摘要：在最近几年来，我国在铁路建设方面的发展非常大，而铁路通信系统也亟待升级。在铁路通信系统中对光纤通信技术应用，不但能够使铁路通信信号传送速度加快，同时还对推动铁路通信系统的数字化和智能化建设非常有利。本文就阐述了在铁路通信系统中应用光纤通信技术，以供参考。
关键词：光纤通信技术；铁路通信系统；应用；发展
引文
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；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。从光纤通信技术的发展来进行研究，它不断朝着高速率、大容量、长距离的方向发展，目前传输速率能达到Tbit/s，这也是它能够被广泛的应用到各个领域的一个原因。现如今我国的铁路通信在不断地朝着数字化、宽带化、智能化的方向发展，将光纤通信技术应用到铁路通信当中很明显的推动了铁路通信技术的发展，不断地促进它的完善.
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。
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光纤通信技术的发展现状
1、光纤接入技术。这技术可以算得上是信息高速公路上的最后也是最关键一步。要想能够达到信息传输的高速化进而满足大众的需求的目的，就要有宽带的骨干传输网络来作为支撑，其中用户接入是尤为重要的。其中FTTH是光纤宽带接入的最终方式，它可以很好的借助光纤宽带的特点来辅助自己的工作进而为使用宽带的用户提供高质量的服务，满足宽带接入的需求。2、波分复用技术。这种方法采取单模光纤损耗比较小的区域提供的通信系统资源，然后再根据信道光波具有一定的频率间隔把光纤的低损耗部分分为许多个信道，然后再借助信号作为自己进行信息交换的载体光波，在信息发送源头的地方使用合波器，把不同的光波频率信号合并起来一起输到一条光纤中传输信号。在最终接受信息的地方使用分波器把不同波长的信号分开。我们可以把不同波长的光载波信号看成了不相互依靠的个体，所以使用一条光纤就可以实现多条线路光波信号光的复用传输。
3光纤通信技术未来前景
1、光孤子通信。光孤子是一种比较特殊的光脉冲信号，因为它的位置处在光纤的比较偏僻的色散区，它的群速度色散和非线性效应是相互平衡的，所以在经过长距离传输后它的幅度和形状都不会发生改变，能够将原状保持的很好。并且它能够在没有误差的情况下把信息传到很远的地方，这种传输技术就可以保证铁路通信系统所传输的信息的准确性。2、全光网络。在未来的发展情况下，所有的高速通信网将都会成为全光网。这个网络是光纤通信技术的最终发展目标。以前采用的光网络技术只能够完成节点之间的全光化，仍需要电器件的辅助这样就对光纤通信技术进一步提高有所阻碍，所以现在发展全光网络这个技术已经十分重要。全光网络主要是改变以往以电节点交换信息的方式，使传输和交换均以光信号的形式完成。因为全光网络具有很多优势，所以构建一个全光网络来消除电光瓶颈已经成为了通信技术必须要达到的最终目的，这也会成为网络信息的主要核心。
4光纤通信技术在铁路通信系统中的应用
为了保证铁路通信能够正常运行，首先要确保铁路通信系统的硬件和软件都要与高速运行条件下的火车各个条件相符合；再者铁路通信系统还必须在不同的位置进行快速的切换；最后还要做好无线列控，确保铁路火车的运行情况的精准度。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。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆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。
4.1 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技术却无法传送多元化信息；因此，SDH光纤通信技术逐渐取代PDH。
4.2 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。
4.3 DWDM光纤通信技术
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。
4.4应用于铁路通信系统中
为了更进一步满足铁路通信技术发展的要求，DWDM光纤通信技术诞生了，功能之上远远超过了前两个技术。DWDM光纤通信技术有着损耗极低的单模光纤，以此作为该技术的基础，从而实现波信道多个在同一时间里，经光纤使传送的工作得以完成，一类新的通信手段就此出现的原理。对DWDM光纤通信技术进行运用，一旦通信系统启动运行，端光发射机的发射发送出去的光信号，是在同一时间内，而且精度不一样，稳定性和波长也都不一样。信号进入一个掺铒光纤功率的放大器之前必须要过波长复用器，放大完成之后，利用光纤维，多路光信号完成传送工作。光前置放大器在接收的位置被使用，将其再放大，最终，分波器完成分解掉光信号的任务。该技术的优势，主要在于它能够使得波段有区别的波长在一致的光纤内完成传送，进而实现传输容量的增加，传输速度也进一步提升。而且，DWDM光纤通信技术极有包容性，它能够包容很多，包容性使它能够将各种各样类型的协议规定标准融合，再利用激光轨道，实现不同数据能够以一定的传播速度顺利传输，使得网络安全，服务了每一种类型的网络客户。
5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。
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论文作者:浩聪慧
论文发表刊物:《基层建设》2019年第4期
论文发表时间:2019/4/26
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