光路交換技術論文

1、光路交換技術應用與介紹 摘要 近年來，隨著通信行業(yè)的不斷發(fā)展，光交換技術是全光通信網(wǎng)中核心技術，光交換作為全光通網(wǎng)中一個重要支撐技術，在全光通信網(wǎng)中發(fā)揮著重要的作用。文章論述了在光通信網(wǎng)絡技術中對將發(fā)揮重要作用的光交換技術，并還詳細介紹了光交換技術的概念，空分光交換、時分光交換、波分光交換、ATM光交換技術、分組光交換技術，突發(fā)光交換技術，以及光交換技術的應用和發(fā)展前景進行了描述。  關鍵字：光交換、光交換技術應用   1.光交換概述  現(xiàn)代通信網(wǎng)中，先進的光纖通信技術以其高速、帶寬的明顯特征而為世人矚目。實現(xiàn)透明的、具有高度生存性的。全光通信

2、網(wǎng)是帶寬網(wǎng)未來發(fā)展目標。從系統(tǒng)角度來看，支撐全光網(wǎng)絡的關鍵技術又基本上分為光監(jiān)控技術、光交換技術、光處理技術、光放大技術幾大類。而光交換技術作為全光網(wǎng)絡系統(tǒng)中的一個重要支撐技術，它在全光通信技術中發(fā)揮著重要的作用。 1.1.1 光交換基本概念   光交換(photonic switching)技術也是一種光纖通信技術，它是在光域直接將輸入光信號交換到不同的輸出端。與電子數(shù)字程控交換相比，光交換無須在光纖傳輸線路和交換機之間設置光端機進行光/電O/E和電/光E/O交換，而且在交換過程中，還能充分發(fā)揮光信號的高速、寬帶和無電磁感應的優(yōu)點。光纖傳輸技術與光交換

3、技術融合在一起，可以起到相得益彰的作用，從而使光交換技術成為通信網(wǎng)交換技術的一個發(fā)展方向。  1.1.2 光交換的特點  a.由于光交換不涉及到電信號，所以不會受到電子器件處理速度的制約，與高速的光纖傳輸速率匹配，可以實現(xiàn)網(wǎng)絡的高速率。  b.光交換根據(jù)波長來對信號進行路由和選路，與通信采用的協(xié)議、數(shù)據(jù)格式和傳輸速率無關，可以實現(xiàn)透明的數(shù)據(jù)傳輸。  c.光交換可以保證網(wǎng)絡的穩(wěn)定性，提供靈活的信息路由手段。 2.光交換系統(tǒng) 光交換技術可分成光路交換（OS）系統(tǒng)、分組光交換(OPS)系統(tǒng)。光路交換系統(tǒng)可分為空分交換、時分交換、波分交換、混

4、合交換等等?？辗钟址譃椋翰▽Э辗趾妥杂煽臻g，分組光交換系統(tǒng)可分為：光分組交換、光突發(fā)交換、光標記分組交換和光子時隙路由。2.1 光電路交換的分類 光電路交換系統(tǒng)所涉及的技術有空分交換技術SD、時分交換技術TD、波分/頻分交換技術WD/FD、碼分交換技術和復合型交換技術，其中空分交換技術包括波導空分和自由空分光交換技術。其中空分交換按光矩陣開關所使用的技術又分成兩類，一是基于波導技術的波導空分，另一個是使用自由空間光傳播技術的自由空分光交換。光分組交換中，異步傳送模式是近年來廣泛研究的一種方式。2.1.1 時分光交換 (TDPS） 時分光交換是以

5、時分復用為基礎，把時間劃分為若干互不重疊的時隙，由不同的時隙建立不同的子信道，通過時隙交換網(wǎng)絡完成話音的時隙搬移，從而實現(xiàn)入線和出線間話音交換的一種交換方式。其基本原理與現(xiàn)行的電子程控交換中的時分交換系統(tǒng)完全相同，因此它能與采用全光時分多路復用方法的光傳輸系統(tǒng)配。在這種技術下，可以時分復用各個光器件，能夠減少硬件設備，構成大容量的光交換機。該技術組成的通信技術網(wǎng)由時分型交換模塊和空分型交換模塊構成。它所采用的空分交換模塊與上述的空分光交換功能塊完全相同，而在時分型光交換模塊中則需要有光存儲器（如光纖延遲存儲器、雙穩(wěn)態(tài)激光二極管存儲器）、光選通器（如定向復合型陣列開關）以進行相應的交換。2.1.

6、2 時分光交換原理 TDPS的基本原理與現(xiàn)行的電子程控交換中的時分交換系統(tǒng)完全相同，因此它能與采用全光時分多路復用方法的光傳輸系統(tǒng)匹配。在這種技術下，可以時分復用各個光器件，能夠減少硬件設備，構成大容量的光交換機。該技術組成的通信技術網(wǎng)由時分型交換模塊和空分型交換模塊構成。它所采用的空分交換模塊與上述的空分光交換功能塊完全相同，而在時分型光交換模塊中則需要有光存儲器如光纖延遲存儲器、雙穩(wěn)態(tài)激光二極管存儲器、光選通器，如定向復合型陣列開關，以進行相應的交換。2.1.3 空分光交換 （SDPS) 這是指在交換過程中的入線是通過在空間的位置來選擇出線

7、，并建立接續(xù)。通信結束后，隨即拆除。比如，人工交換機上塞繩的一端連著入線塞孔，由話務員按主叫要求把塞繩的另一端連接被叫的出線塞孔，這就是最形象的空分交換方式。此外，機電式（電磁機械或繼電器式）、步進制、縱橫制、半電子、程控模擬用戶交換機、以至寬帶交換機都可以利用空分交換原理實現(xiàn)交換的要求。 2.1.4 空分光交換原理 SDPS的基本原理是將光交換組成門(Gate)陣列開關,并適當控制門陣列開關,即可在任一路輸入光纖和任一輸出光纖之間構成通路。因其交換元件的不同可分為機械型、光電轉換型、復合波導型、全反射型和激光二極管門開關等,如耦合波導型交換元件鑰酸鉀,它是一種電

8、光材料,具有折射率隨外界電場的變化而發(fā)生變化的光學特性。以鈮酸鉀為基片,在基片上進行鈦擴散,以形成折射率逐漸增加的光波導,即光通路,再焊上電極后即可將它作為光交換元件使用。當將兩條很接近的波導進行適當?shù)膹秃?通過這兩條波導的光束將發(fā)生能量交換。能量交換的強弱隨復合系數(shù)。平行波導的長度和兩波導之間的相位差變化,只要所選取的參數(shù)適當,光束就在波導上完全交錯,如果在電極上施加一定的電壓,可改變折射率及相位差。由此可見,通過控制電極上的電壓,可以得到平行和交叉兩種交換狀態(tài)。 波分光交換以光波分復用原理為基礎，根據(jù)光信號的波長進行通路選擇。其基本原理是通過改變輸入光信號的波長，把某個波長的光信

9、號變換成另一個波長的光信號輸出。2.1.5 波分光交換 (WDPS) WDPS充分利用光路的寬帶特性,獲得電子線路所不能實現(xiàn)的波分型交換網(wǎng)?？烧{波長濾波器和波長變換器是實現(xiàn)波分(WD)光交換的基本元件。前者的作用是從輸入的多路波分光信號中選出的光信號,后者則將可變波長濾波器選出的光信號變換為適當?shù)牟ㄩL后輸出。WDPS系統(tǒng)基本結構等效于一個NAN陣列型交換系統(tǒng)。它將每個輸入的光波變換成波長(1-(N中的一個波,用星型耦合器將這N條光波混合,再通過輸出端的可調波長濾波器,分別選出所需波長的光波，這樣就完成了N條光波的交換。也可在兩個輸出端口上選取波長相同的光波，以實現(xiàn)

10、廣播分配型的通信。2.1.6 波分光交換原理 波分光交換以波分復用原理為基礎，根據(jù)光信號的波長進行通路選擇。其基本原理是通過改變輸入光信號的波長，把某個波長的光信號變換成另一個波長的光信號輸出。波分交換模板由波長復用器（合波器）/解復用器(分波器）、波長轉換器組成。2.1.7 復合光交換 該技術是指在一個交換網(wǎng)絡中同時應用兩種以上的光交換方式。例如，在波分技術的基礎上設計大規(guī)模交換網(wǎng)絡的一種方法是進行多級鏈路連接，鏈路連接在各級內均采用波分交換技術。因這種方法需要把多路信號分路接入鏈路，故抵消了波分復用的優(yōu)點。解決這個問題的措施是在鏈路上利用波分復用方法

11、,實現(xiàn)多路化鏈路的連接,空分波分復合型光交換系統(tǒng)就是復合型光交換技術的一個應用?？辗植ǚ謴秃闲凸饨粨Q系統(tǒng)的突出優(yōu)點是，鏈路級數(shù)和交換元件數(shù)量少，結構簡單,可提供廣播型的多路連接。3. 光交換技術應用 3.1 光交換技術的交換方式及其應用 隨著現(xiàn)代科學技術的不斷發(fā)展，在現(xiàn)在通信網(wǎng)中，實現(xiàn)透明的、具有高度生存性的全光通信網(wǎng)未來的發(fā)展目標。讓更多的光交換技術發(fā)展起來。3.1.1空分光交換方式 空分光交換的基本原理是將光交換節(jié)點組成可控的門陣列開關, 通過控制交換節(jié)點的 狀態(tài)可實現(xiàn)使輸入端的任一信道與輸出端的任一信道連接或斷開,完成光信號的交換。簡言&

12、#160;之, 光空分交換是使按空間順序排列的各路信息進入空分交換陣列后, 交換陣列節(jié)點根據(jù)信 令對信號的空間位置進行重新排列, 然后輸出, 完成交換?？辗止饨粨Q的交換過程是在光波 導中完成的, 有時也稱為光波導交換?？辗止饨粨Q的交換節(jié)點可由機械、電、光、聲、磁、 熱等方式進行控制。就目前情況而言, 機械式控制光節(jié)點技術是比較成熟和可靠的空分光交 換節(jié)點技術。3.1.2波分光交換方式 在光時分復用系統(tǒng)中, 可采用光信號時隙互換的方法實現(xiàn)交換。在光波分復用系統(tǒng)中, 則

13、可采用光波長互換(或光波長轉換)的方法來實現(xiàn)交換。光波長互換的實現(xiàn)是通過從光波分復用信號中檢出所需的光信號波長, 并將它調制到另一光波長上去進行傳輸。在波分光交換系統(tǒng)中, 精確的波長互換技術是關鍵。波分光交換方式能充分利用光路的寬帶特性, 獲得電子線路所不能實現(xiàn)的波分型交換網(wǎng)?？烧{波長濾波器和波長變換器是實現(xiàn)波分光交換的基本元件, 前者的作用是從輸入的多路波分復用光信號中選出所需波長的光信號; 后者則將可變 波長濾波器選出的光信號變換為所需要的波長后輸出。用分布反饋型和分布布喇格反射型的 半導體激光器可以實現(xiàn)這兩類元件的功能

14、。目前, 能用的波長轉換方式主要還是有源的方式,利用某些光學晶體在特定條件下能夠改變光波頻率的現(xiàn)象在此不妨大膽設想一下： 也許不久的將來， 一種無源的光波長變換實用化裝置就會誕生, 它能夠在光域內實現(xiàn)寬頻帶 的光波長變換。如果這一設想能夠成為現(xiàn)實, 將會給波長光交換帶來廣闊的應用空間。3.1.3時分光交換方式 時分光交換方式的原理與現(xiàn)行電子學的時分交換原理基本相同, 只不過它是在光域里 實現(xiàn)時隙互換而完成交換的, 因此, 它能夠和時分多路復用的光傳輸系統(tǒng)匹配。時分光交換 系統(tǒng)

15、采用光器件或光電器件作為時隙交換器, 通過光讀寫門對光存儲器的受控有序讀寫操 作完成交換動作。由于時分光交換可以時分復用各個光器件, 所以能夠減少硬件設備, 構成大容量的光交換機。時分光交換系統(tǒng)能與光傳輸系統(tǒng)很好配合構成全光網(wǎng), 所以時分光交換 技術研究開發(fā)進展很快, 其交換速率幾乎每年提高1倍, 目前已研制出幾種時分光交換系統(tǒng)。3.1.5混合型光交換方式 由于各種光交換技術都有其獨特的優(yōu)點和不同的適應性, 將幾種光交換技術合適地復合起 來進行應用能夠更好地發(fā)揮各自的優(yōu)勢, 以滿足實際應用的需要。已見介紹的復合型光交換主要有