5. 可重构光分插复用器
可重构型光分插复用器的研究与实现的开题报告
可重构型光分插复用器的研究与实现的开题报告一、研究背景随着光通信技术的迅猛发展，光分插复用器（Mux/Demux）已经成为光通信系统中重要的组成部分。
传统的光分插复用器采用了静态的光路结构，无法根据实际情况进行动态的调整，导致其在应对不同的光通信传输需求时存在一定的局限性。
与此同时，尽管可通过对传统的光分插复用器进行升级改版提升其功能性能，但成本高昂的问题是不容忽视的。
因此，可重构型光分插复用器日渐成为新的研究方向。
作为新型光通信器件之一，可重构型光分插复用器具备高度灵活、可重构、低成本等优势，可根据实际情况动态调整其光路结构，提高其系统通信性能。
二、研究目的本研究的目的是探究可重构型光分插复用器的原理，研究其在光通信系统中的应用和实现方法，设计并实现一款可重构型光分插复用器原型。
三、研究方法和步骤研究方法：理论研究和实践探索相结合。
研究步骤：1.调研现有的可重构型光分插复用技术，分析其优缺点。
2.分析可重构型光分插复用器的光路结构和工作原理。
3.基于分析结果，设计出可重构型光分插复用器的原型方案，包括硬件和软件设计。
4.进行仿真实验，验证可重构型光分插复用器的性能，优化其设计。
5.完成可重构型光分插复用器原型的制作和测试，评估其在实际光通信系统中的应用效果。
四、研究意义和预期成果研究意义：1.推动光通信技术的发展，提高光通信系统的可靠性和性能。
2.降低光通信系统的成本，促进光通信技术的商业化。
预期成果：1.研究报告。
2.一套可重构型光分插复用器原型，包括硬件和软件设计。
3.实验结果数据和分析。
4.论文撰写与发表。
五、初步进度安排第一、二周：调研可重构型光分插复用技术。
第三、四周：分析可重构型光分插复用器的光路结构和工作原理。
第五、六周：设计可重构型光分插复用器的原型方案，包括硬件和软件设计。
第七、八周：进行仿真实验，验证可重构型光分插复用器的性能，优化其设计。
第九、十周：完成可重构型光分插复用器原型的制作和测试。
2020年通信工程师《通信专业实务(传输与接入-有线)》试题(网友回忆版)(下午)
2020年通信工程师《通信专业实务（传输与接入-有线）》试题（网友回忆版）（下午）[问答题]1.（江南博哥）阅读下列说明，回答问题1至问题4，将解答填入对应栏内。
【说明】某城市的原有本地光传输网核心层为DWDM传输网，汇聚层和接入层均为MSTP 传输网。
随着互联网用户数、应用种类、带宽需求等呈现出爆炸式的增长，特别是由于移动互联网、物联网和云计算等新型带宽应用的强力驱动，迫切需要光传输网具有更高的容以本市要对传输网进行升级改造，在核心层和汇聚层组建光传送网（OTN），其网络结构如图2所示【问题1】（将应填入（n）处的字句写在对应栏内）图2所示的本市OTN核心层节点之间采用（1）的连接方式，其节点设备应该设置为（2）可重构光分插复用器（ROADM），核心层的网络保护方式应采用（3）。
为了加网络的灵活性、提高网络利用率，汇聚层节点设备一般采用（4）ROADM，汇聚层采用的网络保护方式为（5）。
【问题2】（每题只有一个正确答案，将正确答案的字母代号填写在对应栏内）（1）ITU-TG.692建议DWDM系统不同波长的频率间隔为50GHz的整数倍时，复用的波数为（）。
A.20波B.40波C.80波D.160波（2）光波长转换器（OTU）的基本功能是完成（）的波长转换，使得SDH系统能够接入DWDM系统。
A.G.957标准到G.692标准B.G.957标准到G.693标准C.G.957标准到G.695标准D.G.692标准到G.957标准（3）在DWDM传输网中，具有路由和交叉连接功能的设备是（）。
A.光终端复用器（OTM）B.光分插复用器（OADM）C.光交叉连接（OXC）设备D.光线路放大器（OLA）（4）OTN技术是对已有的（）技术的传统优势进行了更为有效的继承和组合。
A.SDH和MSTPB.SDH和DWDMC.PDH和SDHD.PDH和DWDM（5）100Gbit/sOTN通常部署在骨干网等处，其网络结构一般采用（）。
048 5G 承载关键技术与规划设计-第6章- 6.1 分组增强型 OTN 关键技术
高阶 ODU
物理层
以太网虚连接 （EVC） 虚连接(S-VLAN)
低阶ODUk/flcx
高阶ODUK
光复用 段
光传输 段
光物理段
7 1 6 6 2
4 字节数
bit
以太网MAC帧
前导码 帧起始符 目的地址（DA） 源地址（SA） 长度/类型 MAC数据 填充序列 帧检测序列（FCS) 12345678
2、多业务承载技术
客户业务
虚连接 （VC）
虚段接 （VS）
物理层 （PHY）
低阶 ODU
以太网虚连接 （EVC） 虚连接(S-VLAN) 虚连接（链路）
物理层（1/10/_GE） 低阶ODUK
高阶 ODU
高阶ODUK
MS RS 物理层
光复用段 （OMS）
光传输段 （OTS）
光物理段 （OPS）
客户业务 虚连接 （VC）
1、交叉技术
板卡式分组增强型 OTN 设备目前在硬件整体架构上已经相对成熟，同时也能够在很大程度上满足对以太网的 QoS处理等方面的功能需求，但是板卡式分组增强型 OTN 设备板卡的分组交换容量仍然相对较低，需要对其 进行相应的提升。同时，伴随着实际业务的需求，需要加强板卡式交叉分组增强型 OTN设备对以太网 OAM 的 处理功能的完善，并且要能支持和实现 MPLS-TP功能。而集中交叉式分组增强型 OTN设备虽然在硬件架构方面 已经相当成熟，能够利用统一交叉矩阵实现多业务的分组交换功能，但是与之有关的支线路板卡类型种类依 然较少，需要适当对其进行丰富。另外，集中交叉式分组增强型 OTN 设备虽然能够支持多业务的分组处理， 但是能力上相对来说还比较弱，需要进一步增强以满足各种业务需求。
可重构光分插复用器关键器件与技术的研究的开题报告
可重构光分插复用器关键器件与技术的研究的开题报告一、题目可重构光分插复用器关键器件与技术的研究二、研究背景随着光通信技术的飞速发展，光分插复用器 (OADM) 作为光网络中重要的传输设备越来越受到关注。
传统的 OADM 采用静态连接方式，当网络拓扑结构变化时需要人工干预进行重新配置，大大降低了光网络的灵活性和可靠性。
因此，发展一种可重构的 OADM 技术和器件成为光网络中的一个重要研究方向。
三、研究目的本研究旨在探究可重构光分插复用器的关键技术和器件，解决传统OADM 存在的问题，提高光网络的灵活性和可靠性。
具体目标如下：1. 研究可重构光分插复用器的基本原理和设计方法；2. 开发可重构 OADM 的作用机制和控制算法；3. 研究可重构 OADM 的关键器件技术，包括可重构滤波器、可重构耦合器、可重构补偿器等；4. 针对可重构 OADM 的光学性能和使用特点进行实验验证，并分析其可靠性、灵活性和性价比等指标。
四、研究内容1. 可重构光分插复用器的工作原理与基本结构分析；2. 可重构 OADM 的作用机制和控制算法设计；3. 可重构 OADM 的关键器件技术研究，包括：（1）可重构滤波器的设计和制备方法研究；（2）可重构耦合器的设计和制备方法研究；（3）可重构补偿器的设计和制备方法研究。
4. 可重构 OADM 的实验研究与性能分析。
五、研究方法1. 理论分析法：分析可重构光分插复用器的工作原理与基本结构，设计控制算法，分析器件的光学性能；2. 计算模拟法：通过 Matlab 等软件建模计算，对可重构 OADM 进行性能分析；3. 实验实现法：通过搭建实验平台验证可重构 OADM 的实际应用效果。
六、研究意义1. 针对传统 OADM 存在的问题，提高了光网络的灵活性和可靠性；2. 实现了光网络中设备的自适应、自动化管理，简化了操作；3. 为光学通信领域的科学研究和技术创新做出了贡献，推动了光通信技术的发展。
ROADM技术的应用
ROADM技术的应用对可重构光分插入复用器（ ROADM）设备在中国运营商网络中的应用提出组网方案：在城域/本地传送网中，ROADM采用层次化组网，提高设备方向数和CDC（波长无关、方向无关、竞争无关）能力，通过汇聚层设备分摊压力的方式减轻对核心层设备的维度要求；在骨干传送网中，ROADM设备组网根据情况，可采用局部ROADM子网与点到点波分复用（WDM）系统相结合、区域ROADM子网、全网ROADM组网等3种组网结构，为客户直接提供灵活的波道出租业务，为IP网波道提供灵活、低成本的动态恢复能力，在故障条件下为维护部门提供灵活的波道调度能力。
[关键词] 波分复用；光复用器" title="可重构光复用器">可重构光复用器；光复用器；光交叉连接；波长选择光开关；光传送网近年来电信业最显著的发展趋势是以语音为代表的传统电信业务的下降和以网络电视（IPTV）、OTT、三重播放、云计算、物联网等为代表的新型电信业务的兴起。
这种变化对电信网络的影响可以归纳为如下几点：（1）宽带化。
近年来网络带宽持续以超摩尔定律速度高速增长。
（2）分组化。
IP 分组技术已经取代时分复用（TDM）技术成为电信网络新的架构和技术核心。
（3）动态化。
快速响应业务的高度灵活性和不可预测性。
（4）低成本。
业务收入的增长速度与带宽流量增长速度的剪刀差引发降低网络成本的压力。
随着光纤波分复用（WDM）技术的成熟和单波速率的持续提高，单纯网络带宽从技术上已经没有了" 瓶颈"，但是带宽的管理成为新的" 瓶颈"所在：一方面波长通道数量的急剧增长引发网络运维部门提出针对波长的维护管理和调度等需求；另一方面随着电信业务的宽带化发展，其颗粒度也将不断提升，波长颗粒出租电路已经成为了一种新兴业务模式，凸显了对基于波长的调度、管理、保护恢复等方面的功能和性能要求。
在上述背景下，可重构光分插入复用器（ROADM）设备应运而生并取得了长足的进步。
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基于PLC技术的波长阻塞器
基于PLC技术 Neophotonics公司方案 可以阻塞任一或任一组波长 具有动态通道均衡功能； 通道数为32，通道间隔为100GHz； IL小于5dB，PDL小于0.4dB； 串扰低于-35dB； 0.5dB和3dB带宽分别为50GHz和 68GHz； 总功耗13W，包括阻塞器阵列的功耗 9W和两个AWG的温控功耗4W
基于MEMS技术的WSS
贝尔实验室的Marom等人报道 1×4WSS 通道数为128，通道间隔为50GHz； IL小于5dB，PDL小于1dB； 串扰低于-40dB； 0.5dB和3dB带宽分别为29GHz和 38GHz； MEMS微镜阵列的占空比对通道数 和IL至关重要。
基于PLC+MEMS技术的WSS
全光通信网的优点： 投资成本低，因为省去了大量 昂贵的高速电子设备； 运营成本低，可靠性提高，因 为网络元件大大减少； 体积小，因为省去了光－电－ 光转换，设备复杂度下降； 升级方便，因为采用光交换， 与通信速率和协议格式无关。 全光通信网节点设备： 广域网－N维OXC； 城域网－2维ROADM； 接入网－MUX/DEMUX； 环网互连－4维OXC。
城域网结构的演化
考虑器件的级联特性，光信号能够透明通过的节点数量一般为16～24个，而城域网中 总节点数量往往达到100～150个，因此城域网一般被分成数个互联的环网。 一个新建城域网初始节点一般只有20～50个，因此初始的城域网结构相对简单，但是 需要为升级扩容作好准备， 因此需要大量的动态器件ROADM和OXC。
基于PLC技术的多功能型ROADM
贝尔实验室报道的多功能ROADM： 每个分立ADD/DROP端口只能上/下载固定波长，因此归为I类ROADM； 公共ADD/DROP端口可上/下载任意波长组合，可其他ROADM节点互连， 相当于一个四维ROADM； 通道数为16，通道间隔为200GHz； IN→THRU、IN→公共DROP、公共ADD→THRU，IL<5.5dB；IN→分立 DROP，IL=2.6~4.0dB；分立ADD→THRU，IL=2.2~3.5dB； 串扰低于-40dB； 3dB带宽为98GHz。
加拿大Metconnex公司的Ducellier等人 报道 1×9WSS 通道数为39，通道间隔为100GHz； IL小于7.6dB，PDL小于0.3dB； 串扰低于-35dB； 0.5dB带宽大于50GHz； MEMS微镜阵列的占空比对通道数和 IL至关重要。
基于PLC+MEMS技术的WSS
第五章 可重构光分插复用器
5.1 全光通信网中的ROADM 5.2 波长阻塞器 5.3 波长选择型ROADM ห้องสมุดไป่ตู้.4 波长选择开关 5.5 ROADM技术对比
波长阻塞器技术对比
WB是B&S型ROADM中的关键器件，其性能对比如下。
基于MEMS技术的方案，通带特性较好，通道均衡范围较小，继续增大通道衰 减会因镜面反射角度过大引起色散； 基于LC技术的方案，通道数较多，串扰较低，但是响应速度较慢； 基于PLC技术的方案，通道数相对较少，通道均衡范围较大，与其串扰水平相 当，均取决于其中光开关的消光比特性。
阻塞器采用两级MZI光开关以降低串扰
第五章 可重构光分插复用器
5.1 全光通信网中的ROADM 5.2 波长阻塞器 5.3 波长选择型ROADM 5.4 波长选择开关 5.5 ROADM技术对比
基于PLC技术的WS型ROADM
基于PLC技术的传统ROADM结构：
由于材料不兼容，PD阵列不能集成在 PLC芯片上，PD芯片与PLC芯片采用倒装 方式封装在一起，通过PLC芯片上的反射 镜阵列进行耦合； 采用两级串联光开关以提高消光比。
第五章 可重构光分插复用器
5.1 全光通信网中的ROADM 5.2 波长阻塞器 5.3 波长选择型ROADM 5.4 波长选择开关 5.5 ROADM技术对比
基于LCoS技术的WSS
澳大利亚Engana Pty公司的Baxter 等人报道
LCoS是一种以有源硅片为基底的LC芯 片，最初应用于液晶显示领域，硅片上 排列着许多控制单元，通过改变各单元 上部液晶材料的偏置电压，能够对各单 元反射光的相位进行控制；不同波长的 光入射到LCoS芯片上的不同区域并发生 反射，在某个波长的光斑分布区域，各 点反射光相位被单独控制，也就是对波 前进行调节，可以控制反射光的角度； 1×9WSS 通道间隔为50GHz或100GHz，对应通 道数为80或40； IL小于5dB； 串扰低于-40dB； 0.5dB通带宽度为80GHz（通道间隔 100GHz）。
CHs 64 100 40
Response <10ms <30ms <10ms
1. DCE－Dynamic Channel Equalization，通道均衡，WB兼有通道均衡功能； 2. 基于PLC的方案，功耗小于13W，其他两种方案，功耗很小可忽略。
WS型ROADM技术对比
对比前提：前面提到的各种WS型ROADM方案中，有的是具有完整功能的子系统，有 的则缺少功率监控和通道均衡功能，为了便于比较，对所有方案均配置成相同结构。 由TFF型WDM和MOM-SW组合而成的ROADM，最早应用且技术最成熟，具有成本 优势，但体积和损耗均较大，仅限于8通道以下； 基于AWG和MEMS光开关的方案，在二维MEMS技术成熟之后开始商用，占领16通 道以上的市场，但损耗偏大； 单片集成的AWG+TO-SW方案，热光开关发热会造成AWG波长漂移，从材料补偿和 温控两个角度着手解决之后，开始商用，具有损耗低、体积小和成本优势。 IL (dB) PDL (dB) 0.5dB-PB (100GHz) Crosstalk (dB) Response (ms) ROADM Type
基于PLC+MEMS技术的WS型II类ROADM
AT&T实验室报道的混合结构II类 ROADM： 可同时上/下载N个通道中的M个； 上/下载端口数M小于波长数N， 因为每个节点需要上/下载的波长 数一般为总数的25%，而且一般不 超过50% ； 最早的文献中采用8×6开关阵列， 如果采用16×16 MEMS开关阵列， IL小于3.1dB，两个AWG的IL为 6dB，则该ROADM的IL小于9.1dB。
波长选择型ROADM（WS型）： 体积小； 上/下载波长数较多时成本低的多，特别是 基于PLC技术的单片集成方案； 直通信号的损耗偏大，串联节点少； 初装成本偏高。
I类ROADM：每个ADD/DROP端口只能上/下载固定波长； 从功能角度分成四类： II类ROADM：每个ADD/DROP端口上/下载波长不固定； 波长选择开关； OXC器件。
基于PLC+MEMS技术的WS型ROADM
朗讯公司报道的混合结构I类 ROADM： PLC技术与MEMS技术相结合； 通道数为16，通道间隔为100GHz； 通道1~4、13~16可用于广播业务； 端口Drop-and-transmit和ADD可与 其他ROADM节点互连，相当于一个 四维ROADM； THRU端口平均插损为21dB，串扰 低于-40dB。
基于PLC技术、上/下载模块分离的 ROADM结构：
上/下载模块分离，提高了可靠性； 具有广播功能。
上/下载模块分离的ROADM节点设备
采用上/下载模块分离结构 的ROADM节点设备：
JDSU和DuPont分别在SiO2/Si和Polymer材料上制作这种结构的ROADM，通道数 为40，通道间隔为100GHz。 JDSU器件特性：直通波长IL<7.5dB，上/下载波长IL<5.8dB，PDL<0.5dB， 0.5dB带宽为52GHz，串扰<-30dB，VOA动态范围为25dB； DuPont器件特性：直通波长IL<7dB，PDL<0.4dB，0.5dB和3dB带宽分别为 40GHz和81GHz，串扰<-50dB，VOA动态范围为20dB; 后者采用Polymer材料，热光系数为SiO2的32倍，因此功耗大大降低 。
IL (dB) <5 <5 <5 PDL (dB) <0.35 <0.30 <0.40 0.5dB-PB (100GHz) 58 GHz 50 GHz 50 GHz Crosstalk (dB) <-35 <-40 <-35 DCE1 (dB) 10 15 35
Approach MEMS LC PLC2
贝尔实验室的Doerr等人报道 1×9WSS 通道数为8（目前商用AWG可达40通道），通道间隔为 200GHz； IL小于7.5dB，PDL小于0.2dB； 串扰低于-43dB； 未进行通带优化设计，为高斯型通带。
传统的OXC结构
由N个解复用器、M个N×(N+K)光开关 和N个复用器组成； N根光纤中的M个波长WDM信号，先被 解复用为单波长，然后相同波长被导入同 一光开关的输入端口，根据业务需要交换 到相应的输出端口，最后被复用到各自的 目的光纤中，每个光开关中预留了K个输 入/输出端口，可以从每个线路上同时上/ 下载K个波长； 实现方案： 基于PLC技术的AWG+热光开关； 基于PLC技术的AWG+MEMS光开关； 由分立器件组合而成。 OXC也可以由WSS组合而成
基于液晶技术的波长阻塞器
基于液晶（LC）技术 JDSU公司方案 可以阻塞任一或任一组波长； 具有动态通道均衡功能； 通道数为100，通道间隔为 50GHz或100GHz； IL小于5dB，PDL小于0.3dB； 串扰低于-40dB； 0.5dB带宽大于50GHz（通道间 隔100GHz）。
OXC和ROADM是实现动态全光通信网的关键器件
双向光纤环网中的节点设备
双向光纤环网中的ROADM节点结构 ： 当环网正常运行时，两个光开关均为Bar状态，顺时针环网和逆时针 环网各传输半数波长； 当线路发生故障时，邻近故障点的两个节点中，靠近故障点的两个光 开关均切换到Cross状态，信号经这两个光开关由顺时针环网绕至逆时 针环网，组成一个新的两倍长度的环网，而故障点被旁路，在新环网 中传输的是所有波长。 当节点内部发生设备故障时，该节点的两个光开关均切换到Cross状 态，线路经这两个光开关组成新的环网，故障节点被旁路。