邓大鹏光纤通信原理课件8.ppt

1、在第八章光复用技术中，虽然单通道实用光纤通信系统的传输速率已经发展到10Gbit/s，线路利用率也有了很大的提高，但与光纤巨大的带宽潜力相比，仍然微不足道。本章将介绍几种常见的光复用技术，如光时分复用、波分复用、光频分复用、光码分复用和光副载波复用。8.1光复用技术的基本概念8.2光时分复用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。多路复用技术是一种在同一条传输线上同时传输多个不同信号而没有干扰的技术。另一种复用技术称为“统计复用”。它被称为“统计时分复用”(STDM)，或“异步时分复用”。随着光纤通信30多年的发展，单通道实用系统的传输速率从1976

2、年的45兆位/秒提高到10兆位/秒，线路利用率大大提高(但与光纤巨大的带宽潜力相比，这一带宽微不足道)。光波分复用(WDM)技术是一种在单芯光纤中同时传输多波长光信号的技术。其基本原理是不同波长的光信号在发送端合并，耦合到光缆线路上的同一根光纤上传输，而合并波长的光信号在接收端分离并进一步处理，原始信号被恢复并发送到不同的终端。为了进一步提高光纤带宽的利用率，两个相邻光载波之间的间隔将变得越来越小。一般认为，当相邻光载波之间的间隔小于0.1毫米(10千兆赫)时，此时的复用称为光频分复用。光时分复用(OTDM)是指利用高速光开关将多个光信号在时域复用为一路的技术。光副载波复用(OSCM)技术是先

3、将基带信号调制到千兆赫副载波上，再将副载波调制到太赫兹光载波上。光码分复用(OCDM)技术是码分复用(CDM)技术和光纤通信技术的结合。在这种多路复用技术中，每个信道不占用给定的波长、频率或时隙，而是以唯一的编码脉冲序列传输其比特信息。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，可以增加线路容量，提高线路利用率。8.2光时分复用，光时分复用(OTDM)的原理与电时分复用的原理相同，只是电时分复用是在电域中完成的，而光时分复用是在光域中进行的，即高速光分支数据流(如10Gbit/s或甚至40Gbit/s)直接复用到光域中，产生具有极高比特率的复合光数据流。8

4、.2.1位交织光时分复用当执行位交织光时分复用时，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成N个信道，每个窄脉冲周期序列的信道由一个分支数据流(电信号)进行外部调制， 调制后的第I分支光数据流(I=1，2，n)的脉冲被适当长度的硅光纤延迟(光在硅光纤中的传播速度约为211)1千米光纤提供约5s的延迟)，使得不同分支中光脉冲流的延迟时间不同，复用不会在时间上重叠，便于复用数据流。 8.2.2分组交织光时分复用分组交织光时分复用与比特交织光时分复用相同。首先，通过锁模激光器产生窄脉冲周期序列，然后图中的3dB耦合器起到分流和合并的作用，将输入的窄光脉冲分成两路或将两路处理后的光脉

5、冲合并成一路；两个半导体光放大器具有在高电平驱动时传输光和在低电平驱动时吸收光的特性。他们的行车时钟相差180度。放大器的功能是补偿分路损耗，并在两个互补时钟的驱动下依次传输光，从而将光脉冲流分组(每组中的位数取决于高电平驱动时钟的宽度)，使得一组通过延迟线，而另一组不通过。延迟线的功能是将位组延迟一段时间。图8.7是分组交织复用的示意图。一种实用的方法是使用与门堆栈，先将输入的高速串行复用数据流转换成低速并行数据流，然后进行处理。8.3密集波分复用(WDM)技术是一种在一根光纤中同时传输多个波长光信号的技术。其基本原理是不同波长的光信号在发送端合并(复用)并耦合到光缆线路上的同一根光纤进行传

6、输，而合并波长的光信号在接收端分离(解复用)并进一步处理，原始信号被恢复并发送到不同的终端。因此，这项技术被称为光波分复用技术。波分复用技术具有以下主要特点。(1)可以充分利用光纤的巨大带宽潜力，一根光纤上的传输容量比单波长传输增加几十到几万倍。(2)N个波长复用后，在一根光纤中传输，在大容量长距离传输中可以节省大量光纤。(3)波分复用信道对传输信号是完全透明的，即对传输码率、数据格式和调制方式是透明的，可以同时提供多种协议的服务，不受限制地提供端到端服务。(4)良好的可扩展性。(5)降低器件的超高速要求。8 . 3 . 1 WDM系统的基本类型WDM系统可以从不同的角度分为不同的类型。常见的

7、分类方法有：从传输方向来看，可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；从光接口类型来看，可分为集成波分复用系统和开放波分复用系统。1.双光纤单向传输单向密集波分复用意味着所有光路在一根光纤上同时以相同的方向传输，如图8.10所示。图8.10双光纤单向传输示意图。2.单光纤双向传输同一个光波分复用器既可以作为合路器，也可以作为解复用器，具有方向可逆性，因此可以在同一根光纤上实现双向传输。3.在综合波分复用系统中，考虑到波长之间的影响最小和更多制造商设备的互操作性，WDM使用的激光器发射的光的中心波长、波长间隔和中心频率偏移有严格的规定，必须符合ITU-T G.692的建议。4.开放波

8、分复用系统开放系统是在波分复用器前增加一个光转换单元(OTU)，将SDH的非标准波长转换为标准波长，如图8.13所示。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来说，WDM系统主要由以下五部分组成：光发射机、光中继放大器、光接收机、光监控通道和网络管理系统。光发射机是WDM系统的核心。除了WDM系统对发射激光的中心波长有特殊要求外，还需要根据WDM系统的不同应用(主要是传输光纤的类型和无电中继的传输距离)选择具有一定色散容差的发射机。长距离光纤传输(80120公里)后，需要进行光中继放大正色散区：红光(波长较长的光)传播缓慢。负色散区：蓝光(波长较短的光)

9、传播缓慢。受激拉曼散射串扰受激拉曼散射可以看作是介质中分子振动对入射光的调制和散射。当50%的输入功率在长度为1的光纤的输出端由于受激喇曼散射而损失时，这个输入功率被称为阈值功率。拉曼散射的阈值泵浦功率可以表示为7，其中Aeff是纤芯的有效面积。其中s0是单模光纤的模场半径；GR拉曼放大因子；Leff是光纤的有效相互作用长度。其中：l为光纤长度；是光纤的衰减系数。纤维越长，Leff越长。受激布里渊散射串扰受激布里渊散射在物理过程中与受激拉曼散射非常相似。入射频率为P的泵浦光将部分能量转换为频率为S的斯托克斯波，并发出频率为S的声波。由P-S受激布里渊散射产生的斯托克斯波沿与泵浦光相反的方向传播

10、。光纤中受激布里渊散射的阈值功率可近似表示如下：其中：Aeff为光纤芯的有效面积，Leff为光纤的有效长度，分别如公式(8-2)和(8-3)所示；GB是布里渊放大系数。为了在实际应用中简化公式(8-4)，G.650建议给出经验公式：8.4.3自相位调制和交叉相位调制的极化过程用极化强度矢量P(r，t)和电场强度矢量E(r，t)之间的关系来描述。P=0E: 0是自由空间的介电常数；是介质的极化率。在强电场的作用下，介质是非线性的，此时，p随电场e非线性变化，这个非线性函数可以在E3 E0:p=0e 2d 24(3)附近展开成泰勒级数，d是二阶非线性系数；(3)三阶非线性系数。当光脉冲在光纤中传播时，其相位变化如下：其中k0=2/；l是光纤的长度。它是相位变化的线性部分，这种效应被称为自相位调制(SPM)，因为光场本身会引起额外的相位变化。由该相位变化引起的信号频率的瞬时变化(频移)是频移方向与d|E|2/dt的符号相关。当两种或两种以上不同波长的光波在光纤中同时传输时，特定信道的相移不仅取决于其自身场强的变化，