光网络的主要技术、发展及其应用

光网络的主要技术、发展及

其应用

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光网络技术课程综述

——你所了解光网络的主要技术、发展及其应用（10级电子与通信工程丁彦学号：1039227010）

光纤通信是以光波为载波，以光纤为传输介质的一种通信方式。随着通信网传输容量的不断增加，光纤通信也发展到了一定的高度。但是目前的光纤通信技术存在不少弊端，急需对其进行改进。为了解决这些弊端，人们提出了光网络。光网络以其良好的透明性、波长路由特性、兼容性和可扩展性，已成为下一代高速宽带网络的首选。这里的光网络，是指全光网络（All Optical Network，AON）。

1全光网络的概念

全光网络是指光信息流从源节点到目的节点之间进行传输与交换中均采用光的形式，即端到端的完全的光路，中间没有电信号的介入，在各网络节点的交换，则使用高可靠、大容量和高度灵活的光交叉连接设备（OXC）。它是建立在光时分复用（OTDM）或者密集波分复用（DWDM）基础上的高速宽带信息网。

2全光网络的特点

全光网络的发明与运用，可以不用在源节点与目的节点之间的各节点进行光电交换、电光交换，弥补了传统光纤通信中存在的带宽限制、严重串话、时钟偏移、高功耗等一些不足，拥有更强的可管理性、透明性、灵活性。

全光网络与传统通信系统相比，具有以下一些特点：

1)节约成本。

由于全光网络中不需要进行光电转换，这就避免使用传统通信系统中需要的光电转换器材，节省这些昂贵的器材费用，也克服了传输途中由于电子器件处理信号速率难以提高的困难，大大提高了传输速率。此外，在全光网络中，大多会采用无源光学器

件，这也带来了成本和功耗的降低。

2)组网灵活。

全光网络可以根据通信容量的需求，在任何节点都能抽出或加入某个波长，动态地改变网络结构，组网极具灵活性。当出现突发业务时，全光网络可以提供临时连接，达到充分利用网络资源的目的。

3)透明性好。

全光网络采用波分复用技术，以波长选择路由，对传输码率、数据格式以及调制方式等具有透明性。可方便地提供多种协议的业务。

4)可靠性高。

在全光网络中不需要光电转换，在传输过程中没有存储和变换，采用的许多光器件都是无源的，极大地提高了传输的可靠性。

3全光网络的主要技术、发展及其应用

3.1光纤技术

光纤是光网络的传输媒质，光纤技术的发展，直接决定着光网络技术的发展。光纤可以简单分为单模光纤和多模光纤。当光纤的直径减小到一个光波波长的时，光在其中无反射地沿直线传播，即只能传输一个传播模式的光纤，通常称为单模光纤。与多模光纤相比，单模光纤传输具有内部损耗低、带宽大、易于升级扩容和成本低的优点。早期由于技术原因，多使用多模光纤，现在以单模光纤为主。

单模光纤传输的特性及对传输速率的影响如下：

1)频带宽，通信容量大。目前可用85 nm波长区、1310nm波长区和1550nm波长区所对应的固定带宽就有约60 THz，巨大的频带带宽是光纤最突出的优点，这对传输各种宽频带信息意义十分重要。

2)损耗低，中继距离长。单模光纤的衰减特性有随波长递增而减小的总趋势，除了靠近1385nm附近由OH根造成的损耗峰外，在1310 ~1600nm间都趋于平坦。现在一般都使用1310nm波长区和1550nm波长区，由于最低衰减常数（0.2dB/km）位于1550nm附近，因此长距离光纤传输系统都采用1550nm波长区。

3)色散。色散是指光脉冲在光纤中传播的过程中会散开的现象，随着传输速率的提高，色散成为传输系统中不可忽视的因素，它会导致脉冲间的干扰，造成不可接受的误码率，其数量和波长有关。

4)非线性效应。系统中使用EDFA，使送进光纤的光功率增强很多，进入光纤的高光功率使光信号和光纤相互作用产生各种非线性效应，从而影响信噪比。

3.2光交换技术

光交换是指不经过任何光 / 电转换，将输入端光信号直接交换到任意的光输出端。光交换技术作为全光网中的一个重要支撑技术，在全光网络中发挥着重要的作用。其中最关键工作是波长变换，光交换实质上也是对光的波长进行处理，也可称为波长交换。

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，这样做具有以下几个优点：

1)可以克服纯电子交换的容量瓶颈问题；

2)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%；

3)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。

光交换可分为光路光交换和分组光交换 2 类。光路交换又可分成3 种类型，即空分（SD）、时分（TD）和波分/ 频分（WD/FD）光交换，以及由这些交换形式组合而成的结合型。

空分光交换是使光信号的传输通路在空间上发生改变，基本原理是将光交换元件组成门阵列开关，并适当控制门阵列开关，即可在任一路输入光纤和任一路输出光纤之间构成通路。空分光交换按光矩阵开关所使用的技术又分成基于波导技术的波导空分与使用自由空间光传播技术的自由空分光交换。

时分光交换是以时分复用为基础，运用时隙互换原理来实现交换的功能。即把一条复用信道划分成若干个时隙，每个基带数据光脉冲流分配占用一个时隙，N 个基带信道复用成高速光数据流信号进行传输。时分光交换的关键是开发高速光逻辑器件。

波分/ 频分光交换是以波分复用为基础，信号的实现是通过不同波长，选择不同网络通路完成，由波长开关进行交换。波分光交换由波长复用器、波长选择空间开关和波长互换器组成。

混合光交换是指在一个交换网络中同时应用 2 种以上的光交换方式。常用混合交换方式有空分+时分，空分+波分，空分+时分+波分等复合方式。

目前市场上出现的光交换机大多数是基于光电和光机械的，随着光交换技术的不断发展和成熟，基于热学、液晶、声学、微机电技术的光交换机将会逐步被研究和开发出来。

由光电交换技术实现的交换机通常在输入输出端各有两个有光电晶体材料的波导，而最新的光电交换机则采用了钡钛材料，这种交换机使用了一种分子束取相附生的技术，与波导交换机相比，该交换机消耗的能量比较小。

随着液晶技术的成熟，液晶光交换机将会成为光网络系统中的一个重要设备，该交换设备主要由液晶片、极化光束分离器、成光束调相器组成，而液晶在交换机中的主要作用是旋转入射光的极化角。当电极上没有电压时，经过液晶片的光线极化角为 90°，当有电压加在液晶片的电极上时，入射光束将维持它的极化状态不变。

另外，市场上目前又开发了基于不同类型的特殊微光器件的光交换机，这种类型的交换机可以由小型化的机械系统激活，而且它的体积小，集成度高，可大规模生产，我们相信这种类型的交换机在生产工艺水平不断提高的将来，一定能成为市场的主流。

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要。采用光交换技术可以克服电子交换的容量瓶颈问