專利名稱：透明光－電－光開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光-電-光(OEO)開關(guān)，尤其涉及一種具有高比特率透明度的OEO開關(guān)。
背景技術(shù)：
全光(OOO)開關(guān)是令人滿意的，尤其是因?yàn)樗鼈兊膮f(xié)議和比特率透明性。然而，OOO開關(guān)的一個問題是它們通常不支持波長轉(zhuǎn)0換和按信道性能監(jiān)視。而且，OOO開關(guān)要求復(fù)雜的衰減/色散管理算法，以處理不同來源且不同去向的信號——這些信號的每一個都具有不同的路徑長度。
OOO開關(guān)的另一個限制是從任何光纖干線的一個端口進(jìn)來的波長(λn)極有可能只是切換到另一個光纖干線的相同波長(λn)端口。另外，完全無阻塞N×N OOO開關(guān)陣列由于其巨大的可能連接數(shù)目而利用不足。
用光纖放大器來同時放大許多波長進(jìn)一步導(dǎo)致了信道性能監(jiān)視管理中的顯著問題。而且，目前光信號處理技術(shù)還不如電信號處理那樣發(fā)達(dá)。
常規(guī)的OEO開關(guān)克服了OOO開關(guān)的不足，但是不具有OOO開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個目的就是提供一種改進(jìn)形式光電光開關(guān)。
第一方面，本發(fā)明提供一種光開關(guān)，包括至少第一解復(fù)用器，用來將一系列波分復(fù)用信號解復(fù)用成相應(yīng)的空間分離的解復(fù)用信號；一系列第一光電接口單元，與上述空間分離的解復(fù)用信號相互連接；電開關(guān)，在外部控制信號的控制下將上述數(shù)據(jù)流傳輸?shù)揭幌盗休敵龆丝谥械钠渲幸粋€；上述輸出端口的一系列第二電光接口單元，和至少第一復(fù)用器，與一組光學(xué)接口單元相互連接，用來將每個接口單元的光流一起復(fù)用成合并的光數(shù)據(jù)流輸出。
第一光電接口單元系列包括光電轉(zhuǎn)換器件，用來將輸入的光信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號；數(shù)據(jù)和時鐘復(fù)原器件，用來從上述電信號中復(fù)原數(shù)據(jù)和相應(yīng)的鐘控信息，并輸出上述的數(shù)據(jù)作為第一數(shù)據(jù)流，數(shù)據(jù)和時鐘復(fù)原器件能夠恢復(fù)以多個不同時鐘速率分流的數(shù)據(jù)。
上述輸出端口的第二電光接口單元系列包括數(shù)據(jù)和時鐘復(fù)原器件，用來從上述電信號中復(fù)原數(shù)據(jù)和相應(yīng)的鐘控信息，并輸出上述數(shù)據(jù)作為第二數(shù)據(jù)流；和電光轉(zhuǎn)換器件，將上述的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的光流。
在本發(fā)明的另一種實(shí)施例中，電光轉(zhuǎn)換器件包括具有確定波長輸出特性的外部或直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器。
第二方面，本發(fā)明提供一種光開關(guān)，包括至少第一解復(fù)用器，用來將一系列波分復(fù)用信號解復(fù)用成相應(yīng)的空間分離的解復(fù)用信號；一系列第一光電接口單元，與上述空間分離的解復(fù)用信號相互連接；電信號開關(guān)，在外部控制信號的控制下將上述數(shù)據(jù)流傳輸?shù)揭幌盗休敵龆丝谥械钠渲幸粋€；上述輸出端口的一系列第二電光接口單元，所述的第二電光接口單元包括激光器陣列，其波長與第一復(fù)用器的輸出波長相匹配，和至少第一復(fù)用器，與一組光接口單元相互連接，用來將每個接口單元的光流一起復(fù)用成合并的光數(shù)據(jù)流輸出。
與上述空間分離的解復(fù)用信號相連的第一光電接口單元系列包括光電轉(zhuǎn)換器件，用來將輸入的光信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號；數(shù)據(jù)和時鐘復(fù)原器件，用來從上述電信號中復(fù)原數(shù)據(jù)和相應(yīng)的鐘控信息，并輸出上述的數(shù)據(jù)作為第一數(shù)據(jù)流。
在本發(fā)明的另一種實(shí)施例中，激光器陣列包括光纖激光器陣列。
第三方面，本發(fā)明提供一種容錯開關(guān)單元，包括根據(jù)本發(fā)明的第一和第二方面構(gòu)造的第一和第二開關(guān)，每一個開關(guān)與相同的第一解復(fù)用器和第一復(fù)用器相互連接，以便提供上述開關(guān)的容錯操作。
附圖概述現(xiàn)在參照


本發(fā)明的較佳實(shí)施例。
圖1示意說明了一種OEO開關(guān)的具體結(jié)構(gòu)。
圖2示意說明了一種依賴于波長的多速率再生器的具體結(jié)構(gòu)。
圖3示意說明了一種與波長無關(guān)的多速率再生器的具體結(jié)構(gòu)。
圖4示意說明了多個與波長無關(guān)多速率再生器接口和電信號開關(guān)部件通過其間的電互聯(lián)而相集成。
圖5示意說明了一種成對的光電光開關(guān)的具體結(jié)構(gòu)。
較佳和其它實(shí)施例的詳細(xì)說明在較佳實(shí)施例中，含有一種密集波分復(fù)用(DWDM)開關(guān)系統(tǒng)，它將數(shù)據(jù)速率可能變化的光信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號。然后電信號被傳入電開關(guān)，以切換到一個輸出端口。輸出的電信號然后被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的光信號。通過采用多速率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，就有可能同時處理許多不同的數(shù)據(jù)速率。
首先參看圖1，圖中給出了第一實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)的模塊的、3端口OEO開關(guān)的具體實(shí)現(xiàn)。該OEO開關(guān)包括一系列復(fù)用/解復(fù)用器1，連接到一系列光電再生器接口2，后者再連接到電開關(guān)3，電開關(guān)3切換到一個輸出端口上。在圖1所示的實(shí)例中，DWDM復(fù)用器/解復(fù)用器(Mux)4設(shè)置成與四個光電再生器接口(5，6，7和8)相連。但是應(yīng)該注意的是，這只是作為實(shí)例，且對可能的替代系統(tǒng)沒有任何限制。例如，利用四個光電再生器接口(連接到DWDM Mux 4的5、6、7和8)的原理能夠?qū)崿F(xiàn)每個DWDM Mux 4的8或16個光電再生器接口。
通過追蹤輸入信號9的路徑，能夠最好地理解開關(guān)的操作。信號被復(fù)用/解復(fù)用4。DWDM復(fù)用/解復(fù)用器(Mux)4設(shè)置成與四個光電再生器接口(5，6，7和8)相連，這些接口能夠分別接收和發(fā)送波長始定為λ2、λ4、λ6和λ8的信號。在經(jīng)過DWDM Mux 4之后，信號被發(fā)送到光電再生器接口5。應(yīng)該注意的是，光電再生器接口5只是選為一個例子，同樣的原理也適用于發(fā)送到任何其它光電再生器接口6、7和8中的的信號。
在離開DWDM Mux 4之后，信號到達(dá)光電再生器5，圖2給出了它的詳細(xì)說明。所以現(xiàn)在參看圖2。信號10首先到達(dá)光電接收器11，在一種較佳實(shí)施例中，光電接收器11是一種寬譜類型，這樣在所有的光電再生器接口都可以采用同樣的接收器(即圖1中光電再生器接口6、7和8等上的所有接收器)，因此降低了DWDM濾波器4每個波長必須匹配造成的成本。選擇光電接收器11使得它支持與圖1中比特率受限的電信號開關(guān)矩陣3相同的比特率限制。
一旦信號10被圖2中的光電接收器11所接收，它然后被發(fā)送到時鐘/數(shù)據(jù)復(fù)原器件(CDR)12。CDR 12的作用是從進(jìn)來的數(shù)字信號中得到高速定時信號，并輸出比特時鐘和適當(dāng)重新定時的數(shù)據(jù)。CDR 12在某種意義上是可編程的，因此當(dāng)端到端的連接建立時，最多到預(yù)定最大值，許多通常采用的比特率中的任何一種都能夠?qū)崿F(xiàn)。因此，在任何時間點(diǎn)，CDR 12是高效比特率透明的。CDR 12可包括買得到的集成電路，例如，AMCC S3076多速率時鐘復(fù)原單元，它按照以下速率提供時鐘復(fù)原和數(shù)據(jù)重新定時2488.32Mb/s(OC-48)、2125Mb/s(光纖信道)、1244.16Mb/s(OC-24)、1250Mb/s(千兆以太網(wǎng))、1062.5Mb/s(光纖信道)、622.08Mb/s(OC-12)和155.52Mb/s(OC-3)。
信號13從CDR 12離開圖2中詳細(xì)說明的光電再生器接口5，并進(jìn)入電信號開關(guān)矩陣3(圖1中以進(jìn)來的信號13給出)。
本發(fā)明中CDR 12的主要作用是提供適合于輸入到電開關(guān)矩陣3的重新定時數(shù)據(jù)。但是多速率CDR 12器件可具有其它的功能。例如，輸出的比特時鐘和重新定時數(shù)據(jù)可用于性能監(jiān)視。為此，多協(xié)議信號處理可提供作為接口的一部分。例如，某些包括多種速率的以太網(wǎng)和光纖信道協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議只利用所有可能的比特模式的一個子集作為傳輸符號。因此，比特流中非法符號的存在可解釋為傳輸錯誤的標(biāo)志。在它最簡單的形式中，針對這樣的協(xié)議進(jìn)行非法符號檢測的必要的信號處理功能包括串行-并行轉(zhuǎn)換器、和快速存儲器中的快速查找表。快速存儲器編程為與所選協(xié)議的傳輸中希望的有效符號建立連接。接收到的符號然后連續(xù)地與有效符號相比較，來確定例如誤碼率性能。進(jìn)一步，以包傳輸數(shù)據(jù)的某些協(xié)議(如以太網(wǎng))利用特定的傳輸符號來指示數(shù)據(jù)包的開始與結(jié)束。對這些協(xié)議，也有可能確定例如信道的包速率。作為進(jìn)一步的實(shí)例，其它協(xié)議，如SONET/SDH，在比特流中包括區(qū)域，能夠被寫入或讀出，以提供端到端的性能監(jiān)視。訪問這些區(qū)域需要CDR器件來獲得流的比特率。
現(xiàn)在再參看圖1，在離開圖2所示的多速率CDR 12之后，信號13到達(dá)開關(guān)3。在常例下，圖1中的比特率受限N×N電開關(guān)矩陣3根據(jù)設(shè)置的外部控制將輸入的信號13切換為輸出信號14。比特率受限電信號開關(guān)矩陣3包括電開關(guān)矩陣，其比特率被限制為通信網(wǎng)絡(luò)可能支持的最大速率。這樣的N×N電開關(guān)矩陣通常用Bi-CMOS或硅-鍺技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，目前可獲得的器件支持最大10Gb/s的開關(guān)路徑?，F(xiàn)在最大68個輸入端口和68個輸出端口的N×N電開關(guān)陣列在市場上能買到。而且這樣的開關(guān)陣列通常支持組播和廣播功能。
采用DWDM系統(tǒng)替代高階TDM，許多未來的通信網(wǎng)絡(luò)所要求的實(shí)際比特率上限將可能是10Gb/s。一些饋線系統(tǒng)，如城域或接入網(wǎng)，可能只需要最大為2.5Gb/s的比特率。理想情況下，電信號開關(guān)應(yīng)該沒有比特率下限，但是在實(shí)際中，電信號開關(guān)部件只需要支持多速率光電再生器所支持的最低實(shí)際比特率。
現(xiàn)在參看圖1，當(dāng)信號14離開電信號開關(guān)矩陣3，它然后被發(fā)送到光電再生器接口15，光電再生器接口15然后將信號16導(dǎo)向DWDM Mux 17，信號18然后從DWDM Mux 17中輸出回到網(wǎng)絡(luò)中，并繼續(xù)傳向選擇的目的地。
電光發(fā)射器19包括外調(diào)制連續(xù)輸出(CW)激光源，它可以是集成了電吸收(EA)調(diào)制器的分布反饋式(DFB)半導(dǎo)體激光器?；蛘?，電光發(fā)射器19可包括直接調(diào)制半導(dǎo)體激光源。但是需要注意的是，直接調(diào)制的光源和外調(diào)制光源相比，在最大比特率和傳輸距離上有更多的限制。因此，盡管直接調(diào)制光源成本較低，但是它相對于外調(diào)制光源在應(yīng)用中有更多的限制。
電光發(fā)射器19中激光源的波長必須是在制造過程中就選定為，或者是在線調(diào)節(jié)到DWDM Mux 17與再生器接口15相連的端口的波長。信號16(如圖1和圖2所示)從電發(fā)射器19被導(dǎo)向DWDM Mux 17(只在圖1中給出)，信號18然后從DWDM Mux 17中被輸出回到網(wǎng)絡(luò)中(只在圖1中給出)，并繼續(xù)傳向選擇的目的地。
在另一種實(shí)施例中，光電再生器接口5、15可實(shí)現(xiàn)為波長無關(guān)的多速率再生器。圖3中詳細(xì)說明了波長無關(guān)多速率再生器20的具體實(shí)現(xiàn)。波長無關(guān)多速率再生器20的工作是通過在每個光電接收器21和電光發(fā)射器22上采用相同的外部調(diào)制器，以及波長與DWDM濾波器陣列24相匹配的外部光纖激光器陣列23。由于光纖激光器陣列23和DWDM濾波器陣列24都完全采用無源光學(xué)元件，所以較佳實(shí)現(xiàn)途徑是使它們協(xié)同定位，其中用外部的980納米泵浦激光器25為光纖激光器陣列23提供光功率。
與分級的波長復(fù)用相結(jié)合，就可以使波長匹配的DWDM濾波器24和CW光源部件變化的數(shù)目最小，使它等于所支持的高階波段的數(shù)目。這將增加這部分每種變化的生產(chǎn)量，從而降低成本。而且，通過采用波長無關(guān)的外部調(diào)制器，現(xiàn)在每個多速率再生器接口20就大體相同，因此能夠以非常低的成本批量生產(chǎn)。
如圖1、圖2和圖3所示，提供了OEO開關(guān)的模塊實(shí)現(xiàn)。這種模塊化的好處是互連成一個整體的不同部件是分離的和最優(yōu)的。
再參見圖1，電信號開關(guān)部件3和多速率再生器5、15之間的互連可以是電的或光學(xué)的。該互連如果是電的，則必須較短，且其阻抗得到很好的控制。如果這些能夠?qū)崿F(xiàn)的話，則電互連幾乎不會引入附加相位抖動。圖2和圖3中給出了這種情況。如果采用光學(xué)互連，將引入較大的相位抖動，這會限制開關(guān)元件級聯(lián)成更大的比特率透明N×N開關(guān)。而且，AC耦合的光學(xué)互連將限制開關(guān)的比特率下限。
參見圖4，多個低成本波長無關(guān)多速率再生器接口26與電信號開關(guān)部件3通過它們之間的低成本電互連而集成在一起。結(jié)果實(shí)際上是一種比特率無關(guān)的OEO開關(guān)矩陣，它能夠直接與OOO開關(guān)的相同部件按成本作比較。實(shí)際上，電信號開關(guān)矩陣在一定程度上比光開關(guān)矩陣更先進(jìn)，因?yàn)镺EO開關(guān)包括全部信號再生，并且可包括例如前面所述的性能監(jiān)視。另外，由于彼此間傳輸段的分離，它能提供更簡單的光學(xué)衰減/色散管理。因?yàn)殡娦盘栭_關(guān)矩陣3中沒有波長相關(guān)器件，所以生產(chǎn)規(guī)?？梢院艽?，且成本很低。
無論是OOO開關(guān)或者是OEO開關(guān)，為提供高的可用性，通信網(wǎng)絡(luò)要求開關(guān)是成對的。圖5給出了一種成對OEO開關(guān)的具體實(shí)現(xiàn)——作為圖4的擴(kuò)展。集成的電開關(guān)和再生器部件27也是放置980納米泵浦激光器28的理想位置，象對OOO開關(guān)那樣，該泵浦激光器也必須是成對的，以獲得高的可用性。
集成的電開關(guān)和再生器部件對27、30在所有方面都是相同的。每個都提供連接到光纖激光器陣列28的980納米泵浦激光源32、34。泵浦激光源32和34的每一個都能夠提供足夠的功率來激勵光纖激光器陣列28。因此，如果開關(guān)部件27和30的任何一個不能工作的話，光纖激光器陣列28依然能夠繼續(xù)工作。如不受保護(hù)的實(shí)施例(見圖3和圖4)，光纖激光器陣列的每個輸出為CW激光源，與DWDM Mux 29的一個波長相匹配。光纖激光器陣列28的每個CW輸出被傳輸?shù)介_關(guān)部件27和30上的相應(yīng)光電接口，如36、38。成對的光電接口，如36、38的輸出與DWDM Mux 29相連，這樣兩者都能夠接收來自DWDM輸入端口40的信號，并發(fā)送將要經(jīng)過DWDM的輸出端口42傳輸?shù)男盘枴Ｒ虼?，如果集成的電開關(guān)和再生器部件27和30中的一個不能工作的話，另一個仍能夠接收和發(fā)送信號。
應(yīng)該理解的是，這里揭示和詳細(xì)說明的發(fā)明延伸至文本或附圖中提及的兩個或多個個別特點(diǎn)的替代組合。所有這些不同的組合構(gòu)成本發(fā)明的各種替代方面。
對那些本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的是，前面說明的本發(fā)明和變化的實(shí)施例能夠被制造，而不脫離本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種光開關(guān)，其特征在于，它包括至少第一解復(fù)用器，將一系列波分復(fù)用信號解復(fù)用成相應(yīng)的空間分離的解復(fù)用信號；一系列第一光電接口單元，與所述空間分離的解復(fù)用信號互相連，它包括光電轉(zhuǎn)換裝置，將輸入光信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號；數(shù)據(jù)和時鐘復(fù)原裝置，用來從所述電信號中復(fù)數(shù)據(jù)和相應(yīng)的鐘控信息，并輸出所述數(shù)據(jù)輸出為第一數(shù)據(jù)流，所述數(shù)據(jù)和時鐘復(fù)原裝置能夠恢復(fù)以多個不同時鐘速率分流的數(shù)據(jù)；電開關(guān)，用來在外部控制信號的控制下，將所述數(shù)據(jù)流發(fā)送到一系列輸出端口中的一個端口；所述輸出端口上的一系列第二電光接口單元，包括數(shù)據(jù)和時鐘復(fù)原裝置，用來從所述電信號中復(fù)原數(shù)據(jù)和相應(yīng)的鐘控信息，并將所述數(shù)據(jù)輸出為第二數(shù)據(jù)流；電光轉(zhuǎn)換裝置，用來將所述數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的光信號流；和至少第一復(fù)用器，它與多個光接口單元互連，用來將每個接口單元的光流復(fù)用到一起，以形成合并的光數(shù)據(jù)流輸出。
2.如權(quán)力要求1所述的開關(guān)，其特征在于，所述第二電光接口單元的數(shù)據(jù)和時鐘復(fù)原裝置還包括時鐘復(fù)原器件，能夠通過所述第二電光接口單元復(fù)原以不同時鐘速率分流的數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)力要求1或2所述的開關(guān)，其特征在于，所述電光轉(zhuǎn)換裝置包括具有確定波長輸出特性的外部調(diào)制半導(dǎo)體激光器。
4.如權(quán)力要求1或2所述的開關(guān)，其特征在于，所述電光轉(zhuǎn)換裝置包括具有確定波長輸出特性的直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器。
5.一種光開關(guān)，其特征在于，它包括至少第一解復(fù)用器，用來將一系列波分復(fù)用信號解復(fù)用成相應(yīng)的空間分離的解復(fù)用信號；一系列第一光電接口單元，與所述空間分離的解復(fù)用信號相連，它包括光電轉(zhuǎn)換器件，將輸入的光信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號；數(shù)據(jù)和時鐘復(fù)原裝置，從所述電信號中復(fù)原數(shù)據(jù)和相應(yīng)的鐘控信息，并將所述數(shù)據(jù)輸出為第一數(shù)據(jù)流；電信號開關(guān)，在外部控制信號的控制下，將所述數(shù)據(jù)流發(fā)送到一系列輸出端口中的一個端口；所述輸出端口上的一系列第二電光接口單元，所述第二電光接口單元包括激光器陣列，其波長與第一復(fù)用器的輸出波長相匹配；至少第一復(fù)用器，與一組電光接口單元互連，用來將每個接口單元的光流復(fù)用到一起，以形成合并的光學(xué)數(shù)據(jù)流輸出。
6.如權(quán)力要求5所述的開關(guān)，其特征在于，所述激光器陣列包括光纖激光器陣列。
7.一種容錯開關(guān)單元，其特征在于，包括如權(quán)利要求1所述的第一和第二開關(guān)，每個開關(guān)與相同的第一解復(fù)用單元和第一復(fù)用器互連，以提供所述開關(guān)的容錯操作。
全文摘要
一種光開關(guān)，它包含至少一個第一去復(fù)用器(4)，用來將一系列波分復(fù)用信號取復(fù)用為相應(yīng)的在空間上分開的去復(fù)用信號(10)；與所述空間上分開的去復(fù)用信號互連的一系列第一光－電接口單元(2)；在外部控制信號的控制下，將所述數(shù)據(jù)流(13)發(fā)送到一系列輸出端口(14)的電子開關(guān)(3)；位于所述輸出端口處的一系列第二電－光接口單元(2)，以及與多個光接口單元互連的至少一個復(fù)用器，用來將每一接口單元的光數(shù)據(jù)流復(fù)用起來，形成混合的光數(shù)據(jù)流輸出(18)。
文檔編號H04Q11/00GK1650209SQ02804598
公開日2005年8月3日 申請日期2002年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月7日
發(fā)明者R·哈爾格倫 申請人:紅蕨闊帶網(wǎng)絡(luò)控股有限公司, 紅蕨闊帶網(wǎng)絡(luò)股份有限公司