第7章 光纖傳輸系統(tǒng)

1、第第7 7章章 光纖傳輸系統(tǒng) p概述概述 p光調(diào)制光調(diào)制 p電復(fù)用光纖傳輸系統(tǒng)電復(fù)用光纖傳輸系統(tǒng) p光復(fù)用光纖傳輸系統(tǒng)光復(fù)用光纖傳輸系統(tǒng) p相干光波通信系統(tǒng)相干光波通信系統(tǒng) p光纖孤子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)光纖孤子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) p高速光纖傳輸系統(tǒng)高速光纖傳輸系統(tǒng) 內(nèi)容要求內(nèi)容要求 7.1.1 調(diào)制 v 調(diào)制是用數(shù)字或模擬信號(hào)改變載波的幅度、頻率或相位的過(guò)程。調(diào)制分相干調(diào)制是用數(shù)字或模擬信號(hào)改變載波的幅度、頻率或相位的過(guò)程。調(diào)制分相干 調(diào)制和非相干調(diào)制；調(diào)制和非相干調(diào)制； v 非相干調(diào)制非相干調(diào)制-改變載波的幅度；改變載波的幅度； v 相干調(diào)制相干調(diào)制-改變載波的頻率或相位；改變載波的頻率或相位； v 光通信系統(tǒng)

2、中非相干調(diào)制有直接調(diào)制和外調(diào)制兩種；光通信系統(tǒng)中非相干調(diào)制有直接調(diào)制和外調(diào)制兩種； v 直接調(diào)制直接調(diào)制-信息直接調(diào)制光源的輸出光強(qiáng)；信息直接調(diào)制光源的輸出光強(qiáng)； v 外調(diào)制外調(diào)制-信息通過(guò)外調(diào)制器對(duì)連續(xù)輸出光進(jìn)行調(diào)制；信息通過(guò)外調(diào)制器對(duì)連續(xù)輸出光進(jìn)行調(diào)制； v 最常用的的光纖系統(tǒng)都是采用非相干的強(qiáng)度調(diào)制最常用的的光纖系統(tǒng)都是采用非相干的強(qiáng)度調(diào)制- -直接檢測(cè)直接檢測(cè)(IM/DD)(IM/DD)方式；方式； v 近來(lái)，采用偏振復(fù)用正交相移鍵控（近來(lái)，采用偏振復(fù)用正交相移鍵控（PM-QPSKPM-QPSK）調(diào)制，在接收端使用相干檢測(cè)，）調(diào)制，在接收端使用相干檢測(cè)， 能夠?qū)崿F(xiàn)在現(xiàn)有能夠?qū)崿F(xiàn)在現(xiàn)有1

3、0 Gb/s10 Gb/s光纖線路上傳輸光纖線路上傳輸40 Gb/s40 Gb/s信號(hào)，這種相干檢測(cè)受到重信號(hào)，這種相干檢測(cè)受到重 視。視。 P I 曲線曲線IP- 激激 光光 器器 輸輸 出出 功功 率率 Ith 驅(qū)動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)電流 輸輸 入入 電電 脈脈 沖沖 輸出光脈沖輸出光脈沖 t Pth IM/DD方式 v 在發(fā)送端，電信號(hào)直接調(diào)在發(fā)送端，電信號(hào)直接調(diào) 制（制（IMIM）光載波的強(qiáng)度；）光載波的強(qiáng)度； v 在接收端，光信號(hào)被光電在接收端，光信號(hào)被光電 二極管直接探測(cè)（二極管直接探測(cè)（DDDD），）， 從而恢復(fù)發(fā)射端的電信號(hào)。從而恢復(fù)發(fā)射端的電信號(hào)。 圖7.1.1 光通信采用的調(diào)制方式

4、副載波 調(diào)制 模擬強(qiáng)度調(diào)制 (AM)調(diào)幅 (FM)調(diào)頻 (PM)調(diào)相 數(shù)字強(qiáng)度調(diào)制 (ASK) (PSK) (FSK) 幅移鍵控 頻移鍵控 相移鍵控 外調(diào)制 非相干調(diào)制 調(diào)制 (直接強(qiáng)度調(diào)制) 直接 調(diào)制 IM/DD 相干調(diào)制 (頻率或相位調(diào)制) (ASK) (PSK) (FSK) 幅移鍵控 頻移鍵控 相移鍵控 電光調(diào)制器 聲光調(diào)制器 電吸收波導(dǎo)調(diào)制器正交相位鍵控 （QPSK） 電電信信號(hào)號(hào) 驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)LD 低低頻頻 電電信信號(hào)號(hào) 調(diào)調(diào)制制后后 的的光光波波 調(diào)調(diào)制制光光 低低頻頻 電電信信號(hào)號(hào) 高高速速 驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng) 高高頻頻 載載波波 LD 調(diào)調(diào)制制光光 低低頻頻電電信信號(hào)號(hào) 調(diào)調(diào)制制后后的的

5、高高頻頻載載波波 調(diào)調(diào)制制后后的的光光波波 外外調(diào)調(diào) 制制器器 放放大大器器 電電信信號(hào)號(hào) 調(diào)調(diào)制制光光 電電信信號(hào)號(hào) 調(diào)調(diào)制制后后 的的光光波波 LD 直直接接調(diào)調(diào)制制S SC CM M調(diào)調(diào)制制 外外調(diào)調(diào)制制 圖7.1.2 IM/DD方式實(shí)現(xiàn)圖解 圖7.1.3 頻率調(diào)制以增加調(diào)制帶寬換取信噪比的降低 10 20 30 40 50 60 10206070 均 方 信 噪 比 304050 基帶信號(hào) 頻率調(diào)制信號(hào) 頻率 ( )SNR b ()CNR c fc f b f c f /dB 載頻 /MHz 圖7.1.4 模擬副載波調(diào)制 調(diào)制 方式 使用的調(diào)制器解調(diào)器 調(diào)幅 fc + - + + +

6、- 帶通 ( )f b2 X ( ) t ( )S t fc載波 ( )S tX ( ) t t X ( )S t X ( ) t t 包絡(luò) 檢波 ( )S t X ( ) t t X 帶通 ( )f b 同步檢測(cè) 2cos( )ct (AM DSB) 時(shí)間函數(shù)頻譜曲線 ( )f b 0 f fc 相位變化 ( )f b 0 f fc (AM VSB) VSB AM DSB或 調(diào)制 濾波 fc ( )S t X ( ) t 包絡(luò)檢波 或同步檢測(cè) 相位變化 ( )f b 0 f fc 調(diào)頻 (FM) 微分包絡(luò)檢波 微分包絡(luò)檢波 + - ( )S t X ( ) t 低通 VCO 鎖相環(huán) X (

7、) t( )S t 0 f fc X ( ) t 壓控 振蕩器 OSC ffc+ - ( )S t (PM) 差分 編碼 頻率 解調(diào)器 ( )S t X ( ) t 0 f fc VCO X ( ) t 差分 編碼 ds/dt ( )S t (AM) 雙邊帶 調(diào)幅 殘留邊 帶調(diào)幅 調(diào)相 圖7.1.5 ASK、PSK 和 FSK 調(diào)制方式比較 (c)FSK 1 2 Ac 2 2 = E 2T s 平均信號(hào)功率= TTT Ac 2 2 = E T s 平均信號(hào)功率= 二進(jìn)制 信號(hào) (a) (b) 0 101 +Ac 0 ASK TTT fcfc-( )f b fc +( ) f b f Pc fc

8、( )f b f Pc f ( )f b 2 ( )f c= ( )f b 2 ( )f c=+ f2 (d) PSK TTT Ac 2 2 = E T s 平均信號(hào)功率= fc f Pc ( )f b 2 ( )f c 2 4 0 Ac +Ac 0 - Ac +Ac 0 - Ac +Ac 0 - 例題7.1.1 脈沖信號(hào)對(duì)光強(qiáng)度調(diào)制 用脈沖信號(hào)對(duì)光強(qiáng)度調(diào)制用脈沖信號(hào)對(duì)光強(qiáng)度調(diào)制，使用波長(zhǎng)為使用波長(zhǎng)為 0.82 m 的的 LED，請(qǐng)問(wèn)當(dāng)脈沖寬度，請(qǐng)問(wèn)當(dāng)脈沖寬度 1ns 時(shí)，在時(shí)，在“1”碼時(shí)有多少個(gè)”碼時(shí)有多少個(gè) 光振蕩？光振蕩？ 解解 ： 已知： 已知82. 0 m ， 所 以光 頻是， 所

9、 以光 頻是 Hz106585. 3 14 cf，光波的周期是，光波的周期是 s017334. 21 15 fT。 已 知 脈 沖 寬 度。 已 知 脈 沖 寬 度Tele=1ns （ s10 9 ），所以在該脈沖寬度內(nèi)的光周期數(shù)是），所以在該脈沖寬度內(nèi)的光周期數(shù)是 853 365017334. 2/10 159 ele TTN 7.1.2 編碼 對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼的理由是：對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼的理由是： (1)(1)為了使接收再生電路把相位或頻率鎖定到信號(hào)定時(shí)上；為了使接收再生電路把相位或頻率鎖定到信號(hào)定時(shí)上； (2)(2)因?yàn)楣饨邮諜C(jī)采用電容耦合，接收機(jī)不能對(duì)直流和低因?yàn)楣饨邮諜C(jī)采用電容耦合

10、，接收機(jī)不能對(duì)直流和低 頻分量響應(yīng)，使長(zhǎng)連零信號(hào)的幅度逐漸下降，經(jīng)判決頻分量響應(yīng)，使長(zhǎng)連零信號(hào)的幅度逐漸下降，經(jīng)判決 電路后會(huì)產(chǎn)生誤碼，如圖電路后會(huì)產(chǎn)生誤碼，如圖7.1.37.1.3所示。所示。 圖7.1.3 光接收機(jī)電容耦合使長(zhǎng)連零信號(hào)幅度下降導(dǎo)致判決 產(chǎn)生誤碼 AA 判決判決 電路電路 輸出輸出 (A) (B)(C) 01011 t T T +V 0 1 0 0 0 * * 3個(gè)誤碼3個(gè)誤碼 (a)(a)(b) 01011 t T T +V 0 1111 點(diǎn)波形點(diǎn)波形(A) 01011 t T T +V 0 1111 判決門(mén)限判決門(mén)限 Vref 判決前 判決前 點(diǎn)波形 點(diǎn)波形(B) 點(diǎn)輸出

11、 點(diǎn)輸出 產(chǎn)生誤碼產(chǎn)生誤碼 的波形的波形 (C) 電容耦合放大判決電路電容耦合放大判決電路 電容耦合放大判決電路各點(diǎn)波形電容耦合放大判決電路各點(diǎn)波形 refV Vb 光光 輸輸 入入 編碼的目的 v 使輸出的二進(jìn)制碼不要產(chǎn)生長(zhǎng)連使輸出的二進(jìn)制碼不要產(chǎn)生長(zhǎng)連 “ “1” 1” 或長(zhǎng)連或長(zhǎng)連 “ “0”0”， 而是使而是使 “ “1” 1” 碼和碼和 “ “0” 0” 碼盡量相間排列。碼盡量相間排列。 v 這樣既有利于時(shí)鐘提取，也不會(huì)產(chǎn)生因長(zhǎng)連零信號(hào)幅度下這樣既有利于時(shí)鐘提取，也不會(huì)產(chǎn)生因長(zhǎng)連零信號(hào)幅度下 降使判決產(chǎn)生誤碼。降使判決產(chǎn)生誤碼。 圖7.1.4 兩種二進(jìn)制編碼 波形波形 頻譜圖頻譜圖

12、10101 0 TT2T3T4T5 +V t 10101 0 TT2T3T4T5 +V t f 0 V2T T 1 T2 1 T 2 f 0 V2T T 1 T2 1 T 2 16 碼型碼型 二進(jìn)制碼：二進(jìn)制碼： （NRZ） 非歸零碼非歸零碼 （RZ） 歸零碼歸零碼 (a) (b) 雙二進(jìn)制編碼（DB）技術(shù) v 雙二進(jìn)制編碼（雙二進(jìn)制編碼（DBDB，Duo BinaryDuo Binary）技術(shù)能使）技術(shù)能使“0”0”和和“1”1” 的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)低通濾波后變換為具有的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)低通濾波后變換為具有3 3個(gè)值個(gè)值“1”1”、“0”0” 和和“ 1”1”的信號(hào)。的信號(hào)。 v 這種技術(shù)與一般的幅

13、度調(diào)制技術(shù)比較，信號(hào)譜寬減小一半，這種技術(shù)與一般的幅度調(diào)制技術(shù)比較，信號(hào)譜寬減小一半， 這就使相鄰信道的波長(zhǎng)間距減小，可擴(kuò)大信道容量，近來(lái)這就使相鄰信道的波長(zhǎng)間距減小，可擴(kuò)大信道容量，近來(lái) 受到人們的高度重視。受到人們的高度重視。 圖7.1.7 各種二進(jìn) 制編碼 波形頻譜圖 10101 0 TT2T3T4T5 +V t 10101 0 TT2T3T4T5 +V t 10101 0 T T2T3 T4 T5 t V/2 +V/2 0 TT2T3T4T5 t +V 0 o 90 o 0 o 0 o 90 o 0 TT2T3 T4T5 t 10101 0 TT2T3T4T5 +V t 10101 0

14、 TT2T3T4T5 t V/2 +V/2 f 0 V2T T 1 T2 1 T 2 f 0 V2T T 1 T2 1 T 2 f 0 t 1 p f 0 t 1 p V T tp f 0 T 1 T2 1 f 0 T 1 T 0.74 T 2 f 0 T 1 16 濾波器沖激響應(yīng) 碼型 二進(jìn)制碼： （NRZ） 非歸零碼 （RZ） 歸零碼 脈沖位置 編碼 NRZ 變換編碼 雙二進(jìn)制碼 Manchester 編碼 雙極碼 HDB3 (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) 單 極 性 碼 雙 極 性 碼 V +DB 10101 0 TT2T3T4T5 +V t 二二進(jìn)進(jìn)制制碼碼：

15、（NRZ） 非非歸歸零零碼碼 SDH干線采用擾碼的NRZ碼 v 大多數(shù)高性能干線系統(tǒng)使用擾碼的大多數(shù)高性能干線系統(tǒng)使用擾碼的NRZNRZ碼，如碼，如 SDH SDH 干線。干線。 v 這種碼型最簡(jiǎn)單，帶寬窄，這種碼型最簡(jiǎn)單，帶寬窄，SNR SNR 高，線路速率不增加，沒(méi)有光功率代高，線路速率不增加，沒(méi)有光功率代 價(jià)，無(wú)需編碼，只要一個(gè)擾碼器即可，使其最適合長(zhǎng)距離系統(tǒng)應(yīng)用。價(jià)，無(wú)需編碼，只要一個(gè)擾碼器即可，使其最適合長(zhǎng)距離系統(tǒng)應(yīng)用。 圖 7.1.8 調(diào)制和 編碼前 后信道 信噪比 的關(guān)系 f ( )f b Pin 噪聲 Pin 噪聲 Pin SNR 噪聲 Pin 噪聲 接收 機(jī) 模 擬 強(qiáng) 度

16、調(diào) 制 模 擬 數(shù) 字 數(shù) 字 強(qiáng) 度 調(diào) 制 副 載 波 調(diào) 制 ( )f b 在 內(nèi)用均方根 基帶信號(hào)功率度量 ( )f c在 內(nèi)用 未調(diào)制載波功率與 噪聲之比度量 ( )f c在 內(nèi)用平均 調(diào)制載波功率與 噪聲之比度量 ( )frec在 內(nèi)用峰值 信號(hào)功率與 噪聲 之比度量 ASK PSK FSK AM PM FM 單極信號(hào) 雙極信號(hào) 邊觸發(fā)信號(hào) 解調(diào) 解調(diào) 再生 脈沖格 式變換 解碼 PCM 0 1 0 1 ms SNR（ ） b BER（ ） c BER（ ） c BER（ ） b E N b 0 Is T 01 1 11 RZ 0 1 0 1 NRZ T T T T T T T T

17、 NRZ in 接收 機(jī)輸 入功率 比特 誤碼率 基帶 信噪比 載波 信噪比 0 1 0 1 NRZ T T T T 非歸零碼 接收 機(jī) 接收 機(jī) 接收 機(jī) NRZ變換編碼 NRZ變換編碼 SNR（ ） b =SNR（ ） b SNR（ ） c SNR（ ） b SNR（ ） c SNR（ ） c SNR（ ） c RMS RMS RMS RMS 7.1.3 復(fù) 用 v 信道復(fù)用是為了便于光纖傳輸，把多個(gè)低容量信道以及開(kāi)銷(xiāo)信息，信道復(fù)用是為了便于光纖傳輸，把多個(gè)低容量信道以及開(kāi)銷(xiāo)信息， 復(fù)用到一個(gè)大容量傳輸信道的過(guò)程。復(fù)用到一個(gè)大容量傳輸信道的過(guò)程。 v 在電域內(nèi)，信號(hào)復(fù)用可分為時(shí)分復(fù)用（在電

18、域內(nèi)，信號(hào)復(fù)用可分為時(shí)分復(fù)用（TDMTDM）、頻分復(fù)用（）、頻分復(fù)用（FDMFDM）和）和 碼分復(fù)用碼分復(fù)用(CDM)(CDM)； v 在光域內(nèi)，信號(hào)復(fù)用有光時(shí)分復(fù)用（在光域內(nèi)，信號(hào)復(fù)用有光時(shí)分復(fù)用（OTDMOTDM）、光頻（波）分復(fù)用）、光頻（波）分復(fù)用 （OFDMOFDM，WDMWDM）和光碼分復(fù)用）和光碼分復(fù)用(OCDM)(OCDM)。 v 光纖通信系統(tǒng)為了充分發(fā)揮其寬帶的優(yōu)點(diǎn)，允許復(fù)用多個(gè)信道到一光纖通信系統(tǒng)為了充分發(fā)揮其寬帶的優(yōu)點(diǎn)，允許復(fù)用多個(gè)信道到一 根光纖上。因此，復(fù)用后的多個(gè)信道共享光源的光功率和光纖的傳根光纖上。因此，復(fù)用后的多個(gè)信道共享光源的光功率和光纖的傳 輸帶寬。輸帶寬

19、。 低頻低頻 電信號(hào)電信號(hào) 高速驅(qū)動(dòng)高速驅(qū)動(dòng) 高頻載波高頻載波 LD 調(diào)制光調(diào)制光 低頻電信號(hào)低頻電信號(hào) 調(diào)制后的高頻載波調(diào)制后的高頻載波 調(diào)制后的光波調(diào)制后的光波 副載波調(diào)制（SCM） v副載波調(diào)制是首先用信息信號(hào)調(diào)制一個(gè)比基帶信號(hào)最高頻率高幾倍的載波副載波調(diào)制是首先用信息信號(hào)調(diào)制一個(gè)比基帶信號(hào)最高頻率高幾倍的載波 v然后用該載波信號(hào)再去調(diào)制光波。然后用該載波信號(hào)再去調(diào)制光波。 v因?yàn)樾盘?hào)是用光波傳輸?shù)?，載波對(duì)光波而言只扮演著副載波的作用，所以這種技因?yàn)樾盘?hào)是用光波傳輸?shù)?，載波對(duì)光波而言只扮演著副載波的作用，所以這種技 術(shù)就稱(chēng)為副載波調(diào)制（術(shù)就稱(chēng)為副載波調(diào)制（SCMSCM，Subcarrie

20、r modulationSubcarrier modulation）。）。 f AM PM FM 解解調(diào)調(diào) m s SCMSCM分類(lèi) v 模擬調(diào)制模擬調(diào)制 用輸入模擬信號(hào)調(diào)制高頻正弦波的過(guò)程叫模擬調(diào)制。在接用輸入模擬信號(hào)調(diào)制高頻正弦波的過(guò)程叫模擬調(diào)制。在接 收端基帶信號(hào)的恢復(fù)是通過(guò)低通濾波器，濾除所有的高頻成分而得到收端基帶信號(hào)的恢復(fù)是通過(guò)低通濾波器，濾除所有的高頻成分而得到 的。的。 v 頻率調(diào)制頻率調(diào)制 它是保持正弦載波的幅度不變，改變它的頻率，使其成為它是保持正弦載波的幅度不變，改變它的頻率，使其成為 輸入信號(hào)電壓的函數(shù)。輸入信號(hào)電壓的函數(shù)。 v 相位調(diào)制相位調(diào)制 它是保持正弦載波的幅度

21、和頻率不變，改變它的相位，而它是保持正弦載波的幅度和頻率不變，改變它的相位，而 使其輸出調(diào)制信號(hào)為輸入信號(hào)電壓的函數(shù)。使其輸出調(diào)制信號(hào)為輸入信號(hào)電壓的函數(shù)。 7.2 7.2 光調(diào)制光調(diào)制 v7.2.1 模擬強(qiáng)度光調(diào)制 v7.2.2 數(shù)字強(qiáng)度光調(diào)制 v當(dāng)調(diào)制信號(hào)是數(shù)字信號(hào)時(shí)，調(diào)制原理與模擬強(qiáng)度調(diào)制相同，只要用脈沖波取代正弦波當(dāng)調(diào)制信號(hào)是數(shù)字信號(hào)時(shí)，調(diào)制原理與模擬強(qiáng)度調(diào)制相同，只要用脈沖波取代正弦波 即可。但是工作點(diǎn)的選擇不同，模擬強(qiáng)度調(diào)制選在即可。但是工作點(diǎn)的選擇不同，模擬強(qiáng)度調(diào)制選在 P- I P- I 特性的線性區(qū)；而數(shù)字調(diào)制特性的線性區(qū)；而數(shù)字調(diào)制 選在閾值點(diǎn)。選在閾值點(diǎn)。 模擬強(qiáng)度調(diào)制數(shù)

22、字強(qiáng)度調(diào)制 P 激激 光光 器器 輸輸 出出 功功 率率 Ith I 輸輸入入電電信信號(hào)號(hào) 曲曲線線IP- Ib Pb 輸輸出出光光信信號(hào)號(hào) 驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)電電流流 t t P I 曲曲線線IP- 激激 光光 器器 輸輸 出出 功功 率率 Ith 驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)電電流流 輸輸 入入 電電 脈脈 沖沖 輸輸出出光光脈脈沖沖 t Pth 7.3 電復(fù)用光纖傳輸系統(tǒng) v7.3.1 7.3.1 頻分復(fù)用光纖傳輸系統(tǒng)頻分復(fù)用光纖傳輸系統(tǒng) v7.3.2 7.3.2 微波副載波復(fù)用（微波副載波復(fù)用（SCMSCM）光纖傳輸系統(tǒng)）光纖傳輸系統(tǒng) v7.3.3 7.3.3 電時(shí)分復(fù)用的典型應(yīng)用電時(shí)分復(fù)用的典型應(yīng)用SDHSDH光

23、纖傳輸系統(tǒng)光纖傳輸系統(tǒng) 圖7.3.1 電頻分復(fù)用 光纖傳輸系統(tǒng)原理圖 Tx 光發(fā) 射機(jī) 調(diào)制器 f1 . . . 調(diào)制器 f2 調(diào)制器 fN Rx 光接 收機(jī) 頻率 分配器 . . . 低通 濾波 低通 濾波 帶通 濾波 低通 濾波 E/O O/E 帶通 濾波 帶通 濾波 f2 fN 低通 濾波 f1 本振 頻率 低通 濾波 本振 頻率 低通 濾波 本振 頻率 基帶 信號(hào) 合 頻 器 光纖 本振 頻率 電相干檢測(cè) 復(fù)原基 帶信號(hào) 復(fù)用信號(hào)頻譜圖 f1 f2 fN f 信道帶通濾波器特性 () f c1 ()f c2 ()f cN () f 1 () f 2 () f N () f c1 ()

24、f c2 ()f cN () f 1 () f 2 () f N 變換 變換 7.3.2 微波副載波復(fù)用(SCM)光纖傳輸系統(tǒng) v SCM SCM （Subcarrier MultiplexingSubcarrier Multiplexing）是一種新的、結(jié)合現(xiàn)有微波和）是一種新的、結(jié)合現(xiàn)有微波和 光通信技術(shù)的通信系統(tǒng)。光通信技術(shù)的通信系統(tǒng)。 v 眾所周知，微波通信是使用多個(gè)微波載波經(jīng)同軸電纜或自由空間傳眾所周知，微波通信是使用多個(gè)微波載波經(jīng)同軸電纜或自由空間傳 輸多個(gè)信道（電頻分復(fù)用）的技術(shù)。使用同軸電纜傳輸多信道微波輸多個(gè)信道（電頻分復(fù)用）的技術(shù)。使用同軸電纜傳輸多信道微波 信號(hào)時(shí)，總帶寬

25、限制在信號(hào)時(shí)，總帶寬限制在 1 GHz1 GHz以下。以下。 v 然而，若使用光纖傳輸，信號(hào)帶寬則可以超過(guò)然而，若使用光纖傳輸，信號(hào)帶寬則可以超過(guò)10 GHz10 GHz。 v SCM SCM 信號(hào)用光波傳輸，微波載波對(duì)光載波而言只扮演著副載波的作信號(hào)用光波傳輸，微波載波對(duì)光載波而言只扮演著副載波的作 用，所以這種技術(shù)就稱(chēng)為微波副載波復(fù)用用，所以這種技術(shù)就稱(chēng)為微波副載波復(fù)用 （ SCM SCM ）。）。 SCM 原理 低頻低頻 電信號(hào)電信號(hào) 高速高速 驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng) 高頻高頻 載波載波 LD 調(diào)制光調(diào)制光 低頻電信號(hào)低頻電信號(hào) 調(diào)制后的高頻載波調(diào)制后的高頻載波 調(diào)制后的光波調(diào)制后的光波 微波副載波復(fù)

26、用系統(tǒng)構(gòu)成 微微 波波 信信 號(hào)號(hào) 合合 成成 器器 光發(fā)光發(fā) 射機(jī)射機(jī) 光纖光纖 光探光探 測(cè)器測(cè)器 微波接收機(jī)微波接收機(jī) 帶通帶通 濾波濾波 功放功放 基帶基帶 信號(hào)信號(hào) 調(diào)制器調(diào)制器 本振1本振1 基帶基帶 信號(hào)信號(hào) 調(diào)制器調(diào)制器 基帶基帶 信號(hào)信號(hào) 調(diào)制器調(diào)制器 本振本振 寬帶寬帶 放大放大 混頻混頻 解調(diào)解調(diào) 濾波濾波 可調(diào)可調(diào) 本振本振 基帶基帶 信號(hào)信號(hào) 微波發(fā)射機(jī)微波發(fā)射機(jī) N f1sc f2sc fnsc 帶通帶通 濾波濾波 功放功放 帶通帶通 濾波濾波 功放功放 副載波副載波 f1sc f2sc fnsc f1data f2data fndata f1data f2data

27、 fndata + + + + + + 模擬或數(shù)字基帶信號(hào)調(diào)制各自的副載波模擬或數(shù)字基帶信號(hào)調(diào)制各自的副載波 混頻復(fù)合電信號(hào)再調(diào)制光載波混頻復(fù)合電信號(hào)再調(diào)制光載波 f1scf2 sc .fn sc, , , , , v 使用使用AM-VSBAM-VSB技術(shù)，基帶信號(hào)調(diào)制各自的微波副載波，微波功率混合器將所有已技術(shù)，基帶信號(hào)調(diào)制各自的微波副載波，微波功率混合器將所有已 調(diào)副載波信號(hào)復(fù)合。該復(fù)合信號(hào)直接加在激光器的偏流上調(diào)制半導(dǎo)體激光器的調(diào)副載波信號(hào)復(fù)合。該復(fù)合信號(hào)直接加在激光器的偏流上調(diào)制半導(dǎo)體激光器的 輸出光強(qiáng)，輸出光強(qiáng)， 副載波復(fù)用的特點(diǎn) v (1) (1) 由于微波只作為光傳輸?shù)母陛d波，因

28、而信號(hào)不再經(jīng)空中傳播，由于微波只作為光傳輸?shù)母陛d波，因而信號(hào)不再經(jīng)空中傳播， 而是經(jīng)一個(gè)封閉的、穩(wěn)定的光纖信道傳輸，從而避免了與其他微而是經(jīng)一個(gè)封閉的、穩(wěn)定的光纖信道傳輸，從而避免了與其他微 波互相干擾的問(wèn)題。不發(fā)送微波信號(hào)到空間，也避免了日益擁塞波互相干擾的問(wèn)題。不發(fā)送微波信號(hào)到空間，也避免了日益擁塞 的微波頻道資源分配和批準(zhǔn)問(wèn)題。的微波頻道資源分配和批準(zhǔn)問(wèn)題。 v (2) (2) 由于一個(gè)光通道可以承載多個(gè)微波副載波信道，每個(gè)副載波由于一個(gè)光通道可以承載多個(gè)微波副載波信道，每個(gè)副載波 又可以分別傳送各種不同類(lèi)型的業(yè)務(wù)信號(hào)，彼此互相獨(dú)立，因而又可以分別傳送各種不同類(lèi)型的業(yè)務(wù)信號(hào)，彼此互相獨(dú)立

29、，因而 易于實(shí)現(xiàn)模擬與數(shù)字信號(hào)的混合傳輸和各種不同業(yè)務(wù)的綜合和分易于實(shí)現(xiàn)模擬與數(shù)字信號(hào)的混合傳輸和各種不同業(yè)務(wù)的綜合和分 離。離。 副載波復(fù)用的特點(diǎn) v (3) SCM (3) SCM 系統(tǒng)可以充分利用現(xiàn)有的微波和衛(wèi)星通信的成熟技術(shù)和設(shè)備，但系統(tǒng)可以充分利用現(xiàn)有的微波和衛(wèi)星通信的成熟技術(shù)和設(shè)備，但 又比現(xiàn)有微波傳輸容量大得多。又比現(xiàn)有微波傳輸容量大得多。 v (4) (4) 與與 TDM TDM 相比，相比，SCM SCM 系統(tǒng)只接收本載波頻帶內(nèi)的信號(hào)和噪聲，因而靈系統(tǒng)只接收本載波頻帶內(nèi)的信號(hào)和噪聲，因而靈 敏度高，也無(wú)需復(fù)雜的定時(shí)同步技術(shù)。就傳送電視節(jié)目而言，采用敏度高，也無(wú)需復(fù)雜的定時(shí)同步

30、技術(shù)。就傳送電視節(jié)目而言，采用TDMTDM方式，方式， 一個(gè)光載波可以傳輸?shù)牡湫凸?jié)目數(shù)是一個(gè)光載波可以傳輸?shù)牡湫凸?jié)目數(shù)是 16321632個(gè)個(gè), , 而采用而采用FMFM方式的方式的 SCM SCM 至至 少可以傳送少可以傳送 60120 60120 個(gè)節(jié)目，而且成本很低個(gè)節(jié)目，而且成本很低, , 因而因而 SCMSCM系統(tǒng)在電視分配網(wǎng)系統(tǒng)在電視分配網(wǎng) 中很有競(jìng)爭(zhēng)力。中很有競(jìng)爭(zhēng)力。 v 然而，模擬然而，模擬 SCM SCM 方式光功率余度較小，如不使用方式光功率余度較小，如不使用EDFAEDFA，在維持端到端性，在維持端到端性 能方面有一定困難，也不適應(yīng)電信網(wǎng)的數(shù)字化趨勢(shì)，因而不是長(zhǎng)遠(yuǎn)的主流能

31、方面有一定困難，也不適應(yīng)電信網(wǎng)的數(shù)字化趨勢(shì)，因而不是長(zhǎng)遠(yuǎn)的主流 發(fā)展方向，而是中近期比較經(jīng)濟(jì)的解決方案。發(fā)展方向，而是中近期比較經(jīng)濟(jì)的解決方案。 模擬SCM光波系統(tǒng) 因?yàn)槟M信號(hào)波形在傳輸過(guò)程中必須保持不變，因?yàn)槟M信號(hào)波形在傳輸過(guò)程中必須保持不變， 所以模擬所以模擬 SCM SCM 系統(tǒng)要求系統(tǒng)要求: : v 系統(tǒng)載噪比（系統(tǒng)載噪比（CNRCNR）高；）高； v 光源和通信信道的線性度要好；光源和通信信道的線性度要好； 如果半導(dǎo)體激光器線性特性好，輸入電信號(hào)就可以變?nèi)绻雽?dǎo)體激光器線性特性好，輸入電信號(hào)就可以變 成不失真的輸出光信號(hào)。顯然，任何非線性都要引起成不失真的輸出光信號(hào)。顯然，任何非

32、線性都要引起 輸出光波形的畸變并影響系統(tǒng)的性能。輸出光波形的畸變并影響系統(tǒng)的性能。 圖7.3.5 LD的模擬調(diào)制 P I 輸輸入入電電信信號(hào)號(hào) 曲曲線線IP- 激激 光光 器器 輸輸 出出 功功 率率 IbIth Pb 輸輸出出光光信信號(hào)號(hào) 電電流流 圖7.3.6 P-I 曲線非線性引起輸出光波形的畸變 Pt I t I 輸輸入入電電信信號(hào)號(hào) 時(shí)時(shí) 間間 驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)電電流流 光光源源 曲曲線線IP- 實(shí)實(shí)際際 理理想想 Ib Pt t 調(diào)調(diào)制制失失真真 輸輸出出時(shí)時(shí)域域圖圖 失失真真基基波波 二二次次諧諧波波 三三次次諧諧波波 理理想想基基波波 fs 3 2fsfs0 f is 調(diào)調(diào)制制失失真真

33、 輸輸出出頻頻域域圖圖 頻頻率率 激激 光光 器器 輸輸 出出 功功 率率 Pb Ib 7.3.3 電時(shí)分復(fù)用的典型應(yīng)用SDH光纖傳輸系 統(tǒng) 時(shí)分復(fù)用（時(shí)分復(fù)用（TDMTDM）有；）有； v 電時(shí)分復(fù)用電時(shí)分復(fù)用 電時(shí)分復(fù)用在電時(shí)分復(fù)用在 PCM PCM 通信中已得到廣泛的應(yīng)用，本節(jié)主通信中已得到廣泛的應(yīng)用，本節(jié)主 要討論這種要討論這種 TDMTDM。 v 光時(shí)分復(fù)用（光時(shí)分復(fù)用（OTDMOTDM） 電時(shí)分復(fù)用工作原理 v 時(shí)分復(fù)用（時(shí)分復(fù)用（TDM, Time-Division MultiplexingTDM, Time-Division Multiplexing）是采用）是采用 交錯(cuò)排列多

34、路低速模擬或數(shù)字信道到一個(gè)高速信道上傳輸交錯(cuò)排列多路低速模擬或數(shù)字信道到一個(gè)高速信道上傳輸 的技術(shù)。的技術(shù)。 v 時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)的輸入可以是模擬信號(hào)，也可以是數(shù)字信號(hào)。時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)的輸入可以是模擬信號(hào)，也可以是數(shù)字信號(hào)。 圖7.3.7 數(shù)字輸入時(shí)分復(fù)用原理圖 信道信道 光纖光纖 幀和開(kāi)幀和開(kāi) 銷(xiāo)比特銷(xiāo)比特 開(kāi)銷(xiāo)信道開(kāi)銷(xiāo)信道 取樣取樣 同步同步 取樣取樣 同步同步 取樣取樣 同步同步 信道1信道1 信道2信道2 信道N信道N 定時(shí)定時(shí) 發(fā)送端發(fā)送端 幀同步幀同步 控制控制 信道1信道1 信道2信道2 信道N信道N 解同步解同步 解同步解同步 解同步解同步 開(kāi)銷(xiāo)信道開(kāi)銷(xiāo)信道 定時(shí)定時(shí) 恢復(fù)恢復(fù) 接收

35、端接收端 輸入輸入 緩存緩存 輸入輸入 緩存緩存 輸入輸入 緩存緩存 輸出輸出 緩存緩存 輸出輸出 緩存緩存 輸出輸出 緩存緩存 N 幀幀 開(kāi)開(kāi) 銷(xiāo)銷(xiāo) 1 2 3N 幀幀 開(kāi)開(kāi) 銷(xiāo)銷(xiāo) 1 2 3N 幀幀 開(kāi)開(kāi) 銷(xiāo)銷(xiāo) 1 2 3N 幀幀 開(kāi)開(kāi) 銷(xiāo)銷(xiāo) 1 2 3 時(shí)時(shí)間間 1 1幀幀 信信道道數(shù)數(shù) 時(shí)時(shí)隙隙 t Ts 1 1幀幀1 1幀幀 個(gè)個(gè)信信道道的的幀幀結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)N 應(yīng)用：應(yīng)用： PCM PCM SDHSDH APONAPON EPONEPON 數(shù) 字輸 入時(shí) 分復(fù) 用原 理圖 光光纖纖信信道道 幀幀和和開(kāi)開(kāi) 銷(xiāo)銷(xiāo)比比特特 開(kāi)開(kāi)銷(xiāo)銷(xiāo)信信道道 取取樣樣 同同步步 取取樣樣 同同步步 取取樣樣 同

36、同步步 信信道道 信信道道 信信道道 定定時(shí)時(shí) 發(fā)發(fā)送送端端 輸輸入入 緩緩存存 輸輸入入 緩緩存存 輸輸入入 緩緩存存 24 2 1 0 110 1011 fs 旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 速速度度 8 000 幀幀同同步步 控控制制 信信道道 信信道道 信信道道 解解同同步步 解解同同步步 解解同同步步 開(kāi)開(kāi)銷(xiāo)銷(xiāo)信信道道 定定時(shí)時(shí) 恢恢復(fù)復(fù) 接接收收端端 輸輸出出 緩緩存存 輸輸出出 緩緩存存 輸輸出出 緩緩存存 1 2 24 0 110 1011 fs 旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 速速度度 8 000 幀幀 開(kāi)開(kāi) 銷(xiāo)銷(xiāo)1 幀幀 開(kāi)開(kāi) 銷(xiāo)銷(xiāo) 123 N 幀幀 開(kāi)開(kāi) 銷(xiāo)銷(xiāo) 幀幀 開(kāi)開(kāi) 銷(xiāo)銷(xiāo) 時(shí)時(shí)間間 時(shí)時(shí)隙隙 Ts 1 1幀幀

37、1 1幀幀1 1幀幀 . 幀幀長(zhǎng)長(zhǎng)125 微微秒秒 幀幀比比特特 t 21信信道道信信道道 信信道道24 個(gè)個(gè)字字節(jié)節(jié)1 = 1/fs N = 24 1 1幀幀的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu) 123 N 123 N 3 N23 1 N (a) 24個(gè)數(shù)字信道（T1）復(fù)用原理圖 個(gè)個(gè)信信道道復(fù)復(fù)用用后后的的幀幀結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)N(b) 個(gè)個(gè)字字節(jié)節(jié)1 個(gè)個(gè)字字節(jié)節(jié)1 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/ /秒秒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/ /秒秒 v 為實(shí)現(xiàn)為實(shí)現(xiàn) TDM TDM 傳輸，把傳輸時(shí)間分成若干個(gè)時(shí)隙；傳輸，把傳輸時(shí)間分成若干個(gè)時(shí)隙； v 在每個(gè)時(shí)隙傳輸一路信號(hào)，從而形成復(fù)合脈沖串；在每個(gè)時(shí)隙傳輸一路信號(hào)，從而形成復(fù)合脈沖串； v 在接收端，采用一個(gè)與發(fā)送端同步

38、的類(lèi)似于旋轉(zhuǎn)式開(kāi)關(guān)的器件，完成在接收端，采用一個(gè)與發(fā)送端同步的類(lèi)似于旋轉(zhuǎn)式開(kāi)關(guān)的器件，完成 TDM TDM 多路脈沖流的分離；多路脈沖流的分離； v 為了速率適配，沒(méi)用時(shí)隙用空隙字節(jié)填充，在接收端把它們分離出來(lái)，為了速率適配，沒(méi)用時(shí)隙用空隙字節(jié)填充，在接收端把它們分離出來(lái)， 并丟棄它們。并丟棄它們。 v 在幀頭，插入一些定時(shí)、誤碼檢測(cè)和開(kāi)銷(xiāo)比特在幀頭，插入一些定時(shí)、誤碼檢測(cè)和開(kāi)銷(xiāo)比特(FOH, Fram Overhead) (FOH, Fram Overhead) ， 其目的是為使解復(fù)用器與復(fù)用器同步，并進(jìn)行誤碼檢測(cè)。其目的是為使解復(fù)用器與復(fù)用器同步，并進(jìn)行誤碼檢測(cè)。 數(shù)字輸入時(shí)分復(fù)用原理圖

39、PCM通信制式的基礎(chǔ)速率E1 v 話音信號(hào)的頻帶為（話音信號(hào)的頻帶為（30034003003400）HzHz，取上限頻率為，取上限頻率為4000Hz4000Hz，按取樣定，按取樣定 理則取樣頻率為理則取樣頻率為 f fs s = 8kHz = 8kHz（即每秒取樣（即每秒取樣80008000次），取樣時(shí)間間隔次），取樣時(shí)間間隔T T =1/ =1/ f fs s = 1/8k = 125 = 1/8k = 125 s s，在，在125 125 s s時(shí)間間隔內(nèi)要傳輸時(shí)間間隔內(nèi)要傳輸 8 8 個(gè)二進(jìn)制代個(gè)二進(jìn)制代 碼（比特），每個(gè)代碼所占時(shí)間為碼（比特），每個(gè)代碼所占時(shí)間為T(mén) Tb b= 125

40、/8(= 125/8( s)s)，所以每路數(shù)字電話，所以每路數(shù)字電話 的傳輸速率為的傳輸速率為B = B = 1/1/T Tb b = = 64 kb/s64 kb/s（或者（或者8 b/8 b/每次取樣每次取樣 8 000 8 000次次/ /每每 秒取樣）。如果傳輸秒取樣）。如果傳輸3232路路PCMPCM電話，則傳輸速率為電話，則傳輸速率為64 kb/s 64 kb/s 32 = 2048 32 = 2048 kb/skb/s（也就是（也就是8 b/8 b/每個(gè)取樣值每個(gè)取樣值 32 32個(gè)取樣值個(gè)取樣值/ /每次每次 8 000 8 000次次/ /每秒）。每秒）。 這一速率就是我國(guó)這

41、一速率就是我國(guó)PCMPCM通信制式的基礎(chǔ)速率。通信制式的基礎(chǔ)速率。 圖7.3.10 SDH復(fù)用 v 首先幾個(gè)低比特率信號(hào)復(fù)用成首先幾個(gè)低比特率信號(hào)復(fù)用成STM-0STM-0信號(hào)，接著信號(hào)，接著3 3個(gè)個(gè)STM-0STM-0信號(hào)復(fù)用成信號(hào)復(fù)用成STMSTM 1 1信號(hào)，信號(hào)， 然后然后4 4個(gè)個(gè)STMSTM 1 1信號(hào)再?gòu)?fù)用成信號(hào)再?gòu)?fù)用成STMSTM 4 4信號(hào)，最后信號(hào)，最后4 4個(gè)個(gè)STMSTM 4 4信號(hào)形成信號(hào)形成STMSTM 1616信號(hào)。信號(hào)。 v 在實(shí)際上也可以將在實(shí)際上也可以將STMSTM 1 1信號(hào)直接復(fù)用成信號(hào)直接復(fù)用成STMSTM 1616信號(hào)，幾個(gè)低比特率信號(hào)也可信號(hào)，幾

42、個(gè)低比特率信號(hào)也可 以直接復(fù)用成以直接復(fù)用成STMSTM 1 1信號(hào)。信號(hào)。 E-1 E-1 E-1 . . . 2.048 Mb/s 2.048 Mb/s STM-1 STM- 1 STM-1 STM-1 155.52 Mb/s STM-4 STM-4 STM-4 STM-4 STM-1 6 622.08 Mb/s 2 448.32 Mb/s 字節(jié)字節(jié) 間插間插 同步同步 復(fù)用復(fù)用 等級(jí)等級(jí) 復(fù)用復(fù)用 等級(jí)等級(jí) 復(fù)用復(fù)用 開(kāi)銷(xiāo)開(kāi)銷(xiāo) 插入插入 STM-0 ATM FDDI B-SDN . . . 開(kāi)銷(xiāo)開(kāi)銷(xiāo) 插入插入 51.84 Mb/s 2.048 Mb/s 7.4 7.4 光復(fù)用光纖傳輸系統(tǒng)

43、光復(fù)用光纖傳輸系統(tǒng) v7.4.1 波分復(fù)用（WDM）光纖傳輸系統(tǒng) v7.4.2 光時(shí)分復(fù)用（OTDMA）光纖傳輸系統(tǒng) v7.4.3 光碼分復(fù)用（OCDM）光纖傳輸系統(tǒng) 7. 4 光復(fù)用光纖傳輸系統(tǒng) v必要性必要性 光載波的頻率很高，光通信系統(tǒng)的信號(hào)帶寬可以超過(guò)光載波的頻率很高，光通信系統(tǒng)的信號(hào)帶寬可以超過(guò)1THz1THz。然而，。然而， 由于光纖色散或電子器件速度的限制，即使原則上比特速率可以由于光纖色散或電子器件速度的限制，即使原則上比特速率可以 超過(guò)超過(guò) 1 Tb/s1 Tb/s，但實(shí)際上，常常被限制到，但實(shí)際上，常常被限制到 100 Gb/s 100 Gb/s 。 v種類(lèi)種類(lèi) WDMWD

44、M OTDMOTDM OCDMAOCDMA 多址接入技術(shù) v 在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的系統(tǒng)中，信道的接入稱(chēng)為復(fù)用；在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的系統(tǒng)中，信道的接入稱(chēng)為復(fù)用； v 而在局域網(wǎng)中則稱(chēng)為多址接入而在局域網(wǎng)中則稱(chēng)為多址接入(Access)(Access)。所以對(duì)應(yīng)的有。所以對(duì)應(yīng)的有 WDMAWDMA、OTDMA OTDMA 和和 OCDMAOCDMA 1 2 3 4 N . . t T 連連接接 1234N . t T 連連 接接 567 12 N t T 連連接接 . 電電 壓壓 功功 率率 (a) 波波分分多多址址(WDMA)(b) 時(shí)時(shí)分分多多址址(TDMA)(c) 碼碼分分多多址址 (CDMA) 波分復(fù)用 就像

45、電頻分復(fù)用一樣，在發(fā)射端多個(gè)信道調(diào)制各自的光載波就像電頻分復(fù)用一樣，在發(fā)射端多個(gè)信道調(diào)制各自的光載波, ,在接收端使用在接收端使用 光頻選擇器件對(duì)復(fù)用信道解復(fù)用，就可以取出所需的信道。使用這種制式的光波光頻選擇器件對(duì)復(fù)用信道解復(fù)用，就可以取出所需的信道。使用這種制式的光波 系統(tǒng)就稱(chēng)作波分復(fù)用通信系統(tǒng)系統(tǒng)就稱(chēng)作波分復(fù)用通信系統(tǒng)。 0 1.0 2.0 (dB/km) 信道間隔信道間隔 載波頻率載波頻率 1400 波長(zhǎng)波長(zhǎng) 800100012001600 1800 3.0 4.0 光纖光纖 光發(fā)光發(fā) 射機(jī)射機(jī) 光復(fù)用器光復(fù)用器 光發(fā)光發(fā) 射機(jī)射機(jī) 光發(fā)光發(fā) 射機(jī)射機(jī) 1 2 N (nm) 衰減衰減

46、圖7.4.3 波分復(fù)用 光纖傳輸系統(tǒng)原理圖 0 1.0 2.0 (dB/km) 信道間隔 載波頻率 1 400 波長(zhǎng) 8001 000 1 2001 600 1 800 3.0 4.0 /nm 衰減 光纖 光發(fā)射 光復(fù)用 1 2 N 光發(fā)射 光發(fā)射 光接收 光解復(fù)用 1 2 N 光接收 光接收 v 從實(shí)際的觀點(diǎn)看，當(dāng)信道間距變得和比特速率接近時(shí)（密集的從實(shí)際的觀點(diǎn)看，當(dāng)信道間距變得和比特速率接近時(shí)（密集的FDMFDM）就必）就必 須使用相干檢測(cè)技術(shù)，而信道間距較大時(shí)（須使用相干檢測(cè)技術(shù)，而信道間距較大時(shí)（100 GHz100 GHz）可以采用直接檢測(cè)）可以采用直接檢測(cè) 技術(shù)技術(shù) 圖7.4.4

47、2.64 Tb/s高密集 WDM傳輸實(shí)驗(yàn) 1 3 5 131 2 4 6 132 D 1 D 1 D 2 D 2 偶數(shù)信道 復(fù)用器 20 Gb/s 信道 EDFA 單模 光纖 120 km 預(yù)放 大器 色散補(bǔ) 償光纖 補(bǔ) 償 放大器 低通 濾波器 調(diào)制器 調(diào)制器 低通 濾波器 奇 數(shù) 信 道 復(fù) 用 器 132 信道66 信道66 WDM 7.4.2 光時(shí)分復(fù)用(OTDMA)光纖傳輸系統(tǒng) v 光時(shí)分復(fù)用（光時(shí)分復(fù)用（OTDMOTDM）是一種構(gòu)成高比特率傳輸很有效的技）是一種構(gòu)成高比特率傳輸很有效的技 術(shù)。術(shù)。 v 它在系統(tǒng)發(fā)送端光學(xué)復(fù)用幾個(gè)低比特率數(shù)據(jù)流，在接收端它在系統(tǒng)發(fā)送端光學(xué)復(fù)用幾個(gè)低比

48、特率數(shù)據(jù)流，在接收端 用光學(xué)方法把它解復(fù)用出來(lái)。用光學(xué)方法把它解復(fù)用出來(lái)。 v 這種方法避開(kāi)使用高速電子器件而改用寬帶光電器件。這種方法避開(kāi)使用高速電子器件而改用寬帶光電器件。 圖7.4.5 電時(shí)分復(fù)用和光時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)比較 v電時(shí)分復(fù)用的基本原理是給每個(gè)基帶數(shù)據(jù)電時(shí)分復(fù)用的基本原理是給每個(gè)基帶數(shù)據(jù) 流在復(fù)用信道上分配一列時(shí)隙。流在復(fù)用信道上分配一列時(shí)隙。 v復(fù)用器把基帶數(shù)據(jù)流組裝成較高比特速率復(fù)用器把基帶數(shù)據(jù)流組裝成較高比特速率 的比特流的比特流 v解復(fù)用器把已復(fù)用的數(shù)據(jù)流拆分成原來(lái)的解復(fù)用器把已復(fù)用的數(shù)據(jù)流拆分成原來(lái)的 低速比特流。低速比特流。 v 該系統(tǒng)的該系統(tǒng)的E/OE/O和和O/EO/

49、E轉(zhuǎn)換器（即光發(fā)射轉(zhuǎn)換器（即光發(fā)射 機(jī)和接收機(jī)）已變成基帶信號(hào)，與信機(jī)和接收機(jī)）已變成基帶信號(hào)，與信 號(hào)處理有關(guān)的所有電子設(shè)備均工作在號(hào)處理有關(guān)的所有電子設(shè)備均工作在 基帶比特速率下，不存在電子瓶頸問(wèn)基帶比特速率下，不存在電子瓶頸問(wèn) 題。題。 NB 電 解 復(fù) 用 信道 電 復(fù) 用 B 瓶頸 信道 B E/OO/E 瓶頸 電信號(hào)路徑 光信號(hào)路徑 (a) 電時(shí)分復(fù)用 1 1 2 n 2 NB 控制信號(hào) 光 復(fù) 用 O/E O/E O/E 信道 B 光 解 復(fù) 用 (b) 光時(shí)分復(fù)用 E/O E/O E/O 信道1 2 B 1 2 n N N v 圖圖7.4.6 7.4.6 光脈沖流通過(guò)調(diào)制光脈沖

50、流通過(guò)調(diào)制 器對(duì)輸入調(diào)制器的基帶數(shù)據(jù)流進(jìn)器對(duì)輸入調(diào)制器的基帶數(shù)據(jù)流進(jìn) 行取樣編碼行取樣編碼 v 圖圖7.4.7 4 Gb/s7.4.7 4 Gb/s光數(shù)據(jù)脈光數(shù)據(jù)脈 沖產(chǎn)生原理圖沖產(chǎn)生原理圖 脈沖 激光器 光調(diào) 制器 NRZ 光脈沖流 RZ 模式鎖定 激光器 4Gb/s RZ 光調(diào)制器 4Gb/s NRZ 4Gb/s RZ Ti:LiNbO3 碼形 發(fā)生器 4Gb/s 電比特流 光數(shù)據(jù)流 光脈沖流 時(shí)鐘 電比特流 光 數(shù)據(jù)流 圖7.4.8 N信道光時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)的定時(shí)原理圖 1/ T T TT B 信道 信道 信道 信道 1 2 3 4 復(fù)用后的信號(hào) D T D T D T vN N個(gè)入射到復(fù)合

51、器的光信號(hào)是個(gè)入射到復(fù)合器的光信號(hào)是RZRZ脈沖流，該脈沖流周期為脈沖流，該脈沖流周期為B B，脈沖寬度為，脈沖寬度為T(mén) T。使。使 用延遲線對(duì)輸入脈沖流在時(shí)間上進(jìn)行調(diào)整，使加于光復(fù)用器上的每個(gè)信道的用延遲線對(duì)輸入脈沖流在時(shí)間上進(jìn)行調(diào)整，使加于光復(fù)用器上的每個(gè)信道的 脈沖流依次延遲一段時(shí)間脈沖流依次延遲一段時(shí)間T TD D。 圖7.4.9 光時(shí)分復(fù)用（OTDM） 系統(tǒng)的復(fù)合過(guò)程 表示一個(gè)電主時(shí)鐘發(fā)生器被表示一個(gè)電主時(shí)鐘發(fā)生器被n n個(gè)光脈沖發(fā)生個(gè)光脈沖發(fā)生 器共用器共用, ,在電時(shí)鐘路徑上，使用電延遲在電時(shí)鐘路徑上，使用電延遲 器件對(duì)輸入脈沖流延時(shí)器件對(duì)輸入脈沖流延時(shí) 。 在光信號(hào)路徑上，使用

52、光延遲器件對(duì)輸在光信號(hào)路徑上，使用光延遲器件對(duì)輸 入脈沖流延時(shí)入脈沖流延時(shí) 。 1 2 n 時(shí)鐘 光延 遲線 光調(diào) 制器 光脈沖 發(fā)生器 光分 配器 合 光 器 電數(shù) 據(jù)流 OD OD 1 2 n 1 2 n ED 時(shí)鐘 電延 遲線 光脈沖 發(fā)生器 光調(diào) 制器 合 光 器 電數(shù) 據(jù)流 LD ED （a）由多個(gè)光源構(gòu)成的復(fù)用線路（b）由一個(gè)光源構(gòu)成的復(fù)用線路 圖7.4.10 四信道OTDM 解復(fù)用原理圖 頻率 復(fù)用 時(shí)鐘 恢復(fù) 接收 機(jī) 16Gb/s 8Gb/s 8Gb/s 4Gb/s 4Gb/s v 解復(fù)用器是解復(fù)用器是 OTDM OTDM 系統(tǒng)最關(guān)鍵的器件。系統(tǒng)最關(guān)鍵的器件。 它的目的是分配

53、復(fù)它的目的是分配復(fù) 用比特流中的每個(gè)用比特流中的每個(gè) 比特到指定的比特到指定的 O/E O/E 轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。 v 構(gòu)成光解復(fù)用器的構(gòu)成光解復(fù)用器的 基本器件是基本器件是 1 1 2 2 光開(kāi)關(guān)。光開(kāi)關(guān)。 v 對(duì)于多信道系統(tǒng)，對(duì)于多信道系統(tǒng)， 連接多個(gè)連接多個(gè) 1 1 2 2 光光 開(kāi)關(guān)可以構(gòu)成大容開(kāi)關(guān)可以構(gòu)成大容 量的解復(fù)用交換網(wǎng)量的解復(fù)用交換網(wǎng) 絡(luò)。絡(luò)。 7.4.3 光碼分復(fù)用（OCDM）光纖傳輸系 統(tǒng) v 隨著隨著WDMWDM復(fù)用波長(zhǎng)數(shù)的增加，光纖中的光強(qiáng)越來(lái)越大，光復(fù)用波長(zhǎng)數(shù)的增加，光纖中的光強(qiáng)越來(lái)越大，光 纖非線性也越來(lái)越嚴(yán)重纖非線性也越來(lái)越嚴(yán)重; ; v 所以在未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)中波長(zhǎng)資

54、源可能出現(xiàn)匱乏。所以在未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)中波長(zhǎng)資源可能出現(xiàn)匱乏。 v 光碼分復(fù)用（光碼分復(fù)用（OCDMOCDM）系統(tǒng)采用同一波長(zhǎng)的擴(kuò)頻序列，頻譜）系統(tǒng)采用同一波長(zhǎng)的擴(kuò)頻序列，頻譜 資源利用率高，它與資源利用率高，它與WDMWDM結(jié)合，可以大大增加系統(tǒng)容量。結(jié)合，可以大大增加系統(tǒng)容量。 WDMA和OCDMA的區(qū)別 v WDMAWDMA是不同的用戶(hù)根據(jù)預(yù)先分配給的波長(zhǎng)使用網(wǎng)絡(luò)，其主要的優(yōu)點(diǎn)是用戶(hù)間尋是不同的用戶(hù)根據(jù)預(yù)先分配給的波長(zhǎng)使用網(wǎng)絡(luò)，其主要的優(yōu)點(diǎn)是用戶(hù)間尋 路簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是信道帶寬使用不很有效。路簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是信道帶寬使用不很有效。 v 這種缺點(diǎn)可通過(guò)隨機(jī)多路接入技術(shù)，即在任意時(shí)間內(nèi)允許用戶(hù)隨機(jī)地接入任

55、一這種缺點(diǎn)可通過(guò)隨機(jī)多路接入技術(shù)，即在任意時(shí)間內(nèi)允許用戶(hù)隨機(jī)地接入任一 信道得到解決?；陬l譜展寬方法的碼分復(fù)用就是這樣的一種技術(shù)。信道得到解決?；陬l譜展寬方法的碼分復(fù)用就是這樣的一種技術(shù)。CDMCDM的信號(hào)的信號(hào) 頻譜比它通常傳輸所需的最小帶寬要寬得多。頻譜展寬是靠與信號(hào)本身無(wú)關(guān)的頻譜比它通常傳輸所需的最小帶寬要寬得多。頻譜展寬是靠與信號(hào)本身無(wú)關(guān)的 一種編碼來(lái)完成的。稱(chēng)頻譜展寬碼為特征碼或密鑰，有時(shí)也稱(chēng)為地址碼。一種編碼來(lái)完成的。稱(chēng)頻譜展寬碼為特征碼或密鑰，有時(shí)也稱(chēng)為地址碼。 v 在在OCDMOCDM系統(tǒng)中，給每個(gè)信道分配一個(gè)唯一的地址碼，該信道就以該密鑰作為信系統(tǒng)中，給每個(gè)信道分配一個(gè)唯一的地址碼，該信道就以該密鑰作為信 道的地址碼，對(duì)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行編碼，實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用；接收機(jī)使用與發(fā)道的地址碼，對(duì)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行編碼，實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用；接收機(jī)使用與發(fā) 送