专利名称：透明光－电－光开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光-电-光(OEO)开关，尤其涉及一种具有高比特率透明度的OEO开关。
背景技术：
全光(OOO)开关是令人满意的，尤其是因为它们的协议和比特率透明性。然而，OOO开关的一个问题是它们通常不支持波长转0换和按信道性能监视。而且，OOO开关要求复杂的衰减/色散管理算法，以处理不同来源且不同去向的信号——这些信号的每一个都具有不同的路径长度。
OOO开关的另一个限制是从任何光纤干线的一个端口进来的波长(λn)极有可能只是切换到另一个光纤干线的相同波长(λn)端口。另外，完全无阻塞N×N OOO开关阵列由于其巨大的可能连接数目而利用不足。
用光纤放大器来同时放大许多波长进一步导致了信道性能监视管理中的显著问题。而且，目前光信号处理技术还不如电信号处理那样发达。
常规的OEO开关克服了OOO开关的不足，但是不具有OOO开关的优点。
发明概述本发明的一个目的就是提供一种改进形式光电光开关。
第一方面，本发明提供一种光开关，包括至少第一解复用器，用来将一系列波分复用信号解复用成相应的空间分离的解复用信号；一系列第一光电接口单元，与上述空间分离的解复用信号相互连接；电开关，在外部控制信号的控制下将上述数据流传输到一系列输出端口中的其中一个；上述输出端口的一系列第二电光接口单元，和至少第一复用器，与一组光学接口单元相互连接，用来将每个接口单元的光流一起复用成合并的光数据流输出。
第一光电接口单元系列包括光电转换器件，用来将输入的光信号转换成相应的电信号；数据和时钟复原器件，用来从上述电信号中复原数据和相应的钟控信息，并输出上述的数据作为第一数据流，数据和时钟复原器件能够恢复以多个不同时钟速率分流的数据。
上述输出端口的第二电光接口单元系列包括数据和时钟复原器件，用来从上述电信号中复原数据和相应的钟控信息，并输出上述数据作为第二数据流；和电光转换器件，将上述的数据流转换成相应的光流。
在本发明的另一种实施例中，电光转换器件包括具有确定波长输出特性的外部或直接调制半导体激光器。
第二方面，本发明提供一种光开关，包括至少第一解复用器，用来将一系列波分复用信号解复用成相应的空间分离的解复用信号；一系列第一光电接口单元，与上述空间分离的解复用信号相互连接；电信号开关，在外部控制信号的控制下将上述数据流传输到一系列输出端口中的其中一个；上述输出端口的一系列第二电光接口单元，所述的第二电光接口单元包括激光器阵列，其波长与第一复用器的输出波长相匹配，和至少第一复用器，与一组光接口单元相互连接，用来将每个接口单元的光流一起复用成合并的光数据流输出。
与上述空间分离的解复用信号相连的第一光电接口单元系列包括光电转换器件，用来将输入的光信号转换成相应的电信号；数据和时钟复原器件，用来从上述电信号中复原数据和相应的钟控信息，并输出上述的数据作为第一数据流。
在本发明的另一种实施例中，激光器阵列包括光纤激光器阵列。
第三方面，本发明提供一种容错开关单元，包括根据本发明的第一和第二方面构造的第一和第二开关，每一个开关与相同的第一解复用器和第一复用器相互连接，以便提供上述开关的容错操作。
附图概述现在参照
本发明的较佳实施例。
图1示意说明了一种OEO开关的具体结构。
图2示意说明了一种依赖于波长的多速率再生器的具体结构。
图3示意说明了一种与波长无关的多速率再生器的具体结构。
图4示意说明了多个与波长无关多速率再生器接口和电信号开关部件通过其间的电互联而相集成。
图5示意说明了一种成对的光电光开关的具体结构。
较佳和其它实施例的详细说明在较佳实施例中，含有一种密集波分复用(DWDM)开关系统，它将数据速率可能变化的光信号转换成相应的电信号。然后电信号被传入电开关，以切换到一个输出端口。输出的电信号然后被转换成相应的光信号。通过采用多速率转换系统，就有可能同时处理许多不同的数据速率。
首先参看图1，图中给出了第一实施例中实现的模块的、3端口OEO开关的具体实现。该OEO开关包括一系列复用/解复用器1，连接到一系列光电再生器接口2，后者再连接到电开关3，电开关3切换到一个输出端口上。在图1所示的实例中，DWDM复用器/解复用器(Mux)4设置成与四个光电再生器接口(5，6，7和8)相连。但是应该注意的是，这只是作为实例，且对可能的替代系统没有任何限制。例如，利用四个光电再生器接口(连接到DWDM Mux 4的5、6、7和8)的原理能够实现每个DWDM Mux 4的8或16个光电再生器接口。
通过追踪输入信号9的路径，能够最好地理解开关的操作。信号被复用/解复用4。DWDM复用/解复用器(Mux)4设置成与四个光电再生器接口(5，6，7和8)相连，这些接口能够分别接收和发送波长始定为λ2、λ4、λ6和λ8的信号。在经过DWDM Mux 4之后，信号被发送到光电再生器接口5。应该注意的是，光电再生器接口5只是选为一个例子，同样的原理也适用于发送到任何其它光电再生器接口6、7和8中的的信号。
在离开DWDM Mux 4之后，信号到达光电再生器5，图2给出了它的详细说明。所以现在参看图2。信号10首先到达光电接收器11，在一种较佳实施例中，光电接收器11是一种宽谱类型，这样在所有的光电再生器接口都可以采用同样的接收器(即图1中光电再生器接口6、7和8等上的所有接收器)，因此降低了DWDM滤波器4每个波长必须匹配造成的成本。选择光电接收器11使得它支持与图1中比特率受限的电信号开关矩阵3相同的比特率限制。
一旦信号10被图2中的光电接收器11所接收，它然后被发送到时钟/数据复原器件(CDR)12。CDR 12的作用是从进来的数字信号中得到高速定时信号，并输出比特时钟和适当重新定时的数据。CDR 12在某种意义上是可编程的，因此当端到端的连接建立时，最多到预定最大值，许多通常采用的比特率中的任何一种都能够实现。因此，在任何时间点，CDR 12是高效比特率透明的。CDR 12可包括买得到的集成电路，例如，AMCC S3076多速率时钟复原单元，它按照以下速率提供时钟复原和数据重新定时2488.32Mb/s(OC-48)、2125Mb/s(光纤信道)、1244.16Mb/s(OC-24)、1250Mb/s(千兆以太网)、1062.5Mb/s(光纤信道)、622.08Mb/s(OC-12)和155.52Mb/s(OC-3)。
信号13从CDR 12离开图2中详细说明的光电再生器接口5，并进入电信号开关矩阵3(图1中以进来的信号13给出)。
本发明中CDR 12的主要作用是提供适合于输入到电开关矩阵3的重新定时数据。但是多速率CDR 12器件可具有其它的功能。例如，输出的比特时钟和重新定时数据可用于性能监视。为此，多协议信号处理可提供作为接口的一部分。例如，某些包括多种速率的以太网和光纤信道协议的数据传输协议只利用所有可能的比特模式的一个子集作为传输符号。因此，比特流中非法符号的存在可解释为传输错误的标志。在它最简单的形式中，针对这样的协议进行非法符号检测的必要的信号处理功能包括串行-并行转换器、和快速存储器中的快速查找表。快速存储器编程为与所选协议的传输中希望的有效符号建立连接。接收到的符号然后连续地与有效符号相比较，来确定例如误码率性能。进一步，以包传输数据的某些协议(如以太网)利用特定的传输符号来指示数据包的开始与结束。对这些协议，也有可能确定例如信道的包速率。作为进一步的实例，其它协议，如SONET/SDH，在比特流中包括区域，能够被写入或读出，以提供端到端的性能监视。访问这些区域需要CDR器件来获得流的比特率。
现在再参看图1，在离开图2所示的多速率CDR 12之后，信号13到达开关3。在常例下，图1中的比特率受限N×N电开关矩阵3根据设置的外部控制将输入的信号13切换为输出信号14。比特率受限电信号开关矩阵3包括电开关矩阵，其比特率被限制为通信网络可能支持的最大速率。这样的N×N电开关矩阵通常用Bi-CMOS或硅-锗技术来实现，目前可获得的器件支持最大10Gb/s的开关路径。现在最大68个输入端口和68个输出端口的N×N电开关阵列在市场上能买到。而且这样的开关阵列通常支持组播和广播功能。
采用DWDM系统替代高阶TDM，许多未来的通信网络所要求的实际比特率上限将可能是10Gb/s。一些馈线系统，如城域或接入网，可能只需要最大为2.5Gb/s的比特率。理想情况下，电信号开关应该没有比特率下限，但是在实际中，电信号开关部件只需要支持多速率光电再生器所支持的最低实际比特率。
现在参看图1，当信号14离开电信号开关矩阵3，它然后被发送到光电再生器接口15，光电再生器接口15然后将信号16导向DWDM Mux 17，信号18然后从DWDM Mux 17中输出回到网络中，并继续传向选择的目的地。
电光发射器19包括外调制连续输出(CW)激光源，它可以是集成了电吸收(EA)调制器的分布反馈式(DFB)半导体激光器。或者，电光发射器19可包括直接调制半导体激光源。但是需要注意的是，直接调制的光源和外调制光源相比，在最大比特率和传输距离上有更多的限制。因此，尽管直接调制光源成本较低，但是它相对于外调制光源在应用中有更多的限制。
电光发射器19中激光源的波长必须是在制造过程中就选定为，或者是在线调节到DWDM Mux 17与再生器接口15相连的端口的波长。信号16(如图1和图2所示)从电发射器19被导向DWDM Mux 17(只在图1中给出)，信号18然后从DWDM Mux 17中被输出回到网络中(只在图1中给出)，并继续传向选择的目的地。
在另一种实施例中，光电再生器接口5、15可实现为波长无关的多速率再生器。图3中详细说明了波长无关多速率再生器20的具体实现。波长无关多速率再生器20的工作是通过在每个光电接收器21和电光发射器22上采用相同的外部调制器，以及波长与DWDM滤波器阵列24相匹配的外部光纤激光器阵列23。由于光纤激光器阵列23和DWDM滤波器阵列24都完全采用无源光学元件，所以较佳实现途径是使它们协同定位，其中用外部的980纳米泵浦激光器25为光纤激光器阵列23提供光功率。
与分级的波长复用相结合，就可以使波长匹配的DWDM滤波器24和CW光源部件变化的数目最小，使它等于所支持的高阶波段的数目。这将增加这部分每种变化的生产量，从而降低成本。而且，通过采用波长无关的外部调制器，现在每个多速率再生器接口20就大体相同，因此能够以非常低的成本批量生产。
如图1、图2和图3所示，提供了OEO开关的模块实现。这种模块化的好处是互连成一个整体的不同部件是分离的和最优的。
再参见图1，电信号开关部件3和多速率再生器5、15之间的互连可以是电的或光学的。该互连如果是电的，则必须较短，且其阻抗得到很好的控制。如果这些能够实现的话，则电互连几乎不会引入附加相位抖动。图2和图3中给出了这种情况。如果采用光学互连，将引入较大的相位抖动，这会限制开关元件级联成更大的比特率透明N×N开关。而且，AC耦合的光学互连将限制开关的比特率下限。
参见图4，多个低成本波长无关多速率再生器接口26与电信号开关部件3通过它们之间的低成本电互连而集成在一起。结果实际上是一种比特率无关的OEO开关矩阵，它能够直接与OOO开关的相同部件按成本作比较。实际上，电信号开关矩阵在一定程度上比光开关矩阵更先进，因为OEO开关包括全部信号再生，并且可包括例如前面所述的性能监视。另外，由于彼此间传输段的分离，它能提供更简单的光学衰减/色散管理。因为电信号开关矩阵3中没有波长相关器件，所以生产规模可以很大，且成本很低。
无论是OOO开关或者是OEO开关，为提供高的可用性，通信网络要求开关是成对的。图5给出了一种成对OEO开关的具体实现——作为图4的扩展。集成的电开关和再生器部件27也是放置980纳米泵浦激光器28的理想位置，象对OOO开关那样，该泵浦激光器也必须是成对的，以获得高的可用性。
集成的电开关和再生器部件对27、30在所有方面都是相同的。每个都提供连接到光纤激光器阵列28的980纳米泵浦激光源32、34。泵浦激光源32和34的每一个都能够提供足够的功率来激励光纤激光器阵列28。因此，如果开关部件27和30的任何一个不能工作的话，光纤激光器阵列28依然能够继续工作。如不受保护的实施例(见图3和图4)，光纤激光器阵列的每个输出为CW激光源，与DWDM Mux 29的一个波长相匹配。光纤激光器阵列28的每个CW输出被传输到开关部件27和30上的相应光电接口，如36、38。成对的光电接口，如36、38的输出与DWDM Mux 29相连，这样两者都能够接收来自DWDM输入端口40的信号，并发送将要经过DWDM的输出端口42传输的信号。因此，如果集成的电开关和再生器部件27和30中的一个不能工作的话，另一个仍能够接收和发送信号。
应该理解的是，这里揭示和详细说明的发明延伸至文本或附图中提及的两个或多个个别特点的替代组合。所有这些不同的组合构成本发明的各种替代方面。
对那些本领域的技术人员是显而易见的是，前面说明的本发明和变化的实施例能够被制造，而不脱离本发明的范围。
权利要求
1.一种光开关，其特征在于，它包括至少第一解复用器，将一系列波分复用信号解复用成相应的空间分离的解复用信号；一系列第一光电接口单元，与所述空间分离的解复用信号互相连，它包括光电转换装置，将输入光信号转换成相应的电信号；数据和时钟复原装置，用来从所述电信号中复数据和相应的钟控信息，并输出所述数据输出为第一数据流，所述数据和时钟复原装置能够恢复以多个不同时钟速率分流的数据；电开关，用来在外部控制信号的控制下，将所述数据流发送到一系列输出端口中的一个端口；所述输出端口上的一系列第二电光接口单元，包括数据和时钟复原装置，用来从所述电信号中复原数据和相应的钟控信息，并将所述数据输出为第二数据流；电光转换装置，用来将所述数据流转换成相应的光信号流；和至少第一复用器，它与多个光接口单元互连，用来将每个接口单元的光流复用到一起，以形成合并的光数据流输出。
2.如权力要求1所述的开关，其特征在于，所述第二电光接口单元的数据和时钟复原装置还包括时钟复原器件，能够通过所述第二电光接口单元复原以不同时钟速率分流的数据。
3.如权力要求1或2所述的开关，其特征在于，所述电光转换装置包括具有确定波长输出特性的外部调制半导体激光器。
4.如权力要求1或2所述的开关，其特征在于，所述电光转换装置包括具有确定波长输出特性的直接调制半导体激光器。
5.一种光开关，其特征在于，它包括至少第一解复用器，用来将一系列波分复用信号解复用成相应的空间分离的解复用信号；一系列第一光电接口单元，与所述空间分离的解复用信号相连，它包括光电转换器件，将输入的光信号转换成相应的电信号；数据和时钟复原装置，从所述电信号中复原数据和相应的钟控信息，并将所述数据输出为第一数据流；电信号开关，在外部控制信号的控制下，将所述数据流发送到一系列输出端口中的一个端口；所述输出端口上的一系列第二电光接口单元，所述第二电光接口单元包括激光器阵列，其波长与第一复用器的输出波长相匹配；至少第一复用器，与一组电光接口单元互连，用来将每个接口单元的光流复用到一起，以形成合并的光学数据流输出。
6.如权力要求5所述的开关，其特征在于，所述激光器阵列包括光纤激光器阵列。
7.一种容错开关单元，其特征在于，包括如权利要求1所述的第一和第二开关，每个开关与相同的第一解复用单元和第一复用器互连，以提供所述开关的容错操作。
全文摘要
一种光开关，它包含至少一个第一去复用器(4)，用来将一系列波分复用信号取复用为相应的在空间上分开的去复用信号(10)；与所述空间上分开的去复用信号互连的一系列第一光－电接口单元(2)；在外部控制信号的控制下，将所述数据流(13)发送到一系列输出端口(14)的电子开关(3)；位于所述输出端口处的一系列第二电－光接口单元(2)，以及与多个光接口单元互连的至少一个复用器，用来将每一接口单元的光数据流复用起来，形成混合的光数据流输出(18)。
文档编号H04Q11/00GK1650209SQ02804598
公开日2005年8月3日 申请日期2002年1月17日 优先权日2001年2月7日
发明者R·哈尔格伦 申请人:红蕨阔带网络控股有限公司, 红蕨阔带网络股份有限公司