WSS技術簡介

DWDM密集波分復用系統是當前見的光層組網技術，通過復用/解復用器可以實現數十波甚至上百波的傳送能力，但是當前的波分復用系統，其本質上還是一個點到點的線路系統，大多數的光層組網只能通過終端站(TM)實現的光線路系統構建。稍后出現的OADM光分插復用器，逐漸邁出了從點到點組網向環網的演進。但是由于OADM有限的功能，通常只能上下固定數目和波長的光通道，并沒有真正實現靈活的光層組網。因此，從某種意義上說，早期的波分復用系統并沒有實現真正意義上的光層組網，難以滿足業務網絡IP化和分組化的要求，例如網絡的業務調度能力、可靠性、可維護性、可擴展性、可管理性等。這種情況直到ROADM的出現才得以改善。為了滿足IP網絡的需求，基礎承載網的建設逐漸采用一種以可重構光分插復用設備(ROADM)為代表的光層重構技術，為基礎承載網的建設提供了全新的思路。

ROADM的主要技術簡介

ROADM是一種類似于SDH ADM光層的網元，它可以在一個節點上完成光通道的上下路(Add/Drop)，以及穿通光通道之間的波長級別的交叉調度。它可以通過軟件遠程控制網元中的ROADM子系統實現上下路波長的配置和調整。目前，ROADM子系統常見的有三種技術：平面光集成（Planar Lightwave Circuits，PLC）、波長阻斷器（WavelengthBlocker，WB）、波長選擇開關（Wavelength Selective Switch，WSS）。

ROADM的發展階段

1．基于各種WB技術的Ⅰ類ROADM，被稱為代ROADM，商用，技術已經成熟；

2．PLC單片集成的Ⅰ類和其他Ⅱ類ROADM，被稱為第二代ROADM，已達到商用要求，正在逐步推廣；

3．采用各種技術實現的1×NWSS，屬于第三代ROADM，是當前的研究熱點，各種方案相繼推出，旨在增加端口數和提高性能，MEMS和LCoS技術

是兩種的解決途徑；?

4．基于N×NWSS的OXC，被稱為第四代ROADM，尚處于技術準備階段。

波長阻斷器WB

商業化，也是被認為是ROADM代技術的是波長阻斷器（WB）技術。其工作原理如圖2所示。該技術通過使用功分器把全部波長的信號都按功率分為兩束，一束經過WB模塊，傳輸至下一個ROADM網絡單元。另一束則傳到下行支路。WB模塊的作用是將需要下行的波長阻斷。WB模塊見的結構是使用解復用器-可變光衰減器（VOA）-復用器結構，即解復用后每個波長都接一個可程控的VOA，根據需要將已下行的波長衰減掉。剩余的波長在經波分復用器復用后傳輸到下一個網絡元。圖2所示的支路里，需下行的波長經解復用器分開，并使用光性能監控（OPM）來保證下行不同波長功率的均衡性。

圖1

目前WB技術很成熟、具有低成本，結構簡單，模塊化程度好，預留升級端口時可支持靈活擴展升級功能等優勢，適合用于LH和ULH系統，支持廣播業務（采用分功率的理念）。但是WB技術迫使運營商一次性購買多個波長。另外,這種結構需要采用外部濾波器進行波長下路,如果采用固定濾波器,則無法實現動態重構上、下路波長,只能重構直通波長，不易過渡至光交叉互連（OXC）。

平面光集成PLC

第二代ROADM是基于平面光集成（PLC）的技術。實際上它是2000年前后出現的DSM-ROADM技術的發展和延續。通過集成波導技術，將解復用器（通常是AWG）、1X2光開關、VOA、復用器等集成在一塊芯片上，規模化生產后能有效降低成本。因此PLC技術是成本相對的ROADM實現方案。由于使用了1X2或2X2的光開光，因此具有二維自由度。但PLC-ROADM和WB-ROADM很多方面還是很類似的，兩種方案上、下路端口都與波長相關，無法重構上、下路波長。

波長選擇開關WSS

第三代ROADM技術就是WSS。和WB相比，WSS的特點是不再需要WB模塊，每個波長都可以被獨立的交換。多端口的WSS模塊能獨立的將任意波長分配到任意路徑。因此基于WSS的網絡具有多個自由度，不再像WB或PLC那樣需要對網絡互連架構做預先設定。

三的WSS器件供應商為JDSU，Finisar和Coadna。其中JDSU采用MEMS技術，Finisar基于LCOS的技術，科納光通Coadna基于液晶技術lightflow，日本公司采用平面光波導技術在日本，但出口不多。通道數可調，帶寬可調，方向可調的WSS。基于LCOS技術的器件是目前行業內普遍看好的技術。

WSS技術對比

l 基于LCoS技術的方案，具有通帶特性；

l 基于MEMS技術的方案，端口數相對較少，且工作于50GHz通道間隔時PDL偏大，但工作于100GHz通道間隔時具有很好的特性；

l 基于PLC+MEMS技術的方案，損耗稍大，通帶特性稍差，但也能滿足系統要求，而且器件尺寸相對較小；

l 基于PLC技術的方案，通帶優化后能獲得較好的特性，缺點是增加端口數會使損耗線性增加，而且功耗較大。功耗約10W，其他方案的功耗很小，可忽略。

1.基于微機電（MEMs）技術的WSS模塊：

WSS模塊的技術方案有許多，其中的是使用解復用器和MEMs微反射鏡的組合。的基于MEMs的WSS模塊于1999年由Ford提出，當時他們使用的是數字式MEMs鏡，因此能實現1X2的互連。后來的研究拓展了該技術，采用陣列式模擬MEMs，可實現更高自由度的互連，

圖2

上圖所示技術方案是WSS模塊受關注最多的方案之一。它包括解復用器、1X N的MEMs光開關和波長再復用功能。輸入光纖端口的波分復用信號經過光柵實現波長分離，然后聚焦于透鏡焦平面上。單軸反射鏡組安放于焦平面，每一個透鏡對應一個波長。通過調整反射鏡角度，將對應波長光信號反射到特定輸出光纖。這種方案結構簡單，使用方便。在這個結構中，輸出光纖耦合功率直接依賴于MEMs鏡角度控制的精確性。因此該方案保持MEMs微鏡長期工作的穩定性和可重復性是最關鍵的問題。目前已經有報導，材料介質層的殘余電荷會導致MEMs鏡累計靜電荷，導致系統可靠性惡化。

圖3

注意到圖2中MEMs鏡是單軸的，因此只能實現直線的光束掃描。如果我們MEMS鏡改成兩軸向掃描，同時使用二維準直器陣列，那么我們也很容易將圖9的節點互連數擴展到N2。如圖3所示。的實現方式之一是采用4f成像系統，使用兩個正交的單向掃描來構造系統。

2.基于PLC技術的WSS模塊：

對 WSS 模塊，另一個很受關注的實現方案是 PLC技術。由于全部元件被集成在一塊芯片上，且是平面結構，自然就不能像前面 MEMs 那樣二維擴展，實現 N2 數目的擴容。但是，由于全部元件被集成在一塊芯片上，因此可靠性明顯增強，不存在前面提到，由于靜電累計造成的性能惡化。并且 MEMs 基的 WSS 元件性能缺點是損耗大，而基于 PLC 的元件通常具有損耗低的優勢。

3.基于液晶的 WSS：

除了 MEMS 和 PLC，目前另一類使用較廣泛的WSS 實現方式是基于液晶技術。這種方案很簡單，就像空間光調制器的原理一樣，通過將不同波長的光照射在不同的像素上，進而控制相應像素液晶取向，調節光的偏振態改變，再使用檢偏器就能控制輸出光的強度。

圖4

從圖4可以看到，系統工作原理和圖2所示 MEMs- WSS 是非常接近的。系統都是通過輸入光纖后，再經過一光柵基的波分復用器，將各個波長按空間不同位置解復用開。所不同的是波長選擇單元，圖 2是靠獨立的控制反射鏡角度來實時改變某個波長的行進方向，以實現任意波長任意路徑的上下行。而圖2控制光的行進是靠相位變化。液晶的空間光調制器可以根據需要改變某個波長的相位，注意圖4中所有光束路線是可逆的。比如所有光波長從圖中跟光纖輸入，通過空間相位調制（SLM），其他 N-1 個波長改變相位相同，反射回

去重新復用后從第二根光纖輸出。而需要下行的相位可以改變不一樣，則可從第三根光纖輸出，相應信號可以傳到下行支路。

圖5

為了更好的理解這個過程，給出了圖5的示意圖，注意這里簡化了波分復用等元件。之所以這種 WSS 實現方式近來廣受關注，主要是因為該方案靈活性相當高。我們看到MEMs 反射鏡只改變光的傳播方向，而圖 16 的 SLM 是通過相位改變來調節光路。在相位改變改變光方向的同時，還可以通過相位調節來矯正色散。此外除了補償色散，我們知道靠調相還可以做很多事情，比如用于脈沖整形等等。因此LCoS技術目前在行業內被普遍看好。