十.光交換技術(shù)

1、1十、光交換技術(shù)十、光交換技術(shù)2 隨著光纖規(guī)模的不斷擴(kuò)大，未來將實(shí)現(xiàn)光纖到戶、光纖到桌面，未來的通信網(wǎng)絡(luò)將是全光網(wǎng)絡(luò)，全光網(wǎng)絡(luò)具有如下優(yōu)點(diǎn)： 1) 提供巨大的帶寬。2) 與無線或銅線比，處理速度高且誤碼率低。3) 采用光路交換的全光網(wǎng)絡(luò)具有協(xié)議透明性，即對(duì)信號(hào)形式無限制。允許采用不同的速率和協(xié)議，有利于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的靈活性。 4) 全光網(wǎng)中采用了較多無源光器件，省去了龐大的光/電/光轉(zhuǎn)換工作量及設(shè)備，提高網(wǎng)絡(luò)整體的交換速度，降低了成本并有利于提高可靠性。 光交換技術(shù)光交換技術(shù)3 光交換技術(shù)屬于全光網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵光節(jié)點(diǎn)技術(shù)，主要完成光節(jié)點(diǎn)處任意光纖端口之間的光信號(hào)交換，它所完成的最關(guān)鍵工作就是波長(zhǎng)變換。

2、由于目前實(shí)質(zhì)上是對(duì)光的波長(zhǎng)進(jìn)行處理，所以更確切地說，光交換應(yīng)該稱之為波長(zhǎng)交換。 在全光網(wǎng)絡(luò)中，傳輸將采用密集波分復(fù)用（DWDM)技術(shù)，信息的傳送格式將采用分組方式（將業(yè)務(wù)層的IP、ATM信元和TDM幀等形成光分組格式），在光分組交換技術(shù)中，分組頭的識(shí)別和控制以及傳送的信息完全是以光的形式進(jìn)行的。 光交換技術(shù)光交換技術(shù)4 未來的光交換機(jī)將采用具有波長(zhǎng)交換和波長(zhǎng)延遲（光存儲(chǔ)）和光控制功能的光分組交換技術(shù)。 在未來的信息社會(huì)中，分組型的信息將占絕大多數(shù)，因此光分組交換技術(shù)不僅具有點(diǎn)到點(diǎn)的交換功能，而且具有點(diǎn)到多點(diǎn)的交換功能。 為了簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的層次將使用光的多協(xié)議標(biāo)記交換協(xié)議（GMPLS)。光交換技

3、術(shù)光交換技術(shù)5從電交換到光交換 交換必需解決如下三個(gè)問題：1.時(shí)隙交換（時(shí)分交換）2.空間交換（空分交換）3.多路復(fù)用與反復(fù)用光/電光/電光/電電/光電/光電/光電交換光 信 號(hào)光 信 號(hào)電 信 號(hào)電 信 號(hào) 光交換光 信 號(hào)光 信 號(hào)光交換技術(shù)光交換技術(shù)6 光交換技術(shù)分類光交換技術(shù)分類 傳統(tǒng)的光交換在交換過程中存在光變電、電變光，而且它們的交換容量都要受到電子器件工作速度的限制，使得整個(gè)光通信系統(tǒng)的帶寬受到限制。 直接光交換可省去光/電、電/光的交換過程，充分利用光通信的寬帶特性。 光交換分為自由空間交換、空分交換、時(shí)分交換、波分交換以及它們的復(fù)合。 光交換技術(shù)光交換技術(shù)7光有源器件 激光器

4、、光電探測(cè)器、光放大器光連接器、耦合器、光開關(guān)、光衰減器、光隔離器按功能分 波分復(fù)用與解復(fù)用器件、光調(diào)制器件、光編碼器件光交換器件、光存儲(chǔ)期間、光邏輯器件光無源器件光纖器件、光纖光柵器件、平面波導(dǎo)器件、按結(jié)構(gòu)分微光電機(jī)械器件、集成器件電子集成器件 光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)、光發(fā)收機(jī) 全光聯(lián)網(wǎng)器件全光聯(lián)網(wǎng)器件 全光聯(lián)網(wǎng)器件主要分為有源光器件、無源光器件和電子集成器件三大類。光交換技術(shù)光交換技術(shù)8 自由空間光交換 ,光通過自由空間或均勻的材料 ,如玻璃傳播 ; 空分交換 ,實(shí)屬導(dǎo)波交換 ,在這種結(jié)構(gòu)中 ,光由波導(dǎo)結(jié)構(gòu)所限制和引導(dǎo)。空分光交換是由開關(guān)矩陣實(shí)現(xiàn)的，開關(guān)矩陣節(jié)點(diǎn)可由機(jī)械、電或光進(jìn)行控制，按要求

5、建立物理通道，使輸入端任一信道與輸出端任一信道相連，完成信息的交換。各種機(jī)械，電或光控制的相關(guān)器件均可構(gòu)成空分光交換。 光交換技術(shù)光交換技術(shù)92.自由空間光交換 123412348 8交換單元矩陣輸入通道光 纖123控 制 器輸出通道XYZ自由空間交換網(wǎng)絡(luò)光交換技術(shù)光交換技術(shù)101.空分光交換 12光交換器件11開關(guān)器件無源分路/合路器(a) 由1 2光交換器件組成(b) 由1 1開關(guān)器件和無源分路/合路器組成基本的2 2空分光交換模塊光交換技術(shù)光交換技術(shù)11 時(shí)分交換是基于時(shí)隙互換的原理完成的 ,采用光器件或光電器件作為時(shí)隙交換器，通過光讀寫門對(duì)光存儲(chǔ)器的受控有序讀寫操作完成交換動(dòng)作。 時(shí)分

6、交換又有同步傳送模式 ( )和異步傳送模式 ( )之分。它們均要求光存儲(chǔ)器 ,但至今光存儲(chǔ)器仍不能提供實(shí)際的應(yīng)用。光交換技術(shù)光交換技術(shù)123.時(shí)分光交換 攝象機(jī)編碼器復(fù) 用 器E/OO/E解 復(fù) 用 器解碼器監(jiān)視器1 4分路器4 1合路器123413244321控 制 器光時(shí)分交換通過光信號(hào)時(shí)隙互換實(shí)現(xiàn)光交換的系統(tǒng)光交換技術(shù)光交換技術(shù)13 波分交換是基于波長(zhǎng)互換的原理實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)橄喔晒饩哂写笥?2 0 0的帶寬 ,我們可以復(fù)用幾百個(gè)帶寬為幾個(gè)的信道 ,從而可充分利用光帶寬。因?yàn)楣鈳V波器的最小分辨率為幾百個(gè) ,僅僅使用波分復(fù)用技術(shù)也很難將幾千個(gè)低速信道復(fù)用在一起。如果我們采用波分和時(shí)分混合交

7、換 ,就可以使交換系統(tǒng)容量擴(kuò)大。 光交換技術(shù)光交換技術(shù)144.波分光交換 波長(zhǎng)互換光交換F-P濾波器F-P濾波器波長(zhǎng)交換波長(zhǎng)交換1432432111141波 長(zhǎng) 復(fù) 用復(fù) 用 器1244441 4(a)(b)光 分 束 器波 長(zhǎng) 解 復(fù) 用光交換技術(shù)光交換技術(shù)15 波分 /空分混合交換:使用波分復(fù)用技術(shù)設(shè)計(jì)大規(guī)模交換網(wǎng)絡(luò)的一種方法是把多級(jí)波分交換網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互連。然而 ,這種方法每次均需要把信號(hào)分路后進(jìn)行交換 ,然后再合路 ,從而使系統(tǒng)很復(fù)雜 ,實(shí)現(xiàn)起來也很困難 ,成本也高。解決方法之一是利用空分交換技術(shù) 。波分 /空分混合交換的優(yōu)點(diǎn)是所需串聯(lián)級(jí)數(shù)和交換元件數(shù)量最少 ,而且所需的有源器件較級(jí)聯(lián)波分

8、復(fù)用交換系統(tǒng)少 ,因而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,可靠性高 ,可提供廣播型多路連接。 光交換技術(shù)光交換技術(shù)165.混合光交換 波長(zhǎng)變換激光器第一級(jí)交換第二級(jí)交換空分交換可調(diào)諧波長(zhǎng)濾波器分路/合路光交換模塊波分/空分混合光交換光交換技術(shù)光交換技術(shù)176.光分插復(fù)用 ( ) 光發(fā)射機(jī)1 光 發(fā)射機(jī)2 光發(fā)射機(jī)3 光 發(fā)射機(jī)4111 2 341112222233334444下光路上光路4 4波長(zhǎng)路由選擇1 4光解復(fù)用4 1星形藕和器波分復(fù)用光信號(hào)輸出光信號(hào)調(diào)諧光濾波器用于四波分插復(fù)用原理圖N 1光復(fù)用器3光交換技術(shù)光交換技術(shù)18 ATM光交換是以ATM信元為交換對(duì)象的技術(shù) , ATM信元交換的容量將直接限制整個(gè)交換

9、系統(tǒng)的容量。 ATM光交換遵循電領(lǐng)域ATM交換的基本原理，采用波分復(fù)用、電或光緩沖技術(shù)，由信元波長(zhǎng)進(jìn)行選路。依照信元的波長(zhǎng)，信元被選路到輸出端口的光緩沖存儲(chǔ)器中，然后將選路到同一輸出端口的信元存儲(chǔ)于輸入公用的光緩沖存儲(chǔ)器內(nèi)，完成交換的目的。光交換技術(shù)光交換技術(shù)197.光交換技術(shù) 光調(diào)制器光調(diào)制器信元編碼光調(diào)制器信元編碼信元編碼激光器信元選擇信元選擇信元選擇信元緩沖信元緩沖信元緩沖信元解碼信元解碼信元解碼輸入1輸入2輸入n 輸出1輸出2輸出n 星形偶合器光時(shí)分復(fù)用ATM信元交換廣播選擇星形網(wǎng)絡(luò)比特率： V比特率： V 比特率： nV光交換技術(shù)光交換技術(shù)20 8.光互連技術(shù) 光互連技術(shù)是設(shè)備之間、模塊之間、功能板之間以及芯片與芯片之間內(nèi)部的光學(xué)布線技術(shù)。光互連具有以下突出的特點(diǎn) :可實(shí)現(xiàn)信號(hào)之間無感應(yīng)、無干擾的傳輸 ,可克服電子布線分布電容和導(dǎo)線電阻對(duì)帶寬的限制 ,同時(shí)可實(shí)現(xiàn)無需接地的高密度并行連接。 雖然實(shí)現(xiàn)光交換系統(tǒng)還需許多年 ,但目前就可把光互連技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)有的系統(tǒng)或正在開發(fā)中的系統(tǒng)內(nèi)部信號(hào)傳輸鏈路中 ,從而充分發(fā)揮大規(guī)模集成電路構(gòu)成的快速電子交換系統(tǒng)的潛力。 光交換技術(shù)光交換技術(shù)21 光交換的優(yōu)點(diǎn)在于光信號(hào)通過光交換單元時(shí)，無須經(jīng)過光電/電光轉(zhuǎn)換，因此它不受監(jiān)測(cè)器和調(diào)制器等光電器件響應(yīng)速度的限制。它對(duì)比特率和調(diào)制方式透明，可以大大提高交換單元的吞吐量，因此，光交換必