光交换技术发展概述(20201017223022)

光交换技术发展概述

光交换技术发展概述

摘要：光交换是光通信的关键技术。本文分类阐述了光交换的不同类型。比较了纯光交换和电交换的差异。最后展示了光交换发展的几大趋势。

关键词：光交换类型电交换趋势

现代通信网中，先进的光纤通信技术以其高速、带宽的明显特征而为世人瞩目。实现透明的、具有高度生存性的全光通信网是宽带通信网未来发展目标。从系统角度来看，支撑全光网络的关键技术又基本上可分为光监控技术、光交换技术、光放大技术和光处理技术几大类。而光交换技术作为全光网络系统中的一个重要支撑技术，它的全光通信系统中发挥着重要的作用，可以这样说光交换技术的发展在某种程度上也决定了全光通信的发展。

一、什么是光交换

光交换（photonic switching）技术也是一种光纤通信技术，它是在光域直接将输入光信号交换到不同的输出端。与电子数字程控交换相比，光交换无须在光纤传输线路和交换机之间设置光端机进行光/ 电（O/E ）和电/ 光

（E/O ）

交换，而且在交换过程中，还能充分发挥光信号的高速、宽带和无电磁感应的优点。光纤传输技术与光交换技术融合在一起，可以起到相得益彰的作用，从而使光交换技术成为通信网交换技术的一个发展方向。

光交换技术可以分成光路交换技术和分组交换技术。光路光交换可利用OADM、OXC等设备来实现，而分组光交换对光部件的性能要求更高，由于目前光逻辑器件的功能还较简单，不能完成控制部分复杂的逻辑处理功能，因此国际上现有的分组光交换单元还要由电信号来控制，即所谓的电控光交换。随着光器件技术的发展，光交换技术的最终发展趋势将是光控光交换。

随着通信网络逐渐向全光平台发展，网络的优化、路由、保护和自愈功能在光通信领域中越来越重霎。光交换技术能够保证网络的可靠性和提供灵活的信号路由平台，尽管现有的通信系统都采用电路交换技术，但发展中的全

光网络却需要由纯光交换技术来完成信号路由功能以实现网络的高速率和协议透明性。光交换技术为进入节点的

高速信息流提供动态光域处理，仅将属于该节点及其子网的信息上下路并交由电交换设备继续处理，这样具有以

下几个优点：（A）可以克服纯电子交换的容量瓶颈问题；（B）可以大量节省建网和网络升级成本。如果采用全

光网技术，将使网络的运行费用节省70% ，设备费用节省90% ；（C）可以大大提高网络的重构灵活性和生存

性，以及加快网络恢复的时间。

二、光交换技术的分类光交换技术可以分成光路交换技术和分组交换技术。

（一）光路交换技术

光路交换系统所涉及的技术有空分交换技术（SD八时分交换技术（TD ）、波分/频分交换技术（WD/FD ）、码

分交换技术和复合型交换技术，其中空分交换技术包括波导空分和自由空分光交换技术。其中空分交换按光矩阵

开关所使用的技术又分成两类，一是基于波导技术的波导空分，另一个是使用自由空间光传播技术的自由空分光交换。光分组交换中，异步传送模式是近年来广泛研究的一种方式。

1 、时分光交换技术（TDPS ）

TDPS 的基本原理与现行的电子程控交换中的时分交换系统完全相同，因此它能与采用全光时分多路复用方法的光传输系统匹配。在这种技术下，可以时分复用各个光器件，能够减少硬件设备，构成大容量的光交换机。该技术组成的通信技术网由时分型交换模块和空分型交换模块构成。它所采用的空分交换模块与上述的空分光交换功能块完全相同，而在时分型光交换模块中则需要有光存储器（如光纤延迟存储器、双稳态激光二极管存储器）、光选通器（如定向复合型阵列开关）以进行相应的交换。

2 、空分光交换技术（SDPS ）

SDPS 的基本原理是将光交换组成门（Gate ）阵列开关，并适当控制门阵列开关，即可在任一路输入光纤和任一输出光纤之间构成通路。因其交换元件的不同可分为机械型、光电转换型、复合波导型、全反射型和激光二极管门开关等，如耦合波导型交换元件钥酸钾，它是一种电光材料，具有折射率随外界电场的变化而发生变化的光学特性。以铌酸钾为基片，在基片上进行钛扩散，以形成折射率逐渐增加的光波导，即光通路，再焊上电极后即可将它作为光交换元件使用。当将两条很接近的波导进行适当的复合，通过这两条波导的光束将发生能量交换。能量交换的强弱随复合系数。平行波导的长度和两波导之间的相位差变化，只要所选取的参数适当，光束就在波导上完全交错，如果在电极上施加一定的电压，可改变折射率及相位差。由此可见，通过控制电极上的电压，可以得到平行和交叉两种交换状态。

3 、波分光交换（WDPS ）

WDPS 充分利用光路的宽带特性，获得电子线路所不能实现的波分型交换网。可调波长滤波器和波长变换器是实现波分

（WD ）光交换的基本元件。前者的作用是从输入的多路波分光信号中选出的光信号；后者则将可变波长滤波器选出的光信号变换为适当的波长后输出。WDPS 系统基本结构等效于一个NxN 阵列型交换系统。它将每个输入的光波变换成波长（1-（N 中的一个波，用星型耦合器将这N 条光波混合，再通过输出端的可调波长滤波器，分别选出所需波长的光波，这样就完成了N 条光波的交换。也可在两个输出端口上选取波长相同的光波，以实现广播分配型的通信。

4 、复合光交换技术

该技术是指在一个交换网络中同时应用两种以上的光交换方式。例如，在波分技术的基础上设计大规模交换网络的一种方法是进行多级链路连接，链路连接在各级内均采用波分交换技术。因这种方法需要把多路信号分路接入链路，故抵消了波分复用的优点。解决这个问题的措施是在链路上利用波分复用方法，实现多路化链路的连接，空分——波分复合型光交换系统就是复合型光交换技术的一个应用。空分——波分复合型光交换系统的突出优点是，链路级数和交换元件数量少，结构简单，可提供广播型的多路连接。另一种极有前途的大容量复合型光交换系统就是时分——波分复合型交换模块。其复用度是时分多路复用度与波分复用度的乘积，即二者复用度分别为