特别用于光信号的广播信号交叉连接单元.pdf

一种具有N个输入和P个输出的特别适合于分组交换光通信网络的空间交叉连接单元。该交叉连接单元包括包含至多N个信号分配器的广播级和包含至多C个空间交换模块的空间交换级，其中，每个所述分配器具有一个输入和C个输出，其中C是P的整数因子并小于P，每个所述输入与所述N个输入端口的一个相连接，这样所述N个分配器的每一个把在所述N个输入端口的一个上所接收的信号分成在所述C个输出的C个信号；所述C个模块的每一个都具有N个输入和P/C个输出，所述N个输入与所述广播级的N个输出相连接，所述N个输出的每一个都来自于不同的分配器，并且所述C个模块的所述P/C个输出的每一个都与所述P个输出端口的一个相应的端口相连接。

1.  一种具有N个输入端口(E_i)和P个输出端口(S_i)的空间交叉连接单元(Z)，包括：
-广播级，其包括至多N个信号分配器(A_i)，每个分配器具有一个输入和C个输出，其中C是P的整数因子并小于P，每个输入与所述N个输入端口(E_i)的一个端口相连接，这样所述N个分配器(A_i)的每一个将在所述N个输入端口的一个端口上所接收的信号分成在所述C个输出端口上的C个信号，以及
-空间交换级，其包括至多C个空间交换模块(B_i，B′_i)，
所述交叉连接单元的特征在于：
-所述C个空间交换模块(B_i，B′_i)是无阻塞及非广播的，并且
-所述C个模块(B_i，B′_i)的每一个都具有N个输入和P/C个输出，所述N个输入与所述广播级的N个输出相连接，所述N个输出的每一个都来自于一个不同的分配器(A_i)，并且所述C个模块(B_i，B′_i)的所述P/C个输出的每一个都与所述P个输出端口(S_i)的一个相应的输出端口相连接。

2.  根据权利要求1的交叉连接单元(Z)，包括正好N个分配器(A_i)和C个模块(B_i，B′_i)。

3.  根据权利要求1的交叉连接单元(Z)，其特征在于，所述C个模块(B_i，B′_i)的每一个都包括用于将其N个输入的每一个连接到其P/C个输出的一个的装置。

4.  根据权利要求1的交叉连接单元(Z)，其特征在于，所述C个交换模块(B_i，B′_i)的每一个都是具有N个输入和P/C个输出的无阻塞交换矩阵(B_i)。

5.  根据权利要求1的交叉连接单元(Z)，其特征在于，所述C个交换模块(B′_i)的每一个都包括：
-K个具有N/K个输入和P/C个输出的无阻塞交换矩阵(F_i)，其中K是N的整数因子；并且
-P/C个具有K个输入和一个输出的无阻塞交换矩阵(G_i)，所述K个输入的每一个与所述K个交换矩阵(F_i)中的一个的一个相应的输出相连接。

6.  根据权利要求1的交叉连接单元(Z)，其特征在于，所述C个交换模块(B′_i)中至少一个交换模块包括：
-K个具有N/K个输入和P/C个输出的无阻塞交换矩阵(F_i)，其中K是N的整数因子；并且
-P/C个具有K个输入和一个输出的无阻塞交换矩阵(G_i)，所述K个输入的每一个与所述K个交换矩阵(F_i)中的一个的一个相应的输出相连接。

7.  根据权利要求1的交叉连接单元(Z)，其特征在于，所述P/C个交换矩阵(G_i)是半导体光放大器(SOA)交换矩阵。

8.  根据权利要求1的交叉连接单元(Z)，其特征在于，输入端口的所述数目N等于输出端口的所述数目P。

9.  根据权利要求5的交叉连接单元(Z)，其特征在于，K等于C。

10.  根据权利要求1的交叉连接单元(Z)，其特征在于，所述交换级使用基于LiNbO₃的技术。

11.  根据权利要求1的交叉连接单元(Z)，其特征在于，所述C个模块(B_i，B′_i)的所述P/C个输出的每一个都后接一个放大器(D_s)。

12.  根据权利要求1的交叉连接单元(Z)，其特征在于，在所述N个分配器的所述N个输入的每一个之前有一个放大器(D_E)。

13.  根据权利要求1的交叉连接单元(Z)，其特征在于，每个所述空间交换模块(B_i，B′_i)包括：
-第一级，其包括保偏空间交换矩阵(M₁、...、M_K)；并且
-第二级，其包括保偏半导体光放大器(MQWSOA₁、...、MQWSOA_K)。

14.  一种包括根据权利要求1到13中任何一个的交叉连接单元(Z)的信号传输系统，其特征在于，所述系统包括：
-至少一个多路复用器，用于对M个信号进行多路复用，所述M个信号具有M个不同波长(λ_i)_1≤i≤M，其中M是小于或等于N的整数；
-至少一个掺铒光纤放大器(EDFA)，用于放大所述多路复用的信号；以及
-至少一个解多路复用器，用于对所述多路复用的信号进行解多路复用以产生M个解多路复用的信号，所述M个解多路复用的信号被输入到所述交叉连接单元的M个输入端口。

特别用于光信号的广播信号交叉连接单元
技术领域
本发明涉及一种特别适合于分组交换光通信网络的空间广播信号交叉连接单元。
背景技术
光通信网络包括节点。每个节点在其输入端口接收来自其它节点的信号，并从其输出端口向其它节点发送信号。因此，在输入端口接收的每个信号从输出端口被发送至另一个准备接收所述信号的节点。因而，在所接收的输入信号与所发送的输出信号之间一定存在着对应关系。也就是说，在某个端口接收的输入信号一定会被适当地发到正确的输出端口。这就是信号交叉连接单元的功能。这全部是现有技术中已知的。每个节点的每个交叉连接单元将每个输入信号传递到相关的输出端口。
下面这种情况通常被证明是有益的，即将同一输入信号广播至多个输出端口，也就是提供能够提供与任何输入信号相等同的多个输出信号的交叉连接单元。所述类型的交叉连接单元被称作广播交叉连接单元。
下列论文中描述了广播交叉连接单元：
“Design and implementation of a fully reconfigurable all-opticalcross-connect for high-capacity multi-wavelength transport network”，A.Jourdan et al.，IEEE Journal of Lightwave Technology，Vol.14，No.6，p.1198，June 1996，及
“A 2.56 Tb/s throughput packet/cell-based optical switch fabricdemonstrator”，S.Araki et al.，ECOC’98，20-24 September，Madrid，Spain。
广播交叉连接单元能够在所述节点的每个输出端口提供与每个输入信号相等同的输出信号，其中所述输入信号被插入到所述节点的输入中。
然而，广播交叉连接单元向所有的输出端口广播信号，由于每个信号被分为与输出端口的数目相等的多个信号，因此这引起了信号信息的严重损失。
此外，当不只一个端口关联于相同的目的地节点时，所述节点因此不必多次接收相同的信号，此时，没有必要将每个信号发送至所有的输出端口。
文献EP 0.852.437描述了光的空间和时间交换网络，所述网络将各自具有规定波长的输入信号传输至一个或多个输出节点而不必使用缓冲存储器，即使两个输入信号要被送往相同的输出节点。上述专利申请中所公开地结构包括下列级：包括分配器和波分复用器的分配器-复用器级、包括空间交换矩阵的空间交换级和包括波长选择器的波长选择级。所述类型的结构有选择地将输入信号传输至多个输出节点，而不是发送所述输入信号至所有的输出节点。
然而，上述结构利用多路复用技术来实现交换，并且以在各个复用器输入端口上插入不同波长的信号为先决条件。在输入端口上插入波分复用信号意味着要有对所述信号进行解复用的在前步骤。
此外，在输出上恢复具有规定波长的信号必须使用利用光学门的波长选择器。
发明内容
本发明目的是提供一种具有N个输入端口和P个输出端口的空间交叉连接单元，所述空间交叉连接单元包括广播级和交换级，用来将输入信号的广播限制在某些相关输出端口的范围内，从而防止输入信号信息的损耗，并且使得能够不依赖于任何频谱的考虑因素，即不使用多路复用技术或波长选择来进行输入信号的空间广播。
为此目的，本发明提出一种具有N个输入端口和P个输出端口的空间交叉连接单元，其包括：
-广播级，其包括至多N个信号分配器，每个分配器具有一个输入和C个输出，其中C是P的整数因子并小于P，每个输入与所述N个输入端口的一个端口相连接，这样所述N个分配器的每一个将在所述N个输入端口的一个端口上所接收的信号分成在所述C个输出端口上的C个信号，以及
-空间交换级，其包括至多C个空间交换模块，
所述交叉连接单元的特征在于：
-所述C个空间交换模块是无阻塞及非广播的，并且
-所述C个模块的每一个都具有N个输入和P/C个输出，所述N个输入与所述广播级的N个输出相连接，所述N个输出的每一个都来自于一个不同的分配器，并且所述C个模块的所述P/C个输出的每一个都与所述P个输出端口的一个相应的输出端口相连接。
通过本发明，可以将信号的分配限制在相关信号的数目C之内，数目C被称为连通度。这就避免了由于信号的完全分配，即分成P个信号而导致的损失。
此外，本发明可用于任何形式的输入信号，每个输入信号被空间交换到输出端口而与任何波长处理无关。于是，多路复用信号还可以被发送至不同的输出端口而不必例如通过解复用所述信号来处理所述信号的波长。
而且，所述交叉连接单元在广播级与交换级之间不使用任何多路复用的步骤。
交叉连接单元的一个实施例恰好包括N个广播器和C个空间交换模块。
所述C个模块的每一个都有益地包括这样的装置，所述装置用于将其N个输入的每一个连接到其P/C个输出的一个相应的输出上。
在第一实施例中，所述C个交换模块的每一个都是具有N个输入和P/C个输出的无阻塞交换矩阵。
在第二实施例中，所述C个交换模块的每一个都包括：
-K个具有N/K个输入和P/C个输出的无阻塞交换矩阵，其中K是N的整数因子；以及
-P/C个具有K个输入和一个输出的无阻塞交换矩阵，所述K个输入的每一个与所述K个交换矩阵中的一个的一个相应的输出相连接。
与在前的实施例相比，这相当大地减少了矩阵的规模，从而在很大程度上降低了成本。
在一个实施例中，所述C个交换模块的至少一个包括：
-K个具有N/K个输入和P/C个输出的无阻塞交换矩阵，其中K是N的整数因子；以及
-P/C个具有K个输入和一个输出的无阻塞交换矩阵，所述K个输入的每一个都与所述K个交换矩阵中的一个的一个相应的输出相连接。
因此，所述交叉连接单元可以是不完全装备的，即某些交换模块包含少于K个的交换矩阵或少于P/C个的交换矩阵。这样就减少了制造和安装的成本，省略的交换矩阵可以在需要时随后被加上。
在一个变形中，输入端口的数目N可以等于输出端口的数目P。
在另一个变形中，K等于C。
所述交换级有益地利用基于LiNbO₃的技术。所述技术产生非广播交换矩阵，即一个输入最多与一个输出相连。目前，根据本发明，在分配器的级别上实现广播的情况下，使用广播交换矩阵是没有益处的。因而，LiNbO₃技术非常适合于本发明。
所述P/C个具有K个输入和一个输出的交换矩阵有益地是半导体光放大器(SOA)交换矩阵。
所述C个模块的P/C个输出端口的每个有益地后接一个放大器。尽管在输入限制了输入信号的分配，但是如果输入信号在分配和交换的过程中遭受到损失，则放大器恢复输入信号的质量。出于同样的原因，在所述N个分配器的N个输入的每一个之前可以有一个放大器。
在优选的实施例中，每个所述空间交换模块包括：
-第一级，其包括保偏空间交换矩阵；并且
-第二级，其包括保偏半导体光放大器。
本发明还提出一种包括根据本发明的交叉连接单元的信号传输系统，其特征在于，所述系统包括：
-至少一个多路复用器，用于对M个信号进行多路复用，所述M个信号具有M个不同波长(λ_i)_1≤i≤M，其中M是小于或等于N的整数；
-至少一个掺铒光纤放大器(EDFA)，用于放大所述多路复用的信号；以及
-至少一个解多路复用器，用于对所述多路复用的信号进行解多路复用以产生M个解多路复用的信号，所述M个解多路复用的信号被输入到所述交叉连接单元的M个输入端口。
因此，通过在多个输入端口间共享所述放大器，本发明的交叉连接单元可以十分理想地使用EDFA，其中所述多个输入端口适当地将具有不同波长的输入信号进行分组。
通过下文中对本发明的实施例的描述，本发明的其它特征和优点将变得更加明显，其中该实施例是以说明性的且非限制性的例子的方式给出的。
附图说明
-图1描述了根据本发明的空间交叉连接单元的第一实施例的结构，
-图2描述了根据本发明的空间交叉连接单元的第二实施例的结构，
-图3描述了使用图2的结构的空间交叉连接单元，并且其具有相同数目的输入和输出端口，并且
-图4描述了使用图1的结构的空间交叉连接单元的一部分的一个实施例。
在所有的图中，各项具有同样的参考号码。
具体实施方式
图1描述了空间交叉连接单元Z的结构，所述空间交叉连接单元Z具有N个输入端口(E_i)_1≤i≤N、N个耦合器(A_i)_1≤i≤N、N个输入放大器D_E、C个交换矩阵(B_i)_1≤i≤C、P个输出放大器D_s和P个输出端口(S_i)_1≤i≤P。
所述N个输入端口(E_i)_1≤i≤N接收N个携带将被发送到输出的信息的输入信号。
所述N个耦合器(A_i)_1≤i≤N的每一个都具有一个输入，并且适合于通过广播C个与输入信号携带相同信息的信号来响应每个所接收的输入信号。
所述C个交换矩阵(B_i)_1≤i≤C是具有N个输入和P/C个输出的无阻塞空间交换矩阵，其中C是P的因子。于是，所述C个交换矩阵的每一个将其N个输入的每一个电连接到其P/C个输出中相应的一个上。
首先，输入信号由放大器D_E的一个进行放大。所述被放大的输入信号被注入到N个耦合器(A_i)_1≤i≤N的一个的输入，并随后被广播到该耦合器的C个分别的输出O₁、...、O_C，于是产生了C个信号。所述C个信号的每一个被注入到所述C个交换矩阵(B_i)_1≤i≤C的一个的一个输入，每个所述矩阵将所述C个信号的一个交换至其P/C个输出的一个上。
随后，所述放大器D_S的一个对所述C个交换信号的每一个进行放大，并将其传送至输出端口(S_i)_1≤i≤P的一个端口。
于是，在所述C个输出端口上得到了来自于同一个输入信号的C个广播信号。因此，为了将输入信号的广播范围限制在C个相关输出端口内，而不是对所有的P个输出端口进行广播，所述交叉连接单元Z将一个信号广播到C个输出端口，其中C小于P。
所述交换矩阵可以使用基于LiNbO₃的技术。
所述放大器D_E和D_S例如是半导体光放大器(SOA)。
在所述M个信号被注入到交叉连接单元之前，同样可以使用未示出的掺铒光纤放大器(EDFA)来用于具有M个不同波长(λ_i)_1≤i≤M的M个信号的分组放大，其中M是小于或等于N的整数。因此，首先由未示出的多路复用器对所述M个信号进行分组。由EDFA放大所述多路复用的信号，并且由解多路复用器(未示出)对所述多路复用和放大的信号进行解复用以产生M个信号，接着，M个信号中的每一个进入所述交叉连接单元的M个输入端口的一个。
图2描述了空间交叉连接单元Z的结构，其中，除了用C个交换模块(B′_i)_1≤i≤C来代替所述C个交换矩阵(B_i)_1≤i≤C之外，所述结构与图1中所示的类似。所述C个交换模块(B′_i)_1≤i≤C的每一个都包括K个具有N/K个输入和P/C个输出的无阻塞交换矩阵(F_i)_1≤i≤K，其中K是N的整数因子，并且包括P/C个具有K个输入和一个输出的无阻塞交换矩阵(G_i)_1≤i≤P/C。
所述P/C个无阻塞交换矩阵(G_i)_1≤i≤P/C的所述K个输入的每一个与所述K个无阻塞交换矩阵(F_i)_1≤i≤K的每一个的一个相应的输出相连接。
所述交叉连接单元的操作与就图1所描述的操作是相同的。
例如，所述无阻塞交换矩阵(G_i)_1≤i≤P/C是半导体光放大器(SOA)交换矩阵，并且所述K个无阻塞交换矩阵(F_i)_1≤i≤K是利用基于LiNbO₃的技术的交换矩阵。
图3描述了空间交叉连接单元Z，所述空间交叉连接单元Z使用具有16个输入端口和16个输出端口的图2的结构，其中整数K和C等于4。所述交叉连接单元Z具有16个输入端口(E_i)_1≤i≤N、16个耦合器(A_i)_1≤i≤N、16个具有四个输入和四个输出的无阻塞交换矩阵(F_i)_1≤i≤K、16个具有四个输入和一个输出的无阻塞交换矩阵(G_i)_1≤i≤P/C、以及16个输出端口(S_i)_1≤i≤P。为了图的清晰起见，没有示出所述放大器。
交叉连接单元可以是不完整的，也就是说是可以是不完全装备的。因此，由于制造和安装成本的原因，可以考虑在其中安装数量少于最大数量N的分配器或者数量少于最大数量C的交换模块。同样地，交换模块也可以是不完全装备的；因此，交换模块可以包括少于K个的具有N/K个输入和P/C个输出的无阻塞交换矩阵或者少于P/C个的具有K个输入和一个输出的无阻塞交换矩阵。可以在需要时由用户另外加上被省略的部分。
图4示出了使用图1的结构的空间交叉连接单元的空间交换模块B₁、...、B_C的一个具体实施例。例如，模块B₁包括：
-第一级，其包括K个具有P/C个输入和P/C个输出的空间交换矩阵M₁、...、M_K(其中K是N的整数因子)，所述输入构成了模块B₁的N个输入端口；
-第二级，其包括P/C组放大器，例如MQWSOA₁，...，MQWSOA_K组；所述放大器被用作由未示出的装置所控制的光学门，并且每个组具有P/C个输入，每个所述输入与K个矩阵M₁、...、M_K中的一个的一个相应的输出相耦合；并且
-第三级，其包括P/C个频谱多路复用器C₁、...、C_P/C，每个所述频谱多路复用器具有K个输入，所述K个输入与例如MQWSOA₁、...、MQWSOA_K组的同一组放大器的K个输出相连接，所述多路复用器的输出构成了模块B₁的输出。
在一个有益的实施例中，所述矩阵M₁、...、M_K是利用铌酸锂(LiNbO₃)的光电属性的矩阵，例如出自于Lynx(Israel)公司的Packet.8×8矩阵，并且所述放大器MQWSOA₁、...、MQWSOA_K是多量子阱半导体光放大器，该放大器随处可以购买到。
铌酸锂矩阵提供了非常好的性能，但是却对偏振非常敏感。由于如果光信号的偏振平面不符合特定的平面，则所述铌酸锂矩阵就会引起光信号的衰减，因此，所述铌酸锂矩阵被描述为“保偏”的。因此，为了防止这种衰减，必须在输入E₁、...、E_N到矩阵M₁、...、M_K之间使用保偏的光器件和光连接器。
所述多量子阱半导体光放大器MQWSOA₁、...、MQWSOA_K比不具有多量子阱的半导体光放大器提供更好的性能，但是其对光信号的偏振非常的敏感性。由于必需在所述放大器上游侧使用保偏的光器件和光连接器，因此，所述多量子阱半导体光放大器的使用通常会导致超支。然而，在本发明的交叉连接单元的所述实施例中，由于铌酸锂矩阵M₁、...、M_K无论如何都必须在输入E₁、...、E_N到矩阵M₁、...、M_K之间使用保偏光器件和光连接器，因此，可以使用多量子阱半导体光放大器而不会有太多的超支。
当然，本发明不限于所描述的实施例。特别地，可以使用其它技术用于交换矩阵和放大器。
并且，本发明的交叉连接单元同样适用于分组交换和电路交换。
最后，任何装置都可以由等同的装置来替代而不脱离本发明的范围。