第十一章 光纤通信新技术

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图11-7 光相位共轭器的色散补偿系统原理
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11.1.5 色散支持传输
色散支持传输（DST）是采用频移键控（FSK） 调制方式在常规单模光纤上传输。图11-9示出色散支 持传输原理。 DST的优点是无需外调制，线路上也不用加色散 补偿器。结构相对简单、易于实现。在远距离点对点 通信中有良好的应用前景。缺点是要求光源有良好的 调频特性。在码速率较高时，激光器瞬态啁啾的存在 会使误码率变大。而且，DST需改造现有系统的光发 送和接收部分。它不适用波分复用系统。
光纤通信与数字传输B
南京邮电大学
第十一章 光纤通信新技术
11.1 色散补偿技术 11.2 相干光通信 11.3 光交换技术 11.4 光孤子通信技术 11.5 自由空间光通信FSO
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11.1 色散补偿技术
高速光纤通信系统中，光纤损耗、色散和非线 性效应是限制系统传输性能的主要因素。 光放大器的普遍采用解决了光纤损耗补偿问题。 随着光纤通信单信道传输速率的不断增大，色散 补偿就成为高速光纤通信的关键技术之一。国内、 外已对色散补偿技术进行了广泛的理论和实验研 究，提出了许多各具特色的色散补偿技术方案。
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用于色散补偿的啁啾光纤光栅
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2. F-P腔色散均衡器 腔色散均衡器
F-P腔全通色散均衡器的基本结构如图11-4 所示。 F-P腔色散均衡器的优点是体积小，插入损耗 较低，且具有周期的频率特性，可应用于多波长 系统。缺点是带宽窄，仅适用于10Gbit/s速率系 统。不能完补偿光纤色散，且补偿距离有限（约 100km左右）。
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11.3.2 光波长交换
光 波 长 交 换 （ Optical Wavelength Switching）技术是以波分复用原理为基础，采用 波长选择或波长变换的方法实现交换功能的，图 11-22中（a）和（b）分别示出波长选择法交换 和波长变换法交换的原理框图。
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图11-22 波分交换的原理框图
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图11－23 光孤子通信系统的基本组成 －
孤子源
调制
EDFA
隔离器 光纤传输系统
隔离器
接收机
脉冲源
LD
33Leabharlann 第十一章 光纤通信新技术11.1 色散补偿技术 11.2 相干光通信 11.3 光交换技术 11.4 光孤子通信技术 11.5 自由空间光通信FSO
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11.5 自由空间光通信
自由空间光通信（FSO，Free Space Optics）又称 无线光通信或大气光通信，是指以光波为载体，在真空或 大气中传递信息的通信技术。FSO按照应用环境的不同又 可分为大气光通信（水平方向）、卫星间光通信和星地光 通信（垂直方向）。FSO的思想很早就得到提出，但是随 着上世纪70年代光纤的问世，光通信的研究重点转移到光 纤通信上，FSO的研究陷入了暂时的低潮。20世纪末随着 相关技术的突破，FSO重新得到了重视，已经开始在短距 离、中等传输速率、特别是室外的接入环境中得到广泛地 应用。
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第十一章 光纤通信新技术
11.1 色散补偿技术 11.2 相干光通信 11.3 光交换技术 11.4 光孤子通信技术 11.5 自由空间光通信FSO
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11.2 相干光通信
目前使用的光纤数字通信系统，都属于强度调制、直 接检测（IM/DD）系统，光电检测器的输出信号与光载波 的强度成正比。虽然这种方式继续向着高速率、大容量方 向发展，但已经受到LD的极限调制速率、接收灵敏度难以 提高等种种限制。正像无线通信系统从直接调制、直接检 测向超外差式发展那样，光通信也可利用外差技术发展为 外差光纤通信或者称为相干光纤通信。 相干光纤通信在发送端可对光载波进行幅度、频率或 相位调制；在接收端则利用零差或外差检测，这种检测技 术称为相干检测。
(f) GVD引起的正啁 啾光脉冲
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11.1.3 色散均衡器
典型的色散均衡器是利用与光纤相反色散特性 （相反群时延斜率）的器件补偿光纤色散。色散 均衡的种类有许多。这里介绍啁啾光纤光栅和F-P 腔色散均衡器两种。
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1. 啁啾光纤光栅
啁啾光纤光栅（Chirped Fiber Grating）是 在光学波导上刻出一系列不等间距的光栅，光栅 上的每一点都可以看成是一个本地布拉格波长的 通带和阻带滤波器，不同波长分量光在其中传输 的时延不同，且与光纤的色散引起的群时延正好 相反，从而可补偿由于光纤色散引起的脉冲展宽 效应。 啁啾光纤光栅的优点是体积小，插入损耗低。
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11.5.1 FSO技术特点 技术特点
自由空间光通信是光纤通信与无线通信相结 合的产物。它以大气为媒质，通过激光或光脉冲 来传送数据信号。概括说来，FSO具有下列优点： 不需频率许可证 频带宽 安装方便，成本低廉 安全性能好
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11.4 光孤子通信
光孤子（Soliton）是经光纤长距离传输后， 其幅度和宽度都保持不变的超短脉冲（ps级 脉 冲）。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km，目 前处于实用化的早期阶段。
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11.3.1 空分光交换
空 分 光 交 换 （ Space Division Photonic Switching）技术是指通过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。最基本的元件是光开 关及相应的光开关阵列矩阵。
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10.3 光交换技术
传统的光交换节点在交换过程中存在光变电、电 变光的相互转换，而且它们的交换容量都要受到电子 器件工作速度的限制，使得整个光通信系统的带宽受 到限制。直接在光域进行光交换可省去光／电、电／ 光的交换过程，充分利用光通信的宽带特性。因此， 光交换被认为是未来宽带通信网最具潜力的新一代交 换技术。对光交换的探索始于上世纪70年代，80年代 中期发展比较迅速。和电交换技术类似，光交换技术 按交换方式可分为电路交换和包交换。电路交换又含 有空分光交换、时分光交换、波分／频分光交换等方 式；包交换则有光分组交换和突发光交换等方式。
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2. DCF的品质因数 的品质因数
DCF的品质因数FOM（Figure of Merit）定义 为 （11-3） 式中 FOM为品质因数，单位（ps/nmdB）； D——色散系数，单位（ps/nmkm） α——衰减系数，单位（dB/km）。 FOM是DCF的重要参数，可以用来对不同类型的 DCF进行性能比较。
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图11-4 F-P腔全通色散均衡器的基本结构 腔全通色散均衡器的基本结构
F-P反射腔 E(ω) 光环行器
反射镜（反射率R） Er(ω) d
反射镜（反射 率≈100%）
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11.1.4 光相位共轭色散补偿
光相位共轭（OPC）色散补偿法又称中间频谱反 转法。光相位共轭器是利用光介质中的非线性效应— —“四波混频”获得输入光脉冲的频谱反转脉冲，即相 位共轭脉冲。光相位共轭色散补偿是在两根长度和色 散特性相同的传输光纤之间插入光相位共轭器，经第 一根光纤传输后发生畸变的信号脉冲经相位共轭器转 换为相位共轭脉冲，再经第二根光纤的传输而被整形 恢复。图11-7示出光相位共轭器的色散补偿系统原理。
FOM =
D
α
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色散补偿光纤DCF与常规单模光纤色散特性 与常规单模光纤色散特性 色散补偿光纤
常规单模光纤在 1550nm附近具有高 的色散，不利于高速 率光纤通信系统
D/ km· ps/ · n nm
+20 +15 +5 0 -5 -20
G.652
1310
1550
λ/ nm
色散补偿光纤在 1550nm附近具有负 色散，可以抵消常规 单模光纤的正色散
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PMD补偿方法 补偿方法
由于已敷设的大量标准单模光纤在短期内还 不可能被完全取代，为了充分利用已有资源，发 展高速光通信系统一种比较经济的方法就是对 PMD进行补偿。因此，在国际上如何补偿PMD已 成为研究热点。目前，用于PMD补偿的技术有很 多，概括起来主要有电补偿方法、光电结合法和 光补偿方法。
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11.3.4 光突发交换
光波长交换处理的最小单位是波长，从网络 中交换节点处理业务的颗粒度而言显得比较粗， 而光分组交换现阶段距离实用化又较远，因此提 出 了 光 突 发 交 换 （ OBS ， Optical Burst Switching）。光突发交换OBS作为由电路交换 到分组交换技术的过渡技术，结合了电路交换和 分组交换两者的优点且克服了两者的部分缺点， 已引起了越来越多人的注意。
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光突发交换原理
光突发交换中的“突发”可以看成是由一些较小 的具有相同出口边缘节点地址和相同QoS要求的数据 分组组成的超长数据分组，这些数据分组可以来自于 传统IP网中的IP包。突发是光突发交换网中的基本交 BCP, 换单元，它由控制突发分组（BCP, Burst Control Packet, 作用相当于分组交换中的分组头）与突发数 据BP（净载荷）两部分组成。突发数据和控制分组在 物理信道上是分离的，每个控制分组对应于一个突发 数据，这也是光突发交换的核心设计思想。
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11.1.1 色散补偿光纤DCF 色散补偿光纤
对光纤一阶群速度色散（GVD）完全补偿的条 件为 Dt (λ ) Lt ＋Dc (λ ) Lc＝0 （11-1） 式中 Dt (λ ) ——传输光纤在波长处的色散系数； Dc (λ ) ——色散补偿光纤在波长处的色散系数； Lt ——传输光纤的长度； L c ——色散补偿光纤的长度。