光纖通信第8章光復(fù)用技術(shù).ppt

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1,第八章,光復(fù)用技術(shù),2,8.1 光復(fù)用技術(shù)的基本概念,8.2 光時(shí)分復(fù)用技術(shù),8.3 密集波分復(fù)用技術(shù),8.4 密集波分復(fù)用技術(shù)的非線性串?dāng)_,內(nèi)容簡(jiǎn)介：,3,光纖通信單信道速率40Gbit/s，與光纖帶寬潛力相比相差巨大，有潛力可挖。 電復(fù)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)室已到40Gbit/s，但受電子遷移速率限制，進(jìn)一步提高速率已十分困難。 克服電復(fù)用的這一“瓶頸”，進(jìn)一步提高光纖頻帶的利用率，只有采用光復(fù)用技術(shù)，必須挖。,8.1 光復(fù)用技術(shù)的基本概念,4,8.1 光復(fù)用技術(shù)的基本概念,復(fù)用技術(shù)：為提高通信線路利用率，采用同一傳輸線路上同時(shí)傳輸多路不同信號(hào)而互不干擾的技術(shù)。（FDM，TDM，CDM，SCM）,把通信資源（帶寬、時(shí)隙）固定分配給各個(gè)終端。一旦分配確定，這個(gè)終端是否通信，都占用這個(gè)頻帶或時(shí)隙，直到拆線為止。 比如：電話,兩種復(fù)用方式:,1.靜態(tài)復(fù)用（同步復(fù)用）,8.1 光復(fù)用技術(shù)的基本概念,2.動(dòng)態(tài)復(fù)用（統(tǒng)計(jì)復(fù)用）,全稱“統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用”(Statistical Time Division Multiplexing，STDM)，或稱“異步時(shí)分多路復(fù)用”。,只把需要傳送信息的終端接入公共信道， “動(dòng)態(tài)地”按需分配其時(shí)隙。從而更有效提高了線路利用率。 統(tǒng)計(jì)表明：統(tǒng)計(jì)復(fù)用比靜態(tài)時(shí)分復(fù)用提高傳輸效率2～4倍。,比如：數(shù)據(jù)通信-Internet,5,6,8.1 光復(fù)用技術(shù)的基本概念,?光波分復(fù)用(Wavelength Division Multiplexing，WDM)技術(shù)； ?光頻分復(fù)用(Optical Frequency Division Multiplexing，OFDM)技術(shù)； ?光時(shí)分復(fù)用(Optical Time Division Multiplexing，OTDM)技術(shù)； ?光副載波復(fù)用(Optical Subcarrier Multiplexing，OSCM)技術(shù)； ?光碼分復(fù)用(Optical Code Division Multiplexing，OCDM)技術(shù)等。,與電復(fù)用技術(shù)相對(duì)應(yīng)，光復(fù)用技術(shù)有：,7,8.1 光復(fù)用技術(shù)的基本概念,一芯光纖中同時(shí)傳輸多波長(zhǎng)光信號(hào)的一項(xiàng)技術(shù)。 基本原理：在發(fā)送端將不同波長(zhǎng)光信號(hào)組合，耦合到光纜同一根光纖中傳輸，在接收端將組合波長(zhǎng)光信號(hào)分開，并作進(jìn)一步處理，恢復(fù)出原信號(hào)后送入不同的終端。,特點(diǎn)：研究最多、發(fā)展最快、應(yīng)用最為廣泛。,1.光波分復(fù)用（WDM）,8.1 光復(fù)用技術(shù)的基本概念,2.光頻分復(fù)用（OFDM）,與WDM沒(méi)有本質(zhì)上區(qū)別。 V=λf 相鄰兩光載波的間隔更小，一般認(rèn)為：當(dāng)相鄰光載波的間隔小到0.1nm(10GHz)以下時(shí)，此時(shí)的復(fù)用稱為光頻分復(fù)用。 在光載波間隔比較大時(shí)，用波長(zhǎng)衡量比較方便，稱之為波分復(fù)用。而當(dāng)間隔比較小時(shí)，用波長(zhǎng)來(lái)衡量就不方便，稱為頻分復(fù)用。,8,9,8.1 光復(fù)用技術(shù)的基本概念,用高速光開關(guān)把多路光信號(hào)在時(shí)域復(fù)用。,3.光時(shí)分復(fù)用（OTDM）,獲得較高速率帶寬比，可克服摻鉺光纖放大器（EDFA)增益不平坦、四波混頻(FWM)非線性效應(yīng)等諸多因素限制，且可解決復(fù)用端口的競(jìng)爭(zhēng)，增加全光網(wǎng)絡(luò)的靈活性。,基本原理：在發(fā)送端同一載波波長(zhǎng)，時(shí)間分割成周期性幀，每幀再分割成若干時(shí)隙，根據(jù)時(shí)隙分配原則，每信源在每幀內(nèi)只能按指定時(shí)隙向信道發(fā)送信號(hào)。接收端在同步的條件下，分別在各個(gè)時(shí)隙中取回各自的信號(hào)而不混擾。,特點(diǎn)：,關(guān)鍵技術(shù)較復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)器件特別昂貴，且由于偏振模色散對(duì)高速信號(hào)的限制，尚未得到很大發(fā)展和應(yīng)用。,10,8.1 光復(fù)用技術(shù)的基本概念,4.光副載波復(fù)用（OSCM）,基帶信號(hào)先調(diào)制到GHz副載波上（電域），其副載波調(diào)制再到THz的光載波上（光域）。,工作原理：每個(gè)信道具有不同副載波頻率，占據(jù)光載波附近光譜不同部分，保證各信道上信號(hào)互不干擾。如下圖。,副載波復(fù)用模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)方框圖,特點(diǎn)：,副載波信道復(fù)用和解復(fù)用在電域進(jìn)行，副載波復(fù)用的幾個(gè)信道能共用一個(gè)價(jià)格昂貴光器件，降低設(shè)備成本。副載波復(fù)用受限于電、光器件的可用帶寬，而限制了最高副載波頻率和數(shù)據(jù)率。若更多地利用光纖的帶寬，副載波復(fù)用技術(shù)可與波分復(fù)用技術(shù)聯(lián)合使用。,8.1 光復(fù)用技術(shù)的基本概念,11,副載波復(fù)用模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)方框圖,4.光副載波復(fù)用（OSCM）,12,8.1 光復(fù)用技術(shù)的基本概念,5.光碼分復(fù)用（OCDM）,CDM技術(shù)和光纖通信技術(shù)相結(jié)臺(tái)的產(chǎn)物。每信道不是占用一個(gè)給定波長(zhǎng)、頻率或者時(shí)隙，而是以一個(gè)特有編碼脈沖序列方式傳送比特信息。,OCDM復(fù)用示意圖,13,8.1 光復(fù)用技術(shù)的基本概念,基本原理：不同信道信號(hào)用互成正交的不同碼序列填充，經(jīng)填充信道信號(hào)調(diào)制在同一光波長(zhǎng)在光纖信道中傳輸，接收端用與相同碼序列相關(guān)接收，即恢復(fù)出原信道信號(hào)。,5.光碼分復(fù)用（OCDM）,14,特點(diǎn)：,8.1 光復(fù)用技術(shù)的基本概念,極大地改善網(wǎng)絡(luò)性能，提高網(wǎng)絡(luò)通信容量及系統(tǒng)信噪比，增強(qiáng)系統(tǒng)保密性，增加網(wǎng)絡(luò)靈活性。 但實(shí)用化還有一些障礙。 如：非相干光CDM，由于正交碼數(shù)量有限，碼間干擾較大，限制用戶數(shù)量； 相干光CDM，存在激光源頻率穩(wěn)定度差，光纖極化態(tài)不穩(wěn)定,發(fā)光脈沖相位難以控制等主要問(wèn)題。,5.光碼分復(fù)用（OCDM）,非相干光系統(tǒng)用光場(chǎng)的能量，信道編碼為光強(qiáng)度調(diào)制方式，信號(hào)是功率疊加而不是振幅疊加，采用平方律檢測(cè)光信號(hào)； 相干光系統(tǒng)用光場(chǎng)的相位傳輸信號(hào)。,注意：,上述復(fù)用技術(shù)能增加線路容量，提高線路利用率。 但相對(duì)于巨大的光纖帶寬潛能，單獨(dú)采用某一復(fù)用技術(shù)還只能是使用光纖的很小一部分帶寬資源，為此，可以復(fù)合采用幾種復(fù)用技術(shù)。 例如：在每個(gè)時(shí)隙先采用碼分復(fù)用，再采用時(shí)分復(fù)用，然后將時(shí)分復(fù)用以后的信號(hào)再調(diào)制在不同的波長(zhǎng)上。,8.1 光復(fù)用技術(shù)的基本概念,15,16,8.1 光復(fù)用技術(shù)的基本概念,8.2 光時(shí)分復(fù)用技術(shù),8.3 密集波分復(fù)用技術(shù),8.4 密集波分復(fù)用技術(shù)的非線性串?dāng)_,內(nèi)容簡(jiǎn)介：,8.2 光時(shí)分復(fù)用技術(shù),電子器件的極限速率大約在40Gb/s左右，現(xiàn)在通過(guò)電時(shí)分復(fù)用(TDM)已經(jīng)達(dá)到這個(gè)極限速率。 光時(shí)分復(fù)用(OTDM)的原理與電時(shí)分復(fù)用相同，只不過(guò)電時(shí)分復(fù)用是在電域中完成，而光時(shí)分復(fù)用是在光域中進(jìn)行，即將高速的光支路數(shù)據(jù)流(例如10Gbit/s，甚至40Gbit/s)直接復(fù)用進(jìn)光域，產(chǎn)生極高比特率的合成光數(shù)據(jù)流。目前能查到的OTDM技術(shù)實(shí)現(xiàn)的單信道復(fù)用速率為640Gbit/s。,17,8.2 光時(shí)分復(fù)用技術(shù),如今WDM技術(shù)研究非常熱，有的技術(shù)已經(jīng)成熟并實(shí)用化；而OTDM技術(shù)還處于實(shí)驗(yàn)研究階段，許多關(guān)鍵技術(shù)還有待解決。 ? 超短光脈沖光源； ? 超短光脈沖的長(zhǎng)距離傳輸和色散抑制技術(shù)； ? 幀同步及路序確定技術(shù)； ? 光時(shí)鐘提取技術(shù)； ? 全光解復(fù)用技術(shù)。,18,19,8.2 光時(shí)分復(fù)用技術(shù),根據(jù)每個(gè)支路每次復(fù)用的比特?cái)?shù)的不同，分成： ?比特交錯(cuò)OTDM（一個(gè)比特）； ?分組交錯(cuò)OTDM（若干個(gè)比特）；,它們都需要利用幀脈沖信號(hào)（幀同步信號(hào)，幀頭）區(qū)分不同的復(fù)用數(shù)據(jù)或分組。,8.2 光時(shí)分復(fù)用技術(shù),1.比特交錯(cuò)OTDM：每個(gè)時(shí)隙對(duì)應(yīng)一個(gè)待復(fù)用的支路信息(一個(gè)比特)，同時(shí)有一個(gè)幀脈沖信息，形成高速的OTDM信號(hào)。 主要用于電路交換業(yè)務(wù)。,21,22,2.分組交錯(cuò)OTDM：每個(gè)時(shí)隙對(duì)應(yīng)一個(gè)待復(fù)用支路的分組信息(若干個(gè)比特)，幀脈沖作為不同分組的界限。 主要用于分組交換業(yè)務(wù)，分組變換業(yè)務(wù)可以和IP相結(jié)合，有廣闊的前景。,8.2 光時(shí)分復(fù)用技術(shù),8.2.1 比特交錯(cuò)OTDM,復(fù)用：（1）鎖模激光器產(chǎn)生窄脈沖周期序列； （2）分路器把其分路為n+1路； （3）每路窄脈沖周期序列經(jīng)外調(diào)制，調(diào)制后信號(hào)經(jīng)過(guò)適當(dāng)長(zhǎng)度硅光纖延時(shí)iτ；,（1）,（2）,（3）,幀脈沖,比特交錯(cuò)時(shí)分復(fù)用原理圖,23,8.2.1 比特交錯(cuò)OTDM,復(fù)用：（4）外調(diào)制器的各支路光脈沖流輸出+幀脈沖流相結(jié)合=比特交錯(cuò)光時(shí)分復(fù)用數(shù)據(jù)流。,（1）,（2）,（3）,幀脈沖,比特交錯(cuò)時(shí)分復(fù)用原理圖,（4）,24,25,8.2.1 比特交錯(cuò)OTDM,復(fù)用：窄的光脈沖（ps量級(jí)）要用鎖模激光器來(lái)產(chǎn)生。同時(shí)為了克服光纖色散對(duì)脈沖的展寬，必須采用光孤子技術(shù)使之傳輸更長(zhǎng)的距離。,幀脈沖(1),信息,延遲的信息脈沖 (3),延遲的窄脈沖(2),比特交錯(cuò)數(shù)據(jù)流(4),τ=T/(n+1),26,8.2.1 比特交錯(cuò)光時(shí)分復(fù)用,解復(fù)用：（1）接收到的復(fù)用信號(hào)脈沖流經(jīng)分路器分成兩路，一路本身，一路延遲jτ的脈沖數(shù)據(jù)流； （2）延遲的數(shù)據(jù)流進(jìn)行門限判決，得到延遲了jτ的幀脈沖；,幀同步脈沖,復(fù)用信息(0),（3）,比特交錯(cuò)時(shí)分解復(fù)用原理圖,復(fù)用信息(2),延遲的復(fù)用信息(1),8.2.1 比特交錯(cuò)光時(shí)分復(fù)用,解復(fù)用：(3)幀脈沖數(shù)據(jù)流與復(fù)用脈沖數(shù)據(jù)流邏輯與，與門的輸出是提取的第j路數(shù)據(jù)流。,復(fù)用信息(0),幀同步脈沖(3),第j路信息,比特交錯(cuò)時(shí)分解復(fù)用原理圖,27,復(fù)用信息(2),延遲的復(fù)用信息(1),8.2.1 比特交錯(cuò)光時(shí)分復(fù)用,解復(fù)用：門限的高度為復(fù)幀信號(hào)中數(shù)據(jù)脈沖的高度。,復(fù)用信息(0),復(fù)用信息(2),延遲的復(fù)用 信息(1),延遲的幀脈沖(3),第j路信息(4),28,29,8.2.2 分組交錯(cuò)光時(shí)分復(fù)用,假定序列n路，每路的分組為n比特,n=8；脈沖間的距離τ ，信息比特間距離T。 一幀數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間：T×n；一路數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間：τ×nT。 為減小脈沖間隔實(shí)現(xiàn)分組交錯(cuò)復(fù)用，每支路調(diào)制后光數(shù)據(jù)流需經(jīng)過(guò)一個(gè)多級(jí)壓縮器進(jìn)行壓縮，使脈沖間距離壓縮到τ。,復(fù)用:,8.2.2 分組交錯(cuò)光時(shí)分復(fù)用,復(fù)用:（1）與比特交錯(cuò)光復(fù)用一樣，首先鎖模激光器產(chǎn)生窄脈沖周期序列，經(jīng)分路器分成n路，每路經(jīng)一路支路數(shù)據(jù)流外調(diào)制。,分組交錯(cuò)光時(shí)分復(fù)用的調(diào)制波形圖,（1）,30,（1）,8.2.2 分組交錯(cuò)光時(shí)分復(fù)用,復(fù)用：（2）為了減小脈沖的間隔以便實(shí)現(xiàn)分組交錯(cuò)復(fù)用，每支路調(diào)制后的光數(shù)據(jù)流需經(jīng)過(guò)一個(gè)多級(jí)壓縮器進(jìn)行壓縮。 若每分組信息比特?cái)?shù)為n，壓縮級(jí)數(shù)k=[log2n]（n=8，k=3）。,（1）,（2）,31,第一級(jí)壓縮后，第1、3、5、7…比特被延遲(T- τ)時(shí)間；,第二級(jí)壓縮后，第(1、2)、(5、6)、(9、10)…比特被延遲2(T- τ)時(shí)間；,第三級(jí)壓縮后，第(1、2、3、4)、(9、10、1l、12) …比特被延遲4(T- τ)時(shí)間…。,8.2.2 分組交錯(cuò)光時(shí)分復(fù)用,復(fù)用：（3）經(jīng)過(guò)不同的延遲n路信號(hào)+幀同步脈沖=分組交錯(cuò)光時(shí)分復(fù)用數(shù)據(jù)流。,32,33,8.2.2 分組交錯(cuò)光時(shí)分復(fù)用,壓縮器原理：,半導(dǎo)體放大器(Semiconductor Optical Amplifier，SOA)具有高電平驅(qū)動(dòng)時(shí)透光，低電平驅(qū)動(dòng)時(shí)吸光的特性。即驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘為高電平時(shí)，脈沖通過(guò)；低電平時(shí)，脈沖通不過(guò)。,耦合器：分路和合路作用。,8.2.2 分組交錯(cuò)光時(shí)分復(fù)用,壓縮器原理：以二級(jí)壓縮為例（j=2，時(shí)鐘是信息速率兩倍）,（1） 輸入脈沖經(jīng)過(guò)耦合器分成兩路；,34,（2）第1，2比特經(jīng)上面SOA，延遲2(T- τ)，經(jīng)耦合器輸出；（上面驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘為高）,（3）第3，4比特經(jīng)過(guò)下面SOA，直接經(jīng)耦合器輸出（下面驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘為高）,8.2.2 分組交錯(cuò)光時(shí)分復(fù)用,壓縮器原理：以二級(jí)壓縮為例,壓縮前：（1,2）（間隔τ）與（3,4）（間隔τ）間隔2T （3,4）（間隔τ）與（5,6）（間隔τ）間隔2T 。。。,35,壓縮后：（1,2,3,4）（間隔τ） （5,6,7,8）（間隔τ） 。。。 （1,2,3,4）與（5,6,7,8）間隔4T （5,6,7,8）與（9,10,11,12）間隔4T 。。。,36,8.2.2 分組交錯(cuò)光時(shí)分復(fù)用,解復(fù)用:采用與門堆；將輸入的高速串行的復(fù)用數(shù)據(jù)流變換為低速的并行數(shù)據(jù)流，然后再進(jìn)行處理。,8.2.2 分組交錯(cuò)光時(shí)分復(fù)用,采用的方法與分解4個(gè)比特交錯(cuò)數(shù)據(jù)流一樣。,第一與門信息包中1、5、9。。。比特；第二與門2、6、10。。。比特等,（2）每路與相隔4倍τ的控制數(shù)據(jù)流相與。,（1）待分解數(shù)據(jù)流經(jīng)分路器分成4路；,38,8.1 光復(fù)用技術(shù)的基本概念,8.2 光時(shí)分復(fù)用技術(shù),8.3 密集波分復(fù)用技術(shù),8.4 密集波分復(fù)用技術(shù)的非線性串?dāng)_,內(nèi)容簡(jiǎn)介：,39,8.3 密集波分復(fù)用技術(shù),光波分復(fù)用(WDM)技術(shù)是在一根光纖中同時(shí)傳輸多個(gè)波長(zhǎng)光信號(hào)的一項(xiàng)技術(shù)。 基本原理：在發(fā)送端將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)組合起來(lái)(復(fù)用)，并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進(jìn)行傳輸，在接收端又將組合波長(zhǎng)的光信號(hào)分開(解復(fù)用)，恢復(fù)出原信號(hào)后送入不同的終端。因此稱為光波長(zhǎng)分割復(fù)用技術(shù)，簡(jiǎn)稱光波分復(fù)用技術(shù)。,40,8.3 密集波分復(fù)用技術(shù),光纖的帶寬有多寬？ 光纖兩個(gè)低損耗傳輸窗口： 波長(zhǎng)為1.31 μm(1.25～1.35μm)的窗口，相應(yīng)的帶寬 (|Δf|=|-Δλc/λ2|, λ和Δλ分別為中心波長(zhǎng)和相應(yīng)的波段寬度， c為真空中光速)為17700 GHz； 波長(zhǎng)為1.55 μm(1.50～1.60 μm)的窗口， 相應(yīng)的帶寬為12500 GHz。,兩個(gè)窗口合一起，總帶寬超過(guò)30THz。如果信道頻率間隔為10 GHz， 理想情況下， 一根光纖可容納3000個(gè)信道。 稱作全波光纖。,8.3 密集波分復(fù)用技術(shù),一些光器件與技術(shù)還不十分成熟，光頻分復(fù)用(OFDM)困難（0.1nm）。 在這種情況下，信道間隔較小稱為密集波分復(fù)用(DWDM：Dense Wavelength Division Multiplexing)（1.6、0.8nm或更低）。在1550 nm波長(zhǎng)區(qū)段內(nèi)，同時(shí)用8，16或更多個(gè)波長(zhǎng)在一對(duì)光纖上(也可采用單光纖)構(gòu)成的光通信系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)于200 GHz, 100 GHz或更窄的帶寬。,41,WDM、 DWDM和OFDM在本質(zhì)上沒(méi)有多大區(qū)別 以往技術(shù)人員習(xí)慣采用WDM 和DWDM來(lái)區(qū)分是1310/1550 nm 簡(jiǎn)單復(fù)用還是在1550 nm波長(zhǎng)區(qū)段內(nèi)密集復(fù)用，但目前在電信界應(yīng)用時(shí)，都采用DWDM技術(shù)。,8.3 密集波分復(fù)用技術(shù),42,早期， 沒(méi)有合適的光放大器，WDM只具有1310nm和1550nm兩個(gè)通道。,8.3 密集波分復(fù)用技術(shù),1310nm/1550nm窗口的波分復(fù)用(WDM)：仍用于接入網(wǎng)，但很少用于長(zhǎng)距離傳輸 1550nm窗口的密集波分復(fù)用(DWDM)：可廣泛用于長(zhǎng)距離傳輸，用于建設(shè)全光網(wǎng)絡(luò),由于1310/1550 nm的復(fù)用超出了EDFA的增益范圍，只在一些專門場(chǎng)合應(yīng)用，所以經(jīng)常用WDM這個(gè)更廣義的名稱來(lái)代替DWDM。,43,44,8.3 密集波分復(fù)用技術(shù),WDM技術(shù)的主要特點(diǎn) 1. 充分利用光纖的巨大帶寬資源 單光纖，WDM傳輸容量是單波長(zhǎng)幾倍、幾十倍、幾百倍， 2000年，加拿大LMGR，一根光纖傳輸65536個(gè)波長(zhǎng)信號(hào)。 2. 節(jié)省大量光纖 3. 信號(hào)透明傳輸 各波長(zhǎng)的信道相互獨(dú)立，可傳輸特性和速率完全不同的信號(hào)，完成各種電信業(yè)務(wù)信號(hào)的綜合傳輸，如PDH信號(hào)和SDH信號(hào)，數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，多種業(yè)務(wù)(音頻、視頻、數(shù)據(jù)等)的混合傳輸?shù)?。?8.3 密集波分復(fù)用技術(shù),WDM技術(shù)的主要特點(diǎn) 4. 高度的組網(wǎng)靈活性、 經(jīng)濟(jì)性和可靠性 很多應(yīng)用形式，如長(zhǎng)途干線網(wǎng)、廣播分配網(wǎng)、多路多址局域網(wǎng)?？梢岳肳DM技術(shù)選擇路由，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交換和故障恢復(fù)，從而實(shí)現(xiàn)未來(lái)的透明、 靈活、經(jīng)濟(jì)且具有高度生存性的光網(wǎng)絡(luò)。 5. 降低器件的超高速要求 隨著傳輸速率的不斷提高，許多光電器件的響應(yīng)速度已明顯不足，使用WDM技術(shù)可降低對(duì)一些器件在性能上的極高要求，同時(shí)又可實(shí)現(xiàn)大容量傳輸。,45,46,WDM技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)升級(jí)、發(fā)展寬帶業(yè)務(wù)(如CATV， HDTV 和IP over WDM等)、充分挖掘光纖帶寬潛力、實(shí)現(xiàn)超高速光纖通信等具有十分重要意義，尤其是WDM加上EDFA更是對(duì)現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的吸引力。 “摻鉺光纖放大器(EDFA)+密集波分復(fù)用(WDM)+非零色散光纖(NZDSF，即G.655光纖)+光子集成(PIC)”正成為國(guó)際上長(zhǎng)途高速光纖通信線路的主要技術(shù)方向。,8.3 密集波分復(fù)用技術(shù),47,8.3.1 WDM系統(tǒng)基本類型,WDM系統(tǒng)從不同角度可分為不同類型，常分為：,（1）從傳輸方向，可分為： ?雙纖單向波分復(fù)用系統(tǒng)； ?單纖雙向波分復(fù)用系統(tǒng)； （2）從光接口類型，可分為： ?集成式波分復(fù)用系統(tǒng)； ?開放式波分復(fù)用系統(tǒng)。,8.3.1 WDM系統(tǒng)基本類型 -傳輸方向,1. 雙纖單向傳輸,單向WDM是指所有光路同時(shí)在一根光纖上沿同一方向傳送，如下圖。,雙纖單向傳輸示意圖,48,原理上，復(fù)用器和解復(fù)用器互易的(雙向可逆) ，相同的（除非特殊要求）,49,8.3.1 WDM系統(tǒng)基本類型 -傳輸方向,,2.單纖雙向傳輸 同一光波分復(fù)用器既可合波器，又可分波器，具有方向可逆性，因此，可在同一根光纖上實(shí)現(xiàn)雙向傳輸。所用波長(zhǎng)互相分開，以便實(shí)現(xiàn)雙向全雙工通信。,單纖雙向傳輸示意圖,雙纖單向開發(fā)和應(yīng)用方面都比較廣泛。 單纖雙向開發(fā)和應(yīng)用相對(duì)來(lái)說(shuō)要求更高，減少光纖和線路放大器的數(shù)量。,8.3.1 WDM系統(tǒng)基本類型 -傳輸方向,50,類型比較：,51,,8.3.1 WDM系統(tǒng)基本類型-光接口類型,考慮各波長(zhǎng)之間影響最小和更多廠家設(shè)備互通，WDM使用激光器發(fā)出光中心波長(zhǎng)、波長(zhǎng)間隔、中心頻率偏移等均有嚴(yán)格規(guī)定，需符合ITU-T G.692建議(見表8.1),1.集成式波分復(fù)用系統(tǒng),集成式：光接口滿足G.692建議-標(biāo)準(zhǔn)的光波長(zhǎng)、滿足長(zhǎng)距離傳輸?shù)墓庠础０褬?biāo)準(zhǔn)的光波長(zhǎng)和長(zhǎng)色散受限距離的光源集成在SDH系統(tǒng)中。,52,,2.開放式波分復(fù)用系統(tǒng),開放式WDM系統(tǒng),開放是指在同一WDM系統(tǒng)中，可以接入不同廠家的SDH系統(tǒng)。OTU對(duì)輸人端信號(hào)波長(zhǎng)沒(méi)特殊要求，可兼容任意廠家信號(hào)。OTU輸出端滿足G.692的光接口。實(shí)現(xiàn)不同廠家的SDH系統(tǒng)工作在同一個(gè)WDM系統(tǒng)內(nèi)。,在波分復(fù)用器前加入波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器(Optical Transition Unit，OTU)，將SDH非規(guī)范的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)。,8.3.1 WDM系統(tǒng)基本類型-光接口類型,53,8.3.2 WDM系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)與工作原理,一般來(lái)說(shuō)，WDM系統(tǒng)主要由以下五部分組成：光發(fā)射機(jī)、光中繼放大、光接收機(jī)、光監(jiān)控信道和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。,8.3.2 WDM系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)與工作原理,?光發(fā)射機(jī) (1)將終端設(shè)備(如SDH端機(jī)) 光信號(hào)-光轉(zhuǎn)發(fā)器(OTU)；（ITU-T G.957非特定波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換成ITU-T G.692特定波長(zhǎng)光信號(hào)）,54,(2)合波器合成多路光信號(hào)；,(1),(3)光功率放大器(BA： Booster Amplifier)放大輸出多路光信號(hào)。,8.3.2 WDM系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)與工作原理,? 光中繼放大：用摻鉺光纖放大器(EDFA)對(duì)光信號(hào)中繼放大。,55,線放(LA),功放(BA）,前放(PA),系統(tǒng)中，EDFA必須采用增益平坦技術(shù) 不同波長(zhǎng)的光信號(hào)具有接近相同的放大增益； 還要考慮到不同數(shù)量的光信道同時(shí)工作的各種情況，保證光信道的增益競(jìng)爭(zhēng)不影響傳輸性能。,56,8.3.2 WDM系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)與工作原理,光接收機(jī)：在接收端， (1)光前置放大器(PA)放大衰減的主信道光信號(hào);,(2)分波器從主信道光信號(hào)中分出特定波長(zhǎng)光信號(hào)送往各終端,(1),(2),8.3.2 WDM系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)與工作原理,光接收機(jī)：接收機(jī)要滿足光信號(hào)靈敏度、過(guò)載功率等參數(shù)，還要能承受有一定光噪聲的信號(hào)，要有足夠的電帶寬性能。,57,58,8.3.2 WDM系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)與工作原理,光監(jiān)控信道：監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)各信道傳輸情況。 發(fā)送端，插入本節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生波長(zhǎng)λs(1510nm)光監(jiān)控信號(hào)，與主信道光信號(hào)合波輸出； 接收端，將接收光信號(hào)分波，輸出λs(1510nm)波長(zhǎng)光監(jiān)控信號(hào)和業(yè)務(wù)信道光信號(hào)。 幀同步字節(jié)、公務(wù)字節(jié)和網(wǎng)管所用開銷字節(jié)等都是通過(guò)光監(jiān)控信道來(lái)傳遞。,59,8.3.2 WDM系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)與工作原理,網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)：光監(jiān)控信道物理層傳送開銷字節(jié)到其他節(jié)點(diǎn)或接收來(lái)自其他節(jié)點(diǎn)的開銷字節(jié)。 對(duì)WDM系統(tǒng)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)配置管理、故障管理、性能管理、安全管理等功能。 并與上級(jí)管理系統(tǒng)相連。,8.3.2 WDM系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)與工作原理,60,目前國(guó)際上已商用的系統(tǒng)有： 4×2.5 Gb/s(10 Gb/s), 8×2.5 Gb/s(20 Gb/s), 16×2.5 Gb/s(40 Gb/s), 40×2.5 Gb/s(100 Gb/s), 32×10 Gb/s(320 Gb/s), 40×10 Gb/s(400 Gb/s)。,實(shí)驗(yàn)室已實(shí)現(xiàn)了82×40 Gb/s(3.28 Tb/s)的速率， 傳輸距離達(dá)3×100 km=300 km。,8.3.2 WDM系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)與工作原理,OFC2000(Optical Fiber Communication Conference)提供的情況有： ① Bell Labs: 82路×40 Gb/s=3.28 Tb/s在3×100 km=300 km的True Wave(商標(biāo))光纖(即G.655光纖)上，利用C和L兩個(gè)波帶聯(lián)合傳輸； ② 日本NEC: 160×20 Gb/s=3.2 Tb/s， 利用歸零信號(hào)沿色散平坦光纖，經(jīng)過(guò)增益寬度為64 nm的光纖放大器，傳輸距離達(dá)1500 km; ③ 日本富士通(Fujitsu): 128路×10.66 Gb/s， 經(jīng)過(guò)C和L波帶注：C波帶為1525～1565 nm，L波帶為1570～1620 nm。， 用分布喇曼放大(DRA: Distributed Raman Amplification), 傳輸距離達(dá)6×140 km=840 km;,61,8.3.2 WDM系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)與工作原理,OFC2000(Optical Fiber Communication Conference)提供的情況有： ④ 日本NTT： 30路×42.7 Gb/s， 利用歸零信號(hào)， 經(jīng)過(guò)增益寬度為50 nm的光纖放大器，傳輸距離達(dá)3×125 km376 km; ⑤ 美國(guó)Lucent Tech: 100路×10 Gb/s=1 Tb/s，各路波長(zhǎng)的間隔縮小到25 GHz, 利用L波帶，沿NZDF光纖(G.655光纖)傳輸400 km; ⑥ 美國(guó)Mciworldcom和加拿大Nortel: 100路×10 Gb/s=1 Tb/s， 沿NZDF光纖在C和L波帶傳輸4段， 約200 km; ⑦ 美國(guó)Qtera 和Qwest: 兩個(gè)波帶4路×10 Gb/s和2路×10 Gb/s沿NZDF光纖傳輸23×105 km=2415 km, 這個(gè)試驗(yàn)雖然WDM路數(shù)不多，但在陸地光纜中卻是最長(zhǎng)距離。,62,63,8.1 光復(fù)用技術(shù)的基本概念,8.2 光時(shí)分復(fù)用技術(shù),8.3 密集波分復(fù)用技術(shù),8.4 密集波分復(fù)用技術(shù)的非線性串?dāng)_,內(nèi)容簡(jiǎn)介：,64,8.4 密集波分復(fù)用系統(tǒng)的非線性串?dāng)_,在單信道的光纖通信系統(tǒng)中，對(duì)于光纖特性主要考慮的是衰耗和色散，它們限制著傳輸距離和傳輸容量。,色散：在光纖中，光信號(hào)的不同成分（如模式、頻率）傳播速度不同，經(jīng)過(guò)傳輸產(chǎn)生時(shí)延差。,色散系數(shù)D：?jiǎn)挝徊ㄩL(zhǎng)間隔內(nèi)各頻率成份通過(guò)單位長(zhǎng)度光纖所產(chǎn)生的時(shí)延差。,8.4 密集波分復(fù)用系統(tǒng)的非線性串?dāng)_,單模光纖為例： 目前使用較多的G.652光纖最小色散波長(zhǎng)(λ0)為1310nm（衰減0.3-0.45db/km，色散位移光纖G.653的零色散波長(zhǎng)(λ0)為1550nm(0.2-0.25db/km)。,65,單模光纖的色度色散主要是指光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)的不同頻率成分有不同的傳輸速率，從而引起時(shí)延差，使脈沖展寬的現(xiàn)象。脈沖展寬會(huì)引起碼間干擾。,正色散區(qū)：紅光(波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光)傳得較慢。 負(fù)色散區(qū)：藍(lán)光(波長(zhǎng)較短的光)傳得較慢。,8.4 密集波分復(fù)用系統(tǒng)的非線性串?dāng)_,衰耗的克服辦法：高輸出功率的激光器，高靈敏度的接收器，光放大器等。 色散的克服辦法：加色散補(bǔ)償光纖，自相位調(diào)制技術(shù)，色散支持技術(shù)等。,67,WDM系統(tǒng)還存在非線性效應(yīng)。 每一波長(zhǎng)都攜帶一定的光功率，再加上光纖放大器的應(yīng)用，注入光纖的光功率較大(14-17dBm)，高的光功率引起的，主要包括：,8.4 密集波分復(fù)用系統(tǒng)的非線性串?dāng)_,?受激喇曼散射；-大有效面積的光纖 ?受激布里淵散射；-大有效面積的光纖 ?自相位調(diào)制；-幅度調(diào)制、非相干解調(diào) ?交叉相位調(diào)制； -幅度調(diào)制、非相干解調(diào) ?四波混頻效應(yīng)。-非零色散光纖或光纖的非零色散窗口,小結(jié),1、光復(fù)用技術(shù)的主要幾種方式。 WDM、DWDM和OFDM的關(guān)系 副載波復(fù)用電域復(fù)用 2、詳細(xì)介紹了光時(shí)分復(fù)用技術(shù)中，比特交錯(cuò)和分組交錯(cuò)的復(fù)用和解復(fù)用的基本原理。 3、簡(jiǎn)單介紹了光波分復(fù)用技術(shù)，雙纖單向和單纖雙向、集成式和開放式。,練習(xí)題,1、比特交錯(cuò)OTDM每路的數(shù)據(jù)速率2.5Gb/s，n=8。求幀同步脈沖頻率；合路器輸出脈沖頻率；第5路光纖延時(shí)線的長(zhǎng)度。 2、密集波分系統(tǒng)中有兩類光信號(hào)，一類是用來(lái)承載業(yè)務(wù)信號(hào)的，我們稱為業(yè)務(wù)通道，一類是用來(lái)承載監(jiān)控信號(hào)的，我們稱為監(jiān)控通道。業(yè)務(wù)通道的光信號(hào)使用的波長(zhǎng)是在 （1530-1625nm）的頻帶內(nèi)，監(jiān)控通道的光信號(hào)使用的波長(zhǎng)是在 （1510nm）的頻帶內(nèi)。 3、目前DWDM系統(tǒng)使用的業(yè)務(wù)波長(zhǎng)主要集中在：(B) A.1310nm左右 B.1550nm左右 C. 1410nm左右 D.1710nm左右,,4、4個(gè)波分通道串連測(cè)試，試畫出4波系統(tǒng)的誤碼串聯(lián)檢測(cè)方法。,,