光的时分复用

通信0802083001030216霍娟题目：光的时分复用光的时分复用在目前的光纤通信系统中，网络的各个节点要经过多次的光-电、电-光变换，而其中的电子器件在适应高速、大容量的需求上存在诸多缺点，如带宽限制、时钟偏移、严重串话、高功耗等，由此产生通信网中的“电子瓶颈"现象。全光通信的特点全光通信是指用户与用户之间的信号传输与交换全部采纳光波技术。全光通信与传统通信网络和现有的光纤通信系统相比，具有如下特点：解决了“电子瓶颈”问题。在目前的光纤系统中，影响系统容量提高的关键因素是电子器件速率的限制。如：电子交换速率也许为每秒几百兆位。采纳CMOS技术及ECL技术的交换机系统可以达到G级速率，不久的将来，采纳碑化钱技术可使速率达到几十个Gb/除色散等不利因素对光孤子传输的影响。OTDM技术现状及水平目前阶段的OTDM传输技术在传输速率方面已实现了640Gb/s(40Km),400Gb/s(4OKmX在400Gb/S的传输试验中采纳了逆陡度(SLOPE)光纤，色散陡度值比DSF光纤降低了2/3,SN值可能超过100km。最新讨论成果，也是目前最高水平的OTDM技术成果是1998年9月ECOC会议上公布的速率为120Gb/s(160k)(采纳DSF光纤)光OTDM传触验。但是对该试验实际考察表明，这只能是一个传输数据水平。在实际传输装置中，在120Gb/S的速率中只调制了80Gb/S,脉冲宽度仅为3.5PS比特流。目前，能制作OTDM收发装置的只有日本NTT公司。要真正实现100Gb/S传输距离的OTDM尚需肯定时间，这主要是解决端局间的收发装置。目前只能进行短距离传输。在日本的长距离通信网中，现在只是解决了色散斜度,SNR、PMD技术，长距离用光纤需要很快解决，然后才能进行长距离传输。三、短脉冲发生技术光时分复用技术的关键技术是要解决短脉冲生成技术、时分复用/分别、高速同步泵浦技术等。其中，最关键技术是短脉冲生成技术，即生成Transform-limited光脉冲，脉冲的生成方法主要有以下四种采纳半导体激光器用增益开关法。采纳CW界限汲取型调制器,通过门脉冲泵浦法解决：在该方法中，只能得到lOPs的脉冲。将得到的脉冲进行非线性光学压缩，采纳脉冲压缩法得到所需要的脉冲。采纳冲突脉冲模同步半导体激光器得到所需要的脉冲。用该法可以得到IPS脉冲。模同步光纤环型激光器法。采纳该法可以得到3PS脉冲宽度，接近孔特性，速度偏差值在O.1PS以下。激光器前端脉冲宽度比模同步LD更细，是一种很好的光源。四、模同步光纤环型激光器120Gb/s的OTDM系统使用的激光器为有源模同步光纤环型激光器（AML-FRL、模同步光纤环型激光器由EDFA、滤波器、耦合器、调整共振器长度的延迟器、LA调制器（带宽20GHZ）等共同组成，构成一个环型的共振器。环型共振的基本频率值为绕环型一周时间，为1的整数倍时为模同步。使用该值对10GHZ、20GHz反复振荡，即生成并得到了3PS的脉冲。共振器中使用的光纤全部为熊猫光纤。EDFA也是用熊猫光纤掺饵制作。调制器为偏振固定型。偏振波产生变化时，输出光脉冲特性也发生变化。由于光纤激光器的共振器长度为数十米，易受温度变化、机械振动的影响，所以共振器长度变化掌握系统，是解决稳定振荡的技术关键。日本NTT公司提出解决这些问题的方案是把一部分光信号还原成电信号，监控电气信号来缓和振动频率成份。当共振器长度精确 与模同步条件匹配时，把稳定振动频率抑制到最低水平。假如共振长度偏离了稳定条件，振动成份就增加，只要偏高10pm,就会增加很大噪声。因此，需要对噪声进行监控，使共振器长度精确 ，噪声达到最小值，从而获得稳定的光脉冲。在非线性光纤中，简单产生三维非线性光学效应（即自相位调制）和四波混频现象。光脉冲宽度和峰值功率与色散有亲密关系。首先表现出自相位调制（SPM）,当接近零色散波长时，又在SPM间产生四波混频（FWMXSPM和FWM引起光谱发生变化，波形曲线下降，在某一色散部分上消失平坦区域，展宽为200mm左右。光纤中的光功率密度是特别重要的，光纤芯层越小，其光功率密度越高，其截面积一般为通信用光纤的1/2左右。虽然OTDM的讨论起步较晚，但在短短时间里取得了很大的进展，说明OTDM具有很强的生命力。一些发达我国投入了大量的人力物力，在推动WDM光通信的有用化的同时，也乐观推动OTDM的进展。同时，将WDM和OTDM结合起来，就可以充分发挥各自的优点而摒弃它们的缺点，共同构建高速、大容量的光纤通信系统。因此，OTDM/WDM系统已经成为将来高速、大容量光通信系统的一种进展趋势。OTDM技术虽然尚不成熟,还在试验阶段，加上需要较简单的光学器件，离有用化还有肯定距离，有待进一步讨论，但是在将来的Tbit/s级通信系统中,将成为重要的通信手段S以上，但是电子交换的速率也好像达到了极限。网络需要更高的速度则应采纳光交换与光传输相结合的全光通信。降低成本。在采纳电子交换及光传输的体系中，光/电及电/光转换的接口是必需的，假如整个系统均采纳光技术，就可以避开这些昂贵的光电转换器件。而且，在全光通信中，大多采纳无源光学器件，从而降低了功耗和成本。光时分复用的基本原理光时分复用（OTDM）是在同一光载波波长上，把时间分割成周期性的帧，每一个帧再分割成若干个时隙（无论帧或时隙都是互不重叠的），然后依据肯定的时隙安排原则，使每个ONU在每帧内只能按指定的时隙向上行信道发送信号，在满意定时和同步的条件下，光交换网络可以分别在各个时隙中接收到各ONU的信号而不混扰。其基本原理如图1所示。在发送侧，各ONU从光交换网络到ONU的下行信号中提取发送定时后，其工作波长为A的锁模激光器产生肯定宽度的连续脉冲串，经锯酸锂(LiNbO)调制器受到外加电信号调制，形成n路载有信息的光脉冲，再分别经可变光延时线调整至合适的位置后，即调整到规定的时隙，在光功率安排器中复用成一路光脉冲信号，再经放大送入光纤中传输。在接收端，首先实现全光解复用，即采用1x2光纤分路器取出部分光功率送入定时提取锁相环，提取时钟同步信号，并用此信号激励可调谐锁模激光器产生光控脉冲，去掌握全光解复用器，实现光时分解复用，从而获得n路光脉冲信号。然后，送入时分光交换网络中进行交换。光时分复用是光纤通信的将来进展方向，它具有以下特点：(1)提高了传输速率。由于各ONU是在不同时隙依次进入光功率安排器，并合成一路光信号，其信号按时间既紧凑又不重叠地排列着，与各ONU的输入信号相比，提高了传输速率。(2)各ONU放射的信号是周期性的光脉冲信号，只在规定的时隙内放射光脉冲序列。(3)大大提高系统容量。光时分复用只采用一个光载波就可传送多路光脉冲信号，因此，可大幅度提高系统容量。此外，光时分复用还可同其他复用方式相结合，如与DWM相结合，即采用多个光载波来实现时分多路光脉冲信号的传送，可成倍地提高系统容量。(4)采纳光时分复用技术比较简单实现信道的按需安排。光时分复用的关键技术为了在光纤通信系统中实现精确 、有效、牢靠的光时分复用通信，必需采纳以下的关键技术。1精确的发送定时在光纤通信系统中，上行信道的光时分复用技术是将上行传输时间分为若干时隙,在每个时隙内只支配一个ONU以分组的方式向光交换网络发送分组信息，各ONU按光交换网络规定的挨次依次向上游发送。为避开各ONU向上游发送的码流在ODN（光配线网）合路时可能发生碰撞，这就要求光交换网络测定它与各ONU的距离后，对ONU进行严格的发送定时。2网络管理掌握为了充分发挥全光通信的优势，必需讨论开发行之有效的网络管理掌握系统。网络的配置管理、信道的安排管理、管理掌握合同、网络的性能测试等都是网络管理方面■=1='而要解决的技术。由于全光网络采纳了先进的复用技术，因此如何依据当前的业务负载及信道的使用状况来动态地安排信道资源，对于全光网络尤为重要。只有高效地安排信,才可使系统达到最大容量和最佳通信质量。3光放大技术由于光纤存在损耗，光信号在光纤的传输过程中，其幅度随传输距离按指数规律衰减。因此，必需采纳放大技术来提高光信号的功率。目前，光信号的放大技术主要包括三种：一是半导体激光放大器。它是在半导体激光器芯片两端镀上增透膜形成的，其单程增益较高。二是非线性光纤放大器，是采用光纤中的非线性效应，即受激拉曼散射（SRS）和受激布里渊散射（SBS）制成的。已实现的有SRS光纤放大器和SBS光纤放大器。三是掺杂光纤放大器，即掺进很多稀土离子（如：Er3+、Pr3+等\目前，最成熟、应用最广的是掺银光纤放大器。光放大器在光时分复用通信系统中主要有四种应用："在线"放大器；"功率"放大器；"前置"放大器；"分布"放大器。4全光信号再生技术在光纤通信中，除了光纤的损耗外，还存在光纤的色散。色散会导致光脉冲展宽，产生码间干扰，使系统的误码率增大，严峻影响通信质量。因此，必需实行措施对光信号进行再生。目前，对光信号的再生都是采用光电中继器，即光信号首先由光电二极管转变为电信号，经电路整形放大后，再重新驱动一个光源，从而实现光信号的再生。这种光电中继器具有装置简单、体积大、功耗大的缺点。而最近，消失了全光信号再生技术，即在光纤链路上每隔几个放大器的距离接入一个光调制器和滤波器，从链路传输的光信号中提取同步时钟信号输入到光调制器中，对光信号进行周期性同步调制，使光脉冲变窄，频谱展宽、频率漂移和系统噪声降低，光脉冲位置得到校准和重新定时。全光信号再生技术不仅能从根本上消退色散等不利因素的影响，而且克服了光电中继器的点，成为全光信息处理的基础技术之一。5时分光交换技术时分光交换的原理与现行的电子程控交换机的时分交换系统完全相同，因此它能与采纳全光时分复用方法的光传输系统匹配，在这种方式下，可以时分复用各个光器件，削减硬件设施，构成大容量的光交换机。时分光交换网由时分型交换模块和空分型交换模块构成，它所采纳的空分交换模块与上述的空分光交换功能块完全相同，而在时分型光交换模块中则需要有光存储器（如光纤延迟存储器、双稳态激光二极管存储器）、光选通器（如定向复合型阵列开关）以进行相应的交换。在全光时分复用光纤系统中，除了采纳以上关键技术外，为进一步提高信息传输速率和延长传输距离，还需要以下技术：一是采纳新型的短脉冲光源来实现超高速光纤信。超短脉冲是由超连续（SC）脉冲通过锁模光纤激光器（ML-FRL）激励产生。为了产生稳定的SC脉冲，应主动地稳定泵浦SC光纤的ML-FRL的环形腔长。这可以通过检测激光器的弛豫振荡的重量（Prelax）,并掌握腔长使Prelax最小来实现。二是光非线