光纖通信之光交換技術(shù)

1、光纖通信之光交換技術(shù)作者單位：南華大學(xué)電氣工程學(xué)院 姓名：陳亞潮 專業(yè)：通信工程 學(xué)號(hào)：摘要：由于寬帶視頻、多媒體等各種高帶寬資源業(yè)務(wù)需求的增加，對(duì)通信網(wǎng)的帶寬和容量提出了更高的要求，高速高帶寬網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為現(xiàn)階段通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢(shì)。但是由于大量的新業(yè)務(wù)的出現(xiàn)和國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，今后通信網(wǎng)絡(luò)還可能變得擁擠。原因是在現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)中，高速光纖通信系統(tǒng)僅僅充當(dāng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸手段，網(wǎng)絡(luò)中重要的交換功能還是采用電子交換技術(shù)。光交換技術(shù)是實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一，它可以滿足人們對(duì)寬帶視頻、多媒體業(yè)務(wù)的需求，是發(fā)展高速寬帶業(yè)務(wù)的一種有效手段。人們對(duì)光交換的探索始于20世紀(jì)70年代，80年代中期發(fā)展比較迅速，經(jīng)

2、過30余年的研究，在光器件研究技術(shù)的推動(dòng)下，對(duì)光交換系統(tǒng)技術(shù)的研究有了很大發(fā)展。關(guān)鍵詞：光交換技術(shù)；空分光交換；時(shí)分光交換；波分光交換。1引言最近幾年，光纖逐漸成為通信網(wǎng)傳輸?shù)闹匾浇?，現(xiàn)在世界上大約有60%的通信業(yè)務(wù)經(jīng)光纖傳輸，光纖傳輸已廣泛用于長(zhǎng)途干線網(wǎng)和本地中繼網(wǎng)。在一些歐美發(fā)達(dá)國(guó)家, 隨著光纖傳輸從中繼網(wǎng)向用戶網(wǎng)推進(jìn), 每秒數(shù)百兆比視頻通信業(yè)務(wù)可能會(huì)像現(xiàn)在的電話通信一樣普及, 網(wǎng)絡(luò)交換節(jié)點(diǎn)所需容量是現(xiàn)有電話網(wǎng)的100010000倍, 其交換節(jié)點(diǎn)容量至少是太比(Tbit/s)級(jí)的。以電子技術(shù)為基礎(chǔ)的交換方式, 無論是B-ISDN的ATM 方式,還是適合數(shù)字程控交換，它們的交換容量都要受到

3、電子器件工作速度的限制, 即使最新開發(fā)的電子ATM交換系統(tǒng)最大容量也被限制在1600Gbit/t 左右, 最終難以實(shí)現(xiàn)高速寬帶信號(hào)的交換。因此，先進(jìn)的光交換技術(shù)以其高速，高寬帶的特點(diǎn)而備受矚目。2光交換技術(shù)的基本概念光交換技術(shù)是實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵即是之一，是用光纖來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、信號(hào)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)交換傳輸技術(shù)。它是指不經(jīng)過任何光電轉(zhuǎn)換將輸入光信號(hào)直接交換到任意的輸出端, 完成光節(jié)點(diǎn)處任意光纖端口之間的光信號(hào)交換及選路。2.1 光交換技術(shù)的特點(diǎn)在電信網(wǎng)中，光纖是目前的主要傳輸介質(zhì)，越來越被廣泛的應(yīng)用在長(zhǎng)途及干線傳輸中。光交換在交換過程中信號(hào)始終以光的形式存在，在進(jìn)出交換機(jī)時(shí)不需要進(jìn)行光信號(hào)的光/電轉(zhuǎn)

4、換或者電/光轉(zhuǎn)換，這樣大大提高了系統(tǒng)的性能。光交換主要有以下特點(diǎn)：（1） 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，可與高速的光纖傳輸速率匹配，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高速率。（2） 光交換根據(jù)波長(zhǎng)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)格式和傳輸速率無關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)透明的數(shù)據(jù)傳輸。（3） 光交換可以保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，提高靈活的信息路由手段。2.2 光交換的基本器件電開關(guān)是電信號(hào)交換系統(tǒng)最基本的單元，每個(gè)電開關(guān)在控制信號(hào)的控制下接通或斷開其出線和入線。光交換是通過控制開關(guān)矩陣的出線和入線的接通和斷開來完成信號(hào)的轉(zhuǎn)換。在光信號(hào)中控制的是光信號(hào)，所以光交換中更多的要考慮結(jié)合光的物理特性來進(jìn)

5、行交換。光開關(guān)是完成光交換的最基本的功能器件。將一系列光開關(guān)組成一個(gè)陣列，構(gòu)成一個(gè)多級(jí)互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，在這個(gè)陣列中完成光信號(hào)的交換。下面是幾種主要的光開關(guān)器件：（1） 半導(dǎo)體光放大器 半導(dǎo)體光放大器可以對(duì)輸入的光信號(hào)進(jìn)行放大，并且可以利用一種被稱為偏置電信號(hào)的器件來控制光信號(hào)的放大倍數(shù)。（2） 耦合波導(dǎo)開關(guān) 耦合波導(dǎo)開關(guān)有兩個(gè)輸入端和輸出端，每個(gè)輸入和對(duì)應(yīng)的輸出形成一個(gè)光通道，兩個(gè)輸入和輸出組成兩個(gè)光通道，它利用控制電極來控制光信號(hào)的輸出狀態(tài)。（3） 波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器 波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的原理是光/電/光型的WC先將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)定時(shí)再生后，產(chǎn)生再生的電信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)，再用該電信號(hào)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)的激光器重新進(jìn)

6、行調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)變換。3光交換原理光信號(hào)的分割復(fù)用方式有空需要相應(yīng)的復(fù)合光交換分、時(shí)分和波分三種，因而光交換相應(yīng)的也存在空分、時(shí)分和波分三種光交換，它們分別完成空分信道、時(shí)分信道和波分信道的交換。如果光信號(hào)同時(shí)采用多種分割復(fù)用方式，則完成這樣光信號(hào)的交換。3.1空分光交換空分光交換技術(shù)就是在空間域上對(duì)光信號(hào)進(jìn)行交換，其基本原理是將光交換元件組成門陣列開關(guān)，通過對(duì)開關(guān)矩陣進(jìn)行控制，建立任一輸入光纖和任一輸出光纖之間構(gòu)成物理通路?？辗止饨粨Q的核心器件是光開關(guān)。光開關(guān)有電光型、 聲光型和磁光型等多種類型，其中電光型光開關(guān)具有開關(guān)速度快、串?dāng)_小和結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，有很好的應(yīng)用前景。3.2時(shí)分光交換時(shí)

7、分光交換是以時(shí)分復(fù)用為基礎(chǔ)，即將輸入的某一個(gè)時(shí)隙上的光信號(hào)交換至另一個(gè)時(shí)隙進(jìn)行輸出，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。時(shí)隙交換器是由空間光開關(guān)和一組光纖延時(shí)線構(gòu)成的，光纖延時(shí)線是一種光緩存器。時(shí)分復(fù)用光信號(hào)經(jīng)過分路器分離出每個(gè)時(shí)隙信號(hào)，經(jīng)不同的光纖延時(shí)線，變換到相應(yīng)的時(shí)隙中，再把所有時(shí)隙信號(hào)經(jīng)復(fù)用器復(fù)用輸出，及完成了時(shí)分光交換，如圖3.1所示。1234分接器1延遲1延遲22延遲33延遲44復(fù)接器輸入輸出4132圖3.1 時(shí)分光交換過程示意圖3.3波分光交換波分光交換是以波分復(fù)用原理為基礎(chǔ)

8、，根據(jù)光信號(hào)的波長(zhǎng)來進(jìn)行通路選擇的交換方式。原理：光纖中不同波長(zhǎng)的信號(hào)經(jīng)過光濾波器后分解為各種不同波長(zhǎng)的信號(hào)，進(jìn)行傳輸。接著將這些不同波長(zhǎng)的信號(hào)進(jìn)行波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換，最后用合并器進(jìn)行合路，再輸出一個(gè)多路復(fù)用的光信號(hào)。3.4 ATM光交換 ATM光交換仍然遵循ATM電交換原理，以ATM信元為交換對(duì)象，采用波分復(fù)用、電或光緩存技術(shù)，由信元波長(zhǎng)選路。按照信元波長(zhǎng)，信元被選路到光緩存器中，然后將同一輸出端口的信元存儲(chǔ)于公用光緩存器內(nèi)，完成交換。ATM光交換技術(shù)是最有希望成為吞吐量達(dá)Tbit/s量級(jí)的光交換系統(tǒng)。ATM光交換系統(tǒng)主要有兩種結(jié)構(gòu)：一是采用廣播選擇方式的超短光脈沖星形網(wǎng)絡(luò)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高和成

9、本較低等優(yōu)點(diǎn)；二是采用光矩陣開關(guān)的超立方體網(wǎng)絡(luò)，具有模塊化結(jié)構(gòu)、可擴(kuò)展性、路由算法簡(jiǎn)單、高可靠的路由選擇等優(yōu)點(diǎn)。4光交換的發(fā)展動(dòng)態(tài)和展望目前有一種新型的光電交換機(jī)，通過采用新的鋇鈦材料制造的波導(dǎo)和一種被稱為分子束取相附生的技術(shù)，能夠大大降低交換機(jī)的功耗，除了傳統(tǒng)的應(yīng)用外，光交換機(jī)還將在未來的多通路、可重配置的光子網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮越來越重要的作用。由于光網(wǎng)絡(luò)容量的持續(xù)擴(kuò)展，而電交換機(jī)無法適應(yīng)超過GBit速率的要求，開發(fā)高速度、高性能的光交換機(jī)就成為光交換機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)。可以預(yù)見，在未來的大容量光的全光網(wǎng)絡(luò)中，光交換機(jī)將起到舉足輕重的作用。光通信網(wǎng)絡(luò)正逐步向全光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，世界各國(guó)都在研究和開發(fā)全光網(wǎng)絡(luò)廠品

10、，力求解決現(xiàn)行通信網(wǎng)中由于電子處理速度而形成的速率“瓶頸”問題。以光交換技術(shù)為基礎(chǔ)的全光網(wǎng)絡(luò)將是未來的新型通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向。目前，以波長(zhǎng)為路由方式的光路交換技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，在光通信網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。而光分組交換技術(shù)目前還主要在實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域進(jìn)行研究。光分組交換技術(shù)能以更細(xì)的粒度快速分配信道，支持ATM和IP的光分組交換，是下一代的全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的核心，應(yīng)用前景廣闊。世界上許多國(guó)家正在進(jìn)行關(guān)于光分組交換網(wǎng)的研究，如歐洲RACD計(jì)劃的ATMOS項(xiàng)目和ACTS計(jì)劃的KEOPS項(xiàng)目、美國(guó)的DAPRA支持的POND項(xiàng)目和CORD項(xiàng)目等，將來，基于電路交換的電信網(wǎng)必然要升級(jí)到以分組交換為核心的新型通信網(wǎng)。

11、5總結(jié)在中國(guó)知網(wǎng)上仔細(xì)閱讀了關(guān)于光纖通信光交換技術(shù)的好多參考文獻(xiàn)，學(xué)到了很多光纖通信的知識(shí)，也了解了我國(guó)光交換技術(shù)的發(fā)展程度和未來光纖通信的走向，時(shí)代在進(jìn)步，用戶對(duì)于通信網(wǎng)的帶寬和容量提出了更高的要求，光纖更是目前最主要的傳輸介質(zhì)，廣泛用于長(zhǎng)途及干線傳輸中。雖然光時(shí)分交換和波分交換都有美好的應(yīng)用前景，但是由于目前高速光開關(guān)的技術(shù)指標(biāo)和工藝水平還難以達(dá)到實(shí)用化程度，特別是有效的、大容量的光緩存器的缺乏，使高速、頻繁的時(shí)分光交換近期內(nèi)還難以實(shí)現(xiàn)。全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的研究雖然有了一些進(jìn)展，但也還遠(yuǎn)沒有達(dá)到實(shí)用化階段。因此，近期光交換的發(fā)展和應(yīng)用重點(diǎn)仍是空分光交換，必要時(shí)使用“光電光型”波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)波分光交換。 通過該文獻(xiàn)報(bào)告，我對(duì)無線局域網(wǎng)的發(fā)展有了大致的了解，熟悉了無線局域網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)、現(xiàn)在社會(huì)中的應(yīng)用和未來的發(fā)展，更使我加深了對(duì)本課題的理解。6參考文獻(xiàn)1 顧畹儀.光傳送網(wǎng).北京：機(jī)械