光通信技术论文范文

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1类平衡探测-正交频分复用技术

类平衡探测-正交频分复用技术（QBD-OFDM）结合类平衡探测编码技术和OFDM技术[14]。OFDM信号数据被分为多个数据块，每个数据块有两个符号的数据。在相同的数据块，第二个符号中的信号是和第一个符号中的信号在运算符号上是相反的。经过理论推导，发现二阶互调制失真、直流电流、可以完全消除，而且接收机的灵敏度可以提高3dB，因此可以提高信噪比。我们采用QBD-OFDM技术，实现了可达到2.1Gb/s实际物理数据速率，并使传输距离达到2.5m。图1为所提出的QBD-OFDM实验的原理。实验中，QBD-OFDM信号由任意波形发生器（AWG）产生，经过低通滤波（LPF）、电放大器（EA）和偏置树（BiasTee）后调制到红绿蓝发光二极管（RGB-LED）不同颜色的芯片上。经过自由空间传输后，在接收端由棱镜聚光后，用滤光片将3个波长的光分开，最后采用雪崩光电二极管（APD）探测器接收。然后进行后端的均衡与解调算法处理。结合波分复用（WDM）和类平衡探测子载波复用，很好地利用了多色LED的波分复用，提供了更多的传输信道。利用类平衡探测技术很好地避免了OFDM提供更多子载波时的峰均功率比（PAPR）限制，有效提升了多色LED传输速度，提高了系统误码率（BER）性能，同时增加了可见光通信的传输距离。图2给出QBD-OFDM技术和直接探测光正交频分复用（DDO-OFDM）技术的对比。两个子信道带宽为，Sub1：6.25~56.25MHz，Sub2：56.25~106.25MHz。每个子信道对应的调制阶数分别为，红光：256正交幅度调制（256QAM）和128正交幅度调制（128QAM），绿光：128QAM和64QAM，蓝光：128QAM和128QAM。因此，红光、绿光和蓝光的数据速率分别为750Mb/s、650Mb/s和700Mb/s，总数据速率达到2.1Gb/s，实验距离可以达到2.5m。在距离为0.5m时，红绿蓝3色对应的Sub1、Sub2两个子信道的BER提升为25.6dB、31dB、30.3dB、25.8dB、21.8dB和19.3dB。当可见光通信系统的通信距离增加时，系统误码率会增加，这是因为距离增加导致系统接收到的光信号减弱，系统信噪比降低，误码率增加。继续增加距离会使BER超过前向纠错码的门限，为使距离增加，就要使系统的传输速率降低。蓝光LED采用QBD-OFDM和DDO-OFDM的对应的Sub1、Sub2两个子信道的星座图如图2（d）的（i）、（ii）、（iii）和（iv）所示。

2无载波幅相调制技术

无载波幅度相位调制（CAP）是正交幅度调制的一个变种多阶编码调制技术，可以使用模拟或数字滤波器，实现灵活的子带划分和高阶调制，减少了计算的复杂性和系统结构，在数字用户线路有着广泛的应用。无载波幅相调制信号可以表示如下:s(t)=a(t)?fI(t)-b(t)?fQ(t)（1）这里a（t）和b（t）是I路和Q路的原始比特序列经过编码和上采样之后的信号。fI(t)=g(t)cos(2πf)ct和fQ(t)=g(t)sin(2πf)ct是对应的整形滤波器的时域函数，它们形成一对希尔伯特变换对。假设传输信道是理想的，在接收机端两个匹配滤波器的输出可以表示如下：这里mI(t)=fI(-t)和mQ(t)=fQ(-t)是对应的匹配滤波器的脉冲响应。利用对应的匹配滤波器在接收端就可以解调出原始信号。我们采用了无载波幅相调制技术，结合先进预均衡与后均衡算，后均衡算法采用改进级联多模算法（CMMA），实现了1.35Gb/s可见光传输系统实验[15]。实验原理图和实验装置图如图3所示。图4（a）到图4（c）为采用改进CMMA均衡算法所测得BER和距离的关系。实验中，每个波长上采用频分复用技术，将不同用户的信号分别调制到3个子载波上，每个子载波调制信号带宽为25MHz，调制阶数为64QAM，因此每个子载波的传输速率为150Mb/s，每个波长的传输速率为450Mb/s。在发射和接收的距离为30cm时，经过波分复用后该系统总的传输速率达到1.35Gb/s。图4（d）对比了CMMA和改进CMMA的性能，改进CMMA性能要优于CMMA，尤其是在第3个子带更为明显。

3频域均衡单载波调制技术

基于频域均衡的单载波调制技术（SC-FDE）是基于单载波的高频谱效率调制技术，该调制技术频谱效率和OFDM一致，复杂度一致。可见光通信系统是一个非线性非常严重的系统，OFDM存在PAPR的缺点，高PAPR对于可见光系统是一个非常大的缺点，而SC-FDE相比于OFDM具有一定优势，因为SC-FDE拥有更小的PAPR，其调制/解调原理如图5所示。SC-FDE调制技术和OFDM过程基本一致，但SC-FDE技术把IFFT变换从系统发射端移到了系统接收端。采用SC-FDE技术，使用RGB-LED波分复用技术和高阶调制格式，并在频域采用预均衡和后均衡技术，可以在LED3dB带宽只有10MHz的条件下取得3.25Gb/s的速率[16]。如图6（a）所示。该速率是在发射和接收距离小于1cm条件下测得，预均衡后的带宽为125MHz，红光和绿光都采用512QAM，蓝光则采用256QAM。图6（b）、图6（c）和图6（d）分别为红绿蓝3色BER与距离的关系，并给出了每种颜色光有无预均衡的性能对比。

4结束语

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笔者认为,光纤通信技术尚有很大的发展空间,今后会有很大的需求和市场。主要是:光纤到家庭FTTH、光交换和集成光电子器件方面会有较大的发展。在此主要讨论光纤通信的发展趋势和市场。

光纤通信的发展趋势

1、光纤到家庭(FTTH)的发展

FTTH可向用户提供极丰富的带宽,所以一直被认为是理想的接入方式,对于实现信息社会有重要作用,还需要大规模推广和建设。FTTH所需要的光纤可能是现有已敷光纤的2～3倍。过去由于FTTH成本高,缺少宽带视频业务和宽带内容等原因,使FTTH还未能提到日程上来,只有少量的试验。近来,由于光电子器件的进步,光收发模块和光纤的价格大大降低;加上宽带内容有所缓解,都加速了FTTH的实用化进程。

发达国家对FTTH的看法不完全相同:美国AT&T认为FTTH市场较小,在0F62003宣称:FTTH在20-50年后才有市场。美国运行商Verizon和Sprint比较积极,要在10—12年内采用FTTH改造网络。日本NTT发展FTTH最早,现在已经有近200万用户。目前中国FTTH处于试点阶段。

FTTH[遇到的挑战:现在广泛采用的ADSL技术提供宽带业务尚有一定优势。与FTTH相比:①价格便宜②利用原有铜线网使工程建设简单③对于目前1Mbps—500kbps影视节目的传输可满足需求。FTTH目前大量推广受制约。

对于不久的将来要发展的宽带业务,如:网上教育,网上办公,会议电视,网上游戏,远程诊疗等双向业务和HDTV高清数字电视,上下行传输不对称的业务,AD8L就难以满足。尤其是HDTV,经过压缩,目前其传输速率尚需19.2Mbps。正在用H.264技术开发,可压缩到5～6Mbps。通常认为对QOS有所保证的ADSL的最高传输速串是2Mbps,仍难以传输HDTV。可以认为HDTV是FTTH的主要推动力。即HDTV业务到来时,非FTTH不可。

FTTH的解决方案:通常有P2P点对点和PON无源光网络两大类。

F2P方案一一优点:各用户独立传输,互不影响,体制变动灵活;可以采用廉价的低速光电子模块;传输距离长。缺点:为了减少用户直接到局的光纤和管道,需要在用户区安置1个汇总用户的有源节点。

PON方案——优点:无源网络维护简单;原则上可以节省光电子器件和光纤。缺点:需要采用昂贵的高速光电子模块;需要采用区分用户距离不同的电子模块,以避免各用户上行信号互相冲突;传输距离受PON分比而缩短;各用户的下行带宽互相占用,如果用户带宽得不到保证时,不单是要网络扩容,还需要更换PON和更换用户模块来解决。(按照目前市场价格,PEP比PON经济)。

PON有多种,一般有如下几种:(1)APON:即ATM-PON,适合ATM交换网络。(2)BPON:即宽带的PON。(3)OPON:采用通用帧处理的OFP-PON。(4)EPON:采用以太网技术的PON,0EPON是千兆毕以太网的PON。(5)WDM-PON:采用波分复用来区分用户的PON,由于用户与波长有关,使维护不便,在FTTH中很少采用。

发达国家发展FTTH的计划和技术方案,根据各国具体情况有所不同。美国主要采用A-PON,因为ATM交换在美国应用广泛。日本NTT有一个B-FLETts计划,采用P2P-MC、B-PON、G-EPON、SCM-PON等多种技术。SCM-PON:是采用副载波调制作为多信道复用的PON。

中国ATM使用远比STM的SDH少,一般不考虑APON。我们可以考虑的是P2P、GPON和EPON。P2P方案的优缺点前面已经说过,目前比较经济,使用灵活,传输距离远等;宜采用。而比较GPON和EPON,各有利弊。GPON:采用GFP技术网络效率高;可以有电话,适合SDH网络,与IP结合没有EPON好,但目前GPON技术不很成熟。EPON:与IP结合好,可用户电话,如用电话需要借助lAD技术。目前,中国的FTTH试点采用EPON比较多。FTTH技术方案的采用,还需要根据用户的具体情况不同而不同。

近来,无线接入技术发展迅速。可用作WLAN的IEEE802.11g协议,传输带宽可达54Mbps,覆盖范围达100米以上,目前已可商用。如果采用无线接入WLAN作用户的数据传输,包括:上下行数据和点播电视VOD的上行数据,对于一般用户其上行不大,IEEES02.11g是可以满足的。而采用光纤的FTTH主要是解决HDTV宽带视频的下行传输,当然在需要时也可包含一些下行数据。这就形成“光纤到家庭+无线接入”(FTTH+无线接入)的家庭网络。这种家庭网络,如果采用PON,就特别简单,因为此PON无上行信号,就不需要测距的电子模块,成本大大降低,维护简单。如果,所属PON的用户群体,被无线城域网WiMAX(1EEE802.16)覆盖而可利用,那么可不必建设专用的WLAN。接入网采用无线是趋势,但无线接入网仍需要密布于用户临近的光纤网来支撑,与FTTH相差无几。FTTH+无线接入是未来的发展趋势。

2、光交换的发展什么是通信?

实际上可表示为:通信输+交换。

光纤只是解决传输问题,还需要解决光的交换问题。过去,通信网都是由金属线缆构成的,传输的是电子信号,交换是采用电子交换机。现在,通信网除了用户末端一小段外,都是光纤,传输的是光信号。合理的方法应该采用光交换。但目前,由于目前光开关器件不成熟,只能采用的是“光-电-光”方式来解决光网的交换,即把光信号变成电信号,用电子交换后,再变还光信号。显然是不合理的办法,是效串不高和不经济的。正在开发大容量的光开关,以实现光交换网络,特别是所谓ASON-自动交换光网络。

通常在光网里传输的信息,一般速度都是xGbps的,电子开关不能胜任。一般要在低次群中实现电子交换。而光交换可实现高速XGbDs的交换。当然,也不是说,一切都要用光交换,特别是低速,颗粒小的信号的交换,应采用成熟的电子交换,没有必要采用不成熟的

大容量的光交换。当前,在数据网中,信号以“包”的形式出现,采用所谓“包交换”。包的颗粒比较小,可采用电子交换。然而,在大量同方向的包汇总后,数量很大时,就应该采用容量大的光交换。目前,少通道大容量的光交换已有实用。如用于保护、下路和小量通路调度等。一般采用机械光开关、热光开关来实现。目前,由于这些光开关的体积、功耗和集成度的限制,通路数一般在8—16个。

电子交换一般有“空分”和“时分”方式。在光交换中有“空分”、“时分”和“波长交换”。光纤通信很少采用光时分交换。

光空分交换:一般采用光开关可以把光信号从某一光纤转到另一光纤。空分的光开关有机械的、半导体的和热光开关等。近来,采用集成技术,开发出MEM微电机光开关,其体积小到mm。已开发出1296x1296MEM光交换机(Lucent),属于试验性质的。

光波长交换:是对各交换对象赋于1个特定的波长。于是,发送某1特定波长就可对某特定对象通信。实现光波长交换的关键是需要开发实用化的可变波长的光源,光滤波器和集成的低功耗的可靠的光开关阵列等。已开发出640x640半导体光开关+AWG的空分与波长的相结合的交叉连接试验系统(corning)。采用光空分和光波分可构成非常灵活的光交换网。日本NTT在Chitose市进行了采用波长路由交换的现场试验,半径5公里,共有43个终端节,(试用5个节点),速率为2.5Gbps。

自动交换的光网,称为ASON,是进一步发展的方向。

3、集成光电子器件的发展

如同电子器件那样,光电子器件也要走向集成化。虽然不是所有的光电子器件都要集成,但会有相当的一部分是需要而且是可以集成的。目前正在发展的PLC-平面光波导线路,如同一块印刷电路板,可以把光电子器件组装于其上,也可以直接集成为一个光电子器件。要实现FTTH也好,ASON也好,都需要有新的、体积小的和廉价的和集成的光电子器件。

日本NTT采用PLO技术研制出16x16热光开关;1x128热光开关阵列;用集成和混合集成工艺把32通路的AWG+可变光衰减器+光功率监测集成在一起;8波长每波速串为80Gbps的WDM的复用和去复用分别集成在1块芯片上,尺寸仅15x7mm,如图1。NTT采用以上集成器件构成32通路的OADM。其中有些已经商用。近几年,集成光电子器件有比较大的改进。

中国的集成光电子器件也有一定进展。集成的小通道光开关和属于PLO技术的AWG有所突破。但与发达国家尚有较大差距。如果我们不迎头赶上,就会重复如同微电子落后的被动局面。

光纤通信的市场

众所周知,2000年IT行业泡沫,使光纤通信产业生产规模爆炸性地发展,产品生产过剩。无论是光传输设备,光电子器件和光纤的价格都狂跌。特别是光纤,每公里泡沫时期价格为羊1200,现在价格Y100左右1公里,比铜线还便宜。光纤通信的市场何时能恢复?

根据RHK的对北美通信产业投入的统计和预测,如图2.在2002年是最低谷,相当于倒退4年。现在有所回升,但还不能恢复。按此推测,在2007-2008年才能复元。光纤通信的市场也随IT市场好转。这些好转,在相当大的程度是由FTTH和宽带数字电视所带动的。

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【关键词】光纤光缆技术发展

一、光纤技术发展的特点

1.网络的发展对光纤提出新的要求

(1)扩大单一波长的传输容量。目前，单一波长的传输容量已达到40Gbit/s，并进行160Gbit/s的研究。40Gbit/s以上传输对光纤的PMD提出一定要求。(2)实现超长距离传输。无中继传输是骨干传输网的理想，目前一些公司已采用色散齐理技术，实现2000-5000km的无电中继传输;有的采用拉曼光放大技术，更大地延长光传输距离。(3)适应DWDM技术的运用。目前运用32×2.5Gbit/sDWDM系统，该系统对光纤的非线性指标提出了更高要求;ITU-T对光纤的非线性属性及测试方法的标准(G.650.2)已完成，对光纤的有效面积提出相应指标，对G.655光纤的非线性特性会有改善。

2.新型光纤产品的不断出现

(1)用于长途通信的新型大容量长距离光纤。康宁公司推出的PureModePM系列新型光纤，利用了偏振传输和复合包层，用于10Gbit/s以上的DWDM系统中，很适合于拉曼放大器的开发与应用。Alcatelcable推出的TeralightUltra光纤，已有传输100km长度以上单信道40Gbit/s、总容量10.2Tbit/s的记录。一些公司开发负色散大有效面积的光纤，提高了非线性指标的要求，简化了色散补偿方案，在长距离无再生传输和海底光缆长距离通信中效果很好。

(2)用于城域网通信的新型低水峰光纤。在城域网设计中，要考虑简化设备、降低成本和非波分复用技术应用的可能性。低水峰光纤在1360-1460nm的延伸波段使带宽被大大扩展，使CWDM系统被优化，增大了传输信道、增长了传输距离。一些城域网设计，要求光纤的水峰低和具有负色散值，可抵消光源光器件的正色散，可组合运用这种负色散光纤与G.652光纤或G.655标准光纤，利用它来做色散补偿，避免色散补偿设计，节约成本。

(3)用于局域网的新型多模光纤。随着局域网、用户住地网的高速发展，大量综合布线系统采用多模光纤代替数字电缆，多模光纤市场份额逐渐加大。选用多模光纤，是因为局域网传输距离较短，虽然多模光纤比单模光纤价格贵50%-100%，但它所配套的光器件可选用发光二极管，价格比激光管便宜，且多模光纤有较大的芯径与数值孔径，易连接与耦合，相应的连接器、耦合器等元器件价格也低。ITU-T至今未接受62.5/125μm型多模光纤标准，因局域网发展的需要，它仍然得到了广泛使用。而ITU-T推荐的G.651光纤，即50/125μm的标准型多模光纤，其芯径较小、耦合与连接困难一些。针对此问题，有的公司进行了改进，研制出新型的5O/125μm光纤渐变型(G1)光纤，区别于传统的50/125μm光纤纤芯的梯度折射率分布，将带宽的正态分布进行了调整，以配合850nm和1300nm两个窗口的运用。

3.光缆技术发展的特点

(1)光缆结构使用网络环境有明确的光纤类型选择，如干线网光纤、城域网光纤等，这决定了大范围内光缆光纤传输特性的要求，具体运用的条件，还有可依据的细分的标准及指标。(2)光缆结构除考虑光缆使用环境条件外，与其施工和维护方法有关，必须统一考虑，配套设计。(3)光缆新材料的出现，促进了光缆结构改进，如干式阻水料、纳米材料、“干缆芯”式、生态光缆、海底和浅水光缆、微型光缆、全介质自承式光缆、架空地线光缆等的采用，使光缆性能有明显改进。

二、光纤光缆技术发展值得思考的问题

1.积极创新开发具有自主知识产权的新技术。1997年以来，国内光通信核心技术专利是90件，自主申请的有9件。作为世界第二光缆大国，应该把开发具有自主知识产权的技术，作为工作的重中之重，争取创造更多的光纤光缆专利。

2.开发具有先进技术水平、与使用环境、施工技术相配套的新产品。光缆的结构依赖于使用的环境条件和施工的具体要求，今后，光缆建设的重点将会随着接入网、用户住地网的建设不断展开，新一代的光缆结构和施工技术会基于，如微型光缆、吹入或漂浮安装，及迷你型微管或小管系统的全套技术，有一系列新的变化，充分利用有限的敷设空间。目前我国创新的成份太少，在接入网、用户住地网中，多采用一些国产的光电缆产品。

3.利用已有设备和技术，改善HYA市话电缆的相应特性，为数字业务提供更好的服务。对于已经敷设的铜电缆，只能在现有条件下，利用其特性开通数字新业务。现有的HYA电缆，虽然可开通ADSL等一些新业务，但容量有限，当ADSL数量增大到一定限度后会出现干扰问题，影响以前开通的业务。因此，对新敷设的铜电缆，希望能提出一些新的宽带指标要求，为将来开通更多的新业务作好准备。

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1.1通过设计Mach-Zehnder调制器的偏置电压可以产生强度和相位调制信号及RZ信号。其工作原理是利用两个平行偏振的调相波合成实现调制功能[2]，其结构如图1所示。在LiNbO3衬底上制造一对平行的条形波导，波导两端各连接一个分支波导，构成调制臂，条形波导的中间和两侧各有一对表面电极。输入的光信号分成两束，分别进入Mach-Zehnder调制器的两个调制臂，对两个调制臂施加电压后，波导的折射率随电压大小而变化，引起附加相移，使得两束光在输出端发生干涉。通过控制施加在调制臂上的电压大小即可实现对光信号的调制。Mach-Zehnder调制器的调制公式如下。式中，Vπ代表调制器工作时光强由最大变为最小所需的开关电压，又称为半波电压。

1.2NRZ码与RZ码光信号的码型分为非归零码和归零码2种。NRZ是占空比为100%的码型，通过对半导体激光器的外调制或直接调制即可产生NRZ码，实现简单。但NRZ码受光纤非线性效应的影响较大，带宽受器件特性的限制，在接收端容易出现误码，仅适于在低速率、短距离的系统中使用。目前，NRZ在光接入网和城域网中应用较为广泛。NRZ码的产生过程如图2所示。RZ码是指占空比小于100%的码型，与NRZ码相比，具有更大的非线性容忍度。根据占空比的不同，RZ码型又可以分为占空比为33%的RZ33、占空比为50%的RZ50及占空比为67%的RZ67。RZ67信号由于抑制了载波，又称载波抑制的归零码（CSRZ：carrier-suppressedreturn-to-zero）。目前，有两种方法产生RZ信号：一种是通过对归零脉冲源与信号的同步来产生RZ信号；另一种是产生NRZ信号后对其进行切割。第二种方法成本较低，且能够产生各种占空比的归零信号，因而应用较为广泛。RZ码由于信号占空比小，脉宽窄，在高速时分复用系统中有很大的优势。图3是RZ码的产生过程。NRZ码频谱宽度较窄，适用于WDM系统。RZ码在一个比特周期内的脉冲宽度较窄，平均光功率低，因而受非线性效应的影响较小，另外对偏振模色散（PMD：polarizationmodedispersion）的容忍度较好，适用于长距离传输系统。

2强度调制技术

强度调制技术采用光信号的振幅作为调制对象，即用有光信号通过代表二进制码元‘1’，无光信号通过代表二进制码元‘0’，因此又称为开关键控（OOK：on-offkeying）调制格式。在发射端，通过强度调制器将电数据信号加载到光载波上，形成强度调制信号。OOK信号有2种生方案：1）采用内调制技术，利用电信号改变激光二极管的注入电流来实现有无光信号的输出，生成‘0’码和‘1’码。2）采用外调制技术，利用电吸收调制器或Mach-Zehnder调制器产生强度调制信号。在接收端，采用直接检测的方案，利用光电探测器将光信号转变成电信号进行抽样判决。设定判决阈值为‘1’码光信号强度的一半，抽样时刻电信号强度大于阈值则判为‘1’码，否则判为‘0’码，从而还原出数据信号。

3相位调制技术

相位调制技术通过调制器将所需要传输的电数据信号调制到光载波的相位上，即用0相位代表二进制码元‘0’，用π相位代表二进制码元‘1’，‘0’码和‘1’码信号的强度相同。在接收端，通过Mach-Zehnder延迟干涉仪将相位信号转变为强度信号进行解调。相位调制技术在接收端普遍采用平衡检测的方式，接收机灵敏度相比强度调制信号提高了一倍，因此相位调制信号可以传输更远的距离。同时，由于接收机判决的阈值电平为零，与接收机输入的光功率无关，因而相位调制信号相比强度调制信号而言，对光功率的变化具有更高的容忍度。此外，由于光功率均匀分布在相位调制信号的每个比特中，因而使得码间串扰所导致的信号失真大大降低。这些优点，使得它在抗噪声方面优于强度调制信号，已逐步取代强度调制信号成为光纤通信系统的主要调制格式。在相位调制格式中，目前应用较广泛的是DPSK和DQPSK，实验室中已经产生了D8PSK信号。

3.1DPSK调制格式DPSK是差分编码的相位调制格式，它利用相邻码元之间的相位变化{0，π}来对载波信号进行调制。若数字信息为“0”，则前后码元的相位保持不变，；若为“1”则前后码元之间的相位差为π。电数据信号首先经过差分预编码再进行相位调制。DPSK信号的发射机和接收机结构如图4所示。在发射端，电数据信号首先经过差分预编码后加载到调制器，将激光器射出的光信号调制成具有0、π相位的信号，式①是调制后的DPSK信号表达式，其中，是预编码后的电信号：①在接收端，采用Mach-Zehnder延迟干涉仪将相位信号变成强度信号解调，延迟干涉仪的延迟时间设为一个比特周期。干涉相加和干涉相减的两路光信号，在平衡探测器中转变成电信号并相减，消去一部分噪声。最后经抽样判决，恢复出输入的数据信号。与强度调制信号不同的是，相位调制信号的判决阈值为0，即无论进入判决器的电信号强度是多少，阈值始终不变，降低了光信号强度扰动对接收机的影响。与OOK信号相比，DPSK具有相同的比特率，但接收端却提高了3dB的灵敏度，在相同的输入功率下可以传输更远的距离。

3.2DQPSK调制格式DPSK调制格式中每个符号仅能携带一个比特，近年来，DQPSK调制格式由于有2bit的容量而逐渐成为研究的热点，并开始被商用。DQPSK又称为差分正交相位调制。与DPSK一样，DQPSK也是差分编码的相位调制格式，它用相邻码元之间的相位差承载信息，每一种相位代表2bit的信息。DQPSK系统如图5所示。输入的电数据信号首先经过串并变换，变成两路电信号，这两路电信号经过差分预编码，加载到DQPSK调制器的两臂，将光信号调制成具有上述4种相位的信号。在接收端，采用两个Mach-Zehnder延迟干涉仪将相位信号变成强度信号，再由两个平衡探测器得到两路电信号进行抽样判决。判决后的两路信号经并串变换后恢复出输入数据。与OOK、DPSK等调制格式相比，DQPSK调制格式具有较窄的频谱宽度和较高的频谱利用率。研究表明，DQPSK信号对光纤的色度色散、非线性及偏振模色散等具有较大的容忍度。

3.3D8PSK调制格式D8PSK也是差分编码的相位调制格式，它利用相邻符号间的相位差。D8PSK信号的发射机和接收机结构如图6所示。D8PSK信号可以通过在DQPSK调制器后再级联一个制深度为π/4的相位调制器产生。将预编码后的两路信号分别加载到并联的两个Mach-Zehnder调制器上，另一路信号延迟1bit后加载到π/4的相位调制器上。在接收端，需要4个Mach-Zehnder延迟干涉仪和4个平衡探测器。将延迟干涉仪的相位延迟分别设定为，前两个延迟干涉仪输出的信号经判决后得到两路信号，后两个延迟干涉仪输出的信号经判决后进行异或得到第三路信号。D8PSK调制格式与DPSK、DQPSK相比，具有更高的比特/符号率，同时非线性效应和PMD的容忍度更高。但由于预编码及调制解调方案相对复杂，目前还处于实验阶段。

4结束语

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随着通信需求日益复杂，现代光纤设备也使用了更新、更多类型的特种光缆。现在主要应用的几种光缆设备在其结构方面较传统光缆有着很大区别，虽然其成本相对较高，但其使用寿命更长、传输中的损耗更低、安全性更可靠，有效地提升了当代电力系统的通信质量。

2电力特征光缆及其技术

2.1ADSS技术

ADSS光缆为全介质自承光缆，其应用范围主要是110KV及更低电压的线路。ADSS光缆自身性质为完全绝缘的自承式架空光缆，本身不包含可导电的材质，使用的纺纶材料能承受更大的张力，且外部温度变化对它产生的影响也较小，因此能够在保证不停止供电的前提下进行架线等工作。虽然现今ADSS光缆的使用范围十分广泛，但依然存在一定的不足，由于其外部保护套容易受到电磁腐蚀，因此其使用寿命常常不高于25年。所以在我们运用ADSS技术时，需要特别注意对线路中电场进行测定，精确计算杆塔上电场的分布状况。出于保护光缆结构的考虑，在其运行时需要用AT外护套。在ADSS光缆的施工过程中，一定要保证其不与周围物体产生摩擦撞击。

2.2OPGW技术

相比ADSS技术，OPGW技术更为先进，它有效地将传统意义上的线路与现今使用的光纤相结合，并且采用复合架空地线电缆，这一应用，使其拥有更好的机械性能与导电性，并且加快信息的传输速度。加大光纤的通信量，也能使保密性得到提高，尤其是在应对雷击等意外方面有着更好的性能。与ADSS技术相反，OPGW技术主要应用在经过改造或者是新建的110KV及更高电压的输电线路中，而且，架设的档距一般在200米甚至更高档距，其在维护及对抗高压电腐蚀降解方面显现出优异的性能。但是，OPGW技术也不是完美无缺，由于架设档距大，对线路和杆塔强度也提出了非常高的要求。而且由于自身材质的特性，在线缆架设施工的过程中，线路不能通电，因此OPGW技术与ADSS技术相比可谓各有千秋。在架设和施工过程中，一定要考虑到各方面的安全因素，包括带独显的弧垂、工程地点的气候情况等条件，最终确定最佳架设方案。

2.3MASS技术

这种光缆与OPGW光纤在结构上有着相同之处，同样为不锈钢光纤校合了一层铝包钢丝或者是镀锌钢丝。其显著特点就是强度高，在防电抗腐蚀方面性能优异。而与OPGW不同的是，其结构更轻、更小，在安装敷设时需要选择合适挂点，这些特性又与ADSS相类似。可以说MASS技术是ADSS技术与OPGW技术相结合的产物。

3发展方向的预估

3.1更先进的光纤设备

当今电信技术不断发展，光纤设备的更新换代也随之加速。现在通信距离日益增长，因此对光纤的质量也提出了更高的要求。单模光纤已经渐渐地无法满足现今对信息传输的需求，因此对新型光纤的开发显得尤为重要。

3.2光纤接入网

在不远的未来，网络将向着智能化、高度集成化方向发展，通信系统将具备高度集成、数字化、网络化特点，实现更高效、更快速地传输信息。从光纤的管理维护成本方面考虑，光纤接入网将具有更低的维护管理成本，甚至能够实现网络的透明化。

3.3光联网

更大容量、更大网络覆盖范围、更多网络节点、更高网络透明度将成为光网络的特性。光联网将使网络具备更高的灵活性，网络发生故障时的恢复速度和恢复时间都将得到大幅度缩短，对电力系统正常运行的影响将降至最低。光联网有巨大的潜力。将在未来的网络通信中发挥其巨大的使用价值，对未来电力系统通信有着不可预估的重要影响。

4结语

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[论文摘要]光纤通信因其具有的损耗低、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。目前，光纤光缆已经进入了有线通信的各个领域，包括邮电通信、广播通信、电力通信和军用通信等领域。综述我国光纤通信研究现状及其发展。

近年来，光纤通信技术得到了长足的发展，新技术不断涌现，这大幅提高了通信能力，并使光纤通信的应用范围

不断扩大。

一、我国光纤光缆发展的现状

（一）普通光纤

普通单模光纤是最常用的一种光纤。随着光通信系统的发展，光中继距离和单一波长信道容量增大，G.652.A光纤的性能还有可能进一步优化，表现在1550rim区的低衰减系数没有得到充分的利用和光纤的最低衰减系数和零色散点不在同一区域。符合ITUTG.654规定的截止波长位移单模光纤和符合G.653规定的色散位移单模光纤实现了这样的改进。

（二）核心网光缆

我国已在干线(包括国家干线、省内干线和区内干线)上全面采用光缆，其中多模光纤已被淘汰，全部采用单模光纤，包括G.652光纤和G.655光纤。G.653光纤虽然在我国曾经采用过，但今后不会再发展。G.654光纤因其不能很大幅度地增加光纤系统容量，它在我国的陆地光缆中没有使用过。干线光缆中采用分立的光纤，不采用光纤带。干线光缆主要用于室外，在这些光缆中，曾经使用过的紧套层绞式和骨架式结构，目前已停止使用。

（三）接入网光缆

接入网中的光缆距离短，分支多，分插频繁，为了增加网的容量，通常是增加光纤芯数。特别是在市内管道中，由于管道内径有限，在增加光纤芯数的同时增加光缆的光纤集装密度、减小光缆直径和重量，是很重要的。接入网使用G.652普通单模光纤和G.652.C低水峰单模光纤。低水峰单模光纤适合于密集波分复用，目前在我国已有少量的使用。

（四）室内光缆

室内光缆往往需要同时用于话音、数据和视频信号的传输。并目还可能用于遥测与传感器。国际电工委员会(IEC)在光缆分类中所指的室内光缆，笔者认为至少应包括局内光缆和综合布线用光缆两大部分。局用光缆布放在中心局或其他电信机房内，布放紧密有序和位置相对固定。综合布线光缆布放在用户端的室内，主要由用户使用，因此对其易损性应比局用光缆有更严格的考虑。

（五）电力线路中的通信光缆

光纤是介电质，光缆也可作成全介质，完全无金属。这样的全介质光缆将是电力系统最理想的通信线路。用于电力线杆路敷设的全介质光缆有两种结构：即全介质自承式(ADSS)结构和用于架空地线上的缠绕式结构。ADSS光缆因其可以单独布放，适应范围广，在当前我国电力输电系统改造中得到了广泛的应用。ADSS光缆在国内的近期需求量较大，是目前的一种热门产品。

二、光纤通信技术的发展趋势

对光纤通信而言，超高速度、超大容量和超长距离传输一直是人们追求的目标，而全光网络也是人们不懈追求的梦想。

（一）超大容量、超长距离传输技术波分复用技术极大地提高了光纤传输系统的传输容量，在未来跨海光传输系统中有广阔的应用前景。近年来波分复用系统发展迅猛，目前1.6Tbit/的WDM系统已经大量商用，同时全光传输距离也在大幅扩展。提高传输容量的另一种途径是采用光时分复用(OTDM)技术，与WDM通过增加单根光纤中传输的信道数来提高其传输容量不同，OTDM技术是通过提高单信道速率来提高传输容量，其实现的单信道最高速率达640Gbit/s。仅靠OTDM和WDM来提高光通信系统的容量毕竟有限，可以把多个OTDM信号进行波分复用，从而大幅提高传输容量。偏振复用（PDM）技术可以明显减弱相邻信道的相互作用。由于归零（RZ）编码信号在超高速通信系统中占空较小，降低了对色散管理分布的要求，且RZ编码方式对光纤的非线性和偏振模色散（PMD）的适应能力较强，因此现在的超大容量WDM/OTDM通信系统基本上都采用RZ编码传输方式。WDM/OTDM混合传输系统需要解决的关键技术基本上都包括在OTDM和WDM通信系统的关键技术中。

（二）光孤子通信。光孤子是一种特殊的ps数量级的超短光脉冲，由于它在光纤的反常色散区，群速度色散和非线性效应相互平衡，因而经过光纤长距离传输后，波形和速度都保持不变。光孤子通信就是利用光孤子作为载体实现长距离无畸变的通信，在零误码的情况下信息传递可达万里之遥。

光孤子技术未来的前景是：在传输速度方面采用超长距离的高速通信，时域和频域的超短脉冲控制技术以及超短脉冲的产生和应用技术使现行速率10~20Gbit/s提高到100Gbit/s以上；在增大传输距离方面采用重定时、整形、再生技术和减少ASE，光学滤波使传输距离提高到100000km以上；在高性能EDFA方面是获得低噪声高输出EDFA。当然实际的光孤子通信仍然存在许多技术难题，但目前已取得的突破性进展使人们相信，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。

（三）全光网络。未来的高速通信网将是全光网。全光网是光纤通信技术发展的最高阶段，也是理想阶段。传统的光网络实现了节点间的全光化，但在网络结点处仍采用电器件，限制了目前通信网干线总容量的进一步提高，因此真正的全光网已成为一个非常重要的课题。

全光网络以光节点代替电节点，节点之间也是全光化，信息始终以光的形式进行传输与交换，交换机对用户信息的处理不再按比特进行，而是根据其波长来决定路由。

目前，全光网络的发展仍处于初期阶段，但它已显示出了良好的发展前景。从发展趋势上看，形成一个真正的、以WDM技术与光交换技术为主的光网络层，建立纯粹的全光网络，消除电光瓶颈已成为未来光通信发展的必然趋势，更是未来信息网络的核心，也是通信技术发展的最高级别，更是理想级别。

三、结语

光通信技术作为信息技术的重要支撑平台，在未来信息社会中将起到重要作用。虽然经历了全球光通信的“冬天”但今后光通信市场仍然将呈现上升趋势。从现代通信的发展趋势来看，光纤通信也将成为未来通信发展的主流。人们期望的真正的全光网络的时代也会在不远的将来到来。

参考文献：

[1]辛化梅、李忠，论光纤通信技术的现状及发展[J].山东师范大学学报（自然科学版），2003，（04）

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关键词：无线网络；军队；安全；物理层安全；可见光通信

中图分类号：TN 929.3

文献标识码：A

DOI： 10.3969/j.issn.1003-6970.2015.08.004

0 引言

进入二十一世纪的第二个十年以来，信息已经成为人类社会文明进步的要素资源，成为现代社会持续发展的基本条件。信息网络空间已经成为继陆、海、空、天之后的第五大国家疆域，成为世界各国战略竞争的重要领域。信息安全已成为与国防安全、能源安全、粮食安全并列的四大国家安全领域之一。

近些年来，以美国为代表的信息技术强国利用自身所垄断的全球信息技术优势，加紧构建信息安全保障和攻击体系，以进一步巩固其在网络空间的统治地位。在美国现有的国家信息安全体系中，政府、IT企业和社会团体分工协作，相互配合，共同推进美国国家和军队的信息安全体系建设。当前，美国政府部门作为信息安全战略制定、网络和信息安全项目策划、网络情报侦查、网络防御以及网络进攻的主导者，引领了整个美国信息安全领域的发展和规划。其主要部门包括国土安全部、国防部、美军网电司令部、商务部、联邦调查局以及中央情报局；美国的IT企业则是网络攻防的具体实施机构和重要支撑单位，是美国政府和军队海量情报数据的来源，同时也是实施网络作战的实施主体；而美国及其盟国中一些非营利性团体和学术组织则为美国政府和军队提供了舆论和技术层面的支持，同时进行了人才的输出，以支撑日益强大的美国信息作战部队。

随着无线与移动通信技术的高速发展，抛开有线束缚的无线通信技术为国家和军队的指挥和作战带来了极大的便利性，然而也埋下了极大的安全隐患。截至2014年年底，美国情报和军队相关部门在无线网络中侦收和攻击获得的情报已经占到美国情报总量的约57.6%，凸显了当前国家和军队无线网络安全的严峻态势。美军网电司令部2015年战略规划指南显示，未来美军网电部队将把无线领域作为网络攻防作战的重点，这对我国国防和军队网络安全体系和技术提出了新的考验。本论文从历史出发，对交换技术进行了简要的回顾，指出了当前交换网络发展的瓶颈以及问题，并基于前沿的下一代智能网络以及大数据交换网络提出了展望和设想。

1 军队无线网络安全现状

我国的互联网、电信网、广电网和各类专网（包含军网）组成的国家基础网络是国家和军队信息安全防护的重要对象，但是这些基础社会建设过程中普遍存在着重建轻防，甚至只建不防的问题，造成网络信息安全体系构建的极大障碍。

当前，我军无线网络通信手段主要包含战场卫星通信、短波电台通信、水下潜艇长波通信等战时通信手段，以及军队日常办公所使用的蜂窝网移动手机通信、单位无线局域网（Wi-Fi）以及家庭使用的宽带及家庭无线局域网等非战时通信手段。由于战时通信技术具有较强的应用层加密以及物理层跳频和扩频保障，传统的窃密和攻击手段并不能很快奏效，反而是和平时期工作用无线局域网、个人手机、家庭Wi-Fi等上网和通话极易被侦听和窃密，导致无意识泄密。据不完全统计，2014年以来军队、军工企业等军事相关单位因手机、家庭宽带/Wi-Fi等被攻击及窃听的事件约470起，造成不可估量的军事、经济以及国家核心技术损失。

美国凭借其在信息领域的绝对优势，不断将其技术和设备输出到中国，而国产化设备的低性能、高价格等不足进一步导致了党政军系统中日常无线网络通信设备国产化程度极低，使得日常无线网络的安全防线处于近乎失灵的状态。在美国IT跨国公司和美国网络部队等诸如“棱镜”项目面前，我军的基础网络和重要信息系统几乎完全处于不设防状态。诸如思科、微软、英特尔、IBM等IT企业几乎完全控制了我国高端IT产品的生产及应用。据Gartner数据显示，Windows系列操作系统在我国市场占有率超过9成，英特尔在微处理器市场上占有率也超过8成，谷歌的安卓操作系统在我国市场占有率达到8成。即使是国产的联想、酷派等手机，其核心芯片和操作系统也多是国外生产，使得我国无法从技术层面根除安全隐患。

2 解决方案：物理层安全技术和可见光通信技术

针对目前日常军队无线网络安全性的问题，本文提出了两种可行的改进方案，能够在现有技术的基础上，从防止无线信号被侦收和泄漏的角度实现日常状态下部队营区无线通信的安全保密。

在现有的通信系统中，通信的保密性主要依赖于基于计算密码学的加密体制，早在20世纪初就已有人提出将传输的信息与密钥取异或的方法来增强信息传递的安全性。这种基于密钥的加密方法首次由Shannon于1949年给出了数学的理论分析。假设发送者希望把信息M秘密地发送给接收者，称M为明文信息。则加密的过程为，在发送端，发送者通过密钥K以及加密算法f对所要传输的明文M进行加密，得到密文S。在接收端，接收者通过密钥K以及与加密算法相应的解密算法，我们用f-1标记，来进行解密，从而得到明文M。通过对加解密过程的观察，可以得知，有两个方法防止窃听者从窃听到的S中获取明文M： 一个是窃听者不知道密钥K，另外一个是解密算法非常困难，窃听者难以在有限的时间用有限的资源进行解密。基于这两个方法，延伸出了现代通信系统中非常常见的两种加密形式，一个是对称密钥加密，一个是非对称密钥加密。

现代密码学的加密体制主要是在物理层之上的几层来实现的，譬如MAC层、网络层、应用层等等，故有时也称基于现代密码学的安全为上层安全。物理层对于现代密码学加密体制来说是透明的，即物理层安全与上层安全是独立的。下面分别介绍物理层安全的两个基础知识，分别是：窃听信道模型和安全传输速率。窃听信道模型是物理层安全所研究的基本信道模型，安全传输速率是衡量物理层安全系统性能的重要指标。

物理层安全主要是利用特殊的信道编码和无线信道的随机特性使得秘密通信得以进行，它与现代密码学不同之处在于，其安全程度并不依赖于Eve的计算强度，而是依赖无线信道环境的随机特性。但是，从保密环节上来说，物理层安全与传统的计算密码学的安全却有着本质的相似之处。如图1所示。物理层安全中的编码调制环节和信道的随机性是安全通信的必要条件，正如现代密码学体制中的加密算法和密钥。编码调制环节是指Alice根据Alice-Bob和Alice-Eve信道的信道条件，通过独特的信道编码来保证Alice与Bob之间安全又可靠的通信。从安全的角度来说，编码调制环境可以被看作现代密码学中的加密过程，信息加密后生成的密文记为Xn。密文经过无线信道和解调译码可以等同为现代密码学中的解密环节，其中信道信息{h，g}可以看作公共密钥，而Bob接收端的噪声可以看作Bob的私钥，Eve是没有办法获得的。因此密文通过Bob的无线信道和解调译码，可以被Bob正确地译码解密；而此密文通过Eve的无线信道和解调译码，Eve是不能获得任何信息的。由此可见，虽然物理层安全与传统的基于现代密码学的加密原理是完全不同的，但是它们在实现框架上却也能够找到共同点。物理层安全可以看作是以调制编码等发送端的技术为“加密算法”，充分利用Alice-Bob和Alice-Eve之间无线信道的差异性，把无线信道看作“加密密钥”，从而使得Alice与Bob之间形成了安全可靠的通信。

物理层安全技术由于可以独立于上层而单独实现秘密通信，因此在无线通信系统中，可以在保证现有上层安全措施不变的情况下，补充物理层传输的安全。这使得通信系统的安全性能得到额外一层的保护。另一方面，将物理层安全用来传输现代密码学中的密钥，也是增强系统的安全性的一种方法。

从实现的角度讲，当前传统的无线路由器等均使用了全向天线进行传输，有可能导致无线信号泄漏至营区外部造成泄密。由于物理层安全技术方案的存在，除了进行传统的上层密码和传输加密以外，考虑利用物理层定向天线和波束赋形技术使得无线信号定向的向营区内部辐射，使得窃听者获取的信息量近乎为0，从而进一步降低失泄密的风险，这是物理层安全技术在现有无线网络中的应用改进。

根据香农公式，假设发射端信号表示为：y=hx+z，那么正常接收者bob收到的信号可以表示为：

此时人造噪声设计对Bob没有产生干扰的方向上均匀分布，从而实现了对目标用户的正常信号发送，但是使得窃听用户获得的干扰最大化，可用信息最小。

可见光通信（Visible Light Communications）是指利用可见光波段的光作为信息载体，不使用光纤等有线信道的传输介质，而在空气中直接传输光信号的通信方式，简称“VLC”。

普通的灯具如白炽灯、荧光灯（节能灯）不适合当作光通信的光源，而LED灯非常适合做可见光通信的光源。可见光通信技术可以通过LED灯在完成照明功能的同时，实现数据网络的覆盖，用户可以方便地使用自己的手机、平板电脑等移动智能终端接收这些灯光发送的信息。该技术可广泛用于导航定位、安全通信与支付、智能交通管控、智能家居、超市导购、灯箱广告等领域，特别是在不希望或不可能使用无线电传输网络的场合比如飞机上、医院里更能发挥它的作用。可见光通信兼顾照明与通信，具有传输数据率高、安全性强、无电磁干扰、节能、无需频谱认证等优点，带宽是Wi-Fi的1万倍、第四代移动通信技术的100倍，是理想的室内高速无线接人方案之一。

据美国DAPRA报道，美军已经生产出军用可见光网络及相关设备，用于国防部等军事机关和设施的高速无线网络通信。由于可见光室内传输光源直接指向用户且传输距离远小于传统的微波无线通信，在不考虑人为主动泄密的情况下，可见光通信信号是无法截获的，从技术上为通信的有效性和可靠性提供了强有力的支撑。

图2给出了微波无线通信和可见光通信之间的比较。对于手机、Wi-Fi等微波无线通信手段，除了目标用户能够接收到无线信号以外，由于无线电波是全向发射的，窃听者完全可以收到相同的信号，从而进行破译或者攻击，带来安全隐患；而可见光通信依赖于室内的LED灯具，通常灯具会直接部署在工位上方，而照明具有定向发射的特点，因此位于营区外部的窃听者无法收到任何信号，不能进行窃听。从实现上讲，可见光通信可以方便的利用LED台灯、屋顶灯等照明灯具，通过加装调制解调模块即可使得灯具具有高速数据传输功能，可供营区内台式机、笔记本电脑、平板电脑等高速无线上网，满足高清视频会议等高带宽需求。

目前，关于可见光通信在室内外各种复杂环境下的信道测量与建模的工作还很欠缺，只有少量的研究结果。尤其是在有强光干扰、烟雾和灰尘遮挡的环境下的信道干扰模型，更是需要亟待解决的问题。

3 结论

军队作为国家的武装力量，其信息安全问题尤为重要。在和平时期，如何从技术手段保证军队手机、Wi-Fi等无线通信安全，防止和平时期敌对势力进行的无线网络信号侦收和网络攻击，是当前要重点关注的问题。

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

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

篇9

光纤通信是一种以光线为传媒的通信方式，它主要利用光波实现信息的传送。光纤通信技术最基本的系统组成有三大板块，主要有：光的发射、接受和光纤传输。该通信系统可以单独进行数字信号或者模拟信号的传输，也可以进行类似于多媒体信息和话音图像多种不同类别的信号的混合传输。光纤通信的基本特征如下。1.1宽频带，大容量在光纤通信技术中，光纤可容纳的传输带宽高达50000GHz。光源的调制方式、调制特性以及光纤的色散特性确定了光纤通信技术系统的容许频带。比如说，有一些单波长光纤的通信系统，通常使用的是密集波的分复用等复杂一些的技术，从而避免通信设备存在瓶颈效应等电子问题，促使光纤宽带发挥积极的效应，增加光纤传输的信息量。1.2抗干扰光纤通信有一个特别好的优点，就是它拥有极强的抗电磁干扰能力。由于光纤通信的主要制作原料——石英，具有极强的绝缘性、抗腐蚀性，所以光纤通信具有极强的抗干扰能力。光纤通信也不会受到电离成的变化、太阳黑子的活动和雷电等电磁干扰，更不会在意人为释放电磁的影响，石英为光纤通信技术带来了巨大的优势。光纤的质量轻、体积小，既能有效节省空间又能保证安装方便。而且，制作光纤的原始材料来源丰富，成本低廉，温度稳定度高、稳定性能好，所以使用寿命一般都很长。光纤通信优势明显，促成了光纤通信技术在现代生活中的广泛应用，并且这个应用过的范围还在不断的拓展。

2光纤通信技术发展特点

2.1扩大了单一波长传输的容量

当今社会仅单一波长传输的容量就高达40Gbit/s，并且相关部门在这个基础上已经开始研究160Gbit/s的传输技术。在研究40Gbit/s以上的传输技术时，应该对光纤的PMD做出具体的要求。2002年，美国优先在LTU-TSG15会议中提出了将新的光纤类别引入40Gbit/s系统的倡议。并且认为在PMD传输中一些问题有待探讨。我们坚信在不久的将来，举世瞩目的专门的40Gbit/s的光纤类型将会出现。

2.2超长距离的传输

在传输网络的骨干中，理想的传输形式莫过于无中继的传输。迄今为止，一部分公司正在采用的技术是色散齐理，它能够实现：最短2000千米至最长5000千米的无电中继类型的传输。另一部分公司正在不断改进，提升完善光纤指标，应用拉曼光，放大光传输距离的延长。

2.3适应DWDM运用

普遍应用的是32×DWDM系统，64×和32×10Gbit/s的系统正在研发中，已经取得了不小的进展。DWDM技术得到了广泛的应用，各研究机构必须加强光纤非线性标准的严格控制。最新推出的ITU-T技术很好地针对光纤制定了测试方法标准，完成了非线性属性的标准。明确非线性的测试指标，提出有效面积的相应指标，尤其要完善光纤的非线性的特性。

3光纤通信发展现状

3.1普通光纤发展现状

我们最常见的光纤就是普通光纤。光通信技术的进步，系统逐步发展，单一波长信息容量和光中继距离的加大G652光纤的性能产生了进一步提升的可能，表现在不同的区域，一种符合ITUTG654规定截止波长的单模光纤，还有符合G653规定的单模光纤，做出了发展性完善。

3.2核心网发展现状

我国的几大干线已经全面地采用了光缆，多模的光纤遭到合理淘汰，全面实施单模光纤。常用的有G652和G655两种光纤。G653在我国初步使用后，今后不会继续发展。G654也因为不能实现该种通信方式系统容量的大幅度增加，因此从来没有使用到我国陆地光缆中。干线光缆主要在室外，多数使用分立光纤，这些光缆中的旧式结构已经停用。

3.3接入网光缆发展现状

接入网的光缆具有分支多、距离短、分差频繁等特点，通常通过增多光纤芯数的方法来增加网容量。由于市内管道的管道内径一定，结合光纤的芯数增多和集装密度的增大减轻光缆重量，缩小光缆直径十分重要。接入网通常采用的是G652单模光纤或者是G652C低水峰的单模光纤。后者在我国只有少量投入使用。

3.4室内光缆发展现状

室内光缆通常需要能够满足不同的要求，具备多种功能。比如说数据、话音以及视频信号的传送，还可能在遥控和传感器中得到应用。IEC的电缆分类中，指出了室内光缆。它至少要包括两大部分，即局内光缆与综合布线。综合布线的光缆一般布放在室内的用户端，主要用途就是供用户使用，因此必须要全面考虑到它的易损性。局用光缆主要布放在中心局以及其他各类电信机房内，布放的位置相对固定。

3.5通信光缆在电力线路内

光纤只是一种介电质，光缆却可以是一种全介质，而且是完全无金属的。这种全介质的光缆将会成为电力系统中最理想的线路。在电线杆的敷设中普遍应用两种全介质光缆的两种主要结构：一种是用于架空地线的缠绕式的结构，另一种是全介质自承式的结构。因为全介质自承式的结构可以单独地布放，适应范围广，在我国当下的电力系统改造过程中得到了广泛实施。国内已经生成许多种类达到市场要求的ADSS光缆，但是在其产品的结构和性能等方面还需要更进一步的完善。

4光纤通信的主要应用形式

在光纤通信的各种应用形式中，最普遍最常见的就是电子公文。当代社会的信息化逐渐发达，网络用户需求不断上涨，无纸化办公成为一种时尚。这就出现了电子公文。

4.1电子公文与纸质公文的共性和差别

纸质办公是一种传统的办公模式，在历经了多年的传承之后，在为人们传递信息的同时也暴露出了许多的问题，类似于容易流失，耗费资源，流转较慢等。电子公文的产生就有了很大的区别。虽然两者都是信息流传的载体，但是电子公文具有显而易见的优越性。现代化信息社会必须有无纸化，在此基础上朝着网络化、信息化、科学化、自动化、智能化的趋势快速发展。

4.2电子公文的必要性

传统观念认为电子公文要应用计算机操作，十分不便，更加依赖于直观的纸质公文，但是纸质公文存在严重的资源浪费、信息遗失和字迹模糊等缺陷，所以，电子公文代替纸质公文始终是必然的趋势。相对于纸质公文在日常工作中的收文登记，承办传阅过程中对手工以及腿功的依赖，以及在领导外出时，公文传递的不便，电子公文只需要一台电脑和一根网线就能够轻松地解决问题，而且保证省时省力，可复制，可粘贴，可备份，超值又有效。利用空间小，保存时间久，受外界因素影响小。

4.3电子公文技术问题

电子公文要想能够实现无纸化的办公条件，必须依靠人们的共同努力，制造出一套良好的、完善的、实用的管理制度，保证电子公文的高效性和安全性，避免公文的非法泄露。电子公文是信息传播的载体，是传递讯息的渠道，随着现代化办公水平的提高，电子公文的质量也必须精益求精。所以，必须明确电子公文的几项专业技术，抓住进步的空间。电子公文不能满足于现有的硬件配置。在软件设计方面存在功能上、安全性、操作中的缺陷。实际应用过程中，计算机操作人员的技术掌握和应用能力不到位。软件的后续升级不及时，其他软件系统的兼容性存在问题。

5光纤通信的发展与展望

就光纤通信的具体应用的详细分析，让我们更好地了解了光纤通信技术。光纤通信技术已经成为现代化信息时代的必要性存在。现在从关键点回复到光纤通信的全局考虑，光纤通信的未来发展趋势十分可观。可发展的趋势涉及很多领域，下面就让我们进入深入详细的探讨。

5.1光网络智能化

光网络智能化的实现是在光纤通信技术当中十分关键的研发方向，在光纤通信技术将近40年的发展历程中，传输一直占据着主要地位，成为光通信技术的干线。伴随着计算机技术的连续进步和发展，完美地将通信技术与计算机技术结合起来，促使网络技术发生更高层次的发展和进步。现代光网络在实现传输的同时，结合了连续控制技术、自动发现能力和更加完善实用的保护和恢复功能系统，真正实现了光网络的智能化。

5.2全光网络

全光网络是光纤通信技术在发展过程中的最高层次，是光线技术发展到顶端的最理想阶段，也是未来通信网络将要发展成为的最终目标，也就是说未来的通信网络就是属于全光的时代。原始的全光网络对于实现节点处的全光化虽然是可操作的，但是在各网络节点处采用的仍然是电器件，这就会阻碍光纤通信容量的稳步提升，所以，全光网络就是光纤通信网络不断发展的终极目标。

5.3光器件集成化

在光电子器件发展的过程中，追求的就是光器件集成化的真正实现。考虑到全光通信网络实现过程中的关键点，器件的集成十分重要，器件的集成更是全光网络通信技术的核心技术。将检测器、激光器、调制器和其他类型的集成芯片集成到一个芯片中才能完成光子集成芯片的制造。这些集成是通过往不同材料的各种薄膜介质表层上的连续沉积来实现的，主要应用的材料有磷化铟和砷化铟镓等等。这是一种十分复杂的技术，但是由于传统互联网接入技术有限，接入带宽不足，以及现代互联网多媒体的发展需求，单纯地通过改良设备来扩大宽带，提高速度的做法是很不现实的，我们必须实现光器件的集成，从而保证光纤通信的发展核心坚固扎实。

6结语

篇10

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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