第9讲光纤通信新技术1.ppt

光通信新技术光通信新技术2023-11-162lPDH系统系统 SDH系统系统l波分复用波分复用 WDM 密集波分复用密集波分复用 DWDMl副载波复用通信副载波复用通信l新型光纤研制新型光纤研制l光放大技术光放大技术l光交换技术光交换技术 l相干光通信相干光通信l光弧子通信光弧子通信目前光纤通信的目前光纤通信的热点热点 研究方向最终实现全光通信研究方向最终实现全光通信!2023-11-163主要内容主要内容 一、一、波分复用波分复用WDM WDM 二、二、光弧子通信光弧子通信三、三、2023-11-164l波分复用波分复用 Wavelength Division Multiplexing WDMl频分复用频分复用 Frequency Division Multiplexing FDM FDMFDM与与WDMWDM在本质上是没有区别的。在本质上是没有区别的。通常把光载波间隔在通常把光载波间隔在1nm1nm以上的系统称为以上的系统称为WDMWDM或或DWDM;DWDM;当光载波间隔在当光载波间隔在1nm1nm以下的系统称为以下的系统称为FDMFDMl时分复用时分复用 Time Division Multiplexing TDM 将一帧时间将一帧时间T T划分为划分为n n个时隙，每一个时隙只传输固定的信道，个时隙，每一个时隙只传输固定的信道，与与TDMTDM相比，相比，OTDMOTDM中电光和光电转换分别位于复用之前和解复用之后，中电光和光电转换分别位于复用之前和解复用之后，电子器件及电子器件及E/OE/O和和O/EO/E变换单元只工作于支路信号速率上。变换单元只工作于支路信号速率上。目前技术难点在于接收精确同步。目前技术难点在于接收精确同步。l空分复用空分复用 Space Division Multiplexing SDMl副载波复用副载波复用 Subcarrier Division Multiplexing SCM第一节第一节 波分复用波分复用WDMWDM各种复用方式各种复用方式 2023-11-1651.波分复用的基本概念波分复用的基本概念 波分复用是光纤通信中的波分复用是光纤通信中的一种传输技术一种传输技术,它利用了一根它利用了一根光纤可以同时传输多个不同波长的光载波的特点光纤可以同时传输多个不同波长的光载波的特点,把光纤可把光纤可能应用的波长范围划分成若干个波段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。通常将波分复用缩立的通道传输一种预定波长的光信号。通常将波分复用缩写为写为WDMWDM。光波分复用的实质是在光纤上进行光波分复用的实质是在光纤上进行光频分复用光频分复用每个波每个波长之间的间隔宽度也有差别。按照通道间隔的差异，长之间的间隔宽度也有差别。按照通道间隔的差异，WDMWDM可可以细分为以细分为:WWDMWWDM （Wide-WDM,Wide-WDM,通道间隔等于或者大于通道间隔等于或者大于25nm25nm）MWDMMWDM (Mid-WDM,(Mid-WDM,通道间隔小于通道间隔小于25 nm,25 nm,而大于而大于3.2 nm)3.2 nm)DWDMDWDM (Dense-WDM,(Dense-WDM,通道间隔小于或者等于通道间隔小于或者等于3.2 nm)3.2 nm)。通道可以是等间隔的，也可以是非等间隔的。通道可以是等间隔的，也可以是非等间隔的。2023-11-1662.2.单模光纤的频带资源单模光纤的频带资源 光纤的带宽很宽。如图所示，在光纤的两个低损耗光纤的带宽很宽。如图所示，在光纤的两个低损耗传输窗口：传输窗口：波长为波长为1.31um(1.251.31um(1.251.35um)1.35um)的窗口，相应的窗口，相应的带宽为的带宽为17700 GHz17700 GHz；波长为波长为 1.55um(1.501.55um(1.501.60um)1.60um)窗窗口，相应的带宽为口，相应的带宽为12500 GHz12500 GHz。两个窗口合在一起，总。两个窗口合在一起，总带宽超过带宽超过30 THz30 THz。如果信道频率间隔为。如果信道频率间隔为10GHz10GHz，在理想，在理想情况下，一根光纤可以容纳情况下，一根光纤可以容纳30003000个信道。个信道。2023-11-167 DWDMDWDM系统是在系统是在1550 nm波长区段内，同时用波长区段内，同时用8，16或更多个或更多个波长在一对光纤上波长在一对光纤上(也可采用单光纤也可采用单光纤)构成的光通信系统，其中各构成的光通信系统，其中各个波长之间的间隔为个波长之间的间隔为1.6 nm、0.8 nm或更低，约对应于或更低，约对应于200 GHz,100 GHz或更窄的带宽。或更窄的带宽。WDMWDM、DWDMDWDM和和OFDMOFDM在本质上没有多大区别在本质上没有多大区别 以往技术人员习惯采用以往技术人员习惯采用WDM 和和DWDM来区分是来区分是1310/1550 nm 简单复用还是在简单复用还是在1550 nm波长区段内密集复用，但波长区段内密集复用，但目前在电目前在电信界应用时，都采用信界应用时，都采用DWDM技术。技术。由于由于1310/1550 nm的复用超出了的复用超出了EDFA的增益范围，只在一的增益范围，只在一些专门场合应用，所以些专门场合应用，所以经常用经常用WDM这个更广义的名称来代替这个更广义的名称来代替DWDM。2023-11-168 WDM技术对网络升级、发展宽带业务技术对网络升级、发展宽带业务(如如CATV，HDTV 和和IP over WDM等等)、充分挖掘光、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，尤其是意义，尤其是WDM加上加上EDFA更是对现代信息网更是对现代信息网络具有强大的吸引力。络具有强大的吸引力。目前，目前，“掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器(EDFA)+密集波分复密集波分复用用(WDM)+非零色散光纤非零色散光纤(NZDSF，即，即G.655光纤光纤)+光子集成光子集成(PIC)”正成为国际上长途高速光纤通信线正成为国际上长途高速光纤通信线路的主要技术方向。路的主要技术方向。2023-11-169 如果一个区域内所有的光纤传输链路都升级为如果一个区域内所有的光纤传输链路都升级为WDM传输，传输，我们就可以在这些我们就可以在这些WDM链路的交叉链路的交叉(结点结点)处设置以处设置以波长为单位波长为单位对光信号进行交叉连接的光交叉连接设备对光信号进行交叉连接的光交叉连接设备(OXC)(OXC)，或进行光上下或进行光上下路的路的光分插复用器光分插复用器(OADM)(OADM)，则在原来由光纤链路组成的物理层上，则在原来由光纤链路组成的物理层上面就会形成一个新的光层。面就会形成一个新的光层。在这个光层中，相邻光纤链路中的波长通道可以连接起来，在这个光层中，相邻光纤链路中的波长通道可以连接起来，形成一个跨越多个形成一个跨越多个OXC和和OADM的光通路，完成端到端的信息的光通路，完成端到端的信息传送，并且这种光通路可以根据需要灵活、动态地建立和释放，传送，并且这种光通路可以根据需要灵活、动态地建立和释放，这就是目前引人注目的、这就是目前引人注目的、新一代的新一代的WDM全光网络。全光网络。2023-11-1610 光波分复用器和解复用器是光波分复用器和解复用器是WDM技术中的关键部件，将不技术中的关键部件，将不同波长的信号结合在一起经一根光纤输出的器件称为同波长的信号结合在一起经一根光纤输出的器件称为复用器复用器(也也叫合波器叫合波器)。反之，经同一传输光纤送来的多波长信号分解为各个波长反之，经同一传输光纤送来的多波长信号分解为各个波长分别输出的器件称为分别输出的器件称为解解复用器复用器(也叫分波器也叫分波器)。从原理上讲，从原理上讲，这种器件是互易的这种器件是互易的(双向可逆双向可逆)，即只要将解，即只要将解复用器的输出端和输入端反过来使用，复用器的输出端和输入端反过来使用，就是复用器。就是复用器。因此复用器和解复用器是相同的因此复用器和解复用器是相同的(除非有特殊的要求除非有特殊的要求)。3.WDM3.WDM系统的基本形式系统的基本形式2023-11-1611WDM系统的基本构成主要有以下两种形式：系统的基本构成主要有以下两种形式：1）双纤单向传输双纤单向传输。单向。单向WDM传输传输是指是指所有光通路同时在所有光通路同时在一根光纤上沿同一方向传送。如图所示，在发送端将载有一根光纤上沿同一方向传送。如图所示，在发送端将载有各种信息的、具有不同波长的各种信息的、具有不同波长的已调光信号已调光信号1，2，n通通过光复用器组合在一起，并在一根光纤中过光复用器组合在一起，并在一根光纤中单向传输单向传输。由于。由于各信号是通过不同光波长携带的，因而彼此之间不会混淆各信号是通过不同光波长携带的，因而彼此之间不会混淆。在接收端通过光解复用器将不同波长的信号分开，完成。在接收端通过光解复用器将不同波长的信号分开，完成多路光信号传输的任务。反方向通过另一根光纤传输的原多路光信号传输的任务。反方向通过另一根光纤传输的原理与此相同。理与此相同。2023-11-1612WDM系统的基本形式系统的基本形式(续续)（2）单纤双向传输单纤双向传输。双向。双向WDM传输是指光通路传输是指光通路在一根光纤上在一根光纤上同时同时向两个不同的方向传输。如向两个不同的方向传输。如图所示，图所示，所用波长相互分开所用波长相互分开，以实现，以实现双向全双双向全双工工的通信。的通信。(关键点）关键点）2023-11-1613WDM系统的基本形式系统的基本形式(续续)双向双向WDM系统在设计和应用时必须要系统在设计和应用时必须要考虑几个关考虑几个关键的系统因素键的系统因素:为了抑制多通道干扰（为了抑制多通道干扰（MPI），必须注意到），必须注意到光光反射反射的影响、双向通路之间的的影响、双向通路之间的隔离隔离、串扰串扰的类型和的类型和数值、两个方向传输的功率电平值和相互间的依赖数值、两个方向传输的功率电平值和相互间的依赖性、性、光监控信道光监控信道（OSC）传输和自动功率关断等问）传输和自动功率关断等问题。题。同时要使用同时要使用双向光纤放大器双向光纤放大器，所以双向所以双向WDM系统的开发和应用相对说来要求较高，但与单向系统的开发和应用相对说来要求较高，但与单向WDM系统相比，双向系统相比，双向WDM系统可以系统可以减少减少使用光纤使用光纤和线路放大器的数量。和线路放大器的数量。2023-11-1614四、光波分复用器的性能参数四、光波分复用器的性能参数 另外，通过在中间设置另外，通过在中间设置光分插复用器光分插复用器（OADM）或）或光交叉连接器光交叉连接器（OXC），可使各），可使各波长光信号进行合流与分流，实现波长的上下波长光信号进行合流与分流，实现波长的上下路（路（AddDrop）和）和路由分配路由分配，这样就可以根，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。理地安排插入或分出信号。光波分复用器是波分复用系统的重要组光波分复用器是波分复用系统的重要组成部分，为了确保波分复用系统的性能，成部分，为了确保波分复用系统的性能，对波对波分复用器的基本要求是分复用器的基本要求是：插入损耗小，隔离度：插入损耗小，隔离度大，带内平坦，带外插入损耗变化陡峭，温度大，带内平坦，带外插入损耗变化陡峭，温度稳定性好，复用通路数多，尺寸小等。稳定性好，复用通路数多，尺寸小等。2023-11-16154.光波分复用器的性能参数光波分复用器的性能参数（1）插入损耗插入损耗。插入损耗。插入损耗是指是指由于增加光波分复用器由于增加光波分复用器解复用器而产生的附加损耗，定义为该无源器件的输解复用器而产生的附加损耗，定义为该无源器件的输入和输出端口之间的光