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光缆信号多工复用技术与发展

2/14/2005来源:光纤通信人气:8992

光缆信号多工复用技术与发展(张天民) 【摘要】介绍光纤传输信号的复用方式、技术特点,以及采用不同复用方式对系统 性能和造价的影响,并分析了信号多工复用技术的发展方向。 【关键词]多工复用;空间复用;波分复用;频分复用;时分复用 1信号多工复用技术 光缆信号多工复用技术系指利用光纤宽频带、大容量、低损耗的特点,用一根光纤 或光缆同时传输多路信号。在多路信号传输系统中,信号的复用方式对系统的性能和造 价起着重要作用。信号的多工复用主要有空间复用方式(SDM)、波分复用方式(WDM)、 频分复用方式(FDM)和时分复用方式(TDM)等几种。 1.1SDM SDM是利用光缆中不同的纤芯同时传输多个频道信号的一种方式。由于光纤很细,即 使把许多根光纤组合在一起,其外径也不会很粗,所以,光缆一般都是多芯的。目前, 日本等先进工业国家已经把1000多芯的光缆应用于工程之中。改革开放以来,中国新建 了一批中外合资的大型光缆生产厂家,产品质量已达国际先进水平,并生产出多达960 芯的带状光缆,为SDM的利用提供了条件。 SDM是一种最简单的多工复用方式。它是用各路基带信号分别进行光强度调制后,把 每路信号各用一根光纤传输。这种方式虽然简单、实用,但必须按信号多工复用的路数 配置所需要的光纤芯数。光纤的利用率不高,投资效益较差。SDM虽然是一种简单的多工 复用方式,然而,随着信息产业的兴起,高速信息网络的建立,SDM已不是原来简单的基 带信号的调制,而光波分、频分、时分多工下的宽带综合信息的调制与传输。不再是单 向而成为双向互联互通的网络。随着信息产业的发展,SDM在将来的信息网络的建设中将 会发挥更大的作用。 1.2WDM WDM是利用光辐射的高频特性及光纤宽频带、低损耗的特点,用一根光纤同时传输几 个不同波长的光,每个波长的光载有不同的电信号。在前端(发送端),每个频道的电 信号对相应的光发射机进行光强度调制(E/O),形成不同波长的光载波信号。光合波 器将这些信号合成一路输出,由光缆传输到终端用户。在终端,用光分波器把输入的多 路光载波信号分成单~波长的光载波信号,馈送给相应波长的光接收机。经光接收机解 调(O/E)后,输出相应频道的电信号。 这种多工复用技术,不但使用了光合波器、光分波器,而且,每个频道都需要一部 光发射机和光接收机,设备投入资金量大,效益较差。但随着宽带ip网技术的发展,用 基于IP协议的分组交换技术代替传统的电路交换技术后,WDM还是一种很有发展前景的 多工复用技术。 1.3FDM FDM是将要传输的多个频道的电视信号(例如DS-1,DS-2,…,DS-n)由多路混合 器合成一路后,去调制光发射机。调制后的光波,由光纤传输到终端。在终端,光接收 机对信号解调后,由频道分离器输出各相应频道的电视信号。 FDM系统只用了一部光发射机、光接收机和一根光纤,投资省,效益高,这种多工 传输方式普遍应用于CATV系统的模拟信号AM-VSB和FM-VSB传输系统。同时,也应用于 数字信号传输系统,如四相相移键控(QPSK)和正交调幅(QAM)系统。 1.4 TDM TDM是指各路信号在同一根光纤上利用不同的时间间隔进行传输的方式。TDM应用于 数字信号传输系统。在数字信号传输系统中,首先将信号取样量化、编码(有的还进行 压缩、调制),然后送人光纤。取样就是将在时间上连续的信号变成时间上不连续的离 散信号,这些信号在光纤上占用时间的有限性,为多路信号沿同一根光纤传输提供了条 件。也就是说,把时间分成一些均匀的时间间隔,在不同的时间间隔内传输不同的信号, 以实现信号的互相分离和互不干扰的目的。 各路信号经低通滤波器将信号限制在3400HZ以内,然后加到快速旋转的电子开关 (又称分配器)K1上。开关K1不断重复地作匀速旋转,每转一周时间为一个抽样周期T, 对每一路信号每隔周期T抽样一次。由此可见,发送端的分配器不但起到抽样作用,而 且,还起到了信号的复用合路作用。合路后的抽样信号送到PCM编码器进行量化和编码, 然后将信码经光纤传输到接收端。在接收端,将从发送端传输来的各路信码依次解码, 还原后的信号由接收端分配器(旋转开关K2)依次接通每一路信号,再经各路低通滤波 器还原成话音信号。接收端分配器的作用是进行时分复用,所以,把它又称之为分路门。 这种时分复用传输方式为基带信号传输方式,也可将基带信号在发送端压缩调制后送入 光纤,在接收端经解调解压复原基带信号,基带信号解码后使信号复原。 无论是基带信号传输,还是将信号压缩调制后传输,为了保证信号的正常传输,收 发两端的旋转开关K1和K2都必须严格地保持同频同相。所谓同频是指K1和K2的旋转速度 必须相同;所谓同相,是指发送端的旋转开关K1与第一路信号接通时,接收端的K2也必 须和第一路信号相接,否则,接收端将接收不到该路信号。因此,保证收发两端严格地 同步是至关重要的。 2信号多工复用技术的发展方向 信号多工复用技术的发展和信号本身的发展相适应。信号的发展方向是从模拟向数 字,而信号的多工复用方式则是从频分到时分。 信号的复用方式和信号本身的性质相关。在模拟信号时代,常用FDM,无论是通信 还是广播都是如此。频分是把频率从低向高分成几个频段和许多个频道,然后分配给不 同的业务范围使用,如通信、导航、广播等。时至今日,对模拟电视信号仍按频道划分 进行传输。 数字时代已经来临,数字信号将逐步取代模拟信号,这是不可抗拒的潮流。数字技 术已广泛应用于通信和信号处理领域,中国的高清晰度电视(HDTV)已经试播,一个全 数字化的时代不久将会到来。对于数字信号,主要采用TDM传输。全数字TDM可以提供复 杂而灵活的功能,使本来很复杂的业务量的集中与疏导、存储与交换,以及信号的混合 与分插等变得十分便捷。 对于编码和压缩处理后的图像信号的传输,目前可采用两种方式。一种是在频道划 分的基础上,对数字信号进行载波调制,然后以无线或有线为媒体进行传输。调制时常 采用正交调幅(QAM)方式,如数字微波和数字卫星传输系统。数字信号的载波调制实 际上是TDM和FDM的结合,是一种不完全的TDM。另~种是将数字基带信号直接进行传输。 它们的区别在于前者先将各路信号分别抽样、量化、编码,再经时分复用分配器合路后 送入光纤。在接收端,先分路,然后将各路信号分别进行解码,使信号复原。这种方式 非常适用于双向交互式业务,同样也适用于单向广播式业务。 数字技术、计算机技术的迅猛发展,使信息的交互传输变得十分便携,成为CATV宽 带综合业务发展的基础。无论是哪一种多工复用技术的单独使用,都不能适应CATV宽带 综合业务发展的需要,只有合理配置才能取得良好的社会和经济效益。