淺談光纖通信技術在智能電網中的應用與發展

摘要：隨著現代智能電網概念的提出，通信技術與計算機技術相結合，使得多媒體通信能同時提供聲音、圖像、圖形、文字等多種媒體信息，而完成這一新型通信方式的重要手段就是光纖通信技術。光纖通信技術在電網基礎設施高度集成而形成的新型現代化電網信息化、自動化、互動化特征中發揮著十分重要的作用。隨著第三次世界信息技術革命浪潮的到來，光纖通信技術的發展日新月異，并在全球信息高速公路的建設熱潮中扮演著重要角色；數字光纖通信技術無論是在航空航天領域、電信網領域還是在現代智能電網等諸多領域都具有廣泛的應用前景。

關鍵詞：電網光纖 通信技術 應用與發展

1 概述

信陽電網通信系統在過去相當長的時期內，一直依賴電力線載波和微波通信。自2005年逐步引入光纖通信技術以來，已形成基礎網（光纖、電力線載波、微波系統、接入系統）、支撐網（信令網、同步網、網管網）和業務網（數據通信網絡、電視電話會議系統、交換系統）組網方式。經過多年的建設，一個2.5Gbit/S的地區接入網（Access Network）已初具規模，公司內部網絡將于2015年覆蓋全市所有變電站及鄉所等辦公場所，并逐步達到2*10G傳輸容量等級。網絡按照“分層設置，統一管理，帶寬共享，分區操作”的模式建設、運行和管理，以保障通信網絡的統一性和整體性；并逐步實現省調直調220KV以上站點“雙光纜，雙設備”接入。信陽電網目前主網構架500KV浉河站一座，220KV信陽站、潢川站、蓼城站、茗陽站、曹灣站、彭莊站、弦城站、沙港站、桂園站、葵花站、映山紅站12座和地調端，建設一流的信陽電網通信系統光環網，任務艱巨，使命光榮。

2 數字光纖通信系統的幾個基本概念

2.1 PDH準同步數字體系（Plesiochronous Digital Hierarchy）

在1990年以前，光纖通信系統一直沿用準同步數字體系（PDH），隨著容量的不斷增大，PDH準同步數字系統暴露出一些明顯的弱點。由于PDH采用的數字復接方法是按比特異步復接，沒有全世界統一的標準網絡節點接口，造成國際互通困難，從而促使SDH同步數字體系應運而生。

2.2 SDH同步數字體系（Synchronous Digital Hierarchy）

2.2.1 SDH是將復接、線路傳輸及交換功能融為一體的新型傳輸體制。SDH同步數字體系采用以字節結構為基礎的矩形塊狀幀結構，按字節同步復接，可以將各種速率的PDH信號映射復用進來，在高速率上采用同步復用，并建立國際上統一的標準。

2.2.2 ITU—T（國際電聯）在G.701建議中規定了SDH的速率等級，同步傳輸模塊STM-N(Synchronous Transport Module Level N)的標準速率為：STM-1：155.520Mbit/s STM-4：622.080Mbit/s STM-16：2488.32Mbit/s STM-64：9953.280bit/s。各種業務信號復用進STM-N幀的過程都要經歷映射、定位、復用三個步驟。

2.3 PCM脈沖編碼調制系統（Pulse Code Modulation）

PCM脈沖編碼調制系統屬接入設備，在數字通信中把模擬信號按一定的時間抽樣、量化，并用一組二進制碼來表示抽樣脈沖的輻值，這一過程稱為脈沖編碼調制。其通信的基本過程是：①發信端的任務是將模擬信號通過抽樣、量化、編碼后變換為由“0”、“1”碼組成的PCM數字信號。②再生中繼的任務是對波型進行修整和再生，最終達到提高通信質量和延長通信距離的目的。③收信端的任務是將PCM數字信號通過解碼和低通濾波，還原為模擬信號。全世界有兩大體系，即北美與日本的1.544 Mbit/S體系和歐洲的2.048 Mbit/s體系，我國目前采用的是歐洲系列標準2.048Mbit/s。

2.4 WDM（波分復用）、FDM（頻分復用）和TDM（時分復用）

2.4.1 早在2002年，（DWDM）密集波分復用技術的引入使系統容量已達1.6Tbit/S，相當于每對光纖傳輸1920多萬路電話信號。現代數字通信系統中實現大容量與高速化的主要手段就是采用復用技術，實現多路信號的同時傳輸。主要采用WDM（波分復用技術）。

2.4.2 光波分復用技術（OWDM optic Wavelength Division Multiplexing）：

是在一根光纖中能同時傳輸多波長的一項技術。基本原理是在發送端將不同波長的光信號組合起來（復用），在接收端將組合的光信號分解（解復用）并送入不同的終端。

2．5 EDFA在數字光纖通信系統中的應用

2．5．1 在光纖通信系統中，隨著傳輸速率的增加，傳統的O/E/O中繼方式的成本迅速增加。長時間以來，人們一直在尋找用光放大的方法來替代傳統的中繼方式，并延長傳輸距離。光放大器能直接放大光信號，對信號的格式和速率具有高度的透明性，使得整個系統更加簡單和靈活。它的出現和實用化，必將引起光纖通信系統中的一場革命。

2．5．2 摻鉺光纖放大器（EDFA：Erbium-Doped Fider Amplifier）是目前性能最完美、技術最成熟、應用最廣泛的光放大器。在光纖通信系統中，EDFA有三種基本的應用方式，分別是功率放大器（Power booster）、前置放大器（preamplifier）和在線放大器（in-line amplifier）它們對放大器性能有不同的要求，功放要求輸出功率大，前放對噪聲性能要求高，而線放須兩者兼顧。

2．6 半導體激光二極管（LD）和發光二極管（LED）

在光纖通信系統中，首先要將電信號轉變為光信號，最常用的光源是半導體激光器和發光二極管。之所以用半導體光源，是因為：①半導體光源體積小，發光面積可以與光纖芯徑相比較，從而有較高的耦合效率；②發光波長適合在光纖中低損耗傳輸；③可以直接進行強度調制，即只要將信號電流注入半導體激光器或發光二極管，就可以得到相應的光信號輸出；④可靠性較高，尤其是半導體激光器，不僅發射功率大、耦合效率高、響應速度快，而且發射光的相干性也較好。

3 結束語

1999年，美國就正式提出了物聯網的概念，歐盟在（2009）年制訂了物聯網歐洲行動計劃，被視為“重振歐洲的重要組成部分”， 2010年我國國家傳感網的設立，使物聯網的發展成為了重大戰略。物聯網包括物與物互聯，也包括人和人的互聯；云計算是物聯網的一個組成部分，已經成為國際新一輪的信息技術競爭的關鍵點和制高點。2009年10月（IBM）提出了“智慧地球”，而國際電信聯盟（ITU-T）給出的物聯網概念最權威，并被認為是第三次信息技術革命。在現代智能電網中，將先進的傳感量測技術、信息通信技術、分析決策技術、自動控制技術和能源電力技術相結合，并與電網基礎設施高度集成而形成新型現代化電網。而承載這些網絡信息業務的重要手段就是光纖通信技術，因此，光纖通信技術在現代社會信息時代具有廣闊的發展前景和重要的戰略地位。

參考文獻：

[1]顧畹儀，李國瑞.光纖通信系統.清華大學出版社.2000.