基于波分复用的新型光纤收发装置的研究

张维锡 李凤勤

【摘要】变电站通信信号的光电转换过程中，采用了大量的光纤收发器，多个设备杂乱陈列，非常不利于通信配置和管理。尤其是当遇到恶劣雷雨天气，还容易导致雷击破坏。通过集成波分复用的光纤收发器，并开发出带防雷模块的收发器，很好的解决了这个问题，极大的提升变电站的通信维护质量，降低了运营成本。

【关键词】波分复用 光纤收发器 防雷

“大数据”时代的来临，对通信网络的传输容量，业务多样性和灵活性的要求越来越高。如何提高通信系统的性能，有效地增加带宽，满足不断增长的业务需求，是下一代通信网络亟待解决的问题。

面对市场对高速，大容量的需求，光纤以其低廉的成本、优良的带宽特性、强有力的抗电磁干扰特性，无疑成为市场的首选方案。因此，近年来，各种新技术应用于光纤网络中。波分复用技术以其易于实现传输信号的多元化和能充分利用光纤的传输带宽的巨大优势，在光纤通信的发展中备受青睐。

目前，光纤收发装置随着光纤通信网络的扩大而被大量使用。但在实际工程应用中，对光纤收发装置的手动操作和更换，都可能带来故障隐患。而在天气情况恶劣的情况下，光纤收发器本身的防雷效率高低极大地影响通信网络的正常运作。

一、波分复用

在一根光纤中通过采用频分复用或者时分复用的方式，同时传输多个波长的光载波信号，每一个光载波分别承载多路模拟信号或数字信号。在发送端将不同波长的光信号组合（复用）起来，耦合到光缆线路中的同一根光纤中进行传输;然后，在接收端又将这些组合在一起的不同波长的信号分开（解复用），经过进一步处理，恢复出原始信号后送入不同终端。

根据信道间隔的大小，波分复用技术目前主要分为三种：稀疏的波分复用、密集的波分复用和致密的波分复用。其中致密的波分复用技术也叫做光频分复用（ PFDM）。波分复用技术对网络的扩容升级，发展宽带业务，挖掘光纤带宽，实现超高速通信等都具有非常重要的意义，尤其是具备掺铒光纤放大器的WDM对现代的信息网络具有更强大的吸引力。

二、光纤收发器

在以太网中，光纤收发器的作用是实现短距离双绞线电信号与长距离光信号相互转换，因此光纤收发器又被叫做光电转换器。

光纤收发器基本功能模块如下图所示：

图1光纤收发器基本功能模块示意图

光纤收发器打破了电缆传输距离的限制，可以用于以太网电缆无法覆盖，必须使用光纤来延长传输距离的传输网络中。即使光纤在传输几公里甚至上百公里后，仍然能够保证以太网的高带宽传输，节省网络建设投资。是实现通信网络远距离传输的一种良好的解决方案。此外，光纤收发器还能完成“最后一公路”线路，将光纤连接到城域网或更外层的网络上。

光纤收发器的分类很多，根据外观结构分为桌面式和机架式光纤收发器;由于收发器传输速率不同，可分为单10M、100M、1000M的光纤收发器，以及速率自适应的光纤收发器;根据使用光纤的类型不同，分为单模光纤收发器和多模光纤收发器;而使用的光纤数量不同，光纤收发器又可以分为单光纤收发器和双光纤收发器。虽然单纤收发器与双纤收发器比起来，可以节省一半的光纤，但是由于采用波分复用技术，单纤收发器普通存在信号衰减大的情况;按照是否网管又分为，可网管和不可网管的光纤收发器。

根据国网巴中供电公司现有光纤接人的实际情况，建立与之匹配的波分复用模型，明确各项关键参数。本文中的光纤收发器是指双光纤，机架模块式光纤收发器，并采用100M和10M/100M自适应的传输速率。可以安装于10槽、14槽或16槽机箱，并以集中供电方式进行网管。示意图如下图所示。

图3可网管机架式双纤收发器正面示意图各指示灯的工作状态见下表所示：

三、防雷功能

无论是光纤收发器还是其它网络设备，在天气情况恶劣的情况下，雷电都有可能对仪器造成危害。要尽量避免光纤收发器遭遇雷击，首先需要了解这类通信设备容易遭雷击的原因，大致可以分为如下几点：

（1）此类设备大多采用CMOS这类对电极感应极为敏感的专用集成电路，而雷电发生快，电压高，一旦雷电引入的途径中接口雷电保护电路设计不当，就会造成设备被雷击;

（2）光纤收发器在安装时需要做好接地工作，这样可以给雷电提供一个释放途径。而在实际施工和维护中，这个问题往往得不到重视。接地装置不入地，接地电阻不合格，都会造成光纤收发器的雷击损坏;

（3）电缆分线盒没有安装防雷保护装置，缺少一道重要的防雷屏障;

（4）不按规范乱拉飞线。一根网线就引入雷电，造成端口或整个网络瘫痪;

因此，从应用上，首先要选择尽量避免在雷击概率较大的地方安装光纤收发器;安装时应该做好保护接地装置;在容易被雷击的室外，使用带有雷电保护装置的电缆分线盒（箱），并确保接地装置入地良好;杜绝飞线现象。

众所周知，雷电是通过导电体进行传导，并寻求快捷路径进行对地放电。光纤收发器通过RJ45接口与宽带交换机相连，宽带交换机通常采用交流供电，而雷电会通过交流电源线引入宽带交换机，也可能通过RJ45接口传递到光纤收发器上，击坏光纤收发器。所以，光纤收发器的防雷分为电源防雷和信号防雷两个部分。本文中的光纤收发器在这两个方面都做了处理。首先在电源防雷方面，在光纤电源转换器上安装了压敏模块，在远距离传输后，在设备信号输入口接信号防雷模块和设备电源压敏模块。其次，在网口使用防雷管防浪涌保护，排除和吸收电浪涌的侵入。防雷管的结构示意图如下图所示。

四、存在的问题和发展方向

光纤收发器在不断的发展和完善过程中，用户对其提出了更多的要求。首先，当前的光纤收发器还不够智能。例如，当光纤收发器的光路部门断掉后，收发器另一端的电口仍然处于开启的状态。因此，上游的设备如路由器，交换机等依然会向电口持续发送数据，但显然这些数据都不能到达。针对这种情况，上游的设备供应商希望可以设计一种新型的光纤收发器，能够实现自动切换。当光路不通时，电口会自动向上游报警，阻止上层设备继续向该端口发送数据，启用冗余链路确保业务正常运作。

其次，由于光纤收发器多在楼道内或室外使用，供电情况复杂，因此要求设备本身具备良好的环境适应能力，保证设备的供电稳定。另外，为了更好地应对超高温、低温、雷雨天气或者电磁干扰等方面各种极端情况，也要求设备在关键元器件的采用、电路布线和焊接，结构设计等方面具有更高的技术水平。

再者，光纤收发器作为光纤接入网的核心器件，推动干线传输网络向低成本方向发展，使得光网络的配置更加完备合理。目前的光通信市场竞争日趋激烈，通信设备要求的体积越来越小，而接口板所包含的接口密度却越来越高。为了适应这一要求，光模块正朝着高度集成的小封装、低成本、低功耗发展。

“大数据”时代要求现代通信网络承载的信息量越来越多，信息传递的速率越来越快，作为现代信息交换、处理和传输支柱的光通信网络，需要一直不断地向超高频、超高速和超大容量方向发展，传输的速率越高、容量越大，那么传送每个信息的成本就越小。

光纤收发器的另一个发展方向是远距离。随着通信网络覆盖的距离越来越远，需要远程的收发器与之匹配。减少光波在传输时的损耗，提高传输的准确率。

此外，WDM是一项新的技术，其行业标准制定尚不够规范，不同商家的WDM产品互通性较差。为保证WDM系统在网络中大规模实施，首先需要保证WDM系统间的互操作性以及WDM系统与传统系统间互连、互通，因此还需要加强在光接口设备上的进一步研究。

五、结束语

光纤收发器使数据传输打破了以太网电缆的百米限制，依靠大容量缓存和高性能交换芯片，实现无阻塞传输交换，同时提供平衡流量、隔离冲突和检错等功能，确保数据传输的安全性和稳定性。因此光纤收发器产品仍将是通信网络组建中不可缺少的一部分，今后，光纤收发器会向着智能、更稳定、低成本等方向继续发展。

参 考 文 献[1]邓忠礼，送网和波分复用系统SDH&WDM.清华大学出版社，2003[2]刘继红.姚英.WDM光传送网中的关键技术研究.西安邮电学院学报，2002（01）[3]邱琪.光纤双向视频数据传输系统的研究与实现.电子科技大学学报，2001（06）[4]胡先志光网络与波分复用人民邮电出版社，第1版，2003年1月[5]S.V.卡塔洛颇罗斯《密集波分复用技术导论》，人民邮电出版社，2001-9[6]Walter Coralski《光网络与波分复用》.人民邮电出版社，2003年月[7]陈桂芬，波分复用技术在光纤网中的应用.长春光学精密机械学院学报，2001年[8]张劲松，陶智勇，韵湘.《光波分复用技术》.北京邮电大学出版社，2002年6月[9]甘朝钦，谢斌，孙小菡，张明德，《波分复用技术及其在通信中的应用》，光通信技术，2000年第4期