1、全光通信網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)設(shè)備
1)可重構(gòu)光分插復(fù)用器
    ROADM設(shè)備的功能是，對(duì)通過的一組DWDM信號(hào)，下載其中目的地址為本節(jié)點(diǎn)的波長(zhǎng)信號(hào)，并上載從本節(jié)點(diǎn)發(fā)出的波長(zhǎng)信號(hào)，其他波長(zhǎng)則透明通過。一個(gè)典型的ROADM節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)如圖2.1所示，它由兩臺(tái)ROADM設(shè)備和兩個(gè)2×2光開關(guān)組成，每臺(tái)ROADM中的下載模塊與上載模塊分離，ROADM①的下載模塊和上載模塊分別與ROADM②的上載模塊和下載模塊連接。采用兩臺(tái)ROADM的目的是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行備份以提高可靠性，光開關(guān)的作用是線路保護(hù)，系統(tǒng)備份和線路保護(hù)的工作模式如下：
a)城域網(wǎng)一般采用雙向光纖環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，信號(hào)在兩根光纖中分別沿順時(shí)針和逆時(shí)針傳輸，ROADM①的下載模塊與ROADM②的上載模塊接入順時(shí)針傳輸光纖，而ROADM②的下載模塊與ROADM①的上載模塊接入逆時(shí)針傳輸光纖，系統(tǒng)正常工作時(shí)，兩個(gè)2×2光開關(guān)均為直通狀態(tài)，兩根光纖上各傳輸一半波長(zhǎng)。
b)當(dāng)線路上的某點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，與故障點(diǎn)緊鄰的兩個(gè)ROADM節(jié)點(diǎn)中，靠近故障點(diǎn)的兩個(gè)2×2光開關(guān)切換至交叉狀態(tài)，通過這兩個(gè)光開關(guān)，順時(shí)針信號(hào)轉(zhuǎn)向逆時(shí)針傳輸，形成一個(gè)新的單光纖環(huán)網(wǎng)，長(zhǎng)度為原雙光纖環(huán)網(wǎng)的兩倍，新的光纖環(huán)網(wǎng)中傳輸所有波長(zhǎng)。
c)當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)中的設(shè)備ROADM①發(fā)生故障時(shí)，則將ROADM②中下載模塊的輸出端與其上載模塊的輸入端相連，同時(shí)將靠近ROADM①的2×2光開關(guān)切換至交叉狀態(tài)，這樣也形成一個(gè)新的兩倍長(zhǎng)度單光纖環(huán)網(wǎng)，保證信號(hào)的傳輸，而ROADM①可取出維修。
    在ROADM設(shè)備的下載模塊中，采用20%分光比的TAP耦合器從線路上取出部分光功率進(jìn)行解復(fù)用，而在解復(fù)用之前，用5%分光比的TAP耦合器取出部分光功率進(jìn)行監(jiān)控。在上載模塊的輸入輸出端口，以及解復(fù)用器和復(fù)用器之間的每個(gè)信道上，用5%分光比的TAP耦合器取出部分光功率進(jìn)行監(jiān)控，每個(gè)信道上的1×2光開關(guān)用于選擇每個(gè)信道被上/下載或者直通，可調(diào)光衰減器VOA用于信道功率均衡。上載模塊輸出端的光放大器，相當(dāng)于圖1.1中的功率放大器。
  
 
2)光交叉互連設(shè)備
    一臺(tái)OXC設(shè)備有N個(gè)輸入/輸出端口和若干個(gè)本地上/下載端口，它的功能是將任意輸入端口中的任意波長(zhǎng)信號(hào)，交換到任意輸出端口中，并下載部分目標(biāo)地址為本節(jié)點(diǎn)的波長(zhǎng)信號(hào)和上傳部分從本節(jié)點(diǎn)發(fā)出的波長(zhǎng)信號(hào)。OXC設(shè)備的結(jié)構(gòu)比ROADM要復(fù)雜的多，去除系統(tǒng)備份、線路保護(hù)、控制電路、功率監(jiān)控和通道均衡部分，典型的OXC設(shè)備光路結(jié)構(gòu)如圖2.2所示，它由N個(gè)復(fù)用器、N個(gè)解復(fù)用器和N個(gè)(N×K)×(N×K)光開關(guān)組成。該OXC有N個(gè)輸入/輸出端口和(N×K)個(gè)上/下載端口，能夠從每條線路上/下載K個(gè)波長(zhǎng)信號(hào)。  

    
                圖2.2 典型的OXC設(shè)備光路結(jié)構(gòu)

2、廣義的ROADM概念
    核心的ROADM和OXC器件，輔之外圍控制系統(tǒng)，稱為OXC和ROADM子系統(tǒng)，再加上各種信息處理和管理功能，則稱為OXC和ROADM設(shè)備，本文以下部分所提到的OXC和ROADM，均指器件。
    ROADM器件由一個(gè)輸入端口、一個(gè)輸出端口、一組下載端口和一組上載端口組成，如圖2.3所示，它能夠從輸入端口上/下載任一或任一組波長(zhǎng)，其他波長(zhǎng)則透明通過。OXC器件由N個(gè)輸入端口和N個(gè)輸出端口組成，如圖2.4所示，它能夠?qū)⑷我惠斎攵丝谥械娜我换蛉我唤M波長(zhǎng)，交換到任一輸出端口中。波長(zhǎng)選擇開關(guān)（Wavelength Selective Switch, WSS）是實(shí)現(xiàn)多維ROADM和OXC的重要器件，1×N WSS由一個(gè)輸入端口和N個(gè)輸出端口組成，如圖2.5所示，它能夠?qū)⑤斎攵丝谥械娜我换蛉我唤M波長(zhǎng)，切換到任一輸出端口中。WSS也可以反過來使用，將從多個(gè)端口輸入的不同波長(zhǎng)，合并到一個(gè)端口輸出。

    
圖2.3 ROADM器件功能圖  圖2.4 OXC器件功能圖  圖2.5 WSS器件功能圖

    OXC器件主要用于光纖環(huán)網(wǎng)之間的互連，一般要求它也具有一定的本地上/下載功能；多維的ROADM器件（關(guān)于ROADM的維數(shù)，下文將會(huì)介紹），除了用于本環(huán)網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)互連的IN/THRU端口之外，還可以通過某些ADD/DROP端口與另一個(gè)環(huán)網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)互連（續(xù)文將會(huì)有圖例）；兩個(gè)WSS組合，可以構(gòu)成一個(gè)ROADM器件（如圖2.6所示），多個(gè)WSS組合，可以構(gòu)成一個(gè)OXC器件（如圖2.7所示）。因此OXC、WSS和傳統(tǒng)的ROADM器件，可以納入更加廣義的ROADM概念中。
     
     
              圖2.6 由兩個(gè)WSS構(gòu)成的ROADM

     
              圖2.7 由2N個(gè)WSS構(gòu)成的N×N端口OXC

如圖2.3所示的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)ROADM，通過其IN和THRU端口接入光纖環(huán)網(wǎng)，此ROADM的維數(shù)為2；如圖2.6所示的ROADM由兩個(gè)WSS構(gòu)成，其IN/THRU端口和另外（S-1)個(gè)Input/Output端口均可用于光纖環(huán)網(wǎng)的接入或者與其他OXC節(jié)點(diǎn)之間的互連，此ROADM的維數(shù)為2S；圖2.2所示的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)OXC和圖2.7所示的基于WSS的OXC，維數(shù)均為2N。
    衡量ROADM器件性能的主要技術(shù)指標(biāo)有：插入損耗IL、偏振相關(guān)損耗PDL、通帶特性、串?dāng)_水平、響應(yīng)時(shí)間、色散水平和擴(kuò)展能力，等等。在信道的通帶邊緣總是存在上升沿和下降沿，當(dāng)多個(gè)ROADM串聯(lián)時(shí)，通帶將會(huì)因乘積效應(yīng)而變窄，而激光器的波長(zhǎng)總是存在一定的漂移，較窄的通帶寬度會(huì)增加誤碼率，因此ROADM的通帶特性決定了能夠串聯(lián)的節(jié)點(diǎn)數(shù)。ROADM的響應(yīng)時(shí)間主要取決于其中的光開關(guān)，因?yàn)橥ㄐ啪�路的保護(hù)切換時(shí)間是50ms，一般要求ROADM的響應(yīng)時(shí)間小于10ms。為了降低初裝成本，同時(shí)又能夠應(yīng)對(duì)將來的業(yè)務(wù)增長(zhǎng)和網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展，要求ROADM具有較好的模塊化和擴(kuò)展能力，而且在網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和升級(jí)擴(kuò)展時(shí)盡量不影響現(xiàn)有通信線路。

3、ROADM的分類
1)按結(jié)構(gòu)分類
    實(shí)現(xiàn)ROADM器件的技術(shù)方案多種多樣，從器件結(jié)構(gòu)的角度考慮，可歸于兩類：廣播&選擇型（Broadcast-and-Select, B&S）和波長(zhǎng)選擇型（Wavelength Selective, WS）。圖2.8所示為一種B&S型ROADM結(jié)構(gòu)，信號(hào)經(jīng)一個(gè)3dB耦合器和一個(gè)1×m分路器下載，并被可調(diào)濾波器解復(fù)用為單個(gè)波長(zhǎng)進(jìn)行接收；繼續(xù)傳輸?shù)男盘?hào)，被一個(gè)波長(zhǎng)阻塞器（Wavelength Blocker, WB）阻斷其中的已下載波長(zhǎng)；信號(hào)的上載通過一個(gè)m×1合波器和另一個(gè)3dB耦合器實(shí)現(xiàn)。WB可以阻斷任一或任一組已下載的波長(zhǎng)，也可以同時(shí)對(duì)直通的波長(zhǎng)進(jìn)行衰減，這樣該ROADM結(jié)構(gòu)同時(shí)具有通道均衡功能；如果WB不阻斷已下載的波長(zhǎng)而讓其繼續(xù)傳輸（ADD端也就不能上載這些未阻斷的波長(zhǎng)），這樣其他節(jié)點(diǎn)也能夠下載這些波長(zhǎng)，則該ROADM同時(shí)具有廣播功能。實(shí)現(xiàn)WB的技術(shù)途徑有聲光濾波器（Acousto-Optic Filter, AOF）、液晶（Liquid Crystal, LC）、硅基液晶（Liquid Crystal on Silicon, LCoS）、微機(jī)電系統(tǒng)（Micro Electro-Mechanical System, MEMS）、平面光路（Planar Lightwave Circuit，PLC）技術(shù)，等等。
    WS型ROADM結(jié)構(gòu)如圖2.9所示，它由一個(gè)解復(fù)用器、一個(gè)光開關(guān)陣列和一個(gè)復(fù)用器組成，輸入的WDM信號(hào)先被解復(fù)用為單個(gè)波長(zhǎng)，由開關(guān)陣列決定每個(gè)波長(zhǎng)被上/下載或者直通，直通信號(hào)和上載信號(hào)通過復(fù)用器重新合成為WDM信號(hào)。WS型ROADM中的MUX/DEMUX部分，可以由分立器件組合而成，如串聯(lián)的薄膜濾波器（Thin Film Filter, TFF）或者光纖布拉格光柵（Fiber Bragg Gratings, FBG），也可以是基于PLC技術(shù)的集成器件，如陣列波導(dǎo)光柵（Arrayed waveguide Gratings, AWG）；光開關(guān)陣列部分，可以是多個(gè)1×2或者2×2光開關(guān)組成的陣列，也可以是一個(gè)大端口數(shù)的N×M光開關(guān)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)有微機(jī)械光開關(guān)、MEMS光開關(guān)、液晶光開關(guān)和基于PLC技術(shù)的各種熱光開關(guān)，等等。其中基于PLC技術(shù)的AWG+熱光開關(guān)方案，可以實(shí)現(xiàn)單片集成，而且可以同時(shí)集成VOA以實(shí)現(xiàn)信道均衡，是最受歡迎的技術(shù)方案之一。

    
    圖2.8 B&S型ROADM結(jié)構(gòu)         圖2.9 WS型ROADM結(jié)構(gòu)

    B&S型ROADM結(jié)構(gòu)因?yàn)椴捎肳B，具有損耗低、通帶特性好和初裝成本低的優(yōu)點(diǎn)，較低的損耗和良好的通帶特性使得一個(gè)環(huán)網(wǎng)中可以串聯(lián)更多的ROADM節(jié)點(diǎn)，初裝時(shí)只需上/下載少數(shù)波長(zhǎng)，而升級(jí)擴(kuò)容只需通過增加可調(diào)濾波器和可調(diào)激光器即可實(shí)現(xiàn)；B&S型ROADM結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是，當(dāng)上/下載波長(zhǎng)數(shù)較多時(shí)成本偏高。WS型ROADM結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是體積小，在上下載波長(zhǎng)數(shù)較多時(shí)成本要低的多，特別是基于PLC技術(shù)的單片集成方案；缺點(diǎn)是直通信號(hào)的損耗偏大（直通信號(hào)的損耗影響節(jié)點(diǎn)串聯(lián)特性，因此要求較高，而上/下載信號(hào)的損耗只關(guān)系本節(jié)點(diǎn)，要求稍低），而且初裝成本偏高。

2)按功能分類
    前面提到，OXC、WSS和傳統(tǒng)的ROADM均可以納入更加廣義的ROADM概念中，而且傳統(tǒng)的ROADM，根據(jù)其ADD/DROP端口是否只能上/下載固定波長(zhǎng)，可區(qū)分為I類II類ROADM。因此從器件功能的角度考慮，可以將廣義的ROADM歸于四類：I類ROADM、II類ROADM、WSS和OXC。
a)I類ROADM：擁有一個(gè)IN/THRU端口和若干ADD/DROP端口，每個(gè)ADD/DROP端口只能固定上/下載某個(gè)或者某些波長(zhǎng)。
b)II類ROADM：擁有一個(gè)IN/THRU端口和若干ADD/DROP端口，每個(gè)ADD/DROP端口的上/下載波長(zhǎng)可改變。
c)WSS：端口結(jié)構(gòu)為1×K，擁有一個(gè)輸入端口和K個(gè)輸出端口，可以將輸入端口中的任一或者任一組波長(zhǎng)，切換至任一輸出端口中；或者反過來使用，擁有K個(gè)輸入端口和一個(gè)輸出端口，可以將任一輸入端口中的任一或者任一組波長(zhǎng)切換至輸出端口。當(dāng)然，各端口輸入的波長(zhǎng)不能重合，否則將會(huì)發(fā)生相互串?dāng)_。
d)OXC：端口結(jié)構(gòu)為N×N，擁有N個(gè)輸入端口和N個(gè)輸出端口，可以將任一輸入端口中的任一或者任一組波長(zhǎng)交換到任一輸出端口中，并具有一定的本地上/下載功能，能夠從每條線路上/下載若干波長(zhǎng)。