鐵路通信系統(tǒng)中光纖通信技術(shù)運(yùn)用分析

王 超，賈欣宇，王 樂(lè)

（中國(guó)鐵路呼和浩特局集團(tuán)有限公司呼和浩特通信段，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010050）

0 引 言

隨著科技的進(jìn)步，光纖通信技術(shù)得到進(jìn)一步完善與發(fā)展，與此同時(shí)其通信容量、通信傳輸速度也實(shí)現(xiàn)全面提升。目前我國(guó)鐵路通信系統(tǒng)正朝著智能化的方向發(fā)展，為了滿足鐵路行業(yè)發(fā)展需求，需要重視多元化光纖通信技術(shù)的合理滲透，將技術(shù)、系統(tǒng)結(jié)合在一起，加快通信系統(tǒng)轉(zhuǎn)型。

1 光纖通信系統(tǒng)作業(yè)原理

光纖通信系統(tǒng)主要包括電端機(jī)、光發(fā)送端機(jī)、光纖線路以及光接收端機(jī)等，其運(yùn)行原理如下。首先，在發(fā)送端借助電端機(jī)將待傳輸信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，其中數(shù)據(jù)信息包括語(yǔ)音、圖像等，以此達(dá)到數(shù)字復(fù)接效果；其次，將信號(hào)調(diào)制到光發(fā)送端機(jī)發(fā)出的光束上，促使電信號(hào)再次轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)，電信號(hào)頻率變化會(huì)引起光束強(qiáng)度的改變；最后，信號(hào)轉(zhuǎn)化后將其傳輸至信道，借助光的全反射原理完成光信號(hào)的傳送，而接收端的光接收端機(jī)在感應(yīng)到信號(hào)的同時(shí)又在電端機(jī)的幫助下將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，再由技術(shù)人員解調(diào)信號(hào)，從而得到最初的傳輸信息[1]。

2 光纖通信技術(shù)特點(diǎn)

光纖通信技術(shù)具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、傳輸速度快以及耗能低等特點(diǎn)，能夠在短時(shí)間內(nèi)完成大量信息的有效傳輸。

光纖通信技術(shù)的使用與實(shí)現(xiàn)通常將光纖作為信息傳輸媒介，將光波作為信號(hào)載體。最初所使用的同軸電纜，一根只可同時(shí)傳輸幾千個(gè)話路，微波通信的同時(shí)傳輸量也較少，只能夠達(dá)到1萬(wàn)左右。借助廣信通信技術(shù)，即使使用的光纖較細(xì)，也可同時(shí)實(shí)現(xiàn)24萬(wàn)個(gè)話路的信息傳輸。

光纖制作材料為石英，玻璃介質(zhì)體現(xiàn)出極高的純凈度，在傳輸通信信息時(shí)不會(huì)對(duì)所傳輸信號(hào)造成較大干擾，也不會(huì)出現(xiàn)過(guò)大的損耗衰減。此外，石英具有較為良好的絕緣性和極強(qiáng)的抗電磁干擾性能。通過(guò)對(duì)光纖材料及形態(tài)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)光纖本身不易被腐蝕，具有耐高溫、耐高壓的特點(diǎn)，可在惡劣環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定、可靠運(yùn)行[2]。

3 光纖通信技術(shù)在鐵路通信系統(tǒng)中的實(shí)際運(yùn)用

3.1 波分復(fù)用技術(shù)

與單模光纖相比，基于波分復(fù)用技術(shù)可以根據(jù)光波波長(zhǎng)與頻率自主完成通信信道的選擇。這一技術(shù)可進(jìn)一步優(yōu)化低損耗窗口，有利于信號(hào)的高效率傳輸，且不會(huì)出現(xiàn)較大損耗。將波分復(fù)用器布設(shè)于系統(tǒng)發(fā)送端，可實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸波長(zhǎng)的細(xì)致區(qū)分，再采取載波合并的形式將所有光波信號(hào)傳輸于同一根光纖中。接收端接收到傳遞光波后，可使用分波器對(duì)不同波長(zhǎng)的同一批次信號(hào)進(jìn)行獲取，再根據(jù)裝載波差異分開(kāi)讀取[3]。由于不同光載波信號(hào)彼此間的獨(dú)立性較強(qiáng)，因此傳輸期間各信號(hào)不會(huì)相互干擾。復(fù)用傳輸多路光信號(hào)，不僅可達(dá)到多次傳輸?shù)男Ч夷軌驅(qū)崿F(xiàn)信號(hào)傳輸效率的大幅提高。當(dāng)前，波分復(fù)用技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于鐵路通信系統(tǒng)中，在技術(shù)特有的信號(hào)獨(dú)立性傳輸優(yōu)勢(shì)的支撐下，提升鐵路通信信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性、安全性[4]。

3.2 光纖接入技術(shù)

與波分復(fù)用技術(shù)相比，光纖接入技術(shù)可實(shí)現(xiàn)光波信號(hào)的高效率傳輸，保證鐵路通信系統(tǒng)高效、穩(wěn)定運(yùn)行。光纖通信技術(shù)的有效運(yùn)用既能夠加快信息傳遞速度，還能同時(shí)接收大量信息內(nèi)容，促使系統(tǒng)本身信息接收能力進(jìn)一步提高。但要想實(shí)現(xiàn)光纖接入技術(shù)的有效運(yùn)用，就需要全方位處理用戶接入環(huán)節(jié)，利用主干寬輸送網(wǎng)搭建起鐵路系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息處理中心與用戶之間的橋梁，為雙方實(shí)時(shí)溝通與交流提供便利。此外，若光纖寬帶在接入口處的位置不同，其所呈現(xiàn)出的應(yīng)用價(jià)值與傳輸方式也存在較大的差異性，可實(shí)現(xiàn)不同位置光纖的信息傳輸，使得傳輸作業(yè)不再受時(shí)間與空間的限制[5]。

3.3 PDH光纖通信

大秦鐵路借助8芯單模光纜，將PDH設(shè)備布設(shè)于鐵路干線上，全線共打造6處通信站，與此同時(shí)還建設(shè)中間通信站共計(jì)14座。由此，我國(guó)第一條長(zhǎng)途干線光纖通信系統(tǒng)搭建而成，并獲得顯著的信號(hào)傳輸成效。隨后，北京—保定段光數(shù)字通信工程、重慶鐵路樞紐綜合光纜工程相繼建成，建設(shè)過(guò)程中均應(yīng)用到了PDH技術(shù)[6]。

PDH光纖通信系統(tǒng)將高精度時(shí)鐘分別安置在數(shù)字通信網(wǎng)中的各節(jié)點(diǎn)上，但不同時(shí)鐘之間存在較細(xì)微的差異性，無(wú)法做到完全同步。PDH系統(tǒng)的主要作用是設(shè)計(jì)一系列與傳輸信息相關(guān)的話音業(yè)務(wù)，且傳輸線路為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接形式[7]。科技的進(jìn)步推動(dòng)鐵路通信網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜化發(fā)展，這一變化使得PDH光纖通信技術(shù)存在的遲滯性暴露出來(lái)。與此同時(shí)，通信業(yè)務(wù)的高速發(fā)展要求鐵路通信系統(tǒng)需傳輸更為多元化的數(shù)據(jù)信息，既要保留傳統(tǒng)話音文件，還需做到數(shù)字、圖像、視頻等信息的實(shí)時(shí)傳輸[8]。

3.4 SDH光纖通信

SDH光纖通信技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字信息化的同步轉(zhuǎn)換，其使用的接口與比特率體現(xiàn)出統(tǒng)一性的特點(diǎn)，促使網(wǎng)絡(luò)綜合管理能力得到大幅提高。與此同時(shí)，SDH光纖通信具有良好的橫向兼容性，可以完全兼容PDH，也可以容納各業(yè)務(wù)信號(hào)。SDH光纖通信技術(shù)運(yùn)用多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在沒(méi)有人為干預(yù)的情況下，也能以最快的時(shí)間完成各項(xiàng)故障通信業(yè)務(wù)的自動(dòng)恢復(fù)。

但在實(shí)際使用過(guò)程中，其不足也逐漸暴露出來(lái)。為了保證SDH系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)信號(hào)可靠、高速傳輸?shù)哪康模柙趥鬏敃r(shí)加入大量用于OAM功能的開(kāi)銷(xiāo)字節(jié)，間接增大所占用的傳輸頻帶。此外，指針調(diào)理機(jī)理表現(xiàn)出復(fù)雜性的特點(diǎn)，不利于抖動(dòng)的有效濾除，不能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的穩(wěn)定傳輸，對(duì)此需不斷完善并研發(fā)出新型光纖通信技術(shù)加以替代[9]。

3.5 DWDM光纖通信

隨著鐵路通信系統(tǒng)的逐步完善，DWDM光纖通信技術(shù)也被應(yīng)用于系統(tǒng)運(yùn)行中，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體科技水準(zhǔn)的進(jìn)一步提高。該技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在單模光纖寬帶損耗低方面，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)波長(zhǎng)載波在光纖中的共同傳輸。充分發(fā)揮光發(fā)射機(jī)高穩(wěn)定性、高精度的特點(diǎn)，完成不同波長(zhǎng)光信號(hào)的傳輸，再借助光波長(zhǎng)復(fù)用器將所發(fā)送的光信號(hào)復(fù)用于相對(duì)應(yīng)的光纖功率放大器中，實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)的處理，并將各路光信號(hào)均傳遞至光纖中，以達(dá)到所有信息同時(shí)傳輸?shù)男Ч４送猓珼WDM光纖通信技術(shù)還可在同一條光纖中承載不同波段的實(shí)際波長(zhǎng)，符合各協(xié)議給定要求，以此高質(zhì)量滿足用戶在系統(tǒng)功能方面的個(gè)性化需求，并實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的安全保護(hù)。DWDM光纖通信技術(shù)的有效運(yùn)用可從根本上提高鐵路通信系統(tǒng)信號(hào)傳遞速率，增大信息傳輸容量，提升系統(tǒng)運(yùn)行安全性、穩(wěn)定性，促使鐵路信息服務(wù)水平得到進(jìn)一步提高[10]。開(kāi)放式DWDM系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

圖1 開(kāi)放式DWDM系統(tǒng)

3.6 全光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

未來(lái)鐵路通信系統(tǒng)的發(fā)展會(huì)著重于全光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)用，盡管以往采用的全光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展方式可達(dá)到節(jié)點(diǎn)之間全光轉(zhuǎn)化的效果，但在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上仍使用較為傳統(tǒng)的方法，無(wú)法發(fā)揮出全光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行價(jià)值。此外，將全光網(wǎng)應(yīng)用于節(jié)點(diǎn)間的信息傳輸，可實(shí)現(xiàn)信息彼此間的交換，還能大幅提升信息傳輸速度、優(yōu)化傳輸形式，不再按照以往所規(guī)定的比特完成信息傳輸，而是由波長(zhǎng)來(lái)決定。通過(guò)對(duì)現(xiàn)階段我國(guó)傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)展情況進(jìn)行分析，全光網(wǎng)絡(luò)仍處于發(fā)展與完善階段，在多元化信息技術(shù)的支撐下具有較大的發(fā)展空間[11]。

4 結(jié) 論

為保證鐵路通信系統(tǒng)良性、高效運(yùn)行，需要重視不同光纖通信技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用，發(fā)揮出技術(shù)優(yōu)勢(shì)，促使鐵路事業(yè)在技術(shù)與系統(tǒng)的雙重支撐下得到更進(jìn)一步發(fā)展，并實(shí)現(xiàn)鐵路通信技術(shù)的全面完善與升級(jí)。