光通信范文10篇

[論文關(guān)鍵詞]光纖光源光纖通信系統(tǒng)

[論文摘要]當今通信領域，光通信已經(jīng)成為廣泛使用而又具有巨大發(fā)展空間的一類通信科學，就光通信發(fā)展歷程分為光纖、光源、光纖通信系統(tǒng)三方面進行回顧與介紹，并對光通信的發(fā)展趨勢作簡要的展望。

光通信是從電通信發(fā)展而來的，是成熟的電通信技術(shù)與先進的光子技術(shù)的結(jié)合，在光通信出現(xiàn)之前，人們的通信主要是電通信，與電通信相比較，光通信有容許頻帶很寬，傳輸容量很大；損耗很小，中繼距離很長且誤碼率很小；重量輕、體積小；抗電磁干擾性能好;泄漏小，保密性能好；節(jié)約金屬材料，有利于資源合理使用等很多優(yōu)點，可以說比電通信有著更加廣闊的發(fā)展空間。回顧光通信的發(fā)展歷史，并以光纖的出現(xiàn)將其分為探索階段和發(fā)展階段，最后對光通信的發(fā)展作簡要的展望。

一、探索階段

（一）光通信史的第一步

1880年，貝爾發(fā)明了一種利用光波作載波傳遞話音信息的“光電話”，它證明了利用光波作載波傳遞信息的可能性。他利用太陽光作光源，大氣為傳輸媒質(zhì)，用硒晶體作為光接收器件，成功地進行了光電話的實驗，通話距離最遠達到了213米。1881年，貝爾宣讀了一篇題為《關(guān)于利用光線進行聲音的產(chǎn)生與復制》的論文，報道了他的光電話裝置。

1自由空間光通信的研究現(xiàn)狀

1.1基于光電探測器直接耦合的FSO系統(tǒng)

早在30多年前，自由空間光通信曾掀起了研究的熱潮，但當時的器件技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)和大氣信道光傳輸特性本身的不穩(wěn)定性等諸多客觀因素卻阻礙了它的進一步發(fā)展。與此同時，隨著光纖制作技術(shù)、半導體器件技術(shù)、光通信系統(tǒng)技術(shù)的不斷完善和成熟，光纖通信在20世紀80年代掀起了熱潮，自由空間光通信一度陷入低谷。然而，隨著骨干網(wǎng)的基本建成以及最后一公里問題的出現(xiàn)，以及近年來大功率半導體激光器技術(shù)、自適應變焦技術(shù)、光學天線的設計制作及安裝校準技術(shù)的發(fā)展和成熟，自由空間光通信的研究重新得到重視。

在國外，F(xiàn)SO系統(tǒng)主要在美英等經(jīng)濟和技術(shù)發(fā)達的國家生產(chǎn)和使用。到目前為止，F(xiàn)SO己被多家電信運營商應用于商業(yè)服務網(wǎng)絡，比較典型的有Terabeam和Airfiber公司。在悉尼奧運會上，Terabeam公司成功地使用FSO設備進行圖像傳送，并在西雅圖的四季飯店成功地實現(xiàn)了利用FSO設備向客戶提供10OMb/s的數(shù)據(jù)連接。該公司還計劃4年內(nèi)在全美建設100個FSO城市網(wǎng)絡。而Airfiber公司則在美國波士頓地區(qū)將FSO通信網(wǎng)與光纖網(wǎng)（SONET）通過光節(jié)點連接在一起，完成了該地區(qū)整個光網(wǎng)絡的建設。

目前商用的FSO系統(tǒng)（見圖1）通常采用光源直接輸出、光電探測器直接耦合的方式，這種系統(tǒng)有以下幾點缺點：

（l）半導體激光器出射光束在水平方向和垂直方向的發(fā)散角不同，且出射光斑較粗，因此我們需要先將出射光束整形為圓高斯光束再準直擴束后發(fā)射，這樣發(fā)射端的光學系統(tǒng)就較為復雜，體積也會相應增大。

[論文關(guān)鍵詞]光纖光源光纖通信系統(tǒng)

[論文摘要]當今通信領域，光通信已經(jīng)成為廣泛使用而又具有巨大發(fā)展空間的一類通信科學，就光通信發(fā)展歷程分為光纖、光源、光纖通信系統(tǒng)三方面進行回顧與介紹，并對光通信的發(fā)展趨勢作簡要的展望。

光通信是從電通信發(fā)展而來的，是成熟的電通信技術(shù)與先進的光子技術(shù)的結(jié)合，在光通信出現(xiàn)之前，人們的通信主要是電通信，與電通信相比較，光通信有容許頻帶很寬，傳輸容量很大；損耗很小，中繼距離很長且誤碼率很小；重量輕、體積小；抗電磁干擾性能好;泄漏小，保密性能好；節(jié)約金屬材料，有利于資源合理使用等很多優(yōu)點，可以說比電通信有著更加廣闊的發(fā)展空間。回顧光通信的發(fā)展歷史，并以光纖的出現(xiàn)將其分為探索階段和發(fā)展階段，最后對光通信的發(fā)展作簡要的展望。

一、探索階段

（一）光通信史的第一步

1880年，貝爾發(fā)明了一種利用光波作載波傳遞話音信息的“光電話”，它證明了利用光波作載波傳遞信息的可能性。他利用太陽光作光源，大氣為傳輸媒質(zhì)，用硒晶體作為光接收器件，成功地進行了光電話的實驗，通話距離最遠達到了213米。1881年，貝爾宣讀了一篇題為《關(guān)于利用光線進行聲音的產(chǎn)生與復制》的論文，報道了他的光電話裝置。

一、數(shù)字信號處理算法在相干光通信系統(tǒng)中的應用

1光纖模型

對于一些較為復雜的矢量信息的調(diào)制，光通信系統(tǒng)當中則一般都是用IQ調(diào)制器進行；光纖模型是為了將通信相干系統(tǒng)內(nèi)處理數(shù)字信號進行提高，因此必須要具體研究整個系統(tǒng)內(nèi)信號進行光纖傳輸?shù)默F(xiàn)象，而該現(xiàn)象則需要從物理以及數(shù)學的模型當中入手，對對應的補償或均衡技術(shù)進行研究過程中將數(shù)字信號處理技術(shù)的作用發(fā)揮出來，使得光信號變換成為電磁波的形式，具體的解是在麥克斯韋方程組導出的波動方程中進行的，表達式是：其中X是信號偏振方向的單位向量，是初始振幅的傅立葉表示，是常數(shù)，最終將光信號基態(tài)模式分布成F（x，y）看成是近似高斯函數(shù)。另外在研究接收端過程中，一般都是將光相干接收機作為主要組成進行研究，其能夠?qū)邮諜C進行直接測探，讓所檢測的信號強度信息得以增強，同時還能夠?qū)姸日{(diào)制信號進行光電轉(zhuǎn)換前對其進行除匹配濾波之外的處理。

2信號處理

研究相干光通信系統(tǒng)內(nèi)處理數(shù)字信號的技術(shù)主要是：光纖信道是信號進行傳輸?shù)耐ǖ溃渲兴霈F(xiàn)的不同形式的失真或者損傷就會在結(jié)合過程中出現(xiàn)線性或者非線性的失真。而線性失真的補償是不存在因果關(guān)系，即無需顧慮其順序問題，不過需要在具體算法當中遵循以下原則：分離所需估計的線性失真為單獨形式的變量，并補償態(tài)應該優(yōu)先估計，對于算法較為簡單的變量，然后再補償隨機變量，最后才是對所有變量進行完整補償。算法流程：每個方框所代表的都是相干接收機內(nèi)的數(shù)字信號處理系統(tǒng)的子系統(tǒng)，且子系統(tǒng)之間所可能出現(xiàn)的反饋線路的具體圖表也要進行表示，在預處理算法的研究中，它是指在進行實質(zhì)的信道均衡、載波恢復之前，對采樣后的信號進行一定程度的預先處理，為形成數(shù)字信號處理算法做出充分的準備。

3信號補償

摘要：光通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是我國科學技術(shù)發(fā)展方向，光通信技術(shù)在傳播的過程中，以光波作為媒介，傳播速度快，將其應用在物聯(lián)網(wǎng)中，符合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展需求，可以創(chuàng)造更高的社會效益與經(jīng)濟效益。基于此，首先對光通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基本概念進行闡述，然后對光通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應用進行探析，以供參考。

關(guān)鍵詞：光通信技術(shù)；物聯(lián)網(wǎng)；光波

在21世紀，我國已經(jīng)進入到現(xiàn)代信息化社會，通信技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在發(fā)展中不斷創(chuàng)新。在這樣的社會背景下，光通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應運而生，為人們的生產(chǎn)與生活帶來便利，現(xiàn)已滲透到各行各業(yè)，在全國范圍內(nèi)掀起技術(shù)革命。由此可見，對光通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的應用進行探析具有重要的價值。

1光通信技術(shù)與物聯(lián)技術(shù)相關(guān)概念

1.1光通信技術(shù)。光通信技術(shù)實質(zhì)上是一種通信方式，主要載體為光波。光通信技術(shù)雖然發(fā)展時間不長，但是技術(shù)相對成熟，可以滿足我國的業(yè)務需求。早在20世紀，相關(guān)學者就提出，光通信會代替以往的有線通信與微波通信，成為通信主流。這就表明光通信在通信方式中占據(jù)重要地位。光纖通信中涉及到許多核心技術(shù)，但是智能光網(wǎng)絡、光纖到戶、波分復用、彈性分組環(huán)四項技術(shù)最為重要。智能光網(wǎng)絡屬于光傳送網(wǎng)技術(shù)，可以滿足我國的業(yè)務發(fā)展需求。光纖到戶作為我國的主流技術(shù)，是我國的寬帶業(yè)務的發(fā)展目標，可以對IP業(yè)務進行承載，現(xiàn)階段我國已將其作為重大的計劃項目[1]。波分復用主要包括兩種，即密集波分復用、系數(shù)波分復用，主要應用在傳輸領域，可以突破以往SPH的容量。彈性分組環(huán)在光城域網(wǎng)中會成為重要的技術(shù)，已經(jīng)引起了大批制造商、運營商的關(guān)注。光通信技術(shù)之所以成為我國重點的關(guān)注對象，主要由于其具有如表1所示的優(yōu)勢。1.2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)在實際運行的過程中通過紅外感應器、全球定位系統(tǒng)以及各類型掃描儀等相關(guān)信息傳感設備，根據(jù)實際情況與標準，將生活中各種類型的物品相連接，進而能夠開展信息交換，實現(xiàn)智能化識別。物聯(lián)網(wǎng)自身在應用的過程中與網(wǎng)絡無關(guān)，其表達的是人們生活中常見的各種事物所組成的一個系統(tǒng)，將其安裝相關(guān)的傳感器設備之后，與網(wǎng)絡數(shù)據(jù)信息庫產(chǎn)生聯(lián)系，促使其能夠直接管理連接物品。伴隨科技發(fā)展的進步，物聯(lián)網(wǎng)的應用形式與概念正在不斷的完善與創(chuàng)新，涵蓋的方面日益廣泛[2]。物聯(lián)網(wǎng)在實際應用的過程中主要依賴可靠的運輸、全面感知能力以及智能處理開展工作的，進而能夠高效準確的識別物件信息。物聯(lián)網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)主要分為三層，即感知層、網(wǎng)絡層、應用層，具體如圖1所示。（1）感知層。感知層作為物聯(lián)網(wǎng)的最低層組織，同時也是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎層次，在實際應用的過程中主要對物體的信息進行感知與收集。生活中比較常見的硬件設施有傳感網(wǎng)絡以及攝像頭等。（2）網(wǎng)絡層。作為物聯(lián)網(wǎng)的中間層次，主要是促進感知層與應用層的連接，進而完成相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸或管理工作，人們通常稱網(wǎng)絡層為傳播信息的橋梁。在實際應用的過程中，網(wǎng)絡層能夠高效的收集感知層的數(shù)據(jù)信息，將其傳輸?shù)綉脤印Ｉ钪斜容^常見的應用方式有GPRS、移動通信網(wǎng)絡以及無線通信網(wǎng)絡等。（3）應用層。應用層作為物聯(lián)網(wǎng)的最上層，主要是接受感知層所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并根據(jù)實際情況將其運用，或利用相關(guān)技術(shù)進行數(shù)據(jù)處理，為各個領域提供相關(guān)的信息數(shù)據(jù)。其主要表達的方式為終端顯示器與數(shù)據(jù)庫，可發(fā)揮有效的作用，同時也是物聯(lián)網(wǎng)不可缺少的組成部分。（3）應用層。應用層作為物聯(lián)網(wǎng)的最上層，主要是接受感知層所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并根據(jù)實際情況將其運用，或利用相關(guān)技術(shù)進行數(shù)據(jù)處理，為各個領域提供相關(guān)的信息數(shù)據(jù)。其主要表達的方式為終端顯示器與數(shù)據(jù)庫，可發(fā)揮有效的作用，同時也是物聯(lián)網(wǎng)不可缺少的組成部分。

2光通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的具體應用

摘要：本文以無線光迅速發(fā)展為背景，在其傳輸和無線光通信系統(tǒng)方面做了簡要的敘述，并引見了其在2G網(wǎng)絡、3G網(wǎng)絡中的運用，分析了無線光通信中常見的問題和解決方案。

關(guān)鍵詞；無線光通信；無線光通信技術(shù)；技術(shù)應用

1無線光通信技術(shù)簡介

無線光通信技術(shù)，即寬帶無線傳輸和接入技術(shù)。系統(tǒng)所用的基本技術(shù)是光電轉(zhuǎn)換。無線光或者可見光通信技術(shù)也就是我們所謂的自由空間光通信技術(shù)。英文簡稱為FSO，它的出現(xiàn)與研究在一定程度上能解決信號傳輸受地域影響的問題。無線光通信具有寬帶高，成本低，傳輸技術(shù)速度快，接入技術(shù)精度高的特點，可以在通信領域積極開發(fā)應用空間。

2無線光通信系統(tǒng)的構(gòu)成

FSO系統(tǒng)巧妙地結(jié)合了光纖通信技術(shù)和無線通信技術(shù)，主要用于寬帶。無限光通信技術(shù)可以說是現(xiàn)代光纖通信的改進版本技術(shù)。通過不斷的發(fā)展和研究，它具有廣泛的應用領域，包括2G、3Gnctwork、星際空間光通信和廣泛的地面無線通信應用，CTC。電信號的產(chǎn)生可以產(chǎn)生調(diào)制光發(fā)射器光源，因此通過發(fā)射光學系統(tǒng)，通過大氣信道傳輸，可以在接收器上接收光信號。在等待光信號收集之后，它可以成為焦點和光電探測器，然后轉(zhuǎn)換成電信號。對于不同的寬波長信號，其在大氣透過率空間內(nèi)也是不同的。因此，試著選擇好的傳送帶，以利于FSO。其中，最常用的是近紅外波段的850納米光譜；此外。也可以使用1500nm波段，可以支持更大功率的系統(tǒng)，AMN也展示出超過100米的優(yōu)勢。FSO可以在一定程度彌補光纖和微波的不足。它的容量與光纖相近，但價格卻低得多。相同距離而成本只有在地下埋設光纜的五分之一。它可以直接架設在屋頂，由空中傳送。沒有必要申請頻率許可證或鋪設管道來開采道路。

空間激光通信是以激光束作為信息載體，在空間進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N通信方式，其通信終端主要由激光通信系統(tǒng)和捕獲、跟蹤、對準（acquisitiontrackingandpointing，ATP）系統(tǒng)兩大部分組成［1－3］．在空間激光通信中，不僅要求ATP系統(tǒng)能穩(wěn)定、快速地跟蹤對方終端發(fā)射的目標光束，還必須將目標光束控制在激光通信鏈路信號傳輸誤碼率要求的范圍內(nèi)，因此要求ATP系統(tǒng)具有快速的跟蹤能力和非常高的控制精度［4］．而快速跟蹤意味著ATP系統(tǒng)應具有快速的響應和較寬的控制帶寬；控制精度高意味著ATP系統(tǒng)的跟蹤誤差小，二者之間相互矛盾．為解決這一問題，本文中將滑模控制用于ATP系統(tǒng)復合控制結(jié)構(gòu)的精跟蹤系統(tǒng)中，既增加了ATP精跟蹤系統(tǒng)的控制帶寬，又提高了系統(tǒng)的控制精度，使系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能．

1ATP系統(tǒng)跟蹤控制模型

空間激光通信ATP系統(tǒng)中的捕獲、跟蹤和對準功能是以跟蹤控制回路為中心，由粗跟蹤系統(tǒng)和精跟蹤系統(tǒng)完成的．粗、精跟蹤系統(tǒng)主要由光電跟蹤傳感器單元、信號處理控制單元和跟蹤伺服機構(gòu)組成．在粗精復合控制系統(tǒng)中，粗跟蹤控制系統(tǒng)的跟蹤誤差大于精跟蹤傳感器探測視場時，精跟蹤控制系統(tǒng)不起作用；粗跟蹤控制系統(tǒng)的跟蹤誤差小于精跟蹤傳感器探測視場時，精跟蹤控制系統(tǒng)進入跟蹤狀態(tài)，通過精跟蹤傳感器構(gòu)成光閉環(huán)，進一步校正粗跟蹤殘余誤差．圖1為雙探測器粗精復合跟蹤控制模型［5］．圖中Ects（s）和Efps（s）分別為粗、精跟蹤系統(tǒng)光電跟蹤探測單元傳遞函數(shù)，Dctc（s）和Dfpc（s）分別為粗、精跟蹤控制器傳遞函數(shù)，Gctp（s）和Gfpp（s）分別為粗、精跟蹤系統(tǒng)的伺服機構(gòu)和被控對象傳遞函數(shù)；θt和θo分別是粗精復合軸跟蹤系統(tǒng)期望的視軸角和實際輸出角；θc和θf分別是粗、精跟蹤控制回路的輸出角；ec和ef分別為粗、精跟蹤系統(tǒng)的跟蹤誤差．圖1ATP系統(tǒng)粗精復合跟蹤控制模型Fig．1ModelofcoarseandfinetrackingcontrolofATPsystem由圖1可分別得出粗、精跟蹤控制回路閉環(huán)等效傳遞函數(shù)為Gct（s）＝Gcto（s）1＋Gcto（s），（1）Gfp（s）＝Gfpo（s）1＋Gfpo（s）．（2）式中：Gcto（s）為粗跟蹤控制回路開環(huán)傳遞函數(shù)，Gcto（s）＝Ects（s）Dctc（s）Gctp（s）；Gfpo為精跟蹤控制回路開環(huán)傳遞函數(shù)，Gfpo（s）＝Efps（s）Dfpc（s）Gfpp（s）．復合跟蹤控制系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為Gclose（s）＝θo（s）θt（s）＝Gcto（s）＋Gfpo（s）＋Gcto（s）Gfpo（s）［1＋Gcto（s）］［1＋Gfpo（s）］．（3）由式（3）可得系統(tǒng)等效開環(huán)傳遞函數(shù)為Gopen（s）＝Gcto（s）＋Gfpo（s）＋Gcto（s）Gfpo（s）．（4）由式（4）可知，所研究的ATP系統(tǒng)粗、精復合控制跟蹤精度由精跟蹤系統(tǒng)控制精度決定［6］，因此，精跟蹤控制回路控制器的設計是改善ATP系統(tǒng)跟蹤性能的關(guān)鍵．考慮粗、精跟蹤系統(tǒng)的控制是獨立的，本文中僅討論精跟蹤系統(tǒng)控制器的設計對ATP系統(tǒng)跟蹤性能的影響．

2精跟蹤控制器設計

一個快速高精度跟蹤系統(tǒng)，既需要有高帶寬、高精度的執(zhí)行機構(gòu)，又需要有響應快速、定位精度高的位置探測器件［7］．圖2為設計的精跟蹤伺服系統(tǒng)控制回路．它由高精度四象限探測器、信標光斑位置解算處理單元、精跟蹤控制器、壓電陶瓷驅(qū)動器（PZT）和快速控制反射鏡組成．小慣量的反射鏡黏合在壓電陶瓷上，可實現(xiàn)反射鏡傾角的快速高精度調(diào)整．根據(jù)實驗系統(tǒng)所選的壓電陶瓷驅(qū)動器及實測輸出的頻率響應數(shù)據(jù)（輸入電壓幅值為10V），經(jīng)曲線擬合得驅(qū)動器在方位（俯仰與方位相似）方向上的頻率特性曲線如圖3所示．由此可得壓電陶瓷驅(qū)動的快速反射鏡的模型為Gfpp（s）＝θf（s）U（s）＝KPZTω2n（τs＋1）s2＋2ζωns＋ω2n．（5）式中：等效阻尼比ζ＝0．7；等效振蕩頻率ωn＝750Hz；壓電陶瓷驅(qū)動器放大倍數(shù)KPZT＝10．令Efps（s）＝1，采用頻域法設計精跟蹤控制器的等效開環(huán)傳遞函數(shù)為滑模控制特性是一種使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)隨時間變化的開關(guān)特性．從理論上分析可知，采用滑模控制，通過調(diào)節(jié)參數(shù)能夠控制系統(tǒng)的增益、積分、微分常數(shù)實時地變化．

3精跟蹤控制實驗分析

一、通信網(wǎng)的業(yè)務重心轉(zhuǎn)移和容量擴大

組建光網(wǎng)（OpticalNetworking）是當今國際上通信領域中一個熱門的重大研究課題，對于陸地的固定通信網(wǎng)，除了光纖光纜及波分多路系統(tǒng)正在點一點傳輸線路上大量應用并繼續(xù)改進技術(shù)以擴大應用效果外，通信研究人員也在考慮設計和試驗在通信網(wǎng)核心內(nèi)部如何利用波分多路（WDM）技術(shù)使電傳送網(wǎng)進化為光傳送網(wǎng)，認為這是未來通信網(wǎng)必然的發(fā)展趨向。

自20世紀90年代起，國際互聯(lián)網(wǎng)Internet向全世界計算機用戶開放，促使數(shù)據(jù)通信的業(yè)務量爆炸性增長，給傳統(tǒng)電話通信網(wǎng)以巨大沖擊。今后的通信形勢是：盡管全世界的電話業(yè)務量仍是每年增長，但數(shù)據(jù)通信業(yè)務量的年增長率遠遠大于電話業(yè)務量的增長率，因此在21世紀里數(shù)據(jù)業(yè)務總量將很快趕上電話業(yè)務總量。換句話說，未來的通信網(wǎng)不再以電話業(yè)務為重心，而是以數(shù)據(jù)業(yè)務為重心，宜于使用互聯(lián)網(wǎng)規(guī)約IP（InternetProtocol）。傳統(tǒng)電話通信網(wǎng)長期使用的電路交換方式，在未來通信網(wǎng)不再合適，應該讓位給對數(shù)據(jù)通信有利的分組交換方式（packetswitching）。當然，未來的通信網(wǎng)仍應保證電話業(yè)務暢通，而且IP-phone仍須達到傳統(tǒng)電話QoS的要求并保證數(shù)字圖視（video）通信業(yè)務暢通，以致能夠?qū)崿F(xiàn)計算機操作的多媒體通信。

與此同時，通信網(wǎng)的核心本身總是應該具有足夠大的容量，有能力適應各種通信業(yè)務量的數(shù)字速率總和，保證通信暢通，通信網(wǎng)容量就以它同時提供數(shù)字速率多少來表示。現(xiàn)在大家既然認識到各種通信業(yè)務特別是數(shù)據(jù)通信業(yè)務量每年以很高的增長率快速增長，未來的通信網(wǎng)就應該相應地擴大其容量。一方面，通信網(wǎng)絕對不停留于長期使用的公用交換電話網(wǎng)每年緩慢增長的容量，而是提供大得多、能夠經(jīng)常加大的容量。按數(shù)字速率計，現(xiàn)行的電通信網(wǎng)利用電的時分多路TDM技術(shù)，按照標準的同步數(shù)字群系列SDH，最高的數(shù)字速度限于最高一級數(shù)字群的速度，即10Gbit／s。在目前，該數(shù)字速度尚未能突破，這是受到電的TDM技術(shù)的限制，常稱“電子瓶頸”。最近，國際會議上個別研究單位稱他們利用電的TDM，能夠制成數(shù)字速度達40Gbit／s，但這是少數(shù)情況，目前還未能普遍推廣。

二、通信網(wǎng)從電的TDM發(fā)展至光的WDM

既然電的通信網(wǎng)在容量上受到電的TDM的限制，那么就應考慮其它有效而實際可行的辦法。光纖通信的傳輸線路在加大容量方面取得了顯著的成功經(jīng)驗，似乎可以為通信網(wǎng)提供有益的參考。在原來的光纖線路上，一根光纖只傳輸一路光載波，其載荷的數(shù)字信號由電的TDM供給，最高數(shù)字速率為10Gbit／s，而單模光纖在波長1550nm有很寬的窗口可供光信號傳輸，雖然一個光載波載荷信號的數(shù)字速率受到電的TDM限度不能提高，但如能讓一根光纖同時傳輸幾個光載波，則光纖的傳輸容量就可以成倍地加大，將光纖的潛在容量發(fā)掘利用。參照過去幾十年前通信線路的每對銅線利用頻分多路FDM技術(shù)實現(xiàn)多路載波電話的成功經(jīng)驗，考慮在光纖上采用波分多路WDM技術(shù)，實現(xiàn)一根光纖同時傳輸多路光載波的辦法。如每一根光纖上裝用戶路WDM，每路傳輸電的TDM信號10Gbit／s，那么n路WDM就使一根光纖在一個方向同時傳輸n×l0Gbii／s，使數(shù)字速率比原來提高n倍，這種辦法不難取得成功，完全可以推廣應用。最近國際會議上報道一根光纖在1550nm波長窗口同時傳輸密集波分多路DWDM的100路具有適當波長間隔的光載波，導致同時傳輸?shù)臄?shù)字速率提高至100×l0Gbii／s=1Tbit／s（1×1012bit／s）。而且，還有可能繼續(xù)提高至幾個Tbit／s。這樣的DWDM系統(tǒng)用于光纖線路，配以在1550nm波長窗口提供光功率增益的寬帶光纖放大器W-EDFA，沿線路每隔100km設置一個放大器，就可使1Tbit／s數(shù)字速率的信號傳輸至1000km距離，實現(xiàn)大容量、長距離的信號傳輸。

1EPON技術(shù)的基本概括

1.1EPON技術(shù)的基本概念。EPON技術(shù)的英文全稱是EthernetPassiveOpticalNetwork,是一種無線光網(wǎng)絡(passiveopiticalnetwork)技術(shù),無線光網(wǎng)絡又稱無源光網(wǎng)絡(PON),這種技術(shù)名稱由來已早,能夠節(jié)省光纖資源,對網(wǎng)絡協(xié)議透明,在光接入網(wǎng)中扮演著重要的角色。以太網(wǎng)(Ethernet)作為一種網(wǎng)絡協(xié)議經(jīng)過三十幾年的發(fā)展,技術(shù)逐漸成熟,以太無源光網(wǎng)絡是以太網(wǎng)和無源光網(wǎng)絡的結(jié)合,同時具備了兩者共同的優(yōu)點。EPON技術(shù)所采用的方式主要是由點到多點結(jié)構(gòu),能夠為人們提供多種業(yè)務,主要是在以太網(wǎng)上利用無源光纖傳輸?shù)姆绞竭M行的。通過光纖與變電站主干層網(wǎng)絡進行接入,EPON技術(shù)的出現(xiàn)解決了SDH技術(shù)在配電網(wǎng)絡點多、面廣并在運行上對環(huán)境要求較為復雜的問題,并且EPON技術(shù)造價相對SDH要便宜,節(jié)省成本,維護成本較低。1.2EPON技術(shù)的工作原理。EPON系統(tǒng)由局端設備OLT(OpticalLineTerminal,光線路終端)、用戶端設備ONU(OpticalNetworkUnit,光網(wǎng)絡單元)以及光分配網(wǎng)ODN(OpticalDistributionNetwork,光分配網(wǎng))組成。ODN由光纖和無源光分路器組成,在OLT和ONU之間提供光通道,負責分發(fā)下行數(shù)據(jù)并集中上行數(shù)據(jù),完成光信號功率分配和波長復用等功能。由于EPON技術(shù)依靠的技術(shù)手段主要是多點控制協(xié)議手段,通過密集波分復用技術(shù)的引入達到單根光纖可以雙向傳導的作用,下行數(shù)據(jù)以點到多點的廣播方式從OLT發(fā)送到所有ONU,上行數(shù)據(jù)則從各個ONU采用時分復用方式統(tǒng)一匯聚至中心局端OLT。基本網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖示意圖如圖1所示。1.3EPON技術(shù)的特點。(1)EPON系統(tǒng)由局端設備OLT、用戶端設備ONU以及光分配網(wǎng)ODN組成。放在中心機房的OLT與放在用戶端的ONU之間僅有光纖、光分路器等光無源器件,沒有其他額外元件,也沒有電源,也不需要用到機房,大大節(jié)省了建設和運營維護成本。(2)以太網(wǎng)和無線光網(wǎng)絡技術(shù)的完美結(jié)合消除了原來復雜傳輸協(xié)議轉(zhuǎn)換帶來的成本因素。(3)EPON可以提供1.25Gbit/s的上下行帶寬,傳輸距離可達10～20km,支持最大光分路比1∶64,因此,可大大降低OLT和主干光纖的成本壓力。

2EPON配網(wǎng)光通信組網(wǎng)模式

2.1EPON獨立組網(wǎng)模式。EPON光通信技術(shù)不斷的發(fā)展越來越成熟,能夠在配網(wǎng)光通訊網(wǎng)絡中單獨使用,并且從配網(wǎng)終端到控制中心的整個過程都能夠覆蓋到。這種獨立組網(wǎng)模式,對環(huán)境的抵抗性比較好,不容易受到環(huán)境的影響,可靠性較強,在極其惡劣的環(huán)境下才有可能發(fā)生故障。以單一的EPON光通信技術(shù)連接配網(wǎng)終端到控制中心的模式能夠抗電磁波干擾和抗多點失效,在維護上也比較簡單,但是有一個非常大的缺點,浪費光纖資源嚴重,這主要是因為這種獨立組網(wǎng)模式在連接配網(wǎng)終端和配網(wǎng)調(diào)度中心的時候,必須要單獨占據(jù)一個光纖資源,從而延長了光纖鋪設的距離,消耗了大量的光纖資源。2.2EPON/SDH分層組網(wǎng)模式。分層組網(wǎng)模式就是將配電終端一直到配網(wǎng)調(diào)度中心中間的組成部分分為兩層,將EPON技術(shù)有效地運用到配網(wǎng)終端層,而在變電所層以及配網(wǎng)主站層這兩個層面當中運用SDH光通信技術(shù)。與獨立組網(wǎng)模式相比較而言,這種模式將配網(wǎng)終端與變電站相連,利用變電站至供電局調(diào)度中心已建的光傳輸網(wǎng)絡通道,減少了光纖資源的建設成本,有效地避免了資源浪費。另一方面,SDH光通訊環(huán)網(wǎng)技術(shù)使變電站至調(diào)控之間的通信變得更為可靠,這主要是因為SDH環(huán)網(wǎng)技術(shù)具有自愈功能,通信穩(wěn)定性比較好,但是在運行的過程中需要進行資源的轉(zhuǎn)換,設備及網(wǎng)絡的維護較復雜、成本較高。2.3混合組網(wǎng)模式。混合模式就是根據(jù)不同組網(wǎng)模式的優(yōu)缺點進行重新構(gòu)建和組合,就像同學之間相互學習一樣,互相取長補短,最終使班上的成績整體得到提升,混合組網(wǎng)模式的目的就是為了提升整體的效率。混合組網(wǎng)模式要根據(jù)電網(wǎng)覆蓋地區(qū)的地理環(huán)境來進行決定;或者根據(jù)時間,在不同的時期采用不同的模式。總的來說,混合組網(wǎng)模式分為兩種:即時間混合組網(wǎng)模式和地域混合組網(wǎng)模式。這種組網(wǎng)模式組合比較靈活,可以因地制宜進行構(gòu)建,在不同的條件下,發(fā)揮不同模式的優(yōu)點。但是在同一區(qū)域運用多種組網(wǎng)模式,會產(chǎn)生復雜的拓撲結(jié)構(gòu),增加運行管理人員的運維難度。結(jié)合目前電力系統(tǒng)光傳輸網(wǎng)絡建設的現(xiàn)狀及配網(wǎng)自動化對通信通道的建設要求,EPON/SDH分層組網(wǎng)模式能夠更好地滿足當前各項業(yè)務的需要。

3基于EPON技術(shù)的配網(wǎng)光通信網(wǎng)絡建設

3.1先進的通信系統(tǒng)是實現(xiàn)配電自動化的基礎。配電網(wǎng)自動化的組成包括配電網(wǎng)的主站系統(tǒng)、配電網(wǎng)的監(jiān)測系統(tǒng)、通信運輸系統(tǒng)和配電網(wǎng)終端系統(tǒng),通信系統(tǒng)連接著整個4個系統(tǒng),先進的具有時代性的通信技術(shù)能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)運行和管理進行全方位的監(jiān)測、管理和調(diào)控,能夠保證電網(wǎng)自動化正常運行,對更好地構(gòu)建和實現(xiàn)配電網(wǎng)自動化具有重要意義。3.2EPON技術(shù)是對配網(wǎng)光通信網(wǎng)絡進行建設的重要基礎。在配網(wǎng)光通信網(wǎng)絡構(gòu)建中融入EPON技術(shù)能夠有效的適應外部復雜環(huán)境,提高配網(wǎng)自動化的運行安全性及可靠性。因此,建議在建設配電網(wǎng)絡時,同期建設基于EPON技術(shù)的配網(wǎng)光通信網(wǎng)絡,將新建設的配電網(wǎng)絡與EPON光通信網(wǎng)同時進行,有效節(jié)約建設成本,提高各部門的效率。3.3EPON的組網(wǎng)要求。EPON在組網(wǎng)時宜采用雙鏈路組網(wǎng),即能有兩條光纜連接至變電站時,每個ONU通過雙PON口分別連接到變電站OLT的不同PON口(如圖2所示);或者在光纜是單鏈路結(jié)構(gòu)、星形結(jié)構(gòu)或者環(huán)形結(jié)構(gòu)的情況下,OLT配置2個PON口或配置2臺OLT各出1個PON口組成,各個開關(guān)房、配電房、環(huán)網(wǎng)柜處的ONU通過雙PON口分別連接到兩條連路上,組成雙鏈路冗余保護(如圖3所示)。根據(jù)標準《電力用戶用電信息采集系統(tǒng)功能規(guī)范》(Q/GDW373-2009)要求,EPON組網(wǎng)中鏈路的切換時間要求小于50ms。

【摘要】本文結(jié)合工程實踐經(jīng)驗，介紹了光通信傳輸網(wǎng)絡四種不同的技術(shù)(MSTP、SDH+ATM、OTN、RPR)，綜合比較其優(yōu)劣及應用，對油氣田和長輸管線上光通信系統(tǒng)建設傳輸制式的選擇提出一些建議，供大家參考。

【關(guān)鍵詞】MSTP多業(yè)務傳送節(jié)點SDH同步數(shù)字體系ATM異步轉(zhuǎn)移模式OTN開放式通信網(wǎng)絡RPR彈性分組環(huán)

一、光通信傳輸網(wǎng)絡四種不同技術(shù)的比較分析

1.業(yè)務承載能力

(1)OTN技術(shù)

采用基于TDM體制的復用技術(shù)，每路信號占用在時間上固定的比特位組，信道通過位置進行標識，有獨特的幀結(jié)構(gòu)，可區(qū)分不同等級速率，并能在同一網(wǎng)絡中綜合不同的網(wǎng)絡傳輸協(xié)議，對實時性業(yè)務及非實時性業(yè)務都能提供相應承載，實現(xiàn)了從窄帶到寬帶的綜合業(yè)務傳輸。