通信站台vip,浅析有线通信在军事通信技术上的地位和方向研究

【摘要】：

  有线通信的容量大、抗干扰和保密性能好、使用方便、是国家通信网的主要手段，也是军用通信网的重要组成部分，多数国家军用的有线通信是依托于民用通信网，其不足部分才以专用线路补充，而我军却拥有独立的、颇具规模的专用地缆与明线网。因此，有线通信在我国的国防通信网中更是举足轻重。它所包括面很广，本文仅就其中的光纤通信，载波传输系统，两个方面的发展概况作一些综合介绍，以供参考。

【关键词】：光纤通信 有线通信 数字传输系统 中继段  载波系统

一，光纤通信                        

  以光学纤维为传输媒介的光纤通信是一门新兴的通信技术，用于长距离通信干线以至于局部的数据总线，均显示出极大的优越性，得到国内外的普遍重视，发展异常迅速，在90年代中，后期将成为极其重要的信息传输手段。

  高纯度的石英纤维在波长为0.8~0.9μm处有一低损耗窗口，损耗可以做到3~5dB|km，掺有一定杂志的光纤（如锗硼硅酸盐，掺锗二氧化硅等）在1.0μm以上有损耗更低的窗口（在1.3μm处最低损耗可达0.5dB|km，1.55μm处低至0.2dB|km，通常情况下1~1.5dB|km左右是不难做到的）。习惯上将这两个窗口分别称为短波长及长波长窗口。低损耗光纤的出现为光纤通信创造了良好的前提。

  目前的基本情况是：（1）在短波长领域内，技术上已经成熟，短波长光纤通信系统在国外已经商品化，在国内也开始走向实用化；（2）在长波长领域内，多数处于现场试验阶段，局部已经开始商用，其着、着眼点已由短距市话中继通信转移到长距干线通信，国内正在进行实验室试验，积极为长途试验作准备工作。从光通信的科研角度来看，我国比美、日落后4~7年。比欧洲各国落后不多，但从实用化角度来看，差距要大得多。

  从75年美国在亚特兰大市建立第一个实验光纤系统以来，到80年为止，已建立了实用的大型光纤系统大64个，日本有43个，英国和加拿大正在建设总长约3000公里的光缆网，美国通用电话电子公司正在为空军MX洲际导弹基地组建一个全场达15000公里的光纤通信网。日本还将光纤系统作为商品输出，如日本电气公司（NEC）在81年为阿根廷建立了连接60个电话局全长320公里的光纤电话网，而富士通和古河公司将在83年为香港组建总长达4000公里的光缆网。

  目前光纤通信的光源最实用的是半导体发光元件，有激光二极管（LD，亦称半导体激光器）和发光二极管（LED）两种。与其他发光元件相比，他们可用低功率驱动，可直接调制，寿命长，体积小，使用方便。

  半导体发光元件还有一重要特点，可通过选择半导体材料来改变发光波长以适应光纤传输特性的需要。像砷化镓（GaAs）的本证波长是0.9μm，掺铝以后，改变了能及分布，也就改变了发光波长。采用不同的掺杂量，GaAlAs的发光波长可以覆盖0.75~0.9.1976年研制成低损耗光纤的低损耗波段为1.0~1.3μm和1.5~1.7μm，就要采用InGaAsp激光器，Inp的发光波长为1.7μm掺入不同数量的镓和砷以后，发光波长可覆盖1.0~1.7μm。

  1977年贝尔实验室和日本电报电话公司制作的短波长GaAlAs激光器“推测寿命”已达120万小时，但作为商品供应的寿命要低一个数量级（78）。79年开始有1.3的长波长激光器商品供应，其寿命要低一个数量级（一万个小时左右）。据分析，它的退化机理与GaAlAs激光器类似，可望得到与它相同的寿命，作为商用系统的要求来说，尤其是要在海缆、卫星系统中正式采用，还需进一步延长其寿命，还有必要研究更低阈值电流的激光器，因为初期驱动电流对寿命影响很大。

  半导体激光器的温度特性不理想，其阈值电流与电光特性受温度的影响较大，要在野战条件下使用是一个严峻的问题，必须有自动功率控制装置。现在在研究激光器、驱动器、自动功率控制装置以及光纤的耦合装置全部集装在一个组件内，构成一个受温度影响不大的激光源。

  发光二级管的可靠性比激光管高，“推测寿命”已超过百万小时，以至千万小时。温度变化的影响也小，成本也低些。但发光二极管发出的是荧光而不是激光，其谱线宽度达300~400埃，是激光管的几十倍，色散大，允许的数码率要低些。它发的光的方向性不如激光管，发散角度可能超过100度（激光源仅10度~20度），由光源到光纤的耦合效率低，仅百分之几，入纤功率很小。宜用于每秒几十兆比以下的中、小容量的短距离系统中。由于发光管有不少优点，近年来注意增加发光强度，研制了高亮度发光管，输出光功率可达几十毫瓦，提高耦合效率，在发光面前面加一个自聚焦透镜，可以使效率提高十倍，甚至有达到50%的；改善发光性能，研制可达每秒一、二百兆的高速发光管。因此中、长距离的140Mb|S的系统中，LED也是可以考虑的，LED的另一个优点是电光特性具有良好的线性关系，适合于传送模拟的电视信号。

  长波长通信中检测器问题还没有令人满意地解决。采用硅材料制作的APD或PIN-FET管的高灵敏区是短波长范围，而在长波长范围只能用锗APD或PIN管，其暗电流达微安级，要比硅的大三个数量级，相应的噪声也大大增加，必要时还需要加冷却措施。

  从78年以来，国内建立的现场实验系统已有二三十个。试验范围很广，从市话中继，图像传输，抗强电干扰特性以至机载数据总线。这些试验均取得不同程度的成功。这些试验段的最长距离为十几公里，传输码率为8.448Mb|s;工作波长都在0.85μm左右;而且大部分采用的是LED，因为国产激光管的寿命和质量还有待于进一步提高。由于同样原因，拟议中的140Mb|S（相当于1920个PCM话路）京津长途试验也准备采用1.3μm的LED。

  当前，在光纤通信中国内外都很重视对相干检测的研究。前面所述及的各种系统都是光的强度调制（IM）系统，接收时都是直接将光信号还原成电信号，相当于无线电通信中最原始的直接检波或检波放大式。如所周知，这种直接接收式的灵敏度低，信噪比小，允许的中继段距离短。

  单模光纤与单模激光管的研制成功，在光纤通信中也有可能实现相干检测，例如采用外差接收方式将1.5μm（200THZ）的光信号首先与本振光混频而输出几GHZ的中频，然后在处理。发送时可采用PSK或FSK技术。这种系统可以大大提高灵敏度，使中继段距离延长至200km左右。

  相干检测对于振光的频率稳定要求很高，要有足够的输出，还必须严格控制信号与本振光在检测光敏面上的波阵面。在大气激光通信中采用的是二氧化硅（Co2）激光器（波长为10.6μm），可以满足上述要求，从而可以实现外差检测的接收方式。而光纤通信中用的是注入式半导体激光器，其频率与相位的控制比较难，而且在光纤的传输过程中，对偏振的控制要求也很严。因此，到目前为止，这种检测方式还在试验阶段。

  由于光缆的体积，重量都远小于电缆而容量又大于电缆，因此，在野战通信网中用光缆来取代电缆作为有线传输的主要手段是很有吸引力的，但必须要解决野战条件下的光缆连接问题。据报导美国已可以进行现场简易连接。

二，载波传输系统

  载波传输技术是比较成熟的一门技术,也是人们搞得最透彻的一种通信手段。载波通信系统容量大、质量好、可靠性高、每话路的成本低,是当前承担各国国内或国际长距离的最通信重要手段。到70年代主要资本主义国家和苏联均已先后研制或装设了10800路同轴电缆载波系统,即60MH z系统。它是现代载波技术的集中体现:(1)从系统到部件运用了优化设计理论与可靠性理论,(2)采用完善的均衡系统与高度精确的自动调节系统 ,确保60MHz带宽内每话路偏差不大于0.5d B ,其中设计与生产偏差分别仅占0..2 及0.3 d B ;(3)具有极高质量的放大器(宽频带、低噪声、高线性、高稳定性),是难度最大的部件。所要求的二次谐波衰减达8 0 d B、三次达1 2 0 d B (失真系数为一乘以十的负六次 ),为此必须采用深度反馈,从而6 0 M H z的放大器其控制频带达1~2G H z ,对晶体管、元件以及制作工艺均有极高要求,(4)采用频率稳定度极高的主振器,频率稳定度为十的负八次或十的负九次数量级,(5)系统具有极高的可靠性。陆缆增音机的要求为350Fit而海缆增音机低达20Fit。要求陆缆整个系统年故障率为2~4次,而海缆为十年一次。这些高标准的要求是靠先进的设计方法、精密的生产工艺和科学的管理 ( 包括生产和维护 ) 来共同保证的。

  各国的6 0 M H z系统,绝大多数用中同轴电缆 ( 2.6/9.5.m m ) ,中继段距离 为1.5、1.5 5或1.6 km 。1 2 MH z系统(2700路 ) 用于中同轴电缆时,中继段为60MHz系统的三倍,用于小同轴 (1.2 / 4.4 m m )时中继段为2km。

  要进一步扩大容量 还必须缩小增音段距离或增大同轴管直径。 在海缆系统中可以看得更清楚,，参看表1所列举的美国海缆系列的数据:

表一

  日本试验的万路海缆系统也用l 7时海缆中继段为34公里复用频率已达140MHz再增加管径敷设施工也困难,增音机增加后使噪声增加,可靠性下降,供电电压增加。有人认为己经达到技术上和经济上的极限。拟议中更大容量、更长距离的海缆系统应当考虑用光缆代替了。

  陆缆系统也类似,采用大同轴(3.7/13.5mm)的只有法国的万路系玩中继段距离为2km,为继续扩充容量做了准备。靠缩短中继段距离而增加容量的例子为1980年汉诺威博览会上所展出的Allied Technology公司的40MHz系统,用小同轴电缆l通7200个话路,中继段为1km。

  一般来说,扩大系统容量是降低话路成本、提 高经济效益的基本方法 ,如小同轴300路,其每话路公里的成本约60元,扩容至3600路后,每话路公里的成本就降至6元。然而它并非永远按此比例下降的,要扩容就要提高复用频率,中继段损耗随之加大,中继段杂音也相应地增加。所以扩容时要缩短中继段距离,增加中继站数目。增加站就意味着增加投资,而且增加站又会增加杂音的积累,抵消缩短站距的部分效果。当站短到一定程度,其经 济效益就不明显了,就不得不使用更粗的管径 以降低线路挺耗,这又需要更大的基建投资。因此,过粗的管径和过密的中继站在经济上是否合算还值得研究,而目前又出现了更强的竟争对手一光缆,它吸引了更多的研究力量,大同轴及超大容量的载波系统的研究步伐已经放慢了。

  在军事通信中 除了考虑上述间题以外 还必须考虑整个通信网的抗 毁性 作为昂用系统,

高度集中的大工业需要高度集中的大容量通信系统,如美国在东海岸的22 管中同轴系统其总容量达十余万话路,是 比较经济的,效能也是高的。然而过份的集中对军事通信来说是不恰当的,一旦某一干线,甚至某一点被破坏就会导致全网的瘫痪。宜于采用中容量的通信系统构成多回路多节点的通信网,由全网来保证大容量的需要,又增强了网的抗毁性。当然,这在经挤上是要付出相当的代价的。

  目前在同轴电缆系统中更多地是注意更充分地发挥系统的潜力,例如:

  1.管径不变,中继段距离不变的条件下,扩大系统容量。如美国的 L S系统,由10800路扩充到13200路,复用频率由6 0 MHz扩充到66MHz。中继段仍为1哩(1.6公里)。西德的西门子、劳伦茨公司展出犷V3600 路同轴载波系统,用于小同轴电缆时,中继段与2700路相同,仍为2km。复用颇率由12MHz扩充到22MHz,在3600个模拟话路上还可附加2MB|S的数字通路。要做到这一点是依靠更好地控制设计偏差和生产偏差,减少由于这些偏差而增加的噪声,从而提高了复用频率而不必缩短 中继段距离。

  2.加强网的建设 在建设或使用各种通信信道时,不应再把它们看成是孤立的传递信息的路由,而是站在网的高度,将这些路由以及这些路由所流经的节点作为一个整体来考虑。从而可以提高电路利用率,更充分地发挥通信信道的功能,更灵活地和更可靠地保证各点之间的通信联络。按系统分配信道的方式构成的只 是初级网,是没有节点交换时的一种落后方式,不能充分发挥现有信道作用。

  3.监测控制系统自动化,更充分地发挥设备的效能,提高整个系统的可靠性,是当前载波通信发展的一个重要方面。

  随着系统容量不断增加、网络的不断扩大,简单的监测系统 (例如用频率法或脉冲法监视无人机的输出电平等 ) 已远远不能满足需要,而要对整个网络以及各部分设备运行情况进行监视，记录、分析,还要对网络的调度、故障情况进行分析处理等。5 0 年代后期国外就开始研究系统和网络的自动;测试和监控。6 5 年美国的第一个自 动测试系统投入使用。随着 自动控制技术和电子计算机的发展,特别是微处理机的出现,为 自动测试和集中监控开辟了更广阔的道路,使之适应性更强、功能更全、价格更便宜。现在美、英，法、西德、日本 已程度不同地实现了全网络的 自动监测。

  我国由于大通路系统建设较晚,所以自动监控和测试的研究工作起步也较晚。但是微机的出现将促进研制工作的进展。为了加快这一工作的步伐,还必须注意测试仪器的标准化、系列化、数字化以及仪器的标淮接口,便于将不同的仪器组合而成适合不同需要的自动测试系统。否则每一测试系统都要从头做起,不仅费时费事,而且也必将导致整个监控系统的紊乱。

  4.采用话音播空技术以提高线路设.备的复用率。因为电话通信总是一方在讲话,另一方静听,就是说总有一个方向的电路是 a空载, ,的。而即使在讲话过程中,也不可避免地有间歇 据统计真正占用电路的时间只占35~42%。

  早在59~60年人们就在横跨大西洋的海缆系统 中 用话音擂空技术 充分利用 间歇以提高电路利用率。称为TASI系统,即Time Assignment Speech Interpolation(时间分配话音插空)。但当时用的是模拟电路技术,设备复杂,价格昂贵,只能用在象海缆等特殊场合,难以推广。而在7 0年代,由于数字技术和计算技术的发展,己能 用微处理机来实现话音插空以增加电路容量。它是将用户信息分成若干段,每段之前加上标符,选取空闲电路传送此段信息,对端设备中的微机根据指令区分标符,恢复原来的用户信息。全过程用微机控制,为了便于信号的存锗、处理和交换,要将信号数字化,所以也称为数字话音播空。这种设备已成为商品,如美国存储技术公司1978年研制的COM-2型设备能使16条双向电路供31对用户使用。还有容量更大的TLD系统,4 8对用户用24条电路，或240对用户用120条电路。

  这种设备在电路紧张而短期内又难以扩充的场合,是有实用价值的,如海缆、卫星或边远地区的干线上。用于卫星电路时还有利于增强保密性。

  5.载波系统除了向长距离大容量方向发展外,另一个侧面是研制适应分散用户的短距离系统,即所谓用户环路载波系统。它与长距离系统相比有其特殊要求:一是经济性，二是灵活性。 可以作为局间中继用。又可作用户线，上下电路方便，而在经济上又能与音频电缆或数字环路系统竞争。我国邮电系统也很注意这种系统的研究,一是因为国内很多地方对用户环路的质量并不注意,电话质量不高的原因之一是在两头,而不在长途线路。采用环路载波可以提高质量,二是因为我国数字端机较贵,模拟载波有可能做得比数字式的要经济些。而在国外,由于数字端机既经济又可靠,模拟的用户环路系统只是作为数字系统的补充。

参考文献：

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[5]姜柏歧根据KD刀工程咨询协会1982.4。访华讲演会资料整理,国际海底光缆通信的研究与发展,国外电信技术,1983.1。