光纤通信_第8章_光复用技术概要课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,1,光复用技术,秦建秋,李亮,1光复用技术秦建秋,2,1.,光复用技术的基本概念,2.,光时分复用技术,3.,光波分复用技术,4.,密集波分复用技术的非线性串扰,内容简介：,21.光复用技术的基本概念 2.光时分复用技术3.光,3,光纤通信,单信道速率,40Gbit/s,，与光纤带宽潜力相比相差巨大，有,潜力可挖,。,电复用技术实验室已到,40Gbit/s,，但受电子迁移速率限制，进一步提高速率已十分困难。,克服电复用的这一,“,瓶颈,”,，进一步提高光纤频带的利用率，只有采用,光复用技术,。,8.1,光复用技术的基本概念,3 光纤通信单信道速率40Gbit/s，与光,4,8.1,光复用技术的基本概念,复用技术,：,为提高通信线路利用率，采用同一传输线路上,同时传输多路不同信号,而,互不干扰,的技术,把,通信资源（,带宽、时隙）,固定分配,给各个终端。一旦分配确定，,这个终端,是否通信，都占用这个频带或时隙，直到拆线为止。,比如：电话,两种复用方式,:,1.,静态复用（同步复用）,48.1 光复用技术的基本概念 复用技术：为提高通信线路利用,8.1,光复用技术的基本概念,2.,动态复用（统计复用）,全称“统计时分多路复用”,(Statistical Time Division Multiplexing,，,STDM,),，或称“异步时分多路复用”。,只把需要传送信息的终端接入公共信道，,“,动态地”按需分配,其时隙。从而更有效提高了线路利用率。,统计表明：统计复用比静态时分复用提高传输效率,2,4,倍,。,比如：数据通信,-Internet,5,8.1 光复用技术的基本概念 2.动态复用（统计复用）,注意,：,上述复用技术能,增加线路容量，提高线路利用率,。,但相对于巨大的光纤带宽潜能，单独采用某一复用技术还只能是使用光纤的很小一部分带宽资源，为此，可以,复合采用几种复用技术,。,例如：在每个时隙,先采用码分复用,，,再采用时分复用,，然后将时分复用以后的信号再,调制在不同的波长上,。,8.1,光复用技术的基本概念,6,注意：上述复用技术能增加线路容量，提高线路利,8.2,光时分复用技术,电子器件的极限速率大约在,40Gb/s,左右，现在通过电时分复用,(TDM),已经达到这个,极限速率,。,光时分复用(,OTDM),的原理与电时分复用相同，只不过电时分复用是在,电域中,完成，而光时分复用是在,光域中,进行，即将高速的光支路数据流(例如10,Gbit/s，,甚至40,Gbit/s),直接复用进光域，产生极高比特率的合成光数据流。目前能查到的,OTDM,技术实现的单信道复用速率为,640Gbit/s,。,7,8.2 光时分复用技术 电子器件的极限速率,8.2,光时分复用技术,如今,WDM,技术研究非常热，有的技术已经成熟并实用化；而,OTDM,技术还处于,实验研究阶段,，许多关键技术还有待解决。,超短光脉冲光源；,超短光脉冲的长距离传输和色散抑制技术；,帧同步及路序确定技术；,光时钟提取技术；,全光解复用技术。,8,8.2 光时分复用技术 如今WDM技术研,9,8.2,光时分复用技术,根据每个支路每次复用的比特数的不同，分成：,比特交错,OTDM,（一个比特）,；,分组交错,OTDM,（若干个比特）,；,它们都需要利用,帧脉冲信号（帧同步信号，帧头）,区分不同的复用数据或分组。,98.2 光时分复用技术 根据每个支路每次,8.2,光时分复用技术,1.,比特交错,OTDM,：每个时隙对应一个待复用的支路信息,(,一个比特,),，同时有一个帧脉冲信息，形成高速的,OTDM,信号。,主要用于,电路交换业务,。,10,8.2 光时分复用技术 1.比特交错OTD,11,2.,分组交错,OTDM,：每个时隙对应一个待复用支路的分组信息,(,若干个比特,),，帧脉冲作为不同分组的界限。,主要用于,分组交换业务,，分组变换业务可以和,IP,相结合，有广阔的前景。,8.2,光时分复用技术,11 2.分组交错OTDM：每个时隙对应一个待,8.2.1,比特交错,OTDM,复用,：,（,1,）,锁模激光器,产生窄脉冲周期序列；,（,2,）,分路器,把其分路为,n+1,路；,（,3,）每路窄脉冲周期序列经外调制，调制后信号经过适当长度,硅光纤,延时,i,；,（,1,）,（,2,）,（,3,）,帧脉冲,比特交错时分复用原理图,12,8.2.1 比特交错OTDM 复用：（1）锁模激光器,8.2.1,比特交错,OTDM,复用,：,（,4,）外调制器的各支路光脉冲流输出,+,帧脉冲流相结合,=,比特交错光时分复用数据流。,（,1,）,（,2,）,（,3,）,帧脉冲,比特交错时分复用原理图,（,4,）,13,8.2.1 比特交错OTDM 复用：（4）外,8.2.2,分组交错光时分复用,复用,:,（,1,）,与比特交错光复用一样,，首先锁模激光器产生窄脉冲周期序列，经分路器分成,n,路，每路经一路支路数据流外调制。,分组交错光时分复用的调制波形图,（,1,）,14,（,1,）,8.2.2 分组交错光时分复用 复用:（1）与比特交错光复用,8.2.2,分组交错光时分复用,复用：,（,2,）为了减小脉冲的间隔以便实现分组交错复用，每支路调制后的光数据流需经过一个,多级压缩器进行压缩,。,若每分组信息比特数为,n,，压缩级数,k=log,2,n,（,n=8,，,k=3,）。,（,1,）,（,2,）,15,第一级压缩后，第,1,、,3,、,5,、,7,比特被延迟,(T-),时间；,第二级压缩后，第,(1,、,2),、,(5,、,6),、,(9,、,10),比特被延迟,2(T-),时间；,第三级压缩后，第,(1,、,2,、,3,、,4),、,(9,、,10,、,1l,、,12),比特被延迟,4(T-),时间,。,8.2.2 分组交错光时分复用 复用：（2）为了减小脉冲的间,8.2.2,分组交错光时分复用,复用,：（,3,）经过不同的延迟,n,路信号,+,帧同步脉冲,=,分组交错光时分复用数据流,。,16,8.2.2 分组交错光时分复用 复用：（3）经过不同的延迟n,17,8.3,光波分复用技术,光波分复用,(WDM),技术是在一根光纤中同时传输,多个波长光信号,的一项技术。,基本原理：在发送端将不同波长的光信号组合起来,(,复用,),，并,耦合到,光缆线路上的,同一根光纤,中进行传输，在接收端又将组合波长的光信号分开,(,解复用,),，恢复出原信号后送入不同的终端。因此称为,光波长分割复用技术,，简称,光波分复用技术,。,178.3 光波分复用技术 光波分复用(WD,18,8.3,光波分复用技术,光纤的带宽有多宽？,光纤两个低损耗传输窗口：波长为,1.31 m,(1.25,1.35m),的窗口，相应的带宽,(,|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,),为,17700 GHz,；波长为,1.55 m,(1.50,1.60 m),的窗口，相应的带宽为,12500 GHz,。,两个窗口合一起，总带宽超过,30THz,。如果信道频率间隔为,10 GHz,，理想情况下，一根光纤可容纳,3000,个信道。,称作,全波光纤,。,188.3 光波分复用技术 光纤的带宽有多宽？,8.3,光波分复用技术,一些光器件与技术还不十分成熟，,光频分复用,(OFDM),困难（,0.1nm,）。,在这种情况下，信道间隔较小称为,密集波分复用,(DWDM,：,Dense Wavelength Division Multiplexing),（,1.6,、,0.8nm,或更低）。,在,1550 nm,波长区段内，同时,用,8,，,16,或更多个波长,在一对光纤上,(,也可采用单光纤,),构成的光通信系统，对应于,200 GHz,100 GHz,或更窄的带宽。,19,8.3 光波分复用技术 一些光器件与技术还,WDM,、,DWDM,和,OFDM,在本质上没有多大区别,以往技术人员习惯采用,WDM,和,DWDM,来区分是,1310/1550 nm,简单复用,还是在,1550 nm,波长区段内,密集复用,，但,目前在电信界应用时，都采用,DWDM,技术。,8.3,光波分复用技术,20,早期，没有合适的光放大器，,WDM,只具有,1310nm,和,1550nm,两个通道。,WDM、DWDM和OFDM在本质上没有多大区别8.3 光,8.3,光波分复用技术,1310nm/1550nm,窗口的波分复用,(WDM),：仍用于,接入网,，但很少用于长距离传输,1550nm,窗口的密集波分复用,(DWDM),：可广泛用于,长距离传输,，用于建设全光网络,由于,1310/1550 nm,的复用超出了,EDFA,的增益范围，只在一些专门场合应用，所以,经常用,WDM,这个更广义的名称来代替,DWDM,。,21,8.3 光波分复用技术 1310nm,22,8.3,光波分复用技术,WDM,技术的主要特点,1.,充分利用光纤的巨大带宽资源,单光纤，,WDM,传输容量是单波长,几倍、几十倍、几百倍,，,2000,年，加拿大,LMGR,，一根光纤传输,65536,个波长信号。,2.,节省大量光纤,3.,信号透明传输,各波长的信道相互独立，可传输特性和速率完全不同的信号，完成,各种电信业务信号的综合传输,，如,PDH,信号和,SDH,信号，数字信号和模拟信号，多种业务,(,音频、视频、数据等,),的混合传输等。,228.3 光波分复用技术 WDM技术的主要特点,8.3,光波分复用技术,WDM,技术的主要特点,4.,高度的组网灵活性、经济性和可靠性,很多应用形式，如长途干线网、广播分配网、多路多址局域网。可以利用,WDM,技术选择路由,，实现网络交换和故障恢复，从而实现未来的透明、灵活、经济且具有高度生存性的,光网络,。,5.,降低器件的超高速要求,随着传输速率的不断提高，许多光电器件的响应速度已明显不足，使用,WDM,技术可降低对一些器件在性能上的极高要求，同时又可实现大容量传输。,23,8.3 光波分复用技术 WDM技术的主要特点23,24,WDM,技术对网络升级、发展宽带业务,(,如,CATV,，,HDTV,和,IP over WDM,等,),、充分挖掘光纤带宽潜力、实现超高速光纤通信等具有十分重要意义，尤其是,WDM,加上,EDFA,更是对现代信息网络具有强大的吸引力。,“,掺铒光纤放大器,(EDFA),+,密集波分复用,(WDM),+,非零色散光纤,(NZDSF,，,即,G.655,光纤,),+,光子集成,(PIC),”,正成为国际上长途高速光纤通信线路的主要技术方向。,8.3,密集波分复用技术,24 WDM技术对网络升级、发展宽带业务(如C,25,8.3.1 WDM,系统基本类型,WDM,系统从不同角度可分为不同类型，常分为：,（,1,）从传输方向，可分为：,双纤单向波分复用系统,；,单纤双向波分复用系统,；,（,2,）从光接口类型，可分为：,集成式波分复用系统,；,开放式波分复用系统,。,258.3.1 WDM系统基本类型 WDM系统从不同角度可分,8.3.1 WDM,系统基本类型,-,传输方向,1.,双纤单向传输,单向,WDM,是指所有光路同时在一根光纤上沿,同一方向,传送，如下图。,双纤单向传输示意图,26,原理上，复用器和解复用器,互易的,(,双向可逆,),，,相同的（除非特殊要求）,8.3.1 WDM系统基本类型-