光纖通信復(fù)用技術(shù)的研究畢業(yè)設(shè)計(jì)論文資料

光纖通信復(fù)用技術(shù)的研究畢業(yè)設(shè)計(jì)論文資料,光纖通信,技術(shù),研究,鉆研,畢業(yè)設(shè)計(jì),論文,資料 光纖通信的復(fù)用技術(shù)的研究 [摘 要] 在光纖通信中，復(fù)用技術(shù)被認(rèn)為是擴(kuò)展現(xiàn)存光纖網(wǎng)絡(luò)工程容量的主要手段。復(fù)用技術(shù)主要包括時(shí)分復(fù)用TDM（Time Division Multiplexing）技術(shù)、空分復(fù)用SDM（Space Division Multiplexing）技術(shù)、波分復(fù)用WDM（WaveLength Division Multiplexing）技術(shù)和頻分復(fù)用FDM（Frequency Division Multiplexing）技術(shù)。但是，因?yàn)镕DM和WDM一般認(rèn)為并沒有本質(zhì)上的區(qū)別，所以可以認(rèn)為波分復(fù)用是＂粗分＂，而頻分復(fù)用是＂細(xì)分＂，從而把兩者歸入一類。 [關(guān)鍵詞] 波分復(fù)用（WDM） 空分復(fù)用（SDM） 時(shí)分復(fù)用（TDM） 頻分復(fù)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(fù)用技術(shù)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(gè)信息源的消息進(jìn)行合并，然后將這一合成的消息群，經(jīng)由單一的傳輸設(shè)備進(jìn)行傳輸，在接收端再將這一消息群進(jìn)行分離，并分別重現(xiàn)，因此，復(fù)用實(shí)質(zhì)上是一種起著多通道作用的信息傳輸方式。 在目前實(shí)用的光纖通信系統(tǒng)中，還延用傳統(tǒng)的強(qiáng)度調(diào)制---直接檢波（IM/DD）的系統(tǒng)方式，即電/光轉(zhuǎn)換和光/電轉(zhuǎn)換的信號(hào)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(yuǎn)遠(yuǎn)低于光纖所能提供的巨大負(fù)荷量，為了進(jìn)一步滿足各種寬帶業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)容量的需求，進(jìn)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(shì)，其中采用多信道復(fù)用技術(shù)，便是行之有效的方式之一。 光纖通信復(fù)用技術(shù)主要分為：光波復(fù)用和光信號(hào)復(fù)用兩大類。光波復(fù)用分為按波長(zhǎng)分割的波分復(fù)用（WDM）和按空間分割的空分復(fù)用（SDM），而光信號(hào)復(fù)用又分為按時(shí)間分割的時(shí)分復(fù)用（TDM）和按頻率分割的頻分復(fù)用（FDM），此外還有光碼復(fù)用（OCDM）、副載波復(fù)用（SCM）技術(shù)。不難看出，光信號(hào)復(fù)用是延用無線電通信中的相應(yīng)復(fù)用技術(shù)。而光波復(fù)用技術(shù)則是光纖通信所特有的，它是人們根據(jù)光波的特點(diǎn)發(fā)展出來的一種新穎的復(fù)用通信技術(shù)。 二、光纖數(shù)字網(wǎng)的復(fù)接體制 數(shù)字復(fù)用是采用數(shù)字 復(fù)接的方法來實(shí)現(xiàn)的，又稱數(shù)字復(fù)接技術(shù)。 數(shù)字復(fù)接體系(digital multiplex hierarchy)：按照數(shù)字率來分級(jí)的一系列數(shù)字復(fù)接器。在某一用戶的話音信號(hào)(發(fā)與收)采用二線制傳輸，但端機(jī)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(hào)需經(jīng)2/4線變換，也就是通過差動(dòng)變量器（差動(dòng)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(jī)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(hào)碼在匯總電 路里按PCM30/32系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)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(hào)進(jìn)行整形、再生，然后經(jīng)過碼型反變換，恢復(fù)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(hào)碼分離，分離出的話路信碼經(jīng)解碼、分路門恢復(fù)出每一路的PCM信號(hào)，然后經(jīng)低通平滑，恢復(fù)成每一路的話音模擬信號(hào)，最后經(jīng)放大、差動(dòng)變量器4~1端送至用戶。再生電路所提取時(shí)鐘，除了用于抽樣判決，識(shí)別每一個(gè)碼元外，還由它來控制收端定時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生收端所需的各種脈沖信號(hào)。數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)由數(shù)字復(fù)接器和數(shù)字分接器組成。(如圖2-1) 數(shù)字復(fù)接器是把兩個(gè)或兩個(gè)以上的支路(低次群)，按時(shí)分復(fù)用方式合并成一個(gè)單一的高次群數(shù)字信號(hào)設(shè)備，它由定時(shí)、碼速調(diào)整和復(fù)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(hào)，分解成原來的低次群數(shù)字信號(hào)，它由幀同步、定時(shí)、數(shù)字分接和碼速恢復(fù)等單元組成。 圖2-1 數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)方框圖 １．異步復(fù)接 要完成數(shù)字復(fù)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(diǎn)：建立同步網(wǎng)絡(luò)和采用異步復(fù)接。同步復(fù)接是用一個(gè)高穩(wěn)定的主時(shí)鐘來控制被復(fù)接的幾個(gè)低次群，使這幾個(gè)低次群的碼速統(tǒng)一在主時(shí)鐘的頻率上，這樣就達(dá)到系統(tǒng)同步的目的。這種同步方法的缺點(diǎn)是主時(shí)鐘一旦出現(xiàn)故障，相關(guān)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(fù)接或異步復(fù)接，都需要碼速變換。雖然同步復(fù)接時(shí)各低次群的數(shù)碼率完全一致 ，但復(fù)接后的碼序列中還要加入幀同步碼、對(duì)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(zhǔn)同步網(wǎng)絡(luò)中，各群次獨(dú)立定時(shí)，因此高次群復(fù)接都采用以比特為單位的異步復(fù)接。異步復(fù)接是各低次群使用各自的時(shí)鐘。這樣，各低次群的時(shí)鐘速率就不一定相等，因而在復(fù)界時(shí)要先進(jìn)行碼速調(diào)整，使各低次群同步后再復(fù)界。所以異步復(fù)接實(shí)際上是通過兩個(gè)步驟實(shí)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(jìn)行同步復(fù)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(hào)往往要經(jīng)過多次碼速調(diào)整，使得在高速信號(hào)中很難直接識(shí)別和提取低速支路信號(hào)，要上下話路，只能采用一系列背靠背的復(fù)接器，將高次群信號(hào)一步步地解復(fù)用到所要解出的低次群上，上下路后，再重新一步步地復(fù)用到高次群上(如圖2-3)。 顯然，這種異步復(fù)用方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，設(shè)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(fù)接系統(tǒng)上下路方法 目前世界上有三種異步復(fù)接體制(表2－1)，三者互不兼容，國際互聯(lián)時(shí)必須進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 表2－1 三種異步復(fù)接體制 次群 以15Mbps為基礎(chǔ)的系列 以2Mbps為基礎(chǔ)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(luò) ⑴ SONET和SDH  美國貝爾公司首先提出了同步光網(wǎng)絡(luò)(SONET)，美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ANSI)于20世紀(jì)80年代制 定了有關(guān)SONET的國家標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)時(shí)的CCITT采納了SONET的概念，進(jìn)行了一些修改和擴(kuò)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(biāo)準(zhǔn)。 SDH和SONET的基本原理完全相同，標(biāo)準(zhǔn)也兼容，但還是略有差別(表2－2)。 表2－2 SONET、SDH比較 SDH SONET 等級(jí) 速率(Mbps) 速率(Mbps) 等級(jí) 　 　 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(hào)稱同步傳遞信號(hào)STS(Synchronous Transport Signal)，光信號(hào)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(jí)名稱為同步傳遞模塊STM(Synchronous Transport Module)。我國采用SDH標(biāo)準(zhǔn)，因此下面的敘述都按SDH分級(jí)方式。 ⑵ SDH的特點(diǎn) SDH網(wǎng)的主要特點(diǎn)是同步復(fù)用、標(biāo)準(zhǔn)光接口和強(qiáng)大的網(wǎng)管功能，這三點(diǎn)在后面都要詳細(xì)明。SDH網(wǎng)絡(luò)還是一個(gè)非常靈活的網(wǎng)絡(luò)，這體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。 ① 支持多種業(yè)務(wù) SDH的復(fù)用結(jié)構(gòu)中定義了多種容器C和虛容器VC，各種業(yè)務(wù)只要裝入虛容器就可作為一個(gè)獨(dú)立的實(shí)體在SDH網(wǎng)中進(jìn)行傳送。C、VC以及聯(lián)和復(fù)幀結(jié)構(gòu)的定義使SDH可以靈活地支持多種電路 層業(yè)務(wù)，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(wù) 。另外，段開銷中大量的備用通道也增強(qiáng)了SDH網(wǎng)的可擴(kuò)展性。SDH的這種靈活性和可擴(kuò)展性使它成為寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)理所當(dāng)然的基礎(chǔ)傳送網(wǎng)絡(luò)。 ② 迅速、靈活地更改路由，具有很強(qiáng)的生存性 PDH中改變網(wǎng)絡(luò)連接要靠人工更改配線架的接線，耗時(shí)長(zhǎng)、成本高且易出錯(cuò)。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(luò)中的所有交叉連接設(shè)備和復(fù)用設(shè)備，需要改變路由時(shí)，通過軟件更改交叉連接設(shè)備和分插復(fù)用器的連接，只要幾秒鐘就可靈活地重組網(wǎng)絡(luò)。特別是SDH的自愈環(huán)，在某條鏈路出現(xiàn)故障時(shí)，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(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)接口和標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)單元，提高了不同廠商之間設(shè)備的兼容性，使組網(wǎng)時(shí)有更大的靈活性。 三、光纖通信復(fù)用技術(shù) ⒈ 波分復(fù)用（WDM） ⑴ 波分復(fù)用（WDM）通信基本原理 目前，WDM（波分復(fù)用）技術(shù)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(xiàng)技術(shù)。 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(luò)也成為現(xiàn)代通信網(wǎng)的基礎(chǔ)平臺(tái)。就我國長(zhǎng)途傳輸網(wǎng)而言，截止到1998年底，省際干線光纜長(zhǎng)度已接近2O萬km。光纖通信系統(tǒng)經(jīng)歷了幾個(gè)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(fēng)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(fù)用技術(shù)從光纖通信出現(xiàn)伊始就出現(xiàn)了，兩波長(zhǎng)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(shí)分復(fù)用）技術(shù)的發(fā)展，155Mb／s—622Mb／s—2.5Gb／s TDM技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2.5Gb／s系統(tǒng)以下（含2.5Gb／s系統(tǒng)），系統(tǒng)每升級(jí)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(jí)中，人們首先想到并采用的是TDM技術(shù)。（2）波分復(fù)用器件還沒有完全成熟，波分復(fù)用器／解復(fù)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(shù)的發(fā)展進(jìn)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(fù)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(yàn)室目前已達(dá)Tb／s速率，世界上各大設(shè)備生產(chǎn)廠商和運(yùn)營(yíng)公司都對(duì)這一技術(shù)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(yīng)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(shù)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(shù)的極限，TDM已沒有太多的潛力可控，并且傳輸設(shè)備的價(jià)格也很高。（3）已敷設(shè)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(fù)用轉(zhuǎn)移到光復(fù)用，即從光域上用各種復(fù)用方式來改進(jìn)傳輸效率，提高復(fù)用速率，而WDM技術(shù)是目前能夠商用化最簡(jiǎn)單的光復(fù)用技術(shù)。 從光纖通信發(fā)展的幾個(gè)階段看，所應(yīng)用的技術(shù)都與光纖密切相關(guān)。80年代初期的多模光纖通信，所應(yīng)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(yīng)用的是單模光纖1310nm窗口；1993年開始的SDH系統(tǒng)開始轉(zhuǎn)向1550nm窗口；WDM是在光纖上實(shí)行的頻分復(fù)用技術(shù)，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(shí)施的多波長(zhǎng)復(fù)用技術(shù)，因而在深入討論WDM技術(shù)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(jí)擴(kuò)容和成本低的優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛應(yīng)用。從80年代未起，我國在國家干線網(wǎng)上敷設(shè)的都是常規(guī)單模光纖。常規(guī)石英單模光纖同時(shí)具有1550nm和1310nm兩個(gè)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(gè)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(fù)用的方法來提高系統(tǒng)的傳輸容量，在接收端采用解復(fù)用器（等效于光帶通濾波器）將各信號(hào)光載波分開。由于在光的頻域上信號(hào)頻率差別比較大，人們更喜歡采用波長(zhǎng)來定義頻率上的差別，因而這樣的復(fù)用方法稱為波分復(fù)用。 所謂WDM技術(shù)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(zhǎng)）不同可以將光纖的低損耗窗口劃分成若干個(gè)信道，把光波作為信號(hào)的載波，在發(fā)送端采用波分復(fù)用器（合波器）將不同規(guī)定波長(zhǎng)的信號(hào)光載波合并起來送入一根光纖進(jìn)行傳輸。在接收端，再由一波分復(fù)用器（分波器）將這些不同波長(zhǎng)承載不同信號(hào)的光載波分開的復(fù)用方式。由于不同波長(zhǎng)的光載波信號(hào)可以看作互相獨(dú)立（不考慮光纖非線性時(shí)），從而在一根光纖中可實(shí)現(xiàn)多路光信號(hào)的復(fù)用傳輸。雙向傳輸?shù)膯栴}也很容易解決，只需將兩個(gè)方向的信號(hào)分別安排在不同波長(zhǎng)傳輸即可。根據(jù)波分復(fù)用器的不同，可以復(fù)用的波長(zhǎng)數(shù)也不同，從2個(gè)至幾十個(gè)不等，現(xiàn)在商用化的一般是8波長(zhǎng)和16波長(zhǎng)系統(tǒng)，這取決于所允許的光載波波長(zhǎng)的間隔大小，圖3-2給出了其系統(tǒng)組成。 圖3-2 波分復(fù)用系統(tǒng)原理 WDM本質(zhì)上是光域上的頻分復(fù)用（FDM）技術(shù)。要想深刻理解WDM系統(tǒng)的本質(zhì)，有必要對(duì)傳輸技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行一下總結(jié)。從我國幾十年應(yīng)用的傳輸技術(shù)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(shù)，即電域上的頻分復(fù)用技術(shù)，每路話音的帶寬為4kHz，每路話音占據(jù)傳輸媒質(zhì)（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(hào)，每路話音速率為64kb／s；而WDM技術(shù)是光纖上頻分復(fù)用技術(shù)，16（8）×2.5Gb／s的WDM系統(tǒng)則是光域上的FDM模擬技術(shù)和電域上TDM數(shù)字技術(shù)的結(jié)合。 ③ 下面列出了幾種傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式：? ——.明線技術(shù)，F(xiàn)DM模擬技術(shù)，每路電話4kHz； ——.小同軸電纜6O路FDM模擬技術(shù)，每路電話4kHz； ——.中同軸電纜1800路FDM模擬技術(shù)，每路電話4kHz； ——.光纖通信140Mb／s PDH系統(tǒng)，TDM數(shù)字技術(shù)，每路電話64kb／ｓ； ——.光纖通信2.5Gb／s SDH系統(tǒng)，TDM數(shù)字技術(shù)，每路電話64kb／s； ——.光纖通信N×2.5Gb／s WDM系統(tǒng)，TDM數(shù)字技術(shù)+光頻域FDM模擬技術(shù)，每路電話64kb／s。 WDM本質(zhì)上是光域上的頻分復(fù)用FDM技術(shù)，每個(gè)波長(zhǎng)通路通過頻域的分割實(shí)現(xiàn)，如圖3-3所示。每個(gè)波長(zhǎng)通路占用一段光纖的帶寬，與過去同軸電纜FDM技術(shù)不同的是：（1）傳輸媒質(zhì)不同，WDM系統(tǒng)是光信號(hào)上的頻率分割，同軸系統(tǒng)是電信號(hào)上的頻率分割利用。（2）在每個(gè)通路上，同軸電纜系統(tǒng)傳輸?shù)氖悄M信號(hào)4kHz語音信號(hào)，而WDM系統(tǒng)目前每個(gè)波長(zhǎng)通路上是數(shù)字信號(hào)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(shù)的主要特點(diǎn) 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(zhǎng)傳輸增加幾倍至幾十倍。 ⅱ、 使N個(gè)波長(zhǎng)復(fù)用起來在單模光纖中傳輸，在大容量長(zhǎng)途傳輸時(shí)可以大量節(jié)約光纖。另外，對(duì)于早期安裝的芯數(shù)不多的電纜，芯數(shù)較少，利用波分復(fù)用不必對(duì)原有系統(tǒng)作較大的改動(dòng)即可比較方便地進(jìn)行擴(kuò)容。 ⅲ、 由于同一光纖中傳輸?shù)男盘?hào)波長(zhǎng)彼此獨(dú)立，因而可以傳輸特性完全不同的信號(hào)，完成各種電信業(yè)務(wù)信號(hào)的綜合和分離，包括數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，以及PDH信號(hào)和SDH信號(hào)的綜合與分離。波分復(fù)用通道對(duì)數(shù)據(jù)格式是透明的，即與信號(hào)速率及電調(diào)制方式無關(guān)。一個(gè)WDM系統(tǒng)可以承載多種格式的“業(yè)務(wù)”信號(hào)，ATM、IP或者將來有可能出現(xiàn)的信號(hào)。WDM系統(tǒng)完成的是透明傳輸，對(duì)于“業(yè)務(wù)”層信號(hào)來說，WDM的每個(gè)波長(zhǎng)就像“虛擬”的光纖一樣。 ⅳ、 在網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)充和發(fā)展中，是理想的擴(kuò)容手段，也是引入寬帶新業(yè)務(wù)（例如CATV、HDTV和B-ISDN等）的方便手段，增加一個(gè)附加波長(zhǎng)即可引入任意想要的新業(yè)務(wù)或新容量。 ? ⅴ、 利用WDM技術(shù)選路來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交換和恢復(fù)，從而可能實(shí)現(xiàn)未來透明的、具有高度生存性的光網(wǎng)絡(luò)。 ⅵ、在國家骨干網(wǎng)的傳輸時(shí)，EDFA的應(yīng)用可以大大減少長(zhǎng)途干線系統(tǒng)SDH中繼器的數(shù)目，從而減少成本。距離越長(zhǎng)，節(jié)省成本就越多⑸ WDM和DWDM人們?cè)谡務(wù)揥DM系統(tǒng)時(shí)，有時(shí)會(huì)談到DWDM（密集波分復(fù)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(shí)，WDM和DWDM應(yīng)用的是同一種技術(shù)，它們是在不同發(fā)展時(shí)期對(duì)WDM系統(tǒng)的稱呼，它們與WDM技術(shù)的發(fā)展史 有著緊密的關(guān)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(gè)低損耗窗口1310nm和1550nm窗口各傳送1路光波長(zhǎng)信號(hào)，也就是131Onm／155Onm兩波分的WDM系統(tǒng)，這種系統(tǒng)在我國也有實(shí)際的應(yīng)用。該系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，一般采用熔融的波分復(fù)用器件，插入損耗??；沒有光放大器，在每個(gè)中繼站上，兩個(gè)波長(zhǎng)都進(jìn)行解復(fù)用和光／電／光再生中繼，然后再復(fù)用在一起傳向下一站。很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)在人們的理解中，WDM系統(tǒng)就是指波長(zhǎng)間隔為數(shù)十nm的系統(tǒng)，例如1310nm／1550nm兩波長(zhǎng)系統(tǒng)（間隔達(dá)200多nm）。因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)的條件下，實(shí)現(xiàn)幾個(gè)nm波長(zhǎng)間隔是不大可能的。 隨著1550nm窗口EDFA的商用化，WDM系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)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(hào)。由于這些WDM系統(tǒng)的相鄰波長(zhǎng)間隔比較窄（一般（1.6nm），且工作在一個(gè)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(zhǎng)間隔更緊密的WDM系統(tǒng)為密集波分復(fù)用系統(tǒng)。所謂密集，是指相臨波長(zhǎng)間隔而言。過去WDM系統(tǒng)是幾十nm的波長(zhǎng)間隔，現(xiàn)在的波長(zhǎng)間隔小多了，只有（0.8～2）nm，甚至<0.8nm。密集波分復(fù)用技術(shù)其實(shí)是波分復(fù)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(fù)用器件來選取，例如平面波導(dǎo)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(fù)用器件。 ——在DWDM長(zhǎng)途光纜系統(tǒng)中，波長(zhǎng)間隔較小的多路光信號(hào)可以共用EDFA光放大器。在兩個(gè)波分復(fù)用終端之間，采用一個(gè)EDFA代替多個(gè)傳統(tǒng)的電再生中繼器，同時(shí)放大多路光信號(hào)，延長(zhǎng)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(bǔ)償光纖的損耗，而常規(guī)的光／電／光再生中繼器用來補(bǔ)償色散、噪聲積累帶來的信號(hào)失真。 現(xiàn)在，人們都喜歡用WDM來稱呼DWDM系統(tǒng)。從本質(zhì)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(zhǔn)確的定義，而且隨著技術(shù)的發(fā)展，原來認(rèn)為所謂密集的波長(zhǎng)間隔，在技術(shù)實(shí)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?wù)摰腤DM系統(tǒng)就是DWDM系統(tǒng)。 ⑵ 總? 結(jié) 過去無論P(yáng)DH的34Mb／s-140Mb／s-565Mb／s，還是SDH的155Mb／s-622Mb／s-2.4Gb／s，其擴(kuò)容升級(jí)方法都是采用電的TDM方式，即在電信號(hào)上進(jìn)行的時(shí)間分割復(fù)用技術(shù)，光電器件和光纖完成的只是光電變換和透明傳輸，對(duì)信號(hào)在光域上沒有任何處理措施（甚至于放大）。WDM技術(shù)的應(yīng)用第一次把復(fù)用方式從電信號(hào)轉(zhuǎn)移到光信號(hào)，在光域上用波分復(fù)用（即頻率復(fù)用）的方式提干個(gè)時(shí)隙，將高傳輸速率，光信號(hào)實(shí)現(xiàn)了直接復(fù)用和放大，而不再回到電信號(hào)上處理，并且各個(gè)波長(zhǎng)彼此獨(dú)立，對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式透明。因此，從某種意義上講，WDM技術(shù)的應(yīng)用標(biāo)志著光通信時(shí)代的“真正”到來。 ⒉ 空分復(fù)用（SDM） 所謂空分復(fù)用就是利用空間分割，根據(jù)需要構(gòu)成不同的信道進(jìn)行光復(fù)用的一種復(fù)用技術(shù)。例如，一根光纜中的兩根光纖可以構(gòu)成不同的信道，也可以構(gòu)成不同傳輸方向（一根去向，一根來向）的一個(gè)系統(tǒng)，這是目前普遍使用的最為簡(jiǎn)單的復(fù)用方式。 隨著技術(shù)的不斷提高，人們對(duì)空間分割的理解更加深刻，使用復(fù)用向著多路空分復(fù)用通信方式發(fā)展。例如，對(duì)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(jí)的提高，同時(shí)仍保持其良好的色保持特性和透光性。這是空分復(fù)用的一個(gè)發(fā)展方向. ⒊ 時(shí)分復(fù)用（TDM） ⑴ TDM技術(shù)在電子學(xué)通信中已經(jīng)是很成熟的復(fù)用技術(shù)。這種技術(shù)就是將傳輸時(shí)間分割成若需要傳輸?shù)亩嗦沸盘?hào)按一定規(guī)律插入相應(yīng)時(shí)隙，從而實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)的復(fù)用傳輸。但是，這種技術(shù)在電子學(xué)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(shí)分復(fù)用速率不能太高。例如，PDH信號(hào)僅達(dá)到0.5Gbps，盡管SDH體制信號(hào)采用同步交錯(cuò)復(fù)接方法己達(dá)到10Gbps（STM-64）的速率，但是，達(dá)到20Gbps卻是相當(dāng)困難的。另一方面，在光纖中，對(duì)于光信號(hào)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(yán)重影響高速率調(diào)制信號(hào)的傳輸。當(dāng)信號(hào)達(dá)到STM-64或者更高速率時(shí)，PMD的脈沖擴(kuò)展效應(yīng)，就會(huì)造成信號(hào)＂模糊＂，引起接收機(jī)對(duì)于信號(hào)的錯(cuò)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(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生輕微的時(shí)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(shí)分復(fù)用技術(shù)的局限性，將電子學(xué)通信的傳輸速率限制在10～20Gbps以下。 ⑵ .時(shí)分多路復(fù)用 TDM技術(shù)原理 　　若媒體能達(dá)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(shí)分多路復(fù)用 TDM技術(shù)，即將一條物理信道按時(shí)間分成若干個(gè)時(shí)間片輪流地分配給多個(gè)信號(hào)使用。每一時(shí)間片由復(fù)用的一個(gè)信號(hào)占用，這樣，利用每個(gè)信號(hào)在時(shí)間上的交叉，就可以在一條物理信道上傳輸多個(gè)數(shù)字信號(hào)。 　　時(shí)分多路復(fù)用TDM不僅局限于傳輸數(shù)字信號(hào)，也可同時(shí)交叉?zhèn)鬏斈M信號(hào)。 時(shí)分多路復(fù)用通信，是各路信號(hào)在同一信道上占有不同時(shí)間間隙進(jìn)行通信。由前述的抽樣理 論可知，抽樣的一個(gè)重要作用，是將時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)變成時(shí)間上離散的信號(hào)，其在信道上占用時(shí)間的有限性，為多路信號(hào)沿同一信道傳輸提供了條件。具體說，就是把時(shí)間分成一些 均勻的時(shí)間間隙，將各路信號(hào)的傳輸時(shí)間分配在不同的時(shí)間間隙，以達(dá)到互相分開，互不干擾的目的。時(shí)分多路復(fù)用，各路信號(hào)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(zhuǎn)開關(guān)(稱分配器)開關(guān)不斷重復(fù)地作勻速旋轉(zhuǎn)，每旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間等于一個(gè)抽樣周期T，這樣就做到對(duì)每一路信號(hào)每隔周期T時(shí)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(shí)還起到復(fù)用合路的作用。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(hào)，由收端分配器旋轉(zhuǎn)開關(guān)K2依次接通每一路信號(hào)，再經(jīng)低通平滑，重建成話音信號(hào)。由此可見收端的分配器起到時(shí)分復(fù)用的分路作用，所以收端分配器又叫分路門。 當(dāng)采用單片集成PCM編解碼器時(shí)，其時(shí)分復(fù)用方式是先將各路信號(hào)分別抽樣、編碼、再經(jīng)時(shí)分復(fù)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(hào)。要注意的是：為保證正常通信，收、發(fā)端旋轉(zhuǎn)開關(guān)必須同頻同相。同頻是指的旋轉(zhuǎn)速度要完全相同，同相指的是發(fā)端旋轉(zhuǎn)開關(guān)連接第一路信號(hào)時(shí)，收端旋轉(zhuǎn)開關(guān)K2也必須連接第一路，否則收端將收不到本路信號(hào)，為此要求收、發(fā)雙方必須保持嚴(yán)格的同步。 ⒋ 頻分多路復(fù)用 FDM技術(shù)原理 　　在物理信道的可用帶寬超過單個(gè)原始信號(hào)所需帶寬情況下，可將該物理信道的總帶寬分割成若干個(gè)與傳輸單個(gè)信號(hào)帶寬相同(或略寬)的子信道，每個(gè)子信道傳輸一路信號(hào)，這就是頻分多路復(fù)用。 　　多路原始信號(hào)在步分復(fù)用前，先要通過頻譜搬移技術(shù)將各路信號(hào)的頻譜搬移到物理信道頻譜的不同段上，使各信號(hào)的帶寬不相互重疊，然后用不同的頻率調(diào)制每一個(gè)信號(hào)，每個(gè)信號(hào)要一個(gè)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(hù)帶來隔離每一個(gè)通道。 FDM是將在光纖中傳輸?shù)墓獠ò雌漕l率進(jìn)行分割成若干光波頻道，使其每個(gè)頻道作為信息的獨(dú)立載體。從而實(shí)現(xiàn)在一條光纖中的多頻道復(fù)用傳輸。FDM技術(shù)可以與WDM技術(shù)聯(lián)合使用，使復(fù)用路數(shù)成倍提高，即首先將光波波道按波長(zhǎng)進(jìn)行粗分，若每個(gè)波道寬度為Δλ，則在每個(gè)寬度為Δλ波道內(nèi)，再載入幾個(gè)頻道(f1、f2、…、fn)，每個(gè)頻道還可以獨(dú)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(shù)與其相結(jié)合，為采用FDM技術(shù)的光纖網(wǎng)絡(luò)實(shí)用化創(chuàng)造了條件。光FDM復(fù)用技術(shù)設(shè)備復(fù)雜，對(duì)于光器件性能的要求高，因此進(jìn)入實(shí)用工程階段還需要不少努力。 四、全光波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 近幾年來，全世界計(jì)算機(jī)及通信技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，由于網(wǎng)絡(luò)構(gòu)筑所依賴的以電為基本傳輸介質(zhì)的物理層已到了其極限，使得現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)在多方面已不能適應(yīng)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(luò)。全光網(wǎng)絡(luò)不僅以光纖作為基本傳輸介質(zhì)，而且在節(jié)點(diǎn)處采用光交換。即數(shù)據(jù)從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的傳輸過程始終在光域內(nèi)。這樣的全光通信網(wǎng)絡(luò)具有優(yōu)良的品質(zhì)：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(qiáng)。 ——現(xiàn)有的基于時(shí)分復(fù)用方式工作的光纖網(wǎng)絡(luò)由于受到電子器件的極限工作速率的限制，網(wǎng)絡(luò)綜合帶寬難以突破10Gbit/s的量級(jí)。為充分利用光纖提供的巨大通信帶寬，在網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(fù)用（WDM,Wavelength Division Multiplexing）。其中波分復(fù)用是目前研究的前沿和熱點(diǎn)之一。它將單模光纖的可用帶寬劃分成多個(gè)獨(dú)立的波長(zhǎng)，每個(gè)波長(zhǎng)是一個(gè)通道，各信道的速率在目前技術(shù)所能實(shí)現(xiàn)的范圍內(nèi)（如100Mbit/s～10Gbit/s）任意選擇。網(wǎng)絡(luò)中不同用戶的不同業(yè)務(wù)可在不同邏輯通道上傳送，這樣多個(gè)信道速率的總和就構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)的速率，增加波分復(fù)用的信道數(shù)，就可進(jìn)一步挖掘光纖的帶寬資源；而多個(gè)獨(dú)立非重疊信道可以同時(shí)傳送不同類型的服務(wù)，這樣也實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)綜合業(yè)務(wù)的功能?，F(xiàn)在一根光纖上可用的光波長(zhǎng)為2、4、8、16、32、64，最多為132個(gè)，因此光波長(zhǎng)數(shù)是有限的。 ⒈ 全光波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)的兩種網(wǎng)絡(luò)形式——光路交換和光分組交換 全光波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)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(fù)用網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)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(shí)用化的一種網(wǎng)絡(luò)。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(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)，如：London Fiber Network，歐洲的RACE II Multiwavelength Transport Network(MWTN)，等等。 從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上看光交換的全光WDM網(wǎng)絡(luò)有兩種主要的形式：①廣播和選擇網(wǎng)絡(luò)（the broadcast and select network），也就是常說的星型結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)；②波長(zhǎng)尋徑網(wǎng)絡(luò)。 ① 廣播和選擇網(wǎng)絡(luò) 廣播和選擇網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)通過光纖和無源星型耦合器連接，每個(gè)節(jié)點(diǎn)被分給不同的波長(zhǎng)。各節(jié)點(diǎn)以自己特寫的波長(zhǎng)發(fā)出的信息經(jīng)耦合器匯集，分流后到達(dá)各節(jié)點(diǎn)的收信端，每個(gè)節(jié)點(diǎn)利用可調(diào)諧接收器選擇接收。圖中各節(jié)點(diǎn)的發(fā)射器是固定頻率的，接收器是可調(diào)諧的（實(shí)際上也可以有相反的情況）。注意，此處接收節(jié)點(diǎn)要想接受某發(fā)送節(jié)點(diǎn)的信息，必須利用調(diào)諧接收器把接受波長(zhǎng)調(diào)到與發(fā)送信息的波長(zhǎng)一致，這就要用到某種介質(zhì)訪問控制協(xié)議（MAC協(xié)議）。討論廣播和選擇網(wǎng)絡(luò)中MAC協(xié)議的論著很多，此處就來細(xì)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(luò)很可靠，而且易于控制。但是廣播和選擇網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)很明顯的不足之處。第一，這種網(wǎng)絡(luò)非常浪費(fèi)光能，因?yàn)槊恳粋€(gè)要傳輸信號(hào)的光能幾乎都被平分分到網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)上去了；第二，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要一個(gè)不同的傳輸波長(zhǎng)，而目前光波波長(zhǎng)數(shù)目有限，所以網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)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(zhǎng)尋徑網(wǎng)絡(luò)中得到解決。 ② 波長(zhǎng)尋徑網(wǎng)絡(luò) 波長(zhǎng)尋徑網(wǎng)絡(luò)中，特定波長(zhǎng)上的信號(hào)被直接尋徑到目的節(jié)點(diǎn)，而不是向全網(wǎng)廣播。這樣就減少了不必要的信號(hào)光能損失，同時(shí)又能使一個(gè)波長(zhǎng)在網(wǎng)絡(luò)的非重疊部分被多次使用。 在最簡(jiǎn)單的情況下，路由是固定的，并不需要像光交換設(shè)備這樣的可配置光器件。但是為了使網(wǎng)絡(luò)有更大的靈活性和可擴(kuò)展性，必須在網(wǎng)絡(luò)中使用光路由設(shè)備，它可以動(dòng)態(tài)重新配置路由以改變到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的光路。這樣一來，網(wǎng)絡(luò)中就需要用到一個(gè)或多個(gè)控制器來配置這些光路由設(shè)備。 為了使網(wǎng)絡(luò)具有最大限度的可擴(kuò)展性，則需要在波長(zhǎng)尋徑網(wǎng)絡(luò)的光路由設(shè)備后面級(jí)聯(lián)一個(gè)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，這樣的話，連接就可以在不同光纖的不同波長(zhǎng)信道中轉(zhuǎn)換了。這將最大限度地重復(fù)利用有限的可用波長(zhǎng)。但值得注意的是，全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器并沒有完全研制出來。目前，要達(dá)到波長(zhǎng)的轉(zhuǎn)換還必須利用光電轉(zhuǎn)換和再生。因此，在實(shí)用中，波長(zhǎng)尋徑網(wǎng)絡(luò)并沒有用波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器（在后面的內(nèi)容中，將只針對(duì)無波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行討論）。由此不難看出波長(zhǎng)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(shí)際的應(yīng)用中，一個(gè)光路交換WDM網(wǎng)總是由以上兩種網(wǎng)絡(luò)組合起來的。廣播和選擇網(wǎng)通常總是作為局域網(wǎng)（LAN），它們通過波長(zhǎng)尋徑網(wǎng)互連起來，形成一個(gè)分層結(jié)構(gòu)。圖中的小圓代表LAN中的用戶節(jié)點(diǎn)，LAN中節(jié)點(diǎn)之間的通信是通過廣播方式完成的，它占用了一個(gè)固定的波長(zhǎng)集合（此例中是波長(zhǎng)1）。在第二個(gè)層次，幾個(gè)LAN互連成一個(gè)組（Group），同一個(gè)Group不同LAN中的用戶要通信，則要使用波長(zhǎng)2,波長(zhǎng)不在LAN的固定波長(zhǎng)集合中。以這種方式可以級(jí)聯(lián)成多個(gè)層次。但是,由于固定波長(zhǎng)集合的存在,限制了網(wǎng)絡(luò)中用戶數(shù)的擴(kuò)展（可以通過使用波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器來解決）。 有鑒于光節(jié)點(diǎn)的能力和可用波長(zhǎng)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(gè)高速信道（如SONET）“粗糙”路由，電子層則提供較低速度的“精細(xì)”處理（如完成ATM的信元交換）。這樣的分層結(jié)構(gòu)好處在于：光節(jié)點(diǎn)之間存在大容量、高速、透明的光路由，而光層的端節(jié)點(diǎn)完成常規(guī)的較低速、單信道、與協(xié)議有關(guān)的“精細(xì)”處理。光層與常規(guī)電子層構(gòu)成的混合結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義上的用戶數(shù)目的可擴(kuò)展性，而這是僅僅依靠WDM全光網(wǎng)所不能實(shí)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(gè)具備分組交換能力的網(wǎng)絡(luò)去支持像計(jì)算機(jī)通信或基于ATM通信等這樣基于分組交換的大量現(xiàn)存應(yīng)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(gè)“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(gè)方案中，數(shù)據(jù)凈荷除了在源和目的節(jié)點(diǎn)外不會(huì)遇到電處理。分組業(yè)務(wù)具有很大的突發(fā)性，如果用光路交換的方式處理將會(huì)造成資源的浪費(fèi)。在這種情況下，一個(gè)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(shí)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(gè)新的路由機(jī)制。由于缺乏較好的光存儲(chǔ)技術(shù)，光數(shù)據(jù)的尋徑和交換必須不停頓地進(jìn)行，也即不用電處理不用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，這就需要一個(gè)全新的分組交換體系結(jié)構(gòu)和技術(shù)，新的結(jié)構(gòu)必須考慮到光領(lǐng)域的特殊性（后面將對(duì)目前正在研究的全新的分組交換結(jié)構(gòu)做簡(jiǎn)單的介紹）。其次是全光網(wǎng)交換和存儲(chǔ)器件的實(shí)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(chǔ)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(luò)里，每個(gè)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(jī)只需要根據(jù)頭部信息就可以決定向何處轉(zhuǎn)發(fā)，而其他的信息如凈荷則不需要被交換機(jī)處理。光交換機(jī)通常是分布存儲(chǔ)式的交換機(jī)。 全光的分組交換一般有兩種方法。最簡(jiǎn)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(gè)二進(jìn)制的序列頭部數(shù)據(jù)告訴交換機(jī)向哪兒轉(zhuǎn)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(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì) 全光WDM網(wǎng)絡(luò)既是一個(gè)全新的技術(shù)，同時(shí)也與現(xiàn)存的技術(shù)有著千絲萬縷的聯(lián)系，它涉及的領(lǐng)域非常廣泛。現(xiàn)在對(duì)全光WDM網(wǎng)絡(luò)的研究方興未艾，并且形成了幾大熱點(diǎn)，同時(shí)也構(gòu)成了今后的發(fā)展趨勢(shì)。 ⑴ 全光網(wǎng)的路由選擇和波長(zhǎng)分配問題——全光WDM網(wǎng)基礎(chǔ)研究 全光網(wǎng)的路由選擇和波長(zhǎng)分配（RAW）是重要的應(yīng)用基礎(chǔ)性研究問題，它解決怎樣通過光交叉連接或其它設(shè)備構(gòu)成運(yùn)載信號(hào)的光通道，并合理地分配通道所使用的波長(zhǎng)，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(qǐng)求，RAW問題由兩部分組成：①為每個(gè)源節(jié)點(diǎn)尋找到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路徑；②在這些路徑上分配波長(zhǎng)。因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)數(shù)有限，不可能在每對(duì)節(jié)點(diǎn)間建立光通路。RAW問題可分為動(dòng)態(tài)RAW和靜態(tài)RAW。動(dòng)態(tài)RAW一般是考慮建立光連接的請(qǐng)求隨機(jī)到達(dá)，靜態(tài)RAW則是考慮在進(jìn)行路由和波長(zhǎng)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(luò)中沒有波長(zhǎng)轉(zhuǎn)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(luò)中可以采用波長(zhǎng)變換，在某些情況下，網(wǎng)絡(luò)性能得到改善，這方面的研究很活躍。 ⑵ 全光WDM網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)——全光WDM網(wǎng)應(yīng)用的前提 全光WDM網(wǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包含兩層含義：一是物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，一是邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。這樣一來，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)問題就變成了對(duì)這兩個(gè)不同層的優(yōu)化的問題。而對(duì)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，既要考慮到下層WDM光層的特性與物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的因素，也要考慮到上層所跑的應(yīng)用業(yè)務(wù)特性的因素。物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一般在網(wǎng)絡(luò)建立起來之前就設(shè)計(jì)好了，雖然它的設(shè)計(jì)也考慮了業(yè)務(wù)流量等因素，它具有固定性，一旦建立就不會(huì)改變。但是網(wǎng)絡(luò)中所跑的業(yè)務(wù)是不固定的（即動(dòng)態(tài)性），且不同的業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)需求是不同的，因此設(shè)計(jì)邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就變得非常重要。 邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可分為兩類，一種是將整個(gè)全光WDM網(wǎng)絡(luò)看成一個(gè)大的傳輸通道所組成的網(wǎng)絡(luò)，所見的只有各個(gè)通道上的業(yè)務(wù)流量（其傳輸特性），因此網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要考慮對(duì)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(gè)分層結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，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?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也將考慮到其下層——物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和其上層——應(yīng)用層的特性。因此設(shè)計(jì)邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)要考慮的已不再是業(yè)務(wù)流量這么簡(jiǎn)單了，對(duì)下：物理結(jié)構(gòu)，波分復(fù)用技術(shù)所產(chǎn)生的波長(zhǎng)數(shù)的限制，器件的限制——如無波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，等等；對(duì)上：當(dāng)應(yīng)用類型不同時(shí)要求網(wǎng)絡(luò)所提供的性能指標(biāo)的不同——有的對(duì)時(shí)延很敏感，有的需要可靠性較強(qiáng)，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?jī)r(jià)值，只不過所看角度不同，出發(fā)點(diǎn)不一樣。前者更側(cè)重于網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性，目前已有了一定的研究成果；而后者則更側(cè)重于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用特性，目前這方面的研究才開始進(jìn)行，國外的研究也才剛起步，是一個(gè)很有研究潛力和價(jià)值的方向。 設(shè)計(jì)邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所涉及到的全網(wǎng)優(yōu)化的指標(biāo)有很多，如節(jié)點(diǎn)交換能力的利用率，網(wǎng)絡(luò)的最大擁塞率，平均傳輸時(shí)延，波長(zhǎng)復(fù)用因子等?，F(xiàn)有的一些設(shè)計(jì)邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究中，只考慮到其中的一項(xiàng)指標(biāo)，忽略別的重要指標(biāo)，特別是忽略所跑的上層應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)所提出的指標(biāo)。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(biāo)的邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)具有很重要的意義。 ⑶ 全光WDM網(wǎng)與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（ATM,IP等）的結(jié)合——全光WDM網(wǎng)的前景所在 為支持?jǐn)?shù)據(jù)、話音、圖像等多種業(yè)務(wù)，采用分組方式進(jìn)行傳輸和交換具有很多優(yōu)點(diǎn)。特別是Internet的空前發(fā)展，使得人們必須研究IP分組怎樣進(jìn)入全光網(wǎng)的問題。但是，由于真正的光分組交換技術(shù)的不成熟，使得我們不能采取真正光的方式進(jìn)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(gè)問題。以邏輯拓?fù)錇榛A(chǔ)的交換網(wǎng)絡(luò)能充分發(fā)揮光技術(shù)和電技術(shù)的特長(zhǎng)，讓攜帶信息的分組在邏輯拓?fù)渖弦怨獾男问奖M量向前傳輸；當(dāng)分組必須由一條光通道轉(zhuǎn)發(fā)到另一條光通道時(shí)，才引入電交換[2]。 雖然WDM如何與IP和ATM結(jié)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(diǎn)。 ⑷ 網(wǎng)絡(luò)自愈生存技術(shù)的研究——全光WDM網(wǎng)絡(luò)可靠運(yùn)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(shí)間內(nèi)為被中斷的業(yè)務(wù)尋找新的傳輸路由和自愈方案是十分必要的。網(wǎng)絡(luò)生存性屬于網(wǎng)絡(luò)完整性的一部分。完整性包括通信質(zhì)量、可靠性和生存性等，涉及通信系統(tǒng)多方面的技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)生存性泛指網(wǎng)絡(luò)遭受各種故障仍能維持可接受的業(yè)務(wù)質(zhì)量的能力。網(wǎng)絡(luò)生存性策略包括恢復(fù)技術(shù)、控制管理技術(shù)等?；謴?fù)技術(shù)包括保護(hù)切換、重選路由、自愈等。通常將恢復(fù)技術(shù)統(tǒng)稱為自愈技術(shù)，而自愈和網(wǎng)絡(luò)生存性也混用。自愈技術(shù)的性能有：恢復(fù)率、恢復(fù)時(shí)間、冗余度（常指空閑容量率）、開銷及復(fù)雜度等。全光網(wǎng)中有關(guān)電的問題是一個(gè)值得關(guān)注的問題。 理想的全光網(wǎng)中，信號(hào)從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)均是在光的范疇內(nèi)進(jìn)行，但是由于現(xiàn)有器件技術(shù)的限制，使得全光網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)的處理能力有限，并不能完成光波轉(zhuǎn)換及存儲(chǔ)等功能，而這些功能對(duì)于全光網(wǎng)有效成熟地運(yùn)行具有很重要的意義。因此人們從實(shí)用的角度出發(fā)提出了有限制地在節(jié)點(diǎn)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(yùn)行使用的能力和范圍得到充分的擴(kuò)展。這樣就形成了現(xiàn)在已建成的全光實(shí)驗(yàn)網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況，也構(gòu)成了許多研究的前提。全光網(wǎng)上采用電處理后，有兩個(gè)問題需要說明：第一，節(jié)點(diǎn)上有電處理，但是并非所有信號(hào)的傳輸都需要用它。例如，在沒有波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的全光網(wǎng)中，我們?cè)诠?jié)點(diǎn)上使用電處理來進(jìn)行波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。當(dāng)傳輸時(shí)，信號(hào)在同一個(gè)波長(zhǎng)上以光的形式盡量向前傳，當(dāng)需要進(jìn)行波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換時(shí)，才在相應(yīng)節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行光波轉(zhuǎn)換的電處理[2] 。至于是否需要光波轉(zhuǎn)換，何時(shí)進(jìn)行光波轉(zhuǎn)換，信號(hào)傳至哪個(gè)節(jié)點(diǎn)才進(jìn)行轉(zhuǎn)換，怎么樣轉(zhuǎn)換，等等，這些都需要在保證網(wǎng)絡(luò)整體性能指標(biāo)的前提下，根據(jù)一定原則，由路由和波長(zhǎng)分配算法進(jìn)行計(jì)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(luò)的可擴(kuò)展性和路由選擇的靈活性，并帶來波長(zhǎng)復(fù)用因子高等優(yōu)點(diǎn)；但它同時(shí)也勢(shì)必對(duì)信號(hào)的處理速度產(chǎn)生影響。因此在進(jìn)行具體的算法操作時(shí)，在這兩者之間進(jìn)行平衡就十分重要。如何保證在對(duì)速度影響最小的前提下，合理安排有電處理的節(jié)點(diǎn)，設(shè)置恰當(dāng)?shù)穆酚伤惴ê筒ㄩL(zhǎng)分配規(guī)則是其中最為重要的問題。 五、總 結(jié) 隨著科技的不斷發(fā)展，自70年代來，光纖通信開始進(jìn)入實(shí)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(shí)代。 本文主要介紹了光纖通信復(fù)用技術(shù)的幾種形式及其基本原理，其中重點(diǎn)介紹了波分復(fù)用技術(shù)(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(diǎn)，最后對(duì)當(dāng)今世界光纖通信技術(shù)的發(fā)展情況進(jìn)行展望。 綜之所述，現(xiàn)代光纖通信技術(shù)對(duì)現(xiàn)代信息社會(huì)至關(guān)重要，已成為信息革命的基礎(chǔ)。同時(shí)也在改變著人們的生活、工作和相互交往的方式，并進(jìn)一步促進(jìn)和推動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展。 六、致謝信 通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我比較熟練掌握光纖通信復(fù)用技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)，使我對(duì)光纖通信的各種復(fù)用方法有了更進(jìn)一步的了解，拓寬了知識(shí)面,開闊了眼界，提高了對(duì)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力。同時(shí)，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)也是對(duì)我的基本素質(zhì)的訓(xùn)練和培養(yǎng)，使我更加耐心、細(xì)致，更加謹(jǐn)慎、靈活，更富有創(chuàng)新能力，使我受益匪淺。 非常感謝學(xué)院給了我們這次機(jī)會(huì)，感謝許書云老師給了我一個(gè)有趣的題目。在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，許老師給予了我耐心的輔導(dǎo)和熱情的幫助，對(duì)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(shè)備很是讓我很受感動(dòng)。他對(duì)待工作孜孜不倦、一絲不茍，契而不舍嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)，非常值得我學(xué)習(xí)，他將永遠(yuǎn)鞭策和激勵(lì)我向前，不斷學(xué)習(xí)，充實(shí)自己。在此我再一次對(duì)許老師表示我的感激之情。 再一次感謝在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間給予我無私幫助的老師、同學(xué)，衷心祝愿他們幸福平安。 對(duì)于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于我的能力有限，肯定會(huì)有欠缺與不足之處，敬請(qǐng)老師同學(xué)們批評(píng)指正。 參 考 文 獻(xiàn) [1]高健主編.現(xiàn)代通信系統(tǒng)(第二版)[M].北京機(jī)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(xué)技術(shù)出版社，1991年 [4]劉小芹等主編.電子與通信技術(shù)（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(xué)出版社，2003年 [6]張?bào)闳A,石方文編著.通信英語(第三版)[M].北京郵電大學(xué)出版社，2001年9月 [7]王延堯等編.光纖通信設(shè)備基礎(chǔ)[M].天津科學(xué)技術(shù)出版社，1992年12月 [8]孫學(xué)康，張金菊等編.光纖通信技術(shù)[M].北京郵電大學(xué)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(chǔ)知識(shí)[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