第6章 光纤通信新技术

1、光时分复用通信技术光码分复用通信技术光副载波复用通信技术相干光纤通信技术光孤子通信技术全光网络技术第六章新光纤通信技术光纤通信技术1。光时分复用(OTDM)技术利用电时分复用来提高单通道速率，这受到“电子瓶直径”效应(10Gb/s，40Gb/s)的限制。光时分多路复用(OTDM):以调零的形式使用超短光脉冲在不同的时隙传输不同的信号，提高传输容量。光关键技术复用/解复用技术、窄脉冲光源、传输技术、全光时钟提取技术等。当前水平33，360，640 GB/s 100公里发展趋势： OTDM WDM下一代通信技术，2。光码分复用技术，光码分复用接入，1)复用模式首先将多个信号调制到不同的微波(或射频

2、)载波频率上，然后将多通道微波信号混合调制到光载波上，然后沿光纤传输。3.光副载波复用(OSCM)通信技术，特征信号被调制两次，第一次调制的载波(可以是射频信号或微波信号)被称为副载波传输信号，它可以是模拟的或数字的，或两者的混合。每个信道的调制模式独立于多信道子载波到光载波的调制。目前，模拟调制方式被广泛使用。数字调制也可以用来充分利用现有的射频或微波通信技术和设备。应用：SCM-CATV光纤传输系统，发展方向：波分复用SCM系统，1)强度调制/直接检测(IM/DD)光通信模式具有结构简单、成本低的优点，但不能充分发挥光纤通信的优势，频带利用率低、接收灵敏度低、传输距离短，相当于早期无线通信

3、中的Marco Polo相干通信模式，已在无线通信中实现，可充分利用光纤带宽，提高接收机灵敏度。4.相干光纤通信技术；2)相干光是由两个具有空间叠加和相互干涉特性的激光器产生的激光。相干光通信在发射端调制光载波的幅度、频率或相位，在接收端采用零差检测或外差检测等相干检测技术接收信息。2)相干检测原理。在光接收器接收的信号光和本地振荡器产生的本地振荡器光被混频器作用后，光场发生干涉，光探测器输出的光电流被处理并以基带信号的形式输出。由于混合输出光信号的中频信号功率分量携带信号光的幅度、频率或相位信息，无论发送方采用何种调制方式，都可以在中频功率分量中反映出来，因此相干光接收方法适用于所有的通信调

4、制方式。光电探测器、电信号处理、本地光振荡器、信号光、混频器、基带信号、s、L、4)相干检测模式，零差检测选择L=s，即，IF=0。零差探测的接收光功率可以放大几个数量级。虽然噪声也增加了，但灵敏度仍可大大提高。然而，该技术是复杂的，因此必须严格控制相变以保持S1不变，并且需要L=s。选择Ls进行外差检测，即中频=sL0。外差探测也能提高灵敏度，信噪比的提高比零差探测低3dB。然而，接收器设计相对简单，因为不需要实现锁相。注：s信号光频、l振荡光频、中频差频、5)调制方式，模拟信号的三种调制方式：调幅调频调相数字信号：调幅键控、相移键控、光电探测器、带通、本地光振荡器、信号li要求信号光和本振

5、光满足严格的匹配条件，以获得高混合效率。1)孤子的形成：SPM产生的啁啾效应和GVD产生的脉冲展宽相互抵消，使光脉冲保持其形状不变，成为一个超短光脉冲(ps量级),孤子的振幅和波形宽度不变。光纤中孤子的概念是由长谷川在1973年提出的。1980年，莫勒纳首次证实了光纤中孤子的存在。5.孤子通信技术；2)光孤子通信是一种以光孤子为载体的通信方式。光孤子的形成是光纤色散和非线性效应平衡的结果。色散将光纤传输的光信号的波形展宽一段距离。非线性效应是在强入射光功率条件下，光纤折射率随光强变化的现象。3)光孤子通信系统的结构框图，孤子源、调制、脉冲源、检测、EDFA、EDFA、EDFA、光纤传输系统、隔

6、离器、发射端，光孤子源产生一系列脉冲宽度非常窄的光脉冲。调制光孤子流经掺铒光纤放大器和光隔离器，然后进入光纤传输。为了克服光纤损耗引起的光孤子的衰减，将EDFA周期性地插入到光纤线路中，向光孤子注入能量，以补偿光纤传输引起的能量损耗，保证光孤子的稳定传输。在接收端，光孤子携带的信息通过光探测器和解调装置被恢复。目前，光孤子通信的实验研究水平：2.5Gb/s2100公里、5Gb/s 14300公里和2.5Gb/s 9000公里具有很好的应用前景！专题讲座：全光网络技术，1。全光网络概念2。全光网络的关键技术3。全光网络的关键设备。三个典型的全光网络5。全光交换。20世纪是电力网络时代，21世纪将

7、是光网络时代。1)提出了全光网络的概念。面对互联网宽带接入的需求，通信容量成为人们关注的焦点。现有系统很难动态调整网络。光纤通信具有30THz的潜在带宽容量。全光网络，未来信息网络的核心，2)全光网络的概念，即所谓的全光网络，意味着网络中用户节点之间的信号路径仍然保持光的形式，即没有端到端链路之间的光电转换。换句话说，只有当信号进入和离开网络时，它们才被转换成电/光(E/O)和光/电(O/E)，而网络中的传输和交换过程总是以光的形式存在。3)全光网络特性，一个能够支持各种业务的开放光网络；光网络灵活，易于升级；由于没有电子/光学(E/O)和光学/电子(O/E)转换，允许不同的传输协议和编码形式

8、，使信息传输更加透明，突破了“电子瓶颈”的限制。具有更高效的保护和恢复能力；它具有简单有效的网络控制和管理功能。1。电气网络2、光电混合网络3、全光网络。为了充分利用光子学的宽带，传输系统的发展趋势是：电子光电混合全光型。4)第三代通信网络、第三代通信网络、电气网络、(1)传统电气传输系统、(2)光电混合光纤传输系统、O/E/O、电气复用、电解复用、光接收、第三代通信网络光电混合、第三代通信网络全光网络、(3)DWDM光纤传输系统、OMUX、ODMUX、OA、OA、光传输、光传输、光接收、光接收、光传输、光传输、光传输、光传输。Tx，tx，40公里，40公里，40公里，40公里，40公里，40

9、公里，40公里，tx，tx，tx，tx，tx，mux，120公里，120公里，120公里，WDM EDFA已经彻底改变了光纤传输，数字高程模型，全光转换技术光分插复用器全光开关，1)传统光开关与全光开关：电/光、光/电、输入、输出、节点1、节点2、光放大、光放大、输入、输出、端点1、端点2，2)全光开关的几种模式：空分(SD)光开关基本原理是将光开关元件做成门阵列开关，并适当控制门阵列开关。也就是说，可以在任何输入光纤和任何输出光纤之间形成路径。时分光交换和时分交换的原理与目前电子程控交换中时分交换的原理完全相同。复用光信号的时间位置ti被转换成时间轴上的另一个时间tj。时分交换系统可以与传输

10、系统很好地匹配，形成全光网络。时分交换网络由时分交换模块和空分交换模块组成。波分(WD)光交换，为不同波长(或频率)的信号选择不同的信道，实现光交换。优点：可以充分利用光路的宽带特性。注意在理想的全光网络中，信号交换、路由、传输和恢复的功能都是以光的形式实现的。然而，目前的全光网络并不是整个网络的全光，而是指光信息在传输和交换过程中以光的形式存在，控制部分是通过电学方法实现的。1)光分插复用器(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，提高网络的可靠性，降低节点成本，提高网络运行效率。它是构建全光网络的关键设备。2)该设备位于多节点光纤通信网络的中间节点，其功能是在光

11、通道中丢弃本地信号，同时将本地用户发送给其他节点用户的信号加入复用光通道。使所需的波长上升/下降，同时确保其他波长不受阻挡地通过！3)光分插复用器以波长为基本操作单元，方便用户在节点上加载和下载信号，从而大大提高了整个光网络的吞吐量，增加了网络的灵活性。4)分类：非重建重建、数字高程模型、多路复用器、丢弃、添加、光学监控通道(。2)OXC是实现可靠的网络保护/恢复以及自动布线和监控的重要手段。3)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。为了提高OXC的可靠性，每个模块都有主备冗余结构，OXC自动在主备之间切换。输入/输出接口直接与光纤链路相连，分别适配和放大输入/输出

12、信号。、1234、1234、1234、1、2、3、4、1、2、3、4、为什么需要波长转换？1)在全光网络中，迫切需要解决的问题是输出端的信道竞争。2)当从两个输入端口进入的相同波长的数据信息需要从相同的输出端口输出时，经常发生信道竞争。有三种解决方案：局部缓冲、偏转迂回、波长转换、通道1，1、通道2，1、通道2，1、节点1、节点2、缓冲、方案1局部缓冲、方案2偏转迂回。第1、1、1、1、2、1、2、1、1、1、2节点，输入数据信号的同步技术是保证光网络中有效交换和路由以及正确恢复传输信息的关键技术。1)光网络和电网络都需要在中间节点进行前端识别。2)典型表示：利用光纤中孤子的相位相关相互作用；

13、使用传入的数据包地址检测并向交换机发送控制信号；使用延迟线解码器、时隙交换执行开关等。TOAD高速光解复用器读出地址位；空间频率处理；可调布拉格光栅。全光信息再生技术，1)光纤的损耗和色散严重影响通信质量：损耗导致光信号的幅度随传输距离呈指数衰减；色散导致光脉冲展宽，造成符号间干扰，增加系统误码率，严重影响通信质量。因此，必须采取措施来再生光信号。2)目前光信号再生采用光电中继器(设备复杂、体积大、耗能大)；全光信息再生技术不仅可以从根本上消除色散等不利影响，还可以克服光电中继器的缺点，使其成为全光信息处理的基础技术之一。3)其中一项技术是接入光调制器，对光纤链路上的每几个放大器进行滤波，从链

14、路传输的光信号中提取同步时钟信号，并输入光调制器，对光信号进行周期性同步调制，从而缩小光脉冲，对光脉冲位置进行校准和重定时，从根本上消除色散等不利因素。1)为了充分发挥全光网络的优势，我们必须有有效的网络管理和控制系统(网络配置管理、信道分配管理、控制协议管理、网络性能测试)。2)否则，全光网络无法商业化，只能进行相关的实验室测试。除了光源、光放大器和光探测器，它还包括以下新的光无源器件：1。波分复用器/解复用器，2。光分插复用器，3。光学交叉连接器，4。波长转换器，5。滤波器、全光网络的四大功能和四个相应的关键设备。功能1:可以高速大容量加载和传输信息位。该方案采用密集波分复用技术实现Tbit/s、单频光源和波长可调光源、关键设备高速响应的波分复用/解复用器，功能二：光子网络可以提供用户信息的分插通道和灵活的分插复用解决方案。全光分插通道，关键器件光分插复用器(OADM)，功能3:提供快速信息交换和共享解决方案，实现光交叉连接。关键设备是光交叉互连器(OXC)。功能4:它具有高效、经济的路由解决方案。波长转换是一个重要的解决方案。波长转换器(OWC)，三种典型的全光网络，光波分复用，光时分复用，光码分复用，内容光时