基于網(wǎng)絡(luò)通信的光纖、光纜傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

陳義召

（山東省郵電工程有限公司，山東 濟(jì)南250001）

處于如今信息化時(shí)代背景下，人們逐漸對(duì)通信服務(wù)提出更高技術(shù)需求，尤其近年來網(wǎng)絡(luò)通信已經(jīng)逐漸發(fā)展為人類社會(huì)生活工作的重要組成。網(wǎng)絡(luò)通信以通信光纖、光纜為技術(shù)基礎(chǔ)，所以光纖、光纜設(shè)計(jì)與安全穩(wěn)定通信密切相關(guān)[1]。通信傳輸運(yùn)用光纖、光纜，能夠在傳輸信息過程中，達(dá)到較快的信息傳輸速率，較低的信息丟失率等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。所以光纖、光纜傳輸系統(tǒng)應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)通信，能夠滿足人們迅速增長(zhǎng)的信息傳輸所需，并為社會(huì)生活工作帶來極大使用效益[2]。因此本次研究對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信的光纖、光纜傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)展開研究。

1 項(xiàng)目背景

本次網(wǎng)絡(luò)通信區(qū)域覆蓋市區(qū)、廠區(qū)和多條鐵路，很大程度影響光纜線路的穿行設(shè)計(jì)，了解當(dāng)?shù)氐牡孛病⑿蚊?、區(qū)域、業(yè)務(wù)實(shí)際分布情況，劃分了該地光纖、光纜通信傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)共計(jì)8 個(gè)。結(jié)合不同接入?yún)^(qū)的光纖具體覆蓋情況，對(duì)于業(yè)務(wù)密集、位置偏遠(yuǎn)建設(shè)與多業(yè)務(wù)需求覆蓋領(lǐng)域，調(diào)整增設(shè)主要的通信匯聚節(jié)點(diǎn)，通過本次研究設(shè)計(jì)基于網(wǎng)絡(luò)通信的光纖、光纜傳輸系統(tǒng)，能夠有效改善當(dāng)?shù)氐木W(wǎng)絡(luò)通信業(yè)務(wù)水平，從而為日后當(dāng)?shù)匕l(fā)展做充足技術(shù)鋪墊。

2 光纖、光纜原理

兩個(gè)及以上的玻璃光纖芯、塑料光纖芯，所共同組成了通信電纜，通常需要經(jīng)紅外線信號(hào)傳輸，所以光纖芯需要采用特制專門保護(hù)層。在如今信息傳輸時(shí)代背景下，光纖、光纜傳輸擁有較好的通信質(zhì)量，能夠?yàn)橛脩籼峁M意的技術(shù)體驗(yàn)，同時(shí)還擁有較高的安全級(jí)別與反應(yīng)靈敏度，在其他傳輸系統(tǒng)中應(yīng)用還具備較高的保密性，從而有效杜絕惡意泄露與攔截信息情況發(fā)生。匯總光纖、光纜的傳輸特性主要包括三類[3]：一是擁有衰減、損耗性；二是擁有色散性；三是擁有反射性。光纖的技術(shù)分類主要以光纖芯的折射率為依據(jù)，可以劃分為階躍型、梯度型，也可以根據(jù)光纖芯的傳導(dǎo)模式劃分為單模、多模，還可以根據(jù)光纖芯的波長(zhǎng)劃分為短波、長(zhǎng)波兩類[4]。

3 光纖、光纜傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

表1 G.652B1.3 單模光纖光學(xué)特性參數(shù)

3.1 光纖、光纜選型

在光纖、光纜設(shè)計(jì)運(yùn)用于實(shí)際工程中，一般選擇G.652B1.3 單模光纖，主要包括了GYFTY（非金屬光纜）、GYTZA（阻燃光纜）、GYTS（架空光纜）、GYTA（普通光纜）四類光纜結(jié)構(gòu)。

3.2 G.652B1.3 單模光纖特性及技術(shù)指標(biāo)

作為本次選用的G.652B1.3 單模光纖具備的光學(xué)特性參數(shù)（見表1），作為幾何特性參數(shù)（見表2），作為環(huán)境特性參數(shù)（見表3），作為機(jī)械特性參數(shù)[5]（見表4）。

表2 G.652B1.3 單模光纖幾何特性參數(shù)

表3 G.652B1.3 單模光纖環(huán)境特性參數(shù)

表4 G.652B1.3 單模光纖機(jī)械特性參數(shù)

3.3 設(shè)計(jì)目標(biāo)

結(jié)合上一部分在設(shè)計(jì)光纖、光纜傳輸系統(tǒng)時(shí)的技術(shù)指標(biāo)情況，需要保證本次設(shè)計(jì)的傳輸系統(tǒng)能夠滿足日常維護(hù)，與光纜修復(fù)能力。對(duì)于目前網(wǎng)絡(luò)通信中所面臨的主要問題，以及更廣泛的光纖光纜網(wǎng)絡(luò)傳輸施工領(lǐng)域，以及面臨較快的通訊設(shè)備更換速率，再加上惡意的人為損壞等問題[6]。為了有效解決以上問題，需要重視設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)通信的光纖、光纜傳輸系統(tǒng)時(shí)，可以科學(xué)化合力建設(shè)傳輸故障應(yīng)急預(yù)案，健全日常故障維護(hù)管理工作制度。這樣不僅保證在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)通信光纖、光纜傳輸系統(tǒng)時(shí)能夠準(zhǔn)確分析故障問題加以處理，還可以明確故障所在位置和后續(xù)的維護(hù)管理工作設(shè)計(jì)需求。

3.4 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)光纖、光纜為三層傳輸網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，包括了核心層、匯聚層、接入層，在匯聚層又主要包括了骨干匯聚層、接入?yún)R聚層兩層。

在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的功能模塊主要包括四大模塊，來確保光纖、光纜可以正常發(fā)揮功能。

一在系統(tǒng)基礎(chǔ)管理模塊中，主要功能是能夠科學(xué)規(guī)范的管理系統(tǒng)、儀器、設(shè)備、器具等，真正確保通信系統(tǒng)能夠在橫場(chǎng)運(yùn)行。

二在技術(shù)維護(hù)支撐管理模塊中，監(jiān)管作為日常通信網(wǎng)在維護(hù)工作開展中的關(guān)鍵，對(duì)于技術(shù)維護(hù)支撐模塊設(shè)計(jì)過程中，能夠依靠數(shù)據(jù)分析與技術(shù)手段，從而科學(xué)管理維護(hù)光纖、光纜通信。

三在障礙指標(biāo)計(jì)算管理模塊中，主要是針對(duì)通信系統(tǒng)運(yùn)行過程中，能夠及時(shí)預(yù)測(cè)和避免光纖、光纜等通信故障情況，該避障計(jì)算模塊可以在運(yùn)行中管理系統(tǒng)面臨的總故障工作量，還能夠綜合評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)通信故障問題有效處理效果。

四在自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)中，對(duì)于光纖、光纜通信傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)來講自動(dòng)報(bào)警工鞥必不可少，一旦光纖、光纜傳輸系統(tǒng)所受較大的外力破壞情況，均能夠經(jīng)該系統(tǒng)自主報(bào)警，從而更方便快捷的及時(shí)掌握系統(tǒng)通訊破壞位置和情況，保證做到短時(shí)間內(nèi)對(duì)故障問題的迅速檢修，盡可能讓網(wǎng)絡(luò)通信正?？焖倩謴?fù)。

3.5 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

對(duì)于本次光纖、光纜通信傳輸系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)過程中，主要包括以下這些功能設(shè)計(jì)內(nèi)容：

一是網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)面向?qū)ο螅ㄟ^在該系統(tǒng)中對(duì)于網(wǎng)絡(luò)通信中的光纖、光纜有關(guān)傳輸信息，能夠做到準(zhǔn)確且實(shí)時(shí)查詢，同時(shí)還可以在設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能時(shí)，全面面向通信維修管理、工作及維修有關(guān)人員。

二是系統(tǒng)功能特性，在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信功能特性所涉及的五類主要功能中，包括了主要的管道組成、選擇光纖入戶設(shè)備、制作光纜等功能。譬如制作光纜時(shí)需要保證與上文所提的光學(xué)、環(huán)境、機(jī)械指標(biāo)特性相符。

三是對(duì)于傳輸系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)過程中，通信功能系統(tǒng)用戶數(shù)量較多，有關(guān)維修人員主要負(fù)責(zé)通訊系統(tǒng)維修，而工作人員也會(huì)具備相應(yīng)大一些的工作權(quán)限。所以系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)差異化權(quán)限。不同身份權(quán)限的用戶在登錄傳輸系統(tǒng)時(shí)，可以根據(jù)個(gè)人的身份權(quán)限，成功進(jìn)入相應(yīng)的用戶登錄操作界面。

4 網(wǎng)絡(luò)通信的光纖、光纜傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用

結(jié)合上文系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)，應(yīng)用光纖、光纜傳輸系統(tǒng)完成光發(fā)送、接收流程（見圖1），通過將所要完成傳送的模擬信號(hào)，可以經(jīng)信號(hào)發(fā)生器成功制作獲得具體信號(hào)后，運(yùn)用A/D 轉(zhuǎn)換電路將信號(hào)成功轉(zhuǎn)換形成數(shù)字電平，之后連接光纖、光纜的傳輸和發(fā)送模塊，成功實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。經(jīng)數(shù)據(jù)處理點(diǎn)論及D/A 轉(zhuǎn)換電路按照同上步驟二次處理信號(hào)，之后經(jīng)示波器波形顯示最終處理結(jié)果即可直觀觀察。本次設(shè)計(jì)的A/D 轉(zhuǎn)換模塊和D/A 轉(zhuǎn)換模塊，分別選用了ADC0809 模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片和DAC0832 數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換芯片，運(yùn)用AT89C51 型號(hào)單片機(jī)，以及HFBR-1414T 光發(fā)送模塊、HFBR-2416T 的光接收模塊。

接收器及發(fā)送模塊光發(fā)送器對(duì)于光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)中不可或缺的關(guān)鍵組成，能夠?qū)崿F(xiàn)較小的驅(qū)動(dòng)類電流下工作所形成的集成光發(fā)送模塊較低能耗及較好的穩(wěn)定性。發(fā)送器和接收器之間需要結(jié)合差異化技術(shù)應(yīng)用需求，將對(duì)應(yīng)設(shè)備加入其中從而形成完善光通信收發(fā)系統(tǒng)。由于運(yùn)用越多的芯片位數(shù)，那么示波器最終觀察呈現(xiàn)的波形曲線結(jié)果失真就會(huì)越小，從而獲得更加準(zhǔn)確的結(jié)果。因此想要獲得更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)結(jié)果就要運(yùn)用較多的位數(shù)芯片。假若想要在發(fā)送、接收兩端，實(shí)現(xiàn)與光發(fā)送、接收兩模塊的軟件拓展實(shí)現(xiàn)雙向性通訊，從而提升傳輸質(zhì)量。

圖1 光發(fā)送、接收流程

4.1 光發(fā)送

在現(xiàn)代化光纖、光纜傳輸通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，光接收、光發(fā)送設(shè)備作為至關(guān)重要的組成，通過運(yùn)用HFBR-1414T（Agilent 公司）該設(shè)備型號(hào)光電元件，該元件可以在應(yīng)用中視為光發(fā)送集成類功能模塊，該元件內(nèi)部設(shè)計(jì)了AIGaAS 集成型LED 二極管，能夠發(fā)射820m 波長(zhǎng)，以及30m 的頻譜寬。不僅如此該元件還可以成功接入50/125m、62.5/125m、100/140m 以上不同的光纖接口。在實(shí)際光發(fā)送過程中，運(yùn)用該型號(hào)光電元件能夠達(dá)到較高的發(fā)光效率，實(shí)現(xiàn)微小驅(qū)動(dòng)電流工作環(huán)境下，仍然可以安全穩(wěn)定，低能耗的運(yùn)行。

4.2 光接收

本次設(shè)計(jì)選用了HFBR-2416T（Agilent 公司）該設(shè)備型號(hào)的光接收元器件，該型號(hào)元件擁有較高的性價(jià)比和器件性能，運(yùn)用于光纖、光纜傳輸系統(tǒng)光接收插件，能夠成功對(duì)輸出電壓信號(hào)進(jìn)行模擬，被廣泛運(yùn)用于數(shù)字、模擬光通信領(lǐng)域內(nèi)[10]。在光接收工作過程中，由于光接收元件能夠成功轉(zhuǎn)化光傳輸?shù)墓庑盘?hào)最終形成電壓信號(hào)，隨著電路的自動(dòng)化增益以及點(diǎn)評(píng)邏輯比較器，則能夠成功轉(zhuǎn)換電壓輸出信號(hào)為數(shù)字化電平。除此之外還能夠?qū)崿F(xiàn)Vcc 電源及元件之間，假設(shè)10Ω 的限流電阻以及0.1uF的旁路電容，這樣設(shè)計(jì)可以對(duì)電源產(chǎn)生的噪聲問題有效去除。在必要情況下還可以將更復(fù)雜化的濾波電路加入其中，一般情況下只需配套運(yùn)用光接收器與光發(fā)射器，即可成功組成完整光通信收發(fā)系統(tǒng)。

5 結(jié)束語

光纖、光纜自研發(fā)應(yīng)用便帶動(dòng)了我國(guó)通信技術(shù)領(lǐng)域的一場(chǎng)革命，運(yùn)用于當(dāng)今社會(huì)的網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，將電纜通信成功取代作為如今的主要通信傳輸技術(shù)手段。盡管發(fā)展年限較短，但是同樣歷經(jīng)多個(gè)發(fā)展階段，如今擁有十分先進(jìn)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和發(fā)展空間。對(duì)于我國(guó)未來的網(wǎng)絡(luò)通信建設(shè)事業(yè)來講，運(yùn)用光纖、光纜傳實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、大容量和便捷快速、有效準(zhǔn)確的通信傳輸，勢(shì)必能夠在未來各方面推進(jìn)運(yùn)用光纖、光纜通信技術(shù)。