[发明专利]基于OFDM的可变带宽光网络的功率均衡方法及系统

说明书

技术领域

本发明针对基于正交频分复用（OFDM）技术的可变带宽光网络，提出了一种基于光谱分析和可变带宽波长选择开关（BV-WSS）的功率均衡方法及系统，属于光纤通信技术领域。

背景技术

（一）WDM光网络功率均衡概述

功率均衡是实用化光网络必不可少的功能之一，其基本概念是指将光纤链路中的所有信道的光功率调整到同一功率水平。下面对其原理进行简要介绍。

在传统的波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）光网络中各个信道之间的光功率存在失衡现象，主要来源于稳态WDM传输和动态全光交换路由两种情况。

在第一种情况中，点到点WDM传输中的各个信道起始光功率相同，但是由于光传输链路和光交换节点中的各类光器件（如光放大器、复用/解复用器、光滤波器、光开关等）对各波长的响应略有不同，因此在传输过程中各信道功率可能不同，这其中最主要的来源是传输链路中掺铒光纤放大器（Erbium-doped Optical Fiber Amplifier，EDFA）的增益谱不平坦特性，在长距离传输中多个EFDA级联时会有自滤波效应，各信道之间的光功率差会产生累积，使得某些信道的增益明显小于另一些信道的增益；在第二种情况中，由于WDM网络的动态重构性和光波长信道的上下路，会导致进入节点中的经历不同路由过程的波长信道的光功率水平参差不齐。

WDM传输链路中各信道之间的光功率失衡会带来严重的问题，主要包括：（1）信道间光功率的失衡会随着EDFA级联效应而进一步加剧，从而影响系统性能（主要包括三个方面：某些信道光功率值过高，最终导致接收端接收到的光功率超过接收机的动态范围；某些信道由于增益补偿不充分使得光功率值过低，最终导致接收端接收到的光功率低于接收机灵敏度；某些信道可能由于功率失衡的累积效应而达不到系统所需的误码率性能）；（2）波长信道间光功率失衡，可能会使得入纤功率过高（如网络动态重构导致节点输出端的入纤功率过高），在长距离传输时会由于光纤非线性效应（如交叉相位调制XPM、四波混频效应FWM等）而导致系统传输性能劣化。

因此，在WDM光网络中进行功率均衡是必不可少的。一方面，需要设计增益谱平坦的EDFA，但是这无法解决光网络动态重构所带来的功率失衡问题，因此更重要的一方面是需要针对整个网络进行信道光功率均衡。

在传统WDM网络的功率均衡方案中，普通采用一种“节点隔离原理”，其基本原理是：让到达每个节点的每个WDM信道功率都达到一个预设值，避免之前由于传输和交换带来的功率不均衡性传递到之后的网络节点中。按照这个原理，系统需要在每个交换节点处进行功率均衡，使得节点输入信道的功率失衡（由上游链路EDFA级联效应以及节点上下路和分叉复用造成）现象得到补偿。

图1所示为WDM网络节点中进行光功率均衡的典型方案。在光交换节点（如图1（a）所示）中，利用解复用器将所有波长信道分离出来进行光交换，然后每个波长信道接一个功率均衡模块。如图1（b）所示，在均衡模块内部，在每一个波长信道上放置一个可调光衰减器，并通过功率探测器分别探测各个波长信道的光功率水平，然后由均衡控制器根据各波长信道光功率探测结果，通过反馈调节各衰减器的衰减量对各信道的光功率水平进行衰减，使光交换节点输出端各个波长信道的光功率衰减至同一水平，达到均衡状态。

（二）可变带宽光网络概述

随着互联网的高速发展，核心网中的数据流量正呈现指数型增长，另一方面，新型的互联网应用（如IPTV、云计算等）对带宽的需求具有不可预测性。这两方面因素驱动光网络朝着灵活、动态、高效的方向发展。在这种背景下，近年来业界提出了可变带宽光网络（Elastic Optical Networking）的概念，它克服了传统WDM光网络粗粒度、固定栅格的限制，可以动态灵活的分配带宽资源，能够承载从亚波长级到超波长级的业务需求，极大的提高了频谱资源利用率。

从物理层角度来看，实现可变带宽光网络包含两方面的关键技术：可变速率收发机、可变带宽光交换。其中，前者的关键在于正交频分复用（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing，OFDM）技术被引入光传输领域，而后者的关键在于新型的可变带宽光交换器件被用于节点的全光交换。下面分别对这两方面进行简要介绍。