周五成

(忻州市四八四四電視轉播臺，山西忻州036200)

為適應形勢，我國電信、聯(lián)通、網(wǎng)通等幾家經(jīng)營電信業(yè)務的公司迅速發(fā)展起來，組建了許多先進的光纖通信系統(tǒng)，而鐵道光纖通信發(fā)展速度明顯滯后。我國國土幅員遼闊，鐵路網(wǎng)絡四通八達，鐵路建設正朝現(xiàn)代化方向邁進。為保證鐵路列車的高速化和準高速化進程，為使鐵道光纖通信網(wǎng)能優(yōu)質、高效、安全地運行，更好地服務于鐵路運輸，增強與網(wǎng)通、聯(lián)通、移動等公司的競爭力，迫切需要建立一個功能完善、技術先進的鐵路通信網(wǎng)。旅客也需在列車上享受如同在現(xiàn)代家庭和辦公室環(huán)境下的信息交流。目前鐵路通信網(wǎng)提供的傳統(tǒng)電話業(yè)務早已不能滿足這種要求。鐵路信息系統(tǒng)的建設正在全面的展開，對鐵路通信業(yè)務和服務提出了更新、更高的要求，不僅需要電話業(yè)務，而且大量需要數(shù)據(jù)業(yè)務和圖像業(yè)務。因此，采用先進的、現(xiàn)代化的有線和無線通信的傳輸和接入方式，是任何通信業(yè)務發(fā)展的保障。

1 設計初衷

基于鐵道部在未來幾年內建成可覆蓋全國大中城市的鐵路互聯(lián)網(wǎng)。各種固定設施之間的通信方式，首選方案是采用SDH傳輸設備進行組建，同時應考慮采用ATM交換以及網(wǎng)絡IP通信等先進技術來構成通信主干網(wǎng)及光纖用戶接入網(wǎng)。使其高速、安全、傳輸質量高的特點以及其具備的自愈功能，來大大的提高系統(tǒng)的可靠性。為此，進行了本次設計。

2 系統(tǒng)的構成

2.1 通信傳輸網(wǎng)的構成

這次設計干局網(wǎng)均采用光波分復用同步數(shù)字傳輸系統(tǒng)，λ1(1 544 nm)用于鐵路專用通信網(wǎng)，λ2(1546nm)用于民用等非專用通信網(wǎng)，同時考慮近期全路長途自動電話組網(wǎng)、分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng)、可視電話會議、非話業(yè)務及其它非專用業(yè)務的需要，通信傳輸網(wǎng)按三層結構組網(wǎng)，分為干線網(wǎng)、中繼網(wǎng)和接入網(wǎng)。

2.2 干線網(wǎng)

本設計在太原—石家莊間開通2×622 Mb/s(1+1)光同步數(shù)字傳輸系統(tǒng)，系統(tǒng)工作波長為1 544 nm及1 546 nm，采用1+1方式保護，用于組織鐵道部與鐵路局、鐵路局與分局間的傳輸通道，而λ2系統(tǒng)則用于非專用業(yè)務的長途傳輸。本系統(tǒng)在太原設STM－4ADM，用于組織通路的轉接及上、下，在石家莊設STM－4TM，在陽泉設摻鉺光纖放大器EDFA，直接進行光放大。

2.3 中繼網(wǎng)

本設計在太原—石家莊間開通2×155 Mb/s(1+1)光同步數(shù)字傳輸系統(tǒng)，系統(tǒng)工作波長為1 544 nm及1 546 nm，采用1+1方式保護，在太原、榆次、壽陽、陽泉、娘子關、井陘、石家莊設STM－1ADM，λ1系統(tǒng)用于提供分樞紐與大站間的通信傳輸通道，滿足沿線長途自動組網(wǎng)、區(qū)段遙控話路和數(shù)據(jù)傳輸通道的需要，并在榆次、壽陽、陽泉、井陘與接入網(wǎng)設備構成2M通路保護，同時該系統(tǒng)的部分話路可與1 544 nm波長622 Mb/s干線傳輸系統(tǒng)的通道互為備用。1 546 nm波長155 Mb/s系統(tǒng)用于區(qū)間大站間非專用業(yè)務的傳輸。

2.4 接入網(wǎng)

本設計在鳴李至陽泉間開通2×155 Mb/s光接入系統(tǒng)，在榆次設DLT，在鳴李至陽泉間其它站設ONU，光接入系統(tǒng)具有豐富的業(yè)務及用戶接口，可充分利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡資源，提供話音、數(shù)據(jù)、圖像等各種電信業(yè)務。本設計所涉及的光接入系統(tǒng)提供模擬用戶接口，滿足沿線各中間站用戶自動電話的需求，還提供多個2B+D接口、64 kb/s數(shù)字接口，為鐵路各種信息管理系統(tǒng)(MIC)、調度監(jiān)督、紅外線軸溫測試等提供數(shù)據(jù)通道，以接入沿線中間站的終端用戶。同時該接入系統(tǒng)提供音頻二/四線接口，為鐵路各種調度、專用系統(tǒng)的接入預留了條件。在各中間站均可提供2 Mb/s數(shù)字通道，滿足高速數(shù)據(jù)通信的需要。

1 546 nm波長155 Mb/s光接入系統(tǒng)，主要為沿線鄉(xiāng)村、城鎮(zhèn)的人民群眾提供電話、電報、傳真、電視等業(yè)務。

3 太原—石家莊間SDH光纜線路系統(tǒng)設計

3.1 SDH光纜線路系統(tǒng)各部分的選型

3.1.1光波復用技術的選擇

光波復用技術通常有三種，光波分復用(OWDM)，光頻分復用(OFDM)，光時分復用(OTDM)，目前因OWDM技術最成熟，實現(xiàn)較容易，得到廣泛應用，本設計將采用OWDM技術，所復用的兩波長分別為1 544 nm和1 546 nm，各波長所開通的用途見系統(tǒng)的構成。

OWDM主要技術特點:

(1)充分利用光纖的低損耗波段，增強光纖的傳輸容量，降低成本。

(2)可同時傳輸多種不同類型的信號，實現(xiàn)多媒體信號混合傳輸。

(3)可實現(xiàn)單根光纖雙向傳輸，節(jié)省大量線路投資。

(4)對已建成的光纖通信系統(tǒng)擴容方便，只要原系統(tǒng)功率富余度較大，可進一步增容，而不必對原系統(tǒng)做大的改動。

(5)使用OWDM技術可降低對一些器件性能上的極高要求，同時又實現(xiàn)大容量傳輸。本次設計OWDM系統(tǒng)將采用光雙路復用單纖傳輸形式，如圖1:

圖1 光雙路復用單纖傳輸圖標

3.1.2光中繼器的選擇

(1)傳統(tǒng)的光中繼器(原理)如圖2:

圖2 光中繼器原理圖

從圖2中可看出，傳統(tǒng)的光/電/光變換和處理方式既增加了中繼設備的復雜性，又降低了通信的可靠性，已滿足不了現(xiàn)代通信傳輸?shù)囊蟆?/p>

(2)本設計中，將采用摻鉺光纖放大器EDFA對光信號進行中繼傳輸。

EDFA的工作原理:

EDFA主要由摻鉺光纖(EDF)、泵浦光源、耦合器、隔離器、濾波器等組成，如圖3:

圖3 EDFA的工作原理圖

光耦合器的作用是將信號光和泵浦光合在一起，一般采用波分復用器實現(xiàn)，光隔離器的作用是抑制光反射，以確保光放大器工作穩(wěn)定，對它的要求是插入損耗低，與偏振無關，隔離度優(yōu)于40 dB。

當較弱的信號光與較強的泵浦光一起進入EDFA時，泵浦光激活EDF中的鉺離子，在信號光子的感應下，鉺離子產(chǎn)生受激輻射，將一模一樣的光子注入進信號光中，完成放大作用。光濾波器是用來降低ASE噪聲對系統(tǒng)的影響。

EDFA主要優(yōu)點:高增益、低噪聲、能放大不同速率和調制方式的信號，且能在近幾十納米范圍內同時放大多波長信號，對偏振不敏感等。

(3)本設計中EDFA主要性能:

光增益40 dB 最大輸出功率+15 dBm

噪聲指數(shù)5.5 dB 工作帶寬40 nm

工作波長1 530～1 570 nm 泵浦波長1 480 nm

工作溫度0～50℃

(4)EDFA在本設計中的應用形式

在三個地點使用了EDFA，太原通信站的EDFA主要作用是功率放大，即將EDFA放在發(fā)射光源之后對信號進行放大的應用形式，因增強了注入光纖的光功率，從而延長了傳輸距離。陽泉通信站的EDFA用作“在線放大”，即指將EDFA直接插入到光纖傳輸鏈路中對信號進行放大，以代替原光電光中繼器的應用形式。石家莊通信站的EDFA用作“前置放大”，即指將EDFA放在光接收機的前面，可大大提高光接收機的接收靈敏度的應用形式。

3.1.3光纖光纜的選擇

(1)因本系統(tǒng)采用了OWDM及EDFA技術，則G.655光纖成為必然選擇，這是因為:G.653光纖雖在單波長長距離通信中有很大的優(yōu)越性，但當在DSF線路中采用EDFA以加長傳輸距離時，因光纖中傳播的光功率密度大大增加了，從而引起非線性效應，降低了系統(tǒng)的性能質量，尤其在應用于WDM系統(tǒng)時，因相互作用的各光波具有相同的傳播相位，“四波混頻”現(xiàn)象非常嚴重，所產(chǎn)生的新波長往往與某一傳輸波長相同，明顯降低了多波長WDM系統(tǒng)的傳輸質量。而G.655光纖(NIDF)與G.653相比，除零色散點移動外，其余特性相同，在1 550 nm波長處具有最小損耗和色散，雖色散系數(shù)不為零，但與G.652光纖相比已大大降低，緩解了色散受限距離，更主要的是在低色散和低損耗波段區(qū)方便地開通多波長WDM系統(tǒng)，而不受FWM的影響。

(2)G.655光纖的特點:將DSF的零色散點進行了移動，使1 540～1 565 nm范圍內色散值保持在 1.0～4.0 Ps/nm·km，避開了零色散區(qū)，但又保持了較小的色散值，而零色散點設在1 550 nm以下或以上較短波長范圍內(如1 500 nm或1 520 nm)。

(3)本設計GYTA53－24B4直埋光纜，其中1－4芯用于干線網(wǎng)，5－8芯用于中繼網(wǎng)，9－16芯用于接入網(wǎng)，17－24芯備用。

B4為G.655光纖，主要性能指標如下:

模場直徑(1 550 nm)(μm)9.2 －10.0

1 530～1 565色散(Ps/nm·km)2.0≤D≤6.0

截止波長(nm)λcc≤1 480

衰減系數(shù)(1 550 nm)(dB/km)≤0.22

3.2 太原—石家莊間SDH光纜線路系統(tǒng)中繼距離的確定

(1)622 Mb/s和155 Mb/s光同步數(shù)字傳輸系統(tǒng)的光再生中繼距離根據(jù)光纖的衰耗和色散來確定，根據(jù)目前國內外光傳輸設備和光纜的技術水平，光再生中繼距離的計算取表1中的參數(shù)。

表1 光再生中繼距離參數(shù)表

由此表可知，滿足色散要求的光中繼段長度為:

2 400/6=400 km，但由于采用了EDFA等原因，系統(tǒng)總色散會增加，使中繼段長度稍短于400 km，而本次設計的系統(tǒng)最大中繼距離才100多km，所以光中繼距離僅取決于中繼段的光纖衰耗。

(2)根據(jù)上表參數(shù)，本設計系統(tǒng)所能達到的最大中繼距離STM－4為:

STM－1為:

經(jīng)核算，本次設計的中繼距離均符合要求。

3.3 光纜網(wǎng)及徑路設計

3.3.1光纜網(wǎng)

本設計由太原通信站經(jīng)榆次、壽陽、陽泉、井陘至石家莊通信站敷設一條24芯單模通信光纜，型號為GYTA53－24B4，設計長度為 258.72 km。

3.3.2區(qū)間光纜徑路

原則上在鐵路坡腳外鐵路用地范圍內敷設，特殊困難地段沿鐵路路肩敷設，光纜過隧道時由隧道內通過，過河時，從橋上通過，不設水下光纜。

3.3.3光纜機械防護

(1)光纜穿越鐵路、公路、交通繁忙要道時，采用頂管施工方式，選用鋼管內置塑料子管防護。

(2)穿越梯田、溝坎及溝渠陡坡時采取石砌護坎或三七土坡保護措施，防止水土流失。

(3)光纜通過橋、涵、路肩及特殊地段時，小橋涵以鋼管防護，特大、大、中橋敷設于預設的電纜槽內，光纜在特殊地段，采用阻燃復合槽、水泥槽或鋼管內套塑料子管防護。

(4)光纜過隧道時采用角鋼對扣或利用既有電纜槽防護。

(5)光纜接頭采用接頭蓋板防護。

3.3.4光纜電氣防護

因石太線為電氣化區(qū)段，所以光纜接頭處金屬護層、鎧裝鋼帶及加強芯均應不連通，采用全懸浮方式，只在通信站及中間站通信機械室設地線。

3.3.5引入終端

電氣化區(qū)段光纜引入通信站引入室后，宜換接室內光纜，并應做絕緣接頭或氣閉絕緣接頭，室內、室外金屬護層及金屬加強件應斷開，彼此絕緣。當采用本纜直接引入時，應做室內外絕緣，而光纖在絕緣接頭中通過。

3.3.6光纜余留

光纜過橋等余留均應按《鐵路通信設計規(guī)范》(TB0006－99)進行。

由于此次設計主要為SDH系統(tǒng)模擬設計，因此線路圖沒有畫出，僅說明徑路設計的原則。

4 結束語

此次設計主要采用SDH傳輸設備進行組建，同時應考慮采用ATM交換以及網(wǎng)絡IP通信等先進技術來構成通信主干網(wǎng)及光纖用戶接入網(wǎng)。這是對通訊技術與鐵路建設的一次大融合、大協(xié)調，同時也把通訊技術向更深領域推廣，使其高速、安全、傳輸質量高的特點以及其具備的自愈功能，來大大地提高系統(tǒng)的可靠性。為此，進行了本次設計。由于本人水平有限，設計過程難免有錯，懇請各位專家及讀者批評指正。

［1］葉英.鐵路接入網(wǎng)的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.通信世界，2000(8):65－66.

［2］趙占好.同步數(shù)字體系SDH技術及其應用［M］.北京:中國鐵道出版社，2000.

［3］TB 10006－99，鐵路通信設計規(guī)范［S］.中華人民共和國行業(yè)標準，1999.6.

［4］TB 10219－99，鐵路光纜通信同步數(shù)字系列(SDH)工程施工規(guī)范［S］.中華人民共和國行業(yè)標準，1999.6.