其他高速大家量光纤通信系统

1. 光时分复用通信系统
       光时分复用(OTDM)技术是提高每个波道上传输信息容量的一个有效的途径。电时分复用(ETDM)技术在电子学通信领域已经是相当成熟的技术。由于受电子速度、容量和空间兼容性等多方面的局限-ETDM复用速率不能太高,达到40Gbit/s已相当困难了。OTDM的原理与ETDM-样,不同的仅是复用在光层上进行,复用速率可以很高。
(1)OTDM系统构成
       OTDM是指在光上进行时间分割复用,当速率低的支路光信号在时域上分割复用成高速OTDM信号时,应有自己的帧结构,每个支路信号占帧结构中的一个时隙,即一个时隙信道。存在两种形成帧的时分复用方式:比特间插和信元间插,信元间插也称为光数据包复用。比特间插复用是使用较为广泛的复用方式,其复用原理如图39所示。
OTDM系统
图39  OTDM系统
       在这一系统中,超短光脉冲光源作为整个系统的光源,经过光分路器分成N束,各支路信号被调制在光源产生的光脉冲上。超短光脉冲光源的脉冲宽度要求在数十或数百飞秒量级,且必须没有或极低嗎啾、低抖动和稳定的。目前,比较成熟的高重复速率超短脉冲光源主要有两类:半导体超短光脉冲源与锁模光纤激光器。经过调制的光脉冲通过延迟线阵列,使第一路的延长时间为0,第二路延迟时间为T(线路码一个比特持续时间),第三路的延迟时间为2T,…,依次类推,第”路的延迟时间为(n一1)T,从而使各支路光脉冲精确地按预定要求在时间上错开,再经过光耦合器将这些支路光脉冲串复用在一起,送入光纤中进行传输。
       在接收端首先恢复光时钟信号。光时钟的恢复有多种方法,如利用锁模激光器的光注入锁定的方法,将人射光信号注入半导体外腔激光器或光纤环激光器中,引入幅度或相位调制而产生锁模,可在接收端全光恢复位时钟或帧时钟。
       接收端的光时分解复用器为一个光控高速开关,在时域上将支路信号分开,分别送入接收端的接收机。高速光开关在逻辑上可以是一个全光的与门或者电/光脉冲控制的开关器件。
(2)OTDM技术特点
①OTDM技术的主要特点有:
       • 系统可以工作在单波长状态,具有很高的速率带宽比,可以有效地利用光纤的带宽资源。特别是和WDM技术相结合,可以联手实现超长距离、超大容量的光纤传输。
       • OTDM技术可以克服WDM技术中的一些固有限制,如光放大器级联导致的增益谱不平坦、信道串扰问题、非线性效应的影响以及对光源波长稳定性的要求等。
       •  OTDM技术能够提供从MHz到THz任意速率等级的业务接入,对数据速率和业务种类具有完全的透明性和可扩展性,无须集中式资源分配和路由管理,比WDM技术更能满足未来超高速全光网络的需求。
通信系统
       从目前的研究情况看,OTDM的一个发展方向是研究更高速率的系统,从40Gbit/s、80Gbit/s,直到640Gbit/s的传输系统。
②从传输的角度来看,实现OTDM,需要解决的关键技术主要有:
       • 高重复率超短光脉冲源;
       • 超短光脉冲的长距离传输和色散抑制技术;
       • 时钟恢复技术;
       • 时分复用技术;
       • 帧同步及路序确定技术。
       可以预测,随着全光处理技术、光逻辑技术和光存储技术的成熟,OTDM最终将会称为光纤通信技术中的主流技术。
2. 光孤子通信系统
       对于常规的线性光纤通信系统而言,限制其传输容量和距离的主要因素是光纤的损耗和色散。随着光纤制作工艺的提高,光纤的损耗已接近理论极限,因此光纤色散成为实现超大容量光纤通信亟待解决的问题。光纤的色散,使得光脉冲中不同波长的光传播速度不一致,结果导致光脉冲展宽,限制了传输容量和传输距离。由光纤的非线性所产生的光孤子可抵消光纤色散的作用,因此,利用光孤子进行通信可以很好地解决这个问题,它是一种很有前途的通信技术,是实现超大容量、超长距离通信的重要技术之一。它是靠不随传输距离而改变形状的一种相干光脉冲来实现通信的,这里的相干光脉冲即是光孤子(Soliton)。
通信系统
(1)光孤子通信系统基本构成
      研究工作表明,当进入纤中的光功率较低时,光纤可以认为是线性系统,其折射率可以认为是常数;当使用大功率、窄脉冲的光源耦合进光纤时,光纤的折射率将随光强的增加而变化,产生非线性效应。
光纤中的孤子是光纤色散与非线性相互作用的产物,服从非线性薛定涔方程(NLSE),受光纤线性与非线性的支配。光纤的群速色散(GVD)使孤子脉冲在传输过程中不断展宽;光纤损耗亦使脉冲按指数展宽,且幅度衰减。光纤的非线性则使脉冲压缩。光纤中孤子是色散与非线性相互作用达到平衡时的产物,两者共同对光脉冲的作用结果是使光脉冲在传输中保持形状不变。所以光纤特性对光孤子的形成、传输演变特性与通信能力有决定性的影响,是支撑光纤孤子通信的决定性因素。
       光孤子通信系统的基本构成与一般光纤通信系统大体相似,其主要差别在于光源应为光孤子源;光放大器代替光/电/光中继器。此外,由于信号速率较高多采用外调制器。图9.40为光纤孤子通信系统的组成框图。由光孤子源产生一串光孤子序列,即超短光脉冲,电脉冲通过外调制器将信号载于光孤子流上,孤子流经光放大器放大后送入光纤进行传输。长距离传输途中需经光放大器将信号进行中继放大,以补偿光脉冲的能量损失,同时还需平衡非线性效应与色散效应,最终保证脉冲的幅度与形状的稳定不变。在接收端通过高速光检测器及其他辅助装置将信号进行还原。
(2)光孤子通信关键技术
       光孤子通信系统中的关键器件是光孤子源。理论证明,光孤子源发岀的光孤子应具有双曲正割型或高斯型的轮廓,输出功率大,应是无囑啾的,并且稳定性要好。光孤子激光器种类有多种,如半导体增益开关激光器、色心激光器、锁模激光器等。光纤孤子通信系统中的光中继放大可以采用EDFA和RAMAN放大器补偿光纤损耗,实现光孤子长距离“透明”传输。系统传输使用的光纤主要是常规的G.652光纤、色散位移光纤等。

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