光时分复用的研究

光时分复用技术的研究

电信本082班学号0805401230 冯丽英

摘要：随着科学技术的发展和社会的进步，人们对信息的需求量越来越大，促进了对大容量通信系统及网络技术的广泛研究，OTDM 技术就是其中的一种。OTDM是光域中时分复用和解复用，它把各个支路光信号变换成高速率、超窄短脉冲信号，然后间插到复用信道中已分配好的时隙上。整个复用过程和接收端的解复用过程都是在光域中完成的，不需要光电转换，因而消除了电子屏颈，即避开了电子设备的速率限制。为了实现的OTDM传输，OTDM 系统的关键技术主要包括：超短光脉冲发生技术、光复用/解复用技术、时钟提取和同步技术、高速信号传输技术。OTDM技术可以实现较大数目的水听器复用、在光纤光栅补偿色散可以采用40Gb/s 光时分复用进行光纤光栅补偿色散和利用WDM与TODM混合可提高光网络系统的性能等。

关键字：OTDM技术、时分复用、解复用、超短光脉冲、高速信号传输技术、时钟提取等。

目录

第一章光时分复用原理

1.1引言

1.2光时分复用原理

第二章光时分复用技术

2.1超短光脉冲发生技术

2.2光复用/解复用技术

2.3时钟提取和同步技术

2.4高速信号传输技术

第三章光时分复用技术的应用

3.1光纤水听器时分复用系统串扰的理论分析

3.2 40Gb/s 光时分复用与光纤光栅补偿色散

3.3 WDM/OTDM混合光网络

3.4、光时分复用的发展趋势

3.5、基于AWG 的波分/时分复用FBG 传感器网络研究

第一章光时分复用原理

1、1引言

随着科学技术的发展和社会的进步，人们对信息的需求量越来越大，促进了对大容量通信系统及网络技术的广泛研究，OTDM 技术就是其中的一种。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G bit/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。

在超高速传输系统中，电子电路的响应速度形成了瓶颈。电时分复用(ETDM) 技术受到电

子瓶颈的限制，其理论速率约为50~100 G bit/ s，而如今商用系统单信道速率已达到40 G bit/ s，因此，再进一步提高传输速率已甚为困难。OTDM 实质上就是将多组电脉冲信号分别转换为等速率光脉冲信号，经压缩后在光层上进行时域复合，成为更高速率的光脉冲信号，这样一来，电子瓶颈就不复存在了。单信道速率可达到数百G bit/s，而且尚有很大潜力可挖因，此要进一步提高单信道的传输速率，唯一可行的办法就是采用OTDM 技术。基于OTDM 技术的光通信研究最近几年发展甚为迅速，日本NTT达到的水平是有代表性的，其中的一些技术成就让人耳目一新: 1999 年NTT 公司又将OTDM 和波分复用(WDM)技术相结合实现了3Tb/s的光纤通信传输系统，2002 年Agere 公司报道了基于80Gb/s 的OTDM 和40 信道的WDM 技术相结合实现3.2Tb/s 的1000km 传输，2002 年日本的OKI 公司和加拿大的NOTEL 公司报道了160Gb/s 的OTDM 系统的300km和480km。2003 年日本Fujitsu 公司和德国HHI 公司报道了采用全光再生技术的160Gbit/s OTDM 系统，2004 年日本OKI 公司基于OTDM 技术开发出了160Gbit/s 的光发射和接收机，在无前向纠错的条件下可实现640km 的光纤传输。由于DWDM 技术的广泛采用以及现有光纤通信系统容量的闲置，OTDM 技术尽管在世界上著名的光通信公司都得到广泛研究，但在实际铺设的系统中还没有得到真正的应用。

1.2光时分复用的原理

OTDM是光域中时分复用和解复用，它把各个支路光信号变换成高速率、超窄短脉冲信号，然后间插到复用信道中已分配好的时隙上。整个复用过程和接收端的解复用过程都是在光域中完成的，不需要光电转换，因而消除了电子屏颈，即避开了电子设备的速率限制。图1.1所系是一个典型的OTDM点对点传输系统。超短光脉冲（即管带很窄的光脉冲）源在适中的控制下产生重复频率为时钟频率的超短光脉冲，该超短光脉冲经EDFA放大后分成N 路，每路光脉冲有个支路信源单独调制，支路信号的频率和时钟源的频率相同，调制后的信号经过不同的时延后用合路器合并成一个信号，完成复用功能，变成一路高速OTDM信号。假设支路信号的速率为B，则复用后的OTDM信号为N*B，其中B可为任意速率的SDH信号。OTDM信号经光纤传输到达接收端后首先进行时钟提取，提取的时钟作为控制信号送到解复用器解出各个支路信号，再对各个支路信号单独接收。

图1.1 OTDM点对点传输系统

第二章光时分复用技术

OTDM系统的关键技术主要包括：超短光脉冲发生技术、光复用/解复用技术、时钟提取和同步技术、高速信号传输技术。下面对这些技术做简单的介绍。

2.1 超短光脉冲发生技术

为了实现超高速的OTDM传输，光时分复用要求光源产生高重复率(5～20GHz)、高稳定性、占空比相当小的超窄光脉冲,脉宽越窄可以复用的路数越多,且谱宽也就越宽。能满足这些要求的光源主要有锁模环形光纤激光器(MLFRL)、锁模半导体激光器、DFB 激光器加电吸收调制器、(EAM)、增益开关 DFB 光器和超连续(SC)脉冲发生器。其中:(a)MLFRL 的最大特点是产生的脉冲几乎没有啁啾,在40GHz的高频范围不需要进行啁啾补偿或脉冲压缩,就能产生 ps 级的超短变换极限(TL)光脉冲，输出波长较灵活,稳定性好,但技术较复杂，国外采用较多，是一种很有前途的 OTDM 光源；(b)DFB 激光器加 EAM：这种光源的特点是重复频率可以是任意的，不受调制器的限制，并容易与外部信号同步。

与MLFRL相比，结构简单，且EAM已商用。可产生接近TL的光脉冲，脉宽15ps左右，最小 9ps，结构简单，稳定性好，但脉宽较宽；(c)增益开关半导体激光器具有动态“单模”特性，在 10GHz 重复频率下，输出脉宽经简单的啁啾补偿(用正色散的色散位移光纤或啁啾光纤光栅)和滤波，可压缩到 5ps，结构简单、紧凑、廉价、稳定性好、速率灵活、技术成熟；(d)SC 光源的特点是:强泵浦脉冲的频谱在某一连续范围被展宽而脉冲的性质不变，能产生脉宽小于 1ps 的 TL 光脉冲，波长可变，频谱宽(>200nm)，现在不太成熟。

(1) 锁模环形光纤激光器(ML-FRL)

ML-FRL 是一种常用的技术，结构示于图 2.1。激光腔包括一个含有掺铒放大器的光纤环，用以提供增益。谐振腔中的谐波在谐振腔中多次往返驱动调制器可实现锁模。谐波与调制器驱动的同步通常需要对整个激光腔长进行有效控制。这可以通过监控激光的部分输出来实现，从而可将其用于对光纤长度进行有效的控制。若在光纤环路中用 6.3GHz 的时钟信号驱动，并用电动式延迟线改变和稳定激光腔长，可得到 3.5ps 的脉冲串。对此脉冲串进行外调制并进行时分多路复用，即可产生100Gbit/s、200Gbit/s乃至更高的窄脉冲串。

图2.1锁模环形光纤激光器

(2) DFB 激光器加电吸收调制器(EAM)

它是将连续振荡的激光器中的激光射入正弦波驱动的EAM中，即利用EAM直接调制CW 激光器中发射出来的光产生 GHz 级重复频率的短脉冲。图 2.2 示出了英国皇家学院研制成的 DFB 激光器+EAM 脉冲源。来自 CWDFB 激光器的光耦合进MQWEAM，EAM 为直流偏置，并用10GHz的正弦电信号驱动,所产生的脉冲在一定长度的色散补偿光纤(DCF)中传递,功率放大产生了超短光脉冲，并对此脉冲的光谱进行滤波便可产生重复率为 10GHz 的高稳定性的连续可调的 TL光脉冲。如果调整一下调制器带宽和掺铒放大器中的最大平均功率，还可得到40GHz 的最大重复率。