光缆网络复用

2019-11-04 23:04:55

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供稿：网友

　　张天民
     [摘要]：光缆网络复用技术是CATV系统多功能利用的技术基础。本文首先对目前常用的空间复用方式(SDM)、频分复用方式(FDM)、波分复用方式(WDM)、时分复用方式(TDM)等系统作了简述，对其综合利用进行了分析，并以SBSW32密集波分复用(DWDM)设备为例，就其特点，实际组网应用，系统结构、技术参数等作了介绍，最后讨论了复用技术的发展方向。

     光缆网络的主干线如同信息高速公路的“行车道”，“道”上跑什么“车”，“车”上载什么“货”，“车”如何上“道”，如何下“道”是光缆网络多功能利用和复用技术研究的问题。本文只研究复用系统的组成和应用问题。

    一、光缆网络复用技术

     信息时代迅猛增长的宽带高速业务，不但要求光传输系统向更大容量、更长距离发展，而且，要求其交互便捷。为此，在光传输系统中必须采用复用技术。所谓复用技术系指利用光纤宽频带大容量的特点，用一根光纤或光缆同时传输多路信号之意。在多路信号传输系统中，信号的复用方式对系统的性能和造价起着重要作用。信号的复用主要有空间复用方式(SDM)，波分复用方式(WDM)，频分复用方式(FDM)和时分复用方式(TDM)等几种。现简述如下：

    1.SDM

     SDM是利用光缆中不同纤芯同时传输多个频道信号的一种方式。由于光纤很细，即使把许多根光纤组合在一起，其外径也不会很粗，所以，光缆一般都是多芯的。目前，日本已使用1000多芯的光缆于工程之中。改革开放以来，我国新建了一批中外合资的大型光缆生产厂家，产品质量已达国际先进水平，已生产出多达960芯的带状光缆投放市场，为SDM的利用提供了条件。

     SDM是一种最简便的复用方式，它是用各路基带信号分别进行光强度调制，然后把每路信号分别用一根光纤传输。这种方式简单、实用，但必须按信号复用的路数配置所需要的光纤传输芯数，投资效益较差。SDM虽然是一种简单分割，但是，随着信息产业的兴起，高速信息网络的建立，SDM已不是原来简单的基带信号的调制，而是WDM、FDM和TDM方式下的宽带综合信息的调制，它不再是单向传输，而成为双向的互联互通。随着信息产业的发展，SDM在未来的信息高速公路的建设中将会发挥其应有的作用。

    2.FDM

     FDM是将要传输的多个信道的电信号(例如DS-1、DS-2……DS-n)由多路混合器合成一路，去调制光发射机。调制后的光波，由光缆传输到终端。在终端，光接收机对信号解调后，由信道分离器输出各相应信道的电信号，如图1所示。

     FDM只用了一个光发射机、光接收机和一根光纤，投资省，效益高。这种复用方式应用于有线电视模拟信号AM-VSB和FM-VSB传输系统中，也应用于数字信号的四相相移键控(QPSK)和正交调幅(QAM)系统。

    3.WDM

     WDM是利用光辐射的高频特性及光纤宽频带、低损耗的特点，用一根光纤同时传输几个不同波长的光，每个波长的光载有不同的电信号，如图2所示。在前端(发射端)每个信道的电信号对相应的光发射机进行光强调制(E/O)，形成不同波长的光载波信号，如l1、l2、……ln。用光合波器将这些信号合成一路输出，用光缆传输到终端用户。在终端，用光分波器把输入的多路光载波信号分成单一波长的光载波信号，如l1、l2、……ln，馈送给相应波长的光接收机。经光接收机解调(O/E)后，输出相应频道的电信号。由此可见，波分复用实际上是在光频上进行频分复用。

     这种复用技术，不但使用了光合波器，光分波器，而且每个信道需要一部光发射机和光接收机，设备投入资金量大、效益较差。所以，它不宜用于小型系统，而多用于大型联网的环路中。它与FDM结合起来将大大增加信息的传输量，减少电缆的芯数，提高单根光纤的利用率。目前正在兴起的ip网就是采用密集波分复用(DWDM)技术。由此可见，WDM在今后CATV综合宽带网络中将会发挥其不可估量的作用。

    4.TDM

     TDM是指各路信号在同一条光纤上利用不同的时间间隔进行信号传输的方式。它应用于数字信号传输系统。在数字传输系统中，首先将信号取样、量化、编码，有的还进行压缩、调制，然后送入信道。取样就是将在时间上连续的信号变成时间上离散的不连续的信号。这些信号在信道上占用时间的有限性，为多路信号沿同一条信道传输提供了条件。也就是说，把时间分成一些均匀的时间间隔，在不同的时间间隔内传输不同的信号，以实现相互分离，互不干扰的目的。图3

PCM通信的时分复用示意图。各路信号经低通滤波器将信号限制在3400Hz以下，然后加到快速电
    子旋转开关(又称分配器)K1。开关K1不断重复地作匀速旋转，每旋转一周的时间为一个抽样周期
    T，这样对每一路信号每隔周期T时间抽样一次。由此可见，发送端的分配器不但起到抽样的作用，
    而且还同时起到了信号的复用合路作用。合路后的抽样信号送到PCM编码器进行量化和编码，然后
    将数字信码送往光纤。在接收端，把从发送端传输来的各路信码依次解码，还原后的信号，由接
    收端分配器(旋转开关K2)依次接通每一路信号，再经各路低通滤波器还原成话音信号。接收端分
    配器的作用是进行时分复用，所以，把它又称为分路门。

     这种时分复用传输方式为基带信号传输方式，也可以将基带信号(例如视频)在发送端进行压
    缩调制后送入传输信道，在接收端经解调解压复原基带信号。基带信号解码后使信号复原。

     无论是基带信号的传输，还是压缩调制后传输，为了保证信号的正常传输，收发两端的旋转
    开关K1、K2都必须严格地保持同频同相。所谓同频是指K1和K2的旋转速度必须完全相同。所谓同
    相是指发送端的旋转开关K1与第一路信号连接时，接收端的旋转开关K2也必须和第一路信号连接，
    否则，接收端将收不到该路信号。因此，保证收发两端严格的同步(同频同相)是时分复用的要害
    所在。

    二、复用方式的综合利用

     目前，我国有线电视的城域联网工程已经基本实现，正在朝着省级和全国联网方向发展，信
    息量之大，传输距离之长可想而知。在这样大的一个网络中不可能只采用一种复用方式，而必须
    是多种复用方式的综合利用才有可能满足要求。即便是一个城域网也是如此。现阶段，从分前端
    到光节点普遍采用4芯光缆，其中一芯为下行，一芯为上行，一芯为未来通信，一芯为备份。四芯
    光缆即为SDM的体现；下行、上行和未来通信的信号传输既体现了FDM又体现了TDM。从分前端到城
    域网的中心前端的光缆芯数多达几十芯，该中心前端到其它中心前端(即城市之间)所需光缆芯数
    会更多。为了提高光缆芯数的利用率，在城域网络之间常采用密集波分复用方式(DWDM)，使每芯
    光纤可同时传输N路光信号。若每路光信号再采用FDM技术传输、M路RF信号，这样以来，一芯光纤
    即可传输NM路RF信号。例如，若N为30，M为25，则一芯光纤可传输750路RF信号；若为100芯光缆，
    则可同时传输75000路RF信号。若再采用数字压缩技术，其传输容量是显而易见的。由中国科学院、
    国家广电总局、铁道部、上海市共同联合，于1999年4月利用广播电视、铁道等部门已敷设的光缆
    网络、连接北京、上海、广州、武汉等城市，建设我国光导示范性的宽带IP网—中国高速互联网络
    (CAINET)骨干网。其基础传输网采用的就是DWDM的全光网。DWDM由于其要求高稳定的激光器和高精
    度的合波分波器，因而其造价比较高，一般只在必要时采用。

    三、DWDM系统设备简介

     DWDM技术已应用于大规模光缆环路中，有进口设备也有国产设备。现以SBSW 32 DWDM系统为
    例，将其主要特点、网络应用、系统

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