光纤的复用技术详解

　　光波沿一根光纤传输，可同时载荷很高速率的数字信号，或很宽频带的信号。人们期望发挥光纤的潜力，使一根光纤载荷更多的信息，这可采用复用技术来实现。光的复用技术基本上是从电的复用技术移植而来。主要有波分复用（WDM）、频分复用（FDM）、时分复用（TDM）和副载波复用（SCM）等。波分复用WDM(WavelengthDivisionMultiplexing)是将两种或多种不同波长的光载波信号（携带各种信息）在发送端经复用器(亦称合波器，Multiplexer)汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术；在接收端，经解复用器(亦称分波器或称去复用器，Demultiplexer)将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术，称为波分复用。

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　　关键词：光纤；复用；信号

　　光纤通信的复用技术的载波为光波。光纤通信复用技术主要分为三类：光波复用，光信号复用和副载波复用(SCM)。光波复用包括波分复用(WDM)和空分复用(SDM)，光信号复用包括时分复用(TDM)和频分复用(FDM)。

      频分复用(FDM，Frequency Division Multiplexing)就是将用于传输信道的总带宽划分成若干个子频带(或称子信道)，每一个子信道传输1路信号。频分复用要求总频率宽度大于各个子信道频率之和，同时为了保证各子信道中所传输的信号互不干扰，应在各子信道之间设立隔离带，这样就保证了各路信号互不干扰(条件之一)。频分复用技术的特点是所有子信道传输的信号以并行的方式工作，每一路信号传输时可不考虑传输时延，因而频分复用技术取得了非常广泛的应用。频分复用技术除传统意义上的频分复用(FDM)外，还有一种是正交频分复用(OFDM)。

　　1、光波波分复用

　　在发送端，用光复用器将两种或多种不同波长的光载波信号汇合起来，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输；在接收端经光分波器将各种波长的光载波进行分离，然后由光接收机做进一步处理以恢复原信号。这就是波分复用。适用于多模和单模系统，单向、双向传输，既可分配传输也可环路传输。其工作波长可以从0.8μm到1.7μm，光纤的低衰耗低色散窗口。复用器要求有较低的插入损耗(1.0—2.5dB之间)，足够的带宽和良好的隔离度。采用波分复用技术可以使光纤通信系统的通信能力成倍提高。多用于沿线设置光放大器的的长途干线和海底光缆系统。

　　2、空分复用

　　包括两个方面：一是光纤的复用，将多根光纤组合成束：二是在一根光纤中光束沿空间分割的一种多维通信方式。可以使用多维相干度调制和解调来实现多路空分复用通信。传像束是一种特殊的空分复用方式。将图像采用空分复用方式传输，传输速度会成数量级的提高。几十万像素的多芯传像光纤技术已成熟，其色保持特性和透光性已相当好。

　　3、光频分复用

　　频分复用和波分复用在本质上没有什么差别。若在同一根光纤中传输的光载波路数不多，载波问的间距较大，称为光波分复用：若光载波路数较多，波长问隔较小而又密集，就是频分复用。频分复用可以使通信容量几十，甚至几百倍的提高。在密集频分的情况下，不用通常的光复用器和分波器，而是依靠调谐器件，光功率耦合器或光滤波器等。在接收端有两种不同的调谐方法来实现密集频分多路，一种是利用相干光纤通信的外差检测和调谐本振激光器；二是利用常规光纤通讯的直接检测与调谐光纤滤波器。主要应用于光纤用户网和综合光纤局域网，特别适合于频分多址应用。

　　4、光时分复用

　　光时分复用是光数字通信中的一种有效多路方法。它是将通信时间分成相等的间隔，每一间隔只传输固定的信道，各个信道按照一定的时间顺序进行传输。一般采用帧同步和位同步两种同步方式。由于电子器件对过高数字速率的限制，以及光时分复用所需的光复接和分接技术较难，过去进展不大。但近年一些关键技术取得了突破，如光时分复用/解复用技术、变换极限超短光脉冲的产生、全光时钟提取技术、全光信息再生技术、光调制和光放大以及光的线性和非线性传输技术等，这就使得全光信息处理系统的实现成为可能。

　　5、副载波复用

　　副载波复用是将所要传输的信号先用来调制一个射频波，再将射频波来调制发射光源。在接收端经光电转换后恢复带有信号的射频波，再通过射频检测还原成原信号。副载波光纤传输要经过两次调制和两次解调，两重载波分别是光波和射频波，射频波也称为副载波。副载波多路系统也是通过增加频带宽度来实现多路传输，工作带宽随着负载波的频率和频道数目的增加而增加。其有优点是可以采用成熟的微波技术，对光器件的要求也不高，在技术上容易实现。

　　OFDM系统比FDM系统要求的带宽要小得多。由于OFDM使用无干扰正交载波技术，单个载波间无需保护频带，这样使得可用频谱的使用效率更高。另外，OFDM技术可动态分配在子信道中的数据，为获得最大的数据吞吐量，多载波调制器可以智能地分配更多的数据到噪声小的子信道上。目前OFDM技术已被广泛应用于广播式的音频和视频领域以及民用通信系统中，主要的应用包括：非对称的数字用户环线(ADSL)、数字视频广播(DVB)、高清晰度电视(HDTV)、无线局域网(WLAN)和第4代(4G)移动通信系统等。

　　老师给大家总结一下今天所学课程的知识点：

　　在数据通信中，复用技术提高了信道传输效率，有广泛应用。多路复用技术是在发送端将多路信号进行组合(如广电前端使用的混合器)，在一条专用的物理信道上实现传输，接收端再将复合信号分离出来。多路复用技术主要有两大类：频分多路复用(即频分复用)和时分多路复用(即时分复用)，波分复用和统计复用本质上也属于这两种复用技术。另外还有其他复用技术，如码分复用、极化波复用和空分复用。

　　频分复用（FDM）―载波带宽被划分为多种不同频带的子信道，每个子信道可以并行传送一路信号。FDM用于模拟传输过程。

　　时分复用（TDM）―在交互时间间隔内在同一信道上传送多路信号。TDM广泛用于数字传输过程。

　　码分复用（CDM）―每个信道作为编码信道实现位传输（特定脉冲序列）。这种编码传输方式通过传输唯一的时间系列短脉冲完成，但在较长的位时间中则采用时间片断替代。每个信道，都有各自的代码，并可以在同一光纤上进行传输以及异步解除复用。

　　波分复用（WDM）―在一根光纤上使用不同波长同时传送多路光波信号。WDM用于光纤信道。WDM与FDM基于相同原理但它应用于光纤信道的光波传输过程。

　　粗波分复用（CWDM）－WDM的扩张。每根光纤传送4到8种波长，甚至更多。应用中型网络系统（区域或城域网）

　　密集型波分复用（DWDM）－WDM的扩展。典型DWDM系统支持8种或以上波长，以及支持上百种波长。

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