第6章纤通信新技术.pptVIP

第7章 光纤通信新技术 7.1光 纤 放 大 器 7.2 光波分复用技术 7.3光 交 换 技 术 7.4光 孤 子 通 信 7.5相干光通信技术 7.6光时分复用技术 7.7波长变换技术 7.3.1空分光交换 空分光交换的功能是使光信号的传输通路在空间上发生改变。空分光交换的核心器件是光开关。光开关有电光型、 声光型和磁光型等多种类型，其中电光型光开关具有开关速度快、串扰小和结构紧凑等优点，有很好的应用前景。 典型光开关是用钛扩散在铌酸锂(Ti: LiNbO3)晶片上形成两条相距很近的光波导构成的，并通过对电压的控制改变输出通路。图7.31(a)是由4个1×2光开关器件组成的2×2光交换模块。1×2 光开关器件就是Ti: LiNbO3定向耦合器型光开关， 只是少用了一个输入端而已。 1×2 光交换器件 这种2×2光交换模块是最基本的光交换单元，它有两个输入端和两个输出端，通过电压控制， 可以实现平行连接和交叉连接，如图7.31(b)所示。 图7.31(c)是由16个1×2光开关器件或4个2×2光交换单元组成的4×4光交换单元。 平行联接 交叉联接 定向 耦合器 光波导 光信号输出 光信号输入 (b) (c) 7.3.2时分光交换 时分光交换是以时分复用为基础， 用时隙互换原理实现交换功能的。  时分复用是把时间划分成帧，每帧划分成N个时隙，并分配给N路信号，再把N路信号复接到一条光纤上。在接收端用分接器恢复各路原始信号，如图7.32(a)所示。 ? 1 复 接 器 2 N … 分 接 器 1 2 N 1 2 … N 时隙 帧 ( a ) (b) 时隙互换原理； (c) 等效的空分交换 1 2 3 4 分 接 器 1 延迟 1 延迟 2 2 延迟 3 3 延迟 4 4 ( b ) 复 接 器 输入 输出 4 1 3 2 1 2 3 4 1 2 3 4 ( c ) 所谓时隙互换，就是把时分复用帧中各个时隙的信号互换位置。如图7.32(b)，首先使时分复用信号经过分接器，在同一时间内，分接器每条出线上依次传输某一个时隙的信号；然后使这些信号分别经过不同的光延迟器件，获得不同的延迟时间；最后用复接器把这些信号重新组合起来。图7.32(c)示出时分光交换的空分等效。 7.3.3波分光交换 波分光交换(或交叉连接)是以波分复用原理为基础， 采用波长选择或波长变换的方法实现交换功能的。图7.33(a)和(b)分别示出波长选择法交换和波长变换法交换的原理框图。设波分交换机的输入和输出都与N条光纤相连接，这N条光纤可能组成一根光缆。每条光纤承载W个波长的光信号。 从每条光纤输入的光信号首先通过分波器(解复用器)WDMX分为W个波长不同的信号。所有N路输入的波长为λi(i=1,2,…,W)的信号都送到λi空分交换器，在那里进行同一波长N路(空分)信号的交叉连接，到底如何交叉连接，将由控制器决定。 图7.33波分交换的原理框图 (a) 波长选择法交换； (b) 波长变换法交换 然后，以W个空分交换器输出的不同波长的信号再通过合波器(复用器)WMUX复接到输出光纤上。这种交换机当前已经成熟， 可应用于采用波长选路的全光网络中。但由于每个空分交换器可能提供的连接数为N×N, 故整个交换机可能提供的连接数为N2W。 波长变换法与波长选择法的主要区别是用同一个NW×NW空分交换器处理NW路信号的交叉连接，在空分交换器的输出必须加上波长变换器， 然后进行波分复接。这样，可能提供的连接数为N2W2，即内部阻塞概率较小。  光孤子(Soliton)： 经光纤长距离传输后，其幅度和宽度都不变的超短光脉冲(ps数量级)。 光孤子的形成是光纤的群速度色散和非线性效应相互平衡的结果。利用光孤子作为载体的通信方式称为光孤子通信。 光孤子通信的传输距离可达上万公里，甚至几万公里，目前还处于试验阶段。 我们知道，光纤通信的传输距离和传输速率受到光纤损耗和色散的限制。光纤放大器投入应用后，克服了损耗的限制， 增加了传输距离。此时，光纤传输系统，尤其是传输速率在Gb/s以上的系统，光纤色散引起的脉冲展宽，对传输速率的限制，成为提高系统性能的主要障碍。 为了增加传输距离，在光纤线路上，每隔一定的距离， 可设置一个光纤放大器，以周期地补充光功率的损耗。但是多个光纤放大器产生的噪声累积又妨碍了传输距离的增加，因而要求提高传输信号的光功率，这样便产生非线性效应。非线性效应对光纤通信有害也有利，事实表明，克服其害还不如