光通信：第08章光复用技术

1、第八章光复用技术目前光纤通信单信道实用化系统的传输速度已经发展到10千兆位/s，虽然线路利用率大幅度提高，但与光纤的巨大带宽潜力相比仍然微乎其微。 本章介绍光时分复用、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复用光技术。8.1复用技术的基本概念8.2时分复用技术8.3复用波分复用技术8.4复用波分复用系统的非线性串扰、8.1复用技术的基本概念、复用技术为了提高通信线路的利用率，采用了在同一传输线路上同时传输不同信号、彼此不干扰的技术。 57348； 另一种复用技术被称为“统计复用”。 正式名称被称为“统计时分复用”(statisticaltimedivisionmultipl

2、eing，STDM )或“异步时分复用”。 光纤通信经过30多年的发展，单通道实用化系统的传输速度从1976年的45Mbit/s发展为10Gbit/s，线路的利用率大幅提高(但是，与光纤的巨大带宽潜力相比，该带宽还很小)。 另外，光波分复用(WDM )技术是同时在1根芯光纤上传输多个波长的光信号的技术。 其基本原理是在发送侧耦合不同波长的光信号，在光缆线路上耦合并传输，在接收侧分离耦合波长的光信号来进一步处理，复原原信号并传送到其他终端。 为了进一步提高光纤的带宽利用率，相邻的两个光载波之间的间隔越来越小，相邻的光载波之间的间隔小至0.1nm(10GHz )以下，此时的复用被认为是光频分复用。

3、 光时分复用(OTDM )技术是利用高速光开关将复用光信号在时域中复用到中途的技术。 光子载波复用(OSCM )技术首先调制基带信号到GHz的子载波，并且还调制子载波到THz的光载波。 另外，光码分复用(OCDM )技术组合了CDM(Code Division Multiplexing，编码分复用)技术和光纤通信技术，并且各信道不占用预定的波长、频率或时隙，而是以固有的编码脉冲序列方式在它的位中占用它。 光波分复用、光时分复用、光副载波复用和光码分复用都是使用和研究中的光纤复用技术，这些技术的使用能增加线路容量，提高线路利用率。8.2光分复用技术、光分复用(OTDM )的原理与电时分复用相同，

4、但电时分复用在电域中完成，光分复用在光域中执行，即直接将高速光旁路数据流(例如10千兆比特/s，甚至40千兆比特/s )光学域8.2.1比特交织光分复用比特交织光分复用的情况下，首先用锁模激光器生成窄脉冲周期序列，将窄脉冲周期序列分为n路，针对每个窄脉冲周期序列分别用旁路数据流(电信号)进行调制，得到调制后的第I旁路数据由于2 n )脉冲通过适当长度的硅光纤延迟i(光在硅光纤上传输的速度为约2108m/s，1km的光纤提供约5s的延迟)，因此旁路光脉冲流的延迟时间不同，在时间上不重叠，流速率不变8.2.2分组交织时分复用分组交织时分复用和比特交织时分复用同样，首先从锁模激光器产生窄脉冲周期序列

5、，然后将窄脉冲周期序列分支为n路，各窄脉冲周期序列分别旁路实现压缩的原理框图如图8.7(b所示。在图中的3dB耦合器起到分支和汇合的作用，所述分支和汇合器用于将输入窄的光脉冲分成两个，或将经处理的两个光脉冲耦合到一个放大器的作用是通过补偿分支损失且以互补两种时钟驱动方式交替地传输光，来对光学脉冲流进行分组(每组的比特数取决于驱动时钟的高级宽度)。 延迟线的作用是将位组延迟一定的时间。 图8.7分组交织复用电路图，一个实用方法是采用and门栈，先将输入的高速串行的复用数据流转换为低速的并行数据流后进行处理。 另外，8.3高密度波分复用技术、光波分复用(WDM )技术是使用1根光纤同时传输多个波长

6、的光信号的技术。 其基本原理是，在发送侧合成(复用)不同波长的光信号，耦合到光缆线路上的相同光纤进行传输，在接收侧分离(解复用)合成波长的光信号，进而处理后复原原信号并发送给其他终端，由此将该技术称为光波分复用技术，简称为光波分复用技术。 波分复用技术具有以下主要特征。 (1)利用光纤的巨大带宽潜力，可以使单根光纤上的传输容量比单个波长传输增加几十数万倍。 (2) N个波长被复用后，通过1根光纤传输，通过大容量的长距离传输可以节省大量的光纤。 0； (3)波分复用信道对传输信号完全透明，传输编码率、数据格式、调制方案都是透明的，可以同时提供多个协议业务，并且可以提供端到端的业务而没有限制。 5

7、7348； (4)扩展性强。 (5)降低器件的超高速要求。 8.3.1 WDM系统的基本类型WDM系统可以从不同角度分为不同的类型，常见的分类方法可以从传输方向上分为双光纤单向波分复用系统和单光纤双向波分复用系统57348； 1、双光纤单向传输157348； 单向DWM意味着所有光路同时在一条光纤上沿相同方向传输，如图8.10所示。 图8.10双光纤单向传输的图像，2 .单光纤的双向传输同一光波分波器可以是合波器和分波器两者，具有方向的可逆性，因此能够在同一光纤上实现双向传输。 3 .集成型波分复用系统考虑到各波长间的影响最小和很多制造商的设备可以相互运用，所以在WDM中使用的激光器发出的光的

8、中心波长、波长间隔、中心频率的偏差等必须符合ITU-T G.692的提案。 另外，开放波分复用系统开放系统是在波分复用器之前插入波分转换器(OTU )，以将SDH的非规范波长转换成标准波长。 图8.13开放WDM系统、8.3.2 WDM系统的基本结构和工作原理一般由五部分组成，即光发射器、光中继放大器、光接收器、光监视信道和网络管理系统。 光收发器是WDM系统的核心，不仅对WDM系统中的发射激光器的中心波长有特别的要求，还需要根据WDM系统的不同应用(主要是传输光纤类型和无电中继传输的距离)而选择具有某一色度色散容许范围的发射器。 长距离光纤传输后(80120km )，需要对光信号进行光中继放

9、大。 在接收侧，光前置放大器(PA )放大因传输而衰减的主信道光信号，然后通过分波器从主信道光信号中将特定波长的光信号传送给各终端设备。8.4密集波分复用系统中的非线性串扰、衰减损耗是随着光纤中传输的光信号的传输距离的增加而减小的特性。克服的方法主要是采用高功率激光、高灵敏度接收机、光放大器等。 正色散区：红色光(波长长的光)传播缓慢。 负色散区域：蓝色光(波长短的光)的传播慢。 8.4.1受激拉曼散射串扰受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering，SRS )可以认为是介质中分子振动引起的入射光的调制，对入射光产生散射作用。 当l的长光纤输出端在SRS中损失了50%的

10、输入功率时，此输入功率称为阈值功率。 拉曼散射的阈值泵功率PR为7 :式中： Aeff是核的有效面积。 式中： s0是单模光纤模场半径gR拉曼放大率； Leff是光纤的有效相互作用长度，简称为有效长度。 式中： l是光纤的长度是光纤的衰减系数。 光纤越长，Leff也越长。 8.4.2受激布里渊散射串扰受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering，SBS )在物理上类似于受激拉曼散射，入射频率p的受激光将部分能量移动到频率s的串扰波中，而频率 喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓653，光纤中的激励布里渊散射的阈值功率近似地可以表示：式中： Aeff是光纤芯的有效面积，Leff是光纤的有效长度，分别是式(8-2)。 在实际应用中，为了简化公式(8-4)，G.650提出了经验公式：喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓653 P=0E公式：0是自由空间的介电常数是介质的极化率。 喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓(3)为三次非线性系数。 光脉冲在光纤中传播时相位发生变化：式： k0=2/； l是光纤的长度。 喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓； 由该相位变化引起的信号频率的瞬时变