光交換技術(shù)發(fā)展概述

光交換技術(shù)發(fā)展概述光交換技術(shù)發(fā)展概述摘

要：光交換是光通信的關(guān)鍵技術(shù)。本文分類闡述了光交換的不同類型。比較了純光交換和電交換的差異。最后展示了光交換發(fā)展的幾大趨勢。

關(guān)鍵詞：光交換

類型

電交換

趨勢

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。實現(xiàn)透明的、具有高度生存性的全光通信網(wǎng)是寬帶通信網(wǎng)未來發(fā)展目標(biāo)。從系統(tǒng)角度來看，支撐全光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)又基本上可分為光監(jiān)控技術(shù)、光交換技術(shù)、光放大技術(shù)和光處理技術(shù)幾大類。而光交換技術(shù)作為全光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的一個重要支撐技術(shù)，它的全光通信系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，可以這樣說光交換技術(shù)的發(fā)展在某種程度上也決定了全光通信的發(fā)展。

一、什么是光交換

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(jī)之間設(shè)置光端機(jī)進(jìn)行光/電（O/E）和電/光（E/O）交換，而且在交換過程中，還能充分發(fā)揮光信號的高速、寬帶和無電磁感應(yīng)的優(yōu)點。光纖傳輸技術(shù)與光交換技術(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)的一個發(fā)展方向。

光交換技術(shù)可以分成光路交換技術(shù)和分組交換技術(shù)。光路光交換可利用ＯＡＤＭ、ＯＸＣ等設(shè)備來實現(xiàn)，而分組光交換對光部件的性能要求更高，由于目前光邏輯器件的功能還較簡單，不能完成控制部分復(fù)雜的邏輯處理功能，因此國際上現(xiàn)有的分組光交換單元還要由電信號來控制，即所謂的電控光交換。隨著光器件技術(shù)的發(fā)展，光交換技術(shù)的最終發(fā)展趨勢將是光控光交換。

隨著通信網(wǎng)絡(luò)逐漸向全光平臺發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化、路由、保護(hù)和自愈功能在光通信領(lǐng)域中越來越重霎。光交換技術(shù)能夠保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性和提供靈活的信號路由平臺，盡管現(xiàn)有的通信系統(tǒng)都采用電路交換技術(shù)，但發(fā)展中的全光網(wǎng)絡(luò)卻需要由純光交換技術(shù)來完成信號路由功能以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高速率和協(xié)議透明性。光交換技術(shù)為進(jìn)入節(jié)點的高速信息流提供動態(tài)光域處理，僅將屬于該節(jié)點及其子網(wǎng)的信息上下路并交由電交換設(shè)備繼續(xù)處理，這樣具有以下幾個優(yōu)點：（A）可以克服純電子交換的容量瓶頸問題；（B）可以大量節(jié)省建網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)升級成本。如果采用全光網(wǎng)技術(shù)，將使網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省70%，設(shè)備費(fèi)用節(jié)省90%；（C）可以大大提高網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)靈活性和生存性，以及加快網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)的時間。

二、光交換技術(shù)的分類光交換技術(shù)可以分成光路交換技術(shù)和分組交換技術(shù)。

（一）光路交換技術(shù)

光路交換系統(tǒng)所涉及的技術(shù)有空分交換技術(shù)（SD）、時分交換技術(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關(guān)所使用的技術(shù)又分成兩類，一是基于波導(dǎo)技術(shù)的波導(dǎo)空分，另一個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廣泛研究的一種方式。

1、時分光交換技術(shù)（TDPS）

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(fù)用方法的光傳輸系統(tǒng)匹配。在這種技術(shù)下，可以時分復(fù)用各個光器件，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(fù)合型陣列開關(guān)）以進(jìn)行相應(yīng)的交換。

2、空分光交換技術(shù)（SDPS）

SDPS的基本原理是將光交換組成門（Gate）陣列開關(guān)，并適當(dāng)控制門陣列開關(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開關(guān)等，如耦合波導(dǎo)型交換元件鑰酸鉀，它是一種電光材料，具有折射率隨外界電場的變化而發(fā)生變化的光學(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，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)。

3、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{(diào)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(dāng)?shù)牟ㄩL后輸出。WDPS系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)等效于一個NxN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(diào)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)廣播分配型的通信。4、復(fù)合光交換技術(shù)

該技術(shù)是指在一個交換網(wǎng)絡(luò)中同時應(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)計大規(guī)模交換網(wǎng)絡(luò)的一種方法是進(jìn)行多級鏈路連接，鏈路連接在各級內(nèi)均采用波分交換技術(shù)。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(fù)用的優(yōu)點。解決這個問題的措施是在鏈路上利用波分復(fù)用方法，實現(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)的一個應(yīng)用?？辗帧ǚ謴?fù)合型光交換系統(tǒng)的突出優(yōu)點是，鏈路級數(shù)和交換元件數(shù)量少，結(jié)構(gòu)簡單，可提供廣播型的多路連接。另一種極有前途的大容量復(fù)合型光交換系統(tǒng)就是時分——波分復(fù)合型交換模塊。其復(fù)用度是時分多路復(fù)用度與波分復(fù)用度的乘積，即二者復(fù)用度分別為8時，可實現(xiàn)64路復(fù)合型交換。若將這種交換模塊用于4級鏈路連接的網(wǎng)絡(luò)，則可構(gòu)成最大終端數(shù)為4096的大容量交換網(wǎng)絡(luò)。

（二）分組交換技術(shù)

光分組交換系統(tǒng)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：光分組交換（ＯＰＳ）技術(shù)；光突發(fā)交換（ＯＢＳ）技術(shù)；光標(biāo)記分組交換（ＯＭＰＬＳ）技術(shù)；光子時隙路由（ＰＳＲ）技術(shù)等。這些技術(shù)能確保用戶與用戶之間的信號傳輸與