光纜網絡復用

2019-11-04 23:04:55

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供稿：網友

　　張天民
     [摘要]：光纜網絡復用技術是CATV系統多功能利用的技術基礎。本文首先對目前常用的空間復用方式(SDM)、頻分復用方式(FDM)、波分復用方式(WDM)、時分復用方式(TDM)等系統作了簡述，對其綜合利用進行了分析，并以SBSW32密集波分復用(DWDM)設備為例，就其特點，實際組網應用，系統結構、技術參數等作了介紹，最后討論了復用技術的發展方向。

     光纜網絡的主干線如同信息高速公路的“行車道”，“道”上跑什么“車”，“車”上載什么“貨”，“車”如何上“道”，如何下“道”是光纜網絡多功能利用和復用技術研究的問題。本文只研究復用系統的組成和應用問題。

    一、光纜網絡復用技術

     信息時代迅猛增長的寬帶高速業務，不但要求光傳輸系統向更大容量、更長距離發展，而且，要求其交互便捷。為此，在光傳輸系統中必須采用復用技術。所謂復用技術系指利用光纖寬頻帶大容量的特點，用一根光纖或光纜同時傳輸多路信號之意。在多路信號傳輸系統中，信號的復用方式對系統的性能和造價起著重要作用。信號的復用主要有空間復用方式(SDM)，波分復用方式(WDM)，頻分復用方式(FDM)和時分復用方式(TDM)等幾種。現簡述如下：

    1.SDM

     SDM是利用光纜中不同纖芯同時傳輸多個頻道信號的一種方式。由于光纖很細，即使把許多根光纖組合在一起，其外徑也不會很粗，所以，光纜一般都是多芯的。目前，日本已使用1000多芯的光纜于工程之中。改革開放以來，我國新建了一批中外合資的大型光纜生產廠家，產品質量已達國際先進水平，已生產出多達960芯的帶狀光纜投放市場，為SDM的利用提供了條件。

     SDM是一種最簡便的復用方式，它是用各路基帶信號分別進行光強度調制，然后把每路信號分別用一根光纖傳輸。這種方式簡單、實用，但必須按信號復用的路數配置所需要的光纖傳輸芯數，投資效益較差。SDM雖然是一種簡單分割，但是，隨著信息產業的興起，高速信息網絡的建立，SDM已不是原來簡單的基帶信號的調制，而是WDM、FDM和TDM方式下的寬帶綜合信息的調制，它不再是單向傳輸，而成為雙向的互聯互通。隨著信息產業的發展，SDM在未來的信息高速公路的建設中將會發揮其應有的作用。

    2.FDM

     FDM是將要傳輸的多個信道的電信號(例如DS-1、DS-2……DS-n)由多路混合器合成一路，去調制光發射機。調制后的光波，由光纜傳輸到終端。在終端，光接收機對信號解調后，由信道分離器輸出各相應信道的電信號，如圖1所示。

     FDM只用了一個光發射機、光接收機和一根光纖，投資省，效益高。這種復用方式應用于有線電視模擬信號AM-VSB和FM-VSB傳輸系統中，也應用于數字信號的四相相移鍵控(QPSK)和正交調幅(QAM)系統。

    3.WDM

     WDM是利用光輻射的高頻特性及光纖寬頻帶、低損耗的特點，用一根光纖同時傳輸幾個不同波長的光，每個波長的光載有不同的電信號，如圖2所示。在前端(發射端)每個信道的電信號對相應的光發射機進行光強調制(E/O)，形成不同波長的光載波信號，如l1、l2、……ln。用光合波器將這些信號合成一路輸出，用光纜傳輸到終端用戶。在終端，用光分波器把輸入的多路光載波信號分成單一波長的光載波信號，如l1、l2、……ln，饋送給相應波長的光接收機。經光接收機解調(O/E)后，輸出相應頻道的電信號。由此可見，波分復用實際上是在光頻上進行頻分復用。

     這種復用技術，不但使用了光合波器，光分波器，而且每個信道需要一部光發射機和光接收機，設備投入資金量大、效益較差。所以，它不宜用于小型系統，而多用于大型聯網的環路中。它與FDM結合起來將大大增加信息的傳輸量，減少電纜的芯數，提高單根光纖的利用率。目前正在興起的ip網就是采用密集波分復用(DWDM)技術。由此可見，WDM在今后CATV綜合寬帶網絡中將會發揮其不可估量的作用。

    4.TDM

     TDM是指各路信號在同一條光纖上利用不同的時間間隔進行信號傳輸的方式。它應用于數字信號傳輸系統。在數字傳輸系統中，首先將信號取樣、量化、編碼，有的還進行壓縮、調制，然后送入信道。取樣就是將在時間上連續的信號變成時間上離散的不連續的信號。這些信號在信道上占用時間的有限性，為多路信號沿同一條信道傳輸提供了條件。也就是說，把時間分成一些均勻的時間間隔，在不同的時間間隔內傳輸不同的信號，以實現相互分離，互不干擾的目的。圖3

PCM通信的時分復用示意圖。各路信號經低通濾波器將信號限制在3400Hz以下，然后加到快速電
    子旋轉開關(又稱分配器)K1。開關K1不斷重復地作勻速旋轉，每旋轉一周的時間為一個抽樣周期
    T，這樣對每一路信號每隔周期T時間抽樣一次。由此可見，發送端的分配器不但起到抽樣的作用，
    而且還同時起到了信號的復用合路作用。合路后的抽樣信號送到PCM編碼器進行量化和編碼，然后
    將數字信碼送往光纖。在接收端，把從發送端傳輸來的各路信碼依次解碼，還原后的信號，由接
    收端分配器(旋轉開關K2)依次接通每一路信號，再經各路低通濾波器還原成話音信號。接收端分
    配器的作用是進行時分復用，所以，把它又稱為分路門。

     這種時分復用傳輸方式為基帶信號傳輸方式，也可以將基帶信號(例如視頻)在發送端進行壓
    縮調制后送入傳輸信道，在接收端經解調解壓復原基帶信號。基帶信號解碼后使信號復原。

     無論是基帶信號的傳輸，還是壓縮調制后傳輸，為了保證信號的正常傳輸，收發兩端的旋轉
    開關K1、K2都必須嚴格地保持同頻同相。所謂同頻是指K1和K2的旋轉速度必須完全相同。所謂同
    相是指發送端的旋轉開關K1與第一路信號連接時，接收端的旋轉開關K2也必須和第一路信號連接，
    否則，接收端將收不到該路信號。因此，保證收發兩端嚴格的同步(同頻同相)是時分復用的要害
    所在。

    二、復用方式的綜合利用

     目前，我國有線電視的城域聯網工程已經基本實現，正在朝著省級和全國聯網方向發展，信
    息量之大，傳輸距離之長可想而知。在這樣大的一個網絡中不可能只采用一種復用方式，而必須
    是多種復用方式的綜合利用才有可能滿足要求。即便是一個城域網也是如此。現階段，從分前端
    到光節點普遍采用4芯光纜，其中一芯為下行，一芯為上行，一芯為未來通信，一芯為備份。四芯
    光纜即為SDM的體現；下行、上行和未來通信的信號傳輸既體現了FDM又體現了TDM。從分前端到城
    域網的中心前端的光纜芯數多達幾十芯，該中心前端到其它中心前端(即城市之間)所需光纜芯數
    會更多。為了提高光纜芯數的利用率，在城域網絡之間常采用密集波分復用方式(DWDM)，使每芯
    光纖可同時傳輸N路光信號。若每路光信號再采用FDM技術傳輸、M路RF信號，這樣以來，一芯光纖
    即可傳輸NM路RF信號。例如，若N為30，M為25，則一芯光纖可傳輸750路RF信號；若為100芯光纜，
    則可同時傳輸75000路RF信號。若再采用數字壓縮技術，其傳輸容量是顯而易見的。由中國科學院、
    國家廣電總局、鐵道部、上海市共同聯合，于1999年4月利用廣播電視、鐵道等部門已敷設的光纜
    網絡、連接北京、上海、廣州、武漢等城市，建設我國光導示范性的寬帶IP網—中國高速互聯網絡
    (CAINET)骨干網。其基礎傳輸網采用的就是DWDM的全光網。DWDM由于其要求高穩定的激光器和高精
    度的合波分波器，因而其造價比較高，一般只在必要時采用。

    三、DWDM系統設備簡介

     DWDM技術已應用于大規模光纜環路中，有進口設備也有國產設備。現以SBSW 32 DWDM系統為
    例，將其主要特點、網絡應用、系統

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