第10章光纖通信新技術(shù)ppt課件

1、相干光通信系統(tǒng)可以把光頻段劃分為相干光通信系統(tǒng)可以把光頻段劃分為許多頻道，從而使光頻段得到充分利用，許多頻道，從而使光頻段得到充分利用，即多信道光纖通信。即多信道光纖通信。與強(qiáng)度調(diào)制與強(qiáng)度調(diào)制直接檢測(cè)系統(tǒng)不同，相直接檢測(cè)系統(tǒng)不同，相干光纖通信系統(tǒng)在光接收機(jī)中增加了外差干光纖通信系統(tǒng)在光接收機(jī)中增加了外差或零差接收所需的本地振蕩光源，該光源或零差接收所需的本地振蕩光源，該光源輸出的光波與接收到的已調(diào)光波在滿足波輸出的光波與接收到的已調(diào)光波在滿足波前匹配和偏振匹配的條件下，進(jìn)行光電混前匹配和偏振匹配的條件下，進(jìn)行光電混頻。頻。圖圖10.1 相干光通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖相干光通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖如

2、圖10.1所示，光源發(fā)出頻率為所示，光源發(fā)出頻率為fs的的光脈沖，通過(guò)調(diào)制器將已經(jīng)變成電信號(hào)的光脈沖，通過(guò)調(diào)制器將已經(jīng)變成電信號(hào)的信號(hào)源調(diào)制到光脈沖包絡(luò)上，通過(guò)長(zhǎng)距離信號(hào)源調(diào)制到光脈沖包絡(luò)上，通過(guò)長(zhǎng)距離線路傳輸后，到達(dá)接收端，接收端采用外線路傳輸后，到達(dá)接收端，接收端采用外差技術(shù)，首先通過(guò)耦合器將光信號(hào)和本振差技術(shù)，首先通過(guò)耦合器將光信號(hào)和本振光源信號(hào)同時(shí)送到光電檢測(cè)器接收，本振光源信號(hào)同時(shí)送到光電檢測(cè)器接收，本振光源頻率為光源頻率為fs+fIF，信號(hào)光和本振光在滿，信號(hào)光和本振光在滿足波前匹配和偏振匹配的條件下混頻，得足波前匹配和偏振匹配的條件下混頻，得到頻率為到頻率為fIF的中頻信號(hào)，該信

3、號(hào)經(jīng)過(guò)放大的中頻信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后送到解調(diào)器解調(diào)，最終到達(dá)接收電路完后送到解調(diào)器解調(diào)，最終到達(dá)接收電路完成通信過(guò)程。成通信過(guò)程。相干光通信系統(tǒng)靈敏度的提高主要是相干光通信系統(tǒng)靈敏度的提高主要是因?yàn)樗捎昧吮镜卣袷幍玫搅艘欢ǖ脑鲆妫驗(yàn)樗捎昧吮镜卣袷幍玫搅艘欢ǖ脑鲆?，根?jù)無(wú)線電知識(shí)中外差接收技術(shù)知識(shí)可以根據(jù)無(wú)線電知識(shí)中外差接收技術(shù)知識(shí)可以得到光電檢測(cè)器的電流得到光電檢測(cè)器的電流15：式中：式中：為光電檢測(cè)量子效率，為光電檢測(cè)量子效率，h為普為普朗克常量，朗克常量，e為電子電量，為電子電量，f為光頻率，為光頻率，Ps為信號(hào)光功率，為信號(hào)光功率，PL為本振光功率，為本振光功率，m為調(diào)為調(diào)制系數(shù)

4、，制系數(shù)，(t-g)為群延時(shí)，為群延時(shí)，s、L和和s、L分別為信號(hào)光和本振光的角頻率和相位。分別為信號(hào)光和本振光的角頻率和相位。)()cos()(2LsLsgLssttmPPhfeI在考慮色散作用下，并引入光纖非線在考慮色散作用下，并引入光纖非線性效應(yīng)中自相位調(diào)制作用時(shí)，光脈沖包絡(luò)性效應(yīng)中自相位調(diào)制作用時(shí)，光脈沖包絡(luò)的傳輸方程可寫(xiě)為下式的傳輸方程可寫(xiě)為下式7：式中：式中：A(z,t)為脈沖包絡(luò)，為脈沖包絡(luò)，1=1/g，2為群速度色散系數(shù)，為群速度色散系數(shù)，3為高階色散系數(shù)，為高階色散系數(shù)，是代表自相位調(diào)制效應(yīng)的非線性系數(shù)。是代表自相位調(diào)制效應(yīng)的非線性系數(shù)。AAitAtAjtAzA2333222

5、1612圖圖10.3 自鎖模摻鉺光孤子激光器自鎖模摻鉺光孤子激光器圖圖10.5 DFB激光器激光器/外調(diào)制孤子源外調(diào)制孤子源子相互作用的各種理論方法，揭示子相互作用的各種理論方法，揭示了光時(shí)分復(fù)用、波分復(fù)用系統(tǒng)中光了光時(shí)分復(fù)用、波分復(fù)用系統(tǒng)中光孤子相互作用的機(jī)制和規(guī)律。孤子相互作用的機(jī)制和規(guī)律。其次，在光孤子通信系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)模其次，在光孤子通信系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)模型方面，基于不同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行條件和型方面，基于不同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行條件和性能要求，研究了光孤子傳輸方案和理論性能要求，研究了光孤子傳輸方案和理論模型，建立了平均孤子或?qū)б行墓伦幽ＤＰ停⒘似骄伦踊驅(qū)б行墓伦幽Ｐ图皠?dòng)態(tài)孤子和絕熱孤子傳

6、輸方案，確立型及動(dòng)態(tài)孤子和絕熱孤子傳輸方案，確立了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本模式。了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本模式。但是隨著孤子脈沖源脈寬的越來(lái)越窄，但是隨著孤子脈沖源脈寬的越來(lái)越窄，色散作用越來(lái)越影響孤子的傳輸，于是對(duì)色散作用越來(lái)越影響孤子的傳輸，于是對(duì)色散進(jìn)行補(bǔ)償成為一個(gè)緊要的技術(shù)，現(xiàn)在色散進(jìn)行補(bǔ)償成為一個(gè)緊要的技術(shù)，現(xiàn)在光孤子通信系統(tǒng)的色散補(bǔ)償大體有兩類技光孤子通信系統(tǒng)的色散補(bǔ)償大體有兩類技術(shù)：一類是弱色散和局部色散補(bǔ)償；另一術(shù)：一類是弱色散和局部色散補(bǔ)償；另一類是周期性全局強(qiáng)色散補(bǔ)償。類是周期性全局強(qiáng)色散補(bǔ)償。表 10.2 部分歐共體孤子發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目主持單位參加單位目標(biāo)主要指標(biāo)試驗(yàn)場(chǎng)地ESTHER意大利Pir

7、ellicaviS.P.A意法德英等 8 國(guó) 6公司 5 大學(xué)歐洲 ACTS之一，采用孤子技術(shù)提高現(xiàn)存網(wǎng)容量10Gb/s,500kmG.65240Gb/s,700kmG.653意大利Roma-P0meziaMIDAS英國(guó)Southampton大學(xué)英意法瑞典 5 國(guó) 4研究所 4大學(xué)ACTS 之二，采用孤子技術(shù)在已建網(wǎng)上傳送40Gb/s 數(shù)據(jù)40Gb/s,1000kmG.65340Gb/s,700kmG.652瑞典JonkoppongRing 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)UPGRADE荷蘭Philips 光電子研究中心荷德西葡等 4 國(guó)ACTS 之三，采用 1.3m孤子傳輸技術(shù)為骨架干線擴(kuò)容升級(jí)10Gb/s,100

8、0kmG.652德國(guó)Kassel-Hannover 西班牙 Madrid-葡萄牙 Lisbon 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的光通信系統(tǒng)相比，它具有以下的光通信系統(tǒng)相比，它具有以下多種優(yōu)點(diǎn)：多種優(yōu)點(diǎn)： 可提供更大的帶寬，因?yàn)槿饩W(wǎng)對(duì)可提供更大的帶寬，因?yàn)槿饩W(wǎng)對(duì)信號(hào)的交換都在光域內(nèi)進(jìn)行，可最大限度信號(hào)的交換都在光域內(nèi)進(jìn)行，可最大限度地利用光纖的傳輸容量；地利用光纖的傳輸容量； 具有傳輸透明性，因?yàn)椴捎玫墓饴肪哂袀鬏斖该餍?，因?yàn)椴捎玫墓饴方粨Q以波長(zhǎng)來(lái)選擇路由，因此對(duì)傳輸碼率、交換以波長(zhǎng)來(lái)選擇路由，因此對(duì)傳輸碼率、數(shù)據(jù)格式以及調(diào)制方式具有透明性，即對(duì)數(shù)據(jù)格式以及調(diào)制方式具有透明性，即對(duì)信號(hào)形式無(wú)限制，允許采用不同的速

9、率和信號(hào)形式無(wú)限制，允許采用不同的速率和協(xié)議；協(xié)議； 具有更高的處理速度和更低的誤碼具有更高的處理速度和更低的誤碼率；率； 具有良好的兼容性，不僅可以與現(xiàn)具有良好的兼容性，不僅可以與現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)兼容，而且還可以支持未來(lái)有的通信網(wǎng)絡(luò)兼容，而且還可以支持未來(lái)的寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)以及網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)；的寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)以及網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)； 具備良好的擴(kuò)展性能，網(wǎng)絡(luò)可同時(shí)具備良好的擴(kuò)展性能，網(wǎng)絡(luò)可同時(shí)擴(kuò)展用戶、容量和種類，新節(jié)點(diǎn)的加入并擴(kuò)展用戶、容量和種類，新節(jié)點(diǎn)的加入并不會(huì)影響原來(lái)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和原有各節(jié)點(diǎn)設(shè)備；不會(huì)影響原來(lái)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和原有各節(jié)點(diǎn)設(shè)備； 具備可重構(gòu)性，可以根據(jù)通信容量具備可重構(gòu)性，可以根據(jù)通信容量

10、的需求，動(dòng)態(tài)地改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可進(jìn)行恢的需求，動(dòng)態(tài)地改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可進(jìn)行恢復(fù)、建立、拆除光波長(zhǎng)的連接；復(fù)、建立、拆除光波長(zhǎng)的連接； 由于采用了較多無(wú)源光器件，省去由于采用了較多無(wú)源光器件，省去了龐大的光了龐大的光/電電/光轉(zhuǎn)換的設(shè)備及工作，可大光轉(zhuǎn)換的設(shè)備及工作，可大幅提升網(wǎng)絡(luò)整體的交換速度，提高可靠性。幅提升網(wǎng)絡(luò)整體的交換速度，提高可靠性。圖圖10.8 不含波長(zhǎng)變換器不含波長(zhǎng)變換器OXC圖圖10.10 耦合交換耦合交換OXC結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖圖10.11 基于波長(zhǎng)交換基于波長(zhǎng)交換OXC結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)SOA交叉增益調(diào)制波長(zhǎng)變換器結(jié)交叉增益調(diào)制波長(zhǎng)變換器結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn) 單 、 與 偏 振 無(wú) 關(guān) 、 轉(zhuǎn) 換 速 率 快構(gòu) 簡(jiǎn) 單 、 與 偏 振 無(wú) 關(guān) 、 轉(zhuǎn) 換 速 率 快(40Gbit/s左右左右)，缺點(diǎn)首先是輸出的信號(hào)與，缺點(diǎn)首先是輸出的信號(hào)與輸入信號(hào)的極性正好相反，向短波長(zhǎng)方向輸入信號(hào)的極性正好相反，向