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6.4.2 光交换的基本方法
与利用电子技术的交换系统一样,光交换系统按其功能结构可分为光交换网络和控制回路两大部分。把光交换引入交换系统的主要研究课题是如何实现交换网络和控制回路的光化。采用光技术的交换网络与光传输系统有良好的亲和性,因此完全有可能实用。然而,要将光技术应用于处理控制设备,就应解决如同在光计算机中遇到的许多问题,包括光逻辑操作和数据处理算法。但至今还没有成熟的光计算机。所以,现在研制的光交换系统还是一个光交换网络与电子控制回路相结合的混合系统,并主要围绕交换网络进行研究。
从基本原理和结构上看,光交换网络除了有与数字程控交换机中采用的空分交换、时分交换以外,还有波分交换、码分交换等方法。
1.空分交换
与空分电交换一样,空分光交换是几种光交换方式中最简单的一种。它通过机械、电或光三种不同方式对开关阵列进行控制,为光交换提供物理通道,使输入端的任一信道与输出端的任一信道相连。空分光交换阵列与空分电交换相同,这里不赘述。
2.时分交换
时分光交换即按照交换要求改变信道时隙的排列顺序,通过输入输出时隙的位置改变,达到信道交换的目的。
时分光交换的原理与第3章所述的T接线器的工作原理相同,所不同的是要配置光存储器。常见的光存储器有两种:双稳态激光二极管和光延迟线。这两种器件各有优缺点,下面作一简单介绍。
(1)双稳态半导体激光器
双稳态半导体激光器具有类似电子存储器的功能,即它可以存储数字光信号。光信号输入到双稳态潋光器中,当光强超过阈值时,由于激光器被事先有适当偏置,可产生受激辐射,对输入光进行放大。其响应时间小于KT9秒,以后即使去掉输入光,其发光状态也可以保持,直到有复位信号(可以是电脉冲复位或光脉冲复位)到来,才停止发光。由于以上所述两种状态都可保持,所以它具有双稳特性。
双稳激光二极管作光存储器件时,由于其光增益很高,可大大提高系统信噪比,并可进行脉冲整形。其缺点是由于有源器件剩余载流子的影响,其反应时间较长,使速率受到一定的限制。
(2)光纤延迟线式光存储器
光纤延迟线作为光存储器使用的原理较为简单。它利用光信号在光纤中传播时存在延时,这样,在长度不相同的光纤中传播可得到时域上不同的信号,这就是光信号在光纤中得到了存储。况路信号形成的光时分复用信号被送入到W条光纤延迟线。这些光纤长度依次相差AL,这个长度正好是系统时钟周期内光信号在光纤中传输的时间。W路时分复用的信号,要有W条延迟线,这样,在任何时间诸光纤输出端包括一帧内所有W路信号。即间接地把信号存储了一帧时间,这对光交换应用是足够。
光纤延迟线式光存储法的概念较简单,成本低,具有无源连接器件的所有特性,对速率几乎无限制。而且它具有连续存储的特性,不受各比特之间的界限影响,在现代分组交换系统中应用较广。它可以在每个交换周期内处理一组信息,这个优点是双稳态半导体潋光器无法比拟的。延迟线存储的缺点是,它的长度固定,延时时间也就不可变,故其灵活性和适应性受到限制。现在有人提出“可重入式光纤延迟线”方案,以实现存储时间可变。
3.波分交换
波分交换网络中,采用不同的波长来区分各路信号,从而可以用波分交换的方法实现交换功能。其交换原理如图6-26所示。
波分交换的基本操作,是从波分复用信号中检出某一波长的信号,并把它调制到另一个波长上去。信号检出是由相干检测器完成,信号调制则由不同的激光器来完成。为了使得采用由波长交换原理构成的交换系统能够根据具体要求,在不同时刻实现不同的连接,各个相干检测器的检测波长应由外加控制信号来改变。
4.码分交换
码分复用信号是靠不同的码来区分各路信号,因此,可用把一种码变为另一种码的办法来实现交换功能。在码分交换中,选择合适的码字并把它们分配给各路信息,这是最基础的工作。选出的码应该是“正交”的,否则就不能由它来区分出各路信号。
在上述几种基本交换技术的基础上,还可以把两种或三种方式组合在一起,各取其长,从而达到提高交换速率、带宽和容量的目的。
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