光纖通信新技術(shù)課件

第10章光通信新技術(shù)相干光通信光孤子通信光時分復用光碼分復用自動交換光網(wǎng)絡自由空間光通信第10章光通信新技術(shù)相干光通信10.1相干光通信目前實用化的光纖通信系統(tǒng)都是采用光強度調(diào)制/直接檢測（IM-DD）方式，即光子到基帶信號的直接轉(zhuǎn)換。其原理簡單，成本低，但不能充分發(fā)揮光纖通信的優(yōu)越性，存在頻帶利用率低、接收機靈敏度差、中繼距離短等缺點。為了充分利用光纖通信的帶寬，將無線電數(shù)字通信中外差檢測的相干通信方式應用于光纖通信。在光纖通信系統(tǒng)中采用外差或零差檢測方式可以顯著提高接收靈敏度和選擇性，這就是相干光通信。10.1相干光通信目前實用化的光纖通信系統(tǒng)10.1.1相干檢測原理

相干光通信系統(tǒng)的基本框圖如圖10.1.1所示。在發(fā)送端，采用直接調(diào)制或外調(diào)制方式將信號以調(diào)幅、調(diào)相或調(diào)頻的方式調(diào)制到光載波上，送入光纖中傳輸。在接收端，首先與一本振光信號（通過耦合器）進行相干混合，然后由檢測器進行檢測。其中，偏振控制器用于調(diào)節(jié)信號光與本振光間的偏振態(tài)匹配。圖10.1.2解釋了相干檢測原理。光接收機接收的信號光和本地振蕩器產(chǎn)生的本振光經(jīng)混頻后，由光檢測器檢測，經(jīng)處理后，以基帶信號的形式輸出。10.1.1相干檢測原理相干光通圖10.1.1相干光通信系統(tǒng)的基本框圖信號光混頻器光檢測器電信號處理基帶信號本地光振蕩器

圖10.1.2相干檢測原理框圖圖10.1.1相干光通信系統(tǒng)的基本框圖信號光混頻器光檢測設接收機接收的信號光以及本振光的光場分別為

（10.1-.1）

（10.1-.2）分別為信號光的幅度、頻率和相位，當信號光與本振光的偏振方向相同時，入射總光強P因此有

（10.1-.3）式中稱為中頻信號的頻率。

式中，分別為本振光的幅度、頻率和相位。光檢測器輸出的光電流正比于入射光功率P，近似為

式中R為光檢測器的相應度。根據(jù)本振光信號頻率與接收到的信號光頻率是否相等，可分為零差檢測相干光通信和外差檢測相干光通信。

（10.1-.5）設接收機接收的信號光以及本振光的光場分別為 （10.1-.1采用零差檢測要求

所以需要頻率穩(wěn)定性高、線寬窄的光源；另外，這種方式取決于信號光與本振光之間的干涉，因此要通過在接收機內(nèi)進行偏振控制來保持它們之間的偏振方向。當中頻信號時，稱為外差檢測。此時，在外差檢測方式中也可以通過增大本振光功率的方式增加接收靈敏度。外差檢測相干光通信不要求本振光與信號光之間的相位鎖定，并允許本振光和信號光之間存在頻差。（10.1-.7）采用零差檢測要求所以需要頻率穩(wěn)定性高、線寬窄的光源；10.1.2調(diào)制與解調(diào)

相干光通信中采用的調(diào)制方法有3種：幅移鍵控ASK（AmplitudeShiftKey）、頻移鍵控FSK（FrequencyShiftKey）和相移鍵控PSK（PhaseShiftKey）。1、幅移鍵控（ASK）光載波的頻率和相位為常數(shù)，用數(shù)字信號去調(diào)制光載波的幅度，稱為幅移鍵控ASK。ASK相干通信系統(tǒng)必須采用外調(diào)制器來實現(xiàn)，這樣只有輸出光信號的幅度隨基帶信號而變化，而相位保持不變。如果采用直接光強調(diào)制，幅度變化將引起相位變化。2、頻移鍵控（FSK）光載波的相位和幅度為常數(shù)，用數(shù)字信號去調(diào)制光載波的頻率，稱為頻移鍵控FSK。對應二進制調(diào)制信號，傳輸“0”碼和傳輸“1”碼時，分別用不同的頻率表示。3、相移鍵控（PSK）光載波的幅度和頻率為常數(shù)，用數(shù)字信號去調(diào)制光載波的相位，稱為相移鍵控PSK。傳輸“0”碼和傳輸“1”碼時，分別用兩個不同相位（通常相差π）表示。利用量子阱半導體相位外調(diào)制器或LiNbO3相位調(diào)制器實現(xiàn)PSK調(diào)制這種調(diào)制器只要選擇適當?shù)拿}沖電壓，就可以使相位改變π。但是在接收端光波相位必須非常穩(wěn)定，因此對發(fā)射和本振激光器的譜寬要求非?？量獭?0.1.2調(diào)制與解調(diào)相干光通信中采用的調(diào)制方圖10.1.3數(shù)字調(diào)制的三種基本形式

把中頻信號解調(diào)成基帶信號有兩種方法：同步解調(diào)與異步解調(diào)。將中頻信號再次與原載波信號相乘并通過低通濾波器濾去高頻信號分量，則可恢復出原來的基帶信號，此方法稱為同步調(diào)制。異步解調(diào)即包絡檢波法。

圖10.1.3數(shù)字調(diào)制的三種基本形式把中

零差檢測中，光信號經(jīng)光電檢波器后被直接轉(zhuǎn)換成基帶信號，不用二次解調(diào)。外差檢測經(jīng)光電檢波器獲得的是中頻信號，中頻信號還需二次解調(diào)才能被轉(zhuǎn)換成基帶信號。根據(jù)中頻信號的解調(diào)方式不同，外差檢測又分為同步解調(diào)和包絡解調(diào)。外差同步解調(diào)檢測器上輸出的中頻信號通過一個中頻濾波器后分成兩路，其中一路用作中頻載頻恢復，恢復出的中頻載波與另一路中頻信號進行混頻，再由低通濾波器輸出基帶信號。外差包絡解調(diào)是在包絡檢測器后接一個低通濾波器而直接檢測出基帶信號。零差檢測中，光信號經(jīng)光電檢波器后被直接轉(zhuǎn)換成10.1.3接收靈敏度

為分析相干光通信系統(tǒng)光接收機的性能，首先推導零差PSK的信噪比。零差檢測的信噪比為（10.1.8）

為光檢測器的響應度，為平均接收信號功率，為熱噪聲功率，B為光接收機的等效噪聲帶寬，q為電子電荷。通過控制本振光的功率，可使分母中的第一項占主導地位，從而得到散粒噪聲極限下的SNR：在比特率為1/T時，則如果以系統(tǒng)的品質(zhì)因素Q來表示，則最小接收光功率，即靈敏度為

10.1.3接收靈敏度為10.1.4相干光通信的關(guān)鍵技術(shù)1、外光調(diào)制技術(shù)外光調(diào)制是根據(jù)某些電光或聲光晶體的光波傳輸特性隨電壓或聲壓等外界因素的變化而變化的物理現(xiàn)象而提出的。因此，外光調(diào)制器主要有三種類型：電光調(diào)制器、聲光調(diào)制器和磁光調(diào)制器。2、偏振控制相干檢測要求信號光束與本振光束的偏振態(tài)相匹配。因此，在相干光通信中應采取光波偏振穩(wěn)定措施。主要有兩種方法：（1）采用保偏光纖，使光波在傳輸過程中保持光波的偏振方向不變。（2）在接收端采用偏振分集技術(shù)。信號光與本振光混合后首先分成兩路作為平衡接收，對每一路信號又采用偏振分束鏡分成正交偏振的兩路信號分別檢測，然后進行平方求和，最后對兩路平衡接收信號進行判決，選擇較好的一路作為輸出信號。此時的輸出信號已與接收信號的偏振態(tài)無關(guān)，從而消除了信號在傳輸過程中偏振態(tài)的隨機變化。10.1.4相干光通信的關(guān)鍵技術(shù)1、外光調(diào)制技術(shù)3、頻率穩(wěn)定技術(shù)只有保證光載波振蕩器和光本振振蕩器的高頻率穩(wěn)定性，才能保證相干光通信系統(tǒng)的正常工作。激光器的頻率穩(wěn)定技術(shù)主要有：（1）將激光器的頻率穩(wěn)定在某種原子或分子的諧振頻率上；（2）利用光生伏特效應、鎖相環(huán)技術(shù)方法實現(xiàn)穩(wěn)頻；（3）利用半導體激光器工作溫度的自動控制、注入電流的自動控制等方法實現(xiàn)穩(wěn)頻。4、頻譜壓縮技術(shù)在相干光通信中，光源的頻譜寬度越窄，越能克服半導體激光器量子調(diào)幅和調(diào)頻噪聲對接收機靈敏度的影響，因相位漂移而產(chǎn)生的相位噪聲也越小。為了滿足相干光通信對光源譜寬的要求，通常采取的頻譜壓縮技術(shù)有：（1）注入鎖模法，即利用一個以單模工作的頻率穩(wěn)定、譜線很窄的主激光器的光功率，注入到需要寬度壓縮的從激光器，從而使從激光器保持和主激光器一致的譜線寬度、單模性及頻率穩(wěn)定度；（2）外腔反饋法，將激光器的輸出通過一個外部反射鏡和光柵等色散元件反射回腔內(nèi)，并用外腔的選模特性獲得動態(tài)單模運用以及依靠外腔的高Q值壓縮譜線寬度。除了以上關(guān)鍵技術(shù)外，對于本振光和信號光之間產(chǎn)生的相位漂移，在接收端還可采用相位分集接收技術(shù)以消除相位噪聲；為了減小本振光的相對強度噪聲對系統(tǒng)的影響，可以采用雙路平衡接收技術(shù)，零差檢測中為保證本振零差檢測中為保證本振光與信號光同步而采用的光鎖相環(huán)技術(shù)，以及用于本振頻率穩(wěn)定的自動頻率控制等。3、頻率穩(wěn)定技術(shù)10.1.5相干光通信的優(yōu)點及其應用相干光通信充分利用了相干通信方式具有的混頻增益、出色的信道選擇性及可調(diào)性等特點。與直接檢測系統(tǒng)相比，具有以下獨特的優(yōu)點：1.接收靈敏度高相干檢測能通過提高本振光功率來有效地抑制噪聲，改善接收機的靈敏度。從而也增加了光信號的傳輸距離。2.頻率選擇性好外差接收時中頻落在微波波段，采用非常窄的帶通濾波器，可實現(xiàn)信道間隔小于1～10GHz的密集頻分復用，實現(xiàn)超高容量的信息傳輸。3.可使用電子學的均衡技術(shù)來補償光纖中光脈沖的色散效應如使得外差檢測相干光通信中的中頻濾波器的傳輸函數(shù)正好與光纖的傳輸函數(shù)相反，則可以降低光纖色散對系統(tǒng)的影響。4.可抑制級聯(lián)光放大器中產(chǎn)生的噪聲累積這樣就可以采用多級光放大器級聯(lián)來延長中繼距離。10.1.5相干光通信的優(yōu)點及其應用相干光通信充分5.具有多種調(diào)制方式在直接檢測系統(tǒng)中，只能使用強度調(diào)制方式對光波進行調(diào)制。而在相干光通信中，除了可以對光波進行幅度調(diào)制外，還可以進行頻率調(diào)制或相位調(diào)制。由于相干光通信可以大大提高接收機的靈敏度，在EDFA出現(xiàn)之前，擬用相干光通信大大延長線路的中繼距離，顯著提高傳輸容量。但在相干光通信中需要有頻率和相位十分穩(wěn)定的激光光源，這給相干光通信的實現(xiàn)帶來了相當大的難度。5.具有多種調(diào)制方式10.2光孤子通信

損耗與色散是制約光纖通信系統(tǒng)傳輸距離以及容量的主要因素。利用光孤子（soliton）傳輸信息的新一代光纖通信系統(tǒng)，可以真正做到全光通信，無需光、電轉(zhuǎn)換，就可在超長距離、超大容量傳輸中大顯身手，是光通信技術(shù)上的一場革命。光孤子是一種具有特殊性質(zhì)的短脈沖，它經(jīng)光纖長距離傳輸后能保持其初始形狀，即其幅度和寬度都保持不變。光纖具有色散和非線性的特性，它們單獨起作用時，會使光纖中傳輸?shù)墓庑盘柈a(chǎn)生脈沖展寬，損害系統(tǒng)的傳輸性能。然而，通過合理選擇相關(guān)參數(shù)，可以使非線性的影響抵消色散的影響。利用兩種效應的相互制約作用，就可以光脈沖經(jīng)過長距離傳輸而不發(fā)生畸變，這就是光孤子通信。10.2光孤子通信損耗與色散是制約光纖通10.2.1光孤子通信的基本原理

如2.3.5節(jié)所述，在強光作用下，光纖的折射率由（2.3.30）式表示，即光強感應的介質(zhì)折射率變化為（10.2.1）

由此引起的光相位變化為

由此，SPM引起的頻移為（10.2.3）

（10.2.2）

如圖10.2.1所示，在脈沖前沿，頻率下移；脈沖頂部，頻移為零；脈沖后沿，頻率上移。即這種相位調(diào)制的結(jié)果，表現(xiàn)為頻率的變化，引起脈沖前沿譜紅移，后沿譜藍移，因而前沿速度減慢，后沿速度加快。10.2.1光孤子通信的基本原理如2.3.5時間時間光強頻率00圖10.2.1脈沖的光強頻率調(diào)制時間時間光強頻率00圖10.2.1脈沖的光強頻率調(diào)制

光脈沖在光纖中以群速度傳播，群速度隨頻率而變，光脈沖中不同頻率的分量將以不同速度傳播，導致脈沖展寬，稱為群速色散。在反常色散區(qū)，光脈沖的高頻分量較低頻分量的傳輸速度快。此時，群速度的色散效應恰與SPM的影響相反。當合理選擇相關(guān)參數(shù)，使兩種效應的影響恰好彼此抵消時，脈沖就保持其初始形狀傳輸，因而形成基本光孤子，也稱一階孤子?？梢宰C明，孤子的振幅不是任意的，而是唯一地由非線性系數(shù)、色散值以及脈沖寬度所確定，并且脈沖具有雙曲正割分布。一階孤子的閾值功率可表示為

當唯一確定的基本孤子注入無損耗光纖后，將沿光纖無失真地無限傳輸下去。但實際上，光纖的損耗導致孤子幅度隨著傳輸距離的增加而降低，同時由于孤子幅度的變化導致脈沖展寬，但孤子幅度與脈寬之積為常數(shù)。這樣，通過每隔一段距離補充脈沖損失的能量，可以使脈寬自動恢復到初始狀態(tài)。如此一來，就可以增加傳輸級數(shù)，極大地延長傳輸距離。光脈沖在光纖中以群速度傳播，群速度隨頻率而變，光脈沖10.2.2光孤子通信系統(tǒng)

由于基本孤子脈沖在傳輸中，色散效應恰與非線性效應相抵消，形狀保持不變，使人們想到用基本孤子為信息載體，將有可能克服原來線性脈沖遇到的困難。

1980年貝爾實驗室的莫勒諾爾(Mollenauer，L.F.)等人實驗成功后，海斯格瓦(A.Hasegwa)等人開始著手研究基本孤子用于通信技術(shù)的可能性，并于1981年首次明確地提出了光纖孤子通信的設想。上世紀90年代貝爾實驗室的奧爾森(N.A.Olssen)小組利用多重孤子兩路傳輸9000km，甚至1992年在傳輸速率為10GB/s的條件下成功地進行了100萬公里的光孤子傳輸試驗。這表明光纖孤子通信不僅可以跨洋，甚至可以在全球任意兩地間進行。1、光孤子通信系統(tǒng)的組成及關(guān)鍵技術(shù)如圖10.2.2所示，長距離光孤子通信系統(tǒng)由光孤子源、傳輸光纖、孤子能量補償放大器與孤子脈沖檢測接收單元組成。10.2.2光孤子通信系統(tǒng)由于基本孤子脈沖光孤子源調(diào)制器信號源EDFA隔離器隔離器探測器圖10.2.2長距離光孤子通信系統(tǒng)基本框圖圖10.2.2長距離光孤子通信系統(tǒng)基本框圖

根據(jù)理論分析，只有當輸出的光脈沖為嚴格的雙曲正割形，且振幅滿足一定條件時，光孤子才能在光纖中穩(wěn)定地傳輸。但光孤子通信系統(tǒng)中所用的孤子源一般并非嚴格意義上的孤子激光器，只是一種類似孤子的超短光脈沖源，它產(chǎn)生滿足基本光孤子能量、頻譜等要求的超短脈沖，這種超短光脈沖在光纖中傳輸時自動壓縮、整形而形成光孤子。較常用的光孤子源有增益開關(guān)分布反饋半導體激光器（GS-DFB-LD）以及鎖模外腔半導體激光器（ML-EC-LD）。GS-DFB-LD依靠大電流的注入形成窄脈沖，結(jié)構(gòu)簡單，且重復頻率可調(diào)，但產(chǎn)生的光脈沖啁啾大，所以在入纖前要進行消啁啾處理，它是目前光孤子傳輸系統(tǒng)中重要的光源；ML-EC-LD產(chǎn)生的脈沖波形較好且頻率啁啾成分較低，但結(jié)構(gòu)復雜，穩(wěn)定性差，集成ML-EC-LD是一種較好的孤子源產(chǎn)生方案；ML-ER-FRL是一種新穎的超短光脈沖源，它能直接產(chǎn)生孤子，無啁啾，可自啟動并易于與光纖連接，結(jié)構(gòu)較簡單，也是目前使用較多的光源。根據(jù)理論分析，只有當輸出的光脈沖為嚴格的雙曲光纖的損耗不可避免地消耗孤子能量，當能量不滿足孤子形成的條件時，脈沖喪失孤子特性而展寬，但只要通過摻鉺光纖放大器給孤子補充能量，孤子即自動整形。利用孤子的這一特性可進行全光中繼。主要有四種光放大器可實現(xiàn)光孤子放大，它們是半導體光放大器（SOA）、摻鉺光纖放大器（EDFA）、分布式摻鉺光纖放大器（D-EDFA）和喇曼光纖放大器。

SOA尺寸小、頻帶寬、增益高，易和其他光電子器件混合集成，但輸出功率較低，并且其增益與光的偏振有關(guān)。EDFA具有大輸出功率、增益高、頻帶寬、噪聲低、對偏振不敏感、結(jié)構(gòu)簡單等特點，特別適用于高速長距離通信應用。D-EDFA采用摻Er3+濃度低、增益系數(shù)低、截止波長長、數(shù)值孔徑大、負色散區(qū)寬的三角形折射率分布的摻鉺光纖，并采用1480nm雙向泵浦技術(shù)，可達到較長的中繼距離。利用受激拉曼散射效應的光放大器是一種典型的分布式光放大器。其優(yōu)點是光纖自身成為放大介質(zhì)，然而石英光纖中的受激拉曼散射增益系數(shù)相當小，這意味著需要高功率的激光器作為光纖中產(chǎn)生受激拉曼散射的泵浦源。其中，集總放大方法是通過EDFA實現(xiàn)的，其穩(wěn)定性已得到理論和試驗的證明，成為當前孤子通信的主要放大方法。光放大被認為是全光孤子通信的核心問題。但是放大器的自發(fā)輻射噪聲，是一種不可避免的熱噪聲，它與孤子相互作用后，造成孤子中心頻率的隨機抖動，進而引起孤子到達接收端的抖動，即戈登-豪斯效應。這一效應是限制孤子傳輸系統(tǒng)的容量、放大器間隔等系統(tǒng)指標的重要因素。因此通常在放大器后加一個帶通濾波器來抑制戈登-豪斯效應。傳輸光纖、孤子脈沖檢測接收單元的作用與在普通光纖系統(tǒng)中的作用類似。光纖的損耗不可避免地消耗孤子能量，當能量不滿足孤2、光孤子系統(tǒng)的實用化進程在全世界范圍，全光通信系統(tǒng)已在橫跨大西洋的TAT-10系統(tǒng)和橫跨太平洋的TPC-15系統(tǒng)上首先應用。美國貝爾實驗室Mollenauer研究小組的實驗系統(tǒng)是世界上最早的光孤子實驗系統(tǒng)，首次檢測出脈寬為10ps的光孤子經(jīng)10km傳輸無明顯變化，從而首次從實驗上證實了光孤子傳輸?shù)目赡苄?。日本利用普通光纜線路成功地進行了超高20Tbit/s、遠距離1000km孤子通信；日本電報電話公司在1992年推出速率為10Gbit/s、能傳輸12000km的直通光孤子通信實驗系統(tǒng)。我國在1999年也成功地進行了8×2.5Gb/s、105km的光纖傳輸。該技術(shù)中：采用色散補償光纖對光脈沖進行壓縮；采用2.5Gbit/s～20Gbit/s的光信號復用；從20Gbit/s的復用系統(tǒng)中提取2.5Gbit/s電時鐘；采用非線性光學環(huán)路實現(xiàn)2.5Gbit／s～20Gbit／s的解復用；采用啁啾光柵對20Gbit／s信號在標準單模光纖中傳輸105km后造成的色散進行補償。3、光孤子通信系統(tǒng)的發(fā)展前景

光孤子通信是未來高速率光纖通信系統(tǒng)的一種非常有前景的通信方式，它具有超大容量和超長距離傳輸?shù)臐摿Α２⑶夜伦用}沖的特殊性質(zhì)使中繼過程簡化為一個絕熱放大過程，大大降低了中繼設備的數(shù)量以及成本。近幾年來，人們對光孤子研究的領域不斷拓展，取得了重大進展，例如光孤子的波分復用應用，準孤子理論。當然，實際的光孤子通信仍然存在許多技術(shù)的難題，比如：延長放大間距，減少放大器數(shù)量，降低成本仍是光孤子通信有待解決的一系列問題。但目前已取得的突破性進展使我們相信，光孤子通信在超長距離、高速、大容量的全光通信中，尤其在海底光通信系統(tǒng)中，有著光明的發(fā)展前景。2、光孤子系統(tǒng)的實用化進程10.3光時分復用通信網(wǎng)應該具有足夠大的容量，有能力適應各種通信業(yè)務量，保證通信暢通?，F(xiàn)行的電通信網(wǎng)利用電的時分多路TDM技術(shù)，按照標準的同步數(shù)字群系列SDH，最高的數(shù)字速度限于最高一級數(shù)字群的速度，即40Gb／s。由于受到電的TDM技術(shù)中電子瓶頸的限制，該速率尚未能突破。目前有兩種途徑可以提高傳輸速率：波分復用WDM和光時分復用OTDM。前者在第8章中已作專門介紹，這里主要討論OTDM技術(shù)。10.3.1光時分復用原理OTDM與電時分復用ETDM相似，只是將復用技術(shù)移到光頻上，就是將多個高速電調(diào)制信號分別轉(zhuǎn)換為等速率光信號，然后在光層上利用超窄光脈沖進行時域復用，將其調(diào)制為更高速率的光信號。這種方法使用高速光電器件代替了電子器件，克服了電子瓶頸效應。圖10.3.1是OTDM系統(tǒng)框圖。光時分復用技術(shù)中，一條物理信道按時間分成若干個時間片，輪流地分配給多個信號使用，每一時間片由復用的一個信號占用，即構(gòu)成幀結(jié)構(gòu)。這樣，利用每個信號在時間上的交叉，就可以在一條物理信道上傳輸多個數(shù)字信號。同時時分復用必須采取同步技術(shù)來使遠距離的接收端能夠識別和恢復這種幀結(jié)構(gòu)。10.3光時分復用通信網(wǎng)應該具有足夠大的容量，第10章光纖通信新技術(shù)課件時分復用可分為比特交錯OTDM和分組交錯OTDM，這兩種復用方式都需要利用幀脈沖信號區(qū)分不同的復用數(shù)據(jù)或分組。比特交錯OTDM如圖10.3.2（a）所示，比特交錯在傳輸過程中按順序?qū)⒈忍亓靼?→n循環(huán)編號，編號為i的比特在第i路時隙中傳輸，主要用于電路交換業(yè)務。

在接收端，OTDM輸入復接信號經(jīng)3dB耦合器分成兩個數(shù)據(jù)流，通過選取時隙提取所需比特信息。為了提取幀同步脈沖，可通過門限功率判決得到（因為幀脈沖有比其它數(shù)據(jù)脈沖更高的發(fā)送功率）。因此，從OTDM復接信號中得到第i個支路信號的解復用過程如圖圖10.3.2比特交錯復用/解復用原理

10.3.2（b）所示：將OTDM復接信號首先經(jīng)耦合器分成兩個數(shù)據(jù)流，將其中一個數(shù)據(jù)流延遲i個時隙后送入門限判決器，得到已被延遲i個時隙的幀脈沖，此幀脈沖位置正好與要求提取的第i個支路信號脈沖相一致，因此將幀脈沖數(shù)據(jù)流與復接脈沖數(shù)據(jù)流進行邏輯與操作，與門輸出便得到要求提取的第i個支路數(shù)據(jù)流。時分復用可分為比特交錯OTDM和分組交錯OTDM，這兩種復用第10章光纖通信新技術(shù)課件2.分組交錯OTDM分組交錯OTDM與比特交錯OTDM相似，但是幀中每個時隙對應一個待復用支路的分組信息（若干個比特區(qū)），幀脈沖作為不同分組的界限，主要用于分組交換業(yè)務，如圖10.3.3。由鎖模激光器產(chǎn)生的窄脈沖周期序列分別被支路數(shù)據(jù)流外調(diào)制，若支路一個比特持續(xù)時間是T，則相鄰支路脈沖之間距離也是T。為了減少脈沖之間的間隔以便實現(xiàn)分組交錯復接，在每個支路外調(diào)制器輸出端串入一個多級壓縮器，對脈沖進行壓縮，最后加幀同步脈沖后完成分組交錯復接。

2.分組交錯OTDM

解復用操作等效于分組去壓縮過程。原則上，通過一組性能與復接器相反的去壓縮級，便可完成解復用工作。然而，這種方法要求放大器開關(guān)時間必須在脈沖寬度ps量級上，因而難于實現(xiàn)。一種實用的方法是采用與門堆：首先將輸入的高速串行的復接數(shù)據(jù)流變換為低速并行數(shù)據(jù)流，然后再利用電子學方法進行處理。解復用操作等效于分組去壓縮過程。原則上，通10.3.2光時分復用的關(guān)鍵技術(shù)OTDM傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括超短光脈沖發(fā)生技術(shù)、全光時分復用／去復用技術(shù)和超高速定時提取技術(shù)等。1.超短光脈沖源光時分復用要求光源產(chǎn)生高重復率（5～20GHz）、占空比相當小的超窄光脈沖，脈寬越窄可以復用的路數(shù)越多，且譜寬也就越寬。能滿足這些要求的光源主要有鎖模環(huán)形光纖激光器（ML-FRL）、增益開關(guān)DFB激光器和光纖光柵法。其中ML-FRL的特點是產(chǎn)生的脈沖幾乎沒有啁啾，在40GHz的高頻條件不需要進行啁啾補償或脈沖壓縮，就能產(chǎn)生10ps以下的超短變換極限光脈沖，輸出波長較靈活，穩(wěn)定性好，是一種很有前途的光時分復用光源。增益開關(guān)法可以產(chǎn)生脈寬5～7ps、脈沖重復頻率在10GHz左右可任意調(diào)整的光脈沖，并且很容易與其它信號同步。利用調(diào)整線性調(diào)制光纖光柵的色散值對電吸收調(diào)制器輸出的光脈沖形狀進行修正，也可以產(chǎn)生脈寬為5.8ps、占空比為6.3%的10GHz的光脈沖。10.3.2光時分復用的關(guān)鍵技術(shù)OTDM傳輸系統(tǒng)的2.全光時分復用／解復用技術(shù)目前已研制出4種形式的器件作為解復用器：光克爾開關(guān)矩陣光解復用器、交叉相位調(diào)制頻移光解復用器、四波混頻開關(guān)光解復用器和非線性光纖環(huán)路鏡式（NOLM）光解復用器。無論采用何種器件，都要求其工作性能可靠穩(wěn)定，控制其光信號功率低，與偏振無關(guān)。3.超高速定時提取技術(shù)在100Gb／s以上的光傳輸系統(tǒng)中，接收端采用重新定時的時鐘，產(chǎn)生控制光脈沖，時隙特別短，因此，希望控制光的時間抖動盡可能小，就必須盡量降低重新定時的時鐘相位噪聲。在目前的OTDM試驗中，主要采用了兩種方案，一是采用高速微波混頻器作為相位探測器構(gòu)成的鎖相環(huán)路（PLL），另一種是使用法布里一珀羅干涉光路構(gòu)成的光振蕩回路（FPT）也可以完成時鐘恢復功能。2.全光時分復用／解復用技術(shù)10.3.3光時分復用的特點1.優(yōu)點OTDM有幾個主要優(yōu)點：（1）OTDM技術(shù)可解決WDM系統(tǒng)中受激Raman散射和四波混頻效應等限制；（2）提高光譜帶寬效率；（3）可以與WDM技術(shù)相結(jié)合：由于WDM對長距離、大量波長數(shù)的限制，因此不太適于波長數(shù)較多的情況。這時可由WDM構(gòu)成子網(wǎng)，采用OTDM高速信道將WDM互連。在子網(wǎng)中使用WDM，可以增加網(wǎng)絡的靈活性和可靠性，而OTDM則是實現(xiàn)高速干線傳輸?shù)挠欣緩健?.存在問題OTDM的主要缺點是：此方案通常需要高速的開關(guān)器件。另外，在高速下，網(wǎng)絡的控制、穩(wěn)定性和電處理性能受限。而且，除非是孤子傳輸，否則短脈沖的傳輸受光纖色散和非線性效應的影響很明顯。不過，將來的系統(tǒng)可能采用某些形式的TDM和另一種復用方式共同使用的方案。10.3.3光時分復用的特點1.優(yōu)點10.4光碼分多址碼分多址CDMA（CodeDivisionMultipleAccess）技術(shù)作為一種多址方案它已經(jīng)成功地應用于衛(wèi)星通信和蜂窩電話領域，并且顯示出許多優(yōu)于其他技術(shù)的特點。近年來，光碼分多址OCDMA已經(jīng)成為一項備受矚目的熱點技術(shù)。10.4光碼分多址碼分多址CDMA（C10.4.1光碼分多址的基本原理OCDMA技術(shù)在原理上與電碼分多址技術(shù)相似。電CDMA主要通過分配碼字獲得多接入能力，碼分多址最常見形式是擴頻多址訪問SSMA（SpreadSpectrumMultipleAccess），其中每個用戶分配一個特定的碼序列，調(diào)制到載有數(shù)據(jù)的載波上，以比數(shù)據(jù)帶寬寬得多的頻帶傳輸信號。擴頻多址訪問技術(shù)包括直接序列（DirectSquence）、頻率跳變（FrequencyHopping）、啁啾系統(tǒng)（ChirpSystem）、發(fā)射時間跳變（TimeHopping）。盡管跳頻、啁啾和跳時曾有應用到OCDMA的報道，大部分OCDMA研究還是集中在直接序列類型上。OCDMA采用光特征碼來編碼和解碼，不同的信息可共享一個時域、頻域、空間域，它根據(jù)域值從通道的所有信號中選取所需的信號，光解碼器的輸出與輸人信號和濾波器相匹配。通常，為了保持較好的信噪比，特征碼必須相互正交。10.4.1光碼分多址的基本原理OCDMA技術(shù)在原理上與電1．相干的CDMA和非相干的CDMA在把用戶信號轉(zhuǎn)換為高速地址序列的過程中，光信號之間相互作用必須具有相干性條件，這一點與電CDMA不同。根據(jù)信號處理是否以相干為基礎，CDMA通常分為相干和非相干兩類。前者采用相位移的雙極性光序列；后者采用強度調(diào)制的碼序，使用單極性碼——又稱為準正交編碼。相干處理是電CDMA通常采用的方法，其最主要的優(yōu)點在于它具有較高的信噪比。這主要是由于碼間具有較好的正交性，可以產(chǎn)生較高的處理增益。而在OCDMA中比較常用的是非相干信號處理方法。在OCDMA中，相干與非相干方式的編碼區(qū)別體現(xiàn)了編解碼過程中信號變換的本質(zhì)，限制了系統(tǒng)所采用的地址碼的類型，并最終決定系統(tǒng)的性能，因此相干與非相干的差別是最根本的；而OCDMA系統(tǒng)由于相干光發(fā)展不夠成熟，對于光波中的許多特性：如相位、偏振等都難以利用，所以非相干系統(tǒng)成為研究的重點。非相干系統(tǒng)利用光信號的有無來表示二進制的“1”和“0”，終端采用平方律檢測光信號，信號是功率疊加而不是振幅疊加。非相干系統(tǒng)的地址碼之間是偽正交的，比如光正交碼（OOC）和素數(shù)碼。自相關(guān)有一峰值、互相關(guān)不為零。因為互相關(guān)不為零、解碼器解碼時，其他用戶就會對信號產(chǎn)生干擾，當突發(fā)用戶集中時，誤碼率較高。現(xiàn)在一般采用在解碼器端減小干擾。1．相干的CDMA和非相干的CDMA2．擴頻類型和非擴頻類型在OCDMA的研究中，編解碼方式有兩種基本類型：擴頻類型和非擴頻類型。擴頻是把信息的頻譜擴展到寬帶中進行傳輸?shù)募夹g(shù)，可分為擴時編碼和擴頻編碼，非擴頻類型主要是以光學特征為碼字的系統(tǒng)中的編碼。擴頻編碼解碼是在用戶的數(shù)據(jù)信號光上，通過偏振調(diào)制器等形式上的編碼器，把信號光的某一參量（如偏振方向或波長等）按地址序列調(diào)整，使這一參量變?yōu)楦咚贁U頻信號。擴時編碼是在用戶數(shù)據(jù)信號光出現(xiàn)“1”的時候，發(fā)出一個短光脈沖，經(jīng)編碼器的作用，得到一個短光脈沖序列來代表用戶的數(shù)據(jù)，其核心是，地址序列由短光脈沖形成。一種典型的非擴頻類型的編、解碼是利用光的相干性作為調(diào)制的參數(shù)，例如相干光相關(guān)編碼采用的方法。在相干光相關(guān)編碼系統(tǒng)中，用戶信號光經(jīng)編碼器調(diào)制，變成兩個失去相干性的信號。在解碼端，在匹配解碼器的解調(diào)下，用與發(fā)端相同的地址碼進行光正交解碼。2．擴頻類型和非擴頻類型10.4.2光碼分多址的關(guān)鍵技術(shù)OCDMA采用單極性碼，它不能實現(xiàn)真正意義上的正交，其中某些自相關(guān)性和互相關(guān)性差的地址碼不能使用，因此其碼字容量遠小于雙極性碼，這大大限制了可供用戶接入的信道數(shù)目。而優(yōu)化地址碼的自相關(guān)性和互相關(guān)性，能夠顯著的降低不同信道之間的干擾，降低色散、自相位調(diào)制等非線性效應對誤碼性能帶來的影響，降低系統(tǒng)對所使用光器件的要求。目前比較常用的地址碼有光正交碼(OOC)，素數(shù)碼(PC)，擴展素數(shù)碼(EPC)，二次同余碼(QC)，擴展的二次同余碼(EQC)和混合碼(HC)等。編碼/解碼器有很多種，其中研究較多的有光纖延遲線編碼/解碼器、跳頻光碼分多址編碼/解碼器。10.4.2光碼分多址的關(guān)鍵技術(shù)OCDMA采用單極1.光纖延遲線編碼/解碼器最初使用的編碼器大都基于光纖延遲線原理。光纖延遲線編碼系統(tǒng)是由并行的幾束光纖和2個1×P星形耦合器構(gòu)成的，同一碼字中，編碼器之間的差別在于光纖延遲線的長度不同。編碼器的作用是將一個輸入的短脈沖進行不同的延時，在輸出端將得到由這些不同延時的短脈沖合成的脈沖序列，如圖10.4.1所示。經(jīng)與閾值比較后，接收器將判決為"0"或"1"碼。光纖延遲線編碼器的缺點是：體積龐大；存在嚴重的功率損失和分配問題；還存在碼長選擇問題、碼間串擾問題及光拍頻噪聲等問題。另外，光纖延遲線由于制造工藝、溫度、應力等因素的影響，會有延時誤差，造成解碼器的誤判；同時，較長碼字造成光纖延遲線的數(shù)目相應增加，導致系統(tǒng)成本增加，且不利于集成。因此這種方法在目前并不實用。當前，研究的熱點是跳頻光碼分多址編碼/解碼器。1.光纖延遲線編碼/解碼器2.跳頻光碼分多址編碼/解碼器在光纖延遲線編碼/解碼器中使用在時域上對信息比特進行編碼的一維光正交碼。為了支持較多的用戶同時接入，必須增加地址碼的碼長，這樣光纖延遲線的數(shù)目、長度也會相應地增加，編碼/解碼器的結(jié)構(gòu)會更復雜。為了克服這個缺點，可以采用跳頻光碼分多址系統(tǒng)，它采用二維的光正交碼，即每個地址碼序列同時在時域和波長上擴展。與一維正交碼字相比，在碼長相同的情況下，此類編解碼技術(shù)可用的碼字數(shù)明顯增多，能夠接入的用戶數(shù)目大大提高。在跳頻光碼分多址系統(tǒng)中使用的二維光正交碼通常稱作多波長光正交碼。目前已可在一根光柵上進行連續(xù)的幅度和相位調(diào)制，形成超結(jié)構(gòu)光纖光柵，用它替代離散FBG數(shù)組進行編∕譯碼。該技術(shù)可在實驗室實現(xiàn)77km、10Gb/s的傳輸速率(包括雙極性碼和單極性碼)，系統(tǒng)性能良好。2.跳頻光碼分多址編碼/解碼器10.4.3光碼分多址的特點OCDMA相對WDM和OTDM有不可比擬的優(yōu)點：1.OCDMA通過不同的碼字來區(qū)分不同用戶信息，不需要WDM所要求的波長控制和波長轉(zhuǎn)換，這樣地址分配靈活，用戶可以隨機接人，因此引起了人們極大興趣。2.保密性好，安全性高。由于每個信道采用不同的地址編碼方式，在信息的發(fā)送端和接收端都必須依照該地址碼來編碼和解碼，這使得系統(tǒng)的安全性大大提高。3.OCDMA可以利用任何現(xiàn)有的光纖與WDM技術(shù)結(jié)合使用：如在高速通道中使用WDM技術(shù)，而將OCDMA技術(shù)用于上下通路。寬帶性OCDMA只在發(fā)射節(jié)點和接收節(jié)點對用戶數(shù)據(jù)進行編譯碼，與網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)無關(guān)?？蓸?gòu)成真正“透明”的全光高速通信網(wǎng)絡。4.可異步接入性：OCDMA不同信道之間可相互獨立地發(fā)送與接收信號，不需要網(wǎng)際規(guī)模的時鐘同步，也沒有接人時延。能支持突發(fā)性業(yè)務，可以實現(xiàn)"講完即走"(tell-and-go)，適合突發(fā)流量、大流量和高速率環(huán)境。10.4.3光碼分多址的特點OCDMA相對WDM和5.可根據(jù)不同的業(yè)務需求，提供不同QoS的服務。由于地址碼的自相關(guān)性和互相關(guān)性不同，在同一編碼方式下，不同地址碼能夠提供不同的QoS的服務，這樣，可以根據(jù)業(yè)務的QoS需求來選擇地址碼，提高了資源的利用率，同時可以降低系統(tǒng)的成本。另外，OCDMA可傳送任何數(shù)字信號，包括SONET、ATM及DS－1和DS－3信號。它是一項協(xié)議獨立的技術(shù)，可與現(xiàn)有的任何新老設備兼容。目前，限制OCDMA技術(shù)實現(xiàn)的關(guān)鍵問題包括：可獲取的光編碼數(shù)；光纖色散的影響和OCDMA的傳輸損失；不同波長的干擾碼所產(chǎn)生的干擾測量噪音。5.可根據(jù)不同的業(yè)務需求，提供不同QoS的服務。由10.5自動交換光網(wǎng)絡傳統(tǒng)的SDH網(wǎng)絡主要用于語音業(yè)務，為了實現(xiàn)快速保護性能，網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)以線型和環(huán)型為主。大量的環(huán)層疊導致網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)復雜化，許多環(huán)間電路業(yè)務無法獲得保護，隨著環(huán)內(nèi)和跨環(huán)業(yè)務量的不斷增大，逐漸使跨環(huán)節(jié)點成為業(yè)務調(diào)度的瓶頸。近幾年來，IP業(yè)務發(fā)展非常迅猛。眾所周知，IP業(yè)務具有突發(fā)特性，對網(wǎng)絡帶寬的動態(tài)分配性能要求很高。隨著競爭的加劇，運營商渴望網(wǎng)絡能夠快速提供業(yè)務，并具有更強的生存性，從而提升服務品牌效應，增強企業(yè)競爭力。在這種背景下，一種能夠自動完成網(wǎng)絡連接的新型網(wǎng)絡概念――自動交換光網(wǎng)絡ASON（AutomaticSwitchedOpticalNetwork）應運而生。10.5自動交換光網(wǎng)絡傳統(tǒng)的SDH網(wǎng)絡主要用于語10.5.1

自動交換光網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu)ASON網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的核心特點就是支持電子交換設備動態(tài)地向光網(wǎng)絡申請帶寬資源，可以根據(jù)網(wǎng)絡中業(yè)務分布模式動態(tài)變化的需求，通過信令系統(tǒng)或者管理平面自主地去建立或者拆除光通道，而不需要人工干預。采用自動交換光網(wǎng)絡技術(shù)之后，原來復雜的多層網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)可以變得簡單和扁平化，光網(wǎng)絡層可以直接承載業(yè)務，避免了傳統(tǒng)網(wǎng)絡中業(yè)務升級時受到的多重限制。ASON的優(yōu)勢集中表現(xiàn)在其組網(wǎng)應用的動態(tài)、靈活、高效和智能方面。支持多粒度、多層次的智能，提供多樣化、個性化的服務是ASON的核心特征。按照ITU-T

G.8080(G.ason)

建議，ASON網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)主要包括3個獨立的平面：傳送平面(TP)、控制平面(CP)和管理平面(MP)，如圖10.5.1所示。1.傳送平面由一系列的傳送實體組成，它是業(yè)務傳送的通道，可提供端到端用戶信息的單向或者雙向傳輸。ASON傳送網(wǎng)絡基于網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)，也支持環(huán)網(wǎng)保護。光節(jié)點使用具有智能的光交叉連接(OXC)和光分插復用(OADM)等光交換設備。另外，傳送平面具備分層結(jié)構(gòu)，支持多粒度光交換技術(shù)。多粒度交換技術(shù)是ASON實現(xiàn)流量工程的重要物理支撐技術(shù)，同時也適應帶寬的靈活分配和多種業(yè)務接入的需要。10.5.1自動交換光網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu)ASON網(wǎng)絡2.控制平面是ASON的核心。控制平面主要包括資源發(fā)現(xiàn)、狀態(tài)信息分發(fā)、路徑選擇和路徑管理4個基本模塊，能夠提供快速和更加靈活的連接建立功能。由ITU-T、因特網(wǎng)工程任務組IETF（InternetEngineeringTackForce）、光互聯(lián)網(wǎng)論壇OIF（OpticalInternetworkingForum）分別側(cè)重負責：ITU-T著重研究ASON的體系結(jié)構(gòu)；IETF著重制定ASON的協(xié)議方面的標準；OIF重點放在UNINNI上。控制平面（Control

Plane）實現(xiàn)對傳送平面的靈活控制，因此，ASON主要是關(guān)于控制平面的解決方案，它基于通用多協(xié)議標記交換（GMPLS）族，包括用于分布式連接的建立、維護和拆除等的信令協(xié)議；為連接的建立提供選路服務的路由協(xié)議，用于鏈路管理（包括控制信道和傳送鏈路的驗證與維護）的鏈路資源管理協(xié)議等?？刂破矫嫣峁┚W(wǎng)絡節(jié)點接口（I-NNI和E-NNI）及用戶網(wǎng)絡接口（UNI）。3.管理平面的重要特征就是管理功能的分布化和智能化。傳統(tǒng)的光傳送網(wǎng)管理體系被基于傳送平面、控制平面和信令網(wǎng)絡的新型多層面管理結(jié)構(gòu)所替代，構(gòu)成了一個綜合化的光網(wǎng)絡管理方案，具有集中管理與分布智能相結(jié)合、面向運營者(管理平面)的維護管理需求與面向用戶(控制平面)的動態(tài)服務需求相結(jié)合的特點。ASON的管理平面與控制平面技術(shù)互為補充，可以實現(xiàn)對網(wǎng)絡資源的動態(tài)配置、性能監(jiān)測、故障管理以及路由規(guī)劃等功能。管理平面的標準化工作主要由ITU-T負責，IETF也提出一些信令協(xié)議草案。管理平面通過NNI-T接口對傳送平面進行管理，同時通過NNI-A接口對控制平面進行管理。2.控制平面是ASON的核心?？刂破矫嬷饕ㄙY源第10章光纖通信新技術(shù)課件三大平面之間通過3個接口實現(xiàn)信息的交互?？刂破矫婧蛡魉推矫嬷g通過連接控制接口(CCI)相連，交互的信息主要為從控制節(jié)點到傳送平面網(wǎng)元的交換控制命令和從網(wǎng)元到控制節(jié)點的資源狀態(tài)信息。管理平面通過網(wǎng)絡管理接口(包括NMI-A和NMI-T)分別與控制面及傳送平面相連，實現(xiàn)管理平面對控制平面和傳送平面的管理，接口中的信息主要是網(wǎng)絡管理信息?？刂破矫嫔线€有用戶網(wǎng)絡接口(UNI)、內(nèi)部網(wǎng)絡網(wǎng)絡接口(I-NNI)和外部網(wǎng)絡網(wǎng)絡接口(E-NNI)。UNI是客戶網(wǎng)絡和光層設備之間的信令接口?？蛻粼O備通過這個接口動態(tài)地請求獲取、撤銷、修改具有一定特性的光帶寬連接資源，其多樣性要求光層的接口必須滿足多樣性，能夠支持多種網(wǎng)元類型；還要滿足自動交換網(wǎng)元的要求，即要支持業(yè)務發(fā)現(xiàn)、鄰居發(fā)現(xiàn)等自動發(fā)現(xiàn)功能，以及呼叫控制、連接控制和連接選擇功能。I-NNI是在一個自治域內(nèi)部或者在有信任關(guān)系的多個自治域中的控制實體間的雙向信令接口。E-NNI是在不同自治域中控制實體之間的雙向信令接口。為了連接的自動建立，NNI需要支持資源發(fā)現(xiàn)、連接控制、連接選擇和連接路由尋徑等功能。三大平面之間通過3個接口實現(xiàn)信息的交互?？刂?0.5.2

自動交換光網(wǎng)絡的組網(wǎng)方案ASON的組網(wǎng)可采取下列方案：1.ASON+DWDM：這一組網(wǎng)方案最大優(yōu)點是，利用了DWDM系統(tǒng)的大容量長途傳輸能力，以及ASON節(jié)點的帶寬容量和靈活的調(diào)度能力，從而組建一個功能強大的網(wǎng)絡。在骨干和匯聚層網(wǎng)絡中，ASON節(jié)點可以完成傳統(tǒng)SDH設備所能完成的所有功能，并提供更大的單節(jié)點帶寬容量、更靈活和更快捷的電路調(diào)度能力，同時網(wǎng)絡的建設和運營費用也比較低。ASON節(jié)點所能提供的單節(jié)點交叉容量可以大大緩解網(wǎng)絡中的節(jié)點瓶頸問題。2.ASON與SDH混合組網(wǎng)方案：由于ASON可以基于G.803規(guī)范的SDH傳送網(wǎng)實現(xiàn)，也可以基于G.872規(guī)范的光傳送網(wǎng)實現(xiàn)，因此ASON可與現(xiàn)有的SDH傳送網(wǎng)絡混合組網(wǎng)。ASON與現(xiàn)有電信網(wǎng)絡的融合是一個漸進的過程，在組網(wǎng)時，客戶采取先在現(xiàn)有的SDH網(wǎng)絡中形成一個個ASON小網(wǎng)絡，然后再逐步形成整個的ASON大網(wǎng)絡。10.5.2自動交換光網(wǎng)絡的組網(wǎng)方案ASON的組網(wǎng)10.5.3

自動交換光網(wǎng)絡的關(guān)鍵技術(shù)智能光網(wǎng)絡中的若干關(guān)鍵技術(shù)支撐和決定這智能光網(wǎng)絡性能的優(yōu)劣，在智能光網(wǎng)絡中它們起著極為重要的作用，主要有以下幾種：1.節(jié)點技術(shù)光節(jié)點的作用是以波長路由為基礎，提供端到端的光通道連接和分插復用，對光通道進行優(yōu)化配置和動態(tài)業(yè)務疏導，實現(xiàn)支撐骨干業(yè)務網(wǎng)的流量工程，實現(xiàn)網(wǎng)絡的保護與恢復。在節(jié)點采用光交換將使透明光網(wǎng)絡成為可能，并可以實時地依據(jù)業(yè)務的需求和控制信令的指配動態(tài)地進行光開關(guān)交換矩陣的倒換，實現(xiàn)按需動態(tài)配置波長，從而在透明光網(wǎng)絡中建立端到端的光通道。而以動態(tài)可重新配置的、多粒度的光交換設備為主構(gòu)建的智能化的透明光網(wǎng)絡極大地簡化了網(wǎng)絡和節(jié)點的體系結(jié)構(gòu)，降低了網(wǎng)絡的運營成本和管理的復雜性，使得各種不同網(wǎng)絡的互聯(lián)互操作變得簡單可行，易于實現(xiàn)動態(tài)有效的端到端的帶寬分配和光通道建立的智能性。因此，在未來的ASON中作為光交換主角的將是OXC、OADM和波長路由器等節(jié)點設備。波長路由器由波長選擇器件和OXC控制模塊兩部分組成。其中，波長選擇器件是負責光通路倒換的光開關(guān)矩陣／OXC交換機構(gòu)，OXC控制模塊負責對OXC倒換進行管理，OXC中各光波長通道之間通過GMPLS協(xié)議和波長選路協(xié)議進行控制，實現(xiàn)選路交換快速形成，提供動態(tài)連接。在光聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中綜合了先進的MPLS業(yè)務量工程控制層技術(shù)，可以大大簡化網(wǎng)絡管理的復雜性，因此特別適合于由OADM和OXC組成的光互聯(lián)網(wǎng)絡系統(tǒng)。10.5.3自動交換光網(wǎng)絡的關(guān)鍵技術(shù)智能光網(wǎng)絡中的2.光通路路由狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)光傳送網(wǎng)(OTN)中光通路路由狀態(tài)監(jiān)測是指對進入節(jié)點的光通路的路由狀態(tài)進行監(jiān)測，要求完成的功能有：確定該光通路是否連通；是否按照要求正確地配置光通路的路由；如果沒有連通，故障點在何處；如果沒有正確配置，問題出在什么地方。智能光網(wǎng)絡光通路路由狀態(tài)監(jiān)測對OTN具有重要意義。首先，它完成光通路的連通性檢查，在發(fā)生光通路阻斷的情況下負擔故障定位的功能；其次，監(jiān)測光通路實際的路由狀態(tài)配置是否與管理者的要求一致；最后，在發(fā)生路由配置錯誤的情況下，擔負起故障定位的職責。2.光通路路由狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)3.網(wǎng)絡的生存性高效靈活的保護與恢復手段是新一代ASON必須具備的重要特征。數(shù)據(jù)業(yè)務的快速增長，對光纖骨干網(wǎng)絡的保護恢復能力和QoS能力也提出了更高的要求。光纖骨干網(wǎng)絡交換的粒度一般比較大，網(wǎng)絡的瞬時失效將引起業(yè)務量的嚴重損失，因此在未來的智能化光骨干網(wǎng)中不能不考慮光網(wǎng)絡的保護恢復策略，以增強網(wǎng)絡的自愈生存能力。網(wǎng)絡拓撲和多波長聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用為保護恢復機制的設計提供了靈活性。如何將這些機制引入MPLS控制協(xié)議中，以提高網(wǎng)絡運行的可靠性；以及在一個各自有各自的保護恢復策略的多層網(wǎng)絡中，如何解決網(wǎng)絡各層生存性機制間的協(xié)調(diào)，將是十分重要的問題。此外，隨著光網(wǎng)絡的發(fā)展，ASON從垂直層面的角度來看將日趨扁平化，多種業(yè)務將直接加在光層上。由于光纖復用波長數(shù)的增加和單波長速率的提高，使得光纖鏈路故障的影響面將十分巨大，也使得光傳輸網(wǎng)的恢復遠比SDH等其它層的保護恢復困難。而在一般情況下，保護恢復越靠近物理媒質(zhì)層，受影響層面的備用容量以及涉及的傳送實體數(shù)越小，保護恢復的效率就越高。由于光層恢復具有恢復可靠性高、恢復速度快、恢復成本低、占用網(wǎng)絡帶寬資源少等優(yōu)勢，所以光層恢復性的研究對ASON生存能力的提升至關(guān)重要。3.網(wǎng)絡的生存性10.5.4自動交換光網(wǎng)絡的優(yōu)點引入智能特性，可以為光網(wǎng)絡帶來以下好處：

1.實現(xiàn)靈活的Mesh（網(wǎng)狀）組網(wǎng)，提高帶寬利用率，增強網(wǎng)絡的生存性；2.網(wǎng)絡拓撲自動發(fā)現(xiàn)；3.簡化網(wǎng)絡管理；4.提供增值業(yè)務，包括按需帶寬、帶寬出租、批發(fā)、貿(mào)易、光虛擬專用網(wǎng)、業(yè)務SLA等，使傳統(tǒng)的傳輸網(wǎng)向業(yè)務網(wǎng)演進；5.縮短業(yè)務建立時間，實現(xiàn)帶寬動態(tài)申請和釋放；6.最終實現(xiàn)不同網(wǎng)絡之間的互聯(lián)和互通。10.5.4自動交換光網(wǎng)絡的優(yōu)點引入智能特10.5.4自動交換光網(wǎng)絡存在問題及發(fā)展現(xiàn)狀存在問題ASON面臨的主要挑戰(zhàn)是如何把粗顆粒的WDM技術(shù)和光交換的優(yōu)勢結(jié)合起來，形成一個大吞吐量的光網(wǎng)絡平臺來有效地支持分組業(yè)務。對于ASON的發(fā)展來說，目前還存在著許多亟待解決的問題。

①ASON的標準如ASON的網(wǎng)絡管理、網(wǎng)絡的互連和互操作、光性能的監(jiān)視和測試、波長路由協(xié)議、光分組格式等標準和協(xié)議大部分雖已由ITU-T、IETF等標準化組織提出，但是目前還不是很完善；

②目前的OXC不能兼顧處理比波長粒度更小的帶寬單元以以及滿足巨大容量需求。而且，其技術(shù)穩(wěn)定性和成本也不是十分明晰；

③自動交換光網(wǎng)絡中的關(guān)鍵技術(shù)DWDM技術(shù)還不是十分完善，它涉及到的光轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)、合/分波技術(shù)、光放大技術(shù)、光監(jiān)控技術(shù)以及網(wǎng)管技術(shù)都還在不斷的發(fā)展過程中。而且，隨著單波長速率和復用波長數(shù)量的不斷增加，一些物理效應對信號質(zhì)量的損傷不可避免，而且對光子器件也提出了更高的要求，從而阻礙ASON實用化的進程；

④如何實現(xiàn)不同質(zhì)量的QoS、信令的可擴展性以及網(wǎng)間互聯(lián)問題等還有待改進；

⑤網(wǎng)絡功能的增強以增加復雜性和成本為代價，很難取得較好的性價比；

⑥是兼容現(xiàn)有網(wǎng)絡、充分利用已鋪設的光纖資源，還是開拓全新的建網(wǎng)思想，業(yè)內(nèi)對此觀點也不十分統(tǒng)一。10.5.4自動交換光網(wǎng)絡存在問題及發(fā)展現(xiàn)狀存在問題發(fā)展現(xiàn)狀及展望ASON被提出之初，通常認為應該采用分布式方式來實現(xiàn)。但隨著時間的推移，特別是在考慮目前網(wǎng)絡的現(xiàn)狀和演進策略時，先采用集中智能實現(xiàn)ASON功能，待分布式智能技術(shù)（例如GMPLS信令）和設備成熟和標準化后再逐步采用分布式智能控制策略被逐漸提出，并開始為越來越多的設備生產(chǎn)商和運營商接納。目前，LUCENT、阿爾卡特、CIENA等公司都能提供類似自動交換光網(wǎng)絡解決方案。隨著GMPLS技術(shù)的成熟，可以預見ASON和GMPLS這兩種方式將會在很大程度上并存和融合。在最終的ASON中，帶寬配置的工作可能會由信令網(wǎng)來實現(xiàn)，當然現(xiàn)存網(wǎng)絡的帶寬配置仍可以通過網(wǎng)管系統(tǒng)來實現(xiàn)。如果全網(wǎng)實現(xiàn)了GMPLS，網(wǎng)管系統(tǒng)將演變成網(wǎng)絡資源的管理監(jiān)控系統(tǒng)，提供諸如網(wǎng)絡性能、故障處理和資源監(jiān)控等功能，最終成為網(wǎng)絡監(jiān)控與資源管理系統(tǒng)，并在未來自動交換光網(wǎng)絡中發(fā)揮必不可少的重要作用。盡管實現(xiàn)ASON的完全自動交換和智能化還需要很長的一段發(fā)展時間，但實現(xiàn)光網(wǎng)絡的完全自動交換和智能化終將是下一代光網(wǎng)絡的未來發(fā)展的方向。發(fā)展現(xiàn)狀及展望10.6自由空間光通信10.6.1概述自由空間光通信FSO（FreeSpaceOpticsCommunication）又稱無線光通信（WirelessOpticalCommunication）。它是以自由空間（包括大氣、深空、海水）為媒介、以激光為載波的通信技術(shù)。自由空間光通信的傳輸帶寬與光纖通信的傳輸帶寬相同，是光纖通信的補充，目前它在大氣中的最高傳輸速率達2.5Gbit/s，最遠傳輸距離4km。大氣對于激光有一定的吸收和散射作用，對不同波長的光呈現(xiàn)的吸收作用也不同，存在著大氣窗口?？紤]到激光器的工作波長以及大氣傳輸窗口主要是在850nm和1550nm附近，所以比較常用的光源波長是780nm、800nm和850nm。海水的透光窗口在470～580nm處。10.6自由空間光通信10.6.1概述FSO的主要特點是：1．鏈路架設快速、靈活

FSO設備可以直接架設在樓頂、山頂?shù)雀咛?，完成空對空、地對空等多種光纖通信無法完成的通信任務，在幾個小時內(nèi)就可以建立通信鏈路，大大縮短了施工周期，并且組網(wǎng)靈活，移動性強，在需要臨時建立通信鏈路或者是無法敷設光纖鏈路、且要進行大容量信息傳輸?shù)膱龊系玫搅藦V泛的應用。2．頻譜資源豐富，無需申請頻率使用權(quán)由于FSO設備大多采用紅外光傳輸，頻譜資源豐富，且不屬于頻率管制范圍，所以不需要申請頻率執(zhí)照，這是微波通信和其他無線通信所不能比擬的。3．系統(tǒng)尺寸小天線的尺寸與工作波長有關(guān)，波長越短，天線尺寸越小。因為激光的波長遠小于微波，所以，天線尺寸較小，整個系統(tǒng)的尺寸也就顯得較小，這有利于FSO在各種航天器上的應用。4．經(jīng)濟性能好省略了傳統(tǒng)光纖線路設計、勘察、施工等費用，成本只是地下敷設光纜的五分之一。與其他通信手段（如衛(wèi)星、短波）比較，該技術(shù)的每兆比特傳輸費用較低。

FSO的主要特點是：10.6.2系統(tǒng)組成及工作原理

圖10.6.1為FSO系統(tǒng)的組成，它由發(fā)射、接收、控制和網(wǎng)絡接口四部分組成。一臺FSO設備包括發(fā)射和接收兩部分，因此信號的傳輸是雙向的。通過網(wǎng)絡接口，可將FSO設備與用戶端連接起來?？刂凭W(wǎng)絡接口PC管理光學天線光耦合網(wǎng)絡系統(tǒng)APD前置放大器限幅器緩沖器VCSEL激光驅(qū)動高壓10.6.2系統(tǒng)組成及工作原理控制網(wǎng)絡接口PC管理光學天發(fā)射部分將用戶端傳來的信號經(jīng)過處理后，送到驅(qū)動器，激光二極管產(chǎn)生的激光，經(jīng)過光學天線后聚集為一束發(fā)散角很小的光束，對準另一端的FSO設備發(fā)射出去。光源采用了VCSEL激光器，為了保證信號傳輸?shù)挠行裕扇∷穆吠瑫r發(fā)送信號。接收部分收到從另一端的FSO設備傳來的四路光信號，將四路光纖信號耦合成一路光纖信號，再通過光電轉(zhuǎn)換成電信號處理，通過網(wǎng)絡接口與用戶端連接起來。四光束發(fā)射對于激光對準和自動跟蹤有明顯的作用，四光束接收可以使接收功率提高四倍，提高了傳輸速率和工作距離?？刂撇糠痔幚韽陌l(fā)射和接收部分來的信號，判斷是否發(fā)射信號失效、接收無光高警以及接收信號的強度，同時控制網(wǎng)絡接口部分的選通信號，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)環(huán)回功能。它還提供與外部計算機通信的接口，這樣，F(xiàn)SO設備的管理軟件可以直接控制數(shù)據(jù)流傳輸并進行實時診斷。網(wǎng)絡接口部分由光收發(fā)模塊和四選一差分復用器組成。其中的接收單元具有再生和整形的功能，而差分復用器可以表示區(qū)分FSO設備處于不同狀態(tài)（光纖測試、系統(tǒng)測試、本地環(huán)回或遠端環(huán)回）時的選通信號。

發(fā)射部分將用戶端傳來的信號經(jīng)過處理后，送到驅(qū)動器，激光二極管激光空間通信的距離方程是

（10.6.1）為接收機探測器接收的入射光功率；為發(fā)射機功率；和分別表示發(fā)射和接收天線增益；和分別是發(fā)射機和接收機效率；表示自由空間損耗。由式（10.6.1）可見，天線增益對激光空間通信的功率預算起著非常重要的作用。設激光器的出射光為圓對稱且電場滿足高斯分布。天線初級反射口徑面的電場分布為

（10.6.2）為激光光腰，波陣面曲率半徑，為徑向距離。由式（10.6.2），利用夫累涅爾近似場區(qū)的輻射定律以及天線增益定義，可以計算出天線的增益，進而得到指向誤差對激光空間通信具有十分嚴重的影響，從而得出保持精確對準是空間光通信的一項十分關(guān)鍵的技術(shù)的結(jié)論。

激光空間通信的距離方程是10.6.3系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)無線激光通信系統(tǒng)采用的是極窄的光束作為信息傳輸?shù)妮d體，束散角在10～100左右，比微波通信輻射低三到四個數(shù)量級。又由于安裝平臺的振動或者抖動會使通信雙方偏離對準位置，另外還有如大氣湍流的影響，因此，光束的捕獲、跟蹤和瞄準，即APT(Acquisition，PointingandTracking)技術(shù)成為無線激光通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，它直接決定了通信系統(tǒng)的性能。它的任務是建立光鏈路，并在光鏈路建立后保持光束方向的相對穩(wěn)定。APT在接收端探測發(fā)射端發(fā)出的信標光，捕獲跟蹤后返回一信標光，完成點對點的鎖定，然后雙方用通信光束開始傳輸數(shù)據(jù)，實現(xiàn)通信，并且在通信過程中始終保持信標光向?qū)Ψ降木_對準。圖10.6.2為某雙向收發(fā)的APT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。當發(fā)射信號與接收信號采用不同波長的激光時，可以通過分色鏡以區(qū)分，達到收發(fā)合一的目的。圖中的捕獲是由望遠鏡及準直系統(tǒng)收集到的光學信號，經(jīng)分色鏡與分光鏡到達焦平面陣列探測器FPA（FocalPlaneArrays）上，接收信號在FPA上會聚為光斑，捕獲系統(tǒng)可通過直接檢測其強度進行捕獲判斷；對準過程是在發(fā)射激光信號時，在望遠鏡前端通過分光鏡采集部分信號到FPA上，通過計算發(fā)射光斑與接收光斑位置的差異得出誤差信號，將其傳送到控制回路以控制發(fā)射振鏡的角度，達到控制光束對準的目的；跟蹤是指采取補償措施以抑制系統(tǒng)平臺抖動的影響，得到的補償信號與對準過程的誤差信號，得到控制回路的控制信號，以其動態(tài)調(diào)整發(fā)射振鏡的角度，進而形成一閉環(huán)回路，實現(xiàn)信號的跟蹤。

10.6.3系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)左右，比微波通信輻射低三到四個數(shù)量級圖10.6.2APT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖APT控制系統(tǒng)的主要技術(shù)指標有：系統(tǒng)搜索范圍、光束對準精度、搜索對準時間、系統(tǒng)頻率響應（帶寬）、信標光束散角、信號光束散角、天線安裝初始誤差。APT控制系統(tǒng)通常包括粗瞄準機構(gòu)、精瞄準機構(gòu)、傳感器等幾部分。

圖10.6.10.6.4設備實例OptiXTMSpaceLink400是FSO設備，支持2M～155M/622M/GE/2.5G速率接入，適用于寬帶互聯(lián)、企業(yè)網(wǎng)互聯(lián)、臨時通信、容災鏈路備份、基站互聯(lián)等場所。設備采用四光束系統(tǒng)，可以防止防止高層建筑在大風中晃動而引起的設備位移，同時避免飛鳥對光束的阻擋，顯著提高信噪比。主要技術(shù)參數(shù)見表10.1。

10.6.4設備實例業(yè)務類型最大接入能力供電方式電源要求：90V～240VAC或－48V20%DC工作環(huán)境－25～+60（鏡頭具有恒溫裝置）設備類型四光束設備速率種類155M/622M/GE/2.5G傳輸距離0～400m傳送波長850nm光纖接口（用戶側(cè)接口）單模SC連接器，協(xié)議透明，波長1270~1350nm光纖接口接收靈敏度-8～-25dBm光纖接口發(fā)射光功率-8～-15dBm安全標準IEC/EN60825-1/A2class功耗最大20W表10.1OptiXSpacelink400技術(shù)指標業(yè)務類型最大接入能力供電方式電源要求：90V～240VAC本章小結(jié)本章簡單介紹了幾種已經(jīng)實用化或者具有重要應用前景的光纖通信新技術(shù)，如：相干光通信、光孤子通信、光時分復用、光碼分復用、自動交換光網(wǎng)絡等。這些新技術(shù)的應用從各方面提高了光纖通信系統(tǒng)的性能，使光纖通信系統(tǒng)向高速率、大容量、長距離方向發(fā)展，尤其是自動交換光網(wǎng)絡大大提高了通信網(wǎng)絡的靈活性和可靠性。本章重在掌握有關(guān)概念、原理。本章小結(jié)第10章光通信新技術(shù)相干光通信光孤子通信光時分復用光碼分復用自動交換光網(wǎng)絡自由空間光通信第10章光通信新技術(shù)相干光通信10.1相干光通信目前實用化的光纖通信系統(tǒng)都是采用光強度調(diào)制/直接檢測（IM-DD）方式，即光子到基帶信號的直接轉(zhuǎn)換。其原理簡單，成本低，但不能充分發(fā)揮光纖通信的優(yōu)越性，存在頻帶利用率低、接收機靈敏度差、中繼距離短等缺點。為了充分利用光纖通信的帶寬，將無線電數(shù)字通信中外差檢測的相干通信方式應用于光纖通信。在光纖通信系統(tǒng)中采用外差或零差檢測方式可以顯著提高接收靈敏度和選擇性，這就是相干光通信。10.1相干光通信目前實用化的光纖通信系統(tǒng)10.1.1相干檢測原理

相干光通信系統(tǒng)的基本框圖如圖10.1.1所示。在發(fā)送端，采用直接調(diào)制或外調(diào)制方式將信號以調(diào)幅、調(diào)相或調(diào)頻的方式調(diào)制到光載波上，送入光纖中傳輸。在接收端，首先與一本振光信號（通過耦合器）進行相干混合，然后由檢測器進行檢測。其中，偏振控制器用于調(diào)節(jié)信號光與本振光間的偏振態(tài)匹配。圖10.1.2解釋了相干檢測原理。光接收機接收的信號光和本地振蕩器產(chǎn)生的本振光經(jīng)混頻后，由光檢測器檢測，經(jīng)處理后，以基帶信號的形式輸出。10.1.1相干檢測原理相干光通圖10.1.1相干光通信系統(tǒng)的基本框圖信號光混頻器光檢測器電信號處理基帶信號本地光振蕩器

圖10.1.2相干檢測原理框圖圖10.1.1相干光通信系統(tǒng)的基本框圖信號光混頻器光檢測設接收機接收的信號光以及本振光的光場分別為

（10.1-.1）

（10.1-.2）分別為信號光的幅度、頻率和相位，當信號光與本振光的偏振方向相同時，入射總光強P因此有

（10.1-.3）式中稱為中頻信號的頻率。

式中，分別為本振光的幅度、頻率和相位。光檢測器輸出的光電流正比于入射光功率P，近似為

式中R為光檢測器的相應度。根據(jù)本振光信號頻率與接收到的信號光頻率是否相等，可分為零差檢測相干光通信和外差檢測相干光通信。

（10.1-.5）設接收機接收的信號光以及本振光的光場分別為 （10.1-.1采用零差檢測要求

所以需要頻率穩(wěn)定性高、線寬窄的光源；另外，這種方式取決于信號光與本振光之間的干涉，因此要通過在接收機內(nèi)進行偏振控制來保持它們之間的偏振方向。當中頻信號時，稱為外差檢測。此時，在外差檢測方式中也可以通過增大本振光功率的方式增加接收靈敏度。外差檢測相干光通信不要求本振光與信號光之間的相位鎖定，并允許本振光和信號光之間存在頻差。（10.1-.7）采用零差檢測要求所以需要頻率穩(wěn)定性高、線寬窄的光源；10.1.2調(diào)制與解調(diào)

相干光通信中采用的調(diào)制方法有3種：幅移鍵控ASK（AmplitudeShiftKey）、頻移鍵控FSK（FrequencyShiftKey）和相移鍵控PSK（PhaseShiftKey）。1、幅移鍵控（ASK）光載波的頻率和相位為常數(shù)，用數(shù)字信號去調(diào)制光載波的幅度，稱為幅移鍵控ASK。ASK相干通信系統(tǒng)必須采用外調(diào)制器來實現(xiàn)，這樣只有輸出光信號的幅度隨基帶信號而變化，而相位保持不變。如果采用直接光強調(diào)制，幅度變化將引起相位變化。2、頻移鍵控（FSK）光載波的相位和幅度為常數(shù)，用數(shù)字信號去調(diào)制光載波的頻率，稱為頻移鍵控FSK。對應二進制調(diào)制信號，傳輸“0”碼和傳輸“1”碼時，分別用不同的頻率表示。3、相移鍵控（PSK）光載波的幅度和頻率為常數(shù)，用數(shù)字信號去調(diào)制光載波的相位，稱為相移鍵控PSK。傳輸“0”碼和傳輸“1”碼時，分別用兩個不同相位（通常相差π）表示。利用量子阱半導體相位外調(diào)制器或LiNbO3相位調(diào)制器實現(xiàn)PSK調(diào)制這種調(diào)制器只要選擇適當?shù)拿}沖電壓，就可以使相位改變π。但是在接收端光波相位必須非常穩(wěn)定，因此對發(fā)射和本振激光器的譜寬要求非?？量?。10.1.2調(diào)制與解調(diào)相干光通信中采用的調(diào)制方圖10.1.3數(shù)字調(diào)制的三種基本形式

把中頻信號解調(diào)成基帶信號有兩種方法：同步解調(diào)與異步解調(diào)。將中頻信號再次與原載波信號相乘并通過低通濾波器濾去高頻信號分量，則可恢復出原來的基帶信號，此方法稱為同步調(diào)制。異步解調(diào)即包絡檢波法。

圖10.1.3數(shù)字調(diào)制的三種基本形式把中

零差檢測中，光信號經(jīng)光電檢波器后被直接轉(zhuǎn)換成基帶信號，不用二次解調(diào)。外差檢測經(jīng)光電檢波器獲得的是中頻信號，中頻信號還需二次解調(diào)才能被轉(zhuǎn)換成基帶信號。根據(jù)中頻信號的解調(diào)方式不同，外差檢測又分為同步解調(diào)和包絡解調(diào)。外差同步解調(diào)檢測器上輸出的中頻信號通過一個中頻濾波器后分成兩路，其中一路用作中頻載頻恢復，恢復出的中頻載波與另一路中頻信號進行混頻，再由低通濾波器輸出基帶信號。外差包絡解調(diào)是在包絡檢測器后接一個低通濾波器而直接檢測出基帶信號。零差檢測中，光信號經(jīng)光電檢波器后被直接轉(zhuǎn)換成10.1.3接收靈敏度

為分析相干光通信系統(tǒng)光接收機的性能，首先推導零差PSK的信噪比。零差檢測的信噪比為（10.1.8）

為光檢測器的響應度，為平均接收信號功率，為熱噪聲功率，B為光接收機的等效噪聲帶寬，q為電子電荷。通過控制本振光的功率，可使分母中的第一項占主導地位，從而得到散粒噪聲極限下的SNR：在比特率為1/T時，則如果以系統(tǒng)的品質(zhì)因素Q來表示，則最小接收光功率，即靈敏度為

10.1.3接收靈敏度為10.1.4相干光通信的關(guān)鍵技術(shù)1、外光調(diào)制技術(shù)外光調(diào)制是根據(jù)某些電光或聲光晶體的光波傳輸特性隨電壓或聲壓等外界因素的變化而變化的物理現(xiàn)象而提出的。因此，外光調(diào)制器主要有三種類型：電光調(diào)制器、聲光調(diào)制器和磁光調(diào)制器。2、偏振控制相干檢測要求信號光束與本振光束的偏振態(tài)相匹配。因此，在相干光通信中應采取光波偏振穩(wěn)定措施。主要有兩種方法：（1）采用保偏光纖，使光波在傳輸過程中保持光波的偏振方向不變。（2）在接收端采用偏振分集技術(shù)。信號光與本振光混合后首先分成兩路作為平衡接收，對每一路信號又采用偏振分束鏡分成正交偏振的兩路信號分別檢測，然后進行平方求和，最后對兩路平衡接收信號進行判決，選擇較好的一路作為輸出信號。此時的輸出信號已與接收信號的偏振態(tài)無關(guān)，從而消除了信號在傳輸過程中偏振態(tài)的隨機變化。10.1.4相干光通信的關(guān)鍵技術(shù)1、外光調(diào)制技術(shù)3、頻率穩(wěn)定技術(shù)只有保證光載波振蕩器和光本振振蕩器的高頻率穩(wěn)定性，才能保證相干光通信系統(tǒng)的正常工作。激光器的頻率穩(wěn)定技術(shù)主要有：（1）將激光器的頻率穩(wěn)定在某種原子或分子的諧振頻率上；（2）利用光生伏特效應、鎖相環(huán)技術(shù)方法實現(xiàn)穩(wěn)頻；（3）利用半導體激光器工作溫度的自動控制、注入電流的自動控制等方法實現(xiàn)穩(wěn)頻。4、頻譜壓縮技術(shù)在相干光通信中，光源的頻譜寬度越窄，越能克服半導體激光器量子調(diào)幅和調(diào)頻噪聲對接收機靈敏度的影響，因相位漂移而產(chǎn)生的相位噪聲也越小。為了滿足相干光通信對光源譜寬的要求，通常采取的頻譜壓縮技術(shù)有：（1）注入鎖模法，即利用一個以單模工作的頻率穩(wěn)定、譜線很窄的主激光器的光功率，注入到需要寬度壓縮的從激光器，從而使從激光器保持和主激