光通信：第08章光復用技術ppt課件

1、雖然目前光纖通訊單信道適用化系統(tǒng)雖然目前光纖通訊單信道適用化系統(tǒng)的傳輸速率開展到了的傳輸速率開展到了10Gbit/s，線路的利，線路的利用率有了很大提高，但與光纖宏大的帶寬用率有了很大提高，但與光纖宏大的帶寬潛力相比還微缺乏道。潛力相比還微缺乏道。本章將引見光時分復用、波分復用、本章將引見光時分復用、波分復用、光頻分復用、光碼分復用和光副載波復用光頻分復用、光碼分復用和光副載波復用等常用的幾種光復用技術。等常用的幾種光復用技術。復用技術是為了提高通訊線路的利用復用技術是為了提高通訊線路的利用率，而采用的在同一傳輸線路上同時傳輸率，而采用的在同一傳輸線路上同時傳輸多路不同信號而互不干擾的技術。多

2、路不同信號而互不干擾的技術。另一種復用技術稱為另一種復用技術稱為“統(tǒng)計復用。統(tǒng)計復用。它 全 稱 叫 做它 全 稱 叫 做 “ 統(tǒng) 計 時 分 多 路 復 用 統(tǒng) 計 時 分 多 路 復 用 (Statistical Time Division Multiplexing，STDM)，或稱，或稱“異步時分多路復用。異步時分多路復用。光纖通訊經(jīng)過光纖通訊經(jīng)過30多年的開展，單信道多年的開展，單信道適 用 化 系 統(tǒng) 的 傳 輸 速 率 從適 用 化 系 統(tǒng) 的 傳 輸 速 率 從 1 9 7 6 年 的年 的45Mbit/s開展到了開展到了10Gbit/s，線路的利用率，線路的利用率得到了很大提高

3、得到了很大提高(但與光纖宏大的帶寬潛力但與光纖宏大的帶寬潛力相比這點帶寬還微缺乏道相比這點帶寬還微缺乏道)。光波分復用光波分復用(WDM)技術是在一芯光纖技術是在一芯光纖中同時傳輸多波長光信號的一項技術。其中同時傳輸多波長光信號的一項技術。其根本原理是在發(fā)送端將不同波長的光信號根本原理是在發(fā)送端將不同波長的光信號組合起來，并耦合到光纜線路上的同一根組合起來，并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進展傳輸，在接納端將組合波長的光纖中進展傳輸，在接納端將組合波長的光信號分開，并作進一步處置，恢復出原光信號分開，并作進一步處置，恢復出原信號后送入不同的終端。信號后送入不同的終端。為了進一步提高光纖帶寬利用

4、率，相為了進一步提高光纖帶寬利用率，相鄰兩光載波的間隔將越來越小，普通以為：鄰兩光載波的間隔將越來越小，普通以為：當相鄰光載波的間隔小到當相鄰光載波的間隔小到0.1nm(10GHz)以以下時，此時的復用稱為光頻分復用。下時，此時的復用稱為光頻分復用。光時分復用光時分復用(OTDM)技術指利用高速技術指利用高速光開關把多路光信號在時域里復用到一路光開關把多路光信號在時域里復用到一路上的技術。上的技術。光副載波復用光副載波復用(OSCM)技術是將基帶技術是將基帶信號首先調制到信號首先調制到GHz的副載波上，再把副的副載波上，再把副載波調制到載波調制到THz的光載波上。的光載波上。光 碼 分 復 用

5、光 碼 分 復 用 ( O C D M ) 技 術 是技 術 是CDM(Code Division Multiplexing)技術和技術和光纖通訊技術相結合的產(chǎn)物，在這種復用光纖通訊技術相結合的產(chǎn)物，在這種復用技術中，每個信道不是占用一個給定的波技術中，每個信道不是占用一個給定的波長、頻率或者時隙，而是以一個特有的編長、頻率或者時隙，而是以一個特有的編碼脈沖序列方式來傳送其比特信息。碼脈沖序列方式來傳送其比特信息。光波分復用、光時分復用、光副載波光波分復用、光時分復用、光副載波復用和光碼分復用都是正在運用和研討的復用和光碼分復用都是正在運用和研討的光纖復用技術，這些技術的運用能添加線光纖復用技

6、術，這些技術的運用能添加線路容量，提高線路利用率。路容量，提高線路利用率。光時分復用光時分復用(OTDM)的原理與電時分的原理與電時分復用一樣，只不過電時分復用是在電域中復用一樣，只不過電時分復用是在電域中完成，而光時分復用是在光域中進展，即完成，而光時分復用是在光域中進展，即將高速的光支路數(shù)據(jù)流將高速的光支路數(shù)據(jù)流(例如例如10Gbit/s，甚，甚至至40Gbit/s)直接復用進光域，產(chǎn)生極高比直接復用進光域，產(chǎn)生極高比特率的合成光數(shù)據(jù)流。特率的合成光數(shù)據(jù)流。，1km的光纖提供約的光纖提供約5s的時延的時延)，這樣，不同支路光脈沖流延遲時這樣，不同支路光脈沖流延遲時間不同，在時間上復用不會重

7、疊，間不同，在時間上復用不會重疊，便于數(shù)據(jù)流的復接。便于數(shù)據(jù)流的復接。實現(xiàn)緊縮的原理框圖如圖實現(xiàn)緊縮的原理框圖如圖8.7(b)所示。圖中所示。圖中的的3dB耦合器起分路和合路作用，它將輸入的窄耦合器起分路和合路作用，它將輸入的窄光脈沖分為兩路，或將處置完后的兩路光脈沖合光脈沖分為兩路，或將處置完后的兩路光脈沖合并為一路；兩個半導體放大器并為一路；兩個半導體放大器(Semiconductor Optical Amplifier，SOA)具有高電平驅動時透光，具有高電平驅動時透光，低電平驅動時吸光的特性，它們的驅動時鐘相位低電平驅動時吸光的特性，它們的驅動時鐘相位相差相差180，放大器的作用一是對

8、分路損耗進展補，放大器的作用一是對分路損耗進展補償，二是在互補的兩路時鐘驅動下輪番透光，從償，二是在互補的兩路時鐘驅動下輪番透光，從而將光脈沖流分組而將光脈沖流分組(每組的比特數(shù)取決于驅動時每組的比特數(shù)取決于驅動時鐘高電平的寬度鐘高電平的寬度)，使一組經(jīng)過延遲線，另一組，使一組經(jīng)過延遲線，另一組那么不經(jīng)過延遲線；延遲線的作用是將比特組延那么不經(jīng)過延遲線；延遲線的作用是將比特組延遲一定的時間。遲一定的時間。圖圖8.7 分組交錯復用原理圖分組交錯復用原理圖一種適用的方法是采用與門堆，首先一種適用的方法是采用與門堆，首先將輸入的高速串行的復用數(shù)據(jù)流變換為低將輸入的高速串行的復用數(shù)據(jù)流變換為低速的并行

9、數(shù)據(jù)流，然后再進展處置。速的并行數(shù)據(jù)流，然后再進展處置。光 波 分 復 用光 波 分 復 用 ( Wa v e l e n g t h D i v i s i o n Multiplexing，WDM)技術是在一根光纖中同時技術是在一根光纖中同時傳輸多個波長光信號的一項技術。其根本原理是傳輸多個波長光信號的一項技術。其根本原理是在發(fā)送端將不同波長的光信號組合起來在發(fā)送端將不同波長的光信號組合起來(復用復用)，并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進展傳輸，并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進展傳輸，在接納端又將組合波長的光信號分開在接納端又將組合波長的光信號分開(解復用解復用)，并作進一步處置，恢復出

10、原信號后送入不同的終并作進一步處置，恢復出原信號后送入不同的終端，因此將此項技術稱為光波長分割復用技術，端，因此將此項技術稱為光波長分割復用技術，簡稱光波分復用技術。簡稱光波分復用技術。波分復用技術有以下主要特點。波分復用技術有以下主要特點。(1) 可以充分利用光纖的宏大帶寬潛可以充分利用光纖的宏大帶寬潛力，使一根光纖上的傳輸容量比單波長傳力，使一根光纖上的傳輸容量比單波長傳輸添加幾十至上萬倍。輸添加幾十至上萬倍。(2) N個波長復用以后在一根光纖中傳個波長復用以后在一根光纖中傳輸，在大容量長途傳輸時可以節(jié)約大量的輸，在大容量長途傳輸時可以節(jié)約大量的光纖。光纖。(3) 波分復用通道對傳輸信號是

11、完全透波分復用通道對傳輸信號是完全透明的，即對傳輸碼率、數(shù)據(jù)格式及調制方明的，即對傳輸碼率、數(shù)據(jù)格式及調制方式均具有透明性，可同時提供多種協(xié)議的式均具有透明性，可同時提供多種協(xié)議的業(yè)務，不受限制地提供端到端業(yè)務。業(yè)務，不受限制地提供端到端業(yè)務。(4) 可擴展性好?？蓴U展性好。(5) 降低器件的超高速要求。降低器件的超高速要求。在一根光纖上沿同一方向傳送，在一根光纖上沿同一方向傳送，如圖如圖8.10所示。所示。圖圖8.10 雙纖單向傳輸表示圖雙纖單向傳輸表示圖議。議。圖圖8.13 開放式開放式WDM系統(tǒng)系統(tǒng)(主要是傳輸光纖的類型和無電中主要是傳輸光纖的類型和無電中繼傳輸?shù)拈g隔繼傳輸?shù)拈g隔)來選擇

12、具有一定色來選擇具有一定色度色散容限的發(fā)射機。度色散容限的發(fā)射機。經(jīng)過長間隔光纖傳輸后經(jīng)過長間隔光纖傳輸后(80120km)，需求對光信號進展光中繼放大。需求對光信號進展光中繼放大。在接納端，光前置放大器在接納端，光前置放大器(PA)放大經(jīng)放大經(jīng)傳輸而衰減的主信道光信號后，利用分波傳輸而衰減的主信道光信號后，利用分波器從主信道光信號中分出特定波長的光信器從主信道光信號中分出特定波長的光信號送往各終端設備。號送往各終端設備。衰耗是指光纖中傳輸?shù)墓庑盘栯S著傳衰耗是指光纖中傳輸?shù)墓庑盘栯S著傳輸間隔的增長而逐漸減小的特性。抑制的輸間隔的增長而逐漸減小的特性。抑制的方法主要有：采用高輸出功率的激光器，方

13、法主要有：采用高輸出功率的激光器，采用高靈敏度的接納器，采用光放大器等。采用高靈敏度的接納器，采用光放大器等。正色散區(qū)：紅光正色散區(qū)：紅光(波長較長的光波長較長的光)傳得傳得較慢。較慢。負色散區(qū)：藍光負色散區(qū)：藍光(波長較短的光波長較短的光)傳得傳得較慢。較慢。）（8.116ReffeffgLARP 式中：式中：Aeff為纖芯有效面積。為纖芯有效面積。式中：式中：s0為單模光纖的模場半徑；為單模光纖的模場半徑；gR喇曼喇曼放大系數(shù)；放大系數(shù)；Leff為光纖的有效互作用長度，為光纖的有效互作用長度，簡稱有效長度。簡稱有效長度。式中：式中：L為光纖的長度；為光纖的長度；為光纖的衰減系為光纖的衰減系

14、數(shù)。光纖越長，數(shù)。光纖越長，Leff也越長。也越長。）（8.220sAeff）（8.3)exp(1LeffL受激布里淵散射產(chǎn)生的斯托克受激布里淵散射產(chǎn)生的斯托克斯波傳播方向與泵浦波相反。斯波傳播方向與泵浦波相反。光纖中受激布里淵散射的閾值功率可光纖中受激布里淵散射的閾值功率可以近似表示為：以近似表示為：式中：式中：Aeff為光纖纖芯有效面積，為光纖纖芯有效面積，Leff為光為光纖的有效長度，分別如式纖的有效長度，分別如式(8-2)和式和式(8-3)所所示；示；gB為布里淵放大系數(shù)。在實踐運用中為布里淵放大系數(shù)。在實踐運用中為了簡化式為了簡化式(8-4)，G.650建議又給出了閱歷建議又給出了閱

15、歷式：式：）（8.421effBeffLgABP）（8.511.0LeffeffABP在強電場作用下，介質呈現(xiàn)非線性，在強電場作用下，介質呈現(xiàn)非線性，此時此時P隨電場隨電場E發(fā)生非線性變化，這種非線發(fā)生非線性變化，這種非線性函數(shù)可以圍繞性函數(shù)可以圍繞E0展開成泰勒級數(shù)：展開成泰勒級數(shù)：P=0E+2dE2+4(3)E3+式中：式中：d為二階非線性系數(shù)；為二階非線性系數(shù)；(3)為三階非為三階非線性系數(shù)。線性系數(shù)。當光脈沖在光纖中傳播時其相位改動當光脈沖在光纖中傳播時其相位改動為：為：式中：式中：k0=2/；L為光纖的長度。為光纖的長度。是相位變化的線性部分，而是相位變化的線性部分，而）（8.10)(00220NLLkEnnLnk）（8.1100Lnk）（8.12202NLELkn由于光場本身引起的附加相位變化，由于光場本身引起的附加相位變化，這種效應稱之為自相位調制這種效應稱之為自相位調制(Self-Phase Modulation，SPM)。這種相位的變化引起信號頻率的瞬時這種相位的變化引起信號頻率的瞬時變化變化(頻移頻移)為：為：頻移方向與頻移方向與d|E|2/dt的符號有關。的符號有關。）（8.13202dtEddtdiLknNL當兩個或多個不同波長的光