光交換技術及其應用

文/張相國李飛劉佳輝

光交換技術及其應用

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隨著時代的發展與科技的進步，通信傳輸網絡中交換技術的發展也十分迅速，尤其是光交換技術，展現出了巨大的發展前景?？梢哉f，光交換技術代表了光通信領域最先進、最新型的交換技術。本文主要對空分光交換、時分光交換、波分光交換以及混合型光交換這幾種光交換方式進行了介紹，并詳細介紹了光交換技術的應用與市場前景。

光交換通信網絡 全光網絡

1 引言

隨著科技的發展與社會的進步，人們對通信網絡提出了越來越高的要求，光纖傳輸技術也隨之得到了迅速的發展。這便使得傳輸網可以從電傳輸、電交換發展成光傳輸、電交換。但要想實現全光通信網絡，把通信網建設成一個高質量的寬帶通信網，則需要對光交換技術進行深入的研究與利用。與其他類型的通信信號傳輸手段相比較，光交換技術具有不可比擬的優勢。隨著光交換技術的推廣，人們對它有著越來越深入的認識和研究，在不久的將來，光交換技術將成為光纖傳輸網絡發展不可或缺的核心技術。

2 光交換技術

所謂的光交換技術，指的是讓信息轉換的過程發生在光域里的一種技術。在目前已投入使用的光交換技術主要有空分光交換、時分光交換、波分光交換以及復合型光交換方式等。下面將對這些光交換方式進行詳細的介紹。

2.1 空分光交換

所謂空分光交換，指的就是在空間域上對光信號進行交換。在這種光交換技術中，所有的處理都是圍繞空間光開關進行的。其基本原理就是把若干個光交換節點組成可控的門陣列開關，通過控制交換節點的狀態便可控制輸入端的其中任意一個信道與輸出端的任意一個信道的連通或斷開，從而完成光信號的交換過程。

常見的空間光開關可以將其分為光纖型光開關和自由空間型光開關。而基本的光纖型光開關的輸入端以及輸出端均具有兩根光纖，實現兩種不同的連接方式，分別是平行連接和交叉連接。這樣一來，光開關的設計便有四種方法：波導型光開關、門型光開關、機械型光開關以及熱光開關。

2.2 時分光交換

時分光交換則是在時分復用技術的基礎上實現的光交換方式，它利用時隙互換原理在光域完成了交換。也正因如此，時分光交換方式能夠很好地和時分多路復用的光傳輸通信網兼容。其中，時隙互換原理指的是把時分復用幀當中不同時隙信號的位置進行互換，重點在于能否按順序把時分復用信號正確地存儲到存儲器中去，且能夠將處理后形成的另一個時隙陣列按正確的順序輸出。另一方面，時分光交換具有的一個很大的優點便是它可以時分復用不同的光器件，從而可以降低硬件設備的使用數量，在與光通信網絡進行很好地兼容后，便可構成全光通信網絡。

2.3 波分光交換

波分光交換是在波分復用技術的基礎上實現的光交換方式，它是以光波長的相互轉換來實現光的交換。其中，我們可以從光波分復用信號中檢索出我們需要的光信號的波長，并將其調制到另一不同的光波長上完成傳輸，從而實現光波長的互換。波分光交換的優勢在于它可以將光路的寬帶特性最大化地利用，實現電交換完不成的波分型交換網。由于當若干根光纖中相同波長的信號進入到同一根光纖時，我們可以利用波長轉換器來將其中一路光信號波長轉換到其他波長上去，提供N2M2個連接數，這樣一來便可以很大程度地降低阻塞率。

2.4 混合型光交換

所謂混合型光交換，指的是在一個交換網絡中同時采用上述兩種及以上的交換方式。

從以上的介紹我們可知，不同的光交換方式具有不同的優點和適用環境，倘若能夠將若干種光交換技術復合起來應用將可以把各自的優勢最大化地體現出來，以更好地滿足實際化的應用。常見的復用方式包括空分/時分光交換方式、波分/空分光交換方式、頻分/時分光交換方式以及時分/波分光交換方式。例如，若要設計大規模交換網，則需要利用波分/空分復合型光交換系統進行多級鏈路連接。這種技術需要將多路信號分路接入鏈路，在鏈路上利用波分復用技術來完成多路化鏈路的鏈接。另外，我們也可以利用時分/波分光交換方式設計一種很有應用前景的復合型光交換系統，它的復用度是時分多路復用度與波分復用度的乘積。

3 光交換技術的特點

隨著我國科技的進步與光交換技術的發展，通信傳輸網絡正逐步向著全光的方向發展，在光通信領域中，通信網絡的優化、路由、保護和自愈功能所起到的作用越來越大。光交換技術在光傳輸網絡中的應用能夠使網絡的可靠性與靈活性有較大的提升。其中，波長轉換器的應用可以保證在競爭發生時，將突發包在與指定輸出線不同的波長上發送出去。這樣做不僅適用于電路交換，同樣也很適合光分組/突發交換網絡，但這同樣也需要快速可調諧變換器在其中發揮作用。

另外，光交換技術還可以傳輸波形的信號，當光纖傳輸網絡中有波形信號在傳輸時，光纖能夠有效地避免波形信號幅度或周期的失真，使通信信號能夠高效地進行傳輸。不僅如此，光交換技術還可以靈活地對線路進行轉換，即通過控制光纖傳輸網絡中的光路變換器來控制傳播光路的轉換，既保證了通信信號的安全性，又能夠對光纖傳輸網絡進行高效地轉換。

4 結語

光纖通信網絡自投入應用以來，在各個方面都體現出了不可比擬的優勢，具有傳輸容量大、損耗小、中繼距離長等特點，因此，已逐漸取代傳統通信網絡，成為現代傳輸網絡的主要技術。而隨著光纖傳輸網絡的應用越來越廣泛，通信業務呈現爆炸式增長，這也對交換方式提出了更高的要求。就目前形勢來看，通信技術正在由電交換的方式向著光交換的方式發展。我們有理由相信，隨著技術的不斷完善，光交換技術將取代其他交換技術。隨著光交換技術的應用越來越多，光交換技術也將日益趨向成熟，定會在光纖通信領域起到越來越重要的作用。

[1]鄒自立.光交換技術談[J].光通信技術,2001(04)：246-249.

[2]馬楠,靳慧英.淺談光交換技術在傳輸通信中的應用[J].中國新技術新產品,2012(16)：19.

作者單位
1.重慶郵電大學光電工程學院 重慶市400065
2.河南工業大學信息科學與工程學院 河南省鄭州市 450001

張相國（1996-），男，安徽省亳州市人。大學本科在讀。目前就讀于重慶郵電大學光電工程學院。主要研究方向為光纖通信。