唐大维

[摘 要]文章从光纤通信发展中的复用技术入手，总结每种复用技术各自的特点，找出技术发展的瓶颈，探寻更适用于当今光交换网的复用方式，着力于当今通信网络的扩容问题，并就未来复用技术的趋势与应用前景作出展望。

[关键词] 通信技术；复用技术；光纤

中图分类号：TP203 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）14-0251-01

1 波分复用技术（WDM）

波分复用技术可以说是光纤通信复用技术的经典了，它标志着复用技术从电域迈向了光域，其意义堪比第一个吃螃蟹的人。

1.1 波分复用技术的原理

波分复用技术是指在一根光纤上同时传输多波长光信号的一项技术。其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合（复用）起来， 并耦合到光纤线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将组合波长的光信号分开（解复用）， 并作进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端。

1.2 波分复用的主要优势

波分复用主要是在一根光纤内传输多个波长的数据，因此其最大的优势就是扩充了带宽，复用几个波长就增加几倍的带宽。另外光信号在各个波长中独立传输，互不干扰。同时各波分复用信道对信息比特、数据格式和电调制方式透明化，对光纤通信系统的扩容具有很大方便性。新加入的另一系统在调制方式和传输速率上不受原系统的约束和限制，且不同容量的光纤系统及数字和模拟信号均可兼容传输。

1.3 波分复用的瓶颈

波分复用技术的瓶颈一是在器件上，二是在技术上。在器件上，以二氧化硅为材料的光纤可利用的波长范围有限，虽然掺饵放大器带宽吻合二氧化硅衰减特性曲线，但是随着波分复用传输技术的速率增加，所用到的掺饵放大器（EDFA）达到了自己的极限，其增益不平坦性开始产生较大的影响，增益平坦滤波器起到的作用越来越小。而在技术上，限制波分复用技术进一步发展的因素还有色散、交叉相位调制干扰和四波混频等影响因素。未来的波分复用技术，应向消除二氧化硅材料的衰减峰及采用增益更平坦、带宽更宽的放大器的方向做进一步研究。

2 时分复用技术（OTDM）

为了可以在带宽资源一定的情况下更好地提高传输速率，同时减小波分复用技术中非线性因素对光信号传输的影响，光时分复用的技术被研究了出来。

2.1时分复用技术的原理

光时分复用的原理同电时分复用类似，以4路复用信号为例。在复用器的输入端光脉冲被分成4路，各自被各路的电信号所调制。调制后的各路光信号又各自延迟一相对应的延时量， 然后在输出端合成为4倍速率的信号。

2.2 时分复用的主要优势

光时分复用技术能克服由放大器级联导致的谱不均匀性、非理想的滤波器和波长变换所引起的串话、光纤非线性的限制、苛刻要求的波长稳定性装置及昂贵的可调滤波器等诸多技术难题，单波长的传输简化了放大器级联管理和色散的技术问题。另外，光时分复用技术可简单地接入极高的线路速率（高达几百Gbit/s），虽然网络的总速率虽然很高，但在网络节点，电子器件只需以本地的低数据速率工作。

2.3 时分复用的瓶颈

时分复用的瓶颈在于光脉冲的发送与提取上。发送端，光脉冲的形状往往无法达到高斯脉冲般标准，宽窄程度则更受限于光纤环形锁模激光器。光脉冲质量越好，则成本越高，如何降低成本成为限制光时分复用技术的一大问题。超窄光脉冲的提取是另一大瓶颈，和前面相同，如何能够研发出小体积低成本具有相应功能的半导体器件，提高稳定性与可靠性并降低成本，是光时分复用技术从实验室走向商用的第一大难题。

3 码分复用技术（OCDMA）

光码分复用通信系统，是给每个用户分配唯一的光正交码的码字作为该用户的地址码（或称签名序列）对要传输的数据信息用该地址码进行光编码，实现信道复用。在接收端，用与发端相同的地址码进行光解码，实现用户之间相互通信。

3.1 码分复用技术的原理

OCDM是在电CDM技术基础上演变出来的。当数据为“ 1”时光开关接通，将窄光脉冲送至光正交码编码器，输出一长度为n、码重（码字中包含“1”的个数）为w 的光正交码，送入公共信道（ N个用户）实现复用。

3.2 码分复用技术的主要优势

比起波分复用与时分复用技术，码分复用技术可以直接实现光信号的复用与交换，没有像光波分复用系统那样对波长具有严格的要求，另一方面，也不需要光时分复用那样严格的时钟同步，收发设备的成本很低。而且码分复用技术可以动态分配带宽，没有严格的容量意义，扩展与网管都非常容易，保密性较高，多址接入的方式更加灵活。

3.3 码分复用技术的瓶颈

与移动通信类似，光码分复用的技术也存在着随着用户数的增加，系统性能不断降低的劣势，是一种干扰受限系统。此外，光码分复用技术实用性并不强，全光CDMA可支持的用户数有限，多用户的光脉冲同时在一条光纤上传输，串扰问题尚待更好的解决方式。目前由于光相位调制技术，相干光解调技术发展不够成熟，只能使用脉冲时间编码的方式，编码方式较为单一。

4 模分复用技术（MDM）

虽然传统基于单模光纤的通信系统的容量不断增加，但始终无法突破固有的香农极限。为了使光通信系统容量能进一步的提高，模分复用技术便应运而生。

4.1 模分复用技术的原理

单模光纤将已调制的信号传送至与之相连的模式转换器，提高模式的阶数，将低阶模式转换成高阶模式。在进行了模式转换之后，高阶模式被一根短距离的少模光纤传输至空间模式复用器，彼此正交的模式经过它作用后被复用在了一起，之后光波按照一定的归一化频率V形成导模进行传输。

4.2 模分复用技术的主要优势

模分复用技术最大优势就是充分扩展了带宽容量，与波分复用类似，有几种模式就扩充了几倍。同时由于具有比较大的有效面积，多模光纤可以减少光纤非线性现象。且较大的纤芯直径和数值孔径让多模光纤在安装与维护上都比单模光纤要容易。

4.3 模分复用技术目前的研究瓶颈

模分复用毕竟是要采用多模光纤进行传输，因此它的模间色散较为严重，目前实验室更多是在少模光纤的基础上进行研究以减少模间色散的影响。而且模间色散的问题让多模光纤不适用于长距离传输，更多用于短距离局域网的互联。此外，模分复用技术对器件要求也会比较高，做出低成本集成化的传输器件较为不易。

5 全光网络复用技术的未来展望

全光网络，是指信号只是在进出网络时才进行电/光和光/电的变换，而在网络中传输和交换的过程中始终以光的形式存在。如今网络中全光的传输技术已经可以由无源光网络（PON）技术得以实现。就目前来看，组网中的复用技术主要依靠波分复用与时分复用，也包括一部分的码分复用技术，虽然运行当前的光交换网络没有问题，但是随着未来用户数目的增加，网络复用技术的换代升级也是肯定要进行的。

就目前的研究成果和本文所介绍的技术来看，WDM/OCDMA的混合复用技术是下一代复用技术的首选。时分复用技术虽然提升了速率，但是并没有有效地扩展带宽，不能够同时为所有用户提供千兆比特级的服务。而且时分复用对光器件要求十分苛刻，其较高的成本无法应用于下一代商用网络。混合WDM/OCDMA中，WDM技术实现用户的大容量高带宽接入，OCDMA技术能够使多用户同时灵活、安全地接入网络，两者起到相得益彰的效果；网络中的大部分处理过程都是在光域中进行的，关键设备基本都是无源的，可以做到维护简单。

参考文献

[1]杨薇.光波分复用技术在光纤通信中的应用[J].科技传播，2014.

[2]章喆.高速DWDM通信技术及进展[J].光通信研究，2015.

[3]王健全.复用技术在光通信中的应用[J].信息网络，2002.