新型可重構(gòu)光分插復(fù)用器及其傳輸組網(wǎng)性能研究.pdf

1、波分復(fù)用(WDM)技術(shù)是大幅提高光纖傳輸容量的最佳方式.目前,商用WDM系統(tǒng)的波長信道數(shù)已經(jīng)達(dá)到160個,實驗室WDM系統(tǒng)則超過1000個,迫切需要一個行之有效的方式對大量的波長資源進(jìn)行靈活的管理.可重構(gòu)光分插復(fù)用器(R-OADM)正是解決這個問題的具有高性價比的有效方式之一.R-OADM主要應(yīng)用于線性鏈路或環(huán)網(wǎng)中,根據(jù)需要,它可以靈活地分出或插入部分波長信道,在光域上實現(xiàn)基于波長的網(wǎng)絡(luò)容量分配與管理,同時為網(wǎng)絡(luò)提供更多的保護(hù)倒換方式.

2、R-OADM以波長為操作對象,不經(jīng)過光-電-光轉(zhuǎn)換,與信號的調(diào)制方式、業(yè)務(wù)種類、傳輸協(xié)議等無關(guān),透明性好,兼容性高,使用成本低.近幾年來,運營商和器件供應(yīng)商的的關(guān)注更進(jìn)一步推動了R-OADM的實用化研究和發(fā)展.目前大多數(shù)R-OADM:存在的主要問題表現(xiàn)在以下幾個方面:實用性不強(qiáng)、體積較大或者成本較高.獨立市場調(diào)查研究機(jī)構(gòu)Heavy:Reading的報告指出,目前R-OADM.設(shè)備的價格仍大大高出固定OADM,不利于R-OADM的大規(guī)模商

3、用,價格依然是R-OADM未形成規(guī)?；瘧?yīng)用的最大障礙.因此,研究新型的實用性強(qiáng)、成本低的R-OADM模塊成為光通信領(lǐng)域的熱點之一,并且具有重大的實際意義. 本論文的工作以R-OADM相關(guān)器件技術(shù)、模塊技術(shù)及其組網(wǎng)傳輸性能研究為主,完成的主要工作如下: 1.在R-OADM相關(guān)的器件技術(shù)方面,探討了TFFs和FBG的調(diào)諧方法,提出了一種基于機(jī)械式光開關(guān)實現(xiàn)組播光開關(guān)的新方法.簡單介紹了可調(diào)FBG在傳感領(lǐng)域的應(yīng)用,首次提出了利

4、用自混頻效應(yīng)來實現(xiàn)FBG傳感器的信號解調(diào).我們重點研究了幾種構(gòu)成R-OADM的關(guān)鍵器件,包括濾波器和光開關(guān)兩大部分.在濾波器方面,我們探討了兩種常用濾波器即TFFs和FBG的調(diào)諧方法,并對可調(diào)FBG濾波器在傳感領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了初步的探討.在光開關(guān)方面,我們研究了一種特殊的光開關(guān)一組播光開關(guān)結(jié)構(gòu),提出了一種新的實現(xiàn)方法,這種新型的組播光開關(guān)具有結(jié)構(gòu)緊湊、擴(kuò)展性好等優(yōu)點. 我們首次提出了利用自混頻效應(yīng)來實現(xiàn) FBG 傳感器的信號解調(diào)

5、,并通過實驗初步驗證了這一方法的可行性.基于自混頻效應(yīng)的FBG傳感系統(tǒng)光學(xué)部分非常簡單,只有FBG和激光二極管LD/光電二極管PD組件.通過這種方法可以在一個較高的分辨率獲得應(yīng)變的幅度,是一種可能的FBG傳感器解調(diào)方式的低成本解決方案. 2.在R-OADM的結(jié)構(gòu)方面,我們提出了三類新型的功能集成、體積小、模塊化、成本低的單向R-OADM的結(jié)構(gòu),并通過實驗成功開發(fā)了單向和雙向R-OADM模塊樣機(jī),相關(guān)結(jié)果已申請了三項國家發(fā)明專利.

6、 我們重點研究了R-OADM的結(jié)構(gòu),提出了三類新型的單向R-OADM結(jié)構(gòu),包括:功能集成型R-OADM模塊、基于濾波光開關(guān)單元的集成化R-OADM模塊和動態(tài)可調(diào)光分插復(fù)用器模塊,其中基于濾波光開關(guān)單元的集成化R-OADM是最易實現(xiàn)的一種結(jié)構(gòu).在濾波光開關(guān)單元的集成化R-OADM基礎(chǔ)上,利用共用的光開關(guān),我們又提出了一種雙向的R-OADM.最后成功開發(fā)了單向和雙向R-OADM模塊樣機(jī).其技術(shù)指標(biāo)基本滿足要求,但受限于實驗室里有限

7、的組裝和調(diào)試條件,未實現(xiàn)產(chǎn)品化.如考慮利用生產(chǎn)線上的成熟調(diào)試工藝,并設(shè)計特殊的準(zhǔn)直器用于此模塊,預(yù)計其技術(shù)指標(biāo)將有大幅度的提高. 3.在級聯(lián)傳輸方面,首次提出了描述濾波和色散斜率綜合效應(yīng)的理論模型,用解析的方法揭示了這兩種效應(yīng)對信號的綜合影響的物理本質(zhì). 我們研究了速率為10Gb/s和40Gb/s的單一碼型信號經(jīng)過級聯(lián) TFFs (R-OADM 中的常用濾波器) 的傳輸性能,分別采用兩種不同的模型來近似 TFFs 的傳輸

8、特性,即Butteeworth 模型和基于實測數(shù)據(jù)的模型.仿真結(jié)果出人意料:濾波效應(yīng)能夠在一定程度上修正色散斜率引起的信號形變；并且,適當(dāng)調(diào)節(jié)信號與濾波器之間的頻率差可以改善接收信號的眼的張開度.最后我們建立了一個理論模型,用解析的方法對仿真中的發(fā)現(xiàn)加以解釋,揭示了色散斜率和濾波效應(yīng)綜合影響的物理本質(zhì).此模型可以為濾波和色散斜率為傳輸損傷主要限制因素的高速系統(tǒng)設(shè)計提供理論依據(jù). 4.比較了典型調(diào)制碼型在OADM網(wǎng)絡(luò)中的傳輸及組網(wǎng)

9、性能,并提出了一種相位自動校準(zhǔn)的多碼型可調(diào)發(fā)射機(jī)(已申報國家專利). 我們重點研究了典型調(diào)制碼在基于TFFs的OADM網(wǎng)絡(luò)中的傳輸性能.考慮到信號會受到OADM中的濾波器和傳輸光纖段的影響,我們首先比較了三種典型碼(即NRZ,DB,CSRZ)經(jīng)過級聯(lián)OADM的傳輸性能,接著研究了光纖非線性對高速相位調(diào)制碼型傳輸性能的影響及相位調(diào)制碼型與寄生脈沖的關(guān)系,并提出了一種可以根據(jù)數(shù)據(jù)特征優(yōu)化系統(tǒng)性能的多碼型發(fā)射機(jī).這些研究結(jié)果將為基于

10、TFFs的R-OADM網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供有益的參考.5.探討了多粒度光網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點結(jié)構(gòu)和資源調(diào)配算法,提出一種多粒度雙向R-OADM的模塊結(jié)構(gòu)(相關(guān)專利正在申請中)和一種可以有效的將波長組合成波帶的簡單算法. 我們對多粒度光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵問題進(jìn)行了初步的探討.基于我們提出的單向R-OADM的模塊結(jié)構(gòu),提出一類基于濾波光開關(guān)單元的兩級粒度雙向R-OADM模塊結(jié)構(gòu).最后,針對包括波長/波帶復(fù)用的兩級交換粒度,提出了一種可以有效的將波長組合成波