光纤通信原理第08章.ppt

第八章光复用技术 尽管目前光纤通信单信道实用化系统的传输速率发展到了10Gbit s 线路的利用率有了很大提高 但与光纤巨大的带宽潜力相比还微不足道 本章将介绍光时分复用 波分复用 光频分复用 光码分复用和光副载波复用等常用的几种光复用技术 8 1光复用技术的基本概念8 2光时分复用技术8 3密集波分复用技术8 4密集波分复用系统的非线性串扰 8 1光复用技术的基本概念 复用技术是为了提高通信线路的利用率 而采用的在同一传输线路上同时传输多路不同信号而互不干扰的技术 另一种复用技术称为 统计复用 它全称叫做 统计时分多路复用 StatisticalTimeDivisionMultiplexing STDM 或称 异步时分多路复用 光纤通信经过30多年的发展 单信道实用化系统的传输速率从1976年的45Mbit s发展到了10Gbit s 线路的利用率得到了很大提高 但与光纤巨大的带宽潜力相比这点带宽还微不足道 光波分复用 WDM 技术是在一芯光纤中同时传输多波长光信号的一项技术 其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来 并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输 在接收端将组合波长的光信号分开 并作进一步处理 恢复出原信号后送入不同的终端 为了进一步提高光纤带宽利用率 相邻两光载波的间隔将越来越小 一般认为 当相邻光载波的间隔小到0 1nm 10GHz 以下时 此时的复用称为光频分复用 光时分复用 OTDM 技术指利用高速光开关把多路光信号在时域里复用到一路上的技术 光副载波复用 OSCM 技术是将基带信号首先调制到GHz的副载波上 再把副载波调制到THz的光载波上 光码分复用 OCDM 技术是CDM CodeDivisionMultiplexing 技术和光纤通信技术相结合的产物 在这种复用技术中 每个信道不是占用一个给定的波长 频率或者时隙 而是以一个特有的编码脉冲序列方式来传送其比特信息 光波分复用 光时分复用 光副载波复用和光码分复用都是正在使用和研究的光纤复用技术 这些技术的使用能增加线路容量 提高线路利用率 8 2光时分复用技术 光时分复用 OTDM 的原理与电时分复用相同 只不过电时分复用是在电域中完成 而光时分复用是在光域中进行 即将高速的光支路数据流 例如10Gbit s 甚至40Gbit s 直接复用进光域 产生极高比特率的合成光数据流 8 2 1比特交错光时分复用比特交错光时分复用时 首先由锁模激光器产生窄脉冲周期序列 然后将窄脉冲周期序列分路为n路 每路窄脉冲周期序列分别被一路支路数据流 电信号 外调制 对已调制过的第i支路光数据流 i 1 2 n 脉冲通过适当长度的硅光纤延时i 光在硅光纤中传播速度约为2 108m s 1km的光纤提供约5 s的时延 这样 不同支路光脉冲流延迟时间不同 在时间上复用不会重叠 便于数据流的复接 8 2 2分组交错光时分复用分组交错光时分复用和比特交错光时分复用一样 首先由锁模激光器产生窄脉冲周期序列 然后将窄脉冲周期序列分路为n路 每路窄脉冲周期序列分别被一路支路数据流 电信号 外调制 实现压缩的原理框图如图8 7 b 所示 图中的3dB耦合器起分路和合路作用 它将输入的窄光脉冲分为两路 或将处理完后的两路光脉冲合并为一路 两个半导体放大器 SemiconductorOpticalAmplifier SOA 具有高电平驱动时透光 低电平驱动时吸光的特性 它们的驱动时钟相位相差180 放大器的作用一是对分路损耗进行补偿 二是在互补的两路时钟驱动下轮流透光 从而将光脉冲流分组 每组的比特数取决于驱动时钟高电平的宽度 使一组通过延迟线 另一组则不通过延迟线 延迟线的作用是将比特组延迟一定的时间 图8 7分组交错复用原理图 一种实用的方法是采用与门堆 首先将输入的高速串行的复用数据流变换为低速的并行数据流 然后再进行处理 8 3密集波分复用技术 光波分复用 WavelengthDivisionMultiplexing WDM 技术是在一根光纤中同时传输多个波长光信号的一项技术 其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来 复用 并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输 在接收端又将组合波长的光信号分开 解复用 并作进一步处理 恢复出原信号后送入不同的终端 因此将此项技术称为光波长分割复用技术 简称光波分复用技术 波分复用技术有以下主要特点 1 可以充分利用光纤的巨大带宽潜力 使一根光纤上的传输容量比单波长传输增加几十至上万倍 2 N个波长复用以后在一根光纤中传输 在大容量长途传输时可以节约大量的光纤 3 波分复用通道对传输信号是完全透明的 即对传输码率 数据格式及调制方式均具有透明性 可同时提供多种协议的业务 不受限制地提供端到端业务 4 可扩展性好 5 降低器件的超高速要求 8 3 1WDM系统基本类型 WDM系统从不同的角度可以分为不同的类型 常见的分类方法有 从传输方向分 可以分为双纤单向波分复用系统和单纤双向波分复用系统 从光接口类型分 可以分为集成式波分复用系统和开放式波分复用系统 1 双纤单向传输 单向DWM是指所有光路同时在一根光纤上沿同一方向传送 如图8 10所示 图8 10双纤单向传输示意图 2 单纤双向传输 同一光波分复用器既可作合波器 又可作分波器 具有方向的可逆性 因此 可以在同一根光纤上实现双向传输 3 集成式波分复用系统 考虑到各波长之间的影响最小和更多厂家的设备能互通工作 WDM使用的激光器发出的光的中心波长 波长间隔 中心频率偏移等均有严格的规定 必需符合ITU TG 692建议 4 开放式波分复用系统 开放式系统就是在波分复用器前加入波长转换器 OpticalTransitionUnit OTU 将SDH非规范的波长转换为标准波长 如图8 13所示 图8 13开放式WDM系统 8 3 2WDM系统基本结构与工作原理一般来说 WDM系统主要由以下五部分组成 光发射机 光中继放大 光接收机 光监控信道和网络管理系统 光发射机是WDM系统的核心 除了对WDM系统中发射激光器的中心波长有特殊的要求外 还需要根据WDM系统的不同应用 主