铁路通信系统光纤通信技术应用研究范文

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[摘要]光纤通信是一种将光波作为信息载体，将光纤作为传输媒介的通信方式，其也是一种重要的信息传输技术，具有较高的可靠性、方便性，较强的干扰性，被广泛应用到铁路通信系统中，为铁路通信系统做出了较大的贡献。基于此，对铁路通信特点和光纤通信结构原理进行分析，研究铁路系统中的光纤通信技术应用。

[关键词]铁路；通信系统；光纤通信技术

在铁路运输建设和生产过程中，主要是通过多种通信方式实现信息的传输和处理。铁路通信的主要目的就是实现机车及行车车辆在作业过程中的统一指挥调度，但是因为铁路企业较为庞大，其中包括机车、运车、电车、工车等多个车辆专业部门，这些部门都是根据铁路运输相互协同工作。那么，为了保证不同部门之间的信息能够畅通，实现调度、站内、站间和区间的通信协调，铁路通信在其中就具有重要的作用。光纤通信技术是光通信中的一种技术，现已成为通信的主要途径，在现代电信网中具有重要的作用，并且在铁路信号网络化及信息化通道建设过程中具有良好的发展前景。

1光纤通信

光纤是一种固定的传输网传输媒介，其主要结构包括护套层、纤芯、包层，其中包层及纤芯是通过石英材料夹杂其他杂质组成的，并且包层的折射率比纤芯要低。纤芯和包层主要目的为实现光纤引导光波的作用，包套层的主要作用为使光纤受到保护，使其不会受到机械的损害。通信光纤主要包括多模光纤和单模光纤。多模光纤的纤芯主要包括50μm和62.5μm两种形式，包层的直径一般都是125μm；单模光纤的包层直径也是125μm。一般只是通过肉眼不能够将多模光纤及单模光纤进行区分，但是多模光纤的多径色散较为明显，不常使用到通信网中，尤其是长途传输系统，其一般使用单模光纤[1]。光纤通信也就是将高频广播作为载波的基础，将光纤作为传输基础的一种通信技术。光纤通信技术的容量较大，并且重量较轻，体积较小，具有较小的损耗，在通信过程中不会串音的优点，所以其被广泛应用。图1为光纤通信的基本原理。

电端机的主要目的为实现信源传输信息数据的处理，并且实现数字复接功能；光发送端机的主要目的为将电端机的电信号转变为光信号，之后将光信号送入信道传输中，比如光纤、水下及自由空间中。光接收端机的主要目的为将接收到的光信号转变为电信号，之后将电信号送入到电端机进行处理，之后实现数字的分解，将原始数据进行恢复，之后为用户进行传递[2]。

2铁路通信

铁路通信的主要传输方式为有线传输和无线传输，根据服务区域主要包括地区、长途、区段及站内等通信区域，根据不同的业务性质主要包括数据传输、专用通信及公用通信等。以设备使用和电信技术在铁路通信中使用可以对铁路通信的特点进行以下分析[3]：首先，铁路通信具有较多的线路分歧点，并且设备较为分散，组网的难度较大，铁路通信都是根据铁路线进行布置，主要包括电缆铁路线路及明线铁路线路的架空；其次，铁路通信的主要任务就是完成机车和列车的统一指挥调度，从而能够使铁路在行车过程中的安全得到有效保障[4]；然后，铁路通信其实就是有线电及无线电相互融合的一种通信，其生产任务主要是通过机车和列车的运行实现，为了能够使列车和行车在指挥机构中联系方便，所以铁路通信在发展过程中逐渐成为将优先通信作为基础，并且结合无线通信的一种通信系统；最后，铁路通信具有多种业务，并且设备较多，要求其在运行过程中准确且迅速[5]。

3铁路通信系统中的光纤通信技术使用

3.1准同步数字光纤通信

在上世纪八十年代，铁路光纤通信技术开始不断的发展，在我国第一条长途干线光缆数字通信系统创建之后，有效促进了我国小同轴模拟传输光缆数据通信在铁路通信网中的使用，但是因为其复用结构纬复杂，并且PDH标准并不一致，导致光缆通信系统无法快速发展，以此出现了同步数字光纤通信技术，其能够有效提高光纤通信系统在铁路通信中的使用价值。其一般是统一收集光纤信号，之后通过不同频率将其发出，有效提高铁路在高速运动过程中的通信效果[6]。

3.2DWDM技术

DWDM技术一般使用大量波长作为载波，通过低损耗及单模光纤的宽带特点使不同载波通信通道能够在同条光纤中进行传输，以此有效降低了光纤使用的数量，从而提高单个光纤传输数据的最大流量。DEDM协议和传输速度并没有较大的关系，其一般使用以太网协议和IP协议实现数据的传输。DWDM技术一般是在激光通道过程中，使用不同的速度实现不同类型数据流量的传输，并且现代大部分铁路系统都已经开始使用此种技术，因为其不会受到雷雨天气的干扰，能够相互结合光纤频率及波长，之后通过自身系统和设备实现信号系统的全面兼容，之后通过SDH设备实现信号波的传递。在一开始信号传递会不稳定，但是在时间不断增加的过程中，信号的传输速率就会不断提高，并且传输速率也会不断加快。在此背景下，可以使用16波道和单纤单向的传输方式，使相同波长能够在不同方向重复使用。其还满足现代数字传输体制的世界标准，并且承载了较多的光纤信号，使用的组网方式较为灵活，有效简化网络设备和结构，降低联网成本[7-8]。

3.3SDH技术

SDH技术属于高速传输和同步数字体系的数字通信，其存在多方面传输特性。比如信号传输，其能够通过不同的传递方式及不同频率进行传输，并且在传输过程中还能够实现等级传递方式，实现通信系统传递的全面优化。以此在铁路运行过程中的信号传递就不会受到干扰。此技术具有较多的优点：首先，其接口标准较为统一，并且比特率较为统一，能够为不同厂家设备之间的相互连接提供了多种可能。其次，提高网络管理的能力，并且在网络信号传输过程中能够使用不同要应用模式实现信息的传递，以此有效提高信息的传递效率；现代，此技术使用越来越广泛，尤其是在互联网不断发展的现社会，SDH技术的使用为铁路通信带来了良好的通信效果，在铁路通信网中，其将同步数字作为基础，使用光缆光纤系统实现信号传递，中继网能够通过光纤实现同步传输系统的创设，实现通信网络的优化，使用数字加成技术和网络通信信号相互结合的方式提高铁路通信系统中信息传递的可靠性和稳定性，以此实现信息的全面优化[9]。

4铁路通信系统中的光纤通信技术设计

4.1铁路通信骨干网

传统铁路专用网络设备主要是模拟式，比如调度分机、总机等，大部分都是使用继电器和电阻电容等多种结构，其通信效果不理想，并且容易发生故障。因为传统铁路通信信号传输方式一直使用载波信道和音频线路，其都是模拟信号的范围，可靠性不佳。但是光纤的传输单宽较宽，其还有较强的抗电磁干扰的能力，能够有效保证铁路运行的可靠性。现代铁路通信网结构主要包括三层网络，分别为干线网、局限网及区段接入网，图2为通信网络图。由于铁路网络的特殊性，一般铁路专用的通信网都是使用链式结构，在铁路沿线同轨道的线路进行铺设[10]。

4.2铁路通信的接入网设计

4.2.1铁路通信的接入网方案图3为典型的接入网网络图，其中PAD表示分组拆装设备，SPC表示程控交换机，POST表示普通的电话业务的OLT设计，根据沿线的其他中间站实现ONU设备的设置，不同设备之间要求具有64kb交叉功能，如果OLT和ONU连续中断，但是OUN业务并不中断，那么就使用不同中间站的闭塞电话功能实现。网络接口的配置要求线路的光接口速率达到每秒155.52Mb，业务节点的接口主要为V5.2，用户网络的接口主要包括模拟二线接口。如果地区为C4以上，那么使用的数字程控交换机能够直接实现交换机的接入，沿线中间站的自动电话机使用就近接入的原则，分别实现C4以上交换机的接入。数字通信系统在不同类型业务之间具有较强的使用能力，不管是图像、电话或者数字传输，都能够实现信号的传输和转换。通过电务段管辖的区域，在不同电务段设置监控终端，之后和铁路局网元网管中心进行相互连接，从而能够实现信息的管辖和监督[11]。

4.2.2区段通信网的组成铁路接入网系统主要使用共线式连接方式，通过ONU和OLT的音频结构实现调度分机和总机的相互连接。铁路局和分局使用的电调、货调等接入局和分局的通信站设备为OLT，其他各站的调度分机分别和相对应的ONU和OLT设备进行相互的连接，图4为调度电话的接入图。在沿线不同站点中设置不同的数据接口，从而能够有效满足铁路中各个点对点数据链路，线路慢性的点车辆运行调度系统使用2M数据专线接口。并且各站的数据接口主要在调度监督系统、红外线探测系统及电力运行等系统中使用[12]。

4.3传输组网

铁路传输网络主要包括三层网络，分别为骨干传输层、汇聚传输层及接入传输层，其中骨干传输层在传输网络中具有重要的做用，处理的一般都是重要大颗粒业务，对核心部门的调动及处理能力具有较高的要求。汇聚层为骨干层和传输层中间，其主要作用就是将区域业务在骨干层进行汇聚和处理，之后将骨干层业务进行分发。汇聚层节点主要包括业务区域中接入层节点进行创建，也是接入层网络尤为重要的部分，其能够有效提高网络的扩展能力。接入层主要通过多业务节点构成，其主要目的就是实现业务传输和接入工作的顺利开展，并且其还具有较高的安全性。通过对传输网承载业务的现状和未来的发展趋势进行研究表示，未来语音业务在不断减少，数据业务在不断增加，所以在实现传输网结构优化过程中要以未来角度进行考虑。并且还要有效提高数据资源的使用率，保证通道能够通常无阻，实现网络的合理组织[13]。骨干网组网的节点为核心节点，其在传输网创建过程中具有重要的作用，其连接的为大车站通信楼，其主要作用就是实现铁路枢纽及大容量中继电站相互联系，从而实现网络通畅。骨干网结构较为稳定，并且技术先进，具有良好的安全性，其电路较为复杂，节点数量较少。骨干网组网一般使用MSTP技术及波分技术，在选择技术过程中要根据业务量决定。汇聚层具有承上启下的作用，其主要目的就是负责区域中业务数据的收集和充分配置，实现这些工作的基础为强大的业务调度能力。汇聚层能够有效解决部分无法解决的问题，比如接入网的跨度较大、光纤的消耗较为严重等，其在组网过程中一般使用RPR技术、波分技术、MSTP技术等，其中应用最为广泛的就是MSTP技术，其能够和传统TDM业务相互兼容，从而有效提高数据的优化能力。接入层的主要目的为实现相应业务的组网，其位置为网络末端，其对技术具有较高的要求，并且成本的波动较大，现代接入层组网技术一般包括RPR技术、MSTP技术和EPON技术。在实现传输层和IP层组网过程中，要使用先进的技术，从而有效降低组网的成本，但是还要和实际情况相互适应。传输网只要在接入层中融入较多的业务接口，以此实现IP业务的快速处理，并且还可以使用大量接口，从而有效降低网络创建的成本，充分发挥网络资源的作用[13-14]。

5结语

光纤通信是铁路通信系统中重要的信息传输技术，在铁路通信过程中具有重要的作用，并且能够有效提高通信行业的不断发展，并且现代的市场需求也在有效促进光纤通信技术的持续进步。并且铁路通信网要能够有效满足业务量的不断提高，以此有效提高服务质量，光纤通信系统也逐渐成为铁路基础承载的主体设备技术，其能够有效提高铁路运输能力，并且提高行车过程中的安全性，对指挥条件进行改善，为铁路传输部门进行准确实时的信息交换，以此有效提高铁路的传输质量。

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作者：刘沛 单位：中国神华能源股份有限公司神朔铁路分公司