光纖通信復(fù)用技術(shù)的研究資料

光纖通信復(fù)用技術(shù)的研究資料,光纖通信,技術(shù),研究,鉆研,資料 第三章 時(shí)分多路復(fù)用與復(fù)接技術(shù) 1 時(shí)分多路復(fù)用 ????為了提高信道利用率，使多個(gè)信號(hào)沿同一信道傳輸而互相不干擾，稱多路復(fù)用。目前采用較 多的是頻分多路復(fù)用和時(shí)分多路復(fù)用。頻分多路復(fù)用用于模擬通信，例如載波通信，時(shí)分多 路復(fù)用用于數(shù)字通信，例如PCM通信。 ???? 時(shí)分多路復(fù)用通信，是各路信號(hào)在同一信道上占有不同時(shí)間間隙進(jìn)行通信。由前述的抽樣理 論可知，抽樣的一個(gè)重要作用，是將時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)變成時(shí)間上離散的信號(hào)，其在信道上 占用時(shí)間的有限性，為多路信號(hào)沿同一信道傳輸提供了條件。具體說(shuō)，就是把時(shí)間分成一些 均勻的時(shí)間間隙，將各路信號(hào)的傳輸時(shí)間分配在不同的時(shí)間間隙，以達(dá)到互相分開，互不干擾的目的。圖3－1為時(shí)分多路復(fù)用示意圖，各路信號(hào)經(jīng)低通濾波器將頻帶限制在3400Hz以下，然后加到快速電子旋轉(zhuǎn)開關(guān)(稱分配器)開關(guān)不斷重復(fù)地作勻速旋轉(zhuǎn)，每旋轉(zhuǎn) 一周的時(shí)間等于一個(gè)抽樣周期T，這樣就做到對(duì)每一路信號(hào)每隔周期T時(shí)間抽樣一次。由此可 見，發(fā)端分配器不僅起到抽樣的作用，同時(shí)還起到復(fù)用合路的作用。合路后的抽樣信號(hào)送到 PCM編碼器進(jìn)行量化和編碼，然后將數(shù)字信碼送往信道。在收端將這些從發(fā)送端送來(lái)的各路 信碼依次解碼，還原后的PAM信號(hào)，由收端分配器旋轉(zhuǎn)開關(guān)K2依次接通每一路信號(hào)，再經(jīng) 低通平滑，重建成話音信號(hào)。由此可見收端的分配器起到時(shí)分復(fù)用的分路作用，所以收端分 配器又叫分路門。 　 ????當(dāng)采用單片集成PCM編解碼器時(shí)，其時(shí)分復(fù)用方式是先將各路信號(hào)分別抽樣、編碼、再經(jīng)時(shí) 分復(fù)用分配器合路后送入信道，接收端先分路，然后各路分別解碼和重建信號(hào)。 ???? 要注意的是：為保證正常通信，收、發(fā)端旋轉(zhuǎn)開關(guān)必須同頻同相。同頻是指的旋轉(zhuǎn)速度要完全相同，同相指的是發(fā)端旋轉(zhuǎn)開關(guān)連接第一路信號(hào)時(shí)，收端旋轉(zhuǎn) 開關(guān)K2也必須連接第一路，否則收端將收不到本路信號(hào)，為此要求收、發(fā)雙方必須保持嚴(yán) 格的同步。時(shí)分復(fù)用后的數(shù)碼流示意圖示于圖3－2 1.1 時(shí)分復(fù)用中的同步技術(shù) ????時(shí)分復(fù)用通信中的同步技術(shù)包括位同步(時(shí)鐘同步)和幀同步，這是數(shù)字通信的又一個(gè)重要特 點(diǎn)。位同步是最基本的同步，是實(shí)現(xiàn)幀同步的前提。位同步的基本含義是收、發(fā)兩端機(jī)的時(shí) 鐘頻率必須同頻、同相，這樣接收端才能正確接收和判決發(fā)送端送來(lái)的每一個(gè)碼元。為了 達(dá)到收、發(fā)端頻率同頻、同相，在設(shè)計(jì)傳輸碼型時(shí)，一般要考慮傳輸?shù)拇a型中應(yīng)含有發(fā)送端 的時(shí)鐘頻率成分。這樣，接收端從接收到PCM碼中提取出發(fā)端時(shí)鐘頻率來(lái)控制收端時(shí)鐘，就 可做到位同步。 ????幀同步是為了保證收、發(fā)各對(duì)應(yīng)的話路在時(shí)間上保持一致，這樣接收端就能正確接收發(fā)送端 送來(lái)的每一個(gè)話路信號(hào)，當(dāng)然這必須是在位同步的前提下實(shí)現(xiàn)。 ????為了建立收、發(fā)系統(tǒng)的幀同步，需要在每一幀(或幾幀)中的固定位置插入具有特定碼型的幀 同步碼。這樣，只要收端能正確識(shí)別出這些幀同步碼，就能正確辨別出每一幀的首尾，從而 能正確區(qū)分出發(fā)端送來(lái)的各路信號(hào)。 1.2 時(shí)分復(fù)用的幀結(jié)構(gòu)  ????現(xiàn)以PCM30/32路電話系統(tǒng)為例，來(lái)說(shuō)明時(shí)分復(fù)用的幀結(jié)構(gòu)，這樣形成的PCM信號(hào)稱為PCM一次 群信號(hào)。 ???? 在討論時(shí)分多路復(fù)用原理時(shí)曾指出，時(shí)分多路復(fù)用的方式是用時(shí)隙來(lái)分割的，每一路信號(hào)分 配 一個(gè)時(shí)隙叫路時(shí)隙，幀同步碼和信令碼也各分配一個(gè)路時(shí)隙。PCM30/32系統(tǒng)的意思是整個(gè)系 統(tǒng)共分為32個(gè)路時(shí)隙，其中30個(gè)路時(shí)隙分別 用來(lái)傳送30路話音信號(hào)，一個(gè)路時(shí)隙用來(lái)傳送幀同步碼，另一個(gè)路時(shí)隙用來(lái)傳送信令碼。 圖3－3是CCITT建議G.732規(guī)定的幀結(jié)構(gòu)。 ????從圖中可看出，PCM30/32路系統(tǒng)中一個(gè)復(fù)幀包含16幀，編號(hào)為幀、幀……幀，一復(fù)幀的時(shí)間為2毫秒。每一幀(每幀的時(shí)間為125微秒)又包含有32個(gè)路時(shí)隙，其編號(hào) 為，每個(gè)路時(shí)隙的時(shí)間為3.9微秒。每一路時(shí)隙包含 有8個(gè)位時(shí)隙，其編號(hào)為，每個(gè)位時(shí)隙的時(shí)間為0.488微秒。  ???? 路時(shí)隙分別傳送第1路~第15路的信碼，路時(shí)隙分 別傳送第16路~第30路的信碼。偶幀時(shí)隙傳送幀同步碼，其碼型為{×0011011}。奇幀TS0時(shí)隙碼型為{×1A1SSSSS}，其中A1是對(duì)端告警碼，A1=0時(shí)表示幀同步，A1=1時(shí)表示幀失步；S為備用比特，可用來(lái)傳送業(yè)務(wù)碼；×為國(guó)際備用比特或傳送循環(huán)冗余校 驗(yàn)碼(CRC碼)，它可用于監(jiān)視誤碼。幀時(shí)隙前4位碼為復(fù)幀同步碼，其碼型為 0000；A2為復(fù)幀失步對(duì)告碼。幀的時(shí)隙用來(lái)傳送30個(gè)話路的信 令碼。幀時(shí)隙前4位碼用來(lái)傳送第1路信號(hào)的信令碼，后4位碼用來(lái)傳送第16 路信號(hào)的信令碼……。直到幀時(shí)隙前后各4位碼分別傳送第15路、第30 路信號(hào)的信令碼，這樣一個(gè)復(fù)幀中各個(gè)話路分別輪流傳送信令碼一次。按圖3－3所示的幀 結(jié)構(gòu)，并根據(jù)抽樣理論，每幀頻率應(yīng)為8000幀/秒，幀周期為125微秒，所以PCM30/32路系統(tǒng) 的總數(shù)碼率是 ????=80000(幀/秒)×32(路時(shí)隙/幀)×8(bit/路時(shí)隙)=2048kbit/s=2.048Mbit/s ????PCM30/32路端機(jī)方框圖如圖3－4所示。 ????用戶的話音信號(hào)(發(fā)與收)采用二線制傳輸，但端機(jī)的發(fā)送與接收支路是分開的，即發(fā)與收是 采用四線制傳輸。因此，用戶的話音信號(hào)需經(jīng)2/4線變換，也就是通過(guò)差動(dòng)變量器(差動(dòng)變量 器1~2端發(fā)送與4－1端接收的傳輸衰減越小越好，而4－2端的衰減要越大越好，以防止通路 振鳴)1~2端送入PCM端機(jī)的發(fā)送端，經(jīng)放大(調(diào)節(jié)話音電平)、低通濾波(限制話音頻帶、防止 折疊噪聲)、抽樣、合路和編碼，編碼后的PCM碼、幀同步碼、信令碼、數(shù)據(jù)信號(hào)碼在匯總電 路里按PCM30/32系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)排列，最后經(jīng)碼型變換成適宜于信道傳輸?shù)拇a型送往信道。接收 端首先將接收到信號(hào)進(jìn)行整形、再生，然后經(jīng)過(guò)碼型反變換，恢復(fù)成原來(lái)的碼型，再由分離 電路將PCM碼、信令碼、幀同步碼、數(shù)據(jù)信號(hào)碼分離，分離出的話路信碼經(jīng)解碼、分路門恢 復(fù)出每一路的PCM信號(hào)，然后經(jīng)低通平滑，恢復(fù)成每一路的話音模擬信號(hào)，最后經(jīng)放大、差 動(dòng)變量器4~1端送至用戶。再生電路所提取時(shí)鐘，除了用于抽樣判決，識(shí)別每一個(gè)碼元外， 還由它來(lái)控制收端定時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生收端所需的各種脈沖信號(hào)。 2 數(shù)字復(fù)接技術(shù) ????在頻分制載波系統(tǒng)中，高次群系統(tǒng)是由若干個(gè)低次群信號(hào)通過(guò)頻譜搬移并疊加而成。例如， 60路載波是由5個(gè)12路載波經(jīng)過(guò)頻譜搬移疊加而成；1800路載波是由30個(gè)60路載波經(jīng)過(guò)頻譜 搬移疊加而成。 ???? 在時(shí)分制數(shù)字通信系統(tǒng)中，為了擴(kuò)大傳輸容量和提高傳輸效率，常常需要將若干個(gè)低速數(shù)字 信號(hào)合并成一個(gè)高速數(shù)字信號(hào)流，以便在高速寬帶信道中傳輸。數(shù)字復(fù)接技術(shù)就是解決PCM 信號(hào)由低次群到高次群的合成的技術(shù)。 2.1 PCM復(fù)用與數(shù)字復(fù)接 ????擴(kuò)大數(shù)字通信容量有兩種方法。一種方法是采用PCM30/32系統(tǒng)(又稱基群或一次群)復(fù)用的方 法。例如需要傳送120路電話時(shí)，可將120路話音信號(hào)分別用8kHz抽樣頻率抽樣，然后對(duì)每個(gè) 抽樣值編8位碼，其數(shù)碼率為8000×8×120=7680kbit/s。由于每幀時(shí)間為125微秒，每個(gè)路 時(shí)隙的時(shí)間只有1微秒左右，這樣每個(gè)抽樣值編8位碼的時(shí)間只有1微秒時(shí)間，其編碼速度非 常高 ，對(duì)編碼電路及元器件的速度和精度要求很高，實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常困難。但這種方法從原理上講 是可行的，這種對(duì)120路話音信號(hào)直接編碼復(fù)用的方法稱PCM復(fù)用。另一種方法是將幾個(gè)(例 如4個(gè))經(jīng)PCM復(fù)用后的數(shù)字信號(hào)(例如4個(gè)PCM30/32系統(tǒng))再進(jìn)行時(shí)分復(fù)用，形成更多路的數(shù)字 通信系統(tǒng)。顯然，經(jīng)過(guò)數(shù)字復(fù)用后的信號(hào)的數(shù)碼率提高了，但是對(duì)每一個(gè)基群編碼速度沒(méi) 有提高，實(shí)現(xiàn)起來(lái)容易，目前廣泛采用這種方法提高通信容量。由于數(shù)字復(fù)用是采用數(shù)字 復(fù)接的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，又稱數(shù)字復(fù)接技術(shù)。 ???? 數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)由數(shù)字復(fù)接器和數(shù)字分接器組成，如圖3－5所示。數(shù)字復(fù)接器是把兩個(gè)或兩個(gè) 以上的支路(低次群)，按時(shí)分復(fù)用方式合并成一個(gè)單一的高次群數(shù)字信號(hào)設(shè)備，它由定時(shí)、 碼速調(diào)整和復(fù)接單元等組成。數(shù)字分接器的功能是把已合路的高次群數(shù)字信號(hào)，分解成原來(lái) 的低次群數(shù)字信號(hào)，它由幀同步、定時(shí)、數(shù)字分接和碼速恢復(fù)等單元組成。  ????定時(shí)單元給設(shè)備提供一個(gè)統(tǒng)一的基準(zhǔn)時(shí)鐘。碼速調(diào)整單元是把速率不同的各支路信號(hào)，調(diào)整 成與復(fù)接設(shè)備定時(shí)完全同步的數(shù)字信號(hào)，以便由復(fù)接單元把各個(gè)支路信號(hào)復(fù)接成一個(gè)數(shù)字流 。另外在復(fù)接時(shí)還需要插入幀同步信號(hào)，以便接收端正確接收各支路信號(hào)。分接設(shè)備的定時(shí) 單元是由接收信號(hào)中提取時(shí)鐘，并分送給各支路進(jìn)行分接用。 CCITT已推薦了兩類數(shù)字速率系列和復(fù)接等級(jí)，兩類數(shù)字速率系列和數(shù)字復(fù)接等級(jí)分別如表3 －1和圖3－6所示。 表3－1 兩類數(shù)字速率系列 群號(hào) 一次群 二次群 三次群 四次群 數(shù)碼率(Mbit/s) 1.544 6.312 32.064 97.728 話路數(shù) 24 24*4=96 95*5=480 480*3=1440 數(shù)碼率(Mbit/s) 2.048 8.448 34.368 139.264 話路數(shù) 30 30*40=120 120*4=480 480*4=1920 2.2數(shù)字信號(hào)的復(fù)接 ????數(shù)字復(fù)接的方法主要有按位復(fù)接、按字復(fù)接和按幀復(fù)接三種。按位復(fù)接又叫比特復(fù)接，即復(fù) 接時(shí)每支路依次復(fù)接一個(gè)比特。圖3－7(a)所示是4個(gè)PCM30/32系統(tǒng)時(shí)隙(CH1話路) 的碼字情況。圖3－7(b)是按位復(fù)接后的二次群中各支路數(shù)字碼排列情況。按位復(fù)接方法簡(jiǎn) 單易行，設(shè)備也簡(jiǎn)單，存儲(chǔ)器容量小，目前被廣泛采用，其缺點(diǎn)是對(duì)信號(hào)交換不利。圖3－7 (c)是按字復(fù)接，對(duì)PCM30/32系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一個(gè)碼字有8位碼，它是將8位碼先儲(chǔ)存起來(lái)，在規(guī) 定時(shí)間四個(gè)支路輪流復(fù)接，這種方法有利于數(shù)字電話交換，但要求有較大的存儲(chǔ)容量。按幀 復(fù)接是每次復(fù)接一個(gè)支路的一個(gè)幀(一幀含有256個(gè)比特)，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是復(fù)接時(shí)不破壞 原來(lái)的幀結(jié)構(gòu)，有利于交換，但要求更大的存儲(chǔ)容量。 2.3 數(shù)字復(fù)接中的碼速變換 ????幾個(gè)低次群數(shù)字信號(hào)復(fù)接成一個(gè)高次群數(shù)字信號(hào)時(shí)，如果各個(gè)低次群(例如PCM30 /32系統(tǒng))的時(shí)鐘是各自產(chǎn)生的，即使它們的標(biāo)稱數(shù)碼率相同，都是2048kbit/s，但它們的瞬 時(shí)數(shù)碼率也可能是不同的。因?yàn)楦鱾€(gè)支路的晶體振蕩器的振蕩頻率不可能完全相同(CCIT規(guī) 定PCM 30/32系統(tǒng)的瞬時(shí)數(shù)碼率在2048kbit/s±100bit/s)，幾個(gè)低次群復(fù)接后的數(shù)碼就會(huì)產(chǎn)生重 疊或錯(cuò)位，如圖3－8所示。 這樣復(fù)接合成后的數(shù)字信號(hào)流，在接收端是無(wú)法分接恢復(fù)成原來(lái)的低次群信號(hào)的。因此， 數(shù)碼率不同的低次群信號(hào)是不能直接復(fù)接的。為此，在復(fù)接前要使各低次群的數(shù)碼率同步 ，同時(shí)使復(fù)接后的數(shù)碼率符合高次群幀結(jié)構(gòu)的要求。由此可見，將幾個(gè)低次群復(fù)接成高次 群時(shí)，必須采取適當(dāng)?shù)拇胧哉{(diào)整各低次群系統(tǒng)的數(shù)碼率使其同步，這種同步是系統(tǒng)與系 統(tǒng)之間的同步，稱系統(tǒng)同步。  ????系統(tǒng)同步的方法有兩種，即同步復(fù)接和異步復(fù)接。同步復(fù)接是用一個(gè)高穩(wěn)定的主 時(shí)鐘來(lái)控制被復(fù)接的幾個(gè)低次群，使這幾個(gè)低次群的碼速統(tǒng)一在主時(shí)鐘的頻率上，這樣就 達(dá) 到系統(tǒng)同步的目的。這種同步方法的缺點(diǎn)是主時(shí)鐘一旦出現(xiàn)故障，相關(guān)的通信系統(tǒng)將全部中 斷。它只限于在局部區(qū)域內(nèi)使用。異步復(fù)接是各低次群使用各自的時(shí)鐘。這樣，各低次群的 時(shí)鐘速率就不一定相等，因而在復(fù)接時(shí)先要進(jìn)行碼速調(diào)整，使各低次群同步后再?gòu)?fù)接。 ???不論同步復(fù)接或異步復(fù)接，都需要碼速變換。雖然同步復(fù)接時(shí)各低次群的數(shù)碼率完全一致 ，但復(fù)接后的碼序列中還要加入幀同步碼、對(duì)端告警碼等碼元，這樣數(shù)碼率就要增加，因此 需要碼速變換。 ???? CCITT規(guī)定以2048kbit/s為一次群的PCM二次群的數(shù)碼率為8448kbit/s。按理說(shuō)，PCM二次 群的數(shù)碼率是4×2048kbit/s=8192kbit/s。當(dāng)考 慮到4個(gè)PCM一次群在復(fù)接時(shí)插入了幀同步碼、告警碼、插入碼和插入標(biāo)志碼等碼元，這此碼 元 的插入，使每個(gè)基群的數(shù)碼率由2048kbit/s調(diào)整到2112kbit/s，這樣4×2112kbit/s=8448kb it/s。碼速調(diào)整后的速率高于調(diào)整 前的速率，稱正碼速調(diào)整。 ???? 正碼速調(diào)整方框圖如圖3－9所示。每一個(gè)參與復(fù)接的數(shù)碼流都必須經(jīng)過(guò)一個(gè)碼速調(diào)整裝置 ，將瞬時(shí)數(shù)碼率不同的數(shù)碼流調(diào)整到相同的、較高的數(shù)碼率，然后再進(jìn)行復(fù)接。 ???? 碼速調(diào)整裝置的主體是緩沖存儲(chǔ)器，還包括一些必要的控制電路、輸入支路的數(shù)碼率=2.048Mbit/s±100bit/s，輸出數(shù)碼率為=2.112Mbit/s。所謂正碼速調(diào)整就是因?yàn)槎妹摹＊? ???? 假定緩存器中的信息原來(lái)處于半滿狀態(tài)，隨著時(shí)間的推移，由于讀出時(shí)鐘大于寫入時(shí) 鐘，緩存器中的信息勢(shì)必越來(lái)越少 ，如果不采取特別措施，終將導(dǎo)致緩存器中的信息 被取空，再讀出的信息將是虛假的信息。 ????為了防止緩存器的信息被取空，需要采取一些措施。一旦緩存器中的信息比特?cái)?shù)降到規(guī)定數(shù) 量時(shí) ，就發(fā)出控制信號(hào)，這時(shí)控制門關(guān)閉，讀出時(shí)鐘被扣除一個(gè)比特。由于沒(méi)有讀出時(shí)鐘，緩存 器中的信息就不能讀出去，而這時(shí)信息仍往緩存器存入，因此緩存器中的信息就增加一個(gè)比 特。如此 重復(fù)下去，就可將數(shù)碼流通過(guò)緩沖存儲(chǔ)器傳送出去，而輸出信碼的速率則增加為 圖3－10中某支路輸入碼速率為，在寫入時(shí)鐘作用下，將信碼寫入緩存器，讀出 時(shí)鐘頻率是，由于，所以緩存器是處于慢寫快讀的狀態(tài)，最后將會(huì)出現(xiàn)“取 空”現(xiàn)象。如果在設(shè)計(jì)電路時(shí)加入一控制門，當(dāng)緩沖存儲(chǔ)器中的信息尚未“取空”而快要“ 取空”時(shí)，就讓它停讀一次。同時(shí)插入一個(gè)脈沖(這是非信息碼)，以提高碼速率，如圖中① ②所示。從圖中可以看出，輸入信碼是以的速率寫入緩存器，而讀出脈沖是以速率 讀出，如圖中箭頭所示。由于，讀、寫時(shí)間差(相位差)越來(lái)越小，到第6個(gè)脈沖 到來(lái)時(shí)，與幾乎同時(shí)出現(xiàn)，這將出現(xiàn)沒(méi)有寫入都要求讀出信息的情況從而造成“取 空”現(xiàn)象。為了防止“取空”，這時(shí)就停讀一次，同時(shí)插入一個(gè)脈沖，如圖中虛線所示。 插入脈沖在何時(shí)插入是根據(jù)緩存器的儲(chǔ)存狀態(tài)來(lái)決定的，可通過(guò)插入脈沖控制電路來(lái)完成。 儲(chǔ)存狀態(tài)的檢測(cè)可通過(guò)相位比較器來(lái)完成。 ???? 在收端，分接器先將高次群信碼進(jìn)行分接，分接后的各支路信碼分別寫入各自的緩存器。 為了去掉發(fā)送端插入的插入脈沖(稱標(biāo)志信號(hào)脈沖)，首先要通過(guò)標(biāo)志信號(hào)檢出電路檢出標(biāo)志 信號(hào)， 然后通過(guò)寫入脈沖扣除電路扣除標(biāo)志信號(hào)。扣除了標(biāo)志信號(hào)后的支路信碼的順序與原來(lái)信碼 的順 序一樣，但在時(shí)間間隔上是不均勻的，中間有空隙如圖中③所示。但從長(zhǎng)時(shí)間來(lái)看，其平均 時(shí)間間隔，即平均碼速與原支路信碼相同，因此，在收端要恢復(fù)原支路信碼，必須先 從圖中③波形中提取時(shí)鐘。脈沖間隔均勻化的任務(wù)由鎖相環(huán)完成。鑒相器的輸入為已扣 除插入脈沖的，另一個(gè)輸入端接輸出，經(jīng)鑒相、低通和后獲得一個(gè)頻率 等于時(shí)鐘平均頻率的讀出時(shí)鐘，從緩存器中讀出信碼。 ?????????? [上一章] [下一章] 光網(wǎng)絡(luò)中三種復(fù)用技術(shù) 　　在光纖通信中，復(fù)用技術(shù)被認(rèn)為是擴(kuò)展現(xiàn)存光纖網(wǎng)絡(luò)工程容量的主要手段。復(fù)用技術(shù)主要包括時(shí)分復(fù)用TDM（Time Division Multiplexing）技術(shù)、空分復(fù)用SDM（Space Division Multiplexing）技術(shù)、波分復(fù)用WDM（WaveLength Division Multiplexing）技術(shù)和頻分復(fù)用FDM（Frequency Division Multiplexing）技術(shù)。但是，因?yàn)镕DM和WDM一般認(rèn)為并沒(méi)有本質(zhì)上的區(qū)別，所以可以認(rèn)為波分復(fù)用是＂粗分＂，而頻分復(fù)用是＂細(xì)分＂，從而把兩者歸入一類。下面主要討論SDM、TDM和WDM三種復(fù)用方式。 　　TDM技術(shù) 　　TDM技術(shù)在電子學(xué)通信中已經(jīng)是很成熟的復(fù)用技術(shù)。這種技術(shù)就是將傳輸時(shí)間分割成若干個(gè)時(shí)隙，將需要傳輸?shù)亩嗦沸盘?hào)按一定規(guī)律插入相應(yīng)時(shí)隙，從而實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)的復(fù)用傳輸。但是，這種技術(shù)在電子學(xué)通信使用中，由于受到電子速度、容量和空間兼容性諸多方面的限制，使得電子時(shí)分復(fù)用速率不能太高。例如，PDH信號(hào)僅達(dá)到0.5Gbps，盡管SDH體制信號(hào)采用同步交錯(cuò)復(fù)接方法己達(dá)到10Gbps（STM-64）的速率，但是，達(dá)到20Gbps卻是相當(dāng)困難的。另一方面，在光纖中，對(duì)于光信號(hào)產(chǎn)生的損耗（Attnuation）、反射（Reflectance）、顏色色散（Chromatic Dispersion）以及偏振模式色散PMD（Polarization Mode Dispersion）都將嚴(yán)重影響高速率調(diào)制信號(hào)的傳輸。當(dāng)信號(hào)達(dá)到STM-64或者更高速率時(shí)，PMD的脈沖擴(kuò)展效應(yīng)，就會(huì)造成信號(hào)＂模糊＂，引起接收機(jī)對(duì)于信號(hào)的錯(cuò)誤判斷從而產(chǎn)生誤碼。這是由于不同模式的偏振光在光纖運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生輕微的時(shí)間差，因而一般要求PMD系數(shù)必須在0.1ps/km以下。綜上所述，電時(shí)分復(fù)用技術(shù)的局限性，將電子學(xué)通信的傳輸速率限制在10～20Gbps以下。 　　SDM技術(shù) 　　對(duì)SDM的一般理解是：多條光纖的復(fù)用即光纜的復(fù)用。在某些地方，有現(xiàn)成的光纖通信網(wǎng)管道，并且還有空余的位置。所以為了增加容量，可以在管道中拉入更多光纖，這比電子學(xué)方法更便捷。對(duì)于空分復(fù)用的另一種理解是：在一根光纖中實(shí)現(xiàn)空分復(fù)用，即對(duì)于光纖的纖芯區(qū)域光束的空間分割。因?yàn)閱文９饫w纖芯部分芯徑僅有9～10mm，而且傳輸?shù)墓馐娓鼽c(diǎn)相位要存在漲落，因而這種波面的空間分割是極為困難的。盡管最近有人提出了相干度的理論分割方法，但是距離實(shí)用化還有漫長(zhǎng)的道路要走。 　　WDM技術(shù) WDM技術(shù)是在一根光纖上承載多個(gè)波長(zhǎng)（信道）系統(tǒng)，將一根光纖轉(zhuǎn)換為多條＂虛擬＂纖，每條虛擬纖獨(dú)立工作在不同波長(zhǎng)上。每個(gè)信道運(yùn)行速度高達(dá)2.5～10Gbps。 WDM技術(shù)作為一種系統(tǒng)概念，可以追溯到1970年初，在當(dāng)時(shí)僅用兩個(gè)波長(zhǎng)，在1300nm窗口一個(gè)波長(zhǎng)、在1500nm窗口一個(gè)波長(zhǎng)，利用WDM技術(shù)實(shí)現(xiàn)單纖全雙工傳輸。初期的WDM網(wǎng)絡(luò)主要致力于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)的研究，作為WDM技術(shù)發(fā)展的重要階段，1987年Bellcore在LAMB-DANET規(guī)劃中開發(fā)出有18個(gè)波長(zhǎng)波道的WDM系統(tǒng)。具有開拓性進(jìn)展的是1978年K.O.Hill等人首次發(fā)現(xiàn)摻鍺光纖中的光感應(yīng)光柵效應(yīng)，在此基礎(chǔ)上Meltz等人于1989年終于研究發(fā)明出紫外光側(cè)面寫入光折度光柵技術(shù)，從而使采用光纖光柵實(shí)現(xiàn)WDM復(fù)用技術(shù)獲得突破性進(jìn)展，其復(fù)用波道數(shù)增加到100個(gè)以上。初期報(bào)道在1550nm窗口實(shí)現(xiàn)25個(gè)波道的WDM系統(tǒng)，總?cè)萘窟_(dá)到500Gbps。接著又有報(bào)道在1550nm窗口實(shí)現(xiàn)25個(gè)波道的WDM系統(tǒng)，其波道間隔僅為0.6nm，總?cè)萘窟_(dá)1.1Tbps，到1999年中期WDM實(shí)現(xiàn)化系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)96個(gè)波道。北電公司宣布于2000年起開發(fā)有160個(gè)波長(zhǎng)波道數(shù)的WDM系統(tǒng)，每個(gè)波道傳輸10Gbps，其一根光纖傳輸信息總?cè)萘繛?.6Tbps。由于WDM系統(tǒng)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性與有效性，使之成為當(dāng)前光纖通信網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容的主要手段。 　　第二代WDM系統(tǒng)即密集波分復(fù)用技術(shù)（DWDM）可以承載8～160個(gè)波長(zhǎng)。其帶寬增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了將信號(hào)以電的方式進(jìn)行復(fù)用的時(shí)分復(fù)用技術(shù)（TMD）。 　　FDM是將在光纖中傳輸?shù)墓獠ò雌漕l率進(jìn)行分割成若干光波頻道，使其每個(gè)頻道作為信息的獨(dú)立載體。從而實(shí)現(xiàn)在一條光纖中的多頻道復(fù)用傳輸。FDM技術(shù)可以與WDM技術(shù)聯(lián)合使用，使復(fù)用路數(shù)成倍提高，即首先將光波波道按波長(zhǎng)進(jìn)行粗分，若每個(gè)波道寬度為Δλ，則在每個(gè)寬度為Δλ波道內(nèi)，再載入幾個(gè)頻道(f1、f2、…、fn)，每個(gè)頻道還可以獨(dú)立荷載信息。由于相干光通信提供了極好的選擇性，因此FDM技術(shù)與其相結(jié)合，為采用FDM技術(shù)的光纖網(wǎng)絡(luò)實(shí)用化創(chuàng)造了條件。光FDM復(fù)用技術(shù)設(shè)備復(fù)雜，對(duì)于光器件性能的要求高，因此進(jìn)入實(shí)用工程階段還需要不少努力。 波分復(fù)用和頻分復(fù)用光纖通信技術(shù)研究 吳德明, 徐安士, 朱立新, 王子宇, 張肇儀, 謝麟振 (北京大學(xué)電子學(xué)系，區(qū)域光纖通信網(wǎng)與新型光通信系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京，100871) 摘要： 波分復(fù)用(WDM)和頻分復(fù)用(FDM)技術(shù)可用來(lái)充分開發(fā)光纖的寬頻帶特性，實(shí)現(xiàn)超大容量信息傳輸。在“八五”期間科研成果基礎(chǔ)上，完成了4×2.488Gbit/s 雙向154km無(wú)中繼波分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)，并已安裝于京九九光纜干線廣州-深圳段通信線路上作現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和試運(yùn)行。該系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，在5個(gè)多月試運(yùn)行中未發(fā)現(xiàn)誤碼。同時(shí)，完成4×155Mbit/s頻分復(fù)用光纖通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研制。該系統(tǒng)頻道間距為0.1nm，傳輸距離為18km。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了模塊化結(jié)構(gòu)，具有良好的穩(wěn)定性，實(shí)測(cè)24小時(shí)無(wú)誤碼。這一成果為FDM的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞： 波分復(fù)用；頻分復(fù)用；光纖通信；光纖低損耗帶寬 1.頻分多路復(fù)用 FDM技術(shù)原理 　　在物理信道的可用帶寬超過(guò)單個(gè)原始信號(hào)所需帶寬情況下，可將該物理信道的總帶寬分割成若干個(gè)與傳輸單個(gè)信號(hào)帶寬相同(或略寬)的子信道，每個(gè)子信道傳輸一路信號(hào)，這就是頻分多路復(fù)用。 　　多路原始信號(hào)在步分復(fù)用前，先要通過(guò)頻譜搬移技術(shù)將各路信號(hào)的頻譜搬移到物理信道頻譜的不同段上，使各信號(hào)的帶寬不相互重疊，然后用不同的頻率調(diào)制每一個(gè)信號(hào)，每個(gè)信號(hào)要一個(gè)樣以它的載波頻率為中心的一定帶寬的通道。為了防止互相干擾，使用保護(hù)帶來(lái)隔離每一個(gè)通道。 2.時(shí)分多路復(fù)用 TDM技術(shù)原理 　　若媒體能達(dá)到的位傳輸速率超過(guò)傳輸數(shù)據(jù)所需的數(shù)據(jù)傳輸速率，可采用時(shí)分多路復(fù)用 TDM技術(shù)，即將一條物理信道按時(shí)間分成若干個(gè)時(shí)間片輪流地分配給多個(gè)信號(hào)使用。每一時(shí)間片由復(fù)用的一個(gè)信號(hào)占用，這樣，利用每個(gè)信號(hào)在時(shí)間上的交叉，就可以在一條物理信道上傳輸多個(gè)數(shù)字信號(hào)。 　　時(shí)分多路復(fù)用 TDM不僅局限于傳輸數(shù)字信號(hào)，也可同時(shí)交叉?zhèn)鬏斈M信號(hào)。