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什么是光交换技术？

[来源：纤亿通] [日期：2019-01-22] [点击数：11087]

光交换是指不经过任何光/电转换，在光域直接将输入光信号交换到不同的输出端。这其实就是信息交换，与我们传统的电路交换性质是一样的。只不过交换的媒介不同而已：光交换的媒介是光信号，而电交换的媒介是电信号。

什么是光交换呢？

电路交换有很多种方式，比如空分交换，时分交换，分组交换等。光交换中是不是也有这些类型呢？

光交换技术可分成光路光交换类型和分组光交换类型，前者可利用OADM、OXC等设备来实现，而后者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。

同电交换类似，光路交换系统所涉及的技术有空分交换技术、时分交换技术、波分/频分交换技术、码分交换技术和复合型交换技术，其中空分交换技术包括波导空分和自由空分光交换技术。

光分组交换系统所涉及的技术主要包括：光分组交换技术，光突发交换技术，光标记分组交换技术，光子时隙路由技术等。

下面我们来简要介绍一下光交换中常用的几种交换技术。大家可以将这些技术与电交换中对应的技术进行比较，看看二者之间有什么差异。

空分光交换

空分光交换（SDPS）技术就是在空间域上对光信号进行交换，其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输出光纤之间构成通路。空分光交换的功能是使光信号的传输通路在空间上发生改变。

空分光交换的核心器件是光开关，光开关因其交换元件的不同可分为机械型、光电转换型、复合波导型、全反射型和激光二极管门开关等，如耦合波导型交换元件钥酸钾，它是一种电光材料，具有折射率随外界电场的变化而发生变化的光学特性。以铌酸钾为基片，在基片上进行钛扩散，以形成折射率逐渐增加的光波导，即光通路，再焊上电极后即可将它作为光交换元件使用。当将两条很接近的波导进行适当的复合，通过这两条波导的光束将发生能量交换。能量交换的强弱随复合系数。平行波导的长度和两波导之间的相位差变化，只要所选取的参数适当，光束就在波导上完全交错，如果在电极上施加一定的电压，可改变折射率及相位差。由此可见，通过控制电极上的电压，可以得到平行和交叉两种交换状态。

时分光交换

空分交换是空间上的交换，下面介绍的是时分交换。

时分光交换（TDPS）是以时分复用为基础，把时间划分为若干互不重叠的时隙，由不同的时隙建立不同的子信道，通过时隙交换网络完成话音的时隙搬移，从而实现入线和出线间话音交换的一种交换方式。

其基本原理与现行的电子程控交换中的时分交换系统完全相同，因此它能与采用全光时分多路复用方法的光传输系统匹配。在这种技术下，可以时分复用各个光器件，能够减少硬件设备，构成大容量的光交换机。该技术组成的通信技术网由时分型交换模块和空分型交换模块构成。它所采用的空分交换模块与上述的空分光交换功能块完全相同，而在时分型光交换模块中则需要有光存储器（如光纤延迟存储器、双稳态激光二极管存储器）、光选通器（如定向复合型阵列开关）以进行相应的交换。

波分光交换

下面我们来讲讲波分光交换，波分光交换是光交换中特有的交换方式。

波分光交换（WDPS）充分利用光路的宽带特性，获得电子线路所不能实现的波分型交换网。可调波长滤波器和波长变换器是实现波分（WD）光交换的基本元件。前者的作用是从输入的多路波分光信号中选出所需波长的光信号；后者则将可变波长滤波器选出的光信号变换为适当的波长后输出。采用分布反馈（DFB）型和分布Bragg反射（DBR）型的半导体激光器，可实现这两类元件的功能。WDPS系统基本结构等效于一个N×N阵列型交换系统。它将每个输入的光波变换成波长λ1-λN，中的一个波，用星型耦合器将这N条光波混合，再通过输出端的可调波长滤波器，分别选出所需波长的光波，这样就完成了N条光波的交换。也可在两个输出端口上选取波长相同的光波，以实现广播分配型的通信。

码分光交换

光码分交换技术：光码分复用（OCDMA）是一种扩频通信技术，不同户的信号用互成正交的不同码序列填充，接受时只要用与发送方相同的码序列进行相关接受，即可恢复原用户信息。光码分交换的原理就是将某个正交码上的光信号交换到另一个正交码上，实现不同码子之间的交换。

我们现在的移动通信网中的CDMA技术和码分光交换的原理是一样的。

复合光交换

还有一种“复合光交换技术”，该技术是指在一个交换网络中同时应用两种以上的光交换方式。

设计大规模交换网络的一种方法是进行多级链路连接，各级内必须采用波分交换技术。然而，把多路信号分路后，接人链路会抵消波分复用的优点。利用波分复用技术，实现多路化链路的连接可解决这个问题。空分一波分复合型光交换（CTPS）系统就是复合型光交换技术的一个应用实例。在设计基于SDPS的大规模光交换网络时，交换元件容量过小将引起链路级数的增加，因此需要解决插入损耗、噪声和串音等问题。尽量减少交换级数，进行复合链路连接是系统设计的一种有效方法。空分一波分复合型光交换系统的突出优点是：链路级数和交换元件数最少，结构简单，可提供广播型的多路连接。另一种极有前途的大容量复合型光交换系统就是时分一波分复合型光交换模块。其复用度是时分多路复用度与波分复用度的乘积，即二者复用度分别为8时，可实现64路复合型交换。若将这种交换模块用于4级链路连接的网络，则可构成最大终端数为4096的大容量交换网络。

光分组交换

光分组交换（OPS）技术，它以光分组作为最小的交换颗粒，数据包的格式为固定长度的光分组头、净荷和保护时间三部分。在交换系统的输入接口完成光分组读取和同步功能，同时用光纤分束器将一小部分光功率分出送入控制单元，用于完成如光分组头识别、恢复和净荷定位等功能。光交换矩阵为经过同步的光分组选择路由，并解决输出端口竞争。最后输出接口通过输出同步和再生模块，降低光分组的相位抖动，同时完成光分组头的重写和光分组再生。

OPS的交换过程有两种主要形式，其一是同步的、用时隙的、分组长度是固定的。其二是异步的、不用时隙的、分组长度是可变的。目前的研究几乎集中于固定长度的光分组，所涉及的光器件除了光插分复用器（OADM）和OXC外，还有光的微电机系统（MEMS），它们都将采用新材料和新工艺，比以前大有改进。

其实，光交换技术都是在我们现有电交换的基础之上发展出来的。不同的是，电交换技术都是以电信号进行交换；而光交换技术都是以光信号进行交换。当然了，因为交换的信号的性质不同，所以实现交换的设备、组件就有很大的区别了。

通信发展的近十年，数据业务的业务量逐渐逼近甚至超过了传统的语音业务，成为电信网络中发展最为迅猛的业务，铜缆由于其自身的固有缺点，逐步被淘汰。

上个世纪末，是光通信发展最为辉煌的时期，这个时期是光通信向大容量、超高速发展的时期，10G、40G、80G甚至160G的超高速率都被研制出来。

光通信研究的第二阶段，重点已经从大容量、超高速转变为实现智能化、自动化。自动交换光网络（ASON）就是在这个大背景下产生的。ASON网络的最大优点就是实现了以往光网络复杂、冗余的人工连接指配，取之为简单、便利的自动电路配置。

光网络的边缘化也是光通信发展的另一个趋势。长久以来，光网络都是作为整个通信体系中的最底层——传输层。但是，随着通信行业的迅速发展，城域网、接入网也越来越希望引入光网络，于是，光网络的发展从核心网正在向边缘网络发展。为了改变城域网中业务类型多、传输速度慢的缺点，人们开发了多业务传输平台（MSTP），在接入网中，光纤到户（FTTH）也逐渐开始广泛应用，取代了原有的双绞线上网方式（xDLS），以谋求更大的带宽。

现在的通信网正在从SDH网向IP网过渡，交换机也要IP化。发展光网络还要考虑IP化， OTN技术应运而生，光通信又迎来了新的发展机遇。

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