ROADM现状五：技术对比和发展趋势

作者：万助军
1.波长阻塞器技术对比
    前面提到，各种ROADM方案按照结构区分，可以归为两大类：B&S型和W&S型，对于B&S型ROADM，其核心器件是波长阻塞器（Wavelength Blocker，WB），表5.1中列出了基于各种技术方案的WB器件性能。基于MEMS技术的方案，通带特性较好，通道均衡范围较小，继续增大通道衰减会因镜面反射角度过大引起PDL；基于LC技术的方案，通道数较多，串扰较低，但是响应速度较慢；基于PLC技术的方案，通道数相对较少，通道均衡范围较大，与其串扰水平相当，均取决于其中光开关的消光比特性。   
             表5.1 波长阻塞器性能对比
    
1.CHs－Channels，通道数；
2.PB－Passband，通带宽度；
3.DCE－Dynamic Channel Equalization，通道均衡，WB兼有通道均衡功能；
4.基于PLC的方案，功耗小于13W，其他两种方案，功耗很小可忽略；
5.前面报道的是32通道WB，目前商用的AWG一般可达48通道，相应可以制作48通道的WB，性能不会有明显变化。

2.WS型ROADM技术对比
    前面提到的各种WS型ROADM方案中，有的是具有完整功能的ROADM子系统，有的则缺少功率监控和通道均衡功能，为了便于对各种技术方案进行比较，对所有WS型ROADM方案，均配置成图2.1所示结构，即直通信号要经过一个20%和4个5%分光比的TAP耦合器，损耗增加1.9dB。采用贝尔实验室科学家Doerr于2004年提出的新方法对AWG进行通带优化，较之传统的优化方法，损耗大约减少了3dB，即一个通带优化的AWG损耗可小于3dB。目前商用的8通道TFF波分复用器，损耗一般为3.2dB；商用的2×2微机械光开关，损耗一般为0.6dB；对于非PLC技术方案，需串联一个分立器件的VOA，一般增加损耗0.6dB。
    基于以上考虑，对各种WS型ROADM技术进行对比，如表5.2所示。采用TFF波分复用器和微机械光开关的ROADM，是最早应用技术最成熟的方案，具有成本优势，但体积和损耗均较大，而且仅限于8通道以下，通道数再增加则因损耗太大无法应用；采用AWG和MEMS光开关的方案，在二维MEMS技术成熟之后开始进入商用，占领16通道以上的市场，但损耗偏大；单片集成的AWG和热光开关方案，其中的热光开关发热会造成AWG波长漂移，从材料补偿和温控两个角度着手解决之后，开始进入商用，具有损耗低、体积小和成本低的优势。
                 表5.2 ROADM性能对比
    
1.MOM-SW－Micro-Opto-Mechanical Switch，微机械光开关；
2.TO-SW－Thermo-Optic Switch，热光开关。

3.波长选择开关技术对比
    波长选择开关（Wavelength Selective Switch，WSS）是组成高维ROADM和OXC的关键器件，采用各种技术方案的WSS，其性能对比如表5.3所示。其中基于LCoS技术的方案，具有最好的通带特性；基于MEMS技术的方案，端口数相对较少，且工作于50GHz通道间隔时PDL偏大，但工作于100GHz通道间隔时具有很好的特性；基于PLC和MEMS技术的方案，损耗稍大，通带特性稍差，但也能满足系统要求，而且器件尺寸相对较小；基于PLC技术的方案，通带优化后能获得较好的特性，缺点是增加端口数会使损耗线性增加，而且功耗较大。
           表5.3 波长选择开关性能对比
    
1.该器件工作于50GHz和100GHz通道间隔时，通道数分别为80和40；
2.该器件工作于50GHz通道间隔、通道数为128时，PDL为1dB；工作于100GHz通道间隔、通道数为64时，PDL小于0.3dB；
3.该器件工作于50GHz和100GHz通道间隔时，0.5dB通带宽度分别为29GHz和74GHz；
4.该器件功耗约为10W；
5.前面报道的通道数为8，将其中的8通道AWG换成目前已经商用的48通道AWG是可行的；
6.前面报道的器件通带未优化，但是优化是可行的，预期通带宽度与PLC+MEMS方案相当。

4.ROADM的发展趋势
    基于各种WB技术的Ⅰ类ROADM，被称为第一代ROADM；PLC单片集成的Ⅰ类和其他Ⅱ类ROADM，被称为第二代ROADM；采用各种技术实现的1×N WSS，属于第三代ROADM；基于N×N WSS的OXC，被称为第四代ROADM。第一代ROADM最早商用，技术已经非常成熟；第二代ROADM也已达到商用要求，正在逐步推广中；第三代ROADM是当前的研究热点，各种1×N WSS方案相继推出，旨在增加端口数和提高性能，MEMS和LCoS技术是两种最优的解决途径；第四代ROADM尚处于技术准备阶段。ROADM技术的发展趋势是，不断增加器件的维数，并提高波长配置的灵活性，以适应全光通信网不断扩展和结构复杂化的需求。