光通信：第08章光复用技术ppt课件

1、虽然目前光纤通讯单信道适用化系统虽然目前光纤通讯单信道适用化系统的传输速率开展到了的传输速率开展到了10Gbit/s，线路的利，线路的利用率有了很大提高，但与光纤宏大的带宽用率有了很大提高，但与光纤宏大的带宽潜力相比还微缺乏道。潜力相比还微缺乏道。本章将引见光时分复用、波分复用、本章将引见光时分复用、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。等常用的几种光复用技术。复用技术是为了提高通讯线路的利用复用技术是为了提高通讯线路的利用率，而采用的在同一传输线路上同时传输率，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。多

2、路不同信号而互不干扰的技术。另一种复用技术称为另一种复用技术称为“统计复用。统计复用。它 全 称 叫 做它 全 称 叫 做 “ 统 计 时 分 多 路 复 用 统 计 时 分 多 路 复 用 (Statistical Time Division Multiplexing，STDM)，或称，或称“异步时分多路复用。异步时分多路复用。光纤通讯经过光纤通讯经过30多年的开展，单信道多年的开展，单信道适 用 化 系 统 的 传 输 速 率 从适 用 化 系 统 的 传 输 速 率 从 1 9 7 6 年 的年 的45Mbit/s开展到了开展到了10Gbit/s，线路的利用率，线路的利用率得到了很大提高

3、得到了很大提高(但与光纤宏大的带宽潜力但与光纤宏大的带宽潜力相比这点带宽还微缺乏道相比这点带宽还微缺乏道)。光波分复用光波分复用(WDM)技术是在一芯光纤技术是在一芯光纤中同时传输多波长光信号的一项技术。其中同时传输多波长光信号的一项技术。其根本原理是在发送端将不同波长的光信号根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组合起来，并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进展传输，在接纳端将组合波长的光纤中进展传输，在接纳端将组合波长的光信号分开，并作进一步处置，恢复出原光信号分开，并作进一步处置，恢复出原信号后送入不同的终端。信号后送入不同的终端。为了进一步提高光纤带宽利用

4、率，相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，普通以为：邻两光载波的间隔将越来越小，普通以为：当相邻光载波的间隔小到当相邻光载波的间隔小到0.1nm(10GHz)以以下时，此时的复用称为光频分复用。下时，此时的复用称为光频分复用。光时分复用光时分复用(OTDM)技术指利用高速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光开关把多路光信号在时域里复用到一路上的技术。上的技术。光副载波复用光副载波复用(OSCM)技术是将基带技术是将基带信号首先调制到信号首先调制到GHz的副载波上，再把副的副载波上，再把副载波调制到载波调制到THz的光载波上。的光载波上。光 码 分 复 用

5、光 码 分 复 用 ( O C D M ) 技 术 是技 术 是CDM(Code Division Multiplexing)技术和技术和光纤通讯技术相结合的产物，在这种复用光纤通讯技术相结合的产物，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。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运用和研讨的复用和光码分复用都是正在运用和研讨的光纤复用技术，这些技术的运用能添加线光纤复用技

6、术，这些技术的运用能添加线路容量，提高线路利用率。路容量，提高线路利用率。光时分复用光时分复用(OTDM)的原理与电时分的原理与电时分复用一样，只不过电时分复用是在电域中复用一样，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展，即完成，而光时分复用是在光域中进展，即将高速的光支路数据流将高速的光支路数据流(例如例如10Gbit/s，甚，甚至至40Gbit/s)直接复用进光域，产生极高比直接复用进光域，产生极高比特率的合成光数据流。特率的合成光数据流。，1km的光纤提供约的光纤提供约5s的时延的时延)，这样，不同支路光脉冲流延迟时这样，不同支路光脉冲流延迟时间不同，在时间上复用不会重

7、叠，间不同，在时间上复用不会重叠，便于数据流的复接。便于数据流的复接。实现紧缩的原理框图如图实现紧缩的原理框图如图8.7(b)所示。图中所示。图中的的3dB耦合器起分路和合路作用，它将输入的窄耦合器起分路和合路作用，它将输入的窄光脉冲分为两路，或将处置完后的两路光脉冲合光脉冲分为两路，或将处置完后的两路光脉冲合并为一路；两个半导体放大器并为一路；两个半导体放大器(Semiconductor Optical Amplifier，SOA)具有高电平驱动时透光，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低电平驱动时吸光的特性，它们的驱动时钟相位相差相差180，放大器的作用一是对

8、分路损耗进展补，放大器的作用一是对分路损耗进展补偿，二是在互补的两路时钟驱动下轮番透光，从偿，二是在互补的两路时钟驱动下轮番透光，从而将光脉冲流分组而将光脉冲流分组(每组的比特数取决于驱动时每组的比特数取决于驱动时钟高电平的宽度钟高电平的宽度)，使一组经过延迟线，另一组，使一组经过延迟线，另一组那么不经过延迟线；延迟线的作用是将比特组延那么不经过延迟线；延迟线的作用是将比特组延迟一定的时间。迟一定的时间。图图8.7 分组交错复用原理图分组交错复用原理图一种适用的方法是采用与门堆，首先一种适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将输入的高速串行的复用数据流变换为低速的并行

9、数据流，然后再进展处置。速的并行数据流，然后再进展处置。光 波 分 复 用光 波 分 复 用 ( Wa v e l e n g t h D i v i s i o n Multiplexing，WDM)技术是在一根光纤中同时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。其根本原理是传输多个波长光信号的一项技术。其根本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来在发送端将不同波长的光信号组合起来(复用复用)，并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进展传输，并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进展传输，在接纳端又将组合波长的光信号分开在接纳端又将组合波长的光信号分开(解复用解复用)，并作进一步处置，恢复出

10、原信号后送入不同的终并作进一步处置，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，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。简称光波分复用技术。波分复用技术有以下主要特点。波分复用技术有以下主要特点。(1) 可以充分利用光纤的宏大带宽潜可以充分利用光纤的宏大带宽潜力，使一根光纤上的传输容量比单波长传力，使一根光纤上的传输容量比单波长传输添加几十至上万倍。输添加几十至上万倍。(2) N个波长复用以后在一根光纤中传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输，在大容量长途传输时可以节约大量的光纤。光纤。(3) 波分复用通道对传输信号是

11、完全透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。业务，不受限制地提供端到端业务。(4) 可扩展性好。可扩展性好。(5) 降低器件的超高速要求。降低器件的超高速要求。在一根光纤上沿同一方向传送，在一根光纤上沿同一方向传送，如图如图8.10所示。所示。图图8.10 双纤单向传输表示图双纤单向传输表示图议。议。图图8.13 开放式开放式WDM系统系统(主要是传输光纤的类型和无电中主要是传输光纤的类型和无电中继传输的间隔继传输的间隔)来选择

12、具有一定色来选择具有一定色度色散容限的发射机。度色散容限的发射机。经过长间隔光纤传输后经过长间隔光纤传输后(80120km)，需求对光信号进展光中继放大。需求对光信号进展光中继放大。在接纳端，光前置放大器在接纳端，光前置放大器(PA)放大经放大经传输而衰减的主信道光信号后，利用分波传输而衰减的主信道光信号后，利用分波器从主信道光信号中分出特定波长的光信器从主信道光信号中分出特定波长的光信号送往各终端设备。号送往各终端设备。衰耗是指光纤中传输的光信号随着传衰耗是指光纤中传输的光信号随着传输间隔的增长而逐渐减小的特性。抑制的输间隔的增长而逐渐减小的特性。抑制的方法主要有：采用高输出功率的激光器，方

13、法主要有：采用高输出功率的激光器，采用高灵敏度的接纳器，采用光放大器等。采用高灵敏度的接纳器，采用光放大器等。正色散区：红光正色散区：红光(波长较长的光波长较长的光)传得传得较慢。较慢。负色散区：蓝光负色散区：蓝光(波长较短的光波长较短的光)传得传得较慢。较慢。）（8.116ReffeffgLARP 式中：式中：Aeff为纤芯有效面积。为纤芯有效面积。式中：式中：s0为单模光纤的模场半径；为单模光纤的模场半径；gR喇曼喇曼放大系数；放大系数；Leff为光纤的有效互作用长度，为光纤的有效互作用长度，简称有效长度。简称有效长度。式中：式中：L为光纤的长度；为光纤的长度；为光纤的衰减系为光纤的衰减系

14、数。光纤越长，数。光纤越长，Leff也越长。也越长。）（8.220sAeff）（8.3)exp(1LeffL受激布里渊散射产生的斯托克受激布里渊散射产生的斯托克斯波传播方向与泵浦波相反。斯波传播方向与泵浦波相反。光纤中受激布里渊散射的阈值功率可光纤中受激布里渊散射的阈值功率可以近似表示为：以近似表示为：式中：式中：Aeff为光纤纤芯有效面积，为光纤纤芯有效面积，Leff为光为光纤的有效长度，分别如式纤的有效长度，分别如式(8-2)和式和式(8-3)所所示；示；gB为布里渊放大系数。在实践运用中为布里渊放大系数。在实践运用中为了简化式为了简化式(8-4)，G.650建议又给出了阅历建议又给出了阅

15、历式：式：）（8.421effBeffLgABP）（8.511.0LeffeffABP在强电场作用下，介质呈现非线性，在强电场作用下，介质呈现非线性，此时此时P随电场随电场E发生非线性变化，这种非线发生非线性变化，这种非线性函数可以围绕性函数可以围绕E0展开成泰勒级数：展开成泰勒级数：P=0E+2dE2+4(3)E3+式中：式中：d为二阶非线性系数；为二阶非线性系数；(3)为三阶非为三阶非线性系数。线性系数。当光脉冲在光纤中传播时其相位改动当光脉冲在光纤中传播时其相位改动为：为：式中：式中：k0=2/；L为光纤的长度。为光纤的长度。是相位变化的线性部分，而是相位变化的线性部分，而）（8.10)(00220NLLkEnnLnk）（8.1100Lnk）（8.12202NLELkn由于光场本身引起的附加相位变化，由于光场本身引起的附加相位变化，这种效应称之为自相位调制这种效应称之为自相位调制(Self-Phase Modulation，SPM)。这种相位的变化引起信号频率的瞬时这种相位的变化引起信号频率的瞬时变化变化(频移频移)为：为：频移方向与频移方向与d|E|2/dt的符号有关。的符号有关。）（8.13202dtEddtdiLknNL当两个或多个不同波长的光