光纖通信復(fù)用技術(shù)

光纖通信復(fù)用技術(shù)第1頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月主要內(nèi)容光波分復(fù)用的基本概念

WDM系統(tǒng)的工作原理與基本結(jié)構(gòu)光波分復(fù)用系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)光時(shí)分復(fù)用第2頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月§7.1光波分復(fù)用的基本概念波分（頻分）復(fù)用波分復(fù)用（WDM)頻分復(fù)用（OFDM)密集波分復(fù)用（DWDM)粗波分復(fù)用（CWDM)時(shí)分復(fù)用碼分復(fù)用空分復(fù)用副載波復(fù)用光纖通信復(fù)用技術(shù)第3頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月電時(shí)分復(fù)用（TDM）存在的問題：“電子瓶頸”限制：

10Gb/s→40Gb/s…光纖色散限制單波長(zhǎng)通信系統(tǒng)遠(yuǎn)不能有效利用光纖帶寬signal1signal21011100111001011TDMsignal問題的提出第4頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月波分復(fù)用（WDM）一根光纖同時(shí)傳輸幾個(gè)不同波長(zhǎng)的光載波，每個(gè)光載波攜帶不同的信息--波分復(fù)用（WDM）1234

WDM

WDM發(fā)展歷程1977年首先提出1300/1550雙波長(zhǎng)復(fù)用系統(tǒng)波長(zhǎng)間隔200GHz(1.6nm)；100GHz、50GHz目前水平：商用系統(tǒng)：40×10Gb/s；實(shí)驗(yàn)室：82×40Gb/s=3.28Tb/sWDM技術(shù)成為目前光纖通信最具代表性的先進(jìn)技術(shù)光纖問題的提出第5頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月大容量光傳輸系統(tǒng)的發(fā)展網(wǎng)絡(luò)容量

目前320Gbit/s1998年160Gbit/s80Gbit/s

1997年40Gbit/s

1995/19961997/19981999/20002000+年份將來的技術(shù)320Gbit/s160Gbit/s80Gbit/s10Gbit/s20Gbit/s40Gbit/s5Gbit/s2.5Gbit/s4λ

8λ16λ

32λ

4λ8λ

16λ32λSTM-16STM-64DWDM＋EDFA＋G.655光纖＋光子集成長(zhǎng)途光纖寬帶傳輸?shù)闹饕夹g(shù)方向第6頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月光纖損耗譜特性及單模光纖的帶寬資源第三傳輸窗口第二傳輸窗口第一傳輸窗外吸收紅外吸收瑞利散射0.22.5損耗(dB/km)波長(zhǎng)(nm)OH離子吸收峰光纖帶寬：1300nm窗口約100nm，1550nm窗口約100nm，共200nm，約30THz第7頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月光纖帶寬：|Δf|=|Δλc/λ2|λ和Δλ分別為中心波長(zhǎng)和相應(yīng)的波段寬度，c為真空中光速波分復(fù)用（WDM）系統(tǒng)波長(zhǎng)為1310nm的窗口：1.26～1.36μm，相應(yīng)的帶寬為17.5THz波長(zhǎng)為1550nm的窗口：1.48～1.58μm，相應(yīng)的帶寬為12.5THz。兩個(gè)窗口合在一起，總帶寬超過30THz。如果信道頻率間隔為10GHz，在理想情況下，一根光纖可以容納3000個(gè)信道。波分復(fù)用（WDM）系統(tǒng)光纖的帶寬第8頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月波分復(fù)用定義、特點(diǎn)波分復(fù)用(WavelengthDivisionMultiplexingWDM)

：一根光纖同時(shí)傳輸多個(gè)不同波長(zhǎng)的光載波，把光纖可能應(yīng)用的波長(zhǎng)范圍劃分成若干個(gè)波段，每個(gè)波段用作一個(gè)獨(dú)立的通道傳輸一種預(yù)定波長(zhǎng)的光信號(hào)。一般的看法,光載波復(fù)用數(shù)小于8波，信道間隔大于3.2nm的系統(tǒng)稱為波分復(fù)用(WDM)。光載波復(fù)用數(shù)大于8波，信道間隔小于3.2nm的系統(tǒng)稱為密集波分復(fù)用（DWDM）。第9頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

波分復(fù)用的密集程度與其他電通信的頻分復(fù)用密集程度相當(dāng)時(shí)，就稱為光頻分復(fù)用(OFDM)。

粗波分復(fù)用技術(shù)(CWDM)波長(zhǎng)范圍：1280nm～1625nmμm；345nm波長(zhǎng)間隔：20nm；16個(gè)信道在城域網(wǎng)中，更低的硬件成本、功耗和體積更小第10頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月WDM基本工作原理：

在發(fā)送端將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)組合起來（復(fù)用），并耦合進(jìn)光纜線路上同一根光纖中進(jìn)行傳輸，在接收端將組合波長(zhǎng)的光信號(hào)進(jìn)行分離（解復(fù)用），并作進(jìn)一步處理后恢復(fù)出原信號(hào)送入不同終端?！?.2WDM系統(tǒng)的工作原理與基本結(jié)構(gòu)光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)N

123EDFA功放線放預(yù)放MUXDEMUX典型的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光纖通信系統(tǒng)1N

32光接收機(jī)光接收機(jī)光接收機(jī)光接收機(jī)第11頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月WDM系統(tǒng)波長(zhǎng)區(qū)分配目前光波分復(fù)用系統(tǒng)的工作主要波長(zhǎng)：1530~1565nm（C-band)第12頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月WDM系統(tǒng)的基本構(gòu)成光分路插入傳輸：通過在中間設(shè)置光分插復(fù)用器(OADM)或光交叉連接器(OXC)，可實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)的上下路(Add/Drop)和路由分配，這樣就可以根據(jù)光纖通信線路和光網(wǎng)的業(yè)務(wù)量分布情況，合理地安排插入或分出信號(hào)λ11,λ2...λn通路1

通路N通路2

λ1LD

LD

LD

λ2

波長(zhǎng)管理器λnOAOA光纖

OADM光纖光纖通路1

通路N通路2

λ/1PD

PD

PD

λ2

λnλ1λ/1λ2...λn復(fù)用器解復(fù)用器λ/1第13頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月§7.3WDM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)WDM系統(tǒng)的主要問題：光源波長(zhǎng)的穩(wěn)定；光信道的串?dāng)_；光纖色散和光纖的非線性效應(yīng)；

EDFA對(duì)各波長(zhǎng)信號(hào)的均勻有效放大；波長(zhǎng)的路由和分配；網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控和安全問題。第14頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月WDM系統(tǒng)的關(guān)鍵器件光源光合波/分波器光纖放大器光分插復(fù)用器OADM

光轉(zhuǎn)發(fā)器OTU

光交叉連接器OXC§7.3WDM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)第15頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月WDM傳輸系統(tǒng)用的光源

WDM光源應(yīng)具備的特性：?jiǎn)慰v模，窄線寬，動(dòng)態(tài)特性好波長(zhǎng)波定性高驅(qū)動(dòng)電流小體積小，易集成可高速調(diào)制常用光源：分布反饋（DFB）激光器分布布拉格反射（DBR）激光器光源調(diào)制

WDM系統(tǒng)中主要采用外調(diào)制器。目前應(yīng)用的光外調(diào)制器有馬赫－曾德爾調(diào)制器第16頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月合波分波器功能：將多個(gè)波長(zhǎng)不同的光信號(hào)復(fù)合后送入同一根光纖中傳送（復(fù)用器）將在一根光纖中傳送的多個(gè)不同波長(zhǎng)的光信號(hào)分解后送入不同的接收機(jī)（解復(fù)用器）特性要求：信道間的串?dāng)_小、損耗平坦、隔離度高損耗及其偏差小偏振相關(guān)性小溫度穩(wěn)定性好常見類型：光柵型、干涉濾波器型、集成光波導(dǎo)型OMODλ1λ2…λNλ1

λNλNλ1λ1λ2…λN第17頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月光放大器功能：補(bǔ)償傳輸損耗，延長(zhǎng)傳輸距離特性要求：高增益且在通帶內(nèi)增益平坦、高輸出、寬頻帶、低噪聲、增益特性與偏振不相關(guān)類型：

EDFA、TDFA(摻銩光纖放大器)、RFA第18頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月光放大器的增益帶寬第19頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月光轉(zhuǎn)發(fā)器功能：把非標(biāo)準(zhǔn)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)化為ITU-T所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)，以滿足系統(tǒng)的波長(zhǎng)兼容性。類型：光電光變化形式(O/E/O)；光光轉(zhuǎn)換形式(O/O)

目前使用的還是光/電/光的變換形式應(yīng)用：在發(fā)送端使用在中繼器使用在接收端使用第20頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月光分插復(fù)用設(shè)備（OADM）

OADM(OpticalAdd/DropMultiplexer)的功能：從OWDM系統(tǒng)中分下和插入一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)信道

OADM的原理：在結(jié)點(diǎn)本地先分接后復(fù)接多波長(zhǎng)輸入多波長(zhǎng)輸出DropAddODOM

OADM的幾種實(shí)現(xiàn)方法：平衡MZI+FBG；FBG+環(huán)形器輸入λ1λ2…λN輸出λ1λ2…λNλxλxOADM第21頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月光分插復(fù)用設(shè)備（OADM）FBGatλs平衡MZI+FBGλdropλaddλ1λ2…λNλ1λ2…λN輸入輸出3dB耦合器FBG+環(huán)行器環(huán)行器環(huán)行器123123……DropAddDEMUXMUX3dB耦合器λ1λ2…λN輸入λ1λ2…λN輸出第22頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月光分插復(fù)用設(shè)備（續(xù)）組網(wǎng)應(yīng)用λsλmOADMOADMOLTOLT鏈形OADMOADMOADMOADM環(huán)形第23頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月光交叉連接設(shè)備（OXC）光纖（空分）交叉連接器多光纖輸入輸出，每路光纖中可以是多波長(zhǎng)信號(hào)，交換的基本單位是一路光纖的容量基本開關(guān)單元：1×1；1×2；2×2波長(zhǎng)選擇交叉連接器WSXC波長(zhǎng)變換交叉連接器WIXC第24頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月利用OADM，OXC構(gòu)建WDM全光網(wǎng)絡(luò)第25頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月§7.4光時(shí)分復(fù)用OTDM時(shí)分復(fù)用（TDM）：將通信時(shí)間等價(jià)分成一系列間隙，每一間隙只傳播特定信號(hào)，各信號(hào)按時(shí)間順序輪流傳播。光時(shí)分復(fù)用（OTDM）的實(shí)質(zhì)：將多個(gè)高速電調(diào)制信號(hào)分別轉(zhuǎn)換為等速率光信號(hào)，然后在光層上利用超窄光脈沖進(jìn)行時(shí)域復(fù)用，將其調(diào)制為更高速率的光信號(hào)。OTDM關(guān)鍵技術(shù)：超窄光脈沖產(chǎn)生與調(diào)制、全光時(shí)分復(fù)用、全光時(shí)分解復(fù)用和定時(shí)提取。對(duì)這些技術(shù)，國內(nèi)外正在進(jìn)行大量理論和實(shí)驗(yàn)研究，有些技術(shù)有一些成熟方案，有些技術(shù)還存在著相當(dāng)大的困難。

第26頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月OTDM技術(shù)的基本原理單波長(zhǎng)工作簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)帶寬按需分配分組交換和路由統(tǒng)計(jì)復(fù)用數(shù)字再生第27頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月OTDM發(fā)展?fàn)顩rNTT:640Gbit/s[10Gbit/s×64ch(OTDM)]92公里3Tbit/s[10Gbit/s×16ch(OTDM)×19ch(WDM)]40公里Nortel2.56Tb/s[40Gbit/s×2ch(OTDM)×32ch(WDM)]120公里；OTDM前景展望十年間，OTDM網(wǎng)絡(luò)容量增加了100倍已經(jīng)出現(xiàn)商業(yè)化80Gb/sOTDM系統(tǒng)OTDM系統(tǒng)的潛在容量將達(dá)到Tb/s未來將構(gòu)建基于OTDM技術(shù)的全光網(wǎng)絡(luò)OTDM技術(shù)發(fā)展及展望第28頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月MIT,DECandAT&T工作組1996–

HLAN,網(wǎng)絡(luò)容量可以達(dá)到100Gb/s