第 7 章光纤通信新技术-3

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1、7.3 光光 交交 换换 技技 术术 目前的商用光纤通信系统，单信道传输速率已超过10 Gb/s， 实验WDM系统的传输速率已超过3.28 Tb/s。 但是，由于大量新业务的出现和国际互联网的发展，今后通信网络还可能变得拥挤。原因是在现有通信网络中，高速光纤在现有通信网络中，高速光纤通信系统仅仅充当点对点的传输手段，网络中重要的交换功能通信系统仅仅充当点对点的传输手段，网络中重要的交换功能还是采用电子交换技术。还是采用电子交换技术。 传统电子交换机的端口速率只有几Mb/s到几百Mb/s，不仅限制了光纤通信网络速率的提高，而且要求在众多的接口进行频繁的复用/解复用，光/电和电/光转换，因而增加了

2、设备复杂性和成本，降低了系统的可靠性。 光交换光交换主要有三种方式：主要有三种方式： 空分光交换 时分光交换 波分光交换 虽然采用异步转移模式异步转移模式(ATM)可提供155 Mb/s或更高的速率，能缓解这种矛盾，但电子线路的极限速率约为20 Gb/s。要彻底解决高速光纤通信网存在的矛盾，只有实现全光通信，而光交换是全光通信的关键技术。 7.3.1 空分光交换空分光交换 空分光交换空分光交换的功能是：的功能是：使光信号的传输通路在空间上发生改变。 空分光交换空分光交换的核心器件是光开关。的核心器件是光开关。光开关有电光型、电光型、 声声光型和磁光型光型和磁光型等多种类型，其中电光型光开关电光

3、型光开关具有开关速度具有开关速度快、串扰小和结构紧凑等优点，有很好的应用前景。快、串扰小和结构紧凑等优点，有很好的应用前景。 典型光开关是用钛扩散在铌酸锂(Ti: LiNbO3)晶片上形成两条相距很近的光波导构成的，并通过对电压的控制改变输出通路。 图7.31(a)是由4个12光开关器件组成的22光交换模块。12 光开关器件就是Ti: LiNbO3定向耦合器型光开关， 只是少用了一个输入端而已。 图图7.31空分光交换空分光交换(a) 22光交换单元光交换单元12光交换器件光交换器件(a) 这种22光交换模块是最基本的光交换单元，它有两个输入端和两个输出端，通过电压控制，可以实现平行连接和交叉

4、连接，如图7.31(b)所示。图图7.31空分光交换空分光交换(b) 平行连接和交叉连接平行连接和交叉连接平行联接平行联接交叉联接交叉联接(b) 图7.31(c)是由16个12光开关器件或4个22光交换单元组成的44光交换单元。 图图7.31空分光交换空分光交换(c) 44光交换单元光交换单元 定向定向耦合器耦合器光波导光波导光信号输出光信号输出光信号输入光信号输入(c) 7.3.2 时分光交换时分光交换 时分光交换时分光交换是以时分复用为基础，用时隙互换原理实现交是以时分复用为基础，用时隙互换原理实现交换功能的。换功能的。 时分复用时分复用是把时间划分成帧，每帧划分成N个时隙， 并分配给N路

5、信号，再把N路信号复接到一条光纤上。在接收端用分接器恢复各路原始信号， 如图7.32(a)所示。1复复接接器器2N分分接接器器12N12N时隙时隙帧帧(a) 图图7.32 (a) 时分光交换时分光交换 时分复用原理时分复用原理 所谓时隙互换时隙互换，就是把时分复用帧中各个时隙的信号互换位置。如图7.32(b)，首先使时分复用信号经过分接器，在同一时间内，分接器每条出线上依次传输某一个时隙的信号；然后使这些信号分别经过不同的光延迟器件，获得不同的延迟时间；最后用复接器把这些信号重新组合起来。1234分接器1延迟1延迟22延迟33延迟44(b)复接器输入输出4132图图7.32 (b) 时分光交换

6、时分光交换 时隙互换原理时隙互换原理图图7.32 (c) 时分光交换时分光交换等效的空分交换等效的空分交换12341234(c )图7.32(c)示出时分光交换的空分等效空分等效。 7.3.3 波分光交换波分光交换 波分光交换波分光交换(或交叉连接或交叉连接)是以波分复用原理为基础，采用是以波分复用原理为基础，采用波长选择或波长变换的方法实现交换功能的。波长选择或波长变换的方法实现交换功能的。 图7.33(a)和(b)分别示出和的原理框图。 图图7.33 (a) 波分交换的原理框图：波长选择法交换波分交换的原理框图：波长选择法交换l l1空分交换空分交换l l2空分交换空分交换l l3空分交换

7、空分交换l lW空分交换空分交换l l1,l l2l lW12NN21WDMXWMUX分波器分波器合波器合波器(a)l l1,l l2l lWl l1,l l2l lWl l1,l l2l lWl l1,l l2l lWl l1,l l2l lWl l1l l2l lWNW NW空分交换空分交换l l1l l2l lWl l1l l2l lWl l1l l2l lWl l1l l2l lWl l1l l2l lWl l1l l2l lWl l1l l2l lW12N12NWDMXWMUX波长变换器波长变换器(b)图图7.33(b)波分交换的原理框图：波长变换法交换波分交换的原理框图：波长变换法

8、交换 设波分交换机的输入和输出都与N条光纤相连接，这N条光纤可能组成一根光缆。 每条光纤承载W个波长的光信号。 从每条光纤输入的光信号首先通过分波器(解复用器)WDMX分为W个波长不同的信号。 所有N路输入的波长为i(i=1,2,W)的信号都送到i空分交换器，在那里进行同一波长N路(空分)信号的交叉连接，到底如何交叉连接，将由控制器决定。 然后，以W个空分交换器输出的不同波长的信号再通过合合波器波器(复用器复用器)WMUX复接到输出光纤上。这种交换机当前已经成熟， 可应用于采用波长选路的全光网络中。但由于每个空分交换器可能提供的连接数为NN, 故整个交换机可能提供的连接数为N2W，比下面介绍的