光纤通信新技术-Read.PPT

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光纤通信新技术-Read

第10章 光纤通信新技术 相干光通信 光孤子通信 光时分复用 光码分复用 自动交换光网络 10.1 相干光通信 目前实用化的光纤通信系统都是采用光强度调制/直接检测(IM-DD)方式,即光子到基带信号的直接转换。其原理简单,成本低,但不能充分发挥光纤通信的优越性,存在频带利用率低、接收机灵敏度差、中继距离短等缺点。为了充分利用光纤通信的带宽,将无线电数字通信中外差检测的相干通信方式应用于光纤通信。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,这就是相干光通信。 10.1.1 相干检测原理 相干光通信系统的基本框图如图10.1.1所示。在发送端,采用直接调制或外调制方式将信号以调幅、调相或调频的方式调制到光载波上,送入光纤中传输。在接收端,首先与一本振光信号(通过耦合器)进行相干混合,然后由检测器进行检测。其中,偏振控制器用于调节信号光与本振光间的偏振态匹配。图10.1.2解释了相干检测原理。光接收机接收的信号光和本地振荡器产生的本振光经混频后,由光检测器检测,经处理后,以基带信号的形式输出。 10.1.2 调制与解调 相干光通信中采用的调制方法有3种:幅移键控ASK(Amplitude Shift Key)、频移键控FSK(Frequency Shift Key)和相移键控PSK(Phase Shift Key)。 1、幅移键控(ASK) 光载波的频率和相位为常数,用数字信号去调制光载波的幅度,称为幅移键控ASK。 ASK相干通信系统必须采用外调制器来实现,这样只有输出光信号的幅度随基带信号而变化,而相位保持不变。如果采用直接光强调制,幅度变化将引起相位变化。 2、频移键控(FSK) 光载波的相位和幅度为常数,用数字信号去调制光载波的频率,称为频移键控FSK。对应二进制调制信号,传输“0”码和传输“1”码时,分别用不同的频率表示。 3、相移键控(PSK) 光载波的幅度和频率为常数,用数字信号去调制光载波的相位,称为相移键控PSK。传输“0”码和传输“1”码时,分别用两个不同相位(通常相差π)表示。利用量子阱半导体相位外调制器或LiNbO3相位调制器实现PSK调制这种调制器只要选择适当的脉冲电压,就可以使相位改变π。但是在接收端光波相位必须非常稳定,因此对发射和本振激光器的谱宽要求非常苛刻。 10.1.5 相干光通信的优点及其应用 2. 全光时分复用/解复用技术 目前已研制出4种形式的器件作为解复用器:光克尔开关矩阵光解复用器、交叉相位调制频移光解复用器、四波混频开关光解复用器和非线性光纤环路镜式(NOLM)光解复用器。无论采用何种器件,都要求其工作性能可靠稳定,控制其光信号功率低,与偏振无关。 3. 超高速定时提取技术 在100Gb/s以上的光传输系统中,接收端采用重新定时的时钟,产生控制光脉冲,时隙特别短,因此,希望控制光的时间抖动尽可能小,就必须尽量降低重新定时的时钟相位噪声。在目前的OTDM试验中,主要采用了两种方案,一是采用高速微波混频器作为相位探测器构成的锁相环路(PLL),另一种是使用法布里一珀罗干涉光路构成的光振荡回路(FPT)也可以完成时钟恢复功能。 10.3.3 光时分复用的特点 1. 优点 OTDM有几个主要优点: (1)OTDM技术可解决WDM系统中受激Raman散射和四波混频效应等限制; (2)提高光谱带宽效率; (3)可以与WDM技术相结合:由于WDM对长距离、大量波长数的限制,因此不太适于波长数较多的情况。这时可由WDM构成子网,采用OTDM高速信道将WDM互连。在子网中使用WDM,可以增加网络的灵活性和可靠性,而OTDM则是实现高速干线传输的有利途径。 2. 存在问题 OTDM的主要缺点是:此方案通常需要高速的开关器件。另外,在高速下,网络的控制、稳定性和电处理性能受限。而且,除非是孤子传输,否则短脉冲的传输受光纤色散和非线性效应的影响很明显。不过,将来的系统可能采用某些形式的TDM和另一种复用方式共同使用的方案。 10.4 光码分多址 码分多址CDMA(Code Division Multiple Access)技术作为一种多址方案它已经成功地应用于卫星通信和蜂窝电话领域,并且显示出许多优于其他技术的特点。近年来,光码分多址OCDMA已经成为一项备受瞩目的热点技术。 10.4.1 光码分多址的基本原理 OCDMA技术在原理上与电码分多址技术相似。电CDMA主要通过分配码字获得多接入能力,码分多址最常见形式是扩频多址访问SSMA(Spread Spectrum Multiple Access),其中每个用户分配一个特定的码序列,调制到载有数据的载波上,以比数据带宽宽得多的频带传输信号。扩频多址访问

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