现代交换原理与通信网技术――第10章 光交换课件.ppt

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1、第10章光交换光交换是指不经过任何光／电转换，在光域内为输入光信号选择不同输出信道的交换方式。本章从光交换的产生开始介绍了光交换和传统电交换的主要区别，以及光交换的基本器件光开关，接着介绍了光交换的基本原理和现在两种主要的光分组交换技术——透明光分组交换技术和光突发交换技术，最后对未来光交换的发展作了展望。10.1概述10.1.1光交换的产生光交换的发展过程可分为两个阶段：第一阶段进行电控光交换，即信号交换是全光的，而光器件的控制仍由电子电路完成，目前世界上的光交换系统大都处于这一水平。第二阶段为

2、全光交换技术，即系统的逻辑、控制及交换均由光子完成，这是光交换未来发展的方向。10.1.2光交换的特点在电信网中，光纤是目前的主要传输介质，越来越广泛的被长途及干线传输所使用。在网络节点处，如果信息的交换还以传统的电信号的形式进行，那么当光信号进入交换机时，就必须将光信号转变成电信号，才能在交换机中交换，而经过交换后的电信号从交换机出来后，需要转变成光信号才能在光的传输网上传输，如图10.1所示。这样的转换过程不仅效率低下，而且由于涉及到电信号的处理，要受到电子器件速率“瓶颈”的制约。图10.1电

3、交换的过程而光交换在交换的过程中信号始终以光的形式存在，在进出交换机时不需要进行光信号的光/电转换或者电/光转换，如图10.2所示。这样就大大提高了系统的性能。图10.2光交换的过程光交换主要有以下一些特点：(1)由于光交换不涉及到电信号，所以不会受到电子器件处理速度的制约，与高速的光纤传输速率匹配，可以实现网络的高速率。(2)光交换根据波长来对信号进行路由和选路，与通信采用的协议、数据格式和传输速率无关，可以实现透明的数据传输。(3)光交换可以保证网络的稳定性，提供灵活的信息路由手段。10.1.

4、3光交换的基本器件电开关是电信号交换系统最基本的单元。每个电开关在控制信号的控制下接通或断开其出线和入线。当电开关的出线和入线接通时，电信号可以从这个电开关通过；当电开关的出线和入线断开时，则电信号不能从这个电开关通过。将许多电开关组成一个阵列，在控制信号的控制下，可以使某些电开关接通，某些电开关断开，这样，电信号就能在这个阵列中进行交换。这就是最基本的交换单元的构成及其工作原理，我们在第二章中对交换单元及其由交换单元构成的交换网络有过深入的介绍。光交换和电交换的原理一样，也是通过控制开关矩阵的出

5、线和入线的接通和断开来完成信号的交换。与电交换不同的是，在光交换中要控制的是光信号，所以光交换中更多的要考虑结合光的物理特性来进行交换。光开关是完成光交换的最基本的功能器件。将一系列光开关组成一个阵列，构成一个多级互联的网络，在这个阵列中完成光信号的交换。以下是几种主要的光开关器件：(1)半导体光放大器半导体光放大器可以对输入的光信号进行放大，并且可以利用一种叫偏置电信号的器件来控制对光信号的放大倍数。当偏置电信号的值为0时，输入的光信号不能从光放大器的输出端输出，相当于电开关的断开；当偏置电信号

6、的值不为0时，输入的光信号可以从输出端输出，相当于电开关的接通。结构如图10.3所示。图10.3半导体光放大器结构图(2)耦合波导开关耦合波导开关不像半导体光放大器那样只有一个输入端和一个输出端，而是有两个输入端和两个输出端。每个输入和对应的输出形成一个光通道。两个输入和两个输出组成两个光通道。耦合波导开关利用控制电极来控制光信号的输出状态。当控制电极上不加电时，其中一个光通路上的光信号会完全耦合接到另一个光通道上，形成光信号的交叉连接；当控制电极上加电时，原先耦合到另外的光通路上的光信号会耦合回

7、到原来的光通道上，形成光信号的平行连接。耦合波导开关的结构如图10.4所示。图10.4耦合波导开关结构图(3)硅衬底平面光波导开关这种开关包含两个3dB的定向耦合器和两个长度相等的波导臂，利用镀在Mach－Zehnder干涉仪波导臂上的金属薄膜加热器形成相位延时器，通过控制两臂的相位差来控制光信号的接通和断开。它的原理是利用在硅介质波导内的热－电效应，平时偏压为零时，开关处于交叉连接状态，但是当波导臂被加热后，开关切换到平行的连接状态。如图10.5所示。图10.5硅衬底平面光波导开关(4)波长转换

8、器波长转换器有多种实现方式，这里介绍一种比较简单的O/E/O(光/电/光)转换方式。当一个波长为λi的光信号输入时，由一个被称为光电探测器的器件把它转变为一个电信号，然后通过外调制器调制或激光器把这个电信号转换为一个波长为λi的输出光信号，其系统结构如图10.6所示。图10.6光/电/光波长转换器10.2光交换原理光信号的分割复用方式有空分、时分和波分三种，因而光交换相应地也存在空分、时分和波分三种光交换，它们分别完成空分信道、时分信道和波分信道的交换。如果光信号同时采用多种分割复