一、光纜網(wǎng)絡(luò)復(fù)用技術(shù)
信息時(shí)代迅猛增長(zhǎng)的寬帶高速業(yè)務(wù)，不但要求光傳輸系統(tǒng)向更大容量、更長(zhǎng)距離發(fā)展，而且，要求其交互便捷。為此，在光傳輸系統(tǒng)中必須采用復(fù)用技術(shù)。所謂復(fù)用技術(shù)系指利用光纖寬頻帶大容量的特點(diǎn)，用一根光纖或光纜同時(shí)傳輸多路信號(hào)之意。
在多路信號(hào)傳輸系統(tǒng)中，信號(hào)的復(fù)用方式對(duì)系統(tǒng)的性能和造價(jià)起著重要作用。信號(hào)的復(fù)用主要有空間復(fù)用方式(SDM)，波分復(fù)用方式(WDM)，頻分復(fù)用方式(FDM)和時(shí)分復(fù)用方式(TDM)等幾種。現(xiàn)簡(jiǎn)述如下： 1.SDM SDM是利用光纜中不同纖芯同時(shí)傳輸多個(gè)頻道信號(hào)的一種方式。由于光纖很細(xì)，即使把許多根光纖組合在一起，其外徑也不會(huì)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(kāi)放以來(lái)，我國(guó)新建了一批中外合資的大型光纜生產(chǎn)廠家，產(chǎn)品質(zhì)量已達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平，已生產(chǎn)出多達(dá)960芯的帶狀光纜投放市場(chǎng)，為SDM的利用提供了條件。 SDM是一種最簡(jiǎn)便的復(fù)用方式，它是用各路基帶信號(hào)分別進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制，然后把每路信號(hào)分別用一根光纖傳輸。這種方式簡(jiǎn)單、實(shí)用，但必須按信號(hào)復(fù)用的路數(shù)配置所需要的光纖傳輸芯數(shù)，投資效益較差。SDM雖然是一種簡(jiǎn)單分割，但是，隨著信息產(chǎn)業(yè)的興起，高速信息網(wǎng)絡(luò)的建立，SDM已不是原來(lái)簡(jiǎn)單的基帶信號(hào)的調(diào)制，而是WDM、FDM和TDM方式下的寬帶綜合信息的調(diào)制，它不再是單向傳輸，而成為雙向的互聯(lián)互通。隨著信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，SDM在未來(lái)的信息高速公路的建設(shè)中將會(huì)發(fā)揮其應(yīng)有的作用。
2.FDM FDM是將要傳輸?shù)亩鄠�(gè)信道的電信號(hào)(例如DS-1、DS-2……DS-n)由多路混合器合成一路，去調(diào)制光發(fā)射機(jī)。調(diào)制后的光波，由光纜傳輸?shù)浇K端。在終端，光接收機(jī)對(duì)信號(hào)解調(diào)后，由信道分離器輸出各相應(yīng)信道的電信號(hào)，如圖1所示。 FDM只用了一個(gè)光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)和一根光纖，投資省，效益高。這種復(fù)用方式應(yīng)用于有線電視模擬信號(hào)AM-VSB和FM-VSB傳輸系統(tǒng)中，也應(yīng)用于數(shù)字信號(hào)的四相相移鍵控(QPSK)和正交調(diào)幅 (QAM)系統(tǒng)。
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(diǎn)，用一根光纖同時(shí)傳輸幾個(gè)不同波長(zhǎng)的光，每個(gè)波長(zhǎng)的光載有不同的電信號(hào)，如圖2所示。在前端(發(fā)射端)每個(gè)信道的電信號(hào)對(duì)相應(yīng)的光發(fā)射機(jī)進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制(E/O)，形成不同波長(zhǎng)的光載波信號(hào)，如l1、l2、……ln。用光合波器將這些信號(hào)合成一路輸出，用光纜傳輸?shù)浇K端用戶。在終端，用光分波器把輸入的多路光載波信號(hào)分成單一波長(zhǎng)的光載波信號(hào)，如l1、l2、……ln，饋送給相應(yīng)波長(zhǎng)的光接收機(jī)。經(jīng)光接收機(jī)解調(diào)(O/E)后，輸出相應(yīng)頻道的電信號(hào)。由此可見(jiàn)，波分復(fù)用實(shí)際上是在光頻上進(jìn)行頻分復(fù)用。 這種復(fù)用技術(shù)，不但使用了光合波器，光分波器，而且每個(gè)信道需要一部光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)，設(shè)備投入資金量大、效益較差。所以，它不宜用于小型系統(tǒng)，而多用于大型聯(lián)網(wǎng)的環(huán)路中。
它與FDM結(jié)合起來(lái)將大大增加信息的傳輸量，減少電纜的芯數(shù)，提高單根光纖的利用率。目前正在興起的IP網(wǎng)就是采用密集波分復(fù)用(DWDM)技術(shù)。由此可見(jiàn)，WDM在今后CATV綜合寬帶網(wǎng)絡(luò)中將會(huì)發(fā)揮其不可估量的作用。 4.TDM TDM是指各路信號(hào)在同一條光纖上利用不同的時(shí)間間隔進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)姆绞健Ｋ鼞?yīng)用于數(shù)字信號(hào)傳輸系統(tǒng)。在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，首先將信號(hào)取樣、量化、編碼，有的還進(jìn)行壓縮、調(diào)制，然后送入信道。取樣就是將在時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)變成時(shí)間上離散的不連續(xù)的信號(hào)。這些信號(hào)在信道上占用時(shí)間的有限性，為多路信號(hào)沿同一條信道傳輸提供了條件。也就是說(shuō)，把時(shí)間分成一些均勻的時(shí)間間隔，在不同的時(shí)間間隔內(nèi)傳輸不同的信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)相互分離，互不干擾的目的。圖3 是PCM通信的時(shí)分復(fù)用示意圖。各路信號(hào)經(jīng)低通濾波器將信號(hào)限制在3400Hz以下，然后加到快速電子旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)(又稱分配器)K1。開(kāi)關(guān)K1不斷重復(fù)地作勻速旋轉(zhuǎn)，每旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間為一個(gè)抽樣周期 T，這樣對(duì)每一路信號(hào)每隔周期T時(shí)間抽樣一次。
由此可見(jiàn)，發(fā)送端的分配器不但起到抽樣的作用，而且還同時(shí)起到了信號(hào)的復(fù)用合路作用。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)字信碼送往光纖。在接收端，把從發(fā)送端傳輸來(lái)的各路信碼依次解碼，還原后的信號(hào)，由接收端分配器(旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)K2)依次接通每一路信號(hào)，再經(jīng)各路低通濾波器還原成話音信號(hào)。接收端分配器的作用是進(jìn)行時(shí)分復(fù)用，所以，把它又稱為分路門(mén)。 這種時(shí)分復(fù)用傳輸方式為基帶信號(hào)傳輸方式，也可以將基帶信號(hào)(例如視頻)在發(fā)送端進(jìn)行壓縮調(diào)制后送入傳輸信道，在接收端經(jīng)解調(diào)解壓復(fù)原基帶信號(hào)。基帶信號(hào)解碼后使信號(hào)復(fù)原。
無(wú)論是基帶信號(hào)的傳輸，還是壓縮調(diào)制后傳輸，為了保證信號(hào)的正常傳輸，收發(fā)兩端的旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)K1、K2都必須嚴(yán)格地保持同頻同相。所謂同頻是指K1和K2的旋轉(zhuǎn)速度必須完全相同。所謂同相是指發(fā)送端的旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)K1與第一路信號(hào)連接時(shí)，接收端的旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)K2也必須和第一路信號(hào)連接，否則，接收端將收不到該路信號(hào)。因此，保證收發(fā)兩端嚴(yán)格的同步(同頻同相)是時(shí)分復(fù)用的關(guān)鍵所在。
二、復(fù)用方式的綜合利用
目前，我國(guó)有線電視的城域聯(lián)網(wǎng)工程已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)，正在朝著省級(jí)和全國(guó)聯(lián)網(wǎng)方向發(fā)展，信息量之大，傳輸距離之長(zhǎng)可想而知。在這樣大的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中不可能只采用一種復(fù)用方式，而必須是多種復(fù)用方式的綜合利用才有可能滿足要求。即便是一個(gè)城域網(wǎng)也是如此。現(xiàn)階段，從分前端到光節(jié)點(diǎn)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(lái)通信，一芯為備份。四芯光纜即為SDM的體現(xiàn)；下行、上行和未來(lái)通信的信號(hào)傳輸既體現(xiàn)了FDM又體現(xiàn)了TDM。從分前端到城域網(wǎng)的中心前端的光纜芯數(shù)多達(dá)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(shù)會(huì)更多。為了提高光纜芯數(shù)的利用率，在城域網(wǎng)絡(luò)之間常采用密集波分復(fù)用方式(DWDM)，使每芯光纖可同時(shí)傳輸N路光信號(hào)。若每路光信號(hào)再采用FDM技術(shù)傳輸、M路RF信號(hào)，這樣以來(lái)，一芯光纖即可傳輸NM路RF信號(hào)。例如，若N為30，M為25，則一芯光纖可傳輸750路RF信號(hào)；若為100芯光纜，則可同時(shí)傳輸75000路RF信號(hào)。
若再采用數(shù)字壓縮技術(shù)，其傳輸容量是顯而易見(jiàn)的。由中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家廣電總局、鐵道部、上海市共同聯(lián)合，于1999年4月利用廣播電視、鐵道等部門(mén)已敷設(shè)的光纜網(wǎng)絡(luò)、連接北京、上海、廣州、武漢等城市，建設(shè)我國(guó)光導(dǎo)示范性的寬帶IP網(wǎng)—中國(guó)高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò) (CAINET)骨干網(wǎng)。其基礎(chǔ)傳輸網(wǎng)采用的就是DWDM的全光網(wǎng)。DWDM由于其要求高穩(wěn)定的激光器和高精度的合波分波器，因而其造價(jià)比較高，一般只在必要時(shí)采用。
三、DWDM系統(tǒng)設(shè)備簡(jiǎn)介
DWDM技術(shù)已應(yīng)用于大規(guī)模光纜環(huán)路中，有進(jìn)口設(shè)備也有國(guó)產(chǎn)設(shè)備。現(xiàn)以SBSW 32 DWDM系統(tǒng)為例，將其主要特點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、技術(shù)參數(shù)簡(jiǎn)介如下： 1.主要特點(diǎn) 1)超大容量。在一根光纖上可接入32個(gè)波長(zhǎng)的信道，目前每個(gè)信道的最高速率為2.5Gb/s，最大傳輸容量可達(dá)80Gb/s。 2)平滑擴(kuò)容。設(shè)備按32波設(shè)計(jì)，光信道可逐步增加到32個(gè)。由于系統(tǒng)中采用了增益鎖定型 EDFA，信道的增減不會(huì)對(duì)系統(tǒng)和其它信道產(chǎn)生影響。 3)開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)。產(chǎn)品符合ITU-TG.692、G.691、G.681、G.otn等建議及相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并具備波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，可接入不同廠家的SDH設(shè)備。 4)光信道直接分插。即實(shí)現(xiàn)光ADM功能。分插的波長(zhǎng)數(shù)可為1-4個(gè)，分插出的光信道可組成本地網(wǎng)。 5)光監(jiān)控信道具有保護(hù)功能。
主信道的任何故障不會(huì)影響光監(jiān)控信道。光纖折斷不會(huì)影響光監(jiān)控信道傳輸網(wǎng)管及公務(wù)信息。 6)具有前向、后向兼容性。可直接接入現(xiàn)有的SDH光傳輸設(shè)備，并完全滿足WDM全光網(wǎng)絡(luò)的要求。 2.網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 SBSW 32的大容量，長(zhǎng)距離傳輸，開(kāi)放性設(shè)計(jì)、直接光信道分插和平滑擴(kuò)容能力，使其具有極強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用能力，可適應(yīng)干線網(wǎng)、中繼網(wǎng)和本地網(wǎng)不斷增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)需要，做到容量增長(zhǎng)和業(yè)務(wù)增長(zhǎng)同步，優(yōu)化投資。 SBSW 32可組成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、鏈型和環(huán)型網(wǎng)絡(luò)，因而特別適用于國(guó)家干線網(wǎng)，包括國(guó)家一級(jí)干線和國(guó)家二級(jí)干線的建設(shè)。可利用其光分插復(fù)用(OADM)能力，將分插出來(lái)的光信道組成本地網(wǎng)。其典型組網(wǎng)范例如圖4所示。 3.系統(tǒng)結(jié)構(gòu) SBSW32 DWDM光傳輸系統(tǒng)由兩種設(shè)備組成，即波分復(fù)用光終端設(shè)備和波分復(fù)用光線路設(shè)備。它們采用相同的子架和背板，只是配置不同而已。 1)波分復(fù)用光終端設(shè)備(WTE) 在發(fā)送方向，WTE把波長(zhǎng)為l1-l32的信道經(jīng)合波器復(fù)用到主信道，并用光功率放大器放大，然后加上波長(zhǎng)為ls的光監(jiān)控信道，送入光纖線路。當(dāng)接入信道的波長(zhǎng)與DWDM規(guī)定的波長(zhǎng)不同時(shí)，可采用波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換板進(jìn)行適配，若需要較多的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換板，可增加一個(gè)子架。 在接收方向，WTE先把光監(jiān)控信道取出，然后對(duì)主信道用光前置放大器進(jìn)行放大，經(jīng)分波器解復(fù)用成各個(gè)波長(zhǎng)的信道。 |
