1、2022-7-221光通信新技术光通信新技术2022-7-222lPDH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!2022-7-223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、2022-7-224l波分复用波分复用 Wavelength Division Multipl
2、exing 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，
3、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 2022-7-2251.波分复用的基本概念波分复用的基本概念 波分复用是光
4、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，WDMW
5、DM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。2022-7-2262.2.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
6、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30
7、003000个信道。个信道。2022-7-227 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1310/1
8、550 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。2022-7-228 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
9、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。2022-7-229 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
10、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
11、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。2022-7-2210 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，
12、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2022-7-2211WDM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
13、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。2022-7-2212WDM系统的基本形式系统的基本形式(续续)（2）单纤双向
14、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）2022-7-2213WDM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
15、、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。2022-7-2214四、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（OAD
16、M）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
17、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。2022-7-22154.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功率之比，即入和输出端口之间的光功率之比，即 a10lg Pi/P0 (dB)其中其中Pi为发送进输入端口的光功率；为发送进输入端口的光功率；P0为从输出端口为从输出端口接收到的光功率。接收到的光功率。（2）
18、串扰抑制度串扰抑制度。串扰。串扰是指是指其他信道的信号耦合进某一其他信道的信号耦合进某一信道，并使该信道传输质量下降的影响程度，有时也信道，并使该信道传输质量下降的影响程度，有时也可用隔离度来表示这一程度。对于解复用器可用隔离度来表示这一程度。对于解复用器 Cij=-10lg Pij/Pi (dB)其中其中Pi是波长为是波长为i的光信号的输入光功率，的光信号的输入光功率，Pij是波长是波长为为i的光信号串入到波长为的光信号串入到波长为j信道的光功率。信道的光功率。2022-7-22164.光波分复用器的性能参数光波分复用器的性能参数(续续)（3）回波损耗）回波损耗。回波损耗是指从无源器件的输入
19、端口返。回波损耗是指从无源器件的输入端口返回的光功率与输入光功率的比，即回的光功率与输入光功率的比，即 RL10 lg Pr/Pj （dB）其中其中Pj为发送进输入端口的光功率，为发送进输入端口的光功率，Pr为从同一个输为从同一个输入端口接收到的返回光功率。入端口接收到的返回光功率。（4）反射系数）反射系数。反射系数是指在。反射系数是指在WDM器件的给定端口器件的给定端口的反射光功率的反射光功率P，与入射光功率，与入射光功率A之比，即之比，即 R10 lg Pr/Pj （dB）（5）工作波长范围。）工作波长范围。工作波长范围是指工作波长范围是指WDM器件能够器件能够按照规定的性能要求工作的波长
20、范围。按照规定的性能要求工作的波长范围。（6）信道宽度。）信道宽度。信道宽度是指信道宽度是指各光源之间各光源之间为避免串扰应为避免串扰应具有的波长间隔。具有的波长间隔。2022-7-2217 5.WDM系统的基本结构系统的基本结构 实际的实际的WDM系统主要由五部分组成：光发射机、光中继放系统主要由五部分组成：光发射机、光中继放大、光接收机、光监控信道和网络管理系统，如下图所示。大、光接收机、光监控信道和网络管理系统，如下图所示。光转发器1光合波器光转发器nBA1n1n光纤光监控信道接收/发送LA光纤接收 1光分波器接收 nPA1n1n光监控信道发送器ssss光监控信道接收器网络管理系统光中继
21、放大光接收机光发射机2022-7-2218 位位于于WDM系统的发送端。系统的发送端。在发送端首先将来自终端设备在发送端首先将来自终端设备(如如SDH端机端机)输出的光输出的光信号，利用信号，利用光转发器光转发器(OTU)把符合把符合ITU-T G.957建议的建议的非非特定波长的光信号转换成符合特定波长的光信号转换成符合ITU-T G.692建议的具有稳建议的具有稳定的特定波长的光信号定的特定波长的光信号。对输入端的信号波长没有特殊要求，可以兼容对输入端的信号波长没有特殊要求，可以兼容任意厂家的任意厂家的SDH信号，其输出端满足信号，其输出端满足G.692的光接口，即的光接口，即标准的光波长
22、和满足长距离传输要求的光源；利用合波标准的光波长和满足长距离传输要求的光源；利用合波器合成多路光信号；器合成多路光信号；通过通过光功率放大器光功率放大器(BA：Booster Amplifier)放大输出多路光信号。放大输出多路光信号。2022-7-2219 用用掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器(EDFA)对光信号进行对光信号进行中继放大中继放大。在应用时可根据具体情况，在应用时可根据具体情况，将将EDFA用作用作“线放线放(LA：Line Amplifier)”,“功放功放(BA)”和和“前放前放(PA：Preamplifier)”。在在WDM系统中，对系统中，对EDFA必须采用必须采用增益平坦
23、技术增益平坦技术，使得，使得EDFA对不同波长的光信号具有接近相同的放大增益。与此同时，对不同波长的光信号具有接近相同的放大增益。与此同时，还要考虑到不同数量的光信道同时工作的各种情况，保证光信道还要考虑到不同数量的光信道同时工作的各种情况，保证光信道的增益竞争不影响传输性能。的增益竞争不影响传输性能。在接收端，在接收端，光前置放大器光前置放大器(PA)放大经传输而衰减的主信道光放大经传输而衰减的主信道光信号，分波器从主信道光信号中分出特定波长的光信号。信号，分波器从主信道光信号中分出特定波长的光信号。接收机接收机不但要满足一般接收机对光信号不但要满足一般接收机对光信号灵敏度、过载功率灵敏度、
24、过载功率等参数的要求，等参数的要求，还要能承受有一定光噪声的信号，要有足够的电带宽。还要能承受有一定光噪声的信号，要有足够的电带宽。2022-7-2220 光监控信道光监控信道(OSC：Optical Supervisory Channel)的主要功能是：的主要功能是：监控系统内各信道的传输情况，在发送端，插入本结点产生监控系统内各信道的传输情况，在发送端，插入本结点产生的波长为的波长为s(1510 nm)的光监控信号，与主信道的光信号合波输出；的光监控信号，与主信道的光信号合波输出；在接收端，将接收到的光信号分离，输出在接收端，将接收到的光信号分离，输出s(1510 nm)波长的光监波长的光
25、监控信号和业务信道光信号。控信号和业务信道光信号。帧同步字节、公务字节帧同步字节、公务字节和和网管所用的开销字节等都是通过光网管所用的开销字节等都是通过光监控信道来传送的。监控信道来传送的。通过光监控信道物理层传送开销字节到其他结点通过光监控信道物理层传送开销字节到其他结点或接收来自其他结点的开销字节对或接收来自其他结点的开销字节对WDM系统进行管理，系统进行管理，实现实现配配置管理、故障管理、性能管理和安全管理置管理、故障管理、性能管理和安全管理等功能，并与上层管理等功能，并与上层管理系统系统(如如TMN)相连。相连。2022-7-2221 目前国际上已商用的系统有：目前国际上已商用的系统有
26、：42.5 Gb/s(10 Gb/s),82.5 Gb/s(20 Gb/s),162.5 Gb/s(40 Gb/s),402.5 Gb/s(100 Gb/s),3210 Gb/s(320 Gb/s),4010 Gb/s(400 Gb/s)。实验室已实现了实验室已实现了8240 Gb/s(3.28 Tb/s)的速率，传输距离的速率，传输距离达达3100 km=300km。OFC2000(Optical Fiber Communication Conference)提供的情况有：提供的情况有：Bell Labs:82路路40 Gb/s=3.28 Tb/s在在3100 km=300 km的的True
27、 Wave(商标商标)光纤光纤(即即G.655光纤光纤)上，利用上，利用C和和L两个波带联两个波带联合传输；合传输；日本日本NEC:16020 Gb/s=3.2 Tb/s，利用归零信号沿色散平坦光，利用归零信号沿色散平坦光纤，经过增益宽度为纤，经过增益宽度为64 nm的光纤放大器，传输距离达的光纤放大器，传输距离达1500 km;2022-7-22221.充分利用光纤的巨大带宽资源充分利用光纤的巨大带宽资源 光纤具有巨大的带宽资源光纤具有巨大的带宽资源(低损耗波段低损耗波段)，WDM技术使一技术使一根光纤的传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍甚至几百倍，根光纤的传输容量比单波长传输增加几倍至几
28、十倍甚至几百倍，从而增加光纤的传输容量，降低成本，具有很大的应用价值和从而增加光纤的传输容量，降低成本，具有很大的应用价值和经济价值。经济价值。2.同时传输多种不同类型的信号同时传输多种不同类型的信号 由于由于WDM技术使用的各波长的信道相互独立，因而可以技术使用的各波长的信道相互独立，因而可以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，如合传输，如PDH信号和信号和SDH信号，数字信号和模拟信号，多种信号，数字信号和模拟信号，多种业务业务(音频、视频、数据等音频、视频、数据等)的混合传输等。的混合传输等。6.WDM6.W
29、DM技术的主要特点技术的主要特点2022-7-2223 3.节省线路投资节省线路投资 采用采用WDM技术可使技术可使N个波长复用起来在单根光个波长复用起来在单根光纤中传输，也可实现单根光纤双向传输，在长途大纤中传输，也可实现单根光纤双向传输，在长途大容量传输时可以节约大量光纤。另外，对已建成的容量传输时可以节约大量光纤。另外，对已建成的光纤通信系统扩容方便，只要原系统的功率余量较光纤通信系统扩容方便，只要原系统的功率余量较大，就可进一步增容而不必对原系统作大的改动。大，就可进一步增容而不必对原系统作大的改动。4.降低器件的超高速要求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
30、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，使用应速度已明显不足，使用WDM技术可降低对一些器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。件在性能上的极高要求，同时又可实现大容量传输。2022-7-2224 5.高度的组网灵活性、高度的组网灵活性、经济性和可靠性经济性和可靠性 WDM技术有很多应用形式，如长途干线网、技术有很多应用形式，如长途干线网、广播分配网、多路多址局域网。可以利用广播分配网、多路多址局域网。可以利用WDM技术技术选择路由，实现网络交换和故障恢复，从而实现未选择路由，实现网络交换和故障恢复，从而实现未来的透明、来的透明、灵活、经济且具有高度
31、生存性的光网络。灵活、经济且具有高度生存性的光网络。2022-7-22252022-7-2226 随着光纤损耗不断下降，光信号幅度的衰减越来越不随着光纤损耗不断下降，光信号幅度的衰减越来越不成为限制通信系统中继距离的主要制约因素。相反地，在成为限制通信系统中继距离的主要制约因素。相反地，在Gb/sGb/s以上的高速光纤通信系统中，由于各种色散，即以上的高速光纤通信系统中，由于各种色散，即群速群速度色散（度色散（GVDGVD）而造成的光脉冲在传播过程中的而造成的光脉冲在传播过程中的脉冲展宽脉冲展宽却成为限制通信距离的关键制约因素。却成为限制通信距离的关键制约因素。18341834年英国海军工程师
32、年英国海军工程师Scott RusselScott Russel观察到河面上船观察到河面上船过后隆起的水波可以保形传输，从此揭开了孤子理论的研过后隆起的水波可以保形传输，从此揭开了孤子理论的研究序幕。究序幕。19731973年，年，HasegawaHasegawa与与TappertTappert一起从理论上证明了光一起从理论上证明了光孤子脉冲能在光纤中保形传输这一现象，这种发现诱发了孤子脉冲能在光纤中保形传输这一现象，这种发现诱发了人们将光孤子作为一种信息载体用于高速通信的遐想。人们将光孤子作为一种信息载体用于高速通信的遐想。第二节第二节 光孤子光纤通信光孤子光纤通信 Soliton2022-
33、7-2227 光孤子现象光孤子现象：用较大功率的长波激光（其波：用较大功率的长波激光（其波长大于零色散波长）在光纤中传播，产生长大于零色散波长）在光纤中传播，产生非线性非线性效应效应形成负色散，以抵消光纤本身的色散所引起形成负色散，以抵消光纤本身的色散所引起的脉冲展宽现象。的脉冲展宽现象。是一种孤立波是一种孤立波，它在传播过程，它在传播过程中没有能量弥散，中没有能量弥散，特别是超短光脉冲特别是超短光脉冲即脉冲宽度即脉冲宽度达到达到psps量级，它通过光纤传输时将没有任何色散量级，它通过光纤传输时将没有任何色散而保持脉冲形状不变。而保持脉冲形状不变。光孤子光孤子(Soliton)(Soliton
34、)是经光纤长距离传输后，其是经光纤长距离传输后，其幅度和宽度都不变的超短光脉冲幅度和宽度都不变的超短光脉冲(ps(ps数量级数量级)。第二节第二节 光孤子光纤通信光孤子光纤通信 Soliton2022-7-2228 为了增加传输距离，在光纤线路上，每隔一定的距离，为了增加传输距离，在光纤线路上，每隔一定的距离，可设置一个光纤放大器，以周期地补充光功率的损耗。但是多可设置一个光纤放大器，以周期地补充光功率的损耗。但是多个光纤放大器产生的噪声累积又妨碍了传输距离的增加，因而个光纤放大器产生的噪声累积又妨碍了传输距离的增加，因而要求提高传输信号的光功率，这样便产生要求提高传输信号的光功率，这样便产生
35、非线性效应非线性效应。非线性。非线性效应对光纤通信有害也有利，事实表明，克服其害还不如利用效应对光纤通信有害也有利，事实表明，克服其害还不如利用其利。其利。光纤非线性效应和色散单独起作用时，在光纤中传输的光光纤非线性效应和色散单独起作用时，在光纤中传输的光信号都要产生脉冲展宽，对传输速率的提高是有害的。但是如信号都要产生脉冲展宽，对传输速率的提高是有害的。但是如果适当选择相关参数，使两种效应相互平衡，就可以保持脉冲果适当选择相关参数，使两种效应相互平衡，就可以保持脉冲宽度不变，宽度不变，因而形成光孤子。因而形成光孤子。2022-7-22291.光孤子的形成光孤子的形成 在讨论光纤传输理论时，假
36、设了光纤折射率在讨论光纤传输理论时，假设了光纤折射率n和入射光和入射光强强(光功率光功率)无关，始终保持不变。这种假设在低功率条件下是无关，始终保持不变。这种假设在低功率条件下是正确的，获得了与实验良好一致的结果。正确的，获得了与实验良好一致的结果。然而，在高功率条件下，折射率然而，在高功率条件下，折射率n随光强而变化，这种特随光强而变化，这种特性称为性称为非线性效应非线性效应。光纤折射率光纤折射率n n随光强随光强|E|E|2 2而变化特性，称为而变化特性，称为克尔克尔(Kerr)(Kerr)效应效应，这种变化虽然很小这种变化虽然很小(10(10-10-10)，但对光纤传输特性的影响还是很但
37、对光纤传输特性的影响还是很大的。大的。2022-7-2230 光强感应的折射率变化光强感应的折射率变化引起的相位变化使脉冲不同引起的相位变化使脉冲不同部位产生不同相移的特性，部位产生不同相移的特性，称为称为自相位调制自相位调制(SPM)(SPM)。相移使脉冲频率改变分相移使脉冲频率改变分布，其前部布，其前部(头头)频率降低，频率降低，后部后部(尾尾)频率升高。这种情频率升高。这种情况称况称脉冲已被线性调频脉冲已被线性调频，或，或称称啁啾啁啾(Chirp)(Chirp)。脉冲的光强频率调制脉冲的光强频率调制 151050510151050510250250.00.51.0时间/ps时间/ps频率
38、/cm1光强2022-7-2231正 啁 啾(红 头 紫 尾)负 啁 啾(紫 头 红 尾)后 沿(尾)前 沿(头)反 常 色 散(红 慢 紫 快)反 常 色 散(红 慢 紫 快)压 缩展 宽(a)(b)图示出光脉冲在图示出光脉冲在反常色散光纤反常色散光纤中传输时，中传输时，由于非线性效由于非线性效应产生的啁啾被压缩或展宽。对反常色散光纤，应产生的啁啾被压缩或展宽。对反常色散光纤，群速度与光群速度与光载波频率成正比，在脉冲中载频高的部分传播得快，载波频率成正比，在脉冲中载频高的部分传播得快，而载频而载频低的部分则传播得慢。低的部分则传播得慢。2022-7-2232 对正常色散光纤，结论正相反。因
39、此，具有正啁啾的光对正常色散光纤，结论正相反。因此，具有正啁啾的光脉冲通过反常色散光纤时，脉冲前部脉冲通过反常色散光纤时，脉冲前部(头头)频率低，传播得慢，频率低，传播得慢，而后部而后部(尾尾)频率高，传播得快。频率高，传播得快。这种脉冲形象地被称为这种脉冲形象地被称为“红头紫尾红头紫尾”光脉冲光脉冲。在传播过。在传播过程中，程中，“紫紫”尾逐渐接近尾逐渐接近“红红”头，因而脉冲被压缩。头，因而脉冲被压缩。相反，具有相反，具有负啁啾负啁啾的光脉冲通过反常色散光纤时，前部的光脉冲通过反常色散光纤时，前部(头头)传播得快，后部传播得快，后部(尾尾)传播得慢，传播得慢，“紫紫”头和头和“红红”尾逐渐
40、尾逐渐分离，分离，结果脉冲被展宽。由此可见，结果脉冲被展宽。由此可见，适当选择相关参数，可适当选择相关参数，可以使光脉冲宽度保持不变。以使光脉冲宽度保持不变。2022-7-22332.光孤子通信系统的构成和性能光孤子通信系统的构成和性能 光孤子源产生一系列脉冲宽度很窄的光脉冲，即光孤子源产生一系列脉冲宽度很窄的光脉冲，即光孤子光孤子流流，作为信息的载体进入光调制器，作为信息的载体进入光调制器，使信息对光孤子流进行使信息对光孤子流进行调制。被调制的光孤子流经掺铒光纤放大器和光隔离器后，调制。被调制的光孤子流经掺铒光纤放大器和光隔离器后，进入光纤进行传输。进入光纤进行传输。为克服光纤损耗引起的光孤
41、子减弱，在光纤线路上周期为克服光纤损耗引起的光孤子减弱，在光纤线路上周期地插入地插入EDFA，向光孤子注入能量，以补偿因光纤传输而引向光孤子注入能量，以补偿因光纤传输而引起的能量消耗，确保光孤子稳定传输。在接收端，通过光检起的能量消耗，确保光孤子稳定传输。在接收端，通过光检测器和解调装置，恢复光孤子所承载的信息。测器和解调装置，恢复光孤子所承载的信息。2022-7-2234孤子源孤子源调制调制脉冲源脉冲源EDFA隔离器隔离器探测探测光纤传输系统光纤传输系统EDFAEDFAEDFA 光孤子通信系统构成方框图光孤子通信系统构成方框图2022-7-2235 光孤子源是光孤子通信系统的关键。光孤子源是
42、光孤子通信系统的关键。要求光孤子源提供的要求光孤子源提供的脉冲宽度为脉冲宽度为ps数量级，并有规定的形状和峰值。数量级，并有规定的形状和峰值。光孤子源有很光孤子源有很多种类，主要有掺铒光纤孤子激光器、多种类，主要有掺铒光纤孤子激光器、锁模半导体激光器等锁模半导体激光器等。目前，光孤子通信系统已经有许多实验结果。例如，对光目前，光孤子通信系统已经有许多实验结果。例如，对光纤线路直接实验系统，在传输速率为纤线路直接实验系统，在传输速率为10 Gb/s时，传输距离达到时，传输距离达到1000 km；在传输速率为；在传输速率为20 Gb/s时，时，传输距离达到传输距离达到350 km。对循环光纤间接实
43、验系统，传输速率为对循环光纤间接实验系统，传输速率为2.4 Gb/s，传输距离达，传输距离达12 000 km；改进实验系统，传输速率为；改进实验系统，传输速率为10 Gb/s，传输距离达，传输距离达106 km。2022-7-2236 循环光纤间接光孤子实验系统图循环光纤间接光孤子实验系统图 光隔离器光隔离器调制器调制器锁模锁模激光器激光器EDFA光隔离器光隔离器1 dB耦合器耦合器微波频谱微波频谱分析仪分析仪EDFA光纤光纤EDFA光纤光纤EDFA光纤光纤25 km25 km25 km2022-7-2237 事实上，对于单信道光纤通信系统来说，光孤子事实上，对于单信道光纤通信系统来说，光孤
44、子通信系统的性能并不比在零色散波长工作的常规通信系统的性能并不比在零色散波长工作的常规(非非光孤子光孤子)系统更好。系统更好。循环光纤间接实验结果表明，零色散波长常规循环光纤间接实验结果表明，零色散波长常规系统的传输速率为系统的传输速率为2.4 Gb/s时，传输距离可达时，传输距离可达21 000 km，而为，而为5 Gb/s时可达时可达14 300 km。然而，零色散波。然而，零色散波长系统只能实现单信道传输，而光孤子系统则可用长系统只能实现单信道传输，而光孤子系统则可用于于WDM系统，使传输速率大幅度增加，因而具有广系统，使传输速率大幅度增加，因而具有广阔的应用前景。阔的应用前景。2022
45、-7-2238 1全光网的概念全光网的概念 全光网是指用户与用户之间的信号传输与交换全部采用全光网是指用户与用户之间的信号传输与交换全部采用光波技术，即数据从源节点到目的节点的传输过程都在光域光波技术，即数据从源节点到目的节点的传输过程都在光域内进行，而其在各网络节点的交换则使用高可靠、大容量和内进行，而其在各网络节点的交换则使用高可靠、大容量和高度灵活的光交叉连接设备（高度灵活的光交叉连接设备（OXC）。）。2全光网的基本结构全光网的基本结构 可以分为光网络层和电网络层。可以分为光网络层和电网络层。光网络层的拓扑结构可以是环形、星形和网孔形等，交光网络层的拓扑结构可以是环形、星形和网孔形等，
46、交换方式各采用空分、时分或波分光交换。目前国际上所试验换方式各采用空分、时分或波分光交换。目前国际上所试验的全光网更注重于波分光交换的应用。的全光网更注重于波分光交换的应用。第三节第三节 2022-7-2239全光网的基本结构全光网的基本结构2022-7-2240 3全光网络中的关键技术全光网络中的关键技术 （1）光交叉连接设备（）光交叉连接设备（OXC）（2）光分插复用器（）光分插复用器（OADM）（3）掺铒光纤放大器（）掺铒光纤放大器（EDFA）（4）全光网的管理、控制和运作）全光网的管理、控制和运作 网络层与传输层一致的问题。网络层与传输层一致的问题。使用新的监控方法的问题。使用新的监控
47、方法的问题。协调处理好不同系统、不同传输层之间关系的问题。协调处理好不同系统、不同传输层之间关系的问题。2022-7-2241 4全光网的特点全光网的特点 全光网通过波长选择器来实现路由选择，即以波长来全光网通过波长选择器来实现路由选择，即以波长来选择路由，对传输码率、数据格式以及调制方式具有透明性选择路由，对传输码率、数据格式以及调制方式具有透明性的优点。的优点。全光网不仅可以与现有的通信网络兼容，而且还可以全光网不仅可以与现有的通信网络兼容，而且还可以支持未来的宽带综合业务数字网以及网络的升级。支持未来的宽带综合业务数字网以及网络的升级。全光网络具备可扩展性。可同时扩展用户、容量和种全光网
48、络具备可扩展性。可同时扩展用户、容量和种类。类。全光网还具备可重构性，动态地改变网络结构，可为全光网还具备可重构性，动态地改变网络结构，可为突发业务提供临时连接，从而充分利用网络资源。突发业务提供临时连接，从而充分利用网络资源。全光网的光网络层有许多光器件，可靠性高，维护费全光网的光网络层有许多光器件，可靠性高，维护费用低。用低。2022-7-2242推荐网站推荐网站巨龙巨龙 gdt/大唐电信大唐电信 datang/中兴中兴 zhongxing/华为华为 huawei/武汉邮科院武汉邮科院 wri/US斯达康斯达康 utstar/“AN-2000接入系统接入系统”北京邮电通信设备厂北京邮电通信
49、设备厂 btef/南京联创南京联创 lianchuang/多媒体通信多媒体通信,接入网接入网南京普天南京普天 postel/华光科技华光科技 hg/BSP80tm 宽带超节点交换机宽带超节点交换机广东北电广东北电 gdnt/DMS交换机交换机通广北电通广北电 tgnortel/ISDN交换机交换机2022-7-2243上海贝尔上海贝尔 sbell/“接入网接入网,光通信技术光通信技术”上海朗讯科技上海朗讯科技 china5000/lucent/西门子西门子 siemens/成都西门子成都西门子-接入网接入网ADC adc/HFC,HDSL2,ADSL等接入设备等接入设备eci telecom
50、ecitele ADSL系统系统,Cable Modem阿尔卡特阿尔卡特 alcatel/ADSL最大供应商最大供应商,HFC爱立信爱立信 ericsson/HDSL北方电讯北方电讯 nortelnetworks/Cable Modem接入设备接入设备,IP网络产品网络产品飞利浦宽带网络飞利浦宽带网络 be.philips/pbn/HFC格林威通信格林威通信 gwtt/C1920光系统光系统瑞达通信瑞达通信 relteccorp/SDH,接入网接入网2022-7-2244安普安普AMP amp/收发一体光模块收发一体光模块上海光维上海光维 grandway/光器件专业代理光器件专业代理偕格科技
