光纖通信技術在鐵路通信系統(tǒng)中的應用及發(fā)展

閆玉平 王偉 葛琳

中國鐵路呼和浩特局集團有限公司呼和浩特通信段 內(nèi)蒙古呼和浩特 010000

隨著信息全球化的發(fā)展，各領域信息化變革均圍繞著寬帶化、大容量與超長距離等核心環(huán)節(jié)逐步展開，而光纖通信技術的應用成為該領域的關注焦點。20世紀70年代末，隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的逐步擴大及其對運行安全穩(wěn)定性需求的不斷提高，電力通信網(wǎng)絡應運而生。最初電力通信網(wǎng)絡多采用微波通信技術，但因其易受干擾、帶寬較小，因而無法滿足電力通信網(wǎng)絡業(yè)務需求。隨著光纖通信技術的發(fā)展，眾多專家學者致力于光纖通信技術在電力系統(tǒng)的應用研究，以期充分發(fā)揮光纖通信技術的優(yōu)勢，助推電力系統(tǒng)的深度變革。

1 光纖通信技術的主要優(yōu)點

光纖通信就是通過以光作為信息載體，以光纖作為傳輸數(shù)據(jù)介質(zhì)，因為光波頻率要遠遠高出電波的頻率，所以光纖的傳輸效率要遠遠高出電波的傳輸效率具有通信容量大、損耗低、傳輸距離長、抗電磁干擾能力強等優(yōu)點。傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)中，電磁波的泄漏會造成各傳輸通道的串擾，信息非常容易被竊聽、被泄露，這樣就導致傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)在信息保密方面存在許多的不足。

現(xiàn)在的光纖通信技術當中，大量使用的石英材質(zhì)，這種材質(zhì)的特點在于具有很強的抗干擾性，不易損壞，而且這種材料具有很強的絕緣性能，能夠抵抗外界電磁環(huán)境的干擾，比如說人為活動造成的電磁環(huán)境擾動以及自然雷電氣候等，還有地球大氣電離層出現(xiàn)的變化，都不會對其產(chǎn)生較大的影響，就算出現(xiàn)一定的電磁波泄露，在整個系統(tǒng)當中也不會產(chǎn)出線串音，這種特點都導致其具有很強的抗干擾能力，能夠在電力系統(tǒng)和電信系統(tǒng)當中發(fā)揮出應有的作用，符合人們在信息傳輸過程中的準確性的要求，因此這項技術獲得了非常廣泛的使用。

而光波在光纖中的傳輸采用全反射的原理，故光信號被限制在光纖中傳輸，不會從光纖中泄漏，即使在轉彎處，漏出的光波也非常微弱，只需要在光纖或光纜的表面涂上一層消光劑就能夠有效解決，所以光纖內(nèi)部能夠?qū)崿F(xiàn)無串音干擾的穩(wěn)定運行，也無法竊聽光纖中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息[1]。

2 光纖通信技術在鐵路通信系統(tǒng)中的應用

2.1 光交換技術

光交換技術主要是交換技術和光纖傳輸技術，兩種技術共同構成的光交換技術，不單單能夠讓金屬電纜當中的一些缺陷和問題得到合理的解決，還能夠讓光纖轉換的步驟程序化，能夠讓信息傳輸?shù)膫鬏斝屎蛡鬏斔俣却蠓忍岣?。當前，主要是在骨干?jié)點上進行使用，為了讓光纖傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸效率大幅度提高，在當前光纖傳輸技術當中，交換節(jié)點的作用非常突出，能夠讓光纖傳輸?shù)男蚀蠓忍嵘?，減少能源的消耗，降低損耗率，能夠讓光交換的效率有效的提升，讓通信技術可持續(xù)發(fā)展得以實現(xiàn)，確保信息傳輸?shù)臏蚀_性和有效性。

2.2 架空地線復合光纜

架空地線復合光纜包括三層，從外到內(nèi)依次為鋁線、鋼芯、光纖。依循光纜結構的差異性可將其分為三類，即層絞式光纜、骨架式光纜、中心束管式光纜。在電力系統(tǒng)中應用此類光纜，有助于提升系統(tǒng)導電性能、機械強度，提升使用過程的安全性，具有較高的抗外力破壞性能。當前，此類光纜在多應用于110kV線路之中，可實現(xiàn)電力輸電線路、復合光纜同步建設。由于光纜短路電流輸出采用鋁合金、純鋁絲保護材料，因而設計時還需考慮系統(tǒng)的負荷量，具體應用過程中，應對該電纜采取有效的保護措施，利用雙層保護套等方式，避免紫外線的危害。更換地線時，應保障其原有性能，確保更換后系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。

2.3 WDM技術

wdm技術也被叫做波分復用技術，主要是對多種不同波長的光載波信號進行匯合，在發(fā)射端利用復用器，在經(jīng)過光纖傳輸過程中，首先進行耦合，讓帶寬增加的目的得以實現(xiàn)，在接收端通過分波器分離不同波長的光載波波信號，通過聚集整理讓頻率波長不同的光信號，保持相對獨立的傳輸，接著通過接收器對其進行處理，使之成為原有的傳輸信號，在同一傳輸通道內(nèi)讓多個不同載體光波進行傳輸，波分復用技術可以進行雙向傳輸，也可以進行單向傳輸，我國已經(jīng)在波分復用技術方面進行了深入的研究，獲得了大量的成果，wdm技術具有很強的有效性和經(jīng)濟性，在城域網(wǎng)和長途網(wǎng)等網(wǎng)絡的傳輸過程中，具有非常重要的意義。

2.4 光聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

光聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中也有廣泛應用，由于其增加了網(wǎng)絡范圍與節(jié)點數(shù)量，因而賦予光網(wǎng)絡超大容量，強化了網(wǎng)絡透明性，實現(xiàn)了與多個電力系統(tǒng)及信號的有效連接，提升了網(wǎng)絡靈活性，促進了電力通信效率與性能提升。一旦電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障，光聯(lián)網(wǎng)可迅速恢復網(wǎng)絡，最大限度地降低故障危害，減少建網(wǎng)、運行與維護成本[2]。此外，基于光纖通信的光放大、光交換技術促進了光放大器的研發(fā)，為全光網(wǎng)絡、光弧子通信提供了技術支持，可有效解決電子交換容量問題，提升透明度與速率，節(jié)約電力建網(wǎng)與網(wǎng)絡升級的成本。

2.5 波分復用技術

波分復用技術就是將光纖低損耗窗口劃分為多個不同波長的傳輸通道，通過波分復用器，將光信號分別在同一根光纖中不同的波長信道中傳輸，當信號到達目的地再運用波分復用器進行分離。就好像將一條馬路劃分多個車道一樣，不同的車分別在不同的車道中行駛。波分復用技術可大大增加光纖的傳輸容量。目前波分復用技術在長途網(wǎng)、城域網(wǎng)等得到了廣泛的應用。

3 結語

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、應用光纖通信技術，以進一步提升鐵路通信能力，推動鐵路通信系統(tǒng)轉型升級。