微波通信技术论文范文

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微波中继通信作为一种现代化通信手段，在城市之间、地区之间的大容量信息传输中发挥了十分重要的作用[3]。现阶段，微波中继通信线路主要在电视节目传输中应用，也是一种备用干线通信线路。随着现代化通信网络的快速发展，智能性、动态性、灵活性要求越来越高，传统模拟微波通信技术已经无法满足实际需求。尽管准同步数字体系（PDH）微波通信能够适应点对点的通信，但是却不能满足动态联网的通信需求，也无法对新业务开发与现代网络管理予以支持，导致通信效率较低。而同步数字体系（SDH）微波通信作为一种新型数字微波传输体制出现在人们眼前。虽然光纤传输网络在容量方面有着微波通信无法比拟的优势，但是无论是通信干线，还是支线，SDH微波通信网络依然是光线传输网络中不可或缺的保护方式与补充部分。

1.2SDH微波通信概述

SDH微波通信传输线路是由一条主干线与若干分支组成[4]。为了更好地和现有光纤传输网络予以融合，还需要对新型微波设备予以改进。不管是设备功能、体积，还是组网方式、技术性能，均要跟随通信技术的发展趋势，进行多层面的融合。其融合主要包括以下内容：一是技术融合：利用一个硬件平台融合PDH微波通信与SDH微波通信，在软件控制下实现空中接口，保证在硬件设备没有更新的情况下，实现空中接口容量的更改，只要通过软件操作就可以设置成功，极大地节约了硬件设备升级成本[5]。二是设备融合：将原有的室内单元（IDU）、数字配线架（DDF）、分插复用器（ADM）等功能予以融合，全部融入到IDU中。如图2所示，在此IDU中，不仅具有连接天馈线的中频接口，还有连接光纤传输设备的STM-N光纤接口，同时还可以直接开展FE、E1等业务，各个接口之间可以通过IDU的统一集成进行业务调度。如果重新组合IDU业务板件，还可以形成树型、星型、链型、环型等复杂网络结构。在微波系统退出网络之后，IDU依然能够继续充当光纤传输的MADM设备，展开相应的通信。在某种程度上而言，高度集成的IDU可以用新型交叉连接代替原来的转接电缆，为系统的调试与维护提供了很大的便利条件。

2新型微波通信的关键技术

2.1编码

自适应调制编码（AMC）在移动通信中得到了广泛应用，根据信道质量对编码速率予以调整，以此来获取较高的吞吐量。当无线通信速率比较低的时候，信道估计相对准确，AMC的应用效果较好。随着终端移动速度的不断加快，信道质量已经无法满足信道的变化，在信道测量错误的情况下，导致AMC调制编码方式和实际情况不相同，影响了系统容量、吞吐量等性能指标，值得相关人员进行深入研究。

2.2多天线技术

在微波中继通信系统中，分集接收得到了广泛应用，是对抗多径衰落以及增强数字微波传输质量的主要途径。在SDH微波通信系统中，因为多状态调制方式的运用，使得其对频率选择性衰落更加敏感，所以，为分集接收的普遍应用创造了有利条件。分集技术就是为了削弱多径衰落与降雨衰落的干扰，对不同的特性收信信号予以合成或者切换，从而得到良好信号的技术。在微波中继通信系统中，分集技术主要包括四种：路由分集、角度分集、空间分集、频率分集[7]。在移动通信中，MIMO技术得到了普遍应用，其是在发送端与接收端借助天线传输无线信号的一种技术，属于一种智能天线。MIMO技术主要就是将用户数据分解成若干并行数据流，在指定的宽带内由多个发射天线同时发射，经过无线信道之后，由多个接收天线予以接收，结合各并行数据流的空间特征，对原有数据流予以解调。MIMO技术的核心内容就是空时信号的处理，也就是借助空间天线对时间域、空间域信号进行处理。MIMO技术可以有效提高频谱利用率，在无线频带有限的条件下，获取更高的传输速率，达到预期的业务效果。

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1引言

在油田偏远油区生产过程中，对相关生产参数及油井视频进行远程监控对偏远油井的安全生产起着至关重要的作用。但由于偏远油区装置远离油田总部，应用有线的通讯方式，施工困难且周期长、灵活性差。而无线通讯方式由于其建立物理链路简单易行，成本低，可以根据现场需求及时调整项目方案，灵活性好，系统的功能扩展方便，因此特别适合偏远油区对通信链路的要求。

2常用的无线通讯技术

目前在油田现场广泛应用的无线通讯技术主要有GPRS/CDMA、数传电台、扩频微波、无线网桥及卫星通信、短波通信技术等。

其中GPRS和CDMA技术中国移动和中国联通公司的主营数据传输业务，在数据传输方面有着很强的优势，即信号覆盖范围广。对于陆上油田生产区域基本完全覆盖。但由于海上油田地理位置特殊，远离陆地的基站，因此很多海上生产平台还无法为GPRS/CDMA信号完全覆盖。此外经过测试，GPRS的平均速率为20kbit/s～40kbit/s，CDMA的平均速率为80kbit/s～100kbit/s，可以满足传输小数据量的生产数据要求，但无法满足大数据量的信号（例如视频信号）远程无线传输。虽然有利用CDMA技术进行视频信号传输的案例，但效果并不理想。

数字电台用于点对点或点对多点的工作环境，能够提供标准RS-232接口，可直接与计算机、RTU、PLC等数据终端连接，实现透明传输。数传电台的传输速率从1200～19.2Kbit，传输距离20～50公里。具有抗干扰能力强、接收灵敏度高等特点。数传电台技术比较成熟，标准统一，一直以来广泛用于油田的数据遥测/数据采集与监控(SCADA)项目中。但随着GPRS/CDMA技术的日渐成熟，相应的设备价格的降低，使得在很多应用场合中数传电台被GPRS/CDMA所取代。但同时，数传电台的相关技术也在不断发展，智能化、网络化、高带宽的数传电台也不断涌现。结合数传电台误码率低、信道可靠的特点，数传电台必将成为海上油田通信技术应用的可靠选择。

扩频微波和无线网桥技术是近几年兴起的一门数据传输技术。扩频微波最大优点在于较强的抗干扰能力，以及保密、多址、组网、抗多径等，同时具有传输距离远、覆盖面广等特点，特别适合野外联网应用。而无线网桥是无线射频技术和传统的有线网桥技术相结合的产物。无线网桥是为使用无线（微波）进行远距离数据传输的点对点网间互联而设计。它是一种在链路层实现LAN互联的存储转发设备，可用于固定数字设备与其他固定数字设备之间的远距离（可达50km）、高速（可达百Mbps）无线组网。这两项技术都可以用来传输对带宽要求相当高的视频监控等大数据量信号传输业务。

例如，对于远离陆地且无法进行中继的海上平台，通讯链路只能通过卫星通信和短波通讯。其中卫星通信范围大，只要卫星发射的波束覆盖进行的范围均可进行通信。不易受陆地灾害影响，建设速度快，易于实现广播和多址通信等等优点。但其运行费用相对昂贵，且系统维护要求高。短波通讯以往只在军事通信、专业通信、业余通信中发挥着极为重要的作用，因其传输速率低、噪声大，电离层反射天波为主，通常不能稳定的使用固定频率工作等缺点，因此在其他领域已慢慢淡出人们的视线。尽管短波通信存在一些缺陷，但对于海上油田而言，短波通讯作为可靠性高、覆盖区域广的通信方式，用于海上平台的紧急通信及小数据量传输应该是一个比较好的选择。

3环境因素对技术应用的影响

偏远油区的环境因素以以海上油田最为特殊。海上油田除了考虑信道带宽，传输数率，传输距离，发射功率，天线要求等通信设备本身的技术参数外，在应用无线通讯技术的过程中，还必须全面地考虑海上平特的地理环境与地理条件对无线通信技术应用的影响。

3.1对信号传输的影响

可以通过选取性能好的设备或应用抗干扰措施以减少甚至避免干扰。但无线通信过程中的信号衰落问题则是普遍存在的，而且是不可避免的。由于海上油田远离陆地，与陆地之间的广阔的海域、多变的气候使得在陆上应用效果很好的技术在海上应用时没有了用武之地。

微波在空间传播中将受到大气效应和地面效应的影响，导致接受机接受的电平随着时间的变化而不断起伏变化，我们把这种现象称为衰落。从衰落的物理因素来看，可以分成以下几类：吸收衰落、雨雾衰落、K型衰落、波导型衰落、闪烁衰落等等。在各种衰落因素中，吸收衰落、雨雾衰落及K型衰落对海上油田的无线通信应用影响较大。

3.2对技术应用的影响

各项通信技术在海上油田应用中还存在的另外一个问题就是其独特的现场环境。海上平台一般空间狭小，还要考虑海上多风，平台最高点一般较低的特点。

首先是对天线安装的限制。海上微波通信受地形地貌影响，相同的通信距离要求两端天线的高度更高。对于卫星通信、扩频微波、短波通信等天线体积较大的应用，由于海上风力较大，抗风性的要求也使得设备在小平台的安装变得十分困难。

此外，对于无人值守的平台，设备必须具有高可靠性、可自动维护、参数远程设置等功能。而对于卫星通信、短波通信等要求平台上配备专业管理操作人员进行设备的管理维护，这一特点也为技术的应用带来一定的限制。

4无线网桥技术在海上平台视频监控中的应用

在实际的现场应用中，我们选取了基于5.8G无线网桥设备进行了现场应用测试。测试地点为浅海油井，测试内容为4路视频监控图像的传输。该系统具体解决方案是利用摩托罗拉Canopy5.8G无线网桥建立通信链路。在平台一侧首先通过视频服务器将模拟视频信号转化为可在网络传输的IP数据流，之后由无线网桥将信号传输到陆地端。陆地端一侧通过无线网桥进行接收后由视频监控服务器处理后，对视频信号进行录像存储及Web。相关用户可依据相应权限在局域网内进行视频图像的浏览、录像等操作。

篇3

随着电子通信技术的发展，它同时在很大程度上改变着人们的生活和方式。人们也能很好地运用电子通信技术突破时间和空间的局限来学习和工作。电子通信技术不仅改变着人们，它还在改变着社会和国家，使得国家不断发展，特别表现在卫星通信技术上。当然我国的电子通信技术还存在一些关键技术的问题，有待人们改善和加强。

一、电子通信系统概述

电子通信技术属于现代通信技术中的一大部分。电子通信技术还是信息社会的主要支柱，是现代高新技术的重要组成部分，甚至是国家国民经济的神经系统和命脉。在现代化信息社会，电子通信技术无处不在，它涉及的范围也很广，包括移动电信、广播电视、雷达、声纳、导航、遥控与遥测以及遥感等领域，还有军事和国民经济各部门的各种信息系统都要运用到电子通信技术。

电子通信系统中最具代表性也最常见的就是移动通信和卫星通信。其中移动通信就包括了卫星通信，此外还有蜂窝系统、集群系统、分组无线网、无绳电话系统、无线电传呼系统等多个领域。

二、电子通信系统关键技术问题

近几年来，电子通信技术应用十分广泛，就其最具代表性的移动通信和卫星通信来看，就存在很多关键性的技术问题，有待加强和改善。移动通信技术在电子通信技术中发展范围最大最迅速，传统的蜂窝通信因为可用无线频谱资源的增加和无线信号的衰弱而变得越来越受局限。不断缩小的小区半径代表着基站的密度也在不断增加。除此之外，频繁的越区切换导致空中资源的浪费和频谱效率降低，这也使得网络建设的成本也是越来越高。从以上各种因素可以看出，要想获得更高的频谱效率和更大更充足的系统容量，就应该突破传统蜂窝体制，应用新的移动通信技术。

1、移动通信系统关键技术问题

在移动通信系统中采用分布式天线是很有效也很成功的一种方式，每个小区内都有很多个无线信号处理单元，这些单元距离都比载波波长要远得多，并且它们都能进行功放变频和信号预处理。要在核心处理单元实现信号处理的功能，首先就要完成信号的收发功能和一些简单的信号预处理，然后就要与核心处理单元连接，通过光纤和同轴电缆或微波无线信道来实现。有两种方式可以实现分布式移动通信，第一种就是在所有的无线信号处理单元上所有相同的下行链路信号同时发射，然后小区内的无线信号处理单元接收到上行链路信号之后直接传送到中心处理单元。这种方案优点是简单，缺点则是会不断干扰系统，阻碍了系统容量的扩大。第二种方式则是在整个业务区域内完成无线覆盖的分布式天线结构，通过用大量的无线信号处理单元来实现，从而突破传统蜂窝小区的理念。这种方式也可称之为“受控天线子系统”，即“仅与移动台相近的信号处理单元负责与移动台进行通信”的方式。第二种较之第一种更理想，但同时它也更复杂。

分布式移动通信较传统的移动通信技术有几点优势，第一是小区间干扰低、SIR高且系统容量大，第二是它内部的分集能力不仅能用来抵抗阴影效应，还能够保证不衰落和扩大系统的容量。第三是它能全面提高其自身切换性能和接受信号的功率，还能降低其切换次数。第四是它对其他通信系统的干扰小并且在相同发射功率下覆盖的区域更大，反之其发射功率更低。第五是它不仅能更方便快捷地实现任意形状的无线业务服务区，还能核心处理单元集中处理信号。更能有效利用无线资源。

子通信系统分为5层：应用层、驱动层、传输层、数据链路层和物理层。这5层之间功能划分应明确，接口应简单，从而为硬软件的设计实现奠定良好的基础:应用层是通信系统的最高层次，它实现通信系统管理功能（如初始化、维护、重构等）和解释功能（如描述数据交换的含义、有效性、范围、格式等）。驱动层是应用层与底层的软件接口。为实现应用层的管理功能，驱动层应能控制子系统内多路传输总线接口（简称MBI）的初始化、启动、停止、连接、断开、启动其自测试，监控其工作状态，控制其和子系统主机的数据交换。传输层控制多路传输总线上的数据传输，传输层的任务包括信息处理、通道切换、同步管理等。数据链路层按照MIL—STD一1553B规定。控制总线上各条消息的传输序列。物理层按照MIL—STD一1553B规定，处理1553B总线物理介质上的位流传输。应用层、驱动层在各个子系统主机上实现，传输层、数据链路层、物理层在MBI上实现。

2、卫星通信系统关键技术问题

卫星通信在电子通信技术中最为先进，它也有很大的优势，包括通信距离远并且容量大，通信线路质量稳定可靠以及机动性能优越和灵活地组网等这些都是别的技术没有的特点。但随着不断快速发展的全球信息化产业，人们对信息的需求也越来越复杂多样，电子通信技术已进入高速、多媒体、业务多样化和可移动的个性化时代。

目前的卫星通信的一些关键技术也存在一些问题，它包括高速数据的业务需求。以及卫星通信应用宽带IP的难点。现代卫星通信技术采用一些关键技术来解决问题，一个就是数据压缩技术，它能让静态和动态的数据压缩都能有效提高通信系统在时间、频带、能量上的工作效率；第二个就是智能卫星天线系统；第三个就是宽带IP卫星通信技术的研究；第四个就是新型高效的数字调制及信道编码技术；第五个就是多址连接技术的改进和发展；第六个就是卫星激光通信技术。

未来的卫星通信数据率会通过激光通信来实现，激光的优势会在互联卫星网中得到充分发挥，因为在那里经常会应用到激光通信技术，它在外层空间进行，所以不会受到大气层的影响。还可以利用“星际激光链路”技术来缩短全球卫星通信中的“双跳”法的信号时长。有专家提出“在卫星激光通信在比微波通信数据速率高一个数量级的理想情况下，天线孔径尺寸会比微波通信卫星减小一个数量级”的观点。那么如果在空间无线电通信中以激光作为载体来进行工作和运行未来的卫星之间进行激光通信是很有前途的。

总而言之，电子通信系统在这个信息化时代无处不在。在电子通信系统中范围最广最常见的就是移动通信技术和卫星通信技术，移动通信技术体现在日常的电视广播网络等各种电子传输工具上，而卫星通信系统则运用在比较大型的工程上。电子通信系统的发达和完善与否直接决定了一个国家和社会的强弱，所以对其关键技术问题的分析和研究是很有必要的，掌握了其关键技术就能很好地运用和完善它。

参考文献

[1]刘旭东，卫星通信技术[M].北京：国防工业出版社，2000

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    随着电子通信技术的发展,它同时在很大程度上改变着人们的生活和方式。人们也能很好地运用电子通信技术突破时间和空间的局限来学习和工作。电子通信技术不仅改变着人们,它还在改变着社会和国家,使得国家不断发展,特别表现在卫星通信技术上。当然我国的电子通信技术还存在一些关键技术的问题,有待人们改善和加强。

    一、电子通信系统概述

    电子通信技术属于现代通信技术中的一大部分。电子通信技术还是信息社会的主要支柱,是现代高新技术的重要组成部分,甚至是国家国民经济的神经系统和命脉。在现代化信息社会,电子通信技术无处不在,它涉及的范围也很广,包括移动电信、广播电视、雷达、声纳、导航、遥控与遥测以及遥感等领域,还有军事和国民经济各部门的各种信息系统都要运用到电子通信技术。

    电子通信系统中最具代表性也最常见的就是移动通信和卫星通信。其中移动通信就包括了卫星通信,此外还有蜂窝系统、集群系统、分组无线网、无绳电话系统、无线电传呼系统等多个领域。

    二、电子通信系统关键技术问题

    近几年来,电子通信技术应用十分广泛,就其最具代表性的移动通信和卫星通信来看,就存在很多关键性的技术问题,有待加强和改善。移动通信技术在电子通信技术中发展范围最大最迅速,传统的蜂窝通信因为可用无线频谱资源的增加和无线信号的衰弱而变得越来越受局限。不断缩小的小区半径代表着基站的密度也在不断增加。除此之外,频繁的越区切换导致空中资源的浪费和频谱效率降低,这也使得网络建设的成本也是越来越高。从以上各种因素可以看出,要想获得更高的频谱效率和更大更充足的系统容量,就应该突破传统蜂窝体制,应用新的移动通信技术。

    1、移动通信系统关键技术问题

    在移动通信系统中采用分布式天线是很有效也很成功的一种方式,每个小区内都有很多个无线信号处理单元,这些单元距离都比载波波长要远得多,并且它们都能进行功放变频和信号预处理。要在核心处理单元实现信号处理的功能,首先就要完成信号的收发功能和一些简单的信号预处理,然后就要与核心处理单元连接,通过光纤和同轴电缆或微波无线信道来实现。有两种方式可以实现分布式移动通信,第一种就是在所有的无线信号处理单元上所有相同的下行链路信号同时发射,然后小区内的无线信号处理单元接收到上行链路信号之后直接传送到中心处理单元。这种方案优点是简单,缺点则是会不断干扰系统,阻碍了系统容量的扩大。第二种方式则是在整个业务区域内完成无线覆盖的分布式天线结构,通过用大量的无线信号处理单元来实现,从而突破传统蜂窝小区的理念。这种方式也可称之为“受控天线子系统”,即“仅与移动台相近的信号处理单元负责与移动台进行通信”的方式。第二种较之第一种更理想,但同时它也更复杂。

    分布式移动通信较传统的移动通信技术有几点优势,第一是小区间干扰低、SIR高且系统容量大,第二是它内部的分集能力不仅能用来抵抗阴影效应,还能够保证不衰落和扩大系统的容量。第三是它能全面提高其自身切换性能和接受信号的功率,还能降低其切换次数。第四是它对其他通信系统的干扰小并且在相同发射功率下覆盖的区域更大,反之其发射功率更低。第五是它不仅能更方便快捷地实现任意形状的无线业务服务区,还能核心处理单元集中处理信号。更能有效利用无线资源。

    子通信系统分为5层:应用层、驱动层、传输层、数据链路层和物理层。这5层之间功能划分应明确,接口应简单,从而为硬软件的设计实现奠定良好的基础:应用层是通信系统的最高层次,它实现通信系统管理功能(如初始化、维护、重构等)和解释功能(如描述数据交换的含义、有效性、范围、格式等)。驱动层是应用层与底层的软件接口。为实现应用层的管理功能,驱动层应能控制子系统内多路传输总线接口(简称MBI)的初始化、启动、停止、连接、断开、启动其自测试,监控其工作状态,控制其和子系统主机的数据交换。传输层控制多路传输总线上的数据传输,传输层的任务包括信息处理、通道切换、同步管理等。数据链路层按照MIL—STD一1553B规定。控制总线上各条消息的传输序列。物理层按照MIL—STD一1553B规定,处理1553B总线物理介质上的位流传输。应用层、驱动层在各个子系统主机上实现,传输层、数据链路层、物理层在MBI上实现。

    2、卫星通信系统关键技术问题

    卫星通信在电子通信技术中最为先进,它也有很大的优势,包括通信距离远并且容量大,通信线路质量稳定可靠以及机动性能优越和灵活地组网等这些都是别的技术没有的特点。但随着不断快速发展的全球信息化产业,人们对信息的需求也越来越复杂多样,电子通信技术已进入高速、多媒体、业务多样化和可移动的个性化时代。

    目前的卫星通信的一些关键技术也存在一些问题,它包括高速数据的业务需求。以及卫星通信应用宽带IP的难点。现代卫星通信技术采用一些关键技术来解决问题,一个就是数据压缩技术,它能让静态和动态的数据压缩都能有效提高通信系统在时间、频带、能量上的工作效率;第二个就是智能卫星天线系统;第三个就是宽带IP卫星通信技术的研究;第四个就是新型高效的数字调制及信道编码技术;第五个就是多址连接技术的改进和发展;第六个就是卫星激光通信技术。

    未来的卫星通信数据率会通过激光通信来实现,激光的优势会在互联卫星网中得到充分发挥,因为在那里经常会应用到激光通信技术,它在外层空间进行,所以不会受到大气层的影响。还可以利用“星际激光链路”技术来缩短全球卫星通信中的“双跳”法的信号时长。有专家提出“在卫星激光通信在比微波通信数据速率高一个数量级的理想情况下,天线孔径尺寸会比微波通信卫星减小一个数量级”的观点。那么如果在空间无线电通信中以激光作为载体来进行工作和运行未来的卫星之间进行激光通信是很有前途的。

    总而言之,电子通信系统在这个信息化时代无处不在。在电子通信系统中范围最广最常见的就是移动通信技术和卫星通信技术,移动通信技术体现在日常的电视广播网络等各种电子传输工具上,而卫星通信系统则运用在比较大型的工程上。电子通信系统的发达和完善与否直接决定了一个国家和社会的强弱,所以对其关键技术问题的分析和研究是很有必要的,掌握了其关键技术就能很好地运用和完善它。

    参考文献

    [1]刘旭东,卫星通信技术[M].北京:国防工业出版社,2000

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一、概述

电力通信网是为了保证电力系统的安全稳定运行应运而生的。它同电力系统的安全稳定控制系统、调度自动化系统被人们合称为电力系统安全稳定运行的三大支柱。我国的电力通信网经过几十年风风雨雨的建设，已经初具规模，通过卫星、微波、载波、光缆等多种通信手段构建而成为立体交叉通信网。随着无线通信技术的发展，无线通信系统的特性发生巨大的变化。鉴于采用无线通信网不依赖于电网网架，且抗自然灾害能力较强，同时具有带宽大、传输距离远、非视距传输等优点，非常适合弥补目前通信方式的单一化、覆盖面不全的缺陷。本文简单介绍一下无线通信传输体制的应用特点和优缺点，并分析其在电力系统的应用前景。

二、无线技术介绍

（一）无线通信技术的概念

目前，无线通信及其应用已成为当今信息科学技术最活跃的研究领域之一。其一般由无线基站、无线终端及应用管理服务器等组成。

（二）无线通信技术的发展现状

无线通信技术按照传输距离大致可以分为以下四种技术，即基于IEEE802.15的无线个域网（WPAN）、基于IEEE802.11的无线局域网（WLAN）、基于IEEE802.16的无线城域网（WMAN）及基于IEEE802.20的无线广域网（WWAN）。

总的来说，长距离无线接入技术的代表为：GSM、GPRS、3G；短距离无线接入技术的代表则包括：WLAN、UWB等。按照移动性又可以分为移动接入和固定接入。其中固定无线接入技术主要有：3.5GHz无线接入（MMDS）、本地多点分配业务（LMDS）、802.16d；移动无线接入技术主要包括：基于802.15的WPAN、基于802.11的WLAN、基于802.16e的WiMAX、基于802.20的WWAN。按照带宽则又可分为窄带无线接入和宽带无线接入。其中宽带无线接入技术的代表有3G、LMDS、WiMAX；窄带无线接入技术的代表有第一代和第二代蜂窝移动通信系统。

1.主流无线通信技术

从技术发展的趋势可以看出，以OFDM+MIMO为核心的无线通信技术将成为未来无线通信发展的主流方向。而目前基于该技术的无线通信技术主要有：B3G、WiMAX、WiFi、WMN等4种技术。

2.其他无线通信技术

除了上述主流的无线通信技术外，目前已存在的无线通信技术还包括：IrDA、Bluetooth、RFID、UWB、集群通信等短距离通信技术及LMDS、MMDS、点对点微波、卫星通信等长距离通信技术。

（1）IrDA：InfraredDataAssociation，是点对点的数据传输协议，通信距离一般在0～1m之间，传输速率最快可达16Mbps，通信介质为波长900纳米左右的近红外线。

（2）Bluetooth：Bluetooth工作在全球开放的2.4GHzISM频段，使用跳频频谱扩展技术，通信介质为2.402GHz到2.480GHz的电磁波。

（3）RFID：RadioFrequencyIdentification，即射频识别，俗称电子标签。它是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。RFID由标签、解读器和天线三个基本要素组成。

（4）UWB：UltraWideband，即超宽带技术。UWB通信又被称为是无载波的基带通信，几乎是全数字通信系统，所需要的射频和微波器件很少，因此可以减小系统的复杂性，降低成本。

三、无线技术优劣分析

（一）WLAN技术分析

Wi-Fi的技术和产品已经相当成熟，而且大批量生产。该技术适用于无线局域网，作为有线网络的延伸，对于特殊地点宽带应用，尽管Wi-Fi技术应用非常广泛，但是它依然在安全性上存在一定的安全隐患，Wi-Fi采用的是射频（RF）技术，通过空气发送和接收数据。由于无线网络使用无线电波传输数据信号，所以非常容易受到来自外界的攻击，黑客可以比较轻易地在电波的覆盖范围内盗取数据甚至进入未受保护的公司内部局域网。

（二）WiMax技术分析

WiMax是一个先进的技术，推出相对较晚，存在频率复用性小、利用率低的问题，但由于最近才完成标准化，该技术的大规模推广还需要实践考验。从应用前景看，该技术可以在较大范围内满足上网要求，覆盖可以包括室外和室内，可以进行大面积的信号覆盖，甚至只要少数基站就可以实现全城覆盖。WiMax由于其技术的先进性和超远的传输距离，一直被业界看好，是未来移动技术的发展方向，并提供优良的最后一公里网络接入服务。

（三）WMN技术分析

WMN是正在研究中的技术，在研究中不断地在不同方面结合各种技术的特点进行融合，而且暂时没有一个成熟的产品系列来支持该技术的大规模应用。从应用前景看，WMN这一新兴网络不仅在无线宽带接入中有着广阔的应用空间，在其他方面如结合数据、图像采集模块可以对目标对象进行监控或数据采集，并广泛应用到环境检测、工业、交通等领域。随着其他技术的不断更新完善，WMN更好地与之相融合、互补，从而能够扬长避短，发挥出各自的优势。

（四）3G技术分析

3G于1996年提出标准，2000年完成包括上层协议在内的完整标准的制订工作。3G网络部署已具备相当的实践经验，有一成套建网的理论，包括对网络的链路预算、传播模型预算以及计算机仿真等。从商用前景看，目前，3G在部分地区已得到大规模的商业应用，比如欧洲很多国家、日本、韩国等都已经建设了3G的网络。3G技术已经进入可以实用的阶段，还有很多国家和地区正在建设或将要建设3G网络。

（五）LMDS技术分析

本地多点分布业务系统LMDS是一种提供点对多点通信的固定宽带无线接入技术，其工作频率在20GHZ以上，利用毫米波传输，可在一定的范围内提供数字双工语音、数据、因特网和视频业务，是一种非常好的宽带固定无线接入解决方案。在最优情况下，距离可达8公里；但是由于受降雨的原因，距离通常限于1.5公里。

其主要工作原理是通过扇区或基站设备将ATM骨干网基带信息调制为射频信号发射出去，在其覆盖区域内的许多用户端设备接收并将射频信号还原为ATM基带信号，在无需为每个用户专门铺设光纤或铜缆情况下，实现数据双向对称高带宽无线传输。

（六）MMDS技术分析

MMDS的主要缺点是有阻塞问题且信号质量易受天气变化的影响，可用频带亦不够宽，最多不超过200MHz。其次，MMDS对传输路径要求非常严格。由于MMDS采用的调制技术主要是相移键控PSK（包括BPSK、DQPSK、QPSK等）和正交幅度调制QAM调制技术，无法做到非视距传输，在目前复杂的城市环境下难以推广应用。另外，MMDS没有统一的国际标准，各厂家的设备存在兼容性问题。中国-七）集群通信技术分析

数字集群系统具有很多优点，它的频谱利用率有很大提高，可进一步提高集群系统的用户容量；它提高了信号抗信道衰落的能力，使无线传输质量变好；由于使用了发展成熟的数字加密理论和实用技术，所以对数字系统来说，保密性也有很大改善。

数字集群移动通信系统可提供多业务服务，也就是说除数字语音信号外，还可以传输用户数字、图像信息等。由于网内传输的是统一的数字信号，因此极大地提高了集群网的服务功能。

（八）点对点微波通信技术分析

微波传输的优势主要体现在以下几个方面：第一，可以降低运营商的运营成本。与租用线路相比，微波系统的投资只要一年左右即可收回。第二，微波传输系统部署简洁快速。与传统的传输手段相比，其快速部署的优势可以更快地满足新业务发展的需要。第三，目前的微波产品对未来的发展是有保障的，对于运营商的新业务和新需求都可以给予很好的支撑。未来，微波传输系统将升级到全IP的平台之上，可以全面支持运营商未来的发展。

（九）卫星通信技术分析

利用卫星在有些人口不很密集的地区来配合陆地通信。在这些地区散布着范围较广但不密集的用户，可以利用卫星作为用户连至固定有线网的接入设施。在陆地通信网已经构成宽带多媒体通信网的环境下，利用卫星建成宽带卫星接入系统是比较好而切合实际的方案，经济又可靠。

但是卫星通信毕竟是采用卫星作为通信平台，其地面站的建设、通信信道租用费用都需要花费大量资金，而且通信资源为卫星通信公司所有，受其带宽的限制，使得大量数据的传输需要付出非常大的代价。因此，作为日常生产、生活使用是极为不经济的；而将卫星通信作为应急通信、作战通信、海外通信等则比较适合。

四、无线技术综合比较

目前无线通信领域各种技术的互补性日趋鲜明。这主要表现在不同的接入技术具有不同的覆盖范围、不同的适用区域、不同的技术特点、不同的接入速率。3G可解决广域无缝覆盖和强漫游的移动性需求，WLAN可解决中距离的较高速数据接入，而UWB可实现近距离的超高速无线接入。

首先，从标准化程度上看，本报告所涉及的技术中，仅仅WMN技术没有成熟的标准体系，LMDS、MMDS、集群通信均有多种标准，只是没有统一的国际标准，其余的技术均已经完成标准化工作，并且都进行了试验网建设和商业网建设。

从频率上看，Wi-Fi技术、WMN均使用的是开放频段，WiMax技术、3G技术等其他技术使用的是授权频段。

从覆盖范围上看，Wi-Fi技术、WMN技术属于局域网无线接入技术，仅覆盖35m～100m；WiMax技术、3G技术、LMDS技术、MMDS技术、集群通信属于城域网接入技术，覆盖范围在1km～54km不等，而卫星通信、点对点微波则属于广域网技术，通常用于通信主干组网建设。

从传输速率上看，点对点微波和卫星通信属于干线传输技术，不同的情况速率变化较大，而其余的技术均为接入技术，仅仅是3G技术接入速率最小，仅为384k，而其余技术均为几十M甚至上百M的速率。

从调制技术上看，其中WiFi技术、WiMax技术、WMN、3G技术均采用最新的调制技术OFDM，其余的技术均未采用OFDM调制技术。

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一、光纤通信的应用背景

20世纪90年代以来，我国光纤应用飞速发展，在有线电视网络、能源探测等方面都大量被用到，随着有线电视网络普及率的提升，光纤的优点使其逐渐取代电信号传播。尤其是光纤在广播电视网络中的应用，呈现出剧增的趋势。光纤通信技术有以下两种：光纤接入技术，波分复用技术。光纤接入技术即光纤到路边或用户的宽带网络接入技术，光纤通信极大的满足了家庭和企业的信息通信的要求，所以它成为了电信通信技术的重要替代，尤其光纤到户（FTTH）可以使用户不受限制的进行信息接受与反馈。我国与2003年开始FTTH的推广，到2014年已经在全国30多个城市建立了FTTH网络，遍布家庭、网吧、企业等需求地，发展成果极为显著。波分复用技术是将不同波长的信号整合在一根光纤中进行传输，到达后再区分为不同波长的信号，最终传输完毕。这一技术大大提升了光纤通信的信息传输量，受到了相关领域的广泛关注。

二、光纤通信技术原理

光纤通信利用了光的全反射原理，即当光注入角度满足一定条件时，光可以进行全反射，从而到达远距离传输。在传输过程中，首先利用电信号对光波进行调制，使其成为带有信息的已调光波，然后将已调光波发送到光纤线路中进行传输，光收信机最终将光信号转化为电信号并进行接收。在传输过程中，中继器可以补偿光纤信号的衰减和对失真波形进行正形，无源器件（包括耦合器、光纤连接器等）完成以上各部分的连接。在传输过程中，在技术功能上，分为信号发射、信号合波、信号传输和放大、信号分离、信号接收五个结构。

三、光纤通信的特点

由于光纤通信是以光为载体，用光导纤维进行信息传输，玻璃材料的特性导致其具有以下优良特性：它的频带极宽，通信容量极大，是微波通信的几十倍，满足了用户需求也降低了运输空间，解决了管道拥挤的问题；石英这一介质的损耗低，中继距离长，大大减少了中继站的数量，从而减小了系统复杂性和运输成本，且信息不易失真；由于其材料为绝缘的石英，所以其抗电磁干扰能力强，且不易被腐蚀，也不受自然界的一些电力和太阳黑子活动干扰，而且还能与电力导体进行复合，并运用于军事领域；在传输过程中，光信号只能在纤维中传输，微弱的泄露信号也被外表吸收，所以它无串音干扰，保密性极好；光纤通信的材料使用玻璃为载体，节省了很多的稀有金属材料。它同样具有一些缺点：由于其材料特性，光纤的弯曲半径不能过小；光纤的操作技术、分离、耦合较为麻烦。但它的这些特点同样随着技术发展将一步步得到改进。

四、光纤通信的发展趋势

在光纤通信技术发展上，超高速传输是其主要研究方向，速度越高，信息传输的成本降越低。未来，信息量将越来越大，大数据的发展也需要光纤通信的高速传输进行大力发展。另一方面，高性能光纤也将得到大力发展。在未来发展中，光纤产品需要满足IP业务的长距离甚至超长距离的信息传输，所以高性能光纤的开发是光纤发展的刚性需求。由于光线通信的优良特性，其逐渐取代了传统的电力通信，已经在有线电视、电力通信网络、电信干线传输等方面占据了极大的份额。从20世纪60年代开始，高锟博士的论文已经预见了光纤将取代传统电通信，到如今，光纤已有了极大进展。在21世纪中光纤将如何发展成为了备受关注的话题。光纤通信与移动设备的式结合具有巨大前景，移动设备通信已融入到每一位居民生活中。光纤通信利用其优点渗透进入其中，市场巨大，且具有理论技术支持，和客户需求；另外，光网络与毫米波如果结合成功，也是革命性的进步；再有，制造高精度的光纤陀螺也具有巨大市场，除了未来航空系统，导弹系统，部分汽车也有陀螺；光纤传感器也在一些技术精度要求较高的领域有潜在需求。21世纪以来，我国光纤通信发展迅猛，但自主知识产权的占比仍然极小，大多产品技术含量低，不具备较强的竞争力。但我国仍是光纤运用方面的世界第二大国，因此我们的自主知识产权也将越来越受到重视，知识作为第一生产力将越来越雄厚。另外，光纤通信的其他功能随着其他领域的进步与发展也将一步步被挖掘，随着更多的需求，光纤通信会展现其更多的技术功能。

五、结语

光纤通信以其优良的特性，已逐渐取代传统电信号通信，未来将渗透到生活、军事、航天等领域的方方面面，我国已在世界前列，但仍然需要加强技术研究。

参考文献

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    1.光纤通信技术

    光纤通信是利用光作为信息载体、以光纤作为传输的通信方式。在光纤通信系统中,作为载波的光波频率比电波的频率高得多,而作为传输介质的光纤又比同轴电缆或导波管的损耗低得多,所以说光纤通信的容量要比微波通信大几十倍。光纤是用玻璃材料构造的,它是电气绝缘体,因而不需要担心接地回路,光纤之间的串绕非常小;光波在光纤中传输,不会因为光信号泄漏而担心传输的信息被人窃听;光纤的芯很细,由多芯组成光缆的直径也很小,所以用光缆作为传输信道,使传输系统所占空间小,解决了地下管道拥挤的问题。

    光纤通信在技术功能构成上主要分为:(1)信号的发射;(2)信号的合波;(3)信号的传输和放大;(4)信号的分离;(5)信号的接收。

    2. 光纤通信技术的特点

    (1) 频带极宽,通信容量大。光纤比铜线或电缆有大得多的传输带宽,光纤通信系统的于光源的调制特性、调制方式和光纤的色散特性。对于单波长光纤通信系统,由于终端设备的电子瓶颈效应而不能发挥光纤带宽大的优势。通常采用各种复杂技术来增加传输的容量,特别是现在的密集波分复用技术极大地增加了光纤的传输容量。目前,单波长光纤通信系统的传输速率一般在2.5Gbps到1OGbps。

    (2) 损耗低,中继距离长。目前,商品石英光纤损耗可低于0~20dB/km,这样的传输损耗比其它任何传输介质的损耗都低;若将来采用非石英系统极低损耗光纤,其理论分析损耗可下降的更低。这意味着通过光纤通信系统可以跨越更大的无中继距离;对于一个长途传输线路,由于中继站数目的减少,系统成本和复杂性可大大降低。

    (3) 抗电磁干扰能力强。光纤原材料是由石英制成的绝缘体材料,不易被腐蚀,而且绝缘性好。与之相联系的一个重要特性是光波导对电磁干扰的免疫力,它不受自然界的雷电干扰、电离层的变化和太阳黑子活动的干扰,也不受人为释放的电磁干扰,还可用它与高压输电线平行架设或与电力导体复合构成复合光缆。这一点对于强电领域(如电力传输线路和电气化铁道)的通信系统特别有利。由于能免除电磁脉冲效应,光纤传输系还特别适合于军事应用。

    (4)无串音干扰,保密性好。在电波传输的过程中,电磁波的泄漏会造成各传输通道的串扰,而容易被窃听,保密性差。光波在光纤中传输,因为光信号被完善地限制在光波导结构中,而任何泄漏的射线都被环绕光纤的不透明包皮所吸收,即使在转弯处,漏出的光波也十分微弱,即使光缆内光纤总数很多,相邻信道也不会出现串音干扰,同时在光缆外面,也无法窃听到光纤中传输的信息。

    除以上特点之外,还有光纤径细、重量轻、柔软、易于铺设;光纤的原材料资源丰富,成本低;温度稳定性好、寿命长。由于光纤通信具有以上的独特优点,其不仅可以应用在通信的主干线路中,还可以应用在电力通信控制系统中,进行工业监测、控制,而且在军事领域的用途也越来越为广泛。

    3. 光纤通信技术在有线电视网络中的应用

    20世纪90年代以来,我国光通信产业发展极其迅速,特别是广播电视网、电力通信网、电信干线传输网等的急速扩展,促使光纤光缆用量剧增。广电综合信息网规模的扩大和系统复杂程度的增加,全网的管理和维护,设备的故障判定和排除就变得越来越困难。可以采用 SDH +光纤或ATM+光纤组成宽带数字传输系统。该传输网可以采用带有保护功能的环网传输系统,链路传输系统或者组成各种形式的复合网络,可以满足各种综合信息传输。对于电视节目的广播,采用的宽带传输系统可以将主站到地方站的所需数字,通道设置成广播方式,同样的电视节目在各地都可以下载,也可以通过网络管理平台控制不同的站下载不同的电视节目。

    有线电视网络在全国各地已基本形成,在有线电视网络现有的基础上,比较容易地实现宽带多媒体传输网络,因此在目前的情况下,不应完全废除现有的有线电视网,而用少量的投资来完善和改造它,满足人们的目前需要。很多地区的 CATV已经是光纤传输,到用户端也是同轴电缆进入千万家。但是现在建设的CATV 大多是单向传输,上行信号不能在现有的有线电视网中传送。可以通过电信网 PSTN 中语音通道或数据通道形成上行信号的传送,也可以通过语音接入系统来完成。将电话接到各用户,这样各用户间即可以打电话,也可以利用广电自己的综合信息网中的宽带传输系统构成广电网中自己的上行信号的传送,组成了双向应用的Internet网。

    现在光通信网络的容量虽然已经很大, 但还有许多应用能力在闲置, 今后随着社会经济的不断发展, 作为经济发展先导的信息需求也必然不断增长,一定会超过现有网络能力, 推动通信网络的继续发展。因此, 光纤通信技术在应用需求的推动下, 一定不断会有新的发展。

    参考文献:

    [1]王磊,裴丽. 光纤通信的发展现状和未来[J].中国科技信息,2006,(4)

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1.光纤通信技术

光纤通信是利用光作为信息载体、以光纤作为传输的通信方式。在光纤通信系统中,作为载波的光波频率比电波的频率高得多,而作为传输介质的光纤又比同轴电缆或导波管的损耗低得多,所以说光纤通信的容量要比微波通信大几十倍。光纤是用玻璃材料构造的,它是电气绝缘体,因而不需要担心接地回路,光纤之间的串绕非常小;光波在光纤中传输,不会因为光信号泄漏而担心传输的信息被人窃听;光纤的芯很细,由多芯组成光缆的直径也很小,所以用光缆作为传输信道,使传输系统所占空间小,解决了地下管道拥挤的问题。

光纤通信在技术功能构成上主要分为:(1)信号的发射;(2)信号的合波;(3)信号的传输和放大;(4)信号的分离;(5)信号的接收。

2.光纤通信技术的特点

(1)频带极宽,通信容量大。光纤比铜线或电缆有大得多的传输带宽,光纤通信系统的于光源的调制特性、调制方式和光纤的色散特性。对于单波长光纤通信系统,由于终端设备的电子瓶颈效应而不能发挥光纤带宽大的优势。通常采用各种复杂技术来增加传输的容量,特别是现在的密集波分复用技术极大地增加了光纤的传输容量。目前,单波长光纤通信系统的传输速率一般在2.5Gbps到1OGbps。

(2)损耗低,中继距离长。目前,商品石英光纤损耗可低于0~20dB/km,这样的传输损耗比其它任何传输介质的损耗都低;若将来采用非石英系统极低损耗光纤,其理论分析损耗可下降的更低。这意味着通过光纤通信系统可以跨越更大的无中继距离;对于一个长途传输线路,由于中继站数目的减少,系统成本和复杂性可大大降低。

(3)抗电磁干扰能力强。光纤原材料是由石英制成的绝缘体材料,不易被腐蚀,而且绝缘性好。与之相联系的一个重要特性是光波导对电磁干扰的免疫力,它不受自然界的雷电干扰、电离层的变化和太阳黑子活动的干扰,也不受人为释放的电磁干扰,还可用它与高压输电线平行架设或与电力导体复合构成复合光缆。这一点对于强电领域(如电力传输线路和电气化铁道)的通信系统特别有利。由于能免除电磁脉冲效应,光纤传输系还特别适合于军事应用。

(4)无串音干扰,保密性好。在电波传输的过程中,电磁波的泄漏会造成各传输通道的串扰,而容易被窃听,保密性差。光波在光纤中传输,因为光信号被完善地限制在光波导结构中,而任何泄漏的射线都被环绕光纤的不透明包皮所吸收,即使在转弯处,漏出的光波也十分微弱,即使光缆内光纤总数很多,相邻信道也不会出现串音干扰,同时在光缆外面,也无法窃听到光纤中传输的信息。

除以上特点之外,还有光纤径细、重量轻、柔软、易于铺设;光纤的原材料资源丰富,成本低;温度稳定性好、寿命长。由于光纤通信具有以上的独特优点,其不仅可以应用在通信的主干线路中,还可以应用在电力通信控制系统中,进行工业监测、控制,而且在军事领域的用途也越来越为广泛。

3.光纤通信技术在有线电视网络中的应用

20世纪90年代以来,我国光通信产业发展极其迅速,特别是广播电视网、电力通信网、电信干线传输网等的急速扩展,促使光纤光缆用量剧增。广电综合信息网规模的扩大和系统复杂程度的增加,全网的管理和维护,设备的故障判定和排除就变得越来越困难。可以采用SDH+光纤或ATM+光纤组成宽带数字传输系统。该传输网可以采用带有保护功能的环网传输系统,链路传输系统或者组成各种形式的复合网络,可以满足各种综合信息传输。对于电视节目的广播,采用的宽带传输系统可以将主站到地方站的所需数字,通道设置成广播方式,同样的电视节目在各地都可以下载,也可以通过网络管理平台控制不同的站下载不同的电视节目。

有线电视网络在全国各地已基本形成,在有线电视网络现有的基础上,比较容易地实现宽带多媒体传输网络,因此在目前的情况下,不应完全废除现有的有线电视网,而用少量的投资来完善和改造它,满足人们的目前需要。很多地区的CATV已经是光纤传输,到用户端也是同轴电缆进入千万家。但是现在建设的CATV大多是单向传输,上行信号不能在现有的有线电视网中传送。可以通过电信网PSTN中语音通道或数据通道形成上行信号的传送,也可以通过语音接入系统来完成。将电话接到各用户,这样各用户间即可以打电话,也可以利用广电自己的综合信息网中的宽带传输系统构成广电网中自己的上行信号的传送,组成了双向应用的Internet网。

现在光通信网络的容量虽然已经很大,但还有许多应用能力在闲置,今后随着社会经济的不断发展,作为经济发展先导的信息需求也必然不断增长,一定会超过现有网络能力,推动通信网络的继续发展。因此,光纤通信技术在应用需求的推动下,一定不断会有新的发展。

参考文献:

[1]王磊,裴丽.光纤通信的发展现状和未来[J].中国科技信息,2006,(4)

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中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）08-0167-03

当代信息高速公路的骨干网络是由光纤通信网络构成的，若没有光纤的发明及相关有源和无源光纤器件的发明和发展，当今的高速信息网络是无法想象的。但是当今信息产业的高速发展得益于微电子学、光电子学、计算机技术及通信工程等多门学科的快速发展及它们之间的交叉融合。因此，要想成为一名信息技术领域的电子信息工程师、计算机工程师或通信工程师，除了需要掌握本专业的课程知识以外，也应该熟悉现代信息技g的其他相关主要知识，比如光纤通信网络及其相关器件等。本文从光纤通信技术的研究内容、应用及发展等方面说明其在电子信息工程专业教育中的重要性，并研讨电子信息工程专业中的光纤通信课程的理论和实验教学方法。

一、光纤通信技术简介

1960年，美国人梅曼（Maiman）发明了第一台红宝石激光器[1]，给光通信带来了新的希望。和普通光相比，激光具有波谱宽度窄，方向性极好，亮度极高，以及频率和相位较一致的良好特性。激光是一种高度相干光，它的特性和无线电波相似，是一种理想的光载波。继红宝石激光器之后，氦―氖（He-Ne）激光器、二氧化碳（CO2）激光器先后出现，并投入实际应用。激光器的发明和应用，使沉睡了80年的光通信进入一个崭新的阶段。

1966年，英籍华裔学者高锟（C.K.Kao）和霍克哈姆（C.A.Hockham）发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤（Optical Fiber）进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信――光纤通信的基础[2]。在以后的10年中，波长为1.55μm的光纤损耗：1979年是0.20 dB/km，1984年是0.157 dB/km，1986年是0.154 dB/km，接近了光纤最低损耗的理论极限。1970年，作为光纤通信用的光源也取得了实质性的进展。1977年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达到10万小时（约11.4年），外推寿命达到100万小时，完全满足实用化的要求。由于光纤和半导体激光器的技术进步，使1970年成为光纤通信发展的一个重要里程碑之年。在今后的几十年中，光纤通信网络的逐步商用化带动了相关信息产业链的蓬勃发展[3]。

由于在光纤通信系统中，作为载波的光波频率比电波频率高得多，而作为传输介质的光纤又比同轴电缆或波导管的损耗低得多[4]，因此相对于电缆通信或微波通信，光纤通信具有许多独特的优点。综上所述，可见光纤通信技术在现代信息产业技术中的重要地位，因此，光纤通信技术这门课程不仅是光学工程专业的基础必修课程[5]，也应该作为电子信息工程专业的专业选修课程来开设。

二、光纤通信课程教学研究

（一）光纤通信课程的理论教学

电子信息工程专业的光纤通信课程的理论知识可以分为四个相互关联的层次和内容，它们分别是：第一部分，光纤技术的基础；第二部分，光纤通信器件技术基础；第三部分，光纤通信系统和网络；第四部分，光纤与光纤通信系统测量。这四个部分的关系层层递进，逐渐深入。理论学时总共32学时。

第一部分，光纤技术的基础。可以先讲解光纤通信技术的一些概念性和历史性的知识，比如：电信技术的发展，光通信的必要性及技术基础，光纤通信技术的历史、现状与未来。此处，可详细介绍人类对光通信探索的历史及现代光纤通信技术从学术研究到商业应用的发展里程，并附带介绍微波通信的发展里程，然后通过比较使用光波进行通信和使用微波进行通信的优缺点及使用光纤材料和使用同轴电缆进行通信的优缺点，让学生了解光纤通信的巨大优势。然后可以简单介绍光纤传输的基础理论――电磁场与电磁波理论中的一些基本概念和现象，重点介绍麦克斯韦方程。最后介绍光纤的模式理论、光纤的结构和类型、光纤的传输特性、光纤制造技术与光缆等知识。其中，光纤传输特性包括光纤的损耗特性和色散特性，这是该部分的重点知识。总之，笔者认为，第一部分内容的讲解方法和手段是非常重要的，不宜讲得深奥，而应该结合动画或者视频讲解光纤的传光原理，使学生易于接受，才能提高学生对这门课程的兴趣，从而继续学习往后部分的相对枯燥的知识。该部分学时安排为6H。

第二部分，光纤通信器件技术基础。这部分讲述光纤通信系统中的有源和无源光通信器件，这些器件是构成一个完成的光纤通信系统必不可少的部件，学好这部分内容有利于理解后面学习的光纤通信网络的内容。这部分内容包括：基本光纤器件、光学滤波器、光纤放大器和半导体光电子器件。基本光纤器件包括分波/合波器、光纤活动连接器、光隔离器、环形器和衰减器等；光学滤波器的内容包括Fabry-Perot滤波器、介质膜滤波器、HiBi光纤Sagnac滤波器、Mach-Zender型滤波器、光纤光栅等；光纤放大器的内容包括：掺饵光纤放大器（EDFA）、光纤Raman放大器等。半导体光电子器件的内容包括：普通的半导体激光器（LD）和发光二极管（LED）、FP型双异质结构激光器、动态单纵模激光器、半导体光放大器（OSA）、PN结光电二极管、PIN光电二极管、APD雪崩光电二极管等。对于每一个光纤器件，讲解内容包括这些光纤器件的结构、工作原理、具体参数、应用场合等，应结合动画或者视频讲解，甚至如果有条件的话，可以在课题上带上一些体积很小的光纤器件实物给学生讲解，比如光纤活动连接器、LD、LED、光纤光栅、PIN光电二极管价格便宜、体积小的光纤器件。该部分学时安排为10H。

第三部分，光纤通信系统和网络。这部分是本门课程的核心和精华部分，包括光纤传输系统、光纤通信网、全光网技术及其发展三大部分。其中，光纤传输系统的内容包含：光纤传输系统的基本组成、光发送机组件、光接收机组件、光放大噪声及其级联、色散调节技术、光纤传输系统设计、光纤传输系统性能评估。光通信网络的内容包含：通信网的拓扑结构和分类、准同步数字系统（PDH）、同步数字系统（SDH）、异步传输模式（ATM）、互联网协议、光纤通信网的管理/保护/恢复。全光网技术及其发展的内容包含：通信网络的发展过程、全光网络中的传输技术（WDM、OTDM、OCDMA和分组交换技术）、无源光网络（G-PON、E-PON、WDM-PON）、光传送网（G.709OTN）、自动交换光网络、全光网的网络管理、全光网的安全问题。对于每一种光纤网络技术，讲解内容包括这些光纤网络结构、功能、应用场合等，应尽量使用PPT的图片、动画进行讲解，PPT上要尽量避免文字上描述。该部分学时安排为12H。

第四部分，光纤与光纤通信系统测量。该部分主要介绍光纤通信工程实施、检测中一些常用的设备和仪器，在本门课程的实验教学中都要使用到这些设备，是培养光纤通信工程师的基础技能知识部分。该部分的内容包括：光功率计的使用、光纤几何参数的测量、光纤衰减测量、光纤色散测量、光纤偏正特性测量、光纤的机械特性和强度测量、光时域反射计（OTDR）的使用；光接收机灵敏度和动态范围的测量、光纤通信系统误码率和功率代价的测量、眼图及其测量、光谱分析仪、光纤通信系统的在线监测技术。其中，重点讲解光功率计、OTDR、眼图示波器、光谱分析仪等仪器设备的功能和使用方法。该部分学时安排为4H。

（二）光纤通信课程的实验教学

对于电子信息工程本科专业而言，毕竟培养的学生不属于光学工程或光电子技术领域的人才，而且电子信息工程专业本身都有很多属于自己专业的实验课程及课程设计，因此，笔者认为光纤通信技术课程的实验教学应根据该专业学生的理论基础和将来他们最可能需要的工程能力而设置。因而，笔者建议光纤通信课程的总学时设置为48学时，理论教学学时为32学时，7个实验的教学学时为16学r。

根据笔者10年来给电子信息工程专业本科学生讲授这门课的经验，认为具体的实验课程设置如下。

1.插入法测光纤的平均损耗系数。采用插入法测量待测光纤在1310nm和1550nm处的平均损耗系数。掌握插入法测量光纤损耗系数的原理，熟悉光纤多用表的使用方法。学时设置为2个课时。

2.光时域反射计（OTDR）测光纤链路特性。用光时域反射计测量光纤链路的平均损耗、接头损耗、光纤长度和故障点位置。了解光时域反射计工作原理及操作方法，学习用光时域反射计测量光纤平均损耗、接头损耗、光纤长度和故障点位置。学时设置为2个课时。

3.光波分复用（WDM）系统实验及其误码率测量构建1310nm/1550nm光纤波分复用系统并测试其误码率，了解光波分复用传输系统的工作原理和系统组成熟悉误码、误码率的概念及其测量方法。学时设置为2个课时。

4.数字光纤通信系统信号眼图测试。构建数字光纤通信系统并且用数字示波器观测系统的信号眼图，并从眼图中确定数字光纤通信系统的性能。了解眼图产生的基础，根据眼图测量数字通信系统性能的原理；学习通过数字示波器调试、观测眼图；掌握判别眼图质量的指标；熟练使用数字示波器和误码仪。学时设置为3个课时。

5.光纤切割与焊接技术演示实验。利用全自动熔接机向学生演示光纤熔接的全过程，了解光纤的结构和光纤电弧放电焊接原理；了解全自动焊接光纤的过程和使用方法。学时设置为2个课时。

6.光纤光栅光谱特性测试系统的设计实验。测量光环行器的插入损耗、隔离度、方向性、回波损耗参数；利用PC光谱仪、光环行器和光纤光栅设计光纤光栅光谱特性的测试系统；了解光环行器的工作原理和主要功能；了解光环行器性能参数的测试原理；了解光纤光栅的光谱特性；学习PC光谱仪的使用方法。学时设置为3个课时。

7.光带通滤波器的设计。测量光耦合器的插入损耗、分光比和附加损耗等参数；利用光耦合器或者光环行器和光纤光栅设计光带通滤波器。了解2X2光耦合器的工作原理，了解光耦合器各项参数的测试方法。学时设置为2个课时。

通过以上实验课程，能够使电子信息工程本科学生对光纤通信系统的基本器件、基本测量系统等有一个比较感观的认识，而且能够更加深刻地掌握它们工作的基本原理和基本特性，为将来在具体的工程设计及进一步深造中奠定基础。

三、结束语

光纤通信技术在国家的信息产业、国防工业中具有举足轻重的地位，电子信息技术与光学信息技术的结合也越来越紧密。对于当今的电子信息工程专业的学生而言，除了需要掌握本专业牢固的知识和技能以外，了解和掌握光纤通信技术的基础知识和相关的技术发展趋势也是必不可缺的。本文通过对电子信息工程专业特点和光纤通信课程内容的分析，讨论了该门课程与该专业的内在联系，分析其重要性，并根据笔者10年来在重庆理工大学电子信息工程专业讲授该门课程的经验，提出了本门课程在电子信息工程专业中的理论及实验的教学内容、教学重点、教学方法及课程设置等方面的一些意见和建议。

参考文献：

[1]高D.激光技术应用现状与分析[J].物理通报，2007，（11）：50-52.

[2]龙泉.光通信发展的回顾与展望电信网技术[J].2008，（2）：30-32.

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1.TCM调制技术的发展背景与现状

随着数字移动通信的发展，频带资源日益宝贵，对数据传输质量的要求也越来越高。因此，如何提高信息传输系统的有效性和可靠性，便成为了该领域研究的重要课题。把编码调制技术应用于高速信息传输的通信中，较好地解决了这一问题。

一般的纠错编码技术对信息传输性能的改善是建立在带宽扩展的基础上的。因此，在带宽受限的信道中，依靠传统的纠错编码技术是难于提高信道利用率的。1974年Messy根据Shannon信息理论最早证明了将编码与调制作为一个整体考虑的最佳设计，就可大大改善系统的性能。1982年，Ungerboeck在IEEE Trans Information Theory上发表题为“Channel coding with multilevel/phase signals”的论文，正式宣布了人们研究多年的调制编码相结合的网格编码调制（Trellis Coded Modulation，简记为TCM）技术的诞生。该技术把信道编码和调制结合在一起进行设计，可以在既不增加信道频带宽度、也不降低信息传输速率的情况下，获得3～6dB的编码增益，宣告了一个划时代的、新的纠错编码技术的开始，成为继Shannon奠基以来信道编码技术发展的一个新的里程碑。随后，对TCM技术进行研究的热潮迅速的在全球范围内兴起，TCM研究领域取得了众多令人瞩目的成就，使得TCM技术从理论研究阶段逐步进入实用阶段。目前，TCM技术在无线通信、微波通信、卫星通信以及移动通信等各个领域中的应用前景非常广阔。

近年来，讨论衰落信道中应用编码调制方案的性能已成为编码调制中新的热点。由于TCM网格编码调制在衰落信道中的性能有一定的局限性，另一种编码调制方式-多级编码调制MLC（Multilevel Coding），进入了我们的视线。H.Lmai于1977年首先提出了MLC思想。MLC中使用多级的编码来保护信号点的每一个二进制向量元素。每一级编码器的码型选择也是以欧氏距离最大化为依据的。在接收端，每个码字都经过多级译码，从最低级开始的，高级考虑前一级的译码结果。MLC方案码率设计灵活、可实现不等错误保护度、易于使用信道容量规则，是Rayleigh衰落信道下有效的编码调制方案之一。

2.TCM调制技术的原理与特点

众所周知，应用纠错编码可以在不增加功率的条件下降低误码率，但是付出的代价是占用的带宽增加了。如何才能同时节省功率和带宽，是人们长久追求的目标。将纠错编码和调制相结合的网格编码调制（TCM）就是解决这个问题的途径之一。与传统编码技术相比，TCM网络编码调制技术将编码与调制技术有效地结合在一起，以增大编码符号之间的最小欧式距离为目的，这种调制在保持信息传输速率和带宽不变的条件下能够获得3dB-6dB的功率增益，因此得到广泛的关注和应用。

网络编码调制TCM技术利用编码效率为n/（n+1）的卷积码，并将每一码段映射为2n+1个调制信号集中的一个信号，在收端信号解调后经反映射变换为卷积码，再送入维特比译码器译码，其状态转移图呈网络状。

TCM有两个基本特点：第一是在信号空间中的信号点数目比无编码的调制情况下对应的信号点数目要多，这些增加的信号点使编码有了冗余，而不牺牲带宽；第二是采用卷积码的编码规则，使信号点之间引入相互依赖关系。仅有某些信号点图样或序列是允许用的信号序列，并可模型化成为网络状结构，因此又称为“格状”编码。

3.TCM调制技术的发展趋势

伴随着20世纪90年代以后先进的蜂窝数字移动、微蜂窝数字移动通信系统、个人通信技术、多媒体通信技术和CDMA技术的发展，TCM技术迎来了新一轮的发展势头，出现了许多新的研究领域和新的发展趋势。其中包括：BCM（Block-Coded Modulation）分组编码调制；TCM与扩频码分多址相结合；TCM码在 AWGN信道中研究的日趋完善；关于多重TCM在衰落的卫星、 陆地等典型衰落信道中的研究等等。这些研究热点几乎主导了TCM应用研究的整个市场。

TCM是 20世纪 80年代在数字编码通信领域中取得的重大成果之一，对于高效可靠地进行信息传输具有划时代的意义。纵观TCM技术二十多年的发展历程，我们可以得到这样的启示：通过系统内部的组合优化，可以使系统的整体性能得到极大的提高。TCM对数字通信领域变革的影响广阔深远。TCM技术方兴未艾， 正在迈向新的高峰。

参考文献

[1] 樊昌信，曹丽娜.通信原理（第六版）[M].北京：国防工业出版社，2009.

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关键词：电力通信；ADSS光缆；SDH传输系统

电力通信是为了保证电力系统的安全稳定运行应运而生的，它同电力系统的安全稳定控制系统、调度自动化系统被人们合称为电力系统安全稳定运行的三大支柱。因此，要求电力通信应具有很高的可靠性。目前，光纤通信在电力载波通信、微波通信、一点多址等诸多通信方式中日显优势，已成为电力通信网的主要传输方式。它是以光波为载体，以光导纤维为传输媒质，将信号从一处传输到另一处的一种通信手段。它具有传输的信息量大、距离远、频带宽、质量高、抗干扰及辐射性强等许多优点，是集语音、图像、数据通信为一体的综合传输系统。

随着华北油田变电站无人值守项目的实行，电网专业化管理的进一步深化，电力通信专网在整个油田电网运行管理中的地位越来越重要，积极采用新技术和新设备组建电力通信专网已是十分紧迫的任务。在此背景下，自2007年以来，华北油田进行了电力通信专网的统一规划和建设，建成了以光纤通信为主，微波和电力载波为辅的通信系统。

1系统组成、规模及维护

1.1系统组成

（1）全介质自承光缆——ADSS（AllDielectricSelfSupporting）。ADSS光缆在输电线路上广泛使用，特别是在已建线路上使用较多。它能满足输电线跨度大、垂度大的要求。其特点是：①张力理论值为零；②为全绝缘结构，安装及线路维护时可带电作业，这样可大大减少停电损失；③其伸缩率在温差很大的范围内可保持不变，而且其在极限温度下，具有稳定的光学特性；④耐电蚀ADSS光缆可减少高压感应电场对光缆的电腐蚀；⑤ADSS光缆直径小、质量轻，可以减少冰和风对光缆的影响，其对杆塔强度的影响也很小。

（2）SDH传输系统。本项目SDH传输系统具有灵活的设备配置：STM-16／4兼容设备，支持网络设备从622M到2.5G的在线升级，具备高低阶20G全交叉能力。具有强大的组网能力支持Mesh组网，网络节点即插即用。支持SDH业务、PDH业务、以太网等多业务接口，单子架可实现1×STM-16四纤环或2×STM-16二纤环，可支持Mesh网络中多达40个光方向的组网；具有完善的网络生存机制和完备的设备保护机制。

（3）同步时钟系统。同步时钟源包括：线路时钟源、支路信号时钟源、2个外同步时钟源。每个站点可以从两个方向提取时钟，对这两个方向时钟设置优先级，当高优先级的时钟质量低于要求时，自动跟随另一个低优先级的时钟，以此对同步时钟建立起时钟保护自愈环。21写作秘书网

（4）网管系统。本项目网络管理系统实现了对整个传输和接入设备的统一管理。网管放在电力调度中心，提供网络拓扑、配置、安全、系统维护等管理功能，支持软件在线升级。

（5）PCM接入系统。PCM接入系统具有集中网络管理能力，与SDH传输系统统一网管，具有大容量的交叉连接矩阵，是一种SDH设备延伸的业务接入。其接口丰富，极大丰富了业务的灵活接入，扩充了传输业务的特殊要求。

1.2系统规模

华北油田现拥有变电站43余座，依据油田电网各变电站分布情况，以电调中心和四个集控中心为支点建立主干光纤环网通信网络，再经光缆向35kV变电站辐射，35kV变电站之间串联运行，力争实现双光纤环路，为集控化的智能电网建设提供通信保障。1.3系统维护

SDH系统的维护主要是对光线路和设备的维护，具体如下：

（1）光缆线路情况：包括光缆的长度、芯数、接头、跳纤及光纤的衰耗值、备纤等各方面情况。

（2）设备情况：主要包括设备的型号、配置情况、机盘功能、接口情况、面板上各种告警灯和指示灯的显示情况及组网情况；光端机的各种测试指标；设备供电电源情况；ODF架、DDF架、VDF架及网管系统的应用情况。

（3）仪表、工具情况：SDH光传输系统常用仪表有：光功率计、误码仪等。要熟练掌握这些仪表的功能及使用方法。

2项目成效

华北油田电网光纤通信规划建设为无人值守变电站的现代化自动化管理和运营提供了先进的通信手段，为油田电网的管理和运行提供了充足可靠的综合业务接口及传输通道。具体来讲：

（1）满足了各站点调度电话对电路的需求。中心调度、各集控站调度、无人值守变电站之间的电力调度专用电话传输有了稳定可靠的通信电路来作为保障。

（2）满足了电力自动化系统对电路的需求。电网生产实时数据等电力自动化信息对通信系统的要求越来越高，本通信系统为其提供了标准和足够的数据接入接口，并保证了自动化数据信号的实时和无误传输。

（3）满足了监控系统对电路的需求。今后油田各个变电站将逐步向无人职守的方向发展，广泛采用变电站远程图像监控技术是变电站自动化建设的发展趋势，本通信系统为其预留了高速视频监控通道。

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近半个世纪以来，交通拥挤、道路阻塞、交通事故频繁、空气污染严重等正制约着人们的生活质量的提高以及社会的发展，为了有效地解决交通运输问题，美国、欧洲、日本等发达国家都曾试图通过直接修建道路来解决交通问题，但是土地资源是有限的，道路的里程数远远满足不了人们的交通需求。随着信息时代的来临，人们在有限的道路基础上，通过运用信息通讯技术与交通技术的有机结合，从而建立起一种大范围、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的智能交通系统。

一、国外智能交通发展现状

60年代末以来，随着科技应用领域的拓宽，西方国家开始研究运用计算机、通讯、信息及控制技术来改善交通状况。80年代中叶以来，这种研究得到飞速的发展。进入90年代以后，美国、欧洲、日本以及澳大利亚、韩国等国家，对智能交通系统的研究开发给予了更高的重视。在1996年后，日本把智能交通系统提升到了作为组成未来社会的基本要素之一的高度，加大对智能交通系统的开发、研究以及应用的投入。其中的成果包括：（1）有利于驾驶员的导航系统。为了使驾驶员在驾驶中可以采用最佳行动，通过分散交通流等为驾驶员提供便利，将经由路线的堵塞信息、所需时间、交通管制信息、停车场的满空信息等提供给驾驶员。日本在全国重要城市的道路上实施了一种名为“汽车信息和通信系统（VICS）”能接收信息的最新技术。（2）公路自动收费系统。日本的收费公路超过了8000km，有必要开发出适合全日本收费公路的自动收费系统。为此日本安装了ETC，基于DSRC，通过交互通信将汽车和道路联系起来，IC卡与安装ETC 车道上的无线装置联系，记录收费信息。日本开发了基于汽车的标准电子支付框架，到2002年，全国收费站预计有60％的收费站安装ETC。（3）安全辅助驾驶。驾驶员如果能实时地通过各种类型的传感器掌握道路周围车辆的情况以及其他驾驶环境信息，就能很好地避免了交通事故的发生。为此他们开发了这些项目，包括先进的安全汽车（ASV）、超级智能汽车系统（ SSVS）、自动化公路系统（AHS）。（4）交通管理最优法。为了处理与大流量交通有关的问题，日本已经使用了交通控制系统。包括信号控制、车载设备获取的交通信息、公交优先、动态路线引导系统、商用车辆监控、绕行信息、减少交通污染的控制信号等。

二、国内智能交通发展现状

我国关于智能交通系统的基础研究很薄弱，随着科学技术的发展和社会的进步，我国开展智能交通系统研究已具备了技术基础、国家政策倾斜和一定的市场需求。以下是我国在智能交通系统研究的初步成果，为今后我国交通进入令人耳目一新的阶段打好了基础。这些技术方法包括：（1）城市信息管理系统。这个系统按三个阶段进行建设：第一阶段为城市GIS 数据库建设，第二个阶段为信息网络建设，第三个阶段为车辆管理信息建设。不仅为ITS 系统提供直接相关的动、静态信息，同时也为未来城市发展提供各项信息服务。（2）道路交通信息系统。这个系统由三部分组成，分别是信息的采集、信息的处理和信息的。采集信息包括交通拥挤、道路施工、以及停车泊位等。信息的处理就是将通过采集的信息在交通信息中心进行处理和分析。信息的是将经由交通信息中心处理和分析过后的实时和预测信息通过车载器、电子显示屏、无线通讯、因特网等信息渠道给驾驶员和出行者。（3）网络电子收费系统。这系统的目的是为了实现大范围区域内不停车收费，该系统是车路间信息通信系统，通过微波通信技术实行收费路网“一卡通”。（4）多式联运管理服务系统。为了向客货运输提供联运服务、以及高效的运输服务和高水平管理，该系统将各交通方式的运费、管理、服务系统通过计算机网络技术进行了联网。

接下来浅谈智能交通在我国应用的一些特点：（1）为大型

的国际活动提供高效的服务。为奥运会提供服务的北京市智能交通系统，不但实现了对大范围交通状况宏观的把握，而且做到了对车辆和人员的精细化管理，实现了对社会交通与奥运交通周密组织与协调。（2）具有自主知识产权的ETC系统形成产业。目前，我国已经开通了600多条不停车收费车道，用户达到60多万人，不停车收费已经初步形成产业，在节能减排方面也具有明显优势。（3）具有规模的车载导航仪。我国基于数字地图和GPS的静态导航已经得到了较大规模应用，基于动态交通信息的动态导航正在同步扩大应用。