有线传输技术在通信工程中的应用

杜俊轶

（山西长途电信线务有限公司 山西省太原市 030000）

有线传输技术是我国通信事业常用的一项通信技术，以金属导线或是光纤等有形媒体作为传输媒介，有着抗干扰性强、传输距离远、通信稳定的优点。与此同时，随着信息时代的到来，对通信服务质量、通信容量提出了更高要求，有线传输技术的实际应用效果不理想，虽然仍旧在通信网络中占据主体地位，但亟需对技术体系进行升级优化。在这一工程背景下，对有线传输技术的应用探讨是十分必要的，可以重新换发技术活力，满足日益提高的通信要求。

1 通信工程中常用有线传输技术的种类及特点

1.1 双绞线电缆传输技术

双绞线电缆是把两根带有绝缘保护层的铜导线按照特定规律相互缠绕而形成的一种通用配置线，在线路使用期间，各根导线持续向外释放辐射电波，相互释放电波起到抵消作用，以此来控制信号干扰程度，使双绞线具备抗干扰能力强的特点。当前多用于现场环境复杂、需要中和干扰的通信工程中，也可用于小型通信系统，如在远程供电器-摄像机间使用双绞线来传输图像，以此来解决摄像机远程供电时通信质量不佳的难题。相比于其他有线传输技术，双绞线电缆传输技术有着建造成本低廉、抗干扰性强的优势，但在通信传输距离、传输速度以及信道宽度等方面存在明确局限性。

此外，可以从有无屏蔽层、频率及信噪比角度来细分双绞线电缆传输技术。

（1）从有无屏蔽层角度来看，可以把双绞线分为FTP屏蔽双绞线和UTP 非屏蔽双绞线两种，如图1 所示。FTP线是在各根线上带有独立屏蔽层，有着传输效率高与保密性强的优势，但安装难度较大，多用于对通信内容保密性有着严格要求的通信工程。UTP 线则仅在导线外侧保护一层橡胶绝缘皮，有着电缆自重小、易于弯折、安装便捷、减小串扰的优势，多用于综合布线系统。

图1 ：双绞线有无屏蔽层的区别

（2）从频率及信噪比角度来看，可分为1-7 类线，各类电缆的传输频率、最高频率带宽有所不同，需要根据通信要求加以选择。例如，六类线的传输频率保持在1-250MHz区间内，当200MHz 传输频率时仍可保留较大余量，并在串扰、回波损耗等方面展现出卓略性能，当前主要用于传输速率要求超过1Gbps 的新一代全双工高速网络当中。

1.2 架空明线传输技术

架空明线是世界上最早得以大规模推广使用的有线传输技术，在沿途搭建若干座杆塔，在杆塔上固定安装明线线路，由一对导线构成一个回路，在两端连连接载波电话机，以此来提供若干路电话传送任务，架空明线传输系统的电话电路数量最多可增加至300 路以上。根据实际应用情况来看，架空明线传输技术有着通信质量受外部电磁场与恶劣天气影响、容量小、无法传送电视等宽频带信号、传输速率低的局限性，且实际传输距离较短，必须在沿线加装多部增音机来延长传输距离，当前基本被电缆线路或是无线微波接力通信系统所取代，仅在山区、偏远乡村等少数区域仍旧保留架空明线传输系统，只能提供电话、传真等少数几种通信服务。

1.3 同轴电缆传输技术

同轴电缆是由单根铜线作为芯线，在芯线外侧包裹同轴钢管来形成基本信道的一种有线传输技术，通过接地方式来控制网状导电层所发出无线电，其有着无需设置中继器即可提供高带宽通信服务、抗干扰性能强、传输效率快的优势，同时也存在电缆体积大、易损坏电缆结构与阻挡信号传输、造价成本高昂的局限性。根据实际应用情况来看，同轴电缆传输技术可以完成数字信号以及模拟信号的传输任务，是当前我国长途电话网的重要组成部分，多用于长途电话传输、局域网、电视传播和计算机系统短距连接等场景中。例如，应用同轴电缆传输技术而搭建的有线电视系统，可以同时负载百余个电视频道，并把有效通信传输距离控制在数十公里。

1.4 光纤传输技术

光纤传输技术是把信号源经过调变等预处理后转换为光讯号形式，控制光讯号沿光导纤维进行传输，光讯号到达目的地后，由接收机接收光讯号并进行解调处理，即可获取原本的信息内容。光纤传输技术是问世时间相对较晚的一项有线传输技术，最早于20 世纪80年代被应用于电信工业当中，早期使用坤化镓镭射作为光源，在沿线每隔10km 安装一处中继器，实际传输速率保持在45Mb/s 水准。随着时间推移，光纤传输技术体系不断完善，当前已发展到第五代光纤通信技术，积极引进光孤子等新型技术，基于光纤非线性效应来抵抗色散、保持原本波形，并通过安装波分复用器把波长由最初的800nm 延伸到1300-1650nm。

在现代通信工程中，光纤传输技术是首选的有线传输技术，在讯号衰减、传输距离、抗干扰、传输容量等方面有着明显优势，且随着工艺技术的完善，光纤导线与光放大器、LED 发射器等配套装置的采购价格也在不断降低，平均造价成本与其他有线传输系统并无明显差异，当前多用于长距离、大容量的通信工程，如铺设越洋海底电缆。如图2 所示。

图2 ：光纤传输系统示意图

2 有线传输技术在通信工程中的具体应用

2.1 本地骨干线网

在本地骨干线网中，有线传输技术普遍以光缆入户作为应用形式，考虑到本地骨干网的信息传输量较小，因此应用光纤传输技术即可，在城区范围内铺设多条光纤线路，以管道形式来连接各条光纤线路，在其基础上组成四通八达的本地骨干线网，快速完成信息传输任务，为通信质量、传输速度提供保障。根据实际应用情况来看，在本地骨干线网场景中，光纤传输技术的应用优势体现在网络带宽、成本可控、信息传递速度快三方面。其中，在网路带宽方面，光纤传输系统的带宽范围明显大于无线传输系统和其他有线传输系统，可以在不经改造前提下，直接向用户提供多种多样的通信服务，极大丰富了用户使用内容。在成本可控方面，有线网络光纤本质上是无源网络的一种，可以直接在局端、终端用户间使用，显著减少了本地骨干线网在入户设备方面的建造成本。而在信息传递速度方面，本地骨干线网中所使用光纤系统的实际传输速率保持在2.5Gb/s-10Gb/s 左右，远超过其他有线传输技术，满足信息时代背景下的大数据传输要求。此外，为实现有线传输系统和无线传输系统的完美融合，在本地骨干线网中，可以采取入户光纤与路由器连接的方式，在入户光纤、路由器间隔处设置光猫进行转接，并在路由器WAN 接口内插入标准型号网线，即可完成上网设置，用户使用智能设备接入Wi-Fi，同步享受有线通信和无线通信服务。

2.2 长途干线网

相比于本地骨干线网，长途干线网对传输性能有着严格要求，有着传输容量大、信息种类多、各类信息激光波长不一致的问题，并要求长途干线网络有着良好的扩展性与灵活性。因此，在长途干线网中，主要应用WDM 波分复用技术和SDH 同步数字技术。其中，WDM 技术负责在发送端借助复用器把多种波长不一致的光载波信号进行汇合处理，在单根光纤中传递至接收端，再使用复用器来分离不同波长的光载波信号，由光接收机把光载波信号恢复为原本信息，仅需在长途干线网中设置单根光纤，即可完成大量通讯任务，由此来节省工程建造成本，同时这也是已建成长途干线网的一种重要扩容手段。而SDH 技术负责为各类速率的数字信号提供对应等级信息结构，在传输各类业务信号时依次进行映射、定位以及复用处理步骤，确保长途干线网满足网络互连复杂性要求，并由多种体系相互承载对方业务流，具体起到形成统一数字传输体制标准、网络自动配置、灵活组合网络层级与拓扑结构网络、实现光缆段横向兼容目标等多重作用，此项技术可用于采取同轴电缆、光纤与双绞线电缆等各类传输介质的通信工程，但在传输数率要求严格的情况下，则必须使用光纤作为传输介质。

此外，对于早期已建成的长途干线网而言，为提高网络资源实际利用率、提高网络智能化程度，可以应用到使用光纤作为传输介质的智能光网络技术，在现有WDM 波分复用网基础上建立ASTN 自动交换传送网结构，以SDH 同步数字网络作为物理层，直接接入SDH 传输通道即可，这一长途干线网部署方案如图3 所示。如此，既可以使升级后的长途干线网完全承载现有SDH 网全部业务，同时，凭借引入控制平面来改善SDH 网络能力。

图3 ：ASON 单独组网双平面结构部署图

3 有线传输技术在通信工程中的应用策略

3.1 有线与无线网络相融合

目前来看，随着5G 移动通信等技术的问世，无线传输技术在通信网络中的所占比重呈现逐年稳步增加态势，有着无需敷设电缆、安转投运便捷、设备连接能力强、连续广域覆盖、高移动条件下用户体验速率高的优势，但却存在信号相互干扰、信号传输准确性不足、易出现信息泄露问题的局限性。相比之下，有线传输技术则具有抗干扰性强、通信传输稳定、有效保护传输信息的优势，并存在建设成本高昂、传输质量依赖传输介质稳定性的局限性，有线传输、无线传输技术呈现出优势互补的关系。

为突破单一传输技术的局限性，显著提高通信工程总体质量，需要推动有线传输与无线传输技术的融合发展，具体可采取网关与有线系统连接、接入点间有线连接、网关与接入点有线连接、通信协议有线连接等方式。

（1）网关与有线系统连接是最为常见的连接方式，在有线系统两端分别连接网关和无线设备，一端通过TCP/IP等通信协议接口来接入网关设备，另一端则把无线装置和对应节点进行连接。

（2）接入点有线连接是在系统中设置具备有线通信接口的节点设备，采取有线以太网或是其他方式来连接各台设备，主要起到增加通信带宽以及提高数据集成速度的作用。

（3）网关与接入点有线连接是把大规模通信网络划分为若干小型网络，无线设备节点经由网关来连接主机，整体架构如图4 所示，以此来解决无线数据回传问题。

图4 ：无线数据回传解决方案

（4）通信协议有线连接是在系统中加装遵循国际通用通信协议的第三方设备，使用转接模块把有线通信转换为无线通信，由第三方设备将信息发送至系统。例如，在某通信工程中，所安装节点设备通过Modbus TCP/IP 接口来接入有线设备，系统结构如图5 所示。

图5 ：无线转接以太网通信示意图

3.2 有线网络扩容

现阶段，我国通信事业正处于高速发展阶段，用户规模与通信业务需求持续扩大，部分早期建成有线通信工程普遍存在带宽超限问题，需要进行改建扩容处理。而在常规建造模式中，主要采取更换设备以及更改组网的方法，由此产生高昂的造价成本，并在通信工程改建扩容期间无法满足用户的通信需求。对此，需要基于WDM 技术对有线传输网络进行扩容处理，具体可采取PTN 接入、SDH 接入和裸纤接入三种方法。

（1）PTN 接入是在原有PTN 设备接入端口部位加装光纤倍增设备，由此起到带宽倍增、网络扩容作用。

（2）SDH 接入是在SDH 设备接入端口处安装光纤倍增设备，适用于路由上全部节点设备均存在一定空闲带宽的情况。

（3）裸纤接入是在客户侧设备上安装配套光纤倍增设备，各台光纤倍增设备围绕纤芯链路。根据实际扩容情况来看，各类扩容方法的最终效果有所不同，表1 为某通信工程的WDH 网络扩容可行性测试结果。

表1 ： WDM 扩容后网络可用性及网络带宽测试

3.3 推动光纤传输技术创新优化

在现代通信工程中，根据各项有线传输技术的实际应用情况来看，光纤传输技术的综合表现最为突出，在中继距离、保密性能、建造成本、通信容量等多个方面都有着显著的应用优势。例如，在中继距离方面，光纤传输系统的衰耗系数远低于其他传输媒介，可以在安装少台或是不安装中继器的情况下，获得较长的有效通信距离，满足长途一级干线等多数通信工程的使用要求。而在保密性能方面，把光讯号传播范围控制在光纤芯区以内，并保持光纤内分离区、传输区二者的独立状态，显著增强了有线传输系统的抗干扰能力，基本不会在通信传输期间出现信号失真、通信内容泄密问题。因此，考虑到双绞线电缆、架空明线与同轴电缆等早期问世有线传输技术的潜力开挖殆尽，为推动有线传输技术的长远发展，通信企业必须加大对光纤传输技术的研究力度与应用推广力度，构建一套以光纤传输为核心的现代有线传输网络。结合我国通信事业近年来发展情况来看，随着时间推移，光纤传输技术体系日趋完善，陆续涌现出包括超长波长光纤通信、相干光通信、波分复用、光传送网与光孤子通信在内的多项新一代光纤通信技术，使光纤传输系统在通信工程中发挥着愈发重要的作用。

例如，超长波长光纤通信技术是通过使用芯径不超过10μm 中心玻璃芯的单模光纤，这类光纤有着极低的色散系数与损耗值，控制光讯号在光纤中沿中心轴线方向进行直线向前传播，实际损耗量无限接近0.1dB/km 的理论损耗值，有利于通信传输距离的延长。与此同时，超长波长光纤通信系统的建造成本较为高昂，对光纤材料的色散性能提出严格要求，必须结合通信工程要求来判断是否采取此项技术、合理选择光纤材质与型号。

相干光通信技术是通过传输型号来调整光载波的振幅、频率以及相位等参数，始终把光信号控制在理想状态，并从中获取与光载波参数遵循相同变化规律的中频信号，由此起到改善接收机灵敏度、缩小频率间隔、增加光纤通信实际传输量等多重作用。例如，从接收机灵敏度角度来看，在同等前提条件下，对相干光通信技术的应用，可以把常规接收机的灵敏度提升20dB 左右，高度接近理论状态中的散粒噪声极限性能，以此来延长无中继器时的光纤传输系统有效通信距离。

而光传送网技术简称为OTN，是由光信道、波分复用等配套技术搭配组成的一类传送网络，依托光纤在光域范围内高效完成信号传送、路由选择、监控以及复用等多项通信任务。相比于早期光纤传输系统，光传送网在传送容量、大颗粒带宽复用、组网能力、保护能力等方面均得到明显改善。例如，从大颗粒带宽复用角度来看，系统所配置的带宽颗粒明显大于早期光纤传输系统，由此实现对搞宽带数据客户业务适配性以及传输效率的提升。

4 结语

综上所述，在信息化时代背景下，随着信息交流成本的降低，信息通信业务总量与用户规模正在快速增加，对有线传输网络能力提出更高要求。为保证我国通信事业得以健康发展，通信企业必须加大对有线传输技术的研究力度，清晰梳理有线传输技术体系，以光纤传输作为主要应用方向，积极落实推动有线与无线网络融合、有线网络扩容、光纤技术创新优化三项策略，确保有线传输技术的功能效用得到充分发挥。