光纖通信系統(tǒng)中光傳輸技術(shù)與維護(hù)研究

蘭漢聰

（國能珠海港務(wù)有限公司，廣東 珠海 519050）

0 引 言

光纖通信系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)更長距離的信息傳輸，同時(shí)具備較強(qiáng)的抗干擾能力，可保證信息傳輸?shù)陌踩?，出現(xiàn)丟失的可能性更低，同時(shí)通信容量大可以滿足更多用戶實(shí)際需求，廣泛應(yīng)用于廣播、電視、互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。對光纖通信系統(tǒng)中光傳輸技術(shù)進(jìn)行分析，掌握其特點(diǎn)和各影響因素，以減少運(yùn)行故障為目的，為光纖通信系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供更可靠的保障。

1 光傳輸技術(shù)特點(diǎn)

1.1 光傳輸技術(shù)

光傳輸技術(shù)簡單來說是將電信號被轉(zhuǎn)變成了光信號，并以光信號的形式傳輸?shù)浇邮諅?cè)，最終再由端口內(nèi)檢測器轉(zhuǎn)換成電信號。對傳輸信號進(jìn)行解碼處理，使其恢復(fù)到最原始狀態(tài)，完成信息的傳輸。整個(gè)光傳輸技術(shù)需要通過光纜、光電轉(zhuǎn)換器、電光轉(zhuǎn)換器、光線中繼器和計(jì)算機(jī)等多個(gè)部分共同完成，且整個(gè)轉(zhuǎn)換過程花費(fèi)的時(shí)間更短[1]。其中，光電信號之間的快速流轉(zhuǎn)，需要將光電轉(zhuǎn)換器安裝到計(jì)算機(jī)終端，然后促使計(jì)算機(jī)內(nèi)部的電信號成功地轉(zhuǎn)換成光纖傳輸所需要的光信號。同時(shí)，在光線中繼器的作用下，能夠緩解信號的衰減速度，滿足長距離傳輸要求，大大增加了光纖傳輸?shù)母采w面積，為社會生產(chǎn)生活提供更加可靠的通信支持。光纖通信系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 光纖通信系統(tǒng)原理

1.2 光傳輸技術(shù)特點(diǎn)

1.2.1 抗電磁干擾

目前，我國光纖通信電纜主要是以石英為原材料，其具有抗干擾性與抗腐蝕性強(qiáng)的特點(diǎn)，同時(shí)具有良好的絕緣性。這樣在信號傳輸?shù)倪^程中就有更強(qiáng)的抗干擾性，增強(qiáng)信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性，傳輸中斷以及延遲等問題的發(fā)生概率會大大降低。

1.2.2 運(yùn)行損耗小

相比紅外光纖、復(fù)合光纖等材料，石英光纖可以滿足更長距離的信號傳輸要求，且全程產(chǎn)生的損耗更小，更好地實(shí)現(xiàn)低成本高效運(yùn)行的目標(biāo)[2]。如在1.2～1.5 μm區(qū)間內(nèi)的光波，運(yùn)行損耗僅有1 dB/km。

1.2.3 保密性更強(qiáng)

光波傳輸通過光纖實(shí)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的電波傳輸相比，無論是視距傳播還是散射傳播所受到的外界干擾均更小，且無需擔(dān)心入侵問題，保證了光傳輸技術(shù)的實(shí)施不會出現(xiàn)串聯(lián)等問題[3]。光傳輸技術(shù)在更大程度上保證了光波的保密性與保真度，大大提高了光波傳輸?shù)馁|(zhì)量。

1.2.4 頻帶寬特征

頻帶寬窄是影響光纖通信實(shí)施傳輸量的關(guān)鍵條件，其中光傳輸技術(shù)的應(yīng)用更好地滿足大容量傳輸以及頻帶寬等要求。就光傳輸技術(shù)頻帶寬和甚高頻頻帶寬來講，后者的頻帶寬在30～300 MHz，而光傳播技術(shù)的載波頻率則可以達(dá)到30 000～100 000 GHz，2者存在著巨大的差異，光傳播頻帶寬還可以滿足百萬級別頻道的共同存在。

2 光纖通信系統(tǒng)中光傳輸技術(shù)

2.1 光弧子通信

光弧子通信技術(shù)原理是通過光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行非線性信息傳播，以超短的光脈沖為支持，可實(shí)現(xiàn)高速率以及高傳輸量的數(shù)據(jù)傳輸，尤其是在遠(yuǎn)程傳輸與高速傳輸方面應(yīng)用優(yōu)勢顯著。光弧子通信技術(shù)能夠在保持波形和速度不變的情況下，實(shí)現(xiàn)信號的長距離傳輸，一直以來都是研究的重點(diǎn)對象。光弧子通信致力于通過超長距離高速通信技術(shù)以及超短脈沖控制技術(shù)的應(yīng)用，將傳輸速率提升到100 Gb/s以上[4]。同時(shí)，在光學(xué)濾波技術(shù)和再生技術(shù)的應(yīng)用下，使得數(shù)據(jù)傳輸距離至少達(dá)到100 000 km。光弧子通信系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 光弧子通信系統(tǒng)

2.2 波分復(fù)用技術(shù)

以單模光纖損耗較低的特點(diǎn)為支持，有效獲取帶寬資源，并且利用信道光波頻率之間的差異和波長的不同，劃分光纖結(jié)構(gòu)低損耗區(qū)域，使其成為多個(gè)通信信道，而且相互之間保持相對獨(dú)立。這樣每個(gè)通信信道就可以采用不同光波為數(shù)據(jù)載波，并利用波分復(fù)用器確保光波發(fā)送時(shí)單一光纖可完成多種不同光波信號的同時(shí)傳輸，且光接收端設(shè)置的波分復(fù)用器可根據(jù)波長與頻率對承重不同數(shù)據(jù)信息的載波進(jìn)行分離處理。應(yīng)用波分復(fù)用技術(shù)，徹底實(shí)現(xiàn)了單一光纖多路信號的同時(shí)傳輸，大大提升光纖的信息傳輸量以及傳輸速率，因此在光纖通信中應(yīng)用十分廣泛，可有效滿足遠(yuǎn)程、超大容量以及超高速傳輸[5]。

2.3 光纖接入技術(shù)

光纖入戶已經(jīng)成為了現(xiàn)實(shí)，大大提高了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俣龋瑸橛脩魩砀哔|(zhì)量的通信服務(wù)。目前所應(yīng)用的光纖接入技術(shù)為同步數(shù)字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）其實(shí)以同步光纖網(wǎng)絡(luò)（Synchronous Optical Network，SONET）技術(shù)為基礎(chǔ)，做進(jìn)一步的技術(shù)整合滿足光纖傳輸?shù)囊?。SDH可以與準(zhǔn)同步數(shù)字系列（Plesiochronous Digital Hierarchy，PDH）做到橫向兼容，在進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳輸時(shí)，可以根據(jù)需求進(jìn)行任意的互聯(lián)傳輸[6]。SDH技術(shù)原理是在幀結(jié)構(gòu)固定信號，通過電路層復(fù)用，并通過光纖完成信號的傳輸。傳輸?shù)椒植鍙?fù)用器（Add/DropMultiplexer，ADM）的信號將會轉(zhuǎn)換成基礎(chǔ)性電信號，繼續(xù)通過數(shù)字配線架與電纜系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電信號的連接到戶。

3 光傳輸設(shè)備常見運(yùn)行故障

3.1 常見問題

3.1.1 光信號發(fā)射機(jī)

在光纖通信過程中經(jīng)常會出現(xiàn)信息缺失、亂碼、掉包等問題，主要是因?yàn)楣鈧鬏斣O(shè)備存在失真缺陷造成信號缺失。電信號向光信號轉(zhuǎn)換輸送的環(huán)節(jié)，如果溫度存在異常就會對信號的傳輸質(zhì)量帶來影響，并且供電電壓不穩(wěn)定也會影響光電輸出質(zhì)量。

3.1.2 分光路器故障

分光路器需要與光信號發(fā)射機(jī)共同作用，其功能是合理且及時(shí)地分配光信號發(fā)射機(jī)發(fā)出的信號。在實(shí)際的運(yùn)行中，如果光纖通信系統(tǒng)內(nèi)未設(shè)置移動(dòng)或者動(dòng)弄斷口，分光路器出現(xiàn)故障的可能性一般比較低。如果需要經(jīng)常移動(dòng)、動(dòng)弄端口，那么環(huán)境中存在的灰塵將會對端口造成影響，出現(xiàn)接觸不良的可能性更高，導(dǎo)致傳輸速率降低，影響信息傳輸質(zhì)量。野外光接收機(jī)如圖3所示。

圖3 野外光接收機(jī)

3.1.3 光接收機(jī)故障

光接收機(jī)也是光纖通信系統(tǒng)的重要組成部分，且經(jīng)常設(shè)置在多個(gè)不同的環(huán)境中，但是因?yàn)楝F(xiàn)場條件不同，受到外部因素的影響比較大，與其他部分相比發(fā)生故障的可能性更高，且以尾部纖傳導(dǎo)接頭和電源部分最為多見。例如：超壓的情況下，光接收機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性會降低，甚至?xí)龤щ娫矗画h(huán)境中的灰塵等導(dǎo)致線頭傳輸位置被污染，將會影響到信息的傳輸功率，降低光節(jié)點(diǎn)電流傳輸，無法保證用戶接收到的信號質(zhì)量。

3.2 原因總結(jié)

隨著光纖通信系統(tǒng)的不斷完善，在實(shí)際應(yīng)用中也逐漸暴露出了一部分的問題，因各種原因?qū)е鹿鈧鬏斣O(shè)備出現(xiàn)故障的概率比較高，影響信號傳輸質(zhì)量。

（1）前期規(guī)劃不當(dāng)，隨著光纖通信系統(tǒng)覆蓋面積的持續(xù)增加，導(dǎo)致通信線路以及通信信號塔頻繁改動(dòng)，影響光傳輸技術(shù)的正常運(yùn)行。復(fù)雜的環(huán)境條件也會為光設(shè)備的運(yùn)行帶來更嚴(yán)重的影響，加上維護(hù)不到位，而發(fā)生異常。同時(shí)，施工環(huán)節(jié)處理不規(guī)范，對周邊運(yùn)行環(huán)境的調(diào)研不充分，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理各種隱患，例如信號塔被建設(shè)在多雷電地區(qū)，從而光纖表面的金屬部件就更容易遭受雷擊，造成線路短路和損壞。

（2）光纜線路的原材料是石英，雖然絕緣性優(yōu)良，但是在不采取任何措施的情況下，外部環(huán)境帶來的影響依然會對信號傳輸質(zhì)量產(chǎn)生干擾。例如長時(shí)間降雨或受潮會加速光纜的腐蝕，甚至?xí)斐晒饫|斷裂，導(dǎo)致通信中斷，影響用戶的正常通信[7]。在實(shí)際施工中，不僅要注意光纜的絕緣要求，還要重點(diǎn)處理纖頭接口部位，由于接口光纖處于光纜的外部，沒有足夠的保護(hù)，經(jīng)常動(dòng)用的情況下就很容易產(chǎn)生故障。

（3）光纖通信系統(tǒng)的運(yùn)行對后期維護(hù)有著較高的要求，但是因?yàn)榧夹g(shù)人員的綜合素質(zhì)參差不齊，施工以及后期維護(hù)不規(guī)范，無法嚴(yán)格遵守規(guī)范進(jìn)行操作，就會遺留下各種隱患，影響信號傳輸速率和穩(wěn)定性。

4 光傳輸設(shè)備運(yùn)行維護(hù)措施

4.1 營造良好運(yùn)行環(huán)境

環(huán)境條件對光傳輸設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)有著極大的影響，因此要基于以往經(jīng)驗(yàn)，做好溫濕度控制，并加強(qiáng)防塵處理，為光傳輸技術(shù)相關(guān)設(shè)備營造一個(gè)良好的運(yùn)行環(huán)境。從現(xiàn)場的實(shí)際情況出發(fā)，制定科學(xué)合理的維護(hù)計(jì)劃，定期進(jìn)行排查，及時(shí)去除存在的安全隱患。條件允許的情況下可以配置空調(diào)設(shè)備，建立恒溫恒濕的環(huán)境，避免溫濕度變化帶來的不利影響。同時(shí)，做好除塵除灰工作，避免灰塵積攢過多對設(shè)備元件性能造成影響，延長設(shè)備的使用壽命。另外，與供電部門保持高質(zhì)量的溝通和合作，加強(qiáng)供電質(zhì)量的優(yōu)化工作，或者可以安裝不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）電源設(shè)備，以免供電質(zhì)量較差而對光傳輸設(shè)備造成結(jié)構(gòu)性損傷。

4.2 設(shè)備日常維護(hù)優(yōu)化

所有進(jìn)入設(shè)備區(qū)的人員均要保持較高的責(zé)任心，嚴(yán)禁帶電操作以及嚴(yán)格按照要求穿戴防靜電設(shè)備，所有操作均在斷電后進(jìn)行。安裝實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，掌握光傳輸設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)所獲得所有信息分析是否存在運(yùn)行隱患，并及時(shí)進(jìn)行檢修。其中，無論采取何種維護(hù)措施，都要堅(jiān)持盡量不移動(dòng)的基本原則，將人為因素造成的損壞因素控制到最低。安排經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員負(fù)責(zé)設(shè)備的維護(hù)，尤其是要注意軟件的維護(hù)，以免因軟件原因造成設(shè)備故障。如果遇到無法維修的故障，則要及時(shí)與廠家聯(lián)系，爭取在最短時(shí)間內(nèi)解決，恢復(fù)正常通信。

4.3 設(shè)備故障處理維護(hù)

在確定光纖通信系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，需要嚴(yán)格按照專業(yè)規(guī)范來進(jìn)行排查處理，盡量將影響控制在最小范圍。一是先搶通，后修復(fù)。光纖通信對社會生產(chǎn)生活有著極大的影響，一旦出現(xiàn)通信中斷的情況，所造成的損失無法預(yù)估。因此，在光傳輸設(shè)備異常后，要第一時(shí)間利用備用設(shè)備來恢復(fù)通信業(yè)務(wù)，然后在尋找故障原因維修處理。二是先外部，后傳輸。首先要確定外部常見的故障原因，排查后再進(jìn)行內(nèi)部故障的處理，盡量縮短整個(gè)維修所花費(fèi)的時(shí)間。三是先單站，后單板。光纖通信具有非常強(qiáng)的交互性，很多情況下是多點(diǎn)報(bào)警，這時(shí)要爭取在最短時(shí)間內(nèi)確定是哪個(gè)單站出現(xiàn)的問題，然后再排除故障。四是先高級，后低級。相較而言，高等級的告警信息代表的是更大的損失，因此要按照先高級后低級的順序排查故障。

5 結(jié) 論

光傳輸技術(shù)可以說是光纖通信系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，其中所應(yīng)用的各種光傳輸設(shè)備，受外部多種因素的影響，不可避免地會產(chǎn)生故障。為保證光纖通信系統(tǒng)可以為社會生產(chǎn)生活提供高質(zhì)量的通信服務(wù)，就要加強(qiáng)對光傳輸技術(shù)的維護(hù)，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)大容量、高速率傳輸提供更強(qiáng)保障。