光纖傳輸系統

第5章光纖傳輸系統5.1光纖通信系統根底5.2SDH光纖傳輸系統5.3異步傳輸模式〔ATM〕技術5.4IP互聯網5.5光纖/電纜混合〔HFC〕網5.6波分復用〔WDM〕系統5.7光正交頻分復用〔O-OFDM〕光纖傳輸系 統5.8光纖技術在移動通信中的應用1前言至此，我們已介紹了構成光纖傳輸系統所必須的傳輸介質—光纖和光纜，用于發(fā)射光信號的激光器和光發(fā)射機，用于接收光信號的光探測器和光接收機，在傳輸線路中對光信號進行放大的光放大器，以及光纖傳輸系統經常用到的光無源器件。本章將首先簡要介紹數字通信的根底——脈沖編碼〔PCM〕，光纖傳輸系統用到的調制、編碼和復用技術；接著講解光纖通信系統或網絡，如同步數字制式〔SDH〕系統、異步傳輸模式〔ATM〕技術和國際互聯網協議〔IP〕；然后介紹光纖/電纜混合〔HFC〕網、波分復用〔WDM〕系統；最后給出光正交頻分復用〔O-OFDM〕光纖傳輸系統和射頻信號光纖傳輸〔RoF〕系統。25.1概述5.1.1脈沖編碼——將模擬信號變?yōu)閿底中盘?.1.2信道編碼——減少誤碼方便時鐘提取5.1.3信道復用——提高信道容量，充分利用光纖帶寬5.1.4光調制——讓光攜帶聲音和數字信號35.1.1脈沖編碼——

將模擬信號變?yōu)閿底中盘柟饫w通信系統光源的發(fā)射功率和線性都有限，因此通常選擇二進制脈沖傳輸，因為傳輸二進制脈沖信號對接收機SNR的要求非常低〔15.6dB〕，對光源的非線性要求也不苛刻。脈沖編碼調制〔Pulse-CodeModulation，PCM〕是光纖傳輸模擬信號的基楚。解碼后的基帶信號質量幾乎只與編碼參數有關，而與接收到的SNR關系不大。假設接收到的信號質量不低于一定的誤碼率，此時解碼SNR只與編碼比特數有關。圖表示PCM編碼過程。在說明該圖之前，讓我們簡要地介紹一下實現PCM通信的3個最根本的過程，即取樣、量化和編碼。41.取樣取樣是分別以固定的時間間隔T取出模擬信號的瞬時幅度值(簡稱樣值)的過程，如圖5.1.1(b)所示。要想實現模擬/數字(A/D)變換,首先要進行取樣。取樣定理:假設取樣頻率不小于模擬信號帶寬的兩倍，那么取樣后的樣值波形只需通過低通濾波器即可恢復出原始的模擬信號波形。圖5.1.1(b)表示具體的取樣過程，由圖可見，時間上連續(xù)的信號變成了時間上離散的信號，因而給時分多路復用技術奠定了根底。但這種樣值信號，本身在幅度取值上仍是連續(xù)的〔稱為脈沖幅度調制〔PAM〕信號〕，因此仍屬模擬信號，它不僅無法抵御噪聲的干擾，而且也不能用有限位數的二進碼組加以表示。5圖5.1.1PCM編碼過程62.量化所謂量化指的是將幅度為無限多個連續(xù)樣值變成有限個離散樣值的處理過程。具體來說，就是將樣值的幅度變化范圍劃分成假設干個小間隔，每一個小間隔稱之為一個量化級，當某一樣值落入在某一個小間隔內時，可采用“四舍五入〞的方法分級取整，近似看成某一規(guī)定的標準數值。這樣一來，就可以用有限個標準數值來表示樣值的大小。當然量化后的信號和原來的信號是有差異的，稱之為量化誤差，對于圖5.1.1(c)所示的均勻量化，各段的量化誤差均為0.5。經過量化后的各樣值可用有限個值來表示，進而即可進行編碼。73.編碼8表5.1.18個樣值電平值與二進制代碼的對應關系至此，將一路模擬信號變成用二進制代碼表示的脈沖信號的處理過程就結束了。所產生的信號稱之為PCM信號。而描述所含信息量的大小，可用傳輸速率來表示，即每秒鐘所傳輸的碼元〔比特〕數目〔比特/秒，bit/s〕。9我國PCM通信制式的根底速率104.PCM編碼114.PCM編碼125.1.2信道編碼

——減少誤碼方便時鐘提取 對數字信號進行編碼的理由是：(1)為了使接收再生電路把相位或頻率鎖定到信號定時上；(2)因為光接收機采用電容耦合，接收機不能對直流和低頻分量響應，使長連零信號的幅度逐漸下降，經判決電路后會產生誤碼，如下圖。13幾種有效的信道編碼方式使非歸零碼〔NRZ〕的“1〞碼在T/2周期時由高電平變成低電平，即由非歸零碼變成歸零碼〔RZ〕，使圖〔a〕變?yōu)閳D〔b〕；使用產生隨機碼的編碼多項式對NRZ碼進行擾碼，確保長連“1〞〔高電平〕或長連“0〞〔低電平〕光脈沖串不出現；使用相位調制碼，如曼徹斯特〔Manchester〕編碼，不管輸入信號如何，輸出占空比總是50%，如圖〔c〕所示；在P-I特性的線性局部的半功率點偏置LED或LD，這樣發(fā)射光脈沖是雙極性碼，相當于三電平編碼，如圖〔d〕所示；在半功率點偏置光源，并用差分輸入信號驅動它，發(fā)射脈沖總是正負相間變化，因此減小了所有的低頻分量，如圖〔e〕和圖〔f〕所示；使用很高電平的窄脈沖進行脈沖位置調制〔PPM〕，在判決前進行積分和再生，以便恢復輸入信號，如圖〔g〕所示。14圖5.1.3光接收機電容耦合使長連零信號幅度下降導致判決產生誤碼15編碼的目的使輸出的二進制碼不要產生長連“1〞或長連“0〞，而是使“1〞碼和“0〞碼盡量相間排列。這樣既有利于時鐘提取，也不會產生因長連零信號幅度下降使判決產生誤碼。16圖5.1.4兩種二進制編碼17雙二進制編碼〔DB〕技術雙二進制編碼〔DB，DuoBinary〕技術能使“0〞和“1〞的數字信號，經低通濾波后變換為具有3個電平的“1〞、“0〞和“1〞的信號。這種技術與一般的幅度調制技術比較，信號譜寬減小一半，這就使相鄰信道的波長間距減小，可擴大信道容量，近來受到人們的高度重視。18圖5.1.4各種二進制

編碼19SDH干線采用擾碼的NRZ碼大多數高性能干線系統使用擾碼的NRZ碼，如SDH干線。這種碼型最簡單，帶寬窄，SNR高，線路速率不增加，沒有光功率代價，無需編碼，只要一個擾碼器即可，使其最適合長距離系統應用。20CMI編碼ITU-TG.703建議中規(guī)定：PDH接口速率139.264Mb/s使用；SDH接口速率155.520

Mb/s的物理/電接口使用；CMI編碼規(guī)定輸入碼字為“0〞時，輸出為01；輸入碼字為“1〞時，輸出為00或11。215.1.3信道復用

——提高信道容量，充分利用光纖帶寬

信道復用目的：提高信道容量，充分利用光纖帶寬信道，方便光纖傳輸，把多個低容量信道以及開銷信息，復用到一個大容量傳輸信道。可以在電域和光域同時復用多個信道到一根光纖上。因此，復用后的多個信道共享光源的光功率和光纖的傳輸帶寬。在電域內，信道復用有時分復用〔TDM〕、頻分復用〔FDM〕和正交頻分復用〔OFDM〕、微波副載波復用〔SCM〕和碼分復用〔CDM〕；在光域內，與此相對應，信道復用也有光時分復用〔OTDM〕、光頻分復用即波分復用〔WDM〕和光正交頻分復用〔O-OFDM〕，以及光碼分復用〔OCDM〕，如下圖。此外，還有空分復用，比方雙纖雙向傳輸就是空分復用。22圖5.1.5光纖通信系統利用的各種復用技術235.1.4光調制

——讓光攜帶聲音和數字信號在無線電播送和通信系統中，調制是用數字或模擬信號改變載波的幅度、頻率或相位的過程。調制分相干調制和非相干調制；非相干調制---改變載波的幅度；相干調制---改變載波的頻率或相位；光通信系統中非相干調制有直接調制和外調制兩種；直接調制---信息直接調制光源的輸出光強；外調制---信息通過外調制器對連續(xù)輸出光進行調制；最常用的光纖系統都是采用非相干的強度調制-直接檢測(IM/DD)方式；近來，采用偏振復用正交相移鍵控〔PM-QPSK〕調制，在接收端使用相干檢測，能夠實現在現有10Gb/s光纖線路上傳輸40Gb/s信號，這種相干檢測受到重視。24圖〔a〕表示用快速上下移動快門，使光波間斷通過遮光板的孔洞，從而實現光的脈沖調制?！瞕〕脈沖調制〔e〕偏振調制25改變E0(t)的調制是幅度調制改變f(t)的調制是頻率調制改變

(t)的調制是相位調制26IM/DD方式在發(fā)送端，電信號直接調制〔IM〕光載波的強度；在接收端，光信號被光電二極管直接探測〔DD〕，從而恢復發(fā)射端的電信號。27圖5.1.7光通信采用的調制方式28圖5.1.8IM/DD方式實現圖解29副載波調制〔SCM〕副載波調制是首先用信息信號調制一個比基帶信號最高頻率高幾倍的載波然后用該載波信號再去調制光波。因為信號是用光波傳輸的，載波對光波而言只扮演著副載波的作用，所以這種技術就稱為副載波調制〔SCM，Subcarriermodulation〕。30SCM分類模擬調制

用輸入模擬信號調制高頻正弦波的過程叫模擬調制。在接收端基帶信號的恢復是通過低通濾波器，濾除所有的高頻成分而得到的。頻率調制

它是保持正弦載波的幅度不變，改變它的頻率，使其成為輸入信號電壓的函數。相位調制它是保持正弦載波的幅度和頻率不變，改變它的相位，而使其輸出調制信號為輸入信號電壓的函數。31當調制信號是數字信號時，調制原理與模擬強度調制相同，只要用脈沖波取代正弦波即可。但是工作點的選擇不同，模擬強度調制選在P-I特性的線性區(qū)；而數字調制選在閾值點。模擬強度調制 數字強度調制321.模擬強度光調制332.數字強度光調制34例5.1.1“1〞碼內的光振蕩數量計算355.2

SDH光纖傳輸系統時分復用工作原理SDH根本概念SDH幀結構和傳輸速率5.2.4SDH復用映射結構5.2.5SDH設備類型和系統組成5.2.6SDH物理層5.2.7SDH網同步的電時分復用光纖通信系統36從PDH到SDH在SDH出現以前，電信網中所用的數字傳輸系統都屬于準同步數字制式〔PDH〕，它可以很好地適應傳統的點對點通信，卻無法適應動態(tài)聯網的要求，也難以支持新業(yè)務應用和現代網絡管理。因此，光同步數字制式〔SDH〕應運而生，成為新一代公認的理想傳輸體制。同步數字制式〔SDH〕光纖傳輸系統可以說是一種最典型的電時分復用〔TDM〕應用。375.2.1時分復用工作原理時分復用〔TDM〕是采用交錯排列多路低速模擬或數字信道到一個高速信道上傳輸的技術。時分復用系統的輸入可以是模擬信號，也可以是數字信號。目前TDM通信方式的輸入信號多為數字比特流，所以，我們只討論數字信號時分復用。38數字輸入時分復用原理圖應用：PCMSDHAPONEPON39時分復用〔TDM〕原理利用脈沖編碼調制〔PCM〕方法，將語音模擬信號經取樣、量化和編碼三個過程轉變?yōu)閿底中盘?。為了實現TDM傳輸，要把傳輸時間按幀劃分，每幀125s，把幀又分成假設干個時隙，在每個時隙內傳輸一路信號的1個字節(jié)〔8比特〕，當每路信號都傳輸完1個字節(jié)后就構成1幀，然后再從頭開始傳輸每一路的另1個字節(jié)，以便構成另1幀。也就是說，它將假設干個原始的脈沖調制信號在時間上進行交錯排列，從而形成一個復合脈沖串，如圖〔b〕所示，該脈沖串經光纖信道傳輸后到達接收端。在接收端，采用一個與發(fā)送端同步的類似于旋轉式開關的器件，完成TDM多路脈沖流的別離。為了速率適配，沒用時隙用空隙字節(jié)填充，在接收端把它們別離出來，并丟棄它們。在幀頭，插入一些定時、誤碼檢測和開銷比特(FOH)，其目的是為使解復用器與復用器同步，并進行誤碼檢測。40PCM通信制式的根底速率2048kb/s的來歷話音信號的頻帶為300~3400Hz，取上限頻率為4000Hz，按取樣定理，取樣頻率為fs=24kHz=8kHz/s〔即每秒取樣8000次〕。取樣時間間隔T=1/fs=1/8k=125s，即幀長為125s。在125s時間間隔內要傳輸8個二進制代碼〔比特〕，每個代碼所占時間為Tb=125/8(s)，所以每路數字的傳輸速率為B=1/Tb=64kb/s〔或者8bit/每次取樣8000次/每秒取樣〕。按照國際電聯的建議，把1幀分為32個時隙，其中30個時隙用于傳輸30路PCM，另外2路時隙分別用于幀同步和信令/復幀同步，那么傳輸速率為64kb/s32=2048kb/s〔也就是8bit/每個取樣值32個取樣值/每次8000次/每秒〕。這一速率就是我國PCM通信制式的根底速率。41圖5.2.1

數字輸入時分復用原理圖425.2.2SDH的根本概念SDH由一些根本的SDH網絡單元組成，在光纖上進行同步信息傳輸、復用和交叉連接。在SDH傳輸網中，信息具有一套標準化的結構等級，稱為同步傳送模塊STM-N，其中N=1、4、16、64、256，這些模塊具有矩形幀結構，允許安排豐富的比特開銷用于網絡的運行、維護和管理〔OAM〕；它有一套特殊的同步復用與映射方法，使得現存的PDH、SDH及寬帶綜合業(yè)務接入網〔B-ISDN〕中的ATM信元都能進入其幀結構，因而具有適應性強的特點。43SDH的網絡單元〔設備〕SDH的根本網絡單元有終端復用器〔TM〕、分插復用器〔ADM〕、數字交叉連接設備〔DXC〕等，它們的功能各異，但都有互通的標準光接口；而且由于微處理器的大量采用，使得網絡單元及整個網絡的智能程度大大提高，因而易于網絡的配置和控制，利于網絡的升級換代。44圖5.2.2PDH和SDH分插信號的比較45采用SDH分插復用〔ADM〕，可以利用軟件直接一次分插出2Mb/s支路信號，十分簡單和方便465.2.3SDH幀結構和傳輸速率SDH光纖通信系統可以說是一種最典型的電時分復用〔TDM〕應用。在SDH傳輸網中，信息采用標準化的模塊結構，即同步傳送模塊STM-N〔N=1、4、16、64和256〕，其中N=1是根本的標準模塊信號。47圖5.2.3STM-N幀結構SDH的幀結構是塊狀幀，傳輸按從左到右，由上而下按順序一個一個字節(jié)傳送，直至整個9

270

N個字節(jié)都傳送完為止，然后再轉入下一幀，如此一幀一幀地傳送，每秒共8000幀。48SDH幀結構和傳輸速率在SDH傳輸網中，信息采用標準化的模塊結構，即同步傳送模塊STM-N〔N=1、4、16和64〕，其中N=1是根本的標準模塊信號。塊狀幀由橫向270N列和縱向9行字節(jié)〔1字節(jié)為8比特〕組成，因而全幀由2430個字節(jié)，相當于19440個比特組成，幀重復周期仍為125s。因此對于STM-1而言〔N=1〕，每秒傳送速率為〔8bit/字節(jié)9270字節(jié)〕/幀8000幀/s=155.52Mb/s；對于STM-16而言〔N=16〕，每秒傳送速率為89270168000=2480.32Mb/s。。495.2.4適用我國的SDH復用映射結構為了得到標準的STM-N傳送模塊，必須采取有效的方法將各種支路信號裝入SDH幀結構的凈荷域內，為此，需要經過映射、定位校準和復用這三個步驟。50圖5.2.5SDH的等級復用首先幾個低比特率信號復用成STM-0信號，接著3個STM-0信號復用成STM-1信號，幾個低比特率信號也可以直接復用成STM-1信號。然后4個STM-1信號復用成STM-4信號，以此復用下去，最后4個STM-64信號復用成STM-256〔39813.12Mb/s〕信號。515.2.5SDH設備類型和系統組成圖5.2.6適合我國制式的STM-1復用設備a〕終端復用器〔TM〕b〕分插復用器〔ADM〕c〕分插復用器上/下話路的功能示意圖52SDH設備完成的工作終端復用器〔TM〕的主要任務是將低速支路信號或者低速SDH信號復用進高速的SDH設備。分插復用器〔ADM〕具有靈活地分插任意支路信號的能力。數字交叉連接設備〔DXC〕是一種集復用、交叉連接〔自動化配線〕、保護/恢復、監(jiān)控和網管等功能為一體的傳輸設備。53圖5.2.7DXC功能簡圖

a〕電DXC原理圖b〕光DXC原理圖圖表示DXC的功能簡圖，傳輸系統送來的信號在輸入端解復用成m個并行的信號，然后由交叉連接矩陣按照預先存放的交叉連接表或動態(tài)計算出的交叉連接表，按時隙交換原理對這些信號重新安排通道，最后再將這些重新安排后的信號復用成高速信號輸出。圖表示的光學接口可以是光纖信道、SDH設備光接口、千兆位速率以太網光接口，也可以是WDM系統的波長信道、光正交頻分復用〔O-OFDM〕系統的波帶等。54圖5.2.8STM-1分插復用器構成的SDH點對點系統通常，SDH系統為點對點系統和環(huán)狀系統。在點對點系統中，由包含復用功能和光接口的線路終端復用器〔TM〕、光纜、中繼器〔如果配置的話〕組成。中繼器可以是常規(guī)的光-電-光再生器，也可以是使用EDFA的全光中繼器。55圖5.2.9用戶網通過匯接網接入骨干網56STM-1/4/16/64SDH

設備

57STM-1/4/16/64SDH設備585.2.6SDH物理層ITU-T標準G.957和G.691已對SDH物理層作了標準；光接口標準的根本目的是為了在中繼段上實現橫向兼容，即允許不同廠家的產品在中繼段上互通，并保證中繼段的各項性能指標不變。同時，具有標準光接口的網絡單元可以經光路直接相連，即減少了不必要的光/電轉換，節(jié)約了網絡運行本錢。59表5.2.1光接口分類光接口標準規(guī)定了不同應用等級使用的光纖類型〔多模光纖或單模光纖〕、光源波長和類型〔LED或LD〕、允許中繼段的光纖損耗和色散值、傳輸距離等。根據應用環(huán)境不同，按照傳輸距離的長短可分為局內應用、短距離局內應用、長距離局內應用、超長距離局內應用和特長距離局內應用5個等級，如表所示。通常，短距離低速率應用使用1310nm的多縱模F-P激光器，長距離高速率應用使用1550nm的單縱模分布反響激光器〔DFB〕。如果使用線路光放大器，如摻鉺光纖放大器〔EDFA〕，那么中繼距離可到達400~600km。60網同步的目的是使網中所有交換節(jié)點的時鐘頻率和相位都控制在預先確定的容差范圍內，以便使各交換節(jié)點的全部數字流實現正確有效的交換；否那么，會使交換緩存器中產生信息比特流的溢出和喪失。5.2.7SDH網同步615.2.7SDH網同步圖5.2.10時鐘在局間分配的樹形同步網結構 圖5.2.11時鐘在局內分配的星形同步網結構62同步方式—主從同步目前，世界各國公用網中交換節(jié)點時鐘的同步采用主從同步方式。我國主從同步方式采用ITU-T標準的4級時鐘，每一級時鐘都同步于上一級時鐘，網中最高一級時鐘稱為基準主時鐘〔PRC〕，一般采用銫原子鐘，精度為11011。該時鐘經同步分配網分配給二級本地局時鐘、三級端局從時鐘，如下圖。最低一級時鐘為數字小交換機、遠端模塊或SDH網元設備的內置時鐘，如石英晶振，精度為106~108。63除國內網采用主從同步方式外，我國與其他國家的數字網采用偽同步方式。所謂偽同步就是大家都采用銫原子時鐘，都遵守G.811標準，由于時鐘精度高，網間各局的時鐘頻率和相位雖不完全相同，但誤差很小，接近同步，于是稱為偽同步。在國際網接口處，網間采用偽同步是正常工作方式。同步方式—偽同步方式645.3異步傳輸模式〔ATM〕技術

5.3.1從同步模式〔STM〕到異步模式〔ATM〕SDH網是一個運行高效、維護能力強大的傳輸系統，它將時間分割成周期為125s的幀，使用傳統的同步時分技術，要求所有的數據按照一個標準的傳輸速率〔如155Mb/s等〕進行傳送，所以稱SDH系統為同步傳輸模式(STM)，它的分級也用STM-N表示。傳統的SDH設備不適合B-ISDN使用，因為在多媒體的雙向應用中，上/下行的傳輸速率是不對稱的,而SDH系統只傳輸恒定的比特率業(yè)務，上/下行傳輸速率和帶寬總是相同。655.3.1從同步模式〔STM〕

到異步模式〔ATM〕為此，人們就提出一種與同步傳輸模式〔STM〕技術相對應的異步傳輸模式〔ATM〕技術。ATM可支持可變速率業(yè)務，支持時延要求較小的業(yè)務，具有支持多業(yè)務多比特率的能力，因此ATM接入系統能夠完成不同速率的多種業(yè)務接入，它既能夠提供窄帶業(yè)務，又能提供寬帶業(yè)務，即能提供全業(yè)務接入。ATM技術簡化了分組通信協議，并由硬件對簡化的協議進行處理，交換節(jié)點不再對信息進行過失控制，從而減小了延時，極大地提高了網絡的通信處理能力。ATM技術已廣泛應用于ATM交換和ADSL和APON接入網中。目前，ATM已通過ADSL進入許多家庭。665.3.2ATM的根本概念ATM本質上是一種高速分組傳送模式，它將話音、數據及圖像等所有的數字信息分解成長度一定的數據塊，并在各數據塊前加上信頭〔即信息發(fā)往的地址、丟棄優(yōu)先級等控制信息〕構成信元。只要獲得空閑信元，即可以插入信息發(fā)送出去。因插入的信息位置不固定，故稱這種傳送方式為異步傳送模式〔ATM〕。67圖5.3.1STM時隙復用

與ATM標志復用的比較68STM幀長為125s，它靠幀內的時隙位置來識別通路。ATM那么靠信頭來識別通路，故稱這種復用為信頭復用或統計復用。ATM采用長度固定的信元，信元像STM的時隙一樣定時出現。因此，可以采用硬件高速地對信頭進行識別和交換處理。由此可見，ATM傳輸技術融合了電路傳送模式與分組傳送模式的特點。695.3.3ATM信元結構ATM網絡運載的信息被分組成一個個固定長度的信元〔53個字節(jié)〕。ATM信元分為兩局部：信頭和凈荷。信頭占5個字節(jié)，凈荷占48個字節(jié)，每個字節(jié)8個比特。信頭包含執(zhí)行路由選擇的通道識別符和信道識別符、流量控制符及其他功能。信頭的主要任務是用來識別一個異步時分復用信息流上屬于相同虛信道〔VC〕的信元。在ATM信頭中有流量控制域〔GFC〕、虛通道/虛信道標志符〔VPI/VCI〕、凈荷類型域〔PT〕、信元丟棄優(yōu)先級指示域〔CLP〕和信頭校驗碼〔HEC〕等比特。705.3.4ATM復用和交換原理在信頭的各個組成局部中，VPI和VCI是最重要的。這兩局部合起來構成了一個信元的路由信息，也就是這個信元從哪里來到哪里去。ATM交換機就是依據各個信元上的VPIVCI值，決定把它們送到哪一條出線上去的。運行維護〔OAM)信元的作用是承載B-ISDN中的運行維護信息，例如故障、告警等。71圖5.3.3ATM、STM和IP數據分組比較ATM信元都是定長的，在沒有信息傳送時，在線路上傳送的是空閑信元，因此，如果我們觀察一條B-ISDN中的通信線路，我們會發(fā)現，時間仍是被劃分成一個個等長的小時隙，每個小時隙都正好是一個ATM信元。這有些類似于SDH的同步時分復用情況，而不同于IP分組交換網中的情況，如下圖。72VC、VP、物理鏈路以及物理層之間的關系VC、VP、物理鏈路以及物理層之間的關系如下圖。物理層是運載ATM信元的通路，其目的地點由ATM信頭說明。一個物理層可包括多個物理鏈路，而每個物理鏈路可運載多個VP，每個VP又包含多個VC。虛信道〔VC〕提供兩個或多個端點之間的ATM信元傳輸，這些端點可能用于用戶與用戶、用戶與網絡或網絡與網絡間的信息傳送。ATM信元信息凈荷被送到進行復用/交換處理的VC端點，VC的路由選擇在VC交換單元完成。該路由選擇包括將輸入VC鏈路的VCI值轉換為輸出VC鏈路的VCI值。73圖5.3.4VC、VP、物理鏈路

以及物理層之間的關系74圖5.3.5aATM虛信道(VC)復用75圖5.3.5ATMb虛通道復用76圖5.3.6ATM系統中的VP和VC交換示意圖775.3.5ADSL接入系統電信公司為了有效利用現有線資源，提高接入網的速度和帶寬，以便獲得更多的利潤，并滿足用戶對高速數據和寬帶業(yè)務的需求，開發(fā)了數字用戶線〔xDSL〕技術。xDSL有高速數字用戶線〔HDSL〕、非對稱數字用戶線〔ADSL〕和甚高頻數字用戶線〔VDSL〕之分。ADSL除提供T1/E1業(yè)務外，還能提供普通業(yè)務、IP業(yè)務和點播電視業(yè)務，適用于家庭使用。最大特點是無須改動現有銅纜網絡設施就能提供寬帶業(yè)務。所以1998年10月ITU-T提出了建議，規(guī)定了全速率的ADSL技術標準。隨后，又推出建議，規(guī)定了用戶端不用別離器的ADSL技術標準〔G.Lite〕，其目的是降低設備安裝的復雜性和本錢。78圖5.3.7ADSL系統構成79ATM/ADSL接入圖表示用于異步傳輸模式〔ATM〕的ADSL系統的構成，由圖可見，ADSL別離/合路器由高通濾波器和低通濾波器組成，完成低頻信號和寬帶數據和視頻信號的別離和合路。在下行方向，ADSL別離/合路器將信號和經過ADSL局端收發(fā)器處理的寬帶業(yè)務信號復合在一起，通過同一對線傳輸到用戶端的ADSL別離/合路器，在這里信號由低通濾波器取出送到端機，而寬帶業(yè)務信號由高通濾波器取出送到ADSL遠端收發(fā)器。在上行方向，使用ADSL別離器，將寬帶信號和窄帶信號復合在一起，通過線傳到局后，通過信號合路/別離器時，如果是語音信號就傳到交換機上，如果是數字信號就接入Internet。ITU-TG.992.1除標準了ATM的ADSL外，還標準了一種用于同步傳輸模式〔STM〕的ADSL。80圖5.3.8基于DMT的ADSL系統的傳輸頻譜ADSL采用頻分復用〔FDM〕方式，載波間距是4.3125kHz，音頻段占0~4kHz，用于傳輸普通業(yè)務〔POTS〕。高頻數據段占用25kHz~1.1MHz，其中25~138kHz用于上行傳輸。傳輸速度下行快、上行慢，正好滿足大多數應用場合，同時也可以大大減小近端串音。下行傳輸速率與距離有關，一般來說，隨著傳輸距離的增加，傳輸速率會下降。對于3km以內的傳輸距離，下行傳輸速率可以到達8Mb/s；當6km時速率降低到1.5Mb/s。上行速率通常為640kb/s。81ADSL的優(yōu)缺點ADSL最大特點是無需改動現有銅纜網絡設施就能提供寬帶業(yè)務；主要缺點是對線路的苛刻要求，目前國內只有少局部雙絞線對可以開通ADSL業(yè)務。與同軸電纜和光纖相比，雙絞線的帶寬畢竟是有限的。因此，ADSL僅僅是近期接入的一種過渡性方式，隨著光纖到家的推進，ADSL終究將被淘汰。825.3.6ATM的現狀和未來規(guī)定APON接入網傳輸系統下行傳輸速率最高為622Mb/s，隨著PON分光比的增加，光網絡單元〔ONU〕數也隨之增多，每個ONU所用的帶寬就有限。后來出現了EPON、GPON，鑒于APON與其他PON比較，標準復雜，本錢高，在傳輸以太網和IP數據業(yè)務時效率低，以及在ATM層上適配和提供業(yè)務復雜，APON較低的承載效率以及在ATM層上適配和提供業(yè)務復雜等缺點，現在APON已漸漸淡出人們的視線。ADSL接入實際上是ATMoverADSL到家的系統結構。在這種結構中，基于ATMVC的虛交換方式取代了電路交換方式。此外，ATM系統可以適應不同的速率〔非對稱速率〕，完全滿足ADSL上/下行速率不對稱的要求。83圖5.3.10ATMoverADSL到家系統結構84在ATM協議提出時，想用它來替代IP。然而，由于IP的獨特性，從臺式計算機到核心路由器都離不開它，很難被取代。一種可能的接入是IP數據包封裝在ATM信元中，然后ATM又把IP數據包交給SDH，或者使IP層具有ATM功能，IP直接和光傳送網相連。這就是IPoverATM，使IP路由穿越了ATM，同時它也提供網絡流量工程。目前世界上大量安裝的IP骨干網就是就是基于這種技術。之后出現的多協議標記交換〔MPLS〕技術，也對ATM構成了威脅，因為MPLS傳輸的信元有1500個字節(jié)，比ATM53個字節(jié)的信元更大，更便于數據網使用。不過，很多MPLS路由器內部交換功能都使用ATM硬件完成高速數據包的轉發(fā)，至少從這方面來看，ATM可以繼續(xù)存在。目前正在制定著的光傳輸網〔OTN〕標準準備讓40/100Gb/s以太網直接進入OTN。不過，這只是一個設想，標準還在制定過程中。855.4IP互聯網5.4.1IP簡述5.4.2以太網5.4.3IP骨干網技術及其演進5.4.4多協議標記交換〔MPLS〕5.4.5通用多協議標記交換〔GMPLS〕865.4.1IP簡述因特網協議〔IP〕是互聯網的根本聯網協議，也是當今世界上用得最廣泛的聯絡技術。以太網〔Ethernet〕的幀格式與因特網協議〔IP〕一致，特別適合于傳輸IP數據。以太網和因特網均采用相同的傳輸控制協議〔TCP〕和簡單網管協議〔SNMP〕；既可以用于低速同軸鏈路傳輸，也可以用于高速光纖線路傳輸。采用IP協議的廣域網是光互聯網，實際上它是一種以光纖為物理媒質的IP數據網，其底層物理傳輸網為光傳輸網(OTN)。在傳統數據網絡中，主要設備是ATM交換機、路由器等；而在光傳輸網中，主要設備是DWDM設備，如光分插復用器〔OADM〕和光交叉連接設備〔OXC〕、光放大器等。87傳統上，IP網絡提供“盡力而為〞效勞，即IP網盡最大能力將一個數據包從它的發(fā)送地傳輸到目的地。然而，不同的包可能選擇不同的路由以不同的延時在網絡中傳輸，假設網絡存在擁塞，一些包就不得不被丟棄，造成數據錯誤。為此，提出了一種等級效勞措施，將待發(fā)送的數據包分組成不同的等級，以不同的速度處理。路由器把“加速級〞數據包排在隊列的最前面，“確保級〞數據包排在其后，而沒有要求的數據包那么排在最后，這放在最后的數據包能否被發(fā)送只能聽其自然了。與多協議標記交換相比〔見節(jié)〕，IP協議的這種“盡力而為〞效勞不能提供端對端的QoS。IP簡述885.4.2以太網以太網〔Ethernet〕是當前最流行的一種使用IP協議的局域網〔LAN〕技術?，F在以太網一詞泛指所有采用CSMA/CD協議的局域網。以太網是最成功的聯網技術。以太網的幀格式與因特網協議〔IP〕的一致，特別適合于傳輸IP數據。速率等級有10Mb/s、100Mb/s、1Gb/s、10Gb/s和40Gb/s可按需升級。正在開發(fā)的還有100Gb/s光纖以太網，也即將商用。89圖5.4.1IEEE802.3規(guī)定的以太網幀結構一幀由幀頭〔前導碼〕、幀頭結束符、源地址、數據送往上層協議的類型、目的地址、可變長度數據字節(jié)和幀校驗〔FCS〕組成。幀長可變，最長為1526個字節(jié)。90未來的以太網以太網技術的固有機制不提供端到端的包延時、包喪失率以及帶寬控制能力，難以支持實時業(yè)務的效勞質量。同時，目前以太網也不能提供故障定位以及多用戶共享節(jié)點和網絡所必需的計費統計能力。而且，以太網的建設需要單獨架線，投入高，施工麻煩；總之，由于以太網在計費、質量、尋址、管理、平安以及私有性等方面存在諸多問題，因此，傳統以太網必須經過改造后才能順利地應用于公用電信網。不過，采用GMPLS光網絡只需IP和WDM層就可以完成以前包括ATM和SDH網絡完成的功能〔見圖〕。在GMPLS中，標記交換通道〔LSP〕承載的凈荷類型包括以太網IP數據包、ATM信元、SDH幀等〔見節(jié)〕。91圖5.4.2以太網通過路由器接入因特網在因特網中，每個設備都有它自己的IP地址，并且在一個給定的網絡范圍內，所有的設備必須有相同的IP網絡地址和唯一的主機編號。925.4.3IP骨干網

技術及其演進在光互聯網中，高性能的IP交換機或路由器可直接通過光纖連接到光網絡核心層，如下圖，核心層是WDM網絡，主要設備是光分插復用器、光交叉連接器〔OXC〕、光放大器等。93圖5.4.4幾種可能的IP接入技術如何將IP接入光傳送網，還沒有定論。不過，光互聯網論壇推薦的幾種可能的IP接入技術如下圖。最近OTN標準化的設想是IP直接進入OTN。94圖5.4.5設想的光層演進圖表示IP進入光傳輸網的途徑，圖〔a〕表示現在IP通過SDH、ATM或WDM進入光通道傳輸網的示意圖；圖〔b〕表示未來IP進入光傳輸網波段的途徑，IP可能依次通過SDH〔或ATM、WDM〕進入光通道，然后再接入光波段傳輸網，或者再通過光快速電路交換接入光波段。或許會有一種新協議取代IP，通過光快速電路交換進入光波段傳輸網。95圖5.4.6光互聯網的體系結構圖給出了光互聯網的體系結構，圖中WDM環(huán)網為核心網，終端設備是OADM和OXC；SDH環(huán)網為次核心網，終端設備是ADM和DXC。IP路由器、ATM交換機可以直接或通過光纖和SDH環(huán)或光傳送網〔OTN〕環(huán)相連。965.4.4多協議標記交換〔MPLS〕MPLS使用簡單的標記交換原理取代IP一跳一跳〔HopbyHop〕的轉發(fā)過程，節(jié)省了每一跳都需要高層處理的時間，從而實現了快速、高效的轉發(fā)。MPLS把路由和轉發(fā)合并在一起，它綜合了OSI參考模型中的L2層標記交換功能和L3層的路由功能。它吸收了ATM高速交換的優(yōu)點，并引入了面向連接的控制技術。975.4.5通用多協議標記交換〔GMPLS〕通用多協議標記交換〔GMPLS〕繼承了幾乎所有MPLS網絡的特性和協議，并對MPLS的標簽和標簽交換通道〔LSP〕機制進行了擴展，從而產生了通用的標簽及通用的LSP〔GLSP〕。而GMPLS除了支持GLSP的分組交換接口外，還支持時隙交換、波長交換接口，甚至還支持空分交換接口，如下圖，即既支持IP/ATM接口，也支持SDH、WDM接口和光纖交換接口。98圖5.4.7GMPLS支持多種交換接口，多條低階標記交換通道〔LSP〕構成1條高階LSP一個接口可以復用多條相同的標記交換通道〔LSP〕99圖5.4.8GMPLS

和MPLS的區(qū)別

采用GMPLS光網絡可以不再需要ATM和SDH層，而只需IP和WDM層就可以完成以前包括ATM和SDH網絡完成的功能。同時，GMPLS為光網絡提供強有力的控制平面，通過GMPLS，光網絡控制平面能夠實現資源發(fā)現并動態(tài)配置管理、路由控制和流量工程、連接管理和恢復等功能。100MPLS與GMPLS的不同在MPLS中，LSP是單向的；而在GMPLS中，LSP是雙向的。GMPLS協議的上游節(jié)點可以限制下游節(jié)點選擇標簽的范圍，無論是單跳光網絡，還是多跳光網絡，這種做法在沒有波長轉換的光網絡中是十分有益的。GMPLS將網絡劃分成分組交換層、時分交換層、波長交換層和光纖交換層4個層次。每個層都是獨立的，各層間的路由交換可以由邊緣路由器實現。1015.5光纖/電纜混合〔HFC〕網信源前端到小區(qū)使用光纜，小區(qū)到用戶使用同軸電纜傳輸的網絡叫光纖/電纜混合網〔HFC〕，如下圖。它是一種典型的頻分復用光纖通信系統，主要任務是把多頻道模擬視頻信號以FDM技術復用在一起，通過光纖和電纜以播送的形式傳送到千家萬戶，未來目標是從單向發(fā)送模擬視頻信號逐步向雙向數字網絡演進。為此，我們首先介紹頻分復用工作原理。1025.5.1頻分復用〔FDM〕工作原理為了充分利用光纖的帶寬，人們首先采用電頻分復用對多路信號進行復用，然后再去調制光載波，所以它是一種副載波復用技術。圖為電頻分復用〔FDM〕的原理圖。本質上，頻分復用把基帶帶寬分別為(f)1、(f)2、…、(f)N的多個信息頻率通道，分別調制到不同的載波上，然后再“堆積〞在一起，以便形成一個合成的電信號，最后用這一合成信號以某種調制方式去調制光載波。經光纖信道傳輸后，在接收端對光信號進行解調，再進一步借助帶通濾波器〔BITPF〕與各信道的頻率選擇器〔電相干檢測〕，將各基帶信息別離和重現出來。103圖5.2.1電頻分復用

光纖傳輸系統原理圖104電頻分復用〔FDM〕和

光頻分復用、時分復用的區(qū)別而光頻分復用解調，是用光纖法布里-珀羅濾波器或者采用相干檢測技術，首先把各個光載波別離和重現出來，然后用這里討論的帶通濾波器和各信道的頻率選擇器，把基帶信號別離和重現出來。FDM與TDM也不同，FDM是將各路信號的頻譜分別搬移到互不重疊的頻譜上，而TDM是在時域上采用交錯排列多路低速模擬或數字信道到一個高速信道上。因此，信道傳輸FDM信號時，各路信號盡管在時間上重疊，但其頻譜是不交錯的。與時分復用〔TDM〕比較，TDM發(fā)送同步〔時鐘〕脈沖，已確保發(fā)送兩端的路序在時間上一一對應；而在FDM中，那么要求在發(fā)送端和接收端各路載波在頻率及相位上相同。105FDM技術的典型應用----

光纖同軸電纜混合網絡〔HFC〕假設調制器的作用僅僅起上變頻的作用，那么傳輸的載波信道帶寬大致與基帶信道帶寬相同。在一些系統中，合成器可能起著調幅和調頻或調相器的雙重作用。FDM技術的典型應用就是光纖同軸電纜混合網絡〔HFC〕，它把多個頻道的模擬視頻信號用FDM技術復用在一起，以播送的形式傳送到千家萬戶。1065.5.2HFC網的網絡結構HFC系統一般可分為前端、干線和分支等三個局部，如下圖。前端局部包括電視接收天線、衛(wèi)星電視接收設備、甚高頻-超高頻〔UHF-VHF〕變換器和自辦節(jié)目設備等部件。107圖5.5.2光纜/電纜混合〔HFC〕有線電視網絡結構108HFC的設計在設計HFC系統時，把一個城市或地區(qū)劃分為假設干個小區(qū)，每個小區(qū)設一個光節(jié)點，每個光節(jié)點可向幾千個用戶提供效勞。從前端經一條(或多條)光纖直接傳送已調制光信號到每個光節(jié)點，或者通過無源光網絡〔PON〕將光信號分配到各個光節(jié)點。在節(jié)點處，光信號經光電探測器轉換為射頻信號，再經同軸電纜和3~4級小型放大器分配信號到用戶。級聯的放大器最多不超過5級。無論是長距離還是短距離，光路的衰減都設計為10~12dB，所以HFC每條光路和光節(jié)點后邊的支線指標都相同，TV信號在光路的失真甚微，支線上的放大器級聯數很少，因而由此造成的噪聲、頻響不平坦和非線性失真積累也較少，因此HFC網絡與同軸電纜網絡相比，性能指標要高得多。1095.5.3HFC網的構成如果要傳輸的信號是數字信號，那么用正交幅度調制〔QAM〕或正交相移鍵控調制〔QPSK〕將數字信號轉變?yōu)槟M信號，再以頻分復用〔FDM〕的方式與模擬信號混合在一起，如下圖，然后去調制激光器，經干線光纖和支線同軸電纜傳輸后，在接收端進行解調，恢復為原來的信號。HFC網絡所提供的業(yè)務，除、模擬播送電視信號外，還可逐步開展窄帶ISDN業(yè)務、高速數據通信業(yè)務、會議電視、數字視頻點播〔VoD〕和各種數據信息業(yè)務。這種方式既能提供寬帶業(yè)務所需的帶寬，又能降低建設網絡的開支。110圖5.5.3HFC系統的構成111HFC網絡的調制和復用大多數光纖通信系統是數字系統，但是用于電視分配系統的HFC例外，它是模擬系統?，F有的HFC網絡，對于短距離傳輸，使用殘留邊帶幅度調制〔VSB-AM〕頻分復用〔FDM〕技術；對于長距離傳輸，使用副載波調頻〔SCM-FM〕技術。對于數字視頻信號，可以將數字視頻基帶信號進行QPSK或QAM載波調制變成模擬信號，分別用不同的副載波載運，再使用FDM或SCM復用技術復用在一起，如下圖。經FDM或SCM復用后的射頻信號或微波信號再對激光器進行直接強度〔IM〕調制，如果半導體激光器線性特性好，輸入電信號就可以變成不失真的輸出光信號，經光纖傳輸后在接收端采用直接檢測〔DD〕再變成電信號，然后再解調復原成原基帶信號。所以這種系統稱為光強度調制直接檢測〔IM/DD〕系統。112電纜調制解調器

〔CableModem，CM〕為了提供雙向數據通信和支持業(yè)務，必須增加電纜調制解調器〔CableModem，CM〕。

CableModem是一種可以通過有線電視網絡進行高速數據接入的裝置。它一般有兩個接口，一個用來連接室內墻上的有線電視端口，另一個與計算機相聯，以便將數據終端設備〔計算機〕連接到有線電視網，來進行數據通信和訪問Internet。CableModem不僅有將數字信號調制到射頻上的調制功能和將射頻信號攜帶的數字信號解調出來的解調功能，而且還有電視接收調諧、加密/解密和協議適配等功能。它還可能是一個橋接器、路由器、網絡控制器或集線器。CableModem把上行數字信號轉換成類似電視信號的模擬射頻信號，以便在有線電視網上傳送；而把下行射頻模擬信號轉換為數字信號，以便電腦處理。113CableModem可分為外置式、內置式和交互式機頂盒。外置CableModem的外形象小盒子，通過網卡連接電腦，所以連接CableModem前需要給電腦添置一塊網卡，可以支持局域網上的多臺電腦同時上網。CableModem支持大多操作系統和硬件平臺。內置CableModem是一塊PCI插卡，這是最廉價的解決方案，不過只能在臺式電腦上使用，在筆記本電腦無法使用。交互式機頂盒〔STB〕是CableModem的一種應用，它通過使用數字電視編碼〔DVB〕技術，為交互式機頂盒提供一個回路，使用戶可以直接在電視屏幕上訪問網絡，收發(fā)E-Mail等。電纜調制解調器

〔CableModem，CM〕114圖5.5.4典型的HFC頻譜安排合理的頻譜安排十分重要，既要照顧到歷史和現狀，又要考慮到未來的開展，但目前還沒有統一的標準。1155.6波分復用〔WDM〕系統我們知道，通過電的頻分復用，可以擴大傳輸容量，那么通過光的頻分復用是否也可以擴大傳輸容量呢？答案是肯定的。在同一根光纖上傳輸多個信道，是一種利用極大光纖容量的簡單途徑。就像電頻分復用一樣，在發(fā)射端多個信道調制各自的光載波，在接收端使用光頻選擇器件對復用信道解復用，就可以取出所需的信道。使用這種制式的光波系統就叫做波分復用〔WDM〕通信系統。1165.6.1波分復用〔WDM〕光纖傳輸系統

就像電頻分復用一樣，在發(fā)射端多個信道調制各自的光載波,在接收端使用光頻選擇器件對復用信道解復用，就可以取出所需的信道。使用這種制式的光波系統就稱作波分復用通信系統。117圖5.6.2波分復用

光纖傳輸系統原理圖從實際的觀點看，當信道間距變得和比特速率接近時〔密集的FDM〕就必須使用相干檢測技術，而信道間距較大時〔>100GHz〕可以采用直接檢測技術118圖5.6.3一種可能的DWDM系統集線器與電頻分復用不同，波分復用是把基帶帶寬分別為(f)1、(f)2、…、(f)N的多個信息通道，分別調制到不同的光載波上，然后再通過波分復用器將這些光信號“堆積〞在一起，以便形成一個合成的光信號，經光纖信道傳輸。當然，WDM系統輸入信號也可以是采用不同調制格式的時分復用信號。波分復用〔WDM〕解調，是用光纖法布里-珀羅濾波器或者采用相干檢測技術，首先把各個光載波別離和重現出來，然后用帶通濾波器和各信道的頻率選擇器，把基帶信號別離和重現出來。119波分復用〔WDM〕光纖傳輸系統按照ITU-T的規(guī)定，波分復用又分為密集波分復用〔DWDM〕、粗波分復用〔CWDM〕和寬波分復用〔WWDM〕，其波長間隔分別為<8nm、<50

nm和>50nm。光頻分復用〔OFDM〕和WDM之間原理上沒有多大區(qū)別，從實際的觀點看，當信道間距變得和比特速率接近時〔密集的FDM〕就必須使用相干檢測技術，而信道間距較大時〔>100

GHz〕可以采用直接檢測技術。1205.6.2WDM系統構成在WDM網絡中，有許多WDM網絡單元，這些網絡單元是光終端復用器〔OTM〕或光線路終端〔OLT〕、光分插復用器〔OADM〕、光交叉連接器〔OXC〕和光線路放大器〔OLA〕，如下圖。OLT、OADM、OXC內部接口端都有波分復用/解復用器，核心部件是光交叉矩陣，用于波長的交叉連接，另外它們內部通常也有光放大器，用于補償內部器件的損耗。121圖5.2.0由光線路終端〔OLT〕、光分插復用器〔OADM〕和光交叉連接〔OXC〕等組成的WDM網絡122WDM網絡單元光線路放大器〔OLA〕可能是摻鉺光纖放大器〔EDFA〕，也可能是拉曼放大器，用于對雙向傳輸光信號的放大，以便延長中繼距離。OTM或OLT用于點對點連接；OADM對局部波長分出來下路到本地使用，而余下的波長那么繼續(xù)送往其他地方使用，它們通常采用樹形結構或環(huán)狀結構；OXC執(zhí)行與OADM同樣的功能，但其規(guī)模要比OADM大得多，通常用于網狀結構或連接多個環(huán)的節(jié)點。網絡用戶支持IP路由器、ATM交換機、SDH終端復用器〔TM〕和數字分插復用器〔DXC〕。光通道可以使用相同的波長，這種波長再利用，允許網絡使用有限的波長來支持大量的光學通道。123圖5.6.5光線路終端〔OLT〕光線路終端〔OLT〕有時也稱光終端復用器〔OTM〕，對波長進行復用/解復用。轉發(fā)器〔或稱中繼器〕，對用戶使用的非ITU-T標準波長轉換成ITU-T的標準波長，以便于使用標準的波分復用/解復用器。1245.6.6光分插復用器〔OADM〕圖〔b〕為可編程分插復用器，通過對光纖光柵調諧取出所需要的波長，而讓其他波長信道通過，所以這樣的分插復用器稱為分插濾波器。使用級聯的MZ等濾波器構成的方向耦合器也可以組成多端口的分插濾波器。125圖5.6.7光交叉連接器原理圖126圖5.6.8單向光線路放大器

〔OLA〕的典型結構光線路放大器〔OLA〕每80~120km被插入光纖線路中，對在光纖中傳輸的雙向光信號進行放大，以便補償傳輸損耗，延長中繼距離。1275.7光正交頻分復用

〔O-OFDM〕光纖傳輸系統隨著因特網的迅猛開展，通信傳輸容量迅速增大，盡管目前對DWDM的研究方興未艾，但隨著波長間距的逐漸減小，它對光源和濾波器的要求也愈加苛刻，另外隨著復用波長數的增加，光纖中的光強越來越大，光纖非線性也越來越嚴重，所以在未來的網絡中波長資源可能出現匱乏。光正交頻分復用〔O-OFDM〕系統采用同一波長的擴頻序列，頻譜資源利用率高，它與WDM結合，可以大大增加系統容量。光正交頻分復用〔O-OFDM〕技術是近年來出現的一種新型光傳輸技術，它是正交頻分復用技術和光纖通信技術相結合的產物，擁有兩者的所有優(yōu)點。由于有較高的頻譜利用率和抗多徑干擾的能力，OFDM技術已被廣泛應用于無線、有線和播送通信中。2023年采用OFDM的長期演進〔LTE〕也成為4G標準中的核心技術。1285.7.1O-OFDM的根本原理O-OFDM的根本原理和無線OFDM系統沒有本質上的區(qū)別在系統發(fā)送端，電信號轉化成光信號之前；在接收端，光信號轉化成電信號之后，對信號的處理流程都根本一致。129圖5.7.1OFDM信號頻域圖和時域圖的對應關系a〕OFDM信號頻域圖〔各副載波頻域相互正交b〕與頻域圖相對應的OFDM信號時域圖130OFDM不會受到其他副載波干擾的原理說明圖表示OFDM信號頻域圖，由圖可見，在每個副載波頻譜的最大處，所有其他副載波的頻譜值正好為零。利用這一特性，使用離散傅立葉變換，使各個副載波的頻譜最大點正好落在這些具有正交性的點上，因此就不會有其他副載波的干擾。所以可以從多個在頻域相互正交而時域相互重疊的多個副載波信道中，提取每個副載波的符號，而不會受到其他副載波的干擾。圖表示OFDM副載波的時域圖和頻域圖的對應關系，其中圖5.7.1a表示OFDM的頻域圖，圖5.7.1b表示與OFDM頻域圖相對應的OFDM時域圖。從數字與模擬通信系統的教科書中，我們知道，加窗〔在0~T內加窗〕正弦波形的時域圖〔圖5.7.1b〕經傅立葉變換后的