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论文摘要:光纤通信不仅可以应用在通信的主干线路中,还可以应用在电力通信控制系统中,进行工业监测、控制,而且在军事领域的用途也越来越为广泛。本文探讨了光纤通信技术的主要特征及应用。
1.光纤通信技术
光纤通信是利用光作为信息载体、以光纤作为传输的通信方式。在光纤通信系统中,作为载波的光波频率比电波的频率高得多,而作为传输介质的光纤又比同轴电缆或导波管的损耗低得多,所以说光纤通信的容量要比微波通信大几十倍。光纤是用玻璃材料构造的,它是电气绝缘体,因而不需要担心接地回路,光纤之间的串绕非常小;光波在光纤中传输,不会因为光信号泄漏而担心传输的信息被人窃听;光纤的芯很细,由多芯组成光缆的直径也很小,所以用光缆作为传输信道,使传输系统所占空间小,解决了地下管道拥挤的问题。
光纤通信在技术功能构成上主要分为:(1)信号的发射;(2)信号的合波;(3)信号的传输和放大;(4)信号的分离;(5)信号的接收。
2.光纤通信技术的特点
(1)频带极宽,通信容量大。光纤比铜线或电缆有大得多的传输带宽,光纤通信系统的于光源的调制特性、调制方式和光纤的色散特性。对于单波长光纤通信系统,由于终端设备的电子瓶颈效应而不能发挥光纤带宽大的优势。通常采用各种复杂技术来增加传输的容量,特别是现在的密集波分复用技术极大地增加了光纤的传输容量。目前,单波长光纤通信系统的传输速率一般在2.5Gbps到1OGbps。
(2)损耗低,中继距离长。目前,商品石英光纤损耗可低于0~20dB/km,这样的传输损耗比其它任何传输介质的损耗都低;若将来采用非石英系统极低损耗光纤,其理论分析损耗可下降的更低。这意味着通过光纤通信系统可以跨越更大的无中继距离;对于一个长途传输线路,由于中继站数目的减少,系统成本和复杂性可大大降低。
(3)抗电磁干扰能力强。光纤原材料是由石英制成的绝缘体材料,不易被腐蚀,而且绝缘性好。与之相联系的一个重要特性是光波导对电磁干扰的免疫力,它不受自然界的雷电干扰、电离层的变化和太阳黑子活动的干扰,也不受人为释放的电磁干扰,还可用它与高压输电线平行架设或与电力导体复合构成复合光缆。这一点对于强电领域(如电力传输线路和电气化铁道)的通信系统特别有利。由于能免除电磁脉冲效应,光纤传输系还特别适合于军事应用。
(4)无串音干扰,保密性好。在电波传输的过程中,电磁波的泄漏会造成各传输通道的串扰,而容易被窃听,保密性差。光波在光纤中传输,因为光信号被完善地限制在光波导结构中,而任何泄漏的射线都被环绕光纤的不透明包皮所吸收,即使在转弯处,漏出的光波也十分微弱,即使光缆内光纤总数很多,相邻信道也不会出现串音干扰,同时在光缆外面,也无法窃听到光纤中传输的信息。
除以上特点之外,还有光纤径细、重量轻、柔软、易于铺设;光纤的原材料资源丰富,成本低;温度稳定性好、寿命长。由于光纤通信具有以上的独特优点,其不仅可以应用在通信的主干线路中,还可以应用在电力通信控制系统中,进行工业监测、控制,而且在军事领域的用途也越来越为广泛。
3.光纤通信技术在有线电视网络中的应用
20世纪90年代以来,我国光通信产业发展极其迅速,特别是广播电视网、电力通信网、电信干线传输网等的急速扩展,促使光纤光缆用量剧增。广电综合信息网规模的扩大和系统复杂程度的增加,全网的管理和维护,设备的故障判定和排除就变得越来越困难。可以采用SDH+光纤或ATM+光纤组成宽带数字传输系统。该传输网可以采用带有保护功能的环网传输系统,链路传输系统或者组成各种形式的复合网络,可以满足各种综合信息传输。对于电视节目的广播,采用的宽带传输系统可以将主站到地方站的所需数字,通道设置成广播方式,同样的电视节目在各地都可以下载,也可以通过网络管理平台控制不同的站下载不同的电视节目
有线电视网络在全国各地已基本形成,在有线电视网络现有的基础上,比较容易地实现宽带多媒体传输网络,因此在目前的情况下,不应完全废除现有的有线电视网,而用少量的投资来完善和改造它,满足人们的目前需要。很多地区的CATV已经是光纤传输,到用户端也是同轴电缆进入千万家。但是现在建设的CATV大多是单向传输,上行信号不能在现有的有线电视网中传送。可以通过电信网PSTN中语音通道或数据通道形成上行信号的传送,也可以通过语音接入系统来完成。将电话接到各用户,这样各用户间即可以打电话,也可以利用广电自己的综合信息网中的宽带传输系统构成广电网中自己的上行信号的传送,组成了双向应用的Internet网。
现在光通信网络的容量虽然已经很大,但还有许多应用能力在闲置,今后随着社会经济的不断发展,作为经济发展先导的信息需求也必然不断增长,一定会超过现有网络能力,推动通信网络的继续发展。因此,光纤通信技术在应用需求的推动下,一定不断会有新的发展。
参考文献:
[1]王磊,裴丽.光纤通信的发展现状和未来[J].中国科技信息,2006,(4)
[2]何淑贞,王晓梅.光通信技术的新飞跃[J].网络电信,2004,(2)
教学团队实施研讨式教学改革的范围为山东大学威海机电与信息工程学院电子信息工程专业和通信工程专业选修《光纤通信》课程的学生。具体改革内容及实施方案如下:
1.常规教学为基础
教学团队探究讲课艺术,改进课堂教学方法,提高授课的互动性,启发学生以“科学研究”的思维思考课本中的知识。教学内容上,注重教学内容的科学性、先进性、新颖性与启发性,及时更新充实教学内容;同时制作较高质量的多媒体课件,通过文字、图片以及动画等多种形式丰富课堂教学。
2.实例研讨作穿插
课堂授课适时引入生活中常见实例,如光纤入户、高清视频点播技术等,由此展开研讨式教学。通过对生活中实例的分析,把抽象的理论变成具体的实际,以此切入并开展课堂讨论,激发学生兴趣。同时,针对实例为学生提供课后实践,使其对问题的理解更深入。
3.热点问题当点缀
结合当前的光纤通信的热点问题,如光纤通信网的安全性、全光网等问题,对热点问题进行深入剖析,形成与课程相配套的实例资料集,对热点问题开展课堂讨论调动学生积极性,以小组为单位鼓励学生进行问题分析总结、讲解,并鼓励学生撰写小论文,以此激发学生的学习兴趣,提高学生自主学习和独立思考的能力。通过研讨式教学,学生良好的思考习惯建立起来,学习态度由被动转为主动,实现了学习过程的立体化。
二、研讨式教学效果分析
相对于传统灌输式教学方式,研讨式教学建立了融洽的师生关系,激发了学生的创造欲望。研讨式教学为每一位学生发挥个性提供了良好的平台,学生的个性得到尊重,创新意识和能力得到解放,学生更加积极主动的观察思考。在师生关系上,实现了从主客关系到主主关系的转变;在教学目标上,实现从“授人以鱼”到“授人以渔”的转变;教学方式上,实现从“讲授式”到“研讨式”的转变;在教学形式上,实现从“一言堂”到“群言堂”的转变;在教学评价上,实现从“一张试卷定高下”到按学生的实际表现和能力来综合评定成绩的转变。
研讨式教学实现了对学生各方面能力的全面培养,其中包括学生的自学能力、思维能力、表达能力、创新能力等等,达到真正提高学生综合素质的目的。
1.1网络通信形式单工通信、半双工通信、全双工通信是网络通信的主要形式。其中,遥控器是单工通信的代表,发送者和接受者是固定的,数据只能由发送者向接受者传输;对讲机是半双工通信的代表,尽管能相互传输,但不能同时相互传输;移动电话是全双工通信的代表,数据既能双向传输,又能同时传输,是网络通信发展的产物。
1.2网络通信内容
1)数据通信利用数据通信能有效地实现信号的传输。数据通信大量应用在社会的各个领域,包括自动化技术、遥感技术、航空技术、军事技术、资源探测开发等方面,并且随着社会的发展,数据通信已逐步开始在人们的日常生活中普及开来,对人们的工作、学习、生活带来了翻天覆地的变化。数据通信功能的实现离不开软件和硬件的相互配合,主要内容有传输媒体、接口、数据链路复用、信号传输、数据链路控制和信号编码等。
2)网络连接通过连接介质,以某种方式把各种通信设备连接在一起形成一个庞大的结构体系是为网络连接。在网络连接这个体系中,连接介质、通信设备、通信技术、连接方法等各种要素相互影响、相互关联,具有分类多功能性和协调统一性。不同的连接介质其功能不同,不过都要具有可靠性,连接介质包括双绞线、微波、通信卫星、电缆、载波和光纤。就当前来看,连接介质受到材质、技术的影响,具有一定的局限性,不过随着社会的发展,我们可以找到更加可靠高效的介质。
3)协议网络协议并不同于我们日常生活中的口头协议、书面协议,它专指在通信过程中采用某种形式或方法。通过网络协议,可以对不同体系总体结构以及各不同层次分体结构继进行具体的分析和解析,已达到各体系相互连接的目的,保证结构的开放性和融合性。作为一个分散集合体,计算机网络就是通过网络协议形成的,在计算机网络各个末端连接着不同个体、不同位置的计算机。
4)安全防护计算机网络是由两个部分组成,即计算机网络和通信网络。通信网络的终端或信源就是计算机,能够进行有效地信息传输和交换。计算机通信网络安全是在了解计算机性质的基础上采取相应的防护措施进行计算机系统的全面保护,具体包括硬件、应用软件等,有效地防止非本用户使用服务,从而更好地维护系统的正常运行。在国外计算机通信网络安全的发展现状。较早的计算机通信网络安全研究是起于国外,并且具有很广泛的应用,在上个世纪的70年代,美国就研究出了“计算机保密模型”,并且在此理论的基础上又制定出了“可信计算机系统安全评估准则”,通过不断地完善,终于形成了安全信息系统结构的准则。后来又发现了状态机、模态逻辑以及代数工具等三种不同的分析方法,但是还存在着很多的问题。通过密码体制终于克服了网络信息系统密钥管理中的一大难题,为电子商务的安全性提供了有效地保障,随着计算机运算速度的不断提升,各种新的密码技术正不断地涌现出来,为建设完善的计算机通信网络安全系统做出了很大的贡献。在国内计算机通信网络安全的发展现状。我国的信息网络安全研究主要包括两种,即通信保密、数据保护。在计算机通信网络安全研究的过程中经历了很多的变革,先后出现了防火墙、安全网关、系统脆弱性扫描软件等,随着社会的不断发展,信息技术水平不断地提升,安全隐患越来越多,因此要不断地研究新的防护技术,确保信息网络技术的安全运行。目前我国的计算机通信网络安全研究正向完善安全体系结构、现代密码理论、信息分析及监控体系等方向发展,制作出具有系统性、完整性以及协同性的信息网络安全方案。不仅仅要满足对数据进行有效地处理和分析,而且还要加强保密体系的建设,不断地完善通信协议和通信软件系统,提升计算机内部管理人员的专业素质和技术水平,制定出完善的安全防护和等级鉴别方案,防止不法分子利用软件漏洞进行犯罪活动,影响到计算机通信网络技术的发展。
2光纤通信技术及通信信号
2.1光纤通信技术介绍随着科学技术的发展,光纤通信技术正逐步应用在通信领域中。相对于金属或其他电缆,光纤传输能力更强,数据传输能力不可同日而语,比如单模光纤已具有几十GHZkm的宽带。光纤产生数据具有较大的传输宽带,比如散波长窗口。光纤的通信功能是通过光纤的色散特性和光源的调制特性、调制方式实现的,不过由于终端设备的限制,光纤的优势并不能得到有效的发挥,在单波长光纤通信系统这种情况表现的更加明显。而大量的实验表明,密集波分复用技术能有效地利用光纤的宽带优势,可使得2.5Gbps~10Gbps单波长光纤通信增加至100Gbps,也就是说其传输容量可达单波长光纤通信的数十倍。
2.2光纤材料光导纤维即是我们常说的光纤,主要是由玻璃或塑料制成的,光在其中通过全反射能实现传导。生活中,我们常见的是玻璃制成的普通阶跃型光纤。而光子晶体光纤大多是由硅的合成物掺杂一些硅晶体做成的,在晶体内部有空气空洞。由于石英材质制成的光纤损耗很低,没千米不超过0.21dB,相对于其它介质结构,其产生的中继距离更远,是目前最实用的光纤。
2.3通信信号的衰弱和再生
1)通讯信号的衰弱造成通讯信号的衰弱的原因是多方面的,在通讯信号长距离传输的过程中,可以采用信号放大器来降低光波能耗损失的影响,但通讯信号的衰弱是不可避免的,造成通讯信号的衰弱的原因有:瑞立散射、物质吸收、米氏散射、连接器造成的损失,就算是性能的优越的石英光纤,其内部的杂质同样会增大可比系数,造成光波能耗损失。并且,光纤密度不均衡、接合技术不达标、光纤变形同样会引起通讯信号的衰弱。
2)通讯信号的再生技术由于通讯信号的衰弱,通讯信号的再生技术应运而生,能有效地避免由于通讯信号的衰弱所产矛盾的进一步酝酿和发展,保证通讯传输畅通无阻,避免严重事故的发生。通讯信号的再生技术泛指所有能弥补通讯信号的衰退的技术,再生技术的发展和应用降低通讯系统的运行成本。比如海底光纤,在应用在再生技术之前,主要是借助中继器来实现光纤传输,而中继器维护成本高昂,阻碍着海底光纤的普及,而再生技术的发展很好滴解决了这个问题。
3结束语
现代计算机仿真技术的发展为网络的生存性分析提供了很大的帮助,根据光纤通信网络的结构特点,通过计算机仿真,可以模拟网络遇到故障时的情景,并以节点的负载率较低和工作路径跳数较少为原则对新的业务路径进行搜寻。建立的数学模型如下:假设通信网络由于某种原因造成两传输站点之间的光纤断裂,定义断开的光纤链路名称为m∈L(φ),其上承载的业务集合为S(θ),L(φ)表示光纤链路集合,整个网络站点的集合为N(),则对S(θ)中的业务si∈S(θ)按照如下公式进行重新计算。
2生存性分析平台的实现步骤
根据以上模型,编程实现网络生存性分析平台软件,平台包含网络结构导入、网络图形化编辑、新业务拓展分析、网络负载分析、网络均衡性分析、网络故障应急预案评估等功能。软件的总体思路是:对业务优先权进行分级,通过计算带宽,寻求最优路径,尽可能地使所有业务资源分配合理,即在保障优先级高的业务顺利进行的情形下,尽可能让低优先级的业务也能够进行,以期发挥网络最大的效益。软件实现步骤如下:a)构建网络结构和配置网络业务。本系统能够根据现有的网络资源建立网络模型,并根据现实网络中的业务流程为网络模型分配业务,为进行网络生存性分析做好准备。b)模拟网络故障。边和节点都有可能出现故障。在本文的网络仿真模型中,对链路和传输站故障进行无差别对待。因为一条链路损坏代表这条链路的两个节点间无法传递信息,而一个节点损坏表示与这个节点相连的所有链路都无法传递信息,节点的两个邻接节点之间也无法通过此节点进行通信。假设某一节点由于受到人为或自然的破坏,创建两个特殊的变量记录这条链路所承载的业务和每条业务的路由。c)更新网络结构,重新配置损坏链路上的业务。当某一条链路损坏时,把它看做是原网络结构上去掉一条边,然后对其上的业务按新业务拓展和保护方法重新分配。因为本文的业务是分级保护的,一级业务实行1+1路由保护,即随时都有一条路由进行保护,一旦损坏的链路上有一级业务,那么系统将立即切换到备用路由,同时又对其寻找另一条保护路由。而对二级和三级业务根据业务配置原则对其进行重新配置路由即可。d)网络性能分析。针对网络拓扑、业务分配方案和设备配置情况计算分析网络各项性能指标,包含节点性能分析、链路性能分析、区域/网络分析、均衡性分析和规划方案比较等。这些性能指标便于用户分析当前规划方案的网络总体性能,对于进一步指导规划和网络瓶颈的解决有着重大的作用。e)显示结果。仿真后系统将会将生存性分析的结果呈现出来,显示结果包括业务名称、原始路由以及新分配的替代路由。
3生存性分析仿真结果
本文自主开发出应用于网络优化的生存性分析模块的主菜单包括导入网络、编辑模式、删除光纤、一键仿真和使用帮助,界面如图2所示。以现有的部分网络资源为例,建立一个网络模型,并仿照真实网络的运行方式为模型分配业务并进行仿真。网络模型的拓扑结构如图3所示。假设A-I这条光纤由于外界因素遭到破坏,那么就可以在仿真时将这条光纤删除,在删除光纤时软件系统会提醒用户这条光纤上所承载的业务将会重新分配路由,用户确认后开始删除,删除后的网络拓扑如图4所示。系统对受影响的业务重新分配路由的仿真过程如下:系统首先将这些业务保存在已定义好的变量S(θ)中,然后调用Find()函数去寻找新的路径,对删除光纤上承载的业务进行重新分配,仿真结果如图5所示。从结果中可以看出,A-I这段光纤链路被删除后,其承载的业务都找到了新的工作路由,所有的业务都是在保证网络负载尽可能均衡的情况下进行分配的。当某一个站点容量不足时就选择其他的传输节点,并记录容量不足的节点,并对管理员提示:容量不足请扩容。如果是节点故障,则与该节点直接相连的所有链路将失效,软件将按照网络负载均衡的原则对失效链路上的所有业务进行重新分配和评估,得到相应的仿真结果。
4结束语
本课程安排在大学三年级第二学期进行,而这个阶段学生大部分时间和精力主要放在准备考研或者开始联系实习单位上,学习时间和精力得不到保证。同时考虑该学期时所有专业课几乎基本学完,光通信原理课程中部分专业知识已在之前开设的不同专业课程中有所涉及,尽管在不同专业课中强调的学习重点不同,但毕竟和其他课程还是存在一定的交集。因此在这种状态下,只依靠课堂将光通信的知识全面而系统地讲授给学生是比较困难的,学生听到学过的内容就会自然而然开小差,这对未学习的知识也会产生消极的影响,从而影响整天的教学效果。
2教材选用方面
目前,该课程的上课讲义主要是根据清华大学袁国良老师编写的《光通信原理》,再结合其他通信类的参考书编写而成。该书对光通信原理的介绍虽比较系统,但是书中很多章节存在混乱的现象。如第三章介绍光纤的基本特性,但在第五章中再次介绍光纤温度特性和机械特性。光电检测器件也存在类似的现象,在第四章中介绍光电检测器的工作原理和主要要求以及光电检测器的工作特性,而第五章再次介绍光电检测器件,虽然两章节中介绍内容并不重复,但是这样授课过程中学生会觉得有些乱。虽然在实际课堂上已将内容调整并对其内容进行了扩充,但是毕竟没有配套的讲义,学生学起来还是有些不方便。与此同时,光纤通信领域科技发展日新月异,这本书缺少该学科最新的研究方向和前沿热点问题的介绍,如蓝光信息存储技术和白光照明等目前的热点问题。这显然很难引起学生的学习兴趣和热情。
3课程改革举措
结合学校2012版培养计划,根据我校光信息科学与技术专业学生的特点和人才培养目标,该课程的现行教学体系和内容应做必要调整,教学方法和教学手段上也要进行必要的改革,从而保证课程教学质量的有效提高。
3.1整合课程内容,调整课程结构
首先以形象的图像介绍整个光通信系统的组成部分,让学生了解光通信的系统结构。其次简单介绍光通信系统组成的每个部分,先讲解光通信中的主要有源和无源的光器件,光纤的组成和传输原理,然后把通信的光端机、光调制等基本内容尽可能地缩小课时快速介绍完毕,这样可以尽量避免与其他课程的重复,从而让学生产生新鲜感。然后重点集中讨论数字光通信系统,阐述如何设计光缆线路损耗预算和怎样考虑光缆线路中的各种类型的噪声源,多向学生介绍电信、数据通信方面的新发展、新思路,以开阔学生的眼界。这些改革为我们完成基本的教学任务提供了保障。同时鉴于袁老师课本中存在的章节混乱的情况,我们拟调整课程结构。课程的新结构首先从光通信的整体出发,从宏观上使学生了解光通信整体的基本知识和要求,把握零件和整体的关系。从简易的连接入手,到复杂网络为课程重点,把握各种光通信的特点,为培养学生应用能力奠定良好基础。
3.2分层实践教学,构建实践平台
光纤通信原理课程是一门理论性及实践性很强的课程,随着光纤通信与实际应用的结合越来越密切,仅仅在课堂上讲授基本的理论知识远远不能满足实际需求,必须加强和改进光纤通信课程的实践环境教学内容,突出本课程重实践、强能力的培养特色。实验建设和实验教学的重视和完善,有利于培养和提高通信工程类大学本科生的应用能力、创新能力和科研能力。首先,实践教学过程中采用了分层次的实践教学模式,根据学生理论知识学习情况及动手能力分组分层进行教学。动手能力一般的学生完成基础实验训练,动手能力较强的学生增加综合设计型、创新型实验教学内容,逐步构建了“基础型、综合设计型、创新型”的三级式分层次实践教学体系。其次在学校的相应经费支持下,鼓励学生根据所学内容搭建小型的光通信系统,让学生自己动手操作整个光通信系统的组成并了解实现通信需要注意的事项,如光纤损耗对中继距离的影响设计,色散对中继距离的影响等主要影响光通信性能的因素,让学生在动手操作中寻找评价光通信性能的指标等内容。这样充分调动了学生的积极性,不仅巩固了所学知识,还培养了学生的动手操作能力、观察能力及分析解决问题的能力,有效地提高光纤通信原理课程的教学效果。
3.3探索新的评价体系,改革考试模式
学生学习评价的目的是促进学生知识、技能以及情感、态度、价值观等方面的发展。发掘学生多方面的潜能,了解学生发展的需要和发展优势,增强学习的自信心。评价还要客观、全面地反映教学的实际情况,为改进教学提供真实、可靠依据的作用。结合学校2012版培养计划,根据我校光信息科学与技术专业学生的特点和人才培养目标,主要从以下几个方面,探索新的有利于学生个性发展的评价体系:(1)丰富评价内容。改变过去只重视知识,忽视综合素质和个性发展的评价。应从知识、能力、过程、方法、情感、态度、价值观等方面进行综合评价。在考试试题的内容上减少死记硬背的题目,增加实际操作技能、实验技能的考察。(2)改变评价方法。改变过去那种考试、测验的单一评价方法。可采用观察法、调查法、报告法(提供相关学习参考资料,让学生撰写笔记或学习报告)。(3)增加操作性和实验性评价比重。在“光纤通信”的实验课评价体系中我们要注重学生操作过程和规范性的评定。测验考试评价应增加考核学生的应用知识分析、解决实际问题的能力和创造性思维能力的权重。
4结语
1.1电力通信的主要方式
电力通信的主要方式主要就是以下这几个方面。首先是通过电力线载波来进行通信,这种通信方式主要就是用来输送工频电流,在通信的过程中,通过将各种信息用载波机来转换成高频的弱电流,然后在利用相应的电力线路来进行传输,这种通过电力线载波的通信方式的传输通道一般可靠性比较高,并且性价比也要高,同时这种电力通信方式还能够与电网建设同步,因此这是目前的一种主要电力通信方式。其次就是光纤通信,这种通信方式是一种新型的通信方式,但因为这种通信方式的各种优点,使得这种通信技术在诞生之后,就受到了电力部门的广泛应用,并且取得了巨大的发展。最后还有其它的一些传统通信方式,比如说明线电话以及音频电缆等,这些都是电力通信中的主要方式。
1.2电力通信网的特点
电力通信网的主要特点就是,电力通信网与其它的公用网相比有更高的可靠性与灵活性,因为电力通信网一般都是比较先进的通信技术,所以电力通信网相对于其他的一些电力通信系统而言具有需要优点,比如说电力通信网能够传输更多的信息、同时传输的种类也相当要复杂,通过电力通信网在传输信息的过程中还能够保持很强的时效性。同时电力通信网还具有很强的耐“冲击”性,通过电力通信还能够传输更为广泛的范围。
2.光纤通信技术在电力通信中应用的必要性
2.1电力通信系统的网络结构相对复杂
在整个电力通信系统,需要用到许多不同种类的通信设备,而设备与设备之间连接方式以及信息的转换方式也不一样,从而造成了整个电力通信系统的网络结构非常的复杂。比如说电力通信系统中的中继线传输、用户线的延伸等线路,还有载波设备与微波设备之间的转接等设备之间的信息转换,同时整个电力通信系统中的通信手段也非常的多。因此在这样的一种情况下,就使得整个电力通信系统的网络构成要非常的复杂。所以利用光纤通信技术应用到电力通信中非一项非常有必要的举措。
2.2电力通信系统中的信息传输量小
电力通信系统在运行的过程中,电力通信系统的传输信息量相对较少,但同时要求要有非常强的时效性。在电力通信系统中,传输信息的过程中需要继电保护信号以及话音信号,并且电力通信系统要有电力负荷监测信息,包括各种图像信息与数字信息等,虽然在整个电力通信系统中,这些信息的量不是很大,但失效性却越好保证,因此同样需要应用光纤通信技术[3]。
2.3电力通信系统要求具备更高的可靠性
与灵活性如今随着社会经济的发展,人们对电力系统的依赖性越来越高,并且电力系统也已经成为了人们生活与工作的基础,这就要求电力供应系统拥有更高的稳定性。因此同时也就要求电力通信系统在工作的过程中,不容许出现各种间断或者是突变的现象,这就要求整个电力通信系统要具备更高的灵活性以及可靠性,同时因为光纤通信技术就具备了非常高的灵活性与可靠性,所以在电力通信系统中应用光纤通信技术有很高的必要性。
2.4电力通信系统要求具备更高的抗冲击性
对于整个电力通信系统而言,要想让电力通信保持长期稳定的工作,电力通信系统还需要具备另外一个要求,那就是电力通信系统要求具备更高的抗冲击能力。因为正电力通信系统的联系非常的紧密,因此一旦某一个地方出现了突发性的故障,就会对对很大范围内的通信造成影响,从而对整个通信造成很大的压力并造成很大的损失。因此在这样的一种情况下,电力通信系统一定要具备更高的抗冲击能力,而光纤通信技术就具备了非常高的抗冲击能力,所以说在电力通信系统中应用光纤通信技术是非常有必要的。
3.光纤通信技术在电力通信中的应用
光纤通信技术作为一种新型的通信技术,却能够在非常短的时间内得到广泛的应用,其主要的原因就是应为光纤通信技术所具备的优点,光纤通信技术具有非常强的抗电磁干扰能力也就是抗冲击能力,同时光纤通信技术还具有传输容量大与传输衰耗小等多种优点,因此这种技术在诞生之后就在电力通信系统中得到了广泛的应用,并迅速取得了巨大的发展。如今在电力通信系统中,除了普通光纤之外,还诞生了许多特种光纤,各种性能的光纤在电力通信系统中都得到了广泛的应用。比如说光纤复合底线(OPGW)、光纤复合相线(OPPC)以及全介质乘光缆(ADSS)等多种光纤,下面将主要介绍我国目前在电力通信系统中应用最多的几种光纤[4]。
3.1光纤复合地线
光纤复合地线(OPGW)是我国目前在电力通信系统中应用最为广泛的一种光纤,这种光纤复合地线也可以叫做地线复合光缆或者是光纤架空地线等,这种光纤通信技术是在电力传输线路的地线中包含了通信所使用的光纤单元,也就是光纤。这种光纤通信技术在电力通信系统的使用过程中,可靠性非常的高,基本上不需要去维护,但这种光纤通信技术的投入成本非常的高,因此这种光纤通信最好是在新建线路或者是旧线路中需要更换底线的使用最合适。采用这种光纤通信的主要功能有两个方面,第一个方面是使用这种光纤通信技术能够作为整个输电线路中的防雷线,对输电导线有很好的保护作用,能够提高其抗冲击性能。第二个方面就是能够通过复合在地线中的光纤来实现所有的信息传输,这种光纤复合地线能够将架空地线以及光缆综合起来[5]。光纤复合地线除了了具备各种光学性能之外,对架空地线的机械与电气性能也能够满足,因此这种光纤通信技术也就能够在所有的架空地线中使用,同时在工作运行的过程中,光纤单元还被放在了保护管内,对光纤有一个很好的保护作用,因此也就提高了整个电力通信过程中可靠性以及安全性,并且这种光纤复合地线在安装的过程中也不需要特殊安装工具。一般常见的光纤复合地线主要有三种结构,分别是铝管型、铝骨架型以及钢管性。光纤复合地线的发展对我国的电力通信通信系统而言有非常重要的意义,因为在电力通信系统中采用这种电力通信系统能够将电力系统中输电容量进一步提高,同时还能够让我国的架空线实现超高压化以及高自动化。尤其是对于我国目前的电力系统现状,因为我国的地域非常的辽阔,因此也就导致了我国的电力传输路线非常的广,需要大量的使用超高压架空线来输送电力,因此这种光纤通信技术在将来一定能够得到更大应用发展。
3.2光纤复合相线
在我国的电力通信系统中,有些地方可能不需要架空地线,但是在电力通信系统中的相线是一定要的,因此在传统的相线结构中加入相应的光纤,就能够将光纤通信技术应用到电力通信系统中去,从而形成了光纤复合相线,这种光纤复合相线与光纤复合地线虽然在结构上有些相似,但是这两种光纤通信技术在原则上却完全不一样。光纤复合相线主要是利用电力通信系统本身的线路资源,从而让整个电力通信系统中的频率资源、线路以及电磁兼容性等各个方面都保持协调,这中光纤通信技术也是如今的一种新型通信光缆。光纤复合相线一开始是在一些发达国家使用的,主要是将光纤复合相线用在150KV的电力系统中,如今这种光纤通信技术已经能够在更高的电压系统中开始应用了。如今在我国的电力通信系统中,35KV以下的线路中一般都是用三相电力系统来进行传输,而通信方式则一般还是采用传统的方式来进行传输,而将光纤通信技术应用进来之后,一般都是将光纤复合相线来代替三相电力系统的一相,让光纤复合相线与其它的两相来组成三相电力系统,这样在整个电力通信系统中,就不需要在另外架设通信线路了,并且能够大大提升电力通信系统的传输质量与数量[6]。光纤复合相线在设计的过程中,主要就是参照了光纤复合地线与三相电力系统来进行设计的,而在光纤复合相线在具体的施工过程中,需要将相线中的光纤单元单独的分离出来,其中主要运用了光纤的接续技术以及光电子的分离技术,因此就要求光纤复合相线在施工的过程中要有一个独特的接线盒,目前我国在这一方面已经取得了一定的进展。
3.3全介质自承光缆
全介质自承光缆(ADDS)在我国的电力通信系统也已经得到了非常广泛的使用,这中光纤通信技术一般是在220KV、110KV以及35KV的电压输电线进行使用的,而且这种光纤通信技术一般是在一些已经建设好的线路上进行使用的。这种光纤通信技术的出现,能够让我国的电力部门实现直接的高压输电线杆搭建自己的通信网络,这种光纤通信技术能够在各种环境下实现架空敷设。这种光纤通信的出现,大大的推动了我国电力通信系统的发展。如今是一个数据通信发展非常迅速的时代,电力部门在应用了这项光纤通信技术之后,不仅能够满足自身的通信需求,而且还能够开设出新的通信业务。其主要的原因就是因为这种全介质自承光缆具有非常高的光纤传输性能以及光缆机械性能,并且这种全介质自承光缆还具有很好的环境性能,在施工的时候还能够与其它的高压电力传输线路一起进行铺设,主要是因为这种光纤通信技术在传输强电场环境中,光缆的传输信号不会受到任何的干扰,抗干扰的能力特别强,因此这就成为了电力通信中的一种非常有效且方便的传输方式。全介质自承光缆之所以会有这些优点,其组成的材料一般都是非金属材料,并且这种光缆的外套也是由聚乙烯或者是耐电痕的外套组成的,全介质自承光缆在设计的过程中,充分的考虑了我国电力线路的实际情况,因此能够在各种高压输电线路中使用,并且在具体的应用中,也要根据具体的情况来选择合适的外护套,比如说在10KV与35KV的输电线路中,就需要采用聚乙烯外护套。同时在光缆设计的过程中,还考虑了各种外界环境的变化对光缆的影响,比如说风速、温度以及雨雪等因素,因此这种光纤通信技术还具有很强的抗冲击性能,并且在施工的过程中也非常的方便。
4.电力光纤通信网的组网技术
4.1波分复用技术
在电力系统中应用光纤通信技术是我国电力通信行业在时展中需要,而电力光纤通信网的组网技术其中一项非常中的技术,其中波分复用技术就是一种典型的电力光纤通信网的组网技术。这种技术主要是将许多不同波长的光信号复合到同一根光纤上,也是一种再传输技术,这种技术主要是根据光波的波长将光纤的低损耗窗口进行划分,然后将光波当成是信号的载波,就能够将不同波长的信号合并在一起,在一根光纤中同时进行传输,然后在信号的接受端,将合并起来的波长进行分开,这样就能够在一根光纤中实现多种信号的传输,而将两个方向相反的信号在不同的波长中进行传输,就能够在同一根光纤中实现双向传输。同时波分复用技术也可以根据波峰之间的间隔不同,而形成密集波分复用技术以及粗波分复用技术。
4.2同步数字技术
同步数字技术组成的同步数字体系是一种有集复接、交换以及线路传输为一体的信息传输网络。在同步数字信号中,主要是为数字信息提供一定的等级,然后通过相应的技术将低等级的同步数字技术转换成高等级的同步数字技术。在将各种信息传输实现同步的时候,就能够大大的提升网络的传输速度,从而增加网络的利用率。在同步数字技术中,主要的特点就是将光纤通信技术中的复接以及分接技术进行了简化,这样就能够提升网络的灵活性以及可靠性,而且在整个同步数字体系中,还带有一套自我保护的体系,这就使得这种同步数字技术在所使用的过程中,能够达到很高的可靠性。因此同步数字技术不仅能够将电力通信的传输能力提升上去,而且还能够将为整个电力通信系统提供很高的安全性。
5.结语
光纤,是光导纤维的简写。光纤是由玻璃或者塑料为材料制作而成的纤维,具有传播光的功能,如下图1所示。光纤中光的传播利用的是“光的全反射”原理,借助发光二极管等装置将光脉冲发射到光纤当中,光纤的另一端则依靠光敏原件检测脉冲以结束传输信息。在光纤当中,光的传播损耗是非常小的,而电信号在电线中传播的过程中,由于电阻等因素的影响,将带来大量的损害,这就使得光纤较线缆更有利于信息的传输,能够更好地满足现代社会的发展需求。光纤通信,就是以光波为信息载体,利用光纤进行信息传输的现代通信技术。光纤通信的实现,需要借助于光纤、光源以及光检测装置。1976年,美国亚特兰大贝尔实验室正式开通了全球第一条光纤通信线路,以44.736Mbps的速度进行数据的传输,距离为10km。该线路的开通,标志着人类光纤通信的诞生和使用,开启了光纤通信技术时代。到1977年,美国芝加哥市实现了全球第一条商用光纤通信系统的建设和使用,光纤通信技术逐渐开始在全球范围内普及。我国最早于1973年开始光纤通信技术的研究,并且在1999年在青岛、沈阳和大连开通了光纤通信系统,光纤通信系统正式在国内获得使用。到目前为止,我国光纤通信技术发展速度不断加快,光纤产能达到了1亿2千万芯公里,满足了国内光纤通信系统的建设需求,并为全球多个国家光纤通信系统建设提供可靠支持。
2光纤通信技术发展现状分析
光纤通信技术是光纤通信技术的进步,能够促进光纤通信质量和效率的提升,降低光纤通信过程中能量的损耗,实现光纤通信应用范围的不断延伸。光纤通信技术有以下两种。光纤接入技术即光纤到路边(FTTC)和光纤到户(FTTH)的宽带网络接入技术。光纤接入技术所带来的影响更为深刻,主要原因在于光纤接入技术的影响要更加广泛。随着光纤通信的应用和普及,光纤通信已经成为电信通信技术的重要替代,满足了现代信息的传输需求。但是,目前光纤通信技术依然以双绞线铜线为主,原始落后的模拟系统导致光纤通信技术的发展受到一定的阻碍,使光纤通信发展陷入瓶颈。利用光接入网,是提升光纤通信水平的关键。光纤接入技术作为目前最为主要的研究方向,光纤接入技术最为重要的意义和价值在于,光纤接入技术能够最大化地应用于企业和家庭当中,满足人民群众对信息通信质量和效率的需求。光纤到户(FTTH)提供全光的接入,在充分利用光纤宽带特性的情况下,用户能够获得更为良好的光纤通信体验,能够不受限制地进行信息接收,以充分满足自身的宽带接入需求。我国从2003年开始,便逐渐开始了对FTTH的推广工作,目前为止,全国已经有30多个城市建立了实验FTTH网络,该网络覆盖了企业、居民、网吧等区域,获得了较为显著的效果,成为最具发展前景的光纤通信技术。波分复用技术(WDM),即充分利用单模光纤低损耗区来最大化地获取宽带资源,如下图2所示。在光纤通信过程当中,由于光波频率的不同,光纤低损耗窗口能够划分为多个通道,在波分复用器的作用之下,能够将不同规定波长的信号光载波合起来,依靠一根光纤实现信号的传输,以减低信号传输中的损耗,提升光纤通信质量。当信号抵达之后,利用波分复用器对光波不同信号的光载波进行区分,以达到信号传输的最终目的。波分复用技术作为一种尖端光纤通信技术,波分复用技术能够在很大程度上提升光纤传输系统的整体承载量,因此受到广泛的关注和青睐。对于信息传输来说,传输过程中的损耗问题尤为受到关注和重视。传统的电信通信技术下,信号以电的形式发出,在媒介当中会造成大量损耗,不但造成资源上的浪费,也导致信息质量的下降。波分复用技术的出现,不但对电信通信技术进行了有效替代,更解决了部分光纤通信技术所面临的难题。目前,密集波分复用技术是在波分复用技术的基础上所研发出来的新技术,使光纤传输容量进一步的增加。目前,密集波分复用技术已经成为光纤通信的核心技术,将光纤通信距离和传输容量提升到了全新的高度。
3光纤通信技术的未来发展趋势
3.1超高速传输
超高速传输,是未来光纤通信技术的主要研究方向。一般来说,传统光纤通信数据传播过程中,信息传输效率每提升4倍,信息传输所消耗的成本则相应的下降30%~40%,在这一规律之下,光纤通信速度在发展过程中速度不断提升,20多年的时间里提升了2000倍甚至更高。在未来的发展过程中,光纤通信的速度还将会出现全新的发展速度,集成度更高,传输效率更高,以满足人们对更高的信息传输速度要求。
3.2高性能光纤
高性能的光纤,能够给光纤通信技术的发展提供强有力支持,而高性能光纤的研制,将成为主要的研究领域。随着IP业务的不断上升,对光纤产品的要求也更高,传统的光纤产品已经难以适用于超距离乃至超长距离的信息传输,高性能光纤的开发成为必然趋势。到目前为止,为满足不同干线网和城域网的需要,已经先后开发出非零色散光纤和无水吸收峰光纤两种新型光纤产品,而在未来,高性能光纤产品也将会更加丰富,按照光纤通信领域和环境的不同,高性能光纤的作用也将会出现较大的差异。
4总结