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【大紀元3月18日訊】[摘要]：光纜网絡复用技術是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复用方式(SDM)、頻分复用方式(FDM)、波分复用方式(WDM)、時分复用方式(TDM)等系統作了簡述，對其綜合利用進行了分析，并以SBSW32密集波分复用(DWDM)設備為例，就其特點，實際組网應用，系統結构、技術參數等作了介紹，最后討論了复用技術的發展方向。
光纜网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”是光纜网絡多功能利用和复用技術研究的問題。本文只研究复用系統的組成和應用問題。
一、光纜网絡复用技術
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、更長距离發展，而且，要求其交互便捷。為此，在光傳輸系統中必須采用复用技術。所謂复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，信號的复用方式對系統的性能和造价起著重要作用。信號的复用主要有空間复用方式(SDM)，波分复用方式(WDM)，頻分复用方式(FDM)和時分复用方式(TDM)等几种。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种方式。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厂家，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是一种最簡便的复用方式，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。這种方式簡單、實用，但必須按信號复用的路數配置所需要的光纖傳輸芯數，投資效益較差。SDM雖然是一种簡單分割，但是，隨著信息產業的興起，高速信息网絡的建立，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，去調制光發射机。調制后的光波，由光纜傳輸到終端。在終端，光接收机對信號解調后，由信道分离器輸出各相應信道的電信號，如圖1所示。
FDM只用了一個光發射机、光接收机和一根光纖，投資省，效益高。這种复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几個不同波長的光，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机進行光強調制(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机。經光接收机解調(O/E)后，輸出相應頻道的電信號。由此可見，波分复用實際上是在光頻上進行頻分复用。
這种复用技術，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机和光接收机，設備投入資金量大、效益較差。所以，它不宜用于小型系統，而多用于大型聯网的環路中。它与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网就是采用密集波分复用(DWDM)技術。由此可見，WDM在今后CATV綜合寬帶网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离散的不連續的信號。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，以實現相互分离，互不干擾的目的。圖3是PCM通信的時分复用示意圖。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不斷重复地作勻速旋轉，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复用合路作用。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复用，所以，把它又稱為分路門。
這种時分复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复原基帶信號。基帶信號解碼后使信號复原。
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与第一路信號連接時，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)是時分复用的關鍵所在。
二、复用方式的綜合利用
目前，我國有線電視的城域聯网工程已經基本實現，正在朝著省級和全國聯网方向發展，信息量之大，傳輸距离之長可想而知。在這樣大的一個网絡中不可能只采用一种复用方式，而必須是多种复用方式的綜合利用才有可能滿足要求。即便是一個城域网也是如此。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。從分前端到城域网的中心前端的光纜芯數多達几十芯，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，在城域网絡之間常采用密集波分复用方式(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网絡、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网—中國高速互聯网絡(CAINET)骨干网。其基礎傳輸网采用的就是DWDM的全光网。DWDM由于其要求高穩定的激光器和高精度的合波分波器，因而其造价比較高，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、网絡應用、系統結构、技術參數簡介如下：
1.主要特點
1)超大容量。在一根光纖上可接入32個波長的信道，目前每個信道的最高速率為2.5Gb/s，最大傳輸容量可達80Gb/s。
2)平滑擴容。設備按32波設計，光信道可逐步增加到32個。由于系統中采用了增益鎖定型EDFA，信道的增減不會對系統和其它信道產生影響。
3)開發性設計。產品符合ITU-TG.692、G.691、G.681、G.otn等建議及相關國家標准，并具備波長轉換器，可接入不同厂家的SDH設備。
4)光信道直接分插。即實現光ADM功能。分插的波長數可為1-4個，分插出的光信道可組成本地网。
5)光監控信道具有保護功能。主信道的任何故障不會影響光監控信道。光纖折斷不會影響光監控信道傳輸网管及公務信息。
6)具有前向、后向兼容性。可直接接入現有的SDH光傳輸設備，并完全滿足WDM全光网絡的要求。
2.网絡應用
SBSW 32的大容量，長距离傳輸，開放性設計、直接光信道分插和平滑擴容能力，使其具有極強的网絡應用能力，可适應干線网、中繼网和本地网不斷增長的業務需要，做到容量增長和業務增長同步，优化投資。
SBSW 32可組成點對點、鏈型和環型网絡，因而特別适用于國家干線网，包括國家一級干線和國家二級干線的建設。可利用其光分插复用(OADM)能力，將分插出來的光信道組成本地网。其典型組网范例如圖4所示。
3.系統結构
SBSW32 DWDM光傳輸系統由兩种設備組成，即波分复用光終端設備和波分复用光線路設備。它們采用相同的子架和背板，只是配置不同而已。
1)波分复用光終端設備(WTE)
在發送方向，WTE把波長為l1-l32的信道經合波器复用到主信道，并用光功率放大器放大，然后加上波長為ls的光監控信道，送入光纖線路。當接入信道的波長与DWDM規定的波長不同時，可采用波長轉換板進行适配，若需要較多的波長轉換板，可增加一個子架。
在接收方向，WTE先把光監控信道取出，然后對主信道用光前置放大器進行放大，經分波器解复用成各個波長的信道。
設備中還包括主控板及開銷板，處理网管和公務信息。其子架結构如圖5所示。
2)SBSW32波分复用光線路設備(WLE)
每個傳輸方向的WLE先將光監控信道取出并處理，再將主信道信號進行放大，然后主信道与監控信道合路，送入光纖線路。
設備中包括主控板及開銷板，用于處理网管和公務信息。圖6為其子架結构。
4.技術數据
1)傳輸介質
适用光纖有：G.625光纖、G.635光纖、G.655光纖。
2)傳輸距离
最大光終端設備間距：640Km
光終端設備間最大跨距損耗：8 2dB或5 3dB
3)傳輸容量
最大容量：80Gb/s
單信道速率：155Mb/s, 622Mb/s, 2.5Gb/s
4)信道參數
主信道波長(以16波長系統為例)：(單位nm)
l1=1548.51 l9=1554.94
l2=1549.32 l10=1555.75
l3=1550.12 l11=1556.55
l4=1550.92 l12=1557.36
l5=1551.72 l13=1558.17
l6=1552.52 l14=1558.98
l7=1553.33 l15=1559.79
l8=1554.13 l16=1560.61
5)監控信道波長(單位：nm)
lS=1310 或lS=1510
6)監控信道速率：2.048Mb/s
四、信號复用的發展方向
信號复用的發展和信號本身的發展相一致。信號的發展方向是從模擬向數字，而信號的复用方式是從頻分到時分。
信號的复用方式和信號本身的性質相關。在模擬信號時代，常采用FDM方式，無論是通信還是廣播都是如此。頻分是把頻率從低到高分成几個頻段和許多信道，然后分配給不同的業務范圍使用。時至今日，我們對模擬電視信號仍按頻道划分進行傳輸。
數字時代已經來臨，數字信號將逐步取代模擬信號，這是不可抗拒的潮流。數字技術已經廣泛應用于通信和信號的處理領域。我國的高清晰度數字電視擬于年內試播，一個全數字化的世界不久將會到來。對于數字信號，主要采用TDM方式。全數字TDM方式可以提供复雜而靈活的功能，使本來很复雜的業務量的集中与疏導、儲存与交換以及信號的混合与分插等變得十分便捷。
對于編碼和壓縮處理后的圖像信號的傳輸目前可采用兩种方式。一种在頻道划分的基礎上，對數字信號進行載波調制，然后以有線或無線為媒體進行傳輸。調制時采用正交調幅方式(QAM)。數字信號的載波調制是TDM和FDM方式的結合，是一种不完全的TDM方式。另一种是將數字基帶信號直接進行傳輸。傳輸系統的組成方式与圖3的區別在于先將各路信號分別抽樣、量化、編碼，再經時分复用分配器合路后送入傳輸信道(有線或無線設備)；在接收端，先分路，然后各路分別進行解碼，使信號复原，如圖7所示。這种方式非常适用于雙向互交式業務，同樣也适用于單向廣播式業務。
摘自廣電傳播網http://tvsky.533.net/(http://www.dajiyuan.com)
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