光纖通信復用技術的研究資料

光纖通信復用技術的研究資料,光纖通信,技術,研究,鉆研,資料 天津工程師范學院 畢 業(yè) 設 計（論文） 題 目 光纖通信復用技術的研究 副標題 ..√√√√√··· 性 質： 畢業(yè)設計 畢業(yè)論文 學生姓名 胡彩菊 年 級 三年 系 別 電子工程系 專 業(yè) 應用電子技術 指導教師 許書云 評定成績 優(yōu) 良 中 及格 不及格  填寫須知 1.學生的畢業(yè)設計（論文）書寫格式要統(tǒng)一，使用A4大小的紙張書寫，畢業(yè)設計的圖表、程序等折疊成A4紙大小，做為附件訂在文本后面。畢業(yè)論文的圖表、照片等與正文文字同步展示。 2.指導教師要輔導學生認真填寫統(tǒng)一格式的天津工程師范學院畢業(yè)設計（論文）任務書，形成打印稿，具備指導教師、教研室主任、系主任的逐級簽字認可。 3.認真填寫畢業(yè)設計（論文）指導檢查和各類評審表格，具備各級領導的簽字認可。 裝 訂 順 序 1.畢業(yè)設計（論文）任務書 2.畢業(yè)設計（論文）封面 3.目錄 4.摘要、關鍵詞（中文） 5.摘要、關鍵詞（英文） 6.正文： 緒 言 目 的 材料與方法 結果與討論 結 論 致 謝 詞 參 考 文 獻 7.圖表、程序等附件 8.畢業(yè)設計（論文）指導檢查表 9.畢業(yè)設計（論文）指導教師評分表 10.畢業(yè)設計（論文）評閱人評審表 11.畢業(yè)設計（論文）答辯委員會評審表 12.畢業(yè)設計（論文）評審表 注：1—7項內(nèi)容均要求打印稿  畢業(yè)設計（論文）工作量的原則要求 1、軟件設計類： 設計說明書：字數(shù)在1萬以上，軟件設計文檔包括有效程序軟盤、原程序清單、軟件設計說明書、軟件測試分析報告、項目開發(fā)總結等； 文獻查閱：10篇以上，翻譯與課題有關的外文資料，譯文字數(shù)3000以上。 2、設計類： 設計說明書：字數(shù)在1萬以上，工程繪圖量折合成圖幅為0號圖紙2張以上； 文獻查閱：10篇以上，翻譯與課題有關的外文資料，譯文字數(shù)3000以上。 3、設計兼實物實做類： 設計說明書：字數(shù)在8000以上； 文獻查閱：6篇以上，翻譯與課題有關的外文資料，譯文字數(shù)3000以上； 實物：能綜合反映其專業(yè)水平，具有一定復雜程度的實物制品。 4、畢業(yè)論文類： 字數(shù)在1.5萬以上，查閱文獻10篇以上，翻譯與課題有關的外文資料，譯文字數(shù)5000以上。 天津工程師范學院本科畢業(yè)生畢業(yè)設計(論文)格式規(guī)范 為進一步規(guī)范我院畢業(yè)設計(論文)管理，提高畢業(yè)設計(論文)質量,培養(yǎng)學生嚴肅嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L,我們特制定本規(guī)范,望各系遵照執(zhí)行. 一、格式及字體要求： 一律采用A4紙打印，頁邊距：上2.54厘米、下2.54厘米、左3.17厘米、右3.17厘米。 封面由學院統(tǒng)一印制。畢業(yè)論文各部分的具體格式要求如下： 目 錄(黑體，四號，字間空兩格，加粗，居中) 目錄內(nèi)容只列兩級(參照下例)。 一、天津工程師范學院畢業(yè)論文(楷體小四)………………………(1) 1．正文(楷體小四)……………………………………………………………(１) 2．參考文獻(楷體小四)………………………………………………………(11) 正文題目(黑體，四號，居中) 1．題目與作者之間空一行‘ 2．作者(宋體，小四)； 3．作者與中文摘要之間空兩行； [摘要](小四黑體，中間空兩格) 摘要內(nèi)容為200—500字，字號為楷體小四。 [關鍵詞](小四，黑體) 關鍵詞是反映文章最主要內(nèi)容的名詞性術語，為3—5個，字號為楷體小四，關鍵詞之間空兩格。 Title(字體為Ｔimes Ｎew Ｒoman，四號，加粗，第一個字母大寫) 本部分與中文關鍵詞之間空一行。 Abstract(字體為times Ｎew Ｒoman，四號，加粗，第一個字母大寫) 內(nèi)容直接根據(jù)中文摘要翻譯。字體為Ｔtimes　Ｎew?。襬man，10號。 Key words(字體為Ｔimes?。蝒w　Ｒomal，四號，加粗，第個字母大寫) 關鍵詞之間空兩格。 正文 1．正文與英文關鍵詞之間空一行。正文字數(shù)不少于1萬字，字體為宋體，字號為五號，行距為18磅，每頁38行，每行42字。 2．正文中的各級標題從大到小州順序，一級標題為“一”(小四，黑體，二級標題為“(一)” (五號，宋體)，三級標題為“1”(五號，宋體)。 3．正文中的有關圖表字體、字號與正文的一致，表格用“表1－１”并放在表格上面(居中)、圖用“圖1—1”并放在圖下面(居中)。 參 考 文 獻(四號，黑體，字間空一格，集中) 參考文獻單獨一頁，按下列順序排列(小四，楷體，與“參考文獻”之間空一行)，其格式為： ●專著[序號]主要責任者．文獻題名[文獻類型標識]．出版地：出版者，出版年． ●期刊[序號]主要責任者．文獻題名[文獻類型標識]．刊名，年，卷號(期號)． ●專利[序號]主要責任者．文獻題名[P]．專利國別：專利專，出版日期． ●文獻類型標識：專著[Ml論文集[Cl學位論文[D].報告[R]．期刊[J]論文集 中的析出文獻[A]．報紙文章[Nl標準編號，標準名稱[S]．專利[P]．電子文獻[電子文 獻及載體標識]．各種示定義類型的文獻[N]， 若是翻譯的參考文獻，必須在作者前加國別。 如： [1] 作者1，作者2．人力資源管理[M]．北京：中國人民大學出版杜，2000． [2] 作者．電子商務在企業(yè)中的應用[J]．天津工程師范學院學報，2001，(3)． [3] 作者．創(chuàng)造學習的新思路[N]．人民日報，2002—3——20(10)． [4] 作者．中國職業(yè)教育現(xiàn)代化．http：／／www． cajcd． edu． cn/pub／wml．Txt [5] [美]作者．人力資源管理[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2000． [6] ShoWaDenGYosha． AmemiyaT．AdvancedEconometrics[M]，1985． 二、其他要求 1、論文文本每頁右下角必須有頁碼，目錄中必須標明頁碼。 2、致謝：簡述自己通過本設計的體會，并對指導教師以及協(xié)助完成設計的有關人員表示謝意。 3、附錄：包括與論文有關的圖表、計算機程序、運行結果，主要設備、儀器儀表的性指標和測試精度等。 4、參考文獻：為了反映文稿的科學依據(jù)和作者尊重他人研究成果的嚴肅態(tài)度以及向讀者提出有關信息的出處，正文中應按順序在引用參考文獻處的文字右上角用［］標明，［］中序號應與“參考文獻”中序號一致，正文之后則應刊出參考文獻，并列出只限于作者親自閱讀過的最主要的發(fā)表在公開出版物上的文獻。 5、文字要求：文字通順，語言流暢，無錯別字，一般情況下應采用計算機打印成文。 6、圖紙要求：圖面整潔，布局合理，線條粗細均勻，圓弧連接光滑，尺寸標注規(guī)范，文字注釋必須使用工程字書寫。提倡學生使用計算機繪圖。 7、曲線圖表要求：所有曲線、圖表、線路圖、流程圖、程序框圖、示意圖等不準徒手畫，必須按國家規(guī)定標準或工程要求采用計算機或手工繪制。 8、譯文要求：內(nèi)容必須與課題（或專業(yè)內(nèi)容）有聯(lián)系，并說明出處。 教務處 2002年5月21日 3 目錄 摘要………………………………………………………………………………………………(1) 一、 引言…………………………………………………………………………………………(1) 二、 光纖數(shù)字網(wǎng)的復接體制…………………………………………………………………(2) ⒈異步復接…………………………………………………………………………………(3) ⒉光纖同步網(wǎng)絡…………………………………………………………………………..(4) 三、 光纖通信復用技術……………………………………………………………………….(6) ⒈波分復用…………………………………………………………………………………(6) ⒉空分復用………………………………………………………………………………..(10) ⒊時分復用………………………………………………………………………………..(10) ⒋頻分復用………………………………………………………………………………..(11) 四、 全光波分復用網(wǎng)絡技術…………………………………………………………………(11) ⒈全光波分復用網(wǎng)絡的兩種網(wǎng)絡形式……………………………………………….(12) ⒉研究熱點和發(fā)展……………………………………………………………………….(14) 五、 總結………………………………………………………………………………………..(16) 六、致謝信…………………………………………………………………………………….(16) 參考文獻……………………………………………………………………………………….(17) 附錄一：英文資料……………………………………………………………………………(18) 附錄二：英文翻譯……………………………………………………………………………(23) 第三章 時分多路復用與復接技術 1 時分多路復用 ????為了提高信道利用率，使多個信號沿同一信道傳輸而互相不干擾，稱多路復用。目前采用較 多的是頻分多路復用和時分多路復用。頻分多路復用用于模擬通信，例如載波通信，時分多 路復用用于數(shù)字通信，例如PCM通信。 ???? 時分多路復用通信，是各路信號在同一信道上占有不同時間間隙進行通信。由前述的抽樣理 論可知，抽樣的一個重要作用，是將時間上連續(xù)的信號變成時間上離散的信號，其在信道上 占用時間的有限性，為多路信號沿同一信道傳輸提供了條件。具體說，就是把時間分成一些 均勻的時間間隙，將各路信號的傳輸時間分配在不同的時間間隙，以達到互相分開，互不干擾的目的。圖3－1為時分多路復用示意圖，各路信號經(jīng)低通濾波器將頻帶限制在3400Hz以下，然后加到快速電子旋轉開關(稱分配器)開關不斷重復地作勻速旋轉，每旋轉 一周的時間等于一個抽樣周期T，這樣就做到對每一路信號每隔周期T時間抽樣一次。由此可 見，發(fā)端分配器不僅起到抽樣的作用，同時還起到復用合路的作用。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(shù)字信碼送往信道。在收端將這些從發(fā)送端送來的各路 信碼依次解碼，還原后的PAM信號，由收端分配器旋轉開關K2依次接通每一路信號，再經(jīng) 低通平滑，重建成話音信號。由此可見收端的分配器起到時分復用的分路作用，所以收端分 配器又叫分路門。 　 ????當采用單片集成PCM編解碼器時，其時分復用方式是先將各路信號分別抽樣、編碼、再經(jīng)時 分復用分配器合路后送入信道，接收端先分路，然后各路分別解碼和重建信號。 ???? 要注意的是：為保證正常通信，收、發(fā)端旋轉開關必須同頻同相。同頻是指的旋轉速度要完全相同，同相指的是發(fā)端旋轉開關連接第一路信號時，收端旋轉 開關K2也必須連接第一路，否則收端將收不到本路信號，為此要求收、發(fā)雙方必須保持嚴 格的同步。時分復用后的數(shù)碼流示意圖示于圖3－2 1.1 時分復用中的同步技術 ????時分復用通信中的同步技術包括位同步(時鐘同步)和幀同步，這是數(shù)字通信的又一個重要特 點。位同步是最基本的同步，是實現(xiàn)幀同步的前提。位同步的基本含義是收、發(fā)兩端機的時 鐘頻率必須同頻、同相，這樣接收端才能正確接收和判決發(fā)送端送來的每一個碼元。為了 達到收、發(fā)端頻率同頻、同相，在設計傳輸碼型時，一般要考慮傳輸?shù)拇a型中應含有發(fā)送端 的時鐘頻率成分。這樣，接收端從接收到PCM碼中提取出發(fā)端時鐘頻率來控制收端時鐘，就 可做到位同步。 ????幀同步是為了保證收、發(fā)各對應的話路在時間上保持一致，這樣接收端就能正確接收發(fā)送端 送來的每一個話路信號，當然這必須是在位同步的前提下實現(xiàn)。 ????為了建立收、發(fā)系統(tǒng)的幀同步，需要在每一幀(或幾幀)中的固定位置插入具有特定碼型的幀 同步碼。這樣，只要收端能正確識別出這些幀同步碼，就能正確辨別出每一幀的首尾，從而 能正確區(qū)分出發(fā)端送來的各路信號。 1.2 時分復用的幀結構  ????現(xiàn)以PCM30/32路電話系統(tǒng)為例，來說明時分復用的幀結構，這樣形成的PCM信號稱為PCM一次 群信號。 ???? 在討論時分多路復用原理時曾指出，時分多路復用的方式是用時隙來分割的，每一路信號分 配 一個時隙叫路時隙，幀同步碼和信令碼也各分配一個路時隙。PCM30/32系統(tǒng)的意思是整個系 統(tǒng)共分為32個路時隙，其中30個路時隙分別 用來傳送30路話音信號，一個路時隙用來傳送幀同步碼，另一個路時隙用來傳送信令碼。 圖3－3是CCITT建議G.732規(guī)定的幀結構。 ????從圖中可看出，PCM30/32路系統(tǒng)中一個復幀包含16幀，編號為幀、幀……幀，一復幀的時間為2毫秒。每一幀(每幀的時間為125微秒)又包含有32個路時隙，其編號 為，每個路時隙的時間為3.9微秒。每一路時隙包含 有8個位時隙，其編號為，每個位時隙的時間為0.488微秒。  ???? 路時隙分別傳送第1路~第15路的信碼，路時隙分 別傳送第16路~第30路的信碼。偶幀時隙傳送幀同步碼，其碼型為{×0011011}。奇幀TS0時隙碼型為{×1A1SSSSS}，其中A1是對端告警碼，A1=0時表示幀同步，A1=1時表示幀失步；S為備用比特，可用來傳送業(yè)務碼；×為國際備用比特或傳送循環(huán)冗余校 驗碼(CRC碼)，它可用于監(jiān)視誤碼。幀時隙前4位碼為復幀同步碼，其碼型為 0000；A2為復幀失步對告碼。幀的時隙用來傳送30個話路的信 令碼。幀時隙前4位碼用來傳送第1路信號的信令碼，后4位碼用來傳送第16 路信號的信令碼……。直到幀時隙前后各4位碼分別傳送第15路、第30 路信號的信令碼，這樣一個復幀中各個話路分別輪流傳送信令碼一次。按圖3－3所示的幀 結構，并根據(jù)抽樣理論，每幀頻率應為8000幀/秒，幀周期為125微秒，所以PCM30/32路系統(tǒng) 的總數(shù)碼率是 ????=80000(幀/秒)×32(路時隙/幀)×8(bit/路時隙)=2048kbit/s=2.048Mbit/s ????PCM30/32路端機方框圖如圖3－4所示。 ????用戶的話音信號(發(fā)與收)采用二線制傳輸，但端機的發(fā)送與接收支路是分開的，即發(fā)與收是 采用四線制傳輸。因此，用戶的話音信號需經(jīng)2/4線變換，也就是通過差動變量器(差動變量 器1~2端發(fā)送與4－1端接收的傳輸衰減越小越好，而4－2端的衰減要越大越好，以防止通路 振鳴)1~2端送入PCM端機的發(fā)送端，經(jīng)放大(調(diào)節(jié)話音電平)、低通濾波(限制話音頻帶、防止 折疊噪聲)、抽樣、合路和編碼，編碼后的PCM碼、幀同步碼、信令碼、數(shù)據(jù)信號碼在匯總電 路里按PCM30/32系統(tǒng)幀結構排列，最后經(jīng)碼型變換成適宜于信道傳輸?shù)拇a型送往信道。接收 端首先將接收到信號進行整形、再生，然后經(jīng)過碼型反變換，恢復成原來的碼型，再由分離 電路將PCM碼、信令碼、幀同步碼、數(shù)據(jù)信號碼分離，分離出的話路信碼經(jīng)解碼、分路門恢 復出每一路的PCM信號，然后經(jīng)低通平滑，恢復成每一路的話音模擬信號，最后經(jīng)放大、差 動變量器4~1端送至用戶。再生電路所提取時鐘，除了用于抽樣判決，識別每一個碼元外， 還由它來控制收端定時系統(tǒng)產(chǎn)生收端所需的各種脈沖信號。 2 數(shù)字復接技術 ????在頻分制載波系統(tǒng)中，高次群系統(tǒng)是由若干個低次群信號通過頻譜搬移并疊加而成。例如， 60路載波是由5個12路載波經(jīng)過頻譜搬移疊加而成；1800路載波是由30個60路載波經(jīng)過頻譜 搬移疊加而成。 ???? 在時分制數(shù)字通信系統(tǒng)中，為了擴大傳輸容量和提高傳輸效率，常常需要將若干個低速數(shù)字 信號合并成一個高速數(shù)字信號流，以便在高速寬帶信道中傳輸。數(shù)字復接技術就是解決PCM 信號由低次群到高次群的合成的技術。 2.1 PCM復用與數(shù)字復接 ????擴大數(shù)字通信容量有兩種方法。一種方法是采用PCM30/32系統(tǒng)(又稱基群或一次群)復用的方 法。例如需要傳送120路電話時，可將120路話音信號分別用8kHz抽樣頻率抽樣，然后對每個 抽樣值編8位碼，其數(shù)碼率為8000×8×120=7680kbit/s。由于每幀時間為125微秒，每個路 時隙的時間只有1微秒左右，這樣每個抽樣值編8位碼的時間只有1微秒時間，其編碼速度非 常高 ，對編碼電路及元器件的速度和精度要求很高，實現(xiàn)起來非常困難。但這種方法從原理上講 是可行的，這種對120路話音信號直接編碼復用的方法稱PCM復用。另一種方法是將幾個(例 如4個)經(jīng)PCM復用后的數(shù)字信號(例如4個PCM30/32系統(tǒng))再進行時分復用，形成更多路的數(shù)字 通信系統(tǒng)。顯然，經(jīng)過數(shù)字復用后的信號的數(shù)碼率提高了，但是對每一個基群編碼速度沒 有提高，實現(xiàn)起來容易，目前廣泛采用這種方法提高通信容量。由于數(shù)字復用是采用數(shù)字 復接的方法來實現(xiàn)的，又稱數(shù)字復接技術。 ???? 數(shù)字復接系統(tǒng)由數(shù)字復接器和數(shù)字分接器組成，如圖3－5所示。數(shù)字復接器是把兩個或兩個 以上的支路(低次群)，按時分復用方式合并成一個單一的高次群數(shù)字信號設備，它由定時、 碼速調(diào)整和復接單元等組成。數(shù)字分接器的功能是把已合路的高次群數(shù)字信號，分解成原來 的低次群數(shù)字信號，它由幀同步、定時、數(shù)字分接和碼速恢復等單元組成。  ????定時單元給設備提供一個統(tǒng)一的基準時鐘。碼速調(diào)整單元是把速率不同的各支路信號，調(diào)整 成與復接設備定時完全同步的數(shù)字信號，以便由復接單元把各個支路信號復接成一個數(shù)字流 。另外在復接時還需要插入幀同步信號，以便接收端正確接收各支路信號。分接設備的定時 單元是由接收信號中提取時鐘，并分送給各支路進行分接用。 CCITT已推薦了兩類數(shù)字速率系列和復接等級，兩類數(shù)字速率系列和數(shù)字復接等級分別如表3 －1和圖3－6所示。 表3－1 兩類數(shù)字速率系列 群號 一次群 二次群 三次群 四次群 數(shù)碼率(Mbit/s) 1.544 6.312 32.064 97.728 話路數(shù) 24 24*4=96 95*5=480 480*3=1440 數(shù)碼率(Mbit/s) 2.048 8.448 34.368 139.264 話路數(shù) 30 30*40=120 120*4=480 480*4=1920 2.2數(shù)字信號的復接 ????數(shù)字復接的方法主要有按位復接、按字復接和按幀復接三種。按位復接又叫比特復接，即復 接時每支路依次復接一個比特。圖3－7(a)所示是4個PCM30/32系統(tǒng)時隙(CH1話路) 的碼字情況。圖3－7(b)是按位復接后的二次群中各支路數(shù)字碼排列情況。按位復接方法簡 單易行，設備也簡單，存儲器容量小，目前被廣泛采用，其缺點是對信號交換不利。圖3－7 (c)是按字復接，對PCM30/32系統(tǒng)來說，一個碼字有8位碼，它是將8位碼先儲存起來，在規(guī) 定時間四個支路輪流復接，這種方法有利于數(shù)字電話交換，但要求有較大的存儲容量。按幀 復接是每次復接一個支路的一個幀(一幀含有256個比特)，這種方法的優(yōu)點是復接時不破壞 原來的幀結構，有利于交換，但要求更大的存儲容量。 2.3 數(shù)字復接中的碼速變換 ????幾個低次群數(shù)字信號復接成一個高次群數(shù)字信號時，如果各個低次群(例如PCM30 /32系統(tǒng))的時鐘是各自產(chǎn)生的，即使它們的標稱數(shù)碼率相同，都是2048kbit/s，但它們的瞬 時數(shù)碼率也可能是不同的。因為各個支路的晶體振蕩器的振蕩頻率不可能完全相同(CCIT規(guī) 定PCM 30/32系統(tǒng)的瞬時數(shù)碼率在2048kbit/s±100bit/s)，幾個低次群復接后的數(shù)碼就會產(chǎn)生重 疊或錯位，如圖3－8所示。 這樣復接合成后的數(shù)字信號流，在接收端是無法分接恢復成原來的低次群信號的。因此， 數(shù)碼率不同的低次群信號是不能直接復接的。為此，在復接前要使各低次群的數(shù)碼率同步 ，同時使復接后的數(shù)碼率符合高次群幀結構的要求。由此可見，將幾個低次群復接成高次 群時，必須采取適當?shù)拇胧?，以調(diào)整各低次群系統(tǒng)的數(shù)碼率使其同步，這種同步是系統(tǒng)與系 統(tǒng)之間的同步，稱系統(tǒng)同步。  ????系統(tǒng)同步的方法有兩種，即同步復接和異步復接。同步復接是用一個高穩(wěn)定的主 時鐘來控制被復接的幾個低次群，使這幾個低次群的碼速統(tǒng)一在主時鐘的頻率上，這樣就 達 到系統(tǒng)同步的目的。這種同步方法的缺點是主時鐘一旦出現(xiàn)故障，相關的通信系統(tǒng)將全部中 斷。它只限于在局部區(qū)域內(nèi)使用。異步復接是各低次群使用各自的時鐘。這樣，各低次群的 時鐘速率就不一定相等，因而在復接時先要進行碼速調(diào)整，使各低次群同步后再復接。 ???不論同步復接或異步復接，都需要碼速變換。雖然同步復接時各低次群的數(shù)碼率完全一致 ，但復接后的碼序列中還要加入幀同步碼、對端告警碼等碼元，這樣數(shù)碼率就要增加，因此 需要碼速變換。 ???? CCITT規(guī)定以2048kbit/s為一次群的PCM二次群的數(shù)碼率為8448kbit/s。按理說，PCM二次 群的數(shù)碼率是4×2048kbit/s=8192kbit/s。當考 慮到4個PCM一次群在復接時插入了幀同步碼、告警碼、插入碼和插入標志碼等碼元，這此碼 元 的插入，使每個基群的數(shù)碼率由2048kbit/s調(diào)整到2112kbit/s，這樣4×2112kbit/s=8448kb it/s。碼速調(diào)整后的速率高于調(diào)整 前的速率，稱正碼速調(diào)整。 ???? 正碼速調(diào)整方框圖如圖3－9所示。每一個參與復接的數(shù)碼流都必須經(jīng)過一個碼速調(diào)整裝置 ，將瞬時數(shù)碼率不同的數(shù)碼流調(diào)整到相同的、較高的數(shù)碼率，然后再進行復接。 ???? 碼速調(diào)整裝置的主體是緩沖存儲器，還包括一些必要的控制電路、輸入支路的數(shù)碼率=2.048Mbit/s±100bit/s，輸出數(shù)碼率為=2.112Mbit/s。所謂正碼速調(diào)整就是因為而得名的。 ???? 假定緩存器中的信息原來處于半滿狀態(tài)，隨著時間的推移，由于讀出時鐘大于寫入時 鐘，緩存器中的信息勢必越來越少 ，如果不采取特別措施，終將導致緩存器中的信息 被取空，再讀出的信息將是虛假的信息。 ????為了防止緩存器的信息被取空，需要采取一些措施。一旦緩存器中的信息比特數(shù)降到規(guī)定數(shù) 量時 ，就發(fā)出控制信號，這時控制門關閉，讀出時鐘被扣除一個比特。由于沒有讀出時鐘，緩存 器中的信息就不能讀出去，而這時信息仍往緩存器存入，因此緩存器中的信息就增加一個比 特。如此 重復下去，就可將數(shù)碼流通過緩沖存儲器傳送出去，而輸出信碼的速率則增加為 圖3－10中某支路輸入碼速率為，在寫入時鐘作用下，將信碼寫入緩存器，讀出 時鐘頻率是，由于，所以緩存器是處于慢寫快讀的狀態(tài)，最后將會出現(xiàn)“取 空”現(xiàn)象。如果在設計電路時加入一控制門，當緩沖存儲器中的信息尚未“取空”而快要“ 取空”時，就讓它停讀一次。同時插入一個脈沖(這是非信息碼)，以提高碼速率，如圖中① ②所示。從圖中可以看出，輸入信碼是以的速率寫入緩存器，而讀出脈沖是以速率 讀出，如圖中箭頭所示。由于，讀、寫時間差(相位差)越來越小，到第6個脈沖 到來時，與幾乎同時出現(xiàn)，這將出現(xiàn)沒有寫入都要求讀出信息的情況從而造成“取 空”現(xiàn)象。為了防止“取空”，這時就停讀一次，同時插入一個脈沖，如圖中虛線所示。 插入脈沖在何時插入是根據(jù)緩存器的儲存狀態(tài)來決定的，可通過插入脈沖控制電路來完成。 儲存狀態(tài)的檢測可通過相位比較器來完成。 ???? 在收端，分接器先將高次群信碼進行分接，分接后的各支路信碼分別寫入各自的緩存器。 為了去掉發(fā)送端插入的插入脈沖(稱標志信號脈沖)，首先要通過標志信號檢出電路檢出標志 信號， 然后通過寫入脈沖扣除電路扣除標志信號?？鄢藰酥拘盘柡蟮闹沸糯a的順序與原來信碼 的順 序一樣，但在時間間隔上是不均勻的，中間有空隙如圖中③所示。但從長時間來看，其平均 時間間隔，即平均碼速與原支路信碼相同，因此，在收端要恢復原支路信碼，必須先 從圖中③波形中提取時鐘。脈沖間隔均勻化的任務由鎖相環(huán)完成。鑒相器的輸入為已扣 除插入脈沖的，另一個輸入端接輸出，經(jīng)鑒相、低通和后獲得一個頻率 等于時鐘平均頻率的讀出時鐘，從緩存器中讀出信碼。 ?????????? [上一章] [下一章] 光網(wǎng)絡中三種復用技術 　　在光纖通信中，復用技術被認為是擴展現(xiàn)存光纖網(wǎng)絡工程容量的主要手段。復用技術主要包括時分復用TDM（Time Division Multiplexing）技術、空分復用SDM（Space Division Multiplexing）技術、波分復用WDM（WaveLength Division Multiplexing）技術和頻分復用FDM（Frequency Division Multiplexing）技術。但是，因為FDM和WDM一般認為并沒有本質上的區(qū)別，所以可以認為波分復用是＂粗分＂，而頻分復用是＂細分＂，從而把兩者歸入一類。下面主要討論SDM、TDM和WDM三種復用方式。 　　TDM技術 　　TDM技術在電子學通信中已經(jīng)是很成熟的復用技術。這種技術就是將傳輸時間分割成若干個時隙，將需要傳輸?shù)亩嗦沸盘柊匆欢ㄒ?guī)律插入相應時隙，從而實現(xiàn)多路信號的復用傳輸。但是，這種技術在電子學通信使用中，由于受到電子速度、容量和空間兼容性諸多方面的限制，使得電子時分復用速率不能太高。例如，PDH信號僅達到0.5Gbps，盡管SDH體制信號采用同步交錯復接方法己達到10Gbps（STM-64）的速率，但是，達到20Gbps卻是相當困難的。另一方面，在光纖中，對于光信號產(chǎn)生的損耗（Attnuation）、反射（Reflectance）、顏色色散（Chromatic Dispersion）以及偏振模式色散PMD（Polarization Mode Dispersion）都將嚴重影響高速率調(diào)制信號的傳輸。當信號達到STM-64或者更高速率時，PMD的脈沖擴展效應，就會造成信號＂模糊＂，引起接收機對于信號的錯誤判斷從而產(chǎn)生誤碼。這是由于不同模式的偏振光在光纖運行中會產(chǎn)生輕微的時間差，因而一般要求PMD系數(shù)必須在0.1ps/km以下。綜上所述，電時分復用技術的局限性，將電子學通信的傳輸速率限制在10～20Gbps以下。 　　SDM技術 　　對SDM的一般理解是：多條光纖的復用即光纜的復用。在某些地方，有現(xiàn)成的光纖通信網(wǎng)管道，并且還有空余的位置。所以為了增加容量，可以在管道中拉入更多光纖，這比電子學方法更便捷。對于空分復用的另一種理解是：在一根光纖中實現(xiàn)空分復用，即對于光纖的纖芯區(qū)域光束的空間分割。因為單模光纖纖芯部分芯徑僅有9～10mm，而且傳輸?shù)墓馐娓鼽c相位要存在漲落，因而這種波面的空間分割是極為困難的。盡管最近有人提出了相干度的理論分割方法，但是距離實用化還有漫長的道路要走。 　　WDM技術 WDM技術是在一根光纖上承載多個波長（信道）系統(tǒng)，將一根光纖轉換為多條＂虛擬＂纖，每條虛擬纖獨立工作在不同波長上。每個信道運行速度高達2.5～10Gbps。 WDM技術作為一種系統(tǒng)概念，可以追溯到1970年初，在當時僅用兩個波長，在1300nm窗口一個波長、在1500nm窗口一個波長，利用WDM技術實現(xiàn)單纖全雙工傳輸。初期的WDM網(wǎng)絡主要致力于點對點系統(tǒng)的研究，作為WDM技術發(fā)展的重要階段，1987年Bellcore在LAMB-DANET規(guī)劃中開發(fā)出有18個波長波道的WDM系統(tǒng)。具有開拓性進展的是1978年K.O.Hill等人首次發(fā)現(xiàn)摻鍺光纖中的光感應光柵效應，在此基礎上Meltz等人于1989年終于研究發(fā)明出紫外光側面寫入光折度光柵技術，從而使采用光纖光柵實現(xiàn)WDM復用技術獲得突破性進展，其復用波道數(shù)增加到100個以上。初期報道在1550nm窗口實現(xiàn)25個波道的WDM系統(tǒng)，總容量達到500Gbps。接著又有報道在1550nm窗口實現(xiàn)25個波道的WDM系統(tǒng)，其波道間隔僅為0.6nm，總容量達1.1Tbps，到1999年中期WDM實現(xiàn)化系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)96個波道。北電公司宣布于2000年起開發(fā)有160個波長波道數(shù)的WDM系統(tǒng)，每個波道傳輸10Gbps，其一根光纖傳輸信息總容量為1.6Tbps。由于WDM系統(tǒng)技術的經(jīng)濟性與有效性，使之成為當前光纖通信網(wǎng)絡擴容的主要手段。 　　第二代WDM系統(tǒng)即密集波分復用技術（DWDM）可以承載8～160個波長。其帶寬增長速度遠遠超過了將信號以電的方式進行復用的時分復用技術（TMD）。 　　FDM是將在光纖中傳輸?shù)墓獠ò雌漕l率進行分割成若干光波頻道，使其每個頻道作為信息的獨立載體。從而實現(xiàn)在一條光纖中的多頻道復用傳輸。FDM技術可以與WDM技術聯(lián)合使用，使復用路數(shù)成倍提高，即首先將光波波道按波長進行粗分，若每個波道寬度為Δλ，則在每個寬度為Δλ波道內(nèi)，再載入幾個頻道(f1、f2、…、fn)，每個頻道還可以獨立荷載信息。由于相干光通信提供了極好的選擇性，因此FDM技術與其相結合，為采用FDM技術的光纖網(wǎng)絡實用化創(chuàng)造了條件。光FDM復用技術設備復雜，對于光器件性能的要求高，因此進入實用工程階段還需要不少努力。 波分復用和頻分復用光纖通信技術研究 吳德明, 徐安士, 朱立新, 王子宇, 張肇儀, 謝麟振 (北京大學電子學系，區(qū)域光纖通信網(wǎng)與新型光通信系統(tǒng)國家重點實驗室，北京，100871) 摘要： 波分復用(WDM)和頻分復用(FDM)技術可用來充分開發(fā)光纖的寬頻帶特性，實現(xiàn)超大容量信息傳輸。在“八五”期間科研成果基礎上，完成了4×2.488Gbit/s 雙向154km無中繼波分復用光纖通信系統(tǒng)，并已安裝于京九九光纜干線廣州-深圳段通信線路上作現(xiàn)場試驗和試運行。該系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，在5個多月試運行中未發(fā)現(xiàn)誤碼。同時，完成4×155Mbit/s頻分復用光纖通信實驗系統(tǒng)的研制。該系統(tǒng)頻道間距為0.1nm，傳輸距離為18km。系統(tǒng)實現(xiàn)了模塊化結構，具有良好的穩(wěn)定性，實測24小時無誤碼。這一成果為FDM的應用打下了基礎。 關鍵詞： 波分復用；頻分復用；光纖通信；光纖低損耗帶寬 1.頻分多路復用 FDM技術原理 　　在物理信道的可用帶寬超過單個原始信號所需帶寬情況下，可將該物理信道的總帶寬分割成若干個與傳輸單個信號帶寬相同(或略寬)的子信道，每個子信道傳輸一路信號，這就是頻分多路復用。 　　多路原始信號在步分復用前，先要通過頻譜搬移技術將各路信號的頻譜搬移到物理信道頻譜的不同段上，使各信號的帶寬不相互重疊，然后用不同的頻率調(diào)制每一個信號，每個信號要一個樣以它的載波頻率為中心的一定帶寬的通道。為了防止互相干擾，使用保護帶來隔離每一個通道。 2.時分多路復用 TDM技術原理 　　若媒體能達到的位傳輸速率超過傳輸數(shù)據(jù)所需的數(shù)據(jù)傳輸速率，可采用時分多路復用 TDM技術，即將一條物理信道按時間分成若干個時間片輪流地分配給多個信號使用。每一時間片由復用的一個信號占用，這樣，利用每個信號在時間上的交叉，就可以在一條物理信道上傳輸多個數(shù)字信號。 　　時分多路復用 TDM不僅局限于傳輸數(shù)字信號，也可同時交叉?zhèn)鬏斈M信號。 天津工程師范學院 畢業(yè)設計（論文）任務書 設計題目 光纖通信復用技術的研究 學生姓名 胡彩菊 系別 電子工程系 專業(yè) 應用電子技術 班級 應電021 指導教師姓名 許書云職稱 高級工程師 課題來源 自擬 任務書下達時間04 教研室主任簽字 系主任簽字 1、 畢業(yè)設計主要內(nèi)容 通過查閱相關資料、文獻完成本論文，論文的主要內(nèi)容應包括： （1）闡明光纖通信復用技術的幾種形式及其基本原理（即電信號復用技術、光信號復用技術及光波復用技術） （2）比較幾者的特點 （3）提出光通信的發(fā)展方向-全光網(wǎng)絡 2、設計的主要技術指標 （1）掌握相關內(nèi)容 （2）寫論文 3、 工藝制作任務 無 4、 設計基本要求 （1）論文條理要清楚，相關內(nèi)容要嚴謹準確 （2）論文的書寫格式應符合學院提出的規(guī)定、要求 5、應收集的文獻資料 主要參考書（1）《現(xiàn)代通信網(wǎng)概論》李偉章 （2）《光纖通信設備基礎》王延堯主編 （3）《通信網(wǎng)基礎》謝華主編 6、進度計劃 序號 畢業(yè)設計階段性工作及成果 時間安排 1 查閱相關資料、擬定論文提綱 2周 2 書寫論文 4周 3 準備答辯 2周 注：上述各項均可增加附 光纖通信的復用技術的研究 [摘 要] 在光纖通信中，復用技術被認為是擴展現(xiàn)存光纖網(wǎng)絡工程容量的主要手段。復用技術主要包括時分復用TDM（Time Division Multiplexing）技術、空分復用SDM（Space Division Multiplexing）技術、波分復用WDM（WaveLength Division Multiplexing）技術和頻分復用FDM（Frequency Division Multiplexing）技術。但是，因為FDM和WDM一般認為并沒有本質上的區(qū)別，所以可以認為波分復用是＂粗分＂，而頻分復用是＂細分＂，從而把兩者歸入一類。 [關鍵詞] 波分復用（WDM） 空分復用（SDM） 時分復用（TDM） 頻分復用（FDM） The fiber optic correspond by letter of reply with the technical research Hu caiju [Abstract] In fiber-optic correspondence, reply with it is main means that expands the existing fiber-optic network engineering capacity that technique is think.Reply to the mainly include the with the technique reply the to use the TDM (Time Division Multiplexing) the technique separately, the empty reply the separately to the reply to the use the WDM ( WaveLength Division Multiplexing) technique and Frequency the s to the reply to the use the FDM (Frequency Division Multiplexing) technique the separately with the SDM (Space Division Multiplexing) technique, the a cent .But, the Frequency replies separately the use is “ that a the to subdivide ” the FDM and WDM think to have no essential differentiation generally, so can think it is “ that a cent replies to use thick cent ”, thus return both into together. [Key words] WDM（WaveLength Division Multiplexing） SDM（Space Division Multiplexing） TDM（Time Division Multiplexing） FDM（Frequency Division Multiplexing） 一、引言 通信中的復用技術是一種能夠充分利用傳輸線信道容量的多維通信手段，它是先把來自多個信息源的消息進行合并，然后將這一合成的消息群，經(jīng)由單一的傳輸設備進行傳輸，在接收端再將這一消息群進行分離，并分別重現(xiàn)，因此，復用實質上是一種起著多通道作用的信息傳輸方式。 在目前實用的光纖通信系統(tǒng)中，還延用傳統(tǒng)的強度調(diào)制---直接檢波（IM/DD）的系統(tǒng)方式，即電/光轉換和光/電轉換的信號傳輸方式，雖然隨著大規(guī)模集成電路的不斷發(fā)展，系統(tǒng)容量也得到了不斷提高，但電子器件處理信息的速率還遠遠低于光纖所能提供的巨大負荷量，為了進一步滿足各種寬帶業(yè)務對網(wǎng)絡容量的需求，進一步挖掘光纖的頻帶資源，開發(fā)和使用新型光纖通信系統(tǒng)將成為未來的的趨勢，其中采用多信道復用技術，便是行之有效的方式之一。 光纖通信復用技術主要分為：光波復用和光信號復用兩大類。光波復用分為按波長分割的波分復用（WDM）和按空間分割的空分復用（SDM），而光信號復用又分為按時間分割的時分復用（TDM）和按頻率分割的頻分復用（FDM），此外還有光碼復用（OCDM）、副載波復用（SCM）技術。不難看出，光信號復用是延用無線電通信中的相應復用技術。而光波復用技術則是光纖通信所特有的，它是人們根據(jù)光波的特點發(fā)展出來的一種新穎的復用通信技術。 二、光纖數(shù)字網(wǎng)的復接體制 數(shù)字復用是采用數(shù)字 復接的方法來實現(xiàn)的，又稱數(shù)字復接技術。 數(shù)字復接體系(digital multiplex hierarchy)：按照數(shù)字率來分級的一系列數(shù)字復接器。在某一用戶的話音信號(發(fā)與收)采用二線制傳輸，但端機的發(fā)送與接收支路是分開的，即發(fā)與收是采用四線制傳輸。因此，用戶的話音信號需經(jīng)2/4線變換，也就是通過差動變量器（差動變量器1~2端發(fā)送與4－1端接收的傳輸衰減越小越好，而4－2端的衰減要越大越好，以防止通路振鳴）1~2端送入PCM端機的發(fā)送端，經(jīng)放大(調(diào)節(jié)話音電平)、低通濾波(限制話音頻帶、防止 折疊噪聲)、抽樣、合路和編碼，編碼后的PCM碼、幀同步碼、信令碼、數(shù)據(jù)信號碼在匯總電 路里按PCM30/32系統(tǒng)幀結構排列，最后經(jīng)碼型變換成適宜于信道傳輸?shù)拇a型送往信道。接收端首先將接收到信號進行整形、再生，然后經(jīng)過碼型反變換，恢復成原來的碼型，再由分離電路將PCM碼、信令碼、幀同步碼、數(shù)據(jù)信號碼分離，分離出的話路信碼經(jīng)解碼、分路門恢復出每一路的PCM信號，然后經(jīng)低通平滑，恢復成每一路的話音模擬信號，最后經(jīng)放大、差動變量器4~1端送至用戶。再生電路所提取時鐘，除了用于抽樣判決，識別每一個碼元外，還由它來控制收端定時系統(tǒng)產(chǎn)生收端所需的各種脈沖信號。數(shù)字復接系統(tǒng)由數(shù)字復接器和數(shù)字分接器組成。(如圖2-1) 數(shù)字復接器是把兩個或兩個以上的支路(低次群)，按時分復用方式合并成一個單一的高次群數(shù)字信號設備，它由定時、碼速調(diào)整和復接單元等組成。數(shù)字分接器的功能是把已合路的高次群數(shù)字信號，分解成原來的低次群數(shù)字信號，它由幀同步、定時、數(shù)字分接和碼速恢復等單元組成。 圖2-1 數(shù)字復接系統(tǒng)方框圖 １．異步復接 要完成數(shù)字復接，各低速數(shù)字支路必須彼此同步，有兩種方法可以保證這一點：建立同步網(wǎng)絡和采用異步復接。同步復接是用一個高穩(wěn)定的主時鐘來控制被復接的幾個低次群，使這幾個低次群的碼速統(tǒng)一在主時鐘的頻率上，這樣就達到系統(tǒng)同步的目的。這種同步方法的缺點是主時鐘一旦出現(xiàn)故障，相關的通信系統(tǒng)將全部中斷。它只限于在局部區(qū)域內(nèi)使用。不論同步復接或異步復接，都需要碼速變換。雖然同步復接時各低次群的數(shù)碼率完全一致 ，但復接后的碼序列中還要加入幀同步碼、對端告警碼等碼元，這樣數(shù)碼率就要增加，因此需要碼速變換。在準同步網(wǎng)絡中，各群次獨立定時，因此高次群復接都采用以比特為單位的異步復接。異步復接是各低次群使用各自的時鐘。這樣，各低次群的時鐘速率就不一定相等，因而在復界時要先進行碼速調(diào)整，使各低次群同步后再復界。所以異步復接實際上是通過兩個步驟實現(xiàn)的：先用碼速調(diào)整將各支路信息碼流調(diào) 整到速率、相位都一致，然后進行同步復接。一般采用正碼速調(diào)速（如圖2-2），這樣在發(fā)端就要插入一些碼速調(diào)整比特，一路低速信號往往要經(jīng)過多次碼速調(diào)整，使得在高速信號中很難直接識別和提取低速支路信號，要上下話路，只能采用一系列背靠背的復接器，將高次群信號一步步地解復用到所要解出的低次群上，上下路后，再重新一步步地復用到高次群上(如圖2-3)。 顯然，這種異步復用方式結構復雜，成本高，設備利用率低，硬件所占的成分大，因此很不靈活。 圖2-2正碼調(diào)速方框圖 圖2-3 異步復接系統(tǒng)上下路方法 目前世界上有三種異步復接體制(表2－1)，三者互不兼容，國際互聯(lián)時必須進行轉換。 表2－1 三種異步復接體制 次群 以15Mbps為基礎的系列 以2Mbps為基礎的系列 日本體制 北美體制 歐洲體制 0次群 64 64 64 1次群 1554 1554 2048 2次群 6312 6312 448 3次群 32064 44736 34368 ２．光纖同步網(wǎng)絡 ⑴ SONET和SDH  美國貝爾公司首先提出了同步光網(wǎng)絡(SONET)，美國國家標準協(xié)會(ANSI)于20世紀80年代制 定了有關SONET的國家標準。當時的CCITT采納了SONET的概念，進行了一些修改和擴充，重新命名為同步數(shù)字體系(SDH)，并制定了一系列的國際標準。 SDH和SONET的基本原理完全相同，標準也兼容，但還是略有差別(表2－2)。 表2－2 SONET、SDH比較 SDH SONET 等級 速率(Mbps) 速率(Mbps) 等級 　 　 51.840 STM－1 OC-1 STM－1 155.520 155.520 STM－3 OC-3 　 　 466.560 STM－9 OC-9 STM－4 622.080 622.080 STM－12 OC-12 　 　 933.120 STM－18 OC-18 　 　 1244.160 STM－24 OC-24 　 　 1866.240 STM－36 OC-36 STM－16 2488.320 2488.320 STM－48 OC-48 STM－64 9953.280 9953.280 STM－192 OC-192 SONET的電信號稱同步傳遞信號STS(Synchronous Transport Signal)，光信號稱光載體OC(Optical Carrier Level)，它的基本比特率是51.840Mbps；SDH的基本速率為 155.520Mbps，其速率分級名稱為同步傳遞模塊STM(Synchronous Transport Module)。我國采用SDH標準，因此下面的敘述都按SDH分級方式。 ⑵ SDH的特點 SDH網(wǎng)的主要特點是同步復用、標準光接口和強大的網(wǎng)管功能，這三點在后面都要詳細明。SDH網(wǎng)絡還是一個非常靈活的網(wǎng)絡，這體現(xiàn)在以下幾個方面。 ① 支持多種業(yè)務 SDH的復用結構中定義了多種容器C和虛容器VC，各種業(yè)務只要裝入虛容器就可作為一個獨立的實體在SDH網(wǎng)中進行傳送。C、VC以及聯(lián)和復幀結構的定義使SDH可以靈活地支持多種電路 層業(yè)務，包括各種速率的異步數(shù)字系列、DQDB、FDDI、ATM等，以及將來可能出現(xiàn)的新業(yè)務 。另外，段開銷中大量的備用通道也增強了SDH網(wǎng)的可擴展性。SDH的這種靈活性和可擴展性使它成為寬帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)理所當然的基礎傳送網(wǎng)絡。 ② 迅速、靈活地更改路由，具有很強的生存性 PDH中改變網(wǎng)絡連接要靠人工更改配線架的接線，耗時長、成本高且易出錯。在SDH網(wǎng)中，大規(guī)模采用軟件控制，通過軟件就可以控制網(wǎng)絡中的所有交叉連接設備和復用設備，需要改變路由時，通過軟件更改交叉連接設備和分插復用器的連接，只要幾秒鐘就可靈活地重組網(wǎng)絡。特別是SDH的自愈環(huán)，在某條鏈路出現(xiàn)故障時，可以迅速地改變路由，從而大大提高了SDH網(wǎng)的可靠性。 ③ 定義了標準的網(wǎng)絡接口和標準網(wǎng)絡單元，提高了不同廠商之間設備的兼容性，使組網(wǎng)時有更大的靈活性。 三、光纖通信復用技術 ⒈ 波分復用（WDM） ⑴ 波分復用（WDM）通信基本原理 目前，WDM（波分復用）技術發(fā)展十分迅速，已展現(xiàn)出巨大的生命力和光明的發(fā)展前景，我國的光纜干線和一些省內(nèi)干線已開始采用WDM系統(tǒng)，并且國內(nèi)一些廠商也正在開發(fā)這項技術。 ① 概述 在過去20年里，光纖通信的發(fā)展超乎了人們的想象，光通信網(wǎng)絡也成為現(xiàn)代通信網(wǎng)的基礎平臺。就我國長途傳輸網(wǎng)而言，截止到1998年底，省際干線光纜長度已接近2O萬km。光纖通信系統(tǒng)經(jīng)歷了幾個發(fā)展階段，從80年代末的PDH系統(tǒng)，90年代中期的SDH系統(tǒng)，以及近來風起云涌的WDM系統(tǒng)，光纖通信系統(tǒng)自身在快速地更新?lián)Q代。 波分復用技術從光纖通信出現(xiàn)伊始就出現(xiàn)了，兩波長WDM（1310／1550nm）系統(tǒng)80年代就在美國AT&T網(wǎng)中使用，速率為2×1.7Gb／s。但是到90年代中期，WDM系統(tǒng)發(fā)展速度并不快，主要原因在于：（1）TDM（時分復用）技術的發(fā)展，155Mb／s—622Mb／s—2.5Gb／s TDM技術相對簡單。據(jù)統(tǒng)計，在2.5Gb／s系統(tǒng)以下（含2.5Gb／s系統(tǒng)），系統(tǒng)每升級一次，每比特的傳輸成本下降3O％左右。正由于此，在過去的系統(tǒng)升級中，人們首先想到并采用的是TDM技術。（2）波分復用器件還沒有完全成熟，波分復用器／解復用器和光放大器在90年代初才開始商用化。 1995年開始，WDM技術的發(fā)展進入了快車道，特別是基于摻餌光纖放大器EDFA的1550nm窗口密集波分復用（DWDM）系統(tǒng)。Lucent率先推出8×2.5Gb／s系統(tǒng)，Ciena推出了16×2.5Gb／s系統(tǒng)，試驗室目前已達Tb／s速率，世界上各大設備生產(chǎn)廠商和運營公司都對這一技術的商用化表現(xiàn)出極大的興趣，WDM系統(tǒng)在全球范圍內(nèi)有了較廣泛的應用。發(fā)展迅速的主要原因在于：（1）光電器件的迅速發(fā)展，特別是EDFA的成熟和商用化，使在光放大器（1530～1565nm）區(qū)域采用WDM技術成為可能。（2）TDM10Gb／s面臨著電子元器件的挑戰(zhàn)，利用TDM方式已日益接近硅和鎵砷技術的極限，TDM已沒有太多的潛力可控，并且傳輸設備的價格也很高。（3）已敷設G.652光纖1550nm窗口的高色散限制了TDM10Gb／s系統(tǒng)的傳輸，光纖色度色散和極化模色散的影響日益加重。人們正越來越多地把興趣從電復用轉移到光復用，即從光域上用各種復用方式來改進傳輸效率，提高復用速率，而WDM技術是目前能夠商用化最簡單的光復用技術。 從光纖通信發(fā)展的幾個階段看，所應用的技術都與光纖密切相關。80年代初期的多模光纖通信，所應用的是多模光纖的850nm窗口；80年代未、90年代初期的PDH系統(tǒng)，所應用的是單模光纖1310nm窗口；1993年開始的SDH系統(tǒng)開始轉向1550nm窗口；WDM是在光纖上實行的頻分復用技術，更是與光纖有著不可分割的聯(lián)系。目前的WDM系統(tǒng)是在155Onm窗口實施的多波長復用技術，因而在深入討論WDM技術以前，有必要討論一下光纖的特性，特別是光纖的帶寬和損耗特性。如圖3-1所示。 ② 光纖的基本特性 由于單模光纖具有內(nèi)部損耗低、帶寬大、易于升級擴容和成本低的優(yōu)點，因而得到了廣泛應用。從80年代未起，我國在國家干線網(wǎng)上敷設的都是常規(guī)單模光纖。常規(guī)石英單模光纖同時具有1550nm和1310nm兩個窗口，最小衰減窗口位于1550nm窗口。多數(shù)國際商用光纖在這兩個窗口的典型數(shù)值為：1310nm窗口的衰減在（0.3～0.4）dB／km；1550nm窗口的衰減在（O.19～0.25）dB／km。 同樣，在光纖通信系統(tǒng)中也可以采用光的頻分復用的方法來提高系統(tǒng)的傳輸容量，在接收端采用解復用器（等效于光帶通濾波器）將各信號光載波分開。由于在光的頻域上信號頻率差別比較大，人們更喜歡采用波長來定義頻率上的差別，因而這樣的復用方法稱為波分復用。 所謂WDM技術就是為了充分利用單模光纖低損耗區(qū)帶來的巨大帶寬資源，根據(jù)每一信道光波的頻率（或波長）不同可以將光纖的低損耗窗口劃分成若干個信道，把光波作為信號的載波，在發(fā)送端采用波分復用器（合波器）將不同規(guī)定波長的信號光載波合并起來送入一根光纖進行傳輸。在接收端，再由一波分復用器（分波器）將這些不同波長承載不同信號的光載波分開的復用方式。由于不同波長的光載波信號可以看作互相獨立（不考慮光纖非線性時），從而在一根光纖中可實現(xiàn)多路光信號的復用傳輸。雙向傳輸?shù)膯栴}也很容易解決，只需將兩個方向的信號分別安排在不同波長傳輸即可。根據(jù)波分復用器的不同，可以復用的波長數(shù)也不同，從2個至幾十個不等，現(xiàn)在商用化的一般是8波長和16波長系統(tǒng)，這取決于所允許的光載波波長的間隔大小，圖3-2給出了其系統(tǒng)組成。 圖3-2 波分復用系統(tǒng)原理 WDM本質上是光域上的頻分復用（FDM）技術。要想深刻理解WDM系統(tǒng)的本質，有必要對傳輸技術的發(fā)展進行一下總結。從我國幾十年應用的傳輸技術來看，走的是FDM-TDM-TDM+FDM的路線。開始的明線、中同軸電纜采用的都是FDM模擬技術，即電域上的頻分復用技術，每路話音的帶寬為4kHz，每路話音占據(jù)傳輸媒質（如同軸電纜）一段帶寬；PDH、SDH系統(tǒng)則是在光纖上傳輸?shù)腡DM基帶數(shù)字信號，每路話音速率為64kb／s；而WDM技術是光纖上頻分復用技術，16（8）×2.5Gb／s的WDM系統(tǒng)則是光域上的FDM模擬技術和電域上TDM數(shù)字技術的結合。 ③ 下面列出了幾種傳輸技術實現(xiàn)方式：? ——.明線技術，F(xiàn)DM模擬技術，每路電話4kHz； ——.小同軸電纜6O路FDM模擬技術，每路電話4kHz； ——.中同軸電纜1800路FDM模擬技術，每路電話4kHz； ——.光纖通信140Mb／s PDH系統(tǒng)，TDM數(shù)字技術，每路電話64kb／ｓ； ——.光纖通信2.5Gb／s SDH系統(tǒng)，TDM數(shù)字技術，每路電話64kb／s； ——.光纖通信N×2.5Gb／s WDM系統(tǒng)，TDM數(shù)字技術+光頻域FDM模擬技術，每路電話64kb／s。 WDM本質上是光域上的頻分復用FDM技術，每個波長通路通過頻域的分割實現(xiàn)，如圖3-3所示。每個波長通路占用一段光纖的帶寬，與過去同軸電纜FDM技術不同的是：（1）傳輸媒質不同，WDM系統(tǒng)是光信號上的頻率分割，同軸系統(tǒng)是電信號上的頻率分割利用。（2）在每個通路上，同軸電纜系統(tǒng)傳輸?shù)氖悄M信號4kHz語音信號，而WDM系統(tǒng)目前每個波長通路上是數(shù)字信號SDH 2.5Gb／s或更高速率的數(shù)字系統(tǒng)。 圖3-3 WDM頻譜分布圖 ④ WDM技術的主要特點 ⅰ、可以充分利用光纖的巨大帶寬資源，使一根光纖的傳輸容量比單波長傳輸增加幾倍至幾十倍。 ⅱ、 使N個波長復用起來在單模光纖中傳輸，在大容量長途傳輸時可以大量節(jié)約光纖。另外，對于早期安裝的芯數(shù)不多的電纜，芯數(shù)較少，利用波分復用不必對原有系統(tǒng)作較大的改動即可比較方便地進行擴容。 ⅲ、 由于同一光纖中傳輸?shù)男盘柌ㄩL彼此獨立，因而可以傳輸特性完全不同的信號，完成各種電信業(yè)務信號的綜合和分離，包括數(shù)字信號和模擬信號，以及PDH信號和SDH信號的綜合與分離。波分復用通道對數(shù)據(jù)格式是透明的，即與信號速率及電調(diào)制方式無關。一個WDM系統(tǒng)可以承載多種格式的“業(yè)務”信號，ATM、IP或者將來有可能出現(xiàn)的信號。WDM系統(tǒng)完成的是透明傳輸，對于“業(yè)務”層信號來說，WDM的每個波長就像“虛擬”的光纖一樣。 ⅳ、 在網(wǎng)絡擴充和發(fā)展中，是理想的擴容手段，也是引入寬帶新業(yè)務（例如CATV、HDTV和B-ISDN等）的方便手段，增加一個附加波長即可引入任意想要的新業(yè)務或新容量。 ? ⅴ、 利用WDM技術選路來實現(xiàn)網(wǎng)絡交換和恢復，從而可能實現(xiàn)未來透明的、具有高度生存性的光網(wǎng)絡。 ⅵ、在國家骨干網(wǎng)的傳輸時，EDFA的應用可以大大減少長途干線系統(tǒng)SDH中繼器的數(shù)目，從而減少成本。距離越長，節(jié)省成本就越多⑸ WDM和DWDM人們在談論WDM系統(tǒng)時，有時會談到DWDM（密集波分復用系統(tǒng)）。WDM和DWDM是同一回事嗎？它們之間到底有那些差別呢？其實，WDM和DWDM應用的是同一種技術，它們是在不同發(fā)展時期對WDM系統(tǒng)的稱呼，它們與WDM技術的發(fā)展史 有著緊密的關系。 ?在80年代初，光纖通信興起之初，人們想到并首先采用的是在光纖的兩個低損耗窗口1310nm和1550nm窗口各傳送1路光波長信號，也就是131Onm／155Onm兩波分的WDM系統(tǒng)，這種系統(tǒng)在我國也有實際的應用。該系統(tǒng)比較簡單，一般采用熔融的波分復用器件，插入損耗?。粵]有光放大器，在每個中繼站上，兩個波長都進行解復用和光／電／光再生中繼，然后再復用在一起傳向下一站。很長一段時間內(nèi)在人們的理解中，WDM系統(tǒng)就是指波長間隔為數(shù)十nm的系統(tǒng)，例如1310nm／1550nm兩波長系統(tǒng)（間隔達200多nm）。因為在當時的條件下，實現(xiàn)幾個nm波長間隔是不大可能的。 隨著1550nm窗口EDFA的商用化，WDM系統(tǒng)的應用進入了一個新時期。人們不再利用1310nm窗口，而只在1550nm窗口傳送多路光載波信號。由于這些WDM系統(tǒng)的相鄰波長間隔比較窄（一般（1.6nm），且工作在一個窗口內(nèi)共享EDFA光放大器，為了區(qū)別于傳統(tǒng)的WDM系統(tǒng)，人們稱這種波長間隔更緊密的WDM系統(tǒng)為密集波分復用系統(tǒng)。所謂密集，是指相臨波長間隔而言。過去WDM系統(tǒng)是幾十nm的波長間隔，現(xiàn)在的波長間隔小多了，只有（0.8～2）nm，甚至<0.8nm。密集波分復用技術其實是波分復用的一種具體表現(xiàn)形式。由于DWDM光載波的間隔很密，因而必須采用高分辨率波分復用器件來選取，例如平面波導型或光纖光柵型等新型光器件，而不能再利用熔融的波分復用器件。 ——在DWDM長途光纜系統(tǒng)中，波長間隔較小的多路光信號可以共用EDFA光放大器。在兩個波分復用終端之間，采用一個EDFA代替多個傳統(tǒng)的電再生中繼器，同時放大多路光信號，延長光傳輸距離。在DWDM系統(tǒng)中，EDFA光放大器和普通的光／電／光再生中繼器將共同存在，EDFA用來補償光纖的損耗，而常規(guī)的光／電／光再生中繼器用來補償色散、噪聲積累帶來的信號失真。 現(xiàn)在，人們都喜歡用WDM來稱呼DWDM系統(tǒng)。從本質上講，DWDM只是WDM的一種形式，WDM更具有普遍性，DWDM缺乏明確和準確的定義，而且隨著技術的發(fā)展，原來認為所謂密集的波長間隔，在技術實現(xiàn)上也越來越容易，已經(jīng)變得不那么“密集”了。一般情況下，如果不特指1310nm／1550nm的兩波分WDM系統(tǒng)，人們談論的WDM系統(tǒng)就是DWDM系統(tǒng)。 ⑵ 總? 結 過去無論PDH的34Mb／s-140Mb／s-565Mb／s，還是SDH的155Mb／s-622Mb／s-2.4Gb／s，其擴容升級方法都是采用電的TDM方式，即在電信號上進行的時間分割復用技術，光電器件和光纖完成的只是光電變換和透明傳輸，對信號在光域上沒有任何處理措施（甚至于放大）。WDM技術的應用第一次把復用方式從電信號轉移到光信號，在光域上用波分復用（即頻率復用）的方式提干個時隙，將高傳輸速率，光信號實現(xiàn)了直接復用和放大，而不再回到電信號上處理，并且各個波長彼此獨立，對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式透明。因此，從某種意義上講，WDM技術的應用標志著光通信時代的“真正”到來。 ⒉ 空分復用（SDM） 所謂空分復用就是利用空間分割，根據(jù)需要構成不同的信道進行光復用的一種復用技術。例如，一根光纜中的兩根光纖可以構成不同的信道，也可以構成不同傳輸方向（一根去向，一根來向）的一個系統(tǒng)，這是目前普遍使用的最為簡單的復用方式。 隨著技術的不斷提高，人們對空間分割的理解更加深刻，使用復用向著多路空分復用通信方式發(fā)展。例如，對于一幅由若干象素的信息，這樣通過利用多芯光纖可使傳輸圖象的傳輸率成數(shù)量級的提高，同時仍保持其良好的色保持特性和透光性。這是空分復用的一個發(fā)展方向. ⒊ 時分復用（TDM） ⑴ TDM技術在電子學通信中已經(jīng)是很成熟的復用技術。這種技術就是將傳輸時間分割成若需要傳輸?shù)亩嗦沸盘柊匆欢ㄒ?guī)律插入相應時隙，從而實現(xiàn)多路信號的復用傳輸。但是，這種技術在電子學通信使用中，由于受到電子速度、容量和空間兼容性諸多方面的限制，使得電子時分復用速率不能太高。例如，PDH信號僅達到0.5Gbps，盡管SDH體制信號采用同步交錯復接方法己達到10Gbps（STM-64）的速率，但是，達到20Gbps卻是相當困難的。另一方面，在光纖中，對于光信號產(chǎn)生的損耗（Attnuation）、反射（Reflectance）、顏色色散（Chromatic Dispersion）以及偏振模式色散PMD（Polarization Mode Dispersion）都將嚴重影響高速率調(diào)制信號的傳輸。當信號達到STM-64或者更高速率時，PMD的脈沖擴展效應，就會造成信號＂模糊＂，引起接收機對于信號的錯誤判斷從而產(chǎn)生誤碼。這是由于不同模式的偏振光在光纖運行中會產(chǎn)生輕微的時間差，因而一般要求PMD系數(shù)必須在0.1ps/km以下。綜上所述，電時分復用技術的局限性，將電子學通信的傳輸速率限制在10～20Gbps以下。 ⑵ .時分多路復用 TDM技術原理 　　若媒體能達到的位傳輸速率超過傳輸數(shù)據(jù)所需的數(shù)據(jù)傳輸速率，可采用時分多路復用 TDM技術，即將一條物理信道按時間分成若干個時間片輪流地分配給多個信號使用。每一時間片由復用的一個信號占用，這樣，利用每個信號在時間上的交叉，就可以在一條物理信道上傳輸多個數(shù)字信號。 　　時分多路復用TDM不僅局限于傳輸數(shù)字信號，也可同時交叉?zhèn)鬏斈M信號。 時分多路復用通信，是各路信號在同一信道上占有不同時間間隙進行通信。由前述的抽樣理 論可知，抽樣的一個重要作用，是將時間上連續(xù)的信號變成時間上離散的信號，其在信道上占用時間的有限性，為多路信號沿同一信道傳輸提供了條件。具體說，就是把時間分成一些 均勻的時間間隙，將各路信號的傳輸時間分配在不同的時間間隙，以達到互相分開，互不干擾的目的。時分多路復用，各路信號經(jīng)低通濾波器將頻帶限制在3400Hz以下，然后加到快速電子旋轉開關(稱分配器)開關不斷重復地作勻速旋轉，每旋轉一周的時間等于一個抽樣周期T，這樣就做到對每一路信號每隔周期T時間抽樣一次。由此可見，發(fā)端分配器不僅起到抽樣的作用，同時還起到復用合路的作用。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(shù)字信碼送往信道。在收端將這些從發(fā)送端送來的各路信碼依次解碼，還原后的PAM信號，由收端分配器旋轉開關K2依次接通每一路信號，再經(jīng)低通平滑，重建成話音信號。由此可見收端的分配器起到時分復用的分路作用，所以收端分配器又叫分路門。 當采用單片集成PCM編解碼器時，其時分復用方式是先將各路信號分別抽樣、編碼、再經(jīng)時分復用分配器合路后送入信道，接收端先分路，然后各路分別解碼和重建信號。要注意的是：為保證正常通信，收、發(fā)端旋轉開關必須同頻同相。同頻是指的旋轉速度要完全相同，同相指的是發(fā)端旋轉開關連接第一路信號時，收端旋轉開關K2也必須連接第一路，否則收端將收不到本路信號，為此要求收、發(fā)雙方必須保持嚴格的同步。 ⒋ 頻分多路復用 FDM技術原理 　　在物理信道的可用帶寬超過單個原始信號所需帶寬情況下，可將該物理信道的總帶寬分割成若干個與傳輸單個信號帶寬相同(或略寬)的子信道，每個子信道傳輸一路信號，這就是頻分多路復用。 　　多路原始信號在步分復用前，先要通過頻譜搬移技術將各路信號的頻譜搬移到物理信道頻譜的不同段上，使各信號的帶寬不相互重疊，然后用不同的頻率調(diào)制每一個信號，每個信號要一個樣以它的載波頻率為中心的一定帶寬的通道。為了防止互相干擾，使用保護帶來隔離每一個通道。 FDM是將在光纖中傳輸?shù)墓獠ò雌漕l率進行分割成若干光波頻道，使其每個頻道作為信息的獨立載體。從而實現(xiàn)在一條光纖中的多頻道復用傳輸。FDM技術可以與WDM技術聯(lián)合使用，使復用路數(shù)成倍提高，即首先將光波波道按波長進行粗分，若每個波道寬度為Δλ，則在每個寬度為Δλ波道內(nèi)，再載入幾個頻道(f1、f2、…、fn)，每個頻道還可以獨立荷載信息。由于相干光通信提供了極好的選擇性，因此FDM技術與其相結合，為采用FDM技術的光纖網(wǎng)絡實用化創(chuàng)造了條件。光FDM復用技術設備復雜，對于光器件性能的要求高，因此進入實用工程階段還需要不少努力。 四、全光波分復用網(wǎng)絡技術 近幾年來，全世界計算機及通信技術得到了長足的發(fā)展，由于網(wǎng)絡構筑所依賴的以電為基本傳輸介質的物理層已到了其極限，使得現(xiàn)有的網(wǎng)絡在多方面已不能適應需求：帶寬匱乏、靈活性差、速度慢。 ——解決的唯一出路就是全光網(wǎng)絡。全光網(wǎng)絡不僅以光纖作為基本傳輸介質，而且在節(jié)點處采用光交換。即數(shù)據(jù)從源節(jié)點到目的節(jié)點的傳輸過程始終在光域內(nèi)。這樣的全光通信網(wǎng)絡具有優(yōu)良的品質：①通信頻帶寬；②線路誤碼率低；③協(xié)議透明度高；④線路可靠性強。 ——現(xiàn)有的基于時分復用方式工作的光纖網(wǎng)絡由于受到電子器件的極限工作速率的限制，網(wǎng)絡綜合帶寬難以突破10Gbit/s的量級。為充分利用光纖提供的巨大通信帶寬，在網(wǎng)絡中采用并行訪問方式是必然的選擇。目前，在全光通信網(wǎng)絡中有3種并行訪問方式：①光空分傳輸和交換；②光碼分多址；③波分復用（WDM,Wavelength Division Multiplexing）。其中波分復用是目前研究的前沿和熱點之一。它將單模光纖的可用帶寬劃分成多個獨立的波長，每個波長是一個通道，各信道的速率在目前技術所能實現(xiàn)的范圍內(nèi)（如100Mbit/s～10Gbit/s）任意選擇。網(wǎng)絡中不同用戶的不同業(yè)務可在不同邏輯通道上傳送，這樣多個信道速率的總和就構成了網(wǎng)絡的速率，增加波分復用的信道數(shù)，就可進一步挖掘光纖的帶寬資源；而多個獨立非重疊信道可以同時傳送不同類型的服務，這樣也實現(xiàn)了網(wǎng)絡綜合業(yè)務的功能。現(xiàn)在一根光纖上可用的光波長為2、4、8、16、32、64，最多為132個，因此光波長數(shù)是有限的。 ⒈ 全光波分復用網(wǎng)絡的兩種網(wǎng)絡形式——光路交換和光分組交換 全光波分復用網(wǎng)絡有兩種交換方式：光路交換（Circuit-switching）和光分組交換（Packet- switching），由此形成了兩種全光波分復用網(wǎng)絡的網(wǎng)絡形式，即光路交換WDM（Circuit-switched WDM Network）和分組交換WDM網(wǎng)（Packet-switched WDM Network）。 ⑴ 光路交換WDM網(wǎng) 光路交換WDM網(wǎng)是目前研究得最多，也是最接近實用化的一種網(wǎng)絡。在美國、日本以及歐洲的一些國家已經(jīng)建立了基于光交換的WDM實驗網(wǎng)絡，如：London Fiber Network，歐洲的RACE II Multiwavelength Transport Network(MWTN)，等等。 從拓撲結構上看光交換的全光WDM網(wǎng)絡有兩種主要的形式：①廣播和選擇網(wǎng)絡（the broadcast and select network），也就是常說的星型結構的網(wǎng)絡；②波長尋徑網(wǎng)絡。 ① 廣播和選擇網(wǎng)絡 廣播和選擇網(wǎng)絡中各個節(jié)點通過光纖和無源星型耦合器連接，每個節(jié)點被分給不同的波長。各節(jié)點以自己特寫的波長發(fā)出的信息經(jīng)耦合器匯集，分流后到達各節(jié)點的收信端，每個節(jié)點利用可調(diào)諧接收器選擇接收。圖中各節(jié)點的發(fā)射器是固定頻率的，接收器是可調(diào)諧的（實際上也可以有相反的情況）。注意，此處接收節(jié)點要想接受某發(fā)送節(jié)點的信息，必須利用調(diào)諧接收器把接受波長調(diào)到與發(fā)送信息的波長一致，這就要用到某種介質訪問控制協(xié)議（MAC協(xié)議）。討論廣播和選擇網(wǎng)絡中MAC協(xié)議的論著很多，此處就來細述了。 由于星型耦合器和光纖鏈路都是無源的，所以這種網(wǎng)絡很可靠，而且易于控制。但是廣播和選擇網(wǎng)絡有兩個很明顯的不足之處。第一，這種網(wǎng)絡非常浪費光能，因為每一個要傳輸信號的光能幾乎都被平分分到網(wǎng)絡中的所有節(jié)點上去了；第二，每一個節(jié)點都需要一個不同的傳輸波長，而目前光波波長數(shù)目有限，所以網(wǎng)絡中的節(jié)點數(shù)目也就有限了。因此廣播和選擇網(wǎng)較適合用作局域網(wǎng)。以上這些缺陷都能在下面將要介紹的波長尋徑網(wǎng)絡中得到解決。 ② 波長尋徑網(wǎng)絡 波長尋徑網(wǎng)絡中，特定波長上的信號被直接尋徑到目的節(jié)點，而不是向全網(wǎng)廣播。這樣就減少了不必要的信號光能損失，同時又能使一個波長在網(wǎng)絡的非重疊部分被多次使用。 在最簡單的情況下，路由是固定的，并不需要像光交換設備這樣的可配置光器件。但是為了使網(wǎng)絡有更大的靈活性和可擴展性，必須在網(wǎng)絡中使用光路由設備，它可以動態(tài)重新配置路由以改變到達目的節(jié)點的光路。這樣一來，網(wǎng)絡中就需要用到一個或多個控制器來配置這些光路由設備。 為了使網(wǎng)絡具有最大限度的可擴展性，則需要在波長尋徑網(wǎng)絡的光路由設備后面級聯(lián)一個波長轉換器，這樣的話，連接就可以在不同光纖的不同波長信道中轉換了。這將最大限度地重復利用有限的可用波長。但值得注意的是，全光波長轉換器并沒有完全研制出來。目前，要達到波長的轉換還必須利用光電轉換和再生。因此，在實用中，波長尋徑網(wǎng)絡并沒有用波長轉換器（在后面的內(nèi)容中，將只針對無波長轉換器的網(wǎng)絡進行討論）。由此不難看出波長尋徑網(wǎng)較適合用作城域網(wǎng)或廣域網(wǎng)。 ③ 全光網(wǎng)的互連 在實際的應用中，一個光路交換WDM網(wǎng)總是由以上兩種網(wǎng)絡組合起來的。廣播和選擇網(wǎng)通?？偸亲鳛榫钟蚓W(wǎng)（LAN），它們通過波長尋徑網(wǎng)互連起來，形成一個分層結構。圖中的小圓代表LAN中的用戶節(jié)點，LAN中節(jié)點之間的通信是通過廣播方式完成的，它占用了一個固定的波長集合（此例中是波長1）。在第二個層次，幾個LAN互連成一個組（Group），同一個Group不同LAN中的用戶要通信，則要使用波長2,波長不在LAN的固定波長集合中。以這種方式可以級聯(lián)成多個層次。但是,由于固定波長集合的存在,限制了網(wǎng)絡中用戶數(shù)的擴展（可以通過使用波長轉換器來解決）。 有鑒于光節(jié)點的能力和可用波長的數(shù)目有限，因此有必要在全光網(wǎng)上加上一層常規(guī)的高速電子層，如ATM。光層提供多個高速信道（如SONET）“粗糙”路由，電子層則提供較低速度的“精細”處理（如完成ATM的信元交換）。這樣的分層結構好處在于：光節(jié)點之間存在大容量、高速、透明的光路由，而光層的端節(jié)點完成常規(guī)的較低速、單信道、與協(xié)議有關的“精細”處理。光層與常規(guī)電子層構成的混合結構能夠實現(xiàn)真正意義上的用戶數(shù)目的可擴展性，而這是僅僅依靠WDM全光網(wǎng)所不能實現(xiàn)的。 ⑵ 分組交換WDM網(wǎng) 在數(shù)據(jù)通信中，我們需要一個具備分組交換能力的網(wǎng)絡去支持像計算機通信或基于ATM通信等這樣基于分組交換的大量現(xiàn)存應用。由于電處理的極限限制了數(shù)據(jù)速率的提高，所以，我們急需一個“全光”的解決方案來處理這些基于分組（Packet）或信元（Cell）的通信，在這個方案中，數(shù)據(jù)凈荷除了在源和目的節(jié)點外不會遇到電處理。分組業(yè)務具有很大的突發(fā)性，如果用光路交換的方式處理將會造成資源的浪費。在這種情況下，一個全光的分組交換將是最為理想的選擇，它將大大提高鏈路的利用率。要實現(xiàn)全光分組交換有許多問題需要解決。首先，需要建立一個新的路由機制。由于缺乏較好的光存儲技術，光數(shù)據(jù)的尋徑和交換必須不停頓地進行，也即不用電處理不用存儲轉發(fā)，這就需要一個全新的分組交換體系結構和技術，新的結構必須考慮到光領域的特殊性（后面將對目前正在研究的全新的分組交換結構做簡單的介紹）。其次是全光網(wǎng)交換和存儲器件的實用性。這些全光器件都還在研制的過程中。最后則是一些基礎研究，如光纖的非線性問題，竄擾（crosstalk）問題等等。 在分組交換網(wǎng)絡里，每個分組都必須包含自己的路由信息，通常是放在頭部（header）中。交換機只需要根據(jù)頭部信息就可以決定向何處轉發(fā)，而其他的信息如凈荷則不需要被交換機處理。光交換機通常是分布存儲式的交換機。 全光的分組交換一般有兩種方法。最簡單的一種是順序比特分組交換法（BSPS-Bit-Sequentail Packet-Swictching），這是由電分組交換直接演化而來的：一個二進制的序列頭部數(shù)據(jù)告訴交換機向哪兒轉發(fā)分組；另一種是并行比特分組交換法（BPPS: Bit-Parallel Packet-Switching）。 ⒉ 研究熱點和發(fā)展趨勢 全光WDM網(wǎng)絡既是一個全新的技術，同時也與現(xiàn)存的技術有著千絲萬縷的聯(lián)系，它涉及的領域非常廣泛?，F(xiàn)在對全光WDM網(wǎng)絡的研究方興未艾，并且形成了幾大熱點，同時也構成了今后的發(fā)展趨勢。 ⑴ 全光網(wǎng)的路由選擇和波長分配問題——全光WDM網(wǎng)基礎研究 全光網(wǎng)的路由選擇和波長分配（RAW）是重要的應用基礎性研究問題，它解決怎樣通過光交叉連接或其它設備構成運載信號的光通道，并合理地分配通道所使用的波長，使有限資源能提供盡量大的通信容量[3]。 給出一組建立全光連接（光通路）的請求，RAW問題由兩部分組成：①為每個源節(jié)點尋找到達目的節(jié)點的路徑；②在這些路徑上分配波長。因為波長數(shù)有限，不可能在每對節(jié)點間建立光通路。RAW問題可分為動態(tài)RAW和靜態(tài)RAW。動態(tài)RAW一般是考慮建立光連接的請求隨機到達，靜態(tài)RAW則是考慮在進行路由和波長分配前已知所有的希望建立的光連接。 在較早的研究中，假定網(wǎng)絡中沒有波長轉換的光部件，這種情況下的RAW問題已有較多的研究，但是還有探討的必要。隨著光部件的發(fā)展，網(wǎng)絡中可以采用波長變換，在某些情況下，網(wǎng)絡性能得到改善，這方面的研究很活躍。 ⑵ 全光WDM網(wǎng)絡的結構設計——全光WDM網(wǎng)應用的前提 全光WDM網(wǎng)的結構設計包含兩層含義：一是物理拓撲結構的設計，一是邏輯拓撲結構的設計。這樣一來，整個網(wǎng)絡的設計問題就變成了對這兩個不同層的優(yōu)化的問題。而對這兩層的優(yōu)化的過程中，必須考慮彼此之間的限制與支持。特別是邏輯拓撲結構的設計，既要考慮到下層WDM光層的特性與物理拓撲結構的因素，也要考慮到上層所跑的應用業(yè)務特性的因素。物理拓撲結構一般在網(wǎng)絡建立起來之前就設計好了，雖然它的設計也考慮了業(yè)務流量等因素，它具有固定性，一旦建立就不會改變。但是網(wǎng)絡中所跑的業(yè)務是不固定的（即動態(tài)性），且不同的業(yè)務對網(wǎng)絡的結構需求是不同的，因此設計邏輯拓撲結構就變得非常重要。 邏輯拓撲結構設計可分為兩類，一種是將整個全光WDM網(wǎng)絡看成一個大的傳輸通道所組成的網(wǎng)絡，所見的只有各個通道上的業(yè)務流量（其傳輸特性），因此網(wǎng)絡結構的設計主要考慮對流量矩陣的優(yōu)化，如何平衡流量分布，降低擁塞率等。一種是將全光WDM網(wǎng)看成一個分層結構的網(wǎng)絡，每一層都有其特定的功能，相鄰層之間的功能是相輔相成的，任何一層都將考慮和影響到相鄰上下層。邏輯拓撲結構的設計也將考慮到其下層——物理拓撲結構和其上層——應用層的特性。因此設計邏輯拓撲結構時要考慮的已不再是業(yè)務流量這么簡單了，對下：物理結構，波分復用技術所產(chǎn)生的波長數(shù)的限制，器件的限制——如無波長轉換器，等等；對上：當應用類型不同時要求網(wǎng)絡所提供的性能指標的不同——有的對時延很敏感，有的需要可靠性較強，等等。這些都是需要考慮的問題。這兩類研究方向都有一定的研究價值，只不過所看角度不同，出發(fā)點不一樣。前者更側重于網(wǎng)絡的傳輸特性，目前已有了一定的研究成果；而后者則更側重于網(wǎng)絡的應用特性，目前這方面的研究才開始進行，國外的研究也才剛起步，是一個很有研究潛力和價值的方向。 設計邏輯拓撲結構所涉及到的全網(wǎng)優(yōu)化的指標有很多，如節(jié)點交換能力的利用率，網(wǎng)絡的最大擁塞率，平均傳輸時延，波長復用因子等?，F(xiàn)有的一些設計邏輯拓撲結構設計研究中，只考慮到其中的一項指標，忽略別的重要指標，特別是忽略所跑的上層應用對網(wǎng)絡所提出的指標。因此，研究在全光網(wǎng)固有的一些限制條件下考慮多種優(yōu)化指標的邏輯拓撲結構的設計具有很重要的意義。 ⑶ 全光WDM網(wǎng)與現(xiàn)有網(wǎng)絡技術（ATM,IP等）的結合——全光WDM網(wǎng)的前景所在 為支持數(shù)據(jù)、話音、圖像等多種業(yè)務，采用分組方式進行傳輸和交換具有很多優(yōu)點。特別是Internet的空前發(fā)展，使得人們必須研究IP分組怎樣進入全光網(wǎng)的問題。但是，由于真正的光分組交換技術的不成熟，使得我們不能采取真正光的方式進行分組交換，只能采用在全光網(wǎng)上加一層常規(guī)電子層（如ATM，IP）方法來解決這個問題。以邏輯拓撲為基礎的交換網(wǎng)絡能充分發(fā)揮光技術和電技術的特長，讓攜帶信息的分組在邏輯拓撲上以光的形式盡量向前傳輸；當分組必須由一條光通道轉發(fā)到另一條光通道時，才引入電交換[2]。 雖然WDM如何與IP和ATM結合的問題在過去研究得比較少，但是這方面的研究已經(jīng)興起，而且將是未來的研究熱點。 ⑷ 網(wǎng)絡自愈生存技術的研究——全光WDM網(wǎng)絡可靠運行的保證 全光網(wǎng)具有極高的傳輸速率，因此探索能在盡可能短的時間內(nèi)為被中斷的業(yè)務尋找新的傳輸路由和自愈方案是十分必要的。網(wǎng)絡生存性屬于網(wǎng)絡完整性的一部分。完整性包括通信質量、可靠性和生存性等，涉及通信系統(tǒng)多方面的技術。網(wǎng)絡生存性泛指網(wǎng)絡遭受各種故障仍能維持可接受的業(yè)務質量的能力。網(wǎng)絡生存性策略包括恢復技術、控制管理技術等?；謴图夹g包括保護切換、重選路由、自愈等。通常將恢復技術統(tǒng)稱為自愈技術，而自愈和網(wǎng)絡生存性也混用。自愈技術的性能有：恢復率、恢復時間、冗余度（常指空閑容量率）、開銷及復雜度等。全光網(wǎng)中有關電的問題是一個值得關注的問題。 理想的全光網(wǎng)中，信號從源節(jié)點到目的節(jié)點均是在光的范疇內(nèi)進行，但是由于現(xiàn)有器件技術的限制，使得全光網(wǎng)中各節(jié)點的處理能力有限，并不能完成光波轉換及存儲等功能，而這些功能對于全光網(wǎng)有效成熟地運行具有很重要的意義。因此人們從實用的角度出發(fā)提出了有限制地在節(jié)點上使用電處理的策略，即用電處理來完成現(xiàn)在光處理所不能完成的功能，從而使全光WDM網(wǎng)的運行使用的能力和范圍得到充分的擴展。這樣就形成了現(xiàn)在已建成的全光實驗網(wǎng)的實際運行情況，也構成了許多研究的前提。全光網(wǎng)上采用電處理后，有兩個問題需要說明：第一，節(jié)點上有電處理，但是并非所有信號的傳輸都需要用它。例如，在沒有波長轉換器的全光網(wǎng)中，我們在節(jié)點上使用電處理來進行波長轉換。當傳輸時，信號在同一個波長上以光的形式盡量向前傳，當需要進行波長轉換時，才在相應節(jié)點上進行光波轉換的電處理[2] 。至于是否需要光波轉換，何時進行光波轉換，信號傳至哪個節(jié)點才進行轉換，怎么樣轉換，等等，這些都需要在保證網(wǎng)絡整體性能指標的前提下，根據(jù)一定原則，由路由和波長分配算法進行計算和約束。第二，在全光WDM網(wǎng)中采用電處理，能夠提高網(wǎng)絡的可擴展性和路由選擇的靈活性，并帶來波長復用因子高等優(yōu)點；但它同時也勢必對信號的處理速度產(chǎn)生影響。因此在進行具體的算法操作時，在這兩者之間進行平衡就十分重要。如何保證在對速度影響最小的前提下，合理安排有電處理的節(jié)點，設置恰當?shù)穆酚伤惴ê筒ㄩL分配規(guī)則是其中最為重要的問題。 五、總 結 隨著科技的不斷發(fā)展，自70年代來，光纖通信開始進入實用化以來，目前光纖通信系統(tǒng)已經(jīng)比較成熟，已在世界各國的信息交流中起了舉足輕重的作用；而且光纖通信的發(fā)展?jié)摿€很大。我們可以毫不夸張的說未來的科技必定是光纖通信大展宏圖的時代。 本文主要介紹了光纖通信復用技術的幾種形式及其基本原理，其中重點介紹了波分復用技術(WDM)。光纖通信之所以有這么廣闊的發(fā)展空間是由于它有許多的優(yōu)點，最后對當今世界光纖通信技術的發(fā)展情況進行展望。 綜之所述，現(xiàn)代光纖通信技術對現(xiàn)代信息社會至關重要，已成為信息革命的基礎。同時也在改變著人們的生活、工作和相互交往的方式，并進一步促進和推動國民經(jīng)濟的高速發(fā)展。 六、致謝信 通過此次畢業(yè)設計，我比較熟練掌握光纖通信復用技術的基礎知識，使我對光纖通信的各種復用方法有了更進一步的了解，拓寬了知識面,開闊了眼界，提高了對知識的綜合應用能力。同時，此次畢業(yè)設計也是對我的基本素質的訓練和培養(yǎng)，使我更加耐心、細致，更加謹慎、靈活，更富有創(chuàng)新能力，使我受益匪淺。 非常感謝學院給了我們這次機會，感謝許書云老師給了我一個有趣的題目。在畢業(yè)設計期間，許老師給予了我耐心的輔導和熱情的幫助，對于一些疑難問題他更是耐心、不厭其煩的給予解答。他循循善誘的講解和不厭其煩的解答以及給我提供資料、電腦以及設備很是讓我很受感動。他對待工作孜孜不倦、一絲不茍，契而不舍嚴謹治學，非常值得我學習，他將永遠鞭策和激勵我向前，不斷學習，充實自己。在此我再一次對許老師表示我的感激之情。 再一次感謝在畢業(yè)設計期間給予我無私幫助的老師、同學，衷心祝愿他們幸福平安。 對于本次畢業(yè)設計，由于我的能力有限，肯定會有欠缺與不足之處，敬請老師同學們批評指正。 參 考 文 獻 [1]高健主編.現(xiàn)代通信系統(tǒng)(第二版)[M].北京機械工業(yè)出版社，2004年6月 [2]李偉章主編.現(xiàn)代通信網(wǎng)概論[M].北京：人民郵電出版社，2002年 [3]董孝義,王延堯主編.現(xiàn)代光纖通訊與同步-原理與發(fā)展[M].天津科學技術出版社，1991年 [4]劉小芹等主編.電子與通信技術（專業(yè)英語）[M].北京人民郵電出版社,2003年 [5]張敏瑞，張紅編著.通信與電子信息科技英語[M].北京郵電大學出版社，2003年 [6]張筱華,石方文編著.通信英語(第三版)[M].北京郵電大學出版社，2001年9月 [7]王延堯等編.光纖通信設備基礎[M].天津科學技術出版社，1992年12月 [8]孫學康，張金菊等編.光纖通信技術[M].北京郵電大學出版社 ，2001年12月 [9] 毛京麗,張麗編著.現(xiàn)代通信網(wǎng)[M].北京：北京人民郵電出版社 ,1999年 [10]張文冬主編.通信基礎知識[M].北京 ：北京高等教育出版社 ,1998年 附錄一：英文資料 Basic Knowledge of Communication Communication System A generalized communication system has the following components (as shown in Fig.1-1): Fig.1-1 Communication System (a) In formation Source .This produces a message which may be written or spoken words,or some form of data. (b) Transmitter .The transmitter converts the message into a signal ,the form of which is sutiable for transmission over the communication channel. (c) Communication Channel .The communication channel is the medium used transmit the signal, from the transmitter to the receiver. The channel may be a radio link or a direct wire connection. (d) Receiver . The receiver can be thought of as the inverse of the transmitter .It changes the received signal back into a message and passes the message on to its destination whi