高速光纤通信系统

高速光纤通信系统（通用12篇）

高速光纤通信系统 篇1

1 高速光纤通信系统的主要技术

高速光纤通信系统的建立离不开各种关键技术的使用。现阶段, 高速光纤通信系统所使用的主要技术有光纤技术、调制技术、色散管理技术、放大技术与光源等。这些技术共同支撑着高速光纤通信系统的正常运行, 从而为网络用户提供良好的网络体验服务。

应用于光纤通信中的调制技术有外调制与直接调制两种形式。对于激光器光源的调制, 多采用直接调制, 这是由于受光纤色散作用而使系统中继距离受限;对于单模光纤, 多采用外调制, 以达到较远的传输距离。因而, 外调制适用于单个波长且传输速率高于10Gb/s的传输系统[1]。

目前, 较为成熟的光纤技术有G655、G654、G656 等。G654 光纤属于截止波长位移光纤, 适用于海底光纤通信;G655 光纤属于非零色散位移光纤, 色散值范围大, 具有在1550nm处产生微量色散特点;G656 光纤面向的是40Gb/s光纤传输系统, 它能够改变色散斜率特性, 较之其他光纤, 在高速光纤通信系统中更为适用。

放大技术在光纤通信系统中的应用不仅较好地解决了色散与损耗两个关键问题, 而且极大地推动了高速光纤通信系统的发展。现阶段, 放大技术可以说无处不在, 无论是实验系统、办公系统, 还是商用系统, 均使用了光放大器。应用于光纤通信系统中的光放大器主要有半导体光纤放大器、非线性光纤放大器和掺稀土离子放大器三种类型。为提高高速光纤通信传输系统的传输质量, 对于光放大器的选择应保证具有足够高的输出功率和带宽[2]。

2 不同码型的光谱分析

非归零码是由马赫泽德调制器对激光二极管连续光进行调制所产生的, 具有脉冲宽、输出光谱紧凑的特点。归零码是由两个马赫泽德调制器调制而成, 第二个调制器通过对第一个调制器输出的非归零光信号进行调制, 从而输出归零光信号。归零码具有无相位变化、有线状谱特点[3]。载波抑制归零码也是由两个调制器所产生, 但第二个调制器调制信号与归零码完全不同, 所用频率为20Gb/s, 是正常信道传输速率的一半。这种码型具有改变一个周期发生一个相位差变化, 光谱无线状谱特点。

3 40Gb/s光纤传输系统传输特性实验

3.1 系统构成简介

40Gb/s光纤传输系统主要由调制器 (DPSK) 、电码型产生器 (BPG) 、光源、接收机、频率时钟源、误码分析仪 (EA) 等器件组成。其中, 调制器、误码分析仪与电码型产生器是整个系统需要进行参数设置的三个部分。调制器作为40Gb/s光纤传输系统的主要器件, 负责生成各种码型, 参数主要包括数据增益、脉冲放大、数据与脉冲偏压等。误码分析仪主要负责对误码进行测量, 即对最后输出的结果进行检验, 判断是否存在误码, 其需要设置的参数包括伪随机序列级数、极性等。需要特别注意的是, 误码分析仪参数必须与电码型产生器参数相互对应, 否则系统将无法正常工作[4]。电码型产生器参数包括伪随机码级数, 输入有内部时钟与外部时钟, 用户可以进行自定义编码。

3.2 背靠背实验

40Gb/s系统伪随机码采用23 级, 光源采用1560nm光源, 误码测量时间为100s。考虑到正常情况下设备输出信号功率过小, 因而需要对其进行放大处理, 并改变设备接收功率。这种实验方法即为背靠背实验法。它是一种用来测量高速光纤通信系统各种码型灵敏度的常用方法。

首先, 使用马赫调制器对激光器产生的连续光进行调制, 依次输出非归零光信号 (如图1 所示) 、归零光信号 (如图2 所示) 和载波抑制归零光信号 (如图3 所示) 。

从非归零码光谱图中可以看出, 非归零光谱非常紧凑, 且脉冲信号是三种码型中最宽的一种。归零码的产生是对第一个输出的非归零信号执行二次调制所形成的, 频率为40GHz正弦波, 从其光谱中可以看出, 载波左右两边出现了间隔为40GHz的线状谱, 且无相位变化。载波抑制归零码的产生也需要使用两个调制器来完成, 但第二个调制器的偏置电压、输入时钟与归零码不同, 其时钟频率为信号的二分之一, 即20GHz。通过这种调制方式得到的光信号为无线状谱的归零码, 因而被称为载波抑制归零码。从载波抑制归零码光谱中可以看出, 其载波受到了抑制, 较之归零码光谱较窄。

4 结语

通过对40Gb/s光纤传输系统非归零码、归零码与载波抑制归零码三种码型的光谱实验分析可知, 后两种码型适用于高速光纤传输系统信号传输需求, 即使用这两种码型有利于系统传输质量与传输效率的提高。对于高速光纤传输系统传输特性的研究, 未来我国应加大在实验方面的研究力度, 以为高质量光纤传输系统的形成提供重要的理论依据。

参考文献

[1]Demissie Jobir Gelmecha.高速光纤通信在非线性色散影响下的传输特性[D].武汉:华中师范大学, 2011.

[2]鲁力.高速光纤通信系统中电子色散补偿技术的研究[D].武汉:华中科技大学, 2012.

高速光纤通信系统 篇2

3.1 通信传输及线路

现代高速铁路通信传输系统由骨干层传输和接入层传输两部分组成。

骨干层传输主要为链型MSTP 1+1复用段骨干层多业务传输系统，它是通过利用铁路正线线路两侧不同物理径路的两条光缆中的各两芯光纤，开通10G骨干光同步数字传输系统，利用两条光缆中的各四芯组成环状光纤局域网，传送列控信息。

接入层传输系统的主要由车站汇聚设备、站内接入设备、站间接入设备等构成。

通常情况在车站汇聚节点设MSTP STM-16 ADM的汇聚设备，而站间接入层节点采用STM-4 ADM或者STM-16 ADM设备，以完成各基站、信号、牵引及供电等节点的业务接入。

也可利用铁路两侧光纤组成环实现对各接入层站点的保护。

3.2 综合业务接入系统

高速铁路的传输系统需要将各个旅客服务业务系统纳入其中，为高速车站旅客服务、电话接入等系统提供专用的音频、监视图像等接口。

在沿线区间中设立信息采集点，接入传输设备，构成区间信息接入系统，将信息在区间、车站和综合调度中心之间传播。

另外还可在站内及沿线区间信息接入点等地设置光网络单元和局端OLT等设备，构成一体化的综合业务接入网络，以满足高速铁路站内及区间多种用户的综合业务需求。

3.3 综合无线通信GSM-R系统

GSM-R是为满足铁路应用而开发的数字无线通信系统，作为铁路无线通信平台已成为趋势。

高速铁路GSM-R系统包括交换子系统(SSS)、基站子系统(BSS)、通用分组无线业务系统(GPRS)、移动智能网系统(IN)、运行与维护子系统(OMC)、移动终端子系统等6个子系统，可提供无线列调、编组调车通信、应急通信、养护维修通信等语音通信功能。

对铁路沿线进行GSM-R组网及信号覆盖，可以满足现代铁路构建地面调度中心与移动体之间的信息交换与传输通道的需求。

3.4 专用调度通信系统

专用调度通信系统是全线专用通信网和承载综合调度信息系统的组成部分，是供高速铁路调度、车站运营部门及维修单位进行行车指挥和业务联系的专用通信系统，可对全线进行高可靠、高安全的行车控制及统一的调度指挥，性能可靠、功能先进，具有话音功能数据和图像等多媒体通信功能，综合造价较经济，是高速铁路现代化通信的重要保证。

3.5 数据通信系统

数据通信系统可提供数字数据服务、电台广播、电视网等模拟数据。

高速数据通信网设立独立的OSPF 自治域，在整个骨干承载网上使用独立的路由设备，路由器间形成部分网状连接，兼顾路由冗余与合理利用传输带宽，管理区直接接入核心路由器。

4 结束语

为了满足现时人们对高速铁路通信系统的需求，我们需要正视高速铁路通信系统存在的问题及解决方案，提高其科学技术水平，建设一个为高速铁路运输服务的专用通信网络，推动高速铁路快速发展。

参考文献：

[1]徐淑鹏.高速铁路专用通信系统技术介绍[J].铁路通信信号工程技术，(01).

[2]张昊.高铁车地通信系统级仿真平台设计与多基站协作技术的研究[D].西南交通大学，.

高速公路通信系统管理与维护 篇3

关键词：高速公路 通信系统 管理 维护

1 高速公路通信系统管理与维护的重要性

高速公路的通信系统是高速公路机电系统的重要组成部分，其影响是贯通了整个高速公路工程的。而高速公路事业，则是衔接着各地与各地之间的经济交流、文化交流的一个关键点。只有做好了高速公路事业，才能够使经济的市场化得到更进一步的落实，才能让“改革开放”这一伟大国策不流于形式，才能从根本上提高国家的整体实力。在社会竞争日益激烈的今天，趋于性的竞争已经远远满足不了人们的需求了。让高速公路事业发展壮大起来，已经是国家势在必行的一项重要举措了。要想做好高速公路事业，让高速公路事业满足国家发展的需要，就必须让其系统更为完备。而要让其系统更为完备，就必须从其通信系统开始抓起。由于高速公路事业的不断发展、社会竞争的日益激烈，高速公路的车流量也渐趋高压化了，这就给高速公路带来了许多的不定性因素，其通信系统即使在整个公路工程完工后能够符合设计的要求，在投入使用后，也往往会因为各方各面的原因而造成一定的损伤。这就奠定了高速公路通信系统管理与维护的重要地位。只有做到合理、精准、实时地对高速公路通信系统进行管理与维护，才能够从根本上提高高速公路的整体质量，才能够让高速公路更为贴近人们的需求，才能够让高速公路的整个系统更加完备。

2 高速公路通信系统管理与维护措施

通信维护是通信管理最重要的内容。通信系统的设备构成较为复杂，各种设备的具体维护内容和要求也不尽相同，这就给维护工作带来了一定的难度。但只要我们遵循客观规律，注重维护工作的科学性，认认真真地做好维护工作中的每一个环节，通信畅通就有保证。

2.1 高速公路专用通信网应统一规划，统一标准、尽快联网，为信息化打好基础

我们应该认识到要使高速公路发挥最大的效益和作用，高速公路必须提高信息化程度和水平，而高速公路信息化的基础就是完整、可靠的通信网络，目前我国的高速公路是分段建设，通信系统未形成网络，不利于今后的联网，因此高速公路专用通信联网势在必行，在建设前期，应统一规划，统一标准、建设分步实施，区域联网、跨区域联网、跨行业联网，为交通信息化打好基础。

2.2 对已建高速公路应提高交通信息化水平，对新建高速公路要充分考虑信息化建设

我国的高速公路建设速度在世界上史无前例，但道路信息化水平不高，现阶段交通量也不大，利用率较低。但随着市场经济的飞速发展，交通量将会有一个突飞猛进的增长，为了发挥高速公路的优势和提高投资效益，必须对已建高速公路进行改造，挖掘潜能，提高其信息化水平，并对新建高速公路要充分考慮信息化建设，统筹规划，按需建设、分步实施。

2.3 按实际需求考虑高速公路通信信息技术的应用和建设

交通管理部门对信息化建设应高瞻远瞩。建议部主管部门及时制定交通信息化有关技术、设计、施工、监理、验收等标准和规范，一切有依有据。可委托部通信中心联合部属科研院及相关企业及时制定和修订相关规则，组织相关专题研讨会，为制定政策等献计献策，提供有力依据；按实际需求考虑高速公路通信信息技术的应用和建设。另建议主管部门加强信息化建设的管理和投入，重点在智能交通的相关研究、产业化、建设的招投标管理，市场准入制的落实和监督，质量与安全的结合，信用评估制的实施等，使之良性竞争促发展，让基础设施真正发挥投资效益，质量更上新台阶。

3 结语

高速公路通信系统是为了满足高速公路现代化管理的需要，为了实现高速公路“高效、快速、安全”这一目标提供必要保障。而如何使整个系统处于良好的工作状态，这不仅决定于系统各项设备本身，更重要的是取决于我们对维护管理工作的认识、方法、力度和水平。现代化维护管理投资大、技术含量高，占用人员多，因此，我们在日常维护管理中要善于发现问题并根据自己的实际维护管理经验，提出相应的对策，并加以解决改进，充分发挥系统本身的优势，更好的为高速公路现代化管理服务。

参考文献：

[1]徐超忠.浅谈德国高速公路通信信息系统的管理[J].中国交通信息产业，2003-07-11.

[2]单洪海，马春凤，魏红素.高速公路通信系统的管理与维护[J].交通科技与经济，2005-09-05.

[3]王教宏.浅析高速公路通信系统现代化维护管理[J].工程技术，2010-10-25.

高速光纤通信系统复用器件的探讨 篇4

1 波分复用技术 (WDM)

波分复用技术的本质是频分复用 (FDM) , 它可将不同波长的光通过光器件输送到1根光纤中传输, 在不改变一路一波长基本传输速率的情况下, 采用光纤传输多路信号, 从而提高传输数据总量。历史上最早出现的粗波分复用技术 (CWDM) , 即波长间隔>1.6 nm的复用技术, 由于其波长间隔相对较大, 所以对光收发器件的要求较低。目前, 最新的复用技术为密集波分复用技术 (DWDM) , 其波长间隔<0.8 nm, 甚至<0.4 nm。波分复用技术使用的器件主要为光收发器件、波分复用/解复用器和光插/分复用器。

1.1 波分复用的网络结构

从图1中可以看出, 单个WDM网络基本上包括光发射接收器件、波分复用、解波分复用器和光纤。

1.2 光发射接收器件

WDM光源一般采用半导体激光器, 由于波分复用技术具有特殊性, 要求光源工作波的范围大、稳定性高, 光谱线宽窄、波长在宽波段范围内可调、频率啁啾低和多波长等间隔集成。

光源按波长可分为固定波长激光器和可调波长激光器。固定波长激光器多采用多量子阱 (MQW) 分布反馈激光器 (DFB-LD) , 这种激光器在较大温度范围和高速率的情况下, 可保持动态单模特性, 同时, 还可确保低阈值特性和较高的边模抑制比 (SMSR) 。

固定波长激光器为波分复用网络中的光源, 波长不可改变, 且需要多个不同波长的激光器, 这样不仅会使生产工艺的难度增大, 还会使成本增加。如果具有一种可在一定波长范围内调谐的激光器, 则可以采用一种结构实现波分复用中光源的各种波长。可调激光器的分类较多, 一般有外腔式、多电极式、电调谐和热调谐等。

WDM对光接收器件的要求为波长响应范围大、波长可选择和串扰小等。除可采用普通的光电二极管 (PIN-PD和APD) 作为探测器外, 还可采用谐振腔增强型 (RCE) 光电二极管。

1.3 光波分复用器

波分复用器将多个波长的光信号耦合至1根光纤中传输, 并利用接收端的解波分复用器将各个波长耦合至不同的光纤中, 从而实现光信号的分离。光波分复用器也称为合波器, 常用结构为阵列波导光栅 (AWG) 。此外, 还有熔融拉锥型、介质膜型和平面型。

2 光正交频分复用技术 (O-OFDM)

OFDM应用在射频通信中, 其理论在1966年提出, 直至2005年才在光纤通信OFDM系统中实现。由此可见, OFDM理论具有很大的发展潜力。图2为光纤通信中OFDM系统与WDM中信号的对比图, 从中图2可以看出, 该理论的基本思路为将不同频率的信号调制到一起传输, 同时, 将高速数据信号分成多路低速数据信号, 并调制到同一组子载波上传输。

OFDM的基本结构如图3所示。OFDM包含有3大部分, 即OOFDM (光OFDM) 发送端、传输媒介 (光纤) 和OOFDM接收端。其中, X为频域;x为输入端的时域;Y表示接收端的频域;y为时域。OFDM系统可变换发射端IFFT, 并加载到2个正交信号合波后通过光纤传输;接收端分离出这2路信号后, 通过FFT变换到频域接收数据。在信号传输中, OFDM通过加入循环前缀CP (Cyclic Prefix) 到保护间隔提高系统性能, 可抑制ICI和ISI等现象。这是OFDM的优势所在, 但光OFDM系统也有缺点, 加入CP冗余信号后降低了运行速度, 同时, PAPR峰均比较高, 进而造成系统整体功率变大。

3 结束语

综上所述, 随着关键技术和光电元器件技术的发展, 光纤通信技术获得了飞速发展, 而复用技术的应用也有效促进了光纤通信技术的发展。

摘要：主要对高速光纤通信系统中的复用器件展开了探讨, 详细阐述了分复用和正交频分复用等技术, 并对所使用的复用器件作了系统分析研究, 以期能为相关单位的需要提供有益的参考和借鉴。

关键词：高速光纤通信系统,复用技术,复用器件,WDM

参考文献

[1]冯卫, 邵忆群, 罗玉娟, 等.光纤通信系统中波分复用技术的应用[J].电子技术与软件工程, 2013 (19) .

浅谈高速公路数据通信系统 篇5

高速公路系统是关系到旅客生命安全的系统,高效的数据通讯对于旅客的生命安全和道路管理来说至关重要.在本文中,我将对高速公路数据通讯系统的`特点、组成和通信方式进行具体的论述.

作 者：胡梦龙 作者单位：中达电通股份有限公司刊 名：中国科技博览英文刊名：CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY REVIEW年，卷(期)：“”(13)分类号：U412.36+6关键词：高速公路 通信 数字 信息

高速光纤通信系统 篇6

关键词:3G;无线局域网;高速公路通信系统

中图分类号:TN929.5 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2012) 12-0069-01

一、3G无线网络应急实施方案

首先,3G无线传输可以在有线线路发生故障时,将各收费站的现金收费数据、非现金收费数据、操作流水数据等通过运营商的3G无线网络传送到总监控中心的计算机收费平台服务器。另外,视频监控系统可以将监控视频图像等通过3G视频采集传输终端编码、压缩并打成IP包,通过运营商的3G无线网络传送至无线视频管理服务器,监控中心通过计算机客户端、电视墙、手机终端等方式方便的进行远程监控和和管理[1]。

以下将针对上述需求采用国际领先的视频处理技术和运营商的3G无线移动通讯技术研制生产的3G无线传输和网络视频监控系统产品,实现由无线传输保护有线传输的一种全面解决方案,同时解决电路保护、SDH网元监控和无线设备监控等问题。该方案能够支持以3G无线方式提供可靠的、流畅的、高清晰度的数据和视频传输,能够实时为事件现场提供高性能、高可用性、低成本的3G无线数据传输,并搭建数据传输系统、视频监控系统、语音传输系统和紧急调度系统。

(一)系统组成

本方案拟建3G无线应急通信系统由3G无线网络单元、视频采集传输单元以及SDH设备的数据接口板组成。监控系统可以在SDH有线网络发生故障导致线路中断时,自动切换致3G无线网络,进行视频传输。

1.3G无线网络单元(传输网络)。3G无线网络单元,拟采用中国电信的CDMA2000-EVDO3G无线传输系统,选择就近BTS接入国家公共基础电信网,同时也可以选择支持宽带卫星或海事卫星等传输方式。

本方案的3G无线网络单元拟选择中国电信的CDMA2000-EVDO3G无线网络,根据实际情况若没有中国电信的3G信号则自动切换至CDMA1X通道,或者切换至中国联通的WCDMA网络。无线视频设备制式同时支持CDMA2000和WCDMA[2]。

2.视频采集传输单元。视频采集传输单元配置3G无线视频采集传输终端(室外型)、原有收费系统、摄像机,传感器(车流监控仪等)设备。

3.线路保护切换单元。线路保护切换单元拟采用SDH设备的数据接口板实现有线/无线的线路倒换,同时实现原有线路的电路保护。

(二)系统配置流程

首先对监控站点的无线设备进行安装和调试。然后,在站点的光传输设备上配置至少3个光接口,除了一个光口上联到上游站点外,将其他两个光口互联起来以形成一个简单的自愈环结构。最后,对站点进行业务配置,ADM节点只需要按普通的通道保护环进行业务配置即可。站点的业务配置需要将线路板的时隙交叉配置到支路板上,然后通过数字配线夹(Digital Distribution Frame DDF)架和微波之间的2M跳线连接。线路的具体切换操作利用SDH设备的开销字节来实现[3]。

以中兴通讯的SDH设备为例,ZXMP-S380的数据接口板作为支路板与ZXMP-S320 SDH设备进行开销交叉配置。如表1.1所示为ZXMP-S320的OL1界面显示开销与实际使用开销字节的对应关系。

二、系统性能指标

(一)图像性能指标

正常模式:分辨率为352×288或704×576,最高可达25帧/s,16Bit色。一般情况下视频图像保证无水纹(与3G无线网络条件相关)。

(二)视频转发程序性能指标

1.线路切换时间小于50ms。

2.单机版服务器系统软件支持多终端并发传输(最多支持200个终端并发)。如需支持更多终端并发数量,采用3GS-Server分布式系统管理软件平台。

3.支持权限管理。

4.支持电视墙、笔记本、手机、PC电脑有线/无线观看。

(三)系统的扩展性

系统硬件和软件还可实现以下功能:

1.支持VPDN服务。

2.支持有线网络视频传输(如SDH光纤网络等)和系统融合。

3.支持本地化数据存储。

4.客户端支持数据存储。

5.监控中心支持数据存储。

6.通过升级支持本地高清晰监控和控制。

7.通过升级支持视频调度指挥。

8.支持模拟视频输出。

9.双向语音功能。

10.GPS定位功能。

三、结论

通过采用3G无线技术,能够为高速公路网络提供无线网络无缝覆盖。与有线网络提供的固定监控和数据采集不同的是,无线网络的搭建不受环境变化、路况情况等因素的限制,并且可以根据需要随时增减设备,3G技术提供的高速移动、快速切换特性,也可以满足为高速移动环境下的部署,为智能交通系统提供高效可靠的解决方案。

参考文献:

[1]段龙梅.高速公路通信系统与3G移动网络融合方案探究[J].中国交通信息化,2012,6

[2]刘亚辉.浅议无线局域网技术[J].中国高新技术企业,2007,3

高速光纤通信系统 篇7

1 高速光纤通信系统中信号损伤与补偿

高速光纤通信系统在传播过程中常常会发生信号损伤的问题, 色散和光纤耗损是导致高速光纤通信系统中信号损伤的主要原因。传统光纤系统中, 多模光纤较为常见, 在不同模式下光纤的信号传播速度不同, 证明了信号传播过程中存在模间色散。随着科技的发展, 单模光纤在光纤通信系统中使用广泛, 在一定程度上减少了色散, 也就缓解了模间色散的问题。 但是, 随着通信容量的不断扩大, 信号传输距离也越来越远, 新的问题也随之出现, 长距离运输过程中的光纤虚耗成为制约信号传播的关键。单模光纤能够解决模间色散问题, 但是会受到材料和波导色散的干扰, 导致色度色散问题的存在, 在传播过程中损伤通信信号。

因此, 人们开始采用色散补偿光纤来补偿色散问题, 促进单载波速率的提高, 进而解决信号损伤的问题。大量实践经验也表明, 采取措施缓解和补偿高速光纤系统中的信号损伤能够大大提高通信的速率。

近年来, 我国科学技术不断发展, 偏振模色散使用广泛, 相干接收和高级码型调制格式也获得了广泛的应用, 导致偏振模色散和偏振串扰成为损伤通信系统的主要因素, 加上光纤非线性和激光器的相位噪声的制约, 信号损伤问题仍然是通信系统研究的主要问题。

2 高速光纤通信系统中偏振模色散

2.1 高速光纤中偏振模色散概念

单模光纤中, 一个基模由两个相互之间垂直的偏振模组合而成, 但是, 单模光纤在实际运行过程中, 会受到多种因素的制约, 导致两个偏振模间的无法保持运行速度一致, 导致脉冲展宽, 进而导致偏振模色散的产生, 偏振模色散产生的主要原因是:

首先, 光纤自身具有双折射, 光纤在运行过程中会有一些不规则的应力的产生, 导致光纤信号发生折射;

其次, 在铺设光缆时, 光缆会受到不同程度的挤压, 进而有些部位会发生弯曲和变形, 加上在环境的制约下, 信号在传播过程中出现偏振模的祸合效应, 影响偏振模传播速度, 导致偏振模色散的产生。

最后, 一些信号需要经过通信器, 例如滤波器和隔离器等, 这些通信器的材料和结构缺陷会在一定程度上影响信号传播, 导致双折射的产生, 引起偏振模色散现象。在常规数学中, 描述双折射和祸合效应一般采用参量和琼斯矩阵, 也在很大程度上便于人们对双折射和祸合效应的理解。在理想状态下, 光波速率不会导致双折射, 双折射也与传送距离无关, 但是, 在实际运行过程中, 双折射和祸合效应与距离和光波速率关系重大。

2.2 高速光纤中偏振模色散测量方式

偏振模色散能够以一个统计量来计算, 也在一定程度上受到时间和温度变化的制约, 同时测量环境也会影响到偏振模色散的测量。也就是说在不同的时间进行同一光纤的测量会有一定误差的存在。目前, 国际上通行的偏振模色散测量方法有四种。本文暂不介绍波长扫描傅立叶变换法和波长扫描极值数计算法。

2.2.1 Jones矩阵本征值测量法

Jones矩阵本征值测量法最常用于测算偏振模色散值的计算依据测量光纤的偏振传输函数这种情形。Jones矩阵本征值测量法是测量光纤某一处的偏振传输函数, 然后依据测试准确全面描述偏振模色散特征。在进行测试时, 要采用激光器和分析仪来对光纤上等间距波长的矩阵进行测量, 然后依据矩阵将本征矢量和本征值算出来, 从而依据一定公式计算出PSP和DGD, 然后将他们的平均值求出来, 最后变可以得到偏振模色散的值。Jones矩阵本征值测量法具有一定优势, 能够全面测量偏振模色散值, 甚至能够十分准确地进行最小值的测量。但是Jones矩阵本征值测量法也存在一定的缺陷, Jones矩阵本征值测量法的测量结果受到外界干扰大, 且需要较长时间, 测量速度慢, 测量效率低, 只适用于科学研究中。

2.2.2 干涉仪法

干涉仪法适用于一定时间段内的测量, 主要是通过试光纤将端电场将自相关函数输出, 然后将振模色散的传输时间均方差计算出来。宽带LED是干涉仪法中需要使用到的光源, 干涉仪扫描光纤输出端, 确保在这个时间段内相关信号的存在, 偏振模色散值即为测量出的自相关函数的二阶矩均方值。干涉仪法具有速度快且效率高的优点, 具有较强的外界干扰抵御能力, 但是, 干涉仪法也存在一定的缺陷, 这种方法难以提供一些相关信息。

3 高速光纤通信系统中信号损伤补偿技术

在实际运行过程中, 长距离输送时, 偏振模色散速度为10Gb/S时, 输送功率会在很大程度上受到损伤, 影响信号传输速率, 造成信号损失。因此, 高速光纤通信系统中信号损伤补偿技术研究时要考虑相关影响因素。据相关研究显示, 信号损伤的主要原因是一阶偏振模色散效应, 在此基础上, 高阶偏振模色散会加剧信号损伤的恶化。因此, 一阶偏振模色散效应的研究成为高速光纤通信系统中信号损伤补偿技术研究的关键。光路和电路上的补偿是目前最常用的高速光纤通信系统中信号损伤补偿技术。光路和电路上的补偿主要原理是采取措施延迟光或者电, 然后控制反馈回路, 进一步将偏振模色散中的两个偏振模之间的时差进行延长, 来补偿高速光纤通信系统中的信号, 然后统一输出两个偏振模的信号。大量实验表明, 光路和电路上的补偿能够对高速光纤通信系统中信号损伤进行补偿。在此对光补偿进行一个案例分析。

光补偿案例分析:在此方案中, 增设光延迟线, 对两个偏振模间的时差进行调整, 最终进行补偿来保证偏光纤。同时, 在以上基础上安装偏振模控制器, 来调整输入光的偏振态, 确保光的偏振态与光纤切合, 需要注意的是, 在此过程中, 控制器反应速度必须大于偏振器变换速度, 从而确保光纤输出光信号, 控制偏振器的信号。这种方案能够补偿高速率高速光纤信号, 也能够补偿长距离高速光纤信号, 同时在一定程度上降低功率损失。

4 结束语

总而言之, 偏振模色散是引起高速光纤通信系统中信号损伤的主要原因, 目前, 高速光纤通信系统中信号损伤已逐渐成为通信系统研究的重点。随着我国科学技术的发展, 我国对高速光纤通信系统中信号损伤缓解与补偿技术有待进一步发展, 希望在未来我国能够采用更加科学的手段来解决高速光纤通信系统中信号损伤问题, 为人们通信需求提供更好的服务。

摘要：近年来, 我国光纤通信系统发展起来, 其应用规模也呈现出不断扩大的趋势, 但是, 在信号传输过程中, 信号损伤问题越发严重, 高速光纤通信系统中信号损伤主要由偏振模色散引起。本文主要从高速光纤通信系统中信号损伤与补偿介绍出发, 具体阐述了高速光纤中偏振模色散概念及其测量方式, 并提出了相应的高速光纤通信系统中信号损伤补偿技术, 希望对高速光纤通信系统中信号损伤缓解与补偿有所帮助。

关键词：高速光纤,通信系统,信号损伤缓解,补偿技术

参考文献

[1]鲁力.高速光纤通信系统中电子色散补偿技术的研究[D].华中科技大学, 2012.

[2]翁轩.高速光纤通信系统中信号损伤缓解与补偿技术的研究[D].北京邮电大学, 2013.

高速光纤通信系统 篇8

1 光纤通信网络概述

所谓的光纤通信网络,就是利用光纤作为传播介质,将光波作为载波,将需要处理的信息数据有效的传输到系统的处理段。第一代光纤以1085um的多模光纤材料为主,随着科技发展,技术、材料等更新换代速度越来越快,光纤产品也逐渐出现了二代、三代、四代、五代产品。利用光纤通信技术,能够提升数据采集系统的效率,并事先传输距离的增长。在很多测量工程中,光纤通信网络业是经常被运用,满足设备以及检测设备的需求。

高速数据采集系统的主要构成包括高速采集模块以及光纤通信网络。其中高速数据采集模块负责数据的高速采集,而光纤通信网络负责将采集的数据信息通过一定的技术向上位机传输。在多路通信分布中,高速数据采集模块有八组通道,并且每一个通道都能进行32为数据采集与转换,且速度可达到4m SPS,数据总量达到80Mb/s。进行高速数据传输,需要具有较大的总线传输容量,保证外界环境,包括噪音等不会对系统造成影响。光纤通信网络在高速数据采集系统中的应用,不仅能够满足宽带的需求,并且有效的避免了外界噪音对采集系统的影响,提升数据采集与处理的效率。

光纤通信网络在高速数据采集系统中的应用,主要优势体现在以下几个方面 :(1) 采用光波作为载波,具有传输容量大、高频率等优势 ;(2)保密性较强,能够避免电磁干扰 ;(3)传输距离较长,在传输过程中信号不容易中断或衰减 ;(4)光纤材料较为丰富、价格低廉,能够节约大量的有色金属 ;(5)光纤材料直径小、质量亲,可绕性较强。

2 光纤通信网络在高速数据采集系统中的应用

2.1 高速采集模块

高速数据采集模块就是将芯片设置在数据采集系统的主控制器中,由CPLD产生时钟时序,完成对数据的高速采集与控制。

该系统的运行原理主要表现为 :模拟信号中带有的物理量信息通过传感器进行电压量的转化,然后通过ADC转化功能模块将其转化为模拟电压量,从而实现数据的采集、传输、存储与处理。整个高速数据采集系统由AVR以及CPLD共同控制,采集到的数据信息经过模拟转化后,其转化结果一般在FIFO中缓存,最后通过FLASH陈列进行结果的转存以及保存。在高速数据采集系统中。FIFO模块具有缓存功能,能够有效的解决A/D转换过程中相关的数据位数转换为题,对数据位数进行有效的调整。

2.2 系统控制程序设计

高速数据采集系统中,采集功能的实现主要是由编程完成的,首先选择两条通道完成相关时钟分析,如果控制信号为低电平,引脚工作,然后触发数据采集功能,EOC电平降低,将8路通道中的数据存储保存下来。在具体的数据采集过程中,每一路通道的采集原理一致,最终将所有采集到的数据集中存放的存储区。

在上述操作的基础上,将编程程序载入CPLD中,实现对电路的调试,并控制8路通道同时进行模数转换。转换过程中产生的波形如图1所示 :

从图1中可以看出,1路、3路、4路、5路分别产生8个连续的脉冲,脉冲的时序位置正确,说明控制系统中8路数据信号采集能够在同一时间进行,不会出现时序以及逻辑上的错误。这就说明,该控制系统的设计能够满足高速数据采集程序控制的相关要求。并且根据数据采集脉冲的宽度,能够计算出数据采集系统的采集数据最高为10mb/S。

将采集到的数字信号用过调制解调器(光电)的转换,将其转换为光信号,并将其加载到光纤通信网络中,通过其传输功能将其及时的传输到控制回路系统中,对系统相应的运行实施有效的控制。

2.3 外接存储器设计

光纤通信网络应用到高速数据采集系统中,以光的形式与功能模块相连,数据采集、处理的速率相比于FPGA来说具有很大的优势,能够实现实时、有效、准确的数据信息传输,这就说明外接存储器在系统中的设计相当必要。外接存储器的种类很多,包括双倍速率存储器、同步动态随机存储器、虚拟通信存续期、动态接口随机存储器等等。根据光纤通信网络大数据量、高速率等特点,加上控制系统以及系统硬件等设计的结合对比,决定选用双倍速率存储器。

双倍速率存储器凭借其双倍结构,能够提升数据采集数据过程中对数据的读取能力,应用双倍速率,系统结构中所有的时钟周期都实现读写操作,真正意义上实现了数据读写的双倍效率。

在外接存储器设计中,充分考虑高速数据采集系统的数据存储的容量的需求以及数据处理速度的要求,选用技术较为成熟的HY5DU(L)T芯片,该芯片具有32MB的超大容量,其数据总线宽度达到16位,在其最佳的状态下,芯片的吞吐率能够达到5.312Gb/s。结合光纤通信网络最大传输速率为10Gb/s,可以看出单个双倍速率存储器并不能满足光纤通信网络数据传输的具体要求,因此在设计中,采用四个芯片并联的模式,有效的提升了存储器的数据吞吐能力,满足光纤通信网络的具体要求。

3 系统测试

为了验证上诉设计的有效性与实用性,需要系统的性能进行有效的测试。在测试的过程中,需要对已知信号实施采集,并将其传输、存储,最后将存储的信号与已知信号进行对比,分析测试的结果。测试的具体步骤主要体现在以下几个方面 :(1)将特殊的已知信号用过光纤通信协议发送出去,其信号速率达到9.953GB/S,帧长为15520字节,为了为信号分析提供便利,可以将信号帧同步码设置为一定的序列,如F6 F6 F6 28 28 28 ,在帧头剩余部位设置0,将5设置在帧内的剩余部位 ;(2)避免对信号实施直接扰码与传输。在对光信号接收后,系统应该实施光电降速与转换处理,由系统中的FPGA对数据及时钟实施接收,对其相应处理后转入外部存储器实施缓存。(3)当外接存储器被数据存满后,可以暂停数据采集,并按照一定的顺序对存储器中的数据进行读取,并在计算机系统中,通过千兆以太网接口进行统计与分析。

通过实验测试结果,可以看出已知信号与最终存储器中的接受数据一致,说明了该系统设计的有效性。另外,需要对系统误码率进行测试,将固定的数据转化为伪随机码,对数据信号进行信号净荷,测试结果表明系统的误码率低于10。

4 总结

本文通过光纤通信网络,对高速数据采集系统进行有效的设计,通过多路采集以及光纤网络相结合的方式,提高了系统数据采集的能力。并通过有效的实验测试,证明了高速数据采集系统设计具有很强的实用性,能够提升数据采集速率,提高整个系统的运行性能。

摘要：随着科技水平的进步,特别是信息化技术的发展,网络通信技术得到了长足的发展。光纤通信技术是信息化技术中重要的一种,也是本世纪最为重要的战略性产业。在高速数据采集系统中,应用光纤通信网络,能够大大提升数据采集的效率,提高数据采集系统的各项性能。本文首先对光纤通信网络进行简单的介绍,然后分析其在高速数据采集系统中的应用,并通过系统测试验证光纤通信网络的应用效果。

高速光纤通信系统 篇9

随着信息技术与计算机技术的高速发展,高清数字图像传输、远程数据采集及实时控制技术对计算机与外部设备通讯速度的要求越来越高。喷墨打印机作为一种专业的广告打印设备,图像数据从计算机到打印终端的距离一般在8 m～10 m,随着打印精度和速度不断提高,其数据通讯带宽在200 Mbps～300 Mbps。由于存在运动、加热、烘干等功率部件,系统对数据传输稳定性和抗干扰性提出了更高的要求。USB接口传输速度快,然而受到信号频率在线路传输媒介衰减的限制,USB的协议规定了USB设备最长的传输距离是5 m[1]。传输距离是限制USB在工业现场应用的一个障碍。LVDS即低压差分信号传输(Low Voltage Differential Signal),是一种高速率低功耗的传输方式,产品数据速率可达2 Gbps以上,传输的距离可达上百米。但传输电缆必须使用在串扰以及回波损耗方面性能比较好的超五类甚至六类双绞线。而数字光纤通讯以其频带宽、传输容量大、损耗小、传输距离远、抗电磁干扰性好、保密性好等一系列优点,在通讯、交通、工业、医疗、教育、航空航天和计算机等领域获得广泛的应用,并正在向更广更深的层次发展[2]。

针对大型彩色喷墨打印机对拖链信号传输和抗干扰性能的特殊要求,本系统采取以光纤通讯的方式弥补USB接口和LVDS传输在长距离通讯的不足,采用以现场可编程门阵列FPGA及TI公司LVDS接口的(SERDES)串行解串器为基础的光纤通讯的方案,实现从计算机到大型彩色喷墨打印机点到点的高速度大容量数据传输,以满足现有喷墨打印机高分辨率图像打印的要求。

1 系统结构设计

整体结构示意图如图1所示,系统通过PC机的USB2.0接口实现与外部设备的数据通讯与命令传输,通过光纤收发模块实现对打印数据的二次传输,同时将打印头的位置采样、温度、电压等参数信息通过USB接口发送到PC机。

系统工作过程如下:PC机将处理好的打印数据通过USB2.0接口发送到68013A,主控FPGA采用同步模式[3]从68013A读取数据存储于SDRAM,主控FPGA根据光栅反馈的位置信息从SDRAM读取数据通过光发送模块按帧发送到接收FPGA,接收FPGA接收数据存储于内部FIFO,接收FPGA按照喷头的打印时序将内部FIFO的数据装载到喷墨打印头。主控FPGA同时负责实现对SDRAM的地址访问和动态刷新的功能。

2 系统硬件模块设计

2.1 系统硬件框图

本光纤数据通讯硬件结构如图2所示,USB系统作为主从系统而非对等(peer-to-peer)系统,满足了数据打印中高速实时流数据的应用要求,有效地改善带宽,平滑带宽抖动。系统中通过FPGA及SDRAM构造一个大容量的FIFO,来充当USB控制器与外围电路之间数据的缓存区,提供一个低成本并能满足高速实时流数据传输的解决方案,电路由FPGA及128 MB动态存储器SDRAM和低电压差分信号串行器与解串器(SerDes)组成。光纤通讯采用600 Mb/s单模PECL电平光收发一体光模块(OCM3721)和两根光纤。系统设计最高通讯带宽为400 Mbps,可以满足实际的打印需求。数据传输的具体过程如下:发送端的FPGA采用同步以16 bit位宽方式读取68013A内部FIFO的数据,转换成32位宽方式存储于SDRAM。当发送端FPGA检测到发送命令后读取数据一帧1 KB进行CRC校验[4],把要发送的数据和校验码进行8B/10B编码后输出到SN65LV1023A串行器,在串行器经信号锁存和并/串转换后以一对低压差分信号输出,LVDS信号经变换电路转换成PECL信号后送光模块由光纤发出。在接收端则由光模块接收后转换成LVDS信号送SN65LV1224B解串器,由解串器把数据进行串/并转换后输出到接收端FPGA,接收端FPGA进行10B/8B解码后再进行CRC校验,然后将正确的数据存储在内部FIFO,校验错误则启动重发机制。最后把接收的数据按照需求送给喷墨打印头。

2.2 主要元器件介绍

2.2.1 FPGA选用

考虑FPGA在数据接收、缓存、发送的实际需求,FPGA采用Xilinx的Spartan-3系列XC3S200,该芯片工作于50 MHz时钟,高达20万个系统门,I/O接口能力强[5]。FPGA外围接一个标准的PROM,以用于固化FPGA程序(选用XCF01)。

2.2.2 串行与解串器(SerDes)

本研究采用德州仪器(TI)出5 mm×5 mmQFN封装的LVDS SerDes。SN65LV1023A串行器与SN65LV-1224B解串器内部结构框图如图3所示,采用10位SerDes芯片组,其关键特性如下:①以10 MHz～66 MHz的系统时钟速率实现100 Mbps～660 Mbps的串行LVDS数据有效负载带宽;②时钟速率为66 MHz时,芯片组(串行器/解串器)功耗不足450 mW(标准值);③同步模式实现快速锁定,锁相环无需外部组件;④锁指示器,时钟具有可编程边缘触发器[6]。

2.2.3 8B/10B编码技术

8B/10B是应用最广泛的编码技术。它被用于串行连接SCSI、串行ATA、光纤链路、吉比特以太网、AUI(10吉比特接口)、PCI Express总线、InfiniBand、Serial RapidIO、HyperTransport总线以及IEEE1394b接口(火线)技术中,8B/10B将8 bit代码组合编码成10 bit代码,代码组合包括256个数据字符编码和12个控制字符编码。通过仔细选择编码方法可以获得不同的优化特性。这些特性包括满足串行/解串行器功能所必须的变换;确保“0”码元与“1”码元个数一致,又称为直流均衡;确保字节同步,易于实现(在一个比特流中找到字节的起始位);以及对误码率有足够的容忍能力以降低设计复杂度[7]。

3 系统软件设计

Xilinx FPGA的设计工具采用的是Xilinx ISE 8.2i和ModelSim6.0 仿真软件及Synplify v8.2综合工具。同时还结合了Debussy5.3v9等开发软件实现辅助的设计调试[8]。

3.1 设计结构和主要数据组成

主控部分FPGA的顶层设计架构图如图4所示:内部利用IP核在FPGA开出了1K×16bit先入先出队列的UFIFO和同步SFIFO[9],其中UFIFO用来存储从68013A的FIFO读出的PC机数据,SFIFO 则用来存放从SDRAM读入的待发送的数据包,ufifo_wr_ctrl模块负责实现对68013A数据的同步读/写,Sdram_addr_ctrl模块用来实现对sdram的读/写寻址变化,sfifo_rd_ctrl则用来实现对要发送数据的校验和编码处理工作。Sdram_ctrl控制模块实现了对动态存储器的初始化、读写访问和动态刷新的功能。

3.2 FPGA控制逻辑的具体实现

发送端SFIFO控制的原理图如图5所示,编程后的CRC16_ENC模块负责实现对发送数据的校验编码,ENCODER_8B/10B负责对要发送的光纤数据进行转换,转换后的数据送到串行器经并/串转换和电平转换后由光模块和光纤发出[10]。

接收端FPGA编程实现数据接收的原理图如图6所示,接收端接收到的数据首先由DECODE10B/8B进行数据译码,转换成接收的数据包后再经CRC16_DEC模块对接收到的数据进行校验后送异步FIFO,最后校验正确的数据按照外设的时序送到喷墨打印头。仿真验证了发送端在发送0-255循环递增数据时接收端数据的正确性,以及校验和解码的工作时序,经过仿真和验证,本系统接收和发送的数据一致,具有极低的误码率,满足了光纤通讯信号的要求,同时该设计已经在大型户外彩色喷墨打印机上投入使用并得到了实际的验证。

4 结束语

本研究设计了一种基于FPGA和串行解串器及光纤通讯模块组成的高速光纤通讯系统,利用串行解串器内部的锁相环和并串/串并转换功能,降低了系统的成本,提高了产品的稳定性。实际测试光纤的传送速率达到300 Mbps。喷绘机在连续120小时可靠性测试中没有出现打图错误。本方案已成功运用在大型彩色喷墨打印机点到点的高速度大容量数据传输,可满足现有喷绘机高速打印时200 Mbps～300 Mbps通讯带宽的要求,完全达到了预期的设计目标。

摘要：为解决喷绘机打印数据实时传输问题,将以现场可编程门阵列(FPGA)和串行解串器为基础的高速光纤通信技术应用到打印数据的通讯中。系统中FPGA用于实现通讯数据的存取、8B/10B编解码和CRC校验的功能;串行解串器实现了并/串和串/并转换及锁相功能;光收发一体模块实现了电光转换和光电转换。该光纤通信系统在喷绘机上进行了实际打印试验,应用结果表明系统在300 Mbps通信带宽下能够稳定传输,在120小时的连续测试过程中没有出现打图错误现象。实现了高可靠性、长距离、高速数据传输的功能。

关键词：光纤,现场可编程门阵列,低压差分信号传输,串行解串器

参考文献

[1]USB.org.Universal Serial Bus Specification Rev.2.0[EB/OL].[2006-01-01].http://www.usb.org/developers/docs/.

[2]李履信,沈建华.光纤通信系统[M].北京:机械工业出版社,2007:5-7.

[3]钱峰.EZ-USB FX2单片机原理、编程及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006:279-282.

[4]赵鸿,彭碧玉,王宏卓.基于VHDL的CRC校验及其在测控通信中的应用[J].通信技术,2010,43(2):64-66.

[5]Xilinx Inc..Spartan-3 FPGA Family:complete DataSheet[EB/OL].[2006-01-05].http://www.xilinx.com/le-gal.htm.

[6]Texas Instruments Inc..SN65LV1023A Datasheet[EB/OL].[2006-01-03].http://www.ti.com.

[7]BELHADJ M,SYSTEMS C.高速串行接口的编码技术[J].光波通信,2007,6(2):20-23.

[8]薛小刚,葛毅敏.Xilinx ISE 9.x FPGA/CPLD设计指南[M].北京:人民邮电出版社,2007:34-35.

[9]Cypress Inc..CY7C68013 DataSheet[EB/OL].[2003-01-01].http://www.cypress.com.

高速光纤通信系统 篇10

一、高速公路通信系统概述

在国家高速公路通信系统使用过程中,其主要任务就是为人们提供业务联络服务、收费服务以及监控服务等,使高速公路能够建立多方面的自动化传输平台。一般情况下,高速公路通信系统是由光线数字传输系统与数字化程序控制系统组成的,可以通过图像数据等显现出来,同时,有利于高速公路中紧急事故的解决,保证能够提升高速公路的安全性与运行效率。

根据对高速公路网络规划问题的分析,发现在网络规划过程中,通信系统的管理体制可以分为省通信中心、分中心以及通信中心站等,在一定程度上,能够有效维护高速公路秩序,对其发展产生较为有利的影响。

二、高速公路通信系统设计情况

目前,很多高速公路通信系统在实际建设的过程中,都是将华为、中兴等作为主要的通信设备,利用不同型号的产品对通道进行保护等,同时,还能形成数据传输平台,但是,在实际传输过程中,经常会出现传输效率低的问题,对其造成了较为不利的影响,尤其在语音传输过程中,无法有效提升传输质量[1]。

三、高速公路通信系统全IP通信设计措施

在高速公路通信系统不断完善的过程中,相关设计人员与管理人员要对自身的工作职责加以重视,保证能够通过全IP通信的设计工作,不断完善高速公路通信系统,具体方式包括以下几点:

3.1制定完善的设计方案

在设计高速公路通信系统全IP通信的过程中,设计人员要制定完善的设计方案,在控制设计成本的基础上,对下一代网络形成趋势加以分析,保证能够为高速公路管理工作提供专门的监控系统、收费系统以及会议电视系统等,使其语音传输、图像传输、数据传输等速度有所提升。同时,还要对高速公路系统功能需求加以分析,进而设计出综合性较强的系统,为其发展奠定基础[2]。

3.2工业以太网传输设计

高速公路中的机电工程所传输的信息包括:收费、监控、办公等。目前,处理专门的电话系统之外,高速公路中其他的数据传输系统都是以光线数字传输网为主,其运行通道是以太网。同时,工业以太网具有传输速度快、数据自动优化的特点,因此,设计人员可以利用工业以太网对其进行设计,进而保证设计工作的合理性,提升通信系统运行效率。在利用以太网对高速公路进行综合设计的过程中,相关设计人员要重视网络结构的可靠性,对整合系统的交换情况加以分析,保证能够在功能上满足设计要求,然后阶段性的执行升级工作,达到预期的设计目标。在高速公路综合业务接入网的过程中,相关设计人员必须要对电信级别系统加以重视,然后对数据传输以太网进行机组交换处理,进而提升传输可靠性,利用以太网结构,可以满足高速公路语音传输、设计传输等技术综合开放的需求,设计人员在设计网络构架的时候,要明确网络方向,以便于提高通信系统的应用效率[3]。

3.3交换机组配置方案

高速公路通信系统全IP通信设计人员在实施工作的过程中,必须要重视交换机组配置方案的制定,可以将通信站作为承载系统,然后对业务加以延伸。同时,设计人员还要将每个交换机划分为一个独立的VLAN系统,保证能够通过此类系统的建立,不断完善高速公路通信系统,进而提升网络信息技术的应用效率。对于VLAN系统,设计人员要重视安全性,可以设置一个访问权限,保证能够通过访问权限的设置,提升其安全性,在此过程中,设计人员要根据收费站以及指挥中心的实际情况,对可访问系统编制权限说明,然后利用路由器连接外部网络,使整个通信系统运行效率得以提升。

四、结语

在高速公路通信系统全IP通信设计过程中,相关设计人员与管理人员要对新兴网络技术加以重视,不断完善通信系统运行机制,有利于高速公路运行质量的提升。同时,还要重视工作人员的专业素质,阶段性的对其进行专业知识的培训,使其可以掌握先进技能,不断优化网络通信管理体系。

参考文献

[1]杨丽昆,叶伟.高速公路通信系统全IP通信设计[J].军民两用技术与产品,2016(8):69.

[2]叶景福.全IP架构的高速公路通信系统技术研究[J].通讯世界,2014(5):33-34.

高速公路智能监控通信技术研究 篇11

关键词：高速公路；智能监控；通信技术；数据收集系统；视频监控系统；交通监控系统；交通地理系统

中图分类号：U491 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）01-0015-03

和传统的高速公路相比，国家高速公路的交通具有运输流量大、长途车辆多、危险品车辆比例高的特点，所以，这些都对道路通行能力和服务具有极大考验。除了这些，大雾、冰雪以及各种自然灾害也在影响着高速公路的运行。

在不断推动高速公路自动化、智能化的发展趋势下，怎样才能实现高速公路智能的全监控，以此来提升服务质量、降低成本就成为了高速公路运营管理部门最迫在眉睫的问题。

1　智能全监控中的关键技术

1.1　将视频系统数据传输、控制以及存储设备相结合

高速公路智能全监控具有视频监控数量多且位置分散的特点，怎样才能用合理高效的视频传输控制以及存储技术方案，是智能监控系统中的重点。

高速公路上的收费站视频和服务区视频应该在控制室和服务区监控范围内，用视频编码器将其进行编码，实现对本地运行的情况进行实施监控，并把视频讯号用综合视频传输器传到控制中心。高速公路沿线的摄像机通过户外型视频编码器传到就近的收费站内，将其接入到交换机中进行本地存储，最后通过视频传输器传输到监控中心。

1.2　高速公路智能监控

智能交通监控系统中通常会用到闪光灯，闪光灯一般额定功率很小，但是放电时瞬时功率非常大。系统设计时，逆变器的瞬间功率必须大于系统瞬间功率，以保证闪光灯放电瞬间系统正常工作。

2　高速公路智能监控中的视频监视系统技术

高速公路的视频监控是一种有效的、直观的监控手段及方法，现在已经广泛运用在各种监控领域。视频监控可以通过外场摄像机，对目标实施全方位监控，将图像通过通信线路，传回到监控室，而且可以对其进行24小时录像，最重要的图像和事件可以进行人工控制，并进行抓拍，这对图像管理的查找工作带来了极大便利。

高速公路的监视系统是高速公路分布式的一个子系统，这主要用来对高速公路收费站出入车辆进行实时监控，对那些违章车辆和特殊处理的车辆进行抓拍，对高速公路上的立交桥、隧道、特大桥进行实时视频监视，为高速公路提供动态的图像监视功能。

超车道黄牌车自动检测采用视频检测方式，行车道超速、欠速采用雷达检测方式，非法占用应急车道采用视频检测方式，同时，采用大华高清网络球型摄像机做全景录像，前端配置2台大容量存储设备（内置1T硬盘），其中1台做录像存储，2台球机大约可存储12天左右的录像。管理中心部署集中管理软件，实现全景录像和抓拍图片的自动关联。

3　高速公路智能监控的技术方案

3.1　概述

中心站和分站两部分，共同组成了高速公路的监控应急系统。中心站主要设置在市中心或者高速公路管理中心，主要接受各个分站发过来的警报和分站运行情况；分站是设置在高速公路上的点，每个站包括了一个报警电话、一组数据通路和监控端口。当在高速公路上行驶的汽车发生故障或者是车祸时，可以向分站拨通中心求救，中心便可以根据这个对事故进行及时处理。中心同时还可以通过视频，主动查询每个分站的运营情况。

3.2　高速公路智能监控系统组成的原理

这种系统所采用的是光纤传输和光中继来实现远距离通信，采用总分式组网，并且采用单片机嵌入系统。供电电源使用的是太阳能蓄电池，在选择电池时，要考虑到太阳能电池的蓄电能力，可以采用以下方式：如果有用户告警或者中心站对分站有通信要求时，才给予供电，其他时候可以通过MCU控制，将电源切断，让系统处于睡眠状态，让系统大部分处于零耗电状态。还要考虑到容量以及使用效率各方面，高速公路的监控系统要采用分时工作，保证只有四路分站可以通话，这在满足系统需求的同时，也降低了系统容量，为整个高速公路的智能监控提供了保障。对于建设的规模而言，可以根据系统的具体容量来定，一般情况下，一个分站可以支持300多个分站点，传输的距离可以用功率大、灵敏高的光器件来增加传输距离。高速公路智能监控中的中心站和分站通过光纤和光分路进行连通，由单机片完成分站和中心站的通信工作，通过固定的地址码分区，并且采用分时的工作方式。

4　高速公路智能监控的主要系统

在现在的高速公路智能监控系统中，主要分为数据收集系统、视频监控系统、交通监控系统和交通地理系统等。

4.1　数据收集系统

在高速公路的智能监控中，数据是整个交通管理中的基本元素，也是各个系统的纽带。这种系统主要是根据系统参数来确定信息采集的周期，通过并行监视的模式来读取分中心的车辆检测器、收费站、紧急电话、限速标志设备的实时数据，它为整个交通系统提供了便利，可以为道路电视监控、调度指挥、车流量检测提供通信服务。

4.2　视频监视系统

这种系统会利用当今较为先进的视频技术，将收费亭、收费车道、广场的道路讯息进行收集，在将收集到的这些数字处理之后，通过信息传输系统将其传送到管理中心，对高速公路上的各种情况进行实时观察，可以帮助管理人员做出相应的管理措施。

高速公路的视频监控系统分为两部分，分别是收费监控和道路监控。其中收费系统主要是对收费亭和收费广场的收费情况，对收费车辆的车型和收费人员的操作流程进行监控。道路监控主要针对高速公路上的高架桥、互通立交等重要露点实行监控，掌握高速公路的交通状况，及时发现交通阻塞路段、违章车辆，对其给予及时引导，最大限度地保证了高速公路安全畅通。

4.3　交通监控系统

交通监控系统主要是收集路段上的外场设备数据、事件数据和高速公路的交通信息等，把收集回来的信息通过TGIS在地图上显示，对信息、高速公路养护和管制等叠加在路线网络中，并且对此进行事故处理、协调和诱导等。

为了使这种功能充分发挥，增强调度的自动化程度，还在系统中增添了事件处理功能，这种功能可以将交通事故、天气状况记录下来。

其实，交通监控系统的主要目的就是对交通进行一个诱导。交通诱导好比是一个讯息发送的端口，它通过设置固定的指示牌、可变情报板、信息发布等设备，发送出及时有效的信息，为车主提供最有效的交通讯息，让车辆在道路上可以舒适、畅通地行使。

在高速公路交通诱导方案里，又分为自动和半自动诱导两种。假如是自动诱导，就会根据情况自动在交通拥堵的地方发布诱导信息。假如是半自动诱导，系统就要启动中心的联动系统，经过工作人员分析后，确定好诱导方案，通过外场提示给监控中心的值班员，对交通进行诱导。

5　结语

在高速公路智能监控通信技术的研发方面，我们可以积极地与国际社会进行一个交流和合作，了解和掌握发达国家在这方面取得的成功经验和做法，还要考虑到我国经济发展水平和整个产业结构、资金费用、道路状况、交通的特点等各方面因素，对其进行全面分析，通过这方面的分析，不断完善和加强我国高速公路智能监控通信技术，使其可以得到更为广泛的运用。

参考文献

[1]　许海燕．高速公路智能监控通信技术[D]．山东大学，2007．

[2]　黄天发，王景国，曹伟军．高速公路智能监控应急系统[A].全国第十六届十三省（市）光学学术会议论文集[C]．2007．

[3]　劉轰，王瑞，杨根成．国家高速公路智能全程监控系统及关键技术分析[J]．交通标准化，2011，（8）．

[4]　张涛，王谦，廖芳清．高速公路智能交通监控系统[A]．第三届全国高速公路联网收费技术研讨会论文集[C]．2006．

高速公路光纤数字传输系统的检测 篇12

光纤数字传输系统是为高速公路提供话务通信 (业务电话、数字用户电话、收费热线电话) , 它还为监控, 收费系统的数据、传真、图像等非话业务提供传输通道。一旦传输系统出现问题, 后果不堪设想, 将严重影响高速公路的正常运营管理, 因此有必要对光纤数字传输系统进行定期的测试, 及时发现系统存在的问题, 确保系统的正常运行和消除潜在的风险。根据高速公路业务接入特点, 目前单条高速公路内部一般采用SDH与综合业务接入网相结合的光纤数字传输系统。基于高速公路传输的业务量和设备成本两点考虑, 多数选用STM-16及STM-16以下的传输速率等级。系统一般在通信分中心设置一套光纤线路终端 (OLT) , 其余通信站各设置一套光网络单元 (ONU) , 通过接入网系统为全线提供大容量数字通路、2M数字通路、音频/数据通路等多种数字信道和接口, 实现数据的上传及管理数据的下达;通信中心还设一套光传输本地网管终端, 实现对SDH设备的维护管理。根据省交通集团制定的企业标准《高速公路机电工程养护质量检验评定标准》, 光纤数字传输系统定期检测项目包括:系统接收光功率、平均发送光功率、2M传输通道误码指标、自动保护倒换功能、安全管理功能、公务电话功能等。下面就对这几个项目的检测进行一一介绍。

1系统实际接收光功率和平均发送光功率的测试

对于任何光纤传输系统的安装、运行和维护, 光功率测量必不可少。光功率的测量所采用的仪器是光功率计。测量光口的收发光功率时, 应注意选择对应测试波长, 光纤数字传输系统光纤的工作波长一般为:1310nm和1550nm, 测量光功率时需按照实际测量对象即光发射机光信号的工作波长选择光功率波长。根据光口的接头类型选择相应的尾纤接头, 然后用尾纤把光口和光功率计如图1、图2那样连接起来, 等光功率计上的数值稳定后读出该值即为光口的接收光功率值或平均发送光功率值。光功率的严格测试应该是用图案发生器发送规定的伪随机序列码至被测设备, 然后用光功率计测试接收光功率, 我们的日常维护检测是近似测试, 接收光功率一般在接收灵敏度和接收过载点之间。

光功率测量中的注意点: (1) 测试前应该仔细地用酒精棉球或者镜头纸充分清洗光连接器 (如尾纤头、法兰盘) 的表面。 (2) 如果尾纤已经上ODF架, 测试应该在ODF架一侧进行, 以免由于多次插拔设备的光口, 造成光连接头损坏和被污染。 (3) 固定光纤的放置状态, 避免震动, 减少光功率检测的不确定值。

2 2M传输误码指标的测试

2M传输通道误码性能是衡量光纤数字传输系统电路质量的最重要的维护指标, 对其的测试可以判断系统电路传输质量的好坏。2M传输通道误码指标的测试采用的仪器是2M误码议, 根据行业标准和企业内部标准, 2M传输通道测试的误码指标有:平均误块率BER、误码秒比ESR、严重误块秒比SESR、背景块差错率BBER。SDH系统是以一次群速率或一次群速率以上的数字通道进行传输, 故对误码的检测是以“块”为单位的。

测试模式可以分为在线 (In Service) 测试和中断业务 (Out of Se rvice) 测试, 在线测试指的是不中断业务的情况下, 实时监测SDH设备及网络。中断业务测试是在业务开通前或故障修复后对SDH设备性能和功能的测试。中断业务测试的项目比在线监测多, 大多用于要求较高的邮电检测标准中, 由于养护质量检测是在营运期进行的检测, 所以我们的检测均为在线测试, 即不中断传输业务的情况下进行测试。

测试方法:误码性能测试选择两个网元站点A和B, 测试两站间的2M传输通道, 误码仪接在站点A的一个2M口上, 在站点B对应的2M口上软件环回 (或硬件环回) 。2M传输通道检测数量和检测时长可依据标准规定, 测试的误码指标应符合标准要求。可将多条支路串接起来测试, 这里不做详细介绍。

测试仪器的接法如下图:

3自动倒换功能的测试

高速公路上光纤数字传输网主要采用通道保护的环形组网结构, 在本路段内通过隔站相连的方式组成二纤单向自愈通道保护环, 即PP保护环。自动倒换功能就是当主环通道出现故障或者大误码时, 无需人为干预, 可以由主环路自动转换到备用环路上, 通信不出现中断, 以实现较高的传输安全性。自动倒换功能的测试, 一般采用的是插拔光纤强制倒换测试。测试方法:先断开西侧光纤连接 (主环) , 业务应能完成倒换至备环, 网管上2M口出现PS保护倒换告警。然后再恢复西侧光纤, 断开东侧光纤连接 (备环) , 业务能立刻倒换回来, 表明自动倒换功能正常, 或者是恢复西侧光纤 (主环) , 不断开东侧光纤 (备环) , 10分钟后, 网管中2M口的PS保护倒换告警结束, 表明倒换恢复正常。自动倒换功能也也可以使用网管中“关闭激光器”的功能进行测试, 但注意测试完成后要记得打开激光器。

4安全管理功能、公务电话功能的检测

安全管理功能:网管系统管理员应根据网管的安全域和功能级别设定各级用户, 让各级用户拥有不同的操作权限。各级用户设置各自的安全登录口令, 未经授权的用户无法登录或进入网管系统, 并对试图接入的申请进行监控, 三次输入错误的登录口令, 网管系统进入锁定状态。建议定期对用户的登录密码进行修改, 以增加系统的安全性。

公务电话功能:公务电话是各网元间保持联系的一个重要工具, 虽然现在通信工具较发达, 可以通过多种方式进行联系, 没有必要设置公务电话, 但公务电话测试可以视为检验传输通路是否连通的手段之一, 对于用户今后的日常维护也很有用。在各站用公务电话选址呼叫其它各网元, 各网元应振铃, 且与各网元能通话;在各站拨会议电话号码呼叫其它各网元, 各网元均应振铃, 且各站之间均能相互通话。高速公路光纤数字传输网一般为环形组网, 在进行系统公务电话测试时, 还要进行断纤后的公务电话测试。断开主环上站点的光纤, 进行拨打测试应正常;恢复主环光纤再断开备环光纤, 再进行拨打测试正常。

参考文献

[1]广东交通集团企业标准.高速公路机电工程养护质量检验评定标准 (Q/JTJT003-2006) .2006.