高速光时分复用系统的全光解复用技术
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。
光纤通信最新技术
光纤通信最新技术对光纤通信而言，超高速度、超大容量和超长距离传输一直是人们追求的目标。
目前主要的光纤通信技术有以下几种：一：波分复用技术波分复用（WDM）是将两种或多种不同波长的光载波信号（携带各种信息）在发送端经复用器（亦称合波器，Multiplexer）汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术；在接收端，经解复用器（亦称分波器或称去复用器，Demultiplexer）将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。
这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术，称为波分复用。
WDM波分复用并不是一个新概念，在光纤通信出现伊始，人们就意识到可以利用光纤的巨大带宽进行波长复用传输，但是在20世纪90年代之前，该技术却一直没有重大突破，其主要原因在于TDM的迅速发展，从155Mbit/s到622Mbit/s，再至［|2.5Gbit/s系统，TDM速率一直以过几年就翻4倍的速度提高。
人们在一种技术进行迅速的时候很少去关注另外的技术。
1995年左右,WDM系统的发展出现了转折，一个重要原因是当时人们在TDM10Gbit/s技术上遇到了挫折，众多的目光就集中在光信号的复用和处理上，WDM系统才在全球范围内有了广泛的应用。
随着波分复用技术从长途网向城域网扩展，粗波分复用CWDM 应运而生。
CWDM的波长间隔一般为20nm，以超大容量、短传输距离和低成本的优势，广泛应用于城域光传送网中。
目前为了进一步提高光通信系统的传输速率和容量，还提出了将波分复用和光时分复用OTDM相结合的方式。
把多个OTDM信号进行波分复用。
从而大大提高传输容量。
只要WDM和OTDM两者适当的结合，就可以实现Tbit/s以上的传输，并且也应该是一种最佳的传输方式，因此它也成为未来高速、大容量光纤通信系统的发展方向。
实际上大多数超过3bit/s的传输实验都采用WDM和OTDM相结合的传输方式。
二：光纤接入技术随着通信业务量的增加，业务种类也不断丰富，人们不仅需要传统的话音服务，而对高速数据、高保真音乐、互动视像等业务的需求越来越迫切。
高速光通信系统中的偏振复用技术
高速光通信系统中的偏振复用技术摘要：偏振复用（Polarization Division Multiplexing:PDM）技术不仅能够在很大程度上提高系统通信容量还能使系统的频谱效率得到明显改善。
偏振复用技术利用光的偏振维度，在同一波长信道中，通过光的两个相互正交偏振态同时传输两路独立数据信息达到加倍系统总容量和频谱利用率目的。
它是光纤通信中一种比较新的复用方式，在这种复用方式中，传输波长的两个独立且相互正交的偏振态作为独立信道分别传输两路信号，从而使光纤的信息传输能力提高一倍且不需要增加额外的带宽资源。
本文论述了高速光通信系统中的偏振复用技术的研究意义，发展现状以及偏振复用技术在高速光通信系统中的关键技术和信息处理技术，包括全光复用技术、全光信号处理技术和数字信号处理技术。
最后对高速传输时偏振复用链路的损失和串扰进行概述。
关键词：偏振复用；高速光通信；PMDPolarization Division Multiplexing In High-speed Optical Communication SystemsLiu Yu(Optoelectronic Engineering, Chongqing University of Posts and Telecommunications,Chongqing 400065)Abstract：Polarization Division Multiplexing (Polarization Division Multiplexing:PDM) technology can not only improve the system to a great extent communication capacity of the system spectrum efficiency,but also can be significantly improved.PDM technique which utilizes the polarization dimension of light,carries two independent data at the same wavelength with orthognal states of polarization.It can double the system capacity and spectral efficiency directly.It is a kind of relatively new multiplexing method, optical fiber communication in this kind of multiplex mode,two orthogonal polarization of transmission wavelengths as a separate channel signal transmission two road is independent and mutually,so that the capacity of optical fiber information transmission to double and does not need to increase the additional bandwidth resources.This paper discusses the research significance of the polarization multiplexing technology of high speed optical communication system, the current situation of the development and the key technology of polarization multiplexing technology in high-speed optical communication system and information processing technology, including QuanGuangFu technology, all-optical signal processing technology and digital signal processing technology.Finally, the high speed transmission when polarization multiplexing link loss and crosstalk are summarized.Key words：Polarization Division Multiplexing;High-speed optical communication;PMD0 前言随着互联网业务的快速发展，尤其是基于互联网的视频应用和P2P交互式应用的爆炸式发展，骨干通信网络带宽需求迅猛增长，现有密集波分复用（DWDM）系统己经不能满足日益增长的带宽需求，提高系统传输能力势在必行。
时分复用-解复用实验
资料范本本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载时分复用-解复用实验地点：__________________时间：__________________说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容固定及变速率时分复用、解复用实验第一部分固定速率时分复用/解复用实验实验目的掌握固定速率时分复用/解复用的同步复接/分接原理。
掌握帧同步码的识别原理。
掌握集中插入帧同步码时分复用信号的帧结构特点。
实验内容搭建一个理想信道固定速率时分复用数字通信系统，使系统正常工作。
搭建一个理想信道固定速率时分解复用数字通信系统，使系统正常工作。
用示波器观察集群信号（FY_OUT）、位同步信号（BS）及帧同步信号（FS），熟悉它们的对应关系。
观察信号源发光管与终端发光管的显示对应关系，直接观察时分复用与解复用的实验效果。
实验仪器示波器，RC-GT-II型光纤通信实验系统。
基本原理1．同步复接/分接原理固定速率时分复用/解复用通常也称为同步复接/分接。
在实际应用中，通常总是把数字复接器和数字分接器装在一起做成一个设备，称为复接分接器(缩写为Muldex)。
图1.1 数字复接器的基本组成图 1.2 数字分接器的基本组成图数字复接器的基本组成如图1.1所示。
数字复接器的作用是把两个或两个以上的支路数字信号按时分复接方式合并成为单一的合路数字信号。
数字复接器由定时、调整和复接单元所组成。
定时单元的作用是为设备提供统一的基准时间信号，备有内部时钟，也可以由外部时钟推动。
调整单元的作用是对各输入支路数字信号进行必要的频率或相位调整，形成与本机定时信号完全同步的数字信号。
复接单元的作用是对已同步的支路信号进行时间复接以形成合路数字信号。
数字分接器的基本组成如图1.2所示。
数字分接器的作用是把一个合路数字信号分解为原来支路的数字信号。
光复用技术
1、复用技术复用技术的主要目的是扩容，传统的扩容方法采用ETDM（电时分复用）方式，但由于现代通信网对传输容量要求的急剧提高，利用TDM方式已日益接近硅和砷化镓技术的极限，并且传输设备的价格也很高，光纤色散和极化模色散的影响也日益加重。
因此人们正越来越多地把兴趣从电时分复用转移到光复用。
光复用有3种技术，即光时分复用（OTDM）、光波分复用（OWDM）以及正处于研究阶段的光码分复用（OCDMA）。
1.WDM技术及OTDM技术迄今为止，WDM技术是研究最多、发展最快、应用最为广泛的技术，经过数年的发展和应用，已趋于成熟，而且越来越成为现代通信系统中不可替代的传输技术。
目前，WDM系统的传输容量正以极快的速度向前发展，直接基于WDM传输的业务也越来越多。
WDM技术正对光通信的发展起着重要的作用，其作为现代超大容量传输规模的复用技术的优越性将体现得越来越为明显。
随着WDM系统单信道速率越来越高、复用的路数越来越多、信道之间的间隔也越来越窄，WDM 系统表现出来的色散（包括偏振模色散）、互相位调制（XPM）和4波混频（FWM）等非线性效应严重地影响了系统的性能，同时对所用光纤的性能、光放大器的带宽范围及增益平坦度、偏振模控制器的性能、分会波器的隔离度等等件的性能都提出了很高的要求。
OTDM指利用高速光开关把多路光信号复用到1路上传输，利用OTDM技术可以。
获得较高的速率带宽比，可克服EDFA增益不平坦、4波混频（FWM）非线性效应等诸多因素限制，而且可解决复用端口的竞争，增加全光网络的灵活性。
虽然，OTDM有以上的优点，但由于其关键技术（高重复率超短光脉冲源、时分复用技术、超短光脉冲传输技术、时钟提取技术和时分解复用技术）比较复杂，更为重要的是实现这些技术的器件特别昂贵，而且制作和实现均很困难，所以这项技术迟迟没有得到很大的发展和应用。
但随着系统扩容的需要、技术的不断创新、器件制造水平的不断提高以及克服单单依*WDM技术不足以解决的困难，最终OTDM 也将得到很大的发展和应用。
OTDM简介
什么是 OTDM时分复用是指多路信号可以在同一个信道中传输的一种方法，这种方法是使多路信号分别占有不同的时间间隙(时隙)，从而在同一信道中传输互不干扰，实现多路复用。
光时分复用(OTDM)是指在光学领域中完成的时分复用。
即是将多路光信号用时分复用的方式使它们在同一根光纤中传输，实现超高速传输，达到大幅度扩大容量的目的。
光时分复用应用宽带的光电器件代替了电子器件，从而可以避免高速电子器件所造成的限制，可以实现高达几十Gbit/s乃至几百Gbit/s的高速传输。
OTDM优点OTDM之所以引起人们的关注, 主要有两个原因:OTDM可克服WDM的一些缺点, 如由放大器级联导致的谱不均匀性, 非理想的滤波器和波长变换所引起的串话, 光纤非线性的限制, 苛刻要求的波长稳定性装置及昂贵的可调滤波器；OTDM技术被认为是长远的网络技术。
为了满足人们对信息的大量需求, 将来的网络必将是采用全光交换和全光路由的全光网络, 而OTDM的一些特点使它作为将来的全光网络技术方案更具吸引力:•可简单地接入极高的线路速率(高达几百Gbit/s)；•支路数据可具有任意速率等级,和现在的技术(如SDH)兼容;•由于是单波长传输, 大大简化了放大器级联管理和色散管理;•网络的总速率虽然很高, 但在网络节点, 电子器件只需以本地的低数据速率工作;•OTDM和WDM的结合可支撑未来超高速光通信网的实现。
OTDM系统的组成光时分复用通信系统由以下几部分组成:光发射部分、传输线路、接收部分,如图1 所示。
(1) 光发射部分主要由超窄脉冲光源及光时分复用器组成。
高重复频率超窄光脉冲源的种类包括掺铒光纤环形锁模激光器、半导体超短脉冲源、主动锁模半导体激光器、多波长超窄光脉冲源等。
其所产生的脉冲宽度应小于复用后信号周期的1/4 ,应具有高消光比(高达30dB以上),并且脉冲总的时间抖动均方根值不应大于信道时隙的1/14,这是因为脉冲形状不是理想的矩形,而为高斯脉冲,信号源与时钟之间的时间抖动会引起解复用信号的强度抖动,这种强度抖动使信号的误码加大。
光复用新技术
光纤通信技术的现状及前景摘要：近年来，光纤通信技术得到了长足的发展，新技术不断涌现，这大幅提高了通信能力，并使光纤通信的应用范围不断扩大。
关键词：光纤通信传输发展引言光纤通信是利用光作为信息载体、以光纤作为传输的通信方式。
在光纤通信系统中,作为载波的光波频率比电波的频率高得多,而作为传输介质的光纤又比同轴电缆或导波管的损耗低得多,所以说光纤通信的容量要比微波通信大几十倍。
光纤是用玻璃材料构造的,它是电气绝缘体,因而不需要担心接地回路,光纤之间的串绕非常小；光波在光纤中传输,不会因为光信号泄漏而担心传输的信息被人窃听；光纤的芯很细,由多芯组成光缆的直径也很小,所以用光缆作为传输信道,使传输系统所占空间小,解决了地下管道拥挤的问题。
自光纤通信问世以来，整个通信领域发生了革命性变化，它使高速率、大容量的通信成为可能。
由于光纤通信具有损耗低、传输频带宽、容量大、体积小、重量轻、抗电磁干扰、不易串音等优点而备受业内人士的青睐，发展非常迅速。
光纤通信系统的传输容量从1980～2000年2O年间增加了近10000倍，传输速度在过去的1O年中提高了约100倍。
目前我国长途传输网的光纤化比例已超过80％，预计到2010年，全国光缆建设总长度将再增加约105km，并且将有11个大城市铺设10G以上的大容量光纤通信网络。
1.光纤通信技术的现状光纤通信的发展依赖于光纤通信技术的进步。
近年来，光纤通信技术得到了长足的发展，新技术不断涌现，这大幅提高了通信能力，并使光纤通信的应用范围不断扩大。
1.1波分复用技术波分复用(WDM，Wavelength Division Multiplexing)技术可以充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源，根据每一信道光波的频率或波长不同将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道。
把光波作为信号的载波，在发送端采用波分复用器(合波器)将不同规定波长的信号光载波合并起来送人l根光纤进行传输。
在接收端，再用1个波分复用器(分波器)将这些不同波长承载不同信号的光载波分开的复用方式。
OTDM
目录
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OTDM介绍 发展现状 存在问题
4
前景展望
OTDM介绍
• OTDM是Optical Time Division Multiplexing (光时分复 用技术)的缩写。 • 时分复用是指多路信号可以在同一个信道中传输的一 种方法，这种方法是使多路信号分别占有不同的时间 间隙(时隙)，从而在同一信道中传输互不干扰，实现 多路复用。 • 光时分复用(OTDM)是指在光学领域中完成的时分复 用。即是将多路光信号用时分复用的方式使它们在同 一根光纤中传输，实现超高速传输，达到大幅度扩大 容量的目的。 • 光时分复用应用宽带的光电器件代替了电子器件，从 而可以避免高速电子器件所造成的限制，可以实现高 达几十Gbit/s乃至几百Gbit/s的高速传输。
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发展现状
• OTDM原理图
发展现状
存在问题
超窄光脉冲源
增益开关半导体激光器 -脉冲的质量不够好，其啁啾 现象虽可采取措施消除，但要较彻底地消除难度很大 光纤环形锁模激光器-体积过大，造价太高
光时钟提取及解复用技术
锁相环路（PLL）及光纤环形锁模激光器-体积大造价 高
传输方面
非线性效应严重等
前景展望
适用于时分复用光信号的光开关有：机械光开关、热光开 关、喷墨气泡光开关、液晶光开关和声光开关等。但这些 窗口宽度从几百个ns到几十个ms的光开关并不适合于线 路速率在100Gbit/s以上的高速OTDM系统，这是因为这 些光开关在操作过程中引入了电的控制信号。基于光学非 线性效应（如：光Kerr效应、四波混频（FWM）效应和 交叉相位调制（XPM）效应）的全光开关是实现高速 OTDM信号解复用技术的关键器件。
波分复用器(第八章光波分复用技术及关键器件)
阵列波导光栅
1 2 3 4 1 2 3 4 星形耦合器
1
.
..
2
N 输出
AWG: 规则排列的波
导，相邻波导的长度相 差固定值DL
D2neffDL
1 2 3 4
AWG器件实物样品
1010 AWG器件樣品
55 AWG器件樣品
阵 列 波 导 光 栅 (AWG) ， 也 称 作 相 位 阵 列(Phased Array)，是WDM 通信系统中 的关键器件，除了可作为波分复用/解复用 器外, 它还是光互连器件的关键组成部分, 已经成为WDM系统中不可缺少的核心器 件。
WDM系统的基本构成主要有以下两种形式： 双纤单向传输和单纤双向传输。
(1) 双纤单向传输 单向WDM传输：指所有光通路同时在一根光纤上沿 同一方向传送； 由于各信号是通过不同光波长携带 的，彼此之间不会混淆； 在接收端通过光解复用器将不同波 长的信号分开，完成多路光信号传 输的任务。
双纤单向传输
(2) 单纤双向传输
双向WDM传输：指光通路在一根光纤上同时向两个不同的 方向传输。所用波长相互分开，以实现双 向全双工的通信。
1 光发射机1
光接收机 1
…
…
n 光发射机n
1′ 光接收机
复用/解复用器
1…n
光纤 放大器
n＋1… 2n
光接收机 n
复用/解复用器 n＋1
光发射机
1′
…
…
n′ 光接收机
单纤双向WDM传输
射光反射光
折射率
高 低 高 低 高
1,透 2,3 射 光光 纤 2
滤波器 滤1波器2
1,2,3
2,3
3
1
2
关于光网络传输技术介绍
关于光网络传输技术介绍最近有网友想了解下光网络传输技术的知识,所以店铺就整理了相关资料分享给大家,具体内容如下.希望大家参考参考光网络传输技术介绍光传输是在发送方和接收方之间以光信号形态进行传输的技术。
技术简介同步光纤网(Synchronous Optical Network，SONET)和同步数字系列(Synchronous Digital Hierarchy，SDH)：一种光纤传输体制(前者是美国标准，用于北美地区，后者是国际标准)，它以同步传送模块(STM—1，155Mbps)为基本概念，其模块由信息净负荷、段开销、管理单元指针构成，其突出特点是利用虚容器方式兼容各种PDH体系。
准同步数字系列(Plesiochronous Digital Hierarchy ，PDH)：SONET/SDH出现前的一种数字传输体制，非光纤传输主流设备。
主要是为语音通信设计,没有世界性统一的标准数字信号速率和帧结构，国际互连互通困难。
波分复用技术(Wavelength Division Multiplex，WDM)：本质上是在光纤上实行的频分复用(Frequency Division Multiplex ，FDM)，即光域上的FDM技术。
是提高光纤通信容量的有效方法。
为了充分利用单模光纤低损耗区巨大的带宽资源，根据每一个信道光波频率(或波长)的不同而将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道的技术。
用不同的波长传送各自的信息，因此即使在同一根光纤上也不会相互干扰。
密集波分复用技术(Dense Wavelength Division Multiplex，DWDM)：与传统WDM系统不同，DWDM系统的信道间隔更窄，更能充分利用带宽。
光分插复用(Optical Add/Drop Multiplex， OADM)：是一种用滤光器或分用器从波分复用传输链路插入或分出光信号的设备。
OADM在WDM系统中有选择地上/下所需速率、格式和协议类型的光波长信号。
(12)光时分复用OTDM
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合路器光分路器tn1t超短脉冲发生器帧同步时钟eomux接收机误码检测光带通滤波器全光开关demux光波时钟产生时钟提取电路edfa延迟线阵列待传数据输入光时分复用系统框图系统光源是超短光脉冲光源由光分路器分成n束各支路电信号分别被调制到各束超短光脉冲上然后通过光延迟线阵列使各支路光脉冲精确地按预定要求在时间上错开再由合路器将这些支路光脉冲复接在一起于是便完成了在光时域上的间插复用
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3 OTDM和DWDM区别
OTDM—— 用多个电信道信号调制具有同一个光 频的不同光通道，经复用后在同一根光纤 中传输。
DWDM—— 在同一根光纤中传输多波长光信号的 技术。
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4.1 几个概念
帧——
时隙—— 同步技术——
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8.1 可变光纤延迟线TOFL
同步，即是两个脉冲流在时间上的对 准。一个脉冲流与另一个脉冲流不同步无 非是时间超前（or滞后）于另一个脉冲流 Δ T。 因此，同步的目的就是使一个脉冲相对另 一个脉冲流延迟Δ T 。 这可以采用光纤延迟线来实现。
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原 理 描 述
系统光源是超短光脉冲光源，由光分路器分成 N
束，各支路电信号分别被调制到各束超短光脉冲上，
然后通过光延迟线阵列， 使各支路光脉冲精确地按
预定要求在时间上错开，再由合路器将这些支路光脉
冲复接在一起，于是便完成了在光时域上的间插复用。 接收端的光解复用器是一个光控高速开关， 在 时域上将各支路光信号分开。
复用技术的原理解析
一：什么是复用技术随着”光进铜退”逐渐成为园区网的技术主流，一方面由于资源受限，制造成本不断增加，光纤链路的铺设费用也在逐年增长，同时对于无线传输媒介来说，有限的可用频率也是非常宝贵的资源。
因此，对于通信线路的利用率提升成为了大家关注的重点，多路复用技术应运而生。
多路复用技术就是通过在一条通信线路上传输多路信号，从而提升光通信线路利用率的技术。
目前最常用的多路复用技术有波分复用、时分复用、频分复用、码分复用。
今天会重点对波分复用和时分复用展开来讲。
二：什么是波分复用技术2.1波分复用概念波分复用（WDM））是一种通过使用不同波长（即颜色）的激光将多个光载波信号复用到一根光纤上的技术，参考图一示意。
波分复用可以实现在一根光纤上双向通信，并实现容量的成倍增长。
波分复用技术是基于频分复用技术（FDM），可以将一个信道的带宽按照一定的数值分为多个信道（一般按照20nm为一个单位）。
在波分复用网络中，每个信道都被称为一个波长，每个信道以不同的频率和不同的光波长进行信息传输互达。
每个波长彼此分离，可以实现天然的物理隔离，k 可以有效防止他们互相干扰。
2.2 波分复用的工作原理波分复用技术，是将多个不同波长(或频率)的调制光信号(携带有用信息)在发送端经复用器(也叫合波器，Mux)合路到一起送入光线路(光纤传输链路)的同一根光纤中进行传输，在接收端用解复用器(也叫分波器，demux)将不同波长信号分开接收的技术，原理图见下方示意图。
一个波分系统包含很多的功能单元，如光转发单元(OTU)，用于转发客户侧数据业务到线路侧的光口；光合波单元(OMU)和光分波单元(ODU)，分别用于将多个波长光信号合并和分开;以及光功率放大器(OBA)，光线路放大器(OLA)和光前置放大器(OPA)，分别用于发端，链路，和接收端光信号放大。
当然还应该包括光监控信道(OSC)，完成业务和链路的监控以便网络管理和维护。
三、什么是时分复用3.1 时分复用原理时分复用（TDM）是采用统一物理连接的不同时段来传输不同的信号，也能达到多路传输的目的。
光纤通信原理 第三章 光纤通信技术
图 双纤单向WDM传输
(2) 单纤双向传输。 双向WDM传输是指光通路在一根光 纤上同时向两个不同的方向传输。如图7.8所示，所用波长相 互分开， 以实现双向全双工的通信。
1 光发射机 1
光接机 1
…
…
n 光发射机 n 1′ 光接收机
复用/解复用器
…
n′ 光接收机
1…n
光纤 放大器
n＋1…2n
光接收机 n
在接收端通过光解复用器将不同波长的信号分开，完成多路光信号 传输的任务。
反方向通过另一根光纤传输的原理与此相同。
1 光发射机
1
…
复用器
n 光发射机 n
1′ 光接收机 n′ 光接收机
…
解复用器
光纤放大器 1…n
光纤放大器 1…n
解复用器
光接收机
1
…
光接收机 n
复用器
1 光发射机
1′
…
n 光发射机
n′
如果一个区域内所有的光纤传输链路都升级为WDM传输， 我们就可以在这些WDM链路的交叉(结点)处设置以波长为单位 对光信号进行交叉连接的光交叉连接设备(OXC)，或进行光上下 路的光分插复用器(OADM)，则在原来由光纤链路组成的物理层 上面就会形成一个新的光层。
在这个光层中，相邻光纤链路中的波长通道可以连接起来， 形成一个跨越多个OXC和OADM的光通路，完成端到端的信息 传送，并且这种光通路可以根据需要灵活、动态地建立和释放， 这就是目前引人注目的、 新一代的WDM全光网络。
复用/解复用器 n＋1
光发射机
1′
…
2n 光发射机
n′
图 单纤双向WDM传输
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：
光通信中的关键技术
光通信中的关键技术光纤通信技术的出现是通信史上的一次重要革命.作为宽带传输解决方案的光纤通信从其诞生之日起,就受到人们的特别重视．并且一直保持着强劲的发展势头。
特别是在20世纪90年代中期到末期的这段时间，无论是在技术方面还是在其相关产品方面，光通信都得到了飞速的发展,并确立了其在通信领域不可替代的核心地位。
当前,光通信技术正以超乎人们想像的速度发展。
在过去的10年里，光传输速率提高了100倍，预计在未来1O年里还将提高100倍左右.IP业务持续的指数式增长，对光通信的发展带来了新的机遇和挑战:一方面,IP巨大的业务量和不对称性刺激了波分复用（WDM)技术的应用和迅猛发展；另一方面，IP业务与电路变换的差异也对基于电路交换的SDH(同步数字系列）提出了挑战.光通信本身也正处在深刻的变革之中，特别是“光网络”的兴起和发展，在光域上可进行复用、解复用、选路和交换，可以充分利用光纤的巨大带宽资源增加网络容量，实现各种业务的“透明”传输，所以光通信技术更是成了人们关注的焦点。
本文将对光通信中的几种重要技术作一简要介绍和展望.一、复用技术1。
时分复用技术（TDM)复用技术是加大通信线路传输容量的好办法.数字通信利用时分复用技术,数字群系列先是PDH各群，后有SDH各群,由电的合路/分路器和合群/分群器（MUX/De-MUX)构成。
电的TDM目前的最高数字应用速率为10Gbit/s。
把这最高数字速率的数字群向光纤上的光载波直接调制，就成为光纤传输的最高数字速率。
而光纤本身却有很大的潜在容量，所以说光纤受到电的最高速率的限制。
实际上当传输速率由10Gbit/s提高到20Gbit/s左右时已接近半导体技术或微电子工艺的技术极限,即便开发出更高速率的TDM电子器件和线路，例如采用微真空光电子器件、原子级电子开关等技术，其开发和生产成本必然昂贵，造成传输设备、系统价格很高而不可取，更何况此时光纤色散和非线性的影响更加严重，造成传输困难.所以，尽管TDM的实验室速率已达40Gbit/s,但要在G。
三种复用技术
三种复用技术在光纤通信中，复用技术被认为是扩展现存光纤网络工程容量的主要手段。
复用技术主要包括时分复用TDM（Time Division Multiplexing）技术、空分复用SDM（Space Division Multiplexing）技术、波分复用WDM（WaveLength Division Multiplexing）技术和频分复用FDM（Frequency Division Multiplexing）技术。
但是，因为FDM和WDM一般认为并没有本质上的区别，所以可以认为波分复用是＂粗分＂，而频分复用是＂细分＂，从而把两者归入一类。
下面主要讨论SDM、TDM和WDM三种复用方式。
TDM技术TDM技术在电子学通信中已经是很成熟的复用技术。
这种技术就是将传输时间分割成若干个时隙，将需要传输的多路信号按一定规律插入相应时隙，从而实现多路信号的复用传输。
但是，这种技术在电子学通信使用中，由于受到电子速度、容量和空间兼容性诸多方面的限制，使得电子时分复用速率不能太高。
例如，PDH信号仅达到0.5Gbps，尽管SDH体制信号采用同步交错复接方法己达到10Gbps（STM-64）的速率，但是，达到20Gbps却是相当困难的。
另一方面，在光纤中，对于光信号产生的损耗（Attnuation）、反射（Reflectance）、颜色色散（Chromatic Dispersion）以及偏振模式色散PMD（Polarization Mode Dispersion）都将严重影响高速率调制信号的传输。
当信号达到STM-64或者更高速率时，PMD的脉冲扩展效应，就会造成信号＂模糊＂，引起接收机对于信号的错误判断从而产生误码。
这是由于不同模式的偏振光在光纤运行中会产生轻微的时间差，因而一般要求PMD系数必须在0.1ps/km以下。
综上所述，电时分复用技术的局限性，将电子学通信的传输速率限制在10～20Gbps以下。
SDM技术对SDM的一般理解是：多条光纤的复用即光缆的复用。
高速光时分复用系统的全光解复用技术
高速光时分复用系统的全光解复用技术高速光时分复用（OTDM）系统能够在单一光纤上提供多个传输通道，并且可以通过光信号差分调制技术使得数据传输实现更快的速度和更高的带宽。
然而，高速光时分复用的一个常见问题是如何在接收端对多个复用信号进行解复用，使其能够被正确地解释和处理。
正是由于这个问题，全光解复用技术被引入到高速光时分复用系统中，以帮助解决解复用的问题。
全光解复用技术是将多个输入光信号分配到不同的光解复用器输入端口，并将输出光信号分别转换为相应的信道。
所有的解复用过程都是通过光学器件完成的，使得这个技术可以实现由光学器件实现的完全无源和无需电力增益的解复用。
此外，全光解复用技术不需要电子元件，因此可以避免电子速度限制和电磁干扰问题。
全光解复用技术通常采用费曼树结构，其中输入光信号被分配到不同的端口上，然后通过多级全光解复用器传输到输出端口。
其中，每一级解复用器都对应一个费曼树的一层，输入信号从根节点开始，逐级分叉，直到到达每个叶节点。
每一层的解复用器会把输入信号沿着树的分支分发到各个叶节点上，并让它们在叶节点处进行解复用，然后再选择合适的分支将解复用信号传递到下一级解复用器进行下一步解复用。
最后，所有信号都被解复用，重组成多个单一信道。
全光解复用技术在高速光时分复用系统中的应用非常广泛。
比如，在高速光通信系统中，全光解复用技术可以用于实现高速数据传输而无需进行复杂的电子信号处理。
同时，它也可以用于高速光网络中进行一些诸如广播、多点通信和组播等多种形式的通信。
此外，全光解复用技术还可以用于卫星通信、无线电通信以及一些不同传输速率的光纤通信系统。
总之，全光解复用技术是高速光时分复用系统中非常重要的一个技术，它可以实现由光学器件实现的完全无源、无干扰和无电子元件的解复用。
随着此技术的不断发展和成熟，它将在高速光通信、高速光网络和其他一些光通信应用领域中发挥越来越重要的作用。
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高速光时分复用系统的全光解复用技术李利军,陈 明,范 戈(上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室,上海 200030)摘要:作为高速光信号处理应用的一个分支,全光解复用技术涉及到半导体非线性光学多方面的问题,是实现高速光时分复用(OT DM )系统的关键技术之一。
文章对现有的OT DM 系统的全光解复用技术进行了综述,较为详细地描述了两类主流技术的工作原理,对两者的优缺点做了剖析。
介绍了潜在的基于更高速全光开关的解复用新技术,并探讨了全光解复用技术的演进思路。
关键词:光时分复用系统;全光开关;解复用中图分类号:T N914 文献标识码:A 文章编号:1005-8788(2005)06-0027-04A survey of a ll -opti ca l de m ulti plex i n g techn i ques for h i gh speed O TDM syste m sL IL i 2jun,CHEN M i n g,FAN Ge(Nati onal Laborat ory on Local Fiber 2Op tic Communicati on Net w orks,Shanghai J iaot ong University,Shanghai 200030,China )Abstract:A s a branch app licati on of high s peed op tical signal p r ocessing .The all 2op tical de multi p lexing technol ogy relates t o many as 2pects of se m iconduct or non 2linear op tics and is one of the key technol ogies t o realize the high 2s peed op tical ti m e 2dividi on multi p lexing (OT DM )syste m.This paper gave a survey of current all 2op tical de multi p lexing technol ogies,the p rinci p les of operati on of t w o p re 2dom inant technol ogies have been described in detail,their advantages and disadvantages were analyzed .The potential demulti p lexing technol ogy based on higher 2s peed op tical s witch was als o intr oduced and the evoluti on r oute of all 2op tical de multi p lexing technol ogy dis 2cussed in this paper .Key words:op tical ti m e -divisi on multi p lexing (OT DM )syste m s;all -op tical gate;de multi p lexing 光时分复用(OT DM )技术是一种能有效克服电子电路带宽“瓶颈”、充分利用低损耗带宽资源的扩容方案。
与波分复用(WDM )系统相比,OT DM 系统只需单个光源,光放大时不受放大器增益带宽的限制,传输过程中也不存在四波混频等非线性参量过程引起的串扰,且具有便于用户接入、易于与现行的同步数字系列(S DH )及异步传输模式(AT M )兼容等优点。
在多媒体时代,超高速(速率高于100Gbit/s )的OT DM 技术对超高速全光网络的实现具有重要意义,其中涉及的关键技术包括:超短光脉冲的产生、时分复用、同步/时钟提取和解复用。
解复用可以由光开关来实现。
适用于时分复用光信号的光开关有:机械光开关、热光开关、喷墨气泡光开关、液晶光开关和声光开关等。
但这些窗口宽度从几百个ns 到几十个m s 的光开关并不适合于线路速率在100Gbit/s 以上的高速OT DM 系统,这是因为这些光开关在操作过程中引入了电的控制信号。
基于光学非线性效应(如:光Kerr 效应、四波混频(F WM )效应和交叉相位调制(XP M )效应)的全光开关是实现高速OT DM 信号解复用技术的关键器件。
1 基于相移型全光开关的解复用技术相移型光开关是一类干涉型光开关,这类光开关的平衡状态对应器件的闭合状态,而它的非平衡状态是在非线性介质中用控制脉冲对被分割成两路的信号光的其中一路的相位进行半波调制,使得这两路信号光在光开关输出端干涉耦合的耦合量为最大值,从而使光开关导通。
相移型全光开关中的非线性介质可以是光纤也可以是半导体材料。
光纤在非线性响应速度方面具有明显的优势(<10fs ),而且不存在载流子密度起伏和增益饱和等问题;然而由于半导体材料在集成度(有效长度低于1mm )、偏振稳定性、非线性强度(高于前者4个数量级)等方面具有更加明显的优势,因而在全光开关中得到了广泛的重视。
基于相移型全光开关的解复用技术是非常多的。
基于光Kerr 效应的解复用最早报道于1987年[1],随后的非线性光环路镜(NOLM )、太赫兹光非对称解复用器(T OAD )和马赫-曾德尔干涉仪(MZI )则是基于XP M 效应的光开关。
半导体光放大器(S OA )的非线性效应很复杂,除了亚皮秒级的双光子吸收(TP A )、谱烧孔(SHB )和载流子加热(CH )外,还有p s 级的带间载流子起伏(I nterband Carrier Dyna m ics ),各种非线性机制的恢复时间也相差很大。
尽管提高有源区载流子密度和添加辅助光可以把载流子寿命控制在几十个p s收稿日期:2004-12-21作者简介:李利军(1976-),男,山西寿阳人,博士,主要从事高速光通信技术研究。
722005年 第6期(总第132期)光通信研究ST UDY ON OPTI CAL COMMUN I CATI O NS2005(Sum.No .132)以内,但是即便如此也不能满足超高速OT DM 信号的解复用要求。
超高速非线性干涉仪(UN I,U ltra 2fast Nonlinear I nterfer om ter )从结构上消除了半导体材料中由于恢复时间过长而引起的模式效应(Data Pattern Effect ),图1是UN I 的一个典型配置。
图中偏振控制器PC1使数据光脉冲从偏光分光片(P BS )的3端口输出。
被PC2分解为偏振方向相互正交的两束偏振光经保偏光纤(P MF )传输后产生时延为τ的相位间隔。
S OA 使它们产生近似相同的相移,而PC3使它们在P BS 的3端口合并还原,并从1端口返回。
如果有控制光脉冲在τ间隔内插入到两束偏振光之间,对滞后的一束偏振光进行半波调制,使它产生附加的非线性相移,那么PC3将使它们在P BS 的3端口合并还原,并从4端口输出。
图1 基于UN I 光开关的160-10Gbit/s全光解复用器相对于其它的同类型解复用器,UN I 结构最佳。
这是因为:首先,由于是单臂干涉,两路信号通过同一条光路,彼此之间没有光程差,因而UN I 的稳定性最好;其次,由于两路信号都通过同一非线性介质,因而没有模式效应;第3,因为过路信号的两路分支信号有相同的附加相移,只有下路信号有附加相移差,因此,它是平衡干涉。
增益透明的UN I (gt -UN I )有更加优越的解复用性能。
2 基于频移型全光开关的解复用技术频移型光开关是一种滤波型光开关,在它的输出端附有一个中心频率为f 2的光滤波器。
当没有控制光脉冲输入时,光开关呈闭合状态;当有控制脉冲输入时,作用于非线性介质的控制光脉冲将信号光的载频f 1搬移至f 2,再把信号光由光滤波器输出。
频移型光开关中的介质可以是光纤也可以是半导体材料。
基于XP M 的频移型全光开关OT DM 解复用技术使用的非线性介质多数是光纤,而对这种全光开关解复用技术的研究更多地集中在以S OA 为非线性介质的基于F WM 效应的全光门和基于交叉增益调制(XG M )的全光门方面。
图2是利用F WM 全光门实现解复用的典型配置。
由2.5Gbit/s 的光伪随机序列复接而成的10Gbit/s 的RZ 码流和由PC1/PC2控制的以45°偏振角进入P BS 的抽运光P1/P2分别等分地从P BS 的端口R 和端口T 正交输出。
其中,P1为连续光(C W ),P2为时钟信号。
基于S OA 三阶非线性效应(F WM )的共轭光沿顺时针方向从P BS 的端口1输出,经环路镜由阵列波导AW G 检出。
图2 基于正交抽运光F WM 光开关的10-2.5Gbit/s 全光解复用器 高速OT DM 系统中的解复用器可以由多个全光开关的树形级联来实现。
在这样的树形级联配置中,需要为每一个分立的全光开关提供时钟,另外,要在一块基底上集成多个携带不同光时钟的全光开关,在实现工艺上也是有一定难度的。
能同时提供多路输出的全光开关能够很好地避免这两个问题。
其思路的着眼点在于将时域中分立的信号转换为频域中的分立信号。
典型的结构是基于对交叉相位调制引起的啁啾进行补偿的多路输出全光OT DM 解复用器(MOX I C,Multi p le 2channel Out put A ll 2op tical82光通信研究2005年 第6期 总第132期OT DM De multi p lexer U sing XP M 2induced Chir p Com 2pensati on )。
图3是利用MOX I C 实现解复用的原理示例。
码速率为160Gbit/s 的信号脉冲序列和10Gbit/s 的线性升啁啾控制脉冲序列同步输入正常色散(n 2>0)非线性介质(图3(a ))。
当信号为“1”码时(t 1位置),信号脉冲和控制脉冲之间的XP M 导致的升啁啾(图3(b )的t 1位置)将在控制脉冲频谱上产生一个谱孔(如图3(c )的t 1位置)。
如果信号为“0”码(t 2位置),那么控制脉冲的频谱将保持原状(如图3(c )的t 2位置)。
这样,所有T DM 时隙中的信号就同时被转换到不同的WDM 波长上,此时用的WDM 分波器就可以实现OT DM 信号的多路解复用输出。
图3 MOX I C 解复用原理示意图基于MOX I C 的100Gbit/s 和160Gbit/s 的OT 2DM 解复用都已经实现,这种多路输出全光开关的实现方式其实是很灵活的。