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時(shí)間：2023-03-13 11:23:48
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中圖分類號(hào)TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2013）82-0195-02
微波中繼通信作為一種先進(jìn)的通信方式，它是通過電波空間來傳送各種信息的，而且還能夠?qū)λ邮盏男畔⑦M(jìn)行再生中繼。建立在微波通信和數(shù)字通信基礎(chǔ)上的數(shù)字微波通信，同時(shí)具有數(shù)字通信和微波通信的優(yōu)點(diǎn)，受到大家的廣泛關(guān)注。由于微波的射頻帶寬很寬，一個(gè)微波信道允許同時(shí)傳送若干毫不相關(guān)的信息，所以數(shù)字微波通信能夠有效地進(jìn)行大容量數(shù)字信息傳送，并且與鋪設(shè)電纜、光纖以及衛(wèi)星等其他的通信手段相比具有投資省、見效快、抗干擾能力強(qiáng)、設(shè)備可靠穩(wěn)定等諸多優(yōu)點(diǎn)。隨著新技術(shù)的不斷推廣應(yīng)用（如SDH傳輸技術(shù)，IP微波技術(shù)），相信數(shù)字微波通信將進(jìn)入重要的發(fā)展時(shí)期。
數(shù)字微波傳輸鏈路的組成形式可以是一條主干線，中間不間斷地向四周輻射形成許多分支，也可以是一個(gè)樞紐站向各個(gè)方向分支。微波站的基本功能是傳輸數(shù)字信息，微波站的主要設(shè)備包括數(shù)字微波發(fā)信設(shè)備，數(shù)字微波收信設(shè)備，天線饋線，鐵塔以及保障線路正常運(yùn)行和無人維護(hù)所需的監(jiān)控設(shè)備，電源設(shè)備等。下面僅對(duì)設(shè)置在微波站的數(shù)字微波收信和發(fā)信設(shè)備進(jìn)行討論。
發(fā)信設(shè)備是把處理過的數(shù)字信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，變成該發(fā)射信道所要求頻率的微波信號(hào)經(jīng)功率放大并發(fā)送出去。微波發(fā)信設(shè)備通常有兩種組成方案：1）微波直接調(diào)制發(fā)射機(jī)，它是把來自數(shù)字終端機(jī)的信碼經(jīng)過碼型變換后直接對(duì)微波載頻進(jìn)行調(diào)制，然后經(jīng)過微波功放和微波濾波器饋送到天線，由天線發(fā)射出去。這種方案的發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但當(dāng)發(fā)射頻率處在較高頻率時(shí)，其關(guān)鍵設(shè)備微波功放比中頻調(diào)制發(fā)射機(jī)的中頻功放設(shè)備制作難度大，而且在一系列產(chǎn)品多種設(shè)備的場(chǎng)合下，這種發(fā)射機(jī)的通用性差；2）中頻調(diào)制發(fā)射機(jī)，它是把經(jīng)過碼型變換處理過的數(shù)字信號(hào)在中頻調(diào)制器中對(duì)中頻載頻進(jìn)行調(diào)制，獲得中頻調(diào)制信號(hào)，再經(jīng)過功率中放，把這個(gè)已調(diào)信號(hào)放大到上變頻器要求的功率電平，跟本振信號(hào)進(jìn)行混頻把它變換為微波調(diào)制信號(hào)，再經(jīng)微波功率放大器放大到所需的輸出功率電平，最后經(jīng)微波濾波器輸出饋送到天線，由發(fā)射天線將此信號(hào)送出?？梢?，中頻調(diào)制發(fā)射機(jī)與一般調(diào)頻的模擬微波機(jī)相似，只要更換調(diào)制、解調(diào)單元，就可以利用現(xiàn)有的模擬微波信道傳輸數(shù)字信息。因此，在多波道傳輸時(shí)，在不同容量的數(shù)字微波中繼設(shè)備系列中，更改傳輸容量一般只需要更換中頻調(diào)制單元，微波發(fā)送單元可以保持通用。
收信設(shè)備是把天線接收到的微弱的微波信號(hào)經(jīng)過饋線、微波濾波器、微波低噪聲放大器和本振信號(hào)進(jìn)行混頻，變成中頻信號(hào)，再經(jīng)過中頻放大器放大、濾波后送解調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信碼解調(diào)和再生。
福州鼓嶺微波站作為中繼站，擔(dān)負(fù)著承上啟下的接力任務(wù)。它的微波發(fā)信設(shè)備是中頻調(diào)制發(fā)射機(jī)，所以這次數(shù)字化改造方案就是利用原來的微波機(jī)柜，采用高集成化的模塊，發(fā)信機(jī)機(jī)箱內(nèi)由電源轉(zhuǎn)換模塊，中頻的自動(dòng)電平控制器，混頻器、本振、微波濾波器、微波高線性功放模塊，監(jiān)測(cè)告警模塊組成；收信機(jī)機(jī)箱內(nèi)由電源轉(zhuǎn)換模塊、中頻放大器（帶AGC）、混頻器、本振、微波濾波器、微波低噪聲放大器模塊組成。該微波收發(fā)信機(jī)的功能是，將由調(diào)制機(jī)送來的1 000MHz中頻信號(hào)上變頻到微波頻段，經(jīng)微波功率放大器放大到額定電平之后由天饋線系統(tǒng)發(fā)射出去，下一站的收信機(jī)接收到的微波信號(hào)再下變頻為1 000MHz的中頻信號(hào)，經(jīng)濾波放大后，送給電視解調(diào)機(jī)解出所需的視頻和音頻信號(hào)，并同時(shí)可將上述中頻信號(hào)轉(zhuǎn)送給發(fā)信機(jī)，再向下一站傳輸。該微波收發(fā)信機(jī)按其電路組成可分為收信機(jī)和發(fā)信機(jī)二部分，其電路組成框圖如下所示：
1）收信機(jī)
收信機(jī)中的信號(hào)流程為：由前一微波站送來的多路寬帶數(shù)字調(diào)制信號(hào)被本站高方向性接收天線接收后，通過極化分離器和饋線系統(tǒng)到達(dá)收信分路系統(tǒng)，由波導(dǎo)環(huán)形器和波導(dǎo)分路濾波器選擇出本波道的射頻信號(hào)，經(jīng)同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換進(jìn)入微波噪聲放大器，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行35dB的放大，以提高信號(hào)電平，改善收信機(jī)的信噪比，放大后的射頻信號(hào)通過微波濾波器除帶外雜波，然后進(jìn)入收信混頻器。采用無源混頻器，具有大的動(dòng)態(tài)范圍和好的三階特性。本振源采用介質(zhì)振蕩器加鎖相環(huán)，具有很好的相位噪聲和高的頻率穩(wěn)定度。收信混頻器將接收信號(hào)和鎖相環(huán)介質(zhì)振蕩器的本振信號(hào)進(jìn)行混頻，其變頻損耗為10dB，所產(chǎn)生的1 000MHz的中頻信號(hào)經(jīng)中頻放大器放大到+1dBm中頻輸出。中頻放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行可變?cè)鲆娣糯螅匝a(bǔ)償射頻信號(hào)在大氣中傳輸時(shí)，因地形、氣候等因素而產(chǎn)生的不同程度的衰落，使該放大器的二個(gè)輸出端口均維持一個(gè)恒定的輸出電平。為此，該中頻放大器具有一個(gè)自動(dòng)增益控制能力為42dB的AGC電路。為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)收信機(jī)的工作情況，面板的液晶顯示有電源電壓、電流、微波功率指示、中頻功率指示、本振的失鎖狀態(tài)。
2）發(fā)信機(jī)
3）液晶監(jiān)控系統(tǒng)
參考文獻(xiàn)
1.引言
LMDS（ Local Multipoint Distribution Services ）本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)系統(tǒng)工作在20-40 GHz 頻段上的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)數(shù)字微波通信技術(shù)，適用于城域接入網(wǎng)的本地寬帶業(yè)務(wù)傳輸和接入，基站典型覆蓋半徑為3-5km，每個(gè)基站可支持?jǐn)?shù)百個(gè)端站，按用戶的需求動(dòng)態(tài)分配帶寬，每個(gè)端站最高帶寬可達(dá) 8-16Mb/s，可捆綁各種寬、窄帶業(yè)務(wù)，支持?jǐn)?shù)據(jù)、話音、視頻、Internet，LMDS技術(shù)的成熟與完善，長期困擾運(yùn)營商的接入網(wǎng)“瓶頸”問題便迎刃而解。
2.LMDS系統(tǒng)的構(gòu)成
LMDS寬帶無線接入網(wǎng)絡(luò)主要包括下列組成部分：
·數(shù)字基站（DBS）: 做為集中器，發(fā)送并接收所有用戶業(yè)務(wù)。核心功能在于對(duì)RF信號(hào)的調(diào)制/解調(diào)，同時(shí)完成無線用戶的匯聚，并與骨干網(wǎng)的連接。
·無線基站（RBS）: 結(jié)構(gòu)緊湊的室外單元，傳輸RF信號(hào)至扇型天線，IF信號(hào)至DBS。一般情況下，基站包括多個(gè)RBS，每個(gè)RBS提供一個(gè)扇區(qū)的容量及覆蓋。RBS安裝于鐵塔或房頂。
·無線端站（RT）：安裝于用戶端，墻面或抱桿安裝，環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)。包括設(shè)計(jì)非常緊湊的收發(fā)信單元及集成天線，與NT傳輸IF信號(hào)，由NT供電。
·網(wǎng)絡(luò)終端（NT）：室內(nèi)單元，提供1個(gè)多個(gè)終端接口，可與用戶直接連接，或與用戶端集中設(shè)備相連（如Routers/多業(yè)務(wù)交換機(jī)、ADSM mux、VPN hub，或PBX）。核心功能在于對(duì)RF信號(hào)的調(diào)制/解調(diào)?？晒潭ㄔ跈C(jī)架，或桌面放置。
·網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)管理：對(duì)骨干網(wǎng)設(shè)備、基站、端站，即有線和無線系統(tǒng)所有的操作維護(hù)進(jìn)行管理。提供業(yè)界功能最強(qiáng)大的管理系統(tǒng)，包括簡(jiǎn)單易用的完全圖形接口，方便的路徑及配置管理，良好的路由選擇及恢復(fù)功能，超強(qiáng)的可擴(kuò)展性及靈活性。
1-1 LMDS典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[1]
3.LMDS寬帶無線接入網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用舉例。
LMDS是一個(gè)可以綜合租用線、交換話音、ISDN和基于IP業(yè)務(wù)的多業(yè)務(wù)平臺(tái)。本節(jié)將描述租用線業(yè)務(wù)的主要應(yīng)用及相應(yīng)的典型網(wǎng)絡(luò)配置作為典型應(yīng)用：
PBX 互連
數(shù)據(jù)租用線業(yè)務(wù)，通過集中器、FRAD(幀中繼)、網(wǎng)橋或路由器提供廣域網(wǎng)連接
租用線業(yè)務(wù)提供端站與基站之間 E1/T1 或 分檔E1/T1 的透明傳輸。系統(tǒng)匯聚業(yè)務(wù)通過TDM E1/T1電路接口或DBS ATM接口傳輸至骨干網(wǎng)。所有配置和路徑管理，包括無線資源的分配均由網(wǎng)管系統(tǒng)完成。
2-1租用線業(yè)務(wù)[1]
3.LMDS系統(tǒng)雨衰的影響。論文格式。論文格式。
LMDS使用約30GHz的頻段作為傳輸媒介，這是因?yàn)槲⒚撞ǖ牟ㄩL與雨點(diǎn)的直徑在同一數(shù)量級(jí)，因此抗雨衰性能差。通信質(zhì)量受雨、雪等天氣影響較大。雨衰影響是LMDS系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須予以考慮的重要因素。
國際電信聯(lián)盟對(duì)降雨的影響已進(jìn)行了深入研究，在ITU-RP.837建議中，將地球分為15個(gè)降雨氣候區(qū)，分別以大寫字母A到Q來表示，每一降雨區(qū)是以與它相關(guān)的降雨強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)來表證，并給出了對(duì)應(yīng)不同降雨強(qiáng)度所發(fā)生的時(shí)間概率。遵照ITU-R P.838建議，可以針對(duì)工作頻率、極化和降雨率計(jì)算比衰減（dB／Km）和有效路徑長度（這是考慮到在整個(gè)傳輸段長度上降雨強(qiáng)度不是均勻分布的緣故），進(jìn)而可以針對(duì)衰落儲(chǔ)備值Ft計(jì)算出在一定傳輸距離下，降雨衰減超出Ft的時(shí)間百分?jǐn)?shù)P，或反之，根據(jù)雨衰特性及Ft求出在保證P值一定的情況下可用的通信距離是多少。必要時(shí)，還可以根據(jù)在ITU-R P.841建議，從長期百分?jǐn)?shù)P變換到最壞月份百分?jǐn)?shù)Pu。在考慮LMDS因雨衰引起的不可用性指標(biāo)時(shí)，時(shí)間百分?jǐn)?shù)Pu即為不可用性指標(biāo)。[2]
系統(tǒng)抗雨衰性能
系統(tǒng)增益
nA7390收發(fā)信機(jī)性能優(yōu)異，在BER=10-6時(shí)上下行門限接收電平值可達(dá)到-83dBm和-81dBm，由于MII行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（ -82dBm和-76dBm ）。
n采用標(biāo)準(zhǔn)天線時(shí)，系統(tǒng)增益達(dá)148dB；高增益天線，達(dá)160dB。
自動(dòng)增益控制（ATPC）性能
n為了滿足不同通信距離和不同地區(qū)降雨率減對(duì)發(fā)射功率的要求，A7390 LMDS系統(tǒng)支持自動(dòng)發(fā)射功率控制（ATPC）功能。
ATPC調(diào)整速度
nA7390 LMDS系統(tǒng)在上行鏈路實(shí)施ATPC，保證系統(tǒng)工作在理想的C/N指標(biāo)。論文格式。ATPC動(dòng)態(tài)范圍為40dB（MII要求為35dB）。
nATPC工作方式：慢環(huán)路調(diào)整、快環(huán)路調(diào)整。
n快環(huán)路調(diào)整時(shí)，速度高于1000dB/s（MII要求為20dB/S）。
參考文獻(xiàn)：
[1] 寬帶無線接入解決方案 ，A7390 LMDS，Mobil Network Division, Fixed Wireless BU，Harry - August, 2003 。上海貝爾內(nèi)部資料。
隨著電子通信技術(shù)的發(fā)展，它同時(shí)在很大程度上改變著人們的生活和方式。人們也能很好地運(yùn)用電子通信技術(shù)突破時(shí)間和空間的局限來學(xué)習(xí)和工作。電子通信技術(shù)不僅改變著人們，它還在改變著社會(huì)和國家，使得國家不斷發(fā)展，特別表現(xiàn)在衛(wèi)星通信技術(shù)上。當(dāng)然我國的電子通信技術(shù)還存在一些關(guān)鍵技術(shù)的問題，有待人們改善和加強(qiáng)。
一、電子通信系統(tǒng)概述
電子通信技術(shù)屬于現(xiàn)代通信技術(shù)中的一大部分。電子通信技術(shù)還是信息社會(huì)的主要支柱，是現(xiàn)代高新技術(shù)的重要組成部分，甚至是國家國民經(jīng)濟(jì)的神經(jīng)系統(tǒng)和命脈。在現(xiàn)代化信息社會(huì)，電子通信技術(shù)無處不在，它涉及的范圍也很廣，包括移動(dòng)電信、廣播電視、雷達(dá)、聲納、導(dǎo)航、遙控與遙測(cè)以及遙感等領(lǐng)域，還有軍事和國民經(jīng)濟(jì)各部門的各種信息系統(tǒng)都要運(yùn)用到電子通信技術(shù)。
電子通信系統(tǒng)中最具代表性也最常見的就是移動(dòng)通信和衛(wèi)星通信。其中移動(dòng)通信就包括了衛(wèi)星通信，此外還有蜂窩系統(tǒng)、集群系統(tǒng)、分組無線網(wǎng)、無繩電話系統(tǒng)、無線電傳呼系統(tǒng)等多個(gè)領(lǐng)域。
二、電子通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)問題
近幾年來，電子通信技術(shù)應(yīng)用十分廣泛，就其最具代表性的移動(dòng)通信和衛(wèi)星通信來看，就存在很多關(guān)鍵性的技術(shù)問題，有待加強(qiáng)和改善。移動(dòng)通信技術(shù)在電子通信技術(shù)中發(fā)展范圍最大最迅速，傳統(tǒng)的蜂窩通信因?yàn)榭捎脽o線頻譜資源的增加和無線信號(hào)的衰弱而變得越來越受局限。不斷縮小的小區(qū)半徑代表著基站的密度也在不斷增加。除此之外，頻繁的越區(qū)切換導(dǎo)致空中資源的浪費(fèi)和頻譜效率降低，這也使得網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的成本也是越來越高。從以上各種因素可以看出，要想獲得更高的頻譜效率和更大更充足的系統(tǒng)容量，就應(yīng)該突破傳統(tǒng)蜂窩體制，應(yīng)用新的移動(dòng)通信技術(shù)。
1、移動(dòng)通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)問題
在移動(dòng)通信系統(tǒng)中采用分布式天線是很有效也很成功的一種方式，每個(gè)小區(qū)內(nèi)都有很多個(gè)無線信號(hào)處理單元，這些單元距離都比載波波長要遠(yuǎn)得多，并且它們都能進(jìn)行功放變頻和信號(hào)預(yù)處理。要在核心處理單元實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理的功能，首先就要完成信號(hào)的收發(fā)功能和一些簡(jiǎn)單的信號(hào)預(yù)處理，然后就要與核心處理單元連接，通過光纖和同軸電纜或微波無線信道來實(shí)現(xiàn)。有兩種方式可以實(shí)現(xiàn)分布式移動(dòng)通信，第一種就是在所有的無線信號(hào)處理單元上所有相同的下行鏈路信號(hào)同時(shí)發(fā)射，然后小區(qū)內(nèi)的無線信號(hào)處理單元接收到上行鏈路信號(hào)之后直接傳送到中心處理單元。這種方案優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)則是會(huì)不斷干擾系統(tǒng)，阻礙了系統(tǒng)容量的擴(kuò)大。第二種方式則是在整個(gè)業(yè)務(wù)區(qū)域內(nèi)完成無線覆蓋的分布式天線結(jié)構(gòu)，通過用大量的無線信號(hào)處理單元來實(shí)現(xiàn)，從而突破傳統(tǒng)蜂窩小區(qū)的理念。這種方式也可稱之為“受控天線子系統(tǒng)”，即“僅與移動(dòng)臺(tái)相近的信號(hào)處理單元負(fù)責(zé)與移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行通信”的方式。第二種較之第一種更理想，但同時(shí)它也更復(fù)雜。
分布式移動(dòng)通信較傳統(tǒng)的移動(dòng)通信技術(shù)有幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，第一是小區(qū)間干擾低、SIR高且系統(tǒng)容量大，第二是它內(nèi)部的分集能力不僅能用來抵抗陰影效應(yīng)，還能夠保證不衰落和擴(kuò)大系統(tǒng)的容量。第三是它能全面提高其自身切換性能和接受信號(hào)的功率，還能降低其切換次數(shù)。第四是它對(duì)其他通信系統(tǒng)的干擾小并且在相同發(fā)射功率下覆蓋的區(qū)域更大，反之其發(fā)射功率更低。第五是它不僅能更方便快捷地實(shí)現(xiàn)任意形狀的無線業(yè)務(wù)服務(wù)區(qū)，還能核心處理單元集中處理信號(hào)。更能有效利用無線資源。
子通信系統(tǒng)分為5層：應(yīng)用層、驅(qū)動(dòng)層、傳輸層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。這5層之間功能劃分應(yīng)明確，接口應(yīng)簡(jiǎn)單，從而為硬軟件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)奠定良好的基礎(chǔ):應(yīng)用層是通信系統(tǒng)的最高層次，它實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)管理功能（如初始化、維護(hù)、重構(gòu)等）和解釋功能（如描述數(shù)據(jù)交換的含義、有效性、范圍、格式等）。驅(qū)動(dòng)層是應(yīng)用層與底層的軟件接口。為實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層的管理功能，驅(qū)動(dòng)層應(yīng)能控制子系統(tǒng)內(nèi)多路傳輸總線接口（簡(jiǎn)稱MBI）的初始化、啟動(dòng)、停止、連接、斷開、啟動(dòng)其自測(cè)試，監(jiān)控其工作狀態(tài)，控制其和子系統(tǒng)主機(jī)的數(shù)據(jù)交換。傳輸層控制多路傳輸總線上的數(shù)據(jù)傳輸，傳輸層的任務(wù)包括信息處理、通道切換、同步管理等。數(shù)據(jù)鏈路層按照MIL—STD一1553B規(guī)定?？刂瓶偩€上各條消息的傳輸序列。物理層按照MIL—STD一1553B規(guī)定，處理1553B總線物理介質(zhì)上的位流傳輸。應(yīng)用層、驅(qū)動(dòng)層在各個(gè)子系統(tǒng)主機(jī)上實(shí)現(xiàn)，傳輸層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層在MBI上實(shí)現(xiàn)。
2、衛(wèi)星通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)問題
衛(wèi)星通信在電子通信技術(shù)中最為先進(jìn)，它也有很大的優(yōu)勢(shì)，包括通信距離遠(yuǎn)并且容量大，通信線路質(zhì)量穩(wěn)定可靠以及機(jī)動(dòng)性能優(yōu)越和靈活地組網(wǎng)等這些都是別的技術(shù)沒有的特點(diǎn)。但隨著不斷快速發(fā)展的全球信息化產(chǎn)業(yè)，人們對(duì)信息的需求也越來越復(fù)雜多樣，電子通信技術(shù)已進(jìn)入高速、多媒體、業(yè)務(wù)多樣化和可移動(dòng)的個(gè)性化時(shí)代。
目前的衛(wèi)星通信的一些關(guān)鍵技術(shù)也存在一些問題，它包括高速數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)需求。以及衛(wèi)星通信應(yīng)用寬帶IP的難點(diǎn)?，F(xiàn)代衛(wèi)星通信技術(shù)采用一些關(guān)鍵技術(shù)來解決問題，一個(gè)就是數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，它能讓靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)壓縮都能有效提高通信系統(tǒng)在時(shí)間、頻帶、能量上的工作效率；第二個(gè)就是智能衛(wèi)星天線系統(tǒng)；第三個(gè)就是寬帶IP衛(wèi)星通信技術(shù)的研究；第四個(gè)就是新型高效的數(shù)字調(diào)制及信道編碼技術(shù)；第五個(gè)就是多址連接技術(shù)的改進(jìn)和發(fā)展；第六個(gè)就是衛(wèi)星激光通信技術(shù)。
未來的衛(wèi)星通信數(shù)據(jù)率會(huì)通過激光通信來實(shí)現(xiàn)，激光的優(yōu)勢(shì)會(huì)在互聯(lián)衛(wèi)星網(wǎng)中得到充分發(fā)揮，因?yàn)樵谀抢锝?jīng)常會(huì)應(yīng)用到激光通信技術(shù)，它在外層空間進(jìn)行，所以不會(huì)受到大氣層的影響。還可以利用“星際激光鏈路”技術(shù)來縮短全球衛(wèi)星通信中的“雙跳”法的信號(hào)時(shí)長。有專家提出“在衛(wèi)星激光通信在比微波通信數(shù)據(jù)速率高一個(gè)數(shù)量級(jí)的理想情況下，天線孔徑尺寸會(huì)比微波通信衛(wèi)星減小一個(gè)數(shù)量級(jí)”的觀點(diǎn)。那么如果在空間無線電通信中以激光作為載體來進(jìn)行工作和運(yùn)行未來的衛(wèi)星之間進(jìn)行激光通信是很有前途的。
總而言之，電子通信系統(tǒng)在這個(gè)信息化時(shí)代無處不在。在電子通信系統(tǒng)中范圍最廣最常見的就是移動(dòng)通信技術(shù)和衛(wèi)星通信技術(shù)，移動(dòng)通信技術(shù)體現(xiàn)在日常的電視廣播網(wǎng)絡(luò)等各種電子傳輸工具上，而衛(wèi)星通信系統(tǒng)則運(yùn)用在比較大型的工程上。電子通信系統(tǒng)的發(fā)達(dá)和完善與否直接決定了一個(gè)國家和社會(huì)的強(qiáng)弱，所以對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)問題的分析和研究是很有必要的，掌握了其關(guān)鍵技術(shù)就能很好地運(yùn)用和完善它。
參考文獻(xiàn)
[1]劉旭東，衛(wèi)星通信技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2000
2、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題;
3、研究步驟、方法及措施;
4、研究工作進(jìn)度;
5、主要參考文獻(xiàn)。
二、開題報(bào)告的排版要求：
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杭州電子科技大學(xué)信息工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告
一、綜述本課題國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義
近年來隨著無線通信的迅速發(fā)展,現(xiàn)代通訊系統(tǒng)對(duì)發(fā)射機(jī)的要求越來越高,射頻功率放大器作為發(fā)射機(jī)的重要部件,對(duì)發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的性能指標(biāo)起著關(guān)鍵作用,功率放大器在整個(gè)無線通信系統(tǒng)中是非常重要的一環(huán),因?yàn)樗妮敵龉β蕸Q定了通信距離的長短,其效率決定了電池的消耗程度及使用時(shí)間,射頻功率放大器在雷達(dá)、無線通信、導(dǎo)航、衛(wèi)星通訊、電子對(duì)抗設(shè)備等系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，是現(xiàn)代無線通信的關(guān)鍵設(shè)備。與傳統(tǒng)的波放大器相比，射頻固態(tài)功率放大器具有體積小、動(dòng)態(tài)范圍大、功耗低、壽命長等一系列優(yōu)點(diǎn);由于射頻功率放大器在軍事和個(gè)人通信系統(tǒng)中的地位非常重要，使得功率放大器的研制變得十分重要.所以設(shè)計(jì)性能指標(biāo)良好的射頻功率放大器有著非常重要的意義。
隨著人類社會(huì)進(jìn)入信息時(shí)代，無線通信技術(shù)有了飛速的發(fā)展，尤其是射頻微波通信技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展無疑對(duì)無線通信技術(shù)的發(fā)展起到了決定的作用。高頻電磁波具有一些頻率低端無法比擬或無法實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，如微波、毫米波能夠穿透地球大氣電離層，實(shí)現(xiàn)航天通信，所以開發(fā)射頻微波通信具有現(xiàn)實(shí)意義。頻率高端中的微波頻段是目前研究與應(yīng)用的熱點(diǎn)，這導(dǎo)致了射頻有源電路研制的繁榮。在幾乎所有的射頻微波系統(tǒng)中，都離不開對(duì)信號(hào)的放大，射頻放大器在有源電路中占據(jù)了突出的位置。
射頻功率放大器的應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛，比如在雷達(dá)、通信、導(dǎo)航、衛(wèi)星地面站、電子對(duì)抗設(shè)備中都需要它。如在有源相控陣?yán)走_(dá)中，射頻功率放大器就扮演著重要的角色。有源相控陣?yán)走_(dá)的重要組成部分是T/R組件，T/R組件是系統(tǒng)成本高低的決定性因素之一，其性能的好壞將影響相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)能力、作用距離等戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)。
在T/R組件的設(shè)計(jì)中一方面要求有高功率，同時(shí)還要求體積小、重量輕，可靠性高、成本低等。射頻功率放大器作為T/R組件的重要組成部分，直接決定著上述技術(shù)參數(shù)：射頻功率放大器還能制成固態(tài)發(fā)射機(jī);在電子戰(zhàn)中，射頻功放可制成有源誘餌，避免飛機(jī)被導(dǎo)彈攻擊：在通信中，射頻功率放大器廣泛用于小功率或低數(shù)據(jù)率終端，如射頻功率放大器的效率就很大程度上決定著個(gè)人移動(dòng)電話的通話和待機(jī)時(shí)間?？傊?，在需要對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行功率放大的設(shè)備中都離不開射頻功率放大器。
二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題：
射頻功率放大器(RF PA)是各種無線發(fā)射機(jī)的重要組成部分。在發(fā)射機(jī)的前級(jí)電路中，調(diào)制振蕩電路所產(chǎn)生的射頻信號(hào)功率很小，需要經(jīng)過一系列的放大一緩沖級(jí)、中間放大級(jí)、末級(jí)功率放大級(jí)，獲得足夠的射頻功率以后，才能饋送到天線上輻射出去。為了獲得足夠大的射頻輸出功率，必須采用射頻功率放大器。
射頻功率放大器是發(fā)送設(shè)備的重要組成部分。在發(fā)射系統(tǒng)中，射頻功率放大器輸出功率的范圍可以小至MW，大至數(shù)KW，但是這是指末級(jí)功率放大器的輸出功率。為了實(shí)現(xiàn)大功率輸出，末前級(jí)就必須要有足夠高的激勵(lì)功率電平。
射頻功率放大器電路設(shè)計(jì)需要對(duì)輸出功率、激勵(lì)電平、功耗、失真、效率、尺寸和重量等問題進(jìn)行綜合考慮。
射頻功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo)是輸出功率與效率，是研究射頻功率放大器的關(guān)鍵。而對(duì)功率晶體管的要求，主要是考慮擊穿電壓、最大集電極電流和最大管耗等參數(shù)。為了實(shí)現(xiàn)有效的能量傳輸，天線和放大器之間需要采用阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。
效率是射頻功率放大器極為重要的指標(biāo)，特別是對(duì)于移動(dòng)通信設(shè)備。定義功率放大器的效率，通常采用集電極效率和功率增加效率PAE兩種方法。
三、研究步驟、方法及措施：
五、主要參考文獻(xiàn)：
[1] 陳邦媛.射頻通信電路[M].北京：科學(xué)出版社，2019.
[2] 劉長軍,黃卡瑪,閆麗萍.射頻通信電路設(shè)計(jì)[M].北京：科學(xué)出版社， 2019.
[3] 黃智偉.射頻電路設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2019.
[4] Li zhen Guo, etc., Study of Low-noise SiGe Bipolar Amplifiers Using Technology, Supporting Technology.2019.
[5] Mohamed Helaoui, Slim Boumaiza, Member, IEEE, Adel Ghazel, Senior Member, IEEE, and Fadhel M. Ghannouchi, Senior Member, IEEE. On the RF/DSP Design for Efficiency of OFDM Transmitters.2019.
六、指導(dǎo)教師審核意見：
指導(dǎo)教師簽字：
年月 日
七、教研室評(píng)議意見：
教研室主任簽字：
年月日
八、開題小組評(píng)審意見：
開題小組負(fù)責(zé)人簽字：
2019年2月 19 日
九、系領(lǐng)導(dǎo)審核意見：
一、概述
電力通信網(wǎng)是為了保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行應(yīng)運(yùn)而生的。它同電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)被人們合稱為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的三大支柱。我國的電力通信網(wǎng)經(jīng)過幾十年風(fēng)風(fēng)雨雨的建設(shè)，已經(jīng)初具規(guī)模，通過衛(wèi)星、微波、載波、光纜等多種通信手段構(gòu)建而成為立體交叉通信網(wǎng)。隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，無線通信系統(tǒng)的特性發(fā)生巨大的變化。鑒于采用無線通信網(wǎng)不依賴于電網(wǎng)網(wǎng)架，且抗自然災(zāi)害能力較強(qiáng)，同時(shí)具有帶寬大、傳輸距離遠(yuǎn)、非視距傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，非常適合彌補(bǔ)目前通信方式的單一化、覆蓋面不全的缺陷。本文簡(jiǎn)單介紹一下無線通信傳輸體制的應(yīng)用特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)，并分析其在電力系統(tǒng)的應(yīng)用前景。
二、無線技術(shù)介紹
（一）無線通信技術(shù)的概念
目前，無線通信及其應(yīng)用已成為當(dāng)今信息科學(xué)技術(shù)最活躍的研究領(lǐng)域之一。其一般由無線基站、無線終端及應(yīng)用管理服務(wù)器等組成。
（二）無線通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
無線通信技術(shù)按照傳輸距離大致可以分為以下四種技術(shù)，即基于IEEE802.15的無線個(gè)域網(wǎng)（WPAN）、基于IEEE802.11的無線局域網(wǎng)（WLAN）、基于IEEE802.16的無線城域網(wǎng)（WMAN）及基于IEEE802.20的無線廣域網(wǎng)（WWAN）。
總的來說，長距離無線接入技術(shù)的代表為：GSM、GPRS、3G；短距離無線接入技術(shù)的代表則包括：WLAN、UWB等。按照移動(dòng)性又可以分為移動(dòng)接入和固定接入。其中固定無線接入技術(shù)主要有：3.5GHz無線接入（MMDS）、本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)（LMDS）、802.16d；移動(dòng)無線接入技術(shù)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。按照帶寬則又可分為窄帶無線接入和寬帶無線接入。其中寬帶無線接入技術(shù)的代表有3G、LMDS、WiMAX；窄帶無線接入技術(shù)的代表有第一代和第二代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。
1.主流無線通信技術(shù)
從技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)可以看出，以O(shè)FDM+MIMO為核心的無線通信技術(shù)將成為未來無線通信發(fā)展的主流方向。而目前基于該技術(shù)的無線通信技術(shù)主要有：B3G、WiMAX、WiFi、WMN等4種技術(shù)。
2.其他無線通信技術(shù)
除了上述主流的無線通信技術(shù)外，目前已存在的無線通信技術(shù)還包括：IrDA、Bluetooth、RFID、UWB、集群通信等短距離通信技術(shù)及LMDS、MMDS、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)微波、衛(wèi)星通信等長距離通信技術(shù)。
（1）IrDA：InfraredDataAssociation，是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，通信距離一般在0～1m之間，傳輸速率最快可達(dá)16Mbps，通信介質(zhì)為波長900納米左右的近紅外線。
（2）Bluetooth：Bluetooth工作在全球開放的2.4GHzISM頻段，使用跳頻頻譜擴(kuò)展技術(shù)，通信介質(zhì)為2.402GHz到2.480GHz的電磁波。
（3）RFID：RadioFrequencyIdentification，即射頻識(shí)別，俗稱電子標(biāo)簽。它是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。RFID由標(biāo)簽、解讀器和天線三個(gè)基本要素組成。
（4）UWB：UltraWideband，即超寬帶技術(shù)。UWB通信又被稱為是無載波的基帶通信，幾乎是全數(shù)字通信系統(tǒng)，所需要的射頻和微波器件很少，因此可以減小系統(tǒng)的復(fù)雜性，降低成本。
三、無線技術(shù)優(yōu)劣分析
（一）WLAN技術(shù)分析
Wi-Fi的技術(shù)和產(chǎn)品已經(jīng)相當(dāng)成熟，而且大批量生產(chǎn)。該技術(shù)適用于無線局域網(wǎng)，作為有線網(wǎng)絡(luò)的延伸，對(duì)于特殊地點(diǎn)寬帶應(yīng)用，盡管Wi-Fi技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，但是它依然在安全性上存在一定的安全隱患，Wi-Fi采用的是射頻（RF）技術(shù)，通過空氣發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。由于無線網(wǎng)絡(luò)使用無線電波傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)，所以非常容易受到來自外界的攻擊，黑客可以比較輕易地在電波的覆蓋范圍內(nèi)盜取數(shù)據(jù)甚至進(jìn)入未受保護(hù)的公司內(nèi)部局域網(wǎng)。
（二）WiMax技術(shù)分析
WiMax是一個(gè)先進(jìn)的技術(shù)，推出相對(duì)較晚，存在頻率復(fù)用性小、利用率低的問題，但由于最近才完成標(biāo)準(zhǔn)化，該技術(shù)的大規(guī)模推廣還需要實(shí)踐考驗(yàn)。從應(yīng)用前景看，該技術(shù)可以在較大范圍內(nèi)滿足上網(wǎng)要求，覆蓋可以包括室外和室內(nèi)，可以進(jìn)行大面積的信號(hào)覆蓋，甚至只要少數(shù)基站就可以實(shí)現(xiàn)全城覆蓋。WiMax由于其技術(shù)的先進(jìn)性和超遠(yuǎn)的傳輸距離，一直被業(yè)界看好，是未來移動(dòng)技術(shù)的發(fā)展方向，并提供優(yōu)良的最后一公里網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。
（三）WMN技術(shù)分析
WMN是正在研究中的技術(shù)，在研究中不斷地在不同方面結(jié)合各種技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行融合，而且暫時(shí)沒有一個(gè)成熟的產(chǎn)品系列來支持該技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。從應(yīng)用前景看，WMN這一新興網(wǎng)絡(luò)不僅在無線寬帶接入中有著廣闊的應(yīng)用空間，在其他方面如結(jié)合數(shù)據(jù)、圖像采集模塊可以對(duì)目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行監(jiān)控或數(shù)據(jù)采集，并廣泛應(yīng)用到環(huán)境檢測(cè)、工業(yè)、交通等領(lǐng)域。隨著其他技術(shù)的不斷更新完善，WMN更好地與之相融合、互補(bǔ)，從而能夠揚(yáng)長避短，發(fā)揮出各自的優(yōu)勢(shì)。
（四）3G技術(shù)分析
3G于1996年提出標(biāo)準(zhǔn)，2000年完成包括上層協(xié)議在內(nèi)的完整標(biāo)準(zhǔn)的制訂工作。3G網(wǎng)絡(luò)部署已具備相當(dāng)?shù)膶?shí)踐經(jīng)驗(yàn)，有一成套建網(wǎng)的理論，包括對(duì)網(wǎng)絡(luò)的鏈路預(yù)算、傳播模型預(yù)算以及計(jì)算機(jī)仿真等。從商用前景看，目前，3G在部分地區(qū)已得到大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用，比如歐洲很多國家、日本、韓國等都已經(jīng)建設(shè)了3G的網(wǎng)絡(luò)。3G技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入可以實(shí)用的階段，還有很多國家和地區(qū)正在建設(shè)或?qū)⒁ㄔO(shè)3G網(wǎng)絡(luò)。
（五）LMDS技術(shù)分析
本地多點(diǎn)分布業(yè)務(wù)系統(tǒng)LMDS是一種提供點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信的固定寬帶無線接入技術(shù)，其工作頻率在20GHZ以上，利用毫米波傳輸，可在一定的范圍內(nèi)提供數(shù)字雙工語音、數(shù)據(jù)、因特網(wǎng)和視頻業(yè)務(wù)，是一種非常好的寬帶固定無線接入解決方案。在最優(yōu)情況下，距離可達(dá)8公里；但是由于受降雨的原因，距離通常限于1.5公里。
其主要工作原理是通過扇區(qū)或基站設(shè)備將ATM骨干網(wǎng)基帶信息調(diào)制為射頻信號(hào)發(fā)射出去，在其覆蓋區(qū)域內(nèi)的許多用戶端設(shè)備接收并將射頻信號(hào)還原為ATM基帶信號(hào)，在無需為每個(gè)用戶專門鋪設(shè)光纖或銅纜情況下，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向?qū)ΨQ高帶寬無線傳輸。
（六）MMDS技術(shù)分析
MMDS的主要缺點(diǎn)是有阻塞問題且信號(hào)質(zhì)量易受天氣變化的影響，可用頻帶亦不夠?qū)?，最多不超過200MHz。其次，MMDS對(duì)傳輸路徑要求非常嚴(yán)格。由于MMDS采用的調(diào)制技術(shù)主要是相移鍵控PSK（包括BPSK、DQPSK、QPSK等）和正交幅度調(diào)制QAM調(diào)制技術(shù)，無法做到非視距傳輸，在目前復(fù)雜的城市環(huán)境下難以推廣應(yīng)用。另外，MMDS沒有統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)，各廠家的設(shè)備存在兼容性問題。中國-七）集群通信技術(shù)分析
數(shù)字集群系統(tǒng)具有很多優(yōu)點(diǎn)，它的頻譜利用率有很大提高，可進(jìn)一步提高集群系統(tǒng)的用戶容量；它提高了信號(hào)抗信道衰落的能力，使無線傳輸質(zhì)量變好；由于使用了發(fā)展成熟的數(shù)字加密理論和實(shí)用技術(shù)，所以對(duì)數(shù)字系統(tǒng)來說，保密性也有很大改善。
數(shù)字集群移動(dòng)通信系統(tǒng)可提供多業(yè)務(wù)服務(wù)，也就是說除數(shù)字語音信號(hào)外，還可以傳輸用戶數(shù)字、圖像信息等。由于網(wǎng)內(nèi)傳輸?shù)氖墙y(tǒng)一的數(shù)字信號(hào)，因此極大地提高了集群網(wǎng)的服務(wù)功能。
（八）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)微波通信技術(shù)分析
微波傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，可以降低運(yùn)營商的運(yùn)營成本。與租用線路相比，微波系統(tǒng)的投資只要一年左右即可收回。第二，微波傳輸系統(tǒng)部署簡(jiǎn)潔快速。與傳統(tǒng)的傳輸手段相比，其快速部署的優(yōu)勢(shì)可以更快地滿足新業(yè)務(wù)發(fā)展的需要。第三，目前的微波產(chǎn)品對(duì)未來的發(fā)展是有保障的，對(duì)于運(yùn)營商的新業(yè)務(wù)和新需求都可以給予很好的支撐。未來，微波傳輸系統(tǒng)將升級(jí)到全I(xiàn)P的平臺(tái)之上，可以全面支持運(yùn)營商未來的發(fā)展。
（九）衛(wèi)星通信技術(shù)分析
利用衛(wèi)星在有些人口不很密集的地區(qū)來配合陸地通信。在這些地區(qū)散布著范圍較廣但不密集的用戶，可以利用衛(wèi)星作為用戶連至固定有線網(wǎng)的接入設(shè)施。在陸地通信網(wǎng)已經(jīng)構(gòu)成寬帶多媒體通信網(wǎng)的環(huán)境下，利用衛(wèi)星建成寬帶衛(wèi)星接入系統(tǒng)是比較好而切合實(shí)際的方案，經(jīng)濟(jì)又可靠。
但是衛(wèi)星通信畢竟是采用衛(wèi)星作為通信平臺(tái)，其地面站的建設(shè)、通信信道租用費(fèi)用都需要花費(fèi)大量資金，而且通信資源為衛(wèi)星通信公司所有，受其帶寬的限制，使得大量數(shù)據(jù)的傳輸需要付出非常大的代價(jià)。因此，作為日常生產(chǎn)、生活使用是極為不經(jīng)濟(jì)的；而將衛(wèi)星通信作為應(yīng)急通信、作戰(zhàn)通信、海外通信等則比較適合。
四、無線技術(shù)綜合比較
目前無線通信領(lǐng)域各種技術(shù)的互補(bǔ)性日趨鮮明。這主要表現(xiàn)在不同的接入技術(shù)具有不同的覆蓋范圍、不同的適用區(qū)域、不同的技術(shù)特點(diǎn)、不同的接入速率。3G可解決廣域無縫覆蓋和強(qiáng)漫游的移動(dòng)性需求，WLAN可解決中距離的較高速數(shù)據(jù)接入，而UWB可實(shí)現(xiàn)近距離的超高速無線接入。
首先，從標(biāo)準(zhǔn)化程度上看，本報(bào)告所涉及的技術(shù)中，僅僅WMN技術(shù)沒有成熟的標(biāo)準(zhǔn)體系，LMDS、MMDS、集群通信均有多種標(biāo)準(zhǔn)，只是沒有統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)，其余的技術(shù)均已經(jīng)完成標(biāo)準(zhǔn)化工作，并且都進(jìn)行了試驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)和商業(yè)網(wǎng)建設(shè)。
從頻率上看，Wi-Fi技術(shù)、WMN均使用的是開放頻段，WiMax技術(shù)、3G技術(shù)等其他技術(shù)使用的是授權(quán)頻段。
從覆蓋范圍上看，Wi-Fi技術(shù)、WMN技術(shù)屬于局域網(wǎng)無線接入技術(shù)，僅覆蓋35m～100m；WiMax技術(shù)、3G技術(shù)、LMDS技術(shù)、MMDS技術(shù)、集群通信屬于城域網(wǎng)接入技術(shù)，覆蓋范圍在1km～54km不等，而衛(wèi)星通信、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)微波則屬于廣域網(wǎng)技術(shù)，通常用于通信主干組網(wǎng)建設(shè)。
從傳輸速率上看，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)微波和衛(wèi)星通信屬于干線傳輸技術(shù)，不同的情況速率變化較大，而其余的技術(shù)均為接入技術(shù)，僅僅是3G技術(shù)接入速率最小，僅為384k，而其余技術(shù)均為幾十M甚至上百M(fèi)的速率。
從調(diào)制技術(shù)上看，其中WiFi技術(shù)、WiMax技術(shù)、WMN、3G技術(shù)均采用最新的調(diào)制技術(shù)OFDM，其余的技術(shù)均未采用OFDM調(diào)制技術(shù)。
一、光纖通信的應(yīng)用背景
20世紀(jì)90年代以來，我國光纖應(yīng)用飛速發(fā)展，在有線電視網(wǎng)絡(luò)、能源探測(cè)等方面都大量被用到，隨著有線電視網(wǎng)絡(luò)普及率的提升，光纖的優(yōu)點(diǎn)使其逐漸取代電信號(hào)傳播。尤其是光纖在廣播電視網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，呈現(xiàn)出劇增的趨勢(shì)。光纖通信技術(shù)有以下兩種：光纖接入技術(shù)，波分復(fù)用技術(shù)。光纖接入技術(shù)即光纖到路邊或用戶的寬帶網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)，光纖通信極大的滿足了家庭和企業(yè)的信息通信的要求，所以它成為了電信通信技術(shù)的重要替代，尤其光纖到戶（FTTH）可以使用戶不受限制的進(jìn)行信息接受與反饋。我國與2003年開始FTTH的推廣，到2014年已經(jīng)在全國30多個(gè)城市建立了FTTH網(wǎng)絡(luò)，遍布家庭、網(wǎng)吧、企業(yè)等需求地，發(fā)展成果極為顯著。波分復(fù)用技術(shù)是將不同波長的信號(hào)整合在一根光纖中進(jìn)行傳輸，到達(dá)后再區(qū)分為不同波長的信號(hào)，最終傳輸完畢。這一技術(shù)大大提升了光纖通信的信息傳輸量，受到了相關(guān)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。
二、光纖通信技術(shù)原理
光纖通信利用了光的全反射原理，即當(dāng)光注入角度滿足一定條件時(shí)，光可以進(jìn)行全反射，從而到達(dá)遠(yuǎn)距離傳輸。在傳輸過程中，首先利用電信號(hào)對(duì)光波進(jìn)行調(diào)制，使其成為帶有信息的已調(diào)光波，然后將已調(diào)光波發(fā)送到光纖線路中進(jìn)行傳輸，光收信機(jī)最終將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)并進(jìn)行接收。在傳輸過程中，中繼器可以補(bǔ)償光纖信號(hào)的衰減和對(duì)失真波形進(jìn)行正形，無源器件（包括耦合器、光纖連接器等）完成以上各部分的連接。在傳輸過程中，在技術(shù)功能上，分為信號(hào)發(fā)射、信號(hào)合波、信號(hào)傳輸和放大、信號(hào)分離、信號(hào)接收五個(gè)結(jié)構(gòu)。
三、光纖通信的特點(diǎn)
由于光纖通信是以光為載體，用光導(dǎo)纖維進(jìn)行信息傳輸，玻璃材料的特性導(dǎo)致其具有以下優(yōu)良特性：它的頻帶極寬，通信容量極大，是微波通信的幾十倍，滿足了用戶需求也降低了運(yùn)輸空間，解決了管道擁擠的問題；石英這一介質(zhì)的損耗低，中繼距離長，大大減少了中繼站的數(shù)量，從而減小了系統(tǒng)復(fù)雜性和運(yùn)輸成本，且信息不易失真；由于其材料為絕緣的石英，所以其抗電磁干擾能力強(qiáng)，且不易被腐蝕，也不受自然界的一些電力和太陽黑子活動(dòng)干擾，而且還能與電力導(dǎo)體進(jìn)行復(fù)合，并運(yùn)用于軍事領(lǐng)域；在傳輸過程中，光信號(hào)只能在纖維中傳輸，微弱的泄露信號(hào)也被外表吸收，所以它無串音干擾，保密性極好；光纖通信的材料使用玻璃為載體，節(jié)省了很多的稀有金屬材料。它同樣具有一些缺點(diǎn)：由于其材料特性，光纖的彎曲半徑不能過??；光纖的操作技術(shù)、分離、耦合較為麻煩。但它的這些特點(diǎn)同樣隨著技術(shù)發(fā)展將一步步得到改進(jìn)。
四、光纖通信的發(fā)展趨勢(shì)
在光纖通信技術(shù)發(fā)展上，超高速傳輸是其主要研究方向，速度越高，信息傳輸?shù)某杀窘翟降?。未來，信息量將越來越大，大?shù)據(jù)的發(fā)展也需要光纖通信的高速傳輸進(jìn)行大力發(fā)展。另一方面，高性能光纖也將得到大力發(fā)展。在未來發(fā)展中，光纖產(chǎn)品需要滿足IP業(yè)務(wù)的長距離甚至超長距離的信息傳輸，所以高性能光纖的開發(fā)是光纖發(fā)展的剛性需求。由于光線通信的優(yōu)良特性，其逐漸取代了傳統(tǒng)的電力通信，已經(jīng)在有線電視、電力通信網(wǎng)絡(luò)、電信干線傳輸?shù)确矫嬲紦?jù)了極大的份額。從20世紀(jì)60年代開始，高錕博士的論文已經(jīng)預(yù)見了光纖將取代傳統(tǒng)電通信，到如今，光纖已有了極大進(jìn)展。在21世紀(jì)中光纖將如何發(fā)展成為了備受關(guān)注的話題。光纖通信與移動(dòng)設(shè)備的式結(jié)合具有巨大前景，移動(dòng)設(shè)備通信已融入到每一位居民生活中。光纖通信利用其優(yōu)點(diǎn)滲透進(jìn)入其中，市場(chǎng)巨大，且具有理論技術(shù)支持，和客戶需求；另外，光網(wǎng)絡(luò)與毫米波如果結(jié)合成功，也是革命性的進(jìn)步；再有，制造高精度的光纖陀螺也具有巨大市場(chǎng)，除了未來航空系統(tǒng)，導(dǎo)彈系統(tǒng)，部分汽車也有陀螺；光纖傳感器也在一些技術(shù)精度要求較高的領(lǐng)域有潛在需求。21世紀(jì)以來，我國光纖通信發(fā)展迅猛，但自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的占比仍然極小，大多產(chǎn)品技術(shù)含量低，不具備較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。但我國仍是光纖運(yùn)用方面的世界第二大國，因此我們的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)也將越來越受到重視，知識(shí)作為第一生產(chǎn)力將越來越雄厚。另外，光纖通信的其他功能隨著其他領(lǐng)域的進(jìn)步與發(fā)展也將一步步被挖掘，隨著更多的需求，光纖通信會(huì)展現(xiàn)其更多的技術(shù)功能。
五、結(jié)語
光纖通信以其優(yōu)良的特性，已逐漸取代傳統(tǒng)電信號(hào)通信，未來將滲透到生活、軍事、航天等領(lǐng)域的方方面面，我國已在世界前列，但仍然需要加強(qiáng)技術(shù)研究。
參考文獻(xiàn)
一、擴(kuò)頻通信的工作原理
在發(fā)端輸人的信息先調(diào)制形成數(shù)字信號(hào)，然后由擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼序列去調(diào)制數(shù)字信號(hào)以展寬信號(hào)的頻譜，展寬后的信號(hào)再調(diào)制到射頻發(fā)送出去。在接收端收到的寬帶射頻信號(hào)，變頻至中頻，然后由本地產(chǎn)生的與發(fā)端相同的擴(kuò)頻碼序列去相關(guān)解擴(kuò)，再經(jīng)信息解調(diào)，恢復(fù)成原始信息輸出?？梢?，一般的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)都要進(jìn)行3次調(diào)制和相應(yīng)的解調(diào)。一次調(diào)制為信息調(diào)制，二次調(diào)制為擴(kuò)頻調(diào)制，三次調(diào)制為射頻調(diào)制，以及相應(yīng)的信息解調(diào)、解擴(kuò)和射頻解調(diào)。與一般通信系統(tǒng)比較，多了擴(kuò)頻調(diào)制和解擴(kuò)部分。擴(kuò)頻通信應(yīng)具備如下特征：(1)數(shù)字傳輸方式；(2)傳輸信號(hào)的帶寬遠(yuǎn)大于被傳信息帶寬；(3)帶寬的展寬，是利用與被傳信息無關(guān)的函數(shù)(擴(kuò)頻函數(shù))對(duì)被傳信息的信元重新進(jìn)行調(diào)制實(shí)現(xiàn)的；(4)接收端用相同的擴(kuò)頻函數(shù)進(jìn)行相關(guān)解調(diào)(解擴(kuò))，求解出被傳信息的數(shù)據(jù)。用擴(kuò)頻函數(shù)(也稱偽隨機(jī)碼)調(diào)制和對(duì)信號(hào)相關(guān)處理是擴(kuò)頻通信有別于其他通信的兩大特點(diǎn)。
二、擴(kuò)頻通信技術(shù)的特點(diǎn)
擴(kuò)頻信號(hào)是不可預(yù)測(cè)的、偽隨機(jī)的寬帶信號(hào)，其帶寬遠(yuǎn)大于要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)(信息)帶寬，同時(shí)接收機(jī)中必須有與寬帶載波同步的副本。擴(kuò)頻系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)。
1．抗干擾性強(qiáng)
擴(kuò)頻信號(hào)的不可預(yù)測(cè)性，使擴(kuò)頻系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾能力。干擾者很難通過觀察進(jìn)行干擾，干擾起不了太大作用。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)在傳輸過程中擴(kuò)展了信號(hào)帶寬，所以即使信噪比很低，甚至在有用信號(hào)功率低于干擾信號(hào)功率的情況下，仍能不受干擾、高質(zhì)量地進(jìn)行通信，擴(kuò)展的頻譜越寬，其抗干擾性越強(qiáng)。
2.低截獲性
擴(kuò)頻信號(hào)的功率均勻分布在很寬的頻帶上，傳輸信號(hào)的功率密度很低，偵察接收機(jī)很難監(jiān)測(cè)到，因此擴(kuò)頻通信系統(tǒng)截獲概率很低。
3.抗多路徑干擾性能好
多路徑干擾是電波傳播過程中因遇到各種非期望反射體(如電離層、高山、建筑物等)引起的反射或散射，在接收端的這些反射或散射信號(hào)與直達(dá)路徑信號(hào)相互干涉而造成的干擾。多路徑干擾會(huì)嚴(yán)重影響通信。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中增加了擴(kuò)頻調(diào)制和解擴(kuò)過程，利用擴(kuò)頻碼序列間的相關(guān)特性，在接收端解擴(kuò)時(shí)，從多徑信號(hào)中分離出最強(qiáng)的有用信號(hào)，或?qū)⒍鄰叫盘?hào)中的相同碼序列信號(hào)疊加，這樣就可有效消除無線通信中因多徑干擾造成的信號(hào)衰落現(xiàn)象，使擴(kuò)頻通信系統(tǒng)具有良好的抗多徑衰落特性。
4.保密性好
在一定的發(fā)射功率下，擴(kuò)頻信號(hào)分布在很寬的頻帶內(nèi)，無線信道中有用信號(hào)功率譜密度極低，這樣信號(hào)可以在強(qiáng)噪聲背景下，甚至在有用信號(hào)被噪聲淹沒的情況下進(jìn)行可靠通信，使外界很難截獲傳送的信息，要想進(jìn)一步檢測(cè)出信號(hào)的特征參數(shù)就更難了．所以擴(kuò)頻系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)隱蔽通信。同時(shí)，對(duì)不同用戶使用不同碼，旁人無法竊聽通信，因而擴(kuò)頻系統(tǒng)具有高保密性。
5.易于實(shí)現(xiàn)碼分多址
在通信系統(tǒng)中，可充分利用在擴(kuò)頻調(diào)制中使用的擴(kuò)頻碼序列之間良好的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性，接收端利用相關(guān)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行解擴(kuò)，在分配給不同用戶不同碼型的情況下，系統(tǒng)可以區(qū)分不同用戶的信號(hào)，這樣同一頻帶上許多用戶可以同時(shí)通話而互不干擾。三、擴(kuò)頻技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用
在過去由于技術(shù)的限制，人們一直在走增加信號(hào)功率，減少噪聲，提高信噪比的道路。即使到了70年代，偽碼技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)，但作為相關(guān)器的“碼環(huán)”的鐘頻只能做到幾千赫茲也無助于事．近幾年，由于大規(guī)模集成電路的發(fā)展，幾十兆赫茲，甚至幾百兆赫茲的偽碼發(fā)生器及其相關(guān)部件都已成為現(xiàn)實(shí)，擴(kuò)頻通信獲得極其迅速的發(fā)展．通信的發(fā)展史又到了一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，由用信噪比換帶寬的年代進(jìn)入了用寬帶換信噪比的年代．從最佳通信系統(tǒng)的角度看擴(kuò)頻通信．最佳通信系統(tǒng)一最佳發(fā)射機(jī)+最佳接收機(jī)．幾十年來，最佳接收理論已經(jīng)很成熟，但最佳發(fā)射問題一直沒有很好解決，偽碼擴(kuò)頻是一種最佳的信號(hào)形式和調(diào)制制度，構(gòu)成了最佳發(fā)射機(jī)．因此，有了最佳通信系統(tǒng)一偽碼擴(kuò)頻+相關(guān)接收這種認(rèn)識(shí)，人們就不難預(yù)測(cè)擴(kuò)頻通信的未來前景．從9O年代無線通信開始步人擴(kuò)頻通信和自適應(yīng)通信的年代．?dāng)U頻通信的熱浪已經(jīng)波及短波、超微波、微波通信和衛(wèi)星通信，碼分多址(CDMA)已開始廣泛用于未來的峰窩通信、無繩通信和個(gè)人通信以及各種無線本地環(huán)路，發(fā)揮越來越大的作用．接入網(wǎng)是由傳統(tǒng)的用戶線、用戶環(huán)路和用戶接入系統(tǒng)，逐步發(fā)展、演變和升級(jí)而形成的．現(xiàn)代電信網(wǎng)絡(luò)分為3部分：傳輸網(wǎng)、交換網(wǎng)和接入網(wǎng)．由于接入網(wǎng)發(fā)展較晚，往往成為電信發(fā)展的“瓶頸”，各國都很重視接入網(wǎng)的發(fā)展，因此各類接人技術(shù)和系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生．由于ISM(IndustryScientificMedica1)頻段的開放性，經(jīng)營者和用戶不需申請(qǐng)授權(quán)就可以自由地使用這些頻段，而無線擴(kuò)頻技術(shù)所使用的頻段(2．400～2．483)正是全世界通用的ISM頻段，包括IEEE802.11協(xié)議架構(gòu)的無線局域網(wǎng)也大部分選用此頻段．在無線接人系統(tǒng)中，擴(kuò)頻微波與常規(guī)微波相比有著3個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)：抗干擾性強(qiáng)、頻點(diǎn)問題容易處理、價(jià)格比較便宜．而且，擴(kuò)頻微波接入技術(shù)相對(duì)有線接入技術(shù)來說，有成本低、使用靈活、建設(shè)快捷的優(yōu)勢(shì)，在接入網(wǎng)中起著不可替代的作用．
擴(kuò)頻微波主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面．語音接入(點(diǎn)對(duì)點(diǎn))；數(shù)據(jù)接入；視頻接入；多媒體接入；因特網(wǎng)(Internet)接入。
四、結(jié)語
擴(kuò)頻通信是通信的一個(gè)重要分支和發(fā)展方向，是擴(kuò)頻技術(shù)與通信相結(jié)合的產(chǎn)物。本文主要論述了擴(kuò)頻通信的特點(diǎn)、理論可行性及典型的工作方式。擴(kuò)頻通信的強(qiáng)抗干擾性、低截獲性、良好的抗多路徑干擾性和安全性等特點(diǎn)，使它的應(yīng)用迅速從軍用擴(kuò)展到民用通信中，它的易于實(shí)現(xiàn)碼分多址的特點(diǎn)，使它能與第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)完美結(jié)合，發(fā)展前景極為廣闊。
參考文獻(xiàn)：
1.光纖通信技術(shù)
光纖通信是利用光作為信息載體、以光纖作為傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?。在光纖通信系統(tǒng)中，作為載波的光波頻率比電波的頻率高得多，而作為傳輸介質(zhì)的光纖又比同軸電纜或?qū)Рü艿膿p耗低得多，所以說光纖通信的容量要比微波通信大幾十倍。光纖是用玻璃材料構(gòu)造的，它是電氣絕緣體，因而不需要擔(dān)心接地回路，光纖之間的串繞非常??；光波在光纖中傳輸，不會(huì)因?yàn)楣庑盘?hào)泄漏而擔(dān)心傳輸?shù)男畔⒈蝗烁`聽；光纖的芯很細(xì)，由多芯組成光纜的直徑也很小，所以用光纜作為傳輸信道，使傳輸系統(tǒng)所占空間小，解決了地下管道擁擠的問題。
光纖通信在技術(shù)功能構(gòu)成上主要分為：(1)信號(hào)的發(fā)射；(2)信號(hào)的合波；(3)信號(hào)的傳輸和放大；(4)信號(hào)的分離；(5)信號(hào)的接收。
2. 光纖通信技術(shù)的特點(diǎn)
(1) 頻帶極寬，通信容量大。光纖比銅線或電纜有大得多的傳輸帶寬，光纖通信系統(tǒng)的于光源的調(diào)制特性、調(diào)制方式和光纖的色散特性。對(duì)于單波長光纖通信系統(tǒng)，由于終端設(shè)備的電子瓶頸效應(yīng)而不能發(fā)揮光纖帶寬大的優(yōu)勢(shì)。通常采用各種復(fù)雜技術(shù)來增加傳輸?shù)娜萘?，特別是現(xiàn)在的密集波分復(fù)用技術(shù)極大地增加了光纖的傳輸容量。目前，單波長光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率一般在2.5Gbps到1OGbps。
(2) 損耗低，中繼距離長。目前，商品石英光纖損耗可低于0～20dB/km，這樣的傳輸損耗比其它任何傳輸介質(zhì)的損耗都低；若將來采用非石英系統(tǒng)極低損耗光纖，其理論分析損耗可下降的更低。這意味著通過光纖通信系統(tǒng)可以跨越更大的無中繼距離；對(duì)于一個(gè)長途傳輸線路，由于中繼站數(shù)目的減少，系統(tǒng)成本和復(fù)雜性可大大降低。
(3) 抗電磁干擾能力強(qiáng)。光纖原材料是由石英制成的絕緣體材料，不易被腐蝕，而且絕緣性好。與之相聯(lián)系的一個(gè)重要特性是光波導(dǎo)對(duì)電磁干擾的免疫力，它不受自然界的雷電干擾、電離層的變化和太陽黑子活動(dòng)的干擾，也不受人為釋放的電磁干擾，還可用它與高壓輸電線平行架設(shè)或與電力導(dǎo)體復(fù)合構(gòu)成復(fù)合光纜。這一點(diǎn)對(duì)于強(qiáng)電領(lǐng)域(如電力傳輸線路和電氣化鐵道)的通信系統(tǒng)特別有利。由于能免除電磁脈沖效應(yīng)，光纖傳輸系還特別適合于軍事應(yīng)用。
(4)無串音干擾，保密性好。在電波傳輸?shù)倪^程中，電磁波的泄漏會(huì)造成各傳輸通道的串?dāng)_，而容易被竊聽，保密性差。光波在光纖中傳輸，因?yàn)楣庑盘?hào)被完善地限制在光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，而任何泄漏的射線都被環(huán)繞光纖的不透明包皮所吸收，即使在轉(zhuǎn)彎處，漏出的光波也十分微弱，即使光纜內(nèi)光纖總數(shù)很多，相鄰信道也不會(huì)出現(xiàn)串音干擾，同時(shí)在光纜外面，也無法竊聽到光纖中傳輸?shù)男畔ⅰ?/p>
除以上特點(diǎn)之外，還有光纖徑細(xì)、重量輕、柔軟、易于鋪設(shè)；光纖的原材料資源豐富，成本低；溫度穩(wěn)定性好、壽命長。由于光纖通信具有以上的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，其不僅可以應(yīng)用在通信的主干線路中，還可以應(yīng)用在電力通信控制系統(tǒng)中，進(jìn)行工業(yè)監(jiān)測(cè)、控制，而且在軍事領(lǐng)域的用途也越來越為廣泛。
3. 光纖通信技術(shù)在有線電視網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用
20世紀(jì)90年代以來，我國光通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展極其迅速，特別是廣播電視網(wǎng)、電力通信網(wǎng)、電信干線傳輸網(wǎng)等的急速擴(kuò)展，促使光纖光纜用量劇增。廣電綜合信息網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大和系統(tǒng)復(fù)雜程度的增加，全網(wǎng)的管理和維護(hù)，設(shè)備的故障判定和排除就變得越來越困難?？梢圆捎?SDH ＋光纖或ATM＋光纖組成寬帶數(shù)字傳輸系統(tǒng)。該傳輸網(wǎng)可以采用帶有保護(hù)功能的環(huán)網(wǎng)傳輸系統(tǒng)，鏈路傳輸系統(tǒng)或者組成各種形式的復(fù)合網(wǎng)絡(luò)，可以滿足各種綜合信息傳輸。對(duì)于電視節(jié)目的廣播，采用的寬帶傳輸系統(tǒng)可以將主站到地方站的所需數(shù)字，通道設(shè)置成廣播方式，同樣的電視節(jié)目在各地都可以下載，也可以通過網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)控制不同的站下載不同的電視節(jié)目。 轉(zhuǎn)貼于
有線電視網(wǎng)絡(luò)在全國各地已基本形成，在有線電視網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，比較容易地實(shí)現(xiàn)寬帶多媒體傳輸網(wǎng)絡(luò)，因此在目前的情況下，不應(yīng)完全廢除現(xiàn)有的有線電視網(wǎng)，而用少量的投資來完善和改造它，滿足人們的目前需要。很多地區(qū)的 CATV已經(jīng)是光纖傳輸，到用戶端也是同軸電纜進(jìn)入千萬家。但是現(xiàn)在建設(shè)的CATV 大多是單向傳輸，上行信號(hào)不能在現(xiàn)有的有線電視網(wǎng)中傳送。可以通過電信網(wǎng) PSTN 中語音通道或數(shù)據(jù)通道形成上行信號(hào)的傳送，也可以通過語音接入系統(tǒng)來完成。將電話接到各用戶，這樣各用戶間即可以打電話，也可以利用廣電自己的綜合信息網(wǎng)中的寬帶傳輸系統(tǒng)構(gòu)成廣電網(wǎng)中自己的上行信號(hào)的傳送，組成了雙向應(yīng)用的Internet網(wǎng)。
現(xiàn)在光通信網(wǎng)絡(luò)的容量雖然已經(jīng)很大， 但還有許多應(yīng)用能力在閑置， 今后隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展， 作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展先導(dǎo)的信息需求也必然不斷增長，一定會(huì)超過現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)能力， 推動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的繼續(xù)發(fā)展。因此， 光纖通信技術(shù)在應(yīng)用需求的推動(dòng)下， 一定不斷會(huì)有新的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
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中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）08-0167-03
當(dāng)代信息高速公路的骨干網(wǎng)絡(luò)是由光纖通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的，若沒有光纖的發(fā)明及相關(guān)有源和無源光纖器件的發(fā)明和發(fā)展，當(dāng)今的高速信息網(wǎng)絡(luò)是無法想象的。但是當(dāng)今信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展得益于微電子學(xué)、光電子學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及通信工程等多門學(xué)科的快速發(fā)展及它們之間的交叉融合。因此，要想成為一名信息技術(shù)領(lǐng)域的電子信息工程師、計(jì)算機(jī)工程師或通信工程師，除了需要掌握本專業(yè)的課程知識(shí)以外，也應(yīng)該熟悉現(xiàn)代信息技g的其他相關(guān)主要知識(shí)，比如光纖通信網(wǎng)絡(luò)及其相關(guān)器件等。本文從光纖通信技術(shù)的研究內(nèi)容、應(yīng)用及發(fā)展等方面說明其在電子信息工程專業(yè)教育中的重要性，并研討電子信息工程專業(yè)中的光纖通信課程的理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。
一、光纖通信技術(shù)簡(jiǎn)介
1960年，美國人梅曼（Maiman）發(fā)明了第一臺(tái)紅寶石激光器[1]，給光通信帶來了新的希望。和普通光相比，激光具有波譜寬度窄，方向性極好，亮度極高，以及頻率和相位較一致的良好特性。激光是一種高度相干光，它的特性和無線電波相似，是一種理想的光載波。繼紅寶石激光器之后，氦―氖（He-Ne）激光器、二氧化碳（CO2）激光器先后出現(xiàn)，并投入實(shí)際應(yīng)用。激光器的發(fā)明和應(yīng)用，使沉睡了80年的光通信進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段。
1966年，英籍華裔學(xué)者高錕（C.K.Kao）和霍克哈姆（C.A.Hockham）發(fā)表了關(guān)于傳輸介質(zhì)新概念的論文，指出了利用光纖（Optical Fiber）進(jìn)行信息傳輸?shù)目赡苄院图夹g(shù)途徑，奠定了現(xiàn)代光通信――光纖通信的基礎(chǔ)[2]。在以后的10年中，波長為1.55μm的光纖損耗：1979年是0.20 dB/km，1984年是0.157 dB/km，1986年是0.154 dB/km，接近了光纖最低損耗的理論極限。1970年，作為光纖通信用的光源也取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。1977年，貝爾實(shí)驗(yàn)室研制的半導(dǎo)體激光器壽命達(dá)到10萬小時(shí)（約11.4年），外推壽命達(dá)到100萬小時(shí)，完全滿足實(shí)用化的要求。由于光纖和半導(dǎo)體激光器的技術(shù)進(jìn)步，使1970年成為光纖通信發(fā)展的一個(gè)重要里程碑之年。在今后的幾十年中，光纖通信網(wǎng)絡(luò)的逐步商用化帶動(dòng)了相關(guān)信息產(chǎn)業(yè)鏈的蓬勃發(fā)展[3]。
由于在光纖通信系統(tǒng)中，作為載波的光波頻率比電波頻率高得多，而作為傳輸介質(zhì)的光纖又比同軸電纜或波導(dǎo)管的損耗低得多[4]，因此相對(duì)于電纜通信或微波通信，光纖通信具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。綜上所述，可見光纖通信技術(shù)在現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)中的重要地位，因此，光纖通信技術(shù)這門課程不僅是光學(xué)工程專業(yè)的基礎(chǔ)必修課程[5]，也應(yīng)該作為電子信息工程專業(yè)的專業(yè)選修課程來開設(shè)。
二、光纖通信課程教學(xué)研究
（一）光纖通信課程的理論教學(xué)
電子信息工程專業(yè)的光纖通信課程的理論知識(shí)可以分為四個(gè)相互關(guān)聯(lián)的層次和內(nèi)容，它們分別是：第一部分，光纖技術(shù)的基礎(chǔ)；第二部分，光纖通信器件技術(shù)基礎(chǔ)；第三部分，光纖通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)；第四部分，光纖與光纖通信系統(tǒng)測(cè)量。這四個(gè)部分的關(guān)系層層遞進(jìn)，逐漸深入。理論學(xué)時(shí)總共32學(xué)時(shí)。
第一部分，光纖技術(shù)的基礎(chǔ)?？梢韵戎v解光纖通信技術(shù)的一些概念性和歷史性的知識(shí)，比如：電信技術(shù)的發(fā)展，光通信的必要性及技術(shù)基礎(chǔ)，光纖通信技術(shù)的歷史、現(xiàn)狀與未來。此處，可詳細(xì)介紹人類對(duì)光通信探索的歷史及現(xiàn)代光纖通信技術(shù)從學(xué)術(shù)研究到商業(yè)應(yīng)用的發(fā)展里程，并附帶介紹微波通信的發(fā)展里程，然后通過比較使用光波進(jìn)行通信和使用微波進(jìn)行通信的優(yōu)缺點(diǎn)及使用光纖材料和使用同軸電纜進(jìn)行通信的優(yōu)缺點(diǎn)，讓學(xué)生了解光纖通信的巨大優(yōu)勢(shì)。然后可以簡(jiǎn)單介紹光纖傳輸?shù)幕A(chǔ)理論――電磁場(chǎng)與電磁波理論中的一些基本概念和現(xiàn)象，重點(diǎn)介紹麥克斯韋方程。最后介紹光纖的模式理論、光纖的結(jié)構(gòu)和類型、光纖的傳輸特性、光纖制造技術(shù)與光纜等知識(shí)。其中，光纖傳輸特性包括光纖的損耗特性和色散特性，這是該部分的重點(diǎn)知識(shí)?？傊?，筆者認(rèn)為，第一部分內(nèi)容的講解方法和手段是非常重要的，不宜講得深?yuàn)W，而應(yīng)該結(jié)合動(dòng)畫或者視頻講解光纖的傳光原理，使學(xué)生易于接受，才能提高學(xué)生對(duì)這門課程的興趣，從而繼續(xù)學(xué)習(xí)往后部分的相對(duì)枯燥的知識(shí)。該部分學(xué)時(shí)安排為6H。
第二部分，光纖通信器件技術(shù)基礎(chǔ)。這部分講述光纖通信系統(tǒng)中的有源和無源光通信器件，這些器件是構(gòu)成一個(gè)完成的光纖通信系統(tǒng)必不可少的部件，學(xué)好這部分內(nèi)容有利于理解后面學(xué)習(xí)的光纖通信網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)容。這部分內(nèi)容包括：基本光纖器件、光學(xué)濾波器、光纖放大器和半導(dǎo)體光電子器件?；竟饫w器件包括分波/合波器、光纖活動(dòng)連接器、光隔離器、環(huán)形器和衰減器等；光學(xué)濾波器的內(nèi)容包括Fabry-Perot濾波器、介質(zhì)膜濾波器、HiBi光纖Sagnac濾波器、Mach-Zender型濾波器、光纖光柵等；光纖放大器的內(nèi)容包括：摻餌光纖放大器（EDFA）、光纖Raman放大器等。半導(dǎo)體光電子器件的內(nèi)容包括：普通的半導(dǎo)體激光器（LD）和發(fā)光二極管（LED）、FP型雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)激光器、動(dòng)態(tài)單縱模激光器、半導(dǎo)體光放大器（OSA）、PN結(jié)光電二極管、PIN光電二極管、APD雪崩光電二極管等。對(duì)于每一個(gè)光纖器件，講解內(nèi)容包括這些光纖器件的結(jié)構(gòu)、工作原理、具體參數(shù)、應(yīng)用場(chǎng)合等，應(yīng)結(jié)合動(dòng)畫或者視頻講解，甚至如果有條件的話，可以在課題上帶上一些體積很小的光纖器件實(shí)物給學(xué)生講解，比如光纖活動(dòng)連接器、LD、LED、光纖光柵、PIN光電二極管價(jià)格便宜、體積小的光纖器件。該部分學(xué)時(shí)安排為10H。
第三部分，光纖通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)。這部分是本門課程的核心和精華部分，包括光纖傳輸系統(tǒng)、光纖通信網(wǎng)、全光網(wǎng)技術(shù)及其發(fā)展三大部分。其中，光纖傳輸系統(tǒng)的內(nèi)容包含：光纖傳輸系統(tǒng)的基本組成、光發(fā)送機(jī)組件、光接收機(jī)組件、光放大噪聲及其級(jí)聯(lián)、色散調(diào)節(jié)技術(shù)、光纖傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)、光纖傳輸系統(tǒng)性能評(píng)估。光通信網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)容包含：通信網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和分類、準(zhǔn)同步數(shù)字系統(tǒng)（PDH）、同步數(shù)字系統(tǒng)（SDH）、異步傳輸模式（ATM）、互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議、光纖通信網(wǎng)的管理/保護(hù)/恢復(fù)。全光網(wǎng)技術(shù)及其發(fā)展的內(nèi)容包含：通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程、全光網(wǎng)絡(luò)中的傳輸技術(shù)（WDM、OTDM、OCDMA和分組交換技術(shù)）、無源光網(wǎng)絡(luò)（G-PON、E-PON、WDM-PON）、光傳送網(wǎng)（G.709OTN）、自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)、全光網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理、全光網(wǎng)的安全問題。對(duì)于每一種光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，講解內(nèi)容包括這些光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、功能、應(yīng)用場(chǎng)合等，應(yīng)盡量使用PPT的圖片、動(dòng)畫進(jìn)行講解，PPT上要盡量避免文字上描述。該部分學(xué)時(shí)安排為12H。
第四部分，光纖與光纖通信系統(tǒng)測(cè)量。該部分主要介紹光纖通信工程實(shí)施、檢測(cè)中一些常用的設(shè)備和儀器，在本門課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中都要使用到這些設(shè)備，是培養(yǎng)光纖通信工程師的基礎(chǔ)技能知識(shí)部分。該部分的內(nèi)容包括：光功率計(jì)的使用、光纖幾何參數(shù)的測(cè)量、光纖衰減測(cè)量、光纖色散測(cè)量、光纖偏正特性測(cè)量、光纖的機(jī)械特性和強(qiáng)度測(cè)量、光時(shí)域反射計(jì)（OTDR）的使用；光接收機(jī)靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍的測(cè)量、光纖通信系統(tǒng)誤碼率和功率代價(jià)的測(cè)量、眼圖及其測(cè)量、光譜分析儀、光纖通信系統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)。其中，重點(diǎn)講解光功率計(jì)、OTDR、眼圖示波器、光譜分析儀等儀器設(shè)備的功能和使用方法。該部分學(xué)時(shí)安排為4H。
（二）光纖通信課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)
對(duì)于電子信息工程本科專業(yè)而言，畢竟培養(yǎng)的學(xué)生不屬于光學(xué)工程或光電子技術(shù)領(lǐng)域的人才，而且電子信息工程專業(yè)本身都有很多屬于自己專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課程及課程設(shè)計(jì)，因此，筆者認(rèn)為光纖通信技術(shù)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)根據(jù)該專業(yè)學(xué)生的理論基礎(chǔ)和將來他們最可能需要的工程能力而設(shè)置。因而，筆者建議光纖通信課程的總學(xué)時(shí)設(shè)置為48學(xué)時(shí)，理論教學(xué)學(xué)時(shí)為32學(xué)時(shí)，7個(gè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)學(xué)時(shí)為16學(xué)r。
根據(jù)筆者10年來給電子信息工程專業(yè)本科學(xué)生講授這門課的經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為具體的實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置如下。
1.插入法測(cè)光纖的平均損耗系數(shù)。采用插入法測(cè)量待測(cè)光纖在1310nm和1550nm處的平均損耗系數(shù)。掌握插入法測(cè)量光纖損耗系數(shù)的原理，熟悉光纖多用表的使用方法。學(xué)時(shí)設(shè)置為2個(gè)課時(shí)。
2.光時(shí)域反射計(jì)（OTDR）測(cè)光纖鏈路特性。用光時(shí)域反射計(jì)測(cè)量光纖鏈路的平均損耗、接頭損耗、光纖長度和故障點(diǎn)位置。了解光時(shí)域反射計(jì)工作原理及操作方法，學(xué)習(xí)用光時(shí)域反射計(jì)測(cè)量光纖平均損耗、接頭損耗、光纖長度和故障點(diǎn)位置。學(xué)時(shí)設(shè)置為2個(gè)課時(shí)。
3.光波分復(fù)用（WDM）系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)及其誤碼率測(cè)量構(gòu)建1310nm/1550nm光纖波分復(fù)用系統(tǒng)并測(cè)試其誤碼率，了解光波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)的工作原理和系統(tǒng)組成熟悉誤碼、誤碼率的概念及其測(cè)量方法。學(xué)時(shí)設(shè)置為2個(gè)課時(shí)。
4.數(shù)字光纖通信系統(tǒng)信號(hào)眼圖測(cè)試。構(gòu)建數(shù)字光纖通信系統(tǒng)并且用數(shù)字示波器觀測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)眼圖，并從眼圖中確定數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的性能。了解眼圖產(chǎn)生的基礎(chǔ)，根據(jù)眼圖測(cè)量數(shù)字通信系統(tǒng)性能的原理；學(xué)習(xí)通過數(shù)字示波器調(diào)試、觀測(cè)眼圖；掌握判別眼圖質(zhì)量的指標(biāo)；熟練使用數(shù)字示波器和誤碼儀。學(xué)時(shí)設(shè)置為3個(gè)課時(shí)。
5.光纖切割與焊接技術(shù)演示實(shí)驗(yàn)。利用全自動(dòng)熔接機(jī)向?qū)W生演示光纖熔接的全過程，了解光纖的結(jié)構(gòu)和光纖電弧放電焊接原理；了解全自動(dòng)焊接光纖的過程和使用方法。學(xué)時(shí)設(shè)置為2個(gè)課時(shí)。
6.光纖光柵光譜特性測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。測(cè)量光環(huán)行器的插入損耗、隔離度、方向性、回波損耗參數(shù)；利用PC光譜儀、光環(huán)行器和光纖光柵設(shè)計(jì)光纖光柵光譜特性的測(cè)試系統(tǒng)；了解光環(huán)行器的工作原理和主要功能；了解光環(huán)行器性能參數(shù)的測(cè)試原理；了解光纖光柵的光譜特性；學(xué)習(xí)PC光譜儀的使用方法。學(xué)時(shí)設(shè)置為3個(gè)課時(shí)。
7.光帶通濾波器的設(shè)計(jì)。測(cè)量光耦合器的插入損耗、分光比和附加損耗等參數(shù)；利用光耦合器或者光環(huán)行器和光纖光柵設(shè)計(jì)光帶通濾波器。了解2X2光耦合器的工作原理，了解光耦合器各項(xiàng)參數(shù)的測(cè)試方法。學(xué)時(shí)設(shè)置為2個(gè)課時(shí)。
通過以上實(shí)驗(yàn)課程，能夠使電子信息工程本科學(xué)生對(duì)光纖通信系統(tǒng)的基本器件、基本測(cè)量系統(tǒng)等有一個(gè)比較感觀的認(rèn)識(shí)，而且能夠更加深刻地掌握它們工作的基本原理和基本特性，為將來在具體的工程設(shè)計(jì)及進(jìn)一步深造中奠定基礎(chǔ)。
三、結(jié)束語
光纖通信技術(shù)在國家的信息產(chǎn)業(yè)、國防工業(yè)中具有舉足輕重的地位，電子信息技術(shù)與光學(xué)信息技術(shù)的結(jié)合也越來越緊密。對(duì)于當(dāng)今的電子信息工程專業(yè)的學(xué)生而言，除了需要掌握本專業(yè)牢固的知識(shí)和技能以外，了解和掌握光纖通信技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)和相關(guān)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)也是必不可缺的。本文通過對(duì)電子信息工程專業(yè)特點(diǎn)和光纖通信課程內(nèi)容的分析，討論了該門課程與該專業(yè)的內(nèi)在聯(lián)系，分析其重要性，并根據(jù)筆者10年來在重慶理工大學(xué)電子信息工程專業(yè)講授該門課程的經(jīng)驗(yàn)，提出了本門課程在電子信息工程專業(yè)中的理論及實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)重點(diǎn)、教學(xué)方法及課程設(shè)置等方面的一些意見和建議。
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23年前，34歲的譚立英在北京圖書館查閱資料，準(zhǔn)備她的碩士畢業(yè)論文。查閱了上千篇資料后，有關(guān)衛(wèi)星激光通信的數(shù)據(jù)讓她眼前一亮――衛(wèi)星與衛(wèi)星間、衛(wèi)星與地面間用“光”連接起來，可以形成空間的信息高速公路。要是能在浩瀚空間建立一個(gè)無線光網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)進(jìn)行高速信息傳輸，這將是一件多么了不起的事情?。?/p>
這個(gè)想法令譚立英興奮不已，可當(dāng)她著手去做這件事情時(shí)，難度大于想象。彼時(shí)，她是哈爾濱工業(yè)大學(xué)物理系的教師，一個(gè)5歲孩子的媽媽，每天一邊上課，一邊做碩士論文，還要照顧孩子。丈夫加同事馬晶遠(yuǎn)在日內(nèi)瓦深造。在當(dāng)時(shí)那個(gè)年代，衛(wèi)星微波通信還不成熟，更不要說是衛(wèi)星激光通信，幾乎所有的人都認(rèn)為譚立英的想法是天方夜譚，包括譚立英當(dāng)時(shí)的導(dǎo)師。
導(dǎo)師勸她：“方向雖好，但難度太大了，難以畢業(yè)。你要堅(jiān)持做這個(gè)，碩士論文所需的研究費(fèi)用還要你自己解決。”譚立英點(diǎn)點(diǎn)頭，說：“會(huì)想到辦法的?！逼鋵?shí)，她一點(diǎn)辦法都沒有，她只是怕絲毫猶豫都會(huì)讓心中燃燒的激情之火熄滅。她34歲了，不想在這個(gè)能有所成就的年紀(jì)里，提前老氣橫秋。
譚立英沒有想到，為了她的項(xiàng)目，丈夫提前回國。他把家里所有存款取出來，一共不到2萬元，對(duì)她說：“沒經(jīng)費(fèi)，我們就用家里的錢，我陪著你一起干?！?/p>
久別重逢，夫妻倆的卿卿我我就是通宵地討論那片科學(xué)的空白之地。5歲的女兒聽得厭煩了，嫉妒地對(duì)爸爸說：“你都有一年多沒看到我了，我還是沒有你們的課題重要，我真想變成天上的衛(wèi)星，讓你們天天研究研究我?！迸畠旱脑?，把夫妻倆逗笑了。譚立英親親女兒，牽牽丈夫的手，看看窗外的夜空，想想自己即將要做的連結(jié)天與地的事情，她的幸福神圣而隱秘。
連接天地的幸福，神圣隱秘
創(chuàng)業(yè)之初的日子無比艱難。他們的實(shí)驗(yàn)室設(shè)在一間地下室里，潮氣重，所有的紙質(zhì)材料因浸入了潮氣而變得綿軟，難以翻閱。馬晶放了一個(gè)除濕機(jī)，每天都能抽出三箱水來。
家里的積蓄和微薄的工資是全部科研經(jīng)費(fèi)，譚立英不得不算計(jì)著花。為了節(jié)省費(fèi)用，譚立英出門能步行絕不坐公交，坐火車也只買硬座，餐桌上長年是白菜土豆。女兒三番兩次抗議后，每周的土豆燉白菜里可以出現(xiàn)幾片肥瘦相間的肉，算是改善了伙食。以至于女兒說：“在咱們家，實(shí)驗(yàn)是親生的，我是馬路上撿來的?！?/p>
盡管如此，困難依然接踵而至。建立理論模型需要實(shí)驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證，沒有經(jīng)費(fèi)就沒有最基本的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，初步的原理驗(yàn)證無法進(jìn)行。一天，馬晶略帶得意地安慰妻子：“咱們的儀器有了?！彼u起關(guān)子說，這是個(gè)秘密。
兩天后，馬晶神秘地把妻子帶到實(shí)驗(yàn)室。拉開實(shí)驗(yàn)室門的一剎那，譚立英驚呆了――地上擺了一堆破爛。馬晶如數(shù)家珍：“這是教學(xué)實(shí)驗(yàn)室報(bào)廢的儀器，有些修一修興許能用?！弊T立英半信半疑。之后的幾天，夫妻倆在實(shí)驗(yàn)室忙活開了。他們首先將這些破爛整理歸類，湊成了幾件“整尸”，然后“解剖”“移植”“再造”“重組”，它們重新變成了實(shí)驗(yàn)設(shè)備。七天之后，實(shí)驗(yàn)設(shè)備開始集體工作，半個(gè)月后，他們完成了測(cè)試驗(yàn)證。譚立英獲得了有效的發(fā)射測(cè)試數(shù)據(jù)，完成了她的畢業(yè)論文。
論文寫下最后一個(gè)句號(hào)時(shí)，譚立英不得不為當(dāng)天的晚餐發(fā)愁――研究已經(jīng)花光了家中全部的積蓄，晚餐在哪里都成了問題。為了安慰女兒，馬晶對(duì)女兒說：“媽媽的論文完成了，這是個(gè)非常值得祝賀的日子，按照行規(guī)，今天得吃白水煮面，意味著萬事順順利利。”一家三口用開水干杯，以白水煮面條充饑。
當(dāng)晚，女兒睡后，馬晶對(duì)譚立英說：“研究衛(wèi)星激光通信是一個(gè)從無到有的工作，以后還會(huì)有更多的困難，你要做好思想準(zhǔn)備。你只要記住一條，我一直在你身邊，你不是一個(gè)人?！?/p>
譚立英看看熟睡的女兒，滿心愧疚。馬晶拍拍她的肩膀，說：“她會(huì)理解的，你應(yīng)該想到這個(gè)過程本身對(duì)她就是一種富養(yǎng)?！?/p>
有種浪漫，身心相伴
1995年，“彈盡糧絕”的秋天，譚立英帶著碩士論文和幾十袋方便面住進(jìn)了北京阜成路8號(hào)航天部招待所。倔強(qiáng)的她要給這個(gè)研究項(xiàng)目跑出一筆經(jīng)費(fèi)來。
跑經(jīng)費(fèi)的日子也是譚立英哭得最多的日子。碰壁是常有的事情，冷言冷語也是常聽的，很多時(shí)候譚立英轉(zhuǎn)身出門時(shí)，淚水就滴在了衣襟上。作為一個(gè)知識(shí)分子，她的自尊不允許她在別人面前以眼淚獲得支持。每一次，當(dāng)眼淚于人前奪眶而出時(shí)，她都借口去衛(wèi)生間，哭夠了，再回來繼續(xù)陳述她的研究。
沒有任何門路的譚立英完全是用研究熱情打動(dòng)了航天部的工作人員。幾乎每一個(gè)看了她論文的人都會(huì)驚奇地問：“是誰支持你做衛(wèi)星激光通信研究的？”“我丈夫。我們沒有項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)支持，是拿自己家里錢做的?！?/p>
陳芳允院士――中國衛(wèi)星測(cè)量、控制技術(shù)的奠基人之一，“兩彈一星功勛獎(jiǎng)?wù)隆鲍@得者，863計(jì)劃的倡導(dǎo)者之一，讀了譚立英的畢業(yè)論文，了解了他們所做的工作之后，激動(dòng)地說：“你們做得非常好！國家需要衛(wèi)星激光通信，也一定會(huì)支持你們的研究工作。希望你們能繼續(xù)做下去，不要有任何顧慮?！贝撕?，馬晶和譚立英陸續(xù)獲得了來自哈爾濱工業(yè)大學(xué)和航天五院的科研基金，建立了團(tuán)隊(duì)，研究工作也逐步進(jìn)入正軌。
試驗(yàn)進(jìn)入收尾階段時(shí)，由于估計(jì)不足，科研經(jīng)費(fèi)又一次出現(xiàn)了短缺。大家自帶行李，擠進(jìn)了租來的簡(jiǎn)易房。馬晶、譚立英把家里的電視機(jī)、窗簾、大米、土豆等一股腦地搬進(jìn)了這個(gè)“新家”。所有研究人員每天中午只吃6元的盒飯。到了晚上，譚立英又變身為廚師，她拿出科研精神鉆研廚藝，每天不重樣地為大家做上一頓像樣的飯菜。
2011年10月25日，讓譚立英夫婦銘記一生的日子，那是中國首次星地激光鏈路雙向捕獲跟蹤試驗(yàn)成功的日子。試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的大屏幕上，“海洋二號(hào)”衛(wèi)星以時(shí)速2萬余千米的速度疾馳而來，它經(jīng)過試驗(yàn)區(qū)域的時(shí)間只有幾分鐘。衛(wèi)星光信號(hào)與地面光信號(hào)準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了快速雙向捕獲、鏈接并跟蹤。
11秒！地面終端就成功捕獲到星上終端發(fā)出的光信號(hào)。這一刻，譚立英期盼了太久。馬晶說，20年，比他想象的時(shí)間還要短些，他甚至做好了打30年或者50年持久戰(zhàn)的準(zhǔn)備。
光纖通信就是利用光導(dǎo)纖維傳輸信號(hào),以實(shí)現(xiàn)信息傳遞的一種通信方式。光導(dǎo)纖維通信簡(jiǎn)稱光纖通信?？梢园压饫w通信看成是以光導(dǎo)纖維為傳輸媒介的“有線”光通信。實(shí)際上光纖通信系統(tǒng)使用的不是單根的光纖,而是許多光纖聚集在一起的組成的光纜。隨著信息科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,光纖通信技術(shù)越來越受到人們的重視,并逐步地開始普及。究竟什么是光纖通信呢？簡(jiǎn)單地說,光纖通信就是利用光作為信息載體、以光纖作為傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?。和以往的通信方式不?光纖的材料是玻璃的,因其是電氣絕緣體,不需要擔(dān)心接地回路,所以光纖之間的串繞非常小;光纖通信系統(tǒng)的通信載體是光波,它的頻率要比以往的電波高得多,再加上光纖又比同軸電纜或?qū)Рü艿膿p耗低得多,光纖通信的容量要比微波通信大幾十倍,光纖的芯很細(xì),由多芯組成光纜的直徑也很小,因此光纖通信的傳輸系統(tǒng)所占空間較小,很好地解決了地下管道擁擠的問題;另外,光波在光纖中傳輸,還不會(huì)因?yàn)楣庑盘?hào)泄漏而擔(dān)心傳輸?shù)男畔⒈蝗烁`聽,可謂好處多多。
1、光纖通信的發(fā)展歷程
1966年,美籍華人高錕同霍克哈姆發(fā)表了關(guān)于傳輸介質(zhì)新概念的論文,這篇論文具有劃時(shí)代的意義,它奠定了利用光纖進(jìn)行通信的基礎(chǔ),指明了利用光纖進(jìn)行通信的可能性。1970年,美國康寧公司成功了研制出了損耗20dB/km的石英光纖。促使光纖通信研究的進(jìn)一步發(fā)展。1976年,NTT公司繼續(xù)將光纖損耗度降低,達(dá)到了0.47dB/km。1977年,美國首先推出了用多模光纖進(jìn)行光纖通信實(shí)驗(yàn)。實(shí)現(xiàn)了第一代光纖通信系統(tǒng)。1981年,實(shí)現(xiàn)了第二代光纖通信系統(tǒng)。1984年,實(shí)現(xiàn)了第三代光纖通信系統(tǒng)。80年代后期,實(shí)現(xiàn)了第四代光纖通信系統(tǒng)。而后,利用光波分復(fù)用提高速率,利用光波來增長傳輸距離的系統(tǒng),即第五代光纖通信系統(tǒng)。
2、光纖通信技術(shù)的特點(diǎn)
2.1 大容量、高速度
光纖通信的第一特點(diǎn)就是容量大,光纖比銅線或電纜有大得多的傳輸帶寬,雖然現(xiàn)在的單波長光纖通信系統(tǒng)由于終端設(shè)備的電子瓶頸效應(yīng)而不能發(fā)揮光纖帶寬大的優(yōu)勢(shì),但是經(jīng)過一系列的技術(shù)處理,單波長光纖通信系統(tǒng)的傳輸容量也在大幅增加,目前,光纖的傳輸速率一般在2.5Gbps 到10Gbps,還有很大的擴(kuò)展空間。
2.2 損耗低
和以往的任何傳輸方式相比,光纖傳輸?shù)膿p耗都是最低的,目前,商品石英光纖損耗可低于0～20dB/km,隨著科技的進(jìn)步,將來采用非石英系統(tǒng)極低損耗光纖,那么,它的損耗可能更低,這就意味著通過光纖通信系統(tǒng)可以跨越更大的無中繼距離,這無疑就減少了中繼站數(shù)目,成本也就可以大幅降下來。
2.3 保密性好
大家都知道,電波傳輸時(shí)容易出現(xiàn)電磁波的泄漏,保密性差,而光波在光纖中傳輸,光信號(hào)被完善地限制在光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中,泄漏的射線則被環(huán)繞光纖的不透明包皮所吸收,不會(huì)出現(xiàn)泄漏,因而光纖通信不會(huì)造成串音,也不會(huì)被竊聽,保密性非常好。
2.4 抗電磁干擾能力強(qiáng)
光纖材料由石英制成的,不僅絕緣性好,抗腐蝕,更重要的是抗電磁干擾能力強(qiáng),它既不受雷電、電離層和太陽黑子的變化和活動(dòng)的干擾,也不受人為釋放的電磁干擾,可以與高壓輸電線平行架設(shè)或與電力導(dǎo)體復(fù)合構(gòu)成復(fù)合光纜,也特別適合于軍事應(yīng)用。
另外,光纖還有很多其他的優(yōu)點(diǎn),比如光纖徑細(xì)、輕柔、易于鋪設(shè),其原料資源豐富,成本低,其自身溫度穩(wěn)定性好、壽命長等等,這些特點(diǎn)決定了光纖將在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
3、光纖通信技術(shù)的應(yīng)用
3.1 光纖通信技術(shù)的分類
(1)光纖傳感技術(shù)。因?yàn)楣饫w傳感器具有耐腐蝕、寬頻帶、防爆性、體積小、耗電少的優(yōu)點(diǎn),所以其可分為功能型傳感器和非功能型傳感器;(2)波分復(fù)用技術(shù)。根據(jù)每一信道光波的頻率不同,利用單模光纖低損耗區(qū)帶來的巨大寬帶資源,可以將光纖的低損耗窗口劃分成為若干個(gè)信道,采用分波器來實(shí)現(xiàn)不同光波的耦合與分離;(3)光纖接入技術(shù)。光纖接入技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛,已經(jīng)應(yīng)用到千家萬戶。光纖接入技術(shù)不僅僅可以解決窄帶的業(yè)務(wù),也可以解決多媒體圖像等業(yè)務(wù)。
3.2 光纖通信技術(shù)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用
現(xiàn)今,我國的光纖通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分迅速,尤其是廣播電視網(wǎng)、電信干線傳輸網(wǎng)、電力通信網(wǎng)等發(fā)展極其迅速,使得對(duì)于光纖光纜的需求量急劇地增加。因?yàn)閺V電綜合信息網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大和系統(tǒng)的復(fù)雜難度的提升,讓我們?cè)趯?duì)于全網(wǎng)的管理和維護(hù)以及設(shè)備故障的判定等問題上存在著很大的難度。為了解決以上存在的問題,采用了ATM+或者是SDH+光纖組成寬帶數(shù)字傳輸系統(tǒng)。對(duì)于這個(gè)傳輸網(wǎng),我們可以采用環(huán)網(wǎng)傳輸系統(tǒng),也可以采用鏈路系統(tǒng)或者是用它們組成的各種不同形式滿足不同需要的符合網(wǎng)絡(luò)。我們可以采用寬帶傳輸系統(tǒng),可以將通道設(shè)置為廣播的方式,這樣的話,可以讓人們?cè)谌魏蔚胤蕉伎梢詫?duì)同樣的電視節(jié)目進(jìn)行下載,也可以讓工作人員對(duì)下載的權(quán)限進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)置,更有利于管理。在全國各地目前已經(jīng)具有基本規(guī)模的有線電視網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上,寬帶多媒體傳輸網(wǎng)絡(luò)是比較容易實(shí)現(xiàn)的。我們可以通過數(shù)據(jù)通道或者是電信網(wǎng)中的語音通道來形成上行信號(hào),也可以通過語音接入系統(tǒng)來完成上行信號(hào)的傳送。
4、光纖通信技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
4.1 向超高速、超大容量發(fā)展
目前10Gbps系統(tǒng)已開始大批量裝備網(wǎng)絡(luò),在理論上,基于時(shí)分復(fù)用的高速系統(tǒng)的速率還有望進(jìn)一步提高,例如在實(shí)驗(yàn)室傳輸速率已能達(dá)到4OGbps,然而,采用電的時(shí)分復(fù)用來提高傳輸容量的作法已經(jīng)接近硅和鎵砷技術(shù)的極限,電的40Gbps系統(tǒng)在性能價(jià)格比及在實(shí)用中是否能成功也還是個(gè)未知因素,可以說采用電的時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)的擴(kuò)容潛力已盡,然而光纖的200nm可用帶寬資源僅僅利用了不到1％,99％的資源尚待發(fā)掘。于是人們將目光轉(zhuǎn)向波分復(fù)用,采用波分復(fù)用系統(tǒng)可以將光纖容量迅速擴(kuò)大幾倍乃至上百倍,可以大大降低成本,可以方便快捷的引入寬帶新業(yè)務(wù),有望實(shí)現(xiàn)光聯(lián)網(wǎng),基于此,近幾年波分復(fù)用系統(tǒng)發(fā)展十分迅速,預(yù)計(jì)不久實(shí)用化系統(tǒng)的容量即可達(dá)到1Tbps的水平。
4.2 實(shí)現(xiàn)光聯(lián)網(wǎng)的全面發(fā)展
盡管波分復(fù)用系統(tǒng)技術(shù)有諸多好處,但依舊是以點(diǎn)到點(diǎn)通信為基礎(chǔ)的系統(tǒng),其靈活性和可靠性還不夠理想,如果在光路上也能實(shí)現(xiàn)類似SDH 在電路上的分插功能和交叉連接功能的話,無疑將增加新一層的威力。根據(jù)這一基本思路,光的分插復(fù)用器（OADM）和光的交叉連接設(shè)備（OXC）均已在實(shí)驗(yàn)室研制成功,并已投入商用。實(shí)現(xiàn)光聯(lián)網(wǎng)的基本目的是:(1)實(shí)現(xiàn)超大容量光網(wǎng)絡(luò);(2)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性,允許網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)和業(yè)務(wù)量的不斷增長;(3)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可重構(gòu)性,達(dá)到靈活重組網(wǎng)絡(luò)的目的;(4)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的透明性,允許互連任何系統(tǒng)和不同制式的信號(hào);(5)實(shí)現(xiàn)快速網(wǎng)絡(luò)恢復(fù),恢復(fù)時(shí)間可達(dá)100ms。光聯(lián)網(wǎng)的全面發(fā)展將對(duì)21世紀(jì)的中國產(chǎn)生重要的影響。
4.3 新一代的光纖
近幾年來隨著IP 業(yè)務(wù)量的爆炸式增長,傳統(tǒng)的單模光纖已暴露出力不從心的態(tài)勢(shì),目前已出現(xiàn)了兩種不同的新型光纖,即非零色散光纖（G.655光纖）和無水吸收峰光纖（全波光纖）。
4.3.1 新一代的非零色散光纖
非零色散光纖（G.655光纖）的基本設(shè)計(jì)思想是在1550 窗口工作波長區(qū)具有合理的較低色散,足以支持10Gbps的長距離傳輸而無需色散補(bǔ)償,從而節(jié)省了色散補(bǔ)償器及其附加光放大器的成本;同時(shí),其色散值又保持非零特性,具有一起碼的最小數(shù)值（如2ps/（nm.km）以上）,足以壓制四波混合和交叉相位調(diào)非線性影響,適宜開通具有足夠多波長的DWDM系統(tǒng),同時(shí)滿足TDM和DWDM兩種發(fā)展方向的需要。
4.3.2 全波光纖
與長途網(wǎng)相比,城域網(wǎng)面臨更加復(fù)雜多變的業(yè)務(wù)環(huán)境,要直接支持大用戶,因而需要頻繁的業(yè)務(wù)量疏導(dǎo)和帶寬管理能力,顯然開發(fā)具有盡可能寬的可用波段的光纖成為關(guān)鍵。全波光纖就是在這種形勢(shì)下誕生的,全波沒有了水峰,光纖可以開放第5 個(gè)低損窗口,從而使可復(fù)用的波長數(shù)大大增加,使元器件特別是無源器件的成本大幅度下降,從而降低了整個(gè)系統(tǒng)的成本;另外上述波長范圍內(nèi),光纖的色散僅為1550nm 波長區(qū)的一半,因而,容易實(shí)現(xiàn)高比特率長距離傳輸。
5、結(jié)語
在新世紀(jì)的信息技術(shù)發(fā)展中,光纖通信技術(shù)將成為重要的支撐平臺(tái),光纖通信也將成為未來通信發(fā)展的主流,光纖通信有著巨大的潛力等待人們的開發(fā)。
參考文獻(xiàn)
[1]蘇賜民.從光纖通信技術(shù)的發(fā)展中看前景[J].工業(yè)設(shè)計(jì),2011(05).
