光路交換技術(shù)論文

1、光路交換技術(shù)應(yīng)用與介紹 摘要 近年來(lái)，隨著通信行業(yè)的不斷發(fā)展，光交換技術(shù)是全光通信網(wǎng)中核心技術(shù)，光交換作為全光通網(wǎng)中一個(gè)重要支撐技術(shù)，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(luò)技術(shù)中對(duì)將發(fā)揮重要作用的光交換技術(shù)，并還詳細(xì)介紹了光交換技術(shù)的概念，空分光交換、時(shí)分光交換、波分光交換、ATM光交換技術(shù)、分組光交換技術(shù)，突發(fā)光交換技術(shù)，以及光交換技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展前景進(jìn)行了描述。  關(guān)鍵字：光交換、光交換技術(shù)應(yīng)用   1.光交換概述  現(xiàn)代通信網(wǎng)中，先進(jìn)的光纖通信技術(shù)以其高速、帶寬的明顯特征而為世人矚目。實(shí)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(lái)發(fā)展目標(biāo)。從系統(tǒng)角度來(lái)看，支撐全光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)又基本上分為光監(jiān)控技術(shù)、光交換技術(shù)、光處理技術(shù)、光放大技術(shù)幾大類(lèi)。而光交換技術(shù)作為全光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的一個(gè)重要支撐技術(shù)，它在全光通信技術(shù)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(shù)也是一種光纖通信技術(shù)，它是在光域直接將輸入光信號(hào)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(wú)須在光纖傳輸線路和交換機(jī)之間設(shè)置光端機(jī)進(jìn)行光/電O/E和電/光E/O交換，而且在交換過(guò)程中，還能充分發(fā)揮光信號(hào)的高速、寬帶和無(wú)電磁感應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。光纖傳輸技術(shù)與光交換

3、技術(shù)融合在一起，可以起到相得益彰的作用，從而使光交換技術(shù)成為通信網(wǎng)交換技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向。  1.1.2 光交換的特點(diǎn)  a.由于光交換不涉及到電信號(hào)，所以不會(huì)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(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高速率。  b.光交換根據(jù)波長(zhǎng)來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)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(wú)關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)透明的數(shù)據(jù)傳輸。  c.光交換可以保證網(wǎng)絡(luò)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(shù)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(shí)分交換、波分交換、混

4、合交換等等?？辗钟址譃椋翰▽?dǎo)空分和自由空間，分組光交換系統(tǒng)可分為：光分組交換、光突發(fā)交換、光標(biāo)記分組交換和光子時(shí)隙路由。2.1 光電路交換的分類(lèi) 光電路交換系統(tǒng)所涉及的技術(shù)有空分交換技術(shù)SD、時(shí)分交換技術(shù)TD、波分/頻分交換技術(shù)WD/FD、碼分交換技術(shù)和復(fù)合型交換技術(shù)，其中空分交換技術(shù)包括波導(dǎo)空分和自由空分光交換技術(shù)。其中空分交換按光矩陣開(kāi)關(guān)所使用的技術(shù)又分成兩類(lèi)，一是基于波導(dǎo)技術(shù)的波導(dǎo)空分，另一個(gè)是使用自由空間光傳播技術(shù)的自由空分光交換。光分組交換中，異步傳送模式是近年來(lái)廣泛研究的一種方式。2.1.1 時(shí)分光交換 (TDPS） 時(shí)分光交換是以

5、時(shí)分復(fù)用為基礎(chǔ)，把時(shí)間劃分為若干互不重疊的時(shí)隙，由不同的時(shí)隙建立不同的子信道，通過(guò)時(shí)隙交換網(wǎng)絡(luò)完成話音的時(shí)隙搬移，從而實(shí)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(shí)分交換系統(tǒng)完全相同，因此它能與采用全光時(shí)分多路復(fù)用方法的光傳輸系統(tǒng)配。在這種技術(shù)下，可以時(shí)分復(fù)用各個(gè)光器件，能夠減少硬件設(shè)備，構(gòu)成大容量的光交換機(jī)。該技術(shù)組成的通信技術(shù)網(wǎng)由時(shí)分型交換模塊和空分型交換模塊構(gòu)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(shí)分型光交換模塊中則需要有光存儲(chǔ)器（如光纖延遲存儲(chǔ)器、雙穩(wěn)態(tài)激光二極管存儲(chǔ)器）、光選通器（如定向復(fù)合型陣列開(kāi)關(guān)）以進(jìn)行相應(yīng)的交換。2.1.

6、2 時(shí)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(shí)分交換系統(tǒng)完全相同，因此它能與采用全光時(shí)分多路復(fù)用方法的光傳輸系統(tǒng)匹配。在這種技術(shù)下，可以時(shí)分復(fù)用各個(gè)光器件，能夠減少硬件設(shè)備，構(gòu)成大容量的光交換機(jī)。該技術(shù)組成的通信技術(shù)網(wǎng)由時(shí)分型交換模塊和空分型交換模塊構(gòu)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(shí)分型光交換模塊中則需要有光存儲(chǔ)器如光纖延遲存儲(chǔ)器、雙穩(wěn)態(tài)激光二極管存儲(chǔ)器、光選通器，如定向復(fù)合型陣列開(kāi)關(guān)，以進(jìn)行相應(yīng)的交換。2.1.3 空分光交換 （SDPS) 這是指在交換過(guò)程中的入線是通過(guò)在空間的位置來(lái)選擇出線

7、，并建立接續(xù)。通信結(jié)束后，隨即拆除。比如，人工交換機(jī)上塞繩的一端連著入線塞孔，由話務(wù)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(jī)電式（電磁機(jī)械或繼電器式）、步進(jìn)制、縱橫制、半電子、程控模擬用戶交換機(jī)、以至寬帶交換機(jī)都可以利用空分交換原理實(shí)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(mén)(Gate)陣列開(kāi)關(guān),并適當(dāng)控制門(mén)陣列開(kāi)關(guān),即可在任一路輸入光纖和任一輸出光纖之間構(gòu)成通路。因其交換元件的不同可分為機(jī)械型、光電轉(zhuǎn)換型、復(fù)合波導(dǎo)型、全反射型和激光二極管門(mén)開(kāi)關(guān)等,如耦合波導(dǎo)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(chǎng)的變化而發(fā)生變化的光學(xué)特性。以鈮酸鉀為基片,在基片上進(jìn)行鈦擴(kuò)散,以形成折射率逐漸增加的光波導(dǎo),即光通路,再焊上電極后即可將它作為光交換元件使用。當(dāng)將兩條很接近的波導(dǎo)進(jìn)行適當(dāng)?shù)膹?fù)合,通過(guò)這兩條波導(dǎo)的光束將發(fā)生能量交換。能量交換的強(qiáng)弱隨復(fù)合系數(shù)。平行波導(dǎo)的長(zhǎng)度和兩波導(dǎo)之間的相位差變化,只要所選取的參數(shù)適當(dāng),光束就在波導(dǎo)上完全交錯(cuò),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(jiàn),通過(guò)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(fù)用原理為基礎(chǔ)，根據(jù)光信號(hào)的波長(zhǎng)進(jìn)行通路選擇。其基本原理是通過(guò)改變輸入光信號(hào)的波長(zhǎng)，把某個(gè)波長(zhǎng)的光信

9、號(hào)變換成另一個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)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(shí)現(xiàn)的波分型交換網(wǎng)。可調(diào)波長(zhǎng)濾波器和波長(zhǎng)變換器是實(shí)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(hào)中選出的光信號(hào),后者則將可變波長(zhǎng)濾波器選出的光信號(hào)變換為適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)后輸出。WDPS系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)等效于一個(gè)NAN陣列型交換系統(tǒng)。它將每個(gè)輸入的光波變換成波長(zhǎng)(1-(N中的一個(gè)波,用星型耦合器將這N條光波混合,再通過(guò)輸出端的可調(diào)波長(zhǎng)濾波器,分別選出所需波長(zhǎng)的光波，這樣就完成了N條光波的交換。也可在兩個(gè)輸出端口上選取波長(zhǎng)相同的光波，以實(shí)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(fù)用原理為基礎(chǔ)，根據(jù)光信號(hào)的波長(zhǎng)進(jìn)行通路選擇。其基本原理是通過(guò)改變輸入光信號(hào)的波長(zhǎng)，把某個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)變換成另一個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)輸出。波分交換模板由波長(zhǎng)復(fù)用器（合波器）/解復(fù)用器(分波器）、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器組成。2.1.7 復(fù)合光交換 該技術(shù)是指在一個(gè)交換網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)應(yīng)用兩種以上的光交換方式。例如，在波分技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)大規(guī)模交換網(wǎng)絡(luò)的一種方法是進(jìn)行多級(jí)鏈路連接，鏈路連接在各級(jí)內(nèi)均采用波分交換技術(shù)。因這種方法需要把多路信號(hào)分路接入鏈路，故抵消了波分復(fù)用的優(yōu)點(diǎn)。解決這個(gè)問(wèn)題的措施是在鏈路上利用波分復(fù)用方法

11、,實(shí)現(xiàn)多路化鏈路的連接,空分波分復(fù)合型光交換系統(tǒng)就是復(fù)合型光交換技術(shù)的一個(gè)應(yīng)用?？辗植ǚ謴?fù)合型光交換系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)是，鏈路級(jí)數(shù)和交換元件數(shù)量少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可提供廣播型的多路連接。3. 光交換技術(shù)應(yīng)用 3.1 光交換技術(shù)的交換方式及其應(yīng)用 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在現(xiàn)在通信網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)透明的、具有高度生存性的全光通信網(wǎng)未來(lái)的發(fā)展目標(biāo)。讓更多的光交換技術(shù)發(fā)展起來(lái)。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(diǎn)組成可控的門(mén)陣列開(kāi)關(guān), 通過(guò)控制交換節(jié)點(diǎn)的 狀態(tài)可實(shí)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(kāi),完成光信號(hào)的交換。簡(jiǎn)言&

12、#160;之, 光空分交換是使按空間順序排列的各路信息進(jìn)入空分交換陣列后, 交換陣列節(jié)點(diǎn)根據(jù)信 令對(duì)信號(hào)的空間位置進(jìn)行重新排列, 然后輸出, 完成交換?？辗止饨粨Q的交換過(guò)程是在光波 導(dǎo)中完成的, 有時(shí)也稱(chēng)為光波導(dǎo)交換?？辗止饨粨Q的交換節(jié)點(diǎn)可由機(jī)械、電、光、聲、磁、 熱等方式進(jìn)行控制。就目前情況而言, 機(jī)械式控制光節(jié)點(diǎn)技術(shù)是比較成熟和可靠的空分光交 換節(jié)點(diǎn)技術(shù)。3.1.2波分光交換方式 在光時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)中, 可采用光信號(hào)時(shí)隙互換的方法實(shí)現(xiàn)交換。在光波分復(fù)用系統(tǒng)中, 則

13、可采用光波長(zhǎng)互換(或光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)交換。光波長(zhǎng)互換的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)從光波分復(fù)用信號(hào)中檢出所需的光信號(hào)波長(zhǎng), 并將它調(diào)制到另一光波長(zhǎng)上去進(jìn)行傳輸。在波分光交換系統(tǒng)中, 精確的波長(zhǎng)互換技術(shù)是關(guān)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(shí)現(xiàn)的波分型交換網(wǎng)?？烧{(diào)波長(zhǎng)濾波器和波長(zhǎng)變換器是實(shí)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(fù)用光信號(hào)中選出所需波長(zhǎng)的光信號(hào); 后者則將可變 波長(zhǎng)濾波器選出的光信號(hào)變換為所需要的波長(zhǎng)后輸出。用分布反饋型和分布布喇格反射型的 半導(dǎo)體激光器可以實(shí)現(xiàn)這兩類(lèi)元件的功能

14、。目前, 能用的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換方式主要還是有源的方式,利用某些光學(xué)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(shè)想一下： 也許不久的將來(lái)， 一種無(wú)源的光波長(zhǎng)變換實(shí)用化裝置就會(huì)誕生, 它能夠在光域內(nèi)實(shí)現(xiàn)寬頻帶 的光波長(zhǎng)變換。如果這一設(shè)想能夠成為現(xiàn)實(shí), 將會(huì)給波長(zhǎng)光交換帶來(lái)廣闊的應(yīng)用空間。3.1.3時(shí)分光交換方式 時(shí)分光交換方式的原理與現(xiàn)行電子學(xué)的時(shí)分交換原理基本相同, 只不過(guò)它是在光域里 實(shí)現(xiàn)時(shí)隙互換而完成交換的, 因此, 它能夠和時(shí)分多路復(fù)用的光傳輸系統(tǒng)匹配。時(shí)分光交換 系統(tǒng)

15、采用光器件或光電器件作為時(shí)隙交換器, 通過(guò)光讀寫(xiě)門(mén)對(duì)光存儲(chǔ)器的受控有序讀寫(xiě)操 作完成交換動(dòng)作。由于時(shí)分光交換可以時(shí)分復(fù)用各個(gè)光器件, 所以能夠減少硬件設(shè)備, 構(gòu)成大容量的光交換機(jī)。時(shí)分光交換系統(tǒng)能與光傳輸系統(tǒng)很好配合構(gòu)成全光網(wǎng), 所以時(shí)分光交換 技術(shù)研究開(kāi)發(fā)進(jìn)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(shí)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(shù)都有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和不同的適應(yīng)性, 將幾種光交換技術(shù)合適地復(fù)合起 來(lái)進(jìn)行應(yīng)用能夠更好地發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì), 以滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。已見(jiàn)介紹的復(fù)合型光交換主要有