OXC的基本结构和工作原理
第6章 OADM
2020/2/10
《全光通信网》
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基于WB的ROADM特点
❖ 优点：结构简单，模块化程度好，预留升级端口 时可支持灵活扩展升级功能，上下路波长较少时 成本低，支持广播业务，具备通道功率均衡能力。
❖ 缺点：上下路波长较多时成本较高（独立的可调 谐滤波器成本高），不易过渡至OXC。
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×1
OCCr OChr
×i
×1
OTM-nr.m×1OCG-nr.m×j
×1 OCCr OChr ×1
×1
OTU3[V]
ODU3
×1
OPU3
客户信号
×k
1≤i+j+k ≤n
×1 OCCr OChr×1
k=3对应40Gbit/s
×1
OTU2[V]
ODU2
×1
OPU2
客户信号
×1
OTM-n.m OCG-
n.m
2）业务接入及汇聚能力
支持多业务,对任何厂家的SDH设备STM-N信号进行透明接 入；可承载其它格式的光信号；能提供灵活的多速率接口，汇 聚多个低速率信号为高速率信号。
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3）多种粒度的业务调度能力
OADM应能实现波长级和子波级的调度管理。 1）固定上下路的OADM，即只能上下一个或几个固定波 长的OADM。 2）可动态重构的光分插复用设备（ROADM），它可以 通过网管软件远程控制网元中的ROADM子系统实现上下 路波长的配置和动态调整。
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1.基于波长阻塞器的ROADM
OAM
3dB分光器
In
WB
恒温控制晶体振荡器(OCXO)的原理
恒温控制晶体振荡器（OCXO的原理exo是利用恒温槽使晶体振荡器或石英晶体振子的温度保持恒定，将由周围温度变化引起的振荡器输出频率变化量削减到最小的晶体振荡器，其内部结构如图4所示。
在OCXO中，有的只将石英晶体振子置于恒温槽中，有的是将石英晶体振子和有关重要元器件置于恒温槽中，还有的将石英晶体振子置于内部的恒温槽中，而将振荡电路置于外部的恒温槽中进行温度补偿，实行双重恒温槽控制法。
利用比例控制的恒温槽能把晶体的温度稳定度提高到5000倍以上，使振荡器频率稳定度至少保持在1X 10-9。
OCXO主要用于移动通信基地站、国防、导航、频率计数器、频谱和网络分析仪等设备、仪表中。
OCXO是由恒温槽控制电路和振荡器电路构成的。
通常人们是利用热敏电阻“电桥”构成的差动串联放大器，来实现温度控制的。
具有自动增益控制（AGC）的（Clapp振荡电路，是目前获得振荡频率高稳定度的比较理想的技术方案。
在近几年中，OCXO的技术水平有了很大的提高。
日本电波工业公司开发的新器件功耗仅为老产品的。
在克服OCXO功耗较大这一缺点方面取得了重大突破。
该公司使用应力补偿切割（SCCut石英晶体振子制作的OCXO与使用AT 切形石英晶体振子的OCXO比较，具有高得多的频率稳定度和非常低的相位噪声。
相位噪声是指信号功率与噪声功率的比率（C/N），是表征频率颤抖的技术指标。
在对预期信号既定补偿处，以1Hz带宽为单位来测量相位噪声。
Bliley公司用AT切形晶体制作的NV45A在补偿点10Hz、100Hz、1kHz和10kHz处的相位噪声分别为100、135、140和145dBc/Hz,而用SC切割晶体制成的同样OCXQ 则在所有补偿点上的噪声性能都优于5dBc/Hz。
凯越翔电子生产的OCXQ频率范围为5〜120MHz,在一10〜+60C的温度范围内，频率稳定度有士0.02、±0.03 和±0.05ppm，老化指标为士0.02ppm/ 年和士0.05ppm/年。
光交叉连接oxc)简介
光交叉连接（OXC）简介近年来，随着技术的发展和WDM的规模应用，光网络节点设备的容量越来越大，对网络的生存性提出了更高的要求，OXC集传输与交换于一体，具有传输容量大、组网灵活、网络具有可扩展性和可重构性、易于升级、可透明传输各种格式的不同速率等级的信号，能够同时适应用户信号种类和服务种类不断增长的需求等诸多优点，是构成光传送网络（OTN）的重要节点设备。
一、光交叉连接（OXC）类型通常OXC有3种交叉连接类型：光纤交叉连接、波长交叉连接和波长变换交叉连接。
1．光纤交叉连接（FXC）一种基于光纤级的交叉连接（FXC），可以理解为具有交叉能力的光配线架（ODF），或称为智能光配线架，是OXC的初级阶段，优点是FXC的复杂程度低，容量大，因而有一定市场需求；缺点是缺乏灵活性，设备本身独立组网能力差。
2．波长选择交叉连接（WSXC）波长选择交叉连接（WSXC）能够转换从输入光纤到输出光纤的一个子集的波长信道，因此，从功能上讲，需要将一个来向的波长复用/解复用为它的组成波长。
这种交叉连接比FXC有更大的灵活性，允许提供波长业务，而波长业务则可支持音频分配、远程教育或一系列其他业务。
WSXC在业务恢复方面的灵活性也较好，使用网状、环状或混合型保护方案可以对波长信道逐个地进行保护。
3．波长变换交叉连接（WIXC）波长转换交叉连接（WIXC）是一种具有附加功能的WSXC，它能够使信道的波长改变。
这一特性减少了由于波长争用而将一个波长从输入光纤转到输出光纤的不可能性。
WIXC在业务恢复和提供方面有最大的灵活性。
它和波长交叉连接的区别是可以进行波长转换。
实现OXC的关键技术是光信号的交换技术。
和电交换技术类似，光交换技术按交换方式可分为电路交换和包交换。
电路交换又含有空分（SD）、时分（TD）、波分/频分（WD/FD）等方式；包交换则有ATM光交换等方式。
二、OXC结构及其工作原理OXC主要由输入部分(放大器EDFA，解复用DMUX)，光交叉连接部分(关交叉连接矩阵)，输出部分(波长变换器OYU，均功器，复用器)，控制和管理部分及其分插复用这五大部分组成；如图1所示。
基于MEMS的OXC结构设计及其应用研究
基于MEMS的OXC结构设计及其应用研究摘要随着通信需求的快速增长,密集波分复用(DWDM)网络获得了极大的发展,虽然主干道的传输速率已经很高,但是节点中的交换目前仍然是电的交换，由于传统网络在光层缺乏可操作性，人们又急需实现光域的优化、路由、保护、恢复功能，所以人们就提出了光交叉连接(OXC)这个概念。
全光交换是光纤通信网的发展方向, OXC是全光交换的核心,光开关作为OXC的关键器件,是当前光通信领域的研究热点,同时MEMS光开关由于其众多优点也已成为微机电系统的一个重要研究方向。
本文首先分析了OXC的基本原理和结构，表明OXC在设计中的重要性，然后比较几种不同的光开关的优缺点，最终选择了优点比较多的MEMS机械性光开关作为本设计的主要部件，把MEMS应用到OXC中，设计出了一种新型的光开关结构。
关键词：光通信，MEMS, OXCThe Design of OXC Construction Based on MEMS and ItsApplication ResearchAuthor:Yang ruihuaTutor:Li LipingAbstractWith the rapid growth of communication needs, Dense Wavelength Division Multiplexing(DWDM) gains great development. Because traditional network lacks operability in light layer and people are in dire need of realizing the optimize, route, protection and restoration function, people raise the concept of Optical Cross Connection(OXC).All optical switching is the development direction of optical fiber communication network, and OXC is the core of all optical switching. Photo-switch, as the key device of OXC, is the research focus of the current communication field, meanwhile MEMS optical switching has an important research direction in MEMS because of its various advantages.This thesis firstly analyses fundamental principles and construction of OXC and manifest the importance of OXC in this design, then compare the relative merits of several different kinds of optical switching, finally chooses MEMS optical switching which with more advantages as main component of this design by applying MEMS into OXC, work out a new type of optical switch structure.Key words:Optical communication,Micro-Electro-Mechanical Systems, Optical Cross connector1绪论21世纪，随着社会信息化的普遍提高，通信容量和光纤速度也在相应的提高，目前通信网的主要组成部分是传输和交换，二者在日常应用中也在不断的发展和革新。
氧化石墨烯的结构及应用
氧化石墨烯的结构及应用2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈•海姆（Andre Geim)和康斯坦丁•诺沃肖洛夫（Konstantin Novoselov)成功地从石墨中分离出一层碳原子构成的石墨烯,两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
自此，石墨烯由于其突出的导热性、室温高速载流子迁移率、透光性和力学性能等,同时具有完美的量子隧道效应、半整数的量子霍尔效应、从不消失的电导率等一系列性质,受到了世界各界的广泛关注,也成为科研领域的新兴宠儿。
氧化石墨烯是石墨粉末经化学氧化后的产物,它是一种性能优异的新型碳材料，具有较高的比表面积和表面丰富的官能团。
氧化石墨烯复合材料包括聚合物类复合材料以及无机物类复合材料更是具有广泛的应用前景,因为成为研究的又一重点。
一、氧化石墨烯的分子结构石墨被强氧化剂氧化，氧原子进入到石墨层间，结合л电子,使层面内的二键断裂,并以C=O,C—OH, —COOH等官能团与密实的碳网面中的碳原子结合，形成共价键型石墨层间化合物。
氧化石墨烯的理想结构组成为C400H，也有文献报道其组成为C X+（OH）Y-(H20）2，其中C、H、O等各元素的含量随氧化程度不同而发生改变,一般范围为C7O4H2-C24O13H9，目前，普遍认为氧化石墨是一个准二维固体物质.氧化石墨烯由尺寸不定的未被氧化的芳香“岛”组成,而这些“岛”则被含有醇羟基、环氧基团和双键的六元脂环所分开，芳香环、双键和环氧基团使得碳原子点阵格式近乎处于同一平面，仅有连接到羟基基团的碳原子有较轻微的四面体构型畸变，导致了一些层面的卷翘。
官能团处于碳原子点阵格子的上下，形成了不同密度的氧原子分布。
干燥的氧化石墨在空气中稳定性较差，很容易吸潮而变成水合氧化石墨，层间距也会随其含水量的高低而有所不同。
随含水量的增加,层间距从0。
6nm增加到1.1nm,从而导致X射线(100）衍射峰的位置的变化。
光传送网的体系结构
(b)
基于空间光开关矩阵和可调谐滤波器的OXC结构
III. 基于分送耦合开关的OXC结构 分送耦合光开关
1×2光开关
M×N分送耦合开关的结构
① 各类光纤上透明传输 ② 光传输段层开销处理，保证适配信息完整性 ③ 操作、管理、维护，确保传输段层存活性
8.3 传送网网元 8.3.1 光 分 插 复 用 器 (OADM ： optical add/drop multiplexer)
光分插复用器结构示意图
1. OADM的基本形式 分波器+波长交换单元+合波器
(2) 光复用段层(optical multiplexing section layer) 为多波长光信号提供网络连接功能。
① 光复用段层开销处理，保证适配信息完整性 ② 操作、管理、维护，确保复用段层存活性 ③ 支持整个光网络的操作管理
(3) 光传输段层(optical transmission section layer) 为光信号提供传输功能。
耦合器
基于AWG的OADM
基于AWG的OADM
2. OADM的发展趋势 (1) 集成化 (2) 增加网络管理和监控功能 (3) 取消解复用器 (4) 简化结构
8.3.2 光交叉连接器(OXC：optical cross connector)
1. DXC的基本概念
DXC (digital cross connect equipment)是一种具 有一个或多个标准的数字端口，并可以根据控制信 号对任一端口与其它端口进行连接和再连接的设备。
基于解复用器和光开关的OADM
基于解复用器和开关阵列的OADM
耦合单元＋滤波单元＋合波器
输入
1
2
晶振介绍
石英晶体振荡器石英晶体振荡器是由品质因素极高的谐振器（石英晶体振子）和振荡电路组成。
晶体的品质、切割取向、晶体振子结构及电路形式等因素共同决定了振荡器的性能。
它是目前精确度和稳定度最高的振荡器，广泛应用于全球定位系统（GPS）和移动通信等各种系统中国际电工委员会（IEC）将石英晶体振荡器分为4类：恒温晶体振荡器（OCXO）温度补偿晶体振荡器(TCXO)普通晶体振荡器(SPXO)压控晶体振荡器(VCXO)1) 恒温晶体振荡器(以下简称OCXO)这类型晶振对温度稳定性的解决方案采用了恒温槽技术，将晶体置于恒温槽内，通过设置恒温工作点，使槽体保持恒温状态，在一定范围内不受外界温度影响，达到稳定输出频率的效果。
这类晶振主要用于各种类型的通信设备，包括交换机、SDH传输设备、移动通信直放机、GPS接收机、电台、数字电视及军工设备等领域。
根据用户需要，该类型晶振可以带压控引脚。
OCXO 的工作原理如下图3所示：OCXO的主要优点是，由于采用了恒温槽技术，频率温度特性在所有类型晶振中是最好的，由于电路设计精密，其短稳和相位噪声都较好。
主要缺点是功耗大、体积大，需要5分钟左右的加热时间才能正常工作等。
2) 温度补偿晶体振荡器(以下简称TCXO)。
其对温度稳定性的解决方案采用了一些温度补偿手段，主要原理是通过感应环境温度，将温度信息做适当变换后控制晶振的输出频率，达到稳定输出频率的效果。
传统的TCXO是采用模拟器件进行补偿，随着补偿技术的发展，很多数字化补偿大TCXO开始出现，这种数字化补偿的TCXO 又叫DTCXO，用单片机进行补偿时我们称之为MCXO，由于采用了数字化技术，这一类型的晶振再温度特性上达到了很高的精度，并且能够适应更宽的工作温度范围，主要应用于军工领域和使用环境恶劣的场合。
3) 普通晶体振荡器(SPXO)。
这是一种简单的晶体振荡器，通常称为钟振，其工作原理中去除“压控”、“温度补偿”和“AGC”部分,完全是由晶体的自由振荡完成。
全光网基础知识
全光通信网是真正的宽带通信网，是通信网发 展的目标。关于光的优越性，主要是光载波巨 大的传输容量，人们利用光纤作为通信的传输 媒质构成大容量光纤传输系统，这样，最终目 标的实现首先从光纤传送网做起。即分两个阶 段发展：
全光传送网络(用户一用户)
完整的全光网络（端—端的光传输、交换、处 理等)
4.多业务接入功能。 如STM-N系列SDH信号的接入和千兆以太网 信号的接入。
八、光交叉连接技术
光交叉连接设备相当于一个模块，它具有 多个标准的光纤接口，它可以把输入端的 任一光纤信号(或其各波长信号)可控地连 接到输出端的任一光纤(或其各波长)中去 ，并且这一过程是完全在光域中进行的。
OXC的特点及应用 1.OXC的特点 OXC与DXC在网络中的作用相同，但功能和实 现的方法不同。主要的不同点是： （1）OXC是对光信号交叉连接，DXC是对电 信号交叉连接。
光路由器/光交换机具有光路由和光交换功能 在光分插复用器和光交叉连接器中具有少量的 路由和光信道交换功能。 对于大规模网络，如网状型网，用光路由器／ 光交换机作为光节点是一种可选方案，特别是 运作IP数据包的全光网络。
光交叉连接根据不同的工作机理有多种连接方式 1)光波长交叉连接： 实现波长交换，不同波长的光信号，通过波长光 交叉连接选择不同的网络通道，由波长开关进行 交换。 波长光交叉连接由波分复用器／解复用器、波长 选择空间开关和波长变换器(波长开关)组成。 2)光时隙交叉连接:实现光时分交换功能，可以与
（5）0XC易于网络升级，网络升级时一般 无需更换；DXC在网络升级时需要随之更换。 （6）0XC设备型号少，监控维护参数少， 易于标准化；DXC设备型号多，监控维护参 数多，标准化难度较大。
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OA
OA
NE
OADM
OXC/ OADM
SDH NE
NE:网元终端 OXC:光交叉连接器 OADM：光分插复用器 OA:光放大器 OCh:光通道 OMS:光复用段 OTS:光传输段
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由输入部分、光交叉连 接部分、输出部分、控 制和管理部分以及本地 上下业务接口5个功能 模块构成。
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多粒度光交叉连接
输 入 数 据 链 路
WDM 通道 下路
O-E
时 分 /分 组 交 换 级
输入 缓存/ 处理
输出 缓存/ 处理
波长交换级
波长交 换 /转 换矩阵
E-O
解复用
复用
输 入 光 纤
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光纤下路 光纤交换级 光纤上路
多路光纤空间交换
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OXC与DXC的比较？ 相同：信号复用、信号交换、保护倒换、监控管理等 区别：
a）经过DXC的信息路由过程
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b）经过OXC的信息路由过程
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OXC与DXC的比较？
区别：1）OXC的交叉连接直接以光信号形式进行
2）OXC具有透明的传输代码格式和比特率，可对不 同传输代码格式和不同比特速率等级的信号进行交叉连 接；而DXC针对不同的传输代码格式和比特率需要不同 型号的DXC设备
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1 2 3 4
输入光纤1
1 2 3 4
输入光纤2
静态交叉连接
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1 2 3
1 2 3 4
输出光纤1
1 2 3 4
输出光纤2
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动态交叉连接
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2
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3 4 4
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OCC
OCC
OPS0
OTM-nr.m
OTM-0.m2020/9/13《全光通信网》1
课堂主要内容
一. OXC的基本概念 二. OXC的基本结构和工作原理 三. OXC的主要性能
四. 几种主要的OXC结构
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OXC的定义
OXC(Optical Cross Connect, OXC)设备
OXC的基本结构
控制和管理部分属于电 子设施，通过信令协议 接收用户及网管系统请 求，完成自动保护倒换、 连接指配、波长选路等 功能。
输入部分包括放大器 EDFA和波长解复用 DMUX，将每根光纤上 的光信号放大、分离后 送交叉连接矩阵。
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输出部分，均功器的 作用是对受到不同衰 减的光波长信号进行 功率均衡，以减小不 同光波长间的干扰。
输 出 数 据 链 路 WDM
通道 上路
输 出 光 纤
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分插复用
OXC节点可提供本地上下路的功能，支持一定 数量波长的上下路。
Input port
ch31 ch33 ch35 ch37
ch31 ch33 ch35 ch37
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Single wavelength add
ports
Single wavelength drop ports
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IP/SDH/ATM
2 1
Access Network
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SDH
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OXC设置于通信网络上 重要的汇接点，汇集 各方不同波长的输入， 再将各信号以适当的 波长输送至合适的光 纤中。
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光交叉连接
OXC具有多个标准的光纤接口，可把输入端 的来自任一光纤信号(或其各波长信号)可控地 连接到输出端的任一光纤(或其各波长)中去。
3）OXC交叉容量大，交叉总容量可达到petabit/s 级别；DXC受电子元件的限制，交叉总容量只达到 Gbit/s级别。
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OXC在全光网中的重要性
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OTN的分层结构
电通信信道 OCh OMS
OTS OTS
OTS
SDH
OXC/
光开关 1 2 3 4
1 2 3 4
8
多层多粒度的OXC
F1 输入
Fn
光纤交叉连接
F 波长交叉连接
λ 子波交叉连接
ODUk
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F1 输出
Fn
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(a)光纤交叉连接
λ1 λ1 λ2
(b)波长交叉连接
（c)子波交叉连接是将光通道 层（OCh）中的基于ODUk 的子 波长进行交叉连接，信号的处 理都是在电域内进行, 用于多 种业务信号的接入，如对GE、 2.5G POS等子波长业务直接进 行分插复用等。
是一种兼有复用、光交叉连接、本地上下路、保 护/恢复、监控和网管的多功能光传输设备。
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1
2
3 OXC
3
2
Long-distant Backbone
OXC
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WDM Term
1
2
3
OXC
2 OADM
1
1
Regional/Metro
OADM
Network
OADM
WDM Term
OTN的信息结构
电层
Client OH Client
OH
OPUk
客户侧信号
Client
OPUk ODUk
OH Client
OH
OPUk
数字包封 随路开销
OH
ODUk
FEC OTUk OH
ODUk
FEC
光层
非随路开销
E/O
OH
OCh Payload
OCC OH
OH OOS OSC
OTM-n.m
E/O
OCh Payload
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Output port
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保护和恢复
目前OXC主要有基于链路的保护和恢复以及基 于光通道的保护和恢复两种方式。恢复功能主要由 OXC的波长路由功能提供，通过优化的路由波长分 配算法来实施。
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波长变换
❖ OXC带有光波长转换器可以用来增加网络的传输
带宽和传输距离。可以使网络容量在不影响原有 业务的情况下迅速地增加,同时大大提高网络的灵 活性、安全性。 ❖ 根据OXC能否提供波长转换功能，光通道可以分 为波长通道(WP)和虚波长通道(VWP) 。
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抵达OCX的多波长光信 号先掺饵光纤放大器放 大，然后由DMUX分离 成多个单波长信号送入 连接矩阵。
OXC的工作原理
在业务信息进入连接矩阵 之前，控制和管理面已根 据业务需求指定了每个输 入口波长的输出端口，光 信号将自动流出。
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OUT是一个波长变换器， 由于波分复用不能在一 根光纤中有两个以上的 相同波长信号，需要 OUT将相关波长信号转 换成光纤所需波长。