发布时间：2023-03-10 14:54:15
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的光通信论文样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
（一）普通光纤
普通单模光纤是最常用的一种光纤。随着光通信系统的发展，光中继距离和单一波长信道容量增大，G.652.A光纤的性能还有可能进一步优化，表现在1550rim区的低衰减系数没有得到充分的利用和光纤的最低衰减系数和零色散点不在同一区域。符合ITUTG.654规定的截止波长位移单模光纤和符合G.653规定的色散位移单模光纤实现了这样的改进。
（二）核心网光缆
我国已在干线(包括国家干线、省内干线和区内干线)上全面采用光缆，其中多模光纤已被淘汰，全部采用单模光纤，包括G.652光纤和G.655光纤。G.653光纤虽然在我国曾经采用过，但今后不会再发展。G.654光纤因其不能很大幅度地增加光纤系统容量，它在我国的陆地光缆中没有使用过。干线光缆中采用分立的光纤，不采用光纤带。干线光缆主要用于室外，在这些光缆中，曾经使用过的紧套层绞式和骨架式结构，目前已停止使用。
（三）接入网光缆
接入网中的光缆距离短，分支多，分插频繁，为了增加网的容量，通常是增加光纤芯数。特别是在市内管道中，由于管道内径有限，在增加光纤芯数的同时增加光缆的光纤集装密度、减小光缆直径和重量，是很重要的。接入网使用G.652普通单模光纤和G.652.C低水峰单模光纤。低水峰单模光纤适合于密集波分复用，目前在我国已有少量的使用。
（四）室内光缆
室内光缆往往需要同时用于话音、数据和视频信号的传输。并目还可能用于遥测与传感器。国际电工委员会(IEC)在光缆分类中所指的室内光缆，笔者认为至少应包括局内光缆和综合布线用光缆两大部分。局用光缆布放在中心局或其他电信机房内，布放紧密有序和位置相对固定。综合布线光缆布放在用户端的室内，主要由用户使用，因此对其易损性应比局用光缆有更严格的考虑。
（五）电力线路中的通信光缆
光纤是介电质，光缆也可作成全介质，完全无金属。这样的全介质光缆将是电力系统最理想的通信线路。用于电力线杆路敷设的全介质光缆有两种结构：即全介质自承式(ADSS)结构和用于架空地线上的缠绕式结构。ADSS光缆因其可以单独布放，适应范围广，在当前我国电力输电系统改造中得到了广泛的应用。ADSS光缆在国内的近期需求量较大，是目前的一种热门产品。
二、光纤通信技术的发展趋势
对光纤通信而言，超高速度、超大容量和超长距离传输一直是人们追求的目标，而全光网络也是人们不懈追求的梦想。
（一）超大容量、超长距离传输技术波分复用技术极大地提高了光纤传输系统的传输容量，在未来跨海光传输系统中有广阔的应用前景。近年来波分复用系统发展迅猛，目前1.6Tbit/的WDM系统已经大量商用，同时全光传输距离也在大幅扩展。提高传输容量的另一种途径是采用光时分复用(OTDM)技术，与WDM通过增加单根光纤中传输的信道数来提高其传输容量不同，OTDM技术是通过提高单信道速率来提高传输容量，其实现的单信道最高速率达640Gbit/s。
仅靠OTDM和WDM来提高光通信系统的容量毕竟有限，可以把多个OTDM信号进行波分复用，从而大幅提高传输容量。偏振复用（PDM）技术可以明显减弱相邻信道的相互作用。由于归零（RZ）编码信号在超高速通信系统中占空较小，降低了对色散管理分布的要求，且RZ编码方式对光纤的非线性和偏振模色散（PMD）的适应能力较强，因此现在的超大容量WDM/OTDM通信系统基本上都采用RZ编码传输方式。WDM/OTDM混合传输系统需要解决的关键技术基本上都包括在OTDM和WDM通信系统的关键技术中。
（二）光孤子通信。光孤子是一种特殊的ps数量级的超短光脉冲，由于它在光纤的反常色散区，群速度色散和非线性效应相互平衡，因而经过光纤长距离传输后，波形和速度都保持不变。光孤子通信就是利用光孤子作为载体实现长距离无畸变的通信，在零误码的情况下信息传递可达万里之遥。
光孤子技术未来的前景是：在传输速度方面采用超长距离的高速通信，时域和频域的超短脉冲控制技术以及超短脉冲的产生和应用技术使现行速率10~20Gbit/s提高到100Gbit/s以上；在增大传输距离方面采用重定时、整形、再生技术和减少ASE，光学滤波使传输距离提高到100000km以上；在高性能EDFA方面是获得低噪声高输出EDFA。当然实际的光孤子通信仍然存在许多技术难题，但目前已取得的突破性进展使人们相信，光孤子通信在超长距离、高速、大容量的全光通信中，尤其在海底光通信系统中，有着光明的发展前景。
（三）全光网络。未来的高速通信网将是全光网。全光网是光纤通信技术发展的最高阶段，也是理想阶段。传统的光网络实现了节点间的全光化，但在网络结点处仍采用电器件，限制了目前通信网干线总容量的进一步提高，因此真正的全光网已成为一个非常重要的课题。
全光网络以光节点代替电节点，节点之间也是全光化，信息始终以光的形式进行传输与交换，交换机对用户信息的处理不再按比特进行，而是根据其波长来决定路由。
目前，全光网络的发展仍处于初期阶段，但它已显示出了良好的发展前景。从发展趋势上看，形成一个真正的、以WDM技术与光交换技术为主的光网络层，建立纯粹的全光网络，消除电光瓶颈已成为未来光通信发展的必然趋势，更是未来信息网络的核心，也是通信技术发展的最高级别，更是理想级别。
三、结语
光通信技术作为信息技术的重要支撑平台，在未来信息社会中将起到重要作用。虽然经历了全球光通信的“冬天”但今后光通信市场仍然将呈现上升趋势。从现代通信的发展趋势来看，光纤通信也将成为未来通信发展的主流。人们期望的真正的全光网络的时代也会在不远的将来到来。
参考文献：
[1]辛化梅、李忠，论光纤通信技术的现状及发展[J].山东师范大学学报（自然科学版），2003，（04）
[2]毛谦，我国光纤通信技术发展的现状和前景[J].电信科学,2006,(8).
[3]王磊、裴丽，光纤通信的发展现状和未来[J].中国科技信息，2006，（4）：59-60.
1.1选择良好施工环境
为了进一步保证光缆线路敷设的质量，要注意选择良好的施工环境，选择在气温适中时进行施工，当气温过冷和过热时，要进行相应的保温和降温措施，另外在空气中尘土较多的大风天要停止作业，避免在敷设过程中受到尘土的污染。
1.2施工人员选择
在进行光缆敷设施工时，首先要选择具有一定经验和资格的人员进行施工，并且建立良好的通讯基础，因为许多人为的因素很可能会影响光缆线路敷设的质量。
1.3施工注意事项
在进行光缆敷设时，除了按照相关设计规范施工外，还应注意以下几方面。首先要注意光缆的弯曲半径不能小于外径的20倍。其次要注意牵引的过程，在牵引时要控制好牵引的速度，通常控制在每分钟10米左右，而且牵引的长度要控制好，不能太长。在牵引时要将主要受力点选择在加强芯上，而且牵引张力不能过大，通常不能超过设计值的80%，而且在启动阶段的瞬间牵引力不能超过设计值。最后要注意对沟槽回填时，避免一些石块等杂物进入沟槽内，先回填一层细土，在利用人工踩平后再将原土进行回填。
1.4光缆接续
通常每一段光缆的长度在2千米，所以在整个敷设过程中要进行多次的光缆接续，能否处理好光缆接续对于整个工程的质量是非常关键的，光缆接续工作可以分为两部分进行，一方面是光纤接续，另一方面是护套接续，以下对光纤接续的几个关键点进行详细分析。
（1）光纤端面处理，在制备的过程中首先将涂覆层去掉，这个过程要保持光纤的平稳，操作时间要短，在涂覆层去掉后对裸纤进行清理，最后进行断面切割，在断面切割时要准备好清洁的切割刀，切割面与光纤垂直而且没有破损和毛刺。
（2）光纤熔接，在进行熔接时要保持光纤的平稳，光纤的端面要保持清洁，不能与其他地方接触，而且熔接时两个端面的距离要掌握适中。
（3）是熔接质量的控制，在光纤熔接过程中，通常会由于一些干扰因素使熔接质量受到影响，所以在熔接时一定要做好监测工作，在发现熔接不合格时及时重新进行。
（4）减少损耗，在光缆接续时有许多的影响因素会造成损耗增加，通过选择性能较好的工具，在熔接过程中及时去除熔接设备和切割刀的槽中碎末，可以降低光纤的损耗。
2光缆线路敷设后的测试阶段
在光缆线路敷设完成后，要对光缆进行测试，通过背向散射曲线的方式来检验光纤的连接是否稳定，光纤的整体衰减程度是否均匀，在光纤上是否存在损伤。在光纤测试时要对光时域反射仪的参数进行设置，不合理的参数将无法达到测试的目的，除了常规参数外，需要设置的关键参数为折射率、余长系数、距离范围和脉冲宽度，以下对其进行简要分析：折射率能够决定测试的最终精度，余长系数要充分考虑光缆长度与光缆中光纤长度的差。距离范围的设置要大于测试光纤的长度，通常选择为测试光缆长度的1.5-2倍。短脉冲能够提高分辨率，适合于长度较短的光纤，长脉冲可以提高动态范围，适合于长度较长的光纤。
3光缆敷设的规定
光缆敷设的规定需要做到实处，只有真正按照规定做好光缆敷设，才能够真正确保光缆线路的质量。下文中，笔者简要分析光缆敷设的相关规定。
第一，需要考虑光缆敷设的静态弯曲半径。从理论上来说，光缆敷设的静态弯曲半径需要大于光缆外径的15倍，在实际的施工过程中，光缆敷设的动态弯曲半径需要大于光缆外径的20倍。只有这样，才能够确保光缆敷设工作的正常开展。
第二，就笔者的研究来看，在实际是施工过程中，相关工作人员需要注意，布放光缆的牵引力不能超过允许张力的百分之八十，而最大的牵引力也需要在张力的控制范围内才可以。
第三，在安置光缆的过程中，一定要确保光缆不会出现扭曲、浪涌等状况。从理论上来说，光缆的安置一般都是通过弧形的状态来安置的，尽量不要出现安置光缆过程中出现急弯的情况。
本课程内容分为：光通信基本理论、光纤通信基本原理、光纤通信新技术特征等三大部分.主要内容为：绪论、光纤发展、光波导理论与光纤特性、光缆及工程应用、光发送与接收、光无源器件、光放大器、光纤通信系统与设计等.采用的教学方法以课堂教学为主，辅以实习实训等.授课对象为我校本科专业自动化、通信工程、电子信息工程等专业，授课理论学时54，实习实训18，各教学环节学时分配从近4年的教学看，大家普遍认为该课程理论较难、实训操作难、而且理论与实训结合较少.导致大学生们对该课程缺乏学习的主动性、积极性，不利于专业技能人才的培养.作者根据近4年的经验和学生获取该课程的知识、技能的效果，从课程的教学内容、教学方法、手段及见习实训等几个方面提出教研教改的意见.
2光纤通信课程理论教学
针对同学们反映本课程中难懂的理论知识、课前我补充了一些基础知识.比如光波导理论、高等数学、光电子技术、电磁学等知识在该课程中要用到的重要理论.列出一些参考书目供学有余力的同学选读，比如杨祥林编著的《光纤通信系统》，北京邮电大学出版社出版的顾畹仪编著《光纤通信系统》教材.我们采用多种方法分析一些抽象概念，逐步阐述.例如，光纤传输的波动理论是光纤通信理论中的一个重要内容，通常采用的方法就是波动方程和电磁场表达式求解，其过程繁杂，同学们很难将推导出的理论结果和实际上的物理意义对应.因此在该部分的教学中采用先引入并重点讲解波导、导波等概念的方法，然后解释传输模式，不同的模式对应不同的传播角，产生不同的离散模式是由于光波在芯区和包层分界面上发生反射时产生相位移动引起的，在理解概念的基础上，再运用特征方程理论推导出结论.充分利用多媒体的优势，多媒体PPT教学与传统教学模式相结合，以便提高教学质量.结合该学科的实际，作者制作了适合实际情况的PPT课件，课件的教学效果良好，比如在讲解数字光纤通信系统组成的时候，结合PPT课件图，直观、形象生动的看出了系统由光发射机、光纤光缆、中继器与光接收机等基本单元组成.此外还包括一些互连与光信号处理器件，如光纤连接器、隔离器、调制器、滤波器、光开关及路由器、分插复用器ADM等.
3光纤通信实训教学环节
本课程的实训环节除了安排常规的8个实验，模拟信号电—光、光—电转换传输实验、数字信号电—光、光—电转换传输实验、光发送、接收模块实验、光纤无源器件特性测试实验、数字光发送接口指标测试实验、光纤传输特性测量实验波分复用（WDM）光纤通信系统实验等.另外，笔者引入了OpticSimu仿真实训软件，该软件恰好可以克服以上硬件实验平台的不足，可以方便地配置各种光纤通信系统和网络，形象地得到仿真实验结果，配置各种光纤通信系统和光网络，仿真其传输性能，方便、形象地获得系统和网络中各点的光谱、波形、眼图、光信噪比和接收灵敏度.软件界面如图2所示.图3是利用原子功能器件搭建的光分插复用器（OADM）和光交叉连接（OXC）结构.运用OADM和OXC，构建WDM光网络，并对其进行传输性能仿真，为光网络的设计和规划提供参考.
4结束语
世界各国光纤到户的最新进展
日本是世界上对FTTH最热心,发展最快的国家。表1是日本总务省对包括光纤到家的各种宽带接入网情况。
表1日本宽带网的发展情况(数据来源:日本总务省(MIC),2005年7月)
日本FTTH的发展领先,除了政府主导,运营商积极响应的原因之外,还有网络与技术方面的原因。日本网络中的用户环路普遍较短,同时在馈线部分原来存有大量的暗光纤,这为实施FTTH提供了方便。在技术方面,日本开发了自己的PON标准,没有等待ITU的FSAN标准。由于日本的标准中采用了低成本的以太网技术,为部署FTTH较早地提供了技术条件。
美国在宽带和FTTH建设方面并不领先。在宽带部署方面,美国排名11,落后于韩国、加拿大、瑞典等国。但由于用户的需求、FTTH成本的下降以及竞争与持续发展的需要,美国在管制和税收方面已经或正在推出一系列的优惠政策。为了宣传、推动和加速FTTH的发展,美国还新成立了一个非盈利的组织——FTTH协会,其成员包括通信公司、计算机公司、网络公司,以及应用、内容与服务提供商等。到目前为止,美国的FTTH建设大潮中已涌现出:新兴的房地产开发商、市政当局、国有电力公司、竞争本地运营商(CLEC)和小型传统本地运营商(ILEC)等众多单位的身影。房地产开发商之所以搞FTTH是因为他们发现,敷设光纤与敷设同轴电缆,虽然多花些钱,但FTTH更有利于其房屋的销售。市政当局指定了美国1900多个小社区,它们都拥有自己的电力公司,路线和电杆,在财政上又能得到普遍服务基金(USF)的补贴,所以它们也兴建FTTH。美国电信业协会(TIA)和FTTH协会最近联合宣布,美国的光纤社区已经增加到128个,分布在32个州。FTTH用户明显增加,平均用户定购率超过40%,在某些社区甚至达到75%。
欧洲曾经是光纤接入网试验与部署最早的地区。英国、德国从80年代末就开始试验和计划部署FTTH,但是由于成本和技术的不成熟以及需求跟不上,早期用PON部署FTTH失败了。到2002年底,欧洲有2个FTTH运营商有比较可观的用户,它们是瑞典的B2公司和意大利的e.biscom公司,前者有7万多个住宅用户,后者有9万多个住宅用户。
从全球看,据Dittberner公司分析,到2013年光纤接入技术的全球投资将从2004年的37亿美元增加到228亿美元。亚太地区将成为全球最大的FTTH市场,占全球总市场的52.8%(即120亿美元)。中国将占到亚太地区市场的将近一半(46%)。中国和印度在未来几年内将成为FTTx的主要投资者。在中国,PON的部署已经开始,网通、电信等运营上正在和各FTTH方案提供商合作在北京、武汉、杭州等大中城市中推广应用,并逐步覆盖全国范围。
我国发展光纤到户存在的主要问题
FTTH是宽带接入的重要发展方向,FTTH是光通信产业发展的新亮点,它涉及到器件、系统、网络技术和经济、维护、应用、标准以及法规等多方面,对我国电信运营业和制造业既是机遇也是挑战。目前阻碍我国FTTH产业发展的主要问题有以下几点。
1.市场需求的培育发展和产业链的形成尚需时日
FTTH除了提供高带宽外,更重要的是运营商能提供什么具体服务内容让用户需求更高的带宽,使得在既有宽带接入技术无法满足之下,推动用户走向光纤到户。然而,根据今年7月的《2005年中国5城市互联网使用现状及影响调查报告》,用户上网经常使用的服务为看新闻,搜寻引擎,电子信箱,这些服务所需之带宽小,而高带宽服务如视频会议、VOD、多媒体娱乐使用之比例则偏低。因此,在ADSL已可满足现有带宽使用量的市场环境下,高带宽服务的需求引导和普及情况还需要时间。
在宽带产业中,内容提供商、网络运营商、最终用户构筑了一个应用服务产品的价值链。在运营层面之下是众多的软件开发商、终端设备制造商、系统集成商以及和它们相联系的政府、金融、媒体、市场、咨询和服务构建的一个完整的产业链。如何联合产业链条上各个环节,共同建设一个“宽带产业生态圈”需要时间和努力。
2.运营商不积极成为FTTH发展的另一个约束
关于FTTH应该由谁来承建的问题也是不容忽视的。FTTH究竟由谁来建,是由建筑方本身还是由某个运营商,是由建筑方选定某个运营商还是由政府来决定,在FTTH普及之前,这些问题都有待解决。总体而言,现阶段的FTTH发展仍处于试验推广阶段,仍未实际商用化,且在整个推广过程中,FTTH作为宽带接入技术的一种,在国内市场xDSL的强势竞争下,在与xDSL竞争内部资源分配时处于较不利的地位,影响运营商对FTTH的投资,不仅测试计划零星,且多由大城市的驻地运营商主导,缺乏美、日运营商般全盘的资源整合与推广,造成示范工程的进行多由光通讯厂商或其它电信服务商主持,运营商则为被动配合角色,在缺乏运营商大力支持下,国内FTTH推广力度还不够强劲。.技术和成本瓶颈
首先从技术层面来讲,目前广泛采用的ADSL技术提供宽带业务有一定的优势,与FTTH相比,价格便宜,利用原有铜线网使工程建设简单,对于目前500kbit/s~1mbit/s影视节目尚可满足需求,是FTTH目前推广的主要竞争对手。
从全球范围看,在宽带用户中,66%的用户采用xDSL,在中国这个比例更是高达90%。作为宽带接入理想方式的FTTH,一直没有得到大规模发展的最主要原因就是光纤接入的成本依然比较高。由于光电子器件价格昂贵等因素的制约,FTTH难以普及,我们目前只是在骨干网采用光纤传输,而在“最后一公里”的接入层面采用以太网等多种接入方式。正如简水生院士所言“研制廉价的光电子器件是实现光纤到户的重要任务”。
在日本,FTTH价格与ADSL比要有竞争力,日本光纤到户的负担费用和ADSL相差无几,FTTH的月租约3000日元,相当于国内吃2次肯德基的费用,且初装费全免。而在国内初装费用和运行费用还没有具体的方案,还没有探索出能为我国网民接受的价格。
4.政府政策和法规相对滞后,各项标准还没有出台
目前我国推广光纤到户的发展基本处于各自为战的状态,各个地方政府政策各不相同,零星破碎,有的地方根本还没有鼓励优惠政策。总之,政府缺少一个宏观的引导和完善的产业政策。此外,有关因特网相关的版权法规也有很多工作要做。
虽然国际电信联盟和美国等相继出版了关于FTTH的各项标准,但是我们如何结合本国实际情况,制定FTTH的技术规范和建设标准仍有待努力,这些都是至于我国FTTH走向商用的制约因素。
我国FTTH发展的出路和发展策略
1.完善各项技术标准和政府政策法规
标准化工作对FTTH产业发展和降低初装成本和维护成本有直接的影响。接入系统与国情密切有关,在积极参与国际标准化工作同时应加强开发适合我国国情的FTTH系统标准,包括体系结构、光纤类型、使用波长、汇聚层传输技术、接口要求、性能指标、性能监视、网络管理、关键光器件和模块指标、安装操作指南等。尽早制定大楼内包括室内光纤布线规定,用以指导新建建筑物的建设,为FTTH留有应用的余地。另外,FTTH的应用再次提出了接入线路敷设权问题、竞争环境下如何避免重复建设问题,对此电信法或电信管理条例应有所规范。
在国内FTTH的建设、发展上,素有“中国光纤之父”美称的赵梓森院士一针见血的指出:制约FTTH的发展因素不是技术问题而是社会问题。光纤发展到家庭需要政府的支持,不但要制定与因特网相关的版权法规而且还要制定对FTTH建设的优惠政策。例如:采用光纤建网可减免税;出台相关鼓励政策推动建设光纤到家庭;政府出面协调各方利益协调,同时发挥市场杠杆作用,让个运营商跳出狭隘利益纷争,积极投入到FTTH的试用(FieldTest)和商用。政府也要出整的FTTH示范和发展计划,验证FTTH技术和产品的成熟性,未来大规模应用FTTH打下基础。
政府应积极出台相应法规,旨在打破电信业务垄断和消除行业壁垒。光纤传输容量几乎是无限的,FTTH为用户提供综合业务接入不仅是技术上的需要也是提高其投资效益的必经之路,而在我国现有电信运营许可制度下,FTTH为用户提供综合业务接入将非常困难,这无疑将严重阻碍我国FTTH接入技术推广普及。由此可见,打破电信业务垄断和消除行业壁垒是我国FTTH接入技术推广普及的迫切需要。
2.积极引导和培育市场需求,形成生态产业链
根据CNNIC第16次“中国互联网络发展状况统计报告”显示,目前宽带用户的网络速度满意度较低,见表2。这说明,FTTH的高宽带是客户的需求。
表2.现有网络的满意度调查
又根据目前网民上网主要集中看新闻,搜索引擎,电子邮件的使用,这就需要我们设法引导他们转向需要更宽带宽要求的VOD,远程诊疗,视频会议等服务和应用。
众所周知,目前FTTH的设备价格还非常高昂,往往一线售价1000美元以上。据了解,在美国FTTH用户每户每月服务费也约为80~100美元,电信运营商的FTTH网络一般两三年可以收回投资。但在中国,情况则完全不同。目前,在国内不少城市,由于激烈的市场竞争,ADSL和基于5类线的LAN宽带接入使用费逐年下降,例如笔者所在城市杭州富阳已降到每年300元以下,个别月使用费较高的地区,如南京也只有880元/年。基于这种宽带接入服务的资费水平根本无法支撑FTTH网络建设和运营,其投资效益可想而知,这是我国电信运营商普遍缺乏热情推广FTTH的最根本原因。可见,在我国推广FTTH应用,除开发低成本的FTTH接入技术与设备外,还应该把市场推广的突破口选择在如别墅区、高档住宅区和高级写字楼(FTTO)等目标市场。因为,现有宽带接入技术很难满足这类目标市场对宽带接入远距离、高带宽、专线接入的要求,同时这些用户对宽带接入具有较高的消费能力,运营商可以根据FTTH能提供高带宽、专线接入优质服务特点适当提高宽带接入月使用费,提高FTTH接入网络投资效益。
FTTH在中国发展的初期阶段需要进行市场细分,针对特定市场进行耕作,集中力量开发集群式新客户和ARPU较高的大客户。
另外,在FTTH产业的发展过程中,运营商、制造商、内容提供商等想靠一己之力做大市场是不可能的,只有产业链上各方紧密合作,才能有效拓展市场。
3.FTTH业务提供应循序渐进,选择适合我国FTTH发展的技术
目前全球500万线的FTTH用户中,90%以上的FTTH接入网络只提供Internet宽带接入业务,因为FTTH提供传统固定电话成本远远高于现有固定电话技术成本,追求FTTH全业务接入(同时支持宽带上网、有线电视CATV接入和传统固定电话接入,即所为三网合一)在我国还存在行业壁垒,即电信运营商不允许经营CATV业务,反之CATV运营商不许经营传统电信业务(如电话),而且这一现状在未来相当一段时间内无法改变,因此单一运营商无法在FTTH接入网络提供三网合一业务。虽然,在接入网上,光纤替代各种铜质缆线是必然趋势,但一夜之间光纤就彻底替代铜质缆线,所有业务都通过光纤接入是不现实的,也是无法想象的。在推进FTTH过程中,我们必须照顾到传统固网运营商的利益,也要考虑现有的金属线资源,实现平缓过渡。
数据高速传输，需有较大的总线传输容量，且还必须保证外界噪声不会影响到该系统。在高速数据采集系统中应用光纤通信网络，不仅可满足高宽带的需要，且与光纤信号均不会被外界噪声影响的特点相符合，最终可完成数据采集及传输。光纤通信网络在高速数据采集系统中的应用优势主要包括:(1)光波传输容量较大、频率较高。(2)具有良好保密性，不会受到电磁干扰。(3)信号不轻易衰减，具有较长的中继距离。(4)低廉、丰富的光纤材料来源，能够节省众多有色金属，且光纤材料重量轻、直径小，并具有良好地可挠性。随着现代通信网络的扩充、建设及提速，对光纤材料的需求也随之不断增长［3］。
2在高速数据采集系统中的应用
2.1高速采集模块
将Atmega168芯片应用于系统主控制器中，时钟时序由CPLD产生，实现对高速数据的控制及采集，数据采集模块具体方案如图1所示。高速数据采集系统运行原理为:通过传感器将模拟量信号中携带的物理量信息进行电压量的转化，再通过ADC转换模块以数字电压量代替模拟电压量，进而实施数据的采集、存储、传输及处理。由CPLD和AVR共同控制完成高速数据采集系统，并对所采集到的模拟信号实施模数转换后，在FIFO中缓存结果，再在Flash陈列中进行转存与保存。整个系统工作过程中，FIFO既具有缓存作用，还可使A/D对相关数据位数进行转换的匹配问题得到全面解决，有效调整了与Flash存储器中所包含的数据线位数。
2.2控制程序设计
在高速数据采集系统中，编程采集功能的实现选用两条通道实施时钟分析，若控制信号属于低电平状态，触发采集，8路数据通道存储采集到的数据，EOC电平逐渐下降［5］。在数据采集过程中，所有通道均具有相同的工作原理，且最终都在存储区中存入所采集到的数据。以此为基础，在CPLD中载入相关程序，系统性调试电路，同时实施8通道的数据转换及控制，所产生出的波形如图2所示。由此可见，1、3、4、5四路将8个连续脉冲分别产生出来，且具有准确的时序位置，即控制器可同时对8路信号进行采集与控制，不会发生时序或逻辑方面的错误［6］。因此，光纤通信网络应用于高速数据采集系统中的采集程序符合设计要求，依照所采集的脉冲宽度，能够将系统采集速度最高值为10Mbit·s－1计算出来。采用电光调制将采集到的数字信号进行成光信号的转换，并于光纤通信网络中实施加载，再采用光纤通信网络将所采集的数据传输至高速数据主控制系统中。
2.3外接存储器设计
光纤通信网络在通过光的形式与模块接入后，其数据速率比FPGA数据处理能力高，为了能够实现准确、实时地传输信号，故设计外接存储体是必要的。多累存储器在市场中有多种，其中主要包括DDRSDRAM、SDRAM、VCM、DRDRAM等。根据光纤通信具有高速率、大数据量等特征，再与总体硬件设计相结合，该系统选用DDRSDRAM。DDRSDRAM通过双倍速率结构增加对所采集数据进行高速读取的能力，此双倍速率结构中的所有时钟周期均会实施读写操作，从而达到双倍数据读写速度的效果。此外，控制命令、数据及地址被寄存在不同的时钟跳沿，所以DDRSDRAM必须精准的对时钟进行判断。为与该要求相满足，时钟信号于DDRSDRAM中通过双端差动实施数据传输，即CK#与CK.在CK变高、CK#变低的情况下，会认定CK为上跳沿;而若CK变低、CK#变高的情况下，会有时钟CK下跳沿的认识。时钟CK上跳沿对控制命令与地址予以寄存，可将所采集的数据进行高、低划分，并分别存储在时钟上下跳沿。DDRSDRAM在高速数据采集系统中的工作原理，如图3所示。与系统中数据存储容量要求与处理速度相结合，选用现阶段技术较成熟的HY5DU(L)T芯片。该芯片拥有32MB的容量，16位的数据总线宽度，芯片在最佳状态下的数据吞吐率最大值为2×16×166×106=5.312Gbit·s－1。由此可见，DDRSDRAM芯片并不能解决光纤信号网络速率在10Gbit·s－1时所存在的数据存储问题［9］。此外，因系统设计难以满足DDRSDRAM芯片速率最高值，故为了确保外部存储器余量充足，可通过4片芯片并联模式有效提升数据吞吐力，使其达到21.248Gbit·s－1。
3系统测试
在对基于光纤通信网络的高速数据采集系统进行性能测试时，需通过对已知信号进行采集，并将信号存储后，对比已知信号，最终完成测试。具体测试步骤为:通过光通信协议仪将特殊信号发送出去，达到9.953Gbit·s－1的信号速率，15520Byte的帧长，为便于分析信号，需对信号帧同步码设置成“F6F6F6282828”的序列，将0设置在帧头剩余部位，并将5设置在帧内剩余部位，由此避免对信号实施直接扰码与传输。在对光信号接收后，系统应该实施光电降速与转换处理，由系统中的FPGA对数据及时钟实施接收，对其相应处理后转入外部存储器实施缓存［10］。数据存满外部存储器后，可暂停采集数据，根据顺序对外部存储器数据实施重新读取，在计算机系统中送入千兆以太网接口实施统计对比分析。试验结果得出数据帧同步码，即“F6F6F6282828”，这些同步码后有若干个0，所有净荷均为常数5。试验结果显示，发送特定数据和接收数据相同。此外，为对系统误码率进行测试，将固定数据转换为伪随机码以做信号净荷，结果显示误码率在10～12以下。
4结束语
1.1设计原则
巍山变电站是110kV智能变电站，因此在智能变电站的光纤通信系统建立时，需要从总体上考虑光纤系统的可行性和可实现性，在保证传输安全的前提下保证数据传输的效率，即可靠性。智能变电站光缆的选择要符合施工的实际情况，光纤的接口应该尽量统一，在施工中要尽量采用新技术。方案的设计要尽可能节约光缆的使用量，提高光纤的利用率，同时要在设计中明确施工目标，从而保证施工效率。在进行光缆的铺设时要注意光缆的保护等。
1.2光缆的选择
在智能变电站中，光缆产品的性能决定了智能变电站的通信效率，因此光缆的选择是其在设计时需要优先考虑的，在实际的工作中要根据实际情况进行光缆的选择。在智能变电站内数据的传输距离长，通常选用单模光缆，以确保数据的准确传输；站内各LED之间的通信，则要选用渐变性多模光缆。在进行户外配电装置的选用时，对光缆的抗磨损性要求较高，因此大多选用铠装型光缆。在光缆的选择之后，还要进行光缆连接器的选择，即接入光模块的光纤接头。根据使用的光缆块不同，光缆连接器的选择也有不同。该变电站采用光纤代替了二次电缆技术，并且通过智能终端使各项数据可以共享。
2智能光纤通信系统的主要实施手段
2.1光缆线路设计
在进行信息数据传输时，为了保证传输的稳定性和可靠性，使光纤在各种环境下都能够进行长期使用，需要将光纤制作成光缆。在进行光缆设计时要对光缆进行足够的保护，保证光纤不受外界因素的损坏，光缆的材质要选择重量较轻、便于施工和维护的材料。针对不同的传输环境，选择不同结构的光缆，从而将传输的线路进行优化处理。在进行光缆的安装时，要对光缆之间的挤压、磨损、扭转等进行规范操作，清除光缆附近的障碍物，进行电场强度控制，使其感应电场不超过规定值。由于110kV巍山智能变电站光缆的安装是在高电压的环境下进行安装，因此要格外注意人身安全和安装设备安全，在安装时要进行安全措施防护，保持作业的安全。要注意施工的环境，在施工结束后要在附近悬挂警示牌和设立相关的标志，及时进行光缆的维护等。
2.2通信系统设计
110kV巍山智能变电站的通信系统主要由传输设备、接入设备和电源设备组成，SDH传输设备是光纤系统的核心，所有的控制信号都要通过SDH进行转换才能进行数据的传输。PCM接入设备将传输设备中的2M信号转换为可控制传输的64K信号，而电源设备是通信系统正常运行的重要保证，只有电源提供稳定的电源，才能保证数据传输的可实现性和准确性。在进行通信设备施工时，要对施工人员进行大地放电，消除人体静电，以防止通信设备的损坏。通信设备对周围环境的要求很高，要设置专门的通信机房，安装防静电地板，同时要保证机房的温度和湿度恒定，将通信电池和设备相分隔开，以防止火灾的发生。巍山智能变电站的设计中采用了全封闭式的组合电器，具有很强的抗干扰功能，智能化远程遥控可以大大减少人为操纵的风险。
3现阶段变电站中光纤通信系统存在的问题
3.1光缆施工安全隐患
在智能变电站建设中，光纤通信作为其主要通信介质发挥出了极大的作用，但是在施工建设中容易出现一系列问题，导致变电站通信质量受到损坏。在导入光纤时接口密封不严，使保护钢管中容易出现积水，造成冬天积水无法排除结冰膨胀，从而造成光纤被积压，不仅降低了传输效率，同时也影响了光缆的安全性。在进行光缆材料的选用时没有固定的标准，捆绑材料也达不到标准，使光缆在固定时不稳定，余缆容易出现散落的现象，从而造成安全隐患。光缆的材料选用不足，也会造成施工工艺的差异，产品的质量达不到统一的标准，导致同一个智能变电站中出现不同施工工艺的现象。在进行光缆的固定和安装时，其固定架间隔之间缝隙存在着质量问题，部分型号的光缆固定架间隙不足，导致传输的质量和速率下降，固定架和光配机架上下距离不够充足，使光缆在固定保护套管弯曲过大，使馆内光纤造成积压，从而降低传输速率。
3.2材料选择不规范
智能变电站光纤通信系统涉及到多个专业，施工需要采购的设备数量多，型号也分为很多种类，因此在进行设备采购时针对光缆固定架、配线单元、保护套管等材料的配备要符合施工的要求。但是从巍山智能变电站光纤通信系统的材料选购上看，设备进行采购时常常出现遗漏的现象，设备材料的供应商数目众多，其产品型号难以统一，给材料的配置带来了很多的困难。不同型号进行的施工工艺也不相同，造成工程的工艺不规范。
3.3施工人员素质不强
智能变电站光纤通信系统的构建是一个非常复杂的施工工程，施工规模大，项目多，作业环境危险，这就需要施工人员增强安全意识和专业技能，但是现阶段很多施工人员不注重技能的提升，不能够及时掌握新技术，在进行高电压作业时防护措施不到位，高空作业时没有配备相应的安全设施，造成人身安全隐患。在进行通信设备的建设时没有进行大地放电，身上的静电造成通信设备的损坏等。
4加强变电站站内光纤通信的有效措施
4.1进行变电站初期研究
在进行智能变电站光纤通信系统的构建时，要与相关部门进行沟通，确定系统的可实现性，要对光缆通信建设的目标进行明确，同时优化设计方案，将设备材料的选购、光缆设计数量、安装方式和投入使用等各界环节进行预算和估量，在设计时要严格审核期设备的选用，人员的调配和施工技术的应用也要符合相关的规定。要选择专业的设备厂家进行设备材料的选购，保证设备的型号一致，将安全隐患在初期研究阶段降到最低。110kV巍山变电站的顺利实施和政府的支持紧密相连，其各项施工也符合国家的施工要求。
4.2规范施工中的各项操作
在进行光缆的安装和调试运行时，施工人员要严格按照相关的规定进行规范操作，在进行光缆施工时，要以光缆数据传输效率最大化和传输安全为标准进行光缆的安装。结合巍山当地的气候特点，对于施工中出现的客观因素如天气原因等要进行及时的调整工期，保证施工的进度和工期。及时将新技术应用到施工建设中，从而让通信建筑更好地发挥其作用。在建筑中明确责任人和监督人，监督施工按照相关规定操作，保证施工的安全。
4.3加强施工人员的培训
在进行光缆通信建设时，施工人员的操作是保证系统顺利运行的关键。要加强对施工人员的技能培训和综合素质的提高，不断提升员工的专业技能水平，让新技术运用到光纤通信建设中。增强员工的安全意识，在员工进行危险环境作业时，要让员工配备相应的安全工具，如安全帽等，在进行通信设备建设时，要注意对员工进行大地放电，减少通信设备的损害。建筑单位要及时对光缆进行维护，防止光缆的损坏造成极大的损失。
5结语
光纤通信简而言之是将原始的电信号转成光信号进行传输，但是实现起来有很多因素要考虑。光纤通信自它的产生之日起，就是为了实现大批量数据的高速传输，主要应用于民用通信领域，在各应用领域都有约定俗成的标准，所以要将它引入过来用以实现通信对抗系统的实时串行总线设计，必须进行精心的设计。
1.1物理链路的设计
首先是并串、串并转换集成电路的选取。在通信领域已经有许多高速并串转换的芯片，但大部分都是面向民用通信领域的通用协议设计的，针对性强，协议架构复杂，不适合串行自定义总线协议的实现。经过一番比对，笔者选取了TI公司的TLK1501芯片。该芯片在应用层是开放式的，应用相对简单，利于自定义总线协议的实现，便于开发调试。它的串行吞吐速率为0.6～1.5Gbps[2]，已能满足应用。考虑到PCB布板及实时数据传输的需要，选择800Mbps作为数据传输速率。其次是光模块的选取。光模块现在已经发展到具有支持波分复用的能力，考虑到引导总线实时只传输一种指令，所以选择单一波长的光模块即可。目前主要有三种波长的光模块可以选择：850nm，1310nm，1550nm。850nm多模光模块主要应用于短距离传输，一般500米以内；1310nm，1550nm光模块一般应用在单模光纤。考虑到性价比因素笔者选用了某公司的1310nm波长光模块EO2F-13-311423。该光模块输出功率-7dBm左右，灵敏度-21dBm左右，即使光纤转接有些损耗，整个光纤通路也有比较充裕的动态范围来保证通信的可靠。TLK1501与EO2F-13-311423间的接口电路见图1。
1.2TLK1501设计
TLK1501负责整个物理链路中数据的并串、串并转换，是数据高速传输的关键节点，设计时应注意以下3点。1）时钟的选取TLK1501有8bit/10bit转换机制，这样在FPGA与TLK1501的并行数据端口的16bit数据进入芯片后会转成20bit数据进行传输；反过来推算，16位并行端口的速率应为40MHz。选择40MHz时钟时应注意，发送方和接收方TLK1501对时钟的要求比较高，频差须在0.01%以内，时钟的抖动不能超过40ps。设计时将FPGA送给TLK1501的时钟与并行数据的输送时钟尽可能做到同相位，布线长度也尽量相近。2）收发的同步设计TLK1501只有进入同步状态后才能正常传输数据，它有两种方式发送同步码，一种是TX-EN、TX-ER为00时发送端强制发送同步码；另一种是当LCKREFN为高时，TLK1501内部状态机自动控制发送同步码。本设计采用的是第一种同步设计。FPGA首先控制TX-EN、TX-ER为00，产生IDLE码字，一段时间之后传输正常的数据，接收模块根据接收到的帧同步信号判断链路是否同步。如果链路同步，可以发送正常数据。如果链路失同步，则再产生IDLE码字，等待重新进入同步状态。3）PRBS测试为了使整个光通信链路的调试进展顺利，可以先在每个用户端口对TLK1501的收发进行PRBS回环测试，如回环测试有问题，可能是因为时钟抖动太大，或电源不稳定，需改进设计。在每个用户的TLK1501分别通过测试后，可以进行两个用户间的PRBS测试，验证用户间的两个时钟是否匹配，如两个用户间PRBS测试通过，就可以进行高速光纤串行通信总线的测试了。
1.3传输协议的设计
信息交换帧由帧头、帧长度、命令码、引导信息、校验字、帧尾等字段组成，帧格式定义见表1。帧的基本组成为字，每个字为16bit，即2个字节，正好匹配TLK1501芯片并行数据端口的数据位数，位定义符合TLK1501芯片的数据总线定义。帧头与帧尾各有3个16比特的字，通信时方便用户将完整的一帧内容接收下进行解析。对于一些不能丢帧的指令的通信，如图2所示，可由ACK校验和握手机制[3]来确保重发，图中T1：1～10μs。若ACK校验和错误，则自动重发；累计重发次数超过5次或是T1超时1s，本次传输结束，由上位机决定是否重发。
2高速光纤串行总线测试
两个设备间用光纤互联后可以进行高速光纤串行总线的调试与测试，测试框图见图3。测试时在两个设备间定时发送按协议格式简化的一个帧，包括帧头、帧尾，帧头帧尾中间填充有规律的便于观察统计的测试数据，例：“AA55，55AA，5A5A，0000，0001，0002，0003，0004，5A5A，5AA5，A55A”。图4是利用QUARTUS软件自带的SignalTap抓取的传输数据，从图中的接收数据（ser_data_in）可以看到一个完整的带帧头、帧尾，测试数据正确的帧。测试前，可预先在通信板卡的控制芯片例如DSP的程序中增加一段测试代码，专门用于统计通信的误码率。试验的测试结果比较理想，几万次的通信传输中未发现误码，可见误码率是很低的，可以满足工程应用。
3结束语
采用复用光纤通道时，继电保护设备输出的光信号需经过接口转换设备变换成为标准的能与通信网互联的E1数字电信号，其互联复用通道方式中，保护信号与其它信号一起在通信干线上的1对光纤（1发/1收）传输，能充分利用光缆的纤芯资源，提高了通道可靠性，是继电保护信号通道发展的主要方向。这种方式中间环节比专用光纤方式多。对500kV及220kV双重化的两套纵联保护信号传输通道一般不适合采用同一光缆，应实现物理上的完全隔离，并且要满足双路由、双设备、双电源的通道配置规则要求。考虑自愈环传输路径的不同，会产生传输时延，因此网管做保护通道2M业务时，不应做自愈环自愈保护，以保证收发路径相同，从而避免由于传输路径不同而产生时延，发生继电保护误动现象。同时中间传输站点不应超过5个（2M中转次数）。
2保护信号在光纤通道的测试
2.1光纤电流差动保护通道测试的必要性
采用光纤通道传送继电保护信号时，其稳定、可靠的性能保证了信号准确地将信息传送到对端。因为通道在传输信号中所起的重要作用，所以在投运前和检修维护中，应对通道的各个环节，包括传输设备、通道衰耗、接口装置、光端机等进行检测，防止由于通道衰耗大，导致保护装置不能正常工作。
2.2保护信号在光纤通道的自环测试
（1）专用光纤通道的测试。在建立专用光纤通道时，首先要对光端机的发光功率和光端机的收光功率进行测试后，根据光缆线路的长度，计算通道富裕度是否能满足要求后，对通道进行自环调试。（2）复用通道的自环测试。因为继电保护通道多数采用2M电路复用方式，所以对2M通道的自环在施工和维护中经常用到。包括本端光自环、近端2M电口端自环：远端2M电口端自环，在2M数字通道对通后，由继电保护人员进行设备装置调试。
3互联通道故障排除方法及步骤
