现代交换技术光交换技术

5．微机电系统开关
图11-5 移动光纤式光开关
图11-6 移动反射镜式光开关
图11-7 用16个移动反射镜光开关构成的两 组4×4 MEMS开关阵列
11.2.2 波长转换器
• 波长转换器是一种能把携带信号的光波从 一个波长转换为另一个波长的器件。
• 波长转换是解决相同波长争用同一个端口 时发生阻塞的关键。
• 光开关大致可分为半导体材料的光开关、 耦合波导光开关、M-Z干涉型热光开关、液 晶光开关、微机电系统（MEMS）开关等。
• 光开关的主要作用包括：一是将某一光纤 通道的光信号切断或接通；二是将某波长光 信号由一个光纤通道转换到另一个光纤通道； 三是将一种波长的光信号转换为另一波长的 光信号（波长转换器）。
• 时分光交换原理示意如图11-10所示。
图11-10 时分光交换原理
11.3.3 波分光交换网络
• 波分光交换可以采用波长变换或波长选择 两种方法来实现。
• 波长开关是完成波分交换的关键部件，其 交换原理如图11-11所示。
图11-11 波分交换原理
图11-12 波长选择型波分交换网络结构
（3）用4个1×1光开关器件和4个无 源光分路/合路器组成2×2的光交换 模块，如图11-9(b)所示。
• 通过对上面的基本交换模块进行扩展、复 接，可以构成更大规模的光空分交换单元。
11.3.2 时分光交换网络
• 光时分复用与电时分复用类似，也是把一 条复用线分成若干个时隙，每个数据光脉冲 占用一个时隙，N路数据信道复用成高速光 数据流进行传输。
第11章 光交换技术
• 光通信是利用光波来传送信息的。
• 光纤通信具有信息传输容量大、对比特流 透明、不受电磁干扰、保密性好等优点，是 现代通信网络中传输信息的极佳媒质，光交 换被认为是为未来宽带通信服务的新一代 交换技术。
• 本章主要介绍光交换的基本概念、光交换 器件、光交换网络和光交换系统，并对目前 逐渐走向应用的智能光网络ASON进行阐述。
• 光开关的特性参数主要包括：插入损耗、 回波损耗、隔离度、串扰、工作波长、消 光比、开关时间等。
1．半导体光开关
图11-1 半导体光放及等效光开关示意图
2．耦合波导光开关
图11-2 耦合波导光开关结构及逻辑表示
3．M-Z干涉型电光开关
图11-3 M-Z干涉型电光开关
4．液晶光开关
图11-4 液晶光开关工作原理
• 若光信号同时采用两种或三种交换方式， 则称为混合光交换。
11.3.1 空分光交换网络
• 与空分电交换一样，空分光交换是一种最 简单的光交换方式。
• 通过机械、电或光三种不同方式对光开关 及相应的光开关阵列（矩阵）进行控制， 为光交换提供物理通道，使输入端的任一 信道与输出端的任一信道相连。
• 空分光交换网络的最基本单元是2×2的光 交换模块。
• 时隙交换离不开存储器，由于光存储器以 及光计算机还没有达到实用阶段，所以一般 采用光延时器件实现光存储，如前面11.2节 中提到的光纤延时线存储器和双稳态激光二 极管光存储器。
• 采用光延时器件实现时分光交换网络的工 作原理是：先把时分复用光信号通过光分路 器分成多个单路光信号，然后让这些信号分 别经过不同的光延时器件，以获得不同的延 时，再把这些信号通过光合路器重新复合起 来，时隙互换就完成了。
11.1
概述
11.2
光交换器件
11.3
光交换网络
11.4
光交换系统
11.5
自动交换光网络
11.1 概述
• 21世纪的通信网应该是能提供各种通信业 务的、具有巨大通信能力的宽带通信网络。
• 网络业务将以宽带视频、高速数据、普通 话音和多媒体等业务为主。
• 为提供这些业务，需要高速、宽带、大容 量的传输系统和宽带交换系统。
• 目前，以电子技术为基础的现代交换系统， 无论是数字程控交换机、ATM交换机还是 高速路由器，其交换容量都受到电子器件 工作速度的限制。
• 在这种情况下，人们对光交换技术的关心 日益增长，研究和开发具有高速、大容量交 换潜力的光交换技术势在必行。
• 光交换被认为是为未来宽带通信网服务的 新一代交换技术，其优点主要集中在以下几 方面。
图11-8 波长转换器结构示意
11.2.3 光存储器
• 光存储器是实现时分光交换的基础。
• 常用的光存储器有光纤延时线和双稳态激 光二极管。
1．光纤延迟线 2．双稳态激光二极管
11.3 光交换网络
• 光交换网络完成光信号在光域的直接交换， 而不需进行光—电—光变换。
• 根据光信号的复用方式，相应地有空分、 时分、波分等交换方式。
（1）运行速度快。 （2）光交换与光传输匹配可进一步 实现全光通信网。
（3）降低网络成本，提高可靠性。 （4）具有空间并行传输特性。
11.2 光交换器件
11.2.1 光开关
• 光开关是完成光交换最基本的功能器件。
• 光开关主要用来实现光层面上的路由选择、 波长选择、光分插复用、光交叉连接和自愈 保护等功能。
• 理想的波长转换器应具备有较高的速率、 较宽的波长转换范围和高信噪比、高消光 比，而且与偏振无关。
• 如图11-8所示，最直接的波长转换是光— 电—光变换，即将波长为1的输入光信号， 由光电探测器转变为电信号，然后再去驱 动一个波长为2的激光器，使得输出波长 变为2；另外一种是调制间接转换，即在 外调制器的控制端上施加适当的直流偏置 电压，使得波长为1的入射光被调制成波 长为2出射光。
• 如图11-9所示，输入端有两根光纤，输出 端也有两根光纤。它有两种工作状态：平 行状态和交叉状态。
图11-9 基本的2×2空分光交换模块
• 可以采用以下几种方式来组成空分交换模块：
（1）铌酸锂（LiNbO3）晶体定向耦合 器，其结构和工作原理已在10.2节中介绍。
（2）用4个1×2光开关（又可称为Y 分叉器）组成2×2的光交换模块。
11.3.4 混合型光交换网络
图11-13 波分-空分-波分混合型光交换网络结构
11.3.5 自由空间光交换网络
• 由于光波作为载波在自由空间传输的带宽 巨大（约为100THz），为了充分利用带宽 资源，科学家们开始研究自由空间光交换 网络系统。