東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 波分復(fù)用( w d m ) 技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了下一代的通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)體系的變革w d m 網(wǎng) 絡(luò)體系的發(fā)展需要靈活、可靠、實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)管理控制技術(shù)來發(fā)揮光網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)由于光 網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)本身導(dǎo)致的信號(hào)傳輸損傷，使縟進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)贅源分配與控制的節(jié)點(diǎn)管理模塊 在進(jìn)行路由與波長(zhǎng)分配時(shí)必須考慮物理層的特性，以保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性與服務(wù)質(zhì)量。光 纖鏈路中光信號(hào)的傳輸損傷來源于光纖色散、非線性等多種因素，需要建立光信號(hào)傳輸 以及與各個(gè)網(wǎng)絡(luò)器件的模型方可實(shí)現(xiàn)傳輸損傷的評(píng)估本文致力于研制基于元件庫(kù)的 w d m 光網(wǎng)絡(luò)高速光信號(hào)傳輸損傷綜合評(píng)估軟件，重點(diǎn)建立了光纖、摻鉺光纖放大器 ( e d f a ) 、光發(fā)射機(jī)、接收機(jī)等網(wǎng)絡(luò)器件的虛擬元件庫(kù)結(jié)構(gòu)和模型，給出了點(diǎn)到點(diǎn)的物理 層鏈路波形、誤碼率特性評(píng)估方法，編制了物理層傳輸損傷仿真軟件。l 司時(shí)實(shí)現(xiàn)了圖形 化用戶界面為w d m 光網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)優(yōu)化等工作提供了便利的分析工具 論文第一章首先簡(jiǎn)述了光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展概況，重點(diǎn)介紹了光網(wǎng)管理與控制的系統(tǒng) 構(gòu)架、波長(zhǎng)分配與路由技術(shù)網(wǎng)絡(luò)中主要器件引入的傳輸損傷，以及在最近幾年興起的 微波光子網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。第二章介紹了光網(wǎng)絡(luò)傳輸性能綜合評(píng)估仿真軟件的設(shè)計(jì)方案與軟件 結(jié)構(gòu)。第三章為w d m 光網(wǎng)絡(luò)鏈路信號(hào)的傳輸分析，從數(shù)理分析模型入手將網(wǎng)絡(luò)元件的 模型設(shè)計(jì)成具體的軟件模塊，構(gòu)成虛擬的元件庫(kù)，從系統(tǒng)的角度，提出了完整的物理鏈 路性能的評(píng)估方法，并通過于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比驗(yàn)證了模型的正確性。第四章討論了w d m 光網(wǎng)絡(luò)光傳輸鏈路元件模型及信號(hào)的傳輸損傷，較為詳細(xì)分析了光纖中引起傳輸損傷的 各種效應(yīng)，如色散、自相位調(diào)制、交叉相位調(diào)制、四波混頻等采用數(shù)值計(jì)算的方法， 建立了對(duì)光纖性能的評(píng)估方法，構(gòu)成了光纖元件庫(kù)框架和光通信元件庫(kù)第五章基于已 研制的軟件，模擬和仿真了在通常配置條件下的光鏈路中波形的傳輸特點(diǎn)，計(jì)算了鏈路 誤碼率特性，得出了與實(shí)際較為一致的結(jié)果，從而驗(yàn)證軟件的可行性和實(shí)用性 關(guān)鍵詞：w d m 光網(wǎng)絡(luò)，微波光子鏈路，傳輸損傷，元件庫(kù)，數(shù)值仿真平臺(tái) a b s t r a c t b s t r a e t r e v o l u t i o no ft h en e x tg e n e r a t i o nt e l e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r ka r c h i t e c t u r e sh a s b c e nb r o u g h t 、v i t l lt h ed e v e l o p m e n to fw a v e g u i d e 出v i s i o nm u l t i p l e x i n g ( w d m ) t e e h n 0 1 0 9 y n 虻g r e a td e m a n df o rb a n d w i d t hb yi pd a t as i n v i c e sc a l lb es a t i s f i e db y t h eb r o a d e nb 缸d w i d t hf r o mw d mr e q u i r e sf l e x i b l e r e l i a b l ea n dr e a l - t i m en e t w o r k m a n a g e m e n ta n dc o n t r o lt e c h n o l o g y , i no r d e rt op e r f o r mt h ei m p o r t a n tf u n c t i o n so f o v t i c a ln e t w o r ki at h en l o s te f f e c t i v ew a y d u et ot r a n s m i s s i o ni m p a i r m e n tc a u s e db y t h c p h y s i c a ll a y e r , r o u t i n ga n dw a v e l e n g t ha s s i g n m e n ta l g o r i t h mf o rn e t w o r k m a n a g e m e n tm u s tt a k et h ep e r f o r m a n c eo fp h y s i e a ll a y e ri n t oa c c o u n ti no r d e rt o g u a r a n t e et h et e l i a b i l i t yo fn e t w o r ka n dt h eq u a l i t yo fs e r v i c e s t r a n s m i s s i o n i m p a i r m e n t so r i g i n a t ef r o mc h r o m a t i cd i s p e l s i o n i n f i b e r s , n o n l i n e a re f f e c t s , p o l a r i z a t i o nn l o d ed i s p e r s i o n , n o d ee r o s s t a l i qn o i s ei n t r o d u c e db yo p t i c a la m p l i f i e r s , c t e n 比e v a l u a t i o no ft r a n s m i s s i o ni m p a i r m e n t sr e q u i r e sm o d e l i n go fe v e r yn e t w o r k c o m p o n e n t1 ks i m u l a t i n gm o d e lf o rf i b e r , e r b i u md o p t x if i b e ra m p l i f i e r ( e f d a ) o o t i e a ls 0 1 1 l r 髓a n d 刪v 盯h a v eb e e n e s t a b l i s h e di n t h i sd i s s e r t a t i o n 1 f l 磚 p e r f o r m a n c eo fw a v e f o r ma n db i ta r l r o rp r o b a b i l i t yh a sb e e ne v a l u a t e da n dg e n e r a l r e s u l t sa r eo b t a i n e du s i n go l n s i r e u l a t i o ns o t t w a r c i n c h a p t e ri t h eg e n e r a l s i t u a t i o no fo p t i c a ln e t w o r kd e v e l j i p m e n ta n d a r c h i t e c t u r e sa n dt h et e c h n o l o g yo fr o u t i n ga n dw a v e l e n g t ha s s i g n m e n ta b r i e f l y i n t r o d u c e d n 把t r a n s m i s s i o ni m p a i r m e n t si n t r o d u c e db yt h em a i nc o m p o n e n t sa r e d i s c u s s e da n dt h em i c r o w a v ep h o t o n i et e c h n o l o g yi si n t r o d u c e da sc o m p l e m e n t i n c h a p t e r2 。t h ed e s i g no fs o f t w a r ew d m s i mi sp r e s e n t e da sw h o l e i nc h a p t e r3 ，t h e p e r f o r m a n c ee v a l u a t i o nm o d e lf o rt h ew h o l ep h y s i c a ll i n ki sp r o p o s e di nt h es y s t e m l e v e lb a s e0 1 1t h ep r e v i o u sc o m p o n e n tm o d e l s c o m p o n e n tm o d e l sa r cd e s i g n e di n t o s o t t w a r em o d u l e st oo r g a n i z et h ec o m p o n e n tl i b r a r y s i m u l a t i o ns o f t w a r ei s a c c o m p l i s h e du s i n gs o t t w a r ee n g i n e e r i n gm e t h o db a s e d0 1 1t h ec o m p o n e n tl i b r a r y i n c h a p t e r4 d e t a i la n a l y s i s o fi r a n s m i s s i o ni m p a i r m e n t s i r l t r o d u c e c b yf i b e r i s p r e s e n t e d , i n c l u d i n g c h r o m a t i c d i s p e r s i o n , s e l f - p h a s em o d u l a t i o n , c r o s s - p h a s e m o d u l a t i o na n df o u r - w a v em i x i n g 1 1 圮p e r f o r m a n c ee v a l u a t i o ni sc o m p l e t e du s i n g u u m e r i e a lm e t h o d i nc h a p t e r5 t h ep e r f o r m a n c eo fo p t i c a li i n ki so b t a i n e du s i n g t h ed e s i g n e ds i m u l a t i o ns o f h 黜w h i c hv e r i f i e st h ef e a s i b i l i t ya n dp r a c t i c a b i l i t yo f t h es o t t w a r e k e yw o r d s ：w d m ，m w p , t r a n s m i s s i o ni m p a i r m e n t s ，c o m p o n e n tl i b r a r y , ， n u m e r i cs i m u l a t i o np l a t f o r m 東南大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得 的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含 其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得東南大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu) 的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均 己在論文中作了明確的說明并表示了謝意。 研究生簽名：豹姆犟 日期：業(yè) 東南大學(xué)學(xué)位論文使用授權(quán)聲明 東南大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所、國(guó)家圖書館有權(quán)保留本人所送交學(xué)位 論文的復(fù)印件和電子文檔，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。本人 電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。除在保密期內(nèi)的保密論文外，允許論 文被查閱和借閱，可以公布( 包括刊登) 論文的全部或部分內(nèi)容。論文的公布( 包 括刊登) 授權(quán)東南大學(xué)研究生院辦理。 研究生簽名：導(dǎo)師簽名；- 圣! ! 羔日期： 第一章緒論 第一章緒論 隨著網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代的到來，人們對(duì)信息的需求與日俱增“。1 。迅速發(fā)展的各種新型業(yè)務(wù)對(duì) 通信網(wǎng)絡(luò)的容量提出了更高的要求。光纖是一種高帶寬低損耗的優(yōu)良傳輸介質(zhì)，在通信 網(wǎng)絡(luò)的物理傳輸層起著舉足輕重的作用，而波分復(fù)用( 刪) 技術(shù)的發(fā)展又進(jìn)一步挖掘了光纖 帶寬的潛力己成為下一代光網(wǎng)的基礎(chǔ)和信息傳輸?shù)闹饕脚_(tái)，且將成為構(gòu)成寬帶城域網(wǎng) ( i l n ) 、接入網(wǎng)及局域阿( l n ) 的主要技術(shù)手段” 然而，隨著單信道速率和復(fù)用波長(zhǎng)數(shù)量的不斷增加，一些物理效應(yīng)對(duì)信號(hào)質(zhì)量的損傷不 可避免，光信號(hào)在經(jīng)過光纖段、光節(jié)點(diǎn)器件和光放大器時(shí)將產(chǎn)生抖動(dòng)、漂移、串?dāng)_以及噪 聲，這些物理效應(yīng)最終限制了網(wǎng)絡(luò)的容量和規(guī)?！啊?。因此，開展傳輸損傷的研究是刪光 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理資源動(dòng)態(tài)分配以及進(jìn)一步改善網(wǎng)絡(luò)性能豹關(guān)鍵“”本章將在 回顧和總結(jié)刪技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上針對(duì)鄹m 光網(wǎng)光信號(hào)傳輸、光碼調(diào)制技術(shù)以及節(jié)點(diǎn)管理 技術(shù)展開討論，并提出考慮網(wǎng)絡(luò)傳輸性能的新型光網(wǎng)節(jié)點(diǎn)資源動(dòng)態(tài)配置方案 1 11 d m 光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展概述 1 1 1w d m 光網(wǎng)技術(shù)研究與發(fā)展現(xiàn)狀 近十幾年來波分復(fù)用技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，單信道傳輸速率迅速提高不少電 信公司已推出4 0g b s 的商用系統(tǒng)“”，而實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的單信道速率目前己達(dá)到或超過1 6 0 g b s 在增加波長(zhǎng)信道數(shù)量方面8 ，1 6 ，3 2 個(gè)波長(zhǎng)的刪光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)大范圍使用。l o o 個(gè)波長(zhǎng)的系統(tǒng)也走向商用，而實(shí)驗(yàn)室里的成績(jī)尤為突出，己完成1 0 2 2 個(gè)波長(zhǎng)的復(fù)用試驗(yàn)?！?， 信道間隔已達(dá)到2 5g i i z 另外在擴(kuò)寬應(yīng)用波長(zhǎng)范圍方面，除了充分利用c 波段的傳輸能 力外，己向l 波段s 波段發(fā)展。未來的w 蹦將在全波段窗口( 1 3 u i - 1 6 m ) 工作目前 i f6t b s _ 蹦系統(tǒng)已經(jīng)開始商用，日本n e c 和法國(guó)阿爾卡特公司分別在1 0 0 公里距離上實(shí) 現(xiàn)了總?cè)萘繛閘 o 9 tb s ( 27 3 x 40 g b s ) ?！焙涂?cè)萘繛? 0 2 tb s ( 2 5 6 x4o g b s ) 的傳輸 容量最新世界記錄。w 聊系統(tǒng)除了波長(zhǎng)數(shù)和傳輸總?cè)萘坎粩嗤黄埔酝?，為了盡量減少電再 生點(diǎn)的數(shù)量，全光傳輸距離也在大幅度擴(kuò)展，基于分布式喇曼放大器、超強(qiáng)前向糾錯(cuò)( f e c ) 、 色散管理、光均衡以及高效調(diào)制格式技術(shù)等，目前已達(dá)到了4 0 0 0l 【l n 無電中繼的水平 仰m 技術(shù)還具有無可比擬的光信道直接聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)”“由于光分叉復(fù)用( o a d m ) 和光交 叉連接( 0 x c ) 技術(shù)的成熟，利用波分復(fù)用和波長(zhǎng)路由技術(shù)，將一個(gè)波長(zhǎng)作為一個(gè)通道，全部 在光域進(jìn)行路由選擇。通過可重構(gòu)的選路節(jié)點(diǎn)建立端到端的“虛波長(zhǎng)”通路，實(shí)現(xiàn)源和目的 1 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 之問端到端的光連接高速長(zhǎng)距離大容量、高可靠性強(qiáng)生存性可重構(gòu)性成為i p - w i ) w 光 網(wǎng)絡(luò)研究目標(biāo) 目前，世界各國(guó)研究開發(fā)中的光網(wǎng)絡(luò)主要集中在美國(guó)、歐洲和日本如美國(guó)高級(jí)防御研 究計(jì)劃署( d a i c p a ) 資助由b e l l c o r e 領(lǐng)導(dǎo)、與哥倫比亞大學(xué)、北方電信以及職公司等一流大 學(xué)與實(shí)驗(yàn)室聯(lián)手的全光網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃、歐洲的r a c e - i i 研究計(jì)劃、歐盟由阿爾卡特公司 牽頭的a c t s 計(jì)劃以及i b w 公司的r a i n b o w 計(jì)劃等這些網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃既建立了許多試驗(yàn)平 臺(tái)，又進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，以研究光網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光網(wǎng)絡(luò)管理、光纖傳輸、光交換和光網(wǎng)絡(luò)對(duì)新 業(yè)務(wù)的適應(yīng)性等關(guān)鍵技術(shù)與此同時(shí)包括i t u - t a n s i t 1 x i 5 協(xié)會(huì)、光互聯(lián)網(wǎng)論壇 ( o i f ：o p t i c a li n t e r n e t w o r k i n gf o r u m ) 和i e t f 在內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)化組織也都積極致力于對(duì)可 重構(gòu)光網(wǎng)絡(luò)的研究 在我國(guó)，光纖通信也取得長(zhǎng)足的發(fā)展電信領(lǐng)域建成八橫八縱的網(wǎng)狀國(guó)家一級(jí)干線和諸 多環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的省內(nèi)二級(jí)干線：聯(lián)通、移動(dòng)、廣電、吉通等也在建設(shè)或規(guī)劃建設(shè)自己的一級(jí)干 線和以環(huán)網(wǎng)或環(huán)套環(huán)結(jié)構(gòu)為主的二級(jí)干線：網(wǎng)通規(guī)劃建設(shè)一個(gè)國(guó)家級(jí)的i po v e r 肼明多環(huán) 網(wǎng)絡(luò)，覆蓋包括北京、上海、廣州在內(nèi)的1 5 個(gè)主要城市，總長(zhǎng)度接近7 0 0 0 k m 。由國(guó)家8 6 3 計(jì)劃支持的中國(guó)高速信息示范網(wǎng)( c i n o n e t ) 為未來光i p 網(wǎng)技術(shù)的研究、開發(fā)、溯試提供了 優(yōu)良的試驗(yàn)平臺(tái)“1 。 隨著w d w 光網(wǎng)絡(luò)傳輸容量的日益增大，一旦同絡(luò)故障導(dǎo)致傳輸業(yè)務(wù)失效將丟失大量 信息造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，因此網(wǎng)絡(luò)控制和管理、生存性和可重構(gòu)性己經(jīng)成為目前網(wǎng)絡(luò)研究的 熱點(diǎn)1 光層生存性技術(shù)具有響應(yīng)快速、靈活的特點(diǎn)，能夠有效提高網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)( q o s ) 。 減少業(yè)務(wù)的丟失。然而，它不能處理所有類型的故障。不能對(duì)高層故障進(jìn)行保護(hù)，無法對(duì)業(yè) 務(wù)的不同部分提供不同等級(jí)的保護(hù)等。所以對(duì)網(wǎng)絡(luò)的生存性而言，需要多層保護(hù)機(jī)制這對(duì) 網(wǎng)絡(luò)的控制和管理也提出了更高的要求。 1 1 2w d m 光網(wǎng)構(gòu)架 1 1 2 1 光網(wǎng)絡(luò)分層模型 根據(jù)g 8 7 2 建議，光網(wǎng)絡(luò)自上而下垂直劃分為光通道層( o c h ) 、光復(fù)用段層( o m s ) 和光 傳輸段層( o t s ) ，兩個(gè)相鄰層之間構(gòu)成客戶服務(wù)層關(guān)系。在光層之上承載各種格式的數(shù)字業(yè) 務(wù)信號(hào)，可以是s 陰s o n e t 、i p 和 t m 信號(hào)等。這種分層結(jié)構(gòu)充分考慮了從s o h 網(wǎng)絡(luò)到 刪光網(wǎng)的平滑過渡可滿足網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和管理的需要。 光通道層一為透明傳送各種不同格式的客戶層信號(hào)提供端到端的光通路聯(lián)網(wǎng)功能。功能 2 第一章緒論 包括：為靈活的網(wǎng)絡(luò)選路安捧光通道連接( 包括選擇路由和分配波長(zhǎng)) ；處理光通道層 開銷，如波長(zhǎng)標(biāo)記、端口連接性、載荷標(biāo)志( 速率，格式、線路碼) 以及波長(zhǎng)保護(hù)能力 等；提供光通道層的檢測(cè)、管理功能：在發(fā)生故障時(shí)通過重新選路或直接把工作業(yè)務(wù) 切換到預(yù)定的保護(hù)路由來實(shí)現(xiàn)保護(hù)倒換和網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)此層包含o x c 和o a 蹦相關(guān)功能 光復(fù)用段層負(fù)責(zé)相鄰兩個(gè)波長(zhǎng)復(fù)用傳輸設(shè)備問多波長(zhǎng)復(fù)用光信號(hào)的完整傳輸為多波 長(zhǎng)光信號(hào)提供聯(lián)網(wǎng)功能主要功能包括：為保證適配信息的完整性處理光復(fù)用段開銷； 為網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行和維護(hù)提供光復(fù)用段的檢測(cè)和管理功能；提供復(fù)用段層的生存性。波分復(fù) 用器解復(fù)用器屬于此層。 光傳輸段層o t s 為光信號(hào)在同類型的光傳輸媒介( 如g 6 5 2 ， g6 5 3 g6 5 5 光纖等) 上提供傳輸功能，光放大器所提供的功能屬于此層。o r s 的功能還包括對(duì)光放大器或中 繼器的檢測(cè)和控制功能等，涉及到功率均衡問題、即f a 增益控制問題和色散的積累和 補(bǔ)償問題 1 1 2 2w d m 光網(wǎng)拓?fù)洹? 光網(wǎng)的物理拓?fù)涫蔷W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的物理連接關(guān)系，它是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和光纖鏈路的集合。基本物 理拓?fù)溆芯€形、星形、環(huán)形、樹形和網(wǎng)孔形結(jié)構(gòu)，可組合成各種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，應(yīng)用得較 多為環(huán)狀網(wǎng)、雙環(huán)網(wǎng)和網(wǎng)格網(wǎng)光網(wǎng)絡(luò)可橫向分割為核心網(wǎng)、城域本地網(wǎng)和接入網(wǎng)。核心 網(wǎng)傾向于采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，城域本地網(wǎng)多采用環(huán)型結(jié)構(gòu)接入網(wǎng)將是環(huán)型和星型相結(jié)合的復(fù) 合結(jié)構(gòu)，如圖i 1 1 所示。邏輯拓?fù)渲妇W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間業(yè)務(wù)分布狀況，它與物理拓?fù)渚o密聯(lián)系， 比較常見的幾種結(jié)構(gòu)如圖1 1 2 所示 圖1 1 1 光網(wǎng)絡(luò)橫向分割結(jié)構(gòu) 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 囂圓 橢簟量黟 f ”及置蓐 騷 彩 圈1 1 2 基本邏輯拓?fù)?f f d m 光網(wǎng)的物理拓?fù)浞从沉宋锢砻劫|(zhì)的連接關(guān)系，拓?fù)涞膹?fù)雜度與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的端口數(shù)量 緊密相關(guān)，它的設(shè)計(jì)是以滿足網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)需求為目的、對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的地理分布和節(jié)點(diǎn)之問的物 理連接關(guān)系進(jìn)行優(yōu)化的過程：而邏輯拓?fù)浞从沉斯馔ǖ缹拥木W(wǎng)絡(luò)連接、傳輸和處理能力，拓 撲的復(fù)雜度與節(jié)點(diǎn)端口數(shù)量、復(fù)用的波長(zhǎng)數(shù)量以及網(wǎng)絡(luò)的功能結(jié)構(gòu)都有直接的關(guān)系對(duì)它的 設(shè)計(jì)是依據(jù)己有的物理拓?fù)?，以提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)指標(biāo)為目的，優(yōu)化光通道層網(wǎng)絡(luò)功能的過程。 1 1 3w d m 光網(wǎng)元器件 構(gòu)建理想的w d m 光網(wǎng)，有賴于科學(xué)合理的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)，與此同時(shí)，很大程度上也取決 于新型大容量光纖、- 蹦光源、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器、光放大器、光分插復(fù)用器( o a d m ) 和光交叉互連 ( 0 x c ) 等聊全光器件的開發(fā)和研制。光網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能與元器件的特性密切相關(guān)。 1 1 3 1 光纖 i t u - t 認(rèn)可的4 種類型單模光纖如表l1 1 所示“。色散是光纖的一個(gè)重要參數(shù)對(duì) 于單通道速率為1 0 gb s 的眄m 系統(tǒng)。色散容限為1 0 0 0 p s n m ，而到了4 0 g b s 這樣高的速率， 色散容限只有6 2 p s n m 。而且由于色散斜率的影響，經(jīng)過長(zhǎng)距離傳輸后。不同波長(zhǎng)的殘余色 散差別將越來越大，所以，精確的色散補(bǔ)償顯得尤為重要。 表1 1 1 單模光纖典型特性參數(shù) 括準(zhǔn)單攥光紓色融盤移光坪l ，損耗最小斃纖非零色散位咎光纖 g 6 踢 ( g 6 孫 ( q 6 5 f q 6 5 5 ) 殲芯直徑 f o - i m l o f 7 4 3 i o 1 0 j 女1 0 i 女o 簟止姥蝌ol “p 1 2 # d1 2 7 01 3 5 0 - i 曲0i , i s 0 l s 5 m 處色 度色敵 t 7 2 03 j t c - - p = j u mk m 衰減( d i ”k m )0 2 0 - o ”0 2 1 5o 笛o 丑o 2 5 p m d ( 啪，b 1 1 哪5 蚰jm c j m t $ d w d m4 0 0 b b 革信道越長(zhǎng) 柏o 叭曲d 、v d m 應(yīng)用雇光纖蠢信泉統(tǒng) 系統(tǒng) 歪高傳輸長(zhǎng)逢干餞系統(tǒng) 4 第一章緒論 康寧( c o r n i n g j l 推出的商用化大有效面積光纖( l e a f ) ，可以有效地克服由于密集波分復(fù) 用注入光纖豹有效面積上的斃強(qiáng)過大而產(chǎn)生的了非線性效應(yīng)”1 ，朗訊( l u c e n t ) 推出的降低色 散斜率的真波光纖( t r u e w a v er e d u c e ds l o p ef i b e r ，t w - r s ) 。有效地克服了1 4 0 0 波 段由于0 i i 一根引起的較大的損耗，可提供接近3 0 0 r j 的可用帶寬”1 ，l e a f 和t w - r s 光纖 共罰款稱為第二 i ce 6 5 5 光纖z 0 0 2 年7 月，珂爾卡特雄出了面向城域網(wǎng)的特銳 ( t e r m i g l l t ) 光纖，它具有非零色散位移光纖特點(diǎn)通過利用更多的傳輸頻帶增加每條頻 帶的信道數(shù)量可以將當(dāng)今的系統(tǒng)升級(jí)到更高速度( 1 0 g 一4 0 ( ；b s ，甚至更高) 此外。光子晶體光纖( p c f ”1 近年來取得了綴太進(jìn)展由于p c f 的纖芯廈積大于傳統(tǒng) 光纖纖芯面積的1 0 倍左右，當(dāng)用于傳輸高功率光時(shí)而無須擔(dān)心出現(xiàn)非線性效應(yīng)。并且p c f 在波長(zhǎng)低于1 3 ln 日可以獲得反常色散同時(shí)保持單模傳輸?shù)渃 r y s t a lf i b e r s 公 霹于2 0 0 3 年4 月推出了兩種薪型p c b 一種是?？諝獠▽?dǎo)光子能學(xué)隙晶體光綏”疆p b f ) 。 此晶體光纖的纖芯是中空的，利用空氣作為空氣波導(dǎo)使光可以在特殊的能帶隙中傳輸?？捎?于高功率傳輸?shù)葢?yīng)用：另外一種是“雙包層高數(shù)值孔徑摻鏡晶體光纖”( d 例n f ) 。該光纖可 以用在光纖激光器或龍纖放大囂中，另外由于該光纖具有光敏性，還可以在其上刻寫光纖光 柵。2 0 0 3 年6 月，英國(guó)b l a z e p h o t o n i c s 公司推出了新的s o l i d - c o r e 光子晶體光纖，包括 種偏振保持光纖，針對(duì)非線性應(yīng)用的細(xì)纖芯光纖以及e n d l e s s l y 標(biāo)準(zhǔn)單模光纖。這些光纖 基于純凈的非摻雜硅土制作通過包層的細(xì)孑l 實(shí)現(xiàn)了對(duì)光信號(hào)在纖芯的束縛這種機(jī)制可以 實(shí)現(xiàn)許多傳統(tǒng)光纖無法實(shí)現(xiàn)的功能，比如偏振保持光纖可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)偏振保持光纖3 0 倍的 偏振非敏感性，非線性光纖則可以實(shí)現(xiàn)窄脈沖的額譜展寬e n d l e s s l y 單模光纖則可以實(shí)現(xiàn) 全波長(zhǎng)的單模特性。 1 1 3 2 激光器調(diào)制器集成光源”1 刪光網(wǎng)絡(luò)對(duì)光源的要求是高速、低啁啾、工作波長(zhǎng)穩(wěn)定。從目前發(fā)展趨勢(shì)上看激光囂 調(diào)制器集成光源是首選方案。它具有激光器波長(zhǎng)穩(wěn)定、可調(diào)以及調(diào)制器的高速，低啁嗷 等功能。目前。主要有兩種集成光源：一是d f b 半導(dǎo)體激光器與電吸收( e a ) 調(diào)制器的單片 集成；二是d f b 半導(dǎo)體激光器與h z 型調(diào)制器的單片集成。另外也有分布布拉格反射器( d b r ) 激光器與調(diào)制器的單片集成以及有半導(dǎo)體與光纖光柵構(gòu)成的混合集成嗨r 激光器。 4 0gb i t s 或更高速率的調(diào)制器集成光源和波長(zhǎng)可調(diào)諧或者波長(zhǎng)可選擇特性的集成光 源成為目前的研究熱點(diǎn)。2 0 0 3 年8 月，l u c e n t 公司貝爾實(shí)驗(yàn)室報(bào)道了使用調(diào)制速率達(dá)到4 0 cb i t s 的d f b e a 集成光源。實(shí)現(xiàn)r z 碼在n 2 一o s f 光纖中傳輸1 2 0 0l 【m 的實(shí)驗(yàn)記錄”。美 國(guó)a g i l i t y 通信公司的y a a k u l o v a 等人提出一種多項(xiàng)可調(diào)的混合集成d b r 光源，覆蓋 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 9 0 個(gè)波長(zhǎng)信道( 信道間隔5 0 g h z ) ，線寬小于2 姍z ，實(shí)現(xiàn)了波長(zhǎng)、功率和工作模式多項(xiàng)控 制，顯示了很高的波長(zhǎng)穩(wěn)定性和可靠性。美國(guó)h p b 公司推出的e b s - 4 0 2 2 寬帶光源，其輸 出功率可達(dá)2 2 d b m ，在c 波段如的帶寬上，其平坦度l 這些為刪通信系統(tǒng)進(jìn)一步 實(shí)現(xiàn)高速光傳輸?shù)於嘶A(chǔ) 1 1 。3 3 波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件 實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)變換有光電光( o e 0 ) 變換和全光變換兩大類。光電光型已經(jīng)實(shí)用，但是其變換 效率低，對(duì)信號(hào)不透明。目前研究熱點(diǎn)集中在全光波長(zhǎng)變換上全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換模塊在接入端 應(yīng)用是對(duì)從路由器或其它設(shè)備來的光信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將非匹配波長(zhǎng)上的光信號(hào)轉(zhuǎn)換到符合 i t u 規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)上然后插入到光耦合器中；而當(dāng)它用于波長(zhǎng)交換節(jié)點(diǎn)時(shí)，它對(duì)光通路進(jìn) 行交換和執(zhí)行波長(zhǎng)重用功能，因此它在波長(zhǎng)路由全光網(wǎng)中有著非常巨大的作用寬帶透明 經(jīng)和快速響應(yīng)是波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的基本要求。在全光波長(zhǎng)交換的多種( 包括交叉增益調(diào)翻，交叉 相位調(diào)制、四波混頻、非線性光學(xué)環(huán)境) 技術(shù)中，最有前途的全光轉(zhuǎn)發(fā)器是在半導(dǎo)體光放大 器( s o a s ) 中基于交叉相位調(diào)制原理集成進(jìn)m a c h - z e h n d e r 干涉儀0 配i ) 或m i c h e l s o n 干涉儀 0 【i ) 而構(gòu)成的帶波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，它被公認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)高速、大容量光網(wǎng)絡(luò)中波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的理想方案 1 i 3 4 光放大器 目前的光網(wǎng)絡(luò)通過光放大器實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的放大，可認(rèn)為具有光i r 功能。需指出的是， 光3 r 技術(shù)不在本文討論范圍。摻鉺光纖放大器( e d f a ) 已被廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)距離通信系統(tǒng)中 在1 5 5 0 h m 窗口提供3 0 a m 左右的平坦增益帶寬日前己有基于摻鉺光纖的雙帶光纖放大器 ( e b f a ) ，其帶寬可覆蓋1 5 2 8 - - 1 6 1 0 n m 范圍，由常規(guī)的e d f 和擴(kuò)展帶光纖放大器船f a 共同 組成相類似的產(chǎn)品有b e l l 實(shí)驗(yàn)室的超寬帶光放大器o w o ，它有8 0 的可用帶寬可對(duì)單 根光纖中多達(dá)1 0 0 路波長(zhǎng)信道進(jìn)行放大，覆蓋了c 波段和l 波段 半導(dǎo)體光放大器( s o a ) 是用i n g a a s p 四元材料在光通信窗口對(duì)光信號(hào)提供增益s o a 結(jié) 構(gòu)與半導(dǎo)體激光器相似，增益與輸入光信號(hào)的偏振態(tài)有關(guān)；與光纖的耦合效率低；對(duì)多波長(zhǎng) 信道放大時(shí)將導(dǎo)致f w m 等非線性效應(yīng)引起通道闖的串?dāng)_等問題。 近年來光纖拉曼放大器倍受關(guān)注，已成為研制開發(fā)的熱點(diǎn)。從目前的技術(shù)看來也只有拉 曼放大技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)光傳輸過程中的分布式放大2 0 0 1 年7 月底a l c a t e l ( 阿爾卡特) 公司通 過分布式f i a 技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室中成功地實(shí)現(xiàn)了3 2 x4 0 6 b s ， 2 4 0 0l 【m 的遠(yuǎn)程傳輸“ 1 1 3 5w i ) m 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)元件 1 m u x d 咖x 密集波分復(fù)用懈復(fù)用器主要有3 種類型：薄膜濾波器型、光纖布拉格光柵型和陣列波 6 第一章緒論 導(dǎo)光柵( ) 型。其中 復(fù)用復(fù)用器以其優(yōu)越的擴(kuò)容性能及實(shí)現(xiàn)了高性能、多通道、高波 長(zhǎng)分辨率，可大規(guī)模重復(fù)生產(chǎn)和可與多種光通信器件集成等眾多優(yōu)點(diǎn)，已逐步進(jìn)入實(shí)用化階 段是o a i ) n 和o x c 的重要組成部分目前國(guó)際先進(jìn)水平已做出4 0 0 通道的a w g ，其波長(zhǎng)間 隔為0 0 8 r i m 串?dāng)_低q ：- 3 0 d b 2 光開關(guān) 目前實(shí)用的光開關(guān)陣列大都用l i n b 0 3 光波導(dǎo)開關(guān)實(shí)現(xiàn)，但這種光開關(guān)矩陣大規(guī)模單片 集成難度較大尤其難以與操作電路實(shí)現(xiàn)o e i c 集成。由于阿絡(luò)中信息資源的利用率決定于 o x c 的集成規(guī)模和運(yùn)行的靈活程度，所以最終的o x c 應(yīng)當(dāng)是單片集成的其關(guān)鍵是發(fā)展高速 響應(yīng)s i 基波導(dǎo)光開關(guān)，而利用電注入折變效應(yīng)構(gòu)成的s o i 型s i o zls i 波導(dǎo)光開關(guān)，可以 實(shí)現(xiàn)小于微秒的光開關(guān)運(yùn)作有望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模單片集成。 3 o a d r o a d m 位于多節(jié)點(diǎn)w 蹦光網(wǎng)的中間點(diǎn)處，是一種在光域進(jìn)行波長(zhǎng)業(yè)務(wù)分插的分插復(fù)用設(shè) 備，包括解復(fù)用( d 腳u 】【) 、分插控制濾波單元及復(fù)用( h l j 】( ) 單元可重構(gòu)型o a 蹦通過使用光 開關(guān)、可調(diào)諧濾波器等光器件，能動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)q 矗蹦節(jié)點(diǎn)上下路信道的波長(zhǎng)。從麗實(shí)現(xiàn)了光網(wǎng) 絡(luò)動(dòng)態(tài)重構(gòu)。 4 o x c o x c 目前主要有以下三種：基于光纖級(jí)的交叉連接( f x c ) 波長(zhǎng)選擇性交叉連接( w s x c ) 和波長(zhǎng)可交換交叉連接( w i x c ) 其中w i x c 夠使信道的頻率( 或波長(zhǎng)) 轉(zhuǎn)換或改變。因此可以 實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格無阻塞的波長(zhǎng)交換和波長(zhǎng)重用，提供虛波長(zhǎng)路由( w p ) ，在業(yè)務(wù)恢復(fù)和提供方面有 最大的靈活性。 1 1 4w d m 光網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù) 構(gòu)建高速、大容量的光網(wǎng)不僅需要開發(fā)和研制高效實(shí)用的光子器件還需要高速光交換 技術(shù)、智能化的網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)以及寬帶接入等組網(wǎng)技術(shù)。 光交換也可分為分組交換和電路交換( 波長(zhǎng)交換) 兩種形式。波長(zhǎng)交換利用波長(zhǎng)開關(guān)實(shí)現(xiàn) 不同波長(zhǎng)通路之間的交換，是一種粗粒度、面向連接的的光交換方式o a 腳和o x c 是構(gòu)建 基于波長(zhǎng)交換的刪光網(wǎng)的關(guān)鍵器件。光子分組交換技術(shù)以其高速和對(duì)數(shù)據(jù)速率、數(shù)據(jù)格式 透明和良好的重構(gòu)性而表現(xiàn)出獨(dú)有的優(yōu)勢(shì) 智能自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理和控制智能化，能夠動(dòng)態(tài)、自動(dòng)完成端到端光通道 的建立，拆除和修改，并且當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?、可用的資源信息、 7 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 配置信息等動(dòng)態(tài)地指配最佳恢復(fù)路由 新一代智能光月終由刪加光交換機(jī)組成。它的核心層設(shè)備是光交換機(jī)，個(gè)設(shè)備便可 以綜合完成以前幾個(gè)設(shè)備的功能，組網(wǎng)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。此外，智能光同絡(luò)的特點(diǎn)是交換粒 度小，并具有疏導(dǎo)功能，這兩個(gè)特點(diǎn)為智能光網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)任意級(jí)聯(lián)、虛擬容量、虛環(huán)保護(hù)和網(wǎng) 狀恢復(fù)等奠定了基礎(chǔ)。光交換機(jī)的大容量表現(xiàn)在交換矩陣達(dá)到幾百兆，設(shè)備l og b p s 接口達(dá) 到幾十個(gè)并可擴(kuò)展到多tb p s 1 1 5m w p 微波光子系統(tǒng)及其應(yīng)用 自2 0 世紀(jì)鯽年代以來。由于半導(dǎo)體激光器、集成光學(xué)、光纖光學(xué)和微波單片集成電 路( 塒i c ) 的發(fā)展， 以及在半導(dǎo)體材料和工藝方面的兼容性 使得原來在光波和微波毫 米波兩個(gè)電磁波工作波段各自獨(dú)立發(fā)展的、面向各類應(yīng)用( 通信、雷達(dá)、遙測(cè)遙感等) 的技 術(shù)，為了構(gòu)成遍布全球乃至可輻射到宇宙空間的寬帶信息基礎(chǔ)設(shè)施，不斷在不同層面和內(nèi)容 上趨于交叉，并逐漸緊密結(jié)合其主要表現(xiàn)形式為一方面射頻、微波和毫米波技術(shù)不斷尋 求向更短波長(zhǎng)的應(yīng)用空間，另一方面光波技術(shù)也在探究中、遠(yuǎn)紅外區(qū)域的開拓應(yīng)用領(lǐng)域的 可能，二者在各自發(fā)展的過程中自然而然的相互滲透，多種技術(shù)和多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域( m u l t i t e c h n o l o g i c a la n dm u l t i - d i s c i p l i n a r y ) 交匯融合，以求不斷更新技術(shù)，形成更大的市場(chǎng) 微波光子學(xué)( m w p ) 是在這一背景下產(chǎn)生的新興的交叉學(xué)科 l l l r p 定義和范疇 唧p 可以定義為研究光波與微波、毫米波波段電磁信號(hào)之問相互作用的學(xué)科。它包括光 對(duì)微波信號(hào)的產(chǎn)生、放大與交換的調(diào)控作用；以及微波在光波上的調(diào)制、折射偏振及信號(hào) 傳遞的調(diào)控作用兩個(gè)方面。前者主要利用光對(duì)微波半導(dǎo)體器件有源層中載流子濃度和運(yùn)動(dòng)的 激發(fā)與控制；后者則利用導(dǎo)光媒質(zhì)的極化與載流子分布受微波場(chǎng)變化而導(dǎo)致光導(dǎo)率、折射 與偏振特性的改變或材料對(duì)光信號(hào)的電吸收效應(yīng) m w p 系統(tǒng)技術(shù)的研究 微波光子技術(shù)在光纖同軸網(wǎng)絡(luò)( h f c ) 、寬帶無線接入、移動(dòng)蜂窩射頻通信以及作為各種 光接入網(wǎng)方式的用戶接入中均有應(yīng)用。微波光子系統(tǒng)的主要目的就是在不數(shù)字化信號(hào)的前提 下，通過光纖技術(shù)傳輸模擬的微波信號(hào)。在微波光子系統(tǒng)中，微波光調(diào)制器件，光纖和光電 解調(diào)器件是最基本的組成器件。微波的光調(diào)制技術(shù)可分為內(nèi)( 直接) 調(diào)制和外( 間接) 調(diào)制兩種 調(diào)制方式。下圖i 1 3 是微波光子系統(tǒng)的基本示意圖； 8 第一章緒論 圖1 1 3 徽波光子系統(tǒng) 混合光纖同軸網(wǎng)絡(luò) 同軸電纜網(wǎng)絡(luò)目前正被用作電視信號(hào)的廣播傳輸。如果只是用來廣播電視信號(hào)的話，衛(wèi) 星通信系統(tǒng)的建立和維護(hù)費(fèi)用將比混合光纖同軸網(wǎng)絡(luò)低的多混合光纖同軸網(wǎng)絡(luò)是多種數(shù)據(jù) 服務(wù)的理想傳輸介質(zhì)，也是非常有競(jìng)爭(zhēng)力的寬帶接入方式。典型的混合光纖同軸網(wǎng)絡(luò)如圖。 圈i 1 4 混合光纖同軸霸絡(luò)l 奪無線寬帶接入 混合光纖同軸網(wǎng)絡(luò)2 無線寬帶接入技術(shù)是近年來研究的熱點(diǎn)，它提供了用以替代已有的雙絞線和電纜環(huán)路的 接入方法，它布設(shè)容易、擴(kuò)展性好、更加靈活，是理想的未來的寬帶接入方式。無線寬帶接 入可以建立在蜂窩系統(tǒng)上，使用基站來為用戶提供無線的射頻接入連接。每個(gè)蜂窩基站都 和名為本地節(jié)點(diǎn)( l o c a ln o d e ) 的中心站點(diǎn)連接，本地節(jié)點(diǎn)和蜂窩之間的雙向傳輸可以是光 或無線傳輸 圈1 1 5 寬帶無線接入 9 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 光纖毫米波系統(tǒng) 這是目前引起產(chǎn)業(yè)界極大興趣的一項(xiàng)w m p 應(yīng)用技術(shù)，是未來寬帶移動(dòng)通信的很好的解決 方案而且還可以應(yīng)用在- l l ( w i r e l e s sl o c a ll o o p ) 、交通管理系統(tǒng)和無線局域網(wǎng)中由 于要實(shí)現(xiàn)寬帶的無線接入，因此需要非常大的射頻帶寬只有毫米波波段符合要求 其他光接入網(wǎng)方式的補(bǔ)充 f t t x 和船m 光接入網(wǎng)方式目前由于成本問題還難以實(shí)現(xiàn)到戶的接入，因此在最大限度 使用已有設(shè)施( 如同軸電纜、電話線) 的前提下。提出了多種射頻光子混合解決方案，如 a d s l 、l m d s 、m o d e m 等h f r 技術(shù) 在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是在現(xiàn)代信息通信領(lǐng)域光子技術(shù)的產(chǎn)生和應(yīng)用是必然的趨 勢(shì)，與電相比，光的帶寬更大、速度更快、頻率更高、光傳輸?shù)膿p耗更低、光產(chǎn)品的重量更 輕、成本也更低。這是不可抵擋的優(yōu)勢(shì)所以在傳統(tǒng)的電子技術(shù)領(lǐng)域中滲透和應(yīng)用越來越多 的光子技術(shù)是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然 1 2 刪光網(wǎng)絡(luò)的信號(hào) w d m 光網(wǎng)絡(luò)相對(duì)于點(diǎn)到點(diǎn)系統(tǒng)引入了o x c 和0 刪節(jié)點(diǎn)，并廣泛使用了光開關(guān)、光濾波 囂、即f 等光器件。由于目前各種光器件性能還不是很理想，節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仍有待完善， 使光信號(hào)質(zhì)量在傳輸過程中不斷下降；此外，對(duì)于無中繼再生的長(zhǎng)距離傳輸，光纖中的p m i ) 、 非線性效應(yīng)也會(huì)導(dǎo)致高速光信號(hào)傳輸性能的惡化文獻(xiàn)中將這些傳輸限制成為傳輸損傷 t z - 1 7 ，造成傳輸損傷的因素主要有信道串?dāng)_、放大器噪聲積累、色度色散、偏振模色散( p m i ) ) 、 非線性效應(yīng)等。這些效應(yīng)造成傳輸信號(hào)的損傷，最終限制了帆瑚網(wǎng)絡(luò)的容量和規(guī)?！? 。圖 i 2 i 為) t d m 網(wǎng)絡(luò)中傳輸損傷積累效應(yīng)示意圖。 囂囪臼囪囪囪囪 圈1 2 i 喇光網(wǎng)絡(luò)傳輸損傷積景效應(yīng)不囂圈 1 2 1w d m 光網(wǎng)絡(luò)的元件對(duì)光信號(hào)的影響 網(wǎng)絡(luò)中每一條光路的傳輸損傷都與構(gòu)成光路的每一個(gè)元件相關(guān)。完整的仿真需要對(duì)w 叫 光兩絡(luò)中所有的網(wǎng)絡(luò)器件進(jìn)行性能分析。討論和分析它們對(duì)光信號(hào)的影響。光網(wǎng)絡(luò)中主要元 器件有： 1 0 第一章緒論 1 2 l l 光源 光傳輸?shù)墓庠催€在發(fā)展中，除了一些短程的和低速的系統(tǒng)幾乎所有的光傳輸系統(tǒng)都是 用半導(dǎo)體激光器作為光源從發(fā)展趨勢(shì)來看是激光器調(diào)制器集成光源是首選方案并且從 固定波長(zhǎng)發(fā)展到波長(zhǎng)可調(diào)諧。經(jīng)強(qiáng)度調(diào)制后的光源在發(fā)射時(shí)，會(huì)將半導(dǎo)體激光器本身產(chǎn)生的 噪聲和激光器與光纖之間互相作用產(chǎn)生的噪聲帶入系統(tǒng)，但在計(jì)算傳輸損傷的時(shí)候，這些噪 聲無需考慮 1 2 1 2 光纖 光纖是進(jìn)行光傳輸?shù)闹饕橘|(zhì)，長(zhǎng)距離光通信所用的光纖都是最低損耗窗口在1 5 5 0f a 附近的單模光纖。i t u _ t 認(rèn)可的4 種類型的單模光纖為標(biāo)準(zhǔn)單模光纖( g 6 5 2 ) 、色散位移單 模光纖( g 6 5 3 ) 、截止位移單模光纖( g 6 5 4 ) 和非零色散位移單模光纖( g 6 5 5 ) 光纖對(duì)光信 號(hào)傳輸?shù)男阅苡绊懽顬閺?fù)雜對(duì)光纖的研究也較為透徹1 光纖最主要的一個(gè)性能指標(biāo)是損耗，雖然單模光纖在工作波長(zhǎng)下?lián)p耗可以小到0 2 d b k m ，但長(zhǎng)距離的傳輸使光功率必須得到補(bǔ)償。光信號(hào)脈沖在光纖中傳輸時(shí)，由于光脈沖 不可能達(dá)到理想的單一頻率，脈沖中的不同頻率分量的傳輸速度隨波長(zhǎng)呈非線性變化。導(dǎo)致 光脈沖在時(shí)域展寬，引起信號(hào)畸變或碼間干擾。隨著傳輸距離的增加，色散也會(huì)累積由于 現(xiàn)有的光纖大部分是標(biāo)準(zhǔn)單模光纖，使用色散補(bǔ)償光纖( d c f ) 或色散補(bǔ)償器件對(duì)色散進(jìn)行補(bǔ) 償才能使系統(tǒng)適應(yīng)長(zhǎng)距離、高速率的傳輸。 隨著刪信道間隔的不斷減小和可用波長(zhǎng)范圍的不斷擴(kuò)大，光纖中的單位功率水平越來 越高，信號(hào)與光纖非線性互作用開始出現(xiàn)，非線性效應(yīng)和色散一起成為影響高速密集波分復(fù) 用系統(tǒng)的主要因素。光纖中的非線性效應(yīng)包括自相位調(diào)制( s 蹦) 、交叉相位調(diào)制( x 刪) 、四波 混頻( f 唧) 等。s 蹦與色散相互作用導(dǎo)致脈沖變形：交叉相位調(diào)制引起各個(gè)波長(zhǎng)信道之間的 非線性耦合，產(chǎn)生串?dāng)_或信號(hào)衰減。f 喇引起信號(hào)串?dāng)_，降低系統(tǒng)性能。光纖中另外的非線 性效應(yīng)包括受激拉曼散射和受激布里淵散射，不在討論之列 單信道傳輸速率的提高，偏振模色散( p m d ) 變得十分突出f m d 導(dǎo)致系統(tǒng)誤碼率增加， 且補(bǔ)償技術(shù)較為復(fù)雜，被認(rèn)為是限制傳輸速率的最終因素 1 2 1 3 光放大器 由于光纖的衰減使得在無放大器的光纖中的最大傳輸距離人約2 0 0l ( m ， 長(zhǎng)距離的傳輸 必須使用放大器來補(bǔ)償功率的損耗。8 0 年代半導(dǎo)體光放大器( s o a ) 得到了發(fā)展，但直至摻鉺 光纖放大器( e d f a ) 的出現(xiàn)徹底變革了長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng)。典型的長(zhǎng)距離鏈路在光發(fā)射端、接收 端各有一個(gè)、在傳輸鏈路上有一系列的e d f ，e d f a 主要的性能參數(shù)是放大增益與 s e 噪聲。 l l 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 l s e 噪聲在鏈路中積累，并在線路中與信號(hào)一起被其它的e d f 放大。l s e 噪聲在光接收端造 成誤碼率增加，是系統(tǒng)主要的傳輸損傷因素之一 i 2 i 4 復(fù)用解復(fù)用器 復(fù)用器的作用是將空間分離的單波長(zhǎng)信號(hào)合成刪信號(hào)，使多個(gè)波一長(zhǎng)同時(shí)在一根光纖 中傳輸。理想情況下各波長(zhǎng)信道中的光信號(hào)經(jīng)過復(fù)用器后在輸出端口應(yīng)保持不變t 但由于 器件性能的不理想性。某些波長(zhǎng)信道中的信號(hào)會(huì)以一定的比例泄漏至其它信道，從而形成串 擾。解復(fù)用器的作用是將輸入的刪信號(hào)在空間上分離為單波長(zhǎng)信號(hào)由于器件的隔離度有 限，在輸出端口還會(huì)有幅度較小的其他波長(zhǎng)的信號(hào)這部分信號(hào)即為解復(fù)用器引入的串?dāng)_ 1 2 i 5 節(jié)點(diǎn)器件 光網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)器件要為o a d m 和o x c o a i ) w 用在中間節(jié)點(diǎn)處，大部分流量要繼續(xù)傳遞而 小部分流量在本地節(jié)點(diǎn)開始或終比( 上下路) 的情況。o a d m 對(duì)于線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)是很有用的，但對(duì)于復(fù)雜的網(wǎng)狀拓?fù)浜投鄠€(gè)波長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)則需要o x c 光信號(hào)在o a d m 與o x c 中進(jìn)行傳輸與交換時(shí)會(huì)產(chǎn)生類似刪x d 髓u 】( 中的串?dāng)_問題而造成信號(hào)損傷由于結(jié)構(gòu)更為 復(fù)雜，特別是o x c ，串?dāng)_的分析比較困難。 i 2 1 6 光接受器 現(xiàn)有的光強(qiáng)度調(diào)制直接檢測(cè)( i m d d ) 系統(tǒng)中，光接收機(jī)包括光檢測(cè)器、前端放大器和檢測(cè) 電路通信用的光檢測(cè)器為半導(dǎo)體光電二極管，主要有p i n 光電二極管和雪崩光電二極管 ( a id ) ，a p d 中的電流增益可以產(chǎn)生的響應(yīng)度遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的光電二極管，是克服低光功率系 統(tǒng)中的熱噪聲限制的一個(gè)有效手段。數(shù)字光接收機(jī)中有多種噪聲源，其中主要的的噪聲有： 散彈噪聲( 量子噪聲) 、拍頻噪聲、熱噪聲和暗電流噪聲”?！?。 i 2 i 7 波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器 在高容量的動(dòng)態(tài)刪網(wǎng)絡(luò)中，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換