0 引言

為了能在現有設備的基礎上增加通信容量，一種方案是采用已投入商用的波分復用（WDM）系統。WDM系統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大幾倍至幾十倍。在長途網中，可以根據實際業務量的需要逐步增加波長來實現擴容，十分靈活。另一種方案是光時分復用（OTDM）系統。與WDM系統相比，OTDM系統只需單個光源，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擾，且具有便于用戶接入、易于與現行的SDH及ATM兼容等優點。可以預見在未來的Tb/s級通信系統中，混合光網絡將成為重要的通信手段。

利用WDM和OTDM技術組合構成的混合系統可以互取技術優勢，具有光纖帶寬資源利用率高、系統傳輸容量大、構建技術簡單、性能價格比合理等優勢，是解決干線高速大容量傳輸的多用戶通信網絡的最佳方式。我們在仿真實驗中信源采用抗非線性強的RZ調制信號，波長轉換采用轉換效率和速率都比較高的基于SOA-XGW的全光轉換方式，解時分復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絡的傳輸性能。

1 混合光網絡系統構成

未來全光網的發展需要使高速OTDM干線和WDM網絡相互結合，揚長避短，以建設高速、大容量、性價比合理的全光網絡。圖1為WDM/OTDM混合光網絡體統構成圖。波長轉換模塊將多個獨立信道的WDM信號波長轉換成固定波長；時分復用模塊把固定波長的信號進行時分復用；經過光纖傳輸，在解時分復用模塊對信號進行解復用；然后相應信道的信號在波長轉換模塊中轉換波長后再送到各自的終端。

圖1　WDM/OTDM混合光網絡系統構成圖

在混合光網絡系統中，波長轉換是信號由WDM系統進入OTDM系統的關鍵技術，而光時鐘提取是實現混合光網絡高速通信的關鍵技術。因此波長轉換模塊和解時分及解時分復用模塊將是影響混合光網絡性能的關鍵。

2 基于Optisystem的混合光網絡仿真模型

根據WDM/OTDM系統的工作原理，該仿真系統關鍵模塊有信源模型、波長轉換器模型、時分復用模型、光纖傳輸模型和解復用模型。

2.1信源模型

調用Transmitters Library中光輸入源庫中的CWLaser（連續激光器）、Tranmitters Library中的二進制序列發生器庫中的Pseudo－Random Bit Sequence Gener-ator（偽隨機序列發生器）、還有Pulse Generators中的電發生器中的RZ Pulse Generator（歸零脈沖發生器）和Optical Modulators中的Amplitude Modulator（光振幅調制器）。按圖2信源模型所示連接。本仿真實驗采用RZ調制信號模擬兩路WDM信號進行波長轉換和時分復用，兩個信源激光器的波長分別設置為λ1＝1550nm和λ2＝1560nm。

圖2　WDM/OTDM混合光網絡的實驗圖

2.2波長轉換器模型

調用Transmitters Library中光輸入源庫中的CW Laser（連續激光器）、WDM Multiplexer Library中多路復用庫中的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（半導體光放大器），按圖2中波長轉換模型所示連接。本仿真利用兩個波長轉換模型完成兩路信號的波長轉換，CW Laser的轉換波長設置為λOTDM=1540nm。

2.3時分復用模型

調用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時分復用模型所示連接。2個Time Delay時延時間分別設置為Delay＝0s和Delay＝1/(bit rate)×1/2s。波長為λOTDM的信號經過時延器，再通過功率耦合器完成兩時隙的時分復用。

2.4光纖傳輸模型

　　調用Optical Fiber Library中的Nonlinear Disper-sive Fiber，修改參數GVD－constant為17ps/nm/km(ITUG.652單模光纖1550nm處的標準色散值)作為SMF（單模光纖）模塊；修改為－80 ps/nm/km使其作為DCF（色散補償光纖）模塊。調用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。色散補償光纖用來補償傳輸過程中的光信號色散，EDFA用來補償傳輸過程中的損耗。

2.5解復用模型

　　調用Tranmitters Library中的二進制序列發生器庫中的Pseudo－Random Bit Sequence Generator（偽隨機序列發生器），改變Operation mode的設置為Ones，leading zeros和trailing zeros的數目設置為0，使其作為時鐘colck模塊，調用Pulse Generators中的電發生器中的RZ Pulse Generator（歸零脈沖發生器）和Optical Modulators中的Amplitude Modulator（光振幅調制器）。按圖2解時分復用模型所示連接，作為解復用模塊對信號進行解復用。再經過波長轉換模型把信號波長轉換到原來的波長上。

3 仿真結果結果分析

3.1波分信號的時分復用

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

圖3波長轉換前后的時域和波長圖

3.2光纖傳輸時分復用信號

　　RZ信號的抗非線性能力優于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。所以仿真實驗中的信源用RZ脈沖發生器對10Gb/s偽隨機信號進行調制，用來模擬實際中WDM多路信號。

　　混合光網路的干線采用OTDM技術，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造成的串擾問題，鏈路的色散管理方式簡單，光纖傳輸模塊中只需用色散補償光纖進行色散補償。圖4(a)為時分復用信號傳輸180m單模光纖后的眼圖，圖4(b)為再經過24m長的色散補償光纖后的眼圖。對比可知前后系統的信號傳輸質量有很大的提高。

圖4傳輸中加入色散補償光纖前后的眼圖

3.3時分復用信號的解復用

　　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用器用，其脈寬必須特別窄，因此，時鐘脈沖的時間抖動應盡可能小，其相位噪聲也應盡量低，為保證時鐘脈沖峰值功率的穩定應使提取系統的性能與偏振無關。能滿足這些要求的全光時鐘提取技術有鎖模半導體激光器、鎖模摻鉺光纖激光器以及鎖相環路(PLL)。目前使用較多的是PLL技術，是一種較為成熟的技術。本仿真也采用此技術。經過時分復用前后光信號的對比，信號并沒有太大的變化，仿真中的時分復用和解復用模塊具有很好的性能。

4 結束語

　　目前,高速率OTDM/WDM光通信系統目前的試驗線路雖然很多,也備受關注,但是一直未有商用系統投入使用,既有本身的技術問題,也有商業運作問題,但關鍵還是由于OTDM技術尚不成熟,還在實驗階段,加上需要較復雜的光學器件,離實用化還有一定距離,有待進一步研究。本仿真實驗采用目前技術比較成熟、效果比較好的基于SOA-XGW的波長轉換方式和鎖相環路光提取技術，并對信源進行抗非線性較強的歸零調制技術，在傳輸過程中還采用色散補償光纖，通過這些改進很好的改善了混合光網絡系統的性能，為光網絡的商用提供一些參考。可以預見在將來的Tb/s級通信系統中,混合光網絡將成為重要的通信手段。