光纤通信复用技术

9.1.6 光副载波复用(OSCM)技术
光副载波复用（OSCM）技术是多路信号经不同的载波调制后， 经由同一光波长在光纤上传输的一种复用方式。
f1
f1
信号1
副载波调制 微
信号1
副载波解调
… …
fn
波 合 成
光发 射机
光电 检测 器
fn
信号n
副载波调制
器
信号n
副载波解调
SCM系统具有以下特点：
OTDM可分为比特间插OTDM和分组间插OTDM
1 010 Ⅰ
t
Ⅱ 1 00 1 t
0 10 1 Ⅲ
t
1 11 0 Ⅳ
t
比特交错 光时分复
用器
ⅠⅡⅢⅣ
帧同步信号
比特间插
1 010 Ⅰ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
t
Ⅱ 1 00ห้องสมุดไป่ตู้1 t
分组交错 光时分复
0 10 1 Ⅲ
t
用器
1 11 0 Ⅳ
t
分组间插
比特间插 OTDM主要 用于电路交 换业务。
9.2 光波分复用技术
光波分复用原理 光波分复用技术的主要特点 WDM系统的分类
9.2.1 光波分复用原理
在发送端采用复用器（合波器）将不同波长的光信号进行合并， 在接收端利用解复用器（分波器）将合并的光信号分开并送入
不同的终端。
… …
光发射机 光发射机
1
合 波 器
n
1 … n
定义：空分复用（SDM）是指利用空间的分割实现复用的一种 方式，将多根光纤组合成束实现空分复用，或者在同一根光纤 中实现空分复用。空分复用包括光纤复用和波面分割复用。
光纤复用是指将多根光纤组合成束，组成多个信道，相互独立 传输。
波面分割复用是指在同一根光纤中的纤芯区域光束沿空间进行 波面分割复用。
频率 f7 f6 f5 f4 f3 f2 f1 f0
t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 时间
OCDM技术具有如下优势：
能实现光信号的直接复用与交换； 实现点到点、点到多点的通信，并且一个节点的故障不影响系
统中的其他节点； 具有很高的保密性、安全性； 光信号处理简单，大大降低了收发设备的成本。
光纤放大器
1
光接收机
分 波
器
光接收机
n
9.2.2 光波分复用技术的主要特点
超大容量传输。 传输多种不同类型信号。 多种网络应用形式。 扩充网络容量、减少投资。 组网灵活可靠。 实用高效、性能优良、业务透明。 降低器件的超高速要求。 光波分复用器结构简单、体积小、可靠性高。
t
Ⅳ
分组间插
OTDM主要
用于分组交
换业务。
t
比特间插OTDM的实现如下：
i
1
0
1
1
0
锁模 锁模激激光光器器
分分路路器器
1
n
支路i
时延
i
调调制制器器
数据
组合合器或路星器型耦合器
逻辑与
复用
解复用
复用信号
门门限限值值
分路分器路或器星型
耦合器
延迟 j
门门限限判判 决器
与门
光时分复用的特点：
（1）各光网络单元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，与各光网络单元的输入信号相 比，提高了传输速率；
9.3 密集光波分复用(DWDM)技术
DWDM系统构成 DWDM系统的关键技术 DWDM复用器 光波长转换器（OTU）
9.3.1 DWDM系统构成
DWDM系统主要由六部分组成，即光发射机、光中继放大器、 光接收机、光监控信道、网络管理系统和光纤，其基本结构和 工作原理如下图 。
传统的扩频序列为双极性扩频码，取值为（+1，-1，具有良好的 自相关和互相关特性。而这种双极性扩频序列不能应用于现有的 强度调制直接检测光纤通信中，这种双极性扩频码在二值域（1， 0）上取值，其互相关峰很大，对系统的性能有致命影响。
OCDM系统所采用的单极性正交码是在二值域（1，0）上取值， 具有尖锐的自相关峰和弱的互相关性 。
纤信道中传输，实现多信道复用，
用
接收端用与发送端相应的地址码 数据n 编码器
进行光解码，即可恢复出原信道
的信号。
…
…
光 解码器 数据1
解 复
解码器
数据2
用 解码器 数据n
OCDM系统与传统的电域CDMA系统比较
OCDM系统采用单极性正交码作为地址码，它与传统的电域 CDMA系统所采用的扩频序列有着本质区别。
▪波长为1310nm的窗口：1.26～1.36μm，相应的带 宽为17.5THz ▪波长为1550nm的窗口：1.48～1.58μm，相应的带 宽为12.5THz。 ▪两个窗口合在一起，总带宽超过30THz。如果信道 频率间隔为10 GHz， 在理想情况下， 一根光纤可 以容纳3000个信道。
19
9.1.3 光波分复用(WDM)技术
第9章 光纤通信复用技术
9.1 光纤通信复用技术的概念 9.2 光波分复用技术 9.3 密集光波分复用(DWDM)技术 9.4 光波分复用系统的应用举例
9.1 光纤通信复用技术的概念
光
光波分（频分）复用
纤
波分复用（WDM) 频分复用（OFDM)
通
密集波分复用（DWDM)
信
粗波分复用（CWDM)
复
光时分复用（OTDM）
用 技
光码分复用（OCDM）
术
空分复用(OSDM)
副载波复用(OSCM)
9.1.1 光时分复用(OTDM)技术
定义：OTDM是用多路电信号调制具有同一个光频的不同光通 道（时隙），经复用后在同一根光纤中传输的技术，它在系统 发送端对多个低速率数据流在光域进行复用，在接收端用光学 方法进行解复用。
实现较为简单，成本较低； 可以传输模拟信号，也可以传输数字信号，还可以同时传输； 接收灵敏度较高； 信道之间相互独立，不需要复杂的定时同步技术。
第9章 光纤通信复用技术
9.1 光纤通信复用技术的概念 9.2 光波分复用技术 9.3 密集光波分复用(DWDM)技术 9.4 光波分复用系统的应用举例
OCDM系统的编解码方式：
时域编码，时域编码利用时域的光序列进行编码，也称为扩频 编码；
频域编码，它对光脉冲的光谱进行编码，又称为光谱编码； 空域编码，是利用空间光纤进行编码。技术上最成熟的是时域
编码。
OCDM系统时域编码的原理
数据 光源
光纤 扩频编码 相关解码 光接收
阈值检测 恢复数据
共200nm，约30THz
损 耗 (dB/km)
第二传输窗口
第三传输窗口
瑞利散射
0.2
紫外吸收
850
1300
1550
波 长 (nm)
红外吸收 18
波分复用（WDM）系统光纤的带宽
光纤带宽：|Δf|=|Δλc/λ2|
▪λ和Δλ分别为中心波长和相应的波段宽度， c为 真空中光速
波分复用（WDM）系统
WDM
光纤
1 2 3 4
WDM发展历程
1977年首先提出
1300/1550双波长复用系统
波长间隔200GHz(1.6nm) ；100GHz、50GHz
目前水平：商用系统：40×10Gb/s；实验室： 82×40Gb/s=3.28Tb/s
WDM技术成为目前光纤通信最具代表性的先进技术
地址码
100101011
地址码
1 二进制
数据
100101011 编码后 光信号
t
0
1
1
t 100101011 100101011
t
•光纤延迟线编解码器是一种实现时域编解码的基本器 件，利用短脉冲激励不同长度的光纤可获得不同的延迟。
➢固定光纤延迟线编解码器
➢可调光纤延迟线编码器
第i个用户 的地址码
数据光 脉冲 1×N光 分路器
定义：在一根光纤中传输多个波长信道的技术就是波分复用 （WDM）技术，又称为光波长分割复用。
特点：大量不同的波长信道可以同时在一芯光纤中传输，使通 信容量成倍或数十倍、数百倍地增长 。
… …
光发射机 1
合 波 器
光发射机 n
1 … n
光纤放大器
1 光接收机
分 波
器
光接收机 n
波分复用分类
（2）OTDM系统采用的归零码完全适合于比特级的全光信号处理，从而使 超高速帧头处理成为可能；
（3）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，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。
9.2.3 WDM系统的分类
集成式WDM系统
要求复用终端的光信号的波长符合系统的规范
开放式WDM系统
复用终端光接口没有特别的要求
第9章 光纤通信复用技术
9.1 光纤通信复用技术的概念 9.2 光波分复用技术 9.3 密集光波分复用(DWDM)技术 9.4 光波分复用系统的应用举例
…
延时控制器
可调光延时线1 i1τ
可调光延时线2 i2τ
可调光延时线N iNτ
N×1光 合路器
输出光 正交码
跳频OCDM系统
定义：为支持较多的用户同时接入，必须增加地址码 的码长，这样光纤延迟线的数目、长度会相应增加，编 解码器的结构比较复杂。为此，可采用跳频OCDM系统, 它采用二维的光正交码，即每个地址码序列同时在时域 和频域上扩展。
16
大容量光传输系统的发展
网络容量
将来的技术
320Gbit/s
目前 320Gbit/s
32λ
160Gbit/s 1998年160Gbit/s
16 λ
80Gbit/s 40Gbit/s
80Gbit/s
8λ
32λ
1997年 16λ
4λ
40Gbit/s
20Gbit/s 10Gbit/s
8λ 4λ
STM-64
问题的提出
电时分复用（TDM）存在的问题：
“电子瓶颈”限制： 10Gb/s→40Gb/s…
光纤色散限制 单波长通信系统远不能有效利用光纤带宽
101 1
signal1
TDM signal
1 1001011
100 1
signal2
15
问题的提出
波分复用（WDM）
一根光纤同时传输几个不同波长的光载波，每个光载波携 带不同的信息--波分复用（WDM）
信道速率B 信道速率nB 信道速率B
… …
信道1 E/O 光
信道2 E/O 域 复
信道n
用 E/O
光 O/E 信道1
域 解
O/E
信道2
复
用 O/E 信道n
电TDM和光TDM系统的比较
… … … …
信道速率B
信道速率nB
信道速率B
信道1
信道2
复 用 E/O
信道n
瓶颈
信道1
O/E
解 复
信道2
用
信道n
瓶颈
9.1.2 光码分复用(OCDM)技术
光码分复用OCDM的工作原理与电码分复用相似，都是利用 地址码调制和扩展频谱的原理来实现多址通信。
OCDM系统给每个信道分配一
个唯一的光正交码作为该信道的
地址码，对要传输的数据信息用
该地址码进行光编码，将多路光 数据1 编码器 光 编码信号调制在同一光波上在光 数据2 编码器 复
OFDM与WDM
OFDM和OWDM在本质上是没有什么区别的。这 是因为波长和频率两者互为倒数。当光载波间隔 比较大时，用波长来衡量比较方便；当光载波间 隔比较小时，用波长来衡量就不方便了。
OFDM与OWDM的主要区别是光载波间隔不同， 而光载波间隔又与每个信道的传输速率有关。
9.1.5 光空分复用(OSDM)技术
信道1 信道n
光发射机
光光转转发发器器1
(OT1U) 1 光 合 波
光光转转发发器器n 器
(OTnU) n
前置
放BA大
s
光中继
光 放大
光
纤
纤
线放LA路大
根据相邻信道波长之间的间隔不同
粗波分复用（CWDM）,相邻信道中心波长的间隔 为50-100nm
密集波分复用（DWDM ）,相邻信道中心波长的间 隔为1-10nm
9.1.4 光频分复用(OFDM)技术
定义：光频分复用是指光频率的细分，当多个光信道 在光频域内排列非常密集时，不适于用波长来表征而 更适于用频率来衡量，这时称之为光频分复用。一般 将相邻光载波间隔小于1nm的系统，称为OFDM系统。
5Gbit/s 2.5Gbit/s
STM-16
1995/1996 1997/1998 1999/2000
2000+ 年份
DWDM＋EDFA＋G.655光纤＋光子集成
长途光纤宽带传输的主要技术方向
17
光纤损耗谱特性及单模光纤的带宽资源
2.5
第一传输窗口
OH离子吸收峰
光纤带宽： 1300nm窗口约100nm， 1550nm窗口约100nm，
电时分复用
信道速率B 信道速率nB 信道速率B
信道1 E/O 光
信道2 E/O 域 复
信道n
用 E/O
光 O/E 信道1
域 解
O/E
信道2
复
用 O/E 信道n
光时分复用
OTDM技术是电时分复用技术在光学领域的延伸和扩展，使用 高速光电器件代替了电子器件，完全在光域上实现从低速率到 高速率的复用，克服了电TDM所固有的电子瓶颈问题。