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。另一種方案是光時分復(fù)用（OTDM）系統(tǒng)。
與WDM系統(tǒng)相比，OTDM系統(tǒng)只需單個光源，光放大時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，解時分復(fù)用采用目前比較成熟的PLL光時鐘提取方法，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)換模塊將多個獨(dú)立信道的WDM信號波長轉(zhuǎn)換成固定波長；時分復(fù)用模塊把固定波長的信號進(jìn)行時分復(fù)用；經(jīng)過光纖傳輸，在解時分復(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)換模塊和解時分及解時分復(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)換和時分復(fù)用，兩個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時分復(fù)用模型
調(diào)用Passives Library中的Time Dalay（時延器）和Power Combiners庫中的Power Combiners 2×1（功率耦合器）,按圖2時分復(fù)用模型所示連接。2個Time Delay時延時間分別設(shè)置為Delay＝0s和Delay＝1/(bit rate)×1/2s。波長為λOTDM的信號經(jīng)過時延器，再通過功率耦合器完成兩時隙的時分復(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)換前后的時域和波長圖
3.2光纖傳輸時分復(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時分復(fù)用信號的解復(fù)用
光時鐘提取與電時鐘提取的功能相同，但光時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的時鐘脈沖。提取出來的時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，時鐘脈沖的時間抖動應(yīng)盡可能小，其相位噪聲也應(yīng)盡量低，為保證時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。可以預(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。