光复用光纤通信系统

       业精于勤,荒于嬉;行成于思,毁于随。—韩愈
        在同一根光纤上传输多个信道,是一种利用极大光纤容量的简单途径。就像电频分复用一样,在发射端多个信道调制各自的光载波,在接收端使用光频选择器件对复用信道解复用,就可以取出所需的信道。使用这种制式的光波系统称作波分复用通信系统。
光时分复用
        线性偏振光可以分解成x偏振光和y偏振光,如果用互不相同的电复用信号对这两种偏振光分别独立进行调制,经过偏振复用后在光纤线路上传输,在接收端,再经过偏振解复用恢复这两路电信号,则可以将光纤的传输容量扩大至现在的两倍。
       光时分复用(OTDM)是用多个电信道信号调制速率(B)相同、但在时间上相互错开的同一个光频的不同光信道,然后进行光复用,以便构成比特率为NB的复合光信号,这里N是复用的光信道数。
        光码分复用(OCDM)是在OCDM发送端,每个信道采用比它的基带频谱宽得多的编码方式,在接收端对每个信道的编码进行反变换,就可以把该信道信号取出来。
       但是,直到目前为此,OTDM和OCDM的技术尚不成熟,应用前景也不明朗,所以本书就不介绍了。本节只介绍已实用化的波分复用和偏振复用。
一、 波分复用(WDM)光纤通信系统
        图9.4.1表示波分复用光纤通信系统原理图。按照ITU-T的规定,波分复用又分为密集波分复用(DWDM)、粗波分复用(CWDM)和宽波分复用(WWDM),其波长间隔分别为<8nm、<50nm和>50nm。对光源波长稳定性的要求是±Δλ/5。
波分复用光纤通信系统
图9.4.1波分复用光纤通信系统原理图
        图9.4.2表示偏振复用正交相移键控(PM-QPSK)波分复用光收发机原理图,IQ调制器已在6.4.2节介绍过,相干检测将在9.5节介绍,DSP将在10.3节介绍。
光复用光纤通信系统(图3)
图9.4.2偏振复用正交相移键控波分复用光收发机原理图
        光线路终端(OLT)有时也称光终端复用器(OTM),其功能是一样的,用于点对点系统终端,对波长进行复用/解复用,如图9.4.3所示。由图可见,光线路终端包括转发器、WDM复用/解复用器、光放大器(EDFA)和光监视信道。
光线路终端(OLT)构成原理图
图9.4.3    光线路终端(OLT)构成原理图
       OLT是具有光/电/光变换功能的转发器(或称电中继器),将用户使用的非ITU-T标准波长转换成ITU-T的标准波长,以便使用标准的波分复用/解复用器。这个功能也可以移到SDH用户终端设备中完成,如果今后全光波长转换器件成熟,也可以用它替换光/电/光转发器。转发器通常占用OLT的大部分费用、功耗和体积,所以减少转发器的数量有助于实现OLT设备的小型化,降低其费用。
       光监视信道使用一个单独波长,用于监视线路光放大器的工作情况,以及用于传送系统内各信道的帧同步字节、公务字节、网管开销字节等。
       光监视信道也可以把所有命令比特转换成便于传输的脉宽调制低频(150kHz)载波信号,然后,在线路光纤放大器,把该信号叠加到线路信号上。
        WDM复用/解复用可以使用阵列波导光栅(AWG)、介质薄膜滤波器等器件来完成。
二、 偏振复用(PM)光纤通信系统
       自然光(非偏振光)在晶体中的振动方向受到限制,它只允许在某一特定方向上振动的光通过,这就是线偏振光。光的偏振(也称极化)描述当它通过晶体介质传输时其电场的特性。线性偏振光的电场振荡方向和传播方向总在一个平面内(振荡平面),如图9.4.4a所示,因此线性偏振光是平面偏振波。如果把一束非偏振光波(自然光)通过一个偏振片,就可以使它变成线性偏振光。图9.4.4b表示与x轴成45°角的线性偏振光,图9.4.4c表示在任一瞬间的线性偏振光可用包含幅度和相位的Ex和Ey合成。
线性偏振光
图9.4.4线性偏振光
a)线性偏振光波,它的电场振荡方向限定在沿垂直于传输z方向的线路上b)场振荡包含在偏振平面内
c)在任一瞬间的线性偏振光可用包含幅度和相位的Ex和Ey合成
       在标准单模光纤中,基模LP01是由两个相互正交的线性偏振模TE模(x偏振光)和TM模(y偏振光)组成的。在折射率为理想圆对称光纤中,两个偏振模的群速度延迟相同,因而简并为单一模式。利用偏振片可以把它们分开,变为TE模(x偏振光)和TM模(y偏振光)。如果用QPSK调制后的同向(I)数据和正交(Q)数据通过马赫-曾德尔调制器(MZM)分别去调制x偏振光(TE模)和y偏振光(TM模),调制后的x偏振光和y偏振光经偏振合波器合波,就得到偏振复用(PM)光信号,然后再将调制后的奇偶波长信号频谱间插复用,如图9.4.5a所示,最后送入光纤传输。在接收端,进行相反的变换,解调出原来的数据。图9.4.5b中最右侧图表示发送机所有的PM-QPSK波长信道经波分复用后的频谱图(即C点波形)。
采用偏振复用的波分复用系统
图9.4.5采用偏振复用的波分复用系统
a)偏振复用+波长间插复用80×40Gbit/sWDM系统实验原理图b)偏振复用+奇偶波长信道间插复用图解原理说明

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