光纤通信系统中光传输技术及维护

路新惠

（河南工业贸易职业学院 汽车工程学院，河南 郑州 450000）

0 引 言

光传输技术具有通信容量大和频带宽等优势。传统的电缆光纤带宽较窄，且以往单波长通信系统受终端设备的限制无法充分发挥带宽的作用，而光传输技术可以有效解决此问题，因此被广泛应用于通信领域。从光传输技术的应用实际分析，虽然其具有一定的优势，但也存在缺陷与不足。做好日常维护管理，使光传输保持最佳的服务状态，对保障光纤通信系统安全稳定运行有着重要的意义。

1 光传输技术的概述

光传输技术的应用优势具体体现在采用的通信方法与传输层面。光传输技术使用的光波具有相对频率较高的优势，能够传输很多信息。此外，光纤通信系统中采用的光传输技术主要是在信号的传输侧将传输的信号转换为点信号。激光束的强度随着电信号的频率发生变化，信号传输到激光束，经过转换后成为光信号并被传输到接收侧，然后通过端口中的检测器装置再转化为电信号，且解码之后还可以恢复到原始的信息状态。图1为常见的光传输系统结构图。

图1 光传输系统结构图

2 光纤通信系统中光传输技术应用实例分析

2.1 总体方案

在构建的光纤系统中，各个组件的累加损耗在保障性能的基础上应该足够低，以符合探测器的阈值要求。搭建的模拟系统拥有较高的信噪比（Signal Noise Ratio，SNR）。除此之外，组件的组合要提供充足的带宽，支持通过高调制频率。基于此，在设计环节需要做好单个器件的损耗与带宽分析，同时计算整个系统的功率分配及带宽预算。

2.2 系统规格

初始方案中，光纤通信系统的设计以点对点视频系统为例，电视广播视频信号的带宽是6 MHz，按照要求SNR要达到50 dB。

2.2.1 负载电阻计算

已知PIN-PD的电容Cd与传输带宽f3dB，根据f3dB=1/(2πRLCd)能够计算得到负载电阻RL，经计算得RL=5 305 Ω，取近似值为5 100 Ω。

2.2.2 功率预算

按照SNR标准方程计算平均光功率。选择PINPD当作光电探测器，假设使用的是热噪声限系统，调制系数m选择为100%，SNR方程可以简化为：

由于设置了放大器，因此会产生噪声，通过将实际温度T替换为等效噪声温度Te。设定环境温度T为300 K，放大器噪声系数F为2，那么Te=FT=600 K，又已知PD响应率p为0.5 A/W，经过计算平均光功率P=6 μW[1]。

2.2.3 平均光电流计算

平均光功率为6 μW，再进行计算获得PID-PD的平均光电流为3 μA，远远超过暗电流，所以系统中暗电流的影响可忽略。计算热噪声电流均方值，结果为40.514 4 nA，散粒噪声电流均方值结果为5.990 4 nA。通过综合分析可得出，热噪声功率大约为散粒噪声功率的7倍，符合之前采用热噪声限模型的预设。根据整体分析，预测平均光电流结果为3 μA时，系统运行没有驱动探测器进入到非线性区，最大饱和电流等于偏置电压和负载电阻比。当偏压为5 V时，最大允许电流值为9.80 μA，超过了3 μA，此时系统不会出现饱和问题。

2.3 详细方案

2.3.1 功率分配和链路长度计算

光纤通信系统设计还需要进行功率分配及链路长度计算。本次使用dBm单位开展功率计算，光源功率为0 dBm（1 mW），探测器装置功率为-22.2 dBm（6 μW），也就是从光源到光探测器之间各个组件总损耗不可以＞22.2 dB[2]。如果光纤路线仅配置两个连接器，一个布置在发射机，另一个布置在接收机，分别存在1 dB损耗。基于此，预留给SI光纤的损耗大约为7.4 dB，而预留给GRIN光纤的损耗大约为4.4 dB。在850 mm位置的衰减结果为5 dB/km，使得SI光纤的长度只能为1.48 km，并且1 km长度的光纤还剩下2.4 dB的空间。GRIN光纤的最大链路长度大约为880 m。

2.3.2 带宽预算

对于带宽预算，需要结合光源、光纤以及光探测器等开展综合计算，一般是结合上升时间与带宽信息开展系统的初始设计。经过计算，PIN-PD的上升时间tPD为55.8 ns。PD的上升时间远远超过传统的器件转移时间限制，即约1 ns。此案例中设计的系统，接收机电路只占据了大部分的上升时间预算，采取此分配方案能够有效降低负载电阻Rl，LED的上升时间结果为12 ns。设计时分析光纤的宽带，距离允许之前还需要做好相关问题的分析，如截止频率为电功率降低到最大值一半时的带宽。

3 光纤通信系统中光传输技术的维护策略

3.1 光传输技术应用常见问题

从光纤传输系统的应用实践分析，通信系统实际运行时极易受到各类问题的影响，如设备更换等。如果光传输设备保持正常运行状态时更换通信塔，那么将会给整个通信系统的稳定运行带来影响[3]。此外，若运行环境存在杂物或尘土等，则会影响光传输设备的传输效率，缩短设备使用寿命[4]。

3.2 光传输技术的应用维护办法

3.2.1 保证系统设备稳定运行

从设备运行的角度分析，为保障光纤通信系统安全运行，必须要保障光传输设备处于正常安全工作状态[5]。图2为光纤设备的常见布置情况。日常维护管理中，要配置相应的设备，防范病毒入侵，使光纤通信设备处于正常状态，进而发挥其价值与作用。当光纤系统设备出现故障时，系统设置的警报器会立即提示，维护工作人员需要及时采取处理措施，否则会造成严重的后果[6]。设备的集中维护管理以保障设备不出现问题为原则，做好全面严格的控制。此外，负责光纤通信系统运行维护的人员需要掌握相应的知识与技能，高质量推进各项工作与任务落实，切实保障通信系统安全稳定运行。组建专门的工作团队，负责通信设备的维护，保障系统的安全运行[7]。

图2 光纤设备的布置图

3.2.2 强化运行人员的工作内容

根据光纤通信设备运行管理标准和要求，对设备运行环境的构建要做好全面严格的把控，确保设备处于合适的运行环境，切实保障光纤通信系统稳定运行。日常工作中要定期打扫机房，对积落的灰尘与垃圾等要做好处理，使机房保持清洁状态，避免给设备运行带来影响[8]。除此之外，要控制好整个机房内部的温湿度，并做好防静电工作，运行管理人员必须要规范操作，佩戴防静电手套，推动防护工作安全有序开展[9]。

3.2.3 做好运行人员的业务培训

光纤通信系统运行管理工作的开展与落实由专业人员负责，他们必须要掌握相应的知识与技能，切实保障维护管理工作落实到位，充分发挥光传输技术的应用价值。日常管理实践中，对负责光纤通信系统运行管理工作的人员定期开展业务培训，加大对维护管理工作开展情况的评估力度，分析工作中存在的不足，提出优化改进措施，保障光纤通信系统安全稳定运行[10]。

4 结 论

光纤通信系统中光传输技术发挥着重要的作用，文中结合实例对光纤通信系统的设计展开了论述，并总结了设计的要点。除了构建高水平的光纤通信系统外，还要做好光传输技术应用的维护管理工作，保障技术应用价值的实现。此外，对设备和人员等要做好全面严格的把控，保证光纤通信系统安全稳定运行，积极探索有效的技术应用办法，提高通信水平。