發(fā)布時(shí)間：2023-03-10 14:54:15
序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的光通信論文樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)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(tǒng)的發(fā)展，光中繼距離和單一波長(zhǎng)信道容量增大，G.652.A光纖的性能還有可能進(jìn)一步優(yōu)化，表現(xiàn)在1550rim區(qū)的低衰減系數(shù)沒有得到充分的利用和光纖的最低衰減系數(shù)和零色散點(diǎn)不在同一區(qū)域。符合ITUTG.654規(guī)定的截止波長(zhǎng)位移單模光纖和符合G.653規(guī)定的色散位移單模光纖實(shí)現(xiàn)了這樣的改進(jìn)。
（二）核心網(wǎng)光纜
我國(guó)已在干線(包括國(guó)家干線、省內(nèi)干線和區(qū)內(nèi)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(guó)曾經(jīng)采用過，但今后不會(huì)再發(fā)展。G.654光纖因其不能很大幅度地增加光纖系統(tǒng)容量，它在我國(guó)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(jīng)使用過的緊套層絞式和骨架式結(jié)構(gòu)，目前已停止使用。
（三）接入網(wǎng)光纜
接入網(wǎng)中的光纜距離短，分支多，分插頻繁，為了增加網(wǎng)的容量，通常是增加光纖芯數(shù)。特別是在市內(nèi)管道中，由于管道內(nèi)徑有限，在增加光纖芯數(shù)的同時(shí)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(wǎng)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(fù)用，目前在我國(guó)已有少量的使用。
（四）室內(nèi)光纜
室內(nèi)光纜往往需要同時(shí)用于話音、數(shù)據(jù)和視頻信號(hào)的傳輸。并目還可能用于遙測(cè)與傳感器。國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)在光纜分類中所指的室內(nèi)光纜，筆者認(rèn)為至少應(yīng)包括局內(nèi)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(jī)房?jī)?nèi)，布放緊密有序和位置相對(duì)固定。綜合布線光纜布放在用戶端的室內(nèi)，主要由用戶使用，因此對(duì)其易損性應(yīng)比局用光纜有更嚴(yán)格的考慮。
（五）電力線路中的通信光纜
光纖是介電質(zhì)，光纜也可作成全介質(zhì)，完全無金屬。這樣的全介質(zhì)光纜將是電力系統(tǒng)最理想的通信線路。用于電力線桿路敷設(shè)的全介質(zhì)光纜有兩種結(jié)構(gòu)：即全介質(zhì)自承式(ADSS)結(jié)構(gòu)和用于架空地線上的纏繞式結(jié)構(gòu)。ADSS光纜因其可以單獨(dú)布放，適應(yīng)范圍廣，在當(dāng)前我國(guó)電力輸電系統(tǒng)改造中得到了廣泛的應(yīng)用。ADSS光纜在國(guó)內(nèi)的近期需求量較大，是目前的一種熱門產(chǎn)品。
二、光纖通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
對(duì)光纖通信而言，超高速度、超大容量和超長(zhǎng)距離傳輸一直是人們追求的目標(biāo)，而全光網(wǎng)絡(luò)也是人們不懈追求的夢(mèng)想。
（一）超大容量、超長(zhǎng)距離傳輸技術(shù)波分復(fù)用技術(shù)極大地提高了光纖傳輸系統(tǒng)的傳輸容量，在未來跨海光傳輸系統(tǒng)中有廣闊的應(yīng)用前景。近年來波分復(fù)用系統(tǒng)發(fā)展迅猛，目前1.6Tbit/的WDM系統(tǒng)已經(jīng)大量商用，同時(shí)全光傳輸距離也在大幅擴(kuò)展。提高傳輸容量的另一種途徑是采用光時(shí)分復(fù)用(OTDM)技術(shù)，與WDM通過增加單根光纖中傳輸?shù)男诺罃?shù)來提高其傳輸容量不同，OTDM技術(shù)是通過提高單信道速率來提高傳輸容量，其實(shí)現(xiàn)的單信道最高速率達(dá)640Gbit/s。
僅靠OTDM和WDM來提高光通信系統(tǒng)的容量畢竟有限，可以把多個(gè)OTDM信號(hào)進(jìn)行波分復(fù)用，從而大幅提高傳輸容量。偏振復(fù)用（PDM）技術(shù)可以明顯減弱相鄰信道的相互作用。由于歸零（RZ）編碼信號(hào)在超高速通信系統(tǒng)中占空較小，降低了對(duì)色散管理分布的要求，且RZ編碼方式對(duì)光纖的非線性和偏振模色散（PMD）的適應(yīng)能力較強(qiáng)，因此現(xiàn)在的超大容量WDM/OTDM通信系統(tǒng)基本上都采用RZ編碼傳輸方式。WDM/OTDM混合傳輸系統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)基本上都包括在OTDM和WDM通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)中。
（二）光孤子通信。光孤子是一種特殊的ps數(shù)量級(jí)的超短光脈沖，由于它在光纖的反常色散區(qū)，群速度色散和非線性效應(yīng)相互平衡，因而經(jīng)過光纖長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離無畸變的通信，在零誤碼的情況下信息傳遞可達(dá)萬里之遙。
光孤子技術(shù)未來的前景是：在傳輸速度方面采用超長(zhǎng)距離的高速通信，時(shí)域和頻域的超短脈沖控制技術(shù)以及超短脈沖的產(chǎn)生和應(yīng)用技術(shù)使現(xiàn)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(shí)、整形、再生技術(shù)和減少ASE，光學(xué)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(dāng)然實(shí)際的光孤子通信仍然存在許多技術(shù)難題，但目前已取得的突破性進(jìn)展使人們相信，光孤子通信在超長(zhǎng)距離、高速、大容量的全光通信中，尤其在海底光通信系統(tǒng)中，有著光明的發(fā)展前景。
（三）全光網(wǎng)絡(luò)。未來的高速通信網(wǎng)將是全光網(wǎng)。全光網(wǎng)是光纖通信技術(shù)發(fā)展的最高階段，也是理想階段。傳統(tǒng)的光網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)間的全光化，但在網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)處仍采用電器件，限制了目前通信網(wǎng)干線總?cè)萘康倪M(jìn)一步提高，因此真正的全光網(wǎng)已成為一個(gè)非常重要的課題。
全光網(wǎng)絡(luò)以光節(jié)點(diǎn)代替電節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間也是全光化，信息始終以光的形式進(jìn)行傳輸與交換，交換機(jī)對(duì)用戶信息的處理不再按比特進(jìn)行，而是根據(jù)其波長(zhǎng)來決定路由。
目前，全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展仍處于初期階段，但它已顯示出了良好的發(fā)展前景。從發(fā)展趨勢(shì)上看，形成一個(gè)真正的、以WDM技術(shù)與光交換技術(shù)為主的光網(wǎng)絡(luò)層，建立純粹的全光網(wǎng)絡(luò)，消除電光瓶頸已成為未來光通信發(fā)展的必然趨勢(shì)，更是未來信息網(wǎng)絡(luò)的核心，也是通信技術(shù)發(fā)展的最高級(jí)別，更是理想級(jí)別。
三、結(jié)語
光通信技術(shù)作為信息技術(shù)的重要支撐平臺(tái)，在未來信息社會(huì)中將起到重要作用。雖然經(jīng)歷了全球光通信的“冬天”但今后光通信市場(chǎng)仍然將呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。從現(xiàn)代通信的發(fā)展趨勢(shì)來看，光纖通信也將成為未來通信發(fā)展的主流。人們期望的真正的全光網(wǎng)絡(luò)的時(shí)代也會(huì)在不遠(yuǎn)的將來到來。
參考文獻(xiàn)：
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1.1選擇良好施工環(huán)境
為了進(jìn)一步保證光纜線路敷設(shè)的質(zhì)量，要注意選擇良好的施工環(huán)境，選擇在氣溫適中時(shí)進(jìn)行施工，當(dāng)氣溫過冷和過熱時(shí)，要進(jìn)行相應(yīng)的保溫和降溫措施，另外在空氣中塵土較多的大風(fēng)天要停止作業(yè)，避免在敷設(shè)過程中受到塵土的污染。
1.2施工人員選擇
在進(jìn)行光纜敷設(shè)施工時(shí)，首先要選擇具有一定經(jīng)驗(yàn)和資格的人員進(jìn)行施工，并且建立良好的通訊基礎(chǔ)，因?yàn)樵S多人為的因素很可能會(huì)影響光纜線路敷設(shè)的質(zhì)量。
1.3施工注意事項(xiàng)
在進(jìn)行光纜敷設(shè)時(shí)，除了按照相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范施工外，還應(yīng)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(shí)要控制好牽引的速度，通?？刂圃诿糠昼?0米左右，而且牽引的長(zhǎng)度要控制好，不能太長(zhǎng)。在牽引時(shí)要將主要受力點(diǎn)選擇在加強(qiáng)芯上，而且牽引張力不能過大，通常不能超過設(shè)計(jì)值的80%，而且在啟動(dòng)階段的瞬間牽引力不能超過設(shè)計(jì)值。最后要注意對(duì)溝槽回填時(shí)，避免一些石塊等雜物進(jìn)入溝槽內(nèi)，先回填一層細(xì)土，在利用人工踩平后再將原土進(jìn)行回填。
1.4光纜接續(xù)
通常每一段光纜的長(zhǎng)度在2千米，所以在整個(gè)敷設(shè)過程中要進(jìn)行多次的光纜接續(xù)，能否處理好光纜接續(xù)對(duì)于整個(gè)工程的質(zhì)量是非常關(guān)鍵的，光纜接續(xù)工作可以分為兩部分進(jìn)行，一方面是光纖接續(xù)，另一方面是護(hù)套接續(xù)，以下對(duì)光纖接續(xù)的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)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(gè)過程要保持光纖的平穩(wěn)，操作時(shí)間要短，在涂覆層去掉后對(duì)裸纖進(jìn)行清理，最后進(jìn)行斷面切割，在斷面切割時(shí)要準(zhǔn)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(jìn)行熔接時(shí)要保持光纖的平穩(wěn)，光纖的端面要保持清潔，不能與其他地方接觸，而且熔接時(shí)兩個(gè)端面的距離要掌握適中。
（3）是熔接質(zhì)量的控制，在光纖熔接過程中，通常會(huì)由于一些干擾因素使熔接質(zhì)量受到影響，所以在熔接時(shí)一定要做好監(jiān)測(cè)工作，在發(fā)現(xiàn)熔接不合格時(shí)及時(shí)重新進(jìn)行。
（4）減少損耗，在光纜接續(xù)時(shí)有許多的影響因素會(huì)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(shí)去除熔接設(shè)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(shè)后的測(cè)試階段
在光纜線路敷設(shè)完成后，要對(duì)光纜進(jìn)行測(cè)試，通過背向散射曲線的方式來檢驗(yàn)光纖的連接是否穩(wěn)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(cè)試時(shí)要對(duì)光時(shí)域反射儀的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，不合理的參數(shù)將無法達(dá)到測(cè)試的目的，除了常規(guī)參數(shù)外，需要設(shè)置的關(guān)鍵參數(shù)為折射率、余長(zhǎng)系數(shù)、距離范圍和脈沖寬度，以下對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)要分析：折射率能夠決定測(cè)試的最終精度，余長(zhǎng)系數(shù)要充分考慮光纜長(zhǎng)度與光纜中光纖長(zhǎng)度的差。距離范圍的設(shè)置要大于測(cè)試光纖的長(zhǎng)度，通常選擇為測(cè)試光纜長(zhǎng)度的1.5-2倍。短脈沖能夠提高分辨率，適合于長(zhǎng)度較短的光纖，長(zhǎng)脈沖可以提高動(dòng)態(tài)范圍，適合于長(zhǎng)度較長(zhǎng)的光纖。
3光纜敷設(shè)的規(guī)定
光纜敷設(shè)的規(guī)定需要做到實(shí)處，只有真正按照規(guī)定做好光纜敷設(shè)，才能夠真正確保光纜線路的質(zhì)量。下文中，筆者簡(jiǎn)要分析光纜敷設(shè)的相關(guān)規(guī)定。
第一，需要考慮光纜敷設(shè)的靜態(tài)彎曲半徑。從理論上來說，光纜敷設(shè)的靜態(tài)彎曲半徑需要大于光纜外徑的15倍，在實(shí)際的施工過程中，光纜敷設(shè)的動(dòng)態(tài)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(shè)工作的正常開展。
第二，就筆者的研究來看，在實(shí)際是施工過程中，相關(guān)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(nèi)才可以。
第三，在安置光纜的過程中，一定要確保光纜不會(huì)出現(xiàn)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(tài)來安置的，盡量不要出現(xiàn)安置光纜過程中出現(xiàn)急彎的情況。
本課程內(nèi)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(shù)特征等三大部分.主要內(nèi)容為：緒論、光纖發(fā)展、光波導(dǎo)理論與光纖特性、光纜及工程應(yīng)用、光發(fā)送與接收、光無源器件、光放大器、光纖通信系統(tǒng)與設(shè)計(jì)等.采用的教學(xué)方法以課堂教學(xué)為主，輔以實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)等.授課對(duì)象為我校本科專業(yè)自動(dòng)化、通信工程、電子信息工程等專業(yè)，授課理論學(xué)時(shí)54，實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)18，各教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時(shí)分配從近4年的教學(xué)看，大家普遍認(rèn)為該課程理論較難、實(shí)訓(xùn)操作難、而且理論與實(shí)訓(xùn)結(jié)合較少.導(dǎo)致大學(xué)生們對(duì)該課程缺乏學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性，不利于專業(yè)技能人才的培養(yǎng).作者根據(jù)近4年的經(jīng)驗(yàn)和學(xué)生獲取該課程的知識(shí)、技能的效果，從課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、手段及見習(xí)實(shí)訓(xùn)等幾個(gè)方面提出教研教改的意見.
2光纖通信課程理論教學(xué)
針對(duì)同學(xué)們反映本課程中難懂的理論知識(shí)、課前我補(bǔ)充了一些基礎(chǔ)知識(shí).比如光波導(dǎo)理論、高等數(shù)學(xué)、光電子技術(shù)、電磁學(xué)等知識(shí)在該課程中要用到的重要理論.列出一些參考書目供學(xué)有余力的同學(xué)選讀，比如楊祥林編著的《光纖通信系統(tǒng)》，北京郵電大學(xué)出版社出版的顧畹儀編著《光纖通信系統(tǒng)》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?shù)牟▌?dòng)理論是光纖通信理論中的一個(gè)重要內(nèi)容，通常采用的方法就是波動(dòng)方程和電磁場(chǎng)表達(dá)式求解，其過程繁雜，同學(xué)們很難將推導(dǎo)出的理論結(jié)果和實(shí)際上的物理意義對(duì)應(yīng).因此在該部分的教學(xué)中采用先引入并重點(diǎn)講解波導(dǎo)、導(dǎo)波等概念的方法，然后解釋傳輸模式，不同的模式對(duì)應(yīng)不同的傳播角，產(chǎn)生不同的離散模式是由于光波在芯區(qū)和包層分界面上發(fā)生反射時(shí)產(chǎn)生相位移動(dòng)引起的，在理解概念的基礎(chǔ)上，再運(yùn)用特征方程理論推導(dǎo)出結(jié)論.充分利用多媒體的優(yōu)勢(shì)，多媒體PPT教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)模式相結(jié)合，以便提高教學(xué)質(zhì)量.結(jié)合該學(xué)科的實(shí)際，作者制作了適合實(shí)際情況的PPT課件，課件的教學(xué)效果良好，比如在講解數(shù)字光纖通信系統(tǒng)組成的時(shí)候，結(jié)合PPT課件圖，直觀、形象生動(dòng)的看出了系統(tǒng)由光發(fā)射機(jī)、光纖光纜、中繼器與光接收機(jī)等基本單元組成.此外還包括一些互連與光信號(hào)處理器件，如光纖連接器、隔離器、調(diào)制器、濾波器、光開關(guān)及路由器、分插復(fù)用器ADM等.
3光纖通信實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)
本課程的實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)除了安排常規(guī)的8個(gè)實(shí)驗(yàn)，模擬信號(hào)電—光、光—電轉(zhuǎn)換傳輸實(shí)驗(yàn)、數(shù)字信號(hào)電—光、光—電轉(zhuǎn)換傳輸實(shí)驗(yàn)、光發(fā)送、接收模塊實(shí)驗(yàn)、光纖無源器件特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)、數(shù)字光發(fā)送接口指標(biāo)測(cè)試實(shí)驗(yàn)、光纖傳輸特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)波分復(fù)用（WDM）光纖通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)等.另外，筆者引入了OpticSimu仿真實(shí)訓(xùn)軟件，該軟件恰好可以克服以上硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的不足，可以方便地配置各種光纖通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)，形象地得到仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果，配置各種光纖通信系統(tǒng)和光網(wǎng)絡(luò)，仿真其傳輸性能，方便、形象地獲得系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)中各點(diǎn)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(fù)用器（OADM）和光交叉連接（OXC）結(jié)構(gòu).運(yùn)用OADM和OXC，構(gòu)建WDM光網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)其進(jìn)行傳輸性能仿真，為光網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和規(guī)劃提供參考.
4結(jié)束語
世界各國(guó)光纖到戶的最新進(jìn)展
日本是世界上對(duì)FTTH最熱心,發(fā)展最快的國(guó)家。表1是日本總務(wù)省對(duì)包括光纖到家的各種寬帶接入網(wǎng)情況。
表1日本寬帶網(wǎng)的發(fā)展情況(數(shù)據(jù)來源:日本總務(wù)省(MIC),2005年7月)
日本FTTH的發(fā)展領(lǐng)先,除了政府主導(dǎo),運(yùn)營(yíng)商積極響應(yīng)的原因之外,還有網(wǎng)絡(luò)與技術(shù)方面的原因。日本網(wǎng)絡(luò)中的用戶環(huán)路普遍較短,同時(shí)在饋線部分原來存有大量的暗光纖,這為實(shí)施FTTH提供了方便。在技術(shù)方面,日本開發(fā)了自己的PON標(biāo)準(zhǔn),沒有等待ITU的FSAN標(biāo)準(zhǔn)。由于日本的標(biāo)準(zhǔn)中采用了低成本的以太網(wǎng)技術(shù),為部署FTTH較早地提供了技術(shù)條件。
美國(guó)在寬帶和FTTH建設(shè)方面并不領(lǐng)先。在寬帶部署方面,美國(guó)排名11,落后于韓國(guó)、加拿大、瑞典等國(guó)。但由于用戶的需求、FTTH成本的下降以及競(jìng)爭(zhēng)與持續(xù)發(fā)展的需要,美國(guó)在管制和稅收方面已經(jīng)或正在推出一系列的優(yōu)惠政策。為了宣傳、推動(dòng)和加速FTTH的發(fā)展,美國(guó)還新成立了一個(gè)非盈利的組織——FTTH協(xié)會(huì),其成員包括通信公司、計(jì)算機(jī)公司、網(wǎng)絡(luò)公司,以及應(yīng)用、內(nèi)容與服務(wù)提供商等。到目前為止,美國(guó)的FTTH建設(shè)大潮中已涌現(xiàn)出:新興的房地產(chǎn)開發(fā)商、市政當(dāng)局、國(guó)有電力公司、競(jìng)爭(zhēng)本地運(yùn)營(yíng)商(CLEC)和小型傳統(tǒng)本地運(yùn)營(yíng)商(ILEC)等眾多單位的身影。房地產(chǎn)開發(fā)商之所以搞FTTH是因?yàn)樗麄儼l(fā)現(xiàn),敷設(shè)光纖與敷設(shè)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(dāng)局指定了美國(guó)1900多個(gè)小社區(qū),它們都擁有自己的電力公司,路線和電桿,在財(cái)政上又能得到普遍服務(wù)基金(USF)的補(bǔ)貼,所以它們也興建FTTH。美國(guó)電信業(yè)協(xié)會(huì)(TIA)和FTTH協(xié)會(huì)最近聯(lián)合宣布,美國(guó)的光纖社區(qū)已經(jīng)增加到128個(gè),分布在32個(gè)州。FTTH用戶明顯增加,平均用戶定購率超過40%,在某些社區(qū)甚至達(dá)到75%。
歐洲曾經(jīng)是光纖接入網(wǎng)試驗(yàn)與部署最早的地區(qū)。英國(guó)、德國(guó)從80年代末就開始試驗(yàn)和計(jì)劃部署FTTH,但是由于成本和技術(shù)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(gè)FTTH運(yùn)營(yíng)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(gè)住宅用戶,后者有9萬多個(gè)住宅用戶。
從全球看,據(jù)Dittberner公司分析,到2013年光纖接入技術(shù)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(qū)將成為全球最大的FTTH市場(chǎng),占全球總市場(chǎng)的52.8%(即120億美元)。中國(guó)將占到亞太地區(qū)市場(chǎng)的將近一半(46%)。中國(guó)和印度在未來幾年內(nèi)將成為FTTx的主要投資者。在中國(guó),PON的部署已經(jīng)開始,網(wǎng)通、電信等運(yùn)營(yíng)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(yīng)用,并逐步覆蓋全國(guó)范圍。
我國(guó)發(fā)展光纖到戶存在的主要問題
FTTH是寬帶接入的重要發(fā)展方向,FTTH是光通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新亮點(diǎn),它涉及到器件、系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)、維護(hù)、應(yīng)用、標(biāo)準(zhǔn)以及法規(guī)等多方面,對(duì)我國(guó)電信運(yùn)營(yíng)業(yè)和制造業(yè)既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。目前阻礙我國(guó)FTTH產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要問題有以下幾點(diǎn)。
1.市場(chǎng)需求的培育發(fā)展和產(chǎn)業(yè)鏈的形成尚需時(shí)日
FTTH除了提供高帶寬外,更重要的是運(yùn)營(yíng)商能提供什么具體服務(wù)內(nèi)容讓用戶需求更高的帶寬,使得在既有寬帶接入技術(shù)無法滿足之下,推動(dòng)用戶走向光纖到戶。然而,根據(jù)今年7月的《2005年中國(guó)5城市互聯(lián)網(wǎng)使用現(xiàn)狀及影響調(diào)查報(bào)告》,用戶上網(wǎng)經(jīng)常使用的服務(wù)為看新聞,搜尋引擎,電子信箱,這些服務(wù)所需之帶寬小,而高帶寬服務(wù)如視頻會(huì)議、VOD、多媒體娛樂使用之比例則偏低。因此,在ADSL已可滿足現(xiàn)有帶寬使用量的市場(chǎng)環(huán)境下,高帶寬服務(wù)的需求引導(dǎo)和普及情況還需要時(shí)間。
在寬帶產(chǎn)業(yè)中,內(nèi)容提供商、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商、最終用戶構(gòu)筑了一個(gè)應(yīng)用服務(wù)產(chǎn)品的價(jià)值鏈。在運(yùn)營(yíng)層面之下是眾多的軟件開發(fā)商、終端設(shè)備制造商、系統(tǒng)集成商以及和它們相聯(lián)系的政府、金融、媒體、市場(chǎng)、咨詢和服務(wù)構(gòu)建的一個(gè)完整的產(chǎn)業(yè)鏈。如何聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈條上各個(gè)環(huán)節(jié),共同建設(shè)一個(gè)“寬帶產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈”需要時(shí)間和努力。
2.運(yùn)營(yíng)商不積極成為FTTH發(fā)展的另一個(gè)約束
關(guān)于FTTH應(yīng)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(gè)運(yùn)營(yíng)商,是由建筑方選定某個(gè)運(yùn)營(yíng)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(xiàn)階段的FTTH發(fā)展仍處于試驗(yàn)推廣階段,仍未實(shí)際商用化,且在整個(gè)推廣過程中,FTTH作為寬帶接入技術(shù)的一種,在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)xDSL的強(qiáng)勢(shì)競(jìng)爭(zhēng)下,在與xDSL競(jìng)爭(zhēng)內(nèi)部資源分配時(shí)處于較不利的地位,影響運(yùn)營(yíng)商對(duì)FTTH的投資,不僅測(cè)試計(jì)劃零星,且多由大城市的駐地運(yùn)營(yíng)商主導(dǎo),缺乏美、日運(yùn)營(yíng)商般全盤的資源整合與推廣,造成示范工程的進(jìn)行多由光通訊廠商或其它電信服務(wù)商主持,運(yùn)營(yíng)商則為被動(dòng)配合角色,在缺乏運(yùn)營(yíng)商大力支持下,國(guó)內(nèi)FTTH推廣力度還不夠強(qiáng)勁。.技術(shù)和成本瓶頸
首先從技術(shù)層面來講,目前廣泛采用的ADSL技術(shù)提供寬帶業(yè)務(wù)有一定的優(yōu)勢(shì),與FTTH相比,價(jià)格便宜,利用原有銅線網(wǎng)使工程建設(shè)簡(jiǎn)單,對(duì)于目前500kbit/s~1mbit/s影視節(jié)目尚可滿足需求,是FTTH目前推廣的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。
從全球范圍看,在寬帶用戶中,66%的用戶采用xDSL,在中國(guó)這個(gè)比例更是高達(dá)90%。作為寬帶接入理想方式的FTTH,一直沒有得到大規(guī)模發(fā)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(jià)格昂貴等因素的制約,FTTH難以普及,我們目前只是在骨干網(wǎng)采用光纖傳輸,而在“最后一公里”的接入層面采用以太網(wǎng)等多種接入方式。正如簡(jiǎn)水生院士所言“研制廉價(jià)的光電子器件是實(shí)現(xiàn)光纖到戶的重要任務(wù)”。
在日本,FTTH價(jià)格與ADSL比要有競(jìng)爭(zhēng)力,日本光纖到戶的負(fù)擔(dān)費(fèi)用和ADSL相差無幾,FTTH的月租約3000日元,相當(dāng)于國(guó)內(nèi)吃2次肯德基的費(fèi)用,且初裝費(fèi)全免。而在國(guó)內(nèi)初裝費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用還沒有具體的方案,還沒有探索出能為我國(guó)網(wǎng)民接受的價(jià)格。
4.政府政策和法規(guī)相對(duì)滯后,各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)還沒有出臺(tái)
目前我國(guó)推廣光纖到戶的發(fā)展基本處于各自為戰(zhàn)的狀態(tài),各個(gè)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(lì)優(yōu)惠政策?？傊?政府缺少一個(gè)宏觀的引導(dǎo)和完善的產(chǎn)業(yè)政策。此外,有關(guān)因特網(wǎng)相關(guān)的版權(quán)法規(guī)也有很多工作要做。
雖然國(guó)際電信聯(lián)盟和美國(guó)等相繼出版了關(guān)于FTTH的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn),但是我們?nèi)绾谓Y(jié)合本國(guó)實(shí)際情況,制定FTTH的技術(shù)規(guī)范和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)仍有待努力,這些都是至于我國(guó)FTTH走向商用的制約因素。
我國(guó)FTTH發(fā)展的出路和發(fā)展策略
1.完善各項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和政府政策法規(guī)
標(biāo)準(zhǔn)化工作對(duì)FTTH產(chǎn)業(yè)發(fā)展和降低初裝成本和維護(hù)成本有直接的影響。接入系統(tǒng)與國(guó)情密切有關(guān),在積極參與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化工作同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)開發(fā)適合我國(guó)國(guó)情的FTTH系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn),包括體系結(jié)構(gòu)、光纖類型、使用波長(zhǎng)、匯聚層傳輸技術(shù)、接口要求、性能指標(biāo)、性能監(jiān)視、網(wǎng)絡(luò)管理、關(guān)鍵光器件和模塊指標(biāo)、安裝操作指南等。盡早制定大樓內(nèi)包括室內(nèi)光纖布線規(guī)定,用以指導(dǎo)新建建筑物的建設(shè),為FTTH留有應(yīng)用的余地。另外,FTTH的應(yīng)用再次提出了接入線路敷設(shè)權(quán)問題、競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下如何避免重復(fù)建設(shè)問題,對(duì)此電信法或電信管理?xiàng)l例應(yīng)有所規(guī)范。
在國(guó)內(nèi)FTTH的建設(shè)、發(fā)展上,素有“中國(guó)光纖之父”美稱的趙梓森院士一針見血的指出:制約FTTH的發(fā)展因素不是技術(shù)問題而是社會(huì)問題。光纖發(fā)展到家庭需要政府的支持,不但要制定與因特網(wǎng)相關(guān)的版權(quán)法規(guī)而且還要制定對(duì)FTTH建設(shè)的優(yōu)惠政策。例如:采用光纖建網(wǎng)可減免稅;出臺(tái)相關(guān)鼓勵(lì)政策推動(dòng)建設(shè)光纖到家庭;政府出面協(xié)調(diào)各方利益協(xié)調(diào),同時(shí)發(fā)揮市場(chǎng)杠桿作用,讓個(gè)運(yùn)營(yíng)商跳出狹隘利益紛爭(zhēng),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(fā)展計(jì)劃,驗(yàn)證FTTH技術(shù)和產(chǎn)品的成熟性,未來大規(guī)模應(yīng)用FTTH打下基礎(chǔ)。
政府應(yīng)積極出臺(tái)相應(yīng)法規(guī),旨在打破電信業(yè)務(wù)壟斷和消除行業(yè)壁壘。光纖傳輸容量幾乎是無限的,FTTH為用戶提供綜合業(yè)務(wù)接入不僅是技術(shù)上的需要也是提高其投資效益的必經(jīng)之路,而在我國(guó)現(xiàn)有電信運(yùn)營(yíng)許可制度下,FTTH為用戶提供綜合業(yè)務(wù)接入將非常困難,這無疑將嚴(yán)重阻礙我國(guó)FTTH接入技術(shù)推廣普及。由此可見,打破電信業(yè)務(wù)壟斷和消除行業(yè)壁壘是我國(guó)FTTH接入技術(shù)推廣普及的迫切需要。
2.積極引導(dǎo)和培育市場(chǎng)需求,形成生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈
根據(jù)CNNIC第16次“中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計(jì)報(bào)告”顯示,目前寬帶用戶的網(wǎng)絡(luò)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(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的滿意度調(diào)查
又根據(jù)目前網(wǎng)民上網(wǎng)主要集中看新聞,搜索引擎,電子郵件的使用,這就需要我們?cè)O(shè)法引導(dǎo)他們轉(zhuǎn)向需要更寬帶寬要求的VOD,遠(yuǎn)程診療,視頻會(huì)議等服務(wù)和應(yīng)用。
眾所周知,目前FTTH的設(shè)備價(jià)格還非常高昂,往往一線售價(jià)1000美元以上。據(jù)了解,在美國(guó)FTTH用戶每戶每月服務(wù)費(fèi)也約為80~100美元,電信運(yùn)營(yíng)商的FTTH網(wǎng)絡(luò)一般兩三年可以收回投資。但在中國(guó),情況則完全不同。目前,在國(guó)內(nèi)不少城市,由于激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),ADSL和基于5類線的LAN寬帶接入使用費(fèi)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(gè)別月使用費(fèi)較高的地區(qū),如南京也只有880元/年?；谶@種寬帶接入服務(wù)的資費(fèi)水平根本無法支撐FTTH網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)營(yíng),其投資效益可想而知,這是我國(guó)電信運(yùn)營(yíng)商普遍缺乏熱情推廣FTTH的最根本原因?？梢?在我國(guó)推廣FTTH應(yīng)用,除開發(fā)低成本的FTTH接入技術(shù)與設(shè)備外,還應(yīng)該把市場(chǎng)推廣的突破口選擇在如別墅區(qū)、高檔住宅區(qū)和高級(jí)寫字樓(FTTO)等目標(biāo)市場(chǎng)。因?yàn)?現(xiàn)有寬帶接入技術(shù)很難滿足這類目標(biāo)市場(chǎng)對(duì)寬帶接入遠(yuǎn)距離、高帶寬、專線接入的要求,同時(shí)這些用戶對(duì)寬帶接入具有較高的消費(fèi)能力,運(yùn)營(yíng)商可以根據(jù)FTTH能提供高帶寬、專線接入優(yōu)質(zhì)服務(wù)特點(diǎn)適當(dāng)提高寬帶接入月使用費(fèi),提高FTTH接入網(wǎng)絡(luò)投資效益。
FTTH在中國(guó)發(fā)展的初期階段需要進(jìn)行市場(chǎng)細(xì)分,針對(duì)特定市場(chǎng)進(jìn)行耕作,集中力量開發(fā)集群式新客戶和ARPU較高的大客戶。
另外,在FTTH產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過程中,運(yùn)營(yíng)商、制造商、內(nèi)容提供商等想靠一己之力做大市場(chǎng)是不可能的,只有產(chǎn)業(yè)鏈上各方緊密合作,才能有效拓展市場(chǎng)。
3.FTTH業(yè)務(wù)提供應(yīng)循序漸進(jìn),選擇適合我國(guó)FTTH發(fā)展的技術(shù)
目前全球500萬線的FTTH用戶中,90%以上的FTTH接入網(wǎng)絡(luò)只提供Internet寬帶接入業(yè)務(wù),因?yàn)镕TTH提供傳統(tǒng)固定電話成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有固定電話技術(shù)成本,追求FTTH全業(yè)務(wù)接入(同時(shí)支持寬帶上網(wǎng)、有線電視CATV接入和傳統(tǒng)固定電話接入,即所為三網(wǎng)合一)在我國(guó)還存在行業(yè)壁壘,即電信運(yùn)營(yíng)商不允許經(jīng)營(yíng)CATV業(yè)務(wù),反之CATV運(yùn)營(yíng)商不許經(jīng)營(yíng)傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)(如電話),而且這一現(xiàn)狀在未來相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)無法改變,因此單一運(yùn)營(yíng)商無法在FTTH接入網(wǎng)絡(luò)提供三網(wǎng)合一業(yè)務(wù)。雖然,在接入網(wǎng)上,光纖替代各種銅質(zhì)纜線是必然趨勢(shì),但一夜之間光纖就徹底替代銅質(zhì)纜線,所有業(yè)務(wù)都通過光纖接入是不現(xiàn)實(shí)的,也是無法想象的。在推進(jìn)FTTH過程中,我們必須照顧到傳統(tǒng)固網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的利益,也要考慮現(xiàn)有的金屬線資源,實(shí)現(xiàn)平緩過渡。
數(shù)據(jù)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(huì)影響到該系統(tǒng)。在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中應(yīng)用光纖通信網(wǎng)絡(luò)，不僅可滿足高寬帶的需要，且與光纖信號(hào)均不會(huì)被外界噪聲影響的特點(diǎn)相符合，最終可完成數(shù)據(jù)采集及傳輸。光纖通信網(wǎng)絡(luò)在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)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(huì)受到電磁干擾。(3)信號(hào)不輕易衰減，具有較長(zhǎng)的中繼距離。(4)低廉、豐富的光纖材料來源，能夠節(jié)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(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)充、建設(shè)及提速，對(duì)光纖材料的需求也隨之不斷增長(zhǎng)［3］。
2在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用
2.1高速采集模塊
將Atmega168芯片應(yīng)用于系統(tǒng)主控制器中，時(shí)鐘時(shí)序由CPLD產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)對(duì)高速數(shù)據(jù)的控制及采集，數(shù)據(jù)采集模塊具體方案如圖1所示。高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)運(yùn)行原理為:通過傳感器將模擬量信號(hào)中攜帶的物理量信息進(jìn)行電壓量的轉(zhuǎn)化，再通過ADC轉(zhuǎn)換模塊以數(shù)字電壓量代替模擬電壓量，進(jìn)而實(shí)施數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、傳輸及處理。由CPLD和AVR共同控制完成高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并對(duì)所采集到的模擬信號(hào)實(shí)施模數(shù)轉(zhuǎn)換后，在FIFO中緩存結(jié)果，再在Flash陳列中進(jìn)行轉(zhuǎn)存與保存。整個(gè)系統(tǒng)工作過程中，F(xiàn)IFO既具有緩存作用，還可使A/D對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)位數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的匹配問題得到全面解決，有效調(diào)整了與Flash存儲(chǔ)器中所包含的數(shù)據(jù)線位數(shù)。
2.2控制程序設(shè)計(jì)
在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，編程采集功能的實(shí)現(xiàn)選用兩條通道實(shí)施時(shí)鐘分析，若控制信號(hào)屬于低電平狀態(tài)，觸發(fā)采集，8路數(shù)據(jù)通道存儲(chǔ)采集到的數(shù)據(jù)，EOC電平逐漸下降［5］。在數(shù)據(jù)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(chǔ)區(qū)中存入所采集到的數(shù)據(jù)。以此為基礎(chǔ)，在CPLD中載入相關(guān)程序，系統(tǒng)性調(diào)試電路，同時(shí)實(shí)施8通道的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及控制，所產(chǎn)生出的波形如圖2所示。由此可見，1、3、4、5四路將8個(gè)連續(xù)脈沖分別產(chǎn)生出來，且具有準(zhǔn)確的時(shí)序位置，即控制器可同時(shí)對(duì)8路信號(hào)進(jìn)行采集與控制，不會(huì)發(fā)生時(shí)序或邏輯方面的錯(cuò)誤［6］。因此，光纖通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的采集程序符合設(shè)計(jì)要求，依照所采集的脈沖寬度，能夠?qū)⑾到y(tǒng)采集速度最高值為10Mbit·s－1計(jì)算出來。采用電光調(diào)制將采集到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行成光信號(hào)的轉(zhuǎn)換，并于光纖通信網(wǎng)絡(luò)中實(shí)施加載，再采用光纖通信網(wǎng)絡(luò)將所采集的數(shù)據(jù)傳輸至高速數(shù)據(jù)主控制系統(tǒng)中。
2.3外接存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)
光纖通信網(wǎng)絡(luò)在通過光的形式與模塊接入后，其數(shù)據(jù)速率比FPGA數(shù)據(jù)處理能力高，為了能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地傳輸信號(hào)，故設(shè)計(jì)外接存儲(chǔ)體是必要的。多累存儲(chǔ)器在市場(chǎng)中有多種，其中主要包括DDRSDRAM、SDRAM、VCM、DRDRAM等。根據(jù)光纖通信具有高速率、大數(shù)據(jù)量等特征，再與總體硬件設(shè)計(jì)相結(jié)合，該系統(tǒng)選用DDRSDRAM。DDRSDRAM通過雙倍速率結(jié)構(gòu)增加對(duì)所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行高速讀取的能力，此雙倍速率結(jié)構(gòu)中的所有時(shí)鐘周期均會(huì)實(shí)施讀寫操作，從而達(dá)到雙倍數(shù)據(jù)讀寫速度的效果。此外，控制命令、數(shù)據(jù)及地址被寄存在不同的時(shí)鐘跳沿，所以DDRSDRAM必須精準(zhǔn)的對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行判斷。為與該要求相滿足，時(shí)鐘信號(hào)于DDRSDRAM中通過雙端差動(dòng)實(shí)施數(shù)據(jù)傳輸，即CK#與CK.在CK變高、CK#變低的情況下，會(huì)認(rèn)定CK為上跳沿;而若CK變低、CK#變高的情況下，會(huì)有時(shí)鐘CK下跳沿的認(rèn)識(shí)。時(shí)鐘CK上跳沿對(duì)控制命令與地址予以寄存，可將所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行高、低劃分，并分別存儲(chǔ)在時(shí)鐘上下跳沿。DDRSDRAM在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的工作原理，如圖3所示。與系統(tǒng)中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量要求與處理速度相結(jié)合，選用現(xiàn)階段技術(shù)較成熟的HY5DU(L)T芯片。該芯片擁有32MB的容量，16位的數(shù)據(jù)總線寬度，芯片在最佳狀態(tài)下的數(shù)據(jù)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(hào)網(wǎng)絡(luò)速率在10Gbit·s－1時(shí)所存在的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)問題［9］。此外，因系統(tǒng)設(shè)計(jì)難以滿足DDRSDRAM芯片速率最高值，故為了確保外部存儲(chǔ)器余量充足，可通過4片芯片并聯(lián)模式有效提升數(shù)據(jù)吞吐力，使其達(dá)到21.248Gbit·s－1。
3系統(tǒng)測(cè)試
在對(duì)基于光纖通信網(wǎng)絡(luò)的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行性能測(cè)試時(shí)，需通過對(duì)已知信號(hào)進(jìn)行采集，并將信號(hào)存儲(chǔ)后，對(duì)比已知信號(hào)，最終完成測(cè)試。具體測(cè)試步驟為:通過光通信協(xié)議儀將特殊信號(hào)發(fā)送出去，達(dá)到9.953Gbit·s－1的信號(hào)速率，15520Byte的幀長(zhǎng)，為便于分析信號(hào)，需對(duì)信號(hào)幀同步碼設(shè)置成“F6F6F6282828”的序列，將0設(shè)置在幀頭剩余部位，并將5設(shè)置在幀內(nèi)剩余部位，由此避免對(duì)信號(hào)實(shí)施直接擾碼與傳輸。在對(duì)光信號(hào)接收后，系統(tǒng)應(yīng)該實(shí)施光電降速與轉(zhuǎn)換處理，由系統(tǒng)中的FPGA對(duì)數(shù)據(jù)及時(shí)鐘實(shí)施接收，對(duì)其相應(yīng)處理后轉(zhuǎn)入外部存儲(chǔ)器實(shí)施緩存［10］。數(shù)據(jù)存滿外部存儲(chǔ)器后，可暫停采集數(shù)據(jù)，根據(jù)順序?qū)ν獠看鎯?chǔ)器數(shù)據(jù)實(shí)施重新讀取，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中送入千兆以太網(wǎng)接口實(shí)施統(tǒng)計(jì)對(duì)比分析。試驗(yàn)結(jié)果得出數(shù)據(jù)幀同步碼，即“F6F6F6282828”，這些同步碼后有若干個(gè)0，所有凈荷均為常數(shù)5。試驗(yàn)結(jié)果顯示，發(fā)送特定數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)相同。此外，為對(duì)系統(tǒng)誤碼率進(jìn)行測(cè)試，將固定數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為偽隨機(jī)碼以做信號(hào)凈荷，結(jié)果顯示誤碼率在10～12以下。
4結(jié)束語
1.1設(shè)計(jì)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(tǒng)建立時(shí)，需要從總體上考慮光纖系統(tǒng)的可行性和可實(shí)現(xiàn)性，在保證傳輸安全的前提下保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)男剩纯煽啃?。智能變電站光纜的選擇要符合施工的實(shí)際情況，光纖的接口應(yīng)該盡量統(tǒng)一，在施工中要盡量采用新技術(shù)。方案的設(shè)計(jì)要盡可能節(jié)約光纜的使用量，提高光纖的利用率，同時(shí)要在設(shè)計(jì)中明確施工目標(biāo)，從而保證施工效率。在進(jìn)行光纜的鋪設(shè)時(shí)要注意光纜的保護(hù)等。
1.2光纜的選擇
在智能變電站中，光纜產(chǎn)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(shè)計(jì)時(shí)需要優(yōu)先考慮的，在實(shí)際的工作中要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行光纜的選擇。在智能變電站內(nèi)數(shù)據(jù)的傳輸距離長(zhǎng)，通常選用單模光纜，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸；站內(nèi)各LED之間的通信，則要選用漸變性多模光纜。在進(jìn)行戶外配電裝置的選用時(shí)，對(duì)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(jìn)行光纜連接器的選擇，即接入光模塊的光纖接頭。根據(jù)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(shù)，并且通過智能終端使各項(xiàng)數(shù)據(jù)可以共享。
2智能光纖通信系統(tǒng)的主要實(shí)施手段
2.1光纜線路設(shè)計(jì)
在進(jìn)行信息數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，為了保證傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，使光纖在各種環(huán)境下都能夠進(jìn)行長(zhǎng)期使用，需要將光纖制作成光纜。在進(jìn)行光纜設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)光纜進(jìn)行足夠的保護(hù)，保證光纖不受外界因素的損壞，光纜的材質(zhì)要選擇重量較輕、便于施工和維護(hù)的材料。針對(duì)不同的傳輸環(huán)境，選擇不同結(jié)構(gòu)的光纜，從而將傳輸?shù)木€路進(jìn)行優(yōu)化處理。在進(jìn)行光纜的安裝時(shí)，要對(duì)光纜之間的擠壓、磨損、扭轉(zhuǎn)等進(jìn)行規(guī)范操作，清除光纜附近的障礙物，進(jìn)行電場(chǎng)強(qiáng)度控制，使其感應(yīng)電場(chǎng)不超過規(guī)定值。由于110kV巍山智能變電站光纜的安裝是在高電壓的環(huán)境下進(jìn)行安裝，因此要格外注意人身安全和安裝設(shè)備安全，在安裝時(shí)要進(jìn)行安全措施防護(hù)，保持作業(yè)的安全。要注意施工的環(huán)境，在施工結(jié)束后要在附近懸掛警示牌和設(shè)立相關(guān)的標(biāo)志，及時(shí)進(jìn)行光纜的維護(hù)等。
2.2通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)
110kV巍山智能變電站的通信系統(tǒng)主要由傳輸設(shè)備、接入設(shè)備和電源設(shè)備組成，SDH傳輸設(shè)備是光纖系統(tǒng)的核心，所有的控制信號(hào)都要通過SDH進(jìn)行轉(zhuǎn)換才能進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。PCM接入設(shè)備將傳輸設(shè)備中的2M信號(hào)轉(zhuǎn)換為可控制傳輸?shù)?4K信號(hào)，而電源設(shè)備是通信系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要保證，只有電源提供穩(wěn)定的電源，才能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目蓪?shí)現(xiàn)性和準(zhǔn)確性。在進(jìn)行通信設(shè)備施工時(shí)，要對(duì)施工人員進(jìn)行大地放電，消除人體靜電，以防止通信設(shè)備的損壞。通信設(shè)備對(duì)周圍環(huán)境的要求很高，要設(shè)置專門的通信機(jī)房，安裝防靜電地板，同時(shí)要保證機(jī)房的溫度和濕度恒定，將通信電池和設(shè)備相分隔開，以防止火災(zāi)的發(fā)生。巍山智能變電站的設(shè)計(jì)中采用了全封閉式的組合電器，具有很強(qiáng)的抗干擾功能，智能化遠(yuǎn)程遙控可以大大減少人為操縱的風(fēng)險(xiǎn)。
3現(xiàn)階段變電站中光纖通信系統(tǒng)存在的問題
3.1光纜施工安全隱患
在智能變電站建設(shè)中，光纖通信作為其主要通信介質(zhì)發(fā)揮出了極大的作用，但是在施工建設(shè)中容易出現(xiàn)一系列問題，導(dǎo)致變電站通信質(zhì)量受到損壞。在導(dǎo)入光纖時(shí)接口密封不嚴(yán)，使保護(hù)鋼管中容易出現(xiàn)積水，造成冬天積水無法排除結(jié)冰膨脹，從而造成光纖被積壓，不僅降低了傳輸效率，同時(shí)也影響了光纜的安全性。在進(jìn)行光纜材料的選用時(shí)沒有固定的標(biāo)準(zhǔn)，捆綁材料也達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，使光纜在固定時(shí)不穩(wěn)定，余纜容易出現(xiàn)散落的現(xiàn)象，從而造成安全隱患。光纜的材料選用不足，也會(huì)造成施工工藝的差異，產(chǎn)品的質(zhì)量達(dá)不到統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致同一個(gè)智能變電站中出現(xiàn)不同施工工藝的現(xiàn)象。在進(jìn)行光纜的固定和安裝時(shí)，其固定架間隔之間縫隙存在著質(zhì)量問題，部分型號(hào)的光纜固定架間隙不足，導(dǎo)致傳輸?shù)馁|(zhì)量和速率下降，固定架和光配機(jī)架上下距離不夠充足，使光纜在固定保護(hù)套管彎曲過大，使館內(nèi)光纖造成積壓，從而降低傳輸速率。
3.2材料選擇不規(guī)范
智能變電站光纖通信系統(tǒng)涉及到多個(gè)專業(yè)，施工需要采購的設(shè)備數(shù)量多，型號(hào)也分為很多種類，因此在進(jìn)行設(shè)備采購時(shí)針對(duì)光纜固定架、配線單元、保護(hù)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(tǒng)的材料選購上看，設(shè)備進(jìn)行采購時(shí)常常出現(xiàn)遺漏的現(xiàn)象，設(shè)備材料的供應(yīng)商數(shù)目眾多，其產(chǎn)品型號(hào)難以統(tǒng)一，給材料的配置帶來了很多的困難。不同型號(hào)進(jìn)行的施工工藝也不相同，造成工程的工藝不規(guī)范。
3.3施工人員素質(zhì)不強(qiáng)
智能變電站光纖通信系統(tǒng)的構(gòu)建是一個(gè)非常復(fù)雜的施工工程，施工規(guī)模大，項(xiàng)目多，作業(yè)環(huán)境危險(xiǎn)，這就需要施工人員增強(qiáng)安全意識(shí)和專業(yè)技能，但是現(xiàn)階段很多施工人員不注重技能的提升，不能夠及時(shí)掌握新技術(shù)，在進(jìn)行高電壓作業(yè)時(shí)防護(hù)措施不到位，高空作業(yè)時(shí)沒有配備相應(yīng)的安全設(shè)施，造成人身安全隱患。在進(jìn)行通信設(shè)備的建設(shè)時(shí)沒有進(jìn)行大地放電，身上的靜電造成通信設(shè)備的損壞等。
4加強(qiáng)變電站站內(nèi)光纖通信的有效措施
4.1進(jìn)行變電站初期研究
在進(jìn)行智能變電站光纖通信系統(tǒng)的構(gòu)建時(shí)，要與相關(guān)部門進(jìn)行溝通，確定系統(tǒng)的可實(shí)現(xiàn)性，要對(duì)光纜通信建設(shè)的目標(biāo)進(jìn)行明確，同時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，將設(shè)備材料的選購、光纜設(shè)計(jì)數(shù)量、安裝方式和投入使用等各界環(huán)節(jié)進(jìn)行預(yù)算和估量，在設(shè)計(jì)時(shí)要嚴(yán)格審核期設(shè)備的選用，人員的調(diào)配和施工技術(shù)的應(yīng)用也要符合相關(guān)的規(guī)定。要選擇專業(yè)的設(shè)備廠家進(jìn)行設(shè)備材料的選購，保證設(shè)備的型號(hào)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(shí)施和政府的支持緊密相連，其各項(xiàng)施工也符合國(guó)家的施工要求。
4.2規(guī)范施工中的各項(xiàng)操作
在進(jìn)行光纜的安裝和調(diào)試運(yùn)行時(shí)，施工人員要嚴(yán)格按照相關(guān)的規(guī)定進(jìn)行規(guī)范操作，在進(jìn)行光纜施工時(shí)，要以光纜數(shù)據(jù)傳輸效率最大化和傳輸安全為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行光纜的安裝。結(jié)合巍山當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c(diǎn)，對(duì)于施工中出現(xiàn)的客觀因素如天氣原因等要進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整工期，保證施工的進(jìn)度和工期。及時(shí)將新技術(shù)應(yīng)用到施工建設(shè)中，從而讓通信建筑更好地發(fā)揮其作用。在建筑中明確責(zé)任人和監(jiān)督人，監(jiān)督施工按照相關(guān)規(guī)定操作，保證施工的安全。
4.3加強(qiáng)施工人員的培訓(xùn)
在進(jìn)行光纜通信建設(shè)時(shí)，施工人員的操作是保證系統(tǒng)順利運(yùn)行的關(guān)鍵。要加強(qiáng)對(duì)施工人員的技能培訓(xùn)和綜合素質(zhì)的提高，不斷提升員工的專業(yè)技能水平，讓新技術(shù)運(yùn)用到光纖通信建設(shè)中。增強(qiáng)員工的安全意識(shí)，在員工進(jìn)行危險(xiǎn)環(huán)境作業(yè)時(shí)，要讓員工配備相應(yīng)的安全工具，如安全帽等，在進(jìn)行通信設(shè)備建設(shè)時(shí)，要注意對(duì)員工進(jìn)行大地放電，減少通信設(shè)備的損害。建筑單位要及時(shí)對(duì)光纜進(jìn)行維護(hù)，防止光纜的損壞造成極大的損失。
5結(jié)語
光纖通信簡(jiǎn)而言之是將原始的電信號(hào)轉(zhuǎn)成光信號(hào)進(jìn)行傳輸，但是實(shí)現(xiàn)起來有很多因素要考慮。光纖通信自它的產(chǎn)生之日起，就是為了實(shí)現(xiàn)大批量數(shù)據(jù)的高速傳輸，主要應(yīng)用于民用通信領(lǐng)域，在各應(yīng)用領(lǐng)域都有約定俗成的標(biāo)準(zhǔn)，所以要將它引入過來用以實(shí)現(xiàn)通信對(duì)抗系統(tǒng)的實(shí)時(shí)串行總線設(shè)計(jì)，必須進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)。
1.1物理鏈路的設(shè)計(jì)
首先是并串、串并轉(zhuǎn)換集成電路的選取。在通信領(lǐng)域已經(jīng)有許多高速并串轉(zhuǎn)換的芯片，但大部分都是面向民用通信領(lǐng)域的通用協(xié)議設(shè)計(jì)的，針對(duì)性強(qiáng)，協(xié)議架構(gòu)復(fù)雜，不適合串行自定義總線協(xié)議的實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過一番比對(duì)，筆者選取了TI公司的TLK1501芯片。該芯片在應(yīng)用層是開放式的，應(yīng)用相對(duì)簡(jiǎn)單，利于自定義總線協(xié)議的實(shí)現(xiàn)，便于開發(fā)調(diào)試。它的串行吞吐速率為0.6～1.5Gbps[2]，已能滿足應(yīng)用?？紤]到PCB布板及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰x擇800Mbps作為數(shù)據(jù)傳輸速率。其次是光模塊的選取。光模塊現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到具有支持波分復(fù)用的能力，考慮到引導(dǎo)總線實(shí)時(shí)只傳輸一種指令，所以選擇單一波長(zhǎng)的光模塊即可。目前主要有三種波長(zhǎng)的光模塊可以選擇：850nm，1310nm，1550nm。850nm多模光模塊主要應(yīng)用于短距離傳輸，一般500米以內(nèi)；1310nm，1550nm光模塊一般應(yīng)用在單模光纖。考慮到性價(jià)比因素筆者選用了某公司的1310nm波長(zhǎng)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(zhuǎn)接有些損耗，整個(gè)光纖通路也有比較充裕的動(dòng)態(tài)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(shè)計(jì)
TLK1501負(fù)責(zé)整個(gè)物理鏈路中數(shù)據(jù)的并串、串并轉(zhuǎn)換，是數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)年P(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下3點(diǎn)。1）時(shí)鐘的選取TLK1501有8bit/10bit轉(zhuǎn)換機(jī)制，這樣在FPGA與TLK1501的并行數(shù)據(jù)端口的16bit數(shù)據(jù)進(jìn)入芯片后會(huì)轉(zhuǎn)成20bit數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸；反過來推算，16位并行端口的速率應(yīng)為40MHz。選擇40MHz時(shí)鐘時(shí)應(yīng)注意，發(fā)送方和接收方TLK1501對(duì)時(shí)鐘的要求比較高，頻差須在0.01%以內(nèi)，時(shí)鐘的抖動(dòng)不能超過40ps。設(shè)計(jì)時(shí)將FPGA送給TLK1501的時(shí)鐘與并行數(shù)據(jù)的輸送時(shí)鐘盡可能做到同相位，布線長(zhǎng)度也盡量相近。2）收發(fā)的同步設(shè)計(jì)TLK1501只有進(jìn)入同步狀態(tài)后才能正常傳輸數(shù)據(jù)，它有兩種方式發(fā)送同步碼，一種是TX-EN、TX-ER為00時(shí)發(fā)送端強(qiáng)制發(fā)送同步碼；另一種是當(dāng)LCKREFN為高時(shí)，TLK1501內(nèi)部狀態(tài)機(jī)自動(dòng)控制發(fā)送同步碼。本設(shè)計(jì)采用的是第一種同步設(shè)計(jì)。FPGA首先控制TX-EN、TX-ER為00，產(chǎn)生IDLE碼字，一段時(shí)間之后傳輸正常的數(shù)據(jù)，接收模塊根據(jù)接收到的幀同步信號(hào)判斷鏈路是否同步。如果鏈路同步，可以發(fā)送正常數(shù)據(jù)。如果鏈路失同步，則再產(chǎn)生IDLE碼字，等待重新進(jìn)入同步狀態(tài)。3）PRBS測(cè)試為了使整個(gè)光通信鏈路的調(diào)試進(jìn)展順利，可以先在每個(gè)用戶端口對(duì)TLK1501的收發(fā)進(jìn)行PRBS回環(huán)測(cè)試，如回環(huán)測(cè)試有問題，可能是因?yàn)闀r(shí)鐘抖動(dòng)太大，或電源不穩(wěn)定，需改進(jìn)設(shè)計(jì)。在每個(gè)用戶的TLK1501分別通過測(cè)試后，可以進(jìn)行兩個(gè)用戶間的PRBS測(cè)試，驗(yàn)證用戶間的兩個(gè)時(shí)鐘是否匹配，如兩個(gè)用戶間PRBS測(cè)試通過，就可以進(jìn)行高速光纖串行通信總線的測(cè)試了。
1.3傳輸協(xié)議的設(shè)計(jì)
信息交換幀由幀頭、幀長(zhǎng)度、命令碼、引導(dǎo)信息、校驗(yàn)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(gè)字為16bit，即2個(gè)字節(jié)，正好匹配TLK1501芯片并行數(shù)據(jù)端口的數(shù)據(jù)位數(shù)，位定義符合TLK1501芯片的數(shù)據(jù)總線定義。幀頭與幀尾各有3個(gè)16比特的字，通信時(shí)方便用戶將完整的一幀內(nèi)容接收下進(jìn)行解析。對(duì)于一些不能丟幀的指令的通信，如圖2所示，可由ACK校驗(yàn)和握手機(jī)制[3]來確保重發(fā)，圖中T1：1～10μs。若ACK校驗(yàn)和錯(cuò)誤，則自動(dòng)重發(fā)；累計(jì)重發(fā)次數(shù)超過5次或是T1超時(shí)1s，本次傳輸結(jié)束，由上位機(jī)決定是否重發(fā)。
2高速光纖串行總線測(cè)試
兩個(gè)設(shè)備間用光纖互聯(lián)后可以進(jìn)行高速光纖串行總線的調(diào)試與測(cè)試，測(cè)試框圖見圖3。測(cè)試時(shí)在兩個(gè)設(shè)備間定時(shí)發(fā)送按協(xié)議格式簡(jiǎn)化的一個(gè)幀，包括幀頭、幀尾，幀頭幀尾中間填充有規(guī)律的便于觀察統(tǒng)計(jì)的測(cè)試數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)，從圖中的接收數(shù)據(jù)（ser_data_in）可以看到一個(gè)完整的帶幀頭、幀尾，測(cè)試數(shù)據(jù)正確的幀。測(cè)試前，可預(yù)先在通信板卡的控制芯片例如DSP的程序中增加一段測(cè)試代碼，專門用于統(tǒng)計(jì)通信的誤碼率。試驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果比較理想，幾萬次的通信傳輸中未發(fā)現(xiàn)誤碼，可見誤碼率是很低的，可以滿足工程應(yīng)用。
3結(jié)束語
采用復(fù)用光纖通道時(shí)，繼電保護(hù)設(shè)備輸出的光信號(hào)需經(jīng)過接口轉(zhuǎn)換設(shè)備變換成為標(biāo)準(zhǔn)的能與通信網(wǎng)互聯(lián)的E1數(shù)字電信號(hào)，其互聯(lián)復(fù)用通道方式中，保護(hù)信號(hào)與其它信號(hào)一起在通信干線上的1對(duì)光纖（1發(fā)/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(hù)信號(hào)通道發(fā)展的主要方向。這種方式中間環(huán)節(jié)比專用光纖方式多。對(duì)500kV及220kV雙重化的兩套縱聯(lián)保護(hù)信號(hào)傳輸通道一般不適合采用同一光纜，應(yīng)實(shí)現(xiàn)物理上的完全隔離，并且要滿足雙路由、雙設(shè)備、雙電源的通道配置規(guī)則要求?？紤]自愈環(huán)傳輸路徑的不同，會(huì)產(chǎn)生傳輸時(shí)延，因此網(wǎng)管做保護(hù)通道2M業(yè)務(wù)時(shí)，不應(yīng)做自愈環(huán)自愈保護(hù)，以保證收發(fā)路徑相同，從而避免由于傳輸路徑不同而產(chǎn)生時(shí)延，發(fā)生繼電保護(hù)誤動(dòng)現(xiàn)象。同時(shí)中間傳輸站點(diǎn)不應(yīng)超過5個(gè)（2M中轉(zhuǎn)次數(shù)）。
2保護(hù)信號(hào)在光纖通道的測(cè)試
2.1光纖電流差動(dòng)保護(hù)通道測(cè)試的必要性
采用光纖通道傳送繼電保護(hù)信號(hào)時(shí)，其穩(wěn)定、可靠的性能保證了信號(hào)準(zhǔn)確地將信息傳送到對(duì)端。因?yàn)橥ǖ涝趥鬏斝盘?hào)中所起的重要作用，所以在投運(yùn)前和檢修維護(hù)中，應(yīng)對(duì)通道的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括傳輸設(shè)備、通道衰耗、接口裝置、光端機(jī)等進(jìn)行檢測(cè)，防止由于通道衰耗大，導(dǎo)致保護(hù)裝置不能正常工作。
2.2保護(hù)信號(hào)在光纖通道的自環(huán)測(cè)試
（1）專用光纖通道的測(cè)試。在建立專用光纖通道時(shí)，首先要對(duì)光端機(jī)的發(fā)光功率和光端機(jī)的收光功率進(jìn)行測(cè)試后，根據(jù)光纜線路的長(zhǎng)度，計(jì)算通道富裕度是否能滿足要求后，對(duì)通道進(jìn)行自環(huán)調(diào)試。（2）復(fù)用通道的自環(huán)測(cè)試。因?yàn)槔^電保護(hù)通道多數(shù)采用2M電路復(fù)用方式，所以對(duì)2M通道的自環(huán)在施工和維護(hù)中經(jīng)常用到。包括本端光自環(huán)、近端2M電口端自環(huán)：遠(yuǎn)端2M電口端自環(huán)，在2M數(shù)字通道對(duì)通后，由繼電保護(hù)人員進(jìn)行設(shè)備裝置調(diào)試。
3互聯(lián)通道故障排除方法及步驟
