光纤通信技术在铁路通信系统中的应用及发展

罗文浩

摘 要 近些年来，我国铁路建设有了很大的发展，而铁路通信系统也亟待升级。在铁路通信系统中应用光纤通信技术，不仅可以加快铁路通信信号传送速度，而且有利于推动铁路通信系统的数字化和智能化建设。文章将阐述在铁路通信系统中应用光纤通信技术。

关键词 光纤通信技术；铁路通信系统；应用；发展

中图分类号 TN91 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2018）224-0091-02

自改革开放以来，我国铁路建设不断加速：1978年，我国只有电气化铁路营业里程仅为1千千米，全国铁路营业里程不足5万千米；1996年，我国电气化铁路营业里程突破1万千米，全国铁路营业里程达到5.67万千米；2006年，我国电气化铁路营业里程增长到2.34万千米，全国铁路营业里程达到7.71万千米[ 1 ]；2017年，我国电气化铁路营业里程增长到8.7万千米，全国铁路营业里程达到12.7万千米。

尽管我国铁路建设取得了很大的发展，但铁路通信系统尚未实现智能化与数字化，一些铁路通信传输网设备陈旧（在网运行时间接近或超过10年），设备型号早已停产（一些生产厂家甚至已经破产多年），在网设备故障率不断上升；很多设备制式陈旧，接口单一，无法兼容。铁路通信系统是整个铁路系统的神经与大脑，老化的铁路通信系统无法为高速度、高密度、重载荷的铁路运输业服务，甚至难以保证铁路运输的安全。我们认为，非常有必要在铁路通信系统中应用光纤通信技术。

1 光纤通信技术

过去，人们依靠有线电话进行有线通信，但有线电话通信容量少，且容易串音；随着技术进步，无线通信逐渐取代有线通信，智能手机逐步淘汰了有线电话，但无线通信安全保密性较差，传输信号易受电磁波的干扰，通信效果较差；随着大数据时代到来，传统的无线通信、电缆通信无法满足人们大容量高速度传送信息的要求，光纤通信技术随之应运而生。

光纤通信技术耗能低、传输速度快、抗电磁干扰能力强，可以在短时间传递海量信息。目前，电力、广播电视、互联网等各领域，已经广泛运用光纤通信技术。

光纤通信是以光纤（光导玻璃纤维）为传输媒介，以光波为信号载体的一种通信方式。目前光纤通信使用的光波频率比微波频率高出1？000倍～10？000倍，因而可以增加1？000倍～10？000倍通信容量，一根细如发丝的光纤可以同时传输24万个话路，而一根同轴电缆只能同时传输几千个话路，微波通信也只能同时传输1万个话路[ 2 ]。

光纤选用石英作材料，玻璃介质的纯净度极高，在传输过程中信号的损耗衰减极低（当光波长λ=1.55μm，衰减可降至0.2dB/km）；石英绝缘性能好，抗电磁干扰能力强，这是无线通信所不能比拟的；且光纤不会锈蚀，耐高温、耐高压，化学稳定性好。在光纤通信过程中，光波信号不可能跑出光纤，因此光纤通信安全保密。

光纤通信系统由电端机、光发送端机、信道（光纤线路、中继器）、光接收端机以及无源器件组成。光纤通信的原理是：在发送端利用电端机把需要传送的信息数据（如话音、图像）转变成电信号，实现数字复接，然后调制到光发送端机发出的光束上，变电信号为光信号（光束强度随电信号频率变化而变化），再将光信号送入信道（光纤）经过光的全反射原理传送；在接收端的光接收端机检测器收到光信号后，再用电端机将光信号变换成电信号，经解调后恢复原信息。

2 光纤通信技术在铁路通信系统中的应用

铁路通信系统线路长、投资成本高、建设难度大。在计划时代，铁路通信系统以电缆为主，无线为辅；但我国缺乏铜矿，难以为电线通信网提供充足的材料；而铁路无线通信又易受电气化铁路的电磁干扰，这些问题一直长期困扰着铁路通信系统建设。

1970年代末，美、日、德等发达国家开始在铁路通信中应用光纤通信技术，引起我国铁路通信技术人员的注意。1980年代初期，原铁道部启动铁路光缆、数字通信的研究试点。1980年在北京东郊环行线进行了首次光纤通信抗电气化铁路电磁干扰试验，取得了良好效果。1988年原铁道部修订《铁路主要技术政策》，将“铁路通信系统电缆为主、无线为辅”修改为“大力发展光缆”；1994年，原铁道部再次修订《铁路主要技术政策》，提出“干线铁路通信以光缆传输为主”。

光纤通信技术在国内铁路通信系统中的应用经历了3个阶段，在应用中逐步走向成熟。

2.1 PDH光纤通信技术

1980年代，大秦铁路在国内首次应用PDH准同步数字系列光纤通信技术。大秦铁路采用8芯单模光缆，沿铁路线配置PDH设备，有6处通信站，14处中间通信站，构建了我国第一条长途干线光纤通信系统。其后，1988年，北京-保定段光数字通信工程建成；1989年，重庆铁路枢纽综合光缆工程建成，都采用了PDH技术。

PDH光纤通信系统在数字通信网的每个节点上都设备有高精度时钟，但这些时钟的信号还是有一些细微的差别，不能实现完全同步，故名“准同步”。PDH系统主要为话音业务设计，传输线路为点对点连接。

随着时代的演进，铁路通信网络日趋复杂，而PDH点对点传输方式缺乏网络拓扑的灵活性；且随着通信业务的发展，铁路通信系统需要传送的信息日益多元化，不仅需要传送话音，而且需要传送文字、数字、图像、视频，而PDH技术却无法傳送多元化信息[ 3 ]；因此，SDH光纤通信技术逐渐取代PDH。

2.2 SDH光纤通信技术

SDH光纤通信技术实现了数字信息化同步转化，SDH采用统一的接口与统一的比特率，大大加强了网络管理能力，且具有很好的横向兼容性（与PDH完全兼容并容纳其它各种业务信号）；SDH采用多种网络拓扑结构，其组成的网络非常灵活，并首次应用“自愈网”功能（无需人为干预，SDH网络也能在极短时间内从失效故障中自动恢复通信业务）；误码少，联网成本低。

1990年代，铁道部在设计广深、京九、郑徐、兰新、合九、京沈等线光缆数字通信系统时，决定引入SDH技术；2009年，赣韶铁路在国内首次应用SDH光纤通信技术；沿铁路线铺设20芯光缆，并连接赣韶铁路沿线的接收设备，构建了我国第一条SDH铁路光纤通信系统。而京九铁路通信干线全段采用20芯光缆，全长2？500千米，是我国最长的SDH光数字通信线路。

但SDH系统在传输信号过程中要加入大量用于OAM功能的开销字节，占用的传输频带大于PDH信号的传输频带；指针调整机理复杂，滤除抖动较为困难；系统安全性较低，信号传输的稳定性也存在不足；因此，人们又开始研发新的光纤通信技术。

2.3 DWDM光纖通信技术

DWDM，即密集型光波复用，简单地说，就是在一根光纤中，多路复用单个光纤载波的紧密光谱间距，把不同的光波波长同时进行组合和传输。PDH与SDH传输光信号的方式都是“一纤一波”，而DWDM传输光信号的方式是“一纤N波”，这样就变一根光纤为多条虚拟光纤，最大限度地利用了光纤的传输性能；增加了传输容量（与单波长传输相比，DWDM技术可以将传输容量增加几百倍），提高了传输速度，并节约了大量设备成本。

1990年代，DWDM投入商用。2000年以来，铁路通信系统引入DWDM光纤通信技术，相继建成京沪穗、东南、东北、西南、西北五大DWDM光传输网络环，覆盖我国“八纵八横”铁路网。2002年4月，西北环DWDM传送网投入试运行，该网沿京广线、包兰线、京包线、承海线、石太线、宝中线覆盖六个省、三个自治区及一个直辖市，长度超过1万千米；其每对光纤复合40波光通道，每个光通道又可承载每秒10GB的通信容量，大幅增加了光纤传输容量[ 4 ]。

3 结论

今天，我国铁路通信系统正在向智能化、数字化、宽带化、多元化方向发展。而我们也需要研究如何在铁路通信系统中推广、应用光纤通信技术，以进一步提升铁路通信能力，推动铁路通信系统转型升级。

参考文献

[1]王里.光纤通信技术在铁路通信系统中的应用浅析[J].数字通信世界，2018（4）：187.

[2]贺焕芝.刍议光纤通信技术在铁路通信系统中的应用[J].中国新通信，2016，18（16）：122.

[3]何静涛.试论光纤通信技术在铁路通信系统中的应用[J].中国新通信，2016，18（1）：120-121.

[4]赵克河.光纤通信技术在铁路通信系统中的应用[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2014（1）：299-300.