發布時間：2023-03-10 14:54:15
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們為您精選了8篇的光通信論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發，請盡情閱讀。
（一）普通光纖
普通單模光纖是最常用的一種光纖。隨著光通信系統的發展，光中繼距離和單一波長信道容量增大，G.652.A光纖的性能還有可能進一步優化，表現在1550rim區的低衰減系數沒有得到充分的利用和光纖的最低衰減系數和零色散點不在同一區域。符合ITUTG.654規定的截止波長位移單模光纖和符合G.653規定的色散位移單模光纖實現了這樣的改進。
（二）核心網光纜
我國已在干線(包括國家干線、省內干線和區內干線)上全面采用光纜，其中多模光纖已被淘汰，全部采用單模光纖，包括G.652光纖和G.655光纖。G.653光纖雖然在我國曾經采用過，但今后不會再發展。G.654光纖因其不能很大幅度地增加光纖系統容量，它在我國的陸地光纜中沒有使用過。干線光纜中采用分立的光纖，不采用光纖帶。干線光纜主要用于室外，在這些光纜中，曾經使用過的緊套層絞式和骨架式結構，目前已停止使用。
（三）接入網光纜
接入網中的光纜距離短，分支多，分插頻繁，為了增加網的容量，通常是增加光纖芯數。特別是在市內管道中，由于管道內徑有限，在增加光纖芯數的同時增加光纜的光纖集裝密度、減小光纜直徑和重量，是很重要的。接入網使用G.652普通單模光纖和G.652.C低水峰單模光纖。低水峰單模光纖適合于密集波分復用，目前在我國已有少量的使用。
（四）室內光纜
室內光纜往往需要同時用于話音、數據和視頻信號的傳輸。并目還可能用于遙測與傳感器。國際電工委員會(IEC)在光纜分類中所指的室內光纜，筆者認為至少應包括局內光纜和綜合布線用光纜兩大部分。局用光纜布放在中心局或其他電信機房內，布放緊密有序和位置相對固定。綜合布線光纜布放在用戶端的室內，主要由用戶使用，因此對其易損性應比局用光纜有更嚴格的考慮。
（五）電力線路中的通信光纜
光纖是介電質，光纜也可作成全介質，完全無金屬。這樣的全介質光纜將是電力系統最理想的通信線路。用于電力線桿路敷設的全介質光纜有兩種結構：即全介質自承式(ADSS)結構和用于架空地線上的纏繞式結構。ADSS光纜因其可以單獨布放，適應范圍廣，在當前我國電力輸電系統改造中得到了廣泛的應用。ADSS光纜在國內的近期需求量較大，是目前的一種熱門產品。
二、光纖通信技術的發展趨勢
對光纖通信而言，超高速度、超大容量和超長距離傳輸一直是人們追求的目標，而全光網絡也是人們不懈追求的夢想。
（一）超大容量、超長距離傳輸技術波分復用技術極大地提高了光纖傳輸系統的傳輸容量，在未來跨海光傳輸系統中有廣闊的應用前景。近年來波分復用系統發展迅猛，目前1.6Tbit/的WDM系統已經大量商用，同時全光傳輸距離也在大幅擴展。提高傳輸容量的另一種途徑是采用光時分復用(OTDM)技術，與WDM通過增加單根光纖中傳輸的信道數來提高其傳輸容量不同，OTDM技術是通過提高單信道速率來提高傳輸容量，其實現的單信道最高速率達640Gbit/s。
僅靠OTDM和WDM來提高光通信系統的容量畢竟有限，可以把多個OTDM信號進行波分復用，從而大幅提高傳輸容量。偏振復用（PDM）技術可以明顯減弱相鄰信道的相互作用。由于歸零（RZ）編碼信號在超高速通信系統中占空較小，降低了對色散管理分布的要求，且RZ編碼方式對光纖的非線性和偏振模色散（PMD）的適應能力較強，因此現在的超大容量WDM/OTDM通信系統基本上都采用RZ編碼傳輸方式。WDM/OTDM混合傳輸系統需要解決的關鍵技術基本上都包括在OTDM和WDM通信系統的關鍵技術中。
（二）光孤子通信。光孤子是一種特殊的ps數量級的超短光脈沖，由于它在光纖的反常色散區，群速度色散和非線性效應相互平衡，因而經過光纖長距離傳輸后，波形和速度都保持不變。光孤子通信就是利用光孤子作為載體實現長距離無畸變的通信，在零誤碼的情況下信息傳遞可達萬里之遙。
光孤子技術未來的前景是：在傳輸速度方面采用超長距離的高速通信，時域和頻域的超短脈沖控制技術以及超短脈沖的產生和應用技術使現行速率10~20Gbit/s提高到100Gbit/s以上；在增大傳輸距離方面采用重定時、整形、再生技術和減少ASE，光學濾波使傳輸距離提高到100000km以上；在高性能EDFA方面是獲得低噪聲高輸出EDFA。當然實際的光孤子通信仍然存在許多技術難題，但目前已取得的突破性進展使人們相信，光孤子通信在超長距離、高速、大容量的全光通信中，尤其在海底光通信系統中，有著光明的發展前景。
（三）全光網絡。未來的高速通信網將是全光網。全光網是光纖通信技術發展的最高階段，也是理想階段。傳統的光網絡實現了節點間的全光化，但在網絡結點處仍采用電器件，限制了目前通信網干線總容量的進一步提高，因此真正的全光網已成為一個非常重要的課題。
全光網絡以光節點代替電節點，節點之間也是全光化，信息始終以光的形式進行傳輸與交換，交換機對用戶信息的處理不再按比特進行，而是根據其波長來決定路由。
目前，全光網絡的發展仍處于初期階段，但它已顯示出了良好的發展前景。從發展趨勢上看，形成一個真正的、以WDM技術與光交換技術為主的光網絡層，建立純粹的全光網絡，消除電光瓶頸已成為未來光通信發展的必然趨勢，更是未來信息網絡的核心，也是通信技術發展的最高級別，更是理想級別。
三、結語
光通信技術作為信息技術的重要支撐平臺，在未來信息社會中將起到重要作用。雖然經歷了全球光通信的“冬天”但今后光通信市場仍然將呈現上升趨勢。從現代通信的發展趨勢來看，光纖通信也將成為未來通信發展的主流。人們期望的真正的全光網絡的時代也會在不遠的將來到來。
參考文獻：
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1.1選擇良好施工環境
為了進一步保證光纜線路敷設的質量，要注意選擇良好的施工環境，選擇在氣溫適中時進行施工，當氣溫過冷和過熱時，要進行相應的保溫和降溫措施，另外在空氣中塵土較多的大風天要停止作業，避免在敷設過程中受到塵土的污染。
1.2施工人員選擇
在進行光纜敷設施工時，首先要選擇具有一定經驗和資格的人員進行施工，并且建立良好的通訊基礎，因為許多人為的因素很可能會影響光纜線路敷設的質量。
1.3施工注意事項
在進行光纜敷設時，除了按照相關設計規范施工外，還應注意以下幾方面。首先要注意光纜的彎曲半徑不能小于外徑的20倍。其次要注意牽引的過程，在牽引時要控制好牽引的速度，通常控制在每分鐘10米左右，而且牽引的長度要控制好，不能太長。在牽引時要將主要受力點選擇在加強芯上，而且牽引張力不能過大，通常不能超過設計值的80%，而且在啟動階段的瞬間牽引力不能超過設計值。最后要注意對溝槽回填時，避免一些石塊等雜物進入溝槽內，先回填一層細土，在利用人工踩平后再將原土進行回填。
1.4光纜接續
通常每一段光纜的長度在2千米，所以在整個敷設過程中要進行多次的光纜接續，能否處理好光纜接續對于整個工程的質量是非常關鍵的，光纜接續工作可以分為兩部分進行，一方面是光纖接續，另一方面是護套接續，以下對光纖接續的幾個關鍵點進行詳細分析。
（1）光纖端面處理，在制備的過程中首先將涂覆層去掉，這個過程要保持光纖的平穩，操作時間要短，在涂覆層去掉后對裸纖進行清理，最后進行斷面切割，在斷面切割時要準備好清潔的切割刀，切割面與光纖垂直而且沒有破損和毛刺。
（2）光纖熔接，在進行熔接時要保持光纖的平穩，光纖的端面要保持清潔，不能與其他地方接觸，而且熔接時兩個端面的距離要掌握適中。
（3）是熔接質量的控制，在光纖熔接過程中，通常會由于一些干擾因素使熔接質量受到影響，所以在熔接時一定要做好監測工作，在發現熔接不合格時及時重新進行。
（4）減少損耗，在光纜接續時有許多的影響因素會造成損耗增加，通過選擇性能較好的工具，在熔接過程中及時去除熔接設備和切割刀的槽中碎末，可以降低光纖的損耗。
2光纜線路敷設后的測試階段
在光纜線路敷設完成后，要對光纜進行測試，通過背向散射曲線的方式來檢驗光纖的連接是否穩定，光纖的整體衰減程度是否均勻，在光纖上是否存在損傷。在光纖測試時要對光時域反射儀的參數進行設置，不合理的參數將無法達到測試的目的，除了常規參數外，需要設置的關鍵參數為折射率、余長系數、距離范圍和脈沖寬度，以下對其進行簡要分析：折射率能夠決定測試的最終精度，余長系數要充分考慮光纜長度與光纜中光纖長度的差。距離范圍的設置要大于測試光纖的長度，通常選擇為測試光纜長度的1.5-2倍。短脈沖能夠提高分辨率，適合于長度較短的光纖，長脈沖可以提高動態范圍，適合于長度較長的光纖。
3光纜敷設的規定
光纜敷設的規定需要做到實處，只有真正按照規定做好光纜敷設，才能夠真正確保光纜線路的質量。下文中，筆者簡要分析光纜敷設的相關規定。
第一，需要考慮光纜敷設的靜態彎曲半徑。從理論上來說，光纜敷設的靜態彎曲半徑需要大于光纜外徑的15倍，在實際的施工過程中，光纜敷設的動態彎曲半徑需要大于光纜外徑的20倍。只有這樣，才能夠確保光纜敷設工作的正常開展。
第二，就筆者的研究來看，在實際是施工過程中，相關工作人員需要注意，布放光纜的牽引力不能超過允許張力的百分之八十，而最大的牽引力也需要在張力的控制范圍內才可以。
第三，在安置光纜的過程中，一定要確保光纜不會出現扭曲、浪涌等狀況。從理論上來說，光纜的安置一般都是通過弧形的狀態來安置的，盡量不要出現安置光纜過程中出現急彎的情況。
本課程內容分為：光通信基本理論、光纖通信基本原理、光纖通信新技術特征等三大部分.主要內容為：緒論、光纖發展、光波導理論與光纖特性、光纜及工程應用、光發送與接收、光無源器件、光放大器、光纖通信系統與設計等.采用的教學方法以課堂教學為主，輔以實習實訓等.授課對象為我校本科專業自動化、通信工程、電子信息工程等專業，授課理論學時54，實習實訓18，各教學環節學時分配從近4年的教學看，大家普遍認為該課程理論較難、實訓操作難、而且理論與實訓結合較少.導致大學生們對該課程缺乏學習的主動性、積極性，不利于專業技能人才的培養.作者根據近4年的經驗和學生獲取該課程的知識、技能的效果，從課程的教學內容、教學方法、手段及見習實訓等幾個方面提出教研教改的意見.
2光纖通信課程理論教學
針對同學們反映本課程中難懂的理論知識、課前我補充了一些基礎知識.比如光波導理論、高等數學、光電子技術、電磁學等知識在該課程中要用到的重要理論.列出一些參考書目供學有余力的同學選讀，比如楊祥林編著的《光纖通信系統》，北京郵電大學出版社出版的顧畹儀編著《光纖通信系統》教材.我們采用多種方法分析一些抽象概念，逐步闡述.例如，光纖傳輸的波動理論是光纖通信理論中的一個重要內容，通常采用的方法就是波動方程和電磁場表達式求解，其過程繁雜，同學們很難將推導出的理論結果和實際上的物理意義對應.因此在該部分的教學中采用先引入并重點講解波導、導波等概念的方法，然后解釋傳輸模式，不同的模式對應不同的傳播角，產生不同的離散模式是由于光波在芯區和包層分界面上發生反射時產生相位移動引起的，在理解概念的基礎上，再運用特征方程理論推導出結論.充分利用多媒體的優勢，多媒體PPT教學與傳統教學模式相結合，以便提高教學質量.結合該學科的實際，作者制作了適合實際情況的PPT課件，課件的教學效果良好，比如在講解數字光纖通信系統組成的時候，結合PPT課件圖，直觀、形象生動的看出了系統由光發射機、光纖光纜、中繼器與光接收機等基本單元組成.此外還包括一些互連與光信號處理器件，如光纖連接器、隔離器、調制器、濾波器、光開關及路由器、分插復用器ADM等.
3光纖通信實訓教學環節
本課程的實訓環節除了安排常規的8個實驗，模擬信號電—光、光—電轉換傳輸實驗、數字信號電—光、光—電轉換傳輸實驗、光發送、接收模塊實驗、光纖無源器件特性測試實驗、數字光發送接口指標測試實驗、光纖傳輸特性測量實驗波分復用（WDM）光纖通信系統實驗等.另外，筆者引入了OpticSimu仿真實訓軟件，該軟件恰好可以克服以上硬件實驗平臺的不足，可以方便地配置各種光纖通信系統和網絡，形象地得到仿真實驗結果，配置各種光纖通信系統和光網絡，仿真其傳輸性能，方便、形象地獲得系統和網絡中各點的光譜、波形、眼圖、光信噪比和接收靈敏度.軟件界面如圖2所示.圖3是利用原子功能器件搭建的光分插復用器（OADM）和光交叉連接（OXC）結構.運用OADM和OXC，構建WDM光網絡，并對其進行傳輸性能仿真，為光網絡的設計和規劃提供參考.
4結束語
世界各國光纖到戶的最新進展
日本是世界上對FTTH最熱心,發展最快的國家。表1是日本總務省對包括光纖到家的各種寬帶接入網情況。
表1日本寬帶網的發展情況(數據來源:日本總務省(MIC),2005年7月)
日本FTTH的發展領先,除了政府主導,運營商積極響應的原因之外,還有網絡與技術方面的原因。日本網絡中的用戶環路普遍較短,同時在饋線部分原來存有大量的暗光纖,這為實施FTTH提供了方便。在技術方面,日本開發了自己的PON標準,沒有等待ITU的FSAN標準。由于日本的標準中采用了低成本的以太網技術,為部署FTTH較早地提供了技術條件。
美國在寬帶和FTTH建設方面并不領先。在寬帶部署方面,美國排名11,落后于韓國、加拿大、瑞典等國。但由于用戶的需求、FTTH成本的下降以及競爭與持續發展的需要,美國在管制和稅收方面已經或正在推出一系列的優惠政策。為了宣傳、推動和加速FTTH的發展,美國還新成立了一個非盈利的組織——FTTH協會,其成員包括通信公司、計算機公司、網絡公司,以及應用、內容與服務提供商等。到目前為止,美國的FTTH建設大潮中已涌現出:新興的房地產開發商、市政當局、國有電力公司、競爭本地運營商(CLEC)和小型傳統本地運營商(ILEC)等眾多單位的身影。房地產開發商之所以搞FTTH是因為他們發現,敷設光纖與敷設同軸電纜,雖然多花些錢,但FTTH更有利于其房屋的銷售。市政當局指定了美國1900多個小社區,它們都擁有自己的電力公司,路線和電桿,在財政上又能得到普遍服務基金(USF)的補貼,所以它們也興建FTTH。美國電信業協會(TIA)和FTTH協會最近聯合宣布,美國的光纖社區已經增加到128個,分布在32個州。FTTH用戶明顯增加,平均用戶定購率超過40%,在某些社區甚至達到75%。
歐洲曾經是光纖接入網試驗與部署最早的地區。英國、德國從80年代末就開始試驗和計劃部署FTTH,但是由于成本和技術的不成熟以及需求跟不上,早期用PON部署FTTH失敗了。到2002年底,歐洲有2個FTTH運營商有比較可觀的用戶,它們是瑞典的B2公司和意大利的e.biscom公司,前者有7萬多個住宅用戶,后者有9萬多個住宅用戶。
從全球看,據Dittberner公司分析,到2013年光纖接入技術的全球投資將從2004年的37億美元增加到228億美元。亞太地區將成為全球最大的FTTH市場,占全球總市場的52.8%(即120億美元)。中國將占到亞太地區市場的將近一半(46%)。中國和印度在未來幾年內將成為FTTx的主要投資者。在中國,PON的部署已經開始,網通、電信等運營上正在和各FTTH方案提供商合作在北京、武漢、杭州等大中城市中推廣應用,并逐步覆蓋全國范圍。
我國發展光纖到戶存在的主要問題
FTTH是寬帶接入的重要發展方向,FTTH是光通信產業發展的新亮點,它涉及到器件、系統、網絡技術和經濟、維護、應用、標準以及法規等多方面,對我國電信運營業和制造業既是機遇也是挑戰。目前阻礙我國FTTH產業發展的主要問題有以下幾點。
1.市場需求的培育發展和產業鏈的形成尚需時日
FTTH除了提供高帶寬外,更重要的是運營商能提供什么具體服務內容讓用戶需求更高的帶寬,使得在既有寬帶接入技術無法滿足之下,推動用戶走向光纖到戶。然而,根據今年7月的《2005年中國5城市互聯網使用現狀及影響調查報告》,用戶上網經常使用的服務為看新聞,搜尋引擎,電子信箱,這些服務所需之帶寬小,而高帶寬服務如視頻會議、VOD、多媒體娛樂使用之比例則偏低。因此,在ADSL已可滿足現有帶寬使用量的市場環境下,高帶寬服務的需求引導和普及情況還需要時間。
在寬帶產業中,內容提供商、網絡運營商、最終用戶構筑了一個應用服務產品的價值鏈。在運營層面之下是眾多的軟件開發商、終端設備制造商、系統集成商以及和它們相聯系的政府、金融、媒體、市場、咨詢和服務構建的一個完整的產業鏈。如何聯合產業鏈條上各個環節,共同建設一個“寬帶產業生態圈”需要時間和努力。
2.運營商不積極成為FTTH發展的另一個約束
關于FTTH應該由誰來承建的問題也是不容忽視的。FTTH究竟由誰來建,是由建筑方本身還是由某個運營商,是由建筑方選定某個運營商還是由政府來決定,在FTTH普及之前,這些問題都有待解決。總體而言,現階段的FTTH發展仍處于試驗推廣階段,仍未實際商用化,且在整個推廣過程中,FTTH作為寬帶接入技術的一種,在國內市場xDSL的強勢競爭下,在與xDSL競爭內部資源分配時處于較不利的地位,影響運營商對FTTH的投資,不僅測試計劃零星,且多由大城市的駐地運營商主導,缺乏美、日運營商般全盤的資源整合與推廣,造成示范工程的進行多由光通訊廠商或其它電信服務商主持,運營商則為被動配合角色,在缺乏運營商大力支持下,國內FTTH推廣力度還不夠強勁。.技術和成本瓶頸
首先從技術層面來講,目前廣泛采用的ADSL技術提供寬帶業務有一定的優勢,與FTTH相比,價格便宜,利用原有銅線網使工程建設簡單,對于目前500kbit/s~1mbit/s影視節目尚可滿足需求,是FTTH目前推廣的主要競爭對手。
從全球范圍看,在寬帶用戶中,66%的用戶采用xDSL,在中國這個比例更是高達90%。作為寬帶接入理想方式的FTTH,一直沒有得到大規模發展的最主要原因就是光纖接入的成本依然比較高。由于光電子器件價格昂貴等因素的制約,FTTH難以普及,我們目前只是在骨干網采用光纖傳輸,而在“最后一公里”的接入層面采用以太網等多種接入方式。正如簡水生院士所言“研制廉價的光電子器件是實現光纖到戶的重要任務”。
在日本,FTTH價格與ADSL比要有競爭力,日本光纖到戶的負擔費用和ADSL相差無幾,FTTH的月租約3000日元,相當于國內吃2次肯德基的費用,且初裝費全免。而在國內初裝費用和運行費用還沒有具體的方案,還沒有探索出能為我國網民接受的價格。
4.政府政策和法規相對滯后,各項標準還沒有出臺
目前我國推廣光纖到戶的發展基本處于各自為戰的狀態,各個地方政府政策各不相同,零星破碎,有的地方根本還沒有鼓勵優惠政策。總之,政府缺少一個宏觀的引導和完善的產業政策。此外,有關因特網相關的版權法規也有很多工作要做。
雖然國際電信聯盟和美國等相繼出版了關于FTTH的各項標準,但是我們如何結合本國實際情況,制定FTTH的技術規范和建設標準仍有待努力,這些都是至于我國FTTH走向商用的制約因素。
我國FTTH發展的出路和發展策略
1.完善各項技術標準和政府政策法規
標準化工作對FTTH產業發展和降低初裝成本和維護成本有直接的影響。接入系統與國情密切有關,在積極參與國際標準化工作同時應加強開發適合我國國情的FTTH系統標準,包括體系結構、光纖類型、使用波長、匯聚層傳輸技術、接口要求、性能指標、性能監視、網絡管理、關鍵光器件和模塊指標、安裝操作指南等。盡早制定大樓內包括室內光纖布線規定,用以指導新建建筑物的建設,為FTTH留有應用的余地。另外,FTTH的應用再次提出了接入線路敷設權問題、競爭環境下如何避免重復建設問題,對此電信法或電信管理條例應有所規范。
在國內FTTH的建設、發展上,素有“中國光纖之父”美稱的趙梓森院士一針見血的指出:制約FTTH的發展因素不是技術問題而是社會問題。光纖發展到家庭需要政府的支持,不但要制定與因特網相關的版權法規而且還要制定對FTTH建設的優惠政策。例如:采用光纖建網可減免稅;出臺相關鼓勵政策推動建設光纖到家庭;政府出面協調各方利益協調,同時發揮市場杠桿作用,讓個運營商跳出狹隘利益紛爭,積極投入到FTTH的試用(FieldTest)和商用。政府也要出整的FTTH示范和發展計劃,驗證FTTH技術和產品的成熟性,未來大規模應用FTTH打下基礎。
政府應積極出臺相應法規,旨在打破電信業務壟斷和消除行業壁壘。光纖傳輸容量幾乎是無限的,FTTH為用戶提供綜合業務接入不僅是技術上的需要也是提高其投資效益的必經之路,而在我國現有電信運營許可制度下,FTTH為用戶提供綜合業務接入將非常困難,這無疑將嚴重阻礙我國FTTH接入技術推廣普及。由此可見,打破電信業務壟斷和消除行業壁壘是我國FTTH接入技術推廣普及的迫切需要。
2.積極引導和培育市場需求,形成生態產業鏈
根據CNNIC第16次“中國互聯網絡發展狀況統計報告”顯示,目前寬帶用戶的網絡速度滿意度較低,見表2。這說明,FTTH的高寬帶是客戶的需求。
表2.現有網絡的滿意度調查
又根據目前網民上網主要集中看新聞,搜索引擎,電子郵件的使用,這就需要我們設法引導他們轉向需要更寬帶寬要求的VOD,遠程診療,視頻會議等服務和應用。
眾所周知,目前FTTH的設備價格還非常高昂,往往一線售價1000美元以上。據了解,在美國FTTH用戶每戶每月服務費也約為80~100美元,電信運營商的FTTH網絡一般兩三年可以收回投資。但在中國,情況則完全不同。目前,在國內不少城市,由于激烈的市場競爭,ADSL和基于5類線的LAN寬帶接入使用費逐年下降,例如筆者所在城市杭州富陽已降到每年300元以下,個別月使用費較高的地區,如南京也只有880元/年。基于這種寬帶接入服務的資費水平根本無法支撐FTTH網絡建設和運營,其投資效益可想而知,這是我國電信運營商普遍缺乏熱情推廣FTTH的最根本原因。可見,在我國推廣FTTH應用,除開發低成本的FTTH接入技術與設備外,還應該把市場推廣的突破口選擇在如別墅區、高檔住宅區和高級寫字樓(FTTO)等目標市場。因為,現有寬帶接入技術很難滿足這類目標市場對寬帶接入遠距離、高帶寬、專線接入的要求,同時這些用戶對寬帶接入具有較高的消費能力,運營商可以根據FTTH能提供高帶寬、專線接入優質服務特點適當提高寬帶接入月使用費,提高FTTH接入網絡投資效益。
FTTH在中國發展的初期階段需要進行市場細分,針對特定市場進行耕作,集中力量開發集群式新客戶和ARPU較高的大客戶。
另外,在FTTH產業的發展過程中,運營商、制造商、內容提供商等想靠一己之力做大市場是不可能的,只有產業鏈上各方緊密合作,才能有效拓展市場。
3.FTTH業務提供應循序漸進,選擇適合我國FTTH發展的技術
目前全球500萬線的FTTH用戶中,90%以上的FTTH接入網絡只提供Internet寬帶接入業務,因為FTTH提供傳統固定電話成本遠遠高于現有固定電話技術成本,追求FTTH全業務接入(同時支持寬帶上網、有線電視CATV接入和傳統固定電話接入,即所為三網合一)在我國還存在行業壁壘,即電信運營商不允許經營CATV業務,反之CATV運營商不許經營傳統電信業務(如電話),而且這一現狀在未來相當一段時間內無法改變,因此單一運營商無法在FTTH接入網絡提供三網合一業務。雖然,在接入網上,光纖替代各種銅質纜線是必然趨勢,但一夜之間光纖就徹底替代銅質纜線,所有業務都通過光纖接入是不現實的,也是無法想象的。在推進FTTH過程中,我們必須照顧到傳統固網運營商的利益,也要考慮現有的金屬線資源,實現平緩過渡。
數據高速傳輸，需有較大的總線傳輸容量，且還必須保證外界噪聲不會影響到該系統。在高速數據采集系統中應用光纖通信網絡，不僅可滿足高寬帶的需要，且與光纖信號均不會被外界噪聲影響的特點相符合，最終可完成數據采集及傳輸。光纖通信網絡在高速數據采集系統中的應用優勢主要包括:(1)光波傳輸容量較大、頻率較高。(2)具有良好保密性，不會受到電磁干擾。(3)信號不輕易衰減，具有較長的中繼距離。(4)低廉、豐富的光纖材料來源，能夠節省眾多有色金屬，且光纖材料重量輕、直徑小，并具有良好地可撓性。隨著現代通信網絡的擴充、建設及提速，對光纖材料的需求也隨之不斷增長［3］。
2在高速數據采集系統中的應用
2.1高速采集模塊
將Atmega168芯片應用于系統主控制器中，時鐘時序由CPLD產生，實現對高速數據的控制及采集，數據采集模塊具體方案如圖1所示。高速數據采集系統運行原理為:通過傳感器將模擬量信號中攜帶的物理量信息進行電壓量的轉化，再通過ADC轉換模塊以數字電壓量代替模擬電壓量，進而實施數據的采集、存儲、傳輸及處理。由CPLD和AVR共同控制完成高速數據采集系統，并對所采集到的模擬信號實施模數轉換后，在FIFO中緩存結果，再在Flash陳列中進行轉存與保存。整個系統工作過程中，FIFO既具有緩存作用，還可使A/D對相關數據位數進行轉換的匹配問題得到全面解決，有效調整了與Flash存儲器中所包含的數據線位數。
2.2控制程序設計
在高速數據采集系統中，編程采集功能的實現選用兩條通道實施時鐘分析，若控制信號屬于低電平狀態，觸發采集，8路數據通道存儲采集到的數據，EOC電平逐漸下降［5］。在數據采集過程中，所有通道均具有相同的工作原理，且最終都在存儲區中存入所采集到的數據。以此為基礎，在CPLD中載入相關程序，系統性調試電路，同時實施8通道的數據轉換及控制，所產生出的波形如圖2所示。由此可見，1、3、4、5四路將8個連續脈沖分別產生出來，且具有準確的時序位置，即控制器可同時對8路信號進行采集與控制，不會發生時序或邏輯方面的錯誤［6］。因此，光纖通信網絡應用于高速數據采集系統中的采集程序符合設計要求，依照所采集的脈沖寬度，能夠將系統采集速度最高值為10Mbit·s－1計算出來。采用電光調制將采集到的數字信號進行成光信號的轉換，并于光纖通信網絡中實施加載，再采用光纖通信網絡將所采集的數據傳輸至高速數據主控制系統中。
2.3外接存儲器設計
光纖通信網絡在通過光的形式與模塊接入后，其數據速率比FPGA數據處理能力高，為了能夠實現準確、實時地傳輸信號，故設計外接存儲體是必要的。多累存儲器在市場中有多種，其中主要包括DDRSDRAM、SDRAM、VCM、DRDRAM等。根據光纖通信具有高速率、大數據量等特征，再與總體硬件設計相結合，該系統選用DDRSDRAM。DDRSDRAM通過雙倍速率結構增加對所采集數據進行高速讀取的能力，此雙倍速率結構中的所有時鐘周期均會實施讀寫操作，從而達到雙倍數據讀寫速度的效果。此外，控制命令、數據及地址被寄存在不同的時鐘跳沿，所以DDRSDRAM必須精準的對時鐘進行判斷。為與該要求相滿足，時鐘信號于DDRSDRAM中通過雙端差動實施數據傳輸，即CK#與CK.在CK變高、CK#變低的情況下，會認定CK為上跳沿;而若CK變低、CK#變高的情況下，會有時鐘CK下跳沿的認識。時鐘CK上跳沿對控制命令與地址予以寄存，可將所采集的數據進行高、低劃分，并分別存儲在時鐘上下跳沿。DDRSDRAM在高速數據采集系統中的工作原理，如圖3所示。與系統中數據存儲容量要求與處理速度相結合，選用現階段技術較成熟的HY5DU(L)T芯片。該芯片擁有32MB的容量，16位的數據總線寬度，芯片在最佳狀態下的數據吞吐率最大值為2×16×166×106=5.312Gbit·s－1。由此可見，DDRSDRAM芯片并不能解決光纖信號網絡速率在10Gbit·s－1時所存在的數據存儲問題［9］。此外，因系統設計難以滿足DDRSDRAM芯片速率最高值，故為了確保外部存儲器余量充足，可通過4片芯片并聯模式有效提升數據吞吐力，使其達到21.248Gbit·s－1。
3系統測試
在對基于光纖通信網絡的高速數據采集系統進行性能測試時，需通過對已知信號進行采集，并將信號存儲后，對比已知信號，最終完成測試。具體測試步驟為:通過光通信協議儀將特殊信號發送出去，達到9.953Gbit·s－1的信號速率，15520Byte的幀長，為便于分析信號，需對信號幀同步碼設置成“F6F6F6282828”的序列，將0設置在幀頭剩余部位，并將5設置在幀內剩余部位，由此避免對信號實施直接擾碼與傳輸。在對光信號接收后，系統應該實施光電降速與轉換處理，由系統中的FPGA對數據及時鐘實施接收，對其相應處理后轉入外部存儲器實施緩存［10］。數據存滿外部存儲器后，可暫停采集數據，根據順序對外部存儲器數據實施重新讀取，在計算機系統中送入千兆以太網接口實施統計對比分析。試驗結果得出數據幀同步碼，即“F6F6F6282828”，這些同步碼后有若干個0，所有凈荷均為常數5。試驗結果顯示，發送特定數據和接收數據相同。此外，為對系統誤碼率進行測試，將固定數據轉換為偽隨機碼以做信號凈荷，結果顯示誤碼率在10～12以下。
4結束語
1.1設計原則
巍山變電站是110kV智能變電站，因此在智能變電站的光纖通信系統建立時，需要從總體上考慮光纖系統的可行性和可實現性，在保證傳輸安全的前提下保證數據傳輸的效率，即可靠性。智能變電站光纜的選擇要符合施工的實際情況，光纖的接口應該盡量統一，在施工中要盡量采用新技術。方案的設計要盡可能節約光纜的使用量，提高光纖的利用率，同時要在設計中明確施工目標，從而保證施工效率。在進行光纜的鋪設時要注意光纜的保護等。
1.2光纜的選擇
在智能變電站中，光纜產品的性能決定了智能變電站的通信效率，因此光纜的選擇是其在設計時需要優先考慮的，在實際的工作中要根據實際情況進行光纜的選擇。在智能變電站內數據的傳輸距離長，通常選用單模光纜，以確保數據的準確傳輸；站內各LED之間的通信，則要選用漸變性多模光纜。在進行戶外配電裝置的選用時，對光纜的抗磨損性要求較高，因此大多選用鎧裝型光纜。在光纜的選擇之后，還要進行光纜連接器的選擇，即接入光模塊的光纖接頭。根據使用的光纜塊不同，光纜連接器的選擇也有不同。該變電站采用光纖代替了二次電纜技術，并且通過智能終端使各項數據可以共享。
2智能光纖通信系統的主要實施手段
2.1光纜線路設計
在進行信息數據傳輸時，為了保證傳輸的穩定性和可靠性，使光纖在各種環境下都能夠進行長期使用，需要將光纖制作成光纜。在進行光纜設計時要對光纜進行足夠的保護，保證光纖不受外界因素的損壞，光纜的材質要選擇重量較輕、便于施工和維護的材料。針對不同的傳輸環境，選擇不同結構的光纜，從而將傳輸的線路進行優化處理。在進行光纜的安裝時，要對光纜之間的擠壓、磨損、扭轉等進行規范操作，清除光纜附近的障礙物，進行電場強度控制，使其感應電場不超過規定值。由于110kV巍山智能變電站光纜的安裝是在高電壓的環境下進行安裝，因此要格外注意人身安全和安裝設備安全，在安裝時要進行安全措施防護，保持作業的安全。要注意施工的環境，在施工結束后要在附近懸掛警示牌和設立相關的標志，及時進行光纜的維護等。
2.2通信系統設計
110kV巍山智能變電站的通信系統主要由傳輸設備、接入設備和電源設備組成，SDH傳輸設備是光纖系統的核心，所有的控制信號都要通過SDH進行轉換才能進行數據的傳輸。PCM接入設備將傳輸設備中的2M信號轉換為可控制傳輸的64K信號，而電源設備是通信系統正常運行的重要保證，只有電源提供穩定的電源，才能保證數據傳輸的可實現性和準確性。在進行通信設備施工時，要對施工人員進行大地放電，消除人體靜電，以防止通信設備的損壞。通信設備對周圍環境的要求很高，要設置專門的通信機房，安裝防靜電地板，同時要保證機房的溫度和濕度恒定，將通信電池和設備相分隔開，以防止火災的發生。巍山智能變電站的設計中采用了全封閉式的組合電器，具有很強的抗干擾功能，智能化遠程遙控可以大大減少人為操縱的風險。
3現階段變電站中光纖通信系統存在的問題
3.1光纜施工安全隱患
在智能變電站建設中，光纖通信作為其主要通信介質發揮出了極大的作用，但是在施工建設中容易出現一系列問題，導致變電站通信質量受到損壞。在導入光纖時接口密封不嚴，使保護鋼管中容易出現積水，造成冬天積水無法排除結冰膨脹，從而造成光纖被積壓，不僅降低了傳輸效率，同時也影響了光纜的安全性。在進行光纜材料的選用時沒有固定的標準，捆綁材料也達不到標準，使光纜在固定時不穩定，余纜容易出現散落的現象，從而造成安全隱患。光纜的材料選用不足，也會造成施工工藝的差異，產品的質量達不到統一的標準，導致同一個智能變電站中出現不同施工工藝的現象。在進行光纜的固定和安裝時，其固定架間隔之間縫隙存在著質量問題，部分型號的光纜固定架間隙不足，導致傳輸的質量和速率下降，固定架和光配機架上下距離不夠充足，使光纜在固定保護套管彎曲過大，使館內光纖造成積壓，從而降低傳輸速率。
3.2材料選擇不規范
智能變電站光纖通信系統涉及到多個專業，施工需要采購的設備數量多，型號也分為很多種類，因此在進行設備采購時針對光纜固定架、配線單元、保護套管等材料的配備要符合施工的要求。但是從巍山智能變電站光纖通信系統的材料選購上看，設備進行采購時常常出現遺漏的現象，設備材料的供應商數目眾多，其產品型號難以統一，給材料的配置帶來了很多的困難。不同型號進行的施工工藝也不相同，造成工程的工藝不規范。
3.3施工人員素質不強
智能變電站光纖通信系統的構建是一個非常復雜的施工工程，施工規模大，項目多，作業環境危險，這就需要施工人員增強安全意識和專業技能，但是現階段很多施工人員不注重技能的提升，不能夠及時掌握新技術，在進行高電壓作業時防護措施不到位，高空作業時沒有配備相應的安全設施，造成人身安全隱患。在進行通信設備的建設時沒有進行大地放電，身上的靜電造成通信設備的損壞等。
4加強變電站站內光纖通信的有效措施
4.1進行變電站初期研究
在進行智能變電站光纖通信系統的構建時，要與相關部門進行溝通，確定系統的可實現性，要對光纜通信建設的目標進行明確，同時優化設計方案，將設備材料的選購、光纜設計數量、安裝方式和投入使用等各界環節進行預算和估量，在設計時要嚴格審核期設備的選用，人員的調配和施工技術的應用也要符合相關的規定。要選擇專業的設備廠家進行設備材料的選購，保證設備的型號一致，將安全隱患在初期研究階段降到最低。110kV巍山變電站的順利實施和政府的支持緊密相連，其各項施工也符合國家的施工要求。
4.2規范施工中的各項操作
在進行光纜的安裝和調試運行時，施工人員要嚴格按照相關的規定進行規范操作，在進行光纜施工時，要以光纜數據傳輸效率最大化和傳輸安全為標準進行光纜的安裝。結合巍山當地的氣候特點，對于施工中出現的客觀因素如天氣原因等要進行及時的調整工期，保證施工的進度和工期。及時將新技術應用到施工建設中，從而讓通信建筑更好地發揮其作用。在建筑中明確責任人和監督人，監督施工按照相關規定操作，保證施工的安全。
4.3加強施工人員的培訓
在進行光纜通信建設時，施工人員的操作是保證系統順利運行的關鍵。要加強對施工人員的技能培訓和綜合素質的提高，不斷提升員工的專業技能水平，讓新技術運用到光纖通信建設中。增強員工的安全意識，在員工進行危險環境作業時，要讓員工配備相應的安全工具，如安全帽等，在進行通信設備建設時，要注意對員工進行大地放電，減少通信設備的損害。建筑單位要及時對光纜進行維護，防止光纜的損壞造成極大的損失。
5結語
光纖通信簡而言之是將原始的電信號轉成光信號進行傳輸，但是實現起來有很多因素要考慮。光纖通信自它的產生之日起，就是為了實現大批量數據的高速傳輸，主要應用于民用通信領域，在各應用領域都有約定俗成的標準，所以要將它引入過來用以實現通信對抗系統的實時串行總線設計，必須進行精心的設計。
1.1物理鏈路的設計
首先是并串、串并轉換集成電路的選取。在通信領域已經有許多高速并串轉換的芯片，但大部分都是面向民用通信領域的通用協議設計的，針對性強，協議架構復雜，不適合串行自定義總線協議的實現。經過一番比對，筆者選取了TI公司的TLK1501芯片。該芯片在應用層是開放式的，應用相對簡單，利于自定義總線協議的實現，便于開發調試。它的串行吞吐速率為0.6～1.5Gbps[2]，已能滿足應用。考慮到PCB布板及實時數據傳輸的需要，選擇800Mbps作為數據傳輸速率。其次是光模塊的選取。光模塊現在已經發展到具有支持波分復用的能力，考慮到引導總線實時只傳輸一種指令，所以選擇單一波長的光模塊即可。目前主要有三種波長的光模塊可以選擇：850nm，1310nm，1550nm。850nm多模光模塊主要應用于短距離傳輸，一般500米以內；1310nm，1550nm光模塊一般應用在單模光纖。考慮到性價比因素筆者選用了某公司的1310nm波長光模塊EO2F-13-311423。該光模塊輸出功率-7dBm左右，靈敏度-21dBm左右，即使光纖轉接有些損耗，整個光纖通路也有比較充裕的動態范圍來保證通信的可靠。TLK1501與EO2F-13-311423間的接口電路見圖1。
1.2TLK1501設計
TLK1501負責整個物理鏈路中數據的并串、串并轉換，是數據高速傳輸的關鍵節點，設計時應注意以下3點。1）時鐘的選取TLK1501有8bit/10bit轉換機制，這樣在FPGA與TLK1501的并行數據端口的16bit數據進入芯片后會轉成20bit數據進行傳輸；反過來推算，16位并行端口的速率應為40MHz。選擇40MHz時鐘時應注意，發送方和接收方TLK1501對時鐘的要求比較高，頻差須在0.01%以內，時鐘的抖動不能超過40ps。設計時將FPGA送給TLK1501的時鐘與并行數據的輸送時鐘盡可能做到同相位，布線長度也盡量相近。2）收發的同步設計TLK1501只有進入同步狀態后才能正常傳輸數據，它有兩種方式發送同步碼，一種是TX-EN、TX-ER為00時發送端強制發送同步碼；另一種是當LCKREFN為高時，TLK1501內部狀態機自動控制發送同步碼。本設計采用的是第一種同步設計。FPGA首先控制TX-EN、TX-ER為00，產生IDLE碼字，一段時間之后傳輸正常的數據，接收模塊根據接收到的幀同步信號判斷鏈路是否同步。如果鏈路同步，可以發送正常數據。如果鏈路失同步，則再產生IDLE碼字，等待重新進入同步狀態。3）PRBS測試為了使整個光通信鏈路的調試進展順利，可以先在每個用戶端口對TLK1501的收發進行PRBS回環測試，如回環測試有問題，可能是因為時鐘抖動太大，或電源不穩定，需改進設計。在每個用戶的TLK1501分別通過測試后，可以進行兩個用戶間的PRBS測試，驗證用戶間的兩個時鐘是否匹配，如兩個用戶間PRBS測試通過，就可以進行高速光纖串行通信總線的測試了。
1.3傳輸協議的設計
信息交換幀由幀頭、幀長度、命令碼、引導信息、校驗字、幀尾等字段組成，幀格式定義見表1。幀的基本組成為字，每個字為16bit，即2個字節，正好匹配TLK1501芯片并行數據端口的數據位數，位定義符合TLK1501芯片的數據總線定義。幀頭與幀尾各有3個16比特的字，通信時方便用戶將完整的一幀內容接收下進行解析。對于一些不能丟幀的指令的通信，如圖2所示，可由ACK校驗和握手機制[3]來確保重發，圖中T1：1～10μs。若ACK校驗和錯誤，則自動重發；累計重發次數超過5次或是T1超時1s，本次傳輸結束，由上位機決定是否重發。
2高速光纖串行總線測試
兩個設備間用光纖互聯后可以進行高速光纖串行總線的調試與測試，測試框圖見圖3。測試時在兩個設備間定時發送按協議格式簡化的一個幀，包括幀頭、幀尾，幀頭幀尾中間填充有規律的便于觀察統計的測試數據，例：“AA55，55AA，5A5A，0000，0001，0002，0003，0004，5A5A，5AA5，A55A”。圖4是利用QUARTUS軟件自帶的SignalTap抓取的傳輸數據，從圖中的接收數據（ser_data_in）可以看到一個完整的帶幀頭、幀尾，測試數據正確的幀。測試前，可預先在通信板卡的控制芯片例如DSP的程序中增加一段測試代碼，專門用于統計通信的誤碼率。試驗的測試結果比較理想，幾萬次的通信傳輸中未發現誤碼，可見誤碼率是很低的，可以滿足工程應用。
3結束語
采用復用光纖通道時，繼電保護設備輸出的光信號需經過接口轉換設備變換成為標準的能與通信網互聯的E1數字電信號，其互聯復用通道方式中，保護信號與其它信號一起在通信干線上的1對光纖（1發/1收）傳輸，能充分利用光纜的纖芯資源，提高了通道可靠性，是繼電保護信號通道發展的主要方向。這種方式中間環節比專用光纖方式多。對500kV及220kV雙重化的兩套縱聯保護信號傳輸通道一般不適合采用同一光纜，應實現物理上的完全隔離，并且要滿足雙路由、雙設備、雙電源的通道配置規則要求。考慮自愈環傳輸路徑的不同，會產生傳輸時延，因此網管做保護通道2M業務時，不應做自愈環自愈保護，以保證收發路徑相同，從而避免由于傳輸路徑不同而產生時延，發生繼電保護誤動現象。同時中間傳輸站點不應超過5個（2M中轉次數）。
2保護信號在光纖通道的測試
2.1光纖電流差動保護通道測試的必要性
采用光纖通道傳送繼電保護信號時，其穩定、可靠的性能保證了信號準確地將信息傳送到對端。因為通道在傳輸信號中所起的重要作用，所以在投運前和檢修維護中，應對通道的各個環節，包括傳輸設備、通道衰耗、接口裝置、光端機等進行檢測，防止由于通道衰耗大，導致保護裝置不能正常工作。
2.2保護信號在光纖通道的自環測試
（1）專用光纖通道的測試。在建立專用光纖通道時，首先要對光端機的發光功率和光端機的收光功率進行測試后，根據光纜線路的長度，計算通道富裕度是否能滿足要求后，對通道進行自環調試。（2）復用通道的自環測試。因為繼電保護通道多數采用2M電路復用方式，所以對2M通道的自環在施工和維護中經常用到。包括本端光自環、近端2M電口端自環：遠端2M電口端自環，在2M數字通道對通后，由繼電保護人員進行設備裝置調試。
3互聯通道故障排除方法及步驟
