基于波分復用的新型光纖收發(fā)裝置的研究

張維錫 李鳳勤

【摘要】變電站通信信號的光電轉(zhuǎn)換過程中，采用了大量的光纖收發(fā)器，多個設備雜亂陳列，非常不利于通信配置和管理。尤其是當遇到惡劣雷雨天氣，還容易導致雷擊破壞。通過集成波分復用的光纖收發(fā)器，并開發(fā)出帶防雷模塊的收發(fā)器，很好的解決了這個問題，極大的提升變電站的通信維護質(zhì)量，降低了運營成本。

【關(guān)鍵詞】波分復用 光纖收發(fā)器 防雷

“大數(shù)據(jù)”時代的來臨，對通信網(wǎng)絡的傳輸容量，業(yè)務多樣性和靈活性的要求越來越高。如何提高通信系統(tǒng)的性能，有效地增加帶寬，滿足不斷增長的業(yè)務需求，是下一代通信網(wǎng)絡亟待解決的問題。

面對市場對高速，大容量的需求，光纖以其低廉的成本、優(yōu)良的帶寬特性、強有力的抗電磁干擾特性，無疑成為市場的首選方案。因此，近年來，各種新技術(shù)應用于光纖網(wǎng)絡中。波分復用技術(shù)以其易于實現(xiàn)傳輸信號的多元化和能充分利用光纖的傳輸帶寬的巨大優(yōu)勢，在光纖通信的發(fā)展中備受青睞。

目前，光纖收發(fā)裝置隨著光纖通信網(wǎng)絡的擴大而被大量使用。但在實際工程應用中，對光纖收發(fā)裝置的手動操作和更換，都可能帶來故障隱患。而在天氣情況惡劣的情況下，光纖收發(fā)器本身的防雷效率高低極大地影響通信網(wǎng)絡的正常運作。

一、波分復用

在一根光纖中通過采用頻分復用或者時分復用的方式，同時傳輸多個波長的光載波信號，每一個光載波分別承載多路模擬信號或數(shù)字信號。在發(fā)送端將不同波長的光信號組合（復用）起來，耦合到光纜線路中的同一根光纖中進行傳輸;然后，在接收端又將這些組合在一起的不同波長的信號分開（解復用），經(jīng)過進一步處理，恢復出原始信號后送入不同終端。

根據(jù)信道間隔的大小，波分復用技術(shù)目前主要分為三種：稀疏的波分復用、密集的波分復用和致密的波分復用。其中致密的波分復用技術(shù)也叫做光頻分復用（ PFDM）。波分復用技術(shù)對網(wǎng)絡的擴容升級，發(fā)展寬帶業(yè)務，挖掘光纖帶寬，實現(xiàn)超高速通信等都具有非常重要的意義，尤其是具備摻鉺光纖放大器的WDM對現(xiàn)代的信息網(wǎng)絡具有更強大的吸引力。

二、光纖收發(fā)器

在以太網(wǎng)中，光纖收發(fā)器的作用是實現(xiàn)短距離雙絞線電信號與長距離光信號相互轉(zhuǎn)換，因此光纖收發(fā)器又被叫做光電轉(zhuǎn)換器。

光纖收發(fā)器基本功能模塊如下圖所示：

圖1光纖收發(fā)器基本功能模塊示意圖

光纖收發(fā)器打破了電纜傳輸距離的限制，可以用于以太網(wǎng)電纜無法覆蓋，必須使用光纖來延長傳輸距離的傳輸網(wǎng)絡中。即使光纖在傳輸幾公里甚至上百公里后，仍然能夠保證以太網(wǎng)的高帶寬傳輸，節(jié)省網(wǎng)絡建設投資。是實現(xiàn)通信網(wǎng)絡遠距離傳輸?shù)囊环N良好的解決方案。此外，光纖收發(fā)器還能完成“最后一公路”線路，將光纖連接到城域網(wǎng)或更外層的網(wǎng)絡上。

光纖收發(fā)器的分類很多，根據(jù)外觀結(jié)構(gòu)分為桌面式和機架式光纖收發(fā)器;由于收發(fā)器傳輸速率不同，可分為單10M、100M、1000M的光纖收發(fā)器，以及速率自適應的光纖收發(fā)器;根據(jù)使用光纖的類型不同，分為單模光纖收發(fā)器和多模光纖收發(fā)器;而使用的光纖數(shù)量不同，光纖收發(fā)器又可以分為單光纖收發(fā)器和雙光纖收發(fā)器。雖然單纖收發(fā)器與雙纖收發(fā)器比起來，可以節(jié)省一半的光纖，但是由于采用波分復用技術(shù)，單纖收發(fā)器普通存在信號衰減大的情況;按照是否網(wǎng)管又分為，可網(wǎng)管和不可網(wǎng)管的光纖收發(fā)器。

根據(jù)國網(wǎng)巴中供電公司現(xiàn)有光纖接人的實際情況，建立與之匹配的波分復用模型，明確各項關(guān)鍵參數(shù)。本文中的光纖收發(fā)器是指雙光纖，機架模塊式光纖收發(fā)器，并采用100M和10M/100M自適應的傳輸速率。可以安裝于10槽、14槽或16槽機箱，并以集中供電方式進行網(wǎng)管。示意圖如下圖所示。

圖3可網(wǎng)管機架式雙纖收發(fā)器正面示意圖各指示燈的工作狀態(tài)見下表所示：

三、防雷功能

無論是光纖收發(fā)器還是其它網(wǎng)絡設備，在天氣情況惡劣的情況下，雷電都有可能對儀器造成危害。要盡量避免光纖收發(fā)器遭遇雷擊，首先需要了解這類通信設備容易遭雷擊的原因，大致可以分為如下幾點：

（1）此類設備大多采用CMOS這類對電極感應極為敏感的專用集成電路，而雷電發(fā)生快，電壓高，一旦雷電引入的途徑中接口雷電保護電路設計不當，就會造成設備被雷擊;

（2）光纖收發(fā)器在安裝時需要做好接地工作，這樣可以給雷電提供一個釋放途徑。而在實際施工和維護中，這個問題往往得不到重視。接地裝置不入地，接地電阻不合格，都會造成光纖收發(fā)器的雷擊損壞;

（3）電纜分線盒沒有安裝防雷保護裝置，缺少一道重要的防雷屏障;

（4）不按規(guī)范亂拉飛線。一根網(wǎng)線就引入雷電，造成端口或整個網(wǎng)絡癱瘓;

因此，從應用上，首先要選擇盡量避免在雷擊概率較大的地方安裝光纖收發(fā)器;安裝時應該做好保護接地裝置;在容易被雷擊的室外，使用帶有雷電保護裝置的電纜分線盒（箱），并確保接地裝置入地良好;杜絕飛線現(xiàn)象。

眾所周知，雷電是通過導電體進行傳導，并尋求快捷路徑進行對地放電。光纖收發(fā)器通過RJ45接口與寬帶交換機相連，寬帶交換機通常采用交流供電，而雷電會通過交流電源線引入寬帶交換機，也可能通過RJ45接口傳遞到光纖收發(fā)器上，擊壞光纖收發(fā)器。所以，光纖收發(fā)器的防雷分為電源防雷和信號防雷兩個部分。本文中的光纖收發(fā)器在這兩個方面都做了處理。首先在電源防雷方面，在光纖電源轉(zhuǎn)換器上安裝了壓敏模塊，在遠距離傳輸后，在設備信號輸入口接信號防雷模塊和設備電源壓敏模塊。其次，在網(wǎng)口使用防雷管防浪涌保護，排除和吸收電浪涌的侵入。防雷管的結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。

四、存在的問題和發(fā)展方向

光纖收發(fā)器在不斷的發(fā)展和完善過程中，用戶對其提出了更多的要求。首先，當前的光纖收發(fā)器還不夠智能。例如，當光纖收發(fā)器的光路部門斷掉后，收發(fā)器另一端的電口仍然處于開啟的狀態(tài)。因此，上游的設備如路由器，交換機等依然會向電口持續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，但顯然這些數(shù)據(jù)都不能到達。針對這種情況，上游的設備供應商希望可以設計一種新型的光纖收發(fā)器，能夠?qū)崿F(xiàn)自動切換。當光路不通時，電口會自動向上游報警，阻止上層設備繼續(xù)向該端口發(fā)送數(shù)據(jù)，啟用冗余鏈路確保業(yè)務正常運作。

其次，由于光纖收發(fā)器多在樓道內(nèi)或室外使用，供電情況復雜，因此要求設備本身具備良好的環(huán)境適應能力，保證設備的供電穩(wěn)定。另外，為了更好地應對超高溫、低溫、雷雨天氣或者電磁干擾等方面各種極端情況，也要求設備在關(guān)鍵元器件的采用、電路布線和焊接，結(jié)構(gòu)設計等方面具有更高的技術(shù)水平。

再者，光纖收發(fā)器作為光纖接入網(wǎng)的核心器件，推動干線傳輸網(wǎng)絡向低成本方向發(fā)展，使得光網(wǎng)絡的配置更加完備合理。目前的光通信市場競爭日趨激烈，通信設備要求的體積越來越小，而接口板所包含的接口密度卻越來越高。為了適應這一要求，光模塊正朝著高度集成的小封裝、低成本、低功耗發(fā)展。

“大數(shù)據(jù)”時代要求現(xiàn)代通信網(wǎng)絡承載的信息量越來越多，信息傳遞的速率越來越快，作為現(xiàn)代信息交換、處理和傳輸支柱的光通信網(wǎng)絡，需要一直不斷地向超高頻、超高速和超大容量方向發(fā)展，傳輸?shù)乃俾试礁摺⑷萘吭酱?，那么傳送每個信息的成本就越小。

光纖收發(fā)器的另一個發(fā)展方向是遠距離。隨著通信網(wǎng)絡覆蓋的距離越來越遠，需要遠程的收發(fā)器與之匹配。減少光波在傳輸時的損耗，提高傳輸?shù)臏蚀_率。

此外，WDM是一項新的技術(shù)，其行業(yè)標準制定尚不夠規(guī)范，不同商家的WDM產(chǎn)品互通性較差。為保證WDM系統(tǒng)在網(wǎng)絡中大規(guī)模實施，首先需要保證WDM系統(tǒng)間的互操作性以及WDM系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)間互連、互通，因此還需要加強在光接口設備上的進一步研究。

五、結(jié)束語

光纖收發(fā)器使數(shù)據(jù)傳輸打破了以太網(wǎng)電纜的百米限制，依靠大容量緩存和高性能交換芯片，實現(xiàn)無阻塞傳輸交換，同時提供平衡流量、隔離沖突和檢錯等功能，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院头€(wěn)定性。因此光纖收發(fā)器產(chǎn)品仍將是通信網(wǎng)絡組建中不可缺少的一部分，今后，光纖收發(fā)器會向著智能、更穩(wěn)定、低成本等方向繼續(xù)發(fā)展。

參 考 文 獻[1]鄧忠禮，送網(wǎng)和波分復用系統(tǒng)SDH&WDM.清華大學出版社，2003[2]劉繼紅.姚英.WDM光傳送網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)研究.西安郵電學院學報，2002（01）[3]邱琪.光纖雙向視頻數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的研究與實現(xiàn).電子科技大學學報，2001（06）[4]胡先志光網(wǎng)絡與波分復用人民郵電出版社，第1版，2003年1月[5]S.V.卡塔洛頗羅斯《密集波分復用技術(shù)導論》，人民郵電出版社，2001-9[6]Walter Coralski《光網(wǎng)絡與波分復用》.人民郵電出版社，2003年月[7]陳桂芬，波分復用技術(shù)在光纖網(wǎng)中的應用.長春光學精密機械學院學報，2001年[8]張勁松，陶智勇，韻湘.《光波分復用技術(shù)》.北京郵電大學出版社，2002年6月[9]甘朝欽，謝斌，孫小菡，張明德，《波分復用技術(shù)及其在通信中的應用》，光通信技術(shù)，2000年第4期