光交换站和用于该交换站的交换方法.pdf

光交换站包括：第一多个用于通过数据流的输入信道(I1、…、IM)；第二多个用于通过数据流的输出信道(O1、…、OM)；至少一个用于输入和输出信道彼此连接的第一光开关矩阵(S1、…、SN)，所述开关矩阵具有与交换站的输入信道(I1、…、IM)连接的第一组输入终端(i1、i2、…、iM)和与交换站的输出信道(O1、…、OM)连接的第一组输出终端(o1、o2、…、oM)；和一组一个或多个信号整形单元(T1、…、TQ)；用于使一第二组输出终端(o′1、o′2、…、o′M)分别与该组信号整形单元之一的一个输入端连接的装置(S′)；和用于使一第二组输入终端(i′1、…、i′P)分别与信号整形单元之一的一个输出端连接的装置(S″)。

1.  光交换站，具有：
-第一多个用于通过数据流的输入信道(I1、...、IM)，
-第二多个用于通过数据流的输出信道(O1、...、OM)，
-至少一个用于使所述输入和输出信道彼此连接的第一光开关矩阵(S1、...、SN)，所述开关矩阵具有一与交换站的输入信道(I1、...、IM)连接的第一组输入终端(i1、i2、...、iM)和一与交换站的输出信道(O1、...、OM)连接的第一组输出终端(o1、o2、...、oM)，和
-一组一个或多个信号整形单元(R；T1、...、TQ；RX；SE、TX)，
其特征在于，设有用于将一第二组输出终端(o1、o2、...、oM)分别与该组的一信号整形单元的一个输入端连接的装置(f、S′)和用于将一第二组输入终端(i′1、...、i′P)分别与所述信号整形单元之一的一个输出端连接的装置(f、S″)。

2.  按照权利要求1的光交换站，其特征在于，所述用于连接的装置包括在一信号整形单元的一输出端或输入端与第一开关矩阵(S1、...、SN)的输入或输出终端(i′1、...、i′P；o′1、...、o′P)之间固定接线的线路(f)。

3.  按照权利要求1或2的光交换站，其特征在于，所述用于连接的装置包括用于有选择地将一信号整形单元的一输出端或输入端与第一开关矩阵的多个输入终端或者输出终端之一连接的开关元件(S′、S″)。

4.  按照上述权利要求之一的光交换站，其特征在于，每个信号整形单元(R、T1、...、TQ)设计成用于一单个信息信号的整形。

5.  按照权利要求2的光交换站，其特征在于，所述信号整形单元(RX、SE、TX)包括多个用于接收或者发送光信息信号的接收部分和发送部分，并包括一个用于将发射部分和接收部分彼此连接的内部开关矩阵(SE)。

6.  按照上述权利要求之一的光开关矩阵，其特征在于，信号整形单元是再生器(R)。

7.  按照权利要求6的光交换站，其特征在于，在第一组的每个输入终端(i1、...、iM)的前面连接一个用于检测馈入该输入终端(i1、...、iM)的信息信号质量的检测器(D1、...、DM)。

8.  按照上述权利要求之一的光交换站，其特征在于，信号整形单元是波长变换器(T1、...、TQ；RX、SE、TX)。

9.  按照权利要求8的光交换站，其特征在于，所述交换站具有多个用于转接一分配给相关第一开关矩阵的相同的波长的信息信号的第一开关矩阵(S1、...、SN)，且所述用于连接的装置(S′、S″)适于使一波长变换器(T1、...、TQ)的输入端和输出端分别与不同的第一开关矩阵(S1、...、SN)连接。

10.  按照权利要求9的光交换站，其特征在于，所述用于连接的装置包括至少一个第二开关矩阵(S′)，所述第二开关矩阵使第一开关矩阵(S1、...、SN)的第二组输出终端(o′1、...、o′P)有选择地与波长变换器(T1、...、TQ)之一相连接。

11.  按照权利要求9或10的光交换矩阵，其特征在于，所述用于连接的装置包括至少一个第三开关矩阵(S″)，所述第三开关矩阵使波长变换器(T1、...、TQ)有选择地与第一开关矩阵(S1、...、SN)的第二组输入终端(i`1、...、i`P)之一相连接。

12.  按照权利要求9至11之一的光开关矩阵，其特征在于，每个输入信道(I1、...、IM)通过一波长解复用器(D1、...、DM)与第一开关矩阵(S1、...、SN)连接和/或第一开关矩阵(S1、...、SN)通过一波长复用器(M1、...、MM)与每个输出信道(O1、...、OM)连接。

13.  按照权利要求8至12之一的光交换站，其特征在于，所述光交换站具有用于支路数据交换的输入端和输出端(IE、OE)和用于使所述输入端或输出端与第一开关矩阵(S1、...、SN)的第二组输入终端或输出终端(i′1、...、i′P；o′1、...、o′P)连接的装置(f、SE)。

14.  按照权利要求8至13之一的光交换站，其特征在于，所述波长变换器(T1、...、TQ)分别具有一个波长可调谐的发送部分。

15.  按照上述权利要求之一的光交换站，其特征在于，所述第一组输入终端(i1、...、iM)与输入信道(I1、...、IM)连接和/或所述第一组输出终端(o1、...、oM)与输出信道(O1、...、OM)连接，且分别都没有中间连接开关矩阵。

16.  用于在一个光交换站中，特别是在一个按照上述权利要求之一所述的光交换站中交换信息信号的方法，具有如下步骤：
a)通过交换站的一输入信道(I1、...、IM)接收信息信号，
b)把一个输出信道(O1、...、OM)分配给所述信息信号，
c)判定是否必须对信息信号实施一整形过程，
d)将所述信息信号输入开关矩阵(S1)，
e)如果在步骤c)中判定一整形过程是必需的：
e1)在开关矩阵(S1)的一个与一信号整形单元(R)连接的输出终端(o′1、...、o′P)上输出所述信号，
e2)实施整形过程，
e3)将所述信息信号重新输入所述开关矩阵(S1)中，
f)将所述信息信号从所述开关矩阵(S1)输出到所配设的输出信道(O1、...、OM)上。

17.  用于在一个具有多个在多个输入信道和多个输出信道之间彼此并联的开关矩阵(S1、...、SN)的光交换站中，特别是在一个按照上述权利要求之一所述的光交换站中，交换一信息信号的方法，具有如下步骤：
a)通过所述交换站的一输入信道(I1、...、IM)接收所述信息信号，
b)把一个输出信道(O1、...、OM)配设给所述信息信号，
c)判定是否必须对所述信息信号实施一整形过程，
d)将所述信息信号输入一开关矩阵(S1、...、SN)，
e)如果在步骤c)中判定一整形过程是必需的：
e1)在开关矩阵(S1、...、SN)的一个与一个信号整形单元(R；T1、...、TQ；RX、SE、TX)连接的输出终端(o′1、...、o′P)上输出所述信号，
e2)实施整形过程，
e3)将所述信息信号输入多个并联的开关矩阵(S1、...、SN)中的另一个开关矩阵中，
f)将所述信息信号从开关矩阵(S1、...、SN)输出到所配设的输出信道(O1、...、OM)上。

光交换站和用于该交换站的交换方法
技术领域
本发明涉及光信息传输领域并且具体涉及一个光交换站和一种用于在一个光交换站中交换信息信号的方法。
背景技术
光交换站用作光网络的节点。光交换站彼此成对地通过光纤连接，信息信号在光纤上以调制的光信号的形式从一个交换站传输到另一个交换站。一根光纤分别能够以不同波长的调制载波的形式同时传输大量的信息信号。
光信息信号在其通过光纤的传输中遭受衰减以及可能的非线性效应，这会影响其频谱和其强度的时间曲线。因此沿光纤在确定距离内必须再生信息信号，也就是说进行放大，并且在频谱上以及在其时间曲线上校正信息信号，由此使信息信号以足够好的质量到达其接收机。
在DE 101 13 563A1中说明了一个其中进行这样的信号再生的光网络的实例。在一第一实施例中分别沿着在光交换站之间的光纤布置信号再生器。因此在一个这样的光纤上同时传输的全部信息信号必须通过再生器，无论该信号的再生是否必要。因为在同一光纤上传递的信息信号可能源自不同的节点，并因此在再生器的位置行进了不同行程长度，通常不是都需要再生。但与在光纤中接入再生器必然相关地功率损耗使全部信号衰减，从而有时是再生器本身使得必须进行信息信号再生。
在第二实施例中再生器布置分别与交换站在同一位置。再生器怎样连接在交换站上没有详细说明。如果再生器接入在光纤中，则它在此引起同样的损耗，与其接入在一个任意的远离接点的位置一样。
在一个以波长复用工作的光网络中期望，在一个交换站中可以彼此独立地交换在一相同的复用(Multiplex)的不同载波波长上调制的信息信号。因此可能发生这种情况，经过不同输入信道到达一个光交换站并且具有相同载波波长的两个信息信号被交换到同一输出信道。可是具有相同载波波长的两个信息信号不可能在同一输出信道上传输。因此在这样光网络中的光交换站需要一个允许把所述两个信息信号之一的波长转移到一个在输出信道上没有被占用的波长上的波长变换器。因此在信息信号通过网络节点的路径上必须设有一定数量的定向耦合器，所述定向耦合器使得能够引导这样的信息信号在其通过开关矩阵之前或之后通过一个这样的波长变换器。定向耦合器也导致插入损耗，这种损耗限制了在必须再生之前信息信号可经过的最大行程。
发明内容
本发明的目的是，提供一种光交换站和一种在一光交换站中交换信息信号的方法，该光交换站能够在最小的插入损耗的情况下通过再生或通过波长变换使信息信号成形。
一方面通过一个光交换站实现所述目的，该光交换站具有用于通过数据流的第一多个输入信道、第二多个用于通过数据流的输出信道、至少一个用于输入和输出信道彼此连接的第一光开关矩阵、该光开关矩阵具有一第一组与交换站的输入信道连接的输入终端和第一组与交换站的输出信道连接的输出终端，并且光交换站具有一组一个或多个信号整形单元，以及具有用于使第一光开关矩阵的第二组输出终端分别与该组的信号整形单元的一个输入端连接的装置和用于使至少一个第一光开关矩阵的第二组输入终端分别与这个信号整形单元的一个输出端连接的装置。该光交换站允许，由于确定原因—可能是因为信号质量较差并且必须再生，或因为在所希望的输出信道上占用了相关信息信号的波长-未能直接输出到输出信道上的信息信号连接到第二组输出终端上，从而可对该信息信号进行必要的信号整形，并在接下来将已整形的信号输送给一第一光开关矩阵的第二组输入终端，相关的第一开关矩阵可从该输入终端把该信号进一步传递给最初希望的输出终端。
不需要信号整形的信息信号通过一个非常直接的路径经过根据本发明的光交换站，该路径即不是强制地经过信号整形单元也不经过任何的定向耦合器，所述定向耦合器在必要时可将信息信号从连续/贯穿的信号线路分接到信号整形单元并且可将已整形的信息信号再度馈入信号线路中。用于要整形的信息信号的定向耦合器的功能由本来就一定要经过的第一开关矩阵承担。根据本发明的交换站对经过该交换站的并且为进行后级放大的信号引起的功率损耗是非常低的，从而在一个配备有这样的交换站的网络中可利用较低数目的后级放大在较长的距离上传输信息信号。由于不需要用于把待整形的信号选择性地分接到信号整形单元以及再度馈入所述信号的定向耦合器，因此带整形的信息信号的损耗也是较低的。
可在一信号整形单元的一输出端或输入端与第一开关矩阵的一输入终端或输出终端之间设有固定连接的线路作为连接信号整形单元与至少一个第一光开关矩阵的装置。如果信号整形单元是再生器，则这种简单的解决方案是完全足够的，因为可以认为所述再生器是相互一致的，并且在可能的多个可用再生器中经过哪个线路传递待再生的信息信号是不重要的。
可是所述用于连接的装置也可设计成为用于有选择地使一信号整形单元的一输出端或输入端与第一开关矩阵的多个输入终端或者输出终端之一连接的开关元件。这是特别合理的，如果交换站包含多个第一开关矩阵，以便可以按需求把信号整形单元分配给多个第一开关矩阵之一。这样这种开关元件也是特别希望的，如果信号整形单元是这样的波长变换器，即其中不是每一个都必须能够产生全部在输入和输出信道上传输的波长，并且所述波长变换器因此适当地始终与这样一些第一开关矩阵连接，在这些第一开关矩阵中存在对一个这样的波长变换器的需求。
如果信号整形单元是再生器，在第一组的每个输入终端之前优选地连接一个用于检测在该输入终端中馈入的信息信号的质量的检测器，所述检测器的检测结果使得可以判定，是否需要对馈入的信息信号进行再生，并相应地控制(lenken)通过交换站的信息信号的路径。
如果信号整形单元是波长变换器，则用于连接的装置优选地包括至少一个第二开关矩阵，该第二开关矩阵使第一开关矩阵的第二组输出终端有选择地与所述波长变换器之一连接。这使得可以使用简单的波长变换器，所述波长转换器甚至在一个包括复用的所有波长的较宽波长区间内是灵敏的，可是所述波长转换器仅能够在该复用的唯一一个波长上进行发送。在此第二开关矩阵是有助于使其载波波长必须变换的每一个信息信号与刚好所需的波长变换器连接，无论待变换的信号输出到哪一个第一开关矩阵的哪一个输出终端。
所述用于连接的装置还优选地包括至少一个使波长变换器有选择地与第一开关矩阵的第二组输入终端之一连接的第三开关矩阵。该第三开关矩阵使得可以将波长变换器动态地分配给第二组的不同输入终端，从而不是必须给每一个这样的输入终端固定分配一个波长变换器。因为由此可以按需求将波长变换器分配给不同的输入终端，因此不必给每一个所述输入终端分配一个自己的波长变换器，并且降低所需波长变换器的数目。
优选地，每个输入信道通过一个波长解复用器与第一开关矩阵连接和/或第一开关矩阵通过一波长复用器与输出信道连接。这允许在波长复用中使用输入或输出信道，而在交换站内按波长分开地处理信息信号。
第二组输入端和输出端不仅可以用于向信号整形单元提供(信号)，而且也用于从复用中或向复用中本地地分出或并入信息信号。
优选地使用这种具有波长可调谐发射件的波长变换器作为波长变换器。所述波长变换器虽然技术上比具有固定频率发射件的波长变换器复杂，可是这种波长变换器需要的数目较低，从而可达到一定的可支配/获得程度。
附图说明
从下面参考附图对实施例说明中得出本发明的其它特征和优点。其中：
图1示出具有唯一一个在唯一波长下工作的开关矩阵并具有信号再生器的光交换站的结构框图；
图2示出一具有用于波长复用工作的再生器的改进交换站；
图3示出一具有固定频率的波长变换器的光交换站；和
图4示出一具有可调谐的波长变换器的光交换站；
图5示出一具有一用于在信号整形器的接收部分和发送部分之间交换待整形的信息信号的电开关矩阵的光交换站；和
图6示出图5的交换站的简化实施形式。
具体实施方式
图1以一个简单的实施例示出本发明的原理。此处示出的交换站包括具有输入终端i1、i2、...、iM，i′1、...、i′P和输出终端o1、o2、...、oM、o′1、...、o′P的唯一一个开关矩阵S1。第一组输入终端i1、i2、...、iM与在此为分别传导一固定频率的信息信号的光纤形式的输入信道I1、...、IM连接。相应地一第一组输出终端o1、...、oM与单色输出信道O1、...、OM连接。输出终端o′1、...、o′P分别经过再生器R与输入终端i′1、...、i′P通过光纤f固定接线地连接。一控制电路C以本身已知的且在此未示出的方式接收传输路径信息，该信息确定每一个输入终端i1至iM应当与第一组的哪一个输出终端o1、oM连接。该控制电路C还与布置在第一组的每个输入终端i1、i2、...、iM的前面的用于检测一到达所述输入终端的信息信号质量的检测器D1、D2、...、DM连接。如果所述检测器之一的检测结果表明，例如在输入终端i2上的信息信号的质量不好并且需要进行再生，控制电路C这样控制开关矩阵S1离开(abweichen)输送给该开关矩阵的与输入终端i2上的信号相关的传输路径信息，使该信息信号输出到第二组的一个输出终端上，例如输出到输出终端o′1。这样信息信号经过再生器R之一并在输入终端i′1再次进入开关矩阵S1。现在该输入终端i′1与依据传输路径信息作为该信息信号的输出终端设置的输出终端连接。即待再生的信息信号在再生之前或者之后两次经过开关矩阵S1。
确定不需要进行再生的信息信号只经过开关矩阵S1一次。所述信息信号在根据本发明的交换站中受到的功率损耗(在忽略由检测器D1、...、Dn引起的可能的损耗的情况下)与在没有再生功能的交换站中的损耗一样。即交换站使得能够不对未再生的信息信号产生插入损耗地进行选择性再生。
在图1的实施例中开关矩阵S1只处理分别来自不同输入信道的同一波长的信息信号。当然也可以在一个输入信道上以波长复用传送多个信息信号，将所述信息信号通过一解复用器输送给开关矩阵的不同输入终端，并在开关矩阵中将所交换的不同波长的信息信号通过复用器输送给一个共同的输出信道。由于在这样结构中开关矩阵的尺寸随着待交换的信号的数目的平方增加，对于波长复用的信息信号的交换优选采用在图2中示出的结构。
图2示出了用于具有波长复用传输的光网络的具有再生功能的交换站。在此输入信道11、...、IM分别是来自一个(未示出)远处的交换站的光纤，在该光纤上传输调制到不同载波波长λ1、...、λN上的信息信号的复用。输入信道分别通向在频谱上分解所述复用并将其中包含的信息信号分配给N个开关矩阵S1、...、SN的波长解复用器D1、...、DM，给所述开关矩阵分别分配一个波长λ1、...、λN。这些开关矩阵分别与图1的单色开关矩阵S1对应：所述开关矩阵具有一分别经过解复用器D1、...、DM之一与输入信道I1、IM之一连接的第一组输入终端i1、...、iM、分别与再生器R的输出端连接的输入终端i′1、...、i′P、第一组输出终端o1、...、oM和分别再生器R的输入端连接的输出终端o′1至o′P。在每个第一组输出终端o1、...、oM上连接一个各具有N个分别用于每个开关矩阵S1、...、SN的输入端的波长复用器M1、...、MM，所述波长复用器把由不同开关矩阵接收的不同波长的信息信号叠加成一个复用信号并输出到一个输出信道O1、...、OM上。在此用于检测信号质量的检测器也设置在连接解复用器与开关矩阵的线路段上，可是该检测器同为了清楚起见没有示出的控制电路完全一样。单个开关矩阵的工作原理同图1的情况一样：不必再生的、载波波长为λn，n＝1、...、N的信息信号经过分配给该信号的开关矩阵Sn一次，待再生的信号在开关矩阵中分接到一再生器R，并且接下来已再生的信号在同一开关矩阵中转接到预定的输出信道。
如果一个开关矩阵从两个解复用器接收确定给同一输出信道的信息信号，则在图2的交换站中可能出现冲突。因为在开关矩阵上只有一个通向所希望的输出信道的输出终端可用。在这种情况下只可交换两个信号中的一个。
图3示出了一解决了这个问题的改进的交换站的结构框图。输入信道和输出信道、复用器、解复用器和开关矩阵S1、...、SN与图2的实施形式相同，不再重复说明。开关矩阵S1、...、SN的第二组输出终端o′1、...、o′P通向另外一个光开关矩阵S′的输入终端，该开关矩阵的输出终端又与波长变换器T1、T2、...、TQ的输入端连接。在此波长变换器分别包括一个对于复用的所有波长λ1、...、λN敏感的把来自开关矩阵S′的光信息信号转换为电信号的光电二极管，与所述光电二极管连接的用于脉冲整形和放大的电路以及一个以所述电路的输出信号控制的、具有固定波长的激光二极管，所述激光二极管提供再生的光信息信号。因此波长变换器T1、T2、...、TQ同时也具有再生功能。每个波长变换器的输出端通过光纤段f与分配给其波长的开关矩阵S1、...、或SN的第二组输入终端固定接线地连接。
开关矩阵S′能够随意选择地成对地彼此连接所有其输入和输出终端。因此一待整形的信息信号可以经过矩阵S′供给一个具有复用的每一个任意的输出波长-包括信息信号当前波长在内-的波长变换器。后面(具有信号当前波长的波长变换器)的情况相当于简单地再生信息信号，而没有同时进行波长变换。
这里示出分别具有两个第二组输入或者输出终端的开关矩阵S1、...、SN，但显而易见的是，可以在1和M之间任意选择所述终端的数目。
图4示出交换站的一个改进的结构方案。图4的交换站与图3的交换站不同之处在于，在图4的交换站中代替具有固定波长的激光二极管波长变换器T1、...、TQ包括一个可调谐到复用的不同波长λ1、...、λN或至少可调谐到多个所述这些波长中的多个波长的激光二极管。为了能够把一个在一个这样的波长变换器中变换的信息信号传递给开关矩阵S1、...、SN中分配给所变换的信号波长的矩阵，在波长变换器T1、...、TQ的输出端和开关矩阵S1、...、SN的第二组输入终端之间需要一个第三开关矩阵S″。为了在交换站中达到防止波长冲突的预定安全性标准，所需的可调谐的波长变换器的数目小于在图3中带有固定频率的波长变换器的实施形式中的数目。此时复用的波长的数目N越大，节省就越多。因此尽管存在附加的开关矩阵和复杂的波长变换器，仍然可以比根据图3的交换站更紧凑和更廉价地实现根据图4的交换站。
此外也可以使用第二和第三开关矩阵S′、S″，以便信息信号可在交换站本身的位置处分接到接收机RX或由发射机TX馈给信息信号。
在图5的结构方案中开关矩阵S1、...、SN的所有第二组输出终端o′1、...、o′P与一个用于把光信息信号转换为电信息信号的接收机RX连接，而所有第二组输入终端i′1、...、i′P与一个用于把电信息信号转换为光信息信号的发送器TX连接。接收机RX的电输出端-与本地馈入的信息信号的电输入线路IE并联地-又连接到一电开关矩阵SE的输入终端上，电开关矩阵SE的输出终端或者与用于分接的信息信号的电输出线路OE连接或者与发送器TX连接。
应当从交换站分接出来的或必须改变其波长的光信息信号分别在开关矩阵S1、...、SN之一的第二组输出终端i′1、...、i′P上被导出并供给所述接收机RX之一。接收机RX的电输出信号到达电开关矩阵SE，在这里，根据是待分接的信号还是涉及待变换的信号，将所述信号转接到输出线路OE上或转接到产生一具有所需载波波长的光信号的发送器TX上。这样波长变换的(或也可是只在保持其波长的情况下再生的)信号返回开关矩阵S1、...、SN之一并从这里转接到所希望的光输出信道O1、...、或OM上。本地馈入的电信息信号由开关矩阵SE连接到一个空的光发送器TX上，接下来在光开关矩阵S1、...、SN之一内进一步转发到所希望的输出信道上。由于电开关矩阵SE可以把其每个输入终端与每一个输出终端连接，因此可以使用具有固定波长的简单光发送器TX。
图6示出了图5的交换站的一个改变方案，在该交换站中电输入线路和输出线路IE、OE分别直接连接在发送器TX或者接收机RX上，而没有中间连接电开关矩阵SE，所述发送器和接收机固定接线地与光开关矩阵S1、...、SN的输入终端和输出终端连接。这样给每一个电输入线路IE固定配设一个波长，经过该线路馈入的信息信号转变为该波长。不是一定会由此发生灵活性损失，因为如果一个这样的信息信号在开关矩阵S1、...、SN之一内导致冲突，则该信息信号可以和每个其它的光信息信号一样也经过第二组的输出终端被分接并被波长变换。