專利名稱：一種奇數(shù)端口的光開關(guān)矩陣的構(gòu)建和控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種奇數(shù)端口的光開關(guān)矩陣的構(gòu)建和控制方法，可應(yīng)用于光交叉連接設(shè)備(OXC)、光分插復(fù)用設(shè)備(OADM)以及波分復(fù)用系統(tǒng)(DWDM)中有光開關(guān)矩陣要求的應(yīng)用場合。
背景技術(shù)：
波分復(fù)用系統(tǒng)的應(yīng)用使得一根光纖中傳輸多個(gè)波長，從而大大提高了一根光纖中的可用帶寬，并且降低了帶寬成本。現(xiàn)在波分復(fù)用系統(tǒng)已經(jīng)在通信網(wǎng)絡(luò)中成功的應(yīng)用，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。隨著使用WDM技術(shù)的通信產(chǎn)品的逐漸成熟和商業(yè)化，使用WDM技術(shù)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，如環(huán)形網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)等的研究和開發(fā)成為重點(diǎn)。在這種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中，關(guān)鍵設(shè)備是光分插復(fù)用設(shè)備(OADM)和光交叉連接設(shè)備(OXC)。OADM節(jié)點(diǎn)的主要功能是在本地上下指定的波長通道，而OXC的主要功能是為波長通道尋找路由，并疏導(dǎo)大量的業(yè)務(wù)。
在光交叉連接設(shè)備和光分插復(fù)用設(shè)備中，有大量的光開關(guān)需求。光開關(guān)是較為重要的光無源器件，可實(shí)現(xiàn)在全光層的路由選擇、波長選擇、光交叉連接以及自愈保護(hù)等功能。目前光開關(guān)的主要應(yīng)用包括(1)光交叉連接(OXC)，OXC由光開關(guān)矩陣組成，主要實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)光路徑管理、光網(wǎng)絡(luò)的故障保護(hù)、靈活增加新業(yè)務(wù)等，可以使全光網(wǎng)絡(luò)中信息傳輸?shù)墓庑盘?hào)進(jìn)行直接交換和交叉連接，它與至今為止應(yīng)用的電交叉連接相比，省去了光-電及電-光變換過程，設(shè)備相應(yīng)簡化?；陔娹D(zhuǎn)換的開關(guān)是面向特定傳輸速率的光交換，一旦網(wǎng)絡(luò)提速，電氣方面就要升級(jí)來適應(yīng)更快的傳輸速率。相反，光直接交換對傳輸速率是透明的，現(xiàn)在配備的光開關(guān)同樣能夠滿足未來光網(wǎng)絡(luò)提速的需求。采用直接交換和交叉連接，不僅可以減少干擾的可能性，而且可以盡快消除同步網(wǎng)絡(luò)中的干擾，提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可靠性，還可以使光傳輸系統(tǒng)無中繼傳送更長的距離。(2)光分插復(fù)用設(shè)備(OADM)，主要應(yīng)用于環(huán)形的城域網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)單個(gè)波長和多個(gè)波長從光路上自由上下，用光開關(guān)實(shí)現(xiàn)的OADM可以通過軟件控制動(dòng)態(tài)上下任意波長，這樣將增加網(wǎng)絡(luò)配置的靈活性。(3)用光開關(guān)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)保護(hù)倒換。當(dāng)光纖斷裂或傳輸發(fā)生故障時(shí)，就可以通過光開關(guān)改變業(yè)務(wù)的傳輸路徑，實(shí)現(xiàn)對業(yè)務(wù)的保護(hù)。
目前用簡單的光開關(guān)構(gòu)建的光開關(guān)矩陣通常只能提供偶數(shù)端口，例如4×4、8×8等光開關(guān)矩陣。而當(dāng)實(shí)際應(yīng)用過程中用到具有奇數(shù)端口的光開關(guān)矩陣時(shí)，只能用大于需要的光開關(guān)矩陣來滿足需求，造成資源浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用小規(guī)模的光開關(guān)矩陣來構(gòu)建較大規(guī)模具有奇數(shù)端口和阻塞功能的光開關(guān)矩陣，使其可以應(yīng)用于全光的OXC或城域網(wǎng)的OADM設(shè)備中或DWDM系統(tǒng)中?；蛘邞?yīng)用于波分系統(tǒng)的點(diǎn)到點(diǎn)保護(hù)應(yīng)用中。特別是采用已經(jīng)達(dá)到實(shí)用化程度的光開關(guān)和技術(shù)同樣成熟的耦合器來構(gòu)建光開關(guān)矩陣，實(shí)現(xiàn)方式簡單，成本較低。
本發(fā)明的奇數(shù)端口的光開關(guān)矩陣的構(gòu)建和控制方法，包括光開關(guān)和耦合器，是利用N+1個(gè)1×N光開關(guān)和N+1個(gè)N:1耦合器構(gòu)建(N+1)×(N+1)光開關(guān)矩陣，N是偶數(shù)。每一個(gè)1×N光開關(guān)的N個(gè)輸出口分別連至N個(gè)N:1耦合器的輸入端口，留一個(gè)N:1耦合器不連，同樣每一個(gè)N:1耦合器的輸入端口分別連至N個(gè)1×N光開關(guān)的輸出端口，第K(1≤K≤N+1)個(gè)光開關(guān)與第K(1≤K≤N+1)個(gè)耦合器不連。通過對每一個(gè)1×N光開關(guān)的控制，使輸入的光信號(hào)輸出到N個(gè)輸出端口中的任意一個(gè)，但不同的1×N光開關(guān)的輸入光信號(hào)要輸出到不同的耦合器的輸入端。
所述的光開關(guān)矩陣的構(gòu)建和控制方法，是利用N+1個(gè)1×N光開關(guān)和N+1個(gè)N:1合波器構(gòu)建(N+1)×(N+1)光開關(guān)矩陣。
所述的光開關(guān)矩陣的構(gòu)建和控制方法，是利用N+1個(gè)1:N分束器和N+1個(gè)N選1的光路選擇器構(gòu)建具有廣播作用的(N+1)×(N+1)光開關(guān)矩陣。
所述的光開關(guān)矩陣的構(gòu)建和控制方法，其中1×N光開關(guān)可以用N-1個(gè)1×2光開關(guān)通過級(jí)連方式構(gòu)建。
所述的具有廣播作用的光開關(guān)矩陣的構(gòu)建和控制方法，其中N選1光路選擇器可以用N-1個(gè)2選1光路選擇器通過級(jí)連方式構(gòu)建。
本發(fā)明的有益效果1、實(shí)現(xiàn)方式簡單可行，只需用成熟技術(shù)的光開關(guān)和耦和器就可以構(gòu)建具有奇數(shù)端口的(N+1)×(N+1)光開關(guān)矩陣和(N+1)×(N+1)光開關(guān)廣播矩陣。
2、控制簡單，對(N+1)×(N+1)光開關(guān)矩陣的控制實(shí)質(zhì)是對N個(gè)1×N光開關(guān)和N個(gè)N選1光路選擇器的控制，控制方式靈活，既可以是通過軟件進(jìn)行控制，也可以通過手工方式進(jìn)行控制。
3、1×N光開關(guān)可以用N-1個(gè)1×2光開關(guān)通過級(jí)連方式構(gòu)建，組合比較方便，工藝簡單，成本較低。
4、N選1光路選擇器可以用N-1個(gè)2選1光路選擇器通過級(jí)連方式構(gòu)建，組合比較方便，工藝簡單，成本較低。
5、圖2方式構(gòu)建的光開關(guān)廣播矩陣能夠?qū)崿F(xiàn)某一個(gè)輸入端口K(1≤K≤N+1)的輸入的信號(hào)可以同時(shí)在除K(1≤K≤N+1)之外的其它N個(gè)輸出端口同時(shí)輸出，達(dá)到廣播目的。
6、圖1和圖2兩種方式構(gòu)建的光開關(guān)矩陣具有阻塞作用，即輸入端口K(1≤K≤N+1)輸入的信號(hào)雖然可以從其它的N個(gè)端口輸出，但是不可能從輸出端口K(1≤K≤N+1)輸出，即不能實(shí)現(xiàn)任一輸入端能在任意時(shí)刻將光波輸出到任意輸出端。


圖11×N光開關(guān)10和N:1合波器20構(gòu)建的(N+1)×(N+1)光開關(guān)矩陣。
圖2N選1的光路選擇器40與1:N分束器30構(gòu)建的(N+1)×(N+1)光開關(guān)廣播矩陣圖31×4光開關(guān)50和4:1合波器60構(gòu)建的5×5光開關(guān)矩陣。
圖44選1的光路選擇器80和1:4分束器70構(gòu)建的5×5光開關(guān)廣播矩陣。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明用來構(gòu)建光開關(guān)矩陣的基本單元是光開關(guān)和耦合器，利用這兩種基本單元可以構(gòu)建各種奇數(shù)端口的光開關(guān)矩陣，如3×3、5×5、…、(N+1)×(N+1)的光開關(guān)矩陣，N是偶數(shù)。但是光開關(guān)矩陣不是完全無阻塞的，即當(dāng)輸入端口K(1≤K≤N+1)輸入的信號(hào)雖然可以從其它的端口輸出，但是不可能從輸出端口K(1≤K≤N+1)輸出，即不能實(shí)現(xiàn)任一輸入端能在任意時(shí)刻將光波輸出到任意輸出端。其中1×N光開關(guān)通常均是光路可逆，假設(shè)一個(gè)端口輸入，N個(gè)端口中的一個(gè)作為輸出，則此時(shí)稱為1×N光開關(guān)，假設(shè)N個(gè)端口作為輸入端口，通過開關(guān)控制哪一個(gè)端口的輸入到達(dá)輸出端，此時(shí)此光開關(guān)稱為N選1光路選擇器。光耦合器從功能上可以分為功率耦合器和光波長分配耦合器，其中功率耦合器又可以分為合束器和分束器，N:1合束器為N個(gè)端口輸入，1個(gè)端口輸出，1:N分束器為1個(gè)端口輸入，N個(gè)端口輸出，通常功率耦合器均為光路可逆，即合束器和分束器可以是一種元件，而光波長分配耦合器又可以分為合波器和分波器，合波器是把多個(gè)波長的光合成一束光進(jìn)行傳播，而分波器是把一束多波長的光分成多個(gè)單波長的光進(jìn)行傳輸。
圖1是利用N+1個(gè)1×N光開關(guān)10和N+1個(gè)N:1合波器20構(gòu)建的(N+1)×(N+1)光開關(guān)矩陣，N是偶數(shù)。每一個(gè)1×N光開關(guān)10的N個(gè)輸出口分別連至N個(gè)N:1合波器20的輸入端口，留一個(gè)N:1合波器20不連。同樣每一個(gè)N:1合波器20的輸入端口分別連至N個(gè)1×N光開關(guān)10的輸出端口。第K(1≤K≤N+1)個(gè)光開關(guān)與第K(1≤K≤N+1)個(gè)合波器不連。通過對每一個(gè)1×N光開關(guān)的控制，使輸入的光信號(hào)輸出到N個(gè)輸出端口中的任意一個(gè)，但不同的1×N光開關(guān)輸入的光信號(hào)要輸出到不同的合波器的輸入端。
所以對以上方式構(gòu)建的光開關(guān)矩陣的控制，實(shí)質(zhì)上就是對1×N光開關(guān)的控制。從而控制方式非常簡單。這種方式構(gòu)建的光開關(guān)矩陣的插入損耗為1×N光開關(guān)的插入損耗和N:1合波器插入損耗之和。因此這種方法構(gòu)建較大規(guī)模光開關(guān)時(shí)插損會(huì)很大。一般以9×9以下為好。
圖2是利用N+1個(gè)1:N分束器30和N+1個(gè)N選1的光路選擇器40構(gòu)建的具有廣播作用的(N+1)×(N+1)光開關(guān)矩陣，N是偶數(shù)。此處的廣播作用是指某一輸入端口K(1≤K≤N+1)輸入的光信號(hào)，通過對光路選擇器的控制，可以使其同時(shí)輸出到除K(1≤K≤N+1)端口之外的其它N個(gè)輸出端口。每一個(gè)N選1的光路選擇器40的N個(gè)輸入口分別連到N個(gè)1:N分束器30的輸出端口，留一個(gè)1:N分束器30不連。同樣每一個(gè)1:N分束器30的N個(gè)輸出端口分別連至N選1的光路選擇器40的輸入端口。第K(1≤K≤N+1)個(gè)分束器與第K(1≤K≤N+1)個(gè)光路選擇器不連。通過控制N選1的光路選擇器40可以使多個(gè)輸入的光信號(hào)中的一個(gè)輸出到N個(gè)輸出端口中的任意一個(gè)。
所以對以上方式構(gòu)建的光開關(guān)矩陣的控制實(shí)質(zhì)上就是對N選1的光路選擇器40的控制。從而控制方式非常簡單。以這種方式構(gòu)建的光開關(guān)矩陣的插入損耗為N選1光路選擇其的插入損耗和1:N分束器的插入損耗之和。因此這種方法構(gòu)建較大規(guī)模光開關(guān)時(shí)插損會(huì)很大，一般以9×9以下為好。
圖3利用5個(gè)1×4光開關(guān)50和5個(gè)4:1合波器60構(gòu)建的5×5光開關(guān)矩陣。每一個(gè)1×4光開關(guān)50的4個(gè)輸出口分別連至4個(gè)4:1合波器60的輸入端口，留一個(gè)4:1合波器60不連。同樣每一個(gè)4:1合波器60的輸入端口分別連至4個(gè)1×4光開關(guān)50的輸出端口。第K(1≤K≤5)個(gè)光開關(guān)與第K(1≤K≤5)個(gè)合波器不連。通過對每一個(gè)1×4光開關(guān)50的控制，以使輸入的光信號(hào)輸出到4個(gè)輸出端口的任意一個(gè)，但是任意1×4光開關(guān)50不能將光信號(hào)開關(guān)到同一個(gè)輸出端口上。所以對以上方式構(gòu)建的光開關(guān)矩陣的控制實(shí)質(zhì)上就是對1×4光開關(guān)50的控制。從而控制方式非常簡單。這種方式構(gòu)建的光開關(guān)矩陣的插入損耗為1×4光開關(guān)50的插入損耗和4:1合波器60插入損耗之和。
圖4中利用5個(gè)4選1的光路選擇器80和5個(gè)1:4分束器70構(gòu)建的具有廣播作用的5×5光開關(guān)矩陣。此處的廣播作用是指當(dāng)某一輸入端口K(1≤K≤5)輸入的光信號(hào)，通過對光路選擇器的控制，可以使其同時(shí)輸出到除K(1≤K≤5)端口之外的其它4個(gè)輸出端口。每一個(gè)4選1的光路選擇器80的4個(gè)輸入口分別連到4個(gè)1:4分束器70的輸出端口，留一個(gè)1:4分束器70不連。同樣每一個(gè)1:4分束器70的4個(gè)輸出端口分別連至4個(gè)4選1的光路選擇器80的輸入端口。第K(1≤K≤5)個(gè)分束器與第K(1≤K≤5)個(gè)光路選擇器不連。通過控制4選1的光路選擇器80可以使多個(gè)輸入的光信號(hào)中的一個(gè)輸出到4個(gè)輸出端口中的任意一個(gè)。所以對以上方式構(gòu)建的光開關(guān)矩陣的控制實(shí)質(zhì)上就是對4選1的光路選擇器80的控制。從而控制方式非常簡單。以這種方式構(gòu)建的光開關(guān)矩陣的插入損耗為4選1的光路選擇器80的插入損耗和1:4分束器70的插入損耗之和。
權(quán)利要求
1.一種奇數(shù)端口的光開關(guān)矩陣的構(gòu)建和控制方法，包括光開關(guān)和耦合器，其特征在于利用N+1個(gè)1×N光開關(guān)和N+1個(gè)N∶1耦合器構(gòu)建(N+1)×(N+1)光開關(guān)矩陣，N是偶數(shù)，每一個(gè)1×N光開關(guān)的N個(gè)輸出口分別連至N個(gè)N∶1耦合器的輸入端口，留一個(gè)N∶1耦合器不連，同樣每一個(gè)N∶1耦合器的輸入端口分別連至N個(gè)1×N光開關(guān)的輸出端口，第K(1≤K≤N+1)個(gè)光開關(guān)與第K(1≤K≤N+1)個(gè)耦合器不連。通過對每一個(gè)1×N光開關(guān)的控制，使輸入的光信號(hào)輸出到N個(gè)輸出端口中的任意一個(gè)，但不同的1×N光開關(guān)的輸入光信號(hào)要輸出到不同的耦合器的輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光開關(guān)矩陣的構(gòu)建和控制方法，其特征在于利用N+1個(gè)1×N光開關(guān)和N+1個(gè)N∶1合波器構(gòu)建(N+1)×(N+1)光開關(guān)矩陣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光開關(guān)矩陣的構(gòu)建和控制方法，其特征在于利用N+1個(gè)1∶N分束器和N+1個(gè)N選1的光路選擇器構(gòu)建具有廣播作用的(N+1)×(N+1)光開關(guān)矩陣，此處的廣播作用是指某一輸入端口K(1≤K≤N+1)輸入的光信號(hào)，通過對光路選擇器的控制，可以使其同時(shí)輸出到除K(1≤K≤N+1)端口之外的其它N個(gè)輸出端口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光開關(guān)矩陣的構(gòu)建和控制方法，其特征在于1×N光開關(guān)用N-1個(gè)1×2光開關(guān)通過級(jí)連方式構(gòu)建。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的光開關(guān)矩陣的構(gòu)建和控制方法，其特征在于N選1光路選擇器用N-1個(gè)2選1光路選擇器通過級(jí)連方式構(gòu)建。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光開關(guān)矩陣的構(gòu)建和控制方法，其特征在于1×N光開關(guān)用N-1個(gè)1×2光開關(guān)通過級(jí)連方式構(gòu)建。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光開關(guān)矩陣的構(gòu)建和控制方法，其特征在于N選1光路選擇器用N-1個(gè)2選1光路選擇器通過級(jí)連方式構(gòu)建。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光開關(guān)矩陣的構(gòu)建和控制方法，其特征在于N是小于等于8的偶數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光開關(guān)矩陣的構(gòu)建和控制方法，其特征在于N是小于等于8的偶數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種奇數(shù)端口的光開關(guān)矩陣的構(gòu)建和控制方法，包括光開關(guān)和耦合器，是利用N+1個(gè)1×N光開關(guān)和N+1個(gè)N∶1耦合器構(gòu)建(N+1)×(N+1)光開關(guān)矩陣，N是小于等于8的偶數(shù)。每一個(gè)1×N光開關(guān)的N個(gè)輸出口分別連至N個(gè)N∶1耦合器的輸入端口，留一個(gè)N∶1耦合器不連，同樣每一個(gè)N∶1耦合器的輸入端口分別連至N個(gè)1×N光開關(guān)的輸出端口。第K(1≤K≤N+1)個(gè)光開關(guān)與第K(1≤K≤N+1)個(gè)耦合器不連。通過對每一個(gè)1×N光開關(guān)的控制，使輸入的光信號(hào)輸出到N個(gè)輸出端口中的任意一個(gè)，但不同的1×N光開關(guān)的輸入光信號(hào)要輸出到不同的耦合器的輸入端。耦合器分別是采用合波器和分束器來實(shí)現(xiàn)的。
文檔編號(hào)H04J14/02GK1548995SQ03119068
公開日2004年11月24日 申請日期2003年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月15日
發(fā)明者魏學(xué)勤, 謝秋紅, 朱冰 申請人:烽火通信科技股份有限公司