光纖通信復用技術(shù)

1、光纖通信復用技術(shù)第1頁，共30頁，2022年，5月20日，4點58分，星期一主要內(nèi)容 光波分復用的基本概念 WDM系統(tǒng)的工作原理與基本結(jié)構(gòu) 光波分復用系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 光時分復用第2頁，共30頁，2022年，5月20日，4點58分，星期一7.1 光波分復用的基本概念波分（頻分）復用波分復用（WDM)頻分復用（OFDM)密集波分復用（DWDM)粗波分復用（CWDM)時分復用碼分復用空分復用副載波復用光纖通信復用技術(shù)第3頁，共30頁，2022年，5月20日，4點58分，星期一電時分復用（TDM）存在的問題：“電子瓶頸”限制： 10Gb/s40Gb/s光纖色散限制單波長通信系統(tǒng)遠不能有效利用光纖帶寬s

2、ignal1signal21 0 1 11 0 0 11 1 0 0 1 0 1 1TDM signal問題的提出第4頁，共30頁，2022年，5月20日，4點58分，星期一 波分復用（WDM）一根光纖同時傳輸幾個不同波長的光載波，每個光載波攜帶不同的信息-波分復用（WDM）1 2 3 4 WDM WDM發(fā)展歷程1977年首先提出1300/1550雙波長復用系統(tǒng)波長間隔200GHz(1.6nm) ；100GHz、50GHz目前水平：商用系統(tǒng)：4010Gb/s；實驗室：8240Gb/s=3.28Tb/sWDM技術(shù)成為目前光纖通信最具代表性的先進技術(shù)光纖問題的提出第5頁，共30頁，2022年，5月

3、20日，4點58分，星期一大容量光傳輸系統(tǒng)的發(fā)展網(wǎng)絡容量 目前320Gbit/s1998年160Gbit/s80Gbit/s 1997年40Gbit/s 1995/1996 1997/1998 1999/2000 2000+ 年份將來的技術(shù)320Gbit/s160Gbit/s80Gbit/s10Gbit/s20Gbit/s40Gbit/s5Gbit/s2.5Gbit/s4 816 32 48 1632STM-16STM-64DWDMEDFAG.655光纖光子集成長途光纖寬帶傳輸?shù)闹饕夹g(shù)方向第6頁，共30頁，2022年，5月20日，4點58分，星期一光纖損耗譜特性及單模光纖的帶寬資源第三傳輸窗

4、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 (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，共30頁，2022年，5月20日，4點58分，星期一光纖帶寬：|f|=|c/2|和分別為中心波長和相應的波段寬度， c為真空中光速波分復用（WDM）系統(tǒng)波長為1310nm的窗口：1.261.36m，相應的帶寬為17.5THz波長為1550nm的窗口：1.481.58m，相應的帶寬為12.5THz。兩個窗口合在一起，總帶寬超過30THz。如果信道頻率間隔為10

5、 GHz， 在理想情況下， 一根光纖可以容納3000個信道。波分復用（WDM）系統(tǒng)光纖的帶寬第8頁，共30頁，2022年，5月20日，4點58分，星期一波分復用定義、特點 波分復用 (Wavelength Division Multiplexing WDM) ：一根光纖同時傳輸多個不同波長的光載波，把光纖可能應用的波長范圍劃分成若干個波段，每個波段用作一個獨立的通道傳輸一種預定波長的光信號。 一般的看法,光載波復用數(shù)小于8波，信道間隔大于3.2nm的系統(tǒng)稱為波分復用(WDM)。 光載波復用數(shù)大于8波，信道間隔小于3.2nm的系統(tǒng)稱為密集波分復用（DWDM）。第9頁，共30頁，2022年，5月2

6、0日，4點58分，星期一 波分復用的密集程度與其他電通信的頻分復用密集程度相當時，就稱為光頻分復用 (OFDM)。 粗波分復用技術(shù)(CWDM)波長范圍：1280nm1625nmm；345nm波長間隔：20nm；16個信道在城域網(wǎng)中，更低的硬件成本、功耗和體積更小第10頁，共30頁，2022年，5月20日，4點58分，星期一WDM基本工作原理：在發(fā)送端將不同波長的光信號組合起來（復用），并耦合進光纜線路上同一根光纖中進行傳輸，在接收端將組合波長的光信號進行分離（解復用），并作進一步處理后恢復出原信號送入不同終端。7.2 WDM系統(tǒng)的工作原理與基本結(jié)構(gòu) 光發(fā)射機光發(fā)射機光發(fā)射機光發(fā)射機N 123E

7、DFA功放線放預放MUXDEMUX典型的點對點光纖通信系統(tǒng)1N 32光接收機光接收機光接收機光接收機第11頁，共30頁，2022年，5月20日，4點58分，星期一WDM系統(tǒng)波長區(qū)分配目前光波分復用系統(tǒng)的工作主要波長：15301565nm（C-band)第12頁，共30頁，2022年，5月20日，4點58分，星期一WDM系統(tǒng)的基本構(gòu)成光分路插入傳輸：通過在中間設置光分插復用器(OADM)或光交叉連接器(OXC)，可實現(xiàn)波長的上下路(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)務量分布情況，合理地安排插入或分出信號11,2.n通路1 通路N 通路2 1LD LD LD 2 波

8、長管理器nOAOA光纖 OADM 光纖光纖通路1 通路N 通路2 /1PD PD PD 2 n1/12.n復用器解復用器/1第13頁，共30頁，2022年，5月20日，4點58分，星期一7.3 WDM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)WDM系統(tǒng)的主要問題： 光源波長的穩(wěn)定； 光信道的串擾； 光纖色散和光纖的非線性效應； EDFA對各波長信號的均勻有效放大； 波長的路由和分配； 網(wǎng)絡的監(jiān)控和安全問題。第14頁，共30頁，2022年，5月20日，4點58分，星期一WDM系統(tǒng)的關(guān)鍵器件 光源 光合波/分波器 光纖放大器 光分插復用器OADM 光轉(zhuǎn)發(fā)器OTU 光交叉連接器OXC7.3 WDM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)第15頁，共30

9、頁，2022年，5月20日，4點58分，星期一WDM傳輸系統(tǒng)用的光源 WDM光源應具備的特性： 單縱模，窄線寬，動態(tài)特性好 波長波定性高 驅(qū)動電流小 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。目前應用的光外調(diào)制器有馬赫曾德爾調(diào)制器第16頁，共30頁，2022年，5月20日，4點58分，星期一合波分波器 功能： 將多個波長不同的光信號復合后送入同一根光纖中傳送（復用器） 將在一根光纖中傳送的多個不同波長的光信號分解后送入不同的接收機（解復用器） 特性要求： 信道間的串擾小、損耗平坦、隔離度高 損耗及其

10、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、集成光波導型OMOD1 2N1 NN11 2N第17頁，共30頁，2022年，5月20日，4點58分，星期一光放大器 功能： 補償傳輸損耗，延長傳輸距離 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，共30頁，2022年，5月20日，4點58分，星期一光放大器的增益帶寬第19頁，共30頁，2022年，5月20日，4點58分，星期一光轉(zhuǎn)發(fā)器 功能： 把非標準的波長轉(zhuǎn)化為ITU-T所規(guī)定的標準波長，以滿足系統(tǒng)的波長兼容性。 類

11、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/光的變換形式應用 ： 在發(fā)送端使用 在中繼器使用 在接收端使用第20頁，共30頁，2022年，5月20日，4點58分，星期一光分插復用設備（OADM） OADM(Optical Add/Drop Multiplexer)的功能：從OWDM系統(tǒng)中分下和插入一個或多個波長信道 OADM的原理：在結(jié)點本地先分接后復接多波長 輸入多波長 輸出DropAddODOM OADM的幾種實現(xiàn)方法：平衡MZI+FBG；FBG+環(huán)形器輸入1 2 N輸出1 2 NxxOADM第21頁，共30頁，2022年，5月20日，4點58分，星期

12、一光分插復用設備（OADM）FBG at s平衡MZI+FBGdropadd1 2 N 1 2 N 輸入輸出3dB耦合器FBG+環(huán)行器環(huán)行器環(huán)行器123123DropAddDEMUXMUX3dB耦合器1 2 N 輸入1 2 N 輸出第22頁，共30頁，2022年，5月20日，4點58分，星期一光分插復用設備（續(xù)）組網(wǎng)應用smOADMOADMOLTOLT鏈形OADMOADMOADMOADM環(huán)形第23頁，共30頁，2022年，5月20日，4點58分，星期一光交叉連接設備（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信號，交換的基本單位是一路光纖的容量基本開關(guān)單元：11；12

13、；22波長選擇交叉連接器WSXC波長變換交叉連接器WIXC第24頁，共30頁，2022年，5月20日，4點58分，星期一利用OADM，OXC構(gòu)建WDM全光網(wǎng)絡第25頁，共30頁，2022年，5月20日，4點58分，星期一7.4 光時分復用OTDM 時分復用（TDM）：將通信時間等價分成一系列間隙，每一間隙只傳播特定信號，各信號按時間順序輪流傳播。光時分復用（OTDM）的實質(zhì)：將多個高速電調(diào)制信號分別轉(zhuǎn)換為等速率光信號，然后在光層上利用超窄光脈沖進行時域復用，將其調(diào)制為更高速率的光信號。OTDM關(guān)鍵技術(shù)：超窄光脈沖產(chǎn)生與調(diào)制、全光時分復用、全光時分解復用和定時提取。對這些技術(shù)，國內(nèi)外正在進行大量

14、理論和實驗研究，有些技術(shù)有一些成熟方案，有些技術(shù)還存在著相當大的困難。 第26頁，共30頁，2022年，5月20日，4點58分，星期一OTDM技術(shù)的基本原理單波長工作簡化網(wǎng)絡 帶寬按需分配分組交換和路由統(tǒng)計復用 數(shù)字再生第27頁，共30頁，2022年，5月20日，4點58分，星期一OTDM發(fā)展狀況NTT:640Gbit/s 10Gbit/s64ch (OTDM) 92公里3Tbit/s 10Gbit/s16ch (OTDM)19ch (WDM) 40公里Nortel2.56Tb/s 40Gbit/s2ch (OTDM)32ch (WDM) 120公里；OTDM前景展望十年間，OTDM 網(wǎng)絡容量增加了100倍已經(jīng)出現(xiàn)商業(yè)化 80Gb/s OTDM系統(tǒng)OTDM系統(tǒng)的潛在容量將達到Tb/s 未來將構(gòu)建基于OTDM技術(shù)的全光網(wǎng)絡OTDM技術(shù)發(fā)展及展望第28頁，共30頁，2022年，5月20日，4點58分，星期一MIT, DEC and AT&T 工作組1996 HLAN, 網(wǎng)絡容量可以達到100Gb/s1999 首次采