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1、光网络技术课程综述你所了解光网络的主要技术、发展及其应用（10级电子与通信工程丁彦学号：1039227010）光纤通信是以光波为载波，以光纤为传输介质的一种通信方式。随着通信网传输容量的不断增加，光纤通信也发展到了肯定的高度。但是目前的光纤通信技术存在不少弊端，急需对其进行改进。为了解决这些弊端，人们提出了光网络。光网络以其良好的透亮性、波长路由特性、兼容性和可扩展性，已成为下一代高速宽带网络的首选。这里的光网络,是指全光网络（A1.1.Optica1.Network,AON）01全光网络的概念全光网络是指光信息流从源节点到目的节点之间进行传输与交换中均采纳光的形式，即端到端的完全的光路，中间
2、没有电信号的介入，在各网络节点的交换，则运用高牢靠、大容量和高度敏捷的光交叉连接设备（OXC）。它是建立在光时分复用（OTDM）或者密集波分复用（DWDM）基础上的高速宽带信息网。2全光网络的特点全光网络的独创与运用，可以不用在源节点与目的节点之间的各节点进行光电交换、电光交换，弥补了传统光纤通信中存在的带宽限制、严峻串话、时钟偏移、高功耗等一些不足，拥有更强的可管理性、透亮性、敏捷性。全光网络与传统通信系统相比，具有以下一些特点：1）节约成本。由于全光网络中不须要进行光电转换，这就避开运用传统通信系统中须要的光电转换器材，节约这些昂贵的器材费用，也克服了传输途中由于电子器件处理信号速率难以提
3、高的困难，大大提高了传输速率。此外，在全光网络中，大多会采纳无源光学器件，这也带来了成本和功耗的降低。2）组网敏捷。全光网络可以依据通信容量的需求，在任何节点都能抽出或加入某个波长，动态地变更网络结构，组网极具敏捷性。当出现突发业务时，全光网络可以供应临时连接，达到充分利用网络资源的目的。3）透亮性好。全光网络采纳波分第用技术，以波长选择路由，对传输码率、数据格式以及调制方式等具有透亮性。可便利地供应多种协议的业务。4）牢靠性高。在全光网络中不须要光电转换，在传输过程中没有存储和变换，采纳的很多光器件都是无源的，极大地提高了传输的牢靠性。3全光网络的主要技术、发展及其应用3.1 光纤技术光纤是
4、光网络的传输媒质，光纤技术的发展，干脆确定着光网络技术的发展。光纤可以简洁分为单模光纤和多模光纤。当光纤的直径减小到一个光波波长的时，光在其中无反射地沿宜线传播，即只能传输一个传播模式的光纤，通常称为单模光纤。与多模光纤相比，单模光纤传输具有内部损耗低、带宽大、易于升级扩容和成本低的优点。早期由于技术缘由，多运用多模光纤，现在以单模光纤为主。单模光纤传输的特性及对传输速率的影响如下：1）频带宽，通信容量大。目前可用85nm波长区、131Onm波长区和155Onm波长区所对应的固定带宽就有约60THz,巨大的频带带宽是光纤最突出的优点，这对传输各种宽频带信息意义特别重要。2）损耗低，中继距离长。
5、单模光纤的衰减特性有随波长递增而减小的总趋势，除了靠近1385nm旁边由OH根造成的损耗峰外，在13101600nm间都趋于平坦。现在一般都运用131Onm波长区和1550nm波长区，由于最低衰减常数（0.2dBkm）位于155Onm旁边，因此长距离光纤传输系统都采纳155Onm波长区。3）色散。色散是指光脉冲在光纤中传播的过程中会散开的现象，随着传输速率的提高，色散成为传输系统中不行忽视的因素，它会导致脉冲间的干扰，造成不行接受的误码率，其数量和波长有关。4）非线性效应。系统中运用EDFA.使送进光纤的光功率增加很多，进入光纤的高光功率使光信号和光纤相互作用产生各种小线性效应,从而影响信噪比
6、。3.2 光交换技术光交换是指不经过任何光/电转换，将输入端光信号干脆交换到随意的光输出端。光交换技术作为全光网中的一个重要支撑技术，在全光网络中发挥着重要的作用。其中最关键工作是波长变换，光交换实质上也是对光的波进步行处理，也可称为波长交换。光交换技术能够保证网络的牢靠性和供应敏捷的信号路由平台，尽管现有的通信系统都采纳电路交换技术，但发展中的全光网络却须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亮性。光交换技术为进入节点的高速信息流供应动态光域处理，仅将属于该节点及其子网的信息上下路并交由电交换设备接着处理.，这样做具有以下几个优点：1）可以克服纯电了交换的容量瓶颈问题；
7、2）可以大量节约建网和网络升级成本。假如采纳全光网技术，将使网络的运行费用节约70%,设备费用节约90%；3）可以大大提高网络的重构敏捷性和生存性，以及加快网络复原的时间。光交换可分为光路光交换和分组光交换2类.光路交换又可分成3种类型，即空分（SD）、时分（TD）和波分/频分（WD/FD）光交换，以及由这些交换形式组合而成的结合型。空分光交换是使光信号的传输通路在空间上发生变更，基本原理是将光交换元件组成门阵列开关，并适当限制门阵列开关，即可在任一路输入光纤和任一路输出光纤之间构成通路。空分光交换按光矩阵开关所运用的技术又分成基于波导技术的波导空分与运用E1.由空间光传播技术的自由空分光交换
8、。时分光交换是以时分复用为基础，运用时隙互换原理来实现交换的功能。即把一条复用信道划分成若干个时隙，每个基带数据光脉冲流安排占用一个时隙,N个基带信道复用成高速光数据流信号进行传输。时分光交换的关键是开发高速光逻辑器件。波分/频分光交换是以波分复用为基础，信号的实现是通过不同波长，选择不同网络通路完成，由波长开关进行交换。波分光交换由波长复用器、波长选择空间开关和波长互换器组成。混合光交换是指在一个交换网络中同时应用2种以上的光交换方式。常用混合交换方式有空分+时分，空分+波分，空分十时分+波分等更合方式。目前市场上出现的光交换机大多数是基于光电和光机械的，随着光交换技术的不断发展和成熟，基于
9、热学、液晶、声学、微机电技术的光交换机将会逐步被探讨和开发出来。由光电交换技术实现的交换机通常在输入输出端各有两个有光电晶体材料的波导，而最新的光电交换机则采纳了领钛材料，这种交换机运用了一种分子束取相附生的技术，与波导交换机相比，该交换机消耗的能量比较小。随着液晶技术的成熟，液晶光交换机将会成为光网络系统中的一个重要设备，该交换设备主要由液晶片、极化光束分别器、成光束调相器组成，而液晶在交换机中的主要作用是旋转入射光的极化角。当电极上没有电压时，经过液晶片的光线极化角为90，当有电压加在液晶片的电极上时，入射光束将维持它的极化状态不变。另外，市场上目前又开发了基于不同类型的特别微光器件的光交
10、换机，这种类型的交换机可以由小型化的机械系统激活，而且它的体积小，集成度高，可大规模生产，我们信任这种类型的交换机在生产工艺水F不断提高的将来，肯定能成为市场的主流。随着通信网络渐渐向全光平台发展，网络的优化、路由、爱护和自愈功能在光通信领域中越来越重要。采纳光交换技术可以克服电子交换的容量瓶颈问题，实现网络的高速率和协议透亮性，提高网络的重构敏捷性和生存性，大量节约建网和网络升级成本。3.3 光交叉连接（OXC）技术光交叉连接（OXC）是用于光纤网络节点的设备，是全光网络的关键器件。光交叉连接技术是通过对光信号进行交叉连接，能够敏捷有效地管理光纤传输网络，实现牢靠的网络爱护/夏原以及F1.动
11、配线和监控的重要手段。光交叉连接（OXC）主要由光交叉连接矩阵、愉入接口、输出接口、管理限制单元等模块组成（如图1）。为增加OXC的牢靠性，每个模块都具有主用和备用的冗余结构：为增加OXC的牢靠性。OXC会自动进行主用和备用的倒换。光交叉连接矩阵是OXC的核心，它要求无堵塞、低延迟、宽带和高牢靠，并且要具有单向、双向和广播形式的功能。输入输出接口干脆与光纤链路相连，分别对输入输出信号进行适配、放大。管理限制单元通过编程对光交叉连接矩阵、输入输出接口模块进行监测和限制。图1OXC的一般构成通常依据OXC是否具有疏导低速业务流的实力以及疏导实力的强弱程度，可以将OXC分为以下三类：1）传统OXU这
12、种OXC只具有波长交换实力，不具有疏导低速业务流的实力。只有通过OXC外挂其他汇聚/接汇聚实力的网络设备，才能实现低速业务量的疏导；2）单跳疏导0XC：具有波长交换实力，具有低速汇聚端口，可以将多个低速业务流疏导到一个波长通道，然后交换到某个出口。但这类OXC不具有低速业务交换实力，因此一个光路上的业务流必需具有相同的源、宿节点：3）多跳疏导0XC：同时具有波长交换和低速业务流交换。这种OXC中包含两大模块：波长交换矩阵和电交换矩阵。含有部分非本地业务的光路可以通过光接收器转变成电信号，进入电交换矩阵，非本地业务和本地动身的低速业务一起疏导到另一个光路上传输。不须要在本地上/下业务的光路通过O
13、XC干脆旁路，进而削减网路节点负担。假如OXC的每一个光纤接口上配备与光纤中波长数目相等的光收发器，则全部的光路都可以下到电域，进入电交换矩阵。OXC分为空分、时分和波分三种类型。其中，波分和空分技术目前比较成熟。此外，假如将WDM技术与空分技术相结合，可极大提高交叉连接矩阵的容量和敏捷性。3.4 光分插复用技术光分插复用技术（OADM）是从一个波分多路复用（WDM）光束中分出一个信道或分出功能，并以相同波长往光载波上插入新的信息或功能。其基本原理示意图如图2所示。一般的OADM节点可以用四端口模型来表示，基本功能包括三种：卜路须要的波长信道，复用进上路信号，使其他波长信道尽量不受影响地通过。
14、OADM详细的工作过程如下：从线路来的WDM信号包含N个波长信道，进人OADM的人光纤端（MainInput）,依据业务需求，从N个波长信道中，有选择性地从下路端（DroP）输出所需的波长信道，相应地从上路端（Add）输入所需的波长信道。而其他与本地无关的波长信道就干脆通过OADM,和上路波长信道熨用在一起后，从OADM的线路出光纤端（MainoUtPUt）输出。光下路光上路图2OADM的基本原理示意图这种技术主要应用于环形网中，并具有选择性，既可以从传输设备中选择上路信号或下路信号，也可以只通过某一个波长信号，而不影响其他波长信道的传输。也就是说，OADM更透亮地在光域内实现了传统的SDH设
15、备中的电分插复用器ADM在时域中的功能，可以处理任何格式和速率的信号，使整个光网络的敏捷性大大提高。目前已有的OADM方案，分为可重构和非重构型两类。前者主要采纳夏用器/解熨用器以及固定滤波器等无源光器件，在节点上、下固定一个和多个波长，性能牢匏没有延时，但是缺乏敏捷性。后者采纳光开关、可调谐滤波器等光器件，能动态调整OADM节点上、下话路的波长，从而达到光网络动态重构的实力，使网络的波长资源得到良好的安排，但结构困难且具有延时。OADM设备在长途干线和城域网中均有用武之地。在干线应用中，OADM是有上下业务的中间节点的首选设备。OADM应用的主战场还是城域网，可以发挥其组网敏捷、易于网络升级
16、和扩大规模，是城域网应用志向的多业务传输平台，国内外各高校、公司和团体都绽开了比较深化的探讨，有力的推动了OADM商业化进程。OADM的发展趋势概括来说，主要体现在如下两个方面:1)集成化成为OADM的关键特征光网络造价昂贵，所需费用大部分是系统中的光器件。要使全光网从理念变为现实，光器件的价格还须要大幅度下降。降低费用的一个可行的方法是将多个功能集成在单一芯片中，制作这些集成器件的平台即广义的平面光波导(P1.C)oP1.C型热光开关目前已有多家厂商投入商用。将无源波导和有源波导集成到一个衬底上，可实现单片集成的热光开关。在一个片基上集成不同功能的技术将来有望实现单个芯片的高级网络操作。P1.C是在硅基片上利用波导形成的光路，是半导体工业技术发展的产物。利用这种技术，多个器件可以集成到一起，降低制造和封装的费用。波导材
