无线光通信技术原理范文

导语：如何才能写好一篇无线光通信技术原理，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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关键词 无线光通信；工作原理；应用

中图分类号：TN913 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）04-0007-01

作为一种宽带接入技术，无线光通信恰好将光纤和无线通信两种技术相互结合，成为现代光纤通信的强力补充。相信，随着技术的不断发展与进步，无线光通信技术的推广应用效果也会更加的明显。

1 无线光通信基本的工作原理

无线光通信技术光信号的传送主要是依靠大气进行，只要收发两个端机部件没有视距上的遮挡以及拥有足够的光反射功率，那么就能够进行相应的通信。对于无线光通信系统而言，主要包含了光学天线、光发射端机。接受端机以及光路。在点对点传输进行过程中，每一段都设立了光发射机和接收机，能够开展双工的通信。由于电信号会对光发射机光源产生调制，所以通过发射光学系统，经过了大气信道的传送，就可以在接收机望远镜上接受到光信号；等待光信号收集之后，就可以将其聚焦与光电检测器上，从而转变成为之后的电信号。针对不同的广波长信号，其在大气空间内部的透过率也存在区别。因此，尽量选择拥有良好透过率的波段，才有利于无线光通信的传送。其中，最为常用的是近红外光谱中的850 nm；另外，1500 nm波长频段也可以使用，可以支持更大的系统功率，但是优势的显示要超过1000 m才可以。

2 无线光通信技术的优势

2.1 频谱资源非常丰富

相比微波技术，无线光通信不仅频谱资源丰富，并且还不需要交纳频率占用费用。

2.2 系统结构以及光天线尺寸做的轻小

这样使得其体积与重量相对而言也会轻小很多。这对于在航天器、卫星上使用非常有利。

2.3 架设灵活简便

无线光通信设备不仅可以完成光纤通信无法完成的任务，同时也不用埋设光纤，这样对于在极短时间内抢占市场的宽带运营商来说，无疑是非常有利的。

2.4 经济效益高

无线光通信系统不需要勘察、设计、施工等工作，就能够在光城域网之外提升宽带的连接，相比光纤通信、卫星站，所花费的费用更少。

所以，在航天器、卫星、军事等诸多领域中，无线光通信技术的应用前景都非常广泛。

3 无线光通信中问题及改善措施

作为自由空间中处于视距范围内的激光传输技术，无线光通信技术必定会存在问题：比如大气媒介对其产生的影响、传输距离对其产生的影响、收发对准对其产生的影响，都有可能影响其可靠传输。

3.1 大气媒介的影响

在大气中传输的时候，光信号必定会受到大气媒介的影响，甚至是大气中的尘埃、粒子等都可能影响到起准确性。但是在晴朗的天气下和在天气相对恶劣的情况下，光信号的衰耗也存在一定差异，前者每一千米的衰耗在1 dB，而后者每一千米的衰耗达到了50 dB-300 dB，并且工作距离也会受到严格的影响。由于接收点是相对固定的，所以，光信号的强度也存在一定的差异，就可能存在干扰。目前，缩小传输距离、增大功率是针对这一问题有效解决的方式之一，对于大气媒介对光信号产生的影响有一定的改善作用。

3.2 传输距离的影响

可以说，传输的可靠性受到传输距离的影响最大，传输距离越大，其光束就会越宽，所接受到的质量也会越差。所以，增大激光器的发射功率，将接收机的灵敏度提高，就有利于传输距离与速率的提升，也可以确保传输的可靠性。

3.3 收发端对准问题

作为一种可视距宽带通信技术，无线光通信技术主要是将设备安装在建筑物上，但是因为地震、热胀冷缩等各个方面的影响，就可能影响到设备的稳定性，从而影响到激光器，导致接收机工作无法正常进行。

所以，不难看出，系统光链路两端激光束的对准和跟踪才是解决无线光通信技术缺陷的关键所在。因此，采取多束法、动态跟踪法就有利于收发端步伐对准问题的解决。多束法的使用有利于接收端能量密度的提升，也可以扩大接受面积，最关键的是在接收处可以让无线光通信得到一个相互重叠并且较大的激光光斑。目前随着信息技术的发展，相关的问题都可以得到相应的解决。

4 无线光通技术的应用

由于无线光通信技术具备诸多优点，因此，在企业网、城域网、通信网等领域都得到了广泛的推广；可以成为备份，预防光纤通信和微波通信的服务中断；可以在移动通信基站之间进行互连应用，也可以用于无线基站的数据回传；在布线成本较高、不宜布线、施工存在难度等地方不宜使用；对于要害部门或者是军事设施上要严格保密。其中，移动通信是当今最活跃、发展最快的通信领域，同样也是对社会发展和人们生活产生极大影响的技术领域。目前随着移动数据业务的推广，移动电话用户迅猛增长，无线网络就需要更大的容量与带宽。第二代通信系统已经无法满足这一要求，使得3G成为电信业的热点，伴随着4G时代的来临，如何才能够利用现阶段有限的资源，在最快速度要求、最低成本投入要求的前提下，让无线光通信技术更好的帮助移动通信过度，就成为最值得关注的问题之一。作为一种接入技术，无线光通信技术凭借自身在成本、施工、带宽等方面的诸多优势与优点，逐渐成为运营商首选的方案之一。

5 结束语

随着现代化信息技术的发展，无线光通信技术已经成为众所周知的技术之一。作为一种宽带技术，凭借灵活、短距离内所需要的投资较少，能够获取光纤传送容量等热点。在气候条件良好的城市高层建筑之间、军事、校园内都得到了广泛的应用。考虑到现阶段国内带宽网络的具体情况，很多机构与企业还不具备光纤线路，但是又需要较高的速率，所以，无线光通信技术就成为一种良好的解决措施。所以，只要合理的使用无线光通信技术，就能够做好与其余技术的相互协作，才能够真正实现随时随地的宽带接入。

参考文献

[1]曹佳佳，聂平，刘伟，邰贵华.无线光通信系统的发展及其应用[J].才智，2010（01）：56-57.

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关键词：可见光通信；LED；STC89C52RC

1 引言

可见光通信作为一种新兴的无线通信技术具有较大的研究和应用价值，LED可见光通信利用高速闪烁的光信号实现信息的调制和传输，通过光敏检测技术实现信号的光电转换，最终完成信息的发送和接收。

当前移动互联网产业蓬勃发展，人类进入了对信息量需求巨大的“大数据、云计算”时代，无线射频通信是目前正在使用的重要无线通信技术。射频无线通信广泛用于生产、生活的各个领域，是目前最成熟的通信技术，已经在很大程度上改变了人们的生产和生活习惯。在未来的无线通信发展过程中，射频通信仍将继续起着重要作用。

与射频通信相比，基于LED的可见光通信具有保密性强、对人体无害、无电磁干扰辐射等优点。可见光通信技术是基于环保节能的LED照明光源的无线光通信技术，随着科技的飞速发展和社会的不断进步，结合了LED照明和通信的无线光通信技术，必将凭借其自身的独优势得到深入广泛的应用。

2 系统原理分析

在可见光通信系统中，在信号发生模块利用STC89C52RC单片机驱动发射电路的LED灯阵高频率闪烁发射不同信号对应的二进制代码；在信号接收处理模块利用STC89C52RC单片机处理光敏二极管检测到的二进制闪烁信号，经过译码将对应的信息经串口发送给接收端，显示为可视的原始信号，上述过程主要基于STC89C52RC单片机的点对点异步通信和点对PC的串行异步通信，整个系统的基本原理如图1所示。

2.1 单片机串口异步通信工作原理

串口通信（Serial Communications）的概念非常简单，串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比按字节（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。它很简单并且能够实现远距离通信。

本系统基于单片机双机串行异步通信原理，将所发信号转换为对应的二进制代码，并以此驱动LED灯阵高频闪烁，双机之间不需要连接可视化介质作为通信媒介；避免了现有机间通信采用导线信道的缺点，而且可以实现一点发射，多点接收的效果，突破了以往实物信道通信过程的瓶颈，具有较高的通信效率和较低的损耗功率。

2.2 单片机与PC间串行异步通信工作原理

单片机与PC通信同样基于串行异步通信原理，PC信号发射端借助串口调试软件将信息输入系统信息发送端，随后信号经由PC传向通过USB转串口模块相连的单片机，单片机读取缓冲区的二进制代码，并以此驱动LED灯阵高频闪烁，接着持续完成单片机双机间通信，信息接收端通信过程则与之相反。

2.3 单片机最小系统

最小系统概念：能都使单片机硬件电路正常工作的单元电路系统叫做最小系统；

最小系统构成：复位电路、时钟电路、存储器访问路径控制、ISP下载接口、电流源、显示电路；

本系统中单片机最小系统工作原理：在最小系统的基础上分别在信号发射板和接收板上增添各自的调制驱动电路，并向单片机内导入对应的程序，利用最小系统及电路的组合驱动单片机运行程序并由此实现相应的功能。

3 系统组成设计

系统组成分为两个基本模块：发射板和接收板，系统组成原理框图，如图2所示，整个系统构建设计如下。

3.1 发射端PC机

用于系统终端输入和显示发射端的发送信息。

3.2 发射板USB转串口驱动模块

PC机与单片机间通信的桥梁，连接PC机和MCU控制模块，用于将发射端串口调试软件的输入信息传送到MCU控制模块。

3.3 发射板MCU控制模块

MCU模块为超强抗干扰、高速、低功耗的STC89C52RC单片机最小系统控制模块，能利用PC机中送来的数据控制和驱动lED驱动电路。

3.4 LED驱动模块

该模块主要由MCU的LED驱动电路和LED阵列光源组成。相关研究显示，环境光照度大于1501ux时，外界环境光对传输会形成干扰，当环境光照度小于此门限值时且光源足够强时，环境光的干扰基本可以忽略哺，因此系统光源采用直径5mm的3X8LED灯阵列，利用MCU模块传送的二进制信号值，采用光强度调制将电信号转换为光信号，实现调制并发送出可见光数据。LED驱动电路中，考虑到运算放大器的工作频率比较低，而单一晶体管可以完成百兆赫兹到吉赫兹级工作，所以系统中LED阵列驱动器件选择单一晶体管。

3.5 无线光通信信道

如图3所示是无线光通信系统的线性基带传输模型。

如图所示，F（t）是发射板输入的发射光，R是接收板光敏检测元件的响应效率，h（t）是基带信道的脉冲响应，N（t）是光噪声，Y（t）是输出光电流，其表达式为：

Y（t）=RF（t） h（t）+N（t）：

Y（t）跟光敏检测器表面接收到的瞬时光功率的积分成比例关系。系统信道中的室内灯光、阳光等均可视为光噪声，可以采用光学滤光片和聚光镜对光噪声进行有效削弱。凸透镜能对发射光进行聚焦增强，并且能扩大光敏检测模块的探测范围。同时利用光学滤光片滤除杂散光，进一步可以提高信道传输质量，延长通信距离。

3.6 光电检测转换模块

接收板采用光敏检测模块接收可见光数据，利用光电二极管将光信号转换为电信号。光敏检测模块采用直接检测技术，将接收到的光信号经光电二极管还原成电信号。核心器件光电二极管接收到的光强和其自身的有效接收面积成正比，在视距链路中，接收端可以采用减小接收板距离或者增加透镜折射率的方法来增加光电二极管的有效接收面积。

3.7 接收板MCU控制模块

该模块的核心器件为STC89C52RC单片机最小系统，能对光电接收模块产生的信号进行处理，并将其还原为原始数据信息。

3.8 接收板USB转串口模块

用于连接接收端MCU控制模块到接收板PC机USB接口，将MCU控制模块串口发出的数据送入PC机串口调试助手中进行显示。

3.9 接收端PC机

用于系统终端显示接收端的接收信息。

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基于无线激光通信的原理，设计并研制出了一套以激光内调制为工作模式的无线激光通信语音传输系统装置，测量并分析了该系统的频率极限、幅频特性和动态特性，与其他无线激光通信实验装置相比，本装置易于携带、调节，使用更直观、方便。

【关键词】无线光通信 语音传输 激光内调制 幅频特性

无线激光通信是利用激光作为载波在空间直接进行语音、数据、图像等信息的双向传送的一种通信技术，它不使用光纤等导波介质，直接利用激光在大气或外太空中进行信号传递，是目前通信领域研究的热点之一。本文基于光通信基本原理，设计出一套无线激光语音通信系统，以激光内调制为工作模式，进行音频信号的传输。该系统体积小，易于携带、调节，使用更直观、方便。

1 基本理论

无线激光通信系统由发射系统、接收系统以及自由空间传输三部分组成。发射系统的核心部分包括：放大器、激光器、 A/D转换。接收系统的核心部分包括：光电探测器、低噪声前置放大器、D/A转换。探测器将接收到的微弱信号进行光电转换，由光信号转换为电信号进行输出，再经低噪声前置放大器进行放大、解码，还原为原来信号进行输出。

2 硬件设计

2.1 发射系统的硬件设计

发射端采用的电路板电压为5V，半导体激光器波长为650nm，其余器件的参数如图1所示。音频信号通过电容器C4送到三极管Q1的基极，使三极管的基极电流随着音频信号的变化而变化。这样使接在三极管集电极上的激光发射二极管中的电流受到音频信号的调制，把待传输的信号放大至激光管的线性工作区，加载到半导体激光器两端。

2.2 接收系统的硬件设计

接收发射端采用LM386芯片作为放大电路的核心部分，电路板电压为5V，光敏电阻选择硫化镉光敏电阻MG45，其余器件的参数如图2所示。其中电阻R7从输出端连接到V2的发射极，形成反馈通路，并且与R5和R6构成反馈网络。引脚7端接一个电解电容到地，起滤除噪的作用。

3 通信光路设计

由于实验是在实验室进行的，传输距离较短，故激光的发射角较小，只需在接收端的光电探测器前放置一个焦距为75mm，直径为25.4mm的双凸透镜作为接收天线，将光会聚到探测器的光敏面上。

4 性能测试

用信号发生器给一个通道输入正弦波，改变输入正弦波信号频率，同时在接收机的音箱处用示波器监测输出信号的幅度，用MATLAB软件作图得到图3所示的幅频特性，可以看出在频率f=2kHz时的幅度最大，大约为515mV。由于选取的半导体激光器和光探测器具有一定的响应时间和延时作用，因此此系统一定存在一个极限传输频率。我们测得该系统在信号频率大于20kHz时，出现了较为严重的失真现象。当输入正弦波信号频率f=1kHz时，改变输入正弦波信号幅度，测量输出信号幅度随之变化情况如图4所示，当输入信号大于6V时，输出信号基本保持不变，大约为700mV。

6 结论

自制了一套无线激光通信语音传输系统装置，传输的音质良好，测量并分析了该系统的频率极限、幅频特性和动态特性，用MATLAB绘制出了系统的传函曲线和动态特性曲线，截止频率大约为20kHz，传函曲线表明当信号频率f=2kHz时的幅度最大，动态特性曲线表明当输入信号大于6V时，输出信号基本保持不变，大约为700mV。

参考文献

[1]谭立英，马晶.卫星光通信技术[M].北京：科学出版社， 2004.

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1.物联网的发展及特征

所谓物联网，是指将各种信息传感设备，如射频识别（rfid）装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。其目的是让所有的物品都与网络连接在一起，方便识别和管理。它其实就是将原本与网络无关，但与我们的生活工作息息相关的万事万物都装上传感器，然后与现有的互联网连接，让人们可以更直接地去控制和管理这些事物，以方便我们的生活和促进生产乃至整个社会的发展。

物联网概念本身也在不断地演进，涵盖的范畴也比以前更加丰富。随着信息与通信技术的日益发达，物联网应用前景相当广阔，预计将广泛应用于智能交通、能源、环境保护、政府工作、公共事业、金融服务、平安家居、工业制造、医疗卫生、智能家居、现代农林业等诸多领域。目前普遍认为，物联网的体系构架可分为感知层、网络层、应用层 3 个层面，并且在每个层面上都有很多种选择。感知层包括二维码标签和识读器、frid 标签和读写器、传感器、摄像头、传感器网络、传感器网关、视频检测识别、gps、m2m（machine to machine）终端等，主要完成识别物体和采集信息的功能。网络层包括各类信息通信网络，如短距无线通信网、蜂窝无线通信网、传统互联网、移动互联网、有线通信网以及物联网信息中心、物联网管理中心等，主要完成将感知层获取的信息进行传递和处理的功能。应用层是物本文由收集整理联网与各类行业专业技术深度融合，实现各种智能化行业应用，实现广泛智能化。

物联网的核心能力主要包括可靠传输、全面感知以及智能处理这三点。其基本特征主要有智能化以及泛在化两方面。所谓的智能化就是能够将情景感知、各种信息的聚合以及无缝连接处理者几方面内容进行有机结合，通过末端网络准确收集管理对象的各种信息，并且及时的进行分析处理，最后将结果提供给需要的用户。而泛在化则是指物联网覆盖应该逐步实现无处不在，这样才能适应社会的发展需求。正是由于上述特点，物联网的应用前景必然非常广泛。

2.光通信技术在物联网发展中的应用

光通信技术在物联网发展中的应用可以分为三个部分，即网络层、感知层以及应用层，具体内容为：

2.1光通信技术在物联网网络层的应用

光纤技术商用化已经有30多年了，经过这么多年的发展已经逐步成熟。近年来，随着光纤放大器以及波分复用技术的快速发展，在很大程度上促进了光纤通信技术容量的扩大以及速度的提高。

在物联网迅速发展过程中，需要完成各种信号的会聚、接入传输并形成全国性的物联网，光纤通信将有很大的应用前景。不论是移动网还是传统固定电话网，从长远发展趋势看，最终将走向泛在网。从物联网应用的承载需求看，通信网或者说泛在网的技术发展完全能够承载物联网的需求。物联网涉及海量的数据集合和泛在的网络要求，即要求在空间上无所不在、时间上随时随地。传感网所承载的业务状态多数是近距离通信，而通信网特别是光纤通信网络能承载更高的带宽，适合长距离传输，非常适宜物联网应用的拓展。现有通信网络核心层传送技术正在向大容量、ip 化和智能化发展，从物联网的角度来看，还应更加智能化，包括自动配置、障碍自动诊断和分析、路由自动调度适配，资源分配更智能化等等。网络接入层传送技术的发展趋势是光接入网络。目前各大运营商都已建设 fttx（光纤接入），它具有 qos（服务质量）保障和更丰富的接入能力，能够满足 m2m 多种高速媒体流传送需求。与移动通信相比，光通信技术具有容量大、损耗小、速度快、带宽高等优点，可是其接入却不是很灵活。而移动通信虽然接入灵活，但是其带宽却是有限的。所以，只有将二者进行有效融合，才能推动物联网的进一步发展。

2.2光通信技术在物联网感知层的应用

光通信技术在物联网中应用的另一个领域就是感知层，其关键就是光纤传感技术。随着科学发展水平的不断进步，传统的单点检测技术已经发展成分布式网络监测技术，而且逐步走向了产业化生产，其应用前景非常广阔。

光纤传感技术与传统传感技术相比，其优势在于光纤本身的物理特性。光波在光纤中传播时，在外界因素如温度、压力、位移、电磁场、转动等的作用下，通过光的反射、折射和吸收效应，光学多普勒效应，声光、电光、磁光、弹光效应和光声效应等原理，使表征光波的特征参量，如振幅、相位、偏振态、波长等，直接或间接地发生变化，因而可以将光纤作为敏感元件来探测各种物理量，这就是光纤传感器的基本原理。此外，光纤还有多种衍生传感功能。利用该特性，通过对光纤光栅进行特殊处理，可制成探测各种化学物质的光纤光栅化学和生物化学传感器。与普通光纤光栅相比，长周期光栅对光纤包层外材料的折射率变化更敏感，将光纤光栅涂上特殊的活性涂覆层，可测量低浓度的目标分子。此类光纤传感器可用于航天器的氢气漏泄检测、煤矿中的瓦斯检测等。而光纤本身又是光波的传输媒质，这种“传“”感”合一的特征所带来的优势，在物联网应用中将无可匹敌。不论是基于瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射原理的分布式光纤传感器，还是基于双光束干涉的光纤传感干涉仪，其光纤传感臂上的每一点既是敏感点又是传输介质。而基于多光束干涉的准分布式光纤 fabry-perot 传感器、近年来发展迅速的光纤光栅传感器，两者也均是光纤本身的一个集成部分。此类光纤传感器与常规光纤可熔接，形成低插入损耗连接，具有在线（inline）特征和优势，与光纤传输有天然的兼容性，可以替代传统分立和薄膜型光无源器件，从而为全光通信系统和光纤传感网络提供了巨大的灵活性。

2.3光通信技术在物联网应用层的应用

在今后的发展过程中可以将物联网与各行各业进行深度融合，这样就可以促进行业的智能化管理。如果把光纤传感器嵌入或装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、大坝、供水系统、油气管道等各种重大工程设施中，通过光缆连接后可以形成广域光纤传感网络，再通过与无线物联网的组合，与互联网的组合，可以实现各种设备、机器、基础设施等物理系统的整合。在此基础上，通过物联网信息中心管理中心功能强大的云计算平台，对海量数据进行存储、分析处理与决策，完成从信息到知识，再到控制指挥的智能演化，就可使人类更加精细、更加动态地管理生产、生活的方方面面，达到“智慧”状态，进一步提高资源利用效率，提高人类生产力水平，促进人类与自然的和谐发展。

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[关键词]无线光通信技术高速率数据传输系统构成

中图分类号：TN929.11 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）21-0365-01

1 前言

随着信息化社会的到来，通信技术也得到了日新月异的发展。在过去的几年中，人们对传输速率的要求越来越高，使用高速率数据传输的用户数量每年都在递增，光纤通信因为能传输高速率的数据，成为广域通信网的骨干网络，如今在广域通信网中80%以上的信息是通过光纤传输的。但是从光纤骨干网到用户之间的"最后一英里"，如果铺设光缆，不仅花费大而且耗时；许多无线通信技术可以解决"最后一英里"的问题，但是这些技术需要向无线电管理委员会申请频率执照，不仅要使用户支付大量的频率占用费，而且申请也要花费数月的时间。

2 无线光通信系统的构成

无线光通信系统是以大气作为传输媒质来进行光信号的传送的。只要在收发两个端机之间存在无遮挡的视距路径和足够的光发射功率，就可以进行通信。

一个无线光通信系统包括三个基本部分：发射机、信道和接收机。在点对点传输的情况下，每一端都设有光发射机和光接收机，可以实现全双工的通信。系统所用的基本技术是光电转换。光发射机的光源受到电信号的调制，通过作为天线的光学望远镜，将光信号通过大气信道传送到接收机望远镜；在接收机中，望远镜收集接收到光信号并将它聚焦在光电检测器中，光电检测器将光信号转换成电信号。由于大气空间对不同光波长信号的透过率有较大的差别，可以选用透过率较好的波段窗口。对基于FSO的系统来说，最常用的光学波长是近红外光谱中的850nm；还有一些基于FSO的系统使用1500nm的波长，可以支持更大的系统功率。

3 无线光通信系统的特点和优势

3.1 频带宽，速率高

从理论上讲，FSO的传输带宽与光纤通信的传输带宽相同，只

是光纤通信中的光信号在光纤介质中传输，而FSO的光信号在空气

介质中传输。FSO产品目前最高速率可达，最远可传送4km。

3.2 频谱资源丰富

与微波技术相比，FSO设备多采用红外光传输，有相当丰富的

频谱资源，不需要申请频率执照，也不需要交纳频率占用费，这是一般微波通信和无线通信无法比拟的。

3.3 适用任何通信协议

适用于任何环境，不依赖某种协议。现在通信网络常用的SDH、

ATM、以太网、快速以太网等都能通过，并可支持的传输速率，用于传输数据、声音和影像等各种信息。

3.4 架设灵活便捷

FSO可以直接架设在屋顶，以及在江河湖海上进行通信，可以完成地对空、空对空等多种光纤通信无法完成的通信任务，而且无需埋设光纤，可以在几小时内建立起通信链路，方便快捷，大大缩短了施工周期。

3.5 安全可靠

无线光通信的安全性是非常显著的，由于光通信具有非常好的方向性和非常窄的波束，因此窃听和人为干扰几乎是不可能的。

3.6 经济

光纤网络的成本通常很高，铺设过程耗时，而且投资不可撤回，而无线光通信技术可以在城域光网之外提供高带宽连接，而成本只有在地下埋设光缆的五分之一。

4 无线光通信系统存在的问题

FSO是一种视距宽带通信技术，发射机与接收机之间需要严格的视线传播，当通信设备安装在高楼的顶部时，在风力的作用下建筑物会发生摆动，这样便会影响激光器的对准。由于大楼结构中某些部分的热胀或轻微的地震等原因，有时也会导致发射机和接收机无法对准。

恶劣的天气情况，会对传播信号产生衰耗。空气中的散射粒子，会使光线在空间、时间和角度上产生偏差。大气中粒子还会吸收激光的能量，衰减信号的发射功率。

传输距离与信号质量的矛盾非常突出，传输距离越大，光束就会越宽，接收的光信号质量越差。

激光的安全问题必须考虑。发射功率必须限制在保证眼睛安全的功率范围内。

5 无线光通信发挥的应用范围

可以作为预防服务中断的光纤通信和微波通信的备份；可以应用于移动通信基站间的互连，无线基站数据回传；应用于近距离高速网的建设以及最后一英里接入；不宜布线或是布线成本高、施工难度大、经市政部门审批困难的地方；在军事设施或其他要害部门需要严格保密的场合；用于企业内部网互连和数据传输。

6 国内外研究现状

Canon主要产品有：CanobeamDT-50，速率从25Mbit/s到

622Mbit/s，可连接FastEthernnet、FDDI、ATM。特点是具有自动跟踪系统，调整探测器件的位置以检测激光束的光轴，所以不因建筑物的摆动而使传输中断。同时，镜头自动跟踪特性增加传输距离达2km。CanobeamIII：数据速率达到622Mbit/s，有不同的网络接口，如ATM、FDDI、FastEthernet，并可选择SNMP的TCP/IP。

桂林三十四所产品的主要性能参数有以下一些，传输速率：8Mbit/s，34Mbit/s，155Mbit/s；工作波长：850nm；通信距离：1～4km；光发射功率：小于40mW。

中科院成都光电技术研究所，开发的产品主要性能参数有传输速率：10Mbit/s；工作波长：850nm；通信距离：1～4km；发射功率：3～30mW。

深圳飞通有限公司开发出的样机，其速率有155Mbit/s、622Mbit/s以及几种，通信距离最远可达4km。

7 FSO研究的发展趋势

FSO目前存在的问题主要集中在下面几个方面：针对大楼摆动的瞄准问题；大气中粒子对光线的散射、吸收问题；提高传输速率问题。这些问题影响了传输的可靠性，所以对这些问题的研究成为FSO的发展方向。

7.1 发射、接收的瞄准的研究

在大风中或因地震引起大楼的摆动，发射机发送的光信号对不准接收机，产生的误差大，甚至通信无法实现。目前的研究方向在于提高激光的瞄准，怎样利用非机械装置来实现精确的对准和快速瞄准；在接收机方面，散射光线也带有信息，接收散射光线越多，接收的信号能量越大，但同时接收的噪声也越大，所以尽量提高接收机接收信号总功率，又不能降低信噪比成为研究目标；

7.2 减小大气对通信的影响

在不同的环境中不同波长的光线会有不同的传播特性，这些不同的特性导致了在不同环境下，不同波长的光线会有不同的吸收窗口、不同的散射函数以及不同的折射率，需要寻求一种最优波长，在通信链路中找出波长与性能的最优组合。

7.3 传输速率的提高

FSO相对于其他接入设备最大的优势之一就是带宽。现在FSO产品的速率从2Mbit/s开始，形成多个系列，比较典型的有10Mbit/s、100Mbit/s、155Mbit/s、622Mbit/s。有的公司采用波分复用技术，速率可以达到、10Gbit/s。

综上所述，FSO的发展方向是解决大楼的抖动引起的对不准问题、大气微粒的散射问题、大气湍流影响通信问题，提高系统可靠性，在此基础上提高传输速率，使FSO发挥最大优势。

8 结束语

无线光通信已经成为现实，它是连接宽带网的一种快捷方法。文中详细地介绍了国内外目前对FSO的研究以及研究成果，分析了目前存在的问题，如果这些问题能得到解决，那么必能发挥FSO的最大潜能和优势。随着无线光通信技术的不断完善，它一定可以得到广泛的应用。

参考文献

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我國在经济与科技方面的发展水平已经处于世界的前列了，其中光通信技术在我国的应用也是愈来愈广泛了，而其中仍有很大部分人对光通信技术不了解，不明白其价值意义。将光通信技术了解，让群众了解是使光通信技术应用范围扩大的必然之选。下面就将介绍解释光通信技术的内涵意义。

1光通信技术内涵意义

光通信技术是一种以光波为传输煤质的通信方式。它属于电磁波，因其光波频率高于无线电波的频率，而波长短。所以它的优点是传输频带宽、通信容量大以及抗电磁干扰能力强等。同时光通信中有大气激光通信、蓝绿光通信、光纤通信、红外线通信以及紫外线通信等。下面就这几种类别展开论述[1]。

1.1大气激光通信

大气激光通信是指通过大气利用激光来进行信息的传递的一种通信方式，它主要是由发送和接受两个部分，它是通过大气把载波光信号进行信息传输。这种方式信息的传输量很大，因其可以传送声音、图像以及数据等信息，保密性好，故运用的比较广泛。它一般被运用于山谷，沙漠等地。

1.2蓝绿光通信

蓝绿光通信是蓝绿色的光束，介于蓝色与绿色之间。蓝绿光通信一般应用于海水通信与深海通信中。因为海水对于蓝绿光的可见光吸收少，穿透能力强，而且极有方向性。工作原理为将信息按照规律进行编码，变成不连续的电脉冲信再来调制光载波。当信息接收以后，使用透镜系统对信息滤色和聚焦，再还原成电信号，经过低噪音放大等手段，恢复成最初的信号，经过最后的解码顺序就可以得知信息的内容。

1.3光纤通信

光纤通信技术应该是光通信技术中运用最广泛的，是光通信技术中的支柱之一。它是以光波作为信息载体，传输媒介为光纤。它是由光纤、光源和光检测器组成，一般可以分为通信用光纤和传感用光纤。它有着比较多的优点，例如抗干扰性高和信号衰减小和传输频带宽等。它传输量大，传输距离远，损耗性低。因其材料来源比较丰富，这一点就是其比较有利于环境，有利于节约金属，所以有着低辐射，比较难于窃听，可以保护信息的安全性。

1.4红外线通信

红外线通信是利用红外线来传输信号的一种方式。红外线运输主要会受到大气中影响吸收和散射。红外线信息输送有一个局限性是它只能在一些特定的波长区才可以穿透。大气中的水蒸气、二氧化碳和高层中的臭氧分子的造成了对红外线辐射的大部分区域是不透明的。红外线是对二进制数字信号进行调制和解调的，可以方便利用红外信道进行传输。红外线通信是一般在沿海岛屿之间的通信、近距离遥控、飞机内广播和室内通信等方面。

1.5紫外线通信

紫外线通信与红外线通信有相类似的地方，它们都是利用大气的吸收和散射来作为传输信息的基础。由于大气的强吸收作用，根据辐射功率的衰减来确认其传输的保密性的高低，一般会在辐射功率衰减至最小时，它的保密性最高；它可以全天候的工作，有着很强能力的系统抗干扰性，适应能力也可以很好地在复杂的地形环境中进行工作，这一点比其他的光通信技术都要强，可以用于非视距通信。

2光通信技术的发展前景[2-3]

2.1绿色通信

绿色通信可以说是光通信技术的一个永远的主题。在高速发展的社会中，人们的信息消费也是超越了以前，因此对于光通信技术的需求也是越来越大了。在实现绿色通信的这条道路上，一些新的技术正在慢慢被采纳中，例如新能源、高效率电源模块等，这样的技术的引进，使得光通信技术消耗的能量在减少，同时与环境相处的更加和谐。

2.2全光网络

全光网络是指信号在进出网络的过程中的进行的光与电的转化。因网络在交换的过程中一直是以光的形式存在着，所以这大大提高了网络资源的利用率。而目前全光网正是光通信技术发展的一个前期目标，做到数据只以光的形式进行编码从而将数据可以以更快的速度传输。全光网络在我国经济与科技水平不断进步的条件下，光通信技术系统的大范围的应用将会给我们的生活带来极大的好处，我们的国家将会有一个更好的面貌展现出来。

2.3光孤子通信

光孤子通信是一种全光非线性的方式，他是利用了光纤折射率的非线性效应使得光脉冲展宽相平衡，在一定条件下，它可以使传输速度与通信容量不受光纤色散的限制，因其有着大容量的运输系统，所以被认为是最有发展前途的信息传输方式之一。

2.4大容量传输

大容量传输即要在一条光通信线路上可以传输更多的信息，它同时需要提高信息的传输速率。现代使用波分复合技术是将两种或者多种不同的光载波信号使用复合器使其汇合在一起。这样有利于模拟信号与数字信号的融合，人可以在线路中间灵活的加入或者减少信道，它具有比较强的灵活性，在减少光纤的使用的同时，经济上花费的减少，使得在后期工作中，光通信出现了故障，也可以在比较快的时间内将其复原。

3结束语

总的来说，在这篇文章中，可以看出我国光通信技术的主要类型为大气激光通信、蓝绿光通信、光纤通信、红外线通信以及紫外线通信等这五个类型，与现实实际相结合，光通信技术在未来的发展前景有绿色通信、全光网络、光孤子通信以及大容量传输这几个方面。这个要求人们在光通信技术上投入比较多的精力，同时时时刻刻与现实生活相联系起来。

参考文献

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[2]孔祥阁.光纤通信技术在我国的发展和应用[J].科技传播，2014，（16）：232-232，196.

[3]岳晓钟.阐述光纤通信技术的应用现状及其发展趋势[J].中国新通信，2016，（17）：3-4.

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不久前，复旦大学计算机科学技术学院在实验室，成功完成了一种利用室内可见光传输网络信号的国际前沿通讯技术。通过这一技术，无需WiFi信号，点一盏LED灯就能上网。研究人员将网络信号接入一盏1W的LED灯珠，灯光下的4台电脑即可上网，最高速率可达3.25Gb/s，平均上网速率达到150Mb/s，堪称世界最快的“灯光上网”。

“灯光上网”技术为何物

“灯光上网”，即以LED照明灯发出的光充当网络信号的传输技术。LED光学网络通过可见光来传输网络信号，可以直接利用路灯、室内照明及公共照明等已有的能耗输出工具来完成双重任务。这种灯光上网的特点是低辐射、低能耗、低碳环保。人们亲切地把这种可见光通信称为“LiFi”。

对很多普通大众来说，可能觉得这是一项新鲜技术，而对许多科技迷来说，这项技术并不陌生。从事通信专业研究的人员表示，这个技术早有人研究，只是在通信专业里面并没有LiFi这个说法，技术人员为了帮助大家理解，才参照大众熟知的WiFi“造”出了这样一个新名词，这个技术专业的说法称为VLC，即可见光通信。此前由于一些暂时无法解决的技术弊端比如没有投射和绕射功能，可见光通信技术研究进程一度陷入停滞。但随着信号处理技术的提升，它的速率和可靠性在不断增强，优点也越来越突出。到上世纪90年代末，可见光通信又被重新提出，国内通信界也从2006年开始对它进行研究，而它真正被大众所熟知则是在2011年。

LiFi是怎样“炼”成的

2011年，德国物理学家哈拉尔德・哈斯教授在英国爱丁堡大学TED全球公开课上，向科技迷们展现了一个神奇的发明：他身旁放了一个LED台灯，台灯下30厘米左右处有一个小小的设备，当他把灯打开，灯光照向这个设备时，他身后的大显示屏上播放起花朵盛开的视频。此时或许你并没有意识到有多么神奇。而当哈斯教授将手挡在台灯与接收器之间时，身后正在播放的视频戛然停止；当他把手拿开时，视频又开始播放起来。这个时候，在场的所有人都起立鼓掌。这就是可见光通信，哈斯教授用灯泡“点亮”了奇思妙想：依赖一盏小小的灯，将看不见的网络信号，变成“看得见”的网络信号。该项技术也被当年的《时代周刊》评为2011年全球50大发明之一。

如今，这种让人难以想象的神奇网络技术正从复旦大学的实验室中一步步向我们走来。在复旦大学这套灯光上网的设备中，核心部件是两个“黑匣子”和一台笔记本电脑。两个“黑匣子”上分别安装了一个滤镜和一组LED 灯芯。在电脑上输入相关程序，然后点开网站的在线视频，视频很顺畅地播放起来。而一旦用手遮挡住一组LED灯芯，画面则会出现马赛克，视频被卡住了。把手拿开，视频又继续播放。这套设备还能实现能够“一拖四”，只需点亮一盏小灯，4台电脑即可同时上网、互传网络信号。

原来，可见光实现上网的关键：两个“黑匣子”，它们一个是发射装置，一个是接收装置。发射装置和接收装置，都由电学和光学部分组成。发射装置的电学元件有LED驱动电路、电信号处理；光学元件则有LED芯片，发射光学天线等。其作用之一就是给LED灯芯装上编码调制驱动电路，控制它每秒闪烁百万次，使灯芯快速传播二进制编码。当然，仅靠LED灯自身的闪烁频率还不够。由于现有的LED灯芯片主要用于照明而非通信，如果用于灯光上网则速度非常慢。但是，经过科研人员不懈的努力和改进之后，复旦大学的研发团队终于实现灯光上网离线最高单向传输速率达到3.7Gb/s，这个速率打破世界纪录的3.4Gb/s，并且该团队研发的实时传输速率已经达到150Mb/s，可以满足基本的日常运作需求。

LiFi技术的新优势

去年开始，上海市科委已在全市高校和科研院所布局这一国际前沿的无线通信技术，由复旦大学承担的可见光通信关键技术研究与应用取得重要进展。承担这一课题的研究人员迟楠教授指出，光和无线电波一样，都属于电磁波的一种，传播网络信号的基本原理是一致的。给普通的LED灯泡装上微芯片，可以控制它每秒数百万次闪烁，亮了表示1，灭了代表0。由于频率太快，人眼根本觉察不到，光敏传感器却可以接收到这些变化。就这样，二进制的数据被快速编码成灯光信号并进行了有效的传输。灯光下的电脑，通过一套特制的接收装置，读懂灯光里的“摩斯密码”。

迟楠教授介绍道：“VLC优势我总结有三点，一是速度快，VLC频谱是400T-800THz，无线通信在2-5GHz左右，VLC有高速潜力。二是不穿墙，所以安全。三是无辐射，对人体健康有优势。”

“有灯光的地方，就有网络信号。关掉灯，网络全无。”与现有WiFi相比，未来的可见光通信安全又经济。WiFi依赖看不见的无线电波传输，设备功率越来越大，局部电磁辐射势必增强；无线信号穿墙而过，网络信息不安全。这些安全隐患，在可见光通信中“一扫而光”。而且，光谱比无线电频谱大10000倍，意味着更大的带宽和更高的速度，网络设置又几乎不需要任何新的基础设施。

而且无线传输技术稀有、昂贵且效率不高，比如手机，全球数百万个基站帮助其增强信号，但大部分能量却消耗在冷却上，实用效率只有5%。相比之下，全世界使用的灯泡却取之不尽，尤其在世界范围内，白炽灯、荧光灯逐渐退出市场并被LED取代。只要在任何不起眼的LED灯泡中增加一个微芯片，便可让灯泡变成无线网络发射器。如此一来，未来任何有光的地方都可以成为潜在的LiFi数据传输源：在街头，利用路灯就可以下载歌曲电影；在家里，打开台灯就可以上网看视频；在餐厅，坐在有灯光的地方就可以发微博上微信；即便是在水下，只要有灯光照射就可以上网。而且LiFi另一个巨大的好处是在任何对无线电敏感的场合都可以使用，比如飞机上、手术室里。

LiFi应用于生活还需时日

目前，改进智能手机上的LED，如摄像头、屏幕、闪光灯等，是LiFi走向大众消费市场的最快路径。哈斯教授与波维创建了一家VLC公司，并研发出一款智能手机应用，该应用使一对iPhone实现了低速率的数据传输。在拉斯维加斯举行的2012年消费电子展览会（CES）上，卡西欧了两部使用可见光进行数据传输的智能手机。三星、西门子等电子巨头没有错过这场盛宴。三星在2010年就开始利用搭载LED背光的LCD平面显示器试验可见光通信，西门子在2010年通过白色LED可见光通信，实现了最高500Mb/s的通信速度。鉴于LiFi巨大的市场前景，卡西欧、三星甚至与NEC、松下电气、夏普、东芝与NTT等企业一道成立了可见光通信联盟……

当然，作为一种尚在实验室的全新网络技术和产品，LiFi技术的未来潜力也不应被过分高估。“因为，目前从灯光通信控制到芯片设计制造等一系列关键技术产品，都是研究人员‘动手做’，要真正像WiFi那样走进千家万户，需要通过一系列的产业化发展，还有很长的路要走。”迟楠教授认为，Lifi技术本身也有其局限性。

对于可见光通信用的LED灯，目前的调制带宽有限，只有约3-50MHz，主要用于照明，要是用于通讯，必须开发出更高调制带宽的LED光源。由于LED通讯具有照明与通讯双重功能，因此在光源的优化布局、广角、干扰上也有很多问题需要解决。

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【关键词】 可见光通信 信道建模 硬件设计

近年来，随着无线通信技术的高速发展，射频频谱资源越来越紧张，利用现有射频频谱资源进行高速无线通信的实现成本已经越来越高[1]。可见光通信（Visible Light Communication， VLC）具有发射功率高、不占用无线电频谱、无电磁干扰、无电磁辐射、保密性好和节约能源等优点，能够同时实现照明和通信的双重功能，只要灯光照到的地方，就可以长时间下载和上传高清晰的图像和视频资料，没有通信盲区，方便快捷[2-4]。本文研究了一种基于VLC的室内无线通信系统，建立了系统的信道模型，并给出了具体的硬件设计方案。

一、室内光无线通信信道建模

由LED和光敏二极管的组成结构可知，对通信系统来说，其主要表现为低通特性，而且基本不随时间而改变。另外，在散热较好的条件下，频响变化极其缓慢，信道基本可认为是线性时不变信道。对于线性时不变信道，获得其时域冲激响应，即可建立完整的信道模型。

一般情况下，定义复PN序列，使其满足，这里a为PN序列的幅度。但实际情况中，一般定义PN序列为实值，即，满足

（1）

其中，当jn时，。为了简便，将式（1）中约等号替换为等号。文献[5]表明，对于长PN序列，这种近似带来的误差可以忽略。将此PN序列输入信道中，所得的输出信号为

（2）

其中，为信道在时刻m（在离散系统中表示第m个采样点）的第k个抽头系数，表示均值为0，功率谱密度为的高斯噪声。由于信道是时不变信道，所以可以将简写为。然后，将接受信号与发送的对应PN序列做相关操作，可得

（3）

其中，表示相关值。将式（2）代入式（3）可得

（4）

由此可得

（5）

其中，

（6）

表示测量误差。这样即可测量得到信道的所有抽头系数。

二、室内光无线通信系统的硬件设计

室内光无线通信系统由发射机和接收机两部分构成。发射机主要实现上层数据报的分解、重打包、数据的模拟化和对外发送等功能；接收机主要实现模拟信号的接收、数字化、解包和向上层传递接收到的数据报等功能。发射机和接收机的结构框图如图1所示。

2.1 发射机设计

在室内光无线通信系统中，发射机的模拟电路主要实现两个性能指标：高功率输出和较宽的基带通频带。采用两级功率放大器驱动LED发光电路，原理图如图2所示。其中，使用小功率三极管MRF587和中功率三极管BLW32设计实现负反馈结构甲类功率放大器。为了驱动LED发光，还需要为LED提供直流偏置电流。驱动LED发光的直流偏置电流一般为恒定直流，使用芯片LM3404设计实现了恒流源，为LED提供稳定的直流电流，使LED发光更加稳定，同时可以延长LED使用寿命。

2.2 接收机设计

接收机模电路如图3所示，主要包括跨阻放大器和高增益放大器两部分。

跨阻放大器的作用是将光电转换二极管输出的感光电流转换为方便处理的电压信号。为了不影响整个系统的频率响应，跨阻放大器一般选用高增益带宽积的放大器实现。本文选用美国TI公司的OPA657型FET输入运算放大器实现前端跨阻放大器。

信号通过跨阻放大器转换为电压信号之后，即需要使用高增益放大器进一步放大接收信号。一般来说，单个运放无法直接将信号放大到理想的幅度。所以，使用两级运放级联的方法对输入信号进行放大。为了使得信号获得尽量高的增益，选用TI公司的低噪声、极高增益带宽积运算放大器OPA847作为高增益放大器。其增益带宽积达到3.9GHz，输入电压噪声只有。

三、系统验证平台设计

在视频演示平台中，使用150Mbps的速率、基带采用3B4B和5B6B编码、前端LED发射模块采用两级功率放大器驱动、模拟接收端采用PIN管做光电转换、采用跨阻放大器和高增益放大器对信号进行处理，数字接收端采用PN序列进行帧同步的方法，实现了高清视频流媒体的传输与播放系统。在流媒体播放系统中，均使用UDP作为传输层信息承载协议。在高清视频传输的演示中，发射与接收之间的距离约为2米，高清视频可以在光链路中清晰地同步传输与播放，验证了室内光无线通信系统的可用性。

四、结束语

本文研究了一种基于可见光LED的室内无线通信系统，推导了系统信道的模型，对系统的硬件电路进行了设计，并利用FPGA对基带信号进行了处理。实验测试结果表明，该系统的传输速率可达150Mbps，在2m距离内可实现高清视频的传输。

参 考 文 献

[1] Tanaka Y， Haruyama S， Nakagawa M. Wireless optical transmissions with white colored LED for wireless home links[C]. Personal， Indoor and Mobile Radio Communications， 11th IEEE International Symposium. 2000， 2：1325-1329.

[2] 骆宏图，陈长缨，傅倩. 白光LED室内可见光通信的关键技术[J].光通信技术，2011，35（2）：56-59.

[3] J.Rufo，C.Quintana， F.Delgado， J.Rabadan， R.Perez-Jimenez. Considerations on Modulations and Protocols Suitable for Visible Light Communications（VLC） Channels： Low and Medium Baud Rate Indoor Visible Light Communications Links[J]. IEEE on Consumer Communications and Neworking Conference（CCNC）， 2011：362-364.

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通信技术是以现代的光、电技术为硬件基础，辅以相应软件来达到信息交流的目的。上个世纪末，多媒体的广泛推广、互联网的应用极大地推动了通信工程专业的发展，展望这个世纪初期，宽带技术、光通信也已经崭露头角。通信工程专业所研究的内容涵盖了当今最流行、发展最迅猛的领域。在美国发展速度最快的公司中，像Cisco（思科）、3Com等都是以通信技术作为其发展的主体的。

一、通信工程专业的发展史

通信工程以现代的声、光、电技术为硬件基础，辅以相应软件来达到信息交流的目的。上个世纪末，多媒体的广泛推广、互联网的应用极大地推动了通信工程专业的发展，展望这个世纪初期，宽带技术、光通信也已经崭露头角。它跨电子、计算机专业，所修课程兼有两者的特点，一些课程，如数据结构、操作系统、数据库等属于计算机类，另外，信号处理、高频电路、电路原理等属于电子类，还有本专业基础的通信原理等课程，所学范围比较宽。纵观通信的发展可分为以下三个阶段：第一阶段是语言和文字通信阶段。在这一阶段，通信方式简单、内容单一。第二阶段是电通信阶段。1837年，莫尔斯发明电报机，并设计莫尔斯电报码。1876年，贝尔发明电话机。这样，利用电磁波不仅可以传输文字，还可以传输语音。由此大大加快了通信的发展进程。1895年，马可尼发明无线电设备。从而开创了无线电通信发展的道路。第三阶段是电子信息通信阶段。通信技术实际上就是通信系统和通信网的技术。通信系统是指点对点通信所需的全部设施。而通信网是由许多通信系统组成的多点之间能相互通信的全部设施。而现代的主要通信技术有数字通信技术、程控交换技术、信息传输技术、通信网络技术、数据通信与数据网、ISDN与ATM技术、宽带IP技术、接入网与接入技术。信息传输技术主要包括光纤通信、数字微波通信、卫星通信、移动通信以及图像通信。

二、通信工程专业的研究内容

通信工程是应用性非常强的一门学科。如今它已被应用到人们通讯生活的各个领域，成为人们生活不可分割的一部分。如日常的手机、网络、电子邮件、即时通讯等等，都是通信技术为人类提供方便的表现方面。在学习这门学科时也要从生活中领悟其中所蕴含的知识和技术。在这之前首先要把课本上相关的理论知识理解透彻，真正的弄明白各个名词的含义、各种通信原理、通讯方式原理等，再理论联系实际，将专业知识与实际相结合，更加透彻的理解其原理。现今科技日新月异，发展非常迅速，跨学科的技术应用也在与通信技术相辅相成，一些边缘学科都可以应用到通信中来，所以在学习的时候也要有方向性的涉猎和学习一些相关领域的知识，帮助本学科的学习。而且平时也要多多了解现在这些领域的发展进程，以及相关科技的更新，查找和了解相关科技产品的工作机理和应用范围。通信工程是一门不断发展和变化的学科，我要时时保持不断学习的渴望和激情，与时俱进、同时代一起发展，共同进步。

三、通信工程专业产业背景研究

我国信息产业虽然起步较晚，但发展平稳。近些年，信息产业规模持续扩大，信息结构升级和结构调整加快，产业创新体系逐步建立和完善，自主创新工作进一步增强，电信服务水平不断提高，应用领域进一步拓宽。

如今，信息产业已成为我国国民经济的第一支柱产业，成为我国经济结构调整的带动性产业。作为支柱产业的四个特点：增长、关联、需求、国际化特性在信息产业中表现突出，信息产业增加值的增长率在工业中最大，信息产业盈利状况位居各行业之首，出口快速增长，成为第一出口行业，对国民经济增长贡献最大。信息产业已是现代经济的增长源，是产业升级的重要推动力，为经济结构调整提供市场需求及必要的技术支持、新型的管理模式。

四、通信产业已成长为带动国民经济增长的先导产业和支柱产业

通信基础设施已拥有光纤、数字微波、卫星、程控交换、移动通信、数据通信、互联网等多种技术手段，长途传输、电话交换和移动通信都实现了数字化。

从通信运营来看通信产业的现状和发展：我国采取一系列积极稳健的措施，加大现代通信网的基础建设，为通信运营提供了保障。从1998年到2002年通信固定资产上，五年国家和企业共投资大约1.05　万亿，是1997年以前投资总值的2.8倍，通信固定资产总值达到1.35万亿。2003年，我国电信业的投资规模在2000亿元左右，仍维持高速发展，表明我国电信市场仍然是比较乐观的。

通信技术是发展最为迅猛的技术，通信行业也是更新很快的行业，是发展极不平衡、极不好预测的行业。随着网络应用加速向IP汇聚，网络将逐渐向着对IP业务最佳的分组化网的方向演进和融合。下一代网络将是电信网与因特网的融合和发展。融合将体现在“话音与数据”、“传输与交换”、“电路与分组”、“有线与无线”、“移动与WLAN”、“管理与控制”、“电信与计算机”、“集中与分布”、“电域与光域”等多个方面。我国实施电信网、计算机网和广播电视网三网融合的战略充分反映了这一点。

五、先进的通信技术是通信产业得以生存和发展的根本

（1）交换技术。随着业务从话音向数据的转移，从传统的电路交换技术逐步转向分组交换技术和软交换技术，特别是无连接IP技术为基础的整个电信新框架将是一个发展趋势。

（2）传送技术。WDM技术的出现和发展为电信网提供了巨大的容量和低廉的传输成本，有力地支撑了上层业务和应用的发展。

（3）接入技术。接入网已经成为全网带宽的最后瓶颈，接入网的宽带化和IP　化将成为本世纪初接入网发展的主要趋势。

（4）无线技术。在宽带业务需求不断增长的情况下，无线传输作为个人通信的重要手段，其矛盾显得十分突出。

结语

随着通信技术的发展和通信业的普及，对通信人才的需求日益增加，我们要努力将自己塑造成适应现代化建设需要的通信人才。当前，我们应从以下几方面着手努力：　首先要立足本校，搞好专业定位，明确学习目标；其次，该专业是一个实践性很强的专业，要加强实验学习和校内外实习，以提高自身实践动手能力；第三，勇于探索，着力培养自己的创新意识和创新能力。只有这样，才能成为 社会需要的合格通信人才。

参考文献

[1]承继成.中国信息产业的发展.《数字中国导论》，2009.

[2]黄秀清.通信产业发展概述.《邮电经济专业知识与实务中级》，2009.

[3]闫成印.国内3G牌照正式发放，三大运营商竞争日酣.中国数字电视，2009，第1期

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关键词：光纤通信；理论教学；实验教学

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：

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[3]曲鹏.光纤通信技术的应用及展望[J].硅谷，2014，7（24）：2-2.