一文了解ROADM的五種結(jié)構(gòu)與特性

ROADM（Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer)是可重構(gòu)光分插復(fù)用器，一種使用在密集波分復(fù)用（DWDM）系統(tǒng)中的器件或設(shè)備，通過遠(yuǎn)程的重新配置，可以動態(tài)上路或下路業(yè)務(wù)波長，實現(xiàn)業(yè)務(wù)的靈活調(diào)度。

每個ROADM節(jié)點包含一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接口（NNI）和一個用戶網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）。NNI互連來自/去往多個傳輸方向的DWDM信號，這些DWDM信號以波長粒度在各傳輸方向之間切換。UNI以波長粒度下載目的地為本節(jié)點的信號，并從本節(jié)點上傳信號。為了實現(xiàn)無阻塞的波長交換和上/下載，新一代ROADM節(jié)點要求具有無色、無方向性和無競爭（CDC ROADM）的特點。

ROADM節(jié)點通常由波長選擇開關(guān)（WSS）和其他模塊組成，CDC功能取決于ROADM節(jié)點的結(jié)構(gòu)，而靈活帶寬功能則取決于其中的關(guān)鍵模塊WSS。目前主流的WSS技術(shù)方案有三種：MEMS、液晶（LC）和硅基液晶（LCOS），其中LCOS WSS源生性支持靈活帶寬功能，LC WSS經(jīng)優(yōu)化設(shè)計之后也能支持靈活帶寬功能，而MEMS WSS則不支持該功能。 以下為五種ROADM結(jié)構(gòu)。

CD ROADM結(jié)構(gòu)

圖1所示ROADM結(jié)構(gòu)#1，其NNI側(cè)由1×N端口WSS構(gòu)成，一個M維（圖中僅畫出三維）ROADM節(jié)點需要2M個WSS。UNI側(cè)包含數(shù)個上/下載模塊（圖中僅畫出了兩個），每個下載模塊由兩個背靠背連接的1×N端口WSS構(gòu)成，每個上載模塊由一個1×N端口WSS與一個光分路器背靠背連接構(gòu)成。由1×N端口WSS的功能可知，此ROADM結(jié)構(gòu)可支持信號的無色、無方向性上/下載。然而，當(dāng)ROADM節(jié)點的維度大于UNI側(cè)上/下載模塊數(shù)量時，將會中圖中紅色圈中位置發(fā)生波長競爭。或許我們可以通過增加上/下載模塊數(shù)量來解決波長競爭問題，但代價不菲。因此這種ROADM結(jié)構(gòu)不能完全滿足CDC ROADM功能，只能確定為CD ROADM。

圖1. ROADM結(jié)構(gòu)#1

基于組播開關(guān)MCS的ROADM結(jié)構(gòu)

第二種ROADM結(jié)構(gòu)如圖2所示，與ROADM#1一樣的是，其UNI側(cè)也是由1×N端口WSS構(gòu)成，而UNI側(cè)由多播光開關(guān)MCS構(gòu)成。一個M×N端口MCS開關(guān)有M個輸入端口和N個輸出端口，由M個1×N端口光分路器（PS）和N個M×1端口光開關(guān)（OSW）構(gòu)成。光信號從其中一個輸入端口輸入，首先被光分路器分成N份，向所有N個光開關(guān)廣播；然后由對應(yīng)目標(biāo)輸出端口的光開關(guān)選擇接收到的光信號，而其他光開關(guān)而忽略該信號。

根據(jù)1×N端口WSS和MCS的功能，ROADM結(jié)構(gòu)#2可實現(xiàn)CDC功能，然而，MCS中的光分路器在分光廣播時，產(chǎn)生的損耗太大，因此需要光放大器陣列來補充光功率。配置光放大器陣列，其代價不菲。

圖2. ROADM結(jié)構(gòu)#2

基于WSS的CDC-ROADM

圖3所示為ROADM結(jié)構(gòu)#3，與前述結(jié)構(gòu)的差異還是在UNI側(cè)，它以兩個M×N端口WSS實現(xiàn)信號的CDC（無色、無方向性、無競爭）上/下載。一個M×N端口WSS有M個輸入端口和N個輸出端口，它可以將任意輸入端口中的任意波長組合，交換到任意輸出端口。M×N端口WSS的損耗遠(yuǎn)小于MCS，因此無需配置光放大器。

圖3. ROADM結(jié)構(gòu)#3

基于WSS+AWG的ROADM結(jié)構(gòu)

ROADM結(jié)構(gòu)#4如圖4所示，其UNI側(cè)采用了陣列波導(dǎo)光柵（AWG）和大規(guī)模矩陣開關(guān)。大規(guī)模矩陣開關(guān)一般通過3D MEMS微鏡陣列和自由空間光學(xué)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，因此也被稱為3D MEMS光開關(guān)。3D MEMS光開關(guān)可實現(xiàn)非常大的規(guī)模，如512×512端口。

在ROADM結(jié)構(gòu)#4的下載模塊中，所有波長首先被AWG解復(fù)用，然后所有解復(fù)用端口被3D MEMS光開關(guān)交換至下載端口。上載模塊的工作原理與下載模塊相似。此ROADM結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)CDC功能，并未所有達(dá)到或者發(fā)自此節(jié)點的波長提供100%的備用端口。

圖4. ROADM結(jié)構(gòu)#4

基于adWSS的ROADM結(jié)構(gòu)

第五種ROADM結(jié)構(gòu)如圖5所示，它與圖5結(jié)構(gòu)有點相似，差別是M×N端口WSS被M×N端口adWSS替代。adWSS是上/下載波長選擇開關(guān)的簡寫，它有M個輸入端口和N個輸出端口，所有輸入端口都是DWDM端口，而所有輸出端口都是單波長端口。adWSS可將任意一個波長，從任意輸入端口交換至任意輸出端口。

圖5. ROADM結(jié)構(gòu)#5

哪種結(jié)構(gòu)更優(yōu)？

所有結(jié)構(gòu)的NNI側(cè)均以1×N端口WSS構(gòu)建，差別在UNI側(cè)。ROADM #1僅支持無色和無方向性功能，確定為CD ROADM。ROADM #2屬于CDC ROADM，但是因光分路器損耗大，需配置光放大器陣列，成本較高。ROADM #3將M×N端口WSS引入UNI側(cè)，從而實現(xiàn)CDC功能，但M×N端口WSS目前在全球僅有一家供應(yīng)商。同時，M×N WSS（典型端口數(shù)為8×24）提供的下載端口數(shù)，對高維度ROADM節(jié)點遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。ROADM #4具有CDC功能，并提供100%上/下載端口備用。然而，100%備用收發(fā)模塊（Rx和Tx），從成本角度考慮，并不合算。ROADM #5的UNI側(cè)需要用到adWSS，一個典型的adWSS有8×128個端口，意味著一個8維ROADM節(jié)點中配置兩個adWSS就夠了。然而，adWSS技術(shù)尚未成熟，離商用還有距離。

基于上述考慮，ROADM #2是當(dāng)前主流的CDC ROADM解決方案；ROADM #3是一個潛在競爭者，前提是成本下降和出現(xiàn)更多供應(yīng)商；ROADM #5在技術(shù)成熟時，將會是最有競爭力的解決方案。

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億源通，是一家專注于光通信無源基礎(chǔ)器件研發(fā)、制造、銷售與服務(wù)于一體的無源光通信器件OEM/ODM廠商，主要生產(chǎn)和銷售光纖連接類產(chǎn)品（光纖連接器、適配器、跳線），WDM波分復(fù)用器，PLC光分路器，MEMS光開關(guān)等核心光無源基礎(chǔ)器件，廣泛應(yīng)用于光纖到戶、4G/5G移動通信、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心、國防通信等領(lǐng)域。