光频分复用

光频分复用技术是利用频率分割的复用方法有效地利用光纤的巨大带宽的最理想方法之一。它可作为电信网中的主要传输手段。一般可用在下列几种场合。

端到端传输

这种方式的结构框图如图2示。

这种方式可用于长途干线和市内中继系统。所需的主要设备是光滤波器、光纤和光放大器。

广播和信道选择

这种应用的结构框图如图3所示。

这种方式主要用于有线电视系统(CATV ) ,LAN网等。光频率连接到分配电路。所需主要设备是光滤波器，光纤、可调谐的半导体激光二极管(LD)和光放大器。

上行/下行(Add/dorp)通路复用

该应用方式的框图如图4所示。

这种方式适用于中继网，LAN网处理器的内部连接。光频连接到通道。所需主要设备是光滤波器，可调谐的半导体激光二极管((LD)，光纤和光放大器。

由于光频分复用(OFDM)技术能充分地利用光纤的巨大带宽资源,因而能在一根光纤中提供数量很大的光频分复用信道,而且这些信道可以分配到宽带网络的通路和用户,可使透明网络和大容量传输系统的建立与信号的形式及变换方式无关。可使光频分复用技术能支持各种各样的电信网。例如大容量的端到端传输,信息分配和各节点网络,还可用于用户系统的传输,转换和存取网络。而且随着科学技术的不断进步,适用于光频分复用系统的新的光器件将会不断地被研制出来,且价格也会大大的降低。因此,可以预料光频分复用技术将是一种很有发展前途的光的复用技术,它将会成为各种电信网的重要传输手段。我国有关光频分复用技术的光器件的研究也已经进行,而且有一些器件(如可调谐光滤波器,光放大器等)已研制成功。因此,可以预料,在不久的将来,光频分复用技术在我国也将会得到广泛的应用。

激光振荡器

半导体激光振荡器(LD)是实现光频分复用系统的必不可少的部件之一。要想组成体积小、功耗低的OFDM系统的光发射机,就必须要求激光器的功率低、体积小,最好能组件化。对激光器的最重要的要求是频率稳定度。因为在OFDM系统中信息的复用是建立在频率分割技术上的。因此必须要求LD有高的频率稳定度。因为随着频率偏离信道的标称频率值的增加,信道间的串扰和光滤波器的介入损耗也将迅速增大。因此,为保证系统的传输质量,应对LD的频率稳定度提出要求。例如,为使移频键控(FSK)直接检测总恶化值小于。.dsB,则要求频率偏移值小于信道带宽的5%。如果这信道的带宽为loGHz,则要求激光振荡器的频率稳定度应小于50OMHz。

通常采用反馈控制的方法以实现频率的长期稳定。到目前为止已采用的保持LD频率稳定度的主要方法有:法布里一拍罗(Fbary一Peor)t或梳状谐振的环形谐振器,MZ(Mach一Zehn-der)滤波器的周期性零输出和微分检测,扫描式的法布里一拍罗干涉仪,相位调制的He一Ne激光器的一个边带以及可调LD外差差拍脉冲等。其中后两种方法复用的光路数应小于100,这是由于干涉仪的分辨力低和LD的调谐范围较窄所决定的。在这些方法中经常采用恒温,源滤波器作光频参考。用1.55拌m波段附近区域的氢(Kr),氖(Ne),氨(NH3),乙炔(CZHZ)等的吸收线作为绝对频率参考。这样可提高光频的长期稳定度和准确性。

多路复用/分路器和可调谐光滤波器

常用的各种光多路复用/分路器和可调光滤波器等光器件的特性摘录在下表中。据国外资料报导,目前对于衍射光栅型滤波器,利用微光学原理已制造出nIm间隔的32路的光复用/分路器,排列波导衍射滤波器(AwGF。)利用平面光波电路(PLC)在1.55拜m可制成loGHz通道带宽的n路的复用/分路器,而在1.31拜m可制成180GHz通道带宽的28路复用/分路器,MZ滤波器的通路带宽设计在0.01一10n0m之间,利用PLC技术已在一芯片上制成8路的复用/分路器。

可调谐光滤波器可用在OFDM信息分配系统和频率变换系统中。波导多级MZ滤波器,法布里一拍罗滤波器,声一光滤波器和半导体滤波器都可用作可调谐滤波器。例如,将七个MZ滤波器级联起来能将一路信号从128路的OFDM信号中荞'、离出来。通路频率的选择是由置于波导上的薄膜加热器通过热光效应完成的。调谐时间约为lms,受从电极到衬底的散热时间的限制。一个由单模光纤和精密的光连接器部分组成的纤型法布里一拍罗滤波器(FFP,FiberFab-ry一Perot),具有体积小和高的频率分辨力。其分辨力可高达200。因此,单个FFP滤波器可以调谐路以上的信号。由窄带滤波器与宽带滤波器串联形成的二级FFP滤波器可调谐的频率范围为1oHz,分辨力大于500,其能覆盖1000路以上的通道。

光放大器

在OFDM系统中的光放大器是一种公共放大系统。要求光放大器的增益谱特性必须有足够的带宽,使其对复用的每个信道提供均等的增益。通常在OFDM系统中采用级联放大器系统。随着级联放大器数目的增多,信号增益的不平衡性也就增大了。为改善增益的不平衡性,通常采用均衡的方法来解决。因此,在各级公共放大系统中,采用光栅滤波器,声一光滤波器或可调MZ滤波器来改善增益谱特性的不平衡性。

前已指出,常用的光放大器有两种:掺饵光纤放大器(EDFA)和半导体激光放大器(SLA)。其中EDFA在1·55拌m波段范围内能提供较高的增益,低噪声,有较宽的宽带增益,而且EDFA有内在的光纤匹配易与光纤匹配连接,并且通道间没有因相互调制而造成的串扰等特点,因此是一种较有发展前途的光放大器。

光纤

由于在OFDM系统中,输入到光纤的是群路信号,并且还要采用光放大器,故系统输入到光纤中的光功率是较大的(与没有复用时相比),这样将会使光纤产生非线性效应。在OFDM传输系统中光纤的非线性效应主要包括:受激喇曼(Ramna)散射[SRS],受激布里渊(Brillouin)散射[SBS],光四波混频(FWM)以及相位交叉调制(XPM)。

在OFDM系统中,光纤非线性的主要危害是引起了通道之间的相互调制,从而引起了复用通道之间的相互串扰。例如,光纤的受激散射效应,这相当于光纤中有一个"泵",在这"泵"的作用下,将部分能量传递给长波长波段,这样就使处在长波长波段的通道受到外来信号的干扰。SRS的作用对波分复用(WDM)系统的影响较显著,而对OFDM系统影响不大。但是,SBS的作用对OFDM系统的影响是个值得注意的问题。

XPM(相位交叉调制)的非线性现象是由于光强对折射率的依赖性而造成的。在利用相位灵敏检测技术时,检测系统的误码率将受其影响。

光纤非线性效应的另一种影响是四波混频F(WM)。FWM的存在将造成在OFDM系统中通路间的串扰。为避免FWM现象的产生只有限制OFDM传输系统的发射光功率。FWM对通路带宽和光纤的色散最灵敏。从系统设计的观点来看,FWM最重要的特点是它在零色散波长的相位匹配性能以及它对像FSK直接和外差检测等检测方法的影响。

该方式的连接示意图如图5所示。

这种方式适用于交叉连接和电路交换系统中。光频连接到通道/电路。所需主要设备是光滤波器，可调谐半导体激光二极管(LD ) ,频率变换器和光纤。

图5 交叉跳接和矩阵交换

从上述列出的OFDM的几种主要应用方式可看出,它是宽带综合业务数字网B(一SIDN)中实现多路大容量信息的长距离传输的最有希望的传输手段,也是CATV系统中最理想的传输方式,利用交叉跳接和上行/下行电路复接方式能实现从用户回路,市话网络到长途电信网的多路要求。OFDM交叉跳接交换系统采用快可调半导体激光二极管或变换器,提供了高速空间交换结构,其系统容量很大,可包含很多通路的上行/下行,使我们能实现在无源环形网络中把光频率分配给沿途所连接的各节点。

通体发光光纤最显著的特征是通体发光，其通体发光强度随长度的增加而呈指数下降。通体发光POF 在长度为x 处的发光强度Is

可用如下公式表示:

Is ( x)= A exp(- k x)

式中:k 为通体发光系数，单位m- 1;常数A 可用下式表示:

A =(4π)-1 I0 ( exp k - 1)

式中:I0是通体发光POF 光输入强度。