一种光信号传输方法及系统与流程

本发明涉及光信息传输技术，具体涉及一种光信号传输方法及系统。

背景技术：

随着社会信息化进程的不断推进，现有的光传输系统无法满足日益增长的互连速率需求，迫切要求进一步提升光传输系统的传输容量。实际上，随着网络传输容量需求的激增，光传输系统其单通道传输速率在经历了从2.5Gbit/s到10Gbit/s到40Gbit/s到100Gbit/s的提升，并正在酝酿超100G的下一代光传输系统。

在光传输系统中，单根光纤传输容量仅取决于可用频谱带宽、调制格式和复用方法，与单通道的传输速率没有必然的关系。以目前主流商用基于PM-QPSK调制、通道带宽为50GHz、单通道传输速率为100Gbit/s的光传输系统为例，C波段80个波的传输容量为8Tbit/s；若采用相同的调制格式和复用方法，单通道传输速率分别提升到200Gbit/s和400Gbit/s，此时，通道带宽分别为100GHz和200GHz，C波段可容纳的波道数量分别减少为40个和20个，C波段传输容量保持不变，仍为8Tbit/s。

由此可见，若不提高频谱效率、增加频谱资源，仅提升单通道速率无法增加单根光纤的传输容量。而在当前城域及城乡网络中客户业务颗粒大多集中在10Gbit/s以下，若要充分利用100Gbit/s以及以上速率的通道传输能力，必须采用电交叉节点设备进行调度、复用汇聚和解复用，来化解大通道速率与小业务颗粒的矛盾；随着电交叉容量的提升，不仅导致设备的复杂度提高，电交叉节点设备的运行维护成本也将迅速增加，在典型配置的情况下，容量25Tbit/s的100G电交叉节点设备，且不论与之配套的散热设备功耗，自身功耗将超过10000W，大容量的电交叉节点设备供电和散热功耗就更高；因此，在解决光传输网络大容量需求和业务颗粒小的矛盾问题时，需另辟蹊径。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是目前采用大容量电交叉节点设备解决光传输网络大容量需求和小业务颗粒之间的矛盾的方案，存在电交叉节点设备复杂度高以及运行维护成本、功耗、时延不断增加的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种光信号传输系统，包括网络边缘层的电汇聚交叉节点和网络核心层的全光交叉节点；

所述电汇聚交叉节点通过汇聚或反向复用、映射，将业务数据封装为OTU2或OTU2e；并将封装的数据调制到带宽为2.5GHz～12.5GHz的光载波通道上；或，通过解调、解复用从带宽为2.5GHz～12.5GHz的光载波通道上的光信号中提取业务数据；

所述全光交叉节点上设有与载波带宽匹配的窄带波长选择开关，利用窄带波长选择开关对接收的不同波长光信号进行选择过滤，进行分离，并将每种波长光信号分别发送给对应电汇聚交叉节点或全光交叉节点。

在上述系统中，当光载波信号严重恶化时通过电再生方式对其进行补偿和恢复。

在上述系统中，由网络核心层的第一全光交叉节点以及分别在第一全光交叉节点四个方向与之相连的电汇聚交叉节点构成；四个方向上的电汇聚交叉节点按东、南、西、北依次为东电汇聚交叉节点TR_E、南电汇聚交叉节点TR_S、西电汇聚交叉节点TR_W和北电汇聚交叉节点TR_N；

西电汇聚交叉节点TR_W发出的光信号中波长λ1通道的光信号经过波长选择第一全光交叉节点选择调度到北电汇聚交叉节点TR_N；波长λ2通道和波长λ3通道的光信号经过波长选择第一全光交叉节点选择调度到东电汇聚交叉节点TR_E，波长λ4通道的光信号经过波长选择第一全光交叉节点选择调度到南电汇聚交叉节点TR_S。

在上述系统中，网络核心层的全光交叉节点包括用于波长选择的第一全光交叉节点和第二全光交叉节点；

其中，第一全光交叉节点的东侧端和第二全光交叉节点的西侧端相互连接；第一个全光交叉节点的西侧连接西电汇聚交叉节点TR_W、北侧连接第一北电汇聚交叉节点TR_N1、南侧连接第一南电汇聚交叉节点TR_S1；第二全光交叉节点的东侧连接东电汇聚交叉节点TR_E、北侧连接第二北电汇聚交叉节点TR_N2、南侧连接第二南电汇聚交叉节点TR_S2；

西电汇聚交叉节点TR_发出的光信号中的波长λ1通道的光信号经过波长选择第一全光交叉节点选择调度到第一北电汇聚交叉节点TR_N1；波长λ2通道和波长λ3通道的光信号经过波长选择第一全光交叉节点选择调度传送给波长选择第二全光交叉节点；波长λ4通道的光信号经过波长选择第一全光交叉节点选择调度到第一南电汇聚交叉节点TR_S1；波长λ2通道的光信号经过波长选择第二全光交叉节点选择调度到第二北电汇聚交叉节点TR_N2，第二南电汇聚交叉节点TR_S2发出的光信号中的波长λ4通道的光信号和西电汇聚交叉节点TR_W所发出的光信号中的波长λ3通道的光信号经过波长选择第二全光交叉节点选择调度到东电汇聚交叉节点TR_E。

本发明还提供了一种光信号传输方法，包括以下步骤：

步骤S10、采用带宽为2.5GHz～12.5GHz，所承载数据速率为10Gbit/s的光载波通道；

步骤S20、业务数据通过汇聚或反向复用、映射封装到OTU2或OTU2e，并调制到带宽为2.5GHz～12.5GHz的光载波通道进行传输；

步骤S30、在全光交叉节点上设有与光载波带宽匹配、具有波长滤波选择功能的窄带波长选择开关，利用窄带波长选择开关对接收的不同波长光信号进行选择过滤，进行分离，并将每种波长光信号分别发送给对应交叉节点，实现不同波导空间上的交叉调度。

在上述方法中，所述光载波通道的带宽选择取决于网络系统频谱使用的规划和收发机采用的调制格式。

在上述方法中，光载波通道的带宽典型值为6.25GHz或12.5GHz。

在上述方法中，

采用偏振复用正交相移键控调制或16级正交幅度调制，光信号的基带带宽为5GHz，置于6.25GHz带宽的通道中承载；

采用偏振复用16级正交幅度调制，光信号的基带带宽为2.5GHz，置于3.125GHz带宽的通道中承载；

采用差分正交相移键控调制，光信号的基带带宽为10GHz，置于12.5GHz带宽的通道中承载。

在上述方法中，在传输性能指标允许的情况下，采用奈奎斯特滤波对上述光载波通道的带宽进行压缩。

本发明利用窄带全光传输，在不牺牲光纤传输容量的前提下，有效避免了城域网普遍存在的小颗粒业务与大容量需求之间的矛盾，无需采用复杂耗电的电交叉设备对小颗粒业务进行业务梳理调度，减小了网络时延和供电散热需求,降低了网络成本。

附图说明

图1为本发明提供的一种光信号传输系统结构示意图；

图2为本发明中实施例一的结构示意图；

图3为本发明中实施例二的结构示意图；

图4为本发明提供的一种光信号传输方法的流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明做出详细的说明。

如图1所示，本发明提供的一种光信号传输系统由网络边缘层的电汇聚交叉节点和网络核心层的全光交叉节点构成。

电汇聚交叉节点通过汇聚或反向复用、映射，将业务数据封装为OTU2/OTU2e或其他封装格式，并将封装的数据调制到带宽为2.5GHz～12.5GHz的光载波通道上；或，通过解调、解复用从带宽为2.5GHz～12.5GHz的光载波通道上的光信号中提取业务数据。

全光交叉节点上设有与载波带宽匹配的窄带波长选择开关，利用窄带波长选择开关对接收的不同波长光信号进行选择过滤，进行分离，并将每种波长光信号分别发送给对应电汇聚交叉节点或全光交叉节点，实现不同波导空间上的交叉调度。在本发明中，光载波信号严重恶化时可采用电再生方式进行补偿和恢复。

实施例一。

如图2所示的一种光信号传输系统由核心层的用于波长选择的第一全光交叉节点X1和在第一全光交叉节点X1东、南、西、北四个方向与之相连的四组边缘层的电汇聚交叉节点(窄带光收发机组)构成，四个电汇聚交叉节点分别为东电汇聚交叉节点TR_E、南电汇聚交叉节点TR_S、西电汇聚交叉节点TR_W和北电汇聚交叉节点TR_N。业务数据通过边缘层电汇聚交叉节点实现汇聚或反向复用、映射、封装、调制；或解调、解复用和提取。窄带光收发机组TR_N、TR_S、TR_W和TR_E单个波长光信号带宽为5GHz，通道数率为10Gbit/s。

西窄带光收发机组TR_W(包括窄带光收发机TR_W1、TR_W2、……TR_Wn)所发出的光信号中的波长λ1通道的光信号经过波长选择第一全光交叉节点X1选择调度到北窄带光收发机组TR_N，波长λ2通道和波长λ3通道的光信号经过波长选择第一全光交叉节点X1选择调度到东窄带光收发机组TR_E，波长λ4通道的光信号经过波长选择第一全光交叉节点X1选择调度到南窄带光收发机组TR_S。

实施例二。

所图3所示的一种光信号传输系统的核心层包括两个用于波长选择的全光交叉节点(X1和X2)，分别为第一全光交叉节点X1和第二全光交叉节点X2，第一全光交叉节点X1的东侧端和第二全光交叉节点X2的西侧端相互连接，第一全光交叉节点X1和第二全光交叉节点X2的其余三个方向上分别连接对应的边缘层电汇聚交叉节点(窄带光收发机组)，即第一个全光交叉节点X1的西侧连接西电汇聚交叉节点TR_W、北侧连接第一北电汇聚交叉节点TR_N1、南侧连接第一南电汇聚交叉节点TR_S1，第二全光交叉节点X2的东侧连接东电汇聚交叉节点TR_E、北侧连接第二北电汇聚交叉节点TR_N2、南侧连接第二南电汇聚交叉节点TR_S2。业务数据通过边缘层电汇聚交叉节点实现汇聚或反向复用、映射、封装、调制；或解调、解复用和提取。窄带光收发机组(TR_N1、TR_N2、TR_S1、TR_S2、TR_W和TR_E)单个波长光信号带宽为5GHz，通道数率为10Gbit/s。

西窄带光收发机组TR_W(TR_W1,TR_W2,……TR_Wn)所发出的光信号中的波长λ1通道的光信号经过波长选择第一全光交叉节点X1选择调度到第一北窄带光收发机组TR_N1，波长λ2通道和波长λ3通道的光信号经过波长选择第一全光交叉节点X1选择调度传送给波长选择第二全光交叉节点X2，波长λ4通道的光信号经过波长选择第一全光交叉节点X1选择调度到第一南窄带光收发机组TR_S1；波长λ2通道的光信号经过波长选择第二全光交叉节点X2选择调度到第二北窄带光收发机组TR_N2，第二南窄带光收发机组TR_S2所发出的光信号中的波长λ4通道的光信号和西窄带光收发机组TR_W所发出的光信号中的波长λ3通道的光信号经过波长选择第二全光交叉节点X2选择调度到东窄带光收发机组TR_E。

如图4所示，本发明提供的一种光信号传输方法，包括以下步骤：

步骤S10、采用带宽为2.5GHz～12.5GHz，所承载数据速率为10Gbit/s的光载波通道。

由于，在承载的数据率相同时，光载波通道越窄，单位带宽所承载数据的效率(频谱效率)越高。因此，在光纤可用频谱带宽资源受限的情况下，频谱效率越高，单根光纤所能承载的数据容量越大，单位比特数据传输的线路成本越低。而光载波通道可允许的频谱带宽很大程度上依赖光器件技术和工艺水平限制，随着光器件技术和工艺水平的提升，波分复用系统的最小频谱宽度已经由原来的100GHz、50GHz逐步向25GHz、12.5G过渡，向更小的6.25Ghz、3.125GHz、2.5GHz带宽发展，因此本发明采用带宽为2.5GHz～12.5GHz的窄带光载波通道，解决在光纤可用频谱带宽资源受限的情况下，达到数据容量增大的效果；此外，针对城域及城乡网络的具体应用场景，客户业务颗粒大多集中在10Gbit/s及以下且传输距离在100km左右，可采用高谱效的调制格式将10Gbit/s业务数据颗粒直接调制到2.5GHz～12.5GHz的带宽中，不仅便于光交换设备在光层直接进行调度，而且避免复杂昂贵耗时的电层交叉调度转换过程，同时提高了网络链路中光纤频谱资源的利用效率和传输容量。

在本发明中，光载波通道带宽的选择，取决于网络系统频谱使用的规划和收发机所采用的调制格式。根据当前光器件技术和工艺水平，并充分考虑与业界现行光载波通道带宽(100GHz/50GHz/25GHz)的兼容性，光载波通道带宽的选择典型值(最佳值)约为6.25GHz或12.5GHz；例如：

(1)采用偏振复用正交相移键控调制(PM-QPSK)或16级正交幅度调制(16QAM)，光信号的基带带宽约为5GHz，可置于6.25GHz带宽的通道中承载；

(2)采用偏振复用16级正交幅度调制(PM-16QAM)，光信号的基带带宽约为2.5GHz，可置于3.125GHz带宽的通道中承载；

(3)采用差分正交相移键控调制(DQPSK)，光信号的基带带宽约为10GHz，可置于12.5GHz带宽的通道中承载。

在传输性能指标允许的情况下，可以采用奈奎斯特滤波对上述光载波通道的带宽进行压缩，以提高频谱效率。

步骤S20、业务数据通过汇聚或反向复用、映射封装到OTU2或OTU2e，并调制到带宽为2.5GHz～12.5GHz的光载波通道进行传输。

步骤S30、在全光交叉节点上设有与光载波带宽匹配、具有波长滤波选择功能的窄带波长选择开关(Narrow Band Wavelength Selective Switch，NBWSS)，全光交叉节点利用窄带波长选择开关实现不同波导空间上的交叉调度。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。