调节WSS相应的光处理单元的相位，进行色散补偿以后四个光通道 的色散测试结果。结。
30、果显示，色散补偿后的群时延曲线中，四个通道相应处有四个明显的平 坦台阶，说明可同时实现对四个通道进行色散补偿。 0042 20km G.652光纤色散补偿前后的色散测试结果，参见图7所示，其中虚线是色散 补偿前经20km G.652光纤传输后的色散测试结果，实线是根据理论分析计算得出WSS需 要补偿的相位后，调节WSS相应的光处理单元的相位，进行色散补偿以后的色散测试结果。 由于G.652光纤的色散系数较大，约为17ps/(nmkm)，本发明实施例中的色散补偿系统对 G.652光纤的色散补偿范围受到WSS器件本身的限制，以1550nm为中心波长，能在0.192nm 的波段范围内较好地实现色散补。
31、偿。 0043 20km G.652光纤中四通道色散补偿前后的色散测试结果，参见图8所示，其中虚 线是色散补偿前经20km G.652光纤传输后的色散测试结果，实线是根据理论分析计算得出 WSS需要补偿的相位后，调节WSS相应的光处理单元的相位，进行色散补偿以后的色散测试 结果。结果显示，色散补偿后的群时延曲线中，四个通道相应处也有四个较窄的平坦台阶， 说明也可同时实现对四个通道进行色散补偿。 0044 本发明实施例还可以对链路分段固定光学补偿后的残余色散实施色散补偿，参见 图9所示，采用固定DCM(Dispersion Compensation Module，色散补偿模块)对某段传输链 路先。
32、进行色散补偿，然后通过上述步骤A、B，计算得出WSS需要补偿的相位后，调节WSS相 应的光处理单元的相位，对链路分段固定光学补偿后的残余色散进行单通道或多通道的色 散补偿，优化传输信号的质量。 0045 20km G.652光纤经色散补偿模块和波长选择开关进行色散补偿前后的色散测试 结果，参见图10所示，其中虚线是直接经20km G.652光纤传输后的色散测试结果；点划线 是经过20km G.652光纤传输并经过固定色散补偿模块补偿20km G.652光纤引起色散后的 色散测试结果，结果显示经过固定色散补偿模块补偿后仍然存在残余色散；实线是先采用 固定色散补偿模块对传输链路进行色散补偿，然后通。
33、过上述步骤A、B，根据理论分析计算得 出WSS需要补偿的相位后，调节WSS相应的光处理单元的相位，对链路分段固定光学补偿后 的残余色散进行色散补偿以后的色散测试结果。结果显示，在4nm范围内都可以实现对残 余色散进行较好地补偿。 0046 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精 说 明 书CN 102843194 A 6/6页 9 神和范围，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内， 则本发明包含这些改动和变型在内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术 人员公知的现有技术。 说 明 书CN 102843194 A 1/5页 10 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102843194 A 10 2/5页 11 图3 图4 说 明 书 附 图CN 102843194 A 11 3/5页 12 图5 图6 图7 说 明 书 附 图CN 102843194 A 12 4/5页 13 图8 图9 说 明 书 附 图CN 102843194 A 13 5/5页 14 图1O 说 明 书 附 图CN 102843194 A 14 。