光纤通信-第8章 光复用技术
光的时分复用
通信0802 0830******** 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用光波技术。
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：电子交换速率大概为每秒几百兆位。
采用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，采用砷化镓技术可使速率达到几十个Gb/ s以上，但是电子交换的速率也似乎达到了极限。
网络需要更高的速度则应采用光交换与光传输相结合的全光通信。
降低成本。
在采用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，如果整个系统均采用光技术，就可以避免这些昂贵的光电转换器件。
而且，在全光通信中，大多采用无源光学器件，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），然后根据一定的时隙分配原则，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，在满足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λ的锁模激光器产生一定宽度的连续脉冲串，经铌酸锂（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，在光功率分配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，即利用1×2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，去控制全光解复用器，实现光时分解复用，从而获得n路光脉冲信号。
光纤通信知识点归纳
第1章概述1、光纤通信的基本概念：利用光导纤维传输光波信号的通信方式。
光纤通信工作波长在于近红外区：0.8～1.8μm的波长区，对应频率: 167～375THz。
对于SiO2光纤，在上述波长区内的三个低损耗窗口，是目前光纤通信的实用工作波长，即0.85μm、1.31μm及1.55μm。
2、光纤通信系统的基本组成：（P2图1-3）目前采用比较多的系统形式是强度调制/直接检波（IM/DD）的光纤数字通信系统。
该系统主要由光发射机、光纤、光接收机以及长途干线上必须设置的光中继器组成。
1）在点对点的光纤通信系统中，信号的传输过程：由电发射机输出的脉码调制信号送入光接收机，光接收机将电信号转换成光信号耦合进光纤，光接收机将光纤送过来的光信号转换成电信号，然后经过对电信号的处理以后，使其恢复为原来的脉码调制信号送入电接收机，最后由信息宿恢复用户信息。
2）光发射机中的重要器件是能够完成电-光转换的半导体光源，目前主要采用半导体发光二极管(LED)和半导体激光二极管（LD)。
3）光接收机中的重要部件是能够完成光-电转换的光电检测器，目前主要采用光电二极管（PIN）和雪崩光电二极管（APD）。
特性参数：灵敏度4）一般地，大容量、长距离光纤传输: 单模光纤+半导体激光器LD小容量、短距离光纤传输: 多模光纤+半导体发光二极管LED5）光纤线路系统：功能：把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机。
组成：光纤、光纤接头和光纤连接器要求：较小的损耗和色散参数3、光纤通信的特点：优点：（1），传输频带宽，通信容量大。
（2）传输损耗小，中继距离长：石英光纤损耗低达0.19 dB/km，用光纤比用同轴电缆或波导管的中继距离长得多。
（3）保密性能好：光波仅在光纤芯区传输，基本无泄露。
（4）抗电磁干扰能力强：光纤由电绝缘的石英材料制成，不受电磁场干扰。
（5）体积小、重量轻。
（6）原材料来源丰富、价格低廉。
缺点：1）不能远距离传输；2）传输过程易发生色散。
第八章 光波分复用系统
8.2.3 WDM系统波长规划
表8-4 32通路DWDM系统中心频率
序号 1 2 3 …… 标称中心频率（THz） 标称中心波长（nm） 192.10 192.20 192.30 …… 1560.61 1559.79 1558.98 ……
30
31 32
195.00
195.10 195.20
37
8.1 波分复用原理
提高光纤通信系统的容量的方法包括时分复用（ TDM ）、 波分复用（WDM）、空分复用（SDM）、模分复用（MDM） 和极化复用（PDM）等 最常见的 TDM 方法的主要缺点是当电信号的传输速率达 到较高等级（如10Gbit/s或更高时），对于光器件（如激光 器和调制器）的开关速率等性能要求较高，实现难度较大， 同时光纤中的色散和非线性等也限制了调制信号的速率。 波分复用（ WDM ）为代表的多信道光纤通信系统成为实 现大容量传输的主要技术方案之一。
图8-2 双纤单向传输WDM系统 可以方便地分阶段动态扩容，可以根据实际业务量的需要
15 逐步增加波长来实现扩容，是目前最主要的应用形式。
8.1.2 WDM系统的应用形式
λ1
Tx1
复 用
Txn
λn
器
λ1······λ1n
解 复 用 器
λ1
Rห้องสมุดไป่ตู้1
λn
Rxn
λn+1
光纤放大器 解 复 用 器
复
Rxn+1
第8章 光波分复用系统
本章要点
本章主要介绍以波分复用（WDM）为代表的多 信道光纤通信系统及其关键技术，以及光时分复用 （OTDM）技术原理。
2
WDM系统和SDH系统的关系
在光网络传送层的关系：WDM系统与SDH系统均属于传送网 层，二者都是建立在光纤传输媒质。SDH系统是在电通道层上 进行的复用、交叉连接和组网，而WDM系是在光域上进行的复 用、交叉连接和组网。 对承载信号复用方式的区别：SDH是基于单波长（一根光纤 传输一个波长光路）的时分复用（TDM）系统；WDM技术在一根 光纤中同时传输不同波长的多个光载波信号，为FDM系统，充 分利用光纤带宽资源，增加系统传输容量。 信号的光接口标准：SDH设备的光接口符合ITU-T G.957和 G.691建议，该标准对工作中心波长没有特别规定。在WDM系统 中，光接口必须满足ITU-T G.692建议。该建议规定了每个光 通路的参考频率、通路间隔、标称中心频率（即中心波长）、 3 中心频率频率偏差等参数。
通信原理课件第八章 时分复用(一)
基带信号 m1(t)
m2(t)
信道
低通滤波器 1 低通滤波器 2
m1 ′(t ) m２′(t )
mn -1 (t ) mn(t)
发送端
接收端
低通滤波器 n－1 低通滤波器 n
mn -1 ′(t ) mn ′(t )
图 6-4 时分复用系统示意图
wujing
现代通信原理——第八章 时分复用
8
1路 2路 3路 4路
同步时分复用原理
4 32 1
D CB A d cb a
cC3 bB2 aA1
帧3
帧2
帧1
2
1
B
A
b
a
异步时分复用原理
2b B a A 1
帧6 帧5 帧4 帧3 帧2 帧1
wujing
现代通信原理——第八章 时分复用
12
TDM方式的优点（相对与FDM）
❖ 1、多路信号的汇合和分路都是数字电路，比 FDM的模拟滤波器分路简单、可靠。
❖ 把基群数据流采用同步(SDH)或准同步数字复接 技术汇合成更高速的数据(称为高次群)，高次群 的复接结构称为高次群的复接帧。
❖ 对帧的研究是时分复用系统研究的重点，相当于 对频分复用系统中频道的研究。
wujing
现代通信原理——第八章 时分复用
17
E1帧结构源于语音通信：
❖ 抽样频率：
fs=8000Hz
❖ 空分复用方式（SDM，space division multiplex ） 无线通信中(包括卫星通信)的位置复用 有线通信中的同缆多芯复用。
❖ 码分复用方式（CDM，code division multiplex ） 编码发射、相关接收技术。
光纤通信原理与技术课程教学大纲
《光纤通信原理与技术》课程教学大纲英文名称:Fiber Communication Principle and its Application学时:51 学分：3开课学期：第7学期一、课程性质与任务通过讲授光纤通信技术的基础知识,使学生了解掌握光纤通信的基本特点，学习光纤通信系统的三个重要组成部分：光源（光发射机）、光纤（光缆）和光检测器（光接收机)。
通过本课程的学习，学生将掌握光纤通信的基本原理、光纤通信系统的组成和系统设计的基本方法,了解光纤通信的未来与发展，为今后的工程应用和研究生阶段的学习打下基础。
二、课程教学的基本要求要求通过课堂认真听讲和实验课,以及课下自学，基本掌握光纤通信的基础理论知识和应用概况，熟悉光纤通信在电信、通信中的应用，为今后的工作打下坚实的理论基础。
三、课程内容第一章光通信发展史及其优点（1学时）第二章光纤的传输特性（2学时）第三章影响光纤传输特性的一些物理因素（5学时）第四章光纤通信系统和网络中的光无源器件(9学时）第五章光纤通信技术中的光有源器件（3学时)第六章光纤通信技术中使用的光放大器（4学时）第七章光纤传输系统（4学时)第八章光纤网络介绍（6学时）第九章光纤通信原理与技术实验(17课时)四、教学重点、难点本课程的教学重点是光电信息技术物理基础、电光信息转换、光电信息转换，光电信息技术应用,光电新产品开发举例。
本课程的教学难点是光电信息技术物理基础。
五、教学时数分配教学时数51学时，其中理论讲授34学时，实践教学17学时。
（教学时数具体见附表1和实践教学具体安排见附表2）六、教学方式理论授课以多媒体和模型教学为主，必要时开展演示性实验。
七、本课程与其它课程的关系1。
本课程必要的先修课程《光学》、《电动力学》、《量子力学》等课程2。
本课程的后续课程《激光技术》和《光纤通信原理实验》以及就业实习。
八、考核方式考核方式：考查具体有三种。
根据大多数学生学习情况和学生兴趣而定其中一种.第一种是采用期末考试与平时成绩相结合的方式进行综合评定.对于理论和常识部分采用闭卷考试，期末考试成绩占总成绩的55％，实验成绩占总成绩的30%，作业成绩及平时考勤占总成绩的15％；第二种是采用课程设计（含市场调查报告)和平时成绩相结合的方式，课程设计占总成绩的55%,实验成绩占总成绩的30％,作业成绩及平时考勤占总成绩的15％。
光纤通信_第8章_光复用技术概要
17
8.3 光波分复用技术
光纤的带宽有多宽？ 光纤两个低损耗传输窗口： 波长为1.31 μm(1.25～1.35μm)的 窗口，相应的带宽 (|Δf|=|-Δλc/λ2|, λ和Δλ分别为中心 波长和相应的波段宽度， c为真 空中光速)为17700 GHz； 波长为 1.55 μm(1.50～1.60 μm)的窗口， 相应的带宽为12500 GHz。
10
8.2 光时分复用技术
2.分组交错OTDM：每个时隙对应一个待复用 支路的分组信息(若干个比特)，帧脉冲作为不同分组 的界限。 主要用于分组交换业务，分组变换业务可以和 IP相结合，有广阔的前景。
11
8.2.1 比特交错OTDM
复用：（1）锁模激光器产生窄脉冲周期序列； （2）分路器把其分路为n+1路； （3）每路窄脉冲周期序列经外调制，调制后信号经过 适当长度硅光纤延时iτ；
3
8.1 光复用技术的基本概念
复用技术：为提高通信线路利用率，采用同一传输 线路上同时传输多路不同信号而互不干扰 两种复用方式: 1.静态复用（同步复用）
把通信资源（带宽、时隙）固定分配给各个终 端。一旦分配确定，这个终端是否通信，都占用这 个频带或时隙，直到拆线为止。 比如：电话
4
8.1 光复用技术的基本概念
5
8.1 光复用技术的基本概念
注意：
上述复用技术能增加线路容量，提高线路利用率。 但相对于巨大的光纤带宽潜能，单独采用某一复用技术 还只能是使用光纤的很小一部分带宽资源，为此，可以复合 采用几种复用技术。 例如：在每个时隙先采用码分复用，再采用时分复用， 然后将时分复用以后的信号再调制在不同的波长上。
（1）
帧脉冲 （2）
（3）
光纤通信课后答案
全书习题参考答案第1章概述1.1 填空题（1）光导纤维（2）掺铒光纤放大器(EDFA) 波分复用(WDM) 非零色散光纤(NIDSF) 光电集成(OEIC)（3）0.85µm 1.31µm 1.55µm 近红外（4）光发送机 光接收机 光纤链路（5）光纤 C=BW×log2(1+SNR) 信道带宽（6）大 大（7）带宽利用系数（8）可重构性可扩展性透明性兼容性完整性生存性1.2 解：利用光导纤维传输光波信号的通信方式称为光纤通信。
即以光波为载频，以光纤为传输介质的通信方式称为光纤通信。
1.3 解：（1）传输频带宽，通信容量大（2）传输距离长（3）抗电磁干扰能力强，无串音（4）抗腐蚀、耐酸碱（5）重量轻，安全，易敷设（6）保密性强(7) 原料资源丰富1.4 解：在光纤通信系统中，最基本的三个组成部分是光发送机、光接收机和光纤链路。
光发送机由电接口、驱动电路和光源组件组成。
其作用是将电信号转换为光信号，并将生成的光信号注入光纤。
光接收机是由光检测器组件、放大电路和电接口组成。
其作用是将光纤送来的光信号还原成原始的电信号。
光纤链路由光纤光缆、光纤光缆线路(接续)盒、光缆终端盒、光纤连接器和中继器等构成。
光纤光缆用于传输光波信息。
中继器主要用于补偿信号由于长距离传送所损失的能量。
光缆线路盒：将光缆连接起来。
光缆终端盒：将光缆从户外引入到室内，将光缆中的光纤从光缆中分出来。
光纤连接器：连接光纤跳线与光缆中的光纤。
1.5解：“掺铒光纤放大器(EDFA)+波分复用(WDM)+非零色散光纤(NIDSF)+光电集成(OEIC)”正成为国际上光纤通信的主要发展方向。
1.6 解：第一阶段（1966~1976年），实现了短波长（0.85µm）、低速（45或34 Mb/s）多模光纤通信系统，无中继传输距离约10km。
第二阶段（1976~1986年），光纤以多模发展到单模，工作波长以短波（0.85um）发展到长波长，实现了波长为1.31µm、传输速率为140~165Mb/s的单模光纤通信系统，无中继传输距离为50~100km。
光纤通信系统波分复用系统WDM-共64页课件
中心频率 193.6 193.5 193.4 193.3 193.2 193.1 193.0 192.9 192.8 192.7 192.6 192.5 192.4 192.3 192.2 192.1
4 波系统 * * * *
8 波系统 * * * * * * * *
16 波系统 * * * * * * * * * * * * * * * *
（a）现实的需要性，以2.5Gb／s系统为例， 16波分单向就可达到40Gb／s的传输速率， 这足以满足未来几年的业务需求；
（b）技术的可行性。当前波分复用器件和激 光器元件的技术都满足16个波长以上的复用。
从当前应用上看，WDM系统只用于 2.5Gb／s以上的高速率系统。因而在制定规 范的过程中，我们主要考虑了基于2.5Gb／s SDH的干线网WDM系统的应用，承载信号为 SDH STM-16系统，即2.5Gb/s×N的WDM 系统。对于承载信号为其他格式(例如IP)的系 统和其它速率（例如10Gb/s×N）暂不作要 求。
开放式波分复用系统：就是波分复用器前端 加入波长转移单元OTU，将当前SDH的 G.957接口波长转换为G.692的标准波长光 接口。可以接纳过去的老SDH系统，并实 现不同厂家互联，但OTU的引入可能对系 统性能带来一定的负面影响。
双向WDM系统在设计和应用时必须要考虑几个关 键的系统因素：
如为了抑制多通道干扰(MPI)，必须注意到光反射的影响、 双向通路之间的隔离、串扰的类型和数值、两个方向传输的功 率电平值和相互间的依赖性、光监控信道(OSC)传输和自动功 率关断等问题，同时要使用双向光纤放大器。
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1 1,
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1 2,
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1 4
光纤通信中应用的新技术
一﹑光纤通信中应用的新技术1.1光弧子通信1844年，苏格兰海军工程师约翰·斯科特·亚瑟对船在河道中运动而形成水的波峰进行观察，发现当船突然停止时，原来在船前被推起的水波依然维护原来的形状、幅度和速度向前运动，经过相当长的时间才消失。
这就是著名的孤立波现象。
孤立波是一种特殊形态的波，它仅有一个波峰，波长为无限，在很长的传输距离内可保持波形不变。
人们从孤立波现象得到启发，引出了孤子的概念，而以光纤为传输媒介，将信息调制到孤子上进行通信的系统则称作光孤子传输系统。
光脉冲在光纤中传播，当光强密度足够大时会引起光脉冲变窄，脉冲宽度不到1个Ps，这是非线性光学中的一种现象，称为光孤子现象。
若使用光孤子进行通信可使光纤的带宽增加10～100倍，使通信距离与速度大幅度地提高。
于常规的线性光纤通信系统而言，限制其传输容量和距离的主要因素是光纤的损耗和色散。
随着光纤制作工艺的提高，光纤的损耗已接近理论极限，因此光纤色散便成为实现超大容量光纤通信亟待解决的问题。
光纤的色散，使得光脉冲中不同波长的光传播速度不一致，结果导致光脉冲展宽，限制了传输容量和传输距离。
由光纤的非线性所产生的光孤子可抵消光纤色散的作用。
因此，利用光孤子进行通信可以很好地解决这个问题。
光纤的群速度色散和光纤的非线性，二者共同作用使得孤子在光纤中能够稳定存在。
当工作波长大于1．3¨m时，光纤呈现负的群速度色散，即脉冲中的高频分量传播速度快，低频分量传播速度慢。
在强输入光场的作用下，光纤中会产生较强的非线性克尔效应，即光纤的折射率与光场强度成正比，进而使得脉冲相位正比于光场强度，即自相位调制，这造成脉冲前沿频率低，后沿频率高，因此脉冲后沿比脉冲前沿运动得快，引起脉冲压缩效应。
当这种压缩效应与色散单独作用引起的脉冲展宽效应平衡时即产生了束缚光脉冲——光孤子，它可以传播得很远而不改变形状与速度。
光孤子通信的关键技术是产生皮秒数量级的光孤子和工作在微波频率的检测器。
光纤波分复用技术及WDM工作原理
λ1 λ2 λ3 λn 波 分 复 用 器
光纤 解 复 用 器
λ1 λ2 λ3
为帮助了解WDM的潜在通信容量，我们回忆一下普通单模石英光纤中光传输 损耗与波长的关系（见图1.1.3）。根据此图我们知道，在长波长波段，光纤有 两个低损耗传输窗口即1310nm和1550nm窗口。这两个窗口的波长范围分别从 1270nm 到1350nm和1480nm到1600nm，分别对应着80nm和120nm的谱宽范 围。而目前光纤通信系统中所使用的高质量的1550nm的光源，其调制后的输 出谱线宽度最大不超过0.2nm，考虑到老化及温度引起的波长漂移，给出约 0.4nm~1.6nm的谱宽富余量，应是合乎情理的。即使这样，单个系统的谱宽也 只占用了光纤传输带宽的几十分之一到几百分之一。为充分利用单模光纤的低 损耗区的巨大带宽资源，在光纤低损耗窗口采用多个相互间有一定的波长间隔 的激光器作为光源，经各光源调制的信号同时在光纤中传播，这就是WDM技 术。可以说，WDM技术使得光纤具有巨大带宽这一优点得以充分体现。以一 种工作在1550nm的窄线宽DFB激光器为例，它可在0.8nm的谱带内发射信号， 因此在1525nm~1565nm共40nm的范围内，WDM系统可传送50个信道。若每 个信道的传输速率为10Gbit/s，则系统总的传输速率即为50×10Gbit/s，比单 信道传输的容量增加了50倍。
3 WDM系统中的关DM系统对光源的要求 目前的光纤通信系统所采用的光源一般有半导体发光二极管(LED)和 半导体激光器(LD)。通过学习第一章和第三章的内容我们已经知道， LED与LD的特性有很大的不同。LED所产生的光不是单波长的光，谱 线很宽，约为50~100nm；LED的输出功率比激光器低很多；LED的最 高调制速率约为几百Mbit/s。因此，LED不适合作为WDM系统的光源。 LD输出虽然不是理想的单波长的光，但其谱线宽度却可以达到很窄。 虽然普通的F-P腔LD的谱宽约为8nm，但具有布拉格光栅的高质量的 DFB或DBR LD的谱宽可达10-3nm，即使考虑因调制而产生的啁啾所导 致的谱线展宽，其调制后的输出谱线宽度最大也不超过0.2nm。所以， 只有LD才能满足WDM系统对于光源波长的要求。另一方面，LD的调制 频率可达数Gbit/s，特别适合于高速传输系统。与此同时，LD输出的光 功率要比LED高很多，而且由于输出的光为相干光，大部分光能量很容 易被耦合进光纤中，因而信号可以传输更远的距离。
光纤通信第五版-第8章-耦合器与连接器
插入损耗是各输出端口的输出功率状况，不仅与固有损耗有关，而且 与分光比有很大的关系。
描述光耦合器特性的一些技术参数
3．分光比(Coupling Ration)
CRi
Pouti 100％ Pouti
(3.6)
它是光耦合器特有的技术指标。
4．方向性(Directivity)
方向性是光耦合器特有的技术指标, 是衡量器件定 向传输特性的参数。以X形耦合器为例，方向性 定义为耦合器正常工作时，输入一侧非注入光的
衡量器件对于传输光信号的偏振态的敏感程度的参量，也称为偏振灵 敏度。
描述光耦合器特性的一些技术参数
当传输光信号的偏振态变化 360 时，器件各输出
端输出功率的最大变化量：
PDL
10
lg
Min(Pouti ) Max(Pouti )
(dB)
(3.9)
7．隔离度(Isolation)
对于要求均匀分光的光耦合器（主要是星形和树 形），由于工艺局限，往往不可能做到绝对的均 匀，用均匀性来衡量其不均匀程度：
FL
10
lg
Min(Pouti ) Max(Pouti )
(dB)
(3.8)
6．偏振相关损耗(Polarization Dependent
Loss)
I
10
lg
P 式中，Pouti为在第i个光路输出端测到的其他输出端
光信号的功率； 为Pin输i 入的光功率。
光耦合器的制作方法
光耦合器大致可分为分立元件组合型、全 光纤型和平面波导型。
1、早期采用分立光学元件（如棒透镜、反射镜 、棱镜等）组合拼接。
光纤通信原理-波分复用技术
o ITU-T 建 議 一 直 只 提 WDM 和 Multichannel system(多通道系統)，避免 WDM和DWDM的區分和界定，建議檔 規範的通道間隔也只窄到50GHz。
o 目前真正實用化的光波分複用系統是 16×2.5Gbit/s，16×10Gbit/s和 32×2.5Gbit/s，32×10Gbit/s， 40×10Gbit/s。我國目前也已達到了這一 實用化水準。
o 通常使用法布－珀羅(F－P)干涉儀作為光濾波器。
o 另外還有一類是集成在LiNbO3波導上的，利用聲光或 電光效應來改變介質的折射率，從而實現對光波長選 擇的光濾波器，其中聲光效應的濾波器調諧範圍可做 到大於100nm，而電光效應的濾波器調諧範圍較小， 只能達到10nm。
o 除此之外，窄帶的光放大器對入射複用信號的選擇放 大，也可以起到光濾波器的作用。
8.4、波分複用器
波分複用器分發端合波器和收端的分 波器。合波器又稱複用器，分波器又稱 解複用器。
光波分複用器的種類很多，大致分為 四大類： o 熔維光纖型 o 介質膜干涉型 o 光柵型光波分複用器 o 陣列波導光柵(AWG)型光波分複用器
8.5、摻鉺光纖放大器(EDFA)
1、EDFA概述 摻 鉺 光 纖 放 大 器 (EDFA) 是 將 鉺間隔為25GHz 的整數信，目前優先選用的是100GHz和 50GHz 通 道 間 隔 。 G.652 或 G.655 光 纖 系 統是均勻通道間隔。G.653光纖採用非均 勻通道間隔。
(3)
o 所謂標準中心頻率指的是光波分複用系 統中每個通路對應的中心波長的頻率。
5、EDFA
EDFA具體的應用形式有以下四種。 o 線路放大(Line Amplifier) o 功率放大(Booster Amplifier) o 前置放大(Preamplifiev) o LAN放大(LAN Amplifier)
梁瑞生《现代光纤通信技术及应用》课后习题及参考答案
第1章概述1－1、什么是光纤通信？参考答案：光纤通信(Fiber-optic communication)是以光作为信息载体，以光纤作为传输媒介的通信方式，其先将电信号转换成光信号，再透过光纤将光信号进行传递，属于有线通信的一种。
光经过调变后便能携带资讯。
光纤通信利用了全反射原理，即当光的注入角满足一定的条件时，光便能在光纤内形成全反射，从而达到长距离传输的目的。
1－2、光纤通信技术有哪些特点？参考答案：(1)无串音干扰，保密性好。
(2)频带极宽，通信容量大。
(3)抗电磁干扰能力强。
(4)损耗低，中继距离长。
(5)光纤径细、重量轻、柔软、易于铺设。
除以上特点之外，还有光纤的原材料资源丰富，成本低;温度稳定性好、寿命长等特点。
1－3、光纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分作用。
参考答案：光纤通信系统最基本由光发送机、光接收机、光纤线路、中继器以及无源器件组成。
其中光发送机负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号，光纤线路负责传输信号，而光接收机负责接收光信号，并从中提取信息，然后转变成电信号，最后得到对应的话音、图象、数据等信息。
(1)光发送机：由光源、驱动器和调制器组成，实现电/光转换的光端机。
其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。
(2)光接收机：由光检测器和光放大器组成，实现光/电转换的光端机。
其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端机去。
(3)光纤线路：其功能是将发信端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成传送信息任务。
(4)中继器：由光检测器、光源和判决再生电路组成。
它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减;另一个是对波形失真的脉冲进行整形。
(5)无源器件：包括光纤连接器、耦合器等，完成光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合。
光纤通信技术08光纤通信网络
8.2 SDH 传 送 网
8.2.1 SDH传送网的功能结构
一个电信网有两大功能群：传送功能群和控制功能群。 所 谓传送网就是完成传送功能的手段，当然传送网也能传递各种网 络控制信息。传送网主要指逻辑功能意义上的网络，是一个复杂 庞大的网络。为了便于网络的设计和管理，通常用分层(Laying) 和分割(Partitioning)的概念，将网络的结构元件按功能分为参考 点(接入点)、拓扑元件、传送实体和传送处理功能四大(sìdà)类。 网络的拓扑元件分为三种，即层网络、子网和链路， 只需这三种 元件就可以完全地描述网络的逻辑拓扑，从而使网络的结构变得 灵活，网络描述变得容易。
上述的拓扑结构都有各自的特点，在网中都有不同程度的应 用。网络拓扑的选择要考虑的因素很多，如网络的生存性是否高， 网络配置是否容易，网络结构是否适于引进新业务等。一个实际 网络的不同部分适宜采用(cǎiyòng)的拓扑结构也有可能不同，例 如本地网适宜采用(cǎiyòng)环形和星形拓扑结构，有时也可用线 形拓扑，市内局间中继网适宜采用(cǎiyòng)环形和线形拓扑，而 长途网可能采用(cǎiyòng)网孔形拓扑。
传送网分层后， 每一层网络仍然很复杂，地理上覆盖的范 围很大。为了便于管理，在分层的基础上，将每一层网络在水平 (shuǐpíng)方向上按照该层内部的结构分割为若干个子网和链路 连接。分割往往是从地理上将层网络再细分为国际网、国内网和 地区网等，并独立地对每一部分行使管理。图 8.3 给出了传送网 分割概念与分层概念的一般关系。
链路是代表一对子网之间有固定拓扑关系的一种拓扑元 件，用来描述(miáo shù)不同的网络设备连接点间的联系，例 如两个交叉连接设备之间的多个平行的光缆线路系统就构成 了链路。 2.
《光纤通信》习题解答
第1章1.光通信的优缺点各是什么？答：优点有：通信容量大；传输距离长；抗电磁干扰；抗噪声干扰；适应环境；重量轻、安全、易敷设；；寿命长。
缺点：接口昂贵；强度差；不能传送电力；需要专用的工具、设备以及培训；未经受长时间的检验。
2.光通信系统由哪几部分组成，各部分功能是什么？答：通信链路中最基本的三个组成部分是光发射机、光接收机和光纤链路。
各部分的功能参见1.3节。
3.假设数字通信系统能够在载波频率1%的比特率下工作，试问在5GHz的微波载波和1.55μm的光载波上能传输多少路64kb/s的音频信道？答：5GHz×1％/64k＝781路（3×108/1.55×10-6）×1％/64k＝3×107路4.SDH体制有什么优点？答：主要为字节间插同步复用、安排有开销字节用于性能监控与网络管理，因此更加适合高速光纤线路传输。
5.简述未来光网络的发展趋势及关键技术。
答：未来光网络的发展趋势为全光网，关键技术为多波长传输和波长交换技术。
6.简述WDM的概念。
答：WDM的基本思想是将工作波长略微不同，各自携带了不同信息的多个光源发出的光信号，一起注入同一根光纤，进行传输。
这样就充分利用光纤的巨大带宽资源，可以同时传输多种不同类型的信号，节约线路投资，降低器件的超高速要求。
7.解释光纤通信为何越来越多的采用WDM+EDFA方式。
答：WDM波分复用技术是光纤扩容的首选方案，由于每一路系统的工作速率为原来的1/N，因而对光和电器件的工作速度要求降低了，WDM合波器和分波器的技术与价格相比其他复用方式如OTDM等，有很大优势；另一方面，光纤放大器EDFA的使用使得中继器的价格和数量下降，采用一个光放大器可以同时放大多个波长信号，使波分复用（WDM）的实现成为可能，因而WDM＋EDFA方式是目前光纤通信系统的主流方案。
8.WDM光传送网络（OTN）的优点是什么？答：（1）可以极提高光纤的传输容量和节点的吞吐量，适应未来高速宽带通信网的要求。
光纤通信
M-Z型电光调制器
激光部分 调制部分
集成电吸收调制
常用的光电接收器材料
• 常用光电接收器 的材料有硅锗等 • 右图为几种常用 材料的响应曲线 • 光电接收器的基 本性能：响应波 长，敏感度，噪 声性能等
Quantum Efficiency = 1
Germanium
InGaAs
0.5 Silicon 0.1 500
频带宽，通信容量大。 光纤可利用的带宽约为50000GHz，1987年
投入使用的1.7Gb/s光纤通信系统，一对光纤能同时传输24192路电 话，2.4Gb/s系统，能同时传输30000多路电话。频带宽，对于传输 各种宽频带信息具有十分重要的意义，否则，无法满足未来宽带综 合业务数字网(B-ISDN)发展的需要。
光放大器都是由增益介质、能源、输入输出耦合结构组成。
根据增益介质的不同，目前主要有两类光放大器：
一类是用活性介质，如半导体材料和掺稀土元素（如Nd， Sm， Ho，Er，Pr，Tm和Yb）的光纤，利用受激辐射机制 实现光的直接放大，如半导体激光放大器和掺杂光纤放大器； 一类是基于光纤的非线性效应，利用受激散射机制实现光的直 接放大，如光纤喇曼放大器和光纤布里渊放大器。
接收器：光接收器的关键设备是光检测器，其主要功能就是把光信息信号转换回
电信号(光电流)。当今光纤通信系统中的光检测器是个半导体光电二极管(PD)
光纤的结构
• 纤芯 ：折射率较高，用来传送光； • 包层 ：折射率较低，与纤芯一起形成全反射； • 保护套 ：强度大，能承受较大冲击，保护光纤。
纤芯
光纤弯曲半径不宜过小； 光纤的切断和连接操作相对复杂；
分路、耦合相对麻烦。
2.光纤通信系统及关键技术
光纤通信复用技术
光纤通信复用技术光纤通信复用技术（OpticalFiberCommunicationMultiplexingTechnology）是一种利用单个光纤支路多路复用而实现大容量通信的技术。
它是光纤通信系统特有的一种技术，是电缆通信中最容易实现可靠性、高通信率和高数据率的一种技术。
光纤通信复用技术基于光纤信号的物理特性，它利用光纤的非线性效应，联结数据传输线路中的多信道并使其共享光纤支路。
光纤复用的理论基础是仿真波分多址（Wavelength Division Multiplexing，WDM）或分布式取样多址（Distributed Sampling Multiplexing）等复用技术。
光纤复用技术可以将多路信号混合在一起，经过转换后由一根光纤传输至接收端，从而大大减少光纤缆的占用面积和重量。
光纤复用技术包括硬件及软件两部分，在其中硬件一般包括复用器、收发器及光纤缆等，复用器是关键部件，它可通过调制、分离和解调各脉冲序列，实现电信号的转换和复用；软件部分一般具有以下功能：实现信号的发送和接收、数据流的传输和控制及对复用技术的调制解调等。
光纤复用技术是无电场有源部件（即信号发射接收装置）和有电场有源组件（如发射/接收LED和放大器）的完整体系，因此它能够提供有效的光纤传输。
最新的技术进步使光纤复用技术进一步改善，比如光纤放大技术和低噪声放大技术，能够使光纤信号的获取更加精准，有效的提高信号的传输速率。
目前，光纤复用技术已经广泛应用于传输通信系统，它为通信过程提供了良好的数据性能和工作可靠性，满足了不同的应用场景的需求。
它的应用可以大大提高传输线路的容量，并能够使通信信号的传输更加稳定，实现更高的数据传输速率。
此外，光纤复用技术还可用于普通电缆传输系统，以提升通信信号的传输质量和稳定性，从而提高系统整体的可靠性和质量。
总之，光纤通信复用技术是一种非常有效的复用技术，它提供了一种高效、可靠、低成本的多路复用技术，可以满足大容量的电信传输需求，为多路数据传输提供了有效的技术支持。
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8.2 光时分复用技术
根据每个支路每次复用的比特数的不同，分 成： 比特交错OTDM（一个比特）； （一个比特） 比特交错 分组交错OTDM（若干个比特）； 分组交错 （若干个比特） 它们都需要利用帧脉冲信号（帧同步信号， 帧脉冲信号（ 帧脉冲信号 帧同步信号， 帧头） 帧头）区分不同的复用数据或分组。
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8.1 光复用技术的基本概念
2.动态复用（统计复用） 动态复用（统计复用） 动态复用 全 称 “ 统 计 时 分 多 路 复 用 ” (Statistical Time Division Multiplexing，STDM)，或称“异步时分多 路复用”。 只把需要传送信息的终端接入公共信道， “动态地” 按需分配其时隙。从而更有效提高了线路利用率。 统计表明：统计复用比静态时分复用提高传输效 率2～4倍。 比如：数据通信 比如：数据通信-Internet
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内容简介： 内容简介：
8.1 光复用技术的基本概念 8.2 光时分复用技术 8.3 密集波分复用技术 8.4 密集波分复用技术的非线性串扰
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8.2 光时分复用技术
电子器件的极限速率大约在40Gb/s左右，现在通过电 时分复用(TDM)已经达到这个极限速率 极限速率。 极限速率 光时分复用(OTDM)的原理与电时分复用相同，只不 过电时分复用是在电域中 电域中完成，而光时分复用是在光域中 电域中 光域中 进 行 ， 即 将 高 速 的 光 支 路 数 据 流 ( 例 如 1 0 Gbit/s， 甚 至 40Gbit/s)直接复用进光域，产生极高比特率的合成光数据 流。目前能查到的OTDM技术实现的单信道复用速率为 640Gbit/s。
副载波复用模拟电视光纤传输系统方框图
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4.光副载波复用（OSCM） 光副载波复用（ 光副载波复用 ）
8.1 光复用技术的基本概念
特点： 特点： 副载波信道复用和解复用在电域 电域进行，副载波复用的几 电域 个信道能共用一个价格昂贵光器件 降低设备成本 价格昂贵光器件，降低设备成本 价格昂贵光器件 降低设备成本。副载 波复用受限于电、光器件的可用带宽，而限制了最高副载 波频率和数据率。若更多地利用光纤的带宽，副载波复用 技术可与波分复用技术联合使用。
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8.2 光时分复用技术
1.比特交错 比特交错OTDM：每个时隙对应一个待复用 比特交错 的支路信息(一个比特)，同时有一个帧脉冲信息，形 成高速的OTDM信号。 主要用于电路交换业务 电路交换业务。 电路交换业务
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8.2 光时分复用技术
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8.1 光复用技术的基本概念
与电复用技术相对应，光复用技术 光复用技术有： 光复用技术 光波分复用(Wavelength Division Multiplexing， 光波分复用 WDM)技术； 光频分复用(Optical Frequency Division 光频分复用 Multiplexing，OFDM)技术； 光时分复用(Optical Time Division Multiplexing， 光时分复用 OTDM)技术； 光副载波复用(Optical Subcarrier Multiplexing， 光副载波复用 OSCM)技术； 光码分复用(Optical Code Division Multiplexing， 光码分复用 OCDM)技术等。
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8.1 光复用技术的基本概念
注意： 注意： 上述复用技术能增加线路容量，提高线路利用率。 增加线路容量，提高线路利用率 增加线路容量 但相对于巨大的光纤带宽潜能，单独采用某一复用技术 还只能是使用光纤的很小一部分带宽资源，为此，可以复合 复合 采用几种复用技术。 采用几种复用技术 例如：在每个时隙先采用码分复用，再采用时分复用， 然后将时分复用以后的信号再调制在不同的波长上。
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8.1 光复用技术的基本概念
5.光码分复用（OCDM） 光码分复用（ 光码分复用 ）
特点： 特点 极大地改善网络性能，提高网络通信容量及系统 信噪比，增强系统保密性，增加网络灵活性。 但实用化还有一些障碍 有一些障碍。 有一些障碍 如：非相干光CDM，由于正交码数量有限，码间干 扰较大，限制用户数量； 相干光CDM，存在激光源频率稳定度差，光纤极 化态不稳定,发光脉冲相位难以控制等主要问题。
（1）
帧脉冲 （2）
（3）
（4）
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比特交错时分复用原理图
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8.2.1 比特交错 比特交错OTDM
复用： 复用：窄的光脉冲（ps量级）要用锁模激光器来产生。同 时为了克服光纤色散对脉冲的展宽，必须采用光孤子技术使之 传输更长的距离。
τ=T/(n+1)
帧脉冲(1) 延迟的窄脉冲(2) 信息 延迟的信息脉冲 (3) 比特交错数 据流(4)
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8.2 光时分复用技术
如今WDM技术研究非常热，有的技术已经成熟并实 实验研究阶段，许多关键技术 用化；而OTDM技术还处于实验研究阶段 实验研究阶段 还有待解决。 • 超短光脉冲光源； • 超短光脉冲的长距离传输和色散抑制技术； • 帧同步及路序确定技术； • 光时钟提取技术； • 全光解复用技术。
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8.1 光复用技术的基本概念
3.光时分复用（OTDM） 光时分复用（ 光时分复用 ） 用高速光开关把多路光信号在时域复用。
基本原理： 基本原理：在发送端同一载波波长，时间分割成周期性帧， 每帧再分割成若干时隙，根据时隙分配原则，每信源在每 帧内只能按指定时隙向信道发送信号。接收端在同步 同步的条 同步 件下，分别在各个时隙中取回各自的信号而不混扰。 特点： 特点： 获得较高速率带宽比 较高速率带宽比，可克服掺铒光纤放大器（EDFA)增 较高速率带宽比 益不平坦、四波混频(FWM)非线性效应等诸多因素限制， 且可解决复用端口的竞争，增加全光网络的灵活性。 关键技术较复杂，实现这些技术器件特别昂贵，且由于偏 振模色散对高速信号的限制，尚未得到很大发展和应用。
第j路信息
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比特交错时分解复用原理图
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8.2.1 比特交错光时分复用
解复用： 解复用：门限的高度为复帧信号中数据脉冲的高度。
复用信息(0)
复用信息(2)
延迟的复用 信息(1) 延迟的帧脉冲(3)
第j路信息(4)
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8.2.2 分组交错光时分复用
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8.1 光复用技术的基本概念
4.光副载波复用（OSCM） 光副载波复用（ 光副载波复用 ）
基带信号先调制到GHz副载波上（电域），其副载波调制 再到THz的光载波上（光域）。 工作原理： 工作原理：每个信道具有不同副载波频率，占据光载波附 光载波附 近光谱不同部分，保证各信道上信号互不干扰。如下图。 近光谱
延迟的复用 信息(1) （3）
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帧同步脉冲
比特交错时分解复用原理图
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8.2.1 比特交错光时分复用
解复用： 逻辑与，与门 解复用：(3)帧脉冲数据流与复用脉冲数据流逻辑与 逻辑与 的输出是提取的第j路数据流。
复用信息(0)
复用信息(2)
延迟的复用 信息(1)
帧同步脉冲 (3)
复用： 复用：（1）锁模激光器产生窄脉冲周期序列； （2）分路器把其分路为n+1路； （3）每路窄脉冲周期序列经外调制，调制后信号经过 适当长度硅
2011年1月12日12时29分
比特交错时分复用原理图
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8.2.1 比特交错 比特交错OTDM
复用： 复用：（4）外调制器的各支路光脉冲流输出+帧脉冲流相 结合=比特交错光时分复用数据流。
OCDM复用示意图
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8.1 光复用技术的基本概念
5.光码分复用（OCDM） 光码分复用（ 光码分复用 ）
基本原理：不同信道信号用互成正交的不同码序列 互成正交的不同码序列填充， 基本原理 互成正交的不同码序列 经填充信道信号调制在同一光波长在光纤信道中传输，接收 端用与相同码序列相关接收，即恢复出原信道信号。
2011年1月12日12时29分 11
副载波复用模拟电视光纤传输系统方框图
8.1 光复用技术的基本概念
5.光码分复用（OCDM） 光码分复用（ 光码分复用 ） CDM技术和光纤通信技术相结台的产物。每 信道不是占用一个给定波长、频率或者时隙，而 特有编码脉冲序列方式传送比特信息。 是以一个特有编码脉冲序列 特有编码脉冲序列
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8.1 光复用技术的基本概念
复用技术： 复用技术：为提高通信线路利用率，采用同一传输 线路上同时传输多路不同信号 互不干扰的技术。 同时传输多路不同信号而互不干扰 同时传输多路不同信号 互不干扰 （FDM，TDM，CDM，SCM） 两种复用方式: 两种复用方式 1.静态复用（同步复用） 静态复用（同步复用） 静态复用 把通信资源（带宽、时隙）固定分配给各个终 通信资源（ 通信资源 端。一旦分配确定，这个终端是否通信，都占用这 个频带或时隙，直到拆线为止。 比如： 比如：电话
第八章
光复用技术
2011年1月12日12时29分 1
内容简介： 内容简介：
8.1 光复用技术的基本概念 8.2 光时分复用技术 8.3 密集波分复用技术 8.4 密集波分复用技术的非线性串扰