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1、1第七章第七章光纤通信复用技术光纤通信复用技术2主要内容v 光波分复用的基本概念v WDM系统的工作原理与基本结构v 光波分复用系统的关键技术v 光时分复用37.1 光波分复用的基本概念n波分（频分）复用n波分复用（WDM)n频分复用（OFDM)n密集波分复用（DWDM)n粗波分复用（CWDM)n时分复用n码分复用n空分复用n副载波复用光 纤 通 信 复 用 技 术4n电时分复用（TDM）存在的问题：n“电子瓶颈”限制：10Gb/s40Gb/sn光纤色散限制n单波长通信系统远不能有效利用光纤带宽signal1signal21 0 1 11 0 0 11 1 0 0 1 0 1 1TDM sig
2、nal问题的提出5n 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 WDMn WDM发展历程n1977年首先提出n1300/1550双波长复用系统n波长间隔200GHz(1.6nm) ；100GHz、50GHzn目前水平：商用系统：4010Gb/s；实验室： 8240Gb/s=3.28Tb/snWDM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6大容量光传输系统的发展网络容量目前 320Gbit/s1998年160Gbit/s80Gbit/s1997年40Gbit/s1995/1996 1997/1998 19
3、99/2000 2000+ 年份将来的技术320Gbit/s160Gbit/s80Gbit/s10Gbit/s20Gbit/s40Gbit/s5Gbit/s2.5Gbit/s4816 32481632STM-16STM-64DWDMEDFAG.655光纤光子集成 长途光纤宽带传输的主要技术方向7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13001550850紫外吸收红外吸收瑞利散射0.22.5损 耗 (dB/km)波 长 (nm)OH离子吸收峰光纤带宽： 1300nm窗口约100nm， 1550nm窗口约100nm， 共200nm，约30THz8n光纤带宽：|f|=
4、|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n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9波分复用定义、特点n 波分复用 (Wavelength Division Multiplexing WDM) ：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
5、个 波段用作一个独立的通道传输一种预定波长的光信号 。q 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)。q 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）。10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11WDM基本工作原理： 在发送端将不同波长的光信号组合起来（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
6、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 光发射机光发射机光发射机光发射机N 1 23EDFA功放线放预放MUXDEMUX典型的点对点光纤通信系统1N 32光接收机光接收机光接收机光接收机12WDM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)13WDM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11,2
7、.n通路1通路N 通路21 LDLDLD2波长管理器nOAOA光纤 OADM 光纤光纤通路 1通路N 通路 2/1PDPDPD2n1/12.n复 用 器解 复 用 器/1147.3 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。15WDM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OXC7.3 WDM系统的关键技术16WDM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
8、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17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OMOD1 2N1 NN11 2N18光放大器 功能： 补偿传输损耗，延长传输距离 特性要求：
9、 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 19光放大器的增益带宽20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/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21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多
10、波长 输入多波长 输出DropAddODOM OADM的几种实现方法：平衡MZI+FBG；FBG+环形器输入1 2 N 输出1 2 NxxOADM22光分插复用设备（OADM）FBG at s平衡MZI+FBGdropadd1 2 N 1 2 N 输入输出3dB耦合器FBG+环行器环行器环行器 123123DropAddDEMUXMUX3dB耦合器1 2 N 输入 1 2 N 输出23光分插复用设备（续）组 网 应 用smOADMOADMO L TO L T 链形OADMOADMOADMOADM环形24光交叉连接设备（OXC）n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
11、，交换的基本单位是一路光纤的容量基本开关单元：11；12；22n波长选择交叉连接器WSXCn波长变换交叉连接器WIXC25利用OADM，OXC构建WDM全光网络267.4 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
12、些技术还存在着相当大的困难。 27OTDM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28v OTDM发展状况nNTT:n640Gbit/s 10Gbit/s64ch (OTDM) 92公里n3Tbit/s 10Gbit/s16ch (OTDM)19ch (WDM) 40公里nNorteln2.56Tb/s 40Gbit/s2ch (OTDM)32ch (WDM) 120公里；v OTDM前景展望n十年间，OTDM 网络容量增加了100倍n已经出现商业化 80Gb/s OTDM系统nOTDM系统的潜在容量将达到Tb/s n未来将构建基于OTDM技术的全光网络OTDM技术发展及展望29nMIT, DEC and AT&T 工作组1996 HLAN, 网络容量可以达到100Gb/s1999 首次采用远端桥接技术，实现HLAN的互连。 nPrinceton大学 1996 8 节点ShuffleNet OTDM网络 1998 24 节点ShuffleNet OTDM网络nBT实验室1996 采用ADM的3节点OTDM网络, 容量达到40Gb/s1997 690节点OTDM网络，容量达到160Gb/sOTDM 网络应用30OTDM骨干交换
