復(fù)用技術(shù)波分復(fù)用

光通信是由光來(lái)運(yùn)載信號(hào)進(jìn)行傳輸?shù)姆绞?。在光通信領(lǐng)域，人們習(xí)慣按波長(zhǎng)而不是按頻率來(lái)命名。因此，所謂的波分復(fù)用(WDM，Wavelength Division Multiplexing)其本質(zhì)上也是頻分復(fù)用而已。

WDM是在1根光纖上承載多個(gè)波長(zhǎng)(信道)系統(tǒng)，將1根光纖轉(zhuǎn)換為多條“虛擬”纖，當(dāng)然每條虛擬纖獨(dú)立工作在不同波長(zhǎng)上，這樣極大地提高了光纖的傳輸容量。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。波分復(fù)用技術(shù)作為一種系統(tǒng)概念，通常有3種復(fù)用方式，即1 310 nm和1 550 nm波長(zhǎng)的波分復(fù)用、粗波分復(fù)用(CWDM，Coarse Wavelength Division Multiplexing)和密集波分復(fù)用(DWDM，Dense Wavelength Division Multiplexing)。

(1)1 310 nm和1 550 nm波長(zhǎng)的波分復(fù)用

這種復(fù)用技術(shù)在20世紀(jì)70年代初時(shí)僅用兩個(gè)波長(zhǎng)：1 310 nm窗口一個(gè)波長(zhǎng)，1 550 nm窗口一個(gè)波長(zhǎng)，利用WDM技術(shù)實(shí)現(xiàn)單纖雙窗口傳輸，這是最初的波分復(fù)用的使用情況。

(2)粗波分復(fù)用

繼在骨干網(wǎng)及長(zhǎng)途網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用后，波分復(fù)用技術(shù)也開(kāi)始在城域網(wǎng)中得到使用，主要指的是粗波分復(fù)用技術(shù)。CWDM使用1 200~1 700 nm的寬窗口，目前主要應(yīng)用波長(zhǎng)在1 550 nm的系統(tǒng)中，當(dāng)然1 310 nm波長(zhǎng)的波分復(fù)用器也在研制之中。粗波分復(fù)用(大波長(zhǎng)間隔)器相鄰信道的間距一般≥20 nm，它的波長(zhǎng)數(shù)目一般為4波或8波，最多16波。當(dāng)復(fù)用的信道數(shù)為16或者更少時(shí)，由于CWDM系統(tǒng)采用的DFB激光器不需要冷卻，在成本、功耗要求和設(shè)備尺寸方面，CWDM系統(tǒng)比DWDM系統(tǒng)更有優(yōu)勢(shì)，CWDM越來(lái)越廣泛地被業(yè)界所接受。CWDM無(wú)需選擇成本昂貴的密集波分解復(fù)用器和“光放”EDFA，只需采用便宜的多通道激光收發(fā)器作為中繼，因而成本大大下降。如今，不少?gòu)S家已經(jīng)能夠提供具有2~8個(gè)波長(zhǎng)的商用CWDM系統(tǒng)，它適合在地理范圍不是特別大、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展不是非?？斓某鞘惺褂?。

(3)密集波分復(fù)用

密集波分復(fù)用技術(shù)(DWDM)可以承載8～160個(gè)波長(zhǎng)，而且隨著DWDM技術(shù)的不斷發(fā)展，其分波波數(shù)的上限值仍在不斷地增長(zhǎng)，間隔一般≤1.6 nm，主要應(yīng)用于長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng)。在所有的DWDM系統(tǒng)中都需要色散補(bǔ)償技術(shù)(克服多波長(zhǎng)系統(tǒng)中的非線性失真——四波混頻現(xiàn)象)。在16波DWDM系統(tǒng)中，一般采用常規(guī)色散補(bǔ)償光纖來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償，而在40波DWDM系統(tǒng)中，必須采用色散斜率補(bǔ)償光纖補(bǔ)償。DWDM能夠在同一根光纖中把不同的波長(zhǎng)同時(shí)進(jìn)行組合和傳輸，為了保證有效傳輸，一根光纖轉(zhuǎn)換為多根虛擬光纖。目前，采用DWDM技術(shù)，單根光纖可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流量高達(dá)400 Gbit/s，隨著廠商在每根光纖中加入更多信道，每秒太位的傳輸速度指日可待。

時(shí)分復(fù)用(TDM，Time Division Multiplexing)就是將提供給整個(gè)信道傳輸信息的時(shí)間劃分成若干時(shí)間片(簡(jiǎn)稱時(shí)隙)，并將這些時(shí)隙分配給每一個(gè)信號(hào)源使用，每一路信號(hào)在自己的時(shí)隙內(nèi)獨(dú)占信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。時(shí)分復(fù)用技術(shù)的特點(diǎn)是時(shí)隙事先規(guī)劃分配好且固定不變，所以有時(shí)也叫同步時(shí)分復(fù)用。其優(yōu)點(diǎn)是時(shí)隙分配固定，便于調(diào)節(jié)控制，適于數(shù)字信息的傳輸；缺點(diǎn)是當(dāng)某信號(hào)源沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，它所對(duì)應(yīng)的信道會(huì)出現(xiàn)空閑，而其他繁忙的信道無(wú)法占用這個(gè)空閑的信道，因此會(huì)降低線路的利用率。時(shí)分復(fù)用技術(shù)與頻分復(fù)用技術(shù)一樣，有著非常廣泛的應(yīng)用，電話就是其中最經(jīng)典的例子，此外時(shí)分復(fù)用技術(shù)在廣電也同樣取得了廣泛地應(yīng)用，如SDH，ATM，IP和HFC網(wǎng)絡(luò)中CM與CMTS的通信都是利用了時(shí)分復(fù)用的技術(shù)。

典型的SDH復(fù)用結(jié)構(gòu)如圖1所示。

從圖的右邊往左看，就是一個(gè)復(fù)用過(guò)程，能看到低速支路信號(hào)（例如2 Mbit/s、34 Mbit/s、140 Mbit/s）通過(guò)層層復(fù)用，最終復(fù)用進(jìn)SDH的VC-4信號(hào)中。同時(shí)N個(gè)VC4也可以復(fù)用成STM-N信號(hào)。

如果從圖的左邊往右看，則是一個(gè)解復(fù)用過(guò)程，STM-N信號(hào)能夠解復(fù)用出N個(gè)VC4信號(hào)，并最終解復(fù)用出低速支路信號(hào)。

頻分復(fù)用(FDM，F(xiàn)requency Division Multiplexing)就是將用于傳輸信道的總帶寬劃分成若干個(gè)子頻帶(或稱子信道)，每一個(gè)子信道傳輸1路信號(hào)。頻分復(fù)用要求總頻率寬度大于各個(gè)子信道頻率之和，同時(shí)為了保證各子信道中所傳輸?shù)男盘?hào)互不干擾，應(yīng)在各子信道之間設(shè)立隔離帶，這樣就保證了各路信號(hào)互不干擾(條件之一)。頻分復(fù)用技術(shù)的特點(diǎn)是所有子信道傳輸?shù)男盘?hào)以并行的方式工作，每一路信號(hào)傳輸時(shí)可不考慮傳輸時(shí)延，因而頻分復(fù)用技術(shù)取得了非常廣泛的應(yīng)用。頻分復(fù)用技術(shù)除傳統(tǒng)意義上的頻分復(fù)用(FDM)外，還有一種是正交頻分復(fù)用(OFDM)。

1.1傳統(tǒng)的頻分復(fù)用

傳統(tǒng)的頻分復(fù)用典型的應(yīng)用莫過(guò)于廣電HFC網(wǎng)絡(luò)電視信號(hào)的傳輸了，不管是模擬電視信號(hào)還是數(shù)字電視信號(hào)都是如此，因?yàn)閷?duì)于數(shù)字電視信號(hào)而言，盡管在每一個(gè)頻道(8 MHz)以內(nèi)是時(shí)分復(fù)用傳輸?shù)?，但各個(gè)頻道之間仍然是以頻分復(fù)用的方式傳輸?shù)摹?

1.2正交頻分復(fù)用

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)實(shí)際是一種多載波數(shù)字調(diào)制技術(shù)。OFDM全部載波頻率有相等的頻率間隔，它們是一個(gè)基本振蕩頻率的整數(shù)倍，正交指各個(gè)載波的信號(hào)頻譜是正交的。

OFDM系統(tǒng)比FDM系統(tǒng)要求的帶寬要小得多。由于OFDM使用無(wú)干擾正交載波技術(shù)，單個(gè)載波間無(wú)需保護(hù)頻帶，這樣使得可用頻譜的使用效率更高。另外，OFDM技術(shù)可動(dòng)態(tài)分配在子信道中的數(shù)據(jù)，為獲得最大的數(shù)據(jù)吞吐量，多載波調(diào)制器可以智能地分配更多的數(shù)據(jù)到噪聲小的子信道上。目前OFDM技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于廣播式的音頻和視頻領(lǐng)域以及民用通信系統(tǒng)中，主要的應(yīng)用包括：非對(duì)稱的數(shù)字用戶環(huán)線(ADSL)、數(shù)字視頻廣播(DVB)、高清晰度電視(HDTV)、無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)和第4代(4G)移動(dòng)通信系統(tǒng)等。

碼分復(fù)用(CDM，Code Division Multiplexing)是靠不同的編碼來(lái)區(qū)分各路原始信號(hào)的一種復(fù)用方式，主要和各種多址技術(shù)結(jié)合產(chǎn)生了各種接入技術(shù)，包括無(wú)線和有線接入。例如在多址蜂窩系統(tǒng)中是以信道來(lái)區(qū)分通信對(duì)象的，一個(gè)信道只容納1個(gè)用戶進(jìn)行通話，許多同時(shí)通話的用戶，互相以信道來(lái)區(qū)分，這就是多址。移動(dòng)通信系統(tǒng)是一個(gè)多信道同時(shí)工作的系統(tǒng)，具有廣播和大面積覆蓋的特點(diǎn)。在移動(dòng)通信環(huán)境的電波覆蓋區(qū)內(nèi)，建立用戶之間的無(wú)線信道連接，是無(wú)線多址接入方式，屬于多址接入技術(shù)。聯(lián)通CDMA(Code Division Multiple Access)就是碼分復(fù)用的一種方式，稱為碼分多址，此外還有頻分多址(FDMA)、時(shí)分多址(TDMA)和同步碼分多址(SCDMA)。

(1)FDMA

FDMA頻分多址采用調(diào)頻的多址技術(shù)，業(yè)務(wù)信道在不同的頻段分配給不同的用戶。FDMA適合大量連續(xù)非突發(fā)性數(shù)據(jù)的接入，單純采用FDMA作為多址接入方式已經(jīng)很少見(jiàn)。目前中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)移動(dòng)所使用的GSM移動(dòng)電話網(wǎng)就是采用FDMA和TDMA兩種方式的結(jié)合。

(2)TDMA時(shí)分多址

TDMA時(shí)分多址采用了時(shí)分的多址技術(shù)，將業(yè)務(wù)信道在不同的時(shí)間段分配給不同的用戶。TDMA的優(yōu)點(diǎn)是頻譜利用率高，適合支持多個(gè)突發(fā)性或低速率數(shù)據(jù)用戶的接入。除中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)移動(dòng)所使用的GSM移動(dòng)電話網(wǎng)采用FDMA和TDMA兩種方式的結(jié)合外，廣電HFC網(wǎng)中的CM與CMTS的通信中也采用了時(shí)分多址的接入方式(基于DOCSIS1.0或1.1和Eruo DOCSIS1.0或1.1)。

(3)CDMA碼分多址

CDMA是采用數(shù)字技術(shù)的分支——擴(kuò)頻通信技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種嶄新而成熟的無(wú)線通信技術(shù)，它是在FDM和TDM的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。FDM的特點(diǎn)是信道不獨(dú)占，而時(shí)間資源共享，每一子信道使用的頻帶互不重疊；TDM的特點(diǎn)是獨(dú)占時(shí)隙，而信道資源共享，每一個(gè)子信道使用的時(shí)隙不重疊；CDMA的特點(diǎn)是所有子信道在同一時(shí)間可以使用整個(gè)信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，它在信道與時(shí)間資源上均為共享，因此，信道的效率高，系統(tǒng)的容量大。CDMA的技術(shù)原理是基于擴(kuò)頻技術(shù)，即將需傳送的具有一定信號(hào)帶寬的信息數(shù)據(jù)用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的高速偽隨機(jī)碼(PN)進(jìn)行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去；接收端使用完全相同的偽隨機(jī)碼，與接收的帶寬信號(hào)作相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào)即解擴(kuò)，以實(shí)現(xiàn)信息通信。CDMA碼分多址技術(shù)完全適合現(xiàn)代移動(dòng)通信網(wǎng)所要求的大容量、高質(zhì)量、綜合業(yè)務(wù)、軟切換等，正受到越來(lái)越多的運(yùn)營(yíng)商和用戶的青睞。

(4)同步碼分多址技術(shù)

同步碼分多址(SCDMA，Synchrnous Code Division Multiplexing Access)指?jìng)坞S機(jī)碼之間是同步正交的，既可以無(wú)線接入也可以有線接入，應(yīng)用較廣泛。廣電HFC網(wǎng)中的CM與CMTS的通信中就用到該項(xiàng)技術(shù)，例如美國(guó)泰立洋公司(Terayon)和北京凱視通電纜電視寬帶接入，結(jié)合ATDM(高級(jí)時(shí)分多址)和SCDMA上行信道通信(基于DOCSIS2.0或Eruo DOCSIS2.0)。

中國(guó)第3代移動(dòng)通信系統(tǒng)也采用同步碼分多址技術(shù)，它意味著代表所有用戶的偽隨機(jī)碼在到達(dá)基站時(shí)是同步的，由于偽隨機(jī)碼之間的同步正交性，可以有效地消除碼間干擾，系統(tǒng)容量方面將得到極大的改善，它的系統(tǒng)容量是其他第3代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)的4～5倍。

在同一根光纖中同時(shí)讓兩個(gè)或兩個(gè)以上的光波長(zhǎng)信號(hào)通過(guò)不同光信道各自傳輸信息，稱為光波分復(fù)用技術(shù)，簡(jiǎn)稱WDM。光波分復(fù)用包括頻分復(fù)用和波分復(fù)用。光頻分復(fù)用（frequency-division multiplexing,FDM）技術(shù)和光波分復(fù)用（WDM）技術(shù)無(wú)明顯區(qū)別，因?yàn)楣獠ㄊ请姶挪ǖ囊徊糠?，光的頻率與波長(zhǎng)具有單一對(duì)應(yīng)關(guān)系。通常也可以這樣理解，光頻分復(fù)用指光頻率的細(xì)分,光信道非常密集。光波分復(fù)用指光頻率的粗分，光信道相隔較遠(yuǎn)，甚至處于光纖不同窗口。

碼分復(fù)用FDMA

FDMA頻分多址采用調(diào)頻的多址技術(shù)，業(yè)務(wù)信道在不同的頻段分配給不同的用戶。FDMA適合大量連續(xù)非突發(fā)性數(shù)據(jù)的接入，單純采用FDMA作為多址接入方式已經(jīng)很少見(jiàn)。

碼分復(fù)用TDMA時(shí)分多址

TDMA時(shí)分多址采用了時(shí)分的多址技術(shù)，將業(yè)務(wù)信道在不同的時(shí)間段分配給不同的用戶。TDMA的優(yōu)點(diǎn)是頻譜利用率高，適合支持多個(gè)突發(fā)性或低速率數(shù)據(jù)用戶的接入。

碼分復(fù)用CDMA碼分多址

CDMA是采用數(shù)字技術(shù)的分支——擴(kuò)頻通信技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種嶄新而成熟的無(wú)線通信技術(shù)，它是在FDM和TDM的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。FDM的特點(diǎn)是信道獨(dú)占，而時(shí)間資源共享，每一子信道使用的頻帶互不重疊；TDM的特點(diǎn)是獨(dú)占時(shí)隙，而信道資源共享，每一個(gè)子信道使用的時(shí)隙不重疊；CDMA的特點(diǎn)是所有子信道在同一時(shí)間可以使用整個(gè)信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，它在信道與時(shí)間資源上均為共享，因此，信道的效率高，系統(tǒng)的容量大。CDMA的技術(shù)原理是基于擴(kuò)頻技術(shù)，即將需傳送的具有一定信號(hào)帶寬的信息數(shù)據(jù)用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的高速偽隨機(jī)碼(PN)進(jìn)行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去；接收端使用完全相同的偽隨機(jī)碼，與接收的帶寬信號(hào)作相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào)即解擴(kuò)，以實(shí)現(xiàn)信息通信。CDMA碼分多址技術(shù)完全適合現(xiàn)代移動(dòng)通信網(wǎng)所要求的大容量、高質(zhì)量、綜合業(yè)務(wù)、軟切換等，正受到越來(lái)越多的運(yùn)營(yíng)商和用戶的青睞。

碼分復(fù)用同步碼分多址技術(shù)

同步碼分多址(SCDMA，Synchrnous Code Division Multiple Access)指?jìng)坞S機(jī)碼之間是同步正交的，既可以無(wú)線接入也可以有線接入，應(yīng)用較廣泛，它意味著代表所有用戶的偽隨機(jī)碼在到達(dá)基站時(shí)是同步的，由于偽隨機(jī)碼之間的同步正交性，可以有效地消除碼間干擾，系統(tǒng)容量方面將得到極大的改善，它的系統(tǒng)容量是其他第3代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)的4～5倍。

光波分復(fù)用一般應(yīng)用波長(zhǎng)分割復(fù)用器和解復(fù)用器（也稱合波/分波器）分別置于光纖兩端，實(shí)現(xiàn)不同光波的耦合與分離。這兩個(gè)器件的原理是相同的。光波分復(fù)用器的主要類型有熔融拉錐型，介質(zhì)膜型，光柵型和平面型四種。其主要特性指標(biāo)為插入損耗和隔離度。通常，由于光鏈路中使用波分復(fù)用設(shè)備后，光鏈路損耗的增加量稱為波分復(fù)用的插入損耗。當(dāng)波長(zhǎng)L1,L2通過(guò)同一光纖傳送時(shí)，在與分波器中輸入端L2的功率與L1輸出端光纖中混入的功率之間的差值稱為隔離度。