0 引言

為了能在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上增加通信容量，一種方案是采用已投入商用的波分復(fù)用（WDM）系統(tǒng)。WDM系統(tǒng)可以充分利用光纖的巨大帶寬資源，使一根光纖的傳輸容量擴(kuò)大幾倍至幾十倍。在長途網(wǎng)中，可以根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)量的需要逐步增加波長來實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容，十分靈活。另一種方案是光時(shí)分復(fù)用（OTDM）系統(tǒng)。與WDM系統(tǒng)相比，OTDM系統(tǒng)只需單個(gè)光源，光放大時(shí)不受放大器增益帶寬的限制，傳輸過程中也不存在四波混頻等非線性參量過程引起的串?dāng)_，且具有便于用戶接入、易于與現(xiàn)行的SDH及ATM兼容等優(yōu)點(diǎn)?？梢灶A(yù)見在未來的Tb/s級通信系統(tǒng)中，混合光網(wǎng)絡(luò)將成為重要的通信手段。

利用WDM和OTDM技術(shù)組合構(gòu)成的混合系統(tǒng)可以互取技術(shù)優(yōu)勢，具有光纖帶寬資源利用率高、系統(tǒng)傳輸容量大、構(gòu)建技術(shù)簡單、性能價(jià)格比合理等優(yōu)勢，是解決干線高速大容量傳輸?shù)亩嘤脩敉ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)的最佳方式。我們在仿真實(shí)驗(yàn)中信源采用抗非線性強(qiáng)的RZ調(diào)制信號，波長轉(zhuǎn)換采用轉(zhuǎn)換效率和速率都比較高的基于SOA-XGW的全光轉(zhuǎn)換方式，解時(shí)分復(fù)用采用目前比較成熟的PLL光時(shí)鐘提取方法，以盡可能地改善混合光網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能。

1 混合光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成

未來全光網(wǎng)的發(fā)展需要使高速OTDM干線和WDM網(wǎng)絡(luò)相互結(jié)合，揚(yáng)長避短，以建設(shè)高速、大容量、性價(jià)比合理的全光網(wǎng)絡(luò)。圖1為WDM/OTDM混合光網(wǎng)絡(luò)體統(tǒng)構(gòu)成圖。波長轉(zhuǎn)換模塊將多個(gè)獨(dú)立信道的WDM信號波長轉(zhuǎn)換成固定波長；時(shí)分復(fù)用模塊把固定波長的信號進(jìn)行時(shí)分復(fù)用；經(jīng)過光纖傳輸，在解時(shí)分復(fù)用模塊對信號進(jìn)行解復(fù)用；然后相應(yīng)信道的信號在波長轉(zhuǎn)換模塊中轉(zhuǎn)換波長后再送到各自的終端。

圖1　WDM/OTDM混合光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成圖

在混合光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，波長轉(zhuǎn)換是信號由WDM系統(tǒng)進(jìn)入OTDM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，而光時(shí)鐘提取是實(shí)現(xiàn)混合光網(wǎng)絡(luò)高速通信的關(guān)鍵技術(shù)。因此波長轉(zhuǎn)換模塊和解時(shí)分及解時(shí)分復(fù)用模塊將是影響混合光網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵。

2 基于Optisystem的混合光網(wǎng)絡(luò)仿真模型

根據(jù)WDM/OTDM系統(tǒng)的工作原理，該仿真系統(tǒng)關(guān)鍵模塊有信源模型、波長轉(zhuǎn)換器模型、時(shí)分復(fù)用模型、光纖傳輸模型和解復(fù)用模型。

2.1信源模型

調(diào)用Transmitters Library中光輸入源庫中的CWLaser（連續(xù)激光器）、Tranmitters Library中的二進(jìn)制序列發(fā)生器庫中的Pseudo－Random Bit Sequence Gener-ator（偽隨機(jī)序列發(fā)生器）、還有Pulse Generators中的電發(fā)生器中的RZ Pulse Generator（歸零脈沖發(fā)生器）和Optical Modulators中的Amplitude Modulator（光振幅調(diào)制器）。按圖2信源模型所示連接。本仿真實(shí)驗(yàn)采用RZ調(diào)制信號模擬兩路WDM信號進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換和時(shí)分復(fù)用，兩個(gè)信源激光器的波長分別設(shè)置為λ1＝1550nm和λ2＝1560nm。

圖2　WDM/OTDM混合光網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)圖

2.2波長轉(zhuǎn)換器模型

調(diào)用Transmitters Library中光輸入源庫中的CW Laser（連續(xù)激光器）、WDM Multiplexer Library中多路復(fù)用庫中的WDM Mux 2×1(合波器)和多路分用庫中的WDM Demux 1×2、Amplifiers Library中的光放大器庫中的SOA（半導(dǎo)體光放大器），按圖2中波長轉(zhuǎn)換模型所示連接。本仿真利用兩個(gè)波長轉(zhuǎn)換模型完成兩路信號的波長轉(zhuǎn)換，CW Laser的轉(zhuǎn)換波長設(shè)置為λOTDM=1540nm。

2.3時(shí)分復(fù)用模型

調(diào)用Passives Library中的Time Dalay（時(shí)延器）和Power Combiners庫中的Power Combiners 2×1（功率耦合器）,按圖2時(shí)分復(fù)用模型所示連接。2個(gè)Time Delay時(shí)延時(shí)間分別設(shè)置為Delay＝0s和Delay＝1/(bit rate)×1/2s。波長為λOTDM的信號經(jīng)過時(shí)延器，再通過功率耦合器完成兩時(shí)隙的時(shí)分復(fù)用。

2.4光纖傳輸模型

　　調(diào)用Optical Fiber Library中的Nonlinear Disper-sive Fiber，修改參數(shù)GVD－constant為17ps/nm/km(ITUG.652單模光纖1550nm處的標(biāo)準(zhǔn)色散值)作為SMF（單模光纖）模塊；修改為－80 ps/nm/km使其作為DCF（色散補(bǔ)償光纖）模塊。調(diào)用Amplifiers Library中光放大器庫中的EDFA Ideal（理想摻鉺光纖放大器），按圖2光纖傳輸模塊所示連接。色散補(bǔ)償光纖用來補(bǔ)償傳輸過程中的光信號色散，EDFA用來補(bǔ)償傳輸過程中的損耗。

2.5解復(fù)用模型

　　調(diào)用Tranmitters Library中的二進(jìn)制序列發(fā)生器庫中的Pseudo－Random Bit Sequence Generator（偽隨機(jī)序列發(fā)生器），改變Operation mode的設(shè)置為Ones，leading zeros和trailing zeros的數(shù)目設(shè)置為0，使其作為時(shí)鐘colck模塊，調(diào)用Pulse Generators中的電發(fā)生器中的RZ Pulse Generator（歸零脈沖發(fā)生器）和Optical Modulators中的Amplitude Modulator（光振幅調(diào)制器）。按圖2解時(shí)分復(fù)用模型所示連接，作為解復(fù)用模塊對信號進(jìn)行解復(fù)用。再經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換模型把信號波長轉(zhuǎn)換到原來的波長上。

3 仿真結(jié)果結(jié)果分析

3.1波分信號的時(shí)分復(fù)用

　　波長轉(zhuǎn)換器有多種結(jié)構(gòu)和機(jī)制，目前研究較為成熟的以半導(dǎo)體光放大器(SOA)為基礎(chǔ)的波長轉(zhuǎn)換器，包括交叉增益飽和調(diào)制型(SOA－XGM)、交叉相位調(diào)制型(SOA－XPM)以及四波混頻型波長轉(zhuǎn)換器(SOA－FWM)等?；诎雽?dǎo)體光放大器交叉增益調(diào)制效應(yīng)（SOA－XGM）的全光波長轉(zhuǎn)換方案結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)換范圍寬，偏振不敏感，轉(zhuǎn)換效率高，轉(zhuǎn)換速度也高達(dá)100Gb/s，最具實(shí)用化。本仿真采用基于SOA-XGW的全光波長轉(zhuǎn)換方案。信源信號和轉(zhuǎn)換光波通過波分復(fù)用器合波，然后經(jīng)過半導(dǎo)體光放大器放大，最后通過分波器分波，轉(zhuǎn)換前后的光信號的顯著特點(diǎn)是相位相反，如圖3(a)和(b)所示。圖3(c)是轉(zhuǎn)換前信號的光波－功率圖和圖3(d)是轉(zhuǎn)換后信號的光波－功率圖，比較后表明基于SOA-XGW的全光波長轉(zhuǎn)換方式很好地完成了信號波長的轉(zhuǎn)換，仿真實(shí)驗(yàn)中把波長為1550nm的信號轉(zhuǎn)換為波長為1540nm的信號。

圖3波長轉(zhuǎn)換前后的時(shí)域和波長圖

3.2光纖傳輸時(shí)分復(fù)用信號

　　RZ信號的抗非線性能力優(yōu)于NRZ信號，信號平均功率低，偏振模色散容忍度高，且由于脈寬較窄，更適合高速OTDM系統(tǒng)。所以仿真實(shí)驗(yàn)中的信源用RZ脈沖發(fā)生器對10Gb/s偽隨機(jī)信號進(jìn)行調(diào)制，用來模擬實(shí)際中WDM多路信號。

　　混合光網(wǎng)路的干線采用OTDM技術(shù)，傳輸過程采用單一波長，無須考慮鏈路中光放大器的增益平坦問題，不存在由四波混頻等非線性效應(yīng)造成的串?dāng)_問題，鏈路的色散管理方式簡單，光纖傳輸模塊中只需用色散補(bǔ)償光纖進(jìn)行色散補(bǔ)償。圖4(a)為時(shí)分復(fù)用信號傳輸180m單模光纖后的眼圖，圖4(b)為再經(jīng)過24m長的色散補(bǔ)償光纖后的眼圖。對比可知前后系統(tǒng)的信號傳輸質(zhì)量有很大的提高。

圖4傳輸中加入色散補(bǔ)償光纖前后的眼圖

3.3時(shí)分復(fù)用信號的解復(fù)用

　　光時(shí)鐘提取與電時(shí)鐘提取的功能相同，但光時(shí)鐘提取必須從高速率的光脈沖中提取出低速的光脈沖或電脈沖，例如從160Gb/s的光脈沖信號中提取10Gb/s的時(shí)鐘脈沖。提取出來的時(shí)鐘脈沖作為控制脈沖提供給解復(fù)用器用，其脈寬必須特別窄，因此，時(shí)鐘脈沖的時(shí)間抖動(dòng)應(yīng)盡可能小，其相位噪聲也應(yīng)盡量低，為保證時(shí)鐘脈沖峰值功率的穩(wěn)定應(yīng)使提取系統(tǒng)的性能與偏振無關(guān)。能滿足這些要求的全光時(shí)鐘提取技術(shù)有鎖模半導(dǎo)體激光器、鎖模摻鉺光纖激光器以及鎖相環(huán)路(PLL)。目前使用較多的是PLL技術(shù)，是一種較為成熟的技術(shù)。本仿真也采用此技術(shù)。經(jīng)過時(shí)分復(fù)用前后光信號的對比，信號并沒有太大的變化，仿真中的時(shí)分復(fù)用和解復(fù)用模塊具有很好的性能。

4 結(jié)束語

　　目前,高速率OTDM/WDM光通信系統(tǒng)目前的試驗(yàn)線路雖然很多,也備受關(guān)注,但是一直未有商用系統(tǒng)投入使用,既有本身的技術(shù)問題,也有商業(yè)運(yùn)作問題,但關(guān)鍵還是由于OTDM技術(shù)尚不成熟,還在實(shí)驗(yàn)階段,加上需要較復(fù)雜的光學(xué)器件,離實(shí)用化還有一定距離,有待進(jìn)一步研究。本仿真實(shí)驗(yàn)采用目前技術(shù)比較成熟、效果比較好的基于SOA-XGW的波長轉(zhuǎn)換方式和鎖相環(huán)路光提取技術(shù)，并對信源進(jìn)行抗非線性較強(qiáng)的歸零調(diào)制技術(shù)，在傳輸過程中還采用色散補(bǔ)償光纖，通過這些改進(jìn)很好的改善了混合光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能，為光網(wǎng)絡(luò)的商用提供一些參考?？梢灶A(yù)見在將來的Tb/s級通信系統(tǒng)中,混合光網(wǎng)絡(luò)將成為重要的通信手段。