光通信论文范文

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1光纤模型

对于一些较为复杂的矢量信息的调制，光通信系统当中则一般都是用IQ调制器进行；光纤模型是为了将通信相干系统内处理数字信号进行提高，因此必须要具体研究整个系统内信号进行光纤传输的现象，而该现象则需要从物理以及数学的模型当中入手，对对应的补偿或均衡技术进行研究过程中将数字信号处理技术的作用发挥出来，使得光信号变换成为电磁波的形式，具体的解是在麦克斯韦方程组导出的波动方程中进行的，表达式是：其中X是信号偏振方向的单位向量，是初始振幅的傅立叶表示，是常数，最终将光信号基态模式分布成F（x，y）看成是近似高斯函数。另外在研究接收端过程中，一般都是将光相干接收机作为主要组成进行研究，其能够对接收机进行直接测探，让所检测的信号强度信息得以增强，同时还能够将强度调制信号进行光电转换前对其进行除匹配滤波之外的处理。

2信号处理

研究相干光通信系统内处理数字信号的技术主要是：光纤信道是信号进行传输的通道，而其中所出现的不同形式的失真或者损伤就会在结合过程中出现线性或者非线性的失真。而线性失真的补偿是不存在因果关系，即无需顾虑其顺序问题，不过需要在具体算法当中遵循以下原则：分离所需估计的线性失真为单独形式的变量，并补偿态应该优先估计，对于算法较为简单的变量，然后再补偿随机变量，最后才是对所有变量进行完整补偿。算法流程：每个方框所代表的都是相干接收机内的数字信号处理系统的子系统，且子系统之间所可能出现的反馈线路的具体图表也要进行表示，在预处理算法的研究中，它是指在进行实质的信道均衡、载波恢复之前，对采样后的信号进行一定程度的预先处理，为形成数字信号处理算法做出充分的准备。

3信号补偿

使用数字信号处理算法之后，相干光通信系统对信号补偿是在接收端，具体使用过程当中则会根据情况的不同来使用不同形式的数字信号处理子系统。去偏移系统可以针对偏振之间的采样时刻偏移进行补偿。正交化系统可以补偿因调制器和混频器缺陷造成的欠正交状况。归一化系统能够将信号具备单位的能力和幅度，进而使得信号发生色度色散后可利用静态信道的均衡系统对其进行补偿。即使出现不当采样而导致误差出现时，也能够使用采样时钟来对系统进行相关补偿。即自适应的信道均衡系统能够对于偏振所出现的相关损伤进行补偿，载波相位回复系统是估计载波相位的噪声，进而对所出现的失真进行补偿。载波频率恢复系统则是对发送端和接收端之间载波所出现的频率偏移进行补偿和估计。对于光线非线性造成的信号损伤可以借助非线性补偿系统进行补偿。

4相关耦合

在应用数字信号处理算法过程当中，先在接收端破和所输入的光信号和本振光，进而根据上述的数字信号处理技术子系统来对所耦合的光信号进行模数转化、去偏移以及正交化恢复等处理，然后根据实际的应用环境来选择具体形式的反馈和补偿。即相干光通信系统中有了数字信号处理算法的应用将会对其色散、偏振等造成的信号失真有了非常有效的补偿，进而更好的促进了相干光通信系统的发展。

二、小结

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[论文摘要]光纤通信因其具有的损耗低、传输频带宽、容量大、体积小、重量轻、抗电磁干扰、不易串音等优点，备受业内人士青睐，发展非常迅速。目前，光纤光缆已经进入了有线通信的各个领域，包括邮电通信、广播通信、电力通信和军用通信等领域。综述我国光纤通信研究现状及其发展。

近年来，光纤通信技术得到了长足的发展，新技术不断涌现，这大幅提高了通信能力，并使光纤通信的应用范围

不断扩大。

一、我国光纤光缆发展的现状

（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）

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（1）在电力通信中，完成通信需要多个设备的参与，而这主要是由于设备的性质不同、功能不同，且所承担的任务也不同，因此，这就使得电力系统通信网络结构复杂，由于传统的通信已无法适应电力系统通信网络发展的要求，因此，把光纤通信作为介质，提高通信质量也就成为一种趋势。（2）电力通信与其它通信之间的区别在于，其不仅对传输信息质量要求高，而且在通信实时性方面有着较高要求。随着中国经济社会发展的转型升级，电网规模的扩大，通信信号的种类日渐繁杂，同样要求在电力系统通信领域应用光纤通信，不仅包括继电保护信号，也包括语音信号，通过应用光纤通信，可提高信号传输质量。（3）由于电力系统的覆盖范围广，在通信这一领域，对传输范围和抗冲击能力均有较高的要求，为了最大程度上降低通信的损耗，保证传输的质量，特别是长距离传输的质量，也要求应用光纤通信。

2电力系统中光纤通信的特点

光纤通信的特点，主要是相对于传统电力通信方式来说的，这些特点同时也可视为光纤通信的优点，主要包括以下几个方面：（1）电力系统中的光纤通信的通信容量相当大，一般情况下，一对光纤便足以满足上百路甚至上千路信息路径通过，同时在一根光缆中，含有几十根甚至上百根光纤纤芯。（2）众所周知，光纤的制作材料一般为硅或者玻璃，所以这也就意味着光纤制作的原料来源非常丰富，所以对于节约金属材料的使用量具有重要的意义。（3）在电力系统通信领域中，光纤通信的保密性良好，外界的电磁干扰不容易对其造成影响，同时光纤通信也不受雷击、潮湿等因素的影响。（4）电力系统用的光纤，主要是OPGW光缆，其敷设与地线一次性完成，比较简单。（5）由于光纤通信无感应性能，所以电力系统中的光纤通信不容易受到电位升高的影响，毫无疑问，光纤通信技术是电力通信系统最为理想的通信技术。

3光纤通信在电力系统中的应用领域

光纤通信在电力系统中主要在以下方面有应用：（1）电网监控与调度自动化。电网智能化和自动化程度提高，在电网中应用光纤通信技术成为一种常态，在监控与调度中的应用表现为：把监控传感器采集到的状态信息传输给上级系统，同时下达有关的指令。（2）在配网自动化中的应用。确保系统运行的安全性与可靠性，要求在电力系统通信领域应用光纤通信，在状态监测、调度管理与分层控制等方面具有重要的作用。此外，光纤通信在继电保护器中也有着应用，主要是用于保护电流纵差中的导引线、保护继电保护装置、智能变电站或控制室内的信号传输线等。

4光纤通信在电力系统中的发展前景

现阶段，光纤通信在快速发展的形势下，已经发展到第五代光纤通信阶段，在这一阶段的光纤通信技术，具有容量大、信号传输速率快等诸多的优点。随着技术的进度与经贸水平的提高，全球的信息化程度逐步提高，因此对光纤通信的通信距离、容量和速度等提出了更高的要求。电力系统中，光纤通信的发展前景包括下面几个方面：

4.1光纤传送网新技术

目前，传输40GE/100GE网络的技术中，主要包括两种技术：①40Gbit/s技术；②100Gbit/s技术。同时，这两种技术中又包含有编码调制技术、色散补偿技术与非线性抑制技术，以及OSNR保证对策等几个方面。在未来电力系统发展过程中，为有效保证长距离光纤通信的要求，应使用光纤传输网新技术，主要是FEC技术，也就是多种增强前向纠错技术，以及动态增益均衡技术、新型编码调制技术等，通过利用电均衡接收机、功率调整技术等，可实现增加容量的目的。而频分复用技术、偏振复用技术和波分复用技术等，在未来的电力系统通信中，毫无疑问将会有越来越广泛的应用。

4.2光纤通信接入网新技术

在现阶段，电力系统中光纤通信接入技术主要存在传输距离、分光比、业务支持能力等方面的差距。目前光纤接入技术包括EPON技术（即太无源光网络）、GPON技术（即基于I-TU-TG984标准的新宽带无源光网络），以及基于星型结构的以太网接入技术、基于树形拓扑的APON/BPON技术等。一般情况下，EPON技术的实现，相比于GPON技术来说要简单不少，但是对于多业务的支持能力不如GPON技术。而基于星型结构的光纤接入技术是在传统的以太网的基础上实现的电力系统光纤通信的接入技术，这种技术适宜在单用户对宽带的要求大的区域（此种光纤接入情况下只能对单个用户进行连接）或者具有丰富光纤资源的区域，因此，相对来说基于星型结构的光纤接入技术的范围比较窄，并不是主流光纤接入技术的发展方向。

4.3光纤通信光交换新技术

对于光网络来说，典型属性之一便是光交换。当前，基于实现特征与交换颗粒进行光交换技术的划分，可以分为OPS即光分组交换、OBS即光突发交换、OCS即光路/波长交换。OCS的交换单位是波长，具有易于实现，交换颗粒大的优势，然而宽带的利用率以及复用特性非常差；OPS的交换单位是分组，并且交换的颗粒较小，因此不易于实现，然而其宽带的利用率以及统计复用特性非常好。基于光路/波长光交换技术与光分组交换技术的OBS，相对来说较为容易实现，同时，宽带利用率和复用特性能较好，因此，在未来电力系统通信中光纤通信的应用中，OBS会处于主导位置。

5结语

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随着科学技术的日新月异，互联网的大数据、云计算、平台、移动互联网将人类带入了高速的信息时代，互联网和通信方式改变着人们的生活、工作方式，通信方式发生了质的飞跃。同时，人们对通信系统的传输性能，也提出了更高的要求。通信方式从电缆通信、微波通信、光纤通信，再到目前的研究热点高速光纤通信。光纤通信是三大支柱通信方式的主体。光纤通信系统，顾名思义，是利用光作为载波、以光纤作为传输媒介进行传输信息的通信系统，光纤实际上是一种极细的光导纤维，由纯度很高的玻璃拉制而成。普通光纤通信的传输速率一般是10Gb/s，高速光纤通信的传输速率可达到40Gb/s、160Gb/s甚至更高。事实上，在光纤通信的不同发展阶段，高速的含义是不同的。目前通常把STM-16等级以上的系统称为高速光纤通信系统，也有人称之为超高速光纤通信系统。光纤通信作为当前三大通信方式的主体，有着较为明显的优势：光纤通信的频带较宽，可用带宽约50000GHz，容量大可同时传输更多的路数；光纤通信比任何的传输都具有更小的损耗，损耗小带来的直接好处就是中继距离长，传输稳定可靠；另外抗电磁干扰性强、保密性好。

2高速光纤通信系统面临的挑战

高速光纤通信系统快速发展，并得到广泛应用的同时，也存在着一些问题。比如光信噪比（OSNR），OSNR是光纤信号与噪声的比值，OSNR的大小直接影响传输信号质量的优劣，OSNR过大，传输距离会相应减小。另外，色散、非线性效应等问题也是影响高速光纤通信传输的主要因素。色散会使脉冲展宽、强度降低，增大误码率，信号畸变失真，直接降低通信质量。色散一般分为两类：群速度色散和偏振模色散（PMD）。群速度色散和偏振模色散效应对系统的传输性能、传输速率和传输距离都会有明显的损害。PMD的问题在以往的光纤传输中就存在，传输速率越高，PMD的影响也越加明显。光纤传输的衰减、消耗和色散与光纤长度为线性关系，光纤的带宽与光纤长度为非线性关系，这一非线性关系即为非线性效应。非线性效应分为散射效应、与折射密切相关的自相位调制SPM、交叉相位调制XPM和四波混频效应FWM，其中XPM和FWM对系统影响较为严重。因此，研究OSNR、色散和非线性效应问题是解决高速光纤通信系统高质量传输的关键技术。

3高速光纤通信系统的关键技术

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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

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通过这一实验可以观察当偏置电流变化从而改变弛豫频率时，高速光纤传输系统的性能变化情况[8]，仿真模型如图3所示。图3中，Ith=33.45mA，τsp=1ns，τph=3ps，I0=IB=40mA，Sequencelength128bits，Samplesperbit512。仿真结果：在直接光强度调制下弛豫频率与有源区内的电子寿命和谐振腔内的光子寿命的关系为（3）根据仿真模型设定的参数可以得到弛豫频率fres≈1.3GHz。图4给出了系统性能与调制频率的关系。当调制频率为1.3GHz时如图4（a）所示；当调制频率为5GHz时如图4（b）所示。由图4可看出，当调制频率高于弛豫频率后，系统性能严重变坏。

2掺铒光纤放大器（EDFA）实验

本研究用于分析EDFA的频率特性和噪声性能[9]，仿真模型如图5所示。在仿真模型中掺铒光纤参数：Length7m，Corera-dius2.2m，Ermetastablelifetime10ms，Erdopingradius2.2m，Eriondensity1e+025m3，Numericalaperture0.24。仿真结果如图6所示。图6中，（a）为CW激光器的频率与EDFA增益的关系曲线，（b）为信号输入功率与EDFA增益曲线，（c）为功率噪声曲线。光接收机实验光接收机主要的性能指标是灵敏度和动态范围。本研究的目的是了解光接收机灵敏度与误码率的关系及灵敏度与最小输入功率的关系[10]，仿真模型如图7所示。

3WDM系统实验

波分复用是光纤通信系统扩大传输容量，提高传输速率的主要途径之一，仿真模型如图9所示。图9中，利用Mach-Zehnder调制器进行外调制，16路复用，光发射器参数：Bitrate40Gb/s。线路由50km单模光纤与10km色散补偿光纤构成循环单元，采用掺饵光纤放大器。解复用器参数：Bandwidth8e+010Hz，Depth100dB，FiltertypeBessel，Filterorder6。图10为WDM系统实验仿真结果，图中给出了解复用器之前光纤线路之后的光谱图，图中较低的部分为噪声部分。

4结束语

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在应用过程中，按照用途将光纤进行分类，可分为传感光纤和通信用光纤；按照制作工艺分类，可分为材料组成类、制造工艺类和光学特性类；按照传输介质分类，可分为专用和通用两种，并且，功能器件光纤可以应用于放大光波、分频、整形和光振荡等方面，从而以不同形态呈现在人们眼前。根据光纤通信的应用情况可知，光纤通信的基本构成结构包括光源、光纤和光检测器三部分，具有如下几个特点：

（1）信号干扰小、保密性强。

（2）通信容量超大，可完成远距离传输。一般一根光纤的带宽在20THz以上，在没有中继传输的情况下，可传输到几十公里以上。

（3）重量较轻、细径较细，一般制作材料是石英，大大降低了有色金属的耗损，使资源得到合理利用。

（4）不受外界因素影响，在任何情况下可使用，具有较长使用寿命。

（5）较强抗电磁干扰能力和绝缘性能，因此，信息传输质量非常好。

（6）没有辐射，不容易被窃听，提高信息传输的安全性。

（7）环绕性好、抗腐蚀能力强，在使用过程中，不会出现火花，减少安全事故。

2光纤通信技术在电力通信中的应用

在电力通信中，电力特种光纤包括OPGW(光纤复合地线)、MASS(金属自承光缆)、OPPC(光纤复合相线)、ADL(相/地捆绑光缆)、ADSS(全介质自承光缆)和GWWOP(相/地线缠绕光缆)等六种，而我国应用较多的电力特种光缆是ADSS和OPGW两种，大大提高了电力通信的工作效率，使电能损耗得到大量减少。

2.1ADSS(全介质自承光缆)

根据我国电力通信的发展来看，ADSS(全介质自承光缆)在35KV、110KV、220KV的电压等级输电线路上得到了广泛应用，尤其是目前已建成的线路上使用范围非常广，使电力部门利用高压输电线杆塔建设通信网络变得更加方便和快捷，大大减低工作人员的工作量和建设成本。在进行光缆设计时，对温差、风速和气候等外界因素进行了充分考虑，因此，ADSS(全介质自承光缆)具有很强的抗震动性、抗冲击性，可以随意弯折和抗老化性，并且，成本较低、安装非常方便、易携带，给杆塔带来的负载非常小。由于ADSS(全介质自承光缆)具有光纤传输性能强、环境性能好和光缆机械性能卓越等特点，在实际应用过程中，可以与高雅电力传输线架设在同一根电杆上，因此，成为了电力系统中最完美的电网通信传输介质，确保了电网通信的信号质量，使光缆传输效果得到大大提高。我国现代化建设中，ADSS(全介质自承光缆)在山区、跨度较大区域和雷电集中区等地方的线缆架空敷设中非常适用，在满足了电力部门自身的通信要求的同时，为通信业务不断发展和开展新业务提供新的途径。

2.2OPGW(光纤复合地线)

在电力通信中，OPGW(光纤复合地线)是电路传输线路的地形中含有供通信用的光纤单元，由此可见，架空地线中含有光纤，OPGW(光纤复合地线)是架空地线和光缆的复合体。由于OPGW(光纤复合地线)的一次性投入较大，在新建线路或旧线路更换时会选择使用，具有可靠性高和不需要维护的特点。在实际应用过程中，OPGW(光纤复合地线)拥有两种功能：一是，与复合在地线中的光纤一起完成信息传输，二是作为输电线路的防雷线，可以对输电导线起到屏蔽保护的作用。一般情况下，OPGW(光纤复合地线)有铝管型、钢管型和铝骨架型三种，具有光学性能、电气性能和机械性能，可以应用于具有架空接地线的输配电线路中，从而使光纤的可靠性和安全性得到大大提高，使我国输电容量得到机一部提高。在新建线路的应用中，OPGW(光纤复合地线)不需要增加建设成本，在旧线路更换中，只需要将原来的地线更换掉就可以了，并且不需要对杆塔进行加固或重新设计等，从而大大减少工作人员的工作量。另外，OPGW(光纤复合地线)的安装非常方便，不需要特殊的工具，成为我国电力事业未来发展的重要研究方向。

3结束语

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（1）通过告警接口适配器来对光传输设备网管中的故障告警信号进行采集，一旦采集到了相关的故障信心，那么设备就会告警，然后启动OTDR进行故障的扫描判断，判断出故障的大致位置，并进行定位，以便于工作人员比较准备的找到故障位置进行维修，但是，网管告警中经常会有一些非光缆中断的因素，所以这就对告警接口适配器提出了一些要求，必须能够支持多种接口和协议，可以比较精确的翻译出报警信息。

（2）跨段监测和跨段故障扫描。通过对无源光器件或在光缆跨接处跳纤，就能够实现监测多段连续的光纤线路的远距离在线或者空闲纤芯的工作，针对不同的监测方式，则必须要根据实际的情况对检测的方法进行重新的设计，以实现跨段监测，在线监测只能测试一段业务信号，不能实现跨段监测，只能实现跨段故障扫描，当使用在线检测模式的时候，由于OTDR故障检测信号和业务信号共用纤芯，跨段设计需要在跨段点上增加两套无源的波分复用设备（FCM），使测试信号可以旁路。上面介绍的所有的测试方法，空闲芯检测方法不影响相关光纤的正常工作，也不会对相关的传输信号造成干扰，系统的稳定性高，且构造比较简单，性价比高，且空闲芯检测支持跨段监测和跨段故障扫描，能够扩大监测的范围，因此，当前这种方法应用得最多。

2光缆通信监测系统的硬件平台

光缆通信检测系统式整个电力通信网络中一个非常重要的子系统，为了确保电力通信系统的正常运行，因此应该有一个个系统能够对大规模的光纤网络资源进行管理和维护，且应该支持多级管理和维护，以保证系统运行的稳定性。

（1）一级监控中心。一级监控中心主要负责大区域的监测，去监测多级多层的光缆网络，并且要有一个与检测规模相对应的监测中心，数据通信网可以将各级的监控中心有效的连接起来，并且将他们各自监测到数据传送到总的监测中心，然后对故障进行分析判断，并生成统计报表。

（2）二级监控中心是一级监控中心下面的一个子系统，它主要负责一定区域内的光纤通信监测系统，对这个区域之内的光缆网络进行自动的监测、进行故障定位、数据管理等，并且接收来自相关监测站点的告警信号和相关的数据，对发生的故障进行有效的统计和处理，并且生成报表。

（3）远方监测单元。远方监测单元主要是实现对相关纤芯的监测，并对监测的数据进行采集，然后根据采集的数据绘制出数据曲线，然后进行初级的分析，根据分析的结果对光缆线路进行远程的控制等工作，通过DCN与上一级别的监控中心数据服务器的通信，支持上级监测中心对本监测站的光缆和RTU设备实施监测和管理功能。主控单元：主控制单元主要指的是远方监测单元的主控制板，或者是负责远方监测单元监测控制和数据通信的一个服务中心，它具有网络接口，以便于更好的进行数据的交换，进行远程测试等工作；光切换单元：主要有两种，分别是机械式光路切管开关和电磁式光路切管开关，机械式光路切管开关稳定性好，且抗干扰，但是它的精度比较低，电磁式光路切管开关精度高、体积小、抗震性好，且不耗电不发热，对于降低整个远方监测单元的发热有帮助。

（4）光缆自动监测系统的最大监测距离计算。实际上，光缆自动检测系统的最大监测距离就是OTRD的极限有效检测距离，因为在传输的过程中可能会有光缆熔接头损耗、传输衰耗等因素，所以它的最大有效传输距离应该考虑这些因素。

（5）波分复用模块。波分复用模块主要是由光合波器和光滤波器等这些光纤被动元件组成的，针对和纤在线测试方式，FCM可以将OTDR故障扫描信号波与业务信号波耦合在一起注入到受测光纤中。通过在远端光缆交叉点上设置FCM，可以实现跨段在线故障扫描。

3结语

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论文摘要:城域网光纤通信自动保护系统采用光纤的备份使用机制，用一条主路光纤、一条备路光纤来保证传输系统的稳定性、可靠性。是一种在主线路出现故障或阻断时，用备用线路代替主线路继续工作、从而保障整个通信正常进行的实时监测系统。因而，该系统所要达到的目的就是运用光纤保护系统的这种机制，来保证通信系统稳定、可靠地运行，从而将由于线路故障所引起的不便和损失减小到最低程度。

一、光纤通信网保护系统概述

实现网络生存性一般有两种方法：保护和恢复。

保护是指利用节点间预先分配的容量实施网络保护，即当一个工作通路失效时，利用备用设备的倒换，使工作信号通过保护通路维持正常传输。保护往往处于本地网元或远端网元的控制下，无需外部网管系统的介入，保护倒换时间很短，但备用资源无法在网络范围内共享，资源利用率低。

恢复则通常利用节点间可用的任何容量，包括预留的专用空闲备用容量、网络专用的容量乃至低优先级业务可释放的容量，还需要准确地知道故障点的位置，其实质是在网络中寻找失效路由的替代路由，因而恢复算法与网络选用算法相同。使用网络恢复可大大节省网络资源，但恢复倒换由外部网络操作系统控制，具有相对较长的计算时间。

通常认为保护是一种能够提供快速恢复、适用特定拓扑的技术（例如线形和环形）；而恢复通常主要适用网状拓扑，能最佳的利用网络资源。

二、光纤通信网自动保护系统方案选择

随着WDM系统的广泛使用，在光层上实现对点到点系统的保护倒换就成为一个非常重要的课题。许多光网络的保护结构与SDH是极其相似的。对于点对点的线路系统，经常考虑1+1和1:1的线路（光复用段OMS）保护倒换方案。

线路保护倒换的工作原理是当工作链路传输中断或性能劣化到一定程度后，系统倒换设备将主信号自动转至备用光纤系统来传输，从而使接收端仍能接收到正常的信号而感觉不到网络已出现故障。该保护方法只能保护传输链路，无法提供网络节点的失效保护，因此主要适用于点到点应用的保护。

（一）1+1光保护层

对于1+1光链路保护，只能对链路故障中的业务进行保护。这种方法是利用光滤波器来桥接光信号，并把同样的两路信号分别送入工作光纤和保护光纤的通道中。保护倒换完全是在广域网内实现。当遇到单一的链路故障时，在接收端的光开关便把线路切换到保护光纤。由于在这里电层的复制和操作，所以除了当发射机和接收机发生故障时会丢失业务外，一切故障都可以恢复。

（二）1:1光保护层

（1:1）的光层保护方案与（1+1）的光层保护方案很类似，都是利用备用的路由链路来避免链路故障对业务的影响。业务流量并不是被永久地桥接到工作和保护光纤上，相反，只有出现故障时，才在工作光纤和保护光纤之间进行一次切换。

在双向通道中，当有故障事件出现时，使用APS信令信道来协调交换机的保护倒换动作。在（1+1）的SONET网络中的保护恢复结构中，在头和尾之间有一个APS信道，保护倒换的实现既使用了保护光纤又使用了一条APS信令信道。而在（1:1）的光层保护结构中，在保护光纤中不必存在相互通信的通道，因为这种结构没有在电层上被复制信号。只有当发射端和接收端都切换到保护光纤中，这个通信通道才建立起来。当出现故障时，如果接收端不知道发射端是否切换到保护光纤上时，接收机端就经由保护光纤给发射端发出一个消息。因此，当接收机最初倒换到保护光纤上时它并不能接收到任何信号。而如果发射端已切换到保护光纤上了，那么利用上述过程就可完成对业务的保护和恢复。否则，业务流量就会丢失。如果再由一个独立的“带外”光业务通道来支持保护倒换的信令，那么这种发射机与接收机在协调工作方面的困难就可以避免掉。

（三）1:N光保护层

（1:N）的光层保护结构与（1:1）的保护结构类似。然而在这里，N个工作实体共享同一个保护光纤。如果有多条工作光纤出现故障，那么只有其中的一条所承载的流量可以恢复。最先恢复的使具有最高优先级的故障。

通过以上几种点到点的光层保护倒换方案的比较可以看出：1:1光层保护技术有更高的恢复率和可靠性。

三、城域网光纤通信自动保护系统的组成结构

城域网光纤通信自动保护系统采用三级分层控制结构，第一级为远层监控中心，负责各监控站的监测、通信和控制的授权，通常由网络通信设备和计算机组成；第二级为监测站，向上一级的远程监控中心反映系统工作状态，往下一级实现对各条线路进行整体地集中监测和管理，通常由主控盘和显示器组成；第三级为多个光保护盘，实现对各条通信线路的监控和管理，并和上一级进行通信，反映系统工作状态光保护盘是线路监测和切换的直接执行者，同时又完成向监测站的数据传输和状态显示，它主要由光信号发送部分和接收两部分组成。Sin为发送端光端机发出信号的输入端，光端机输入的信号从该接口进入光保护盘，当系统工作在主路时，通过光开关从Sout1主发端送到主路通信光纤中；在系统工作在备路时，则从Sout2备发端送入通信线路的备路光纤中。Rin1为主路光信号的输入端，系统工作在主路状态时光纤线路输入的信号从该接口进入光保护盘，经过分光器分出3%的光信号用于检测，另外的97%的光信号从Rout发端送到接收光端机中；在系统工作于备路时，光纤线路输入的信号则从Rin2备送入光保护盘，从Rout发送到接收光端机。另外光保护盘还备有主/备线路工作状态指示灯、本盘复位按钮、RS－485计算机接口和电源接口。

在本系统的结构设计中，采取模块化的方式进行设计，容易的实现功能扩展。系统设计时充分体现构件化的思想，小到功能点，大到子系统，甚至整个系统贯穿“构件”的概念。

四、城域网光纤通信自动保护系统的工作原理

城域网光纤通信自动保护系统采用光纤的备份使用机制，用一条主路光纤，一条备路光纤来保证传输系统的稳定性、可靠性。在主线路出现故障或阻断时，用备用线路代替主线路继续工作、从而保障整个通信正常进行的实时监测系统。它对通信线路的监控功能主要体现在如下三个方面：

（一）主路在用光纤正常运行时

自动保护系统的各光保护盘对主路在用光纤实时地进行收光功率监测，自动建立参考，自动分析，时刻与监测站和远程监测中心保持通信，响应各种指令。

（二）主路光纤发生故障时

当系统收到的光功率值小于绝对告警门限（认为系统无光时的光功率值），或者收到的光功率值与系统参考光功率值（正常通信时的光功率值）之差大于相对告警门限（和正常通信时的收光功率相比较，光功率衰减到致使通信不稳定或不能正常进行的光功率变化值）时，系统控制模块就判定通信光纤处于阻断状态，自动将通信从主路光纤切换到备路光纤。

（三）主路光纤修复后

对主路光缆进行测试，确认线路没有问题后，在远程控制中心受权下，通过对光纤自动保护系统的复位操作使通信系统从备路光纤切换到主路光纤。

参考文献：

[1]原荣.光纤通信网络.北京：电子工业出版社，1998

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1.1网络通信形式单工通信、半双工通信、全双工通信是网络通信的主要形式。其中，遥控器是单工通信的代表，发送者和接受者是固定的，数据只能由发送者向接受者传输；对讲机是半双工通信的代表，尽管能相互传输，但不能同时相互传输；移动电话是全双工通信的代表，数据既能双向传输，又能同时传输，是网络通信发展的产物。

1.2网络通信内容

1)数据通信利用数据通信能有效地实现信号的传输。数据通信大量应用在社会的各个领域，包括自动化技术、遥感技术、航空技术、军事技术、资源探测开发等方面，并且随着社会的发展，数据通信已逐步开始在人们的日常生活中普及开来，对人们的工作、学习、生活带来了翻天覆地的变化。数据通信功能的实现离不开软件和硬件的相互配合，主要内容有传输媒体、接口、数据链路复用、信号传输、数据链路控制和信号编码等。

2)网络连接通过连接介质，以某种方式把各种通信设备连接在一起形成一个庞大的结构体系是为网络连接。在网络连接这个体系中，连接介质、通信设备、通信技术、连接方法等各种要素相互影响、相互关联，具有分类多功能性和协调统一性。不同的连接介质其功能不同，不过都要具有可靠性，连接介质包括双绞线、微波、通信卫星、电缆、载波和光纤。就当前来看，连接介质受到材质、技术的影响，具有一定的局限性，不过随着社会的发展，我们可以找到更加可靠高效的介质。

3)协议网络协议并不同于我们日常生活中的口头协议、书面协议，它专指在通信过程中采用某种形式或方法。通过网络协议，可以对不同体系总体结构以及各不同层次分体结构继进行具体的分析和解析，已达到各体系相互连接的目的，保证结构的开放性和融合性。作为一个分散集合体，计算机网络就是通过网络协议形成的，在计算机网络各个末端连接着不同个体、不同位置的计算机。

4)安全防护计算机网络是由两个部分组成，即计算机网络和通信网络。通信网络的终端或信源就是计算机，能够进行有效地信息传输和交换。计算机通信网络安全是在了解计算机性质的基础上采取相应的防护措施进行计算机系统的全面保护，具体包括硬件、应用软件等，有效地防止非本用户使用服务，从而更好地维护系统的正常运行。在国外计算机通信网络安全的发展现状。较早的计算机通信网络安全研究是起于国外，并且具有很广泛的应用，在上个世纪的70年代，美国就研究出了“计算机保密模型”，并且在此理论的基础上又制定出了“可信计算机系统安全评估准则”，通过不断地完善，终于形成了安全信息系统结构的准则。后来又发现了状态机、模态逻辑以及代数工具等三种不同的分析方法，但是还存在着很多的问题。通过密码体制终于克服了网络信息系统密钥管理中的一大难题，为电子商务的安全性提供了有效地保障，随着计算机运算速度的不断提升，各种新的密码技术正不断地涌现出来，为建设完善的计算机通信网络安全系统做出了很大的贡献。在国内计算机通信网络安全的发展现状。我国的信息网络安全研究主要包括两种，即通信保密、数据保护。在计算机通信网络安全研究的过程中经历了很多的变革，先后出现了防火墙、安全网关、系统脆弱性扫描软件等，随着社会的不断发展，信息技术水平不断地提升，安全隐患越来越多，因此要不断地研究新的防护技术，确保信息网络技术的安全运行。目前我国的计算机通信网络安全研究正向完善安全体系结构、现代密码理论、信息分析及监控体系等方向发展，制作出具有系统性、完整性以及协同性的信息网络安全方案。不仅仅要满足对数据进行有效地处理和分析，而且还要加强保密体系的建设，不断地完善通信协议和通信软件系统，提升计算机内部管理人员的专业素质和技术水平，制定出完善的安全防护和等级鉴别方案，防止不法分子利用软件漏洞进行犯罪活动，影响到计算机通信网络技术的发展。

2光纤通信技术及通信信号

2.1光纤通信技术介绍随着科学技术的发展，光纤通信技术正逐步应用在通信领域中。相对于金属或其他电缆，光纤传输能力更强，数据传输能力不可同日而语，比如单模光纤已具有几十GHZkm的宽带。光纤产生数据具有较大的传输宽带，比如散波长窗口。光纤的通信功能是通过光纤的色散特性和光源的调制特性、调制方式实现的，不过由于终端设备的限制，光纤的优势并不能得到有效的发挥，在单波长光纤通信系统这种情况表现的更加明显。而大量的实验表明，密集波分复用技术能有效地利用光纤的宽带优势，可使得2.5Gbps~10Gbps单波长光纤通信增加至100Gbps，也就是说其传输容量可达单波长光纤通信的数十倍。

2.2光纤材料光导纤维即是我们常说的光纤，主要是由玻璃或塑料制成的，光在其中通过全反射能实现传导。生活中，我们常见的是玻璃制成的普通阶跃型光纤。而光子晶体光纤大多是由硅的合成物掺杂一些硅晶体做成的，在晶体内部有空气空洞。由于石英材质制成的光纤损耗很低，没千米不超过0.21dB，相对于其它介质结构，其产生的中继距离更远，是目前最实用的光纤。

2.3通信信号的衰弱和再生

1)通讯信号的衰弱造成通讯信号的衰弱的原因是多方面的，在通讯信号长距离传输的过程中，可以采用信号放大器来降低光波能耗损失的影响，但通讯信号的衰弱是不可避免的，造成通讯信号的衰弱的原因有：瑞立散射、物质吸收、米氏散射、连接器造成的损失，就算是性能的优越的石英光纤，其内部的杂质同样会增大可比系数，造成光波能耗损失。并且，光纤密度不均衡、接合技术不达标、光纤变形同样会引起通讯信号的衰弱。

2)通讯信号的再生技术由于通讯信号的衰弱，通讯信号的再生技术应运而生，能有效地避免由于通讯信号的衰弱所产矛盾的进一步酝酿和发展，保证通讯传输畅通无阻，避免严重事故的发生。通讯信号的再生技术泛指所有能弥补通讯信号的衰退的技术，再生技术的发展和应用降低通讯系统的运行成本。比如海底光纤，在应用在再生技术之前，主要是借助中继器来实现光纤传输，而中继器维护成本高昂，阻碍着海底光纤的普及，而再生技术的发展很好滴解决了这个问题。

3结束语