陳　鼎

（華東交通大學(xué) 理工學(xué)院，江西 南昌 330000）

光纖通信技術(shù)在鐵路通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳鼎

（華東交通大學(xué) 理工學(xué)院，江西 南昌 330000）

隨著社會(huì)的發(fā)展，鐵路通信系統(tǒng)中光纖通信技術(shù)的運(yùn)用十分關(guān)鍵，其不僅能夠提升光纖通信的效率，而且還能讓光纖通信技術(shù)得到全面的應(yīng)用。文章主要針對(duì)鐵路通信系統(tǒng)中光纖通信技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析，并提出了相應(yīng)的優(yōu)化措施。

鐵路通信；光纖；通信技術(shù)

光纖通信作為21世紀(jì)不可或缺的傳輸信息的載體，它不僅在長(zhǎng)市話通信中占有重要地位，還廣泛用于高質(zhì)量彩色電視傳輸、工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視和調(diào)度。目前，光纖通信技術(shù)已在鐵路通信系統(tǒng)中大幅度地得到了運(yùn)用，這樣做明顯地提升了光纖通信的效率。因此，鐵路通信系統(tǒng)中光纖系統(tǒng)通信技術(shù)的應(yīng)用意義深遠(yuǎn)。

1　光纖通信技術(shù)在鐵路通信系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 波分復(fù)用技術(shù)

通過單模光纖低損耗區(qū)，波分復(fù)用技術(shù)會(huì)帶來巨大的寬帶資源，根據(jù)不同的光波的波長(zhǎng)和頻率，不同的信道可以通過光纖的低損耗窗口改建而成，信號(hào)的載波是光波，采用波分復(fù)用器在發(fā)送端，能夠?qū)⒉煌牟ㄩL(zhǎng)光載波合并起來一并傳輸進(jìn)一根光纖中。在接收端，將不同的波長(zhǎng)用分波器承載不同信號(hào)的裝載波分開。不同的波長(zhǎng)的光載波信號(hào)之間都是相互獨(dú)立存在的，一根光纖能夠?qū)⒍嗦饭庑盘?hào)的同時(shí)進(jìn)行復(fù)用傳輸。在目前，該種技術(shù)已經(jīng)逐步地引用到鐵路通信系統(tǒng)之中，其根據(jù)不同的波長(zhǎng)傳輸通訊信號(hào)不僅不會(huì)受到天氣以及電磁信號(hào)的干擾，而且還能讓信息傳遞的效率得到全面的提升。

1.2 光纖接入技術(shù)

光纖接入網(wǎng)是信息高速公路的最后一個(gè)步驟。為了能夠滿足大眾的需求，實(shí)現(xiàn)信息高速的傳輸，用戶的接入部分是關(guān)鍵，需要有主干的寬帶傳輸網(wǎng)絡(luò)，高速信息傳進(jìn)各家各戶的最關(guān)鍵性的技術(shù)是光纖接入網(wǎng)。在光纖寬帶接入的過程中，其通常會(huì)有多種不同的傳輸方式，其中光纖到戶（Fiber To The Home，F(xiàn)TTH）與FTTCab 就是較為常用的兩種傳遞模式。其可以使得光纖在不同的位置進(jìn)行傳遞，真正打破了時(shí)間與空間的限制。但是光纖寬帶接入的最終方式是光纖到戶，其能夠提供全光的接入，所以，針對(duì)不同的寬帶特性可以為用戶體驗(yàn)各種不同的寬帶需求，滿足寬帶的接入。

2　鐵路通信系統(tǒng)中光纖通信技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

2.1 超高速、超大容量和超長(zhǎng)距離傳輸

為了能夠提高光纖傳輸系統(tǒng)的傳輸容量需要利用超長(zhǎng)距離、超大容量傳輸?shù)牟ǚ謴?fù)用技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)擁有較好的前景，在未來跨海光傳輸系統(tǒng)中。目前我國(guó)的波分復(fù)用系統(tǒng)的發(fā)展較為迅速，具有較大的商業(yè)價(jià)值，與此同時(shí)，也在逐步擴(kuò)展全光傳輸?shù)木嚯x。采用光時(shí)分服用技術(shù)也是提高傳輸容量的另一種途徑，光時(shí)分復(fù)用技術(shù)（Optical Time Division Multiplexing，OTDM）技術(shù)與密集波分復(fù)用（Dense Wavelength Division Multiplexing，WDM）技術(shù)可以一起通過單根光纖來使得傳輸信道數(shù)的傳輸容量提高，OTDM是通過信道的傳輸速率來提高傳輸容量。

OTDM與WDM傳輸?shù)墓馔ㄐ畔到y(tǒng)的容量有限，可以將多個(gè)OTDM信號(hào)同時(shí)使用大幅度的提升傳輸?shù)娜萘?。偏振?fù)用技術(shù)的作用是減弱相鄰信道的相互作用，在高速的通信系統(tǒng)中歸零編碼信號(hào)中所占空間較小，對(duì)于色散管理分布的要求較低，對(duì)于光纖的偏振膜色散和非線性，歸零編碼信號(hào)的適應(yīng)能力較強(qiáng)，因此歸零編碼傳輸方式被應(yīng)用在目前較大容量的通信系統(tǒng)中。OTDM/WDM混合的傳輸系統(tǒng)需要解決一些關(guān)鍵的技術(shù)問題。

2.2 光孤子通信

光孤子通信是一種具有特殊的ps數(shù)量級(jí)的超短的光脈沖，它的位置處于光纖的反常色散區(qū)，可以平衡光纖的非線性和群速度色散效應(yīng)，所以，對(duì)于光纖的較長(zhǎng)距離的傳輸，可以運(yùn)用光孤子通信技術(shù)，不會(huì)改變光纖的速度和波長(zhǎng)。

光孤子通信技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣闊：通過長(zhǎng)距離的高速通信，能夠在頻域和時(shí)域的超短脈沖控制技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)有的速率，減少ASE，再生技術(shù)、整形、重定時(shí)都可以增大傳輸距離，為了能夠提高光學(xué)濾波的傳輸距離，可以在高性能的摻鉺光纖放大器（Erbium-doped Optical Fiber Amplifer，EDFA）方面輸出低噪音的EDFA。

2.3 全光網(wǎng)絡(luò)

未來的高速通信網(wǎng)是全光網(wǎng)絡(luò)。光纖通信技術(shù)發(fā)展的最理想階段，也是最高階段就是全光網(wǎng)。傳統(tǒng)的光網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)⒐?jié)點(diǎn)間的全光化實(shí)現(xiàn)，但是在網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)處傳統(tǒng)的方法采用的是電器件，限制了通信網(wǎng)絡(luò)容量的提高，這已經(jīng)成為目前鐵路通信系統(tǒng)中的難題。但電節(jié)點(diǎn)會(huì)在全光網(wǎng)絡(luò)中被代替，節(jié)點(diǎn)之間能夠運(yùn)用全光網(wǎng)，使得信息能夠進(jìn)行高速的交換與傳輸，對(duì)于用戶的信息不會(huì)再根據(jù)以前的比特進(jìn)行，而是由波長(zhǎng)來決定。在我國(guó)目前，全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展處于初級(jí)階段，但是它具有非常好的發(fā)展前景，從目前的發(fā)展趨勢(shì)上看，全光網(wǎng)絡(luò)正在逐漸形成一個(gè)真正的以WDM技術(shù)為主體的光網(wǎng)絡(luò)層，消除了電光瓶頸產(chǎn)生的影響，無懼于未來光通信發(fā)展，全光網(wǎng)絡(luò)自然也是未來信息網(wǎng)絡(luò)的核心。

3　光纖通信技術(shù)在鐵路通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 準(zhǔn)同步數(shù)字系列（Plesiochronous Digital Hierarchy，PDH）光纖通信

從20世紀(jì)80年代開始發(fā)展鐵路光纖通信系統(tǒng)，在1982年北京站至北京局間建立了一段12km的試驗(yàn)段，二次群系統(tǒng)被開通，路段之間建立了一條多模光纖，采用8新單模光纜應(yīng)用于重載雙線電氣化大秦鐵路，干局線通信系統(tǒng)可以由二芯配置34Mb/sPDH設(shè)備構(gòu)成，區(qū)段通信電路和沿線車站可以由二芯配置PCM，D/I以及8Mb/sPDH構(gòu)成，我國(guó)的第一條長(zhǎng)途干線電纜數(shù)字通信系統(tǒng)就在此時(shí)建成，推動(dòng)了我國(guó)小同軸模擬傳輸相光纜數(shù)據(jù)通信在鐵路通信網(wǎng)的發(fā)展。但是，由于復(fù)用結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、PDH的標(biāo)準(zhǔn)不一致、缺乏強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)管理的能力，使得光纜通信系統(tǒng)不能夠飛速發(fā)展，在這種情況下，出現(xiàn)了同步數(shù)字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）技術(shù)。這種技術(shù)能夠有效地實(shí)現(xiàn)光纖通信系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值。其通常是將光纖信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)一的收集，然后利用不同的頻率進(jìn)行發(fā)出。這對(duì)于在高速運(yùn)動(dòng)中的火車具有良好的通信效果。

3.2 SDH光纖通信

SDH光纖通信是一種高速傳輸、同步數(shù)字體系的數(shù)字通信，其具有多方面的傳輸性能。首先在信號(hào)傳遞方面，其可以結(jié)合多種傳遞方式采用不同的頻率進(jìn)行傳輸。同時(shí)，在進(jìn)行傳輸?shù)倪^程中，其還采用多種等級(jí)傳遞的方式，將通訊系統(tǒng)的傳遞進(jìn)行全面優(yōu)化。這樣，火車在高速運(yùn)行的過程中，其信息的傳遞不會(huì)受到太大的干擾。一般情況下，其信息的傳輸速率為155.520Mb/s，9953.280Mb/s。與PDH技術(shù)相比，SDH技術(shù)具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）具有統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一的比特率，為各個(gè)不同的廠家設(shè)備間的互相連接提供了可能性。附圖是PDH技術(shù)和SDH技術(shù)在復(fù)用標(biāo)準(zhǔn)和等級(jí)上的比較。

（2）網(wǎng)絡(luò)管理的能力大幅度增強(qiáng)，其在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的傳輸過程中，可以采用多種應(yīng)用模式進(jìn)行信息的傳遞，從而有效地增強(qiáng)了信息的傳遞效率。

（3）為自愈網(wǎng)提供了新概念。運(yùn)用SDH設(shè)備組成的環(huán)網(wǎng)形式具有自愈的功能，在傳媒主信號(hào)被切斷的時(shí)候，自動(dòng)恢復(fù)正常的通信可以通過自愈網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)。

（4）在目前，SDH技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛。尤其是在互聯(lián)網(wǎng)逐漸發(fā)達(dá)的今天，SDH技術(shù)的應(yīng)用必然能夠?yàn)殍F路通信帶來良好的通訊效果。在整個(gè)鐵路通信網(wǎng)之中，其以同步數(shù)字為基礎(chǔ)，采用光纜光纖系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)的傳遞，中繼網(wǎng)可以通過2芯光纖開設(shè)SDH622Mb/s（1+0）光同步傳輸系統(tǒng)，不斷完善整體的通訊網(wǎng)絡(luò)。采用數(shù)字加成技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通訊信號(hào)相互結(jié)合的方式，能夠讓鐵路通訊系統(tǒng)中信息的傳遞更加穩(wěn)定以及可靠。從而實(shí)現(xiàn)信息的全面優(yōu)化。

盡管SDH技術(shù)和PDH技術(shù)在目前，都是采用較為單一的光信號(hào)傳輸?shù)姆绞?，但是這種傳輸方式極大的浪費(fèi)了光纖的容量，現(xiàn)如今通信事業(yè)飛速發(fā)展，各種對(duì)于傳輸容量的需求和新型的電信業(yè)務(wù)都在逐漸的增長(zhǎng)，相信在不久的將來，數(shù)據(jù)與語音的比例可以從0.4∶1變?yōu)?0∶1。這需要極大的添加系統(tǒng)的容量，面對(duì)這樣的需求，需要拓寬光纖的寬帶資源，使得傳輸?shù)娜萘磕軌蚣訋妆渡踔辽习俦兜膯尾ㄩL(zhǎng)傳輸?shù)拿芗凸獠◤?fù)用（Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM）技術(shù)。

3.3 DWDM技術(shù)

DWDM技術(shù)能夠采用多個(gè)波長(zhǎng)作為載波，利用低損耗和單模光纖的寬帶特性，能夠使各個(gè)載波通信通道在一條光纖內(nèi)同時(shí)進(jìn)行傳輸，這樣做極大地減少了光纖的總數(shù)目，使得單根光纖的傳輸數(shù)據(jù)的最大的流量可以達(dá)到400Gb/s。DWDM的協(xié)議與傳輸速度無關(guān)，對(duì)于DWDM的網(wǎng)絡(luò)可以采用太網(wǎng)協(xié)議、SONET/SDH，ATM以及IP協(xié)議來傳輸數(shù)據(jù)，對(duì)于數(shù)據(jù)流量需要控制在2.5Gb/s和100Mb/s之間，DWDM技術(shù)可以在激光通道間，通過不同的速度來傳輸不同類型的數(shù)據(jù)流量。DWDM技術(shù)已經(jīng)在鐵路通信網(wǎng)中進(jìn)行大規(guī)模的應(yīng)用。目前，在很多鐵路通信系統(tǒng)中已經(jīng)開始采用該種技術(shù)，其可以不受雷雨天氣的干擾，將波長(zhǎng)與光纖頻率結(jié)合在一起，然后利用DWDM系統(tǒng)以及相應(yīng)的設(shè)備，使得其信息系統(tǒng)能夠得到全面性的兼容。然后采用SDH設(shè)備，進(jìn)行信號(hào)波的傳遞。在剛開始時(shí)，其信號(hào)的傳遞會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，但是隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，其信息的傳遞效率得到提升，其傳輸?shù)乃俣纫矔?huì)持續(xù)加快。在這個(gè)背景下可以采用16波道和2.5Gb/s的速率為基礎(chǔ)，采用單纖單向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞剑軌蚴雇瑯拥牟ㄩL(zhǎng)可在不同的兩個(gè)方向上進(jìn)行重復(fù)使用。DWDM技術(shù)符合數(shù)字傳輸體制的世界標(biāo)準(zhǔn)，能夠承載更多的光纖信號(hào)；DWDM技術(shù)可以兼容PDH和SDH的特點(diǎn)，采取組網(wǎng)方式靈活化，網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備及結(jié)構(gòu)被極大程度的簡(jiǎn)化，使得聯(lián)網(wǎng)的成本大大降低。DWDM技術(shù)已在各個(gè)新領(lǐng)域都有新業(yè)務(wù)的發(fā)展，既能夠促進(jìn)鐵路通信系統(tǒng)的發(fā)展，由能夠使整個(gè)的通信技術(shù)行業(yè)出現(xiàn)質(zhì)的飛躍，帶來全新的發(fā)展。同時(shí)，在對(duì)該種技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用的過程中，還可以結(jié)合光纖通信技術(shù)，將電磁信號(hào)與光波頻率進(jìn)行相互融合，應(yīng)用于鐵路通信之中，從而達(dá)到理想的應(yīng)用效果。

4　結(jié)語

光纖通信作為鐵路通信系統(tǒng)中最主要的信息傳輸技術(shù)不僅在鐵路通信領(lǐng)域扮演了重要角色，還將極大地促進(jìn)整個(gè)通信行業(yè)的發(fā)展，而市場(chǎng)需求的不斷增加也推動(dòng)著光纖通信技術(shù)走向更高的水平。在進(jìn)行光纖通信技術(shù)的應(yīng)用過程中，首先需要對(duì)其應(yīng)用的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，然后結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行全方位探討。最后，全面地應(yīng)用于鐵路通信系統(tǒng)中，使得其良好的通訊效果全面發(fā)揮出來。

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Application of optical fber communication technology in railway communication system

Chen Ding
（Science and Engineering College of East China Jiaotong University， Nanchang 330000， China）

With the development of society， the use of fber optic communication technology in railway communication system is the key，which can not only improve the effciency of optical fber communication， but also make optical fber communication technology get fully application. This paper mainly analyzes the application of optical fber communication technology in railway communication system， and puts forward the corresponding optimization measures.

railway communication； optical fber； communication technology

陳鼎（1981— ），男，江西南昌。