光纖通信系統中光傳輸技術及維護

路新惠

（河南工業貿易職業學院 汽車工程學院，河南 鄭州 450000）

0 引 言

光傳輸技術具有通信容量大和頻帶寬等優勢。傳統的電纜光纖帶寬較窄，且以往單波長通信系統受終端設備的限制無法充分發揮帶寬的作用，而光傳輸技術可以有效解決此問題，因此被廣泛應用于通信領域。從光傳輸技術的應用實際分析，雖然其具有一定的優勢，但也存在缺陷與不足。做好日常維護管理，使光傳輸保持最佳的服務狀態，對保障光纖通信系統安全穩定運行有著重要的意義。

1 光傳輸技術的概述

光傳輸技術的應用優勢具體體現在采用的通信方法與傳輸層面。光傳輸技術使用的光波具有相對頻率較高的優勢，能夠傳輸很多信息。此外，光纖通信系統中采用的光傳輸技術主要是在信號的傳輸側將傳輸的信號轉換為點信號。激光束的強度隨著電信號的頻率發生變化，信號傳輸到激光束，經過轉換后成為光信號并被傳輸到接收側，然后通過端口中的檢測器裝置再轉化為電信號，且解碼之后還可以恢復到原始的信息狀態。圖1為常見的光傳輸系統結構圖。

圖1 光傳輸系統結構圖

2 光纖通信系統中光傳輸技術應用實例分析

2.1 總體方案

在構建的光纖系統中，各個組件的累加損耗在保障性能的基礎上應該足夠低，以符合探測器的閾值要求。搭建的模擬系統擁有較高的信噪比（Signal Noise Ratio，SNR）。除此之外，組件的組合要提供充足的帶寬，支持通過高調制頻率。基于此，在設計環節需要做好單個器件的損耗與帶寬分析，同時計算整個系統的功率分配及帶寬預算。

2.2 系統規格

初始方案中，光纖通信系統的設計以點對點視頻系統為例，電視廣播視頻信號的帶寬是6 MHz，按照要求SNR要達到50 dB。

2.2.1 負載電阻計算

已知PIN-PD的電容Cd與傳輸帶寬f3dB，根據f3dB=1/(2πRLCd)能夠計算得到負載電阻RL，經計算得RL=5 305 Ω，取近似值為5 100 Ω。

2.2.2 功率預算

按照SNR標準方程計算平均光功率。選擇PINPD當作光電探測器，假設使用的是熱噪聲限系統，調制系數m選擇為100%，SNR方程可以簡化為：

由于設置了放大器，因此會產生噪聲，通過將實際溫度T替換為等效噪聲溫度Te。設定環境溫度T為300 K，放大器噪聲系數F為2，那么Te=FT=600 K，又已知PD響應率p為0.5 A/W，經過計算平均光功率P=6 μW[1]。

2.2.3 平均光電流計算

平均光功率為6 μW，再進行計算獲得PID-PD的平均光電流為3 μA，遠遠超過暗電流，所以系統中暗電流的影響可忽略。計算熱噪聲電流均方值，結果為40.514 4 nA，散粒噪聲電流均方值結果為5.990 4 nA。通過綜合分析可得出，熱噪聲功率大約為散粒噪聲功率的7倍，符合之前采用熱噪聲限模型的預設。根據整體分析，預測平均光電流結果為3 μA時，系統運行沒有驅動探測器進入到非線性區，最大飽和電流等于偏置電壓和負載電阻比。當偏壓為5 V時，最大允許電流值為9.80 μA，超過了3 μA，此時系統不會出現飽和問題。

2.3 詳細方案

2.3.1 功率分配和鏈路長度計算

光纖通信系統設計還需要進行功率分配及鏈路長度計算。本次使用dBm單位開展功率計算，光源功率為0 dBm（1 mW），探測器裝置功率為-22.2 dBm（6 μW），也就是從光源到光探測器之間各個組件總損耗不可以＞22.2 dB[2]。如果光纖路線僅配置兩個連接器，一個布置在發射機，另一個布置在接收機，分別存在1 dB損耗。基于此，預留給SI光纖的損耗大約為7.4 dB，而預留給GRIN光纖的損耗大約為4.4 dB。在850 mm位置的衰減結果為5 dB/km，使得SI光纖的長度只能為1.48 km，并且1 km長度的光纖還剩下2.4 dB的空間。GRIN光纖的最大鏈路長度大約為880 m。

2.3.2 帶寬預算

對于帶寬預算，需要結合光源、光纖以及光探測器等開展綜合計算，一般是結合上升時間與帶寬信息開展系統的初始設計。經過計算，PIN-PD的上升時間tPD為55.8 ns。PD的上升時間遠遠超過傳統的器件轉移時間限制，即約1 ns。此案例中設計的系統，接收機電路只占據了大部分的上升時間預算，采取此分配方案能夠有效降低負載電阻Rl，LED的上升時間結果為12 ns。設計時分析光纖的寬帶，距離允許之前還需要做好相關問題的分析，如截止頻率為電功率降低到最大值一半時的帶寬。

3 光纖通信系統中光傳輸技術的維護策略

3.1 光傳輸技術應用常見問題

從光纖傳輸系統的應用實踐分析，通信系統實際運行時極易受到各類問題的影響，如設備更換等。如果光傳輸設備保持正常運行狀態時更換通信塔，那么將會給整個通信系統的穩定運行帶來影響[3]。此外，若運行環境存在雜物或塵土等，則會影響光傳輸設備的傳輸效率，縮短設備使用壽命[4]。

3.2 光傳輸技術的應用維護辦法

3.2.1 保證系統設備穩定運行

從設備運行的角度分析，為保障光纖通信系統安全運行，必須要保障光傳輸設備處于正常安全工作狀態[5]。圖2為光纖設備的常見布置情況。日常維護管理中，要配置相應的設備，防范病毒入侵，使光纖通信設備處于正常狀態，進而發揮其價值與作用。當光纖系統設備出現故障時，系統設置的警報器會立即提示，維護工作人員需要及時采取處理措施，否則會造成嚴重的后果[6]。設備的集中維護管理以保障設備不出現問題為原則，做好全面嚴格的控制。此外，負責光纖通信系統運行維護的人員需要掌握相應的知識與技能，高質量推進各項工作與任務落實，切實保障通信系統安全穩定運行。組建專門的工作團隊，負責通信設備的維護，保障系統的安全運行[7]。

圖2 光纖設備的布置圖

3.2.2 強化運行人員的工作內容

根據光纖通信設備運行管理標準和要求，對設備運行環境的構建要做好全面嚴格的把控，確保設備處于合適的運行環境，切實保障光纖通信系統穩定運行。日常工作中要定期打掃機房，對積落的灰塵與垃圾等要做好處理，使機房保持清潔狀態，避免給設備運行帶來影響[8]。除此之外，要控制好整個機房內部的溫濕度，并做好防靜電工作，運行管理人員必須要規范操作，佩戴防靜電手套，推動防護工作安全有序開展[9]。

3.2.3 做好運行人員的業務培訓

光纖通信系統運行管理工作的開展與落實由專業人員負責，他們必須要掌握相應的知識與技能，切實保障維護管理工作落實到位，充分發揮光傳輸技術的應用價值。日常管理實踐中，對負責光纖通信系統運行管理工作的人員定期開展業務培訓，加大對維護管理工作開展情況的評估力度，分析工作中存在的不足，提出優化改進措施，保障光纖通信系統安全穩定運行[10]。

4 結 論

光纖通信系統中光傳輸技術發揮著重要的作用，文中結合實例對光纖通信系統的設計展開了論述，并總結了設計的要點。除了構建高水平的光纖通信系統外，還要做好光傳輸技術應用的維護管理工作，保障技術應用價值的實現。此外，對設備和人員等要做好全面嚴格的把控，保證光纖通信系統安全穩定運行，積極探索有效的技術應用辦法，提高通信水平。