全光通信系统有哪些特点,关键技术是什么(附2022年排行榜前十名单)

全光通信是指用户之间的信号传输和交换全部采用光波技术，即从源节点到目的节点的数据传输过程在光域中进行，在各个网络节点中使用高可靠性、大容量、高灵活性的光交叉连接设备(oxc)进行交换。接下来详细告诉你“全光通信系统有什么特点，有哪些关键技术？”

一、全光通信系统有哪些特点

全光通信是指用户之间的信号传输和交换全部采用光波技术，即从源节点到目的节点的数据传输过程发生在光域，而各网络节点内的交换采用全光网络交换技术。与现有的光纤通信系统相比，全光通信和传统通信网络有着自己独特的特点：(1)全光通信是历史发展的必然。电子交换取代模拟传输，数字传输后引入数字交换。光传输技术的采用是历史的螺旋，光网络是下一步必然的发展对象。(2)降低成本。在电子交换和光传输系统中，光/电和电/光转换接口是必不可少的。如果采用全光学技术，可以避免这些昂贵的光电转换设备。而且在全光通信中，多采用无源光器件，降低了成本和功耗。(3)解决了“电子瓶颈”问题。在光纤系统中，影响系统容量提升的关键因素是电子器件的速度极限，比如每秒几百兆的电子交换速率，在大规模图像传输研究领域仅达到Tbit/s的速率。CMOS工艺和ECL工艺的开关系统可以达到Gbit/s范围。在不久的将来，砷铸技术的速度可以达到几十Gbit/s以上，但电子交换的速度似乎已经到了极限。因此，如果网络需要更高的速度，应该采用光交换和光传输相结合的全光通信。总之，“全光通信”是一种全新的没有任何光电变化的光通信。在全光通信系统中，图像和语音信息直接转换成光信号，在传输介质中传输。在相机光学系统、光纤系统和接收放大系统组成的全光通信系统中，没有电子元器件，所以信号失真小，可以在100以上的高温环境中连续工作，是一种理想的通信方式。

二、关键技术是什么

为了实现准确、有效、可靠的全光通信，需要采用以下关键技术：光多址技术光多址技术是光纤通信系统的关键技术之一。光多址接入方式的选择直接影响系统的频谱利用率、系统容量、设备复杂度和成本。光多址主要有三种方式：光波分多址、光时分多址和子载波多址。(1)波分多址(Wavelength Division Multiple Access，WDMA)是将多个不同波长的光载波分配给不同的光网络单元(ONU)，实现上行信号的传输，即每个ONU根据分配的光载波对传输的信息脉冲进行调制，从而产生多个不同波长的光脉冲，然后利用波分复用，通过复用器形成光脉冲信号，共享传输光纤，发送到光交换局。在WDMA系统中，为了实现允许节点共享信道的任意多波长接入，需要建立一个防止或处理冲突的协议。协议包括固定分配协议、随机接入协议(包括预留机制、交换和冲突预留技术)、仲裁规则、修改和传输许可等。WDMA研究广泛，提出了两种WDMA网络：单转发网络和多转发网络。前者包括：IBM BAINBOW的单转发子载波控制的WDMA网络，即每个节点只需要一个激光器，在控制信道上采用子载波多址接入(SCMA)解决控制信道竞争问题；低功耗无源光波分多址网络，树形或多星形结构等。后者包括具有各种可能配置的Gemnet网络、具有KAVTE拓扑的多转发网络、基于超图理论的超图网络和斯坦福大学光通信实验室开发的Starnet网络。(2)子载波多址(SCMA)主要用于将控制信号从光交换局传输到不同的ONU。基本原理是将多路基带控制信号调制成不同频率的射频(超短波到微波频率)波，然后将多路射频信号复用后再调制成光载波。在ONU，进行第二次解调。首先，使用光探测器从光信号中获取多个射频信号，并从中选择单元需要接收的控制信号。然后，通过电子方法从射频波中恢复基带控制信号。在控制信道上使用SGMA接入不仅可以降低网络成本，还可以解决控制信道的竞争问题。(3)光时分多址(OTDM)是将时间划分为同一光载波波长上的周期性帧，每帧又划分为若干个时隙(无论哪些帧或时隙互不重叠)。然后，按照一定的时隙分配原则，每个ONU只按照每帧中指定的时隙发送信号。然后利用全光时分复用方法在光功率分配器中合成一个光时分脉冲信号，经全光放大器放大后送入光纤传输。在交换局，使用全光时分复用。为了实现准确可靠的光时分多址通信，避免光功率分配器合并时各ONU发送的上行码流可能发生的碰撞，光交换局必须测量其与各ONU之间的距离，并在下行信号中规定ONU的严格发送定时。除了上述多址接入技术，随着光纤通信技术的发展，还会出现其他的多址接入方式，如利用不同的码序列来区分每个ONU的光码分多址(OCDMA)，利用不同的光纤或将光纤中的光速沿空间划分给不同的ONU来实现通信的空分多址(SDMA)等。当然也包括上述多址方式的混合多址方式，比如将光时分多址和光时分多址结合起来，可以进一步提高系统容量。全光信息

这种光电中继器存在器件复杂、体积大、能耗高等缺点。全光信息再现技术出现后，即在光纤链路上每隔几个放大器连接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输入光调制器，对光信号进行周期性同步调制，从而使光脉冲变窄、频谱展宽、频率漂移和系统噪声降低，并对光脉冲的位置进行校准和重定时。全光信息复制技术不仅可以从根本上消除色散等不利因素的影响，还可以克服光中继器的缺点，成为全光信息处理的基础技术之一。为了充分发挥光通信的优势，有必要研究和开发一种有效的网络管理控制系统。网络配置管理、信道分配管理、管理控制协议和网络性能测试都是网络管理中需要解决的技术。由于全光网络采用先进的多址接入技术，因此根据当前的业务负载和信道使用情况动态分配信道资源对全光网络来说尤为重要。只有通过有效地分配信道，系统才能获得最大的容量和最佳的通信质量。光交换网络技术光交换是指通过光纤传输的信息的直接交换。与电子数字程控交换相比，光交换不需要在光纤传输线和交换机之间安装光端机进行光/电、电/光转换，还能充分发挥光信号在交换过程中高速、宽带、无电磁感应的优势。光交换技术作为一种全新的交换技术，可以与光纤传输技术相结合，形成全光通信网络，从而将通信网络和广播网络融为一体，将成为未来通信的发展方向。主要有五种交换方式：时空光交换、波长光交换、复合光交换和自由空间光交换。(1)空光交换是指空间分割的交换。基本原理是光开关元件由门阵列开关组成，适当控制门阵列开关，可以在任意输入光纤和任意输出光纤之间形成通路。由于其交换元件的不同，可分为机械式、光电转换式、复合波导式、全反射式和激光二极管门开关等。比如耦合波导交换元件铌酸锂，它是一种电光材料，具有折射率随外电场变化而变化的光学性质。以铌酸锂为衬底，钛在衬底上扩散形成折射率逐渐增大的光波导，即光通道，焊接电极后可用作光交换元件。当两个非常接近的波导适当组合时，通过这两个波导的光速会交换能量。能量交换的强度随复系数、平行波导的长度和两波导间的相位差而变化。只要选取的参数合适，光的速度在波导上会完全交错。如果在电极上施加一定的电压，可以改变折射率和相位差。可以看出，通过控制电极上的电压，可以获得平行和交叉两种开关状态。时分交换的原理与目前电子程控交换中的时分交换系统完全相同，因此可以与采用全光时分复用的光传输系统相匹配。这样，每个光器件可以被时分复用，这可以减少硬件设备并形成大容量的光开关。(2)时分交换网络由时分交换模块和空分交换模块组成。其使用的空分交换模块与上述空分交换功能块完全相同，而时分光交换模块需要光存储器(如opti

这可以通过DFB(分布反馈型)和DBR(分布DBR反射型)半导体激光器来实现。(4)复合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模式。例如，基于波分技术设计大规模交换网络的一种方法是进行多极链路连接，各级链路连接都采用波分交换技术。因为这种方法需要将多个信号分成链路，抵消了波分复用的优势。解决这一问题的措施是在链路上使用波分复用(WDM)方法来实现多条链路的连接。空分-WDM全光交换系统是复合光交换技术的一种应用。此外，还可以将波分和时分技术结合起来，得到另一种很有前途的复合光开关，其复用度是时分复用度和波分复用度的和积。如果它们的复用度分别为16，则可实现256路时分-波分复合交换。(5)自由空间光交换可以看作是一种空分交换。但这种交换方式在空分复用中具有显著的特点，特别是其在1mm范围内的分辨率高达10um，因此被认为是一种新的交换技术。除了上述关键技术外，为了进一步提高全光通信的系统容量，获得最大传输距离，还可以采用非线性(光孤子)传输技术和产生极限变化的超短光脉冲。