太原—石家庄间铁路通信光缆线路系统设计

周五成

(忻州市四八四四电视转播台，山西忻州036200)

为适应形势，我国电信、联通、网通等几家经营电信业务的公司迅速发展起来，组建了许多先进的光纤通信系统，而铁道光纤通信发展速度明显滞后。我国国土幅员辽阔，铁路网络四通八达，铁路建设正朝现代化方向迈进。为保证铁路列车的高速化和准高速化进程，为使铁道光纤通信网能优质、高效、安全地运行，更好地服务于铁路运输，增强与网通、联通、移动等公司的竞争力，迫切需要建立一个功能完善、技术先进的铁路通信网。旅客也需在列车上享受如同在现代家庭和办公室环境下的信息交流。目前铁路通信网提供的传统电话业务早已不能满足这种要求。铁路信息系统的建设正在全面的展开，对铁路通信业务和服务提出了更新、更高的要求，不仅需要电话业务，而且大量需要数据业务和图像业务。因此，采用先进的、现代化的有线和无线通信的传输和接入方式，是任何通信业务发展的保障。

1 设计初衷

基于铁道部在未来几年内建成可覆盖全国大中城市的铁路互联网。各种固定设施之间的通信方式，首选方案是采用SDH传输设备进行组建，同时应考虑采用ATM交换以及网络IP通信等先进技术来构成通信主干网及光纤用户接入网。使其高速、安全、传输质量高的特点以及其具备的自愈功能，来大大的提高系统的可靠性。为此，进行了本次设计。

2 系统的构成

2.1 通信传输网的构成

这次设计干局网均采用光波分复用同步数字传输系统，λ1(1 544 nm)用于铁路专用通信网，λ2(1546nm)用于民用等非专用通信网，同时考虑近期全路长途自动电话组网、分组交换数据网、可视电话会议、非话业务及其它非专用业务的需要，通信传输网按三层结构组网，分为干线网、中继网和接入网。

2.2 干线网

本设计在太原—石家庄间开通2×622 Mb/s(1+1)光同步数字传输系统，系统工作波长为1 544 nm及1 546 nm，采用1+1方式保护，用于组织铁道部与铁路局、铁路局与分局间的传输通道，而λ2系统则用于非专用业务的长途传输。本系统在太原设STM－4ADM，用于组织通路的转接及上、下，在石家庄设STM－4TM，在阳泉设掺铒光纤放大器EDFA，直接进行光放大。

2.3 中继网

本设计在太原—石家庄间开通2×155 Mb/s(1+1)光同步数字传输系统，系统工作波长为1 544 nm及1 546 nm，采用1+1方式保护，在太原、榆次、寿阳、阳泉、娘子关、井陉、石家庄设STM－1ADM，λ1系统用于提供分枢纽与大站间的通信传输通道，满足沿线长途自动组网、区段遥控话路和数据传输通道的需要，并在榆次、寿阳、阳泉、井陉与接入网设备构成2M通路保护，同时该系统的部分话路可与1 544 nm波长622 Mb/s干线传输系统的通道互为备用。1 546 nm波长155 Mb/s系统用于区间大站间非专用业务的传输。

2.4 接入网

本设计在鸣李至阳泉间开通2×155 Mb/s光接入系统，在榆次设DLT，在鸣李至阳泉间其它站设ONU，光接入系统具有丰富的业务及用户接口，可充分利用现有的网络资源，提供话音、数据、图像等各种电信业务。本设计所涉及的光接入系统提供模拟用户接口，满足沿线各中间站用户自动电话的需求，还提供多个2B+D接口、64 kb/s数字接口，为铁路各种信息管理系统(MIC)、调度监督、红外线轴温测试等提供数据通道，以接入沿线中间站的终端用户。同时该接入系统提供音频二/四线接口，为铁路各种调度、专用系统的接入预留了条件。在各中间站均可提供2 Mb/s数字通道，满足高速数据通信的需要。

1 546 nm波长155 Mb/s光接入系统，主要为沿线乡村、城镇的人民群众提供电话、电报、传真、电视等业务。

3 太原—石家庄间SDH光缆线路系统设计

3.1 SDH光缆线路系统各部分的选型

3.1.1光波复用技术的选择

光波复用技术通常有三种，光波分复用(OWDM)，光频分复用(OFDM)，光时分复用(OTDM)，目前因OWDM技术最成熟，实现较容易，得到广泛应用，本设计将采用OWDM技术，所复用的两波长分别为1 544 nm和1 546 nm，各波长所开通的用途见系统的构成。

OWDM主要技术特点:

(1)充分利用光纤的低损耗波段，增强光纤的传输容量，降低成本。

(2)可同时传输多种不同类型的信号，实现多媒体信号混合传输。

(3)可实现单根光纤双向传输，节省大量线路投资。

(4)对已建成的光纤通信系统扩容方便，只要原系统功率富余度较大，可进一步增容，而不必对原系统做大的改动。

(5)使用OWDM技术可降低对一些器件性能上的极高要求，同时又实现大容量传输。本次设计OWDM系统将采用光双路复用单纤传输形式，如图1:

图1 光双路复用单纤传输图标

3.1.2光中继器的选择

(1)传统的光中继器(原理)如图2:

图2 光中继器原理图

从图2中可看出，传统的光/电/光变换和处理方式既增加了中继设备的复杂性，又降低了通信的可靠性，已满足不了现代通信传输的要求。

(2)本设计中，将采用掺铒光纤放大器EDFA对光信号进行中继传输。

EDFA的工作原理:

EDFA主要由掺铒光纤(EDF)、泵浦光源、耦合器、隔离器、滤波器等组成，如图3:

图3 EDFA的工作原理图

光耦合器的作用是将信号光和泵浦光合在一起，一般采用波分复用器实现，光隔离器的作用是抑制光反射，以确保光放大器工作稳定，对它的要求是插入损耗低，与偏振无关，隔离度优于40 dB。

当较弱的信号光与较强的泵浦光一起进入EDFA时，泵浦光激活EDF中的铒离子，在信号光子的感应下，铒离子产生受激辐射，将一模一样的光子注入进信号光中，完成放大作用。光滤波器是用来降低ASE噪声对系统的影响。

EDFA主要优点:高增益、低噪声、能放大不同速率和调制方式的信号，且能在近几十纳米范围内同时放大多波长信号，对偏振不敏感等。

(3)本设计中EDFA主要性能:

光增益40 dB 最大输出功率+15 dBm

噪声指数5.5 dB 工作带宽40 nm

工作波长1 530～1 570 nm 泵浦波长1 480 nm

工作温度0～50℃

(4)EDFA在本设计中的应用形式

在三个地点使用了EDFA，太原通信站的EDFA主要作用是功率放大，即将EDFA放在发射光源之后对信号进行放大的应用形式，因增强了注入光纤的光功率，从而延长了传输距离。阳泉通信站的EDFA用作“在线放大”，即指将EDFA直接插入到光纤传输链路中对信号进行放大，以代替原光电光中继器的应用形式。石家庄通信站的EDFA用作“前置放大”，即指将EDFA放在光接收机的前面，可大大提高光接收机的接收灵敏度的应用形式。

3.1.3光纤光缆的选择

(1)因本系统采用了OWDM及EDFA技术，则G.655光纤成为必然选择，这是因为:G.653光纤虽在单波长长距离通信中有很大的优越性，但当在DSF线路中采用EDFA以加长传输距离时，因光纤中传播的光功率密度大大增加了，从而引起非线性效应，降低了系统的性能质量，尤其在应用于WDM系统时，因相互作用的各光波具有相同的传播相位，“四波混频”现象非常严重，所产生的新波长往往与某一传输波长相同，明显降低了多波长WDM系统的传输质量。而G.655光纤(NIDF)与G.653相比，除零色散点移动外，其余特性相同，在1 550 nm波长处具有最小损耗和色散，虽色散系数不为零，但与G.652光纤相比已大大降低，缓解了色散受限距离，更主要的是在低色散和低损耗波段区方便地开通多波长WDM系统，而不受FWM的影响。

(2)G.655光纤的特点:将DSF的零色散点进行了移动，使1 540～1 565 nm范围内色散值保持在 1.0～4.0 Ps/nm·km，避开了零色散区，但又保持了较小的色散值，而零色散点设在1 550 nm以下或以上较短波长范围内(如1 500 nm或1 520 nm)。

(3)本设计GYTA53－24B4直埋光缆，其中1－4芯用于干线网，5－8芯用于中继网，9－16芯用于接入网，17－24芯备用。

B4为G.655光纤，主要性能指标如下:

模场直径(1 550 nm)(μm)9.2 －10.0

1 530～1 565色散(Ps/nm·km)2.0≤D≤6.0

截止波长(nm)λcc≤1 480

衰减系数(1 550 nm)(dB/km)≤0.22

3.2 太原—石家庄间SDH光缆线路系统中继距离的确定

(1)622 Mb/s和155 Mb/s光同步数字传输系统的光再生中继距离根据光纤的衰耗和色散来确定，根据目前国内外光传输设备和光缆的技术水平，光再生中继距离的计算取表1中的参数。

表1 光再生中继距离参数表

由此表可知，满足色散要求的光中继段长度为:

2 400/6=400 km，但由于采用了EDFA等原因，系统总色散会增加，使中继段长度稍短于400 km，而本次设计的系统最大中继距离才100多km，所以光中继距离仅取决于中继段的光纤衰耗。

(2)根据上表参数，本设计系统所能达到的最大中继距离STM－4为:

STM－1为:

经核算，本次设计的中继距离均符合要求。

3.3 光缆网及径路设计

3.3.1光缆网

本设计由太原通信站经榆次、寿阳、阳泉、井陉至石家庄通信站敷设一条24芯单模通信光缆，型号为GYTA53－24B4，设计长度为 258.72 km。

3.3.2区间光缆径路

原则上在铁路坡脚外铁路用地范围内敷设，特殊困难地段沿铁路路肩敷设，光缆过隧道时由隧道内通过，过河时，从桥上通过，不设水下光缆。

3.3.3光缆机械防护

(1)光缆穿越铁路、公路、交通繁忙要道时，采用顶管施工方式，选用钢管内置塑料子管防护。

(2)穿越梯田、沟坎及沟渠陡坡时采取石砌护坎或三七土坡保护措施，防止水土流失。

(3)光缆通过桥、涵、路肩及特殊地段时，小桥涵以钢管防护，特大、大、中桥敷设于预设的电缆槽内，光缆在特殊地段，采用阻燃复合槽、水泥槽或钢管内套塑料子管防护。

(4)光缆过隧道时采用角钢对扣或利用既有电缆槽防护。

(5)光缆接头采用接头盖板防护。

3.3.4光缆电气防护

因石太线为电气化区段，所以光缆接头处金属护层、铠装钢带及加强芯均应不连通，采用全悬浮方式，只在通信站及中间站通信机械室设地线。

3.3.5引入终端

电气化区段光缆引入通信站引入室后，宜换接室内光缆，并应做绝缘接头或气闭绝缘接头，室内、室外金属护层及金属加强件应断开，彼此绝缘。当采用本缆直接引入时，应做室内外绝缘，而光纤在绝缘接头中通过。

3.3.6光缆余留

光缆过桥等余留均应按《铁路通信设计规范》(TB0006－99)进行。

由于此次设计主要为SDH系统模拟设计，因此线路图没有画出，仅说明径路设计的原则。

4 结束语

此次设计主要采用SDH传输设备进行组建，同时应考虑采用ATM交换以及网络IP通信等先进技术来构成通信主干网及光纤用户接入网。这是对通讯技术与铁路建设的一次大融合、大协调，同时也把通讯技术向更深领域推广，使其高速、安全、传输质量高的特点以及其具备的自愈功能，来大大地提高系统的可靠性。为此，进行了本次设计。由于本人水平有限，设计过程难免有错，恳请各位专家及读者批评指正。

［1］叶英.铁路接入网的现状与发展［J］.通信世界，2000(8):65－66.

［2］赵占好.同步数字体系SDH技术及其应用［M］.北京:中国铁道出版社，2000.

［3］TB 10006－99，铁路通信设计规范［S］.中华人民共和国行业标准，1999.6.

［4］TB 10219－99，铁路光缆通信同步数字系列(SDH)工程施工规范［S］.中华人民共和国行业标准，1999.6.