chapter光纤通信新技术
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光传输第10章 光纤通信新技术(光网络产品发展趋势及产品介绍)PPT课件
实现快速端到端电路。
I-NNI 信令：RSVP-TE
I-NNI 路由：OSPF-TE
运营商内部不同控制域间 E-NNI 信令：RSVP-TE E-NNI 路由： DDRP
数据传送－城域WDM迅速发展
GE、POS
λ
λ
λ
IP OVER DWDM
光传输网管系统 GE、POS
… 波长 1~32
•5G / 波长 •10G / 波长
； 降低升级和运营成本； 支持广播、组播，并内置光功率均衡功能。
DWDM+OCS-长途网智能端到端业务调度方案
ODF/DDF
跨环业务需要 多次人工转接
维护成本增加 故障率增加
骨干层多 点失效后业务 中断
单套设备调度、组网能力有限， 需要多套设备解决
占用机房资源
占用维护资源
OSN9500智能光网络设
ATM交换
PSTN/2G交换
SDH专线
ESCON/FICON/FC
DVB
OptiX BWS1600G长途波分系统
高效大颗粒 IP业务接入: ➢ GE ➢ 10GE ➢ 2.5G POS ➢ 10G POS
3G交换
NGN 软交换
GSR
数据大客户专线
长途波分传输网能够提供全业务接入，实现对SDH业务、ATM业务、 SAN业务、DVB业 务以及宽带数据IP等业务综合承载和长途传送；
GMPLS信令逐步实施到VC、波长和MPLS，在控制的层 次上形成完整的端到端体系；ASON标准逐渐成熟，在网 络间协议上业界逐步统一，不同管理域的ASON网络能够 对端到端电路实现相应的配置和管理。
数据业务的大颗粒化使城域WDM发展迅速，基于子波长 的调度能力成为城域WDM的重要需求，可配置波长调度 也将逐渐成熟并得到应用；OTN为光电层波长业务的端到 端提供设备支撑，成为下一代支持数据互连的传输设备之 一。
第10章光纤通信新技术new
▪ 光复用段层 需采用光波复用技术，如OCDM、OTDM、DWDM；
▪ 光传输段层 需解决光信号的放大、色散管理。
第10章光纤通信新技术new
下一代光传送网提出
▪ 由于IP业务量本身的不确定性和不可预性、自相似性和不
对称性，IP业务对网络带宽的动态分配要求越来越迫切。
▪ 传统的主要靠人工配置网络连接,原始方法耗时费力，不
第10章光纤通信新技术new
• 10.1.2 光孤子通信系统的构成和性能
• 光孤子源产生一系列脉冲宽度很窄的光脉冲，即光孤子 流，作为信息的载体进入光调制器， 使信息对光孤子流进行 调制。被调制的光孤子流经掺铒光纤放大器和光隔离器后， 进入光纤进行传输。 • 为克服光纤损耗引起的光孤子减弱，在光纤线路上周期 地插入EDFA， 向光孤子注入能量，以补偿因光纤传输而引 起的能量消耗，确保光孤子稳定传输。在接收端，通过光检 测器和解调装置，恢复光孤子所承载的信息。
• 光孤子的形成是光纤的群速度色散和非线性效应相互平衡 的结果。利用光孤子作为载体的通信方式称为光孤子通信。 光孤子通信的传输距离可达上万公里，甚至几万公里，目前还 处于试验阶段。
• 我们知道，光纤通信的传输距离和传输速率受到光纤损 耗和色散的限制。光纤放大器投入应用后，克服了损耗的限制， 增加了传输距离。此时，光纤传输系统，尤其是传输速率在 Gb/s以上的系统，光纤色散引起的脉冲展宽，对传输速率的限 制，成为提高系统性能的主要障碍。
以波分复用原理为基础，结合空分光交换技术，通过波长选择或波 长变换的方法实现交换功能
▪ 关键器件：光交叉连接器（OXC）和光波长转换器。
•波长选择法交换
•每个空分交换机可能提供的连接数为 N×N，故整个交换机可提供的连接数为 N2W。
光纤通信系统-第10章 光纤通信新技术
第10章光纤通信新技术20世纪90年代以来，光纤通信得到了迅速的发展，新技术不断涌现。
关于光波分复用技术、通信网、全光网络技术已在前面相关章节中介绍。
本章主要介绍光放大技术、光纤色散补偿技术、光交换技术、相干通信、光孤子通信等一些已经实用或有应用前景的新技术。
10.1 光纤放大器光信号在光纤中传输时，不可避免会在存在着一定的损耗和色散，损耗导致光信号能量的降低，色散使信号展宽，从而限制了通信传输距离与码速的提高。
因此，隔一定的距离就需设立一个中继器，以便对信号进行放大和再生。
解决这问题的常规方法是目前采用的光电中继器。
光电中继器采用的是光/电/光的变换和处理方式，这种方式已经满足不了现代电信传输的要求。
补偿光纤损耗的最有效方法是用光放大器直接对光信号进行放大。
至今已经研究出的光放大器有两大类：半导体光放大器和光纤放大器。
每种又有几种不同的应用结构和形式，如图10.1所示。
相比之下，波长为1550nm的掺铒光纤放大器（EDFA，Erbium Doped Fiber Amplifier 得到了最为广泛的应用。
10.1.1 EDFA的工作原理EDFA主要由掺铒光纤（EDF）、泵浦光源、耦合器、隔离器等组成，如图10.2所示。
光耦合器的作用是将信号光和泵浦光合在一起；光隔离器的作用是抑止光反射，以确保光放大器工作稳定，对它的要求是插入损耗低、与偏振无关、隔离度优于40dB。
当较弱的信号光和较强的泵浦光一起输入进EDF时，泵浦光激活EDF中的铒粒子，在信号光子的感应下，铒粒子产生受激辐射，跃迁到基态，将一粒一粒的光子注入进信号光中，完成放大作用。
在铒粒子受激辐射过程中，有少部分粒子以自发辐射形式自己跃迁到基态，产生带宽极宽而且杂乱无章的光子，并在传播中不断扩大，从而形成了自发辐射噪声，并消耗了部分泵浦功率。
因此，需设光滤波器，以降低噪声对系统的影响。
目前应用的光滤波器带宽一般为1～3nm。
10.1.2 EDFA特性EDFA的基本特性有增益特性、输出功率特性和噪声特性。
第7章_光纤通信新技术
微 fs1 解调器
波 分 fs2 解调器 离
电 路
fs3 解调器
LPF 频道1 LPF 频道2 LPF 频道3
技术成熟，应用于光纤CATV系统。
第7章 光纤通信新技术
第二节、波分复用原理
1、波分复用的理论依据
1310nm附近：通信带宽17700GHz
常用 窗口
30THz的带宽 信道间隔10GHz 3000个信道 1550nm附近:通信带宽12500GHz
1、 集成式WDM系统 光接口与其他设备必须一致，不能兼容其他设备。
2、 开放式WDM设备 能兼容其他厂家的设备
第7章 光纤通信新技术
三、WDM的特点 1、充分利用光纤的带宽 2、对信号透明 3、经济、灵活、方便 4、降低对器件的要求
第7章 光纤通信新技术 第四节、光滤波器和光波分复用器
光滤波器与光波分复用器密切相关， 有时也用做波分复用器
复 用
光接收机
器
/ 解
λ1+n 光发送机
复 用
λn+n 光发送机
器
第7章 光纤通信新技术
第三节、WDM系统的结构与特点
一、WDM系统组成图
光转发器
合
波
光转发器
器
BA
光监控信 道发送器
LA
光监控信道的接收与发送
分
波
PA 器
光监控信 道接收器
光转发器 光转发器
网
管
第7章 光纤通信新技术
二、WDM设备的分类
将多个低频的模拟基带信号用不同射频信号去调制， 然后混频后再驱动光源，以光的形式发送出去。
频道1 放 大
频道2 放 大
频道3 放 大
Rf1 调制
《现代光纤通信》课件第9章
第9章 光纤通信新技术
9.2 光孤子通信技术
1. 光孤子通信的概念 孤子波是在1834年首次被观察到的。孤子波现象在水波、 电磁波等中都有可能存在，人们对这种现象进行了长期的研 究，在理论上给予了证明。1973年人们把孤子现象应用于通 信领域，1980年才通过实验观察到光纤中的孤子现象，光孤 子通信技术得到了空前的研究和发展，并逐渐实用化。光孤 子通信是一种很有发展前途的全光通信技术，是实现超大容 量超长距离传输的重要技术之一。
从光匹配器输出的已调光波进入单模光纤传输，光纤的 损耗、色散和偏振状态的变化等因素都会影响已调信号光波。 因此，在接收端光波首先进入光匹配器，它的主要作用是使 信号光波的空间分布和偏振方向与本振光波匹配，以便得到 最大的混频效率。
第9章 光纤通信新技术
已调信号光波和本振光波混频后，由光电二极管进行检 测，输出的中频信号在中频放大器中得到放大，然后再通过 适当的处理，即根据发射端调制形式进行解调，就可以获得 基带信号。
第9章 光纤通信新技术 2) 外调制器 超高速大容量的光通信，一般情况下都采用外调制技术。 这是因为外调制可以显著提高调制速度，可高达几十吉赫兹 每秒。另一个原因是外调制可避免光源直接调制时所产生的 啁啾。目前使用较多的是LiNbO 3光调制器。 3) 光放大器 目前使用较多的光放大器是EDFA，泵浦光源采用1.48 μm InGaAsP激光器，因为EDFA具有增益大、与光纤匹配好、 技术成熟、成本较低等优点。近年来，随着光纤喇曼放大器 的发展，在光孤子通信系统也逐渐获得应用。
图99-1-2中发射机是由光载波激光器、调制器和光匹配 器组成。光载波调制器后，输出的已调光波进入光匹配器。 光匹配器有两个作用，一是为了获得最大的发射效率，使已 调光波的空间分布和光纤中HE 11模之间有最好的匹配； 二是保证已调光波的偏振状态和单模光纤的本征偏振状态相 匹配。
第8章光纤通信新技术
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 并起来送入一根光纤进行传输；在接收端再由一波分复用器（分波器） 将这些不同波长承载不同信号的光载波分开。由于不同波长的光载波 信号可以看作是互相独立的（不考虑光纤非线性时），从而在一根光 纤中可实现多路光信号的复用传输。WDM系统组成原理框架如图8-8 所示。
8.1.4 MSTP的网络定位
从目前的实际产品看，10Gbit/s系统的MSTP功能主要是提供高速数 据业务端口（如GE 接口）的接入、封装、映射和点到点传送，包 括使用VC（虚）级联和LCAS技术，以保证高速数据业务在传输核 心层传送的效率和可靠性。 值得注意的是，目前较为丰富的MSTP 功能的实现主要依托于属于 城域汇聚层的2.5Gbit/s系统，同时为了使得MSTP 更接近于业务源 头，设备供应商将2.5Gbit/s系统小型化、模块化，研发出紧凑型 2.5Gbit/s产品，将其开始应用于接入网是个普遍的趋势，从而使得 MSTP 成本降低，更灵活和易于部署，更能适应城域网中复杂多变 的业务环境。
WDM与FDM的关系 FDM频分复用一般是指同轴电缆系统中传输多路信号 的复用方式，而在波分系统中再用FDM一词就会发生 冲突，况且DWDM系统中的光波信号频分复用与同轴电 缆系统中频分复用是有较大区别。电信号FDM与光信 号FDM的区别如图8-9所示。
WDM与DWDM的关系 为了区别于传统的WDM系统，人们称这种波长间隔 更紧密的WDM系统为密集波分复用系统，即DWDM 系统。所谓密集是针对相邻波长间隔而言的。过去的 WDM系统是几十纳米的通路间隔，现在的通路间隔 则只有0.8～2nm，甚至小于0.8nm。一般情况下，如 果不特指1310nm/1550nm的两波长WDM系统，人们 谈论的WDM系统就是DWDM系统。
第七章 光纤通信新技术
第七章光纤通信新技术第一节光复用技术一、光波分（频分）复用技术通信技术的发展总是与复用技术的发展密切相关的。
各种复用技术的出现都在不同程度上起到扩大传输容量和提高传输效率的作用。
对于光纤通信而言，采用电时分复用（TDM）方式是提高传输效率、降低成本的有效措施。
目前，采用TDM方式的最高传输速率已经达到20Gb/s。
该传输速率已接近硅和镓砷技术的极限，再要提高已相当困难。
为了进一步提高传输容量，唯一的出路就是从电复用方式进入光复用方式。
光复用技术包括光时分复用（OTDM）、波分复用（WDM）、频分复用（FDM）等。
1、系统组成。
按传输方向，可以将波分复用系统划分为单向波分复用系统和双向波分复用系统。
在单向波分复用系统中，发送侧要设置N个不同发送波长的激光器，由合波器将这N个不同波长的信号光载波合并起来耦合进单根光纤传输。
在接收侧，再由一个分波器将这些不同波长的光载波分开，分别送给相应的光电检测器，从而恢复出各自所携带的信息。
在双向波分复用系统中，利用某些波长沿一个方向传输，同时另一些波长沿相反的方面传输，从而实现将不同方向的信息合在一根光纤上，达到单纤双向传输的目的。
2、合波器、分波器。
从波分复用系统的组成来看，合波分波器是波分复用系统的关键器件。
一般来说，光合波器、分波器有三种类型：棱镜型、光栅型和干涉膜滤光片型。
这是早期应用的一种合波、分波器。
它的结构简单，材料色散系数小，但插入损耗较大，难于达到所需要的特性，故现在不常用。
光栅型合波、分波器是利用光栅的衍射作用来进行分波和合波的。
这种器件的波长间隔较小（典型值为10nm），因而复用数较多。
这种器件的改进方向是减小体积，增加可复用信道数，提高可靠性和实用性，并逐步实现集成化。
目前在实验室已可复用32路。
多层介质干涉膜型合波、分波器是利用多层膜的滤光作用来分波、合波的。
此种器件结构比较复杂，但复用数也较大。
最近指导由干涉仪组成的频率选择开关或滤光器，复用信道数可做到100-300。
光传输第10章 光纤通信新技术(OTN介绍)
10
课程内容
第一章 OTN概述 第二章 G.709介绍 第三章 G.709开销字节 第四章 OTN常见告警 第五章 1600G中的实现情况介绍
11
G.709介绍
• G.709是OTN中的协议之一
项目 建议的框架 元件和子系 统 功能特性
物理层
SDH61, G.662, G.661, .662, G.663, G.671 G.663,
3
SDH系统功能
OTN基础知识
SDH网络提供了多种业务的传输功能：PDH、IP、Ethernet ....；
SDH提供丰富的保护、管理功能；
WDM系统功能 WDM系统提高了带宽利用率、业务透明传输；
OTN系统功能 OTN网络融合SDH和WDM系统的优点，构造一个光传送网平台。
4
OTN基础知识
• OTN ---------光传送网（Optical Transport Network） 由光纤连接的一系列网络单元组成 提供光通道承载任何客户信号、具有客户无关性 提供客户信号的传输、复用、路由、管理、监控
不同厂家设备间接口－between equipment of different vendors (IrVI)
相同厂家子网内接口－within subnetwork of one vendor (IaVI)
USER A
OTM UNI
Network Operator B
OTM NNI IaDI-IaVI
OH
OTUk
Optical Channel (OCh)
Non-associated overhead
OH
OH OOS OOSSCC
OCC OCC
OCC
OTM-nr.m：n波分，无OSC
课程内容
第一章 OTN概述 第二章 G.709介绍 第三章 G.709开销字节 第四章 OTN常见告警 第五章 1600G中的实现情况介绍
11
G.709介绍
• G.709是OTN中的协议之一
项目 建议的框架 元件和子系 统 功能特性
物理层
SDH61, G.662, G.661, .662, G.663, G.671 G.663,
3
SDH系统功能
OTN基础知识
SDH网络提供了多种业务的传输功能：PDH、IP、Ethernet ....；
SDH提供丰富的保护、管理功能；
WDM系统功能 WDM系统提高了带宽利用率、业务透明传输；
OTN系统功能 OTN网络融合SDH和WDM系统的优点，构造一个光传送网平台。
4
OTN基础知识
• OTN ---------光传送网（Optical Transport Network） 由光纤连接的一系列网络单元组成 提供光通道承载任何客户信号、具有客户无关性 提供客户信号的传输、复用、路由、管理、监控
不同厂家设备间接口－between equipment of different vendors (IrVI)
相同厂家子网内接口－within subnetwork of one vendor (IaVI)
USER A
OTM UNI
Network Operator B
OTM NNI IaDI-IaVI
OH
OTUk
Optical Channel (OCh)
Non-associated overhead
OH
OH OOS OOSSCC
OCC OCC
OCC
OTM-nr.m：n波分，无OSC
第5章光纤通信新技术
噪声使信号放大后的信 噪比下降,常用光放大 器噪声指数Fn来量度 SNR下降程度
Fn
(SNR)in (SNR)out
A typical output signal at 1540nm with ASE noise.
5.1 光放大器
5.1.1 光放大器概述
光放大器特性比较
半导体光放大器
光纤ห้องสมุดไป่ตู้大器
FPA
5.1 光放大器
5.1.1 光放大器概述
2. 光放大器的原理
Generic optical amplifier
All OAs based on stimulated emission of radiation - as lasers (in contrast to spontaneous emission) Stimulated emission yields coherent radiation emitted photons are perfect clones
5.1.1 光放大器概述
5. 光放大器的应用
线路放大(In-line)：周期 性补偿各段光纤损耗
功率放大(Boost)：增加入 纤功率,延长传输距离
前置预放大(Pre-Amplify):提 高接收灵敏度
局域网的功率放大器：补偿 分配损耗，增大网络节点数
5.1 练习题（1）
1.传统O-E-O光放大器必须具有所谓的“3R” 功能，这里“3R”指代表什么？
光纤放大器(FA：Fiber Amplifier)
掺杂稀土元素光纤放大器(DFA：Doped-Fiber Amplifier) EDFA: Erbium-Doped Fiber Amplifier PDFA: Praseodynium-Doped Fiber Amplifier
光纤通信新技术
表7.1掺铒光纤放大器技术参数
17
7.1.3掺铒光纤放大器的优点和应用
EDFA有许多优点， 并已得到广泛应用。 EDFA
(1)工作波长正好落在光纤通信最佳波段(1500～1600 nm)； 其主体是一段光纤 (EDF)，与传输光纤的耦合损耗很小，可达0.1 dB。
(2) 增益高，约为30～40 dB; 饱和输出光功率大， 约为10～15 dBm; 增益特性与光 偏振状态无关。
2
已经实用化或者有重要应用前景的新技术： （1）光放大技术。代替光-电-光再生中继器。 （2）光波分复用技术。扩大网络通信的容量。 （3）光交换技术。突破电子线路的极限速率20Gb/s，是实现全光通信的关键技术。 （4）光孤子通信。改善色散的影响，实现超长距离传输。 （5）相干光通信。提高灵敏度，增加传输距离。 （6）光时分复用技术。提高传输速率，扩大传输容量。 （7）波长变换技术。扩大WDM网络的灵活性和可扩容性。
3
光放大器的发展历史： （1）1980年以后，首先出现了利用半导体技术的半导体光放大器SOA （Semiconductor Optical Amplifier）的法布里——泊罗型半导体激光放大器，并 开始对行波式半导体激光放大器进行研究。 （2）另一方面，随着光纤技术的发展，出现了利用光纤非线性效应的光纤拉 曼放大器。 （3）1987年，英国南安普敦大学和美国AT&T Bell实验室报道了离子态的稀土 元素铒在光纤中可以提供1.55μm波长处的光增益，这标志着掺铒光纤放大器 （EDFA）的研究取得突破性进展。 （4）短短几年时间，EDFA迅速走向实用化，由于光纤放大器的问世，在1990 年到1992年不到两年的时间里光纤系统的容量增加了整整一个数量级，而在此 之前为达到相同的增长却花费了整整8年时间。这明确表明了光放大器的巨大 作用，为光纤通信展现了无限广阔的发展前景。
17
7.1.3掺铒光纤放大器的优点和应用
EDFA有许多优点， 并已得到广泛应用。 EDFA
(1)工作波长正好落在光纤通信最佳波段(1500～1600 nm)； 其主体是一段光纤 (EDF)，与传输光纤的耦合损耗很小，可达0.1 dB。
(2) 增益高，约为30～40 dB; 饱和输出光功率大， 约为10～15 dBm; 增益特性与光 偏振状态无关。
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已经实用化或者有重要应用前景的新技术： （1）光放大技术。代替光-电-光再生中继器。 （2）光波分复用技术。扩大网络通信的容量。 （3）光交换技术。突破电子线路的极限速率20Gb/s，是实现全光通信的关键技术。 （4）光孤子通信。改善色散的影响，实现超长距离传输。 （5）相干光通信。提高灵敏度，增加传输距离。 （6）光时分复用技术。提高传输速率，扩大传输容量。 （7）波长变换技术。扩大WDM网络的灵活性和可扩容性。
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光放大器的发展历史： （1）1980年以后，首先出现了利用半导体技术的半导体光放大器SOA （Semiconductor Optical Amplifier）的法布里——泊罗型半导体激光放大器，并 开始对行波式半导体激光放大器进行研究。 （2）另一方面，随着光纤技术的发展，出现了利用光纤非线性效应的光纤拉 曼放大器。 （3）1987年，英国南安普敦大学和美国AT&T Bell实验室报道了离子态的稀土 元素铒在光纤中可以提供1.55μm波长处的光增益，这标志着掺铒光纤放大器 （EDFA）的研究取得突破性进展。 （4）短短几年时间，EDFA迅速走向实用化，由于光纤放大器的问世，在1990 年到1992年不到两年的时间里光纤系统的容量增加了整整一个数量级，而在此 之前为达到相同的增长却花费了整整8年时间。这明确表明了光放大器的巨大 作用，为光纤通信展现了无限广阔的发展前景。
光纤通信第8章 光纤通信新技术
第8章 光纤通信新技术
8.1
相干光 通信
8.2
光孤子通 信技术
随着全球经济和科技等各个方面的飞速发展，经济全球化，社会信 息化趋势越来越明显，人类社会对通信质量和通信容量要求越来越高。
光纤通信技术自20世纪70年代诞生以来就在信息技术领域占有重要 地位.因此，人们在提高光纤通信传输速率、增大传输容量和延长中继 间距方面做着不懈的努力。21世纪光纤通信的进一步发展必须寻找新 的途径、采用新的技术，才能满足光纤通信向着高速化、智能化、网 络化的发展要求。
1)幅移键控（ASK）
图8-3 2ASK信号的波形
光载波的频率和相位不变，光载波的幅度随着数字基带信号改变，称 为幅移键控ASK。当信码为1时，ASK的波形是若干个周期的载波（图 中为一个周期）；当信码为0时，ASK信号的波形为零电平。ASK相干 通信系统必须采用外调制器来实现，如果采用直接光强调制，幅度变化 将引起相位变化。外调制器可以采用马赫曾尔德（MZ）干涉型调制器 。
本章主要介绍两种有发展前景和代表性的新技术，相干光通信技术 和光孤子通信技术。
8.1 相干光通信
目前已推广使用的光纤数字通信系统， 都属于直接光强度调制、直接光检测 系统。
这种方式的优点是：调制和解调简单，容易实现，因而成本较低； 缺点是：这种方式没有利用光载波的频率和相位信息，限制了系统性能的进
所谓外差检测或零差检测方式是根据本振光信号频率与接收光信 号频率是否相等划分的，前者是在光电变换过程中形成中频（其载 频等于本振光信号频率与接收光信号频率之差，差大于零)电信号， 后者本振光信号频率与接收光信号频率相等，光信号在光电变换过 程中直接转换成基带信号。
在光纤通信系统中采用外差或零差检测方式可以显著提高接收灵 敏度和选择性。
8.1
相干光 通信
8.2
光孤子通 信技术
随着全球经济和科技等各个方面的飞速发展，经济全球化，社会信 息化趋势越来越明显，人类社会对通信质量和通信容量要求越来越高。
光纤通信技术自20世纪70年代诞生以来就在信息技术领域占有重要 地位.因此，人们在提高光纤通信传输速率、增大传输容量和延长中继 间距方面做着不懈的努力。21世纪光纤通信的进一步发展必须寻找新 的途径、采用新的技术，才能满足光纤通信向着高速化、智能化、网 络化的发展要求。
1)幅移键控（ASK）
图8-3 2ASK信号的波形
光载波的频率和相位不变，光载波的幅度随着数字基带信号改变，称 为幅移键控ASK。当信码为1时，ASK的波形是若干个周期的载波（图 中为一个周期）；当信码为0时，ASK信号的波形为零电平。ASK相干 通信系统必须采用外调制器来实现，如果采用直接光强调制，幅度变化 将引起相位变化。外调制器可以采用马赫曾尔德（MZ）干涉型调制器 。
本章主要介绍两种有发展前景和代表性的新技术，相干光通信技术 和光孤子通信技术。
8.1 相干光通信
目前已推广使用的光纤数字通信系统， 都属于直接光强度调制、直接光检测 系统。
这种方式的优点是：调制和解调简单，容易实现，因而成本较低； 缺点是：这种方式没有利用光载波的频率和相位信息，限制了系统性能的进
所谓外差检测或零差检测方式是根据本振光信号频率与接收光信 号频率是否相等划分的，前者是在光电变换过程中形成中频（其载 频等于本振光信号频率与接收光信号频率之差，差大于零)电信号， 后者本振光信号频率与接收光信号频率相等，光信号在光电变换过 程中直接转换成基带信号。
在光纤通信系统中采用外差或零差检测方式可以显著提高接收灵 敏度和选择性。
第10章光纤通信新技术-Read
10.1.3 接收灵敏度
为分析相干光通信系统光接收机的性能，首先推导零差PSK的信噪比。 零差检测的信噪比为
4 R 2 PS PL SNR 4kT 2qRP B B L RL
（10.1.8）
为光检测器的响应度， P 为平均接收信号功率，4kT 为热噪 S B R 声功率，B为光接收机的等效噪声带宽，q为电子电荷。通过控制 RL 本振光的功率 P ，可使分母中的第一项占主导地位，从而得到散 L 粒噪声极限下的SNR：
EL (t ) EL cos(Lt L )
式中， ES S S EL L L
（10.1.2） 分别为信号光的幅度、频率和相位， 分别为本振光的幅度、频率和相位。
2
当信号光与本振光的偏振方向相同时，入射总光强P ES (t ) EL (t ) 因此有
P k[ES 2 EL2 2ES EL cos(IF t S L )]
5. 具有多种调制方式 在直接检测系统中，只能使用强度调制方式对光波进行调制。而在 相干光通信中，除了可以对光波进行幅度调制外，还可以进行频率 调制或相位调制。 由于相干光通信可以大大提高接收机的灵敏度，在EDFA出现之前， 拟用相干光通信大大延长线路的中继距离，显著提高传输容量。但 在相干光通信中需要有频率和相位十分稳定的激光光源，这给相干 光通信的实现带来了相当大的难度。
采用零差检测要求
S L
所以需要频率稳定性高、线宽窄的光源；另外，这种方式取决于 信号光与本振光之间的干涉，因此要通过在接收机内进行偏振控制来保 持它们之间的偏振方向。 当中频信号 IF 0时，称为外差检测。此时，
i(t ) 2R PS PL cos(IF t-S L )
IF 称为中频信号的频率。
第10章光纤通信新技术
3、频率稳定技术 只有保证光载波振荡器和光本振振荡器的高频率稳定性，才能保证 相干光通信系统的正常工作。激光器的频率稳定技术主要有：（1）将激光 器的频率稳定在某种原子或分子的谐振频率上；（2） 利用光生伏特效应、 锁相环技术方法实现稳频；（3） 利用半导体激光器工作温度的自动控制、 注入电流的自动控制等方法实现稳频。 4、频谱压缩技术 在相干光通信中，光源的频谱宽度越窄，越能克服半导体激光器量 子调幅和调频噪声对接收机灵敏度的影响，因相位漂移而产生的相位噪声 也越小。为了满足相干光通信对光源谱宽的要求，通常采取的频谱压缩技 术有：（1）注入锁模法，即利用一个以单模工作的频率稳定、谱线很窄的 主激光器的光功率，注入到需要宽度压缩的从激光器，从而使从激光器保 持和主激光器一致的谱线宽度、单模性及频率稳定度；（2）外腔反馈法， 将激光器的输出通过一个外部反射镜和光栅等色散元件反射回腔内，并用 外腔的选模特性获得动态单模运用以及依靠外腔的高Q 值压缩谱线宽度。 除了以上关键技术外，对于本振光和信号光之间产生的相位漂移，在接 收端还可采用相位分集接收技术以消除相位噪声；为了减小本振光的相对 强度噪声对系统的影响，可以采用双路平衡接收技术，零差检测中为保证 本振零差检测中为保证本振光与信号光同步而采用的光锁相环技术，以及 用于本振频率稳定的自动频率控制等。
图10.1.3 数字调制的三种基本形式
把中频信号解调成基带信号有两种方法：同步解调与异步解调。 将中频信号再次与原载波信号相乘并通过低通滤波器滤去高频信号 分量，则可恢复出原来的基带信号，此方法称为同步调制。异步解 调即包络检波法。
零差检测中，光信号经光电检波器后被直接转换成基带信 号，不用二次解调。 外差检测经光电检波器获得的是中频信号，中频信号还需 二次解调才能被转换成基带信号。根据中频信号的解调方式不同， 外差检测又分为同步解调和包络解调。外差同步解调检测器上输 出的中频信号通过一个中频滤波器后分成两路，其中一路用作中 频载频恢复，恢复出的中频载波与另一路中频信号进行混频，再 由低通滤波器输出基带信号。外差包络解调是在包络检测器后接 一个低通滤波器而直接检测出基带信号。
光纤通信课件第8章
。
（1）相邻级联 相邻级联又称连续级联，就是将X个相邻的VC首尾依次连接 成为一个整体结构，即虚容器级联组（VCG）进行传送。 （2）虚级联 虚级联就是将X个不相邻的VC级联成一个虚拟结构的VCG进行 传送。即用来组成SDH通道的多个虚容器（VC-n）之间并没 有实质的级联关系，它们在网络中被分别处理、独立传送， 只是它们所传的数据具有级联关系。
12
8.1 MSTP技术
弹性分组环技术弹性分组环（RPR）技术是一种在环形结构上 优化数据业务传送的新型MAC层协议，能够适应多种物理层 （如SDH、DWDM、以太网等），可有效地传送数据、语音、 图像等多种业务类型。 （1）RPR技术的基本原理 ① 帧结构 RPR位于数据链路层，包括逻辑链 路控制（LLC）子层、MAC控制子层、MAC 数据通道子层。LLC子层与MAC控制子层之 间是MAC服务接口。MAC服务接口支持把来 自LLC子层的数据传送到一个或多个远端同 样的LLC子层。MAC控制子层执行与特定小 环无关的数据寻路行为和维护MAC状态所需 要的控制行为。MAC控制子层与MAC数据通 道子层之间发送或接收RPR MAC帧。
4
8.1 MSTP技术
MSTP工作原理 ：
MSTP可以将SDH复用器、数字交叉连接器（DXC）、WDM终端、网络二 层交换机和IP边缘路由器等多个独立的设备集成为一个网络设备，进行统 一管理和控制。MSTP最适合作为网络边缘的融合节点支持混合型业务， 特别是以TDM业务为主的混合业务，有助于实现从电路交换网向分组网 的过渡，是城域网近期的主流技术之一。这就要求SDH从传送网转变为传 送网和业务网一体化的多业务平台。MSTP实现的基础是充分利用SDH技 术对传输业务数据流提供保护恢复能力和较小的时延性能，并对网络业 务支撑层加以改造，适应多业务应用，实现对二层、三层的数据智能支 持。即将传送节点与各种业务节点融合在一起，构成业务层和传送层一 体化的SDH业务节点，称为融合的网络节点或多业务节点。
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式前进，改进组网效率和灵活性；
▪ 光联网将从静态联网开始向智能化动态联网方向
发展，改进网络响应和生存性是未来发展的一项主要 任务；
▪ 智能网络对于运营商在竞争中推出与众不同的服
务，以及节省运营开支起着至关重要的作用。
chapter光纤通信新技术
9
光网络的发展趋势
网络功能
具有静态光上下路功 能的WDM点到点传输
光分组交换（OPS: Optical Packet Switching） ▪ ATM光交换 ▪ IP包光交换 ▪ 光突发交换
复合光交换：采用两种或多种交换方式
chapter光纤通信新技术
11
空分光交换
▪ 空分光交换（Space Division Optical Switching）技术是指通过
光网络）。
▪ 引入动态交换是传送网概念重大突破，是传送网一次革命
chapter光纤通信新技术
7
光传送网络的全光化和智能化
现状：
▪ 全光网（AON）:光信息流在通信网络中的传输及交换时
始终以光的形式存在，不需要经过O/E/O。
▪ 光域实现放大、整形、时钟提取、波长变换等十分困难
▪ 无法在光域上增加开销对信号进行监视，管理和维护还
网络的分层及其演化
chapter光纤通信新技术
5
SDH和OTN的分层结构
IP业务的传送
电路层 通道层
电路层 PDH 通道层
电路层
虚道层
SDH 通道层 虚道层
IP头处理、分段、 转发（光域）
复用段层
再生段层 物理层(光纤)
SDH网络
电复用段层 电复用段层 光信道层OCH 光复用段层OMS
光传输段层OTS 物理层(光纤)
chapter光纤通信新技术
ห้องสมุดไป่ตู้
6
下一代光传送网提出
▪ 由于IP业务量本身的不确定性和不可预性、自相似性和不
对称性，IP业务对网络带宽的动态分配要求越来越迫切。
▪ 传统的主要靠人工配置网络连接,原始方法耗时费力，不
仅难以适应现代网络和新业务提供拓展的需要，也难以适 应市场竞争的需要。
▪ 自动交换传送网(ASTN)：能够自动完成网络连接 ▪ 以OTN为基础的ASTN称为自动交换光网络ASON （简称智能
OADM
具有动态光上下路功 能的DWDM传送网
全动态光上下路/光交 叉互连DWDM传送网
OADM
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O
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A
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A D M
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A
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OXC
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X
OM
具有动态光上下路和静态光交
C
O A
叉互连功能的DWDM传送网
OADM
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A
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D M
A D M
D
具有静态光上下路功能
OXC
M
WDM点到点传输
的DWDM点到点传输
DWDM点到点传输
OADM
OADM
1996
2000
2005
chapter光纤通信新技术
时间 2010
10
§9.2 光交换技术
光交换：对送来的光信号直接进行交换，无需光/电/光变换
实现全光通信的关键技术
光的“电路”交换（OCS:Optical Circuit Switching） ▪ 空分光交换 ▪ 时分光交换 ▪ 波分/频分光交换 ▪ 码分光交换
▪ 时分光交换（Time Division Optical Switching）是以时分复用
为基础，用时隙互换原理来实现交换功能。
▪ 时隙互换是指把N路时分复用信号中各个时隙的信号互换位置。 ▪ 时分光交换中最核心的工作是将时分复用信号顺序地存入存储器并
将经过时隙互换操作后形成的另一时隙阵列顺序地取出。
▪ 泛指的下一代网可以指两者，也可单指下一代业务网络。
▪ 下一代网络应该是因特网与电信网技术的结合，即"IP十
QoS=NGN"
chapter光纤通信新技术
3
§9.1 下一代光网络
NGN的特点
▪ 业务节点将是基于软交换的体系； ▪ 传送网络将是自动交换传送网(ASTN)； ▪ 城域网技术将是多业务传送平台(MSTP) ▪ 移动通信将是3G和超3G技术 ▪ 协议将是IPv6
光传送网络
(没有
IP包封成光分组、 光通路连接信息适 配、光通路监控 光分组的复用、段 信息适配、段监控
在光纤介质上提供 传输功能
▪ IP层
采用波长交换路由技术
▪ 光信道层 需要有全光交换技术、全光路由等；
▪ 光复用段层 需采用光波复用技术，如OCDM、OTDM、DWDM；
▪ 光传输段层 需解决光信号的放大、色散管理。
络，是一种综合、开放的网络构架。
▪ 从业务上看，应支持话音和视频业务及多媒体业务
▪ 从网络上看，在垂直方向应包括业务层和传送层，在水平方
向应覆盖核心网和边缘网。
▪ 是一个极其松散定义的术语，泛指不同于目前的数据为中心
的融合网络
▪ 如果特指业务层则下一代网络指下一代业务网络，
▪ 如果特指传送层，则下一代网络指下一代传送网络。
第九章 光纤通信新技术
chapter光纤通信新技术
1
主要内容
❖ 下一代光网络 ❖ 光交换技术 ❖ 智能光网络 ❖ 全光网络通信 ❖ 量子通信技术
chapter光纤通信新技术
2
§9.1 下一代光网络
下一代网络（NGN,Next Generation Network）
▪ 是以软交换为中心，以智能OTN为光传输的开放的宽带IP网
必须依靠电信号进行
▪ 不能组成全球性／全国性的网以实现全网内的波长调度
和传输
目前的光传送网智能性很低，大部分采用的都是固定的
光链路连接模式，对高速带宽的指配基本上是静态的，不能
满足可预见的客户层需求。
chapter光纤通信新技术
8
光传送网络的全光化和智能化
主要发展趋势：
▪ 组网方式开始从简单的点到点传输向光层联网方
控制光选通元件的通断，实现空间任意两点（点到点、一点到多点、 多点到一点）的直接光通道连接。
▪ 实现的方法是通过空间光路的转换加以实现， ▪ 关键器件：光开关及相应的光开关阵列矩阵。
8× 8 光开关矩阵
光
光
用 户
耦 合 器
耦 合 器
监控电路
用 户
用 户
呼叫处理中心
chapter光纤通信新技术
12
时分光交换
chapter光纤通信新技术
4
光传送网络体系结构
光传送网的功能：为透明传送SDH、PDH、ATM、IP等业务 信号提供光通道。
IP ATM SDH
Optical (Photonic Network)
IP SDH
Optical (Photonic Network)
IP MPLS
Optical (Photonic Network)
▪ 关键器件：光开关和光存储器
▪ 光联网将从静态联网开始向智能化动态联网方向
发展，改进网络响应和生存性是未来发展的一项主要 任务；
▪ 智能网络对于运营商在竞争中推出与众不同的服
务，以及节省运营开支起着至关重要的作用。
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9
光网络的发展趋势
网络功能
具有静态光上下路功 能的WDM点到点传输
光分组交换（OPS: Optical Packet Switching） ▪ ATM光交换 ▪ IP包光交换 ▪ 光突发交换
复合光交换：采用两种或多种交换方式
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11
空分光交换
▪ 空分光交换（Space Division Optical Switching）技术是指通过
光网络）。
▪ 引入动态交换是传送网概念重大突破，是传送网一次革命
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7
光传送网络的全光化和智能化
现状：
▪ 全光网（AON）:光信息流在通信网络中的传输及交换时
始终以光的形式存在，不需要经过O/E/O。
▪ 光域实现放大、整形、时钟提取、波长变换等十分困难
▪ 无法在光域上增加开销对信号进行监视，管理和维护还
网络的分层及其演化
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5
SDH和OTN的分层结构
IP业务的传送
电路层 通道层
电路层 PDH 通道层
电路层
虚道层
SDH 通道层 虚道层
IP头处理、分段、 转发（光域）
复用段层
再生段层 物理层(光纤)
SDH网络
电复用段层 电复用段层 光信道层OCH 光复用段层OMS
光传输段层OTS 物理层(光纤)
chapter光纤通信新技术
ห้องสมุดไป่ตู้
6
下一代光传送网提出
▪ 由于IP业务量本身的不确定性和不可预性、自相似性和不
对称性，IP业务对网络带宽的动态分配要求越来越迫切。
▪ 传统的主要靠人工配置网络连接,原始方法耗时费力，不
仅难以适应现代网络和新业务提供拓展的需要，也难以适 应市场竞争的需要。
▪ 自动交换传送网(ASTN)：能够自动完成网络连接 ▪ 以OTN为基础的ASTN称为自动交换光网络ASON （简称智能
OADM
具有动态光上下路功 能的DWDM传送网
全动态光上下路/光交 叉互连DWDM传送网
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具有动态光上下路和静态光交
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叉互连功能的DWDM传送网
OADM
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具有静态光上下路功能
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WDM点到点传输
的DWDM点到点传输
DWDM点到点传输
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时间 2010
10
§9.2 光交换技术
光交换：对送来的光信号直接进行交换，无需光/电/光变换
实现全光通信的关键技术
光的“电路”交换（OCS:Optical Circuit Switching） ▪ 空分光交换 ▪ 时分光交换 ▪ 波分/频分光交换 ▪ 码分光交换
▪ 时分光交换（Time Division Optical Switching）是以时分复用
为基础，用时隙互换原理来实现交换功能。
▪ 时隙互换是指把N路时分复用信号中各个时隙的信号互换位置。 ▪ 时分光交换中最核心的工作是将时分复用信号顺序地存入存储器并
将经过时隙互换操作后形成的另一时隙阵列顺序地取出。
▪ 泛指的下一代网可以指两者，也可单指下一代业务网络。
▪ 下一代网络应该是因特网与电信网技术的结合，即"IP十
QoS=NGN"
chapter光纤通信新技术
3
§9.1 下一代光网络
NGN的特点
▪ 业务节点将是基于软交换的体系； ▪ 传送网络将是自动交换传送网(ASTN)； ▪ 城域网技术将是多业务传送平台(MSTP) ▪ 移动通信将是3G和超3G技术 ▪ 协议将是IPv6
光传送网络
(没有
IP包封成光分组、 光通路连接信息适 配、光通路监控 光分组的复用、段 信息适配、段监控
在光纤介质上提供 传输功能
▪ IP层
采用波长交换路由技术
▪ 光信道层 需要有全光交换技术、全光路由等；
▪ 光复用段层 需采用光波复用技术，如OCDM、OTDM、DWDM；
▪ 光传输段层 需解决光信号的放大、色散管理。
络，是一种综合、开放的网络构架。
▪ 从业务上看，应支持话音和视频业务及多媒体业务
▪ 从网络上看，在垂直方向应包括业务层和传送层，在水平方
向应覆盖核心网和边缘网。
▪ 是一个极其松散定义的术语，泛指不同于目前的数据为中心
的融合网络
▪ 如果特指业务层则下一代网络指下一代业务网络，
▪ 如果特指传送层，则下一代网络指下一代传送网络。
第九章 光纤通信新技术
chapter光纤通信新技术
1
主要内容
❖ 下一代光网络 ❖ 光交换技术 ❖ 智能光网络 ❖ 全光网络通信 ❖ 量子通信技术
chapter光纤通信新技术
2
§9.1 下一代光网络
下一代网络（NGN,Next Generation Network）
▪ 是以软交换为中心，以智能OTN为光传输的开放的宽带IP网
必须依靠电信号进行
▪ 不能组成全球性／全国性的网以实现全网内的波长调度
和传输
目前的光传送网智能性很低，大部分采用的都是固定的
光链路连接模式，对高速带宽的指配基本上是静态的，不能
满足可预见的客户层需求。
chapter光纤通信新技术
8
光传送网络的全光化和智能化
主要发展趋势：
▪ 组网方式开始从简单的点到点传输向光层联网方
控制光选通元件的通断，实现空间任意两点（点到点、一点到多点、 多点到一点）的直接光通道连接。
▪ 实现的方法是通过空间光路的转换加以实现， ▪ 关键器件：光开关及相应的光开关阵列矩阵。
8× 8 光开关矩阵
光
光
用 户
耦 合 器
耦 合 器
监控电路
用 户
用 户
呼叫处理中心
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12
时分光交换
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4
光传送网络体系结构
光传送网的功能：为透明传送SDH、PDH、ATM、IP等业务 信号提供光通道。
IP ATM SDH
Optical (Photonic Network)
IP SDH
Optical (Photonic Network)
IP MPLS
Optical (Photonic Network)
▪ 关键器件：光开关和光存储器