在時分復用技術中用於光信號的交叉連接器的製作方法

2023-06-20 09:00:01 2

專利名稱：在時分復用技術中用於光信號的交叉連接器的製作方法
在時分復用技術中用於光信號的交叉連接器
本發明涉及一種按照權利要求1的前序部分的用於光信號的交叉 連接器。
在具有光時分復用信號或所謂的0TDM信號(OTDM-optical time division multiplex)的網絡中，藉助光學方法在由低數據速率(即 具有基本數據速率F=G/M，其中M為整數，例如M-16， F=10GBit/s) 的數據信道形成的高數據速率G (例如G-160 GBit/s)的情況下一起 復用時分復用信號的數據.這樣的具有髙數據速率G的時分復用信號 可以最多由總數為M=D/F的信道組成.
在每個網絡中需要實現用於連接時分復用信號或其信道的交叉連 接器。在大多數情況下，時分復用信號的信道被饋入、重新連接到具 有數量為例如M-16的去復用器的設備中，並且藉助其它的復用設備被 轉送到一個新的時分復用信號中.這需要許多工作量以及高的費用， 此外還由此使信噪功率比劇烈惡化，
本發明的任務是給出一種用於光信號的交叉連接器，該交叉連接 器能夠實現來自時分復用信號的信道中的數據的簡單的純光學連接.
該任務的解決方案通過具有權利要求1的特徵的交叉連接器來實現。
在本發明中，為了簡化閱讀，談及"信道的連接、通過、時間延 遲、分配等等".在這些情況下意味著，將所傳輸的數據例如從一個 信道連接到另一個信道或使數據通過信道等等.在此，未規定例如由 於從時分復用信號到波長復用信號的轉換而引起的粒度之間的轉變.
以用於N個光信號的具有N個輸入端和P個輸出端(N>1， P>1) 的交叉連接器為出發點，其中N個光信號被設置為具有多個信道的時 分復用信號，為了根據本發明連接所述時分復用信號中的例如兩個時 分復用信號的信道，將光時分復用信號分別輸送給具有後置的光組合 器的光開關。在第一光開關處，第一數量的從第一光信號中分接出的 信道被引向第二光組合器.同樣在第二光開關處，第二數量的從笫二 光信號中分接出的信道被引向笫一光組合器，藉助被輸送給光開關的 光控制信號來控制這樣的連接.
本發明交叉連接器的主要的優點在於，在將原來的時分復用信號
分為多個系列的要連接的低比特率信號的意義上不需要去復用，因為 針對單個信道進行連接.該特徵意味著費用的顯著下降以及任意信道
的極高的連接速度.同樣不再需要所連接的信道的、其它相應的費事
的復用。
有利地，藉助具有調製脈衝序列的高比特率的控制信號來控制交 叉連接器的根據本發明的連接.這些控制信號的生成基於多個傳統的
並聯的光導體，這些光導體例如在基本數據速率為F-10 GBit/s時具 有光調製器，以及具有不同的光路徑，並且這些光導體的輸出端這樣 被光耦合，使得在光導體耦合之後生成具有X乘10 Gbit/s的比特率 的所產生的脈衝序列.這樣的用於生成任意的高比特率的控制信號的 裝置可以被低成本地製造為集成光學器件或基於相應長度的纖維.在 此，設置有一種裝置，利用該裝置可以改變脈衝序列或可以部分地關 斷該序列的部分。在本發明中，控制信號最大將具有時分復用信號的、 例如在160GBit/s處的比特率，以便在不中斷到達交叉連接器的N個 時分復用信號的數據流的情況下觸發信道單獨的邏輯操作。
具有N個輸入端和P個輸出端的交叉連接器一般具有N (P-l)個 光開關和P (N-l)個光組合器.因為必須連接具有很高比特率的數據 信道，所以使用基於光學機制的光開關以及組合器.為此目前未設置 電氣和機械裝置，因為它們過於緩慢.可使用的技術例如是增益透明 的超快非線性幹涉儀(GT-UNI-Gain transparent-ultraspeed nonlinear interferometer)或者基於四波混合(FWM=f our wave mixing)、交叉相位調製(XPM-cross phase modulation )或交叉增 益調製(XGM-cross gain modulation)的開關.同樣需要用於交叉 連接器的時鐘和相位同步裝置，但是由於本發明的清楚性原因沒有描 述這些時鐘和相位同步裝置.由於電子高頻技術的進一步的迅速發 展，可以設想過幾年也可以將基於電子的開關用於這些交叉連接器。
在從屬權利要求中說明了本發明的有利的改進方案，
如果應該連接相同數量和順序的時分復用信道，則將單個控制信 號用於多個光開關的控制是特別有利的.
下面藉助附閨來更詳細地闡述本發明的實施例.
其中


圖1展示用於兩個輸入的具有不同數量的時分復用信號的時分復 用信號的笫一交叉連接器，
圖2展示用於兩個輸入的時分復用信號的第二交叉連接器，用於
相同時分復用信道的直接交叉連接，
圖3展示具有用於時分復用信號的時間同步的裝置的、第一交叉 連接器的示意困，
圖4展示具有4個輸入端和5個輸出端的交叉連接器的示意圖，
圖5展示用於生成控制信號的任意脈衝序列的裝置的示意困.
為了說明本發明的主題，在閨1中給出了一個實施例，在該實施 例中示出了交叉連接器和該交叉連接器的兩個輸入時分復用信號Sl、 S2和兩個輸出時分復用信號SS1、 SS2的主要特徵.在此，光時分復 用信號S1、 S2具有不同數量H、 K的時分復用信道.分別將時分復用 信號S1、 S2輸送到具有後置的光組合器0K1、 0K2的光開關0S1、 0S2 的輸入端，在光開關0S1、 0S2處實現任意信道的連接、即分接或通過. 在第一光開關0S1處，將第一數量J的從第一光信號S1中所分接出的 信道AS1引向第二光組合器0K2.同樣在笫二光開關0S2處，將第二 數量L的從第二光信號Sl中所分接出的信道AS2引向第一光組合器 0K1。兩個控制信號(KS1， KS2)被輸送給光開關0S1、 0S2，這樣構 成這些控制信號(KS1， KS2)的脈衝序列，使得在數量H、 K的時分復 用信道內選擇性地選擇兩個時分復用信號之一 (例如Sl或S2 )的所有 所希望的要分接的信道(例如AS1或AS2 )，並且輸送給不是連接在其 光開關(這裡0S1或0S2 )後面的光組合器(即這裡0K2或OKI).
如已經說明的那樣，這裡所使用的光開關0S1、 0S2是能夠實現快 速切換的純光觸發開關.在一種實施變型方案中使用用於切換的GT-UNI。在輸入數據信號亊先已被劃分為兩個互相正交偏振的脈衝之後， 在這裡藉助光控制脈衝在增益透明的半導體放大器(英語 Semiconductor Optical amplifier,簡稱SOA)中實現輸入數據信 號的分接。
這裡所使用的光組合器On、 0K2具有用於測定輸入的時分復用信 道的佔用的檢測單元以及用於信道的互相時移或重新分配和添加的裝 置，以便為生成輸出的時分復用信號SS1、 SS2而進行其榆入信道的無 衝突的匯總，
延遲元件T被連接在笫一光開關0S1的前面，以便在可能不受歡 迎的移位情況下例如藉助相位檢測器和相位調節器PDR來檢驗並正確 地調節兩個輸入的時分復用信號Sl、 S2之間的可選的相對的時間延遲 或相位延遲.控制單元CR測定時分復用信號Sl、 S2的所調節的時間 延遲，並且同樣使高比特率的控制信號KS1、 KS2的相位一起同步.
按照時分復用信號S1、 S2中的哪些信道AS1、 AS2被分接出，與 此相應地調製兩個控制信號KS1、 KS2的脈衝序列.脈衝序列的"1" 脈沖意味著例如在光開關0S1、 0S2之一處"分接"，"0"脈衝意味著 "通過"。為了生成用於兩組要分接的信道AS1、 AS2的兩個任意的脈 衝序列，這裡使用具有兩個並行後置的數據脈衝序列發生器 PULSTRAIN1、 PULSTRAIN2的脈衝源PULS，這兩個數據脈衝序列發生 器的輸出信號是所希望的控制信號KS1、 KS2,由此同時並且針對兩個 輸入的時分復用信號Sl、 S2中的各個信道實現信道AS1、 AS2的分接 的控制。用於生成並控制控制脈衝的設備PULSTRAIN1、 PULSTRAIN2 也可以與相位檢測器PDR相連接，以便時間同步.
如果兩個時分復用信號Sl、 S2分別具有總數為M的時分復用信 道，在光開關0S1、 0S2中這些時分復用信道中的數量H或K的信道通 過，則應如此來構造控制信號KS1、 KS2，使得從光開關0S1、 0S2輸 出的信道的笫一總數H+J和笫二總數K+L保持小於或等於從光組合器 0S1、 0S2輸出的時分復用信號SS1、 SS2的信道的總數.
此外，在閨2中還通過以下方式來考察根據圖1的特殊情況，即 要連接的信道AS1、 AS2的數量和順序是相同的.在這種情況下，這樣 簡化兩個控制信號KS1、 KS2的構造，使得它們的脈衝序列是相同的， 因此僅僅需要具有兩個相同輸出信號KS的單個數據脈衝序列發生器 PULSTRAIN1，
圖3展示按照圖1的裝置的擴展.延遲元件T僅用於時分復用信 號S1和S2的同步.通過兩個另外的延遲元件D1和D2，這些信號現在 可以單獨地被延遲，並且然後被插入到另一個時分復用信號的任意的 空閒的時隙中，其中這兩個另外的延遲元件Dl和D2由兩個控制設備 PULSTRAIN1-C0N和PULSTRAIN2-C0N來控制，這兩個控制設備此外像 迄今那樣生成用於要分接的信號的脈衝.
在圖4中示意性示出具有4個輸入端和5個輸出端的本發明交叉
連接器.該交叉連接器可以被擴展為任意數量N的輸入端和任意數量P 的輸出端.在該交叉連接器的每一個輸入端上，即在其它光開關0S( i, j)(其中j是整數並且0〈 j《4)的串聯繫列的笫一光開關0S(i， 1)
(其中i是整數並且(Ki《4)的每一個輸入端上，輸出一個時分復用 信號。總共四個時分復用信號將通過一系列四個(或在P個輸出端的 情況下P-l個)光開關，例如對於笫一時分復用信號來說通過光開關 OS (1， 1) 、 OS (1, 2) 、 OS (1, 3) 、 OS (1， 4).根據圖1或2, 光組合器0K(x， y)(這裡x， y是整數並且0〈x《5， 0〈y《3)這 樣連接到光開關OS (i, j)的後面，使得三個或N-l個串聯的光組合 器(OK (1， 1) ， 0K (1， 2) ， 0K (1， 3))或(OK (2， 1) ， (2， 2) ， 0K (2， 3))或(OK (3， 1) ， 0K (3， 2) ， 0K ( 3， 3 ) }或{0K
(4， 1) ， 0K (4， 2) ， 0K (4， 3))跟隨在四個或(P-1)個光開關 OS (1， 4) 、 OS (2, 4) 、 OS (3， 5) 、 OS (4， 4)的輸出端之後， 另一系列三個或N-1個串聯的光組合器(0K (5， 1)， OK (5， 2)， OK
(5， 3) }同樣例如連接到光開關OS (4， 4)的輸出端之一上，由於 清楚原因，未示出所有光開關0S (i， j)的輸出端與光組合器0K (x， y)之間的所有連接，但是器件內的斜體括號中的數字對說明，光開關 0S(i， j)的輸出端之一與哪些光組合器OK (x, y)相連接.光組合 器0K (1， 3) 、 0K (2， 3) 、 0K (3， 3) 、 0K (4， 3) 、 0K (5， 3) 的輸出端構成交叉連接器的5個或P個輸出端.
圖5示意地示出用於生成控制信號的任意序列的裝置，正如需要 將它們用於各個信道的分接或添加那樣.控制信號是光脈衝，這些光 脈衝被同步到數據信號、即OTDM數據速率(這裡G)的時鐘，並且這 些光脈沖的脈衝持續時間近似地相當於比特持續時間.在本發明裝置 的輸入端處，通過分光器S將雷射源中所生成的具有對應於基本數據 速率(這裡F)的重複率的光脈衝01劃分為N個子脈衝Til - TIN.在 圖5中所示出的實施變型方案中為N-4.各個子脈衝Til -TI4穿過不 同的路徑長度，該路徑長度這樣來選擇，使得每個光子脈衝的延遲分 別相差OTDM數據速率的比特持續時間的整數倍.藉助延遲單元T來調 節不同的延遲.在輸出端處，藉助組合器K將這樣在時間上錯開的子 脈衝Til - TI4匯總成一個脈衝序列0PS，在該脈衝序列中每個時隙存 在一個子脈衝.控制信號正好包含這樣生成的子脈衝或單脈衝.
本發明裝置例如可以由單片集成的或分散構造的波導結構組成.
通過在子脈衝TI1-TI4的波長之內插入光開關，生成如用於各個 信道的分接或插入所需的、由"1"脈衝和"0"脈衝組成的控制信號 的任意的脈衝序列.在單片集成的波導結構中可以將這種開關例如實 現為馬赫-策恩德爾(Mach-Zehnder )裝置(MZI).在困5中作為實 施變型方案示出了這種構造.子脈衝Til被榆送給第一耦合器Kl並且 被劃分為兩個其它的子脈衝.這些子脈衝之一通過以下方式受到相 移，即通過在加熱元件H1中加熱來改變幹涉儀臂的光路徑長度.按照 相移，子脈衝之一通過輛合器K2被連接到總裝置的輸出端處的組合器 K。在馬赫-策恩德爾裝置的"開放的"輸出端處的光電二極體(PD1, PD2...)用於進行加熱元件的正確控制.如果生成"1"，即如果應分 接相應的信道，則這樣來調節加熱元件，使得沒有強度施加於光電二 極管上並且子脈衝作為控制信號被轉發.否則調節到光電二極體上的 最大強度。圖5中所展示的裝置是示例性地針對4x40 Gbit/s 0TDM 系統配置的。這意味著，在160Gbit/s的總數據速率的情況下，在分 別所屬的波導中，子脈衝TI1-TI4的延遲為6.25ps.在波導的折射 率為大約1.5的情況下，這相當於大約1.25 mm的長度差.也可以這 樣生成控制信號，使得子脈衝的數量N正好對應於時分復用信號的信 道的數量M，以便因此實現在要連接的信道的數量方面的完全的靈活 性。
權利要求
1.用於光信號(S1，S2，...)的交叉連接器，該交叉連接器具有N個輸入端和P個輸出端，其特徵在於，所述光信號(S1，S2，...)具有時分復用信道，並且分別被輸送給具有後置的光組合器(OK1，OK2，...)的光開關(OS1，OS2，...)，在第一光開關(OS1)處，第一數量(J)的從第一光信號(S1)中所分接出的信道(AS1)被引向第二光組合器(OK2)，並且在第二光開關(OS2)處，第二數量(L)的從第二光信號(S2)中所分接出的信道(AS2)被引向第一光組合器(OK1)，以及所述光開關(OS1，OS2)受光控制信號(KS1，KS2)控制。
2. 按照權利要求1的交叉連接器，其特徵在於，所述光組合器 (0K1， 0K2)具有用於測定輸入的時分復用信道的佔用的檢測單元以及用於信道的互相時移或重新分配的裝置.
3. 按照以上權利要求之一的交叉連接器，其特徵在於，在所述光 開關(0S1， 0S2)和所述光組合器(0K1， 0U)之間布置有延遲元件(Dl， D2)，這些延遲元件(D1， D2)與控制設備(PULSTRAIN1-C0N, PULSTRAIN2-C0N)相連接並且允許時分復用信號的時間同步，
4. 按照以上權利要求之一的交叉連接器，其特徵在於，在未去復 用的時分復用信號中，藉助作為控制信號(KS1， KS2)的脈衝序列來 控制信道的添加或分接.
5. 按照以上權利要求之一的交叉連接器，其特徵在於，作為至少 一個脈沖源(PULS)的榆出信號的所述控制信號(KS1， KS2)具有脈 衝序列，這些脈衝序列的最大比特率為時分復用信號(S1，S2)的比特 率。
6. 按照以上權利要求之一的交叉連接器，其特徵在於， 為了生成控制信號，設置有分光器(S),該分光器(S)將具有所述時分復用信號的基本數據速率的脈衝信號(01)劃分為多個子脈 衝(Til, TI2，...)，使得所述子脈衝(TIl， TI2，...)之一分別 被輸送給多個延遲元件(T )，所述延遲元件(T)具有比特持續時間的整數倍的不同延遲， 布置有與每個延遲元件(T)串聯的光開關(MZI)，組合器(K)被連接在所述光開關(MZIl， MZI2，...)的後面， 該組合器(K)將被延遲的子脈衝(TIl， TI2，...)匯總成控制信號 US1， KS2),
7.按照權利要求6的裝置，其特徵在於，作為光開關(MZIl， MZI2，...)，設置有與光電二極體組合的馬赫-策恩德爾裝置，使得 執行作為與信道有關的操作的、所述時分復用信號的時分復用信道之 一的數據的添加、分接或時移.
全文摘要
本發明涉及一種用於光時分復用信號的交叉連接器，利用光控制脈衝來連接該時分復用信號的時分復用信道。光時分復用信號之一分別被輸送給具有後置的光組合器的光開關。在第一光開關處，第一數量的從第一光時分復用信號中所分接出的信道被輸送給第二光組合器。同樣在第二光開關處，第二數量的從第二光時分復用信號中所分接出的信道被輸送給第一光組合器。藉助被輸送給光開關的高比特率的控制信號來控制這樣的用於將兩個所分接出的信道組同時輸送到兩個光組合器中的連接。光控制信號藉助用於生成脈衝序列的裝置來控制各個時分復用信號的分接或添加。
文檔編號H04Q11/00GK101352095SQ200580005891
公開日2009年1月21日 申請日期2005年2月25日 優先權日2004年2月25日
發明者G·勒曼, H·羅德, W·謝勒 申請人:諾基亞西門子通信有限責任兩合公司