【正文】 限制，所以 CDMA 技術(shù)尚未充分發(fā)揮優(yōu)點(diǎn)。 光纖通信 具有豐富的帶寬，能夠很好地彌補(bǔ)這個(gè)缺陷。近年來(lái)， OCDMA 已經(jīng)成為一項(xiàng)備受矚目的熱點(diǎn)技術(shù)。 OCDMA 技術(shù)在原理上與電碼分復(fù)用技術(shù)相似。 OCDMA 通信系統(tǒng)給每個(gè)用戶分配一個(gè)唯一的光正交碼的碼字作為該用戶的地址碼。在發(fā)送端，對(duì)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)該地址碼進(jìn)行 光正交編碼，然后實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用；在接收端，用與發(fā)端相同的地址碼進(jìn)行光正交解碼。 OCDMA 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：提高了網(wǎng)絡(luò)的容量；提高信噪比，改善了系統(tǒng)性能；增強(qiáng)了保密性；增加了網(wǎng)絡(luò)靈活性；降低了系統(tǒng)對(duì)同步的要求；隨機(jī)接入，信道共享等。 ICDMA 通過(guò)直接光編碼和光解碼，實(shí)現(xiàn)光信道的復(fù)用和信號(hào)交換，在光纖通信中具有極大的應(yīng)用前景。當(dāng)然，從目前情況來(lái)看，由于技術(shù)方面的原因， OCDMA 并不成熟，距離實(shí)用化還有一段路要走。 24 第四章 光交換技術(shù) 目前的商用光纖通信系統(tǒng)，單波長(zhǎng)信道的傳輸速率已超過(guò) 10Gb/s，實(shí)驗(yàn) WDM 系 統(tǒng)的傳輸速率已超過(guò) 。但是由于大量新業(yè)務(wù)的出現(xiàn)和國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，今后通信網(wǎng)絡(luò)還可能更加的擁擠。原因是在現(xiàn)有的通用網(wǎng)絡(luò)中，高速光纖系統(tǒng)僅僅充當(dāng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸手段，網(wǎng)絡(luò)中重要的交換功能還是采用電子交換技術(shù)。傳統(tǒng)電子交換機(jī)的端口速率只有幾Mb/s 到幾百 Mb/s，不僅限制了光纖通信網(wǎng)絡(luò)速率的提高，而且要求在眾多的接口進(jìn)行頻繁的復(fù)用 /解復(fù)用，光 /電和電 /光轉(zhuǎn)換，增加了設(shè)備復(fù)雜性和成本，降低了系統(tǒng)的可靠性。雖然采用 SDH 異步轉(zhuǎn)移模式（ ATM）可以提供歐冠 155Mb/s 或更高的速率，能緩解這種矛盾，單電子線 路的極限速率約為 20Gb/s。 要徹底解決高速光纖通信網(wǎng)存在的矛盾，只有實(shí)現(xiàn)全光通信，而光交換是全光通信的 光交換主要有三種方式： 空分光交換、時(shí)分光交換和波分光交換。 空分光交換 空分光交換的功能是使光信號(hào)的傳輸通路在空間上發(fā)生改變。 空分光交換的核心器件是光開關(guān)。光開關(guān)有電光型、 聲光型和磁光型等多種類型，其中電光型光開關(guān)具有開關(guān) 典型光開關(guān)是用鈦擴(kuò)散在鈮酸鋰 (Ti: LiNbO3)晶片上形成兩條相距很近的光波導(dǎo)構(gòu)成的，并 通過(guò)對(duì)電壓的控制改變輸出通路。圖 (a)是由 4個(gè) 12 光開關(guān)器件組成的 22光交換模塊。 12 光開關(guān)器件就是 Ti: LiNbO3 定向耦合器型光開關(guān)， 只是少用了一個(gè)輸入端而已。 這種 22 光交換模塊是最基本的光交換單元，它有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端，通過(guò)電壓控制， 可以實(shí)現(xiàn)平行連接和交叉連接，如圖 (b)所示。 圖 (c)是由 16個(gè) 12 光開關(guān)器件或 4個(gè) 22 光交換單元組成的 44 光交換單元。 25 圖 (a) 圖 (b) 圖 (c) 時(shí)分光交換 時(shí)分光交換是以時(shí)分復(fù)用為基礎(chǔ)， 用時(shí)隙互換原理實(shí)現(xiàn)交換功能的。把時(shí)間劃分成幀，每幀劃分成 N個(gè)時(shí)隙，并分配給 N 路信號(hào)，再把 N路信號(hào)復(fù)接到一條光纖上。在接收端用分接器恢復(fù)各路原始信號(hào)，如圖 (a) 所謂時(shí)隙互換，就是把時(shí)分復(fù)用幀中各個(gè)時(shí)隙的信號(hào)互換位置。如圖 (b)，首先使時(shí)分復(fù)用信號(hào)經(jīng)過(guò)分接器，在同一時(shí)間內(nèi)，分接器每條出線上依次傳輸某一個(gè)時(shí)隙的信號(hào)；然后使這些信號(hào)分別經(jīng)過(guò)不同的光延遲器件，獲得不同的延遲時(shí)間；最后用復(fù)接器把這些信號(hào)重新組合起來(lái)。圖 (c)示出時(shí) 分光交換的空分等效。 圖 空分光交換 圖 (a) 22 光交換單元 圖 (b) 平行連接和交叉連接 圖 (c) 44 光交換單元 26 圖 時(shí)分光交換 （ a）時(shí)分復(fù)用原理；（ b）時(shí)隙互換原理；（ c）等效的空分交換 波分光交換 (或交叉連接 )是以波分復(fù)用原理為基礎(chǔ)， 采用波長(zhǎng)選擇或波長(zhǎng)變換的方法實(shí)現(xiàn)交換功能的。圖 (a)和 (b)分別示出波長(zhǎng)選擇法交換和波長(zhǎng)變換法交換的原理框 設(shè)波分交換機(jī)的輸入和輸出都與 N條光纖相連接，這 N 條光纖可能組成一根光纜。每條光纖承載 W個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)。 從每條光纖輸入的光信號(hào)首先通過(guò)分波器 (解復(fù)用器 )WDMX 27 分為 W 個(gè)波長(zhǎng) 不同的信號(hào)。所有 N 路輸入的波長(zhǎng)為 λi(i=1,2,?,W) 的信號(hào)都送到 λi 空分交換器，在那里進(jìn)行同一波長(zhǎng) N 路 (空分 )信號(hào)的交叉連接，到底如何交叉連接，將由控制器決定。 圖 (a) 波長(zhǎng)選擇法交換； (b) 波長(zhǎng)變換法交換 然后，以 W 個(gè)空分交換器輸出的不同波長(zhǎng)的信號(hào)再通過(guò)合波器 (復(fù)用器 )WMUX 復(fù)接到輸出光纖上。這種交換機(jī)當(dāng)前已經(jīng)成熟， 可應(yīng)用于采用波長(zhǎng)選路的全光網(wǎng)絡(luò)中。但由于每個(gè)空分交換器可能提供的連接數(shù)為 NN, 故整個(gè)交換機(jī)可能提供的連接數(shù)為 N2W 波長(zhǎng)變換法與波長(zhǎng)選擇法的主要區(qū)別是用同一個(gè) NWNW 空分交換器處理 NW 路信號(hào)的交叉連接，在空分交換器的輸出必須加上波長(zhǎng)變換器， 然后進(jìn)行波分復(fù)接。這樣，可能提供的連接數(shù)為 N2W2 28 第五章 光交叉技術(shù) 光交叉技術(shù)簡(jiǎn)介 光交叉連接（ Optical Cross Connection），簡(jiǎn)稱 OXC,是具有多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的光纖接口，用來(lái)在光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處將任一光纖信號(hào)（或其各波長(zhǎng)信號(hào)）與其他光纖的信號(hào)進(jìn)行可控的連接和再連接。 什么是“交叉連接”？“交叉連接”這個(gè)術(shù)語(yǔ)本來(lái)是指在電信部門的配線 架上用人工的方式進(jìn)行系統(tǒng)互聯(lián)的一種方法。在現(xiàn)代通信中，傳統(tǒng)的這種方式已不能適應(yīng)現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)管理和控制的需要?，F(xiàn)在，在 SDH（光同步數(shù)字序列）網(wǎng)絡(luò)中，已經(jīng)出現(xiàn)了有自動(dòng)配線功能的數(shù)字交叉連接（ DXC)設(shè)備。這種設(shè)備的內(nèi)部可以按預(yù)先存放或能動(dòng)態(tài)計(jì)算的交叉連接圖對(duì)電通道信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)重新連接。光交叉連接設(shè)備則是能把光通道信號(hào)或某個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)從一根光纖直接接到另一根光纖上去的設(shè)備。這種設(shè)備在光網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)中能靈活有效地管理光網(wǎng)。 OXC 主要有光交叉連接矩陣、管理控制單元、輸入單元、輸出單元等模塊組成。每個(gè)模塊都有主用和備用 兩套設(shè)備，能自動(dòng)進(jìn)行倒換。輸入接口、輸出接口與光纖鏈路相連，分別對(duì)輸入和輸出信號(hào)進(jìn)行適配和放大。光交叉連接矩陣是 OXC 的核心，要求具有無(wú)阻塞、低延遲、寬帶、高可靠行等特性，并且要具有單向、雙向、廣播等形式的通信功能。 光交叉連接也有空分、時(shí)分、波長(zhǎng)交叉等不同方式，目前空分交叉和波長(zhǎng)交叉比較成熟?？辗纸徊媸峭ㄟ^(guò)光開關(guān)實(shí)現(xiàn)各個(gè)光通道信號(hào)之間的交叉連接；波長(zhǎng)交叉是將信息在不同波長(zhǎng)之間進(jìn)行交叉連接。 通過(guò)空分交叉和波長(zhǎng)交叉的結(jié)合，將能大大提高交叉連接矩陣的容量和靈活性。本章重點(diǎn)研究實(shí)用的光交叉連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 實(shí)用的光交叉連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 實(shí)用的光交叉連接節(jié)點(diǎn)所應(yīng)用的光傳送網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境 應(yīng)用光交叉連接節(jié)點(diǎn)的光傳送網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境描述如下： （ 1） 主要是指城域網(wǎng)和骨干傳送網(wǎng)； 29 （ 2） 光傳送網(wǎng)主要類型：動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)； （ 3） 光傳送網(wǎng)采用虛波長(zhǎng)通道方式傳送； （ 4） 不限定光傳送網(wǎng)的透明性，需要時(shí)在光交叉連接節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行光信號(hào) 3R再生； （ 5） 光網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：物理拓?fù)洳捎铆h(huán)形 /格形網(wǎng)，邏輯拓?fù)洳捎铆h(huán)形 /格形網(wǎng)； （ 6） 主要是指波長(zhǎng)路由網(wǎng)，對(duì)傳送網(wǎng)的廣播功能不作特別要求； （ 7） 光傳送網(wǎng)的管理和控制采取分布式管理和控制方式。 實(shí)用的光交叉連接節(jié)點(diǎn)需實(shí)現(xiàn) 的功能及達(dá)到的性能 設(shè)計(jì)的實(shí)用的光交叉連接節(jié)點(diǎn)需實(shí)現(xiàn)的功能及達(dá)到的性能指標(biāo)描述如下： （ 1） 大容量無(wú)阻賽光交叉連接能力。支持單波長(zhǎng)從 155Mbit/s 到 2..5Gbit/s SDH速率等級(jí)以及 10Gbit/s 線路速率的連接，單根光纖復(fù)用波長(zhǎng)數(shù)目為 8； （ 2） 具有光纖鏈路空域無(wú)阻賽交換功能。實(shí)現(xiàn) 8 進(jìn) 8 出光纖鏈路交叉連接； （ 3） 具有波長(zhǎng)通道空域無(wú)阻賽交換功能。實(shí)現(xiàn) 4 進(jìn) 4 出光纖鏈路交叉連接、每鏈路8 波長(zhǎng)光通道交叉連接； （ 4） 光傳送網(wǎng)保護(hù) /恢復(fù)功能。具有動(dòng)態(tài)重構(gòu)能力，支持環(huán)網(wǎng)的光纖鏈路級(jí)保護(hù) /恢復(fù)，支持環(huán)網(wǎng)、格形網(wǎng)光通道的保護(hù) /恢復(fù)。 保護(hù)倒換時(shí)間小于 50ms，信號(hào)中斷時(shí)間小于 10ms； （ 5） 具有波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換功能，支持虛波長(zhǎng)通道傳送； （ 6） 波長(zhǎng)信道光功率均衡； （ 7） 光功率 /光信噪比 /誤碼率檢測(cè)。保證 分別在 18dB 和 25dB 以上； （ 8） 節(jié)點(diǎn)網(wǎng)元管理，支持光傳送網(wǎng)分布式網(wǎng)絡(luò)管理，支持 OXC 設(shè)備的故障管理、性能管理、配置管理和安全管理功能。 技術(shù)路線 從光傳送網(wǎng)的三層模型出發(fā)，完整的光交叉連接傳送設(shè)備應(yīng)有兩個(gè)層次組成，即光通道交叉連接（ OPXC）和光纖鏈路交叉連接（ FXC）。 FXC 作為一種光復(fù)用段層的交叉連接手段，對(duì)光纖調(diào)度、線路故障的保護(hù)和恢復(fù)等有著重要應(yīng)用價(jià)值，所以在 OXC 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 30 時(shí)，應(yīng)該充分考慮未來(lái) FXC 功能的擴(kuò)展。具體實(shí)現(xiàn)可用圖 1 和圖 2 所示兩種基本結(jié)構(gòu)。 圖 設(shè)計(jì)思想的核心是把輸入的 N 條光纖鏈路分成兩個(gè)部分，其中一部分進(jìn)行光纖層次的交叉連接，而對(duì)剩余的光纖鏈路實(shí)施光通道層次的交叉交換。它使用了一個(gè) NN(N=N1+N2)光交叉連接矩陣將輸入光纖鏈路分成兩組。其中 N1 是在光線層次實(shí)現(xiàn)交叉連接的輸入光纖數(shù)量；而另外 N2 個(gè)輸入光纖鏈路被導(dǎo)入到光通道交叉連接模塊 ，實(shí)施光通道層次（波長(zhǎng)組或者單一波長(zhǎng)級(jí)別）的交叉連接功能。經(jīng)過(guò)光通道交叉連接的光纖鏈路信號(hào)與光線層次交叉連接后的光纖鏈路信號(hào)同時(shí)送入輸入側(cè)交叉連接矩陣，完成無(wú)阻塞的交叉連接，提高節(jié)點(diǎn)配置的靈活性。 圖 兩個(gè)功能層次的 OXC 方案 1 該方案中輸入方向上的 N N交叉連接矩陣應(yīng)該是嚴(yán)格無(wú)阻塞的，也可以是非嚴(yán)格無(wú)阻塞的 ，此時(shí)需要與輸出側(cè)的交叉連接模塊配合完成 N 個(gè)輸入光纖鏈路與 N個(gè)輸出光纖鏈路的嚴(yán)格無(wú)阻塞交叉連接。在輸入交叉連接矩陣是嚴(yán)格無(wú)阻塞的情況下；輸出側(cè)交叉連接模塊可以用非嚴(yán)格無(wú)阻塞方式實(shí)現(xiàn)。輸入、輸出方向的交叉連接矩陣可以使用各種方法實(shí)現(xiàn)，如 MEMS 技術(shù)，多級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)等。 另一種方案如圖 所示。光交叉連接矩陣（ N+T） (N+S)單元即完成對(duì)光纖鏈路的交叉連接，又選出需要進(jìn)行光通道級(jí)交叉連接的鏈路，送到光通道交叉連接模塊；并將經(jīng)過(guò)光通道交叉連接的光纖鏈路送到目標(biāo)輸出端口。 31 圖 兩個(gè)功能層次的 OXC 方案 2 采用兩個(gè)功能層次的 OXC 方案可以大大的提高節(jié)點(diǎn)所能支持的光纖鏈路數(shù)和總的光通倒數(shù)，適應(yīng)大規(guī)模 DWDM 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展要求。從上述兩種方案來(lái)看，都可以任意選擇鏈路，進(jìn)行光線交叉連接和波長(zhǎng)通道交叉連接，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能層次無(wú)阻塞交叉連接。第一種方案需要的光開關(guān)的規(guī)模較小，為 N N，第二種方案結(jié)構(gòu)緊湊，但需要的（ N+T） (N+S)光開關(guān)，開關(guān)規(guī)模較大，對(duì)光纖鏈路的性能監(jiān)測(cè)比較麻煩。我們優(yōu)選圖 2 所示的結(jié)構(gòu)。 在上述兩種方案中，光纖鏈路級(jí)的交叉連接必須使用光開關(guān)矩陣，光通道層的交叉連接則可以在空域上實(shí)現(xiàn)，也可以在波長(zhǎng)域上實(shí)現(xiàn)。 目前光交叉連接節(jié)點(diǎn)技術(shù)的研究基本著眼于光波長(zhǎng)通道的交叉連接，其核心功能由光交叉配置模塊完成，可分為交叉連接模塊、廣播模塊和上下路模塊。本文設(shè)計(jì)的光交叉連接節(jié)點(diǎn)不考慮廣播或多播功能，并且不集成光通道上下路功能，因此光交叉配置模塊僅包含交叉連接模塊。 光通道交叉連接（ OPXC） 結(jié)構(gòu)的模塊模型如圖 所示。其中，模塊內(nèi)部的光交換網(wǎng)絡(luò)被分割為兩大領(lǐng)域，不需進(jìn)行波長(zhǎng)變換的光通道連接上部的光開關(guān)矩陣。需要波長(zhǎng)變換的光通道則連接下部的光開關(guān)矩陣。根據(jù)節(jié)點(diǎn)是否支持 O/E/O 波長(zhǎng)變換能力，該型 OPXC又可劃分為 (1) 無(wú)波長(zhǎng)變換型，可用于波長(zhǎng)通道網(wǎng)絡(luò)，則不需配置下部分光開關(guān)矩陣； (2) 完全波長(zhǎng)變換型，可用于虛波長(zhǎng)通道網(wǎng)絡(luò)，光通道嚴(yán)格無(wú)阻塞，則不需配置上部分光開關(guān)矩陣； 32 (3) 部分波長(zhǎng)變換型，可用于虛波長(zhǎng)通道網(wǎng)絡(luò)，光通道有限阻塞。我們的設(shè)計(jì)將采用這種部分波長(zhǎng)變換型光通道交叉連接結(jié)構(gòu)。 圖 光通道交叉連接（ OPXC）結(jié)構(gòu)的模塊模型 綜合以上討論，確定了系統(tǒng)的總體框架。實(shí)際的光交叉連接節(jié)點(diǎn)設(shè)備在硬件上配置了一套工作系統(tǒng)和一套備用系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)在網(wǎng)管的控制下通過(guò)光開關(guān)進(jìn)行倒換。為了方便敘述，下面的部分只畫出工作系統(tǒng)，如圖 所示。 圖 光交叉連接總體框架示意圖 各個(gè)模塊功能及實(shí)現(xiàn)如下： OAU (Optical Amplification Unit ):光放大單元，采用具有增益鉗制和功率均衡功 33 能的摻鉺光纖放大器實(shí)現(xiàn)； FXC (Fiber Crossconnect ):光纖鏈路交叉連接，采用光開光陣列實(shí)現(xiàn)； OPXC (Optical Path Crossconnect ):光 通道（波長(zhǎng)）交叉連接，其配置隨 OPXC 功能的不同而改變； OXA (Optical Switch Crossconnect ):光開關(guān)陣列，對(duì)多路光信號(hào)在光域進(jìn)行交換； WCU (Wavelength Conversion Unit ):波長(zhǎng)轉(zhuǎn)化器單元，選擇實(shí)現(xiàn)光波長(zhǎng)通道的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換； DEMUX/MUX (Demultiplexer/mult