12004-11-16
光时分复用
OTDM
第十二周
22004-11-16
内容提要
? TDM；
? OTDM概念；
? 比特间插、分组间插原理；
? 全光时分系统原理；
? OTDM发展前景。
32004-11-16
0 序
提高速率和增大容量是光纤通信的目标 。 电子器
件的极限速率大约在 20 Gbit/s左右, 现在通过 电时分
复用 (TDM)已经达到这个极限速率 。
若要继续提高速率一般有两种途径：
? 波分复用 (WDM), 特别是 DWDM
?光时分复用 (OTDM)
42004-11-16
1 时分复用 TDM
? 时分复用 (TDM)—— Time Division Multiplex
TDM是通信系统通用的实现高速率等级
的调制方式，单个波长通道光通信系统也能
实现多路 TDM通道。
? 但是，当数据速率达到 10Gbit/s时,TDM调
制就很困难。
? 一个解决的办法 —— OTDM
52004-11-16
2 OTDM—— Optical TDM
? 所谓 OTDM技术 就是用多个电信道信号调
制具有同一个光频的不同光信道，经复用
后在一根光纤中传输的扩容技术。
? 这种方法使用 宽带光电器件代替高速电子
器件,是一种构成高比特率传输的很有效
的技术。
62004-11-16
如今 WDM技术研究非常热, 其技术已经成熟并实
用化；而 OTDM技术还处于实验研究阶段, 许多关键
技术还有待解决 。 OTDM是在光域上进行时间分割复
用, 一般有两种复用方式：
? 比特间插 (Bit interleaved)
? 信元间插 (Cell interleaved)
比特间插是目前广泛被使用的方式, 信元间插 也
称为 光分组 (Optical Packet)复用 。
72004-11-16
2.1 OTDM关键器件及技术
? 超短脉冲光源；
? 光时分复用 /解复用技术；
? 光定时提取技术；
? 光时分交换网络
82004-11-16
2.2 OTDM关键器件及技术
? 超短脉冲光源；
? 光时分 复用 /解复用技术 ； （重点掌握）
? 光定时提取技术；
? 光时分交换网络
92004-11-16
3 OTDM和 DWDM区别
? OTDM——
用多个电信道信号调制具有同一个光
频的不同光通道，经复用后在同一根光纤
中传输。
? DWDM——
在同一根光纤中传输多波长光信号的
技术。
102004-11-16
4.1 几个概念
? 帧 ——
? 时隙 ——
? 同步技术 ——
112004-11-16
4.2 比特间插 OTDM
122004-11-16
4.3 分组（包）间插 OTDM
132004-11-16
5 全光时分复用的方法
? 利用光纤延迟线实现全光时分复用
（比特间插）
? 原理描述：
? …………
? 其他方法见课本 P72—— P75均有详细描述
142004-11-16
6 全光时分解复用
? 在 OTDM传输方式中，将低速光信号复用
成超高速光信号的 光时分复用技术 及将超
高速光信号解复用成低速率光信号的 光时
分解复用技术 是实现高速 OTDM传输所必
须的技术。
152004-11-16
Mod1
Mod2
…
Mod n
…
…
合
路
器
光
分
路
器
T
(n－ 1)T
超短脉冲
发生器
帧同步时钟
E/O MUX
接收机
误码检测
光带通滤波器
全光开关
DEMUX
光波时钟
产生
时钟提取
电路
EDFA
延迟线阵列待传数据输入
光
时
分
复
用
系
统
框
图
162004-11-16
系统光源是 超短光脉冲光源, 由光分路器分成 N
束, 各支路电信号分别被调制到各束超短光脉冲上,
然后通过光延迟线阵列, 使各支路光脉冲精确地按
预定要求在时间上错开, 再由合路器将这些支路光脉
冲复接在一起, 于是便完成了在光时域上的间插复用 。
接收端的光解复用器是一个光控高速开关, 在
时域上将各支路光信号分开 。
原 理 描 述
172004-11-16
? 要求：了解各种器件的特点。
光时分复用要求光源产生高重复率
（ 5~20GHz）、占空比相当小的超窄光脉
冲。
那么，为什么要如此,窄,？？？
7 超短光脉冲源
182004-11-16
7 常见超短光脉冲源
? 锁模环形光纤激光器 —— MLFRL；
? 锁模半导体激光器 —— MLSL；
? DFB激光器 +电吸收调制器（ EAM）；
? 增益开关 DFB激光器；
? 超连续（ SC）脉冲发生器。
192004-11-16
7.1锁模环形光纤激光器 MLFRL
? 特点：
1、产生的脉冲几乎没有啁啾；
2、输出波长灵活、稳定性好；
3、国外采用较多，技术复杂，但很有前途。
原理图见 P81图 4.14
202004-11-16
7.2 DFB激光器 +电吸收调制器
（ EAM）
? 特点：
1、重复频率可以任意改变；
2、易于外部信号同步；
3、稳定，但脉冲宽度较宽。
212004-11-16
7.3 SC光源
? 特点：
1、能够产生小于１ ps的光脉冲，波长可变，
频谱宽。
2、技术仍不成熟。
222004-11-16
8 全光定时提取
? 为了使节点接收电路与接收光脉冲数据流
同步，需 时钟恢复 。
? 当数据流速率达到几十 Gbit/s到 100 Gbit/s
时，就需要 光时钟恢复技术 。
232004-11-16
8.1 可变光纤延迟线 TOFL
? 同步，即是两个脉冲流在时间上的对
准。一个脉冲流与另一个脉冲流不同步无
非是时间 超前（ or滞后） 于另一个脉冲流
Δ T。
? 因此，同步的目的就是使一个脉冲相对另
一个脉冲流延迟 Δ T 。
? 这可以采用 光纤延迟线 来实现。
242004-11-16
8.1 可变光纤延迟线 TOFL
? 特点：
1、原理简单；
2、方法成本高，开关状态控制较为复杂。
252004-11-16
8.2 其他全光定时提取方法
? 电光锁相环 PLL
? —— 用于 LAN,MAN中
? 光学锁相环 OPLL
? —— 特别关注近几年新研究的,分频
锁相环路定时提取方式, ————
”Prescaled Timing Extraction”
262004-11-16
9 OTDM的应用前景
? 由于 OTDM的应用是 在一根光纤中只传输
单一波长的光信号，通过提高信号的传输
速率来提高传输容量,具有很多优点：
1、对 EDFA的增益平坦度要求不高；
2、不存在四波混频串扰及拉曼散射问题；
3、便于利用 OXC进行上 /下话路。
缺点, 设备复杂、带宽宽、色散影响大
272004-11-16
9 OTDM的应用前景
? 近几年发展
? 国外：
? 研究进展很快，目前 NTT公司可以实现
16× 6.3Gbit/s 200Km实验
? 国内：
? 清华、北邮、天大等可以实现：
8× 2.5Gbit/s 100Km传输实验；武汉邮电、
天大还进行了 4× 10Gbit/s 200Km
282004-11-16
9 OTDM的应用前景
? 未来发展：
? 无论 DWDM or OTDM，由于各自本身技术
的限制，都不可能将信道数做的很大，因
此容量和总速率受到一定限制。
? 如果将二者结合使用，发挥各自优势，则
可以改变这一限制。
? NTT公司进行的 3T bit/s OTDM/WDM传输
实验就是利用这一方法。
292004-11-16
9 OTDM的应用前景
? 对于光纤其带宽可达 100Tbit/s，如何充分
利用之，单靠 OTDM,DWDM或二者结合
是不行的。如果利用 OCDM/OTDM/DWDM
方式，总速率可达几十 Tbit/s，则接近可利
用的带宽。
? 什么是 OCDM，如何使用，下节课再将。
光时分复用
OTDM
第十二周
22004-11-16
内容提要
? TDM；
? OTDM概念；
? 比特间插、分组间插原理；
? 全光时分系统原理；
? OTDM发展前景。
32004-11-16
0 序
提高速率和增大容量是光纤通信的目标 。 电子器
件的极限速率大约在 20 Gbit/s左右, 现在通过 电时分
复用 (TDM)已经达到这个极限速率 。
若要继续提高速率一般有两种途径：
? 波分复用 (WDM), 特别是 DWDM
?光时分复用 (OTDM)
42004-11-16
1 时分复用 TDM
? 时分复用 (TDM)—— Time Division Multiplex
TDM是通信系统通用的实现高速率等级
的调制方式，单个波长通道光通信系统也能
实现多路 TDM通道。
? 但是，当数据速率达到 10Gbit/s时,TDM调
制就很困难。
? 一个解决的办法 —— OTDM
52004-11-16
2 OTDM—— Optical TDM
? 所谓 OTDM技术 就是用多个电信道信号调
制具有同一个光频的不同光信道，经复用
后在一根光纤中传输的扩容技术。
? 这种方法使用 宽带光电器件代替高速电子
器件,是一种构成高比特率传输的很有效
的技术。
62004-11-16
如今 WDM技术研究非常热, 其技术已经成熟并实
用化；而 OTDM技术还处于实验研究阶段, 许多关键
技术还有待解决 。 OTDM是在光域上进行时间分割复
用, 一般有两种复用方式：
? 比特间插 (Bit interleaved)
? 信元间插 (Cell interleaved)
比特间插是目前广泛被使用的方式, 信元间插 也
称为 光分组 (Optical Packet)复用 。
72004-11-16
2.1 OTDM关键器件及技术
? 超短脉冲光源；
? 光时分复用 /解复用技术；
? 光定时提取技术；
? 光时分交换网络
82004-11-16
2.2 OTDM关键器件及技术
? 超短脉冲光源；
? 光时分 复用 /解复用技术 ； （重点掌握）
? 光定时提取技术；
? 光时分交换网络
92004-11-16
3 OTDM和 DWDM区别
? OTDM——
用多个电信道信号调制具有同一个光
频的不同光通道，经复用后在同一根光纤
中传输。
? DWDM——
在同一根光纤中传输多波长光信号的
技术。
102004-11-16
4.1 几个概念
? 帧 ——
? 时隙 ——
? 同步技术 ——
112004-11-16
4.2 比特间插 OTDM
122004-11-16
4.3 分组（包）间插 OTDM
132004-11-16
5 全光时分复用的方法
? 利用光纤延迟线实现全光时分复用
（比特间插）
? 原理描述：
? …………
? 其他方法见课本 P72—— P75均有详细描述
142004-11-16
6 全光时分解复用
? 在 OTDM传输方式中，将低速光信号复用
成超高速光信号的 光时分复用技术 及将超
高速光信号解复用成低速率光信号的 光时
分解复用技术 是实现高速 OTDM传输所必
须的技术。
152004-11-16
Mod1
Mod2
…
Mod n
…
…
合
路
器
光
分
路
器
T
(n－ 1)T
超短脉冲
发生器
帧同步时钟
E/O MUX
接收机
误码检测
光带通滤波器
全光开关
DEMUX
光波时钟
产生
时钟提取
电路
EDFA
延迟线阵列待传数据输入
光
时
分
复
用
系
统
框
图
162004-11-16
系统光源是 超短光脉冲光源, 由光分路器分成 N
束, 各支路电信号分别被调制到各束超短光脉冲上,
然后通过光延迟线阵列, 使各支路光脉冲精确地按
预定要求在时间上错开, 再由合路器将这些支路光脉
冲复接在一起, 于是便完成了在光时域上的间插复用 。
接收端的光解复用器是一个光控高速开关, 在
时域上将各支路光信号分开 。
原 理 描 述
172004-11-16
? 要求：了解各种器件的特点。
光时分复用要求光源产生高重复率
（ 5~20GHz）、占空比相当小的超窄光脉
冲。
那么，为什么要如此,窄,？？？
7 超短光脉冲源
182004-11-16
7 常见超短光脉冲源
? 锁模环形光纤激光器 —— MLFRL；
? 锁模半导体激光器 —— MLSL；
? DFB激光器 +电吸收调制器（ EAM）；
? 增益开关 DFB激光器；
? 超连续（ SC）脉冲发生器。
192004-11-16
7.1锁模环形光纤激光器 MLFRL
? 特点：
1、产生的脉冲几乎没有啁啾；
2、输出波长灵活、稳定性好；
3、国外采用较多，技术复杂，但很有前途。
原理图见 P81图 4.14
202004-11-16
7.2 DFB激光器 +电吸收调制器
（ EAM）
? 特点：
1、重复频率可以任意改变；
2、易于外部信号同步；
3、稳定，但脉冲宽度较宽。
212004-11-16
7.3 SC光源
? 特点：
1、能够产生小于１ ps的光脉冲，波长可变，
频谱宽。
2、技术仍不成熟。
222004-11-16
8 全光定时提取
? 为了使节点接收电路与接收光脉冲数据流
同步，需 时钟恢复 。
? 当数据流速率达到几十 Gbit/s到 100 Gbit/s
时，就需要 光时钟恢复技术 。
232004-11-16
8.1 可变光纤延迟线 TOFL
? 同步，即是两个脉冲流在时间上的对
准。一个脉冲流与另一个脉冲流不同步无
非是时间 超前（ or滞后） 于另一个脉冲流
Δ T。
? 因此，同步的目的就是使一个脉冲相对另
一个脉冲流延迟 Δ T 。
? 这可以采用 光纤延迟线 来实现。
242004-11-16
8.1 可变光纤延迟线 TOFL
? 特点：
1、原理简单；
2、方法成本高，开关状态控制较为复杂。
252004-11-16
8.2 其他全光定时提取方法
? 电光锁相环 PLL
? —— 用于 LAN,MAN中
? 光学锁相环 OPLL
? —— 特别关注近几年新研究的,分频
锁相环路定时提取方式, ————
”Prescaled Timing Extraction”
262004-11-16
9 OTDM的应用前景
? 由于 OTDM的应用是 在一根光纤中只传输
单一波长的光信号，通过提高信号的传输
速率来提高传输容量,具有很多优点：
1、对 EDFA的增益平坦度要求不高；
2、不存在四波混频串扰及拉曼散射问题；
3、便于利用 OXC进行上 /下话路。
缺点, 设备复杂、带宽宽、色散影响大
272004-11-16
9 OTDM的应用前景
? 近几年发展
? 国外：
? 研究进展很快，目前 NTT公司可以实现
16× 6.3Gbit/s 200Km实验
? 国内：
? 清华、北邮、天大等可以实现：
8× 2.5Gbit/s 100Km传输实验；武汉邮电、
天大还进行了 4× 10Gbit/s 200Km
282004-11-16
9 OTDM的应用前景
? 未来发展：
? 无论 DWDM or OTDM，由于各自本身技术
的限制，都不可能将信道数做的很大，因
此容量和总速率受到一定限制。
? 如果将二者结合使用，发挥各自优势，则
可以改变这一限制。
? NTT公司进行的 3T bit/s OTDM/WDM传输
实验就是利用这一方法。
292004-11-16
9 OTDM的应用前景
? 对于光纤其带宽可达 100Tbit/s，如何充分
利用之，单靠 OTDM,DWDM或二者结合
是不行的。如果利用 OCDM/OTDM/DWDM
方式，总速率可达几十 Tbit/s，则接近可利
用的带宽。
? 什么是 OCDM，如何使用，下节课再将。
