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量，降低了運營成本。

【關鍵詞】波分復用 光纖收發(fā)器 防雷

“大數據”時代的來臨，對通信網絡的傳輸容量，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，各種新技術應用于光纖網絡中。波分復用技術以其易于實現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），經過進一步處理，恢復出原始信號后送入不同終端。

根據信道間隔的大小，波分復用技術目前主要分為三種：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也叫做光頻分復用（ PFDM）。波分復用技術對網絡的擴容升級，發(fā)展寬帶業(yè)務，挖掘光纖帶寬，實現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對現代的信息網絡具有更強大的吸引力。

二、光纖收發(fā)器

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

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，可以用于以太網電纜無法覆蓋，必須使用光纖來延長傳輸距離的傳輸網絡中。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的高帶寬傳輸，節(jié)省網絡建設投資。是實現通信網絡遠距離傳輸的一種良好的解決方案。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或更外層的網絡上。

光纖收發(fā)器的分類很多，根據外觀結構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，單纖收發(fā)器普通存在信號衰減大的情況;按照是否網管又分為，可網管和不可網管的光纖收發(fā)器。

根據國網巴中供電公司現有光纖接人的實際情況，建立與之匹配的波分復用模型，明確各項關鍵參數。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管。示意圖如下圖所示。

圖3可網管機架式雙纖收發(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。一根網線就引入雷電，造成端口或整個網絡癱瘓;

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。防雷管的結構示意圖如下圖所示。

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)送數據，但顯然這些數據都不能到達。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，能夠實現自動切換。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)送數據，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，也要求設備在關鍵元器件的采用、電路布線和焊接，結構設計等方面具有更高的技術水平。

再者，光纖收發(fā)器作為光纖接入網的核心器件，推動干線傳輸網絡向低成本方向發(fā)展，使得光網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。

“大數據”時代要求現代通信網絡承載的信息量越來越多，信息傳遞的速率越來越快，作為現代信息交換、處理和傳輸支柱的光通信網絡，需要一直不斷地向超高頻、超高速和超大容量方向發(fā)展，傳輸的速率越高、容量越大，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，提高傳輸的準確率。

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

五、結束語

光纖收發(fā)器使數據傳輸打破了以太網電纜的百米限制，依靠大容量緩存和高性能交換芯片，實現無阻塞傳輸交換，同時提供平衡流量、隔離沖突和檢錯等功能，確保數據傳輸的安全性和穩(wěn)定性。因此光纖收發(fā)器產品仍將是通信網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，送網和波分復用系統SDH&WDM.清華大學出版社，2003[2]劉繼紅.姚英.WDM光傳送網中的關鍵技術研究.西安郵電學院學報，2002（01）[3]邱琪.光纖雙向視頻數據傳輸系統的研究與實現.電子科技大學學報，2001（06）[4]胡先志光網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《密集波分復用技術導論》，人民郵電出版社，2001-9[6]Walter Coralski《光網絡與波分復用》.人民郵電出版社，2003年月[7]陳桂芬，波分復用技術在光纖網中的應用.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》.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，《波分復用技術及其在通信中的應用》，光通信技術，2000年第4期