高速光纖通信系統(tǒng)復(fù)用器件的探討

黃俊威

摘 要：主要對(duì)高速光纖通信系統(tǒng)中的復(fù)用器件展開(kāi)了探討，詳細(xì)闡述了分復(fù)用和正交頻分復(fù)用等技術(shù)，并對(duì)所使用的復(fù)用器件作了系統(tǒng)分析研究，以期能為相關(guān)單位的需要提供有益的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：高速光纖通信系統(tǒng)；復(fù)用技術(shù)；復(fù)用器件；WDM

中圖分類(lèi)號(hào)：TN929.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.05.016

所謂“復(fù)用技術(shù)”，是指一種在傳輸路徑上綜合多路信道，并恢復(fù)原機(jī)制或解除終端各信道復(fù)用技術(shù)的過(guò)程。隨著光纖通信系統(tǒng)的廣泛普及，在高速光纖通信系統(tǒng)中應(yīng)用復(fù)用技術(shù)，可提高單根光纖的總通信數(shù)據(jù)容量，對(duì)光纖系統(tǒng)的發(fā)展有著重要的意義。因此，本文就高速光纖通信系統(tǒng)中的復(fù)用器件進(jìn)行了探討。

1 波分復(fù)用技術(shù)（WDM）

波分復(fù)用技術(shù)的本質(zhì)是頻分復(fù)用（FDM），它可將不同波長(zhǎng)的光通過(guò)光器件輸送到1根光纖中傳輸，在不改變一路一波長(zhǎng)基本傳輸速率的情況下，采用光纖傳輸多路信號(hào)，從而提高傳輸數(shù)據(jù)總量。歷史上最早出現(xiàn)的粗波分復(fù)用技術(shù)（CWDM），即波長(zhǎng)間隔>1.6 nm的復(fù)用技術(shù)，由于其波長(zhǎng)間隔相對(duì)較大，所以對(duì)光收發(fā)器件的要求較低。目前，最新的復(fù)用技術(shù)為密集波分復(fù)用技術(shù)（DWDM），其波長(zhǎng)間隔<0.8 nm，甚至<0.4 nm。波分復(fù)用技術(shù)使用的器件主要為光收發(fā)器件、波分復(fù)用/解復(fù)用器和光插/分復(fù)用器。

1.1 波分復(fù)用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

從圖1中可以看出，單個(gè)WDM網(wǎng)絡(luò)基本上包括光發(fā)射接收器件、波分復(fù)用、解波分復(fù)用器和光纖。

1.2 光發(fā)射接收器件

WDM光源一般采用半導(dǎo)體激光器，由于波分復(fù)用技術(shù)具有特殊性，要求光源工作波的范圍大、穩(wěn)定性高，光譜線(xiàn)寬窄、波長(zhǎng)在寬波段范圍內(nèi)可調(diào)、頻率啁啾低和多波長(zhǎng)等間隔集成。

光源按波長(zhǎng)可分為固定波長(zhǎng)激光器和可調(diào)波長(zhǎng)激光器。固定波長(zhǎng)激光器多采用多量子阱（MQW）分布反饋激光器（DFB-LD），這種激光器在較大溫度范圍和高速率的情況下，可保持動(dòng)態(tài)單模特性，同時(shí)，還可確保低閾值特性和較高的邊模抑制比（SMSR）。

固定波長(zhǎng)激光器為波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)中的光源，波長(zhǎng)不可改變，且需要多個(gè)不同波長(zhǎng)的激光器，這樣不僅會(huì)使生產(chǎn)工藝的難度增大，還會(huì)使成本增加。如果具有一種可在一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)調(diào)諧的激光器，則可以采用一種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用中光源的各種波長(zhǎng)。可調(diào)激光器的分類(lèi)較多，一般有外腔式、多電極式、電調(diào)諧和熱調(diào)諧等。

WDM對(duì)光接收器件的要求為波長(zhǎng)響應(yīng)范圍大、波長(zhǎng)可選擇和串?dāng)_小等。除可采用普通的光電二極管（PIN-PD和APD）作為探測(cè)器外，還可采用諧振腔增強(qiáng)型（RCE）光電二極管。

1.3 光波分復(fù)用器

波分復(fù)用器將多個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)耦合至1根光纖中傳輸，并利用接收端的解波分復(fù)用器將各個(gè)波長(zhǎng)耦合至不同的光纖中，從而實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的分離。光波分復(fù)用器也稱(chēng)為合波器，常用結(jié)構(gòu)為陣列波導(dǎo)光柵（AWG）。此外，還有熔融拉錐型、介質(zhì)膜型和平面型。

2 光正交頻分復(fù)用技術(shù)（O-OFDM）

OFDM應(yīng)用在射頻通信中，其理論在1966年提出，直至2005年才在光纖通信OFDM系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。由此可見(jiàn)，OFDM理論具有很大的發(fā)展?jié)摿ΑD2為光纖通信中OFDM系統(tǒng)與WDM中信號(hào)的對(duì)比圖，從中圖2可以看出，該理論的基本思路為將不同頻率的信號(hào)調(diào)制到一起傳輸，同時(shí)，將高速數(shù)據(jù)信號(hào)分成多路低速數(shù)據(jù)信號(hào)，并調(diào)制到同一組子載波上傳輸。

OFDM的基本結(jié)構(gòu)如圖3所示。OFDM包含有3大部分，即OOFDM（光OFDM）發(fā)送端、傳輸媒介（光纖）和OOFDM接收端。其中，X為頻域；x為輸入端的時(shí)域；Y表示接收端的頻域；y為時(shí)域。OFDM系統(tǒng)可變換發(fā)射端IFFT，并加載到2個(gè)正交信號(hào)合波后通過(guò)光纖傳輸；接收端分離出這2路信號(hào)后，通過(guò)FFT變換到頻域接收數(shù)據(jù)。在信號(hào)傳輸中，OFDM通過(guò)加入循環(huán)前綴CP（Cyclic Prefix）到保護(hù)間隔提高系統(tǒng)性能，可抑制ICI和ISI等現(xiàn)象。這是OFDM的優(yōu)勢(shì)所在，但光OFDM系統(tǒng)也有缺點(diǎn)，加入CP冗余信號(hào)后降低了運(yùn)行速度，同時(shí)，PAPR峰均比較高，進(jìn)而造成系統(tǒng)整體功率變大。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著關(guān)鍵技術(shù)和光電元器件技術(shù)的發(fā)展，光纖通信技術(shù)獲得了飛速發(fā)展，而復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用也有效促進(jìn)了光纖通信技術(shù)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：張思楠〕

Abstract： The high-speed optical fiber communication system multiplexer pieces started to explore， elaborated division multiplexing and orthogonal frequency division multiplexing technology， and the pieces were used multiplexer systems analysis， in order to be able to relevant units required to provide a useful reference and reference.

Key words： high-speed optical fiber communication system； multiplexing technology； multiplexer pieces； WDM