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。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未来发展方向，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分配器，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发射的信号是周期性的光脉冲信号，只在规定的时隙内发射光脉冲序列。（3）大大提高系统容量。光时分复用只利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。另外，光时分复用还可同其他复用方式相结合，如与DWM相结合，即利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）采用光时分复用技术比较容易实现信道的按需分配。

光时分复用的关键技术

为了在光纤通信系统中实现准确、有效、可靠的光时分复用通信，必须采用以下的

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，

在每个时隙内只安排一个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顺序依次向上游发送。为避免各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 网络管理控制

为了充分发挥全光通信的优势，必须研究开发行之有效的网络管理控制系统。网络

的配置管理、信道的分配管理、管理控制协议、网络的性能测试等都是网络管理方面需

要解决的技术。由于全光网络采用了先进的复用技术，因此如何根据当前的业务负载及

信道的使用情况来动态地分配信道资源，对于全光网络尤为重要。只有高效地分配信道

，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，必须采用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，是利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，即掺进许多稀土离子（如：Er3+、Pr3+等）。目前，最成熟、应

用最广的是掺铒光纤放大器。

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，严重影响通信质量。因此，必须采取措施对光信

号进行再生。目前，对光信号的再生都是利用光电中继器，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复杂、体积大、功耗大的缺点。而最近，出现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除色散等不利因素的影响，而且克服了光电中继器的缺点，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

采用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，

减少硬件设备，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，它所采用的空分交换模块

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，除了采用以上关键技术外，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：一是采用新型的短脉冲光源来实现超高速光纤通信。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