1、第七章 光纤通信复用技术,主要内容,光波分复用的基本概念WDM系统的工作原理与基本结构光波分复用系统的关键技术光时分复用,7.1 光波分复用的基本概念,波分（频分）复用 波分复用（WDM) 频分复用（OFDM) 密集波分复用（DWDM) 粗波分复用（CWDM) 时分复用 码分复用 空分复用 副载波复用,光纤通信复用技术,电时分复用（TDM）存在的问题： “电子瓶颈”限制：10Gb/s40Gb/s 光纤色散限制 单波长通信系统远不能有效利用光纤带宽,问题的提出,波分复用（WDM） 一根光纤同时传输几个不同波长的光载波，每个光载波携带不同的信息-波分复用（WDM）,1 2 3 4,WDM,WDM发
2、展历程,1977年首先提出 1300/1550双波长复用系统 波长间隔200GHz(1.6nm) ；100GHz、50GHz 目前水平：商用系统：4010Gb/s；实验室：8240Gb/s=3.28Tb/s WDM技术成为目前光纤通信最具代表性的先进技术,光纤,问题的提出,大容量光传输系统的发展,DWDMEDFAG.655光纤光子集成 长途光纤宽带传输的主要技术方向,光纤损耗谱特性及单模光纤的带宽资源,第三传输窗口,第二传输窗口,第一传输窗口,1300,1550,850,紫外吸收,红外吸收,瑞利散射,0.2,2.5,损 耗 (dB/km),波 长 (nm),OH离子吸收峰,光纤带宽： 1300
3、nm窗口约100nm， 1550nm窗口约100nm， 共200nm，约30THz,光纤带宽：|f|=|c/2| 和分别为中心波长和相应的波段宽度， c为真空中光速 波分复用（WDM）系统 波长为1310nm的窗口：1.261.36m，相应的带宽为17.5THz 波长为1550nm的窗口：1.481.58m，相应的带宽为12.5THz。 两个窗口合在一起，总带宽超过30THz。如果信道频率间隔为10 GHz， 在理想情况下， 一根光纤可以容纳3000个信道。,波分复用（WDM）系统光纤的带宽,波分复用定义、特点,波分复用 (Wavelength Division Multiplexing WD
4、M) ：一根光纤同时传输多个不同波长的光载波，把光纤可能应用的波长范围划分成若干个波段，每个波段用作一个独立的通道传输一种预定波长的光信号。一般的看法,光载波复用数小于8波，信道间隔大于3.2nm的系统称为波分复用(WDM)。光载波复用数大于8波，信道间隔小于3.2nm的系统称为密集波分复用（DWDM）。,波分复用的密集程度与其他电通信的频分复用密集程度相当时，就称为光频分复用 (OFDM)。粗波分复用技术(CWDM) 波长范围：1280nm1625nmm；345nm 波长间隔：20nm；16个信道 在城域网中，更低的硬件成本、功耗和体积更小,WDM基本工作原理： 在发送端将不同波长的光信号组
5、合起来（复用），并耦合进光缆线路上同一根光纤中进行传输，在接收端将组合波长的光信号进行分离（解复用），并作进一步处理后恢复出原信号送入不同终端。,7.2 WDM系统的工作原理与基本结构,WDM系统波长区分配,目前光波分复用系统的工作主要波长：15301565nm（C-band),WDM系统的基本构成,光分路插入传输： 通过在中间设置光分插复用器(OADM)或光交叉连接器(OXC)，可实现波长的上下路(Add/Drop)和路由分配，这样就可以根据光纤通信线路和光网的业务量分布情况，合理地安排插入或分出信号,7.3 WDM系统的关键技术,WDM系统的主要问题：光源波长的稳定；光信道的串扰；光纤色散
6、和光纤的非线性效应；EDFA对各波长信号的均匀有效放大；波长的路由和分配；网络的监控和安全问题。,WDM系统的关键器件光源光合波/分波器光纤放大器光分插复用器OADM光转发器OTU光交叉连接器OXC,7.3 WDM系统的关键技术,WDM传输系统用的光源,WDM光源应具备的特性：单纵模，窄线宽，动态特性好 波长波定性高驱动电流小体积小，易集成可高速调制常用光源： 分布反馈（DFB）激光器分布布拉格反射（DBR）激光器光源调制WDM系统中主要采用外调制器。目前应用的光外调制器有马赫曾德尔调制器,合波分波器,功能：将多个波长不同的光信号复合后送入同一根光纤中传送（复用器）将在一根光纤中传送的多个不同
7、波长的光信号分解后送入不同的接收机（解复用器） 特性要求：信道间的串扰小、损耗平坦、隔离度高损耗及其偏差小偏振相关性小温度稳定性好常见类型 ： 光栅型、干涉滤波器型、集成光波导型,OM,OD,1 2N,1,N,N,1,1 2N,光放大器,功能：补偿传输损耗，延长传输距离特性要求：高增益且在通带内增益平坦、高输出、宽频带、低噪声、增益特性与偏振不相关 类型 ：EDFA、TDFA(掺铥光纤放大器 )、RFA,光放大器的增益带宽,光转发器,功能：把非标准的波长转化为ITU-T所规定的标准波长，以满足系统的波长兼容性。 类型： 光电光变化形式(O/E/O)；光光转换形式(O/O)目前使用的还是光/电/
8、光的变换形式 应用 ：在发送端使用在中继器使用在接收端使用,光分插复用设备（OADM）,OADM(Optical Add/Drop Multiplexer)的功能：从OWDM系统中分下和插入一个或多个波长信道OADM的原理：在结点本地先分接后复接,OADM的几种实现方法：平衡MZI+FBG；FBG+环形器,光分插复用设备（OADM）,FBG at s,平衡MZI+FBG,drop,add,1 2 N,1 2 N,输入,输出,3dB耦合器,FBG+环行器,环行器,环行器,1,2,3,1,2,3,Drop,Add,DEMUX,MUX,3dB耦合器,1 2 N,输入,1 2 N,输出,光分插复用设备
9、（续）,组网应用,s,m,OADM,OADM,OLT,OLT,链形,OADM,OADM,OADM,OADM,环形,光交叉连接设备（OXC）,光纤（空分）交叉连接器 多光纤输入输出，每路光纤中可以是多波长信号，交换的基本单位是一路光纤的容量 基本开关单元：11；12；22 波长选择交叉连接器WSXC 波长变换交叉连接器WIXC,利用OADM，OXC构建WDM全光网络,7.4 光时分复用OTDM,时分复用（TDM）： 将通信时间等价分成一系列间隙，每一间隙只传播特定信号，各信号按时间顺序轮流传播。 光时分复用（OTDM）的实质： 将多个高速电调制信号分别转换为等速率光信号，然后在光层上利用超窄光脉
10、冲进行时域复用，将其调制为更高速率的光信号。 OTDM关键技术： 超窄光脉冲产生与调制、全光时分复用、全光时分解复用和定时提取。 对这些技术，国内外正在进行大量理论和实验研究，有些技术有一些成熟方案，有些技术还存在着相当大的困难。,OTDM技术的基本原理,单波长工作 简化网络 带宽按需分配 分组交换和路由 统计复用 数字再生,OTDM发展状况 NTT: 640Gbit/s 10Gbit/s64ch (OTDM) 92公里 3Tbit/s 10Gbit/s16ch (OTDM)19ch (WDM) 40公里 Nortel 2.56Tb/s 40Gbit/s2ch (OTDM)32ch (WDM)
11、 120公里； OTDM前景展望 十年间，OTDM 网络容量增加了100倍 已经出现商业化 80Gb/s OTDM系统 OTDM系统的潜在容量将达到Tb/s 未来将构建基于OTDM技术的全光网络,OTDM技术发展及展望,MIT, DEC and AT&T 工作组 1996 HLAN, 网络容量可以达到100Gb/s 1999 首次采用远端桥接技术，实现HLAN的互连。 Princeton大学 1996 8 节点ShuffleNet OTDM网络 1998 24 节点ShuffleNet OTDM网络 BT实验室 1996 采用ADM的3节点OTDM网络, 容量达到40Gb/s 1997 690节点OTDM网络，容量达到160Gb/s,OTDM 网络应用,OTDM骨干交换,
