光网络中三种复用技术

在光纤通信中，复用技术被认为是扩展现存光纤网络工程容量主要手段。复用技术主要包括时分复用TDM（Time Division Multiplexing）技术、空分复用SDM（Space Division Multiplexing）技术、波分复用WDM（WaveLength Division Multiplexing）技术和频分复用FDM（Frequency Division Multiplexing）技术。但是，因为FDM和WDM一般认为并没有本质上的区别，所以可以认为波分复用是＂粗分＂，而频分复用是＂细分＂，从而把两者归入一类。下面主要讨论SDM、TDM和WDM三种复用方式。

　　TDM技术

　　TDM技术在电子学通信中已经是很成熟的复用技术。这种技术就是将传输时间分割成若干个时隙，将需要传输的多路信号按一定规律插入相应时隙，从而实现多路信号的复用传输。但是，这种技术在电子学通信使用中，由于受到电子速度、容量和空间兼容性诸多方面的限制，使得电子时分复用速率不能太高。例如，PDH信号仅达到0.5Gbps，尽管SDH体制信号采用同步交错复接方法己达到10Gbps（STM-64）的速率，但是，达到20Gbps却是相当困难的。另一方面，在光纤中，对于光信号产生的损耗（Attnuation）、反射（Reflectance）、颜色色散（Chromatic Dispersion）以及偏振模式色散PMD（Polarization Mode Dispersion）都将严重影响高速率调制信号的传输。当信号达到STM-64或者更高速率时，PMD的脉冲扩展效应，就会造成信号＂模糊＂，引起接收机对于信号的错误判断从而产生误码。这是由于不同模式的偏振光在光纤运行中会产生轻微的时间差，因而一般要求PMD系数必须在0.1ps/km以下。综上所述，电时分复用技术的局限性，将电子学通信的传输速率限制在10～20Gbps以下。

　　SDM技术

　　对SDM的一般理解是：多条光纤的复用即光缆的复用。在某些地方，有现成的光纤通信网管道，并且还有空余的位置。所以为了增加容量，可以在管道中拉入更多光纤，这比电子学方法更便捷。对于空分复用的另一种理解是：在一根光纤中实现空分复用，即对于光纤的纤芯区域光束的空间分割。因为单模光纤纤芯部分芯径仅有9～10mm，而且传输的光束波面各点相位要存在涨落，因而这种波面的空间分割是极为困难的。尽管最近有人提出了相干度的理论分割方法，但是距离实用化还有漫长的道路要走。

　　WDM技术

　　WDM技术是在一根光纤上承载多个波长（信道）系统，将一根光纤转换为多条＂虚拟＂纤，每条虚拟纤独立工作在不同波长上。每个信道运行速度高达2.5～10Gbps。

��WDM技术作为一种系统概念，可以追溯到1970年初，在当时仅用两个波长，在1300nm窗口一个波长、在1500nm窗口一个波长，利用WDM技术实现单纤全双工传输。初期的WDM网络主要致力于点对点系统的研究，作为WDM技术发展的重要阶段，1987年Bellcore在LAMB-DANET规划中开发出有18个波长波道的WDM系统。具有开拓性进展的是1978年K.O.Hill等人首次发现掺锗光纤中的光感应光栅效应，在此基础上Meltz等人于1989年终于研究发明出紫外光侧面写入光折度光栅技术，从而使采用光纤光栅实现WDM复用技术获得突破性进展，其复用波道数增加到100个以上。初期报道在1550nm窗口实现25个波道的WDM系统，总容量达到500Gbps。接着又有报道在1550nm窗口实现25个波道的WDM系统，其波道间隔仅为0.6nm，总容量达1.1Tbps，到1999年中期WDM实现化系统已经实现96个波道。北电公司宣布于2000年起开发有160个波长波道数的WDM系统，每个波道传输10Gbps，其一根光纤传输信息总容量为1.6Tbps。由于WDM系统技术的经济性与有效性，使之成为当前光纤通信网络扩容的主要手段。

　　第二代WDM系统即密集波分复用技术（DWDM）可以承载8～160个波长。其带宽增长速度远远超过了将信号以电的方式进行复用的时分复用技术（TMD）。

　　FDM是将在光纤中传输的光波按其频率进行分割成若干光波频道，使其每个频道作为信息的独立载体。从而实现在一条光纤中的多频道复用传输。FDM技术可以与WDM技术联合使用，使复用路数成倍提高，即首先将光波波道按波长进行粗分，若每个波道宽度为Δλ，则在每个宽度为Δλ波道内，再载入几个频道(f1、f2、…、fn)，每个频道还可以独立荷载信息。由于相干光通信提供了极好的选择性，因此FDM技术与其相结合，为采用FDM技术的光纤网络实用化创造了条件。光FDM复用技术设备复杂，对于光器件性能的要求高，因此进入实用工程阶段还需要不少努力。