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光交换技术分类光交换技术

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第3章全光通信网-光交换技术(1)

第3章全光通信网-光交换技术(1)

2. 噪声特性
光电型波长变换器中的RF放大器可以提高变换效 率，但由于它也引入噪声，会使变换信号的信噪比变 小。信号经过放大器前后的信噪比之比称为噪声指数。 许多波长变换器均有电的或光的放大器，其噪声指数 各不相同。用980 nm光源泵浦的EDFA的噪声指数可 达3.1 dB.而宽带的RF放大器和半导体光放大器的噪声 指数在7~9 dB之间。
• 目前光存储器主要是使用光纤延迟线实现。
1
1
延迟
4321
光 分
输入
路
器
2
2
延迟
3 延迟
光 合 2143
3路 器
输出
4
4
延迟
3.4 波分光交换
波分光交换可以采用波长选择或波长转换两种方法来实 现交换功能。
一. 波分光交换原理
将波分复用信号中任一波长λi变换成另一波长λj 。 波分光交换需要有波长变换器(wavelength convertor, WC). 一般先用波分解复用器件将波分信道空间分割开，然后对 每一波长信道分别进行波长变换，再把它们复用起来输出， 从而实现波分交换。
的光源。新光源最好是波长可调谐激光器，可以将输入 波长变换到需要的各种波长上。这种方案技术最为成熟， 容易实现，且光电变换后还可进行整形、定时、放大处 理。但是由于其间经过了光电、电光变换，它的带宽受 检测器和调制器的限制，而且破坏了光网络的透明性。
光电光型波长变换器原理结构
电子放大和再生
λ输入
可调谐 激光器
较大型的空分光交换单元可以由基本的2×2光 开关以及相应的1×2光开关级联、组合构成。 构成的方式按网络结构可以分成许多种， 常见的有:
纵横式(crossbar)网络、 双纵横式(double-crossbar)网络 Banyan树拓扑、 Benes网络、 扩张的Banyan或Benes网络等。

第9章 光交换技术

第9章 光交换技术

25
9.3 光交换网络

自由空间光交换的优点是对所需的互连不用物理 接触，没有信号干扰和串音干扰，具有高的空间 带宽和瞬时带宽(它在lmm内具有高达10μm的分 辨率)，而且色散很低。这种交换通过平行反射提 供很高的信号互连性，这类光交换系统能够提供 比波导技术更优越的系统性能，所以自由空间光 交换被认为是一种新型交换技术，其构成器件可 以是二维阵列连接芯片，而不是像连接电线和光 纤那样只有一维接口。据报道AT&T研制了 32×32自由空间交换结构达到了100Mbit／s的交 换速率。
图1 波分交换原理图
6
9.1光交换的概念


2. 光分组交换
波分光分组交换是光分组交换机的一种，实际的 应用中也)结合的光分组交换机的 结构示意图。
7
9.1光交换的概念
图2 光分组交换机示意图
8
9.1光交换的概念


光分组交换机可分为三个功能块： 波长选路由功能块：完成分组的首部提取，对照 路由表完成地址解析，主要包括光电转换、定时 同步、电域的分组分析与控制、波长变换器几个 部分。 光缓存功能块：要保证交换机的高速大容量高速 缓存是关键，由于还没有全光RAM，光缓行只能 是电控制的光纤延迟线阵列完成，用电信号来控 制光开关选通不同的光纤长度(对应时间)从而完 成不同的存储时间。
12
9.2 光交换器件


(3)串扰，是指某输出瑞的功率除了来自希望的输 入端口外还有来自不希望的输入端口的功率，二 者光功率之比称为串扰。 (4)偏振依赖损耗。由于偏振引起的光功率的损耗。
13
9.2 光交换器件


1) 机械开关 机械开关，开关的功能通过机械的方法实现， 如通过将镜片移出或置入光路就可实现光信号的 通断。另一种机械开关是方向耦合器，通过弯曲 或拉伸耦合区的光纤从而改变方向耦台器的耦合 比，因而可以在输入输出之间实现光的通断。 2) 电光开关 电光开关，2×2的电光开关也可以利用方向耦 合器。但不是通过改变光纤的长度而是改变耦合 区材料的折射率。一种常用的材料是铌酸锂 (LiNbO3)。电光开关的开关速度快，易于集成。

第9章光交换技术

第9章光交换技术

光纤 m
光开关矩阵
上路 (终 端 或 A D M )
下路 (终 端 或 A D M )

多层介质膜干涉滤波器利用镀在玻璃衬底上的多层介电薄 膜将某个波长从 WDM 系统中分离出来或复用进去。可以制 成各种窄带、宽带或增益平坦用滤波器，也可以级联成为 各种DWDM模块，非常灵活。它是无源器件，可以在相邻或 非相邻信道之间提供40dB甚至更高的隔离度，插入损耗和 偏振相关损耗很低，可能是多信道DWDM系统最佳的选择之 一，也可能是最适合于宽带应用的一种DWDM器件。但对于 信道间隔等于或小于 100GHz(0.8nm) 的 DWDM 系统，镀膜的 控制很困难。，目前难以采用。

传统的光纤网络的缺点：
• 原因 传统的光纤网络中存在大量的光/电、电/光转换节点 和数字交叉互联电分插复用器， • 1)既限制了网络的交换速度。 • 2)又对不同形式的光信号是不透明的。 • 3)光功能器件和波导或光纤的连接需要亚微米的定位精度， 精密定位是复杂的调整操作，所以提高了光功能器件的成 本，限制了光传送网的发展。 • 4 )且光/电、电/光器件的微型化也是很难解决的问题。因此， 光通信器件的价格和微型化已成为光传送网发展的瓶颈。
9.4 网络与通信技术的发展
计算机网络是现代计算机技术和通信技术密切 结合的产物，是随社会对信息的共享和信息传 递的要求而发展起来的。 所谓的计算机网络就是利用通信设备和线路将 地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统 互连起来，以功能完善的网络软件，如网络通 信协议、信息交换方式以及网络操作系统等来 实现网络中信息传递和资源共享的系统。

（二）计算机网络技术发展趋势
人们常用C&C（computer and communication）来描述计算机网络，但从系统的观点看， 这还很不够。

现代交换原理与技术资源第7章 光交换

现代交换原理与技术资源第7章 光交换

现代交换原理与技术
10
7.2 光交换的原理和分类
时分光交换技术
时分光交换方式的原理与电子学中时分交换的原
理基本相同，只不过它是在光域里实现时隙互换 而完成交换的，因此，它能够和时分多路复用的 光传输系统匹配。 时分交换可以按比特交换，也可以按字交换，每 个字由若干比特组成。
现代交换原理与技术
的器件，分为机械式和非机械式2类。
现代交换原理与技术4
7.1概述
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。
现代交换原理与技术
（5）光交换与光传输匹配可进一步实现全光通
信网。 （6）降低网络成本，提高可靠性。
现代交换原理与技术
7
7.2 光交换的原理和分类
光交换的原理
在光交换网络中，来自用户或支路的信号通常会
在交换或传输时进行复用/解复用转换，与电信 号的复用/解复用技术相似，光的复用可以是空 间域、时间域或波长（频率）域的复用，也可以 是它们的综合复用。 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。
现代交换原理与技术 12
7.2 光交换的原理和分类
码分光交换技术
码分光交换是指对进行了直接光编码和光解码的
码分复用光信号在光域内进行交换的方法，是由 具有光编/解码功能的光交换器将输入的某一种 编码的光信号变成另一种编码的光信号进行输出 ，由此达到其交换的目的。
现代交换原理与技术

第 10 章 光交换技术PPT课件

第 10 章 光交换技术PPT课件
1．光交换技术现状 2．光交换技术的发展
学习总结
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
10.2.3 光波长转换器
10-6 光波长转换器结构示意图
10.2.4 光存储器
1．光纤延迟线光存储器 2．双稳态激光二极管光存储器
10.3 光交换网
光交换网络完成光信号在光域的直接 交换，不需通过光—电—光的变换。
根据光信号的复用方式，光交换技术 可分为空分、时分和波分3种交换方式。
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。
第 10 章 光交换技术
10.1
概述
10.2
光交换器件
10.3
光交换网
10.4
光交换系统
10.5
光交换的现状和发展
【本章内容简介】 光交换技术是交换 技术未来的发展方向。
本章从交换光交换概念出发，介绍了 光纤通信的发展简史及主要特点，阐述了 光交换技术的实现方式与原理，主要涉及 光交换器件、各种光交换网络、光交换系 统等内容，同时对光交换技术的现状和发 展概况进行了简要介绍。
光交换技术的分类图1011光交换技术的分类1043光分插复用器和光交叉连接在基于wdm的光网络中属于光纤和波长级的粗粒度带宽处理的光节点设备主要是光分插复用器opticaladddropmultiplexeroadm和光交叉连接opticalcrossconnectoxc通常由wdm复用解复用器光交叉矩阵由光开关和控制部分组成波长转换器和节点管理系统组成

第16讲 光交换技术分解

第16讲 光交换技术分解

9.3 光交换器件
9.3.1 激光光源及光调制
光源是光纤通信及传感系统中的一个重要元件，光纤通信对光源的要求 是小型化、单色、光强稳定（时间、温度变化时）和耐久。最普通的光
源就是发光二极管和半导体激光器。
1. 发光二极管
发光二极管(LED)是由直接带隙的半导体材料制成的PN结二极管，是
非相干光光源，它的发射过程主要对应光的自发辐射过程。 发光二极管的突出优点是寿命长，可靠性高，调制电路简单，成本低， 主要用于传输速率比较低、传输距离比较短的光纤通信系统中。
9.3 光交换器件
9.3.1 激光光源及光调制
3. 光载波的调制方式（PFM和PWM调制常见）
(a) LED模拟信号光调制原理图
足够强度的稳定光功率输出； 足够小的非线性失真。
(b) LD模拟信号光调制原理图
9.3 光交换器件
9.3.2 光开关：基本概念
光开关是各种光通信系统实现高功能、高可靠性、提高维护和使用效
双异质结平面条形LD的基本结构
9.3 光交换器件
9.3.1 激光光源及光调制
2. 半导体激光器——基本结构（分布反馈DFB LD）
DFB 激光器的基本工作原理可以用 Bragg 反射来说明，对于周期性波导， 当满足同相相干加强的条：
n(1 sin ) m
稳定振荡的相位条件：
m =1, 2, 3, …
光器还可以在宽带范围内进行波长调谐。
9.3 光交换器件
9.3.1 激光光源及光调制
2. 半导体激光器——基本结构（量子阱半导体激光器）
超晶格(Super Lattice)是由两种
或两种以上组分不同或导电性 能的超薄层材料交替生长形成 的人工周期结构，超晶格构成 的量子阱如图所示。

光交换技术发展概述

光交换技术发展概述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(photonicswitching)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。

光交换技术分类

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光交换技术分类（大纲）一、光交换技术概述1.1光交换技术背景1.2光交换技术发展历程1.3光交换技术在我国的研究现状二、光交换技术分类2.1按交换方式分类2.1.1空分光交换2.1.2时分光交换2.1.3波分光交换2.1.4码分光交换2.2按传输距离分类2.2.1本地光交换2.2.2长途光交换2.3按网络拓扑分类2.3.1星型光交换2.3.2环型光交换2.3.3网状光交换2.3.4总线型光交换三、典型光交换技术介绍3.1光时分复用技术（OTDM）3.2光波分复用技术（WDM）3.3光码分复用技术（OCDM）3.4光交换网络技术（OAN）四、光交换技术的应用4.1通信领域4.2计算机网络领域4.3广播电视领域4.4国防军事领域五、光交换技术的发展趋势及展望5.1技术发展趋势5.2市场前景分析5.3面临的挑战与问题5.4发展展望与建议一、光交换技术概述1.1光交换技术背景随着互联网的快速发展和大数据时代的到来，通信网络面临着前所未有的挑战。

传统的光传输技术已经无法满足现代通信网络对高速、大容量和灵活性的需求。

为了提高网络的性能和效率，光交换技术应运而生。

光交换技术是一种利用光信号进行信息传输和交换的技术，它可以在光域内实现信号的切换、复用和路由，从而提高通信网络的传输速率和容量。

7.3光交换技术

•基于半导体光放大器或光纤中的四波混频(FWM: Four Wave Mixing) 和 不 同 频 率 产 生 (DFG: Difference Frequency Generation)。
7.6 光时分复用技术
提高速率和增大容量是光纤通信的目标。电子器件的极限速率大 约在20Gb/s左右，现在通过电时分复用(TDM)已经达到这个极限速率。 若要继续提高速率一般有两种途径：
l2 l1 lW
WMUX
l1 l2 lW
1
2
l2 l1 lW
l2 l1
空NW分×交N换W
l1 l2 lW
l1 l2
2
lW
lW
N
l2 l1 lW
l1 l2 lW
N
波长变换器
(b)
… …
图7.33(b)波分交换的原理框图：波长变换法交换
7.7 波长变换技术
波长变换(WC: Wavelength Conversion)是将信息从承载 它的一个波长上转到另一个波长上。在WDM光网络中使用波 长变换技术的原因有：
1×2 光交换器件
(a)
图7.31空分光交换： 2×2光交换单元
7.3.2 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 换功能的。
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。
WDMX 1
l1,l2…lW
2 l1,l2…lW
l 空分交1 换 空分l交2 换 空分l交3 换
WMUX l1,l2…lW 1 l1,l2…lW 2
… …
…

光交换技术详解PPT课件


同步
Cos：服务类别
控制分组 第28页/共32页
帧间隔
28
10.4 光交换的发展现状和前景
• 钱（前）景：
一片大好
29
第29页/共32页
。。。。。。。。。。。。。
祝大家钱程步步高升
30
第30页/共32页
提前6.1节日快乐！
31
第31页/共32页
感谢您的观看！
32
第32页/共32页
采用波分复用、电或光缓冲技术，先对信元波长进行 选路，依照信元的波长，将信元选路到输出端口的 光缓冲存储器中
20
第20页/共32页
OPS——光分组交换方式
OPS节点结构模型
交换控制单元
1
交换矩阵
1
……
……
……
……
输
入
接
N
口
输
出
接
口
N
……
……
解复用器
光存储器
复用器
波长变换器
21
第21页/共32页
光分组交换的帧格式
(说白了，就是在空间区域上对光信号进行交换)
10
第10页/共32页
空分光交换
输入
输出
输入
1
3
1
2 平行状态
4
2
输出 3
4 交叉状态
11
第11页/共32页
分路 复用
时分光交换
123 输入
1
1
延迟
2
2
延迟
3
3
延迟
312 输出
12
第12页/共32页
波分光交换
其基本原理是：通过改变输入光信号的波长，
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第9章 光交换技术
1
9.1 概述
▪ 光传送技术的发展 ▪ 当前商用化单波长光纤传输系统容量为
10Gb/s，有报道已实现了40Gb/s。 ▪ 光波长复用技术可以使得一根单模光纤
实现20010Gb/s或更大的传输容量。 ▪ 光器件，商品化光开关的控制响应速度
已低于1ms，延迟线模式光缓存、波长 变换等技术也已成功。
▪ 技术上多种模式相结合，取各自优点， 统筹优化融合。
12
9.3.1 光交叉连接设备
▪ 光交叉连接设备(OXC)是实现自动交换 光网络(ASON)的核心技术。
▪ OXC可依据控制面功能，按照用户请求 在全光网络环境中自动建立一条符合用 户需求的光波长通道。
13
光交叉连接设备基本结构 由输入部分、光交叉连
➢ 光时分交换技术。在时间轴上将光波长分成多个时 段，互换时间位置来交换承载的信息。
➢ 光码分交换技术。不同用户信号用不同码序列填充， 利用码序列转换来交换信息。
4
▪ 按承载和交换信息的光域粒度划分，可 分为：
➢ 光路交换（OCS）技术，最小交换单元是 一个波长通道。
➢ 光分组交换（OPS）技术，光域分组包作 为最小交换颗粒。
16
OXC的工作原理
▪ OXC不同于标准交换设备，它不是按照每一个 通信请求建立连接，是在控制面和管理面操作 下提供永久/半永久波长路由通道。
交叉连接
(b) 沿AB线截面图
(c) 逻辑表示
图8.3 硅衬底平面光波导开关示意结构及逻辑表示
9
硅衬底平面光波导开关
▪ 特点是插入损耗小(0.5dB)、稳定性高、可靠 性好、成本低，适合大规模集成，不足点是响 应速度较慢，1~2ms。
10
9.2.4 波长转换器
i 入射光
放大器
激光器 探测器
j
i
出射光 入射光
控制 外调制器
j 出射光
(a) 直接转换
图8.4 光波长转换器结构
(b) 调制转换
11
9.3 光交换系统
▪ 未来宽带业务具有很大不确定性，交换 系统设计应尽可能地灵活。对比特传送 速率应透明，业务和控制尽可能分离， 控制系统简单，具有广播功能。
▪ 系统设计应模块化，易于维护、增删和 修改。
2
▪ 考虑全光交换网络的理由
▪ (1)历史的观点，模拟传输产生了机电制交换； PCM数字传输有了数字程控交换；当前光传 输已成主角，因此下一代网络将是全光交换。
▪ (2) 速度极限，由于电子器件的极限速度为几 个G~10Gb/s，使得电子交换设备可能成为未 来网络的瓶颈。
▪ (3) 成本降低，采用光传输的电子交换系统， 必须有光/电和电/ M U X
OUT
OUT
输入部分…包…括…放…大…器………………………………………………………………………………
EDFA和波长解复用 DMUX，将每根光纤上 IP ROUTE
. SDH
输出部分，均功器的作 用是对受到不同衰减的
的光信号放大、分离后 送交叉连接矩阵。
图8.17 OXC基本结构图
▪ 半导体光放大器及等效开关示意如下图。
控制电流
控制电流
入射光
出射光
半导体光放大器
入射光
出射光
图8.1 半导体光放大器及等效开关示意
7
9.2.2 耦合波导开关
▪ 耦合波导开关，利用铌酸锂(LiNbO3)材料制作，在控 制电极上施加一定电压可改变波导的折射率和相位， 从而可构成22交换开关。激励电压约5V，最大传信 速率达Gb/s。
光波长信号进行功率均 衡，以减小不同光波长
间的干扰。
14
▪ 光交叉连接设备主要用于骨干传送网中， 完成任一光纤某个波长信号到其他光纤 的传送连接。
▪ OXC具有信号复用、信号交换、光路保 护倒换、监控管理等功能。
▪ 除控制管理部分外，其余部分的信号处 理都在光域完成。因此OXC具有极大的 交叉容量，可达几千T比特级别。
▪ 光交换不受监测器、调制器等光电器件 速度的限制，极大地提高了交换节点的 吞吐量。
▪ 不需要经过光/电/光转换，降低了交换 节点成本。
▪ 对比特率、调制方式和通信协议都具有 透明性，有良好的升级能力。
6
9.2 光交换元件
▪ 9.2.1 半导体光开关
▪ 半导体光放大器，当偏置信号为零时，输入信号将被 器件完全吸收，输出端没有任何光信号输出。
▪ (4) 速度匹配，光传输，光交换，全光网络。
3
光交换技术分类
▪ 光交换技术，指不经过任何光/电转换，直接 在光域上完成输入到输出端的信息交换。
▪ 按照复用方式分类，光交换可分为：
➢ 光空分交换技术。多点间建立光信息传送物理通道 的交换技术。
➢ 光波分交换技术。利用光波分复用和波长变换技术， 将信息从一个波长转移到另一波长上。
▪ 耦合波导开关示意结构及逻辑表示如下图。
光信号通道
控制电极
平行连接
交叉连接
图8.2 耦合波导开关示意结构及逻辑表示 8
9.2.3 硅衬底平面光波导开关
3dB耦合器 2
薄膜倒相极
A
3dB耦合器
4
1
3
B
W
加热
Cr薄膜加热器
2
4
(a) 器件俯视图
1
3
A 包层
薄膜倒相极
B 波导芯
平行连接
2
4
1
3
Si衬底
➢ 光突发交换（OBS）技术，多个分组构成 更大分组，以突发方式在光域传输和交换。
➢ 光标记分组交换（OMPLS）技术，MPLS 和光网络结合，MPLS控制标记分发和控制 光开关，建立交换式光通道。
5
光交换技术的特点
▪ 随着发展，光交换技术已能保证网络可 靠性，并提供灵活的选路方案，为高速 信息流提供动态光域处理。
15
光交叉连接矩阵
▪ 实现光交叉连接矩阵，光机械开关、LiNb03 开关、InP开关、半导体光放大器（SOA）开 关等 ，现常用微电子机械开关（MEMS）构 成。
▪ MEMS为无源光开关，介入损耗和串扰都较 小，属完全透明的连接模式，连接处理过程不 需光/电转换。
▪ 容量极大，可构成1296×1296端口连接矩阵， 每端口传送40个波长×40Gb/s的信号容量， 总传送容量达到2.07petabit/s，具有严格无 阻塞特性。
接部分、输出部分、控
控制和管理部分属于电 子设施，通过信令协议
制和管理部分5个功能 模块构成。
控制和管理
接收用户及网管系统请 求，完成自动保护倒换、 连接指配、波长选路等
均功功能器。
EDFA D M U X
……
光交叉连接矩阵
OUT OUT
……
EDFA M U X
EDFA D M U X
……
OUT OUT