羅文浩

摘 要 近些年來(lái)，我國(guó)鐵路建設(shè)有了很大的發(fā)展，而鐵路通信系統(tǒng)也亟待升級(jí)。在鐵路通信系統(tǒng)中應(yīng)用光纖通信技術(shù)，不僅可以加快鐵路通信信號(hào)傳送速度，而且有利于推動(dòng)鐵路通信系統(tǒng)的數(shù)字化和智能化建設(shè)。文章將闡述在鐵路通信系統(tǒng)中應(yīng)用光纖通信技術(shù)。

關(guān)鍵詞 光纖通信技術(shù)；鐵路通信系統(tǒng)；應(yīng)用；發(fā)展

中圖分類號(hào) TN91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2018）224-0091-02

自改革開放以來(lái)，我國(guó)鐵路建設(shè)不斷加速：1978年，我國(guó)只有電氣化鐵路營(yíng)業(yè)里程僅為1千千米，全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程不足5萬(wàn)千米；1996年，我國(guó)電氣化鐵路營(yíng)業(yè)里程突破1萬(wàn)千米，全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程達(dá)到5.67萬(wàn)千米；2006年，我國(guó)電氣化鐵路營(yíng)業(yè)里程增長(zhǎng)到2.34萬(wàn)千米，全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程達(dá)到7.71萬(wàn)千米[ 1 ]；2017年，我國(guó)電氣化鐵路營(yíng)業(yè)里程增長(zhǎng)到8.7萬(wàn)千米，全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程達(dá)到12.7萬(wàn)千米。

盡管我國(guó)鐵路建設(shè)取得了很大的發(fā)展，但鐵路通信系統(tǒng)尚未實(shí)現(xiàn)智能化與數(shù)字化，一些鐵路通信傳輸網(wǎng)設(shè)備陳舊（在網(wǎng)運(yùn)行時(shí)間接近或超過(guò)10年），設(shè)備型號(hào)早已停產(chǎn)（一些生產(chǎn)廠家甚至已經(jīng)破產(chǎn)多年），在網(wǎng)設(shè)備故障率不斷上升；很多設(shè)備制式陳舊，接口單一，無(wú)法兼容。鐵路通信系統(tǒng)是整個(gè)鐵路系統(tǒng)的神經(jīng)與大腦，老化的鐵路通信系統(tǒng)無(wú)法為高速度、高密度、重載荷的鐵路運(yùn)輸業(yè)服務(wù)，甚至難以保證鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩?。我們認(rèn)為，非常有必要在鐵路通信系統(tǒng)中應(yīng)用光纖通信技術(shù)。

1 光纖通信技術(shù)

過(guò)去，人們依靠有線電話進(jìn)行有線通信，但有線電話通信容量少，且容易串音；隨著技術(shù)進(jìn)步，無(wú)線通信逐漸取代有線通信，智能手機(jī)逐步淘汰了有線電話，但無(wú)線通信安全保密性較差，傳輸信號(hào)易受電磁波的干擾，通信效果較差；隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代到來(lái)，傳統(tǒng)的無(wú)線通信、電纜通信無(wú)法滿足人們大容量高速度傳送信息的要求，光纖通信技術(shù)隨之應(yīng)運(yùn)而生。

光纖通信技術(shù)耗能低、傳輸速度快、抗電磁干擾能力強(qiáng)，可以在短時(shí)間傳遞海量信息。目前，電力、廣播電視、互聯(lián)網(wǎng)等各領(lǐng)域，已經(jīng)廣泛運(yùn)用光纖通信技術(shù)。

光纖通信是以光纖（光導(dǎo)玻璃纖維）為傳輸媒介，以光波為信號(hào)載體的一種通信方式。目前光纖通信使用的光波頻率比微波頻率高出1？000倍～10？000倍，因而可以增加1？000倍～10？000倍通信容量，一根細(xì)如發(fā)絲的光纖可以同時(shí)傳輸24萬(wàn)個(gè)話路，而一根同軸電纜只能同時(shí)傳輸幾千個(gè)話路，微波通信也只能同時(shí)傳輸1萬(wàn)個(gè)話路[ 2 ]。

光纖選用石英作材料，玻璃介質(zhì)的純凈度極高，在傳輸過(guò)程中信號(hào)的損耗衰減極低（當(dāng)光波長(zhǎng)λ=1.55μm，衰減可降至0.2dB/km）；石英絕緣性能好，抗電磁干擾能力強(qiáng)，這是無(wú)線通信所不能比擬的；且光纖不會(huì)銹蝕，耐高溫、耐高壓，化學(xué)穩(wěn)定性好。在光纖通信過(guò)程中，光波信號(hào)不可能跑出光纖，因此光纖通信安全保密。

光纖通信系統(tǒng)由電端機(jī)、光發(fā)送端機(jī)、信道（光纖線路、中繼器）、光接收端機(jī)以及無(wú)源器件組成。光纖通信的原理是：在發(fā)送端利用電端機(jī)把需要傳送的信息數(shù)據(jù)（如話音、圖像）轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字復(fù)接，然后調(diào)制到光發(fā)送端機(jī)發(fā)出的光束上，變電信號(hào)為光信號(hào)（光束強(qiáng)度隨電信號(hào)頻率變化而變化），再將光信號(hào)送入信道（光纖）經(jīng)過(guò)光的全反射原理傳送；在接收端的光接收端機(jī)檢測(cè)器收到光信號(hào)后，再用電端機(jī)將光信號(hào)變換成電信號(hào)，經(jīng)解調(diào)后恢復(fù)原信息。

2 光纖通信技術(shù)在鐵路通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

鐵路通信系統(tǒng)線路長(zhǎng)、投資成本高、建設(shè)難度大。在計(jì)劃時(shí)代，鐵路通信系統(tǒng)以電纜為主，無(wú)線為輔；但我國(guó)缺乏銅礦，難以為電線通信網(wǎng)提供充足的材料；而鐵路無(wú)線通信又易受電氣化鐵路的電磁干擾，這些問(wèn)題一直長(zhǎng)期困擾著鐵路通信系統(tǒng)建設(shè)。

1970年代末，美、日、德等發(fā)達(dá)國(guó)家開始在鐵路通信中應(yīng)用光纖通信技術(shù)，引起我國(guó)鐵路通信技術(shù)人員的注意。1980年代初期，原鐵道部啟動(dòng)鐵路光纜、數(shù)字通信的研究試點(diǎn)。1980年在北京東郊環(huán)行線進(jìn)行了首次光纖通信抗電氣化鐵路電磁干擾試驗(yàn)，取得了良好效果。1988年原鐵道部修訂《鐵路主要技術(shù)政策》，將“鐵路通信系統(tǒng)電纜為主、無(wú)線為輔”修改為“大力發(fā)展光纜”；1994年，原鐵道部再次修訂《鐵路主要技術(shù)政策》，提出“干線鐵路通信以光纜傳輸為主”。

光纖通信技術(shù)在國(guó)內(nèi)鐵路通信系統(tǒng)中的應(yīng)用經(jīng)歷了3個(gè)階段，在應(yīng)用中逐步走向成熟。

2.1 PDH光纖通信技術(shù)

1980年代，大秦鐵路在國(guó)內(nèi)首次應(yīng)用PDH準(zhǔn)同步數(shù)字系列光纖通信技術(shù)。大秦鐵路采用8芯單模光纜，沿鐵路線配置PDH設(shè)備，有6處通信站，14處中間通信站，構(gòu)建了我國(guó)第一條長(zhǎng)途干線光纖通信系統(tǒng)。其后，1988年，北京-保定段光數(shù)字通信工程建成；1989年，重慶鐵路樞紐綜合光纜工程建成，都采用了PDH技術(shù)。

PDH光纖通信系統(tǒng)在數(shù)字通信網(wǎng)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)上都設(shè)備有高精度時(shí)鐘，但這些時(shí)鐘的信號(hào)還是有一些細(xì)微的差別，不能實(shí)現(xiàn)完全同步，故名“準(zhǔn)同步”。PDH系統(tǒng)主要為話音業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)，傳輸線路為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。

隨著時(shí)代的演進(jìn)，鐵路通信網(wǎng)絡(luò)日趨復(fù)雜，而PDH點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸方式缺乏網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞撵`活性；且隨著通信業(yè)務(wù)的發(fā)展，鐵路通信系統(tǒng)需要傳送的信息日益多元化，不僅需要傳送話音，而且需要傳送文字、數(shù)字、圖像、視頻，而PDH技術(shù)卻無(wú)法傳送多元化信息[ 3 ]；因此，SDH光纖通信技術(shù)逐漸取代PDH。

2.2 SDH光纖通信技術(shù)

SDH光纖通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字信息化同步轉(zhuǎn)化，SDH采用統(tǒng)一的接口與統(tǒng)一的比特率，大大加強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)管理能力，且具有很好的橫向兼容性（與PDH完全兼容并容納其它各種業(yè)務(wù)信號(hào)）；SDH采用多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其組成的網(wǎng)絡(luò)非常靈活，并首次應(yīng)用“自愈網(wǎng)”功能（無(wú)需人為干預(yù)，SDH網(wǎng)絡(luò)也能在極短時(shí)間內(nèi)從失效故障中自動(dòng)恢復(fù)通信業(yè)務(wù)）；誤碼少，聯(lián)網(wǎng)成本低。

1990年代，鐵道部在設(shè)計(jì)廣深、京九、鄭徐、蘭新、合九、京沈等線光纜數(shù)字通信系統(tǒng)時(shí)，決定引入SDH技術(shù)；2009年，贛韶鐵路在國(guó)內(nèi)首次應(yīng)用SDH光纖通信技術(shù)；沿鐵路線鋪設(shè)20芯光纜，并連接贛韶鐵路沿線的接收設(shè)備，構(gòu)建了我國(guó)第一條SDH鐵路光纖通信系統(tǒng)。而京九鐵路通信干線全段采用20芯光纜，全長(zhǎng)2？500千米，是我國(guó)最長(zhǎng)的SDH光數(shù)字通信線路。

但SDH系統(tǒng)在傳輸信號(hào)過(guò)程中要加入大量用于OAM功能的開銷字節(jié)，占用的傳輸頻帶大于PDH信號(hào)的傳輸頻帶；指針調(diào)整機(jī)理復(fù)雜，濾除抖動(dòng)較為困難；系統(tǒng)安全性較低，信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性也存在不足；因此，人們又開始研發(fā)新的光纖通信技術(shù)。

2.3 DWDM光纖通信技術(shù)

DWDM，即密集型光波復(fù)用，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是在一根光纖中，多路復(fù)用單個(gè)光纖載波的緊密光譜間距，把不同的光波波長(zhǎng)同時(shí)進(jìn)行組合和傳輸。PDH與SDH傳輸光信號(hào)的方式都是“一纖一波”，而DWDM傳輸光信號(hào)的方式是“一纖N波”，這樣就變一根光纖為多條虛擬光纖，最大限度地利用了光纖的傳輸性能；增加了傳輸容量（與單波長(zhǎng)傳輸相比，DWDM技術(shù)可以將傳輸容量增加幾百倍），提高了傳輸速度，并節(jié)約了大量設(shè)備成本。

1990年代，DWDM投入商用。2000年以來(lái)，鐵路通信系統(tǒng)引入DWDM光纖通信技術(shù)，相繼建成京滬穗、東南、東北、西南、西北五大DWDM光傳輸網(wǎng)絡(luò)環(huán)，覆蓋我國(guó)“八縱八橫”鐵路網(wǎng)。2002年4月，西北環(huán)DWDM傳送網(wǎng)投入試運(yùn)行，該網(wǎng)沿京廣線、包蘭線、京包線、承海線、石太線、寶中線覆蓋六個(gè)省、三個(gè)自治區(qū)及一個(gè)直轄市，長(zhǎng)度超過(guò)1萬(wàn)千米；其每對(duì)光纖復(fù)合40波光通道，每個(gè)光通道又可承載每秒10GB的通信容量，大幅增加了光纖傳輸容量[ 4 ]。

3 結(jié)論

今天，我國(guó)鐵路通信系統(tǒng)正在向智能化、數(shù)字化、寬帶化、多元化方向發(fā)展。而我們也需要研究如何在鐵路通信系統(tǒng)中推廣、應(yīng)用光纖通信技術(shù)，以進(jìn)一步提升鐵路通信能力，推動(dòng)鐵路通信系統(tǒng)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

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