光纖通信課件第六章002

第6章 光纖通信新技術(shù)1本章內(nèi)容、重點(diǎn)和難點(diǎn)本章內(nèi)容DWDM技術(shù)的概念及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。光接入網(wǎng)的概念及相關(guān)的接入技術(shù)。相干光通信技術(shù)。光孤子通信技術(shù)。全光通信網(wǎng)。本章重點(diǎn)和難點(diǎn)DWDM技術(shù)。光接入技術(shù)。全光通信網(wǎng)。第6章 光纖通信新技術(shù)2學(xué)習(xí)本章目的和要求掌握DWDM技術(shù)及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。了解光接入的原理，掌握光接入網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)。了解相干光通信及光孤子通信的基本概念。了解全光網(wǎng)的概念。第6章 光纖通信新技術(shù)36.1DWDM技術(shù)介紹：DWDM的原理DWDM關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)現(xiàn)方式傳輸媒質(zhì)（也就是光纖）的種類和特性DWDM系統(tǒng)組網(wǎng)46.1.1DWDM概述

1．DWDM技術(shù)產(chǎn)生背景

盡管目前光纖通信單信道實(shí)用化系統(tǒng)的傳輸速率發(fā)展到了10Gbit/s，線路的利用率有了很大提高，但與光纖巨大的帶寬潛力相比還微不足道。本章將介紹光空分復(fù)用、光時(shí)分復(fù)用、光頻分復(fù)用、光碼分復(fù)用、光副載波復(fù)用和波分復(fù)用等常用的幾種光復(fù)用技術(shù)。

復(fù)用技術(shù)是為了提高通信線路的利用率，而采用的在同一傳輸線路上同時(shí)傳輸多路不同信號(hào)而互不干擾的技術(shù)。(1)光時(shí)分復(fù)用(OTDM)光時(shí)分復(fù)用(OTDM)技術(shù)指利用高速光開(kāi)關(guān)把多路光信號(hào)在時(shí)域里復(fù)用到一路上的技術(shù)。即將多個(gè)高速電調(diào)制信號(hào)分別轉(zhuǎn)換為等速率的光信號(hào)，然后在光層上利用超窄光脈沖進(jìn)行時(shí)域復(fù)用。56.1.1DWDM概述(2)空分復(fù)用（SDM）空分復(fù)用就是利用空間分割，根據(jù)需要構(gòu)成不同的信道進(jìn)行光復(fù)用的一種復(fù)用技術(shù)。(3)光副載波復(fù)用(OSCM)光副載波復(fù)用(OSCM)技術(shù)是將基帶信號(hào)首先調(diào)制到GHz的副載波上，再把副載波調(diào)制到THz的光載波上。(4)光碼分復(fù)用(OCDM)光碼分復(fù)用(OCDM)技術(shù)是CDM(CodeDivisionMultiplexing)技術(shù)和光纖通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，在這種復(fù)用技術(shù)中，每個(gè)信道不是占用一個(gè)給定的波長(zhǎng)、頻率或者時(shí)隙，而是以一個(gè)特有的編碼脈沖序列方式來(lái)傳送其比特信息。在該通信系統(tǒng)中，每個(gè)用戶都擁有一個(gè)惟一的地址碼，該碼是一組光正交碼中的一個(gè)。66.1.1DWDM概述

光波分復(fù)用、光時(shí)分復(fù)用、光副載波復(fù)用和光碼分復(fù)用都是正在使用和研究的光纖復(fù)用技術(shù)，這些技術(shù)的使用能增加線路容量，提高線路利用率。傳統(tǒng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容方法采用空分多路復(fù)用（SDM）和時(shí)分多路復(fù)用（TDM）兩種方式。（1）SDM靠增加光纖數(shù)量的方式線性增加傳輸系統(tǒng)的容量，傳輸設(shè)備也線性增加?？辗侄嗦窂?fù)用的擴(kuò)容方式十分受限。（2）TDM是比較常用的擴(kuò)容方式，從PDH的一次群至四次群的復(fù)用，到SDH的STM-1、STM-4、STM-16至STM-64的復(fù)用。但達(dá)到一定的速率等級(jí)時(shí)，會(huì)受到器件和線路等特性的限制。DWDM技術(shù)不僅大幅度地增加了網(wǎng)絡(luò)的容量，而且還充分利用了光纖的寬帶資源，減少了網(wǎng)絡(luò)資源的浪費(fèi)。76.1.1DWDM概述光纖通信經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，單信道實(shí)用化系統(tǒng)的傳輸速率從1976年的45Mbit/s發(fā)展到了40Gbit/s，線路的利用率得到了很大提高(但與光纖巨大的帶寬潛力相比這點(diǎn)帶寬還微不足道)。(5)光波分復(fù)用(WDM)光波分復(fù)用(WDM)技術(shù)是在一芯光纖中同時(shí)傳輸多波長(zhǎng)光信號(hào)的一項(xiàng)技術(shù)。其基本原理是在發(fā)送端將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)組合起來(lái)，并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進(jìn)行傳輸，在接收端將組合波長(zhǎng)的光信號(hào)分開(kāi)，并作進(jìn)一步處理，恢復(fù)出原信號(hào)后送入不同的終端。為了進(jìn)一步提高光纖帶寬利用率，相鄰兩光載波的間隔將越來(lái)越小，用波長(zhǎng)來(lái)衡量其間隔就很不方便，一般認(rèn)為：當(dāng)相鄰光載波的間隔小到0.1nm(10GHz)以下時(shí)，此時(shí)的復(fù)用習(xí)慣稱為光頻分復(fù)用。86.1.1DWDM概述

2．DWDM原理概述

波分復(fù)用系統(tǒng)的工作波長(zhǎng)可以從0.8μs到1.7μs，由此可見(jiàn)，它可以適用于光纖所有低衰減、低色散窗口.WDM技術(shù)是利用單模光纖的帶寬以及低損耗的特性，采用多個(gè)波長(zhǎng)作為載波，允許各載波信道在一條光纖內(nèi)同時(shí)傳輸。

DWDM和CWDM技術(shù)實(shí)際上它們是同一種技術(shù)，只是通道間隔不同。WDM系統(tǒng)的通道間隔為幾十納米以上，例如最早的1310/1550nm兩波長(zhǎng)系統(tǒng)，它們之間的波長(zhǎng)間隔達(dá)兩百多納米，這是在當(dāng)時(shí)技術(shù)條件下所能實(shí)現(xiàn)的WDM系統(tǒng)。

隨著技術(shù)的發(fā)展，特別是EDFA（摻鉺光纖放大器）的商用化，使WDM系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)期。

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WDM系統(tǒng)的頻譜分布圖6.1.1DWDM概述106.1.1DWDM概述

DWDM是密集波分復(fù)用的英文縮寫(xiě)。DWDM系統(tǒng)是一種波長(zhǎng)間隔更緊密的WDM系統(tǒng)?，F(xiàn)在的通道間隔則更小，只有0.8-2nm，甚至小于0.8nm，所謂密集是針對(duì)波長(zhǎng)間隔而言的.

CWDM技術(shù)是為了滿足接入網(wǎng)應(yīng)用的要求，是一種近來(lái)流行的被稱為粗波分復(fù)用的技術(shù)CWDM系統(tǒng)是在1530-1560nm的頻譜范圍內(nèi)每隔10nm分配一個(gè)波長(zhǎng)，此時(shí)可以使用頻譜較寬的、對(duì)中心波長(zhǎng)精確度要求低的、比較便宜的激光器，通常為了節(jié)約投資成本不使用放大器.1550nm窗口的工作波長(zhǎng)區(qū)為1530-1565nm.

DWDM系統(tǒng)的構(gòu)成及光譜示意如圖6-1所示。116.1.1DWDM概述圖6-1DWDM系統(tǒng)的構(gòu)成及頻譜示意圖126.1.1DWDM概述3．DWDM工作方式

WDM系統(tǒng)從不同的角度可以分為不同的類型，常見(jiàn)的分類方法有：從傳輸方向分，可以分為雙纖單向波分復(fù)用系統(tǒng)和單纖雙向波分復(fù)用系統(tǒng)；從光接口類型分，可以分為集成式波分復(fù)用系統(tǒng)和開(kāi)放式波分復(fù)用系統(tǒng)。

開(kāi)放式DWDM系統(tǒng)采用波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換技術(shù)，將復(fù)用終端的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成符合ITU-T建議的波長(zhǎng)，然后進(jìn)行合波。集成式DWDM系統(tǒng)沒(méi)有采用波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換技術(shù)，它要求復(fù)用終端的光信號(hào)符合ITU-T建議的波長(zhǎng)，然后進(jìn)行合波。136.1.1DWDM概述

（1）雙纖單向傳輸雙纖單向傳輸指一根光纖只完成一個(gè)方向光信號(hào)的傳輸，反向光信號(hào)的傳輸由另一根光纖來(lái)完成。如圖6-2所示，圖6-2雙纖單向傳輸?shù)腄WDM系統(tǒng)146.1.1DWDM概述（2）單纖雙向傳輸單纖雙向傳輸指在一根光纖中實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向光信號(hào)的同時(shí)傳輸，兩個(gè)方向的光信號(hào)應(yīng)安排在不同波長(zhǎng)上。圖6-3單纖雙向傳輸?shù)腄WDM系統(tǒng)156.1.1DWDM概述（3）集成式波分復(fù)用系統(tǒng)

考慮到各波長(zhǎng)之間的影響最小和更多廠家的設(shè)備能互通工作，WDM使用的激光器發(fā)出的光的中心波長(zhǎng)、波長(zhǎng)間隔、中心頻率偏移等均有嚴(yán)格的規(guī)定，必需符合ITU-TG.692建議。(4)開(kāi)放式波分復(fù)用系統(tǒng)

開(kāi)放式系統(tǒng)就是在波分復(fù)用器前加入波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器(OpticalTransitionUnit，OTU)，將SDH非規(guī)范的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)，如下圖所示。

開(kāi)放式WDM系統(tǒng)166.1.1DWDM概述（5）光信號(hào)的分出和插入通過(guò)光分插復(fù)用器（OADM）可以實(shí)現(xiàn)各波長(zhǎng)的光信號(hào)在中間站的分出與插入，即完成上/下光路，利用這種方式可以完成DWDM系統(tǒng)的環(huán)形組網(wǎng)。圖6-4光信號(hào)的分出和插入傳輸176.1.1DWDM概述

4．DWDM的優(yōu)越性(1)超大容量。可以充分利用光纖的巨大帶寬潛力，使一根光纖上的傳輸容量比單波長(zhǎng)傳輸增加幾十至上萬(wàn)倍。(2)N個(gè)波長(zhǎng)復(fù)用以后在一根光纖中傳輸，在大容量長(zhǎng)途傳輸時(shí)可以節(jié)約大量的光纖。(3)對(duì)數(shù)據(jù)“透明”。波分復(fù)用通道對(duì)傳輸信號(hào)是完全透明的，即對(duì)傳輸碼率、數(shù)據(jù)格式及調(diào)制方式均具有透明性，可同時(shí)提供多種協(xié)議的業(yè)務(wù)，不受限制地提供端到端業(yè)務(wù)。(4)可擴(kuò)展性好,兼容全光交換。(5)降低器件的超高速要求。(6)高度的組網(wǎng)靈活性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性,系統(tǒng)升級(jí)時(shí)能最大限度地保護(hù)已有投資。186.1.1DWDM概述

5．影響波分復(fù)用系統(tǒng)性能的因素（1）制作技術(shù)和成本限制（2）串?dāng)_影響（3）穩(wěn)頻（4）阻塞特性196.1.1DWDM概述6.WDM對(duì)光源和光電檢測(cè)器的要求

（1）對(duì)光源的要求①激光器輸出波長(zhǎng)保持穩(wěn)定②激光器應(yīng)具有比較大的色散容納值③采用外調(diào)制技術(shù)（2）對(duì)光檢測(cè)器的要求

光檢測(cè)器應(yīng)具有多波長(zhǎng)檢測(cè)能力。206.1.2DWDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1．DWDM器件DWDM器件分為合波器和分波器兩種，如圖6-5所示。合波器的主要作用是將多個(gè)信號(hào)波長(zhǎng)合在一根光纖中傳輸。分波器的主要作用是將在一根光纖中傳輸?shù)亩鄠€(gè)波長(zhǎng)信號(hào)分離。圖6-5DWDM器件21DWDM的工作原理:一般來(lái)說(shuō)，DWDM系統(tǒng)主要由以下五部分組成：光發(fā)射機(jī)、光中繼放大、光接收機(jī)、光監(jiān)控信道和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。(1)光發(fā)射機(jī)是DWDM系統(tǒng)的核心，除了對(duì)DWDM系統(tǒng)中發(fā)射激光器的中心波長(zhǎng)有特殊的要求外，還需要根據(jù)DWDM系統(tǒng)的不同應(yīng)用(主要是傳輸光纖的類型和無(wú)電中繼傳輸?shù)木嚯x)來(lái)選擇具有一定色度色散容限的發(fā)射機(jī)。

(2)光中繼放大經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離光纖傳輸后(80～120km)，需要對(duì)光信號(hào)進(jìn)行光中繼放大。在接收端，光前置放大器(PA)放大經(jīng)傳輸而衰減的主信道光信號(hào)后，利用分波器從主信道光信號(hào)中分出特定波長(zhǎng)的光信號(hào)送往各終端設(shè)備。6.1.2DWDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)22

(3)光監(jiān)控信道

隨著EDFA的商用化進(jìn)程的發(fā)展，在DWDM系統(tǒng)中通常使用EDFA作為中繼器，這樣使無(wú)電中繼距離大大提高，因而在DWDM系統(tǒng)中的監(jiān)控內(nèi)容增加了對(duì)EDFA的監(jiān)控與管理的內(nèi)容。在DWDM系統(tǒng)中是通過(guò)增加一個(gè)新的波長(zhǎng)來(lái)對(duì)EDFA的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。除監(jiān)控線路中的EDFA之外，DWDM系統(tǒng)中的監(jiān)控系統(tǒng)還應(yīng)完成對(duì)各波道工作狀態(tài)的監(jiān)控。監(jiān)控信號(hào)所傳信息包括幀同步字節(jié)、公務(wù)字節(jié)和網(wǎng)管所用的開(kāi)銷字節(jié)等。

6.1.2DWDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)236.1.2DWDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2．DWDM的幾種網(wǎng)絡(luò)單元類型DWDM設(shè)備可分為光終端復(fù)用器（OTM）、光線路放大器（OLA）、光分插復(fù)用器（OADM）和電中繼器（REG）幾種類型。以華為公司的波分320G設(shè)備為例講述各種網(wǎng)單元的作用。（1）光終端復(fù)用器（OTM）在發(fā)送方向，OTM把波長(zhǎng)為λ1～λ16（或λ32）的STM-16信號(hào)經(jīng)合波器復(fù)用成DWDM主信道，然后對(duì)其進(jìn)行光放大，并附加上波長(zhǎng)為λs的光監(jiān)控信道。在接收方向，OTM先把光監(jiān)控信道取出，然后對(duì)DWDM主信道進(jìn)行光放大，經(jīng)分波器解復(fù)用成16（或32）個(gè)波長(zhǎng)的STM-16信號(hào)。OTM的信號(hào)流向如圖6-6所示。246.1.2DWDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖6-6OTM信號(hào)流向圖256.1.2DWDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（2）光放大器（OLA）每個(gè)傳輸方向的OLA先取出光監(jiān)控信道（OSC）并進(jìn)行處理，再將主信道進(jìn)行放大，然后將主信道與OSC合路并送入光纖。如圖6-7所示。圖6-7OLA信號(hào)流向圖266.1.2DWDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

WDM已經(jīng)成為光纖通信的主要發(fā)展方向，因而光分插復(fù)用器(OADM)和光數(shù)字交叉連接器OXC將成為光傳送網(wǎng)中的關(guān)鍵器件，其性能直接對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的性能構(gòu)成影響。

（3）光分插復(fù)用器（OADM）OADM設(shè)備接收線路的光信號(hào)后，先提取監(jiān)控信道，再用WPA將主光通道預(yù)放大，通過(guò)MR2單元把含有16或32路STM-16的光信號(hào)按波長(zhǎng)取下一定數(shù)量后送出設(shè)備，要插入的波長(zhǎng)經(jīng)MR2單元直接插入主信道，再經(jīng)功率放大后插入本地光監(jiān)控信道，向遠(yuǎn)端傳輸。以MR2為例，其信號(hào)流向如圖6-8所示。276.1.2DWDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖6-8靜態(tài)OADM（32/2）信號(hào)流向圖28

OADM的功能波長(zhǎng)上、下話路的功能。具有波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換功能。具有光中繼放大和功率平衡功能。提供復(fù)用段和通道保護(hù)倒換功能，支持各種自愈環(huán)。具有多業(yè)務(wù)接入功能。（4）OXC的結(jié)構(gòu)和功能

OXC是一種光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備，它可以在光層上進(jìn)行交叉連接和靈活的上下話路操作，同時(shí)還提供網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和管理功能，它是實(shí)現(xiàn)可靠的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)與恢復(fù)以及自動(dòng)配線和監(jiān)控的重要手段.6.1.2DWDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)29

OXC的功能與SDH網(wǎng)絡(luò)中的DXC設(shè)備的功能相比，它們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)中的地位和作用相同，但功能上存在下列區(qū)別。

OXC是在光域完成交叉連接功能的，而DXC是在電層上進(jìn)行交叉連接。

OXC可以對(duì)不同速率和采用任何傳輸格式的信號(hào)進(jìn)行交叉連接操作；DXC設(shè)備針對(duì)不同傳輸格式和不同傳輸速率的信號(hào)的處理方式不同。

DXC受電子速率的限制，交叉連接速率較低；OXC無(wú)論在交叉連接速率、接入速率以及總?cè)萘康确矫?，都?yōu)于DXC。

OXC中無(wú)需進(jìn)行時(shí)鐘信號(hào)同步與開(kāi)銷處理，便于網(wǎng)絡(luò)升級(jí)(無(wú)需更換設(shè)備)，而DXC必須進(jìn)行時(shí)鐘信號(hào)同步與開(kāi)銷處理，在網(wǎng)絡(luò)升級(jí)時(shí)必須更換設(shè)備。6.1.2DWDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)306.1.2DWDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（5）兩個(gè)OTM背靠背組成的光分插復(fù)用器用兩個(gè)OTM背靠背的方式組成一個(gè)可上/下波長(zhǎng)的OADM，如圖6-9所示。圖6-9兩個(gè)OTM背靠背組成的OADM信號(hào)流向圖316.1.2DWDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（6）電中繼器（REG）以STM-16信號(hào)的中繼為例，其的信號(hào)流向如圖6-10所示。圖6-10電中繼器（REG）的信號(hào)流向圖326.1.2DWDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3．DWDM網(wǎng)絡(luò)的一般組成（1）點(diǎn)到點(diǎn)組網(wǎng)DWDM的點(diǎn)到點(diǎn)組網(wǎng)示意圖如圖6-11所示。（2）鏈形組網(wǎng)DWDM的鏈形組網(wǎng)示意圖如圖6-12所示。（3）環(huán)形組網(wǎng)DWDM環(huán)形組網(wǎng)示意圖如圖6-13所示。圖6-11DWDM的點(diǎn)到點(diǎn)組網(wǎng)示意圖

336.1.2DWDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖6-13DWDM的環(huán)形組網(wǎng)示意圖圖6-12DWDM的鏈形組網(wǎng)示意圖346.1.2DWDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4．DWDM網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)點(diǎn)到點(diǎn)線路保護(hù)主要有兩種保護(hù)方式一種是基于單個(gè)波長(zhǎng)、在SDH層實(shí)施的1+1或1︰N的保護(hù)；另一種是基于光復(fù)用段上的保護(hù)，在光路上同時(shí)對(duì)合路信號(hào)進(jìn)行保護(hù)，這種保護(hù)也稱光復(fù)用段保護(hù)（OMSP）。另外還有基于環(huán)網(wǎng)的保護(hù)。35下圖為采用分路器和光開(kāi)光復(fù)用段保護(hù)(OMSP)

6.1.2DWDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)366.2光接入技術(shù)

電信網(wǎng)包含了為在不同地方的用戶提供各種電信業(yè)務(wù)的所有傳輸及復(fù)用設(shè)備、交換設(shè)備及各種線路設(shè)施等。接入網(wǎng)是電信網(wǎng)的重要組成部分，負(fù)責(zé)將電信業(yè)務(wù)透明地傳送到用戶。接入網(wǎng)由業(yè)務(wù)結(jié)點(diǎn)接口(SNI)和用戶網(wǎng)絡(luò)接口(UNI)之間的一系列傳送實(shí)體(如線路設(shè)施和傳輸設(shè)施)組成，為供給電信業(yè)務(wù)而提供所需的傳送承載能力，可經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)管理接口(Q3)配置和管理。原則上對(duì)接入網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)的UNI和SNI的類型和數(shù)目沒(méi)有限制。接入網(wǎng)不解釋信令。以前的接入網(wǎng)主要是銅纜網(wǎng)，攜帶的業(yè)務(wù)主要是電話業(yè)務(wù)。銅纜網(wǎng)的故障率很高，維護(hù)運(yùn)行成本也很高，為了減少銅纜網(wǎng)的維護(hù)運(yùn)行費(fèi)用和故障率，光接入網(wǎng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。37

接入網(wǎng)的界定電信管理網(wǎng)(TMN)接入網(wǎng)(AN)業(yè)務(wù)結(jié)點(diǎn)接口(SNI)業(yè)務(wù)結(jié)點(diǎn)(SN)Q3接口Q3接口用戶網(wǎng)絡(luò)接口(UNI)6.2光接入技術(shù)386.2.1光接入網(wǎng)的基本概念1．光接入網(wǎng)基本概念及位置所謂接入網(wǎng)就是指端局到用戶環(huán)路之間的所有機(jī)線設(shè)備，通常又稱為用戶網(wǎng)，如圖6-14所示。光接入網(wǎng)（OAN）是指本地交換機(jī)或遠(yuǎn)端交換模塊與用戶設(shè)備之間采用光傳輸或部分采用光傳輸?shù)南到y(tǒng)。圖6-14接入網(wǎng)在電信網(wǎng)中的位置396.2.1光接入網(wǎng)的基本概念2．OAN的優(yōu)點(diǎn)與功能（1）減少網(wǎng)路的維護(hù)運(yùn)行費(fèi)用，降低故障率。（2）利于開(kāi)發(fā)新業(yè)務(wù)，特別是寬帶多媒體業(yè)務(wù)，加強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力，提高業(yè)務(wù)收入。（3）大大延長(zhǎng)傳輸距離，擴(kuò)大交換機(jī)的覆蓋范圍。（4）引入OAN后，連接到用戶設(shè)備的雙絞線或同軸電纜段的長(zhǎng)度很短，可實(shí)現(xiàn)寬帶傳輸，充分利用現(xiàn)有的巨大的網(wǎng)絡(luò)投資。功能：OAN可為企事業(yè)單位和居民住宅用戶服務(wù)；OAN工作于多廠家、多類型交換機(jī)環(huán)境；OAN能提供所有原來(lái)銅纜網(wǎng)所提供的業(yè)務(wù)（主要是2Mbit/s以下速率的業(yè)務(wù)），并能升級(jí)提供圖像和數(shù)據(jù)等寬帶業(yè)務(wù)。406.2.1光接入網(wǎng)的基本概念

3．OAN的參考配置圖6-15所示的是OAN的參考配置?？梢?jiàn)，光接入網(wǎng)又可定義為：共享同一網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口且由光接入傳輸系統(tǒng)支持的一系列接入鏈路，由光線路終端（OLT）、光分配網(wǎng)（ODN）、光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）及適配功能（AF）組成，可能包括若干與同一OLT相連的ODN。OLT的作用是為OAN提供網(wǎng)絡(luò)側(cè)與本地交換機(jī)之間的接口，完成電/光轉(zhuǎn)換，并經(jīng)一個(gè)或多個(gè)ODN與用戶側(cè)的ONU通信。ODN的功能是完成光信號(hào)功率的分配。ONU的作用是提供遠(yuǎn)端用戶側(cè)接口，完成光/電轉(zhuǎn)換。AF為ONU和用戶設(shè)備提供適配功能。416.2.1光接入網(wǎng)的基本概念圖6-15OAN的參考配置42

光接入網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)OLTONUONUONU單星形網(wǎng)OLTODNONUONUONU雙星形網(wǎng)OLTONUONUONUONUONU總線形網(wǎng)OLTONUONUONUONUONUONU環(huán)形網(wǎng)6.2.1光接入網(wǎng)的基本概念436.2.2無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）1．無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）的應(yīng)用類型與組網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）是指在交換局和用戶之間的光分配網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有任何有源電子設(shè)備，即在光分支點(diǎn)采用無(wú)源光分路器構(gòu)成的光接入網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇梢允菢?shù)型、星形、總線形.

圖6-16PON基本應(yīng)用類型446.2.2無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）PON的優(yōu)勢(shì)主要有：PON具有成本低、便于維護(hù)、對(duì)各種業(yè)務(wù)透明等優(yōu)點(diǎn)；室外設(shè)備是純介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，避免了有源設(shè)備的電磁干擾和雷電影響，減少了線路和外部設(shè)備的故障率，提高了系統(tǒng)的可靠性；擴(kuò)容比較簡(jiǎn)單，不涉及硬件設(shè)備改造，只需軟件升級(jí)，具有良好的擴(kuò)展性；對(duì)業(yè)務(wù)透明性較好，原則上可適用于任何制式和速率的信號(hào)；能夠平滑地過(guò)渡到光纖到戶（FTTH），是目前FTTH的主要解決方案，因而具有廣闊的應(yīng)用前景.

456.2.2無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）應(yīng)用類型：按ONU所處的位置不同，可將PON分為3種基本的應(yīng)用類型，光纖到路邊（FTTC），光纖到大樓（FTTB），光纖到家（FTTH）和/或光纖到辦公室（FTTO）在FTTC結(jié)構(gòu)中，ONU設(shè)置在路邊的人孔或電線桿上的分線盒處，有時(shí)也可以設(shè)置在交接箱處。FTTC一般采用雙星形結(jié)構(gòu)，從ONU到用戶之間采用雙絞線銅纜，若要傳送寬帶業(yè)務(wù)則要用高頻電纜或同軸電纜。

FTTB是將ONU直接放在大樓內(nèi)(如企業(yè)、事業(yè)單位辦公樓或居民住宅公寓內(nèi))，再由銅纜將業(yè)務(wù)分配到各個(gè)用戶。FTTB比FTTC的光纖化程度更進(jìn)一步，更適合高密度用戶區(qū)，也更容易滿足未來(lái)寬帶業(yè)務(wù)傳輸?shù)男枰?66.2.2無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）

如果將FTTC結(jié)構(gòu)中設(shè)置在路邊的ONU換成無(wú)源光分路器，將ONU移到大企業(yè)事業(yè)單位(如公司、政府機(jī)關(guān)、大學(xué)或研究所)的辦公室內(nèi)就成了FTTO。將ONU移到用戶家里就成了FTTH。

FTTH是一種全透明全光纖的光接入網(wǎng)，適于引入新業(yè)務(wù)，對(duì)傳輸制式、帶寬和波長(zhǎng)等基本上沒(méi)有限制，并且ONU安裝在用戶處，供電、安裝維護(hù)等都比較方便。476.2.2無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）FTTH作為廣義的寬帶接入方式，可以適應(yīng)不同時(shí)期、不同用戶的多種接入需求，實(shí)現(xiàn)低成本、靈活的組網(wǎng)方案.對(duì)于帶寬需求不高的居民小區(qū)普通用戶，可以采取光纖到小區(qū)，將ONU模塊放置在小區(qū)，通過(guò)這里的中心交換機(jī)再接到各個(gè)樓的用戶；對(duì)于公司用戶，可以采用光纖到大樓，公司共享一個(gè)ONU模塊，根據(jù)公司的業(yè)務(wù)需求，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分配帶寬；對(duì)于特殊用戶，直接實(shí)現(xiàn)FTTH（或光纖到桌面）,ONU/ONT模塊放置在用戶家中，為用戶提供傳統(tǒng)語(yǔ)音、CATV/HDTV和高速數(shù)據(jù)服務(wù)，這就是今后要實(shí)現(xiàn)的真正意義上的FTTH；對(duì)于一些重要會(huì)議現(xiàn)場(chǎng)，經(jīng)常有大量媒體進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)報(bào)道，進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻、網(wǎng)絡(luò)視頻直播，對(duì)傳輸速率要求很高。這時(shí)可以采用光纖到桌面（FTTD），將光纖接到新聞現(xiàn)場(chǎng)，提供高速的接入服務(wù)486.2.2無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）

組網(wǎng)：PON的組網(wǎng)有總線結(jié)構(gòu)、樹(shù)形結(jié)構(gòu)、星形結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)。如圖6-17所示，圖中SP是光分支器，一個(gè)OLT一般能帶500個(gè)用戶，一個(gè)ONU可帶4、16、32、64個(gè)用戶。圖6-17無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)496.2.2無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）2．PON的業(yè)務(wù)支持能力PON可支持2.048Mbit/s以下速率的窄帶業(yè)務(wù)，基本業(yè)務(wù)有下面7種：普通電話業(yè)務(wù)（POTS）、租用線、分組數(shù)據(jù)、ISDN基本速率接入（BRA）、ISDN基群速率接入（PRA）、n×64kbit/s和2.048Mbit/s（成幀和不成幀）。可支持寬帶業(yè)務(wù)，諸如單向廣播式業(yè)務(wù)（如CATV業(yè)務(wù)）、雙向交互式業(yè)務(wù)（如VOD或數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)）和模擬廣播業(yè)務(wù)等。圖6-18所示是采用TDM+FDM+WDM方式傳送寬帶圖像業(yè)務(wù)的PON系統(tǒng)。506.2.2無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）圖6-18TDM+FDM+WDM的PON系統(tǒng)516.2.3數(shù)字環(huán)路載波（DLC）

1．?dāng)?shù)字環(huán)路載波系統(tǒng)構(gòu)成DLC是業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)（SN）和用戶終端設(shè)備之間的接入網(wǎng)設(shè)備，在SN與用戶所在地之間采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的有源光網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)。DLC系統(tǒng)由局端機(jī)（COT）、遠(yuǎn)端機(jī)（RT）和光線路終端（OLT）三部分組成，如圖6-19所示。圖6-19DLC系統(tǒng)參考配置526.2.3數(shù)字環(huán)路載波（DLC）2．DLC系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）COT和SN之間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的2Mbit/s和n×2Mbit/s數(shù)字接口相接。（2）COT和RT之間使用光傳輸設(shè)備傳送信息，光傳輸設(shè)備既傳送用戶信息也用于傳送監(jiān)測(cè)信號(hào)、公務(wù)及其他數(shù)據(jù)信號(hào)的輔助信道。（3）RT與用戶終端設(shè)備之間采用標(biāo)準(zhǔn)化的用戶接口。536.2.3數(shù)字環(huán)路載波（DLC）3．DLC系統(tǒng)的功能（1）DLC系統(tǒng)不解釋信令，提供PSTN用戶口信令信息的雙向傳輸功能，提供ISDND通道信息的雙向傳輸功能。（2）DLC系統(tǒng)提供透明傳送ISDNB通道或PCM64kbit/s信道的雙向傳送功能。（3）DLC系統(tǒng)提供各部分的性能監(jiān)測(cè)、告警信號(hào)。提供每個(gè)用戶口的狀態(tài)信息。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的Q接口與TMN相連。（4）DLC系統(tǒng)的COT到RT之間可以采用各種標(biāo)準(zhǔn)化的SDH和PDH傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)傳輸功能。（5）DLC系統(tǒng)提供“公務(wù)”等輔助功能。利用內(nèi)嵌操作信道完成管理信息的傳送。546.2.3數(shù)字環(huán)路載波（DLC）

4．靈活數(shù)字環(huán)路系統(tǒng)（FDLC）為提高信道資源的利用率，可采用動(dòng)態(tài)分配時(shí)隙的方法，這種DLC系統(tǒng)稱為靈活數(shù)字環(huán)路系統(tǒng)（FDLC）。在DLC設(shè)備內(nèi)加入集線/壓縮功能，在相同的傳輸速率下可容納更多的用戶，如采用4∶1的集線比，可在2Mbit/s的傳輸速率下傳送120路電話（如圖6-20所示）。圖7-21所示的是另一種靈活分配時(shí)隙的例子，在2Mbit/s信道的30個(gè)時(shí)隙中，12個(gè)時(shí)隙留作租用線業(yè)務(wù)，將108路電話以6∶1的集線比在余下的18個(gè)時(shí)隙中傳輸，在COT處恢復(fù)為4個(gè)2Mbit/s進(jìn)入交換機(jī)。556.2.3數(shù)字環(huán)路載波（DLC）圖7-204︰1集線的FDLC圖6-21另一種FDLC用法566.2.4混合光纖同軸網(wǎng)（HFC）

1．HFC的基本概念雙向HFC網(wǎng)絡(luò)能進(jìn)行交互式通信，它是在現(xiàn)有CATV的單向HFC網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上改造而成的，如圖6-22所示。

2．HFC的特點(diǎn)（1）HFC的優(yōu)點(diǎn)①頻帶寬②傳輸速率高③靈活性④經(jīng)濟(jì)性（2）需要解決的問(wèn)題①頻譜相互間的干擾問(wèn)題。②噪聲干擾的“漏斗效應(yīng)”問(wèn)題。③共享帶寬，要解決好信道爭(zhēng)用的問(wèn)題。④進(jìn)行交互式數(shù)據(jù)通信時(shí)要注意安全性和可靠性。576.2.4混合光纖同軸網(wǎng)（HFC）圖6-22雙向HFC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)586.2.4混合光纖同軸網(wǎng)（HFC）3．HFC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)雙向HFC網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)如圖6-22所示，主要由以下部分組成。

（1）局端設(shè)備：相當(dāng)CATV系統(tǒng)的前端設(shè)備，但功能擴(kuò)展了。①對(duì)各業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)設(shè)備的接口功能。②各路射頻信號(hào)的混合。③光電轉(zhuǎn)換。④提供監(jiān)控接口功能。

（2）光纖饋線網(wǎng)與光節(jié)點(diǎn)

（3）同軸電纜信號(hào)傳輸與分配網(wǎng)，含雙向放大器及分配器等。（4）綜合業(yè)務(wù)單元（ISU）ISU分單用戶（H-ISU）和多用戶（M-ISU）兩類。596.2.4混合光纖同軸網(wǎng)（HFC）4．HFC頻帶分配頻帶分配如表6-1所示。波

段頻

率

范

圍業(yè)

務(wù)R5.00～30.0(上行)電視及非廣播業(yè)務(wù)R130.0～42.0（上行）電信業(yè)務(wù)I48.5～92.0模擬廣播電視FM87.0～108.0調(diào)頻廣播A1111.0～167.0模擬廣播電視III167.0～223.0模擬廣播電視A2223.0～295.0模擬廣播電視B295.0～463.0模擬廣播電視IV470.0～582.0數(shù)字或模擬廣播電視V582.0～710.0電信業(yè)務(wù)（1）（VOD等）VI710.0～750.0電信業(yè)務(wù)（2）（電話、數(shù)據(jù)）606.2.4混合光纖同軸網(wǎng)（HFC）

5．HFC的業(yè)務(wù)支持能力（1）基于數(shù)字傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)①普通電話業(yè)務(wù)（POTS）②p×64kbit/s租用線業(yè)務(wù)③E1（成幀與不成幀）業(yè)務(wù)④ISDN業(yè)務(wù)：BRA和PRA⑤數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)⑥數(shù)字視頻業(yè)務(wù)（如VOD）⑦個(gè)人通信業(yè)務(wù)（PCS）（2）模擬業(yè)務(wù)①模擬廣播電視②調(diào)頻廣播616.2.4混合光纖同軸網(wǎng)（HFC）

6．HFC的用戶設(shè)備HFC的用戶設(shè)備由綜合業(yè)務(wù)單元（ISU）與電信業(yè)務(wù)終端和/或有線電視終端組成。ISU提供與電信業(yè)務(wù)終端和/或有線電視終端的接口功能。常見(jiàn)的ISU有電纜調(diào)制解調(diào)器（CM）和機(jī)頂盒（SetTopBox）。CM用于提供數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，連接PC或局域網(wǎng)。CM具有標(biāo)準(zhǔn)以太接口，可以連接單臺(tái)PC，也可以接多臺(tái)PC或局域網(wǎng)。機(jī)頂盒用于配合電視機(jī)收看模擬的或數(shù)字的廣播電視節(jié)目。功能強(qiáng)的機(jī)頂盒可同時(shí)具有CM的功能，用戶可通過(guò)電視機(jī)上網(wǎng)，同樣CM也可能兼有接收模擬和數(shù)字廣播電視的功能。626.2.5固定無(wú)線接入（FWA）

1．固定無(wú)線接入的基本概念和特點(diǎn)

（1）基本概念固定無(wú)線接入是指業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)到用戶終端間部分或全部采用了無(wú)線傳輸?shù)慕尤敕绞健Ｆ浣K端不含或含有有限的移動(dòng)性。（2）無(wú)線本地環(huán)路的優(yōu)點(diǎn)①系統(tǒng)安裝快捷，維護(hù)方便，費(fèi)用低。②網(wǎng)絡(luò)靈活性高，擴(kuò)容方便，便于網(wǎng)絡(luò)重組和用戶變遷。③有有限的移動(dòng)性，方便用戶，享受到移動(dòng)通信的部分功能，且僅僅支付普通市話費(fèi)用即可。④免去干線建設(shè)，提高了農(nóng)村電話網(wǎng)建設(shè)的速度和安全性。⑤頻譜利用率高，可以構(gòu)建高密度的室內(nèi)無(wú)線電話網(wǎng)。636.2.5固定無(wú)線接入（FWA）

2．固定無(wú)線接入的系統(tǒng)構(gòu)成典型的固定無(wú)線接入系統(tǒng)由下述單元組成，如圖6-23所示。圖6-23固定無(wú)線系統(tǒng)的參考配置646.2.5固定無(wú)線接入（FWA）（1）用戶單元是用戶攜帶的或固定在某一位置的無(wú)線收發(fā)信機(jī)，分為固定式、移動(dòng)式和便攜式3種。它為用戶提供電話、傳真等終端的標(biāo)準(zhǔn)接口，也可與終端做成一體。（2）基站基站通過(guò)無(wú)線接口提供與用戶單元之間的無(wú)線信道。（3）基站控制器提供與基站、網(wǎng)絡(luò)和操作維護(hù)中心的接口，提供無(wú)線信道控制和基站監(jiān)測(cè)等功能，并完成與交換機(jī)的轉(zhuǎn)換。（4）網(wǎng)管中心網(wǎng)管中心管理整個(gè)固定無(wú)線接入系統(tǒng)。它的功能包括配置管理、故障管理、性能管理、安全管理和計(jì)費(fèi)管理。656.2.5固定無(wú)線接入（FWA）3．固定無(wú)線接入的分類按照服務(wù)對(duì)象和覆蓋范圍，固定無(wú)線接入可分成以下3類。

（1）宏區(qū)：又稱大區(qū)，覆蓋區(qū)半徑為5～55km，主要用于農(nóng)村、山區(qū)、沿海和沙漠地區(qū)。

（2）微區(qū)：覆蓋區(qū)半徑為0.5～5km，主要用于城市、郊區(qū)和農(nóng)村。（3）微微區(qū)：覆蓋區(qū)半徑為50～500m，主要用于大城市人口密集的區(qū)域。666.2.5固定無(wú)線接入（FWA）4．業(yè)務(wù)和功能支持電話、話帶數(shù)據(jù)和傳真等固定電話網(wǎng)提供的業(yè)務(wù)。（1）支持公網(wǎng)交換機(jī)所發(fā)出的撥號(hào)音、忙音等信號(hào)音。（2）支持DTMF信號(hào)和拍叉簧功能，及各項(xiàng)派生業(yè)務(wù)。（3）支持基本業(yè)務(wù)及補(bǔ)充業(yè)務(wù)的透明傳送。（4）具有用戶識(shí)別鑒權(quán)功能。（5）固定無(wú)線接入用戶的管理。（6）系統(tǒng)能提供對(duì)固定用戶終接設(shè)備的檢測(cè)監(jiān)視能力。（7）呼叫處理能力。676.2.5固定無(wú)線接入（FWA）

5．固定無(wú)線接入中采用的無(wú)線傳輸技術(shù)

（1）微波一點(diǎn)多址接入系統(tǒng)是一種利用無(wú)線傳輸?shù)膹V播性，實(shí)現(xiàn)多個(gè)分散點(diǎn)用戶業(yè)務(wù)的集中的通信系統(tǒng)，又稱無(wú)線用戶集中器。（2）蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)用于固定接入在移動(dòng)蜂窩系統(tǒng)的基礎(chǔ)上針對(duì)固定接入的特點(diǎn)進(jìn)行改造的，以降低成本，適合于本地環(huán)路環(huán)境。（3）專用的無(wú)線接入技術(shù)由廠商根據(jù)無(wú)線接入的特點(diǎn)自行制定標(biāo)準(zhǔn)專門(mén)為用于本地環(huán)路而開(kāi)發(fā)的技術(shù)，沒(méi)有統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。（4）無(wú)繩通信系統(tǒng)用于固定接入：有CT2系統(tǒng)和DECT系統(tǒng)。686.2.5固定無(wú)線接入（FWA）圖6-24CT2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)①CT2系統(tǒng)主要用作公用電話網(wǎng)的接入手段，而不是獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，結(jié)構(gòu)如圖6-24所示。696.2.5固定無(wú)線接入（FWA）

②DECT系統(tǒng)DECT系統(tǒng)繼承了CT2的一些特點(diǎn)，克服了一些缺點(diǎn)，特點(diǎn)是DECT系統(tǒng)有良好的越區(qū)切換功能。DECT系統(tǒng)可利用多時(shí)隙組合支持較高速率的數(shù)據(jù)鏈路，用于144kbit/s的ISDN2B+D業(yè)務(wù)、G4傳真機(jī)業(yè)務(wù)等。DECT系統(tǒng)也采用32kbit/s的ADPCM語(yǔ)音壓縮編碼，語(yǔ)音質(zhì)量很好。DECT系統(tǒng)有很強(qiáng)的定位能力，可以自動(dòng)找到1000個(gè)用戶。DECT系統(tǒng)還具有較強(qiáng)的信令能力，呼叫建立快，通路變化迅速，既可呼出，也可呼入。706.2.5固定無(wú)線接入（FWA）

6．固定無(wú)線接入的應(yīng)用（1）人口稀疏的農(nóng)村、邊緣地區(qū)及庫(kù)區(qū)（2）城市新興商業(yè)區(qū)和居民區(qū)（3）在難于架設(shè)有線的地方（4）臨時(shí)應(yīng)用或緊急措施716.3相干光通信技術(shù)相干光——是由兩個(gè)激光器產(chǎn)生的具有空間疊加、相互干涉特性的激光。相干光通信——在發(fā)射端對(duì)光載波進(jìn)行幅度、頻率或相位調(diào)制，在接收端，則采用零差檢測(cè)或外差檢測(cè)等相干檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行信息接收的通信方式。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，即多信道光纖通信。與強(qiáng)度調(diào)制—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)光波在滿足波前匹配和偏振匹配的條件下，進(jìn)行光電混頻。726.3相干光通信技術(shù)相干光通信系統(tǒng)與IM-DD系統(tǒng)比較，主要有以下優(yōu)點(diǎn)。（1）光接收機(jī)靈敏度高，中繼距離長(zhǎng)（2）頻率選擇性好，通信容量大（3）具有多種調(diào)制方式1．相干光通信系統(tǒng)的基本原理與組成

光接收機(jī)接收的信號(hào)光和本地振蕩器產(chǎn)生的本振光經(jīng)混頻器作用后，光場(chǎng)發(fā)生干涉，由光檢測(cè)器輸出的光電流經(jīng)處理后以基帶信號(hào)形式輸出。由于混頻輸出光信號(hào)的中頻信號(hào)功率分量帶有信號(hào)光的幅度、頻率或相位信息，因此發(fā)端不管采用哪種調(diào)制方式，均可以在中頻功率分量反映出來(lái)，所以相干光接收方式適合于所有調(diào)制方式的通信。73

相干檢測(cè)原理方框圖光檢測(cè)器電信號(hào)處理本地光振蕩器信號(hào)光混頻器基帶信號(hào)ωsωL6.3相干光通信技術(shù)746.3相干光通信技術(shù)相干光通信系統(tǒng)由光發(fā)射機(jī)、光纖和光接收機(jī)組成。圖6-25相干光通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖756.3相干光通信技術(shù)如圖6-25所示，光源發(fā)出頻率為fs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fs+fIF，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，得到頻率為fIF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)接收電路完成通信過(guò)程。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鶕?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:766.3相干光通信技術(shù)式中：η為光電檢測(cè)量子效率，h為普朗克常量，e為電子電量，f為光頻率，Ps為信號(hào)光功率，PL為本振光功率，m為調(diào)制系數(shù)，(t-τg)為群延時(shí)，ωs、ωL和φs、φL分別為信號(hào)光和本振光的角頻率和相位。相干檢測(cè)的方式（1）零差檢測(cè)選擇ωL=ωs,即ωIF=0。零差檢測(cè)接收光功率可以放大幾個(gè)數(shù)量級(jí)，雖然噪聲也增大，但仍能使靈敏度大幅提高，但技術(shù)復(fù)雜，必須嚴(yán)格控制相位變化，使φs－φL保持不變，同時(shí)要求ωL=ωs。（2）外差檢測(cè)選擇ωL≠ωs,即ωIF=ωs－ωL＞0。外差檢測(cè)也能提高靈敏度，信噪比改善比零差檢測(cè)低3dB，但因無(wú)需實(shí)現(xiàn)相位鎖定，接收機(jī)設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單。776.3相干光通信技術(shù)（1）光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)的組成框圖如下圖所示。光發(fā)射機(jī)框圖786.3相干光通信技術(shù)①調(diào)制方式光發(fā)射機(jī)中的光調(diào)制器根據(jù)調(diào)制方式的不同，可分為ASK、FSK和PSK3種形式，這3種形式的已調(diào)光波圖如圖6-26所示。②調(diào)制方式的比較ASK方式最簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是要損失一部分光源功率，通斷消光比不理想，耦合時(shí)所附加的插入損耗較大。FSK方式的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需外部調(diào)制器，可對(duì)半導(dǎo)體激光器進(jìn)行直接注入電流調(diào)制，但這種方式對(duì)激光器要求較高。PSK方式的接收靈敏度最高可達(dá)20光子/比特，適用于長(zhǎng)距離無(wú)中繼傳輸，但它對(duì)光源的線寬要求極高。796.3相干光通信技術(shù)圖6-26各種調(diào)制方式的波形806.3相干光通信技術(shù)（2）光纖單模光纖作為一種傳輸媒介，其作用是將已調(diào)光波從發(fā)送端傳送到接收端，傳送模式為基模。（3）光接收機(jī)光接收機(jī)的組成框圖如圖6-27所示。圖6-27光接收機(jī)框圖816.4光孤子通信技術(shù)

1．光孤子通信技術(shù)的起源孤子（Soliton）又稱孤立波，是經(jīng)光纖長(zhǎng)距離傳輸之后，其幅度和波形寬度都不變的超短光脈沖(ps數(shù)量級(jí))，或者說(shuō)是一種在傳播過(guò)程中形狀、幅度和速度都維持不變的脈沖狀行波。有人把孤子定義為：孤子與其他同類孤立波相遇后，能維持其幅度、形狀和速度不變。1834年英國(guó)海軍工程師ScottRussel觀察到河面上船過(guò)后隆起的水波可以保形傳輸，從此揭開(kāi)了孤子理論的研究序幕。1973年，Hasegawa與Tappert一起從理論上證明了光孤子脈沖能在光纖中保形傳輸這一現(xiàn)象，這種發(fā)現(xiàn)誘發(fā)了人們將光孤子作為一種信息載體用于高速通信的遐想。光孤子通信——是利用光孤子作為載體的通信方式。826.4光孤子通信技術(shù)2．光孤子通信技術(shù)的基本原理光孤子(OpticalSoliton)就是一種具有雙曲正割形狀的光脈沖，這種脈沖在光纖中傳輸是利用光纖的群速度色散（GVD）和非線性作用中的自相位調(diào)制（SPM）兩種影響達(dá)到平衡的情況下，從而能保持原來(lái)的形狀傳輸。利用光孤子的這種特性，可以實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)距離、超大容量的光通信。色散——使經(jīng)過(guò)光纖傳輸一定距離后的光信號(hào)出現(xiàn)波形展寬的現(xiàn)象。非線性效應(yīng)——在入射光功率較強(qiáng)的條件下，光纖折射率隨光強(qiáng)度變化的現(xiàn)象。83非線性效應(yīng)在強(qiáng)光作用下，光纖的n可以表示為這種折射率隨光強(qiáng)變化的特性稱為克爾效應(yīng)。設(shè)波長(zhǎng)為λ，光強(qiáng)為的光脈沖在長(zhǎng)度為L(zhǎng)的光纖中傳輸，則光強(qiáng)感應(yīng)的折射率變化，由此引起的相位變化為這種使脈沖不同部位產(chǎn)生不同相移的特性，稱為自相位調(diào)制（SPM）。SPM引起脈沖載波頻率隨時(shí)間的變化為該頻移使脈沖頻率改變分布，在脈沖下降部分，頻率升高，在脈沖上升部分，頻率降低，這種現(xiàn)象即脈沖被線性調(diào)頻或稱為啁啾。6.4光孤子通信技術(shù)84設(shè)已調(diào)波的頻譜較窄，近似單色平面波，則由于克爾效應(yīng)，其傳播常數(shù)β為式中P為光功率。Aeff為有效光纖截面積。將該式β0在和P=0附近級(jí)數(shù)展開(kāi)，可得式中右邊第三項(xiàng)和第四項(xiàng)正好體現(xiàn)的是光纖的色散和非線性效應(yīng)，因此，只要適當(dāng)選擇相關(guān)參數(shù)，使這兩項(xiàng)的絕對(duì)值相等，則光纖色散和非線性效應(yīng)便相互抵消，使輸入脈沖寬度保持不變，形成穩(wěn)定的光孤子。6.4光孤子通信技術(shù)85

光孤子通信系統(tǒng)的構(gòu)成框圖孤子源調(diào)制脈沖源探測(cè)EDFAEDFAEDFAEDFA光纖傳輸系統(tǒng)隔離器6.4光孤子通信技術(shù)866.4光孤子通信技術(shù)

光孤子源產(chǎn)生一系列脈沖寬度很窄的光脈沖（即光孤子流），作為信息載體進(jìn)入光調(diào)制器，使信息對(duì)光孤子進(jìn)行調(diào)制。被調(diào)制的光孤子流經(jīng)摻鉺光纖放大器和光隔離器后，進(jìn)入光纖中傳輸。為克服光纖損耗帶來(lái)的光孤子減弱，在光纖線路上周期性地插入EDFA，向光孤子注入能量，以補(bǔ)償光纖傳輸而引起的能量損耗，確保光孤子穩(wěn)定傳輸。在接收端，通過(guò)光檢測(cè)器和解調(diào)裝置，恢復(fù)光孤子所承載的信息。

3．光孤子通信技術(shù)的新進(jìn)展

（1）理論研究進(jìn)展

首先，在理論方法方面，基于標(biāo)準(zhǔn)非線性薛定諤方程和逆散射理論，深入研究了理想孤子解的基本結(jié)構(gòu)和特征；基于光孤子通信系統(tǒng)的實(shí)際結(jié)構(gòu)和擾動(dòng)非線性薛定諤方程，建立了研究光孤876.4光孤子通信技術(shù)子傳輸特性的各種擾動(dòng)理論方法，深入研究了光孤子的動(dòng)力學(xué)過(guò)程、動(dòng)態(tài)演化特性、穩(wěn)定性及穩(wěn)定傳輸?shù)臈l件和能力；基于光孤子的粒子性，建立了分析孤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模型，建立了平均孤子或?qū)б行墓伦幽Ｐ图皠?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。（2）色散管理孤子（DMS）

經(jīng)過(guò)十余年對(duì)孤子脈沖傳輸研究，探索了各種實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)方案和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，解決了許多關(guān)鍵技術(shù)，脈沖在光纖中傳輸時(shí)所886.4光孤子通信技術(shù)產(chǎn)生的色散、損耗和非線性是公認(rèn)的三大影響孤子脈沖傳輸?shù)囊蛩?，摻鉺光纖放大器(EDFA)問(wèn)世后，損耗問(wèn)題已經(jīng)得到很好的解決，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。DMS比普通孤子系統(tǒng)具有更長(zhǎng)的光中繼距離，可達(dá)120～140km，而普通孤子系統(tǒng)僅為30～50km。896.4光孤子通信技術(shù)采用如圖6-28所示的實(shí)驗(yàn)裝置：增益開(kāi)關(guān)DFB激光器產(chǎn)生5GHz脈沖串，啁啾參量C=?2.29，并采用普通單模光纖（SMF）和色散補(bǔ)償光纖（DCF）搭配進(jìn)行孤子脈沖傳輸，其中SMF長(zhǎng)度為30km，D=17ps/nm·km，DCF的長(zhǎng)度為8km，D=?62ps/nm·km，通過(guò)利用DCF補(bǔ)償色散，傳輸38km以后的孤子脈沖仍能保持原來(lái)的形狀，并且啁啾參量C=?1.57，也就是說(shuō)經(jīng)過(guò)色散補(bǔ)償后的DMS改善了脈沖的傳輸質(zhì)量。圖6-285GHz，38km色散管理孤子傳輸試驗(yàn)圖906.4光孤子通信技術(shù)3.光孤子通信實(shí)用化研究進(jìn)程

歐共體各國(guó)協(xié)同組建了多項(xiàng)孤子發(fā)展項(xiàng)目，歐洲各相關(guān)光通信公司、研究所和大學(xué)基本上都參加了其項(xiàng)目研究，下表給出了其中三個(gè)項(xiàng)目的基本情況。916.4光孤子通信技術(shù)

4．光孤子通信實(shí)用化研究進(jìn)程20世紀(jì)90年代前，孤子技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室完成的.1995年后開(kāi)始現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和實(shí)用化研究。現(xiàn)已經(jīng)日趨成熟并已引起工業(yè)界和電信運(yùn)營(yíng)商的高度重視，它將是下一代光纖通信的主流方式。926.5全光通信網(wǎng)1．全光網(wǎng)(All-OpticalNetworks，AON)的概念所謂全光通信網(wǎng)是指信號(hào)以光的形式穿過(guò)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，直接在光域內(nèi)進(jìn)行信號(hào)的傳輸、再生、光交叉連接（OXC）、光分叉復(fù)用（OADM）和交換/選路，中間不需經(jīng)過(guò)光電、電光轉(zhuǎn)換，因此它不受檢測(cè)器、調(diào)制器等光電器件響應(yīng)速度的限制，對(duì)比特速率和調(diào)制方式透明，可以大大提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量和交換節(jié)點(diǎn)的吞吐量.