光通信研究论文范文

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光通信研究论文

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[摘要]光纤是通信网络的优良传输介质，光纤通信是以很高频率(1014Hz数量级)的光波作为载波、以光纤作为传输介质的通信，光纤通信的问世使高速率、大容量的通信成为可能，目前它已成为最主要的信息传输技术。介绍我国光纤通信技术的现状，总结光纤通信技术的几种关键技术，并对光纤通信技术的发展趋势进行论述。

一、光纤通信的概况

1966年，美籍华人高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)，预见了低损耗的光纤能够用于通信，敲开了光纤通信的大门，引起了人们的重视。1970年，美国康宁公司首次研制成功损耗为20dB／km的光纤，光纤通信时代由此开始。光纤通信是以很高频率(1014Hz数量级)的光波作为载波、以光纤作为传输介质的通信。由于光纤通信具有损耗低、传输频带宽、容量大、体积小、重量轻、抗电磁干扰、不易串音等优点，备受业内人士青睐，发展非常迅速。光纤通信系统的传输容量从1980年到2000年增加了近一万倍，传输速度在过去的10年中大约提高了100倍。

光纤通信的发展依赖于光纤通信技术的进步。目前，光纤通信技术已有了长足的发展，新技术也不断涌现，进而大幅度提高了通信能力，并不断扩大了光纤通信的应用范围。

二、光纤通信技术发展的现状

(一)波分复用技术。波分复用技术可以充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源。根据每一信道光波的频率(或波长)不同，将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，把光波作为信号的载波，在发送端采用波分复用器(合波器)，将不同规定波长的信号光载波合并起来送入一根光纤进行传输。在接收端，再由一波分复用器(分波器)将这些不同波长承载不同信号的光载波分开。由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立(不考虑光纤非线性时)，从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。

(二)光纤接入技术。光纤接入网是信息高速公路的“最后一公里”。实现信息传输的高速化，满足大众的需求，不仅要有宽带的主干传输网络，用户接入部分更是关键，光纤接入网是高速信息流进千家万户的关键技术。在光纤宽带接入中，由于光纤到达位置的不同，有FTTB、FTTC、FTTCab和FTTH等不同的应用，统称FTTx。FTTH(光纤到户)是光纤宽带接入的最终方式，它提供全光的接入，因此，可以充分利用光纤的宽带特性，为用户提供所需要的不受限制的带宽，充分满足宽带接入的需求。目前，国内的技术可以为用户提供FE或GE的带宽，对大中型企业用户来说，是比较理想的接入方式。

三、光纤通信技术的发展趋势

近几年来，随着技术的进步，电信管理体制的改革以及电信市场的逐步全面开放，光纤通信的发展又一次呈现了蓬勃发展的新局面，以下在对光纤通信领域的主要发展热点作一简述与展望。

(一)向超高速系统的发展。从过去20多年的电信发展史看，网络容量的需求和传输速率的提高一直是一对主要矛盾。传统光纤通信的发展始终按照电的时分复用(TDM)方式进行，每当传输速率提高4倍，传输每比特的成本大约下降30％～40％：因而高比特率系统的经济效益大致按指数规律增长，这就是为什么光纤通信系统的传输速率在过去20多年来一直在持续增加的根本原因。目前商用系统已从45Mbps增加到10Gbps，其速率在20年时间里增加了2000倍，比同期微电子技术的集成度增加速度还快得多。高速系统的出现不仅增加了业务传输容量，而且也为各种各样的新业务，特别是宽带业务和多媒体提供了实现的可能。

(二)向超大容量WDM系统的演进。采用电的时分复用系统的扩容潜力已尽，然而光纤的200nm可用带宽资源仅仅利用了不到1％，99％的资源尚待发掘。如果将多个发送波长适当错开的光源信号同时在一极光纤上传送，则可大大增加光纤的信息传输容量，这就是波分复用(WDM)的基本思路。采用波分复用系统的主要好处是：1．可以充分利用光纤的巨大带宽资源，使容量可以迅速扩大几倍至上百倍；2．在大容量长途传输时可以节约大量光纤和再生器，从而大大降低了传输成本：3．与信号速率及电调制方式无关，是引入宽带新业务的方便手段；4．利用WDM网络实现网络交换和恢复可望实现未来透明的、具有高度生存性的光联网。

(三)实现光联网。上述实用化的波分复用系统技术尽管具有巨大的传输容量，但基本上是以点到点通信为基础的系统，其灵活性和可靠性还不够理想。如果在光路上也能实现类似SDH在电路上的分插功能和交叉连接功能的话，无疑将增加新一层的威力。根据这一基本思路，光的分插复用器(OADM)和光的交叉连接设备(OXC)均已在实验室研制成功，前者已投入商用。实现光联网的基本目的是：1．实现超大容量光网络；2．实现网络扩展性，允许网络的节点数和业务量的不断增长；3．实现网络可重构性，达到灵活重组网络的目的；4．实现网络的透明性，允许互连任何系统和不同制式的信号；5．实现快速网络恢复，恢复时间可达100ms。鉴于光联网具有上述潜在的巨大优势，发达国家投入了大量的人力、物力和财力进行预研。光联网已经成为继SDH电联网以后的又一新的光通信发展。

篇2

摘要：当激光波束通过大气湍流时，大气湍流效应造成了光束漂移、强度起伏，光束扩展和像点抖动等现象，导致相干性退化削弱激光通信的质量，从而破坏了激光的相干性。文章介绍了大气湍流的形成及基本特性，对强度起伏、光束漂移及扩展与到达角起伏进行了分析，并通过研究分析穿过大气湍流后激光波束的变化特征，将会对无线光通信的发展具有十分重要的实际意义。

关键词:大气湍流光束漂移光束扩展强度起伏到达角起伏

自激光问世以来，具有保密性好，抗干扰能力强，信息容量大，传输率高，系统尺寸小，重量轻，建造和维护经费低，无需频率许可证等优点。在通信、雷达、测距、遥感和检测等方面的大量应用有力地促进了无线光通信等方面的研究。达、测距、遥感和检测等方面的大量应用有力地促进了无线光通信等方面的研究。

同时，激光特有的高强度、高单色性、高相干性和高方向性诸多特性，使它成为空间通信最理想的载体，因为它增益更高、速度更快、抗干扰性更强和保密性更好，同时容量更大、波束更窄。然而，在许多使用激光工作的系统，其性能会受到大气的影响，激光的传输介质包含了长距离的大气，如自由空间光通信、激光雷达、激光测距等，其中湍流效应是对激光大气传输影响最大的因素之一。由于大气湍流引入的相位扰动，光束会产生展宽和漂移，光场的时－空相干性受到干扰甚至破坏；由于大气湍流的存在，当激光穿过其中时，会产生闪烁现象，光场强度分布也会发生起伏，大气折射率会发生微小的起伏。这些效应会削弱光束质量，本文具体分析了随机大气信道湍流效应的各种影响因素，为避免影响自由空间光通信系统、激光雷达系统、激光测距系统的性能，提出了一些具有实用价值的建议，将会对提高大气光学系统的性能有实际的意义。

1 大气湍流效应

大气温度的随机变化引起大气密度的随机变化，人类活动和太阳辐照等因素将引起大气微小温度的随机变化，从而形成大气的湍流，它是大气折射率导致的随机变化。这些变化使湍流大气中传输光束的波前也将作随机起伏，它们的变化的累积效应导致折射率轮廓的明显不均匀性，由此引起光束漂移和扩展，强度起伏和像点抖动等一系列光传输的大气湍流效应。我们通常把折射率场的变化主要是由温度起伏引起的湍流称为光学湍流，量度这种折射率起伏强度的量，称为大气折射率结构常数C■■，它在均匀各向同性湍流的下定义为：

C■■=r-2/3 l0

式中n是大气折射率■和■是位置矢量，r是矢量■的大小，l0和L0分别是湍流的内尺度和外尺度。一般地，对于可见光和近红外波段，大气折射率的起伏主要是由于温度的不均匀性（温度起伏）引起的，温度结构常数C■■的定义与（1）式相似：

C■■r-2/3 l0

2 大气湍流对光通信系统传输的影响

激光束通过有湍流的大气传输时，其强度、相位和传输方向会受到扰动而出现相应的随机变化，变化情况与激光束宽和湍流尺度的相对大小相关。大气湍流效应造成了光束漂移、强度起伏，光束扩展和像点抖动等现象，从而破坏了激光的相干性，导致相干性退化削弱激光通信的质量。

2.1 光束漂移和扩展

由于大气湍流的干扰，当波束在湍流大气中传播时，有限束宽激光在湍流大气中传输时光束会出现扩展和漂移。当观察时间很短时，这两种效应基本上是独立的。当观察时间较长时，扩展了的光束实际上包括了漂移的影响，称为长期扩展，所以当谈到湍流大气中传输光束扩展时我们要区分短期和长期光束扩展。通常称为短期平均光斑半径，为长期平均光斑半径，为平均束漂移量，三者的关系表示为： “短期”和“长期”的时间判据是Δt=D/v。D是光的直径，v是横向风速。当观察时间远小于Δt时，则得短期观察效果，而当观察时间远大于Δt时，则得长期观察效果。Δt的量级在0.05秒左右。通常情况下大气湍流造成的光束扩展可以比光束自身的衍射极限大到2到3个数量级，从而使通过随机大气传输的激光光强降低。传输光束的漂移和扩展现象体现了对传输光束成像的所形成接收光斑的空间位置的时间变化情况。它比较全面的反映了湍流对光传输的影响程度。

2.2 强度起伏和大气闪烁

激光通信在湍流大气中传输时由于折射率的起伏使其散射强度会发生起伏，即出现所谓的闪烁现象。大气闪烁效应实际上就是通常情况下，当光束直径比湍流尺度大很多时，光束截面内包含多个湍流旋涡，每个旋涡各自对照射其上的那部分光束独立散射和衍射，使光束的强度和相位在空间和时间上出现随机分布，相干性退化，光束面积扩大，引起接收端的光强起伏和衰减。大气湍流使信号变得不易把握，对光通信系统的稳定通信造成很高误码率通信质量下降。

2.3 到达角起伏

激光在湍流大气中传播时由于光束截面内不同部分的大气折射率的起伏，在均匀介质中传播具有均匀波前，这将导致光束波前的不同部位具有不同的相移，这种相位形变导致光束波前到达角起伏，相移导致随机起伏形状的等相位面，从而也导致望远镜中像点抖动。

3 结束语

本文通过分析穿过大气湍流后激光波束的变化特征及在某些条件下的大气信道特征，将会对无线光通信的发展具有十分重要的实际意义。大气湍流效应造成了光束漂移、强度起伏，光束扩展和像点抖动等现象，从而破坏了激光的相干性，导致相干性退化削弱激光通信的质量。通过对大气湍流对光通信系统影响的研究，有助于我们了解激光通过大气信道传输时所产生变化的特征，以便对激光通信系大气中传输的设计中寻找到合理的措施来降低或缓解其影响。激光束通过有湍流的大气传输时，会发生变化，变化情况与激光束宽和湍流尺度的相对大小相关，其强度、相位和传输方向会受到扰动而出现相应的随机变化。

参考文献：

[1]俞宽新，江铁良，赵启大等.激光原理与激光技术[M]，北京: 北京工业大学出版社，2003.

[2]鉴佃军.无线光通信系统的大气信道特性研究，西安电子科技大学硕士学位论文.2008.

[3]马保科，湍流大气中（光）波束传播的相关问题研究，西安电子科技大学硕士学位论文.2008.

[4]李晓峰.星地激光通信链路的原理与技术.北京: 国防工业出版社.2007.

[5]黄永平，赵光普.激光通信在大气湍流中的传输.大众科技，2009.(4).

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近日，在欧洲光通信会议（ECOC）期间，中兴通讯宣布在400G高速传输领域创造了一项世界纪录：试验中采用其专利技术将40个波分信道的400Gb/s 单载波极化复用的QPSK信号，成功实现了2800 公里长距离标准单模光纤的传输，刷新了此前单载波400G的传输1200公里的世界纪录。

欧洲光通信会议（ECOC）光通信领域最重要的、最有影响力的高水平国际学术会议之一，对光电子和光通信当前及未来应用技术的发展进行探讨。该实验结果经过全球知名专家的评选和推荐，被9月17日举行的欧洲光通信会议（ECOC）会议论文收录并于会议期间。

单载波传输具有收发结构简单、管理容易的特点，是业内最看好的调制码信号。此前单载波400G的传输纪录是1200公里，且采用的是特殊昂贵光纤和全光拉曼放大的技术。中兴通讯此次试验，使用的中兴通讯专利技术实现的40个波分信道的400Gb/s单载波极化复用的QPSK信号，是目前技术最成熟，灵敏度最高的调制方案，即便不考虑成本昂贵的超低损耗光纤和拉曼放大器，仅使用当前广泛应用的标准单模光纤和普通掺铒光纤放大器，也能实现超长距离的系统传输，试验中成功实现了35跨段，每段80公里，共2800公里的长距离传输，证明了超100G在现有光纤传输系统中部署的可行性。且系统单载波达到业内最高频谱效率，达到108Gbaud。

中兴通讯多年来一直致力于100G、400G/1T等超100G技术的研究以及产品方案的研发与应用，立足于100G以及超100G高速信号传输技术的尖端技术研究和开发，近年来攻克了该领域若干关键技术并持续多项成果：中兴通讯全球首次在实验中实现了单信道为11.2Tbit/s的光信号，并成功实现让该信号在标准单模光纤中的640公里传输，刷新了此前单信道传输最高速率为1Tb/s光信号的世界记录；实现了24Tb/s（24x1.3Tb/s）波分复用信号传输，是业界首次实现Terabit/s的波分复用技术；2012年2月，中兴通讯与德国电信合作，在德国本土成功完成100G/400G/1T信号的2450公里超长距离混合传输，创造了迄今为止业内高速信号混传最长距离的现场试验记录。

在全球光通讯产业步入100G速率的超宽网络时代，中兴通讯作为全球领先的新一代承载网解决方案与设备、服务提供商，2010年率先在业内全程100G承载解决方案，提供从交换机、路由器和波分OTN全系列100G产品，为客户提供从边缘层到核心层的端到端解决方案。 2011年7月在全球光电子和通信会议（OECC）上展示了全球首个1Tb/s的DWDM原型系统及试验结果。2012年面向各类网络应用的7种方案的400G/1T DWDM 原型样机已对外。在100G、超100G专利方面，中兴通讯已申请数十项专利，涵盖了100G光模块、Framer、芯片、系统等多方面。目前中兴通讯已经与西欧、东欧、亚太、中国等区域和国家的主流运营商在100G、超100G领域完成了多项实验网项目，成为全球高速光通信传输技术快速发展的“引擎”。

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【关键词】可见光通信;传空脉双头冲间隔调制;脉冲间隔调制;系统设计

目前，室内可见光通信是光无线通信的研究焦点，它以大功率白光LED为光源，发送肉眼不可见的闪烁信号来保证正常通信。通信应用的调制解调方式也就成为了通信的关键技术。目前，光无线通信一般应用的调制方式有：脉冲位置调制、开关键控调制、数字脉冲间隔调制。其中数字脉冲间隔调制与脉冲位置调制相比较，它显著缩小了符号长度，而且增强了传输容量和频带利用率，并且无需同步，信号带宽的利用率也比较高。

1.SDH-PIM的原理

传空双头脉冲间隔调制（SDH-PIM）的原理就是把1个m位二进制数据流映射为2（m-1）+2个时隙的信号，调制手段是由2种不同的引导，其后跟着间隔信息，而且间隔信号为传空信号，由此被称作传空双头脉冲间隔调制。头信号由传空和高电平信号组合而成，宽度是2Ts，它的类型决定了位置信息。假设k为m 是由二进制数据表示的十进制数，如果k小于2（m-1），头信号被定义成H1，头信号的传空号宽度是Ts/2，高电平的宽度则为3Ts/2，头信号和传输信息位之间的间隔为kTs;如果k大于或等于2（m-1），头信号是H2，头信号的传空号宽度是3Ts/2，高电平宽度则为Ts/2，头信号和传输信息位之间的间隔为（2m-1-k）。不管是以哪种头信号为引导，传输间隔的空号终结后会传输给高电平，符号的长度固定是2（m-1）+2。正是依靠头信号的这种特点，因此能够编程找到1个完整的SDH-PIM 符号而且不需要提取位同步和符号同步信号。头信号除此外还隐藏了位置信息，这个对接收装置的要求相比而言会较高。室内可见光通信应用LED作光源而且兼顾了照明的功能，SDH-PIM舍去了激光通信应用的冗余保护时隙，因此，这有利于增强信息的传输速率。

2.系统的总体设计

通信系统的调制解调的硬件实现形式有多种多样，既可以采用单片机来实现，也可以采用DSP来实现。

本系统硬件主要依靠SDH-PIM 调制发送模块与SDH-PIM接收解调模块组成，如图2所示。SDH-PIM调制发送模块由发送滤波器模块、LED驱动模块和编码器模块三部分组成。SDH-PIM 接收模块由自动增益系统、前置放大器、译码器和判决器四部分组成。

首先，编码器、译码器为系统的核心装置，是采用Altera公司的EP2C5T144C器件来完成的。

其次，因为接收信号和LED的距离的平方为反比，接收机获得的信号强弱变化比较大，当接收机的增益不发生变化，那么信号太强时会使接收机逐渐饱和，信号太弱时则会丢失脉冲，还有抽样判决时，随着接收脉冲的强弱变化大而导致误判。

因此，系统设定了自动增益的控制装置来增强系统可靠性。另外，论文只考虑直射信道这种通信手段。

3.系统的软件设计

3.1 调制编码

系统软件依靠VHDL语言编程来实现，SDH-PIM调制编码的流程如图3所示。编码器把晶体振荡器分频得到了周期T=Ts/2的时钟，编程应用Mealy型的有限状态机，时钟的作用为生产20个状态，前4个状态用处在于发送头信号，后面16个状态则用于传播空号和脉冲间隔数，还有空信号结束后的高电平数。先把二进制数据流编译为十进制数k，并和2（m-1）进行比较，适合k

3.2 解调译码

解调时必须考虑以下4个问题：

1）时钟问题。因为SDH-PIM符号使用的时钟周期为Ts/2，是为了能够方便判别头信号和脉冲间隔，解调译码时使用统一的时钟，而且时钟周期是调制器时钟的1/10甚至更短。

2）解调译码时使用计数器对头信号的传空部分进行计数，并依据计数值去判别头信号是H1或者是H2。

3）依靠对脉冲间隔计数值来确认所传输的二进制符号。当头信号为H1时，头信号和传空信号的计数值可以确认为二进制值。如果头信号是H2，那么可以间接求出二进制值。

4）因为计数脉冲的频率为发送信号时钟频率的10倍，所以在计数过程中会有计数误差，因此在依据计数值进行判别信号时，应当考虑1个范围来确认信号的类型。例如，当解调译码时，头信号H1、H2的空信号的宽度分别是20us、40us，传空信息信号的宽度是60us，如果使用的时钟周期是1us，计数值介于（19，21），（39，41），（59，61）范围时能够作相应的判决，解调的关键依赖于找出头信号，当编码时，头信号的空信号宽度与位置信号相比要窄。先使接收的信号取反，再通过计数器对脉冲进行计数，依靠计数值去判别头信号或者位置信号。当发现头信号时，就会产生计数，使信号对脉冲间隔进行计数，减去掉头信号中的高电平的宽度计数值，就能够确定二进制值，以此达到解调译码的目的。

4.小结

本文提出的基于现场可编程阵列FPGA 室内可见光调制以及解调系统，它使用SDH-PIM 对基带信号实行调制、解调，这种调制方式的最大特点就是解调时不需要位同步信号和符号同步信号，这种特点将系统解调译码更加便捷，也能增强调制速率。实验结果证明该调制解调系统实现了预期要求，对该调制解调方法的研究也有一定的参考价值。

参考文献

[1]李静，王永亮，段海龙，等.LED可见光的虚拟仪器通信系统[J].电子测量与仪器学报，2011，25（10）：901-904.

[2]张建昆，杨宇，陈弘达.室内可见光通信调制方法分析[J].中国激光，2011，38（4）：137-140.

[3]谭家杰，杨克成，夏珉.大功率LED脉冲位置调制解调设计[J].光学与光电技术，2011，9（5）：75-78.

[4]杨利红，柯熙政.基于大气光通信偏振PPM 的误码率研究[J].仪器仪表学报，2010，31（7）：1664-1668.

[5]王红星，朱银兵，张，等.无线光DH_PIM 与DPIM调制方式的性能研究[J].激光技术，2007，31（1）：92-97.

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关键词：光纤通信；实践教学；OptiSystem；SDH

TN929.11-4

一、“光纤通信”实践教学现状与问题

光纤通信课程[1-4]是适应当代通信技术发展应用所开设的，是通信工程专业的专业必修课程，具有很强的专业实用性和实践性。随着社会技术发展和企业对从业人员的专业能力提出了更高的要求，传统的实践教学[5-7]内容和方法已经不能满足现代企业对学生专业能力培养的要求。结合我校“技术立校，应用为本”的办学方针，本文结合在光纤通信课程中的教学和科研以及当前学生的就业现状，进行一系列的实践教学改革和探索，从实践教学内容、教学方法、成绩考核等方面进行相关探讨和研究。

二、“光纤通信”实践教学改革思路与举措

（一）改革思路

光纤通信实践教学主要由光纤通信实验、光纤通信课程设计、光纤通信设备应用实践三大模块构成。每个模块侧重点各有不同，三大块模块一起构成了与理论知识紧密联系，贴合光纤通信实际应用，以应用为基础，提高学生实践能力的实践教学体系。

1.光纤通信实验与理论内容紧密联系，进一步巩固了理论内容。

光纤通信实验课程是结合理论课程《光纤通信》安排的实践课程，教学目标是通过本课程的教学和实践，进一步巩固和加深光纤通信原理理论知识的理解，提高综合运用所学知识来验证光纤通信原理的能力，理论与实践密切结合，相辅相成。实验着眼于提高学生的动手能力，要求学生通过实验环节，能正确使用仪器设备，掌握测试原理；掌握光纤器件和光纤系统的工作原理；提高学生分析问题和解决问题的能力。

目前，光纤通信实验课程课时是16课时，主要在光纤通信实验箱上来完成。在实验内容设置中，侧重对光纤通信及光器件的基本原理、光纤传输系统构成及性能指标等进行实践操作。实验内容从光源P-I曲线，到光纤通信传输系统构建，由局部到系统，层次分明，重点突出，注重培养学生对理论知识的巩固和理解。

2.光纤通信课程设计着重培养光纤通信的软件设计能力

光纤通信课程设计是在完成光纤通信实验课程的基础上开展的，是进一步实践后续课程，主要训练学生在一种通用光纤通信软件设计平台（如OptiSystem）上进行光纤通信系统设计的能力，培养学生光器件设计和各类光网络构建及分析能力，培养利用设计软件工具对设计任务进行总体设计和分析、完成的能力，进一步提高和深化学生对光纤通信的实践能力。

课程设计提供8个以上设计题目，设计课题有光纤器件的分析、系统构建、系统优化，内容分布广泛，层次分明。整个设计流程按照课题分析、设计方案论证、设计调试、撰写课程设计报告、答辩五个环节进行。

3.光纤通信设备实践与通信行业紧密贴合，增强对光纤通信设备的实践操作应用能力

随着光纤通信的发展，光同步网（SDH）网络在宽带网络的建设中发挥着重要的作用。光纤通信课程引进中兴通信的光纤传输平台，开设专门的光纤通信工程实践训练课程，通过中兴工程师和专业教师共同授课的方法，在光纤通信实验和课程设计基础上，进一步深层次加强学生的实践能力培养。

光纤通信工程实践训练内容包括SDH光传输设备实践，实践设置贴合通信行业实际应用，加深学生对光通信设备的构成和原理的理解和认识，培养学生对光通信设备的连接、设置、调试、运行、维护能力，提高学生对大型光通信设备实践操作能力。

（二）具体实施举措

在光纤通信三大模块的实践教学中，要求学生通过每个模块的实践过程，进行详细的学习、观察、体验、思考，使得理论和实践能够紧密结合。在O置实践项目过程中，突出重点，结合课程内容，尽量充实安排实践内容。在学生的实践过程中，要求学生能够综合运用了所学的理论知识，提高实践技能，熟悉完整的系统设计和实现过程，掌握大型设备的配置和调试过程，对于今后从事相关领域的系统设计、开发和维护提供了宝贵的经验。

1.光纤通信实验内容和课程内容紧密结合，并且从基础验证、综合性、设计性三方面进行了设置，完成实验内容的优化。实验设备包括微机、光功率计、光纤、光无源器件、示波器、数字万用表、图像显示器、电源模块、信号源模块、光发送模块、光接收模块、电话接口模块、误码模块、图像接口模块、PCM 编译码模块、CMI编译码模块、HDB3编译码模块、CPLD下载模块等组成，可以应用不同的模块来组成不同的光纤通信系统，如：模拟光纤通信系统、数字光纤通信系统、光波分复用传输系统、图像光纤传输系统等。

在实验讲授教学过程中，采取结合课程内容，回顾相关理论知识的教学方法，介绍实验原理，讲解实验步骤，分析实验结果。如：在实验“半导体光源P-I特性曲线测试”中，首先带领学生回顾理论课中讲解的公式两种光源LED和LD的工作原理及其区别，回顾P-I曲线的表现有何区别，并介绍两种光源的特性，进一步回顾半导体光源阈值电流Ith的概念和物理意义。并指导学生完成相应的测试工作。这样讲解之后，学生既巩固了理论知识又明确了实验内容，通过对比加深了对理论知识和实验原理的掌握。

2.光纤通信课程设计主要充分通过光纤通信系统仿真软件，如Optisystem，使得学生能够模拟仿真光纤元器件及系统的设计和整个过程。在系统仿真实验中，学生可以随意调整波形参数等，对一个光学元器件甚至整个通信系统进行优化设计和性能仿真，直观地模拟信息在光纤通信系统中的整个传输过程。要求学生能够分析原理，设计软件流程，能够搭建整个过程，并通过光谱仪等仪器器件对结果进行观察和分析。

如设计“PIN光电二极管的噪声分析”，要求学生首先分析影响光接收机性能的主要因素，即接收机内的各种噪声源。并能分析计算接收机中的放大器本身电阻产生的热噪声和放大器的晶体管引入的散粒噪声。要求学生完成设计整个软件流程，并搭建实现，如图1所示。要求学生根据数据模拟得到定量的分析和计算，观察热噪声和散粒噪声对最终传输的信号质量的影响，观测不同噪声对整个系统性能的影响程度的大小。

3.光纤设备实践要求在SDH课程知识基础上，在行业大型设备中能够根据理论知识进行配置、调试，进行数据通信。这就要求学生对SDH的基础知识、SDH网络的自愈能力、SDH环型组网、通道层或者复用段层的自愈环等要理解透彻。我们以中兴通信公司的SDH光传输设备为实验平台，使学生可以接触到包括光传输、数据网络和智能业务平台等方面先进的光通信技术。要求学生熟悉ZXMPS325传输设备的整机和单板硬件，并掌握SDH 的部分测试方法；要求学生能够基于网管E300软件，自主完成对网元业务的设置、数据修改和监视，实现SDH通道保护链和复用段保护等配置及性能测试。

如，对“二纤双向通道保护的配置原理和实践”，首先要求学生理解掌握SDH的复用结构和过程，掌握二纤双向通道保护的工作原理，要求学生能够根据业务，分析网络拓扑结构，分析I务传输过程，掌握通道保护配置方法。如图2所示：

三、“光纤通信”实践教学考核与评价

目前，光纤通信实践课程的三大模块采用不同的考评机制，主要侧重学生的实践操作能力和过程，强调学生对实践结果的分析能力，注重学生的创新能力。

在光纤通信实验的实践环节中，实验成绩考评是由平时实践操作和实验报告组成。在实验报告中，注重学生对实验及设计结果的分析及现象总结、实验中产生问题的解决办法、对实验的新设想等。

课程设计实践环节的成绩考评由课程设计过程、测试（独立演示）课程设计结果、课程设计报告和答辩成绩组成。教师根据学生实际操作情况给出过程成绩，根据演示过程和结果，给出相应的设计结果成绩；根据设计报告的内容和格式规范，要求课程设计报告格式按照科技论文要求撰写，为学生将来做好毕业论文打下一定的基础，并给出相应的设计报告成绩；在答辩过程中，侧重考查学生的思考和创新能力，以及对整体系统的设计能力，并给出相应的答辩成绩。

光纤通信设备实践训练的成绩考评由实践操作，答辩环节和实践报告构成。注重学生的实践操作能力，对原理的理解能力，报告撰写的规范性。提高学生在实践中理解理论知识的能力。

四、“光纤通信”实践教学改革成效

通过对光纤通信的实践体系的结构、教学内容、教学手段、考核方式进行了一系列的改革，学生的实践效果和质量明显得到了提升。在今后光纤通信的实践教学过程中，只有进一步突出工程应用实践操作能力、强化创新培养特色，不断提高学生的学习兴趣，激发学生的学习主动性，提高相关领域从业的综合职业能力，才能达到培养高素质通信专业人才的目的。

参考文献

[1] 《光纤通信》（第二版），张宝福等编著，西安电子科技大学出版社，2009.

[2] 顾婉仪，李国瑞. 光纤通信[M].北京：人民邮电出版社，2006.

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[4] 《光纤通信》（第五版）.[美]Joseph C.Palais著，电子工业出版社.

[5] 李书旗，朱昌平，陈小刚. 光纤通信实验教学的改革与探索. 中国电力教育，2010，（36）：132-133.

[6] 唐修连. 光纤通信综合实验手册. 南京；中国人民理工大学， 2004.

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论文摘要：光电子器件和部件广泛应用于长距离大容量光纤通信、光存储、光显示、光互联、光信息处理、激光加工、激光医疗和军事武器装备，预期还会在未来的光计算中发挥重要作用。本文将介绍国内外光电子技术及光电子产业的发展。

如果说微电子技术推动了以计算机、因特网、光纤通信等为代表的信息技术的高速发展，改变了人们的生活方式，使得知识经济初见端倪，那么随着信息技术的发展，大容量光纤通信网络的建设，光电子技术将起到越来越重要的作用。美国商务部指出：“90年代，全世界的光子产业以比微电子产业高得多的速度发展，谁在光电子产业方面取得主动权，谁就将在21世纪的尖端科技较量中夺魁”。日本《呼声》月刊也有类似的评论：“21世纪具有代表意义的主导产业，第一是光电子产业，第二是信息通信产业，第三是健康和福利产业……”，可以断言，光电子技术将继微电子技术之后再次推动人类科学技术的革命。

1世界光电子技术和产业的发展

光纤通信技术的发展速度远远超过当初人们的预料，光纤已经成为通信网的重要传输媒介，现在世界上大约有60%的通信业务经光纤传输，到20世纪末将达到85%，但从目前光纤通信的整体水平来看，仍处于初级阶段，光纤通信的巨大潜力还没有完全开发出来。目前，各种新技术层出不穷，密集波分复用技术（DWDM，在同一根光纤内传输多路不同波长的光信号，以提高单根光纤的传输能力）、掺铒光纤放大器技术（EDFA，可将光信号直接放大，具有输出功率高、噪声小，增益带宽等优点）已取得突破性进展并得到广泛的应用。现在DWDM系统和光传输设备中，光电技术的比例将从过去比重不到10%达到90%。一种全新的、无需进行任何光电变换的光波通信——“全光通信”，由于波分复用技术和掺铒光纤放大器技术的进展，也日趋成熟，将在横跨太平洋和大西洋的通信系统上首次使用，给全球的通信业带来蓬勃生机。为此提供支撑的就是半导体光电子器件和部件。光电子器件和技术已形成一个快速增长的、巨大的光电子产业，对国民经济的发展起着越来越大的作用。美国光电子产业振兴协会估计，到2003年，光电子产业的总产值将达2000亿美元。

Internet应用的飞速增长对电信骨干网带宽提出越来越高的需求，为满足需求的增长，人们可以铺设更多的光纤，或靠提高单路光的信息运载量（现在主干网可以分别工作在2.5Gbps和10Gbps，并已有40Gbps的演示性设备）。但更主要的方法却是靠发展波分复用技术，增加光纤内通光的路数（光波分复用的实验记录已经达到2.64Tbps）。波分复用技术的普遍运用为光电子器件和部件提供了广阔的、快速增长的市场。无限战略公司的报告指出：“信号传输用1.31μm和1.55μm激光器市场1999年达到13亿美元，比去年增加23%；1.48μm信号放大用激光器1999年市场份额达到1.6亿美元，比去年增加33%；980nm信号放大用激光器销售额达2.9亿美元，比去年增长121%。整个激光器市场的份额1999年达18亿美元，预期2003年将达到30亿美元”。美国通信工业研究公司（CIR）的研究预测，北美市场光电子部件的市场规模将由目前的28亿美元增长到2003年的61亿美元，约每年增长18.5%。密集波分复用设备销售额也将从1998年的22亿美元增加到2004年的94亿美元。报告称虽然10年内全光通信还不会全面商业化，但是全光交换将在几年内成为市场主流，报告也指出尽管光学部件市场被大公司所占据，但仍有创新性公司进入的可能。

2我国的光电子技术和产业

近10年来我国光电子技术研究在国家“863”计划和有关部门的支持下有了突飞猛进的进展，在很多领域同国外先进国家只有两三年的距离，个别领域还处于世界领先地位。国内光电子有关产业基地在光电子器件、部件和子系统（如激光器、探测器、光收发模块、EDFA、无源光器件）等已经占领了国内较大的市场份额，初步具备同国外大公司竞争的能力，在毫无市场保护的情况下，靠自己的力量争得了一席之地，市场营销逐年有较大的增长，个别产品还取得国际市场相关产品中的销量最大的成绩。我国相应研究发展基地和本领域高技术公司的许多产品填补了国内相关产品的空白，打破国外产品在市场上的垄断地位，同时争取进入国际市场。

掺铒光纤放大器（EDFA）是高速大容量光纤通信系统必需的关键部件，国内企业产品占国内市场40%的份额。我国也是目前国际上少数几个有能力研制PIC和OEIC的国家。808nm大功率激光器及其泵浦的固体绿光激光器，670nm红光激光器已产品化和商品化并批量占领国际市场。国内移动通信的光纤直放站所用的光电器件，90%使用国产器件，国产1.55μmDFB激光器战胜了国外器件，占领了100%的国内市场。

但是，我们应当认识到在我国光电子技术发展中，光电子器件、部件虽是光通信、光显示、光存储等高技术产业的关键部分，但在整个系统和设备成本中所占的比重较小，其产值较低，目前科研开发主要处于跟踪和小批量生产阶段，光电子产业所需的规模化、产业化生产技术目前还未有实质突破；国内研究生产的光电器件和部件有相当部分还未能满足整机和系统的要求，导致国外器件占据国内市场相当多的份额；在机制上仍未摆脱科研、生产、市场相互脱离的状况。

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关键词：矿井，通信技术，通信系统

1 引言

目前，随着煤矿机械化、自动化程度的不断提高，通信技术在煤矿生产中的地位显得越来越重要，已成为煤矿实现科学管理、提高劳动生产率、防止事故灾害、降低百万吨死亡率的必要手段。煤矿通信系统可分为地面通信和井下通信两大部分。论文参考。近几年来地面通信得到迅猛发展，设备、容量、技术不断更新，逐步实现了数字化、程控化,通信的可靠性和稳定性也逐渐提高，地面通信正在向集语音、图像和数据传输“三合一”的综合信息网方向发展。但是，煤矿井下通信由于受通信设备技术、特殊环境条件等问题的制约,还存在许多问题。因此,建立一个畅通、灵活、可靠的井下通信系统是现代化煤矿建设的首要任务之一。

2 煤矿井下通信的特点

在煤矿通信的现代化进程中，井下通信作为重要的生产要素之一早已渗透在安全生产的每一个环节当中，特别是在生产指挥调度和安全的信息交流方面，都起着举足轻重的作用。煤矿井下通信系统由于其环境的特殊性,具有较强的煤矿专业特征。

2.1 通信设备设计及制造方面的特点：

(1)井下通信设备必须具备本质安全性或防爆性，以适合在含爆炸性气体的场合使用。所谓本质安全性是指正常工作或故障状态下装置产生的电火花和热效应均不能点燃规定的爆炸性混合物。这就要求在电路设计时，对功率分配、元器件选择，包括制作工艺保护措施都要做出特殊的考虑，不能直接照搬电信系统的设备或标准。

(2)设备必须体积小巧，质量轻，外壳必须具备防潮、防尘、防机械冲击的能力。这是因为井下工作人员劳动强度大，井下巷道特别是工作面空间窄小，负重行动不太方便，而且生产岗位经常变动，流动性较大，因此要求设备必须便于携带和使用。

2.2 通信设备功能上的特点：

(1)通信系统对生产调度人员必须提供较高的优先权，可实现选呼、群呼、强插、强拆、录音、扩音等功能，以便使指挥人员能畅通、无阻塞地呼叫任何终端。

(2)在重要通信点上应具备紧急呼叫和双向报警功能，以提高对事故灾害的应变能力。

(3)随着煤矿井下安全生产及井下人员定位系统发展的需要，井下设备应当具有较强的移动通信功能，而矿井巷道为非自由空间，无线电波在井下巷道的传输受到根本性制约。所以应当研制功能更强的设备应用于煤矿井下的移动通信。

2.3 通信设备性能上的特点：

(1)井下通信设备是在信道条件较差的情况下工作，与地面通信有着较大的区别，地面通信设备的设计制造是以比较确切的信道参数为依据的。而由于井下环境较差，潮湿、粉尘严重，且在狭小的巷道空间内布有铁道、管道、支架、电缆等金属构件，所以，无论是专用信道还是借用信道,其特性都会受到较大的影响，使信道特性变坏或不稳定。

(2)井下用电设备配置量大，启动频繁，对信道形成的电气干扰的噪声频谱宽、电平高。这些都对井下通信设备的运行构成较大的影响。这就要求运行于井下的通信设备在性能上必须能适应较差的信道条件和较强的干扰。

3 煤矿井下通信技术

建立功能完善的井下通信系统对于提高自动化程度、劳动生产率、加强安全防护等方面都有着非常重要的意义。井下通信作为现代煤矿通信技术的重要组成部分,现在亟待开发、研究、完善和提高。目前,井下通信技术主要有以下几种。

3.1 载波通信技术：

载波通信是煤矿应用较早的一种通信方式，在语音、控制及信号监测方面都有应用。架线机车动力载波通信系统是煤矿早期实现电机车移动调度通信的主要手段，目前仍有一部分矿井在继续使用。由于矿井载波通信的借用信道多数是动力电缆或机车的架线等，这些信道分支多，线路上设备起动频繁，造成信道参数随时间和地点的变化很大，因而通信质量不理想。目前载波通信系统在传输距离、通话清晰度、抗干扰性能等方面和感应通信及漏泄通信技术相比有较大差距，将逐步被替代。但在一些特定的工作环境，比如采煤机的动力载波监测等应用场合，采用动力线作为监控装置的载波信道仍有其实用价值。论文参考。

3.2 漏泄通信技术：

是利用表面开孔的同轴电缆(漏泄电缆)在巷道中起到长天线的作用，实现移动电台之间或与基站之间的可逆耦合，已获得较好的通信质量。采用漏泄电缆实现井下巷道内无线电波的传输是一种比较理想的方法。漏泄通信技术不仅应用在矿井中，而且应用于公路、铁路隧道、地铁及地下停车场等场合，在国内外受到普遍的重视。其缺点是系统造价昂贵，又需敷设专用传输线，且信号接收局限在离导线30m以内，传输线架设和维护需花一定代价。

3.3 感应通信技术：

就是利用普通的金属导体，如电线、电缆、钢轨等，与移动电台之间的电磁感应，静电耦合的一种通信方式。它似乎像有线电，又有点像无线电，美其名曰“感应无线电”。通信与普通电台的通信过程十分相似。感应通信系统具有系统组成简单、价格较低、感应线敷设简便(甚至可以用金属管道作为感应线)、无需中继器等优点,是煤矿井下比较受欢迎的一种移动通信方式。它能以较小的发射功率实现较长距离的通信，能同时实现几个方向通信。感应通信系统为减小传输衰减,选择的传输频率较低(一般在2MHz以下)。而煤矿井下在低频段的电磁噪声较大,所以感应电话通话质量在有些矿井不理想，噪声较大。另外，感应线离巷道壁太近时，形成电磁场空间分布的不均匀，引起较大的损耗，影响传输距离。

3.4 井下光纤通信技术：

国际上实用的光纤通信系统是1970年以后才发展起来的。由于光纤通信容量大、中继距离远、防爆性能好、抗干扰能力强，使光纤通信技术及其应用发展很快。1991年我国第一套井下光缆通信系统KT1系统研制成功，成功地解决了井下光缆的接续技术和井下光通信的若干技术难题，填补了井下光通信产品的空白。目前煤矿井下的光纤通信技术已经在许多领域发挥作用。除传统的语音通信外，光纤是监测监控系统中理想的高速信道。光纤通信的低损耗无中继传输优点使光纤工业电视系统成为井下工业电视系统的主导产品。光纤通信技术是一门新兴的正在不断发展的技术。就目前的井下光纤通信系统而言,光通信的许多优越性还有待进一步发挥。光纤通信在煤矿井下通信系统中的地位将会有更大的提高。

3.5 井下PHS通信技术：

PHS是日本开发的网络系统，日本人称之为“个人手持电话系统”（英文缩写PHS，就是我们常说到的个人无绳市话系统），于1995年7月开通运营。PHS井下通信技术与目前应用于井下的其他无线通信系统（包括井下泄漏通信）有完全不同的设计理念。其技术来源于成熟的公众移动通信技术，即PHS系统。经过一定的技术改造后把它移植于煤矿井下，是对传统井下无线通信的突破，有传统井下无线通信不可比拟的技术优势。该系统在现代公众无线通信的高技术平台上开发，系统中各种设备与传统煤田井下通信设备相比有较高的可靠性和性价比，并能够得到生产厂商的长久支持。PHS通信系统作为一个无线传输平台，具有较强的扩展性，平台上可实现高速数据业务、人员定位信息的传送等，为系统的应用提供更大的空间。可同时为煤矿井上、井下提供无线通信服务，在煤矿形成一整套覆盖井上、井下立体的无线移动通讯及生产调度系统。

3.6 蓝牙通信技术：

是一种短距离的无线数据与语音通信的开放性全球技术规范，它最初的目标是取代现有的掌上电脑、移动电话等各种数字设备上的有线电缆连接。使用国际上无需授权的2.4GHz的 ISM 频段，采用了跳频方式来扩展频谱分成79个无线信道。从目前的应用来看，由于蓝牙芯片体积小、功率低、接口标准、成本低，其应用已不局限于计算机外设，几乎可以被集成到任何数字设备之中，特别是那些对数据传输速率要求不高的井下移动设备和便携设备。论文参考。在井下通信时具有很好的抗干扰能力。

除了以上的井下通信技术以外，在实际应用中根据情况还可以采用扩频技术、复用多址技术等技术来提高井下通信的可靠性及安全性。

4　结语

煤矿通信技术正在进入一个新的飞速发展时期，计算机技术、微电子技术的不断突破给这一领域注入了新的活力。地面通信正在向数字化、综合化方向发展，实现语音、数据、图像的综合传输,并且和计算机技术、网络技术、光纤通信技术相结合,构成新型的地面综合调度通信系统。井下通信将进一步应用先进的通信技术，最终构成有线和无线相结合、电缆与光缆相结合、固定和移动相结合、灵活方便、大容量、多信道、多功能的全矿井移动通信网络。展望未来几年,煤矿通信系统将伴随着现代科学技术的飞速发展在许多重要方面有所突破,从而给煤矿通信的面貌带来更大的改变。

参考文献:

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[2]新型无线通信系统在煤矿通信的应用.通信世界. 王满福. 2006

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[4]浅谈煤矿井下通信管理. 燕宪连.煤矿自动化. 1999

[5]扩频通信在煤矿井下通信和安全中的应用. 吴明捷. 煤炭学报.2002

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【关键词】空间光通信;光学系统设计;光学天线;增益;偏轴

0.引言

随着航天技术的不断发展, 目前围绕地球轨道运行着数以千计的各种飞行器, 这些飞行器之间以及飞行器与地面站之间都需要进行通信。庞大的通信数据量给通信系统带来极大的挑战, 同时大量卫星通信地面站的建立也会带来庞大的地面运行、维护费用及大量的地面运行维护人员, 这些都会降低系统的效率、可靠性及保密性。因此, 建立卫星与卫星间的通信链路——中继星及中继链路变得势在必行。相对于传统的通信方式相比，空间光通信的主要优点是：

(1)具有微米级的波束发散角。(2)高数据传输率。(3)体积小、重量轻。(4)架设灵活方便。(5)保密性强。(6)无需申请频率。(7)经济性适用性强。

1.空间光通信中光学天线系统设计

1.1光学系统设计概述

随着科技的飞速发展，光学仪器已普遍应用在社会的各个领域。光学系统作为光学仪器的核心部分，其像质的优劣决定了光学仪器整体质量的好坏。然而，一个好的光学系统是靠好的光学设计去实现的。所以，光学系统设计是实现各种光学仪器的基础。所谓的光学系统设计，就是根据仪器所提出的使用要求，来确定满足各种使用要求的数据，即设计出光学系统的外形体积、重量、性能参数和各光组的结构等。

光学系统设计是20世纪发展起来的一门学科，至今已经历了一个漫长的过程。最初生产的光学仪器是利用人们直接磨制的各种透镜，并把它们按不同情况进行组合，找出成像质量比较好的结构。但这需要花费很长的时间、人力和物力，而且未必能找到满意的结构。所以，后来便用计算的方法代替这过程，即利用“光路计算”或“像差计算”来确定光学系统的结构参数。与实际制作透镜相比，这当然是一个很大的进步，但这样的方法仍然不能满足光学仪器生产的需要。因为光学系统的结构参数与像差之间的关系相当复杂，要找到一个理想的结果，需要经过长期的计算过程。光学系统设计经历了人工设计和光学自动设计两个阶段，实现了由手工计算像差、人工修改结构参数进行设计，到使用电子计算机和光学自动设计程序进行设计的巨大飞跃。

1.2光学系统设计概述过程

(1)根据使用要求制定合理的技术指标。从光学系统对使用要求满足程度出发，制定光学系统合理的技术指标。

(2)光学系统总体设计。这过程的核心是确定光学原理方案和外形尺寸计算，一般都按理想光学系统的理论和计算公式进行外形尺寸计算。

(3)光学部件的设计。一般包括选型、确定初始结构参数和像差校正三个阶段。

(4)长光路的拼接和统算。以总体设计为依据，以像差评价为准绳，来进行长光路的拼接和统算。若结果不合理，则应反复计算并调整各光组的位置和结构，直到达到预期目标为止。

1.3学系统设计软件

常用的光学设计软件有两类，一种用于设计照明系统，另一种用于设计成像系统。常用的照明设计软件有Lightools、Tracepro和ASAP，成像设计软件有 Codev、Zemax和Oslo。

收光学天线，它是空间光通信系统的重要组成部分。发射天线的作用是对光束进行双曲线的实轴，b0为双曲线的虚轴，2c0为双曲线焦距。并运用先进的光学设计软件Zemax对结构进行优化。

1.4光学天线系统的设计要求

光学天线系统的主要设计要求如下：

(1)光学天线有较大的入瞳直径，以便能最大限度地收集来自光源的信号。

(2)天线的成像质量高，斯特列尔比(Strehl Ratio)大于0.8。

(3)天线主、次镜反射率大于95%，透镜透射率大于90%。

(4)光学主天线(卡塞格伦天线)具有低的遮挡率，小于0.4。

(5)系统中所有的光学零件采用的材料质量轻，热膨胀系数小，稳定性高，使用寿命长。

2.卡塞格伦天线子系统的设计

2.1卡塞格伦天线子系统的镜面组合

本系统中的卡塞格伦光学天线采用抛物面镜作主镜，双曲面镜作次镜，且抛物面与双曲面共焦。下面将对抛物面镜和双曲面镜的方程及参数进行介绍。

2.2卡塞格伦天线子系统的成像质量分析

常用的评价方法有：点列图、瑞利判断、斯特列尔(Strehl)判断，点扩散函数(PSF)、光学传递函数(MTF)、波像差、场曲和畸变曲线等。

3.光学天线系统的设计

发射端光学天线的作用是将光源的发散角压缩后再通过发射望远镜进一步准直。接收端光学天线的作用是将接收到的空间激光信号收集并汇聚到光接收器件的有效接收表面光学系统设计的准则是：只要可以满足成像质量要求，设计的系统越简单越好。发射光与接收光利用分色镜隔离，本系统有三条通道：发射通道、实验通道和接收通道。下图为接收光学天线系统的三维仿真图，发射光学天线系统图与其类似。

在接收光学天线系统中，激光束先由接收卡塞格伦天线主、次镜反射后传到双分离透镜，经过双分离透镜准直整形和分色镜透射后的光束发将变窄，然后凹透镜再对光束进一步准直。为了隔离杂散光及背景光，在凹透镜前插入了一个滤波片。经滤波片和分束镜后出来的光束将分成两束光，此时的光束宽度约7.3mm。透射出的光经汇聚后进入实验通道。而为了实现耦合透镜对入射光的要求（光束宽度小于2mm）和提高系统的成像质量，经分束镜反射后的光束先经压缩透镜组整形后再进入耦合透镜。最后以FC/PC光纤引出，进入后面的模块。

4.光学天线系统的测试及性能分析

4.1光学天线系统成像质量分析

系统焦平面成像达到了衍射极限，与卡塞格伦天线子系统的像质比较，光源经过整个系统后的像质更优劣，这是因为经过相对较多的光学元件后，像差得到了更好的校正。

4.2光束发散损耗

随着通信距离、发散角的增加和接收天线主镜口径的减小，由于光束发散引起的损耗越来越大。但是我们从图5-4中可以看出，在相同传输距离下，当接收系统孔径超过10cm时，由接收孔径大小造成的损耗差别很小，并且随着传输距离的增加这种差别会更小。因此，综合损耗因素和系统体积因素，接收孔径一般在10cm～20cm左右。

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论文关键词：通信原理实验　教学改革　教学方法　设计性实验

论文摘要：针对DSP原理与应用课程的特点，从教学内容、教学方法、教学手段和实践教学方面对DSP原理与应用课程的教学改革进行了探索与实践。通过改革，提升了教学效果，激发了学生的创新能力，提高了学生的实际动手能力，为学生毕业后从事DSP相关的工作奠定了良好的基础。

受高校扩招的影响，大学生就业成了各高校普遍面临的一个关键问题。相对地，3G、物联网等通信相关产业具有巨大的人才缺口。通信技术的迅猛发展，电子科技大学实验课程必然要紧密结合当今的科技发展。要抓住机遇，培养具有市场竞争力的专业人才，就要在专业教学过程中着重培养学生的实践能力，成为市场所需要的人才。

实验教学作为高等学校教学工作的重要组成部分，对培养学生的动手能力、分析解决问题的能力、正确的思维方法及严谨的工作作风等方面起着不可替代的作用，它是培养实践型人才的重要途径。基于上述认识，实验课程应与现代科技同步发展，从而制订出实验课教学改革的具体实施方案。

1通信原理实验课程特点

通信原理是通信、电子工程等专业的主干课程之一，是移动通信、光纤通信、卫星通信、计算机通信等后继专业课程的基础，也是许多高校研究生入学考试的课程之一。课程主要讲述信号传输的基本原理、方法和性能，结合实际的有线与无线通信系统的工作原理，使学生系统地了解和掌握现代通信的基础理论和设计思想。该课程内容丰富、理论抽象，对工程数学及其应用能力要求高，从而导致学生学习的难度偏大，很容易“畏难而退”。通过开设通信原理实验课程，使理论与实践的结合，既有助于提高学生的学习兴趣，加强理论知识的掌握，又可以培养学生的动手能力，将大大提升通信工程专业人才的培养质量。

鉴于目前通信原理实验课程的内容单一，以验证性实验为主，效果一般，重新规划通信原理实验课程，从教学资源和教学方法两个方面进行整合改革。

2多种实验平台的整合

基于通信原理课程的特点以及实验设计的目的，实验平台的选择是至关重要的。在现有条件下，适合应用在通信原理实验当中的平台主要有通信原理实验箱、计算机仿真平台以及设计平台。在操作不同类型的通信原理实验过程中，这些平台各有优缺点，应针对各种实验方式的特点进行设计，达到最佳效果。

2.1 实验箱平台

实验箱平台一直是通信原理实验使用的传统教学方式，这种平台对验证性实验比较适用，有利于加深通信原理单个知识点的理解。对实验箱的使用，需着重考虑实验课和理论课的协调配合，避免出现实验内容与理论内容脱节，超前或滞后的方式，针对这一问题，在具体教学中可采用课程组长负责制，由课程组长整体协调理论课和实验课内容，以达到最佳实验效果。

2.2 软件仿真平台

可用于通信原理实验的仿真软件主要有两款：Systemview和Matlab。这两款软件都可进行通信系统的仿真设计与分析，有助于学生构建系统整体概念，是对理论课所学知识的一种综合应用。可让学生自己动手，对常用的模块自己编写文件，从具体模块的实现到整体系统的架构，可很好的加强学生对知识的掌握，有助于培养综合思维能力。

2.3 EDA的实验平台

EDA实验平台相对于传统的通过一些专用集成芯片搭建通信系统的实验方式，可以避免使用种类繁多的专用集成芯片，从而简化了电路。学生用硬件描述语言编写程序，可以在同一可编程逻辑器件上完成各种不同的通信技术，避免了连线的繁琐。并且可以在一个通用的基于EDA的硬件平台上，来实现所有的实验内容。而且要采用EDA技术，学生必须自己在充分掌握实验理论的基础上自己编写程序，这有别于传统实验中学生只需按照实验步骤连接电路甚至不需要了解原理也可以完成实验。这将大大调动学生的创造性和主观能动性，对提高学生的实验兴趣也有很大的帮助。

总体而言，实验平台的选择主要是充分利用学校现有的教学条件，尽量在现有条件下为学生提供更多的实验机会，充分培养学生的实践能力，提高学生的竞争力。

3教学方法和内容的改革

实验开设是否成功和教学方法是分不开的。因此，为了融多种实验平台于通信原理的实验教学中，必须对传统的实验教学方法及内容进行相应的改革。从单一的验证性实验向多种实验模式相结合转变，从仅1个学期的单一通信原理实验，向穿插于整个大学时期的多种方式的混合实验课程转变。充分利用现有实验条件，将通信原理实验内容调整为验证性、综合性和创新性实验3部分。

3.1 验证性实验

验证性实验的关键是与理论知识的紧密结合，辅助学生理解掌握理论知识，因此从实验时间、实验方式、实验内容的安排上都应与理论课相协调，才能达到最好的实验效果。因此在验证性实验的改革调整中应贯穿这一原则，以期找到最佳的实验方案。针对这一情况，对验证性实验的教学内容以及实验方式进行改革。

(1)实验内容：验证性实验课应与理论课同步进行，紧密结合，实验时间应与理论课的主讲教师协调，灵活调整。实验内容应配合理论课的教学需要，着重对理论理解中的重点和难点进行实验，通过实验加强学生对理论知识的理解掌握。

(2)实验方法：可以采用学生动手和教师演示相结合的方式进行。学生以实验箱进行仿真实验为主，教师上课的过程可辅助以Matlab仿真结果，以加强学生对理论知识的理解掌握。实验箱除了验证通信原理理论知识外，还和通信原理知识的实际应用结合起来，譬如它还会要求学生对通信信号的时延和同步等问题进行分析，为实际通信电路的设计奠定较好的基础。

3.2 综合性实验

综合性实验的关键是让学生构建完整的通信系统概念，能将所学知识连贯起来，综合应用。因此在综合性实验的改革调整中应贯穿这一原则，以期找到最佳的实验方案。

(1)实验内容：综合性实验强调对通信系统整体的掌握。学生在理论课和验证性实验课上学习了通信系统各组成模块的内容，通过综合性实验，将信号的调制解调、编码解码、复用解复用、信道、滤波等多个环节结合在一起，构架一个完整的通信系统，完成信号的传输，培养综合运用能力。

(2)实验方法：以实验箱和仿真实验相结合的方式进行。对于一些简单的综合系统，可以利用实验箱完成，让学生利用之前做过验证性实验的模块，搭建一些简单的通信系统。对于大型通信系统，实验箱无法完成就可以采用软件仿真的方式进行。其中Systemview软件平台对设计综合性实验具有操作简单、贴切实际的硬件实现。因此，对大型的难度较大的通信系统，可以建议学生采用这个平台。但是对系统架构较简单的数字通信系统，建议学生采取Matlab的模块仿真加EDA设计进行操作，EDA实验平台对数字通信系统有很好的优势，也是结合实际工程设计的要求来进行。

3.3 设计性实验

通信原理课程的设计性实验主要目的是将理论与实际相结合，让学生根据给定的技术要求实现一些简单的通信模块，为以后的实际工作预演。

(1)实验内容：主要是按照要求的技术指标，设计实现具有一定功能的通信模块，比如实现一个用于普通电话机的话音信号编码器，或者实现一个具有一定增益要求的放大器等。

(2)实验方法：模块仿真和EDA设计相结合。当前在实际通信模块产品开发过程中，大多采用Matlab仿真加EDA或DSP设计工具实施，其中DSP工具对普通高等学校的学生来说难度较大，因此一般可考虑采用EDA设计工具，条件允许的情况下可为学生提供EDA和DSP两种平台，学生可以按照个人的兴趣自愿选择设计手段。譬如卷积编码模块的设计性实验，可以采用Matlab对确定的卷积编码器进行功能仿真，如果仿真和理论分析结果一致，则说明设计思路正确。在这基础上，再采用EDA开发系统或DSP开发系统对卷积编码器进行系统选型、实验和测试，并对其运行速率等性能进行分析，以便重新设置参数，进一步提高它的性能等。该实验过程可以缩短开发流程，降低开发成本，可以使学生掌握实际工程的设计方法，能更好地为今后的学习和工作做准备。

(3)教学安排：这部分实验不在实验教学学时内安排，目前主要以两种形式开展，一是作为毕业设计，二是在高年级开设专门的设计性实验课程，此时学生相关的软硬件知识已经学习了，通过设计性实验可以将各种知识整合，综合利用。在整个设计性实验过程中，实验室对学生全天候开放，学生可以在课余时间来实验室进行设计、制作和调试。此时学生没有其他因素干扰，可专心投入，收获较大，且对后面的就业非常有利。

设计性实验是偏重于应用的实验，通过实验过程，使学生具备一定的实践能力和创新能力，使实验教学真正成为培养学生实践能力的重要环节。

4结束语

针对目前通信原理实验仅采用实验箱进行验证类实验，实验方式单一，效果较差，未充分利用现有的实验条件的情况，将多种类型的实验平台进行整合，在学院及系里教学规划和实验经费允许的情况下，将课程内容调整为验证性、综合性和创新性实验3部分，使实验内容既配合理论课程的教学，又与现代通信技术同步发展，使实验课程的教学从内容到形式上都有较大改观。

总之，通过采取多种实验模式相结合的灵活教学方法，最终目的只有一个，就是希望使学生经过大学4年的学习，成为具有扎实理论基础、较强动手能力的高素质人才，同时又具有较强的市场竞争力。

参考文献

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论文摘要:根据市场营销理论和公司经营战略，研究了高新技术公司营销的特点。通过对中国光谷高科技公司营销战略的实证分析，阐明了高科技公司在不同的时间和空间，面对不同的竞争对手，只有采取差异化营销策略，才能在市场中站稳脚跟和保持竞争优势。

随着我国经济迅速发展，产业结构不断调整升级，高科技产业从20世纪90年代起，走上了蓬勃发展的道路。以激光加工产业为例，其规模从1990年的1 200万元发展到2008年的59亿元，10年增长了500多倍。但自2000年以来，随着市场的发展，竞争变得越来越激烈。尽管高科技产业生产高附加值的产品，但一些企业为了能够在市场竞争中保留一席之地，不得不采取控制生产成本和降低利润的方针，而另外有许多公司开始注重制定合理的经营战略和营销措施。

1市场营销

市场营销是研究买方的需求，组织自己的经营活动，达到既定的经营目标。美国著名市场营销专家KOTLER认为，市场是由特定的需求和欲望组成的，通过交换，这种需求完全可以得到满足，欲望可以得以实现。

但是市场消费者的需求表现为异质化，任何规模的企业都无法生产出满足所有消费者需求的产品，因此，要根据需求的差异性进行市场细分。通过细分，了解市场的竞争情况，开发适销对路的产品。

因此，每家公司都应该根据公司的经营规模、生产的产品和客户群体制定一条适合自己公司发展的营销战略。

2高新技术公司营销的特点

高新技术产品的营销是高科技公司通过对顾客需求的研究和对市场竞争情况的了解，确定其经营的目标，制定适合自己发展的营销方案困。

高科技公司的产品具有高技术、高附加值的特点，投资的比重逐年上升。因此，一方面，产品研发的投人费用大;另一方面，产品利润高。高科技产品的后一个特点使得产品市场呈现巨大的潜力。经济人的行为是具有趋利性的，因此，会有许多商家投人高科技产品的生产制造，产业规模大，发展速度趋缓，从而很快形成竞争市场;市场的迅速成熟，使得产品的周期变短，对产品技术创新的要求高。

另外，从市场分层而言，高科技产品瞄准的除个人用户群体外，公共采购市场也占有很大的比例，如芯片生产商主要客户群是政府机关、公共交通、学校、银行和国有企业;光纤电缆主要是中国电信等。公共采购市场并不是封闭式的，而是开放的，也存在着竞争。

因此高科技产品市场具有较强竞争性，市场的运转取决于供求关系比和性价比。

也正是由于剧烈的竞争，使得许多高新技术公司不得不面临来自同质产品在技术和价格方面的挑战。因此，除了垄断部门以外，所有的高新技术公司都必须制定灵活有效的经营战略，以便在竞争市场中保持产品的优势。为此，有些公司通过控制成本，降低售价，保持竞争优势;有些扩大生产，通过规模效应保持产品优势;有些通过技术创新，不断向市场推出新产品，保持品牌优势。

高新技术公司营销实际上是在价格、市场规模和技术创新等方面做文章，不同的公司根据公司的规模、产品和经验策略，采取不同的经营战略和营销方法。

武汉迈立特光通信有限公司、武汉爱劳高科技有限责任公司和武汉安凯电缆有限公司都是高新科技企业，3家公司所采用的不同营销谋略值得思考。

3中国光谷高新科技公司营销战略

3.1公司简介

武汉东湖高新技术开发区有500多家高新技术公司，每年都有企业因为经营不善或战略失误而退出市场。有些公司采取了适合自己公司发展的经营战略和营销手段，在竞争市场中占据了一席之地。武汉迈立特光通信有限公司，武汉爱劳高科技有限责任公司和武汉安凯电缆有限公司就是这样的企业。

武汉爱劳高科技有限责任公司是民营企业，创办于1990年，经营用于公共建筑的防雷电产品。主要客户是油库、水库、大坝工程和通信公司。

武汉迈立特光通信有限公司是中国船舶重工集团722所下属的科技开发公司，成立于2001年，依托722所技术创新能力，生产、经营铁路和公路网络的通信系统，用于地铁、轻轨、公路和桥梁等公共工程。

武汉安凯电缆有限公司是荷兰DRAKA集团与武汉长江光通信产业有限公司等于1999年联合创办、生产、经营光纤电缆的中外合资公司。

3. 2爱劳的技术创新

爱劳1990年创办时，瞄准公共采购这块蛋糕，因为许多公共工程都需要防雷电装置。但在当时，一方面，防雷电产品市场基本由国有企业垄断，另一方面，爱劳作为一家小型的民营企业，还没有赢得市场的信任，因此它的订单相对较少。由于公司是第一家用半导体材料生产SB一III型半导体消雷器的，因此获得的利润较大。当时避雷针的单位生产成本为3万元/件，而市场的销售价格是20万元/件。

凭借先进半导体技术和材料的成本优势，加上灵活的生产经营方式，公司很快赶上和超过技术发展滞后的国有企业，逐渐占领市场，并成为最大的销售厂家。它在1991一1995年间，占领3/4的市场份额，年产值平均为3千万元。新技术使爱劳不仅打破市场的垄断，而且成为市场领头军。

1994年，浙江沿海的民营企业也开始争夺防雷产品市场，其中许多公司和爱劳一样，使用半导体技术材料生产防雷产品。另外它们的生产规模和组织结构都与爱劳相似，具有一定的技术优势和成本优势。几年前曾占有70%市场份额的爱劳公司只剩下30%的市场份额。

面对市场竞争的压力和对手的打压，爱劳公司很快调整了战略，决定使用在当时被认为相当超前的技术，即采用半导体少长针消雷技术生产新的防雷装置。首先这项技术能够将高大建筑物的雷击次数减少75 %，并可降低雷击产生的二次效应;其次爱劳产品开始注重整体防雷的作用。

新产品投人市场，立刻受到水力发电站等公共工程客户的欢迎，因为长期以来大型公共工程还没有使用过整体的雷电防护技术。新产品的畅销，使爱劳的市场占有率在1995年迅速恢复，并且达到80%，年产值近5千万元。从1995到1998年，连续3年平均年产值为4千万元。

从1999年起，爱劳在半导体少长针消雷技术产品上又遇到许多竞争对手，它们将爱劳的市场份额挤压到只剩下20%。于是，爱劳于2000年开始调整经营战略，一方面实行多元化战略，将经营扩展到医疗器械和生物化学制品等领域，另一方面保持在雷电防护产品方面的优势，将过去单一的生产和经营拓展到研发和技术服务等领域，并且开始进人通信市场的防雷电技术，目标市场是移动和联通公司的移动通信网络的基站防雷。

3. 3迈立特的差异化营销

迈立特是722研究所一家下属的、具有较强军品研发能力的科技开发公司，生产和经营非军用科技产品，主要从事通信传输及接人设备、开关电源产品的研发、生产、销售和服务。它所研究出的Melit光纤综合业务传输网和无线视频监控系统等通信产品，成功地将先进的舰船通信军用技术转化并应用于民用领域，产品以其独特的性能，填补了专网通信领域的空白。

在电信市场中，有公共网和专网两种网络。公共网指具有大量手机用户的中国移动和中国联通的电信网络;专网是机场、码头、轻轨、地铁、公路桥梁和居民小区需要的通信网络。

作为2001年才起步的一家高科技开发公司，迈立特在成立伊始就确定了自己的营销战略:实施差异化经营方针，用自己研究的通信传输和无线视频监控技术开发专网市场。这种差异化的战略使得公司当年实现产值8千万元。

迈立特通过对自己的竞争优势和比较优势进行理性的分析，最后选择专网作为经营的目标，主要有3个原因:①它于2001年创办，起步时间较晚，而公共网已经运营数10年，它不可能与有50多年经营历史的中国电信比较，不可能很快获得一定的知名度而被市场认可。②它的规模较小。它是722研究所下属的小公司，只有100多名员工，无法与拥有10万职工的中国联通相提并论。③迈立特在充分认识到自己软肋的同时，也了解到自己在专网方面所具有的技术完全可以与华为及烽火集团这样的大型企业媲美，而在方案选择、技术管理和服务保障方面，迈立特作为军工出生的企业，更具有优势。

在2001年大连轻轨招标中，迈立特面对的是包括年产值超过10亿元的华为和烽火集团等6个竞争对手。第一轮竞标之后，迈立特技术得分排名第一。在第二轮竞标中，它的主要竞争对手是中国光纤技术的龙头老大烽火集团。尽管迈立特的报价高于所有的竞争对手，但最后还是人选。

迈立特成功夺标的因素有许多，最主要的是市场定位准确。在6家投标公司中，除迈立特外，其他5家都在公共网经营多年，而专网并不是其主攻产品。迈立特抓准这一点，制定了详细和完整的标书，并非常专业地介绍了各个标段的工程进度、控制流程和工艺技术。这种源于军工的专业管理技术是迈立特公司具有的绝对竞争优势，也是制胜的法宝。

另外，在投标前，公司曾经多次参加大连轻轨项目召开的研讨会，并在会上就有关技术问题提出了自己的构思和设想，引起了项目的监理单位北京地铁和北京城市设计院的注意。之后，公司就技术问题，也与监理单位多次交换意见和沟通。这也是公司能够战胜对手的原因。

3. 4安凯的提高销t和降低价格

作为中外合资企业，安凯在光纤电缆产生上有着技术优势。它凭借SZhmax⑧生产工艺，几乎垄断了中国移动和中国联通两个市场。技术领先是安凯公司迅速占领并垄断市场的主要原因，公司在成立一年后，即2000年销售了1 600 km的光缆，实现产值9. 8千万元。到2001年，实现销售2 358 km的光缆，产值1. 1亿元。

从2001年到2004年间，公司分别销售了2 358 ，2 936 ，3 854和6 230 km的光缆。尽管公司的销量在持续增加，但是公司的产量和产值并不成正比。其原因是从2002起，公司遇到来自江苏恒通电缆集团和珠海汉胜科技股份有限公司两家民营企业的竞争。2000年成立的两家企业生产和经营与安凯同类型的产品，并于2001年开始小批量地投放市场。因此，尽管安凯感到了一定的竞争压力，但是其销售价格保持原有的水平，销量和产值与200()年相比仍有一定增加。

到了2002年，安凯电缆销售3 000 km，而产值却与2000年持平，仅为9 800万元，与前两年相比，产值和销量不能成正比。这是因为竞争对手恒通和汉胜以更低价格向同质市场投放了大批量的产品，从而打破了安凯在市场上的垄断地位，迫使它采取跟随政策，降低产品售价。

其实，安凯在2001年就进行了市场调查，预计到两家竞争对手一定会加大投放量和降低价格与安凯竞争。于是它采取了将销量提高100%和销售价格降低一半的战略，以便保持竞争优势和保住市场份额。应该说，尽管与前两年相比，安凯受到竞争的威胁，但还是存在一定的利润空间。

安凯 2003和2004年电缆的销量为4 000 km和6 000 km，与前一年相比增长了50%，但是两年的产值分别为1.04亿元和1. 1亿元，增长幅度几乎为零。应该说，两家竞争对手在继续扩大销量和降低价格，迫使安凯采取提高产量和降低售价的策略，以保持住市场份额和边际。

武汉安凯电缆有限公司2000一2004年销量和产值比如图1所示。2000年与2002年和2002年与2004年的两个年度销量和产值的比较，更能够说明安凯公司增加产量和降低价格保市场份额的战略。

尽管产值逐年下降，边际递减，但是安凯面对竞争对手所采取的增加销量和降低价格的战略还是让它在市场中保持住一定的地位，而不像一些同类企业被市场淘汰。

4结论

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