第六章前沿第六章前沿Chapter22SOEI,HUST6.1多維多路復用6.2光學放大6.3色散管理與補償6.4前向糾錯(FEC)6.1.1簡介Chapter63SOEI,HUST多路復用技術是一種將多路模擬信號或數字信號流組合成一路信號在同一媒介中傳播的技術。多路復用將高層通信信道的容量分為幾個低級的邏輯通道和提高量子效率。多路復用技術充分利用一個或多個物理維度：時間、頻率、偏振態、碼元、空間。什么是多路技術?Chapter64SOEI,HUST調制&多路技術OTDMWDMOFDMPDM6.1.2OTDM---光學時域多路復用Chapter65SOEI,HUST時分復用主要用于數字信號，但可用于模擬多路復用。兩個或多路信號或比特流在一個通信信道里作為子信道同時轉移，但輪流在信道內傳輸。時域被分為長度固定的周期性時間片段。每個時間片段用于一個子通信。Chapter66SOEI,HUST超短脈沖產生光波分復用器/解復用器全光時鐘恢復/抽樣色散管理信號波長精確的延時線6.1.2OTDM:特征和關鍵技術Chapter67SOEI,HUST在無線電通訊，頻分復用技術(FDM)可將通訊媒介總帶寬分為一系列非重疊的子帶，每個子帶攜帶單獨的信號。WDM利用激光的不同波長作為載波信號集合進一根光纖中

。此技術不僅可用于一根光纖中的雙向傳輸還能用于增加通信容量。在光通訊中,FDM就是WDM。6.1.3WDM---波分復用技術Chapter68SOEI,HUST6.1.3WDM:特征和關鍵技術光發射機光發射機光發射機光發射機N123光接收機光接收機光接收機光接收機N123EDFA功放線放預放MUXDEMUX

發射機波長鎖定

光纖中具有非線性MUX/DMUX中有碼間串擾

放大器的增益帶寬色散管理Chapter69SOEI,HUST6.1.4PDM---偏振態復用技術PDM利用電磁輻射偏振態分離出正交信道。該技術在無線電通信和光通信中都具有實際應用，尤其是在100Gbit/每信道(PDM-QPSK)光纖傳輸系統。Chapter610SOEI,HUST6.1.4PDM:特征和關鍵技術單個波長極化狀態漂移偏振模色散偏振相關損耗/增益檢查偏振調制PBS/PBCPDM信號產生機制Chapter611SOEI,HUST6.1.5OFDM---正交頻分復用從概念上講，OFDM是一種特殊的FDM，額外的約束是：所有載流信號互相正交。在OFDM中，選出子載波頻率以便子載波互相正交。因此，子信道串擾被消除，不再需要內置載波保護頻段。Chapter612SOEI,HUST6.1.5OFDM:特征和關鍵技術離散傅里葉變換的實現：IFFT&FFT峰值對平均值功率比線性插值窗口/頻率偏移同步綜述Chapter613SOEI,HUST通過梳理不同的多路復用技術，頻譜效率和傳輸容量可以進一步增大。利用不同的物理維度的多路復用技術可以兼容。利用這些維度提發送的消息在接收機可以彼此分離而不影響彼此的檢測性能。世界傳輸容量紀錄由多維復用技術完成。第六章前沿Chapter214SOEI,HUST6.1多維多路復用6.2光學放大6.3色散管理與補償6.4前向糾錯(FEC)6.2.1簡介Chapter615SOEI,HUST在80年代，為解決損耗問題，一些光放大器得以發展。包括：半導體光放大器，拉曼放大器，摻鉺光纖放大器（EDFA）。可同時放大多個波分復用通道，因此成本效益更大。所有現代WDM系統采用光學放大器。放大器可以級聯，從而使傳輸距離長達10000公里。特征&分類Chapter616SOEI,HUST光放大器的特征：增益：

輸出功率與輸入功率的比例(以dB表示)增益效率：輸入功率函數的增益(dB/mW)增益帶寬：放大器有效時對應波長范圍增益飽和：最大輸出功率，超過該功率時放大器無法實現放大。噪聲：由于放大器中物理過程而產生的不被期望的信號。Chapter617SOEI,HUST稀土摻雜光纖放大器摻鉺光纖放大器(EDFA):C,L波段摻銩光纖放大器(TDFA):S波段摻鐠光纖放大器(PDFA):O波段拉曼光纖放大器分立式拉曼放大器分布式拉曼放大器(DRA)半導體光放大器(SOA)常見

SOA增益鎖定SOA(GC-SOA)線性光放大器(LOA)Chapter618SOEI,HUST亞穩態泵浦光子980/1480nm

信號光子1550nm基態基態激發電子態過渡放大的信號1550nm6.2.2EDFA:機理&特征Chapter619SOEI,HUST

特征所有光波段與光纖兼容寬帶寬，20~70nm高增益，20~40dB高輸出功率，>200mW（10W）比特率，調制格式，功率與波長不靈敏小失真和低噪聲(NF<5dB)Chapter620SOEI,HUST增益平穩度6.2.2EDFA:問題&難點不同帶寬處粒子數量水平不同，因此增益不同。嚴重影響WDM系統。克服方法：使用增益均衡濾波器/使用氟化物玻璃光纖。Chapter621SOEI,HUST增益均衡濾波器Chapter622SOEI,HUST平坦。因為激發態吸收（ESA）在980nm有噪聲，只在1480nm處泵浦。易碎，難以與典型光纖接頭。石英光纖20dB的增益。氟化物玻璃光纖20dB的增益。氟化物玻璃光纖。Chapter623SOEI,HUSTChapter624SOEI,HUST6.2.3RA:機理&特征拉曼放大器是在1980年代被提出；需要無法實用的大功率二極管激光泵源使用光纖纖的內在光學非線性：受激喇曼散射。喇曼散射來自分子振動。放大發生貫穿整個傳輸光纖長度。泵浦光子傳遞能量產生新的信號光子。殘余振動聲子能量被吸收。Chapter625SOEI,HUST拉曼放大器必要性：

放大信號范圍為1270到1670nm

任何光纖可作為放大媒介因為放大自發輻射（ASE）小，所以噪聲系數（NF）小，信噪比（OSNR）高

響應快拉曼過程本身提供了高功率激光

缺點：串擾高泵浦功率在研究熱點的波長上高泵浦功率成本高Chapter626SOEI,HUSTChapter627SOEI,HUSTChapter628SOEI,HUST6.2.3RA:問題&難點Chapter629SOEI,HUST6.2.4光放大器噪聲所有的放大器降低光學比特流的信噪比，通過自發輻射添加信號的噪聲。.Chapter630SOEI,HUST放大器噪聲來源：

熱噪聲

信號散粒噪聲

信號RIN

信號-自發拍頻噪聲自發-自發拍頻噪聲Chapter631SOEI,HUST噪聲系數(NF)和噪聲因子

(F)用于衡量信噪比(SNR)的惡化程度。

噪聲系數定義類似于電放大器中的，本質上是一個退化的信號。噪聲系數定義假定散粒噪聲受限。激光器噪聲和探測器熱噪聲忽略或不計。第六章前沿Chapter232SOEI,HUST6.1多維多路復用6.2光學放大6.3色散管理與補償6.4前向糾錯(FEC)Chapter6SOEI,HUST336.3.1簡介Chapter6SOEI,HUST34色散圖：預補償：色散累積于整個鏈路，在接收機尾端補償。后置補償：適當長度的色散補償置于接收機末端。周期性補償：色散沿著鏈路周期性得到補償。對于實際線性系統（無非線性效應），三種補償方式效果相同?？紤]非線性效應影響時，三種機制表現不同。通過優化色散圖，系統性能得到改善。6.3.2DCFChapter6SOEI,HUST35修正輸入脈沖在脈沖進入光纖鏈路之前。輸入脈沖預啁啾修正為高斯脈沖形式：適當的啁啾脈沖能在比特寬度擴展前實現更長距離傳輸。假定展寬倍是可容忍的，

最大化L與啁啾參數C有關：

for(增加41%).6.3.3預啁啾技術Chapter6SOEI,HUST36四波混頻在光纖鏈路中間產生相位共軛空轉字段。

因為相位共軛場而逆轉：脈沖形狀在光纖末端修復。基本思想在1979年獲取專利。首次試驗在1993年實現。6.3.4光學相位共軛Chapter6SOEI,HUST37時域均衡TDE頻域均衡FDEFIRfilter6.3.5相干探測中的DSP算法第六章前沿Chapter238SOEI,HUST6.1多維多路復用6.2光學放大6.3色散管理與補償6.4前向糾錯(FEC)Chapter6SOEI,HUST396.4.1簡介FEC是信息中帶有額外的錯誤檢測和校正的原始信號的編碼方法（如：奇偶校驗字節）。因此,光學接收器可以檢測并糾正發生在傳輸路徑中的錯誤。它大大降低了誤碼率，并且在光信號傳輸不采用再生措施基礎上擴展了距離。通過編碼增益，誤碼率的改善可量化。Chapter6SOEI,HUST40名詞6.4.2基本概念Chapter6SOEI,HUST41編碼增益(CG)&凈編碼增益(NCG)Chapter6SOEI,HUST426.4.3三代FEC1st

Gen.

RS(255,239)2nd

Gen.

concatenated

codes3rd

Gen.

soft

decision

decodingChapter6SOEI,HUST43第一代

FEC

所羅門(RS)碼為光波系統吸引了最多的關注，表示為RS(n,k)。其中k為數據包大小，它與n比特轉化為更大的數據包。ITU推薦：

當m=8，

對RS(255,239)，

這段代碼的FEC開銷為6.7%。Chapter6SOEI,HUST44G.975FEC框架結構Chapter6SOEI,HUST45第二代

FEC

隨著WDM系統在2000左右成熟，研究者開始探索更為強大的FEC。第二代FEC實施力度更大。更復