光传输技术在管线搬迁项目中的应用与实现

光传输技术在管线搬迁项目中的应用与实现

蔡鑫龙

（上海信管科技发展有限公司  上海  200023）

摘要：随着我国经济的不断发展，日常生活中对通信网络传输的需求和依赖越来越大。光纤通信网络传输技术以其传输速度快、数据传输量大、传输稳定性高等优点，在如今数据通信传输领域得到了广泛的应用。光纤通信网络传输技术的应用价值使用在商用途径，同时也与人们日常生活使用息息相关，随着光纤通信网络传输技术的日益成熟，光纤通信网络的使用范围和传输技术的价值也与日俱增。基于此，文章对光传输技术在管线搬迁项目中的实际应用和存在问题进行了分析，并提出了解决办法，展望了光通信网络传输技术未来的发展趋势。

关键词：光纤通信；网络传输技术；实际应用；发展趋势

引言

现代通信技术的不断发展促进了通信网络的发展，光纤通信网络传输技术的出现彻底改变了电子信息的传输方式，为现代通信的发展奠定了基础。当今信息社会，信息网络已成为人们日常生活中必不可少的一部分，随着依赖和使用频率的增加，对数据传输过程中准确性、稳定性、安全性以及效率等方面提出了更高的要求。光纤通信网络传输技术是能够满足社会各种需求的重要通信网络传输技术之一，因此，对光纤网络传输及其实际应用进行分析具有重要意义。

1 光传输技术原理

该技术只需使用光纤作为传输介质，以此来发射和接受光信号，从而达到数据传输的目的。当发射光发出时，在光纤中产生携带信号的光波，信号由传感单元的电子元件（例如激光传感器）传输和处理，以减少其他因素的干扰，然后发射的光波进入光电探测器并检测到信号。详细运行原理如下图1所示，在实际应用中，光纤多用于数据传输，既可以保证信息传输的速度，又可以保证信息传输过程的稳定性和稳定性。

图1 光纤通信网络传输技术的运行原理示意图

2 传统光传输技术在管线搬迁项目中的实际应用

2.1光交换技术

在通信管线搬迁工程中，采用光纤交换技术，利用光纤的功能来达到网络数据和信号传输的目的，对光信号处理、网络形状设置等进行合理控制，特别是在光信号处理过程中，对线路级、数据包级、比特级等进行合理的控制。根据具体情况选择合适的运行方法。同时结合光器件的实际运行速度要求，选择合适的处理方法，以最大限度地提高带宽利用率。该技术的应用，改变了单一开关的问题，在光电转换过程中，容易出现较大的信号损失，造成交换速度相对较慢，从而使得整个光通信网络的传输效率低下，同时根据网络的实际需求，安装针对性的组网和配网，保证了网络通信的利用率。在具体应用中，OTN交换技术通过切换光信道数据单元ODU来选择合适的处理方法，以最大限度地提高带宽利用率。OTN交换结构如下图2所示，该技术在应用中，根据网络的实际需求有目的地安装，安装类型包括非时隙网络、时隙网络等。目前，光交换技术在我国通信领域得到广泛应用，光交换技术的研究也受到广泛关注。

图2 OTN交换结构

2.2 单纤双向传输技术

单纤双向传输技术是通过使用同一根光纤同时接收和传输光信号的技术，光信号可以在一根光纤中双向发送指令，互不干扰。单纤双向传输技术大大提高了光纤的利用率，使原本需要两根光纤完成的工作，只需一根光纤就能完成，无需准备另一根单独的光纤来接收或者传输光信号。不仅如此，采用双向单纤传输技术能提高光纤传输容量，同时降低被其他设备干扰概率。单纤双向传输系统如下图3、4所示，同波长与不同波长的差别在于2个站端的光收发模块之前。不同波长光无源器件为光波长复用器，同波长则将光波长复用器替换成光环形器。由于单纤双向传输技术对网络硬件设备有更高的要求，尤其是光收发设备，端口要具备支持双向传输数据的功能，因此该技术目前在我国尚未得到广泛应用，仅用于端站的设备。

图3 不同波长单纤双向传输系统

图4 同波长单纤双向传输系统

2.3 波分复用技术WDM

在通信管线搬迁工程中，通过采用波分复用技术，在单根光纤中传输两个或几个不同波长或不同频率的光信号，利用不同的波长产生不同的频率实现各种信号传输过程中相互不发生干扰，通过耦合方式实现信号间的隔离，保证网络传输的质量。由于光波属于电磁波的一部分，一个光的频率对应一定的波长，因此波分复用技术可以利用有限的光纤带宽资源来提高传输容量，使一根光纤在传输过程中起到几根甚至几十根光纤的作用，由于在同一根光纤中传输的光信号的波长相互隔离、互不干扰、相互独立，因此可以传输不同特性的信号，并且可以同时进行合成和分离不同的光信号。波分复用技术的另一个特点是波分复用通道对于传输数据的格式是“透明”的，这意味着它与传输信号速率和信号调制方式无关。该技术的有效应用可以有效地恢复原始信号。在实际传输中，技术的应用相对灵活，对于不同宽度和形状的波长，如密集波、稀疏波等，密集波分复用系统结构如下图5所示，可以选择不同的间隔方式，并采用有针对性的激光模式冷却，让它们在光纤中发生和谐传输，然后使用解复用器产生不同波长的信号，以方便不同设备的接收和连接。

图5 DWDM系统结构图

2.4光孤子通信技术

在通信管线搬迁工程中，采用光孤子通信技术，在光纤传输过程中，采用能量补偿方式，波幅和波宽都不会变化，在长距离的传输下，依旧能够保持原有的波形、幅度和速度，从而产生光孤子传输，主要解决了光纤传输过程中的色散问题，基本结构如下图6所示。光孤子是一种理想的光脉冲，因为它们非常窄并且脉冲宽度处于皮秒级别，在理想条件下，光脉冲可以在光纤中不受任何的干扰而不发生失真，光脉冲可以在光纤中无限制地无畸变传输，利用光孤子进行通信具有非常大的传输容量，可以说是几乎没有限制，并且误码率低、抗干扰能力强。当然随着传输距离的增加，光孤子的幅度呈指数衰减，当损耗超过一定限度时，光孤子无法补偿色散效应，导致响应特性损失，因此，光功率在一定距离处被放大。光孤子通信与直线光纤通信相比具有许多优势，能够在保证零误码的前提下，使中继过程简化为绝热放大，简化了光纤通信网络传输中的链路，提高了传输的效率和稳定性，具有高效、简便、经济的特点，在保真度和长距离传输等方面也有着良好的表现。

图6 光孤子通信系统基本结构

3 光传输技术在管线搬迁项目中存在的问题及解决办法

（1）信息存储量不足。如今通信网络传输过程中，绝大部分都采用双模或单模光纤。两类光纤的特点也非常明显，单模光纤的信息传输距离更长，但其造价也相对更贵，双模光纤一般用于短距离传输。随着社会对网络速度和信息容量的需求不断提高，需要进一步提高通信技术的容量，并尽可能降低建设成本，以满足未来光纤通信发展的需要。可采用空分复用技术实现空间维度上的多路复用，从而进一步提高光纤的传输容量、传输效率和带宽资源利用率，使用多芯光纤实现空间维度上的多路复用，另外通过空间分割多路复用器件实现空间维度上的多路复用。光学波导或光栅等空间分割多路复用器件可以将光信号分成不同的空间通道进行传输。而每个空间通道都可以传输独立的信号，从而实现多路复用。通过采用空分复用技术，可以使光纤实现更高的传输容量，满足大规模的数据传输需求。空分复用技术将为光传输技术提供更大的发展空间，以应对未来更高速率和更大容量的通信需求。

（2）主干线建设进展缓慢。目前光纤通信行业的发展中，长途线路需要采用更能适应长距离传输的单模光纤，光纤的主要型号与过去所使用的又有所不同。而且由于主干线路大多需要大范围、长距离的室外敷设，所以现阶段基本采用分布式光纤，同时主干光缆的结构也发生了变化，不再采用紧套层绞和骨架结构。要改善这一现象，需要加大局域网、城域网、广域网的基础设施建设力度，满足城市范围内以及城市与城市之间的数据交换和通信需求。进行需求分析，了解并充分利用城市现有的光纤网络及通信塔等，制定详细的网络拓扑和架构方案，然后有优先级的对主干线加快建设。

（3）光纤接入技术有待完善。信息通信传输业务现在有非常大的市场，很多业务企业的发展都贴近网络，与过去相比，公众不仅希望通话好，还需要接收高质量的视频。电话通话和网络通信，业务在不断增长，技术工艺也在不断完善，当前应该从技术研发着手研究，满足业务多样化的接入需求，可以利用Li-Fi技术通过光线传输数据的无线通信技术，可与光纤接入网实现融合，提供新型、告诉且环保的通信方式，能更好地实现动态带宽分配且能大大增加通信安全性，保护用户隐私，这是光纤接入技术最新研究突破的关键。要实现上述目标，需要投入更多的人力、财力、花费大量时间对相关关键技术进行突破和创新，这给光纤通信网络传输技术的发展带来了更大的困难和挑战。

除了以上的问题和建议，为解决光纤通信网络传输过程中技术问题和难点，目前的解决方案是在光纤通信网络传输过程中采用600G超高速光网络，运用最新一代光传输系统平台，通过oDSP芯片以及光网AI神经元模块，不但能够支持单波100G-600G速率可调，频谱效率最高更是可达8bit/s/Hz，同时采用了全新的信道匹配整形技术（Channel-Matched Shaping，简称CMS），使得传输系统能够自动匹配现网信道环境，补偿各类真实信道损伤，提升传输链路的等效带宽，匹配高速传输信道需求，能够最大幅度优化频谱效率，实现400G/600G的高性能传输，单根光纤容量提升50%达到40T，传输距离提升30%-50%，达到目前最优的传输性能水平，能够大幅降低系统功耗（单位比特功耗下降30%），从而帮助运营商持续推动光纤价值最大化，实现光网络的自主优化、主动保护、提前预警等功能，同时帮助各家运营商进一步提升网络运营效率，大幅降低网络拥有成本总额，使运营商由传统网络向意图驱动的智简网络平滑演进。             

4 光传输技术未来发展趋势

4.1实现超大容量传输

当今时代，通信网络传输的数据量非常巨大，这给数据的存储和传输带来了巨大的压力和负担。虽然目前的通信技术可以满足绝大多数大容量数据传输的需求，但着眼于未来的信息通信发展，现有的通信网络传输技术要应对未来超大容量数据传输还是存在困难。因此更加要不断提升光纤的传输效率和承载能力来实现超大容量传输，提高和扩容光纤传输数据量。据统计，目前光纤通信传输的使用效率仍然不高，在技术发展趋势中，超大规模、超大容量的数据传输将在未来市场中占据巨大的份额，优势也将会非常明显。

4.2完善光孤子通信

光孤通信技术已经能做到长距离数据传输过程中，在光纤中不受外界因素干扰从而产生失真等情况，同时可以通过中继过程中的绝热放大，简化通信传输过程中的中间环节，大大降低了信号衰减问题，从而大大提升光纤的传输效率和传输过程中的稳定性。因此，在未来光纤通信的发展，需要着重对光孤子通信成形技术、重定时技术等进行进一步的创新和技术集成，以实现更远距离的光纤通信传输。

4.3构建全光网络

随着光纤通信网络传输技术的发展，目前所有光纤通信数据传输都是需要先行进行光电转换，通过电-光-电的两次转换获得最终的电信号，每次转换都需要电气设备才能完成。虽然通过该方式在数据传输量和功能上都有较多优点，也能满足目前的业务需求，但存在灵活性差的弊端，而且依旧采用定点传输的通信方式。在未来通过传输技术发展，可以构建全光网络，如图7所示，将数据信息以波长为基准进行通信传输，不需要进行光电转换，，也不需要借助电气设备，通过光波直接进行信息传输，以实现传输数据量和传输效率的提升。

图7 全光网络组网结构

5 结束语

总而言之，网络传输技术的发展直接影响着社会的发展以及当今信息社会人们的生活和工作，因此很有必要立足现如今现有网络传输技术的基础上进一步加强对光纤通信网络传输技术发展趋势的研究和试验。针对当前信息通信技术发展中存在的问题进行创新，从如何实现超大容量传输、完善光弧子通信、构建全光网络等多个技术发展趋势着手，努力提升光纤通信网络传输数据量和传输效率、质量，从而为广大通信用户提供更好的网络服务，更好地促进我国通信信息建设的发展。

参考文献

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