通信的基本原理范文

导语：如何才能写好一篇通信的基本原理，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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在电子信息科技作为主要应用科技的二十一世纪，通信成为了对人们的工作和生活产生重要甚至是决定性作用的高新科技。现代化的社会中，各项事业的发展都是高速进行的，步伐之大，节奏之快，都为人们所惊叹，这些都依赖于通信技术，它以迅雷不及掩耳之势使海量信息迅速为人们所知。因此，对这种通信技术的原理的了解和其关键性技术的分析是十分重要的，可以让掌握其核心科技的群体获得科技中的主动权，在竞争激烈的当今社会获得优先发展的优势。本文就将主要介绍低压电力载波通信的基本原理，及其关键性的技术，以将这种技术推而广之，推动整个社会对高新科技的研究和应用。

【关键词】低压电力载波 通信 原理 技术

电力载波通信在我国的应用时间尚短，但是这项技术一经传入我国，就以极高的速度发展，并取得了惊人的成效。当前，我国的高压电力载波通信已经发展为一种基本的通信方式，在我国的电力系统中，发挥着重要的作用。然而，低压电力载波通信在近几年也受到了重视，各种低压电力载波通信技术正在迅猛发展，具有巨大的市场潜力。低压电力载波通信就是通过电力输电线路进行对信息的传输，它可以分为高压电力载波通信、低压电力线载波通信和中美压电力载波通信。所以低压电力通信只是电力载波通信中的一种，但同样具有电力载波通信的一般优点，投资省、见效快、可靠性高，以及与电网建设同步等他特点。低压电力载波通信在水电站、农电以及边远山区等地区的使用方便，更加使用于在这些地方使用。

1 低压电力载波通信的基本原理分析

1.1 扩频载波通信技术

扩频载波通信技术是近年来发展起来的一项新技术，可在民用通信上得到广泛的应用。这项技术是将所发送的信息展宽到一个比信息带宽得多的频带上，然后通过接收端的接收再将其恢复到信息带宽的一项技术。扩频通信技术是利用伪随机编码来调制待传送的信息数据，从而实现对频谱扩散后的传输，然后在接收端采用同样的编码对其进行解调和相关的处理。

根据相关的科学理论，如果将频带的宽度适当地增加，就可以在较低的信噪比情况下，用相同的信息率以任意小的差错概率进行传输信息。这说明，频谱扩展技术可以很好地对信号进行隐蔽，而且还具有很好的抗干扰能力，能够适应低压电力网络中的复杂的各种噪音的干扰。

1.2 正交频分复用原理

正交频分复用技术主要是利用相互重叠的子信通道和应用并行数据传输技术以及正交频分复用技术来实现对信息的传输，它一种利用多载波的调制技术。这项技术可以将所要传输的信息分为多个子信号，然后利用这多个子信号分别对多个相互正交的子载波进行调制，随后再同时发送，最后在接收端对这些数据进行整合，从而达到提高数据传输效率的目的。并行数据传输可以通过提高多个信号的扩散效率来有效抵抗脉冲干扰噪声的影响。

在具体的发送过程中，首先对所发送的串行数据信号进行串并转换，将串行数据转换为并行数据，然后进行相应的调制，同时在码元之间插入循环前缀，再将之前的并行数据转换为串行数据，经过滤波以后，这些数据被耦合到低压电力线进行信号传播。在接收端，通过对接收到的信号的相应处理，再通过相应的变换就可以恢复到初始传播的信号。

同扩频载波通信技术一样，多载波的正交频分复用调制技术也具有很好的抗干扰能力，另外，还具有较高的带宽利用率，而且它还灵活地将信息分配到不同的载波频宽，因而可以很好地克服窄带干扰和频率选择性衰落，而且它还可以通过与前向纠错码结合来实现对脉冲噪音的干扰。因此，正交频分复用技术是在低压电力配电网上实现高速数字的传输的理想选择，它与信道编码和交织技术的结合能够达到可靠和有效的通信效果。

2 低压电力载波通信的关键技术分析

2.1 直接序列扩频技术

这种技术就是在发射端利用高速率的扩散序列将信号频谱扩散出去，在接受段用相同的扩频码序列对信号进行扩散，将接收到的信号还原为原来的信号。这种技术的抗干扰能力十分强大，而且不易对其他的信号产生影响，也不易被其他接受装置截获，应用十分可靠。

2.2 多载波码分复用技术

这项技术的就是将正交频分复用技术直接应用于载波码分复用技术上。它是首先将每个信号进行扩频，再将扩频后的每个芯片调制到一个载波上，再通过信道进行传输。而在接收以后，需要进行正交频分复用的解调、解扩以及进行并行和串行之间的变换，从而实现对原始信号的检测和恢复。多载波码分复用技术的抗干扰能力也相当强大，而且还具有极高的频带利用率，能够有效将由于时延扩展而出现的负作用避免，与正交频分复用技术相比较，其克服子载波的衰落作用更加明显。

另外，链码自适用调制技术可以保证对信息的发送成功，因为在信息发送不成功的情况下，利用该技术可以尝试重新发送，直到发送成功为止。自动中继技术可以有效提高中继信号的质量，降低误码率。

3 总结

当前国内外对低压电力载波通信技术的研究和应用在通信领域已经十分广泛，同时通信技术也逐渐渗透到了更多行业的发展中，在市场上占有巨大的应用地位和发展潜力。然而由于我国电力应用场所的特殊性和应用环境的恶劣，都对通信信道的建立设置了障碍。经过技术研究，可以通过建立相应的参考模型以及使用相应的技术对这种严峻的自然环境进行克服。通过对直接序列扩频技术、多载波码分复用技术、链码自适用调制技术、自动中继技术等相关技术的应用有效实现对低压电力载波通信技术的应用。

参考文献

[1]陈凤，郑文刚，申长军，周平，吴文彪.低压电力线载波通信技术及应用[J].电力系统保护与控制，2009，37（22）：188-193.

[2]杨润芳，李海曦，王蓉.浅谈电力线载波通信技术[J].企业技术开发，2012，31（31）：48-50.

[3]孙海翠，张金波.低压电力线载波通信技术研究与应用[J].电测与仪表，2006，43（488）：54-57.

[4]张志宏.低压电力线载波通信技术及应用探讨[J].科技传播，2011，15（13）：202-203.

[5]任兆义，赵春枝，刘冲.低压电力线载波数字通信技术及应用[J].2002年城市供电学术会议论文集，2002.

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关键词：地方新建本科院校；通识选修课管理；问题；对策

中图分类号：G40-058 文献标志码：A 文章编号：1002-0845（2013）03-0070-02

通识选修课（又称公共选修课），是为了践行通才教育理念而开设的选修课。目前，综合性大学已形成了一套形之有效的通识选修课管理制度，并积累了一定的经验。但对于地方新建本科院校而言，开设通识选修课还是个新生事物，需要在实践过程中逐步探索适合本校实际的选修课管理办法。

一、地方新建本科院校通识选修课管理中存在的主要问题

在开设通识选修课之初，地方新建本科院校所采用的大多是固定时间段集中开设的方式。随着招生规模的不断扩大，学校的教学资源变得越来越紧张，采用固定时间段集中开设通识选修课的做法愈来愈行不通。于是，许多地方新建本科院校加大了对教学硬件设施的投入，纷纷购买教务网络管理系统以满足学分制、选课制的需要。但选课涉及的内容较为宽泛，教务网络管理系统只是为选课提供了一个技术支持而已。由于在通识选修课管理中存在选课制度尚不完善、教学管理人员观念落后等问题，导致选课管理工作依然是举步维艰。

以下是对某地方新建本科院校通识选修课选课管理的调查。某地方新建本科院校升本之初，采取的是从通识选修课模块中抽取一定数量的课程集中在每周二下午开设的做法。这种模式简单、效率高，但在教学过程中经常出现课程冲突的情况。于是学校在第二年购买了教务网络管理系统，实行网上选课。采用这种方式后，通识选修课平均分布在周一至周五的下午或晚上，学生依据自己的个人课表进行选课。这种选课模式兼顾了任课教师和学生的实际，有效利用了学校的教学资源，但在实施的过程中仍然存在以下三个方面的问题：

1.学生选课存在盲目性

通识选修课要求学生不能选修已修读过的课程或与本专业必修课、选修课重复的课程，否则不计学分。同时，要求学生应在自然科学、哲学、经济管理、体育艺术等四大系列中均衡选课，其中在自然科学、哲学、体育艺术等三大系列中至少各选修2学分的课程。但在实际选课过程中，不少学生出现了选课重复及在大学四年期间仅选修某一系列通识选修课的情况。

许多通识选修课都是由专业选修课衍生而来的，只不过因教育对象的不同，在修读要求上有所差别而已。对本专业教学计划不熟悉的学生往往不清楚本专业会开设哪些课程，因而出现了对课程的误选。有些课程可能因修读对象的不同，变换了课程的名称，但课程的主要内容并没有明显的变化，导致许多学生在上了课之后才发现选错了课。

2.学生对选课的理解存在偏差

采用教务网络管理系统进行选课后，通常情况下，无论是哪种类型哪种性质的课程，都需要有“网上选课”这一环节。在选课过程中，大多数学生往往把选课理解成“网上选通识选修课”。因此，仅选修了规定的通识选修课程，未选择通识教育必修课及专业课。更糟糕的是，学生到了上课时才发现课表冲突，只好申请退/补选，这在一定程度上引发了选课程序的混乱。

3.学生对选课程序缺乏了解

为方便学生选课，参照大多数高校的做法，某地方新建本科院校在选课前为学生印发了选课操作流程，但结果很不理想。一部分学生往往在选课结束后才发现自己所选的课没有提交成功，然后申请补选。为此学校做了一个相关调查，调查结果显示，选课后，有90%的学生会及时查看个人课表以确认选课结果；有7%的学生不会看选课结果；有3%的学生只有在所选课程有所调整时才会查看选课结果，上述情况的存在导致了整个选课秩序的混乱，因而无法满足学生的需要。

二、通识选修课管理中存在问题的原因分析

1.对通识选修课的认识不到位

通识选修课对于地方新建本科院校而言还是个新生事物，很多学生往往是在接到教务处下发的选课通知后才了解到有这样一类课程，根本不了解开设这类课程的目的和要求。据调查，在对公选课的态度上，有74%的学生认为开设通识选修课很有必要，有19%的人认为这类课程可有可无；从选课依据及选课心态来看，有73%的学生会从自己兴趣爱好及拓宽专业知识的角度出发选修相应课程，有7%的学生选课仅仅是为了获得学分，另有20%的学生会结合自己的学习、生活实际选修相关课程；在就通识选修课整体到课率低这一现象的原因进行分析时，有27%的学生认为是由于一些学生未能充分认识到通识选修课的重要性，另有13%的学生认为因本专业课程压力大，对于上通识选修课，感觉到力不从心。

2.选课指导不到位

误选或重复选课的原因主要是没有给予学生充分的指导，体现在以下三个方面：1）各专业负责人没有为学生详细地介绍专业教学计划、通识选修课的修读要求及相关管理条例；2）选课前未对通识选修课内容作详细介绍；3）未及时选课信息等。调查显示，有77%的学生会根据本专业教学计划及学校的通识选修课课表拟订选课计划，有17%的学生缺少计划，有4%的学生只是对课表大概了解一下。关于“对本专业教学计划是否熟悉”这一问题的回答，有11%的学生选择很熟悉，有32%的学生选择完全不熟悉，有57%的学生选择熟悉一点。对通识选修课学分修读要求，有5%的学生完全了解，有43%的学生基本了解，有41%的学生了解一点点，有11%的学生完全不了解。对于学校公选课的设置情况，有3%的学生完全了解，有27%的学生基本了解，有51%的学生了解一点点，有18%的学生完全不了解。

3.选课管理制度不健全

地方新建本科院校由于开设通识选修课的时间不长，对通识选修课的管理大多都是借鉴其他高校的经验，可以说是在摸着石头过河，尚未形成一套适合本校实际的选课管理制度。以某地方新建本科院校为例，该校在通识选修课管理上花费了近三年的时间才逐渐形成了一套完善的选课管理制度。在形成制度前，通识选修课的修读要求、选课要求及对教学管理人员的工作要求等都是在选课通知中体现的。如果师生未认真阅读选课通知，就会遗漏相关注意事项，极易引发通识选修课选课秩序混乱的局面。对此，学生们也提出了很多意见和建议，有59%的学生认为通识选修课管理中存在的问题主要包括：缺乏课程内容介绍，导致出现对课程的误选；选课信息的不及时，导致学生错过了选课时间；学校未提供合适的机房，导致部分学生无法进行网上选课；选课系统繁忙，通常无法登录；学校未给予详细的选课指导等。

4.教学管理人员素质不高

人们对于新生事物都会有一个接受的过程，通识选修课也不例外。一般情况下，通识选修课是由教务处负责组织实施的，各系（部）教学管理人员在选课过程中通常只是在传达通知，而没有意识到自己有责任、有义务向学生介绍有关通识选修课的课程内容，因而没有带领学生学习通识选修课的开设目的、修读要求及相关管理条例等。甚至在传达选课通知的过程中，也只是将选课通知发放给学生，由学生自己阅读并领会通知精神。这种单一的信息传播渠道易使信息受阻，因而无法及时将有关信息传递给学生。一旦学生干部未深刻领会选课通知精神，整个班级就会出现选课秩序混乱的现象。据调查，对“获得选课信息的渠道”这一问题的回答，有5%的学生选择系公告栏，有65%的学生选择班干部口头通知，有27%的学生选择教务处网页，有5%的学生选择听说。从这些数据中不难看出，大多数学生都是在被动地接受该类信息的。

三、加强通识选修课选课管理的对策

1.提高思想认识

遵循“教育以育人为本，以学生为主体”的教育理念，应将通识选修课的开设目的、性质、课程设置等内容详细介绍给学生。通识选修课（公共选修课）是在整合全校资源的基础上面向全校学生开设、由学生任意选修的跨系（部）、跨专业的课程，是高校课程体系的重要组成部分，是践行通才教育理念的重要途径，也是高校深化教学改革的产物。目前，全国各高校都开设了通识选修课程。它对于促进文理交叉渗透、拓展学生的知识领域、完善学生的知识与智能的结构及增强学生的社会适应力等，具有非常重要的作用。通识选修课一般由学校教务处统一进行管理，这也是其与专业选修课的主要区别。

2.加强选课指导

教务处应及时组织人员编写《通识选修课课程简介》《选课指南》等，并与《通识选修课管理办法》等文件资料一同编印在《学生手册》中，在新生入学时免费发给学生，让学生及时了解自己的大学学习任务，帮助学生做好学习规划。另外，教务处应结合当前大多数学生开通了手机上网功能这一实际情况，拓展教务网络管理系统的功能，建立一个功能强大的网络信息平台，使各种信息能够及时、准确地反馈和出去。

各级教学管理人员应利用新生入学教育这一大好时机，为学生详细介绍本专业课程的设置情况，并带领学生学习通识选修课的开设目的、修读要求及相关管理条例等。在每次选课前，应采取班会、讲座等多种形式，使学生熟悉专业教学计划及选课的要求和操作方法等，详细介绍选课信息渠道，使学生养成主动获取信息的良好习惯。

3.完善选课管理制度

实现选课管理的规范化，制度要先行[1]。在制定选课管理办法时，应对选课原则、选课程序、选课注意事项、选课组织形式、选课时间等做出详细的规定。每学期在组织学生选课前，制订出详细的实施计划，并结合通识选修课选课人数多、涉及面广的实际情况，提前通过网络信息平台、各教学单位、公告栏等多种渠道公布选课注意事项，开展必要的宣传、动员工作，以保证选课工作能够高效、有序地进行。

4.提高教学管理人员的素质

通识选修课的设置打破了传统的教学管理秩序，这是高校教学改革的必然趋势。因此，应通过培训、讲座等方式提升教学管理人员的素质。首先，应注重培养教学管理人员的服务意识。人本管理理论认为，管理是为人服务 的[2]。在学校，为学生服务是管理人员的职责。在组织选课的过程中，应秉承管理就是服务的理念。细心、耐心地做好宣传动员工作，及时解决学生在选课过程中出现的问题，并对学生进行选课操作指导。其次，应对教学管理人员进行业务技能培训，使他们掌握现代教育管理手段，能够熟练使用教务网络管理系统，从而更好地为广大师生服务。

参考文献：

[1]尹哲峰. 高校选课管理的实践与研究[J]. 现代教育科学，2009 （1）：186-187.

[2]周三多，等. 管理学――原理与方法[M]. 上海：复旦大学出版 社，1999：123.

收稿日期：2012-11-12

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一、MOOC介绍

 

MOOC即慕课[1][2]，英文全称为Massive Open Online Course，即大规模开放的在线课程，是新近发展起来的一种在线课程模式。慕课具有大规模的、开放课程、网络课程等主要特点。

 

MOOC是指由参与者的课程，典型的慕课课程是大型的或者大规模的。MOOC课程必须是开放的并且不是面对面的课程。课程材料散布于互联网上。上课地点和时间不受局限，只要有一台网络联接的电脑，你就可以花最少的钱享受国内的或者世界顶尖大学的一流课程。现在的MOOC一般都是大学课程，优化后搬到网上，内容和分类都以大学的知识构架为基准。开课日期模仿大学时间表，每周上一次课，一次讲一至两学时，布置课后作业，开课期间安排答疑，体现了交互性。

 

MOOC的基本组成结构：课程视频，随堂测试、作业、考试以及在线助教、讨论。课程视频为微视频组成的课程串，每个微视频大约几分钟到十几分钟不等。微视频里会插入小测试，看完就需要答题，然后电脑进行评分。期末要提交作业或进行考试，因为学生人数很多，作业和考试一般采用互评打分的方法。一般每门课都有自己的论坛，里面会有助教加入，对课程学习过程中的相关问题进行解答。而且还有讨论区，还可以找在线的同学互相讨论。慕课一般是免费的，这个免费主要指的是听课免费，如果想要证书就需要交费。现在有很多大学将一些很多学生都选修的课程作为慕课课程，这样既节约教师和教学资源，又可以让学生在某一时间段内自主学习。

 

二、数字通信原理作为慕课课程的必要性

 

数字通信原理是电子与通信工程专业和网络工程专业的一门重要的专业基础课。是一门系统性、理论性强，同时又强调实践性的课程。通过数字通信课程的学习，使学生了解现代通信系统所涉及的基础理论，重点掌握数字通信系统的构成、基本原理、主要性能指标的计算、分析方法、通信信号和系统的基本设计方法，使学生较好地掌握现代通信的基本原理，通信系统的基本框架及通信技术的最新发展动态，从而对现代通信工程有一个较全面的了解。许多综合性大学和理工类大学都开设了数字通信原理这门课程，同时通信和网络行业从业人员也需要掌握数字通信原理相关知识，所以将数字通信原理作为一门慕课课程是非常必要的。

 

三、数字通信原理课程的MOOC教学方法

 

数字通信原理课程的目的和任务是：课程通过对通信基本模型、通信信道、模拟通信系统、数字基带传输系统、数字频带传输系统、同步等内容学习，使学生了解各种通信系统的基本组成，掌握通信系统的基础理论和工作原理。希望学生通过学习，具有进行现代通信技术研究、开发和通信工程设计与调测能力。

 

本文以中国人民大学出版社出版的数字通信原理[3]为例，该书由毛京丽主编。本课程的先行课程有：电路、概率论、信号与系统、通信电子技术等。学生需要了解通信发展史及信息概念。掌握常用的模拟信号数字化的编码方法。掌握数字信号的基带、频带传输原理，最佳接收原理。掌握同步技术。掌握差错控制编码。

 

该课程的教学要求和主要内容有：第一部分：绪论，了解模拟信号和数字信号的定义和特点;熟悉数字通信的特点和主要性能指标。第二部分：语音信号数字化编码，要求掌握：语声信号数字化的基本过程，抽样定理，均匀量化和非均匀量化的区别以及非均匀量化的实现方式，编码的基本概念及解码的基本原理，A律13折线编解码的基本工作原理及编解码的信号比较及产生过程，了解DPCM、ADPCM、子带编码、线形预测编码的基本概念及工作原理。第三部分：时分多路复用及PCM30/32路系统，要求掌握：TDM的基本概念及系统构成原理、帧同步概念及工作原理、PCM30/32路帧结构，了解位同步的概念及工作原理、PCM30\32路系统帧同步的工作原理。第四部分：准同步数字体系和同步数字体系，要求掌握：同步复接的方法及工作原理、异步复接PCM二次群帧结构、SDH的基本概念，了解PCM复用原理和数字复接方法、SDH传送网的基本结构、SDH网的自愈功能实现方法、SDH网的同步方式。第五部分：数字信号的传输，要求掌握：数字信号基带传输的基本理论，了解基带传输的线路码型、数字信号频带传输的概念及PCM信号频带传输系统的构成。

 

视频共计32讲、64段。每章第1讲最初几分钟说明了本章的基本问题，它们作为主线，引导后续各讲展开。各章讲、练适度分离，以便按需独立学习。讲解力求：1.简单易懂：让初学者轻松入门;2.融合贯通：再次学习可深化理解。导学图帮助学生梳理各部分知识，建立全局观。

 

学习方法可以是：1.先看视频，再读教材，促进思考;2.先读教材，再看视频，深化理解;3.其他各种安排。深入学习者，可以从各讲的相关知识点出发，阅读参考书籍，积极参加讨论。基本学习的人，可以按需裁剪章、节内容，或只观看部分视频讲座。浅尝即止的话，可以只学习第一章与少数几讲视频。

 

本课程总计100分，成绩构成如下：平时成绩(测试与作业、讨论与交流等综合评定)40%，期末考试占60%，完成课程学习并考核成绩60-84分为合格，成绩85-100分为优秀。

 

四、小结

 

本文介绍了将数字通信原理作为慕课课程的必要性，并且对该课程的教学做了相应的规划。通过一学期小范围的试运行，发现通过这种教学方式，学生能较好的掌握这门课程，并且通过几次课的学习，能基本适应慕课这种教学形式。

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【关键词】OFDM技术；光纤通信系统；应用分析

一、OFDM技术的基本原理与优点

1、OFDM技术的基本原理。OFDM技术运行的基本原理简而言之就是降低子载波上符号的速率，通过将高速的数据流转化为低速的数据流，将串行的数据流转换成并行的数据流，达到在多个相互之间有正交关系的子载波上进行数据流传输的目的。也正是由于这种数据流的转化方法，避免了子载波间出现干扰的现象，提高了频带的使用效率。

2、OFDM技术的优点。OFDM技术的优点有许多，运用OFDM不仅能够大大的缩短传递信息的时间，在以下四个方面的运用更是突出表现了该技术的使用性能。OFDM技术能够比较有效的利用频带的效率，在抵抗衰老的方面也表现出了较强的适应的能力，同样的在抵抗码间干扰能力方面也有较强的表现能力，在这些能力表现的方面来说最重要的是较强的信息传送能力，能够及时有效地把信息传递给信息接受方。

二、光纤通信系统的优点

正如我们对于当今社会的定义一样，当今的社会是一个迅速变化，不断发展的社会。也正是由于当今社会日新月异，不断变化，光纤通信系统在解决通信道路拥挤的方面具有突出的优点，发挥了重要的作用。

1、通信容量巨大。相比较明线、同轴电缆以及微波等其他的通信设施，光纤通信系统所表现的巨大的通信容量具有明显的优势，平均比明线、同轴电缆以及微波等其他的通信设施的通信容量高出了几十甚至上千倍之上。

2、保密性能良好。光纤通信系统具有良好的保密性能，运用光纤通信系统传输的信号很难被窃听，相比较其他的通信系统，光纤传输在传输数据的过程中信号泄露的可能性非常小。

3、具有较强的抗电磁干扰能力。一般来说，光纤的制作原材料一般都是大自然里存在量非常大的石英，由基本的化学知识我们可以了解到石英的属性属于绝缘材料，在自然界里存在的形式非常稳定，绝酸绝碱，能较好的抵抗电磁的干扰。

4、光纤的原材料十分丰富。由上文可知，光纤的原材料是自然界存在量非常大的石英，而石英本质上就是我们所了解的二氧化硅。二氧化硅在自然界中有着极其大的存储量，广泛存在于石头等常见的物质之中。

三、OFDM技术在光纤通信系统中的应用

1、直接检测光OFDM系统的分类。一般来说，根据是不是需要把基带OFDM频谱复制在光OFDM的频谱这种判断形式可以把直接检测光OFDM系统分为线性映射与非线性映射两种。通常来说线性映射所复制的情况是直接的，在色散系数的影响下，信号的传输距离也会发生改变，必须采取一定的措施来补偿电域以及光域的色散。

2、系统不能恢复有效的数字信号。相干检测光OFDM系统在直接检测光OFDM系统中，只有光的强度信息能被光电检测器检测到，而光载波的相位以及频率是检测不到的，因此，该系统不能有效地将初始数字信号恢复。相比而言，相干检测光OFDM系统则能弥补直接检测光OFDM系统的不足，甚至因为具备极其高的接收机灵敏度，因此在同样的发射功率下传输距离能够更长。但是同样的，子载波数目的不同能够直接影响到CO-OFDM系统性能的发挥。数目过大，就会造成信道间的干扰。数目过少，就会降低频谱的利用率。

3、提高系统容量的措施。偏振复用CO-OFDM系统由于CO-OFDM系统可以对光纤中的偏振模色散进行有效的补偿与估计。为了提高所需要的系统容量，需要将偏振复用技术引入到CO-OFDM系统之中，这样做不仅可以满足系统对各个元器件的基本要求，而且还能进一步提升系统的运行速率。由此可见，偏振复用CO-OFDM系统已经成为未来超大容量、超高速率和超长距离传输系统的重要解决措施。由于单模光纤通常情况下具备两种偏振模式，并且光信号的传输会受到偏振相关损耗（PDL）和偏振模色散（PMD）和色散（CD）效应的影响。

四、总结

光OFDM技术与OFDM技术光纤通信二者相互结合，充分发挥了二者不同的优点。我们完全有理由可以预见，随着信息技术的迅猛发展，光OFDM作为一项关键性的技术必定会在在未来的传输系统中发挥其本身的价值。除此之外，为了更好的发展相关的科学技术，在未来的研究工作中，对光OFDM系统中的非线性效应还需要相关的科研人士不断的进行研究探讨，发展现有的科学技术，改善现存技术的不足之处，使得该技术能够更好地为社会、为人类服务，促进社会文明进步。

参考文献

[1]刘巧平,董军堂.OFDM技术在4G移动通信系统中的应用[J].电子测试,2014,05:102-104.

[2]孟婉婕,吴少涛,肖伟涛.正交频分多路复用技术在电力光纤通信系统中的应用[J].广东电力,2014,01:105-109.

[3]林燕.高速光纤通信系统中的OFDM调制解调技术的仿真与实现[J].通讯世界,2015,03:30-31.

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关键词：通信监控网络；信道编码；窄带随机过程；累加器

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)26-1684-03

Channel Coding of Communication Investigation Network Based on Narrow-Band Random Process

ZHANG Jun

(Academy of Professional Technology, Chenzhou 423000,China)

Abstract: In this paper, a method of channel coding of communication investigation network based on narrow-band random process was presented. Through increasing redundancy and decreasing false code rate, this method could improve relaibility of communication. Based on basic coding theory, this paper presents principle of nomal and low communication network, and describes principle of design. Based on narrow-band random process, this paper proposes a new method which increases a new accumulator to use high energy to subsitute high signal noise rate, this method also use majority-logic criteria to improve stability and relaibility of communication investigation network

Key words: communication investigation network; channel coding;narrow-band random process;accumulator

1 前言

本文研究电力线通信监控网络的窄带信道编码，通过增加冗余比特，降低误码率和丢包率，提高通信可靠性和有效性。在研究信道编码差错控制原理基础上，给出了设计中低速通信网络信道编码的基本分析思路，阐明了为提高可靠性而遵循的设计原则；在研究窄带随机过程解调检测器基本原理基础上，提出在电力线窄带通信接收机中，增加一级累加器，使信号比特能量积累换取高信噪比，并在累加器后级通过大数判决来实现检错和纠错。

2 重复编码累加器

在研究窄带接收机基本结构和构造信道编码之前，先假设电力线信道中收发双方能够通过某种方式同步，使双方均能由同步信号产生的定时器判定是何种信道编码。

设码字由N个比特组成，第一个比特为原始信息比特，其余为与信息比特相同的冗余比特。调制后，电力线通信窄带信号频谱集中在以w0为中心的有限频带w内，且有w0>>w 。窄带随机过程可表示为： ，其中的A(t)和φ(t)分别为窄带过程的包络和相位，与W0相比，均为慢时变的随机过程。

当 a≠0 ，即当接收机输入为叠加有噪声的信号时，若θ 是在(0.2π) 上均匀分布的随机变量，则Nci+acosθ ，Nsi +asinθ 在θ 给定情况下都是互相独立的高斯随机变量，且有

性质：两个互相独立的具有x2 分布的随机变量之和仍为 x2分布，若它们的自由度之和分别为n1 和n2 ，其和的自由度为n1+n2 。由此可以得到G的概率密度与累加次数的关系。对于二进制窄带调制信号，这个固定值即为码元 1和 0 的判决门限。从以上分析中，可得到以下的重要结论：通过增加相同码元的累加次数，增大接收机正确判决的概率。在信道编码中信息比特能量以1-Pe>0.5 的概率多次累加，积累的总效应使比特能量和噪声能量之比增加。所以，使用累加器可以提高接收机检波的信噪比，提高通信可靠性。注意到G 的非中心参量λ 与自由度2n 之比为

a2/O2 为检波器输入端的功率信噪比。由非中心x2 分布Y 的数学期望和方差公式，E[Y]=nYσY2+λY，和D[Y]=2nYσY2+4σY2λY(nY、σY2 和λY分别为自由度、方差和非中心分布参量)，可得到归一化 G的数学期望和方差

可见，G 的数学期望（接收机输出的信号统计平均值）和方差（信号功率统计平均值）与积累次数成正比，且随着输入端信噪比的加大而增加。

3 仿真与分析

实验一：未使用信道编码的工程实测

本文将研究和设计的电力线通信模块应用与远程照明监控系统的仿真试验中。根据监控系统通过GSM方式与电力线网关通信，查看控制和查询结果，并与实际结果相比较。在上行链路中，数据包丢失（或控制字出错）表现为未收到查询结果；下行链路中，数据包丢失或出现误码，表现为下传控制命令时未执行操作或发生误动作。无论上行链路还是下行链路出现1次错误，均表现为通信网络不可靠，按照操作失败1次处理。操作次数和出错次数的统计见表1。

实验二：基于累加器信道编码的工程实测

重点考察使用累加器大数判决的信道编码能否降低误码率。测试统计数据见表2。与实验一中测试结果比较，使用累加器信道编码的通信网络下行链路（控制）出错率降低近400倍，上行链路出错率降低近1.5倍。下行链路的数据流方向是由电力线通信网关至通信节点，经信道编码后可靠性提升明显。

分析无应答的节点位置规律，均位于线路末端；在时间也有19:00~21:00无应答情况集中的规律，在21:00以后，控制和查询恢复正常。线路位置和时间段对通信网络影响较大的是线路电压。由于电力线通信节点使用线性电源，默认状态是接收模式，所以能够接收并执行来自于网关的控制命令；返回给网关状态数据时，发射功率的消耗导致通信节点本地电压跌落，造成波形失真和比特能量与噪声比的降低，从而引起了误码。

线路末端通信节点距离供电变压器距离基本相等，电子镇流器侧节点供电电压均低于电感镇流器侧对应位置的电压，最大相差7V。克服通信节点本地电压跌落的有效方法，是提升供电工频变压器二次测输出电压，如图1所示，原有变压器在220V输入电压条件下有3.33V的跌落，导致输出功率未达到设定值；改进后的线性电源能够在输入电压低至190V时，为通信节点稳定供电。

从图1中也可以看到， 信道编码后的数据包长度为原始数据包长度的6倍(600ms)，虽然通信接口的波特率维持在 ，但实际数据包的传输时间增大了，可靠性得以提高。

4 总结

本文研究电力线通信监控网络的窄带信道编码，通过增加冗余比特，降低误码率和丢包率，提高通信可靠性和有效性。在研究信道编码差错控制原理基础上，给出了设计中低速通信网络信道编码的基本分析思路，阐明了为提高可靠性而遵循的设计原则；在研究窄带随机过程解调检测器基本原理基础上，提出在电力线窄带通信接收机中，增加一级累加器，使信号比特能量积累换取高信噪比，并在累加器后级通过大数判决来实现检错和纠错。

参考文献：

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[2] Huaiyu D, Poor H. Advanced Signal Processing for Power Line Communications[J].IEEE Communications Magazine,2003,41(5):100-107.

篇6

    焦炉四大车的通信方式大多采用无线或感应无线的通信方式。在感应无线的通信方式中,编码电缆既作为位置检测使用,又作为数据通信使用。将编码电缆应用在移动机车的定位上是相当成功的,但将其应用在数据通信上,其缺点是明显的。首先感应无线通信的工作频率较低(100kHz左右),容易受到电气干扰;其次其通信环路过长,设备复杂,稳定性较差,成本高。近年来,无线电通信技术飞速发展,已由过去的模拟方式发展到现在的数字方式,其特点是硬件设备简单、通信速度快、通信误码率低。因此采用无线数据通信技术解决焦炉四大车的通信问题是未来的发展方向。

    1.1通信技术

    (1)扩频通信基本原理扩频通信,即扩展频谱通信(Spread SpectrumCommunication),它与光纤通信、卫星通信,一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。扩频通信是将待传送的信息数据被伪随机编码(扩频序列:Spread Sequence)调制,实现频谱扩展后再传输;接收端则采用相同的编码进行解调及相关处理,恢复原始信息数据。(2)扩频通信的理论基础扩频通信的可行性,是从信息论和抗干扰理论的基本公式中引伸而来的。扩展频谱换取信噪比要求的降低,正是扩频通信的重要特点,并由此为扩频通信的应用奠定了基础。总之,我们用信息带宽的10 0倍,甚至10 0 0倍以上的宽带信号来传输信息,就是为了提高通信的抗干扰能力,即在强干扰条件下保证可靠安全地通信。这就是扩展频谱通信的基本思想和理论依据。

    2 位置检测的基本原理

    2.1编码电缆的结构

    编码电缆由电缆芯线、模芯和电缆护套构成。芯线有两种,即基准线(R线)和地址线(G0线—G9线)。基准线R在整个电缆段中不交叉,地址线是按格雷码的编码规律来编制的,G0每隔2P交叉一次,G1每隔4P交叉一次,G2每隔8P交叉一次,以此类推,G9在整个电缆段中只交叉一次,P为依靠电缆本身能识别的最小长度。

    2.2位置检测的基本原理

    图1为编码电缆位置检测原理示意图。移动机车上安装一个天线箱(发射天线),天线箱距离扁平电缆10 ~30 c m,天线箱发射的高频信号通过电磁感应被地面的编码电缆接收,R线为平行敷设的一对线,接收到的信号作为基准信号,G0 ~ G9在不同的位置有不同的交叉点,其接收到的信号在经过偶数个交叉后,相位与基准信号相同,在经过奇数个交叉点后,相位与基准信号的相位相反,若规定同相位时地址为“0”,反相位时地址为“1”,则在编码电缆的某一位置得到唯一10位的地址编码,此对应与机车的一个地址。例如图中G0~G9的地址码为:001…1。位置检测单元将地址码转换成十进制的米数,即可检测出机车离编码电缆始端的距离,从而得到机车的位置。

    3 感应无线定位和通信系统

    数据通信受到变频调速器谐波干扰,变频器工作时,作为一个强大的干扰源,其干扰途径一般分为辐射、传导、电磁耦合、二次辐射和边传导边辐射等,谐波的频率为几十千赫兹到几百千赫兹。主要途径如图2所示。从图2可以看出,变频器产生的辐射干扰对周围的无线电接收设备产生强烈的影响。下面介绍感应无线通信系统中数据通信和地址检测的模式,并说明变频调速器对感应无线通信干扰的原因。

    3.1数据通信的模式

    感应无线通信的工作频率为:地面站:79kHz,车载站:49k Hz,这个频率正好在变频调速器的谐波范围,于是产生了同频干扰。数据通信的流程如图3所示。由于地面站的数据是通过编码电缆发射的,而编码电缆是单线圈结构,发射效率较低,要保证车上的接收质量,必须提高车上接收的灵敏度,因此车上的接收天线是多线圈的,并配有信号放大器,因此灵敏度较高,在接收地面站信号时也很容易接收到变频器的谐波,造成同频干扰。车上接收到错误的数据后就不能往地面站回发数据,只能等待接收下一帧数据。若干扰仍存在,通信就中断了。为了消除变频调速器的谐波干扰,常采用如下两种方法。(1)增加一个参数一样的接收线圈。采用放大器差分输入(减法器)的办法来消除干扰,但同时也把有用的信号差分掉了,为了防止有用信号被差分(相减)掉,这两个线圈必须保持一定的距离。这样它们接收到的干扰信号就不相等了,因此,用差分相减的办法不能完全消除变频调速器的谐波干扰。(2)采用无线扩频通信技术。其工作频率2.4GHz,避开了变频调速器谐波干扰,是一种彻底解决变频调速器的谐波对数据通信干扰的办法。本系统采用的就是无线扩频通讯技术。

    3.2地址检测模式

    感应无线通信系统中,编码电缆既用作地址检测,又用作数据通信,因此地址检测和数据通信只能分时进行,地址检测建立在数据通信之上。即在一个通信同期内,有一段时间用于车上调制器发送载波,以便地面站检测地址,如图4所示。由于变频调速器的干扰,车载站接收到错误的数据后不能回发数据,也就不能发送载波(用于地址检测)了,因此地址检测便不能实现。

    3.3变频调速器的谐波对感应无线数据通信干扰

    编码电缆既用作地址检测,又用作数据通信,通过编码电缆和车上天线箱的电磁感应实现车载站和地面站的数据交换。近年来,变频调速器在工业控制中得到了广泛的应用。但它工作时频率丰富的谐波对周围的设备带来了严重的干扰。其严重后果有:(1)影响无线电设备的正常接受;(2)影响周围机器设备的正常工作,使它们因接受错误的信号而产生错误动作。所以数据通信应采用抗干扰能力强,尤其是抗变频调速器谐波干扰的通信技术。

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[关键词] 线缆故障检测；FPGA；STM32；时域反射

中图分类号：TM755 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）14-0231-01

随着我国信息化建设的不断推进，综合通信网在经济建设中发挥着越来越重要的作用，为经济高速发展提供了强有力的保障。但由于受各类因素的影响，综合通信网的通信线缆在业务传输过程中时常发生各类故障，造成通信网络运行不稳定甚至通信中断，严重影响了综合通信网效能的发挥。面对频发的传输线缆故障，现有检测定位手段却较为有限，加之现在通信线缆普遍芯数较多、长度较长、敷设相对隐蔽，因此在故障检测中很难实现对故障类型的快速识别和故障点位置精确定位，往往一个简单故障的排除都非常困难，不仅浪费了大量的人力、物力，而且会造成通信网的长时间中断。因此加强对通信线缆故障检测方面的研究，以在遇有线缆故障时简单、高效、快捷修复，具有十分重要的现实意义。

本文根据时域反射法的基本原理，设计研制了一套多功能线缆故障检测系统，基本实现了对通信线缆常见故障的准确识别和精确定位。

一、检测原理

多功能线缆故障检测系统主要分为通信电缆检测和通信光缆检测两大模块。

其中通信电缆检测模块采用脉冲时域反射法[1]。基本原理是：向待测电缆注入电脉冲信号，遇到故障点时产生反射脉冲，在接收端由仪器将发送脉冲和反射脉冲波形记录下来，则发射脉冲和反射脉冲之间的时间差Δt即为发送端到故障点往返一次所需的时间，已知脉冲在线缆中的传播速度为υ，即可通过以下公式计算故障点与脉冲发射端的距离：

L=υ・Δt/2

通过识别反射脉冲的极性，即可判断故障类型：断路故障反射脉冲与发射脉冲极性相同，而短路故障则与发射脉冲极性相反。

通信光缆检测模块采用光时域反射法[2]，其基本原理是：向待测光纤发射一个光脉冲信号，光脉冲信号沿着光纤向前传播遇到特征点（如断点、熔接损耗较大点或连接器连接处）时，可产生一个较强的反射信号，在接收端将反射光脉冲记录下来。与通信电缆脉冲时域法类似，即可确定被测光纤内各个特征点的位置。

二、硬件结构

基于此原理设计的多功能线缆故障检测系统按结构分为电脉冲发生、电脉冲接收、光脉冲发生、光脉冲接收、单片机控制等五部分。系统硬件结构图如图1所示。

电脉冲发生部分：

电脉冲发生部分提供系统测试用电脉冲，且电脉冲幅值0-15V、脉宽10-1000ns连续可调。系统通过MCU将所需幅值和脉宽参数传递给FPGA后，FPGA根据所设参数驱动高速DA芯片（AD9708）产生系统用源脉冲。但源脉冲幅值较小，最大仅为1V，因而系统中首先通过7阶巴特沃斯低通滤波器对源脉冲滤波，而后使用两片高性能运放AD8065和AD8021对源脉冲进行幅值放大，使得其脉冲幅值最大可达15V，满足测试需求。

电脉冲接收部分：

电脉冲接收部分，利用AD芯片（AD9226）对反射脉冲回波进行高速采样，以取得回波脉冲数据。因反射脉冲幅值较小，在脉冲信号进入AD芯片之前，采用两片高性能运放AD8065芯片对反射脉冲信号进行放大，以提高系统可检测故障距离。

光脉冲发生部分：

光脉冲发生部分，产生通信光缆故障检测用激光脉冲。系统采用的是50mw，1310nm激光二极管，驱动电流达1A。为取得合适的驱动电流，系统利用电脉冲发生部分产生的电脉冲，结合两个高速三极管（MPS2222），组成一个简单的电流源，驱动电流最大可达1.3A，足以驱动激光二极管。

光脉冲检测部分：

光脉冲检测部分，采用雪崩光电二极管（APD）接收反射光信号，通过光电导模式实现光电转化。由于反射光脉冲经APD进行光电转换后电流为na量级，很难被检测，因此在APD输出端采用低噪声电压反馈放大器OPA847进行电流电压变换，将微电流转换为可检测电压，再经电脉冲接收部分进行高速AD采样。

单片机控制部分：

单片机控制部分，通过单片机STM32实现对系统整体的控制、数据运算处理和通信等功能。

三、软件设计

配合硬件完成通信线缆故障检测任务，软件流程如图2所示。

上电后，首先对I/O端口、串行通信端口、LED显示屏和FPGA进行必要的配置并初始化。初始化完成后根据待测线缆的种类、故障点位置的粗略判断，设定相应脉冲传播速度、幅值、脉宽等参数。而后点击屏幕开始键，则系统根据设定的参数产生相应脉冲，送入待测线缆。在脉冲发射的同时开启回波数据采集，实时监测由待测线缆返回的数据。在数据采集完成后，通过并行方式传递给单片机控制部分，再由单片机控制部分自动实现对脉冲特征点的定位，对故障类型的识别、对故障距离的计算等操作，并通过LED显示屏进行显示。若脉冲参数设置不正确，导致无法判断线缆故障，需重新调整脉冲参数再次测量。若需人工校正测距结果，调整回波到达时刻与回波波形的相对位置即可，调整过程中，测距结果将自动更新。

四、实验结果

为了验证系统的测试准确率和测量精度，本文为认为给各类型线缆设定各类故障，再利用本系统进行故障点的故障类型识别和故障点距离的计算。试验结果表明：系统可以实现对常见通信电缆故障的准确识别和精确定位，故障识别率达95%以上，定位精度为±4米。

五、总结

本系统在分析常见通信线缆故障的基础上，采用STM32芯片作为单片机控制单元，利用FPGA构建测量单元，研制了一套多功能线缆故障检测系统，可实现对通信电缆、光缆故障类型的准确识别和故障点距离的准确测量，具有较强的应用价值。

参考文献

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关键词：超宽带；极窄脉冲；阶跃恢复二极管

引言

传统数字通信是通过在信道中发送包含信息的模拟波形来实现通信的，而超宽带(UWB)通信是通过发送和检测极窄脉冲序列来实现通信。这种脉冲的脉宽只有1个多ns，有的甚至不到1ns，并且其带宽可以达到或者超过3GHz。

从本质上讲，产生ns级宽度短脉冲的信号源是UWB技术的前提条件。单个无载波窄脉冲信号有两个特点：一是激励信号的波形为具有陡峭前后沿的单个短脉冲，二是激励信号具有从直流到微波的很宽的频谱。目前产生脉冲源的两类方法为：1．光电方法，基本原理是利用光导开关的陡峭上升／下降沿获得脉冲信号，是最有发展前景的一种方法。2．电子方法，基本原理是利用晶体管PN结反向加电，在雪崩状态的导通瞬间获得陡峭上升沿，整形后获得极短脉冲，这是目前应用最广泛的方案。受晶体管耐压特性的限制，这种方法一般只能产生几十V到上百V的脉冲，脉冲宽度可以达到1ns以下。

阶跃恢复二极管(SRD)也是一种PN结二极管，但它在管芯设计和结构工艺上采取了一些特殊的措施，能够获得电流的“阶跃”，可以用来产生很窄的脉冲。本文就着重讨论使用阶跃恢复二极管产生窄脉冲的方法。

脉冲发生器的设计与实现

阶跃二极管产生极窄脉冲的原理

传统窄脉冲产生的基本原理是通过器件所存储能量经由高速开关器件快速放电而得到。提高输出脉冲性能的途径有两个：增加器件存储的能量，加快器件放电速度。这两种方法都依赖于高速开关器件，因此，高速开关器件是超宽带脉冲信号产生的关键。

阶跃恢复二极管是一种充分利用少子储存效应的器件。作为一种PN结二极管，普通整流管要求正向时管子导通，反向截至，因此少子储存效应对整流器件显然是不利的。而对阶跃二极管，当加上正向电压时，大量少数载流子注入I层并储存起来，反向时由于少子基本上被反向电场提取完毕，器件在极短的阶跃时间内关断，关断瞬间产生了电流跳变，形成一个很窄的脉冲。

实际上，在负载R’上能观察到的仅仅是此阻尼振荡波形的第一个半周期，因为电压超过管子的接触电势时，阶跃二极管又重新处于低阻抗状态，输出电压将维持在φ。所以在输入频率为f1的连续信号作用下，脉冲发生器的输出电压波形将是窄脉冲串，每个脉冲之间的间隔为1／f1，脉冲根部宽度为

阶跃时间则决定了二极管高次谐波的上限，tst越小，则高次谐波越丰富，倍频效率越高。二极管产生谐波的上限频率以阶跃时间的倒数来定义，存在以下关系：fhigh=1/tst。

电路原理图

实际的脉冲发生器电路包括阶跃管、激励电感、高频调谐电容、阻抗匹配网络、偏置电路等，如图4所示。

一般采用自偏置电路。自给偏置的产生过程简述如下：在外加交流电压超过二极管的接触电位差φ的时间间隔内，二极管的正向电阻远小于R，信号源通过小的正向电阻向电容c1充电；当外加交流电压小于Φ值并使二极管进入反向工作区域时，二极管呈现很大的电阻(与R比较而言)，电容c1通过电阻R放电。如果C1R的时间常数比基波电压的周期大得多，则放电电流可以认为是一常数；于是在电阻R上就产生一个压降，其值为I0R，并反向地加在二极管上。由于这一偏压是整流电流引起的，所以随着激励电压幅度的变化，偏压随之改变，从而可以自动调节工作点。偏压电阻值可按下式估算：

实验结果

上述公式只能对元器件的值进行大概的估算，还要通过反复实践进行修正。笔者在电路调试过程中，为了得到较窄的脉冲宽度，反复实践修正元器件的值。利用信号发生器产生31MHz，24dBm的正弦波作为电路的触发信号源，c1和cc可选用几万pF的大电容，偏置电容C3的容值尽可能小。自偏置电阻R为几十Ω或几百Ω，通过对R的微调，可以改变产生脉冲的重复周期。CM和CT分别为780pF和390+45pF。LM和L分别为30nH和70nH的空心电感线圈。其中微调激励电感L的感值对脉冲的波形影响尤为明显。图6是从示波器上观察到的高斯脉冲的一阶导数波形(有偏置电容C3)，脉宽1．5ns左右，Vpp为7V。

篇9

1、量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式。量子通讯是近二十年发展起来的新型交叉学科，是量子论和信息论相结合的新的研究领域。

2、量子通信主要涉及：量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等，近来这门学科已逐步从理论走向实验，并向实用化发展。高效安全的信息传输日益受到人们的关注。基于量子力学的基本原理，并因此成为国际上量子物理和信息科学的研究热点。

（来源：文章屋网 ）

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关键词：光孤子；光脉冲；光放大器

中图分类号：TN91 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）0120164-01

1 光孤子的产生

光纤通信中，损耗和色散是限制传输距离和传输容量的主要原因。损耗使光信号在传输时能量不断减弱；而色散则是使光脉冲在传输中逐渐展宽。所谓光脉冲，其实是一系列不同频率的光波振荡组成的电磁波的集合。光纤的色散使得不同频率的光波以不同的速度传播，这样，同时出发的光脉冲，由于频率不同，传输速度就不同，到达终点的时间也就不同，这便形成脉冲展宽，使得信号畸变失真。随着光纤制造技术的发展，光纤的损耗已经降低到接近理论极限值的程度，色散问题就成为实现超长距离和超大容量光纤通信的主要问题。

光信号的脉冲展宽是由于光纤的色散产生的，而光纤中还有一种非线性的特性，这种特性会使光信号的脉冲产生压缩效应。光纤的非线性特性在光的强度变化时使频率发生变化，从而使传播速度变化。在光纤中这种变化使光脉冲后沿的频率变高、传播速度变快；而前沿的频率变低、传播速度变慢。这就造成脉冲后沿比前沿运动快，从而使脉冲受到压缩变窄。

光脉冲就会像一个一个孤立的粒子那样形成光孤子，使光脉冲变宽和变窄这两种效应正好互相抵消，能在光纤传输中保持不变，实现超长距离、超大容量的通信。

2 光孤子基本原理

光孤子通信是一种全光非线性通信方案，也是消除色散的最佳途径， 其基本原理是光纤折射率的非线性（自相位调制）效应导致对光脉冲的压缩可以与群速色散引起的光脉冲展宽相平衡，在一定条件（光纤的反常色散区及脉冲光功率密度足够大）下，光孤子能够长距离不变形地在光纤中传输。另外它完全摆脱了光纤色散对传输速率和通信容量的限制的同时，其传输容量比当今最好的通信系统高出1～2个数量级，中继距离可达几百公里。

3 光孤子主要技术

3.1 光孤子源技术

光孤子源是光孤子通信系统的关键。要求光孤子源提供的脉冲宽度为ps数量级，并有规定的形状和峰值。目前，研究和开发的光孤子源种类繁多，有拉曼孤子激光器、掺铒光纤孤子激光器和锁模半导体孤子激光器等。

3.2 光孤子放大技术关键技术

全光孤子放大器是光孤子通信系统极为重要的器件，既可作为光端机的前置放大器，又可作为全光中继器。实际上，光孤子在光纤的传播过程中，存在着不可避免地损耗。不过光纤的损耗只降低孤子的脉冲幅度，并不改变孤子的形状，因此，补偿这些损耗成为光孤子传输的关键技术之一。目前有两种补偿孤子能量的方法，一种是采用分布式的光放大器的方法，即是用受激拉曼散解放大器或分布的掺铒光纤放大器；另一种是集总的光放大器法，即采用掺铒光纤放大器或半导体激光放大器。

受激拉曼散射效应光放大器的应用是一种典型的分布式光放大器。其优点是光纤自身成为放大介质，然而石英光纤中的受激拉曼散射增益系数相当小，这意味着需要高功率的激光器作为光纤中产生受激拉曼散射的泵浦源，此外，这种放大器还存在着一定的噪声。集总放大方法是通过掺铒光纤放大器实现的，其稳定性已得到理论和试验的证明，成为当前孤子通信的主要放大方法。光放大被认为是全光孤子通信的核心问题。

4 光孤子通信系统的构成及性能

图1示出光孤子通信系统构成方框图。光孤子通信系统由激光器（孤子源）、光调制器、光放大器、光隔离器、光探测器、解调器和光纤等组成。光孤子源产生一系列脉冲宽度很窄的光脉冲，即光孤子流，作为信息的载体进入光调制器，使信息对光孤子流进行调制。被调制的光孤子流经掺铒光纤放大器和光隔离器后，进入光纤进行传输。为克服光纤损耗引起的光孤子减弱，在光纤线路上周期地插入EDFA，向光孤子注入能量，以补偿因光纤传输而引起的能量消耗，确保光孤子稳定传输。在接收端，通过光检测器和解调装置，恢复光孤子所承载的信息。

目前，Bell实验室提出，在光孤子通信系统中，对光纤线路直接实验系统，在传输速率为10Gb/s时，传输距离达到1000km；在传输速率为20 Gb/s时，传输距离达到350km。对循环光纤间接实验系统（见图2），传输速率2.4Gb/s，传输距离达12000km；改进实验系统，传输速率为10Gb/s，传输距离达106km。

事实上，对于单信道光纤通信系统来说，光孤子通信系统的性能并不比在零色散波长工作的常规（非光孤子）系统更好。循环光纤间接实验结果表明，零色散波长常规系统的传输速率为2.4Gb/s时，传输距离可达21000km，而为5Gb/s时可达14300km。然而，零色散波长系统只能实现单信道传输，而光孤子系统则可用于WDM系统，使传输速率大幅度增加，因而具有广阔的应用前景。

5 小结

近年来，光孤子通信取得了突破性进展，光纤放大器的应用对孤子放大和传输非常有利。光孤子通信同线性光纤通信相比，无论在技术上还是在经济上都具有明显的优势，在高保真度、长距离传输方面，光孤子通信要优于光强度调制/直接检测方式和相干光通信。目前，全光式光孤子通信系统是新一代超长距离、超高码速的光纤通信系统，更被公认为是光纤通信中最有发展前途、最具开拓性的前沿课题。当然，实际的光孤子通信仍然存在许多技术的难题，但目前已取得的突破性进展使我们相信，光孤子通信在超长距离、高速、大容量的全光通信中，尤其在海底光通信系统中，有着光明的发展前景。

参考文献：

[1]刘增基，周洋溢等编著.光纤通信.西安：西安电子科技大学出版社.2001.8.

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[3]胡庆.《光纤通信系统与网络（修订版）》.电子出版社.2010.8.

[4]何淑贞，王晓梅.光通信技术的新飞跃.网络电信.2004：36-39.