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光交叉连接的中实现方法（陈伟）
1引言
光交叉连接是全光网络的核心技术，也是全光网络技术中最难解决的“瓶颈”问题。在
理想的全光网中，信号从源节点到目的节点均是在光的范畴内进行，但是由于现有器件技术
的限制，使得全光网中冬节点的处理能力有限，并不能完成光波转换及存储等功能，而这些
功能对于全光网有效地运行具有很重要的意义。因此人们从实用的角度出发提出了有限制地
在节点上使用电处理的策略，即用电处理来完成现在光处理所不能完成的功能，从而使全光
WDM网的运行使用的能力和范围得到充分的扩展。
光波转换及高速交叉连接等技术在电领域已经是一种成熟的技术，因此使用电方法实现
光交叉连接具有现实意义，这样对加速全光网络实际应用具有促进作用。光交叉连接设备应
具有传输的透明性、带宽管理、光网络的保护和恢复等主要功能。对于电实现来说：传输的
透明性是较难实现的，其他方面的功能都比较容易实现。
2电实现方法
光交叉连接的电实现方案包括光分波器、光收模块、电交叉连接单元、光发模块、光合
波器、波长性能监测单元、控制管理单元等，其中除了光分波器和光合波器为全光器件外，
其他单元都使用电实现方法。
光分波器：把单光纤内多波长光按波长解复用成多束单波长光。
光合波器：把多来单波长光复用到单光纤内形成多波长光。
光收模块：把光信号转换成电信号，并能够检测光信号的参数（光功率等）。
光发模块：把电信号转换成光信号，并能够调节和检测光信号的参数（光功率、光波长
等）。
电交叉连接单元：把任一输人口的电信号通过控制可以调配到任意一个或多个输出口，
再进行电信等输出。现有成熟技术可以单级实现2.5Gb／s电信号的64×65的电信号交叉。
监控波长处理单元：利用非业务光通道（2Mb/s）传送节点间信息和网络信息。
波长性能监测单元：对单波长光信号的性能监测和管理。光信号性能包括光功率、光信
号丢失、光线路劣化等。光线路误码监测是先通过光收模块把光信号转换成电信号后，进一
步进入电交叉连接单元选择出需要监测波长的电信号，再使用电的方法来完成。
控制管理单元：完成系统各单元的性能监测与管理；控制系统各单元协同工作；配置电
交叉连接单元的路由；融入传送网管理系统。
（1）将输入的多波长光信号通过光分波器解复用成多束单波长光信号；
（2）把光信号输入到光收模块转换成电信号；
（3）电信号在电交叉连接单元中完成信号的交叉连接；
（4）电交叉连接单元输出的电信号经光发模块转换成特定波长特定功率的光信号；
（5）最后特定波长特定功率的光信号通过光合波器复用成多波长光信号输出。
此方法从宏观上完成了光信号的交叉连接功能和波长的本地上下路功能。
3电实现系统的功能与性能
电交叉连接单元具有无阻塞特性，加上光发模块具有波长选择功能，因此系统可以完成
无阻塞的光交叉连接和波长重用，支持虚波长通道，允许波长的广播发送。整个系统以单波
长为一个独立的处理单位，可以完成波长的路由选择，实现网间的信号调配。控制管理单元
与传送网的网络管理系统统一协调工作，当网络业务分布发生变化或网络结构发生变化时，
可以动态重构网络。
整个系统按模块化设计，可以动态改变光收模块和光发模块的数量，在线扩大电交叉连
接单元的交叉容量，在线增加光分波器和光合波器的数量来增加光复用段的数量，从而适应
不同业务量节点的要求，当节点业务量发生变化时系统也能平滑过渡。这种实现方法具有以
下特点：系统结构简单；单元技术成熟；有很强的可扩展性；基本单元少；对于不同业务量
节点，系统都具有很高的性能价格比。
整个系统通过波长性能监测单元检测系统和波长的状态，当检测到缺陷时，通知控制管
理单元，控制管理单元根据特定的保护倒换协议采取相应的保护措施，调整电交叉连接单元
路由配置，并通过监控波长处理单元把本节点的状态传送到网络的相关节点和管理系统，从
而完成光通道保护；整个系统也可以接受管理系统的倒换命令，进行光通道倒换，人工来完
成光网络的保护；整个系统还可以通过监控波长处理单元接收光网络的相关节点和管理系统
的信息，当发现光网络有缺陷时，自动进行光通道路由搜索，完成光网络级的光通道路由保
护和光网络的重构。
整个系统没有处理信号中的数据，不同的数据格式可以完整穿过系统，因此系统对数据
格式具有透明性。全光网的传输透明性除数据格式透明性外还包括传输码率透明性和调制方
式透明性等两种，这正是电实现的难点。
4电实现难点及解决方法
传输码率透明性对电实现方法的难点在于光收模块，因为系统的其他部分对传输码率显
透明状态。可以使用无时钟再生的2R光收模块技术和时钟再生速率可调光收模块技术来解决
传输码率透明性问题。2R光收模块对传输码率完全透明，而且终止了光线路的色散累加。由
于2R光收模块无时钟再生，所以在信号处理过程中将引人信号抖动和失真，当信号穿过多级
2R光收模块时信号抖动和失真将累加，这样影响了信号穿过的2R光收模块节点数，是2R光收
模块的弱点。时钟再生速率可调光收模块对传输码率不完全透明，而且终止了光线路的色散
累加，当它进行信号时钟再生后，时钟再生速率可调光收模块可以终止光线路的非线性累加
和信号的抖动累加，这样信号穿过的时钟再生速率可调光收模块的节点数不受限制；另一方
面，因有时钟再生单元，会受到锁相环锁相频率范围限制，难以解决51MHz～2.5GHz如此宽
的锁相范围，不过容易解决多锁相频点技术，这恰恰满足现代标准传输速率系列要求，如SDH
的155.522Mb／S、622.08Mb／S。2.488Gb／s等传输速率系列和千兆以太网的1.25Gb／s传输
速率系列，因此时钟再生速率可调光收模块可以有条件地满足传输码率透明性要求。
电实现方法对光信号进行调制和解调制，因此实现调制方式的透明性难度很大。目前，
光信号调制方式分为强度调制和光孤子调制两种方式，光孤子调制方式还未商用化，市场上
只有强度调制方式。正因为这样，从商业角度来看，调制方式本身就具有透明性。
电实现方法可以很好地解决全光网络技术中的光交叉连接“瓶颈”问题，虽然电实现方
法比全光解决方法在传输透明性上略微逊色一点，但是电实现方法具有很强的可实现性和很
高性价比，相对于今天不成熟的全光技术，光交叉连接的电实现方法具有很高的现实意义，
同时它也将促进全光网络迅速发展。
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