羅文浩

摘 要 近些年來，我國鐵路建設(shè)有了很大的發(fā)展，而鐵路通信系統(tǒng)也亟待升級。在鐵路通信系統(tǒng)中應(yīng)用光纖通信技術(shù)，不僅可以加快鐵路通信信號傳送速度，而且有利于推動鐵路通信系統(tǒng)的數(shù)字化和智能化建設(shè)。文章將闡述在鐵路通信系統(tǒng)中應(yīng)用光纖通信技術(shù)。

關(guān)鍵詞 光纖通信技術(shù)；鐵路通信系統(tǒng)；應(yīng)用；發(fā)展

中圖分類號 TN91 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）224-0091-02

自改革開放以來，我國鐵路建設(shè)不斷加速：1978年，我國只有電氣化鐵路營業(yè)里程僅為1千千米，全國鐵路營業(yè)里程不足5萬千米；1996年，我國電氣化鐵路營業(yè)里程突破1萬千米，全國鐵路營業(yè)里程達到5.67萬千米；2006年，我國電氣化鐵路營業(yè)里程增長到2.34萬千米，全國鐵路營業(yè)里程達到7.71萬千米[ 1 ]；2017年，我國電氣化鐵路營業(yè)里程增長到8.7萬千米，全國鐵路營業(yè)里程達到12.7萬千米。

盡管我國鐵路建設(shè)取得了很大的發(fā)展，但鐵路通信系統(tǒng)尚未實現(xiàn)智能化與數(shù)字化，一些鐵路通信傳輸網(wǎng)設(shè)備陳舊（在網(wǎng)運行時間接近或超過10年），設(shè)備型號早已停產(chǎn)（一些生產(chǎn)廠家甚至已經(jīng)破產(chǎn)多年），在網(wǎng)設(shè)備故障率不斷上升；很多設(shè)備制式陳舊，接口單一，無法兼容。鐵路通信系統(tǒng)是整個鐵路系統(tǒng)的神經(jīng)與大腦，老化的鐵路通信系統(tǒng)無法為高速度、高密度、重載荷的鐵路運輸業(yè)服務(wù)，甚至難以保證鐵路運輸?shù)陌踩?。我們認為，非常有必要在鐵路通信系統(tǒng)中應(yīng)用光纖通信技術(shù)。

1 光纖通信技術(shù)

過去，人們依靠有線電話進行有線通信，但有線電話通信容量少，且容易串音；隨著技術(shù)進步，無線通信逐漸取代有線通信，智能手機逐步淘汰了有線電話，但無線通信安全保密性較差，傳輸信號易受電磁波的干擾，通信效果較差；隨著大數(shù)據(jù)時代到來，傳統(tǒng)的無線通信、電纜通信無法滿足人們大容量高速度傳送信息的要求，光纖通信技術(shù)隨之應(yīng)運而生。

光纖通信技術(shù)耗能低、傳輸速度快、抗電磁干擾能力強，可以在短時間傳遞海量信息。目前，電力、廣播電視、互聯(lián)網(wǎng)等各領(lǐng)域，已經(jīng)廣泛運用光纖通信技術(shù)。

光纖通信是以光纖（光導(dǎo)玻璃纖維）為傳輸媒介，以光波為信號載體的一種通信方式。目前光纖通信使用的光波頻率比微波頻率高出1？000倍～10？000倍，因而可以增加1？000倍～10？000倍通信容量，一根細如發(fā)絲的光纖可以同時傳輸24萬個話路，而一根同軸電纜只能同時傳輸幾千個話路，微波通信也只能同時傳輸1萬個話路[ 2 ]。

光纖選用石英作材料，玻璃介質(zhì)的純凈度極高，在傳輸過程中信號的損耗衰減極低（當光波長λ=1.55μm，衰減可降至0.2dB/km）；石英絕緣性能好，抗電磁干擾能力強，這是無線通信所不能比擬的；且光纖不會銹蝕，耐高溫、耐高壓，化學(xué)穩(wěn)定性好。在光纖通信過程中，光波信號不可能跑出光纖，因此光纖通信安全保密。

光纖通信系統(tǒng)由電端機、光發(fā)送端機、信道（光纖線路、中繼器）、光接收端機以及無源器件組成。光纖通信的原理是：在發(fā)送端利用電端機把需要傳送的信息數(shù)據(jù)（如話音、圖像）轉(zhuǎn)變成電信號，實現(xiàn)數(shù)字復(fù)接，然后調(diào)制到光發(fā)送端機發(fā)出的光束上，變電信號為光信號（光束強度隨電信號頻率變化而變化），再將光信號送入信道（光纖）經(jīng)過光的全反射原理傳送；在接收端的光接收端機檢測器收到光信號后，再用電端機將光信號變換成電信號，經(jīng)解調(diào)后恢復(fù)原信息。

2 光纖通信技術(shù)在鐵路通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

鐵路通信系統(tǒng)線路長、投資成本高、建設(shè)難度大。在計劃時代，鐵路通信系統(tǒng)以電纜為主，無線為輔；但我國缺乏銅礦，難以為電線通信網(wǎng)提供充足的材料；而鐵路無線通信又易受電氣化鐵路的電磁干擾，這些問題一直長期困擾著鐵路通信系統(tǒng)建設(shè)。

1970年代末，美、日、德等發(fā)達國家開始在鐵路通信中應(yīng)用光纖通信技術(shù)，引起我國鐵路通信技術(shù)人員的注意。1980年代初期，原鐵道部啟動鐵路光纜、數(shù)字通信的研究試點。1980年在北京東郊環(huán)行線進行了首次光纖通信抗電氣化鐵路電磁干擾試驗，取得了良好效果。1988年原鐵道部修訂《鐵路主要技術(shù)政策》，將“鐵路通信系統(tǒng)電纜為主、無線為輔”修改為“大力發(fā)展光纜”；1994年，原鐵道部再次修訂《鐵路主要技術(shù)政策》，提出“干線鐵路通信以光纜傳輸為主”。

光纖通信技術(shù)在國內(nèi)鐵路通信系統(tǒng)中的應(yīng)用經(jīng)歷了3個階段，在應(yīng)用中逐步走向成熟。

2.1 PDH光纖通信技術(shù)

1980年代，大秦鐵路在國內(nèi)首次應(yīng)用PDH準同步數(shù)字系列光纖通信技術(shù)。大秦鐵路采用8芯單模光纜，沿鐵路線配置PDH設(shè)備，有6處通信站，14處中間通信站，構(gòu)建了我國第一條長途干線光纖通信系統(tǒng)。其后，1988年，北京-保定段光數(shù)字通信工程建成；1989年，重慶鐵路樞紐綜合光纜工程建成，都采用了PDH技術(shù)。

PDH光纖通信系統(tǒng)在數(shù)字通信網(wǎng)的每個節(jié)點上都設(shè)備有高精度時鐘，但這些時鐘的信號還是有一些細微的差別，不能實現(xiàn)完全同步，故名“準同步”。PDH系統(tǒng)主要為話音業(yè)務(wù)設(shè)計，傳輸線路為點對點連接。

隨著時代的演進，鐵路通信網(wǎng)絡(luò)日趨復(fù)雜，而PDH點對點傳輸方式缺乏網(wǎng)絡(luò)拓撲的靈活性；且隨著通信業(yè)務(wù)的發(fā)展，鐵路通信系統(tǒng)需要傳送的信息日益多元化，不僅需要傳送話音，而且需要傳送文字、數(shù)字、圖像、視頻，而PDH技術(shù)卻無法傳送多元化信息[ 3 ]；因此，SDH光纖通信技術(shù)逐漸取代PDH。

2.2 SDH光纖通信技術(shù)

SDH光纖通信技術(shù)實現(xiàn)了數(shù)字信息化同步轉(zhuǎn)化，SDH采用統(tǒng)一的接口與統(tǒng)一的比特率，大大加強了網(wǎng)絡(luò)管理能力，且具有很好的橫向兼容性（與PDH完全兼容并容納其它各種業(yè)務(wù)信號）；SDH采用多種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，其組成的網(wǎng)絡(luò)非常靈活，并首次應(yīng)用“自愈網(wǎng)”功能（無需人為干預(yù)，SDH網(wǎng)絡(luò)也能在極短時間內(nèi)從失效故障中自動恢復(fù)通信業(yè)務(wù)）；誤碼少，聯(lián)網(wǎng)成本低。

1990年代，鐵道部在設(shè)計廣深、京九、鄭徐、蘭新、合九、京沈等線光纜數(shù)字通信系統(tǒng)時，決定引入SDH技術(shù)；2009年，贛韶鐵路在國內(nèi)首次應(yīng)用SDH光纖通信技術(shù)；沿鐵路線鋪設(shè)20芯光纜，并連接贛韶鐵路沿線的接收設(shè)備，構(gòu)建了我國第一條SDH鐵路光纖通信系統(tǒng)。而京九鐵路通信干線全段采用20芯光纜，全長2？500千米，是我國最長的SDH光數(shù)字通信線路。

但SDH系統(tǒng)在傳輸信號過程中要加入大量用于OAM功能的開銷字節(jié)，占用的傳輸頻帶大于PDH信號的傳輸頻帶；指針調(diào)整機理復(fù)雜，濾除抖動較為困難；系統(tǒng)安全性較低，信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性也存在不足；因此，人們又開始研發(fā)新的光纖通信技術(shù)。

2.3 DWDM光纖通信技術(shù)

DWDM，即密集型光波復(fù)用，簡單地說，就是在一根光纖中，多路復(fù)用單個光纖載波的緊密光譜間距，把不同的光波波長同時進行組合和傳輸。PDH與SDH傳輸光信號的方式都是“一纖一波”，而DWDM傳輸光信號的方式是“一纖N波”，這樣就變一根光纖為多條虛擬光纖，最大限度地利用了光纖的傳輸性能；增加了傳輸容量（與單波長傳輸相比，DWDM技術(shù)可以將傳輸容量增加幾百倍），提高了傳輸速度，并節(jié)約了大量設(shè)備成本。

1990年代，DWDM投入商用。2000年以來，鐵路通信系統(tǒng)引入DWDM光纖通信技術(shù)，相繼建成京滬穗、東南、東北、西南、西北五大DWDM光傳輸網(wǎng)絡(luò)環(huán)，覆蓋我國“八縱八橫”鐵路網(wǎng)。2002年4月，西北環(huán)DWDM傳送網(wǎng)投入試運行，該網(wǎng)沿京廣線、包蘭線、京包線、承海線、石太線、寶中線覆蓋六個省、三個自治區(qū)及一個直轄市，長度超過1萬千米；其每對光纖復(fù)合40波光通道，每個光通道又可承載每秒10GB的通信容量，大幅增加了光纖傳輸容量[ 4 ]。

3 結(jié)論

今天，我國鐵路通信系統(tǒng)正在向智能化、數(shù)字化、寬帶化、多元化方向發(fā)展。而我們也需要研究如何在鐵路通信系統(tǒng)中推廣、應(yīng)用光纖通信技術(shù)，以進一步提升鐵路通信能力，推動鐵路通信系統(tǒng)轉(zhuǎn)型升級。

參考文獻

[1]王里.光纖通信技術(shù)在鐵路通信系統(tǒng)中的應(yīng)用淺析[J].數(shù)字通信世界，2018（4）：187.

[2]賀煥芝.芻議光纖通信技術(shù)在鐵路通信系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國新通信，2016，18（16）：122.

[3]何靜濤.試論光纖通信技術(shù)在鐵路通信系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國新通信，2016，18（1）：120-121.

[4]趙克河.光纖通信技術(shù)在鐵路通信系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2014（1）：299-300.