2004.9.7
全 光 网 络
内容提要
? 复习相关内容；
? 全光网络关键技术简介：
? ……
? ……
? ……
? ……
? 全光网络关键器件之 光连接器
全光网络的概念
? 全光网络的概念：
? 是指网络中直到用户端节点之间的信号
通路仍保持着光的形式，即,端到端的链路
中间没有光电转换。
? 换句话说，只有信号在 进入 和 离开 网络
时才进行电 /光（ E/O）和光 /电（ O/E）转换，
而在网络中的传输和交换过程始终以光的形
式存在。
全光网络的概念
? 全光网络的特性：
? 1.开放的、能够支持各种业务的光网络；
? 2.光网络灵活、易升级；
? 3.由于没有电 /光（ E/O）和光 /电（ O/E）转换，
允许存在各种不同的传输协议和编码形式，使信
息传输更具透明性，并突破“电子瓶颈”的限制。
? 4.具有更高效的保护和恢复能力；
? 5.具有简单、有效的网络控制和管理功能。
全光网络的概念
? 光多址技术
? 光波分多址
? 光时分多址
? 副载波多址
全光网络的概念
? 光波分多址技术的原理。
? 将多个不同波长且互不交叠的光载波分
配给不同的光网络单元（ ONU），用以实
现上行信号的传输。
? 即：各 ONU根据所分配的光载波对发送
的信息时钟进行调制，从而产生不同波长
的光脉冲。然后利用波分复用技术形成一
路光脉冲信号来共享传输光纤，并送人交
换局。
全光交换技术
? 传统的光交换：
? 传统的光交换，交换过程中存在 光 /电、电 /
光,交换容量受到电子器件工作速度的限
制，导致光通信系统带宽受限制。
IN
电 /光 光 /电
节点 1 节点 2
OUT
全光交换技术
? 全光交换特点：
? 全光交换在传输线路及交换机之间无
需设立（Ｅ／Ｏ）、（Ｏ／Ｅ），能够充
分发挥光信号的高速、宽带和无电磁感应
等优点。
全光交换技术
? 全光交换的 5种方式：
空分（ SD）光交换；
时分（ TD）光交换；
波分（ WD）光交换；
复用型光交换；
自由空间光交换。
空分（ SD）光交换
? 是指：空间划分的交换。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 和任一路 输出光
纤 之间构成通路。
时分（ TD）光交换
? 时分光交换的原理与现行电子程控交换
中的时分交换完全相同 —— 在时间轴上将
复用的光信号的时间位置 ti 转换成另一时
间 tj,
? 时分光交换系统能与传输系统很好地配
构成全光网。
? 时分光交换网由时分型交换模块和空分
型交换模块构成。
波分（ WD）光交换
? 是指：信号不同的波长（或频率）选择不
同的通路来实现光交换。
? 优点：能充分利用光路的宽带特性。
? 基本元件,可调波长滤波器 和 波长变转器
? 从输入的复用光信号中 选出 所需波长
的 光信号 。
? 将 选出的光信号 变换成适当的波长后
输出。 波长变转器可调波长滤波器
复用型光交换
? 是指：在一个交换网络中同时应用两种以
上的光交换方式。如,空分 — 波分 复用性
光交换系统,波分 — 时分 复用型光交换系
统。
? 如若波分和时分的复用数均为 16，那么最
终可实现的复用数可达 256(16× 16)。
自由空间光交换
? 可以看作是一种空分光交换。
? 具有很高的分辨率（如在 1mm范围内具有
高达 10um量级的分辨率），因此把它归为
一种光交换。
全光交换技术小结
? 在理想的全光网中，信号的交换、选
路、传输、恢复等功能均是以光的形式进
行。
? 然而目前的全光网络并非整个网络的
全部光学化，而是指光信息在 传输和交换
过程中 以光的形式存在，用 电学方法实现
控制部分。
光插 /分复用
? 光插 /分复用器（ OADM）是全光网络的核
心技术之一。
? 它可以处理任何格式和速率的信号，能够
提高网络的可靠性、降低节点成本、提高
网络运行效率，是组建全光网络必不可少
的关键设备。
DEM MUX
DropAdd
光监控信道（ OSC）
OA OA
OADM的节点结构
W-C开关阵列
光插 /分复用器
? 器件简介 （ OADM）,
? 该器件位于多节点光纤通信网中间节
点处，作用是下载（ Drop)光通道中通往本
地信号，同时上载（ Add)本地用户发往其
他节点用户的信号进入复用光通道。
? 基本要求：
? 使所需波长上 /下路的同时，保证其他
波长无阻塞的通过！
光插 /分复用器
? 光插 /分复用器是以 波长为基本操作单位,
使用户可以方便地在节点处加载和下载信
号，从而大大地提高整个光网络的吞吐量，
增加网络的灵活性。
? 分类：
非重构型
重 构 型
光交叉连接
? OXC是用于光纤网络节点的设备，通过它
对光信号进行交叉连接，能够灵活有效地
管理光纤传输网络。
? OXC是实现可靠的 网络保护 /恢复 以及 自动
配线和监控 的重要手段。
光交叉连接
? 光交叉连接简介：
? OXC主要由 光交叉连接矩阵、输入 /输出接
口管理控制单元 等模块组成。为了增加
OXC的可靠性，每个模块都具有主用和备
用的冗余结构,OXC自动进行主 /备倒换。
输入 /输出接口直接与光纤链路相连，分别
对输入 /输出信号进行适配、放大。
?1 ?2 ?3 ?4
?1 ?2 ?3 ?4 ?1 ?2 ?3 ?4
?1 ?2 ?3 ?4
?1
?2
?3
?4
?1
?2
?3
?4
动态交叉连接 光开关
1
1
光交叉连接
? OXC核心,光交叉连接矩阵
? 要求：
无阻塞、低串扰、低延迟、无偏振依赖、
宽带、可靠性高，并具有单向、双向和广
播形式的功能。
OXC类型：
空分、时分、波分 三种
用 DWDM+光开关 可构成 OADM,OXC等光交换系统
本节点信息
输入光纤
?1?2?3?4
DEM MUX
输出光纤
?1?2?3?4
?1?1
?2?2
?3?3
?4 ?4
DropAdd
OADM
波长变换
? WC是指：将一个调制在载波上信息变换成
不同波长的光载波的技术，这样的变换可
以允许在几个全光网段中的波长得到重新
使用。
? 为什么需要 波长变换？？？
波长变换原因？
? 第一次缺席的同学的第一次作业。
信道争夺解决技术
? 在全光网络中，急需解决的问题是 输出端
的信道争夺问题 。
? 信道争夺往往发生在从两个输入口进入的
同一波长的数据信息要求从同一输出端口
输出时。
? 三种解决方案：
? 本地缓冲、偏转迂回、波长变换
方案一 —— 本地缓冲
Ch.1,λ1 Ch.1,λ1
Ch.2,λ1
Ch.2,λ1
节点 1 节点 2
缓冲器
方案二 —— 偏转迂回
Ch.1,λ1 Ch.1,λ1
Ch.2,λ1
Ch.2,λ1
节点 1 节点 2
节点 3
方案三 —— 波长变换
Ch.1,λ1 Ch.1,λ1
Ch.2,λ1
Ch.2,λ1
节点 1 节点 2
进入数据信号的同步技术
? 是保证光网络中有效开关和路由以及传输
信息正确复原的关键技术。
前端识别技术
? 光网络和电网络都需要在中间节点处进行
前端识别。
? 典型代表：
? 使用光纤中孤子的相位依赖的相互作用；
? 使用进入的信息包地址来探测并给开关发送控
? 制信号；
? 使用延迟线译码器、时隙交换执行开关等；
? TOAD—— 高速光解复用器读出地址比特；
? 空间频率处理；
? 可调谐 Bragg光栅。
全光信息再生技术
? 光纤的损耗和色散严重影响通信的质量。
? 损耗 导致光信号幅度随传输距离按指数规
律衰减；
? 色散 导致光脉冲展宽，造成码间干扰，使
系统的误码率增大，严重影响通信质量。
? 因此，必须采取措施对光信号进行再生。
全光信息再生技术
? 目前对光信号的再生利用 光电中继器。
（装置复杂、体积大、耗能多）
? 全光信息再生技术 不仅能从根本上消除色
散等不利影响，而且克服了光电中继器的
缺点，使之成为全光信息处理的基础技术
之一。
全光信息再生技术
? 其中一种是：
? 在光纤链路上每隔几个放大器的距离
接入一个光调制器和滤波器，从链路传输
的光信号中提取同步时钟信号并输入到光
调制器中，对光信号进行周期性同步调制，
从而使 光脉冲变窄,并使光脉冲位置得到
校准和重新定时,从根本上消除 色散 等不
利因素影响。
网络管理和控制技术
? 为了充分发挥全光网的优势，必须具有行
之有效的网络管理和控制系统。
? （网络配置管理、信道的分配管理、控制
协议管理、网络性能测试 …… ）
? 否则，全光网无法商用，只能进行实验室
的相关试验。
全光网络的关键器件
*
光有源器件
光源
光放大器
光检测器
光无源器件
光耦合器
光开关
光隔离器
光衰减器
光调制器
光器件的分类
光连接器
第一节、光连接器
功能
用于光纤设备和光纤之间，光纤和光纤之
间,光纤与其它部件之间，设备和设备之间
的连接。又叫活接头。
光源
光中继
光检测器
尾纤
光耦合器
光测试仪器
光跳线
1、平面对接型光纤连接器
（ FC型 — face connect）
结构：
套筒插针体 插针体粘合剂
光纤
固定盘
光纤
FC 型光纤连接器
使用方法：
将带有接收光纤和发射光纤的插针体分别
插入套筒中，将螺旋拧紧，就实现了光纤的耦
合。
套筒插针体 插针体粘合剂
光纤
固定盘
光纤
螺旋式连接
问题所在, FC 型光纤连接器的接头时平面型，产生 菲涅尔反
射,形成损耗和引入噪声 。
菲涅耳反射,光在不同折射
率的介质平面的交界面上会
发生入射光的部分反射 。
全 光 网 络
内容提要
? 复习相关内容；
? 全光网络关键技术简介：
? ……
? ……
? ……
? ……
? 全光网络关键器件之 光连接器
全光网络的概念
? 全光网络的概念：
? 是指网络中直到用户端节点之间的信号
通路仍保持着光的形式，即,端到端的链路
中间没有光电转换。
? 换句话说，只有信号在 进入 和 离开 网络
时才进行电 /光（ E/O）和光 /电（ O/E）转换，
而在网络中的传输和交换过程始终以光的形
式存在。
全光网络的概念
? 全光网络的特性：
? 1.开放的、能够支持各种业务的光网络；
? 2.光网络灵活、易升级；
? 3.由于没有电 /光（ E/O）和光 /电（ O/E）转换，
允许存在各种不同的传输协议和编码形式，使信
息传输更具透明性，并突破“电子瓶颈”的限制。
? 4.具有更高效的保护和恢复能力；
? 5.具有简单、有效的网络控制和管理功能。
全光网络的概念
? 光多址技术
? 光波分多址
? 光时分多址
? 副载波多址
全光网络的概念
? 光波分多址技术的原理。
? 将多个不同波长且互不交叠的光载波分
配给不同的光网络单元（ ONU），用以实
现上行信号的传输。
? 即：各 ONU根据所分配的光载波对发送
的信息时钟进行调制，从而产生不同波长
的光脉冲。然后利用波分复用技术形成一
路光脉冲信号来共享传输光纤，并送人交
换局。
全光交换技术
? 传统的光交换：
? 传统的光交换，交换过程中存在 光 /电、电 /
光,交换容量受到电子器件工作速度的限
制，导致光通信系统带宽受限制。
IN
电 /光 光 /电
节点 1 节点 2
OUT
全光交换技术
? 全光交换特点：
? 全光交换在传输线路及交换机之间无
需设立（Ｅ／Ｏ）、（Ｏ／Ｅ），能够充
分发挥光信号的高速、宽带和无电磁感应
等优点。
全光交换技术
? 全光交换的 5种方式：
空分（ SD）光交换；
时分（ TD）光交换；
波分（ WD）光交换；
复用型光交换；
自由空间光交换。
空分（ SD）光交换
? 是指：空间划分的交换。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 和任一路 输出光
纤 之间构成通路。
时分（ TD）光交换
? 时分光交换的原理与现行电子程控交换
中的时分交换完全相同 —— 在时间轴上将
复用的光信号的时间位置 ti 转换成另一时
间 tj,
? 时分光交换系统能与传输系统很好地配
构成全光网。
? 时分光交换网由时分型交换模块和空分
型交换模块构成。
波分（ WD）光交换
? 是指：信号不同的波长（或频率）选择不
同的通路来实现光交换。
? 优点：能充分利用光路的宽带特性。
? 基本元件,可调波长滤波器 和 波长变转器
? 从输入的复用光信号中 选出 所需波长
的 光信号 。
? 将 选出的光信号 变换成适当的波长后
输出。 波长变转器可调波长滤波器
复用型光交换
? 是指：在一个交换网络中同时应用两种以
上的光交换方式。如,空分 — 波分 复用性
光交换系统,波分 — 时分 复用型光交换系
统。
? 如若波分和时分的复用数均为 16，那么最
终可实现的复用数可达 256(16× 16)。
自由空间光交换
? 可以看作是一种空分光交换。
? 具有很高的分辨率（如在 1mm范围内具有
高达 10um量级的分辨率），因此把它归为
一种光交换。
全光交换技术小结
? 在理想的全光网中，信号的交换、选
路、传输、恢复等功能均是以光的形式进
行。
? 然而目前的全光网络并非整个网络的
全部光学化，而是指光信息在 传输和交换
过程中 以光的形式存在，用 电学方法实现
控制部分。
光插 /分复用
? 光插 /分复用器（ OADM）是全光网络的核
心技术之一。
? 它可以处理任何格式和速率的信号，能够
提高网络的可靠性、降低节点成本、提高
网络运行效率，是组建全光网络必不可少
的关键设备。
DEM MUX
DropAdd
光监控信道（ OSC）
OA OA
OADM的节点结构
W-C开关阵列
光插 /分复用器
? 器件简介 （ OADM）,
? 该器件位于多节点光纤通信网中间节
点处，作用是下载（ Drop)光通道中通往本
地信号，同时上载（ Add)本地用户发往其
他节点用户的信号进入复用光通道。
? 基本要求：
? 使所需波长上 /下路的同时，保证其他
波长无阻塞的通过！
光插 /分复用器
? 光插 /分复用器是以 波长为基本操作单位,
使用户可以方便地在节点处加载和下载信
号，从而大大地提高整个光网络的吞吐量，
增加网络的灵活性。
? 分类：
非重构型
重 构 型
光交叉连接
? OXC是用于光纤网络节点的设备，通过它
对光信号进行交叉连接，能够灵活有效地
管理光纤传输网络。
? OXC是实现可靠的 网络保护 /恢复 以及 自动
配线和监控 的重要手段。
光交叉连接
? 光交叉连接简介：
? OXC主要由 光交叉连接矩阵、输入 /输出接
口管理控制单元 等模块组成。为了增加
OXC的可靠性，每个模块都具有主用和备
用的冗余结构,OXC自动进行主 /备倒换。
输入 /输出接口直接与光纤链路相连，分别
对输入 /输出信号进行适配、放大。
?1 ?2 ?3 ?4
?1 ?2 ?3 ?4 ?1 ?2 ?3 ?4
?1 ?2 ?3 ?4
?1
?2
?3
?4
?1
?2
?3
?4
动态交叉连接 光开关
1
1
光交叉连接
? OXC核心,光交叉连接矩阵
? 要求：
无阻塞、低串扰、低延迟、无偏振依赖、
宽带、可靠性高，并具有单向、双向和广
播形式的功能。
OXC类型：
空分、时分、波分 三种
用 DWDM+光开关 可构成 OADM,OXC等光交换系统
本节点信息
输入光纤
?1?2?3?4
DEM MUX
输出光纤
?1?2?3?4
?1?1
?2?2
?3?3
?4 ?4
DropAdd
OADM
波长变换
? WC是指：将一个调制在载波上信息变换成
不同波长的光载波的技术，这样的变换可
以允许在几个全光网段中的波长得到重新
使用。
? 为什么需要 波长变换？？？
波长变换原因？
? 第一次缺席的同学的第一次作业。
信道争夺解决技术
? 在全光网络中，急需解决的问题是 输出端
的信道争夺问题 。
? 信道争夺往往发生在从两个输入口进入的
同一波长的数据信息要求从同一输出端口
输出时。
? 三种解决方案：
? 本地缓冲、偏转迂回、波长变换
方案一 —— 本地缓冲
Ch.1,λ1 Ch.1,λ1
Ch.2,λ1
Ch.2,λ1
节点 1 节点 2
缓冲器
方案二 —— 偏转迂回
Ch.1,λ1 Ch.1,λ1
Ch.2,λ1
Ch.2,λ1
节点 1 节点 2
节点 3
方案三 —— 波长变换
Ch.1,λ1 Ch.1,λ1
Ch.2,λ1
Ch.2,λ1
节点 1 节点 2
进入数据信号的同步技术
? 是保证光网络中有效开关和路由以及传输
信息正确复原的关键技术。
前端识别技术
? 光网络和电网络都需要在中间节点处进行
前端识别。
? 典型代表：
? 使用光纤中孤子的相位依赖的相互作用；
? 使用进入的信息包地址来探测并给开关发送控
? 制信号；
? 使用延迟线译码器、时隙交换执行开关等；
? TOAD—— 高速光解复用器读出地址比特；
? 空间频率处理；
? 可调谐 Bragg光栅。
全光信息再生技术
? 光纤的损耗和色散严重影响通信的质量。
? 损耗 导致光信号幅度随传输距离按指数规
律衰减；
? 色散 导致光脉冲展宽，造成码间干扰，使
系统的误码率增大，严重影响通信质量。
? 因此，必须采取措施对光信号进行再生。
全光信息再生技术
? 目前对光信号的再生利用 光电中继器。
（装置复杂、体积大、耗能多）
? 全光信息再生技术 不仅能从根本上消除色
散等不利影响，而且克服了光电中继器的
缺点，使之成为全光信息处理的基础技术
之一。
全光信息再生技术
? 其中一种是：
? 在光纤链路上每隔几个放大器的距离
接入一个光调制器和滤波器，从链路传输
的光信号中提取同步时钟信号并输入到光
调制器中，对光信号进行周期性同步调制，
从而使 光脉冲变窄,并使光脉冲位置得到
校准和重新定时,从根本上消除 色散 等不
利因素影响。
网络管理和控制技术
? 为了充分发挥全光网的优势，必须具有行
之有效的网络管理和控制系统。
? （网络配置管理、信道的分配管理、控制
协议管理、网络性能测试 …… ）
? 否则，全光网无法商用，只能进行实验室
的相关试验。
全光网络的关键器件
*
光有源器件
光源
光放大器
光检测器
光无源器件
光耦合器
光开关
光隔离器
光衰减器
光调制器
光器件的分类
光连接器
第一节、光连接器
功能
用于光纤设备和光纤之间，光纤和光纤之
间,光纤与其它部件之间，设备和设备之间
的连接。又叫活接头。
光源
光中继
光检测器
尾纤
光耦合器
光测试仪器
光跳线
1、平面对接型光纤连接器
（ FC型 — face connect）
结构：
套筒插针体 插针体粘合剂
光纤
固定盘
光纤
FC 型光纤连接器
使用方法：
将带有接收光纤和发射光纤的插针体分别
插入套筒中，将螺旋拧紧，就实现了光纤的耦
合。
套筒插针体 插针体粘合剂
光纤
固定盘
光纤
螺旋式连接
问题所在, FC 型光纤连接器的接头时平面型，产生 菲涅尔反
射,形成损耗和引入噪声 。
菲涅耳反射,光在不同折射
率的介质平面的交界面上会
发生入射光的部分反射 。
