發(fā)布時間：2023-03-10 14:54:15
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的光通信論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
（一）普通光纖
普通單模光纖是最常用的一種光纖。隨著光通信系統(tǒng)的發(fā)展，光中繼距離和單一波長信道容量增大，G.652.A光纖的性能還有可能進一步優(yōu)化，表現在1550rim區(qū)的低衰減系數沒有得到充分的利用和光纖的最低衰減系數和零色散點不在同一區(qū)域。符合ITUTG.654規(guī)定的截止波長位移單模光纖和符合G.653規(guī)定的色散位移單模光纖實現了這樣的改進。
（二）核心網光纜
我國已在干線(包括國家干線、省內干線和區(qū)內干線)上全面采用光纜，其中多模光纖已被淘汰，全部采用單模光纖，包括G.652光纖和G.655光纖。G.653光纖雖然在我國曾經采用過，但今后不會再發(fā)展。G.654光纖因其不能很大幅度地增加光纖系統(tǒng)容量，它在我國的陸地光纜中沒有使用過。干線光纜中采用分立的光纖，不采用光纖帶。干線光纜主要用于室外，在這些光纜中，曾經使用過的緊套層絞式和骨架式結構，目前已停止使用。
（三）接入網光纜
接入網中的光纜距離短，分支多，分插頻繁，為了增加網的容量，通常是增加光纖芯數。特別是在市內管道中，由于管道內徑有限，在增加光纖芯數的同時增加光纜的光纖集裝密度、減小光纜直徑和重量，是很重要的。接入網使用G.652普通單模光纖和G.652.C低水峰單模光纖。低水峰單模光纖適合于密集波分復用，目前在我國已有少量的使用。
（四）室內光纜
室內光纜往往需要同時用于話音、數據和視頻信號的傳輸。并目還可能用于遙測與傳感器。國際電工委員會(IEC)在光纜分類中所指的室內光纜，筆者認為至少應包括局內光纜和綜合布線用光纜兩大部分。局用光纜布放在中心局或其他電信機房內，布放緊密有序和位置相對固定。綜合布線光纜布放在用戶端的室內，主要由用戶使用，因此對其易損性應比局用光纜有更嚴格的考慮。
（五）電力線路中的通信光纜
光纖是介電質，光纜也可作成全介質，完全無金屬。這樣的全介質光纜將是電力系統(tǒng)最理想的通信線路。用于電力線桿路敷設的全介質光纜有兩種結構：即全介質自承式(ADSS)結構和用于架空地線上的纏繞式結構。ADSS光纜因其可以單獨布放，適應范圍廣，在當前我國電力輸電系統(tǒng)改造中得到了廣泛的應用。ADSS光纜在國內的近期需求量較大，是目前的一種熱門產品。
二、光纖通信技術的發(fā)展趨勢
對光纖通信而言，超高速度、超大容量和超長距離傳輸一直是人們追求的目標，而全光網絡也是人們不懈追求的夢想。
（一）超大容量、超長距離傳輸技術波分復用技術極大地提高了光纖傳輸系統(tǒng)的傳輸容量，在未來跨海光傳輸系統(tǒng)中有廣闊的應用前景。近年來波分復用系統(tǒng)發(fā)展迅猛，目前1.6Tbit/的WDM系統(tǒng)已經大量商用，同時全光傳輸距離也在大幅擴展。提高傳輸容量的另一種途徑是采用光時分復用(OTDM)技術，與WDM通過增加單根光纖中傳輸的信道數來提高其傳輸容量不同，OTDM技術是通過提高單信道速率來提高傳輸容量，其實現的單信道最高速率達640Gbit/s。
僅靠OTDM和WDM來提高光通信系統(tǒng)的容量畢竟有限，可以把多個OTDM信號進行波分復用，從而大幅提高傳輸容量。偏振復用（PDM）技術可以明顯減弱相鄰信道的相互作用。由于歸零（RZ）編碼信號在超高速通信系統(tǒng)中占空較小，降低了對色散管理分布的要求，且RZ編碼方式對光纖的非線性和偏振模色散（PMD）的適應能力較強，因此現在的超大容量WDM/OTDM通信系統(tǒng)基本上都采用RZ編碼傳輸方式。WDM/OTDM混合傳輸系統(tǒng)需要解決的關鍵技術基本上都包括在OTDM和WDM通信系統(tǒng)的關鍵技術中。
（二）光孤子通信。光孤子是一種特殊的ps數量級的超短光脈沖，由于它在光纖的反常色散區(qū)，群速度色散和非線性效應相互平衡，因而經過光纖長距離傳輸后，波形和速度都保持不變。光孤子通信就是利用光孤子作為載體實現長距離無畸變的通信，在零誤碼的情況下信息傳遞可達萬里之遙。
光孤子技術未來的前景是：在傳輸速度方面采用超長距離的高速通信，時域和頻域的超短脈沖控制技術以及超短脈沖的產生和應用技術使現行速率10~20Gbit/s提高到100Gbit/s以上；在增大傳輸距離方面采用重定時、整形、再生技術和減少ASE，光學濾波使傳輸距離提高到100000km以上；在高性能EDFA方面是獲得低噪聲高輸出EDFA。當然實際的光孤子通信仍然存在許多技術難題，但目前已取得的突破性進展使人們相信，光孤子通信在超長距離、高速、大容量的全光通信中，尤其在海底光通信系統(tǒng)中，有著光明的發(fā)展前景。
（三）全光網絡。未來的高速通信網將是全光網。全光網是光纖通信技術發(fā)展的最高階段，也是理想階段。傳統(tǒng)的光網絡實現了節(jié)點間的全光化，但在網絡結點處仍采用電器件，限制了目前通信網干線總容量的進一步提高，因此真正的全光網已成為一個非常重要的課題。
全光網絡以光節(jié)點代替電節(jié)點，節(jié)點之間也是全光化，信息始終以光的形式進行傳輸與交換，交換機對用戶信息的處理不再按比特進行，而是根據其波長來決定路由。
目前，全光網絡的發(fā)展仍處于初期階段，但它已顯示出了良好的發(fā)展前景。從發(fā)展趨勢上看，形成一個真正的、以WDM技術與光交換技術為主的光網絡層，建立純粹的全光網絡，消除電光瓶頸已成為未來光通信發(fā)展的必然趨勢，更是未來信息網絡的核心，也是通信技術發(fā)展的最高級別，更是理想級別。
三、結語
光通信技術作為信息技術的重要支撐平臺，在未來信息社會中將起到重要作用。雖然經歷了全球光通信的“冬天”但今后光通信市場仍然將呈現上升趨勢。從現代通信的發(fā)展趨勢來看，光纖通信也將成為未來通信發(fā)展的主流。人們期望的真正的全光網絡的時代也會在不遠的將來到來。
參考文獻：
[1]辛化梅、李忠，論光纖通信技術的現狀及發(fā)展[J].山東師范大學學報（自然科學版），2003，（04）
[2]毛謙，我國光纖通信技術發(fā)展的現狀和前景[J].電信科學,2006,(8).
[3]王磊、裴麗，光纖通信的發(fā)展現狀和未來[J].中國科技信息，2006，（4）：59-60.
1.1選擇良好施工環(huán)境
為了進一步保證光纜線路敷設的質量，要注意選擇良好的施工環(huán)境，選擇在氣溫適中時進行施工，當氣溫過冷和過熱時，要進行相應的保溫和降溫措施，另外在空氣中塵土較多的大風天要停止作業(yè)，避免在敷設過程中受到塵土的污染。
1.2施工人員選擇
在進行光纜敷設施工時，首先要選擇具有一定經驗和資格的人員進行施工，并且建立良好的通訊基礎，因為許多人為的因素很可能會影響光纜線路敷設的質量。
1.3施工注意事項
在進行光纜敷設時，除了按照相關設計規(guī)范施工外，還應注意以下幾方面。首先要注意光纜的彎曲半徑不能小于外徑的20倍。其次要注意牽引的過程，在牽引時要控制好牽引的速度，通?？刂圃诿糠昼?0米左右，而且牽引的長度要控制好，不能太長。在牽引時要將主要受力點選擇在加強芯上，而且牽引張力不能過大，通常不能超過設計值的80%，而且在啟動階段的瞬間牽引力不能超過設計值。最后要注意對溝槽回填時，避免一些石塊等雜物進入溝槽內，先回填一層細土，在利用人工踩平后再將原土進行回填。
1.4光纜接續(xù)
通常每一段光纜的長度在2千米，所以在整個敷設過程中要進行多次的光纜接續(xù)，能否處理好光纜接續(xù)對于整個工程的質量是非常關鍵的，光纜接續(xù)工作可以分為兩部分進行，一方面是光纖接續(xù)，另一方面是護套接續(xù)，以下對光纖接續(xù)的幾個關鍵點進行詳細分析。
（1）光纖端面處理，在制備的過程中首先將涂覆層去掉，這個過程要保持光纖的平穩(wěn)，操作時間要短，在涂覆層去掉后對裸纖進行清理，最后進行斷面切割，在斷面切割時要準備好清潔的切割刀，切割面與光纖垂直而且沒有破損和毛刺。
（2）光纖熔接，在進行熔接時要保持光纖的平穩(wěn)，光纖的端面要保持清潔，不能與其他地方接觸，而且熔接時兩個端面的距離要掌握適中。
（3）是熔接質量的控制，在光纖熔接過程中，通常會由于一些干擾因素使熔接質量受到影響，所以在熔接時一定要做好監(jiān)測工作，在發(fā)現熔接不合格時及時重新進行。
（4）減少損耗，在光纜接續(xù)時有許多的影響因素會造成損耗增加，通過選擇性能較好的工具，在熔接過程中及時去除熔接設備和切割刀的槽中碎末，可以降低光纖的損耗。
2光纜線路敷設后的測試階段
在光纜線路敷設完成后，要對光纜進行測試，通過背向散射曲線的方式來檢驗光纖的連接是否穩(wěn)定，光纖的整體衰減程度是否均勻，在光纖上是否存在損傷。在光纖測試時要對光時域反射儀的參數進行設置，不合理的參數將無法達到測試的目的，除了常規(guī)參數外，需要設置的關鍵參數為折射率、余長系數、距離范圍和脈沖寬度，以下對其進行簡要分析：折射率能夠決定測試的最終精度，余長系數要充分考慮光纜長度與光纜中光纖長度的差。距離范圍的設置要大于測試光纖的長度，通常選擇為測試光纜長度的1.5-2倍。短脈沖能夠提高分辨率，適合于長度較短的光纖，長脈沖可以提高動態(tài)范圍，適合于長度較長的光纖。
3光纜敷設的規(guī)定
光纜敷設的規(guī)定需要做到實處，只有真正按照規(guī)定做好光纜敷設，才能夠真正確保光纜線路的質量。下文中，筆者簡要分析光纜敷設的相關規(guī)定。
第一，需要考慮光纜敷設的靜態(tài)彎曲半徑。從理論上來說，光纜敷設的靜態(tài)彎曲半徑需要大于光纜外徑的15倍，在實際的施工過程中，光纜敷設的動態(tài)彎曲半徑需要大于光纜外徑的20倍。只有這樣，才能夠確保光纜敷設工作的正常開展。
第二，就筆者的研究來看，在實際是施工過程中，相關工作人員需要注意，布放光纜的牽引力不能超過允許張力的百分之八十，而最大的牽引力也需要在張力的控制范圍內才可以。
第三，在安置光纜的過程中，一定要確保光纜不會出現扭曲、浪涌等狀況。從理論上來說，光纜的安置一般都是通過弧形的狀態(tài)來安置的，盡量不要出現安置光纜過程中出現急彎的情況。
關鍵詞：光纖通信技術特點發(fā)展趨勢光纖鏈路現場測試
一、光纖通信技術
光纖通信是利用光作為信息載體、以光纖作為傳輸的通信方式。可以把光纖通信看成是以光導纖維為傳輸媒介的“有線”光通信。光纖由內芯和包層組成，內芯一般為幾十微米或幾微米，比一根頭發(fā)絲還細；外面層稱為包層，包層的作用就是保護光纖。實際上光纖通信系統(tǒng)使用的不是單根的光纖，而是許多光纖聚集在一起的組成的光纜。由于玻璃材料是制作光纖的主要材料，它是電氣絕緣體，因而不需要擔心接地回路；光波在光纖中傳輸，不會發(fā)生信息傳播中的信息泄露現象；光纖很細，占用的體積小，這就解決了實施的空間問題。
二、光纖通信技術的特點
2.1頻帶極寬，通信容量大。光纖的傳輸帶寬比銅線或電纜大得多。對于單波長光纖通信系統(tǒng)，由于終端設備的限制往往發(fā)揮不出帶寬大的優(yōu)勢。因此需要技術來增加傳輸的容量，密集波分復用技術就能解決這個問題。
2.2損耗低，中繼距離長。目前，商品石英光纖和其它傳輸介質相比的損耗是最低的；如果將來使用非石英極低損耗傳輸介質，理論上傳輸的損耗還可以降到更低的水平。這就表明通過光纖通信系統(tǒng)可以減少系統(tǒng)的施工成本，帶來更好的經濟效益。
2.3抗電磁干擾能力強。石英有很強的抗腐蝕性，而且絕緣性好。而且它還有一個重要的特性就是抗電磁干擾的能力很強，它不受外部環(huán)境的影響，也不受人為架設的電纜等干擾。這一點對于在強電領域的通訊應用特別有用，而且在軍事上也大有用處。
2.4無串音干擾，保密性好。在電波傳輸的過程中，電磁波的傳播容易泄露，保密性差。而光波在光纖中傳播，不會發(fā)生串擾的現象，保密性強。除以上特點之外，還有光纖徑細、重量輕、柔軟、易于鋪設；光纖的原材料資源豐富，成本低；溫度穩(wěn)定性好、壽命長。正是因為光纖的這些優(yōu)點，光纖的應用范圍越來越廣。
三、不斷發(fā)展的光纖通信技術
3.1SDH系統(tǒng)光通信從一開始就是為傳送基于電路交換的信息的，所以客戶信號一般是TDM的連續(xù)碼流，如PDH、SDH等。伴隨著科技的進步，特別是計算機網絡技術的發(fā)展，傳輸數據也越來越大。分組信號與連續(xù)碼流的特點完全不同，它具有不確定性，因此傳送這種信號，是光通信技術需要解決的難題。而且兩種傳送設備也是有很大區(qū)別的。
3.2不斷增加的信道容量光通信系統(tǒng)能從PDH發(fā)展到SDH，從155Mb/s發(fā)展到lOGb/s，近來，4OGB/s已實現商品化。專家們在研究更大容量的，如160Gb/s(單波道)系統(tǒng)已經試驗成功，目前還在為其制定相應的標準。此外，科學家還在研究系統(tǒng)容量更大的通訊技術。
3.3光纖傳輸距離從宏觀上說，光纖的傳輸距離是越遠越好，因此研究光纖的研究人員們，一直在這方面努力。在光纖放大器投入使用后，不斷有對光纖傳輸距離的突破，為增大無再生中繼距離創(chuàng)造了條件。
3.4向城域網發(fā)展光傳輸目前正從骨干網向城域網發(fā)展，光傳輸逐漸靠近業(yè)務節(jié)點。而人們通常認為光傳輸作為一種傳輸信息的手段還不適應城域網。作為業(yè)務節(jié)點，既接近用戶，又能保證信息的安全傳輸，而用戶還希望光傳輸能帶來更多的便利服務。
3.5互聯網發(fā)展需求與下一代全光網絡發(fā)展趨勢近年來，互聯網業(yè)發(fā)展迅速，IP業(yè)務也隨之火爆。研究表明，隨著IP業(yè)的迅速發(fā)展，通信業(yè)將面臨“洗牌”，并孕育著新技術的出現。隨著軟件控制的進一步開發(fā)和發(fā)展，現代的光通信正逐步向智能化發(fā)展，它能靈活的讓營運者自由的管理光傳輸。而且還會有更多的相關應用應運而生，為人們的使用帶來更多的方便。綜上所述，以高速光傳輸技術、寬帶光接入技術、節(jié)點光交換技術、智能光聯網技術為核心，并面向IP互聯網應用的光波技術是目前光纖傳輸的研究熱點，而在以后，科學家還會繼續(xù)對這一領域的研究和開發(fā)。從未來的應用來看，光網絡將向著服務多元化和資源配置的方向發(fā)展，為了滿足客戶的需求，光纖通信的發(fā)展不僅要突破距離的限制，更要向智能化邁進。
四、光纖鏈路的現場測試
4.1現場測試的目的對光纖安裝現場測試是光纖鏈路安裝的必須措施，是保證電纜支持網絡協議的重要方式。它的目的在于檢測光纖連接的質量是否符合標準，并且減少故障因素。
4.2現場測試標準目前光纖鏈路現場測試標準分為兩大類：光纖系統(tǒng)標準和應用系統(tǒng)標準。①光纖系統(tǒng)標準：光纖系統(tǒng)標準是獨立于應用的光纖鏈路現場測試標準。對于不同的光纖系統(tǒng)，它的標準也不同。目前大多數的光纖鏈路現場檢測應用的就是這個標準。②光纖應用系統(tǒng)標準：光纖應用系統(tǒng)標準是基于安裝光纖的特定應用的光纖鏈路現場測試標準。這種測試的標準是固定的，不會因為光纖系統(tǒng)的不同而改變。
4.3光纖鏈路現場測試光纖通信應用的是光傳輸，它不會受到磁場等外界因素的干擾，所以對它的測試不同于對普通的銅線電纜的測試。在光纖的測試中，雖然光纖的種類很多，但它們的測試參數都是基本一致的。在光纖鏈路現場測試中，主要是對光纖的光學特性和傳輸特性進行測試。光纖的光學特性和傳輸特性對光纖通信系統(tǒng)對光纖的傳輸質量有重大的影響。但由于光纖的特性不受安裝的影響，因此在安裝時不需測試，而是由生產商在生產時進行測試。
4.4現場測試工具①光源：目前的光源主要有LED（發(fā)光二極管）光源和激光光源兩種。②光功率計：光功率計是測量光纖上傳送的信號強度的設備，用于測量絕對光功率或通過一段光纖的光功率相對損耗。在光纖系統(tǒng)中，測量光功率是最基本的。光功率計的原理非常像電子學中的萬用表，只不過萬用表測量的是電子，而光功率計測量的是光。通過測量發(fā)射端機或光網絡的絕對功率，一臺光功率計就能夠評價光端設備的性能。用光功率計與穩(wěn)定光源組合使用，組成光損失測試器，則能夠測量連接損耗、檢驗連續(xù)性，并幫助評估光纖鏈路傳輸質量。③光時域反射計：OTDR根據光的后向散射原理制作，利用光在光纖中傳播時產生的后向散射光來獲取衰減的信息，可用于測量光纖衰減、接頭損耗、光纖故障點定位以及了解光纖沿長度的損耗分布情況等。從某種意義上來說，光時域反射計(OTDR)的作用類似于在電纜測試中使用的時域反射計（TDR），只不過TDR測量的是由阻抗引起的信號反射，而OTDR測量的則是由光子的反向散射引起的信號反射。反向散射是對所有光纖都有影響的一種現象，是由于光子在光纖中發(fā)生反射所引起的。
雖然目前光通信的容量已經非常大，但仍有大量應用能力閑置，伴隨著社會經濟和科學技術的進一步發(fā)展，對信息的需求也會隨之增加，并會超過現在的網絡承載能力，因此我們必須進一步努力研究更加先進的光傳輸手段。因此，在經濟社會發(fā)展的推動下，光通信一定會有更加長久的發(fā)展。
參考文獻：
[1]王磊，裴麗.光纖通信的發(fā)展現狀和未來[J].中國科技信息.2006.(4).
[2]何淑貞，王曉梅.光通信技術的新飛躍[J].網絡電信.2004.(2).
可見光通信的發(fā)射和接收技術主要采用強制調制/直接檢測（IM/DD）方式。由于這種檢測方式的硬件結構比較簡單，成本也比較低，在實際應用中被廣泛地采用。它是一種非最優(yōu)化的檢測技術，這種檢測技術使得可見光通信的研究更加具有實用性，相比于傳統(tǒng)的無線檢測系統(tǒng)，這種檢測方式具有靈敏度低的缺點。而且對于可見光通信需要制作專門的收發(fā)器，因此要想完善可見光通信技術，還需要設計合理的LED驅動電路和接收激光的檢測電路。
2可見光鏈路技術
光的傳播具有很強的方向性，因此可見光通信在傳播的過程中，其鏈路會受到路徑中物體的阻擋。無線光鏈路主要分為視距鏈路和非視距鏈路兩種方式。視距鏈路方式下光線在傳播的過程中遇到障礙物，不能像射頻電磁波一樣進行繞射或者衍射，其魯棒性較差。在非視距鏈路的方式下，反射鏡的應用可以使反射后的光功率具有較大程度的衰減值，從而其鏈路也更加可靠。但是也需要提高相應的信號處理技術和接收機的靈敏度。這兩種鏈路技術在室內的通信中都得到了很好的應用，其中視距鏈路占據大部分的接收信號功率，而非視距鏈路主要是用來對信道進行時延擴展?？梢姽馔ㄐ判枰氖请p向的交互信息，因此在進行可見光通信的設計過程中要充分考慮反向鏈路的問題?？梢岳霉饩€傳播的可逆特性，在發(fā)射機和接收機之間形成反向的鏈路。這種方式雖然理論可行，但在具體的應用中還要考慮其實用性，可見光通信的信源端和接收端在復雜程度和體積規(guī)模上具有很大的不同，因此需要將反向鏈路設計成不對稱的方式，這樣的設計方法會增大下行信道的容量，實現高速的數據傳輸，還可以傳遞反饋和鏈路的控制信息。
3可見光通信與傳統(tǒng)無線通信結合技術
相比于傳統(tǒng)的SISO系統(tǒng)，MIMO采用多天線傳輸，具有了更多的空間自由度?？梢愿鶕煌膽们闆r采取不同的增益，其存在的主要增益有陣列增益、分集增益、空分復用增益和干擾增益。不同的增益之間存在著權衡。其主要的缺點是在數據流之間存在一定的干擾，需要在接收端采用最大的似然檢測，只有這樣才能獲得最佳的性能，也提高了相應的計算復雜度。主要的接收算法有ZF接收算法和MMSE接收算法，其中MMSE接收算法可以通過預編碼技術完全消除數據流之間的干擾，很好地權衡了噪聲抑制和計算的復雜度方面。同時接收端在進行后處理矩陣的處理后，各個子數據流不會受到其他數據流的干擾。OFDM技術是一種多載波調制技術，可以有效地實現數據流的并行傳輸。這種技術使得每個頻點占用的帶寬比較小，其信道響應也較為平坦，因此可以對抗頻率的選擇性衰落。OFDM技術利用的是傅里葉變換技術，結構比較簡單，降低了OFDM的實現復雜度。另外，OFDM技術可以和其他多址的接入方法相結合，在配置方面具有較大的靈活性。但是由于OFDM技術是一種多載波調制技術，其發(fā)射的信號是由多個獨立的子信道疊加而成的，因此當各個子信道的相位一致時，就會出現較大的峰值，導致較高的峰值平均功率比。而且該系統(tǒng)中各個子載波是相互正交的，頻率的偏差會引起子載波間的干擾?？梢姽馔ㄐ偶夹g可以應用OFDM提高通信鏈路的電學頻譜利用率，在可見光通信系統(tǒng)中應用MIMO技術可以增加其信道的容量。然而，相比于傳統(tǒng)的通信技術，光通信具有其獨特的方面，因此在進行技術設計時還要充分考慮光鏈路的特點，比如光通信中的空間復用技術，發(fā)射和接收機中的光學原理，成像和非成像分集的使用等等。
4總結
數據高速傳輸，需有較大的總線傳輸容量，且還必須保證外界噪聲不會影響到該系統(tǒng)。在高速數據采集系統(tǒng)中應用光纖通信網絡，不僅可滿足高寬帶的需要，且與光纖信號均不會被外界噪聲影響的特點相符合，最終可完成數據采集及傳輸。光纖通信網絡在高速數據采集系統(tǒng)中的應用優(yōu)勢主要包括:(1)光波傳輸容量較大、頻率較高。(2)具有良好保密性，不會受到電磁干擾。(3)信號不輕易衰減，具有較長的中繼距離。(4)低廉、豐富的光纖材料來源，能夠節(jié)省眾多有色金屬，且光纖材料重量輕、直徑小，并具有良好地可撓性。隨著現代通信網絡的擴充、建設及提速，對光纖材料的需求也隨之不斷增長［3］。
2在高速數據采集系統(tǒng)中的應用
2.1高速采集模塊
將Atmega168芯片應用于系統(tǒng)主控制器中，時鐘時序由CPLD產生，實現對高速數據的控制及采集，數據采集模塊具體方案如圖1所示。高速數據采集系統(tǒng)運行原理為:通過傳感器將模擬量信號中攜帶的物理量信息進行電壓量的轉化，再通過ADC轉換模塊以數字電壓量代替模擬電壓量，進而實施數據的采集、存儲、傳輸及處理。由CPLD和AVR共同控制完成高速數據采集系統(tǒng)，并對所采集到的模擬信號實施模數轉換后，在FIFO中緩存結果，再在Flash陳列中進行轉存與保存。整個系統(tǒng)工作過程中，FIFO既具有緩存作用，還可使A/D對相關數據位數進行轉換的匹配問題得到全面解決，有效調整了與Flash存儲器中所包含的數據線位數。
2.2控制程序設計
在高速數據采集系統(tǒng)中，編程采集功能的實現選用兩條通道實施時鐘分析，若控制信號屬于低電平狀態(tài)，觸發(fā)采集，8路數據通道存儲采集到的數據，EOC電平逐漸下降［5］。在數據采集過程中，所有通道均具有相同的工作原理，且最終都在存儲區(qū)中存入所采集到的數據。以此為基礎，在CPLD中載入相關程序，系統(tǒng)性調試電路，同時實施8通道的數據轉換及控制，所產生出的波形如圖2所示。由此可見，1、3、4、5四路將8個連續(xù)脈沖分別產生出來，且具有準確的時序位置，即控制器可同時對8路信號進行采集與控制，不會發(fā)生時序或邏輯方面的錯誤［6］。因此，光纖通信網絡應用于高速數據采集系統(tǒng)中的采集程序符合設計要求，依照所采集的脈沖寬度，能夠將系統(tǒng)采集速度最高值為10Mbit·s－1計算出來。采用電光調制將采集到的數字信號進行成光信號的轉換，并于光纖通信網絡中實施加載，再采用光纖通信網絡將所采集的數據傳輸至高速數據主控制系統(tǒng)中。
2.3外接存儲器設計
光纖通信網絡在通過光的形式與模塊接入后，其數據速率比FPGA數據處理能力高，為了能夠實現準確、實時地傳輸信號，故設計外接存儲體是必要的。多累存儲器在市場中有多種，其中主要包括DDRSDRAM、SDRAM、VCM、DRDRAM等。根據光纖通信具有高速率、大數據量等特征，再與總體硬件設計相結合，該系統(tǒng)選用DDRSDRAM。DDRSDRAM通過雙倍速率結構增加對所采集數據進行高速讀取的能力，此雙倍速率結構中的所有時鐘周期均會實施讀寫操作，從而達到雙倍數據讀寫速度的效果。此外，控制命令、數據及地址被寄存在不同的時鐘跳沿，所以DDRSDRAM必須精準的對時鐘進行判斷。為與該要求相滿足，時鐘信號于DDRSDRAM中通過雙端差動實施數據傳輸，即CK#與CK.在CK變高、CK#變低的情況下，會認定CK為上跳沿;而若CK變低、CK#變高的情況下，會有時鐘CK下跳沿的認識。時鐘CK上跳沿對控制命令與地址予以寄存，可將所采集的數據進行高、低劃分，并分別存儲在時鐘上下跳沿。DDRSDRAM在高速數據采集系統(tǒng)中的工作原理，如圖3所示。與系統(tǒng)中數據存儲容量要求與處理速度相結合，選用現階段技術較成熟的HY5DU(L)T芯片。該芯片擁有32MB的容量，16位的數據總線寬度，芯片在最佳狀態(tài)下的數據吞吐率最大值為2×16×166×106=5.312Gbit·s－1。由此可見，DDRSDRAM芯片并不能解決光纖信號網絡速率在10Gbit·s－1時所存在的數據存儲問題［9］。此外，因系統(tǒng)設計難以滿足DDRSDRAM芯片速率最高值，故為了確保外部存儲器余量充足，可通過4片芯片并聯模式有效提升數據吞吐力，使其達到21.248Gbit·s－1。
3系統(tǒng)測試
在對基于光纖通信網絡的高速數據采集系統(tǒng)進行性能測試時，需通過對已知信號進行采集，并將信號存儲后，對比已知信號，最終完成測試。具體測試步驟為:通過光通信協議儀將特殊信號發(fā)送出去，達到9.953Gbit·s－1的信號速率，15520Byte的幀長，為便于分析信號，需對信號幀同步碼設置成“F6F6F6282828”的序列，將0設置在幀頭剩余部位，并將5設置在幀內剩余部位，由此避免對信號實施直接擾碼與傳輸。在對光信號接收后，系統(tǒng)應該實施光電降速與轉換處理，由系統(tǒng)中的FPGA對數據及時鐘實施接收，對其相應處理后轉入外部存儲器實施緩存［10］。數據存滿外部存儲器后，可暫停采集數據，根據順序對外部存儲器數據實施重新讀取，在計算機系統(tǒng)中送入千兆以太網接口實施統(tǒng)計對比分析。試驗結果得出數據幀同步碼，即“F6F6F6282828”，這些同步碼后有若干個0，所有凈荷均為常數5。試驗結果顯示，發(fā)送特定數據和接收數據相同。此外，為對系統(tǒng)誤碼率進行測試，將固定數據轉換為偽隨機碼以做信號凈荷，結果顯示誤碼率在10～12以下。
4結束語
1.1設計原則
巍山變電站是110kV智能變電站，因此在智能變電站的光纖通信系統(tǒng)建立時，需要從總體上考慮光纖系統(tǒng)的可行性和可實現性，在保證傳輸安全的前提下保證數據傳輸的效率，即可靠性。智能變電站光纜的選擇要符合施工的實際情況，光纖的接口應該盡量統(tǒng)一，在施工中要盡量采用新技術。方案的設計要盡可能節(jié)約光纜的使用量，提高光纖的利用率，同時要在設計中明確施工目標，從而保證施工效率。在進行光纜的鋪設時要注意光纜的保護等。
1.2光纜的選擇
在智能變電站中，光纜產品的性能決定了智能變電站的通信效率，因此光纜的選擇是其在設計時需要優(yōu)先考慮的，在實際的工作中要根據實際情況進行光纜的選擇。在智能變電站內數據的傳輸距離長，通常選用單模光纜，以確保數據的準確傳輸；站內各LED之間的通信，則要選用漸變性多模光纜。在進行戶外配電裝置的選用時，對光纜的抗磨損性要求較高，因此大多選用鎧裝型光纜。在光纜的選擇之后，還要進行光纜連接器的選擇，即接入光模塊的光纖接頭。根據使用的光纜塊不同，光纜連接器的選擇也有不同。該變電站采用光纖代替了二次電纜技術，并且通過智能終端使各項數據可以共享。
2智能光纖通信系統(tǒng)的主要實施手段
2.1光纜線路設計
在進行信息數據傳輸時，為了保證傳輸的穩(wěn)定性和可靠性，使光纖在各種環(huán)境下都能夠進行長期使用，需要將光纖制作成光纜。在進行光纜設計時要對光纜進行足夠的保護，保證光纖不受外界因素的損壞，光纜的材質要選擇重量較輕、便于施工和維護的材料。針對不同的傳輸環(huán)境，選擇不同結構的光纜，從而將傳輸的線路進行優(yōu)化處理。在進行光纜的安裝時，要對光纜之間的擠壓、磨損、扭轉等進行規(guī)范操作，清除光纜附近的障礙物，進行電場強度控制，使其感應電場不超過規(guī)定值。由于110kV巍山智能變電站光纜的安裝是在高電壓的環(huán)境下進行安裝，因此要格外注意人身安全和安裝設備安全，在安裝時要進行安全措施防護，保持作業(yè)的安全。要注意施工的環(huán)境，在施工結束后要在附近懸掛警示牌和設立相關的標志，及時進行光纜的維護等。
2.2通信系統(tǒng)設計
110kV巍山智能變電站的通信系統(tǒng)主要由傳輸設備、接入設備和電源設備組成，SDH傳輸設備是光纖系統(tǒng)的核心，所有的控制信號都要通過SDH進行轉換才能進行數據的傳輸。PCM接入設備將傳輸設備中的2M信號轉換為可控制傳輸的64K信號，而電源設備是通信系統(tǒng)正常運行的重要保證，只有電源提供穩(wěn)定的電源，才能保證數據傳輸的可實現性和準確性。在進行通信設備施工時，要對施工人員進行大地放電，消除人體靜電，以防止通信設備的損壞。通信設備對周圍環(huán)境的要求很高，要設置專門的通信機房，安裝防靜電地板，同時要保證機房的溫度和濕度恒定，將通信電池和設備相分隔開，以防止火災的發(fā)生。巍山智能變電站的設計中采用了全封閉式的組合電器，具有很強的抗干擾功能，智能化遠程遙控可以大大減少人為操縱的風險。
3現階段變電站中光纖通信系統(tǒng)存在的問題
3.1光纜施工安全隱患
在智能變電站建設中，光纖通信作為其主要通信介質發(fā)揮出了極大的作用，但是在施工建設中容易出現一系列問題，導致變電站通信質量受到損壞。在導入光纖時接口密封不嚴，使保護鋼管中容易出現積水，造成冬天積水無法排除結冰膨脹，從而造成光纖被積壓，不僅降低了傳輸效率，同時也影響了光纜的安全性。在進行光纜材料的選用時沒有固定的標準，捆綁材料也達不到標準，使光纜在固定時不穩(wěn)定，余纜容易出現散落的現象，從而造成安全隱患。光纜的材料選用不足，也會造成施工工藝的差異，產品的質量達不到統(tǒng)一的標準，導致同一個智能變電站中出現不同施工工藝的現象。在進行光纜的固定和安裝時，其固定架間隔之間縫隙存在著質量問題，部分型號的光纜固定架間隙不足，導致傳輸的質量和速率下降，固定架和光配機架上下距離不夠充足，使光纜在固定保護套管彎曲過大，使館內光纖造成積壓，從而降低傳輸速率。
3.2材料選擇不規(guī)范
智能變電站光纖通信系統(tǒng)涉及到多個專業(yè)，施工需要采購的設備數量多，型號也分為很多種類，因此在進行設備采購時針對光纜固定架、配線單元、保護套管等材料的配備要符合施工的要求。但是從巍山智能變電站光纖通信系統(tǒng)的材料選購上看，設備進行采購時常常出現遺漏的現象，設備材料的供應商數目眾多，其產品型號難以統(tǒng)一，給材料的配置帶來了很多的困難。不同型號進行的施工工藝也不相同，造成工程的工藝不規(guī)范。
3.3施工人員素質不強
智能變電站光纖通信系統(tǒng)的構建是一個非常復雜的施工工程，施工規(guī)模大，項目多，作業(yè)環(huán)境危險，這就需要施工人員增強安全意識和專業(yè)技能，但是現階段很多施工人員不注重技能的提升，不能夠及時掌握新技術，在進行高電壓作業(yè)時防護措施不到位，高空作業(yè)時沒有配備相應的安全設施，造成人身安全隱患。在進行通信設備的建設時沒有進行大地放電，身上的靜電造成通信設備的損壞等。
4加強變電站站內光纖通信的有效措施
4.1進行變電站初期研究
在進行智能變電站光纖通信系統(tǒng)的構建時，要與相關部門進行溝通，確定系統(tǒng)的可實現性，要對光纜通信建設的目標進行明確，同時優(yōu)化設計方案，將設備材料的選購、光纜設計數量、安裝方式和投入使用等各界環(huán)節(jié)進行預算和估量，在設計時要嚴格審核期設備的選用，人員的調配和施工技術的應用也要符合相關的規(guī)定。要選擇專業(yè)的設備廠家進行設備材料的選購，保證設備的型號一致，將安全隱患在初期研究階段降到最低。110kV巍山變電站的順利實施和政府的支持緊密相連，其各項施工也符合國家的施工要求。
4.2規(guī)范施工中的各項操作
在進行光纜的安裝和調試運行時，施工人員要嚴格按照相關的規(guī)定進行規(guī)范操作，在進行光纜施工時，要以光纜數據傳輸效率最大化和傳輸安全為標準進行光纜的安裝。結合巍山當地的氣候特點，對于施工中出現的客觀因素如天氣原因等要進行及時的調整工期，保證施工的進度和工期。及時將新技術應用到施工建設中，從而讓通信建筑更好地發(fā)揮其作用。在建筑中明確責任人和監(jiān)督人，監(jiān)督施工按照相關規(guī)定操作，保證施工的安全。
4.3加強施工人員的培訓
在進行光纜通信建設時，施工人員的操作是保證系統(tǒng)順利運行的關鍵。要加強對施工人員的技能培訓和綜合素質的提高，不斷提升員工的專業(yè)技能水平，讓新技術運用到光纖通信建設中。增強員工的安全意識，在員工進行危險環(huán)境作業(yè)時，要讓員工配備相應的安全工具，如安全帽等，在進行通信設備建設時，要注意對員工進行大地放電，減少通信設備的損害。建筑單位要及時對光纜進行維護，防止光纜的損壞造成極大的損失。
5結語
光纖通信簡而言之是將原始的電信號轉成光信號進行傳輸，但是實現起來有很多因素要考慮。光纖通信自它的產生之日起，就是為了實現大批量數據的高速傳輸，主要應用于民用通信領域，在各應用領域都有約定俗成的標準，所以要將它引入過來用以實現通信對抗系統(tǒng)的實時串行總線設計，必須進行精心的設計。
1.1物理鏈路的設計
首先是并串、串并轉換集成電路的選取。在通信領域已經有許多高速并串轉換的芯片，但大部分都是面向民用通信領域的通用協議設計的，針對性強，協議架構復雜，不適合串行自定義總線協議的實現。經過一番比對，筆者選取了TI公司的TLK1501芯片。該芯片在應用層是開放式的，應用相對簡單，利于自定義總線協議的實現，便于開發(fā)調試。它的串行吞吐速率為0.6～1.5Gbps[2]，已能滿足應用?？紤]到PCB布板及實時數據傳輸的需要，選擇800Mbps作為數據傳輸速率。其次是光模塊的選取。光模塊現在已經發(fā)展到具有支持波分復用的能力，考慮到引導總線實時只傳輸一種指令，所以選擇單一波長的光模塊即可。目前主要有三種波長的光模塊可以選擇：850nm，1310nm，1550nm。850nm多模光模塊主要應用于短距離傳輸，一般500米以內；1310nm，1550nm光模塊一般應用在單模光纖?？紤]到性價比因素筆者選用了某公司的1310nm波長光模塊EO2F-13-311423。該光模塊輸出功率-7dBm左右，靈敏度-21dBm左右，即使光纖轉接有些損耗，整個光纖通路也有比較充裕的動態(tài)范圍來保證通信的可靠。TLK1501與EO2F-13-311423間的接口電路見圖1。
1.2TLK1501設計
TLK1501負責整個物理鏈路中數據的并串、串并轉換，是數據高速傳輸的關鍵節(jié)點，設計時應注意以下3點。1）時鐘的選取TLK1501有8bit/10bit轉換機制，這樣在FPGA與TLK1501的并行數據端口的16bit數據進入芯片后會轉成20bit數據進行傳輸；反過來推算，16位并行端口的速率應為40MHz。選擇40MHz時鐘時應注意，發(fā)送方和接收方TLK1501對時鐘的要求比較高，頻差須在0.01%以內，時鐘的抖動不能超過40ps。設計時將FPGA送給TLK1501的時鐘與并行數據的輸送時鐘盡可能做到同相位，布線長度也盡量相近。2）收發(fā)的同步設計TLK1501只有進入同步狀態(tài)后才能正常傳輸數據，它有兩種方式發(fā)送同步碼，一種是TX-EN、TX-ER為00時發(fā)送端強制發(fā)送同步碼；另一種是當LCKREFN為高時，TLK1501內部狀態(tài)機自動控制發(fā)送同步碼。本設計采用的是第一種同步設計。FPGA首先控制TX-EN、TX-ER為00，產生IDLE碼字，一段時間之后傳輸正常的數據，接收模塊根據接收到的幀同步信號判斷鏈路是否同步。如果鏈路同步，可以發(fā)送正常數據。如果鏈路失同步，則再產生IDLE碼字，等待重新進入同步狀態(tài)。3）PRBS測試為了使整個光通信鏈路的調試進展順利，可以先在每個用戶端口對TLK1501的收發(fā)進行PRBS回環(huán)測試，如回環(huán)測試有問題，可能是因為時鐘抖動太大，或電源不穩(wěn)定，需改進設計。在每個用戶的TLK1501分別通過測試后，可以進行兩個用戶間的PRBS測試，驗證用戶間的兩個時鐘是否匹配，如兩個用戶間PRBS測試通過，就可以進行高速光纖串行通信總線的測試了。
1.3傳輸協議的設計
信息交換幀由幀頭、幀長度、命令碼、引導信息、校驗字、幀尾等字段組成，幀格式定義見表1。幀的基本組成為字，每個字為16bit，即2個字節(jié)，正好匹配TLK1501芯片并行數據端口的數據位數，位定義符合TLK1501芯片的數據總線定義。幀頭與幀尾各有3個16比特的字，通信時方便用戶將完整的一幀內容接收下進行解析。對于一些不能丟幀的指令的通信，如圖2所示，可由ACK校驗和握手機制[3]來確保重發(fā)，圖中T1：1～10μs。若ACK校驗和錯誤，則自動重發(fā)；累計重發(fā)次數超過5次或是T1超時1s，本次傳輸結束，由上位機決定是否重發(fā)。
2高速光纖串行總線測試
兩個設備間用光纖互聯后可以進行高速光纖串行總線的調試與測試，測試框圖見圖3。測試時在兩個設備間定時發(fā)送按協議格式簡化的一個幀，包括幀頭、幀尾，幀頭幀尾中間填充有規(guī)律的便于觀察統(tǒng)計的測試數據，例：“AA55，55AA，5A5A，0000，0001，0002，0003，0004，5A5A，5AA5，A55A”。圖4是利用QUARTUS軟件自帶的SignalTap抓取的傳輸數據，從圖中的接收數據（ser_data_in）可以看到一個完整的帶幀頭、幀尾，測試數據正確的幀。測試前，可預先在通信板卡的控制芯片例如DSP的程序中增加一段測試代碼，專門用于統(tǒng)計通信的誤碼率。試驗的測試結果比較理想，幾萬次的通信傳輸中未發(fā)現誤碼，可見誤碼率是很低的，可以滿足工程應用。
3結束語
電力系統(tǒng)的光纜通信構建中,會用到有著具有金屬材料構成的光纜組件。正是因為其基于金屬特性的成分,因此就目前經驗可能遇到的各種風險主要集中在如下的方面。
(1)在電力系統(tǒng)當中的強電電路中,如果因為不可抗力收到了瞬間故障狀態(tài)沖擊,在電力系統(tǒng)自身的光纜材料之上,就會因為這種故障狀態(tài)竟受到相對于光纜材料自身所能夠忍受的電壓限額上限的動勢能量數值。由于故障情況是難以預測的,因此具體造成再大的動量數值都是有可能發(fā)生的,而這種無法預估上限的數值甚至有可能把那些實際工藝質量稍次的東芯電纜的絕緣外皮給直接擊穿,這種情況會直接壓中損傷電力系統(tǒng)自身光纜材料的實際使用壽命。
(2)電力系統(tǒng)的強電部分進行工作的時候,因為含有金屬材料的光纜極有可能跟強電線路的電動勢發(fā)生強烈的感應,因此極有可能會讓整個光纜的線路當中產生超過光纜材料所能承受的電壓限額上限的數值構建。這種大幅度的電壓改變就會讓整個光纜通信系統(tǒng)的正常運作產生干擾和波動,進而對光纜的正常運行造成很大的損害。
(3)如果在當前不對稱的強電線路構建中出現了針對光纜金屬配件的感應情況,其最直接的后果就是直接導致電纜內部的通信系統(tǒng)當中的電壓數值受到了干擾而產生極其劇烈的波動,而這種波動能夠直接干擾到整個光纜系統(tǒng)當中的正常工作運用,同時讓珍格格灌籃工作單元處于無法工作的癱瘓狀態(tài),對整個電力光纜通信系統(tǒng)來說是一個巨大的災難。在當前電力系統(tǒng)構建下的光纜通信系統(tǒng)應用的實踐過程當中,光纜所要承擔起來的功能主要是針對各種電力業(yè)務進行聯絡的工作項目以及具有針對性的遠程遙控工作,而不是單純進行的信息傳遞工作。在這種情況的構建下,我們所要做的事情就是在整個光纜通信系統(tǒng)的整體設計過程當中對其防護設計進行適當地加固,并且按照《關于通信線路防止電力線有害影響導則》上面所提出的各項具體要求,對整個光纜通信進行整體框架下的設計進行重點處理,并保證在這個系統(tǒng)內的電壓限額數值不會超出實際應用的范圍。
2電力系統(tǒng)自身光纖通信的強電防護思路構建
為了保證整個電力系統(tǒng)當中的光纜通信系統(tǒng)可以正常的使用和實踐,我們要在當前電力系統(tǒng)構建下的光纜通信系統(tǒng)當中進行強電防護設計,并針對以下的方面進行加固設計,避免出現各種意外發(fā)生。首先,在進行電力系統(tǒng)框架下的光纖通信強電保護設計和構建的時候,在對整個強電防護的措施進行保證經濟效益前提下的構建基礎之上,應該優(yōu)先選擇具有金屬材質的光纖通信材料框架并進行施工。但是如果我們采用直埋式光纜材料進行電力系統(tǒng)光纖配置時,為了保證光纖材料可以進行高效有序的方向辨別和尋找,我們就要對非金屬的材料進行選擇和施工,以保證效果,防止因為干擾造成的信息失真。其次,在進行非含銅金屬材料的光纜通信系統(tǒng)進行強電防護的施工過程當中,為了保證讓強電干擾的數值降到最低,就要對下面的幾個方面進行處理:在光纜材料當中添加相應的金屬構件,比如針對光纜防護的金屬保護層,這樣就可以大幅度降低電動勢積累的情況出現,也對強電中光纜通信系統(tǒng)的影響和干預降到最低。其次,在光纜連通到變電站或者是發(fā)電廠之前,也要采用對應的強電屏蔽方式來保護整體的光纜材料不會受到強電的直接干擾,比如說,把光纜材料直接傳入到鐵管當中,并且把光纜的整體接地系統(tǒng)設置好。
3結語
