時(shí)間：2022-11-17 06:59:42
開(kāi)篇：寫(xiě)作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇光纖通信技術(shù)論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
光纖通信的誕生與發(fā)展是電信史上的一次重要革命。光纖從提出理論到技術(shù)實(shí)現(xiàn)和今天的高速光纖通信也不過(guò)幾十年的時(shí)間。從國(guó)外的發(fā)展歷程我們可以看出，20世紀(jì)60年代中期，所研制的最好的光纖損耗在400分貝以上，1966年英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)電信研究所高錕及Hockham從理論上預(yù)言光纖損耗可降至20分貝/千米以下，日本于1969年研制出第一根通信用光纖損耗為100分貝/千米，1970年康寧公司(Corning)采用“粉末法”先后獲得了損耗低于20分貝／千米和4分貝/千米的低損耗石英光纖，1974年貝爾實(shí)驗(yàn)室(Bell)采用改進(jìn)的化學(xué)汽相沉積法制出性能優(yōu)于康寧公司的光纖產(chǎn)品。到1979年，摻鍺石英光纖在1.55千米處的損耗已經(jīng)降到0.2分貝/千米，這一數(shù)值已經(jīng)十分接近由Rayleigh散射所決定的石英光纖理論損耗極限。
目前國(guó)內(nèi)光纖光纜的生產(chǎn)能力過(guò)剩，供大于求。特種光纖如FTTH用光纖仍需進(jìn)口，但總量不大，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)光纖光纜價(jià)格與國(guó)際市場(chǎng)沒(méi)有差別，成本無(wú)法再降，已經(jīng)是零利潤(rùn)，在國(guó)際市場(chǎng)沒(méi)有太強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力，出口量很小。二十年來(lái)的光技術(shù)的兩個(gè)主要發(fā)展，WDM和PON，這兩個(gè)已經(jīng)相對(duì)比較成熟。多業(yè)務(wù)傳輸發(fā)展平臺(tái)兩個(gè)方面，一方面是更有效承載以太網(wǎng)業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，另一方面是向業(yè)務(wù)方面發(fā)展。AS0N的現(xiàn)狀是目前的系統(tǒng)只是在設(shè)備中，或是在網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)了一些功能，但是一些核心作用還沒(méi)有達(dá)到。
二、光纖通信技術(shù)的趨勢(shì)及展望
目前在光通信領(lǐng)域有幾個(gè)發(fā)展熱點(diǎn)即超高速傳輸系統(tǒng)、超大容量WDM系統(tǒng)、光傳送聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、新一代的光纖、IPoverOptical以及光接入網(wǎng)技術(shù)。
（一）向超高速系統(tǒng)的發(fā)展
目前10Gbps系統(tǒng)已開(kāi)始大批量裝備網(wǎng)絡(luò)，主要在北美，在歐洲、日本和澳大利亞也已開(kāi)始大量應(yīng)用。但是，10Gbps系統(tǒng)對(duì)于光纜極化模色散比較敏感，而已經(jīng)鋪設(shè)的光纜并不一定都能滿足開(kāi)通和使用10Gbps系統(tǒng)的要求，需要實(shí)際測(cè)試，驗(yàn)證合格后才能安裝開(kāi)通。它的比較現(xiàn)實(shí)的出路是轉(zhuǎn)向光的復(fù)用方式。光復(fù)用方式有很多種，但目前只有波分復(fù)用(WDM)方式進(jìn)入了大規(guī)模商用階段，而其它方式尚處于試驗(yàn)研究階段。
（二）向超大容量WDM系統(tǒng)的演進(jìn)
采用電的時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)的擴(kuò)容潛力已盡，然而光纖的200nm可用帶寬資源僅僅利用率低于1％，還有99％的資源尚待發(fā)掘。如果將多個(gè)發(fā)送波長(zhǎng)適當(dāng)錯(cuò)開(kāi)的光源信號(hào)同時(shí)在一級(jí)光纖上傳送，則可大大增加光纖的信息傳輸容量，這就是波分復(fù)用(WDM)的基本思路。基于WDM應(yīng)用的巨大好處及近幾年來(lái)技術(shù)上的重大突破和市場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)，波分復(fù)用系統(tǒng)發(fā)展十分迅速。目前全球?qū)嶋H鋪設(shè)的WDM系統(tǒng)已超過(guò)3000個(gè)，而實(shí)用化系統(tǒng)的最大容量已達(dá)320Gbps(2×16×10Gbps)，美國(guó)朗訊公司已宣布將推出80個(gè)波長(zhǎng)的WDM系統(tǒng)，其總?cè)萘靠蛇_(dá)200Gbps(80×2.5Gbps)或400Gbps(40×10Gbps)。實(shí)驗(yàn)室的最高水平則已達(dá)到2.6Tbps(13×20Gbps)。預(yù)計(jì)不久的將來(lái)，實(shí)用化系統(tǒng)的容量即可達(dá)到1Tbps的水平。
（三）實(shí)現(xiàn)光聯(lián)網(wǎng)
上述實(shí)用化的波分復(fù)用系統(tǒng)技術(shù)盡管具有巨大的傳輸容量，但基本上是以點(diǎn)到點(diǎn)通信為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，其靈活性和可靠性還不夠理想。如果在光路上也能實(shí)現(xiàn)類似SDH在電路上的分插功能和交叉連接功能的話，無(wú)疑將增加新一層的威力。根據(jù)這一基本思路，光光聯(lián)網(wǎng)既可以實(shí)現(xiàn)超大容量光網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性、重構(gòu)性、透明性，又允許網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)和業(yè)務(wù)量的不斷增長(zhǎng)、互連任何系統(tǒng)和不同制式的信號(hào)。
由于光聯(lián)網(wǎng)具有潛在的巨大優(yōu)勢(shì)，美歐日等發(fā)達(dá)國(guó)家投入了大量的人力、物力和財(cái)力進(jìn)行預(yù)研，特別是美國(guó)國(guó)防部預(yù)研局(DARPA)資助了一系列光聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目。光聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為繼SDH電聯(lián)網(wǎng)以后的又一新的光通信發(fā)展。建設(shè)一個(gè)最大透明的、高度靈活的和超大容量的國(guó)家骨干光網(wǎng)絡(luò)，不僅可以為未來(lái)的國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施(NJJ)奠定一個(gè)堅(jiān)實(shí)的物理基礎(chǔ)，而且也對(duì)我國(guó)下一世紀(jì)的信息產(chǎn)業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的騰飛以及國(guó)家的安全有極其重要的戰(zhàn)略意義。
（四）開(kāi)發(fā)新代的光纖
傳統(tǒng)的G.652單模光纖在適應(yīng)上述超高速長(zhǎng)距離傳送網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需要方面已暴露出力不從心的態(tài)勢(shì)，開(kāi)發(fā)新型光纖已成為開(kāi)發(fā)下一代網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。目前，為了適應(yīng)干線網(wǎng)和城域網(wǎng)的不同發(fā)展需要，已出現(xiàn)了兩種不同的新型光纖，即非零色散光(G.655光纖)和無(wú)水吸收峰光纖(全波光纖)。其中，全波光纖將是以后開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)，也是現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，BPON技術(shù)無(wú)可爭(zhēng)議地將是未來(lái)寬帶接入技術(shù)的發(fā)展方向，但從當(dāng)前技術(shù)發(fā)展、成本及應(yīng)用需求的實(shí)際狀況看，它距離實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用于電信接入網(wǎng)絡(luò)這一最終目標(biāo)還會(huì)有一個(gè)較長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程。
（五）IPoverSDH與IpoverOptical
以lP業(yè)務(wù)為主的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是當(dāng)前世界信息業(yè)發(fā)展的主要推動(dòng)力，因而能否有效地支持JP業(yè)務(wù)已成為新技術(shù)能否有長(zhǎng)遠(yuǎn)技術(shù)壽命的標(biāo)志。目前，ATM和SDH均能支持lP，分別稱為IPoverATM和IPoverSDH兩者各有千秋。但從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，當(dāng)IP業(yè)務(wù)量逐漸增加，需要高于2．4吉位每秒的鏈路容量時(shí)，則有可能最終會(huì)省掉中間的SDH層，IP直接在光路上跑，形成十分簡(jiǎn)單統(tǒng)一的IP網(wǎng)結(jié)構(gòu)(IPoverOptical)。三種IP傳送技術(shù)都將在電信網(wǎng)發(fā)展的不同時(shí)期和網(wǎng)絡(luò)的不同部分發(fā)揮自己應(yīng)有的歷史作用。但從面向未來(lái)的視角看。IPoverOptical將是最具長(zhǎng)遠(yuǎn)生命力的技術(shù)。特別是隨著IP業(yè)務(wù)逐漸成為網(wǎng)絡(luò)的主導(dǎo)業(yè)務(wù)后，這種對(duì)JP業(yè)務(wù)最理想的傳送技術(shù)將會(huì)成為未來(lái)網(wǎng)絡(luò)特別是骨干網(wǎng)的主導(dǎo)傳送技術(shù)。
（六）解決全網(wǎng)瓶頸的手段一光接入網(wǎng)
近幾年，網(wǎng)絡(luò)的核心部分發(fā)生了翻天覆地的變化，無(wú)論是交換，還是傳輸都己更新了好幾代。不久，網(wǎng)絡(luò)的這一部分將成為全數(shù)字化的、軟件主宰和控制的、高度集成和智能化的網(wǎng)絡(luò)，而另一方面，現(xiàn)存的接入網(wǎng)仍然是被雙絞線銅線主宰的(90％以上)、原始落后的模擬系統(tǒng)。兩者在技術(shù)上存在巨大的反差，制約全網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展。為了能從根本上徹底解決這一問(wèn)題，必須大力發(fā)展光接入網(wǎng)技術(shù)。因?yàn)楣饨尤刖W(wǎng)有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）減少維護(hù)管理費(fèi)用和故障率；（2）配合本地網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，減少節(jié)點(diǎn)，擴(kuò)大覆蓋；（3）充分利用光纖化所帶來(lái)的一系列好處；（4）建設(shè)透明光網(wǎng)絡(luò)，迎接多媒體時(shí)代。
參考文獻(xiàn)：
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筆者認(rèn)為,光纖通信技術(shù)尚有很大的發(fā)展空間,今后會(huì)有很大的需求和市場(chǎng)。主要是:光纖到家庭FTTH、光交換和集成光電子器件方面會(huì)有較大的發(fā)展。在此主要討論光纖通信的發(fā)展趨勢(shì)和市場(chǎng)。
光纖通信的發(fā)展趨勢(shì)
1、光纖到家庭(FTTH)的發(fā)展
FTTH可向用戶提供極豐富的帶寬,所以一直被認(rèn)為是理想的接入方式,對(duì)于實(shí)現(xiàn)信息社會(huì)有重要作用,還需要大規(guī)模推廣和建設(shè)。FTTH所需要的光纖可能是現(xiàn)有已敷光纖的2～3倍。過(guò)去由于FTTH成本高,缺少寬帶視頻業(yè)務(wù)和寬帶內(nèi)容等原因,使FTTH還未能提到日程上來(lái),只有少量的試驗(yàn)。近來(lái),由于光電子器件的進(jìn)步,光收發(fā)模塊和光纖的價(jià)格大大降低;加上寬帶內(nèi)容有所緩解,都加速了FTTH的實(shí)用化進(jìn)程。
發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)FTTH的看法不完全相同:美國(guó)AT&T認(rèn)為FTTH市場(chǎng)較小,在0F62003宣稱:FTTH在20-50年后才有市場(chǎng)。美國(guó)運(yùn)行商Verizon和Sprint比較積極,要在10—12年內(nèi)采用FTTH改造網(wǎng)絡(luò)。日本NTT發(fā)展FTTH最早,現(xiàn)在已經(jīng)有近200萬(wàn)用戶。目前中國(guó)FTTH處于試點(diǎn)階段。
FTTH[遇到的挑戰(zhàn):現(xiàn)在廣泛采用的ADSL技術(shù)提供寬帶業(yè)務(wù)尚有一定優(yōu)勢(shì)。與FTTH相比:①價(jià)格便宜②利用原有銅線網(wǎng)使工程建設(shè)簡(jiǎn)單③對(duì)于目前1Mbps—500kbps影視節(jié)目的傳輸可滿足需求。FTTH目前大量推廣受制約。
對(duì)于不久的將來(lái)要發(fā)展的寬帶業(yè)務(wù),如:網(wǎng)上教育,網(wǎng)上辦公,會(huì)議電視,網(wǎng)上游戲,遠(yuǎn)程診療等雙向業(yè)務(wù)和HDTV高清數(shù)字電視,上下行傳輸不對(duì)稱的業(yè)務(wù),AD8L就難以滿足。尤其是HDTV,經(jīng)過(guò)壓縮,目前其傳輸速率尚需19.2Mbps。正在用H.264技術(shù)開(kāi)發(fā),可壓縮到5～6Mbps。通常認(rèn)為對(duì)QOS有所保證的ADSL的最高傳輸速串是2Mbps,仍難以傳輸HDTV。可以認(rèn)為HDTV是FTTH的主要推動(dòng)力。即HDTV業(yè)務(wù)到來(lái)時(shí),非FTTH不可。
FTTH的解決方案:通常有P2P點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和PON無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)兩大類。
F2P方案一一優(yōu)點(diǎn):各用戶獨(dú)立傳輸,互不影響,體制變動(dòng)靈活;可以采用廉價(jià)的低速光電子模塊;傳輸距離長(zhǎng)。缺點(diǎn):為了減少用戶直接到局的光纖和管道,需要在用戶區(qū)安置1個(gè)匯總用戶的有源節(jié)點(diǎn)。
PON方案——優(yōu)點(diǎn):無(wú)源網(wǎng)絡(luò)維護(hù)簡(jiǎn)單;原則上可以節(jié)省光電子器件和光纖。缺點(diǎn):需要采用昂貴的高速光電子模塊;需要采用區(qū)分用戶距離不同的電子模塊,以避免各用戶上行信號(hào)互相沖突;傳輸距離受PON分比而縮短;各用戶的下行帶寬互相占用,如果用戶帶寬得不到保證時(shí),不單是要網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容,還需要更換PON和更換用戶模塊來(lái)解決。(按照目前市場(chǎng)價(jià)格,PEP比PON經(jīng)濟(jì))。
PON有多種,一般有如下幾種:(1)APON:即ATM-PON,適合ATM交換網(wǎng)絡(luò)。(2)BPON:即寬帶的PON。(3)OPON:采用通用幀處理的OFP-PON。(4)EPON:采用以太網(wǎng)技術(shù)的PON,0EPON是千兆畢以太網(wǎng)的PON。(5)WDM-PON:采用波分復(fù)用來(lái)區(qū)分用戶的PON,由于用戶與波長(zhǎng)有關(guān),使維護(hù)不便,在FTTH中很少采用。
發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展FTTH的計(jì)劃和技術(shù)方案,根據(jù)各國(guó)具體情況有所不同。美國(guó)主要采用A-PON,因?yàn)锳TM交換在美國(guó)應(yīng)用廣泛。日本NTT有一個(gè)B-FLETts計(jì)劃,采用P2P-MC、B-PON、G-EPON、SCM-PON等多種技術(shù)。SCM-PON:是采用副載波調(diào)制作為多信道復(fù)用的PON。
中國(guó)ATM使用遠(yuǎn)比STM的SDH少,一般不考慮APON。我們可以考慮的是P2P、GPON和EPON。P2P方案的優(yōu)缺點(diǎn)前面已經(jīng)說(shuō)過(guò),目前比較經(jīng)濟(jì),使用靈活,傳輸距離遠(yuǎn)等;宜采用。而比較GPON和EPON,各有利弊。GPON:采用GFP技術(shù)網(wǎng)絡(luò)效率高;可以有電話,適合SDH網(wǎng)絡(luò),與IP結(jié)合沒(méi)有EPON好,但目前GPON技術(shù)不很成熟。EPON:與IP結(jié)合好,可用戶電話,如用電話需要借助lAD技術(shù)。目前,中國(guó)的FTTH試點(diǎn)采用EPON比較多。FTTH技術(shù)方案的采用,還需要根據(jù)用戶的具體情況不同而不同。
近來(lái),無(wú)線接入技術(shù)發(fā)展迅速。可用作WLAN的IEEE802.11g協(xié)議,傳輸帶寬可達(dá)54Mbps,覆蓋范圍達(dá)100米以上,目前已可商用。如果采用無(wú)線接入WLAN作用戶的數(shù)據(jù)傳輸,包括:上下行數(shù)據(jù)和點(diǎn)播電視VOD的上行數(shù)據(jù),對(duì)于一般用戶其上行不大,IEEES02.11g是可以滿足的。而采用光纖的FTTH主要是解決HDTV寬帶視頻的下行傳輸,當(dāng)然在需要時(shí)也可包含一些下行數(shù)據(jù)。這就形成“光纖到家庭+無(wú)線接入”(FTTH+無(wú)線接入)的家庭網(wǎng)絡(luò)。這種家庭網(wǎng)絡(luò),如果采用PON,就特別簡(jiǎn)單,因?yàn)榇薖ON無(wú)上行信號(hào),就不需要測(cè)距的電子模塊,成本大大降低,維護(hù)簡(jiǎn)單。如果,所屬PON的用戶群體,被無(wú)線城域網(wǎng)WiMAX(1EEE802.16)覆蓋而可利用,那么可不必建設(shè)專用的WLAN。接入網(wǎng)采用無(wú)線是趨勢(shì),但無(wú)線接入網(wǎng)仍需要密布于用戶臨近的光纖網(wǎng)來(lái)支撐,與FTTH相差無(wú)幾。FTTH+無(wú)線接入是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。
2、光交換的發(fā)展什么是通信?
實(shí)際上可表示為:通信輸+交換。
光纖只是解決傳輸問(wèn)題,還需要解決光的交換問(wèn)題。過(guò)去,通信網(wǎng)都是由金屬線纜構(gòu)成的,傳輸?shù)氖请娮有盘?hào),交換是采用電子交換機(jī)。現(xiàn)在,通信網(wǎng)除了用戶末端一小段外,都是光纖,傳輸?shù)氖枪庑盘?hào)。合理的方法應(yīng)該采用光交換。但目前,由于目前光開(kāi)關(guān)器件不成熟,只能采用的是“光-電-光”方式來(lái)解決光網(wǎng)的交換,即把光信號(hào)變成電信號(hào),用電子交換后,再變還光信號(hào)。顯然是不合理的辦法,是效串不高和不經(jīng)濟(jì)的。正在開(kāi)發(fā)大容量的光開(kāi)關(guān),以實(shí)現(xiàn)光交換網(wǎng)絡(luò),特別是所謂ASON-自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)。
通常在光網(wǎng)里傳輸?shù)男畔?一般速度都是xGbps的,電子開(kāi)關(guān)不能勝任。一般要在低次群中實(shí)現(xiàn)電子交換。而光交換可實(shí)現(xiàn)高速XGbDs的交換。當(dāng)然,也不是說(shuō),一切都要用光交換,特別是低速,顆粒小的信號(hào)的交換,應(yīng)采用成熟的電子交換,沒(méi)有必要采用不成熟的
大容量的光交換。當(dāng)前,在數(shù)據(jù)網(wǎng)中,信號(hào)以“包”的形式出現(xiàn),采用所謂“包交換”。包的顆粒比較小,可采用電子交換。然而,在大量同方向的包匯總后,數(shù)量很大時(shí),就應(yīng)該采用容量大的光交換。目前,少通道大容量的光交換已有實(shí)用。如用于保護(hù)、下路和小量通路調(diào)度等。一般采用機(jī)械光開(kāi)關(guān)、熱光開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前,由于這些光開(kāi)關(guān)的體積、功耗和集成度的限制,通路數(shù)一般在8—16個(gè)。
電子交換一般有“空分”和“時(shí)分”方式。在光交換中有“空分”、“時(shí)分”和“波長(zhǎng)交換”。光纖通信很少采用光時(shí)分交換。
光空分交換:一般采用光開(kāi)關(guān)可以把光信號(hào)從某一光纖轉(zhuǎn)到另一光纖。空分的光開(kāi)關(guān)有機(jī)械的、半導(dǎo)體的和熱光開(kāi)關(guān)等。近來(lái),采用集成技術(shù),開(kāi)發(fā)出MEM微電機(jī)光開(kāi)關(guān),其體積小到mm。已開(kāi)發(fā)出1296x1296MEM光交換機(jī)(Lucent),屬于試驗(yàn)性質(zhì)的。
光波長(zhǎng)交換:是對(duì)各交換對(duì)象賦于1個(gè)特定的波長(zhǎng)。于是,發(fā)送某1特定波長(zhǎng)就可對(duì)某特定對(duì)象通信。實(shí)現(xiàn)光波長(zhǎng)交換的關(guān)鍵是需要開(kāi)發(fā)實(shí)用化的可變波長(zhǎng)的光源,光濾波器和集成的低功耗的可靠的光開(kāi)關(guān)陣列等。已開(kāi)發(fā)出640x640半導(dǎo)體光開(kāi)關(guān)+AWG的空分與波長(zhǎng)的相結(jié)合的交叉連接試驗(yàn)系統(tǒng)(corning)。采用光空分和光波分可構(gòu)成非常靈活的光交換網(wǎng)。日本NTT在Chitose市進(jìn)行了采用波長(zhǎng)路由交換的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),半徑5公里,共有43個(gè)終端節(jié),(試用5個(gè)節(jié)點(diǎn)),速率為2.5Gbps。
自動(dòng)交換的光網(wǎng),稱為ASON,是進(jìn)一步發(fā)展的方向。
3、集成光電子器件的發(fā)展
如同電子器件那樣,光電子器件也要走向集成化。雖然不是所有的光電子器件都要集成,但會(huì)有相當(dāng)?shù)囊徊糠质切枰沂强梢约傻摹Ｄ壳罢诎l(fā)展的PLC-平面光波導(dǎo)線路,如同一塊印刷電路板,可以把光電子器件組裝于其上,也可以直接集成為一個(gè)光電子器件。要實(shí)現(xiàn)FTTH也好,ASON也好,都需要有新的、體積小的和廉價(jià)的和集成的光電子器件。
日本NTT采用PLO技術(shù)研制出16x16熱光開(kāi)關(guān);1x128熱光開(kāi)關(guān)陣列;用集成和混合集成工藝把32通路的AWG+可變光衰減器+光功率監(jiān)測(cè)集成在一起;8波長(zhǎng)每波速串為80Gbps的WDM的復(fù)用和去復(fù)用分別集成在1塊芯片上,尺寸僅15x7mm,如圖1。NTT采用以上集成器件構(gòu)成32通路的OADM。其中有些已經(jīng)商用。近幾年,集成光電子器件有比較大的改進(jìn)。
中國(guó)的集成光電子器件也有一定進(jìn)展。集成的小通道光開(kāi)關(guān)和屬于PLO技術(shù)的AWG有所突破。但與發(fā)達(dá)國(guó)家尚有較大差距。如果我們不迎頭趕上,就會(huì)重復(fù)如同微電子落后的被動(dòng)局面。
光纖通信的市場(chǎng)
眾所周知,2000年IT行業(yè)泡沫,使光纖通信產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模爆炸性地發(fā)展,產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)剩。無(wú)論是光傳輸設(shè)備,光電子器件和光纖的價(jià)格都狂跌。特別是光纖,每公里泡沫時(shí)期價(jià)格為羊1200,現(xiàn)在價(jià)格Y100左右1公里,比銅線還便宜。光纖通信的市場(chǎng)何時(shí)能恢復(fù)?根據(jù)RHK的對(duì)北美通信產(chǎn)業(yè)投入的統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè),如圖2.在2002年是最低谷,相當(dāng)于倒退4年。現(xiàn)在有所回升,但還不能恢復(fù)。按此推測(cè),在2007-2008年才能復(fù)元。光纖通信的市場(chǎng)也隨IT市場(chǎng)好轉(zhuǎn)。這些好轉(zhuǎn),在相當(dāng)大的程度是由FTTH和寬帶數(shù)字電視所帶動(dòng)的。
從光纖技術(shù)的使用狀況進(jìn)行分析，光纖通信技術(shù)作為激光通信技術(shù)的一部分，效率高、便捷、成本低是其基本特點(diǎn)，被各領(lǐng)域廣泛使用。最初的通信行業(yè)中，作為電磁波的光就已經(jīng)得到廣泛運(yùn)用，這使得通信的技術(shù)水準(zhǔn)上了一個(gè)新的臺(tái)階。通常來(lái)講，主要有兩種不同的情況通過(guò)光進(jìn)行通信，一是激光大氣，其光源是激光，主要是將信息經(jīng)過(guò)調(diào)制光的機(jī)器轉(zhuǎn)變成信號(hào)，然后通過(guò)光學(xué)天線進(jìn)行發(fā)送，接受信息的設(shè)備也是匹配的，如此信息就通過(guò)激光完成了傳播。此類通信方式受溫度和大氣的制約，傳輸?shù)木嚯x不宜過(guò)大，所以，這種通信方式多適用于指定區(qū)域內(nèi)。二是導(dǎo)光纖維，這種纖維通過(guò)玻璃拉直后進(jìn)行信息的傳輸，也就是我們通常所指的光纖通信。
2、電力通信網(wǎng)的構(gòu)成及特點(diǎn)
微波、光纖以及衛(wèi)星電路是當(dāng)前電力通信技術(shù)中的主要干線，電力系統(tǒng)特有的光纜和電力線載波等方式是不同支路完成通信的主要載體，并采用明線、電纜、無(wú)線等多種通信手段及程控交換機(jī)、調(diào)度總機(jī)等設(shè)備組成的多用戶、多功能的綜合通信網(wǎng)。電力通信的主要包括以下幾種方式。
2.1電力線載波通信
對(duì)工頻電流的傳輸是電力線路的工作重點(diǎn)。電力線載波完成通信的工作原理是：利用載波機(jī)將需要傳輸?shù)男畔⑥D(zhuǎn)換為高頻的弱電流，然后通過(guò)電力線路完成傳輸，其特點(diǎn)是：投資少、可靠性強(qiáng)、收效快，并且可以與電網(wǎng)同步發(fā)展建設(shè)。另外，此類通信方法還可以通過(guò)電力線將底線架空的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)載波信號(hào)的傳送，這叫絕緣地線載波法，這種載波方法與傳統(tǒng)方法相比，具有脫離線路故障以及線路停電等因素的制約的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，這種絕緣地線還可以在很大程度上起到省電的作用。
2.2光纖通信
由于光纖通信具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、傳輸容量大、頻帶寬、傳輸衰耗小等諸多優(yōu)點(diǎn),它一問(wèn)世便首先在電力部門(mén)得到應(yīng)用并迅速發(fā)展。除普通光纖外,一些專用特種光纖也在電力通信中大量使用。電力通信不僅包括上面兩種，還包括音頻電纜、曾經(jīng)的明線電話和當(dāng)前流行的擴(kuò)頻通信等。與專供通信的專門(mén)網(wǎng)絡(luò)不通，電力通信的主要特點(diǎn)是：對(duì)靈活性與可靠性提出了更高的要求；種類繁多、信息傳輸量少、強(qiáng)大的實(shí)時(shí)性；抗沖擊性強(qiáng)；具有更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造；機(jī)房多為無(wú)人看守、通信的范圍廣大。
3、光纖通信技術(shù)在電力通信中的應(yīng)用
（1）光纖具有比電纜以及銅線更寬的頻帶面，傳輸?shù)膶拵л^大，這對(duì)傳輸?shù)男畔⒘亢蛡鬏斔俣榷际钟欣Ｈ祟惖男枨笤谛畔⒓夹g(shù)的推動(dòng)下日益增加，這也對(duì)電力通信的網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求，使其面臨的任務(wù)更加艱巨。當(dāng)前電力系統(tǒng)飛速發(fā)展、電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、信息化建設(shè)日趨完善，這對(duì)電力系統(tǒng)的信息量傳輸提出了更高的要求。因此，在整個(gè)電力通信中，具有較大傳輸量?jī)?yōu)勢(shì)的光纖通信技術(shù)起到了關(guān)鍵性的作用。
（2）光纖通信技術(shù)在信息的傳輸過(guò)程中損耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他材質(zhì)的傳輸材料，還有光纖可以長(zhǎng)距離傳輸，也就是說(shuō)光纖通信技術(shù)可以在脫離中繼站的情況下實(shí)現(xiàn)信息的遠(yuǎn)距離傳輸，大大的減少了中繼站的建設(shè)費(fèi)用。在國(guó)家經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)下，電力通信設(shè)計(jì)的范圍也越來(lái)越廣，常見(jiàn)的事例有：偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)村日益發(fā)展的有線電視，不斷更新的數(shù)字電視等，當(dāng)前中國(guó)，電信干線傳輸、電力通信和廣播電視等網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積越來(lái)越廣，規(guī)模越來(lái)越大，工程體系越來(lái)越繁雜。大規(guī)模的使用光纖通信技術(shù)，可以降低傳輸損耗、降低中繼站數(shù)量，節(jié)省建站資金等。
（3）光纖具有抗腐蝕和絕緣的特性，并且在傳輸信號(hào)的過(guò)程中具有抗干擾、防竊聽(tīng)、防泄漏信息的優(yōu)勢(shì)，這在很大程度上對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定安全起了保護(hù)作用，這對(duì)社會(huì)運(yùn)行的正常與否也有決定性的作用。
（4）相對(duì)于其他公用網(wǎng)公司，電力系統(tǒng)在通信技術(shù)方面有著自己的要求，所以通常電力通信在建設(shè)過(guò)程中，會(huì)根據(jù)其特有的要求采用不同類型的光纖進(jìn)行通信建設(shè)。ADSS與OPGW是當(dāng)前中國(guó)特種光纜的類型，這種特種通信光纜主要服務(wù)于電力通信。其與眾不同的結(jié)構(gòu)與安裝情況決定了其與其他光纜的不同，這種材料的價(jià)格成本比較昂貴，但它具有低損耗、長(zhǎng)壽命、較強(qiáng)安全性和與地線復(fù)合等優(yōu)勢(shì)，這在很大程度上節(jié)省了建設(shè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的成本，并且使電力通信的質(zhì)量得到了質(zhì)的飛越。
4、結(jié)語(yǔ)
關(guān)鍵詞：鐵路通信系統(tǒng)；光纖通信技術(shù)；DWDM技術(shù)；波分復(fù)用技術(shù)；光纖接入技術(shù) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
中圖分類號(hào)：U285 文章編號(hào)：1009-2374（2017）06-0034-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.06.017
光纖通信技術(shù)作為當(dāng)今社會(huì)不可缺少的一種信息傳輸載體，其不但在市場(chǎng)占有重要位置，且運(yùn)用比較廣泛，例如：光纖通信技術(shù)被運(yùn)用于高質(zhì)量彩色電視傳輸、工業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)地監(jiān)控與調(diào)度。特別是在鐵路通信系統(tǒng)當(dāng)中，光纖通信技術(shù)運(yùn)用得比較多。在鐵路通信系統(tǒng)中應(yīng)用光纖通信技術(shù)可以提高通信傳輸?shù)男室约皵U(kuò)大光纖通信技術(shù)的運(yùn)用，可是光纖通信技術(shù)還有很多不足之處，需要得到改善。所以，下文就光纖通信技術(shù)在鐵路通信系統(tǒng)的運(yùn)用以及優(yōu)化舉措進(jìn)行了簡(jiǎn)單的闡述。
1 關(guān)于光纖通信技術(shù)情況分析
由于光纖通信是在高頻率光波當(dāng)中作為載波的這一前提條件下完成的，且由于光波頻率必須要達(dá)到1000赫茲才可以，而光纖在進(jìn)行發(fā)送信息時(shí)一般是被當(dāng)作介質(zhì)一樣的東西存在的。之前有文獻(xiàn)提到了這樣一個(gè)理論：就是將光纖當(dāng)作媒體，這樣就可以完成信息輸送。并且這篇論文提到，如果將其運(yùn)用到通信當(dāng)中，不但可以降低光纖損害程度，還可以降低成本運(yùn)輸。所以某企業(yè)為了真正實(shí)現(xiàn)這一想法，通過(guò)大量的研究和探索，對(duì)其進(jìn)行想象和思考，最終判定假如有一天將其成功研發(fā)出來(lái)，可以獲取高額的回報(bào)。而且對(duì)于通信未來(lái)發(fā)展有著非常重要的作用。隨之而來(lái)的世界上就出現(xiàn)了損害低的光纖，并且這根光纖衰退系數(shù)是20～23db/km，也正是因?yàn)槿绱耍藗冞M(jìn)入了光纖時(shí)代。使用光纖技術(shù)的時(shí)候，與以往的通信技術(shù)相比較，光纖技術(shù)優(yōu)勢(shì)更大，尤其是光纖技術(shù)的損耗小、容量大、傳輸快等優(yōu)點(diǎn)，這是傳統(tǒng)的通信技術(shù)不能相比的。由于光纖通信具備了這部分優(yōu)點(diǎn)：不會(huì)遭到電磁感染、不會(huì)出現(xiàn)串音，所以很多人喜歡光纖通信，且為了更好地運(yùn)用光纖通信，人們花費(fèi)大量的資金和先進(jìn)技術(shù)，發(fā)展光纖通信技術(shù)。從光纖技術(shù)發(fā)展至今，只有20多年的時(shí)間，光纖通信的容量就提高了一萬(wàn)多倍，且傳輸速度也提高了數(shù)百倍，到目前為止，人們可以在各個(gè)行業(yè)當(dāng)中看到光纖的身影。
1.1 波分復(fù)用技術(shù)分析
因?yàn)橥ㄟ^(guò)單模光纖消耗非常小的區(qū)域，使用波分復(fù)用能夠帶來(lái)很大的寬帶資源，按照不一樣的波長(zhǎng)以及頻率，不一樣的信道就可以經(jīng)過(guò)光纖消耗非常小的窗口進(jìn)行改進(jìn)而成。且因?yàn)樾盘?hào)載波就是光波，所以波分復(fù)用器使用在發(fā)送端，能夠?qū)⒉幌嗤牟ㄩL(zhǎng)光載波進(jìn)行有效融合，然后發(fā)送到一根光纖之中。通過(guò)接收端，將不一樣的波長(zhǎng)采用分波器負(fù)荷不相同的信號(hào)載波進(jìn)行有效分割。不相同的波長(zhǎng)的光載波信號(hào)一同進(jìn)行復(fù)用傳輸。從當(dāng)今社會(huì)發(fā)展來(lái)看，波分復(fù)用已經(jīng)運(yùn)用于鐵路通信體系之中，按照不一樣的波長(zhǎng)輸送通信信號(hào)，不僅不會(huì)遭到電磁信號(hào)以及氣候的干擾，還可以提高信息傳輸速度。
1.2 光纖接入技術(shù)分析
光纖接入網(wǎng)作為信息高速公路中的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，其要想完成高速信息輸送，關(guān)鍵點(diǎn)在于用戶的接入這一環(huán)節(jié)，必須擁有主干寬帶輸送網(wǎng)，且信息高速輸送到各家各戶采用的技術(shù)就是光纖接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。當(dāng)光纖寬帶進(jìn)行接入時(shí)，通常其輸送方式不會(huì)是單一的，而是各種類型的同的方式，且光纖到戶和FTTCab就是經(jīng)常使用的傳遞模式。其能夠讓光纖在不同的位置進(jìn)行信息傳遞。由于進(jìn)行光纖寬帶接入方式采用了光纖到戶這一方法，其可以提供全光接入，所以對(duì)于不相同的寬帶特點(diǎn)能夠充分滿足使用者對(duì)于寬帶的各種不同需求，用戶體驗(yàn)到不同的寬帶需求。
2 運(yùn)用的光纖通信技術(shù)情況分析
2.1 準(zhǔn)同步數(shù)字系列光纖通信
于1980年左右，鐵路光纖通信體系逐步發(fā)展和進(jìn)步，由北京站到北京局間建立了一個(gè)10千米以上的試驗(yàn)段，并且二次體系也隨之開(kāi)通，且路段之間建立了多模光纖，采用8芯單模光纜將其運(yùn)用于重載雙線電氣化大秦鐵路。而該局限通信系統(tǒng)由二芯配置34Mb/sPDH設(shè)施組建而成，所以中國(guó)的第一條長(zhǎng)途干線電纜數(shù)字通信系統(tǒng)功能出現(xiàn)了，這樣大大促進(jìn)了同軸模擬傳輸光纜數(shù)據(jù)通信在鐵路通信網(wǎng)的進(jìn)步和發(fā)展。但由于其復(fù)用結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜、沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)管理能力等，進(jìn)而直接影響到光纜通信系統(tǒng)發(fā)展和進(jìn)步，在這樣的情況下，相關(guān)人員研制出了同步數(shù)字體系技術(shù)，其逐漸出現(xiàn)在人們的視線里。同步數(shù)字體系可以有效實(shí)現(xiàn)光纖通信系統(tǒng)的運(yùn)用價(jià)值。其是把光纖信號(hào)進(jìn)行一同收集，接著采用不一樣的頻率來(lái)發(fā)出。
2.2 對(duì)于DWDM技術(shù)運(yùn)用分析
相關(guān)人員開(kāi)始于鐵路通信系統(tǒng)中運(yùn)用DWDM，這種技術(shù)能夠采員工非常多的波長(zhǎng)作為載波，其具備了消耗非常低與單模光纖的寬帶的特點(diǎn)，可以讓各個(gè)載波通信通道在一根光纖里一同進(jìn)行傳輸，這樣可以大大降低光纖的總數(shù)目。在DWDM當(dāng)中，其協(xié)議和輸送的速度沒(méi)有任何聯(lián)系，并且DWDM網(wǎng)絡(luò)可使用以太網(wǎng)協(xié)議等來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)輸送，且數(shù)據(jù)流量通常可以控制在2.0Gb/s～100Mb/s之間。并且DWDM能夠在激光通道間，經(jīng)過(guò)不一樣的速度輸送不一樣的數(shù)據(jù)流量。從目前而言，這樣的技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始大面積地運(yùn)用到鐵路通信系y中。由于此技術(shù)不會(huì)受到天氣的干擾，可以將波長(zhǎng)和光纖頻率相融合，使用DWDM系統(tǒng)和設(shè)施，讓信息體系可以得到綜合性的兼容。
相關(guān)人員使用SDH設(shè)施，開(kāi)展信號(hào)波的傳輸，在一開(kāi)始的時(shí)候，其信號(hào)傳輸不太穩(wěn)定，但由于時(shí)間的上漲，所以輸送的速度也會(huì)一直上漲。在這樣的情形下，能夠采用16波道以及2.0Gb/s以上的速度作為基礎(chǔ)。采用單根光纖單向傳輸方式，能夠把相同的波長(zhǎng)在不同的兩個(gè)位置進(jìn)行重復(fù)性的使用功能。這項(xiàng)技術(shù)和數(shù)字傳輸體制的世界標(biāo)準(zhǔn)是相符的，能夠符合很多的光纖信號(hào)。并且這種技術(shù)還能夠把PDH與SDH的特征進(jìn)行兼容，使用靈活的組網(wǎng)方式，可以有效降低聯(lián)網(wǎng)費(fèi)用。DWDM技術(shù)在多個(gè)新型行業(yè)都有業(yè)務(wù)方面的發(fā)展，不但可以推動(dòng)鐵路通信系統(tǒng)發(fā)展，還能夠讓通信技術(shù)行業(yè)上升一個(gè)檔次，進(jìn)而帶來(lái)全新的發(fā)展局面。運(yùn)用DWDM，把光纖通信技術(shù)相結(jié)合，且把光波頻率和電磁信號(hào)相融合，將其運(yùn)用于鐵路通信當(dāng)中，可以達(dá)到意想不到的效果。
3 光纖通信技術(shù)優(yōu)化策略
3.1 采用光時(shí)分復(fù)用及密集波分復(fù)用技術(shù)提升傳輸容量
要想提升光纖傳輸系統(tǒng)中的傳輸容量，就一定要采用光時(shí)分復(fù)用技術(shù)以及密集波分復(fù)用技術(shù)，這是提升傳輸容量最好的方法之一，其能夠經(jīng)過(guò)單根光纖來(lái)使得傳輸信道數(shù)的傳輸容量增加，并且光時(shí)分復(fù)用技術(shù)是經(jīng)過(guò)信道的傳輸速度來(lái)提升傳輸容量的。可是由于光時(shí)分復(fù)用技術(shù)以及密集波分復(fù)用技術(shù)傳輸?shù)墓饫w通信系統(tǒng)的容量非常有限，所以相關(guān)人員可以把很多的光時(shí)分復(fù)用信號(hào)一起使用，這樣可以在很大程度上提高傳輸?shù)娜萘俊Ｆ渲衅駨?fù)用技術(shù)最大的作用在于降低相鄰的信道之間的相互作用，在高速通訊系統(tǒng)當(dāng)中歸零編碼信號(hào)里面所占去的空間非常小，并且對(duì)于色散管理分布相關(guān)要求很低，而且其對(duì)于光纖的偏振膜色散以及非線性歸零編碼信號(hào)之間的適應(yīng)性很強(qiáng)。所以在當(dāng)前的大容量通信系統(tǒng)當(dāng)中運(yùn)用歸零編碼傳輸方法比較好。
3.2 采用光孤子通信技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸
因光孤子通信技術(shù)擁有非常特別的PS數(shù)量級(jí)的很短的光脈沖，其方位一般是在光纖反常色散區(qū)域，可以將光纖的非線性和群速度色散進(jìn)行有效地平衡，所以，針對(duì)光纖距離較遠(yuǎn)的輸送，使用光孤子通信，就不會(huì)更改光纖速度和波長(zhǎng)。使用功能光孤子通信能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離高速通訊，能夠在時(shí)域很短的脈沖把控中使用已存在的速率，進(jìn)而可以有效降低ASE，而其定時(shí)、整形等可以加大輸送的距離。如果要提高光學(xué)濾波輸送距離，其可以在性能非常高的摻鉺光纖放大器方面輸送比較低的噪音的摻鉺光纖放大器。
3.3 采用全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提升速度傳輸
運(yùn)用全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠有效提升速度傳輸，實(shí)現(xiàn)高速傳輸。以往的光網(wǎng)絡(luò)可以把節(jié)點(diǎn)間的全光化完成，可是在網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)處以往的方式運(yùn)用的是電器件，這就嚴(yán)重局限了通信網(wǎng)絡(luò)容量的提升，并且也給當(dāng)前鐵路通信系統(tǒng)造成了很大的麻煩。可是電節(jié)點(diǎn)會(huì)在全網(wǎng)絡(luò)中被取代，且節(jié)點(diǎn)之間可以使用全光網(wǎng)，讓信息可以進(jìn)行高速的交換以及傳輸，對(duì)于用戶的信息不會(huì)再按照以往的比特進(jìn)行，而是根據(jù)波長(zhǎng)來(lái)決定。采用全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還能夠消除電光瓶頸產(chǎn)生的部分影響因素。
4 結(jié)語(yǔ)
在鐵路通信系統(tǒng)中運(yùn)用光纖通信技術(shù)可以提升傳輸效率，還可以推動(dòng)通信行業(yè)的發(fā)展，并且素質(zhì)和市場(chǎng)需求上升，能夠促進(jìn)光纖通信技術(shù)上升一個(gè)層次。所以運(yùn)用光纖通信技術(shù)的時(shí)候，首要做的就是對(duì)其運(yùn)用的相關(guān)情況進(jìn)行仔細(xì)的分析，接著通過(guò)對(duì)實(shí)際情況的調(diào)查，對(duì)光纖通信技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提升光纖通信技術(shù)傳輸容量、實(shí)現(xiàn)光纖通信技術(shù)遠(yuǎn)距離傳輸、實(shí)現(xiàn)光纖通信技術(shù)全光網(wǎng)。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：光纖通信；課程教學(xué)；教學(xué)改革
作者簡(jiǎn)介：翟鳳瀟（1979-），男，河南永城人，鄭州輕工業(yè)學(xué)院物理電子工程學(xué)院，講師；郝蘊(yùn)琦（1985-），女，河南扶溝人，鄭州輕工業(yè)學(xué)院物理與電子工程學(xué)院，講師。（河南 鄭州 450002）
基金項(xiàng)目：本文系鄭州輕工業(yè)學(xué)院第十批教改項(xiàng)目的研究成果。
中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）05-0144-02
自從英（美）籍華人科學(xué)家高錕提出光纖用于通信領(lǐng)域之后，光纖通信技術(shù)以其獨(dú)特的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)得到了前所未有的快速發(fā)展。[1]我國(guó)光通信設(shè)備產(chǎn)業(yè)近年來(lái)—直保持較高增長(zhǎng)速度，成為中國(guó)發(fā)展最快的產(chǎn)業(yè)之一。現(xiàn)在國(guó)家級(jí)的電信網(wǎng)骨干主要采用光纖通信系統(tǒng)，而光纖通信技術(shù)已深入到社會(huì)生活的各個(gè)層面，成為現(xiàn)代社會(huì)重要的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。特別是2013年8月17日，國(guó)務(wù)院印發(fā)了“寬帶中國(guó)”戰(zhàn)略及實(shí)施方案的通知，必將對(duì)我國(guó)光纖通信技術(shù)發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用，也會(huì)對(duì)光纖通信人才培養(yǎng)產(chǎn)生影響。由于光纖通信技術(shù)在社會(huì)生活中占據(jù)的重要地位，因此“光纖通信”課程近年來(lái)一直作為國(guó)內(nèi)外高校通信、電子學(xué)科的重點(diǎn)專業(yè)課程及相關(guān)專業(yè)的選修課程。這門(mén)課程系統(tǒng)主要介紹了光纖通信理論和技術(shù)。課程要求是通過(guò)這門(mén)課程的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生掌握光纖通信技術(shù)的基本原理、光纖通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，了解光纖通信技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用和最新發(fā)展方向，為學(xué)生畢業(yè)后能夠從事光纖數(shù)字通信設(shè)備的操作、維護(hù)、設(shè)計(jì)、施工或繼續(xù)深造打下良好的基礎(chǔ)。“光纖通信”作為一門(mén)應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，在實(shí)際課程教學(xué)中存在諸多問(wèn)題。關(guān)于“光纖通信”課程理論與實(shí)踐教學(xué)改革成為各高校研究的問(wèn)題。[2-5]本文將從教學(xué)現(xiàn)狀及存在的主要問(wèn)題出發(fā)，對(duì)該課程的教學(xué)改革進(jìn)行探討。
一、“光纖通信”課程存在的問(wèn)題
作為電子科學(xué)技術(shù)專業(yè)一門(mén)主要專業(yè)課，其特點(diǎn)是光纖通信科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，新理論和新技術(shù)不斷產(chǎn)生和發(fā)展。這需要及時(shí)更新教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、改革教學(xué)方法。由于種種原因，“光纖通信”這門(mén)課程在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中存在諸多問(wèn)題，主要表現(xiàn)在以下方面：
第一，從授課方面來(lái)看在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，一般都是按照教材的自然順序按部就班地進(jìn)行講解，由于本課程公式多、表格多、圖形多，并且在課堂授課中，教師需在黑板上做大量的數(shù)學(xué)分析推導(dǎo)，課堂教學(xué)中過(guò)多的公式推導(dǎo)、證明導(dǎo)致課堂氣氛沉悶，教學(xué)效果不佳。另外，課程成績(jī)考核方式比較單一。目前“光纖通信”原理課程的考核多采取傳統(tǒng)閉卷考試方式，考試內(nèi)容以理論知識(shí)為主，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)方法呆板，習(xí)慣死記硬背，表現(xiàn)出綜合應(yīng)用知識(shí)能力比較欠缺，不能充分反映出學(xué)生對(duì)課程知識(shí)進(jìn)行融會(huì)貫通、創(chuàng)新思維解決實(shí)際問(wèn)題的能力。以上原因都極大打擊了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。
第二，實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)欠缺。在工科院校“光纖通信”教學(xué)實(shí)踐的過(guò)程中，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)向來(lái)是一個(gè)短板。隨著光纖通信的新理論和新技術(shù)不斷產(chǎn)生和發(fā)展，實(shí)驗(yàn)硬件更新升級(jí)落后、實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目單一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容老化等原因，教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)落后于光纖通信技術(shù)的發(fā)展。另外，采用封裝性強(qiáng)、集成化程度實(shí)驗(yàn)箱型的實(shí)驗(yàn)方式在方便操作的同時(shí)卻無(wú)法讓學(xué)生深入了解光纖通信系統(tǒng)全貌。實(shí)踐教學(xué)很難達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力的目的，導(dǎo)致學(xué)生普遍對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)認(rèn)識(shí)不足，嚴(yán)重影響了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和效果。
第三，由于光纖通信技術(shù)涉及的物理基礎(chǔ)知識(shí)較多如場(chǎng)論、光學(xué)原理、通信技術(shù)、激光技術(shù)等。故在學(xué)習(xí)本課程之前，學(xué)生應(yīng)先修這些課程。但是由于這些課程本身都有比較深的難度，所以不少學(xué)生很難全面掌握。例如研究光纖中的模式分布通常是在圓柱坐標(biāo)系下用分離變量法解給定邊界條件下的亥姆霍茲方程來(lái)完成，要求學(xué)生有較好的數(shù)學(xué)功底和電磁波方面的知識(shí)，如果基礎(chǔ)知識(shí)不夠扎實(shí)這部分的學(xué)習(xí)就會(huì)出現(xiàn)困難。學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握僅僅限于簡(jiǎn)單地背結(jié)論、公式，做計(jì)算題。學(xué)生不了解理論的工程應(yīng)用意義，不具體分析問(wèn)題，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)課程認(rèn)識(shí)不足，出現(xiàn)不知道學(xué)了有什么用的現(xiàn)象，這些問(wèn)題會(huì)使得學(xué)生逐步失去對(duì)這門(mén)課程的興趣。
二、“光纖通信”課程的教學(xué)改革思路
鑒于教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，對(duì)“光纖通信”課程的教學(xué)內(nèi)容和體系改革非常重要。下面將從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域進(jìn)行改革探索，在教學(xué)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，為學(xué)生圓滿完成學(xué)業(yè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
1.創(chuàng)新教學(xué)方法
在授課的過(guò)程中應(yīng)摒棄傳統(tǒng)教學(xué)方法缺點(diǎn)，充分利用計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)在現(xiàn)代教育中的優(yōu)勢(shì)。從教學(xué)目標(biāo)出發(fā)選擇教學(xué)內(nèi)容，把握理論上的度，對(duì)課程進(jìn)行準(zhǔn)確定位，突出技術(shù)實(shí)質(zhì)。根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容精心制作教學(xué)課件，在講課程前言和緒論部分宜采用聲情并茂的圖文、視頻展示，突出基本理論基本分析方法和知識(shí)的應(yīng)用，讓學(xué)生在首次接觸該課程時(shí)，接觸到一個(gè)開(kāi)闊的視野，有生動(dòng)的發(fā)展歷史和鮮活的應(yīng)用基礎(chǔ)，而不是讓其產(chǎn)生理論堆積的錯(cuò)覺(jué)。在講授光源時(shí)，采用flas來(lái)演示受激輻射機(jī)理。在講授光纖無(wú)源（有源）器件時(shí)，可以現(xiàn)場(chǎng)演示一些器件。根據(jù)課程內(nèi)容，把課程涉及的知識(shí)分成若干主題，如“低損耗光纖研究現(xiàn)狀及進(jìn)展”、“摻Er光纖放大器”、“光無(wú)源器件及市場(chǎng)調(diào)查”、“基于光纖傳感器的研究進(jìn)展”、“光纖通信的發(fā)展趨勢(shì)”等。把班級(jí)學(xué)生分成若干小組，每組負(fù)責(zé)一個(gè)主題，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料。當(dāng)講授先關(guān)內(nèi)容時(shí)，小組負(fù)責(zé)人把寫(xiě)出的調(diào)查研究報(bào)告，以ppt的形式進(jìn)行報(bào)告。這不僅可以拓寬學(xué)生的視野，提高學(xué)生獲取資料的能力，也極大的調(diào)動(dòng)了學(xué)習(xí)的積極性。讓學(xué)生參與到教學(xué)中來(lái)，充分發(fā)揮以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體的作用。這些教學(xué)方法學(xué)生參與度高，為學(xué)生以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)以及研究生學(xué)習(xí)奠定了良好的基礎(chǔ)。這些教學(xué)手段改變了以往課堂教學(xué)氣氛沉悶的現(xiàn)象，刺激了學(xué)生求知、探索的興趣和激情。
2.優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容
在教學(xué)內(nèi)容上既要重視課程的理論性，也要強(qiáng)調(diào)課程的工程實(shí)用性。光纖課程的理論較多，在理論課講授時(shí)，面面俱到，都講深入也是不切實(shí)際的。這就要求對(duì)課程教學(xué)過(guò)程中抓住重點(diǎn)、突破難點(diǎn)，做到詳略得當(dāng)、主次分明。對(duì)于學(xué)生反映掌握比較困難的理論，可以適當(dāng)?shù)卦谡n前進(jìn)行一些知識(shí)的補(bǔ)充。比如在理論推導(dǎo)中用到的一些高等數(shù)學(xué)知識(shí)、電磁場(chǎng)理論中的麥克斯韋方程、導(dǎo)波光學(xué)等。這些可以讓學(xué)生課前預(yù)習(xí)，在課堂上教師進(jìn)行回顧復(fù)習(xí)來(lái)達(dá)到鞏固知識(shí)的目的，這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)新的課程內(nèi)容就顯得容易接受了。在教學(xué)中，既注重理論分析的嚴(yán)謹(jǐn)性，又在一些理論分析難度較大的內(nèi)容上，結(jié)合物理意義以簡(jiǎn)化分析，以突出“光纖通信”課程理論性和系統(tǒng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。適當(dāng)增加新技術(shù)、新理論的課時(shí)，使學(xué)生更多了解最新技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)。比如在分析光纖中傳輸模式時(shí)候，可以不必要去細(xì)致分析每一步的公式推導(dǎo)，只需把結(jié)論及其物理含義進(jìn)行解釋。由于公式中用到了貝塞爾函數(shù)，函數(shù)的解比較復(fù)雜，對(duì)于方程的解可以利用計(jì)算機(jī)完成，尤其是相關(guān)計(jì)算機(jī)軟件比如matlab具有可視化功能，[6]由學(xué)生自己動(dòng)手編程解方程和繪圖，既可以降低教師在教學(xué)中的勞動(dòng)量還可以加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握和理解。
3.加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目及硬件建設(shè)
“光纖通信”原理課程是一門(mén)理論性及實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，因此必須加強(qiáng)和改進(jìn)“光纖通信”課程的實(shí)踐環(huán)境教學(xué)內(nèi)容，突出本課程重實(shí)踐、強(qiáng)能力的培養(yǎng)特色。實(shí)驗(yàn)建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重視和完善，有利于培養(yǎng)和提高通信工程類大學(xué)本科生的應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力和科研能力。
光纖通信技術(shù)發(fā)展十分迅速，這使得教學(xué)內(nèi)容更新周期越來(lái)越短，結(jié)合工程實(shí)際越來(lái)越密切。光纖通信的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)隨著學(xué)科的發(fā)展顯得越來(lái)越重要。由于實(shí)驗(yàn)硬件建設(shè)需要投入的資金較多，許多院校在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)嚴(yán)重落后于光纖通信技術(shù)的快速發(fā)展。因此在實(shí)驗(yàn)硬件建設(shè)方面，亟待改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件，加大經(jīng)費(fèi)投入。逐步開(kāi)設(shè)多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目如基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)等。基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證內(nèi)容為主，例如采用大恒光電GCS-FIB光纖技術(shù)基礎(chǔ)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行“數(shù)值孔徑測(cè)量”、“光纖準(zhǔn)直”等實(shí)驗(yàn)。綜合性實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生綜合知識(shí)提出更高要求，例如“自組光纖馬赫-曾德干涉儀”要求學(xué)生對(duì)馬赫-曾德干涉儀有深入的理解，同時(shí)要有較強(qiáng)的動(dòng)手能力。創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)主要結(jié)合教師的科研項(xiàng)目以及大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目，有興趣的學(xué)生可以進(jìn)行此類研究性實(shí)驗(yàn)。考慮到實(shí)驗(yàn)建設(shè)資金限制，對(duì)于一些實(shí)驗(yàn)可以用軟件模擬的方式進(jìn)行驗(yàn)證，例如“光纖中模式的傳輸”、“光的偏振狀態(tài)”可以采用matlab可視化模擬的方法驗(yàn)證，這些實(shí)驗(yàn)可以由學(xué)生參與程序的編寫(xiě)，提高學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解。學(xué)生參加實(shí)驗(yàn)建設(shè)活動(dòng)，可以在其課程成績(jī)中給予體現(xiàn)，以提高學(xué)生參加的熱情和積極性。
4.建立全面的評(píng)價(jià)體系
重理論，輕實(shí)踐，重結(jié)果，輕過(guò)程是傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方式的特點(diǎn)。因此建立能夠反映學(xué)習(xí)本課程情況的全面評(píng)價(jià)體系十分必要。建議提高學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的成績(jī)比重，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)部分的成績(jī)比重。在理論課成績(jī)部分可以采用期末考試、主題報(bào)告、課堂討論幾項(xiàng)成績(jī)的綜合方法，這充分體現(xiàn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程和學(xué)習(xí)效果。實(shí)驗(yàn)成績(jī)采用包括基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)以及模擬實(shí)驗(yàn)建設(shè)部分組成。對(duì)于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)要有更高的要求，實(shí)驗(yàn)結(jié)果按照科技論文的形式撰寫(xiě)，為學(xué)生后期的畢業(yè)論文和研究生學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。總而言之，建立全面的考核評(píng)價(jià)體系有助于全面考查學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)情況，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。
三、結(jié)束語(yǔ)
“光纖通信”是一門(mén)多學(xué)科交叉的理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，在教學(xué)過(guò)程中，做到理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)并重。通過(guò)這門(mén)課的學(xué)習(xí)使學(xué)生成為知識(shí)面寬，實(shí)踐能力強(qiáng)和具有創(chuàng)新能力的技術(shù)人才，這需要在“光纖通信”課程的教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)踐環(huán)節(jié)等方面進(jìn)行改革和探索。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：光纖通信；理論教學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)
中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）08-0167-03
當(dāng)代信息高速公路的骨干網(wǎng)絡(luò)是由光纖通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的，若沒(méi)有光纖的發(fā)明及相關(guān)有源和無(wú)源光纖器件的發(fā)明和發(fā)展，當(dāng)今的高速信息網(wǎng)絡(luò)是無(wú)法想象的。但是當(dāng)今信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展得益于微電子學(xué)、光電子學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及通信工程等多門(mén)學(xué)科的快速發(fā)展及它們之間的交叉融合。因此，要想成為一名信息技術(shù)領(lǐng)域的電子信息工程師、計(jì)算機(jī)工程師或通信工程師，除了需要掌握本專業(yè)的課程知識(shí)以外，也應(yīng)該熟悉現(xiàn)代信息技g的其他相關(guān)主要知識(shí)，比如光纖通信網(wǎng)絡(luò)及其相關(guān)器件等。本文從光纖通信技術(shù)的研究?jī)?nèi)容、應(yīng)用及發(fā)展等方面說(shuō)明其在電子信息工程專業(yè)教育中的重要性，并研討電子信息工程專業(yè)中的光纖通信課程的理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。
一、光纖通信技術(shù)簡(jiǎn)介
1960年，美國(guó)人梅曼（Maiman）發(fā)明了第一臺(tái)紅寶石激光器[1]，給光通信帶來(lái)了新的希望。和普通光相比，激光具有波譜寬度窄，方向性極好，亮度極高，以及頻率和相位較一致的良好特性。激光是一種高度相干光，它的特性和無(wú)線電波相似，是一種理想的光載波。繼紅寶石激光器之后，氦―氖（He-Ne）激光器、二氧化碳（CO2）激光器先后出現(xiàn)，并投入實(shí)際應(yīng)用。激光器的發(fā)明和應(yīng)用，使沉睡了80年的光通信進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段。
1966年，英籍華裔學(xué)者高錕（C.K.Kao）和霍克哈姆（C.A.Hockham）發(fā)表了關(guān)于傳輸介質(zhì)新概念的論文，指出了利用光纖（Optical Fiber）進(jìn)行信息傳輸?shù)目赡苄院图夹g(shù)途徑，奠定了現(xiàn)代光通信――光纖通信的基礎(chǔ)[2]。在以后的10年中，波長(zhǎng)為1.55μm的光纖損耗：1979年是0.20 dB/km，1984年是0.157 dB/km，1986年是0.154 dB/km，接近了光纖最低損耗的理論極限。1970年，作為光纖通信用的光源也取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。1977年，貝爾實(shí)驗(yàn)室研制的半導(dǎo)體激光器壽命達(dá)到10萬(wàn)小時(shí)（約11.4年），外推壽命達(dá)到100萬(wàn)小時(shí)，完全滿足實(shí)用化的要求。由于光纖和半導(dǎo)體激光器的技術(shù)進(jìn)步，使1970年成為光纖通信發(fā)展的一個(gè)重要里程碑之年。在今后的幾十年中，光纖通信網(wǎng)絡(luò)的逐步商用化帶動(dòng)了相關(guān)信息產(chǎn)業(yè)鏈的蓬勃發(fā)展[3]。
由于在光纖通信系統(tǒng)中，作為載波的光波頻率比電波頻率高得多，而作為傳輸介質(zhì)的光纖又比同軸電纜或波導(dǎo)管的損耗低得多[4]，因此相對(duì)于電纜通信或微波通信，光纖通信具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。綜上所述，可見(jiàn)光纖通信技術(shù)在現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)中的重要地位，因此，光纖通信技術(shù)這門(mén)課程不僅是光學(xué)工程專業(yè)的基礎(chǔ)必修課程[5]，也應(yīng)該作為電子信息工程專業(yè)的專業(yè)選修課程來(lái)開(kāi)設(shè)。
二、光纖通信課程教學(xué)研究
（一）光纖通信課程的理論教學(xué)
電子信息工程專業(yè)的光纖通信課程的理論知識(shí)可以分為四個(gè)相互關(guān)聯(lián)的層次和內(nèi)容，它們分別是：第一部分，光纖技術(shù)的基礎(chǔ)；第二部分，光纖通信器件技術(shù)基礎(chǔ)；第三部分，光纖通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)；第四部分，光纖與光纖通信系統(tǒng)測(cè)量。這四個(gè)部分的關(guān)系層層遞進(jìn)，逐漸深入。理論學(xué)時(shí)總共32學(xué)時(shí)。
第一部分，光纖技術(shù)的基礎(chǔ)。可以先講解光纖通信技術(shù)的一些概念性和歷史性的知識(shí)，比如：電信技術(shù)的發(fā)展，光通信的必要性及技術(shù)基礎(chǔ)，光纖通信技術(shù)的歷史、現(xiàn)狀與未來(lái)。此處，可詳細(xì)介紹人類對(duì)光通信探索的歷史及現(xiàn)代光纖通信技術(shù)從學(xué)術(shù)研究到商業(yè)應(yīng)用的發(fā)展里程，并附帶介紹微波通信的發(fā)展里程，然后通過(guò)比較使用光波進(jìn)行通信和使用微波進(jìn)行通信的優(yōu)缺點(diǎn)及使用光纖材料和使用同軸電纜進(jìn)行通信的優(yōu)缺點(diǎn)，讓學(xué)生了解光纖通信的巨大優(yōu)勢(shì)。然后可以簡(jiǎn)單介紹光纖傳輸?shù)幕A(chǔ)理論――電磁場(chǎng)與電磁波理論中的一些基本概念和現(xiàn)象，重點(diǎn)介紹麥克斯韋方程。最后介紹光纖的模式理論、光纖的結(jié)構(gòu)和類型、光纖的傳輸特性、光纖制造技術(shù)與光纜等知識(shí)。其中，光纖傳輸特性包括光纖的損耗特性和色散特性，這是該部分的重點(diǎn)知識(shí)。總之，筆者認(rèn)為，第一部分內(nèi)容的講解方法和手段是非常重要的，不宜講得深?yuàn)W，而應(yīng)該結(jié)合動(dòng)畫(huà)或者視頻講解光纖的傳光原理，使學(xué)生易于接受，才能提高學(xué)生對(duì)這門(mén)課程的興趣，從而繼續(xù)學(xué)習(xí)往后部分的相對(duì)枯燥的知識(shí)。該部分學(xué)時(shí)安排為6H。
第二部分，光纖通信器件技術(shù)基礎(chǔ)。這部分講述光纖通信系統(tǒng)中的有源和無(wú)源光通信器件，這些器件是構(gòu)成一個(gè)完成的光纖通信系統(tǒng)必不可少的部件，學(xué)好這部分內(nèi)容有利于理解后面學(xué)習(xí)的光纖通信網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)容。這部分內(nèi)容包括：基本光纖器件、光學(xué)濾波器、光纖放大器和半導(dǎo)體光電子器件。基本光纖器件包括分波/合波器、光纖活動(dòng)連接器、光隔離器、環(huán)形器和衰減器等；光學(xué)濾波器的內(nèi)容包括Fabry-Perot濾波器、介質(zhì)膜濾波器、HiBi光纖Sagnac濾波器、Mach-Zender型濾波器、光纖光柵等；光纖放大器的內(nèi)容包括：摻餌光纖放大器（EDFA）、光纖Raman放大器等。半導(dǎo)體光電子器件的內(nèi)容包括：普通的半導(dǎo)體激光器（LD）和發(fā)光二極管（LED）、FP型雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)激光器、動(dòng)態(tài)單縱模激光器、半導(dǎo)體光放大器（OSA）、PN結(jié)光電二極管、PIN光電二極管、APD雪崩光電二極管等。對(duì)于每一個(gè)光纖器件，講解內(nèi)容包括這些光纖器件的結(jié)構(gòu)、工作原理、具體參數(shù)、應(yīng)用場(chǎng)合等，應(yīng)結(jié)合動(dòng)畫(huà)或者視頻講解，甚至如果有條件的話，可以在課題上帶上一些體積很小的光纖器件實(shí)物給學(xué)生講解，比如光纖活動(dòng)連接器、LD、LED、光纖光柵、PIN光電二極管價(jià)格便宜、體積小的光纖器件。該部分學(xué)時(shí)安排為10H。
第三部分，光纖通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)。這部分是本門(mén)課程的核心和精華部分，包括光纖傳輸系統(tǒng)、光纖通信網(wǎng)、全光網(wǎng)技術(shù)及其發(fā)展三大部分。其中，光纖傳輸系統(tǒng)的內(nèi)容包含：光纖傳輸系統(tǒng)的基本組成、光發(fā)送機(jī)組件、光接收機(jī)組件、光放大噪聲及其級(jí)聯(lián)、色散調(diào)節(jié)技術(shù)、光纖傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)、光纖傳輸系統(tǒng)性能評(píng)估。光通信網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)容包含：通信網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和分類、準(zhǔn)同步數(shù)字系統(tǒng)（PDH）、同步數(shù)字系統(tǒng)（SDH）、異步傳輸模式（ATM）、互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議、光纖通信網(wǎng)的管理/保護(hù)/恢復(fù)。全光網(wǎng)技術(shù)及其發(fā)展的內(nèi)容包含：通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過(guò)程、全光網(wǎng)絡(luò)中的傳輸技術(shù)（WDM、OTDM、OCDMA和分組交換技術(shù)）、無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（G-PON、E-PON、WDM-PON）、光傳送網(wǎng)（G.709OTN）、自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)、全光網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理、全光網(wǎng)的安全問(wèn)題。對(duì)于每一種光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，講解內(nèi)容包括這些光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、功能、應(yīng)用場(chǎng)合等，應(yīng)盡量使用PPT的圖片、動(dòng)畫(huà)進(jìn)行講解，PPT上要盡量避免文字上描述。該部分學(xué)時(shí)安排為12H。
第四部分，光纖與光纖通信系統(tǒng)測(cè)量。該部分主要介紹光纖通信工程實(shí)施、檢測(cè)中一些常用的設(shè)備和儀器，在本門(mén)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中都要使用到這些設(shè)備，是培養(yǎng)光纖通信工程師的基礎(chǔ)技能知識(shí)部分。該部分的內(nèi)容包括：光功率計(jì)的使用、光纖幾何參數(shù)的測(cè)量、光纖衰減測(cè)量、光纖色散測(cè)量、光纖偏正特性測(cè)量、光纖的機(jī)械特性和強(qiáng)度測(cè)量、光時(shí)域反射計(jì)（OTDR）的使用；光接收機(jī)靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍的測(cè)量、光纖通信系統(tǒng)誤碼率和功率代價(jià)的測(cè)量、眼圖及其測(cè)量、光譜分析儀、光纖通信系統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)。其中，重點(diǎn)講解光功率計(jì)、OTDR、眼圖示波器、光譜分析儀等儀器設(shè)備的功能和使用方法。該部分學(xué)時(shí)安排為4H。
（二）光纖通信課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)
對(duì)于電子信息工程本科專業(yè)而言，畢竟培養(yǎng)的學(xué)生不屬于光學(xué)工程或光電子技術(shù)領(lǐng)域的人才，而且電子信息工程專業(yè)本身都有很多屬于自己專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課程及課程設(shè)計(jì)，因此，筆者認(rèn)為光纖通信技術(shù)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)根據(jù)該專業(yè)學(xué)生的理論基礎(chǔ)和將來(lái)他們最可能需要的工程能力而設(shè)置。因而，筆者建議光纖通信課程的總學(xué)時(shí)設(shè)置為48學(xué)時(shí)，理論教學(xué)學(xué)時(shí)為32學(xué)時(shí)，7個(gè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)學(xué)時(shí)為16學(xué)r。
根據(jù)筆者10年來(lái)給電子信息工程專業(yè)本科學(xué)生講授這門(mén)課的經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為具體的實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置如下。
1.插入法測(cè)光纖的平均損耗系數(shù)。采用插入法測(cè)量待測(cè)光纖在1310nm和1550nm處的平均損耗系數(shù)。掌握插入法測(cè)量光纖損耗系數(shù)的原理，熟悉光纖多用表的使用方法。學(xué)時(shí)設(shè)置為2個(gè)課時(shí)。
2.光時(shí)域反射計(jì)（OTDR）測(cè)光纖鏈路特性。用光時(shí)域反射計(jì)測(cè)量光纖鏈路的平均損耗、接頭損耗、光纖長(zhǎng)度和故障點(diǎn)位置。了解光時(shí)域反射計(jì)工作原理及操作方法，學(xué)習(xí)用光時(shí)域反射計(jì)測(cè)量光纖平均損耗、接頭損耗、光纖長(zhǎng)度和故障點(diǎn)位置。學(xué)時(shí)設(shè)置為2個(gè)課時(shí)。
3.光波分復(fù)用（WDM）系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)及其誤碼率測(cè)量構(gòu)建1310nm/1550nm光纖波分復(fù)用系統(tǒng)并測(cè)試其誤碼率，了解光波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)的工作原理和系統(tǒng)組成熟悉誤碼、誤碼率的概念及其測(cè)量方法。學(xué)時(shí)設(shè)置為2個(gè)課時(shí)。
4.數(shù)字光纖通信系統(tǒng)信號(hào)眼圖測(cè)試。構(gòu)建數(shù)字光纖通信系統(tǒng)并且用數(shù)字示波器觀測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)眼圖，并從眼圖中確定數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的性能。了解眼圖產(chǎn)生的基礎(chǔ)，根據(jù)眼圖測(cè)量數(shù)字通信系統(tǒng)性能的原理；學(xué)習(xí)通過(guò)數(shù)字示波器調(diào)試、觀測(cè)眼圖；掌握判別眼圖質(zhì)量的指標(biāo)；熟練使用數(shù)字示波器和誤碼儀。學(xué)時(shí)設(shè)置為3個(gè)課時(shí)。
5.光纖切割與焊接技術(shù)演示實(shí)驗(yàn)。利用全自動(dòng)熔接機(jī)向?qū)W生演示光纖熔接的全過(guò)程，了解光纖的結(jié)構(gòu)和光纖電弧放電焊接原理；了解全自動(dòng)焊接光纖的過(guò)程和使用方法。學(xué)時(shí)設(shè)置為2個(gè)課時(shí)。
6.光纖光柵光譜特性測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。測(cè)量光環(huán)行器的插入損耗、隔離度、方向性、回波損耗參數(shù)；利用PC光譜儀、光環(huán)行器和光纖光柵設(shè)計(jì)光纖光柵光譜特性的測(cè)試系統(tǒng)；了解光環(huán)行器的工作原理和主要功能；了解光環(huán)行器性能參數(shù)的測(cè)試原理；了解光纖光柵的光譜特性；學(xué)習(xí)PC光譜儀的使用方法。學(xué)時(shí)設(shè)置為3個(gè)課時(shí)。
7.光帶通濾波器的設(shè)計(jì)。測(cè)量光耦合器的插入損耗、分光比和附加損耗等參數(shù)；利用光耦合器或者光環(huán)行器和光纖光柵設(shè)計(jì)光帶通濾波器。了解2X2光耦合器的工作原理，了解光耦合器各項(xiàng)參數(shù)的測(cè)試方法。學(xué)時(shí)設(shè)置為2個(gè)課時(shí)。
通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)課程，能夠使電子信息工程本科學(xué)生對(duì)光纖通信系統(tǒng)的基本器件、基本測(cè)量系統(tǒng)等有一個(gè)比較感觀的認(rèn)識(shí)，而且能夠更加深刻地掌握它們工作的基本原理和基本特性，為將來(lái)在具體的工程設(shè)計(jì)及進(jìn)一步深造中奠定基礎(chǔ)。
三、結(jié)束語(yǔ)
光纖通信技術(shù)在國(guó)家的信息產(chǎn)業(yè)、國(guó)防工業(yè)中具有舉足輕重的地位，電子信息技術(shù)與光學(xué)信息技術(shù)的結(jié)合也越來(lái)越緊密。對(duì)于當(dāng)今的電子信息工程專業(yè)的學(xué)生而言，除了需要掌握本專業(yè)牢固的知識(shí)和技能以外，了解和掌握光纖通信技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)和相關(guān)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)也是必不可缺的。本文通過(guò)對(duì)電子信息工程專業(yè)特點(diǎn)和光纖通信課程內(nèi)容的分析，討論了該門(mén)課程與該專業(yè)的內(nèi)在聯(lián)系，分析其重要性，并根據(jù)筆者10年來(lái)在重慶理工大學(xué)電子信息工程專業(yè)講授該門(mén)課程的經(jīng)驗(yàn)，提出了本門(mén)課程在電子信息工程專業(yè)中的理論及實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)重點(diǎn)、教學(xué)方法及課程設(shè)置等方面的一些意見(jiàn)和建議。
參考文獻(xiàn)：
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論文關(guān)鍵詞：高職教育,教學(xué)設(shè)計(jì),工作項(xiàng)目
高職院校“光纖通信技術(shù)與設(shè)備”課程理論知識(shí)深?yuàn)W，實(shí)踐內(nèi)容廣泛，涉及到多學(xué)科知識(shí)。現(xiàn)在的高職學(xué)生缺少主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情，課程內(nèi)容難以引起學(xué)生的興趣，學(xué)生難以學(xué)以致用。深究其主要的原因是課程的設(shè)置采用學(xué)科體系，沒(méi)有與企業(yè)的工作過(guò)程有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，與社會(huì)的職業(yè)需求還沒(méi)有建立有機(jī)的聯(lián)系，沒(méi)有完全達(dá)到高等職業(yè)院校設(shè)定的人才培養(yǎng)目標(biāo)。本文根據(jù)“基于能力培養(yǎng)，面向崗位群”的高職教育理念，對(duì)“光纖通信技術(shù)與設(shè)備”這門(mén)課程進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，提出基于工作項(xiàng)目的設(shè)計(jì)理念，將教學(xué)任務(wù)細(xì)化成一個(gè)個(gè)具體的可操作實(shí)施的項(xiàng)目，從而培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。
“光纖通信技術(shù)與設(shè)備”是本校光纖通信專業(yè)的專業(yè)核心課程之一，主要給學(xué)生建立光纖通信的基本概念、基本理論和基本分析方法；通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握光纖通信的基礎(chǔ)知識(shí)，包括光纖通信系統(tǒng)的組成、光纖和光纜、有源光器件、無(wú)源光器件、光端機(jī)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、SDH傳輸網(wǎng)、光纖通信相關(guān)新技術(shù)。除了相關(guān)理論的學(xué)習(xí)，本課程注重實(shí)訓(xùn)操作，其中包含了光纖通信系統(tǒng)靈敏度測(cè)試以及光傳輸業(yè)務(wù)的開(kāi)通等相關(guān)內(nèi)容，使學(xué)生能夠掌握常用測(cè)試儀器的使用，在此基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力，為他們將來(lái)從事光纖通信工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
1 課程的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)
本課程的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)分為三個(gè)項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目具體分為若干個(gè)任務(wù)。
項(xiàng)目一：光纖通信系統(tǒng)。子項(xiàng)目如下。任務(wù)一 認(rèn)知光纖通信系統(tǒng)；任務(wù)二 認(rèn)知光纖和光纜；任務(wù)三 通信用光器件；任務(wù)四 光端機(jī)。
項(xiàng)目二：光傳輸網(wǎng)業(yè)務(wù)開(kāi)通。子項(xiàng)目如下。任務(wù)一SDH概述；任務(wù)二 SDH幀結(jié)構(gòu)與復(fù)用；任務(wù)三 SDH網(wǎng)元與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析；任務(wù)四SDH網(wǎng)同步與管理；任務(wù)五SDH傳輸設(shè)備認(rèn)知與配置。
項(xiàng)目三：光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與新技術(shù)認(rèn)知。子項(xiàng)目如下。任務(wù)一 光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)；任務(wù)二 光纖通信新技術(shù)認(rèn)知。
從教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)可以看出項(xiàng)目二在整個(gè)教學(xué)內(nèi)容中占有很大的比重，因此研究光傳輸網(wǎng)業(yè)務(wù)開(kāi)通項(xiàng)目設(shè)計(jì)很有必要。
2 能力訓(xùn)練項(xiàng)目
基于工作過(guò)程的課程教學(xué)近年來(lái)成為了高職教學(xué)的新方向，以工作中發(fā)生的真實(shí)工作任務(wù)為中心，在教學(xué)中讓學(xué)生在一個(gè)個(gè)典型“工作任務(wù)”驅(qū)動(dòng)下展開(kāi)活動(dòng)，從而掌握清晰的思路、方法和知識(shí)脈絡(luò)，在完成“工作任務(wù)”過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力以及自主學(xué)習(xí)習(xí)慣，站在完成任務(wù)中掌握知識(shí)，帶動(dòng)知識(shí)和技能發(fā)展的學(xué)與教方式。根據(jù)教學(xué)計(jì)劃以及學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)設(shè)計(jì)了能力訓(xùn)練項(xiàng)目，如表1所示。
3 實(shí)踐項(xiàng)目設(shè)計(jì)
根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和思維能力，項(xiàng)目二光傳輸網(wǎng)業(yè)務(wù)開(kāi)通的實(shí)踐項(xiàng)目按照由淺入深，由簡(jiǎn)到難的思路進(jìn)行設(shè)計(jì)：任務(wù)1 E300網(wǎng)管的基本操作→任務(wù)2鏈型網(wǎng)的建立與連接→任務(wù)3環(huán)型網(wǎng)的建立與連接→任務(wù)4鏈型網(wǎng)2M業(yè)務(wù)配置→任務(wù)5 環(huán)型網(wǎng)2M業(yè)務(wù)配置→任務(wù)6鏈型網(wǎng)2M業(yè)務(wù)保護(hù)配置→任務(wù)7 環(huán)型網(wǎng)2M業(yè)務(wù)保護(hù)配置→任務(wù)8業(yè)務(wù)配置測(cè)試。
4 實(shí)踐項(xiàng)目實(shí)施舉例
下面以鏈型網(wǎng)的業(yè)務(wù)配置為例進(jìn)行說(shuō)明。現(xiàn)有A、B、C共三個(gè)站組成二纖鏈形網(wǎng)，A-B-C，鏈路速率為STM-1，各站之間的距離均在50KM左右，各站業(yè)務(wù)均采用 ZXMPS320設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)。業(yè)務(wù)需求： A<->C：1個(gè)2M。
能力目標(biāo)：
1.會(huì)創(chuàng)建鏈型網(wǎng)絡(luò)。
2.會(huì)進(jìn)行2M業(yè)務(wù)的配置。
重點(diǎn)：創(chuàng)建鏈型網(wǎng)絡(luò)。
難點(diǎn)：時(shí)隙配置。
實(shí)踐步驟：
實(shí)驗(yàn)步驟1：?jiǎn)?dòng)網(wǎng)管，啟動(dòng)Server，啟動(dòng)GUI。
實(shí)驗(yàn)步驟2：創(chuàng)建網(wǎng)元
在客戶端操作窗口中，單擊【設(shè)備管理-創(chuàng)建網(wǎng)元】選項(xiàng)，或單擊工具條中的按鈕，彈出創(chuàng)建網(wǎng)元的對(duì)話框。通過(guò)定義網(wǎng)元的名稱、標(biāo)識(shí)、IP地址等參數(shù)，在網(wǎng)管客戶端創(chuàng)建網(wǎng)元。
實(shí)驗(yàn)步驟3：安裝單板
在客戶端操作窗口中，雙擊拓?fù)渚W(wǎng)中的網(wǎng)元標(biāo)識(shí)。根據(jù)待安裝單板的類型，在單板類型選擇區(qū)單擊相應(yīng)的板按鈕，板按鈕高亮顯示，同時(shí)，模擬子架區(qū)中可以安裝該類型單板的空閑槽位變?yōu)榱咙S色，單擊某個(gè)亮黃色槽位，該單板安裝完畢。依次安裝其他單板。
實(shí)驗(yàn)步驟4：連接網(wǎng)元
在客戶端操作窗口中，選擇SDH網(wǎng)元單擊【設(shè)備管理-公共管理-網(wǎng)元間的連接配置】菜單項(xiàng)，或單擊工具條中的按鈕，彈出連接配置對(duì)話框，增加網(wǎng)元間的連接關(guān)系。
實(shí)驗(yàn)步驟5：業(yè)務(wù)配置
在客戶端操作窗口中，選擇SDH網(wǎng)元，單擊【設(shè)備管理-SDH管理-業(yè)務(wù)配置】菜單項(xiàng)或單擊工具條中的按鈕。彈出業(yè)務(wù)配置對(duì)話框。
在如圖所示的業(yè)務(wù)配置對(duì)話框中，將支路時(shí)隙與群路時(shí)隙連接起來(lái)，兩者之間會(huì)出現(xiàn)紅色虛線，然后單擊<確定>、<全量下發(fā)>按鈕，將命令下發(fā)到網(wǎng)元NCP單板上。連線會(huì)變成綠色實(shí)線。
實(shí)驗(yàn)步驟6：檢查業(yè)務(wù)配置是否正確
（1）選擇SDH網(wǎng)元，在客戶端操作窗口中，單擊【業(yè)務(wù)管理-電路業(yè)務(wù)管理】菜單項(xiàng)，彈出電路業(yè)務(wù)管理對(duì)話框。
【關(guān)鍵詞】光纖Bragg光柵光通信PZT
一、引言
光纖通信是人類20世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一。自從本世紀(jì)70年代初第一根實(shí)用化光纖問(wèn)世以來(lái)，光纖通信這項(xiàng)高技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，并對(duì)人類社會(huì)生活產(chǎn)生了巨大的影響。人類社會(huì)正邁步進(jìn)入信息時(shí)代，光纖無(wú)可質(zhì)疑地成為信息交換中最重要的傳輸媒介。1978年，加拿大通信研究中心的K. O. Hill等人首次利用窄帶488 nm的激光制作了光纖Bragg光柵（Fiber Bragg Grating，F(xiàn)BG）。光纖特性如張力、溫度、偏振發(fā)生變化，將會(huì)使光柵有效折射率或柵距改變，從而影響B(tài)ragg波長(zhǎng)，這是光纖光柵應(yīng)用于傳感器的基礎(chǔ)。
二、光纖Bragg光柵的制作
目前，光纖光柵的制作技術(shù)已經(jīng)趨于成熟。但是全息干涉制作光纖光柵方法的提出，預(yù)示著光纖光柵具有實(shí)用化的商業(yè)前途，激起了研究者們的極大興趣，加、美、日、澳等國(guó)相繼投入了相當(dāng)?shù)难芯苛α俊＠^全息干涉法制作光纖光柵后，光纖光柵制作技術(shù)朝方便靈活、穩(wěn)定可靠、光柵參數(shù)可控等方向發(fā)展，新的制作技術(shù)不斷涌現(xiàn)，如相位Mask技術(shù)、單脈沖技術(shù)、點(diǎn)-點(diǎn)光柵寫(xiě)入技術(shù)。其中相位Mask技術(shù)普遍被人們看好，且目前的工藝較為成熟。相位掩模板是經(jīng)刻蝕的玻璃光柵，對(duì)紫外光透明，并且相位掩模板經(jīng)特殊處理，使得零級(jí)衍射光被抑制，大部分衍射光集中在+ 1級(jí)和- 1級(jí)。紫外光照射時(shí)，掩模板的±1級(jí)衍射光互相干涉，沿光纖方向就形成了周期性的光強(qiáng)調(diào)制，從而形成光纖光柵。
相位Mask技術(shù)不僅能高效、可靠地制作光纖光柵，還能用于制作有特定頻譜響應(yīng)特性要求的光柵。比如，普通均勻光柵的反射頻譜在主峰兩側(cè)會(huì)有次極大（即旁瓣）的存在，在用于波分復(fù)用時(shí)，上述效應(yīng)會(huì)降低通道隔離度，引起串?dāng)_。但是，通過(guò)被稱為變跡的過(guò)程，使沿光纖長(zhǎng)度方向的折射率調(diào)制呈鐘形曲線分布，可以有效地抑制旁瓣。因此本實(shí)驗(yàn)采用Mask技術(shù)制作光纖Bragg光柵。相位Mask技術(shù)還可用于制作所謂的啁啾光柵，啁啾是指沿光纖長(zhǎng)度方向改變光柵周期以期展寬反射譜或改善時(shí)域、譜域特性。光纖光柵用于色散補(bǔ)償時(shí)，啁啾顯得特別重要。
三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
光纖Bragg光柵通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。寬帶光源出射的激光通過(guò)光隔離器進(jìn)入3dB耦合器，在經(jīng)過(guò)FBG時(shí)由于其高反射特性，而被反射回3dB耦合器，通過(guò)光電探測(cè)器接收反射信號(hào)光，光電探測(cè)器將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，供計(jì)算機(jī)提供參考光的作用。FBG與壓電陶瓷（PZT）緊密粘貼在一起，計(jì)算機(jī)通過(guò)鋸齒波掃描電壓驅(qū)動(dòng)PZT而影響FBG的折射率。而FBG收到外部應(yīng)力過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生反射中心波長(zhǎng)的漂移，因此光電探測(cè)器接收到新的反射信號(hào)，再經(jīng)由計(jì)算機(jī)對(duì)PZT重新驅(qū)動(dòng)。
通信系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)PZT時(shí)FBG和未驅(qū)動(dòng)PZT時(shí)的反射譜并不一樣。計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)PZT導(dǎo)致的形變會(huì)引起FBG中心反射波長(zhǎng)的變化，其中心波長(zhǎng)在1553.2nm。在PZT加載驅(qū)動(dòng)電壓后，其中心波長(zhǎng)漂移到1553.6nm，其漂移范圍在400nm。因此，根據(jù)通信系統(tǒng)所需要的有效波長(zhǎng)而給出相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電壓，可以很好的解決通信系統(tǒng)中噪聲對(duì)信號(hào)的干擾。光纖Bragg光柵制作方式簡(jiǎn)單，材料來(lái)源廣泛，其成本很低。在大規(guī)模光通信系統(tǒng)中，可以使用光纖Bragg光柵陣列來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)通信波長(zhǎng)的調(diào)制。其波長(zhǎng)漂移范圍較大，完全可以實(shí)現(xiàn)未來(lái)的長(zhǎng)距離、大容量、寬信道的通信系統(tǒng)。
四、結(jié)論
本文對(duì)光纖Bragg光柵的制備技術(shù)進(jìn)行了闡述，并采用Mask技術(shù)制作光纖Bragg光柵。利用光纖Bragg光柵的窄帶濾波和高反射特性，設(shè)計(jì)了以光纖Bragg光柵為基礎(chǔ)的光纖通信系統(tǒng)，并分析了該系統(tǒng)的工作原理以及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。本論文的提出，可以為未來(lái)光纖通信技術(shù)提供實(shí)驗(yàn)支持。
參考文獻(xiàn)
論文摘要：光電子器件和部件廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)距離大容量光纖通信、光存儲(chǔ)、光顯示、光互聯(lián)、光信息處理、激光加工、激光醫(yī)療和軍事武器裝備，預(yù)期還會(huì)在未來(lái)的光計(jì)算中發(fā)揮重要作用。本文將介紹國(guó)內(nèi)外光電子技術(shù)及光電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
如果說(shuō)微電子技術(shù)推動(dòng)了以計(jì)算機(jī)、因特網(wǎng)、光纖通信等為代表的信息技術(shù)的高速發(fā)展，改變了人們的生活方式，使得知識(shí)經(jīng)濟(jì)初見(jiàn)端倪，那么隨著信息技術(shù)的發(fā)展，大容量光纖通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，光電子技術(shù)將起到越來(lái)越重要的作用。美國(guó)商務(wù)部指出：“90年代，全世界的光子產(chǎn)業(yè)以比微電子產(chǎn)業(yè)高得多的速度發(fā)展，誰(shuí)在光電子產(chǎn)業(yè)方面取得主動(dòng)權(quán)，誰(shuí)就將在21世紀(jì)的尖端科技較量中奪魁”。日本《呼聲》月刊也有類似的評(píng)論：“21世紀(jì)具有代表意義 的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，第一是光電子產(chǎn)業(yè)，第二是信息通信產(chǎn)業(yè)，第三是健康和福利產(chǎn)業(yè)……”，可以斷言，光電子技術(shù)將繼微電子技術(shù)之后再次推動(dòng)人類科學(xué)技術(shù)的革命。
1 世界光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展
光纖通信技術(shù)的發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)當(dāng)初人們的預(yù)料，光纖已經(jīng)成為通信網(wǎng)的重要傳輸媒介，現(xiàn)在世界上大約有60%的通信業(yè)務(wù)經(jīng)光纖傳輸，到20世紀(jì)末將達(dá)到85%，但從目前光纖通信的整體水平來(lái)看，仍處于初級(jí)階段，光纖通信的巨大潛力還沒(méi)有完全開(kāi)發(fā)出來(lái)。目前，各種新技術(shù)層出不窮，密集波分復(fù)用技術(shù)（DWDM，在同一根光纖內(nèi)傳輸多路不同波長(zhǎng)的光信號(hào)，以提高單根光纖的傳輸能力）、摻鉺光纖放大器技術(shù)（EDFA，可將光信號(hào)直接放大，具有輸出功率高、噪聲小，增益帶寬等優(yōu)點(diǎn)）已取得突破性進(jìn)展并得到廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)在DWDM系統(tǒng)和光傳輸設(shè)備中，光電技術(shù)的比例將從過(guò)去比重不到10%達(dá)到90%。一種全新的、無(wú)需進(jìn)行任何光電變換的光波通信——“全光通信”，由于波分復(fù)用技術(shù)和摻鉺光纖放大器技術(shù)的進(jìn)展，也日趨成熟，將在橫跨太平洋和大西洋的通信系統(tǒng)上首次使用，給全球的通信業(yè)帶來(lái)蓬勃生機(jī)。為此提供支撐的就是半導(dǎo)體光電子器件和部件。光電子器件和技術(shù)已形成一個(gè)快速增長(zhǎng)的、巨大的光電子產(chǎn)業(yè)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著越來(lái)越大的作用。美國(guó)光電子產(chǎn)業(yè)振興協(xié)會(huì)估計(jì)，到2003年，光電子產(chǎn)業(yè)的總產(chǎn)值將達(dá)2000億美元。
Internet應(yīng)用的飛速增長(zhǎng)對(duì)電信骨干網(wǎng)帶寬提出越來(lái)越高的需求，為滿足需求的增長(zhǎng)，人們可以鋪設(shè)更多的光纖，或靠提高單路光的信息運(yùn)載量（現(xiàn)在主干網(wǎng)可以分別工作在2.5Gbps和10Gbps，并已有40Gbps的演示性設(shè)備）。但更主要的方法卻是靠發(fā)展波分復(fù)用技術(shù)，增加光纖內(nèi)通光的路數(shù)（光波分復(fù)用的實(shí)驗(yàn)記錄已經(jīng)達(dá)到2.64Tbps）。波分復(fù)用技術(shù)的普遍運(yùn)用為光電子器件和部件提供了廣闊的、快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)。無(wú)限戰(zhàn)略公司的報(bào)告指出：“信號(hào)傳輸用 1.31μm和1.55μm激光器市場(chǎng)1999年達(dá)到13億美元，比去年增加23%；1.48μm信號(hào)放大用激 光器1999年市場(chǎng)份額達(dá)到1.6億美元，比去年增加33%；980nm信號(hào)放大用激光器銷售額達(dá)2.9 億美元，比去年增長(zhǎng)121%。整個(gè)激光器市場(chǎng)的份額1999年達(dá)18億美元，預(yù)期2003年將達(dá)到30 億美元”。美國(guó)通信工業(yè)研究公司（CIR）的研究預(yù)測(cè)，北美市場(chǎng)光電子部件的市場(chǎng)規(guī)模將由目前的28億美元增長(zhǎng)到2003年的61億美元，約每年增長(zhǎng)18.5%。密集波分復(fù)用設(shè)備銷售額也將從1998年的22億美元增加到2004年的94億美元。報(bào)告稱雖然10年內(nèi)全光通信還不會(huì)全面商業(yè)化，但是全光交換將在幾年內(nèi)成為市場(chǎng)主流，報(bào)告也指出盡管光學(xué)部件市場(chǎng)被大公司所占據(jù)，但仍有創(chuàng)新性公司進(jìn)入的可能。
2 我國(guó)的光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)
近10年來(lái)我國(guó)光電子技術(shù)研究在國(guó)家“863”計(jì)劃和有關(guān)部門(mén)的支持下有了突飛猛進(jìn)的進(jìn)展，在很多領(lǐng)域同國(guó)外先進(jìn)國(guó)家只有兩三年的距離，個(gè)別領(lǐng)域還處于世界領(lǐng)先地位。
國(guó)內(nèi)光電子有關(guān)產(chǎn)業(yè)基地在光電子器件、部件和子系統(tǒng)（如激光器、探測(cè)器、光收發(fā)模塊、EDFA、無(wú)源光器件）等已經(jīng)占領(lǐng)了國(guó)內(nèi)較大的市場(chǎng)份額，初步具備同國(guó)外大公司競(jìng)爭(zhēng)的能力，在毫無(wú)市場(chǎng)保護(hù)的情況下，靠自己的力量爭(zhēng)得了一席之地，市場(chǎng)營(yíng)銷逐年有較大的增長(zhǎng)，個(gè)別產(chǎn)品還取得國(guó)際市場(chǎng)相關(guān)產(chǎn)品中的銷量最大的成績(jī)。我國(guó)相應(yīng)研究發(fā)展基地和本領(lǐng)域高 技術(shù)公司的許多產(chǎn)品填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品的空白，打破國(guó)外產(chǎn)品在市場(chǎng)上的壟斷地位，同時(shí)爭(zhēng)取進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。
摻鉺光纖放大器（EDFA）是高速大容量光纖通信系統(tǒng)必需的關(guān)鍵部件，國(guó)內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)40%的份額。我國(guó)也是目前國(guó)際上少數(shù)幾個(gè)有能力研制PIC和OEIC的國(guó)家。808nm大功率激 光器及其泵浦的固體綠光激光器，670nm紅光激光器已產(chǎn)品化和商品化并批量占領(lǐng)國(guó)際市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)移動(dòng)通信的光纖直放站所用的光電器件，90%使用國(guó)產(chǎn)器件，國(guó)產(chǎn)1.55μmDFB激光器 戰(zhàn)勝了國(guó)外器件，占領(lǐng)了100%的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。
但是，我們應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到在我國(guó)光電子技術(shù)發(fā)展中，光電子器件、部件雖是光通信、光顯示、光存儲(chǔ)等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵部分，但在整個(gè)系統(tǒng)和設(shè)備成本中所占的比重較小，其產(chǎn)值較低，目前科研開(kāi)發(fā)主要處于跟蹤和小批量生產(chǎn)階段，光電子產(chǎn)業(yè)所需的規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)目前還未有實(shí)質(zhì)突破；國(guó)內(nèi)研究生產(chǎn)的光電器件和部件有相當(dāng)部分還未能滿足整機(jī)和系統(tǒng)的要求，導(dǎo)致國(guó)外器件占據(jù)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)相當(dāng)多的份額；在機(jī)制上仍未擺脫科研、生產(chǎn)、市場(chǎng)相互脫離的狀況。
論文關(guān)鍵詞:電力系統(tǒng);配網(wǎng)自動(dòng)化;通信技術(shù)
一、配網(wǎng)自動(dòng)化的發(fā)展歷程
我國(guó)配電自動(dòng)化的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)階段,第一個(gè)階段是自動(dòng)化階段,它的主要原理是不同的自動(dòng)化開(kāi)關(guān)設(shè)備相互支持;第二個(gè)階段是計(jì)算機(jī)階段,它主要基于計(jì)算機(jī)大規(guī)模云計(jì)算處理相關(guān)的配網(wǎng)問(wèn)題;第三個(gè)階段是使用現(xiàn)代控制理論支持的現(xiàn)代自動(dòng)化階段。
在配網(wǎng)自動(dòng)化的第一個(gè)階段里,主要的思路是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),通過(guò)斷路器等二次繼保設(shè)備之間的相互配合,快速切除故障,不需要計(jì)算機(jī)介入進(jìn)行實(shí)時(shí)控制,在這一階段里使用的設(shè)備主要是二次物理設(shè)備。但是,在這一階段里,受電源和繼保裝置的影響,自動(dòng)化程度非常低。在這一階段,當(dāng)在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí),不能實(shí)時(shí)偵測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),僅當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),二次設(shè)備才能發(fā)揮作用;當(dāng)系統(tǒng)的運(yùn)行方式發(fā)生變化后,需要工作人員重新到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行整定計(jì)算;恢復(fù)事故區(qū)域供電時(shí),不能自動(dòng)采取最優(yōu)化措施;在事故恢復(fù)階段,需采用多次重合閘,以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行,但是,這種方法對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的損傷很大。目前,這些設(shè)備在我國(guó)大部分地區(qū)仍在使用。
基于大規(guī)模計(jì)算機(jī)云計(jì)算的配網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)是發(fā)展的第二階段,在這一階段里,對(duì)電力通信的要求較高,主要運(yùn)用了現(xiàn)代通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和電力電子技術(shù),在配電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)也能監(jiān)視電網(wǎng)運(yùn)行狀況,真正意義上實(shí)現(xiàn)了遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)功能。在故障時(shí),能夠通過(guò)監(jiān)控設(shè)備及時(shí)發(fā)現(xiàn)非正常狀態(tài),并由調(diào)度員通過(guò)遙控遠(yuǎn)方設(shè)備,隔離故障區(qū)域和恢復(fù)健全區(qū)域供電。
具有自動(dòng)控制功能的現(xiàn)代配電自動(dòng)化階段,是進(jìn)入配電自動(dòng)化發(fā)展的第三階段,計(jì)算機(jī)技術(shù)得到更好的應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)自動(dòng)控制功能。集成了配電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)、配電地理信息系統(tǒng)、饋線自動(dòng)化、變電站自動(dòng)化、需求側(cè)管理、調(diào)度員仿真調(diào)度、故障呼叫服務(wù)系統(tǒng)和工作管理等一體化的綜合自動(dòng)化系統(tǒng),初步實(shí)現(xiàn)了饋線分段開(kāi)關(guān)遙控、電容器組調(diào)節(jié)控制、用戶負(fù)荷控制和遠(yuǎn)方自動(dòng)抄表等功能。
面對(duì)世界電力積極開(kāi)展智能電網(wǎng)研究的新動(dòng)向,借鑒歐美等國(guó)家和地區(qū)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)理論,國(guó)家電網(wǎng)公司結(jié)合我國(guó)國(guó)情和能源供應(yīng),用電服務(wù)的新需求,于特高壓輸電國(guó)際會(huì)議上正式提出了立足自主創(chuàng)新,建設(shè)以特高壓為骨干網(wǎng)架,各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展,以信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化為特征的堅(jiān)強(qiáng)配電網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo),從而拉開(kāi)了我國(guó)配電網(wǎng)研究和建設(shè)實(shí)施的序幕。
二、配網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)存在的問(wèn)題
1.功能設(shè)計(jì)單一
提高供電可靠率,是配電網(wǎng)自動(dòng)化功能設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)思路。但電力可靠性中心簡(jiǎn)報(bào)數(shù)據(jù)表明,現(xiàn)階段影響供電可靠性的主要是例行檢測(cè)時(shí)配電網(wǎng)停電,這一階段停電時(shí)間遠(yuǎn)大于由于配電網(wǎng)故障導(dǎo)致的停電。不斷提高配網(wǎng)管理水平,大大減少例行檢測(cè)的停電時(shí)間和次數(shù),是發(fā)展配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)的一個(gè)重要方面。
2.出現(xiàn)在配電網(wǎng)里的孤島情況
在現(xiàn)階段,不同的電力企業(yè)里,資源的種類多,各種資源難以整合到一起。部門(mén)內(nèi)部信息共享能力差,企業(yè)部門(mén)之間的信息更是難以交流,這進(jìn)一步導(dǎo)致了配電網(wǎng)管理出現(xiàn)紊亂,分析數(shù)據(jù)局部冗余。這種現(xiàn)象的出現(xiàn),使得系統(tǒng)難以經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行。
3.新設(shè)備的出現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)影響較大
在設(shè)備資產(chǎn)管理中缺乏整體考慮和長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮,盲目追求最新的設(shè)備,不注重系統(tǒng)整體運(yùn)行情況,造成新老設(shè)備難以整合到一起,從而無(wú)法達(dá)到整體最優(yōu)的效果。
4.在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)里不能統(tǒng)一設(shè)計(jì)
在配電系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí),往往出現(xiàn)主控方與受控方的信息不相關(guān),網(wǎng)絡(luò)傳輸能力不夠,一次設(shè)備過(guò)老,導(dǎo)致新老設(shè)備不匹配。特別是將先進(jìn)的二次設(shè)備和老舊的一次設(shè)備整合到一起,造成系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行,嚴(yán)重影響配網(wǎng)自動(dòng)化功能的實(shí)現(xiàn)和管理的優(yōu)化。
5.管理體制中出現(xiàn)的弊端
配電自動(dòng)化技術(shù)主要覆蓋生產(chǎn)、營(yíng)銷兩大專業(yè),傳統(tǒng)管理方式單純強(qiáng)調(diào)垂直專業(yè)管理,而沒(méi)有條塊結(jié)合分工協(xié)作的保證措施。同時(shí),在功能設(shè)計(jì)過(guò)程中,還存在重系統(tǒng)、輕客戶管理,重形式輕實(shí)效的思維定式,導(dǎo)致技術(shù)缺失和管理漏洞,使得配電自動(dòng)化技術(shù)無(wú)法滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)的要求。
6.當(dāng)前與長(zhǎng)遠(yuǎn)的銜接問(wèn)題
配電自動(dòng)化技術(shù)涉及面廣,投資額大,既要考慮企業(yè)未來(lái)發(fā)展需要,又要著眼于現(xiàn)有系統(tǒng)的充分利用,因此,電力企業(yè)應(yīng)從技術(shù),管理上采取措施,為配電自動(dòng)化系統(tǒng)擴(kuò)容及其功能完善做好準(zhǔn)備。在實(shí)際生產(chǎn)中,應(yīng)該開(kāi)發(fā)和利用可擴(kuò)展的管理系統(tǒng)模塊和功能擴(kuò)展性強(qiáng)的先進(jìn)設(shè)備;而在管理過(guò)程中,更要擯棄傳統(tǒng)的只注重當(dāng)前利益而忽視長(zhǎng)遠(yuǎn)利益的做法,應(yīng)提倡資產(chǎn)全壽命周期管理的理念,解決當(dāng)前和長(zhǎng)遠(yuǎn)利益權(quán)衡問(wèn)題。
三、配網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)
隨著科技的發(fā)展,配電網(wǎng)自動(dòng)化展現(xiàn)出配電系統(tǒng)的智能化、自動(dòng)化,信息化和互動(dòng)化的新特征。配電自動(dòng)化技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)體現(xiàn)在以下七個(gè)方面。
1.配網(wǎng)自動(dòng)化的綜合型受控端
新型綜合受控端基于高速SCADA系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)信息的快速采集和信號(hào)的綜合處理,并且大大減少了受控端的數(shù)量,從而使系統(tǒng)的規(guī)模得到簡(jiǎn)化。這種受控端不僅具有以往終端所具有的功能,還可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的潮流分布、電壓情況、系統(tǒng)是否產(chǎn)生震蕩、頻率是否滿足要求等,將這些信息傳遞給主控方,供進(jìn)一步分析使用。同時(shí),這些受控端之間還可以進(jìn)行相互通信,進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)的精確程度。
2.配電線路載波通信技術(shù)和基于因特網(wǎng)的IP通信技術(shù)
通信系統(tǒng)一直是配電網(wǎng)自動(dòng)化的難點(diǎn)之一。在10kV及以下的配電系統(tǒng)里,由于受控端數(shù)目多,對(duì)通信的要求也顯著提高。因此,如果要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)潮流實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、頻率控制等需求,穩(wěn)定的大容量的高速載波通信系統(tǒng)是必備的。該系統(tǒng)不僅可以滿足上述需求,還可以為客戶提供更多的生活服務(wù),如電力線上網(wǎng)等。另外,光纖通信具有容量大、可靠性高、傳輸速率高等優(yōu)點(diǎn),已成為主流通信系統(tǒng)的首選。隨著成本的降低,采用光纖通信作為配電系統(tǒng)自動(dòng)化的主干通信網(wǎng)已得到普遍共識(shí)。隨著通信技術(shù)的進(jìn)步,基于城市光纖網(wǎng)的IP通信技術(shù)充分利用了光纖通信技術(shù)抗干擾能力強(qiáng)、誤碼率低、傳遞快速和IP通信方式的通用兼容性接口等優(yōu)越性,可望成為智能配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的前沿通信技術(shù)。
3.定制電力技術(shù)
定制電力技術(shù)是柔性配電系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用,它將智能電網(wǎng)技術(shù)、柔性送電技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)等高科技技術(shù)用于中低壓配電網(wǎng),用以消除諧波,防止電壓閃變,保證各相對(duì)稱,提高供電可靠性和經(jīng)濟(jì)性。主要由電壓穩(wěn)定器、快速無(wú)功補(bǔ)償器、頻率檢測(cè)器、高速斷路器等設(shè)備組成。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)突然增大負(fù)荷或者瞬間丟失大負(fù)荷時(shí),該技術(shù)可以瞬間發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的變化,并滿足極限情況下系統(tǒng)的穩(wěn)定,該技術(shù)應(yīng)用于配網(wǎng)自動(dòng)化中,可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)實(shí)時(shí)優(yōu)化,滿足高層次用戶的需求。
4.新型FA系統(tǒng)
新型的FA系統(tǒng)主要的思路是實(shí)現(xiàn)分布式電源,即根據(jù)不同的負(fù)荷就地提供合適的電源,減小線路傳輸?shù)膿p耗,提高能量利用率。根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)制訂的未來(lái)發(fā)展方案,未來(lái)我國(guó)將把輸配電系統(tǒng)分離,并在用戶端設(shè)立電網(wǎng)提供者的信息,用戶可以根據(jù)實(shí)時(shí)電價(jià)選擇供電方。新型FA系統(tǒng)應(yīng)用于配網(wǎng)自動(dòng)化中也存在許多困難,主要有:分布式電源位置不確定,配網(wǎng)的運(yùn)行方式多變,從而導(dǎo)致二次設(shè)備難以滿足要求。
5.配電系統(tǒng)的集中化管理
在以往的配網(wǎng)系統(tǒng)中,用戶是分散的,系統(tǒng)被迫分離為多島,多島之間功能相似,但系統(tǒng)難以交流,通道不可共享。集中化管理的配電系統(tǒng),可以利用先進(jìn)的通信網(wǎng)絡(luò)將配電網(wǎng)控制中心與系統(tǒng)多島連接在一起。比如,將SCADA系統(tǒng)與配網(wǎng)控制中心通過(guò)接口連接起來(lái),形成一個(gè)多級(jí)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的應(yīng)用,最好的方法是最大限度利用用戶原有的軟硬件資源,保護(hù)用戶的投資,實(shí)現(xiàn)實(shí)用化管理和多廠家產(chǎn)品共享的原則。
6.優(yōu)化的系統(tǒng)配電網(wǎng)運(yùn)行
隨著社會(huì)的發(fā)展和電力企業(yè)體制改革的推進(jìn),國(guó)家電網(wǎng)也逐漸以經(jīng)濟(jì)效益作為一個(gè)階段性目標(biāo)。這要求供電企業(yè)要不斷分析電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài),提出最優(yōu)潮流的方案,即按照狀態(tài)估計(jì)、潮流計(jì)算、最優(yōu)潮流控制來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,在保證可靠性的同時(shí)提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。配網(wǎng)要在運(yùn)行中提高經(jīng)濟(jì)效益,還應(yīng)當(dāng)優(yōu)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),盡量保證二次設(shè)備“不誤動(dòng),不據(jù)動(dòng)”,防止因系統(tǒng)突發(fā)事件導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失。
波分復(fù)用(WDM)是將兩種或多種不同波長(zhǎng)的光載波信號(hào)(攜帶各種信息)在發(fā)送端經(jīng)復(fù)用器(亦稱合波器。
關(guān)鍵詞：光交換，波分復(fù)用(WDM)，光傳送網(wǎng)(DTN)，自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)(ASDN)，光突發(fā)交換(OBS)
現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)中，先進(jìn)的光纖通信技術(shù)以其高速、帶寬的明顯特征而為世人矚目。實(shí)現(xiàn)透明的、具有高度生存性的全光通信網(wǎng)是寬帶通信網(wǎng)未來(lái)發(fā)展目標(biāo)。從系統(tǒng)角度來(lái)看，支撐全光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)又基本上可分為光監(jiān)控技術(shù)、光交換技術(shù)、光放大技術(shù)和光處理技術(shù)幾大類。而光交換技術(shù)作為全光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的一個(gè)重要支撐技術(shù)，它的全光通信系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，可以這樣說(shuō)光交換技術(shù)的發(fā)展在某種程度上也決定了全光通信的發(fā)展。為了能幫助大家對(duì)光交換技術(shù)有一個(gè)更深的了解，筆者下面介紹一些光交換技術(shù)現(xiàn)有的概念、研究領(lǐng)域、以及發(fā)展趨勢(shì)。
光交換是指不經(jīng)過(guò)任何光/電轉(zhuǎn)換，將輸入端光信號(hào)直接交換到任意的光輸出端。光交換是全光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一。在現(xiàn)代通信網(wǎng)中，全光網(wǎng)是未來(lái)寬帶通信網(wǎng)的發(fā)展方向。全光網(wǎng)可以克服電子交換在容量上的瓶頸限制；可以大量節(jié)省建網(wǎng)成本；可以大大提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可靠性。光交換技術(shù)也可以分為光路交換和分組交換。由于技術(shù)上的原因，目前還主要是開(kāi)發(fā)光路交換，但今后發(fā)展方向?qū)⑹欠纸M光交換。
一、WDM技術(shù)
WDM波分復(fù)用并不是一個(gè)新概念，在光纖通信出現(xiàn)伊始，人們就意識(shí)到可以利用光纖的巨大帶寬進(jìn)行波長(zhǎng)復(fù)用傳輸，但是在20世紀(jì)90年代之前，該技術(shù)卻一直沒(méi)有重大突破，其主要原因在于TDM(時(shí)分復(fù)用)的迅速發(fā)展，從155Mbit/s到622Mbit/s，再到2.5Gbit/s系統(tǒng)，TDM速率一直以過(guò)幾年就翻4倍的速度提高。人們?cè)谝环N技術(shù)進(jìn)行迅速的時(shí)候很少去關(guān)注另外的技術(shù)。1995年左右，WDM系統(tǒng)的發(fā)展出現(xiàn)了轉(zhuǎn)折，一個(gè)重要原因是當(dāng)時(shí)人們?cè)赥DM10Gbit/s技術(shù)上遇到了挫折，眾多的目光就集中在光信號(hào)的復(fù)用和處理上，WDM系統(tǒng)才在全球范圍內(nèi)有了廣泛的應(yīng)用。論文格式。論文格式。
1、波分復(fù)用技術(shù)的概念
波分復(fù)用(WDM)是將兩種或多種不同波長(zhǎng)的光載波信號(hào)(攜帶各種信息)在發(fā)送端經(jīng)復(fù)用器(亦稱合波器，Multiplexer)匯合在一起，并耦合到光線路的同一根光纖中進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)； 在接收端，經(jīng)解復(fù)用器(亦稱分波器或稱去復(fù)用器，Demultiplexer)將各種波長(zhǎng)的光載波分離，然后由光接收機(jī)作進(jìn)一步處理以恢復(fù)原信號(hào)。這種在同一根光纖中同時(shí)傳輸兩個(gè)或眾多不同波長(zhǎng)光信號(hào)的技術(shù)，稱為波分復(fù)用。
2、CWDM和WDM
通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不同，每個(gè)波長(zhǎng)之間的間隔寬度也有不同。按照通道間隔的不同，WDM可以細(xì)分為CWDM（稀疏波分復(fù)用）和DWDM（密集波分復(fù)用）。CWDM的信道間隔為20nm，而DWDM的信道間隔從0.2nm 到1.2nm，所以相對(duì)于DWDM，CWDM稱為稀疏波分復(fù)用技術(shù)。
3、發(fā)展特點(diǎn)：
1）向大容量超長(zhǎng)距離DWDM系統(tǒng)發(fā)展
2）向城域WDM技術(shù)發(fā)展
二、IP over WDM
IP over WDM也稱作IPover Optical，通俗的說(shuō)，它就是讓IP數(shù)據(jù)直接在光路上跑，減少網(wǎng)絡(luò)層之間的冗余部分，具有體系簡(jiǎn)單、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備少、網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性小，額外開(kāi)銷低、時(shí)延小、傳輸效率高等特點(diǎn)，這些都是IP over ATM和IPover SDH/SONET所無(wú)法比擬的。IP over ATM和IPover SDH/SONET最終將演變?yōu)镮P over WDM。
主要研究?jī)?nèi)容有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、幀結(jié)構(gòu)、路由選擇和波長(zhǎng)分配、IP over WDM的應(yīng)用、IPover WDM中的自愈技術(shù)。下面我們簡(jiǎn)單介紹一下自愈技術(shù)的研究現(xiàn)狀。巨大的帶寬承載著大量的業(yè)務(wù)使得帶寬IP網(wǎng)絡(luò)的可靠性更為重要目前由于DWDM襲用商用的只是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)，因此，對(duì)IP over WDM方式的網(wǎng)絡(luò)的自愈保護(hù)有兩個(gè)層次：光層和IP層。由于IP層和光層都可以有自愈能力，如何協(xié)調(diào)和配合，是有待進(jìn)一步研究的問(wèn)題。
三、DTN（光傳送網(wǎng)）
DTN概念：DWDM系統(tǒng)本質(zhì)上是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的系統(tǒng)，組網(wǎng)方式有限，因此波分復(fù)用系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展方向是網(wǎng)絡(luò)化，叫做光傳送網(wǎng)（DTN：OpticalTransport Network）。它的基本思想是將點(diǎn)到點(diǎn)的波分復(fù)用系統(tǒng)用光交叉互連（OXC:Optical Transport Network）節(jié)點(diǎn)和光分插復(fù)用（OADM:Optical Add-Drop Multiplexer）節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)，組成光傳送網(wǎng)波分復(fù)用技術(shù)完成OTN節(jié)點(diǎn)之間的多波長(zhǎng)通道的光信號(hào)傳輸，OXC和OADM節(jié)點(diǎn)則完成網(wǎng)絡(luò)的交換功能。
1、OXC：光交叉連接是在網(wǎng)眼型網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行來(lái)自多數(shù)節(jié)點(diǎn)的光信通道路徑的切換，因此用于相互連接網(wǎng)眼型網(wǎng)絡(luò)或多個(gè)環(huán)型網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中。
2、OADM：光分插復(fù)用裝置是在利用波長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)中對(duì)所需信號(hào)進(jìn)行分插復(fù)用的裝置。
3、OTN的分層結(jié)構(gòu)：
1）光通道層：（Optical Channel Layer）負(fù)責(zé)來(lái)自電復(fù)用段層的客戶信息選擇路由和分配波長(zhǎng)，為靈活的網(wǎng)絡(luò)選路安排通路連接，處理光通道開(kāi)銷，提供光通道層的檢測(cè)、管理功能。
2）光復(fù)用段層：（Optical Mutiplexing Section Layer）負(fù)責(zé)相鄰兩個(gè)復(fù)用傳輸設(shè)備間復(fù)用光信號(hào)的完整傳輸，為復(fù)用信號(hào)提供網(wǎng)絡(luò)功能
3）光傳輸段層（Optical Transmission Section Layer）為光信號(hào)在不同類型的光傳輸媒介（如G.652，G.653，G.655光纖等）上提供傳輸功能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)光放大器或中繼器的檢測(cè)和控制功能等。
四、ASON
自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)（ASDN：Automatically Switched Optical Network）作為構(gòu)建新一代光網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)，以兼容性、擴(kuò)展性良好的硬件系統(tǒng)為支撐，配備先進(jìn)的軟件系統(tǒng)，把光傳輸媒介層由靜態(tài)變成了一種動(dòng)態(tài)的、智能的光交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并可以直接通過(guò)光域快速提供各種靈活的高速增值業(yè)務(wù)，形成一個(gè)以數(shù)據(jù)為中心的基礎(chǔ)平臺(tái)，可全面提升通信網(wǎng)絡(luò)的傳送效能。論文格式。
ASON是以光傳輸為基礎(chǔ)的光層組網(wǎng)技術(shù)和以IP為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)智能化技術(shù)迅速發(fā)展并結(jié)合后形成的。ASON的本質(zhì)即光傳送網(wǎng)與智能化相結(jié)合，是在傳送網(wǎng)的光層網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上演進(jìn)而來(lái)的，其著眼點(diǎn)是要把富有潛力的光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展成能高度自動(dòng)地應(yīng)對(duì)業(yè)務(wù)需要的、經(jīng)濟(jì)有效的、可在光層上直接為全網(wǎng)提供端到端服務(wù)的智能網(wǎng)。
ASON的關(guān)鍵技術(shù)很多，就目前的研究水平而言，主要包括：通用控制平面框架；信令和路由（包括信令網(wǎng)）；連接及連接管理；管理平面功能；ASON的智能節(jié)點(diǎn)技術(shù)；ASON的生存性機(jī)制和網(wǎng)絡(luò)性能等方面。ASON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的核心的特點(diǎn)就是支持電子交換設(shè)備動(dòng)態(tài)地向光網(wǎng)絡(luò)申請(qǐng)帶寬資源，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)分布模式動(dòng)態(tài)變化的需求，通過(guò)信令系統(tǒng)或者管理平面自動(dòng)地去建立或者拆除光通道，而不需要人工干預(yù)。采用自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之后，原來(lái)復(fù)雜的多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以變得簡(jiǎn)單一些。光網(wǎng)絡(luò)層各自直接承載業(yè)務(wù)，避免了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)升級(jí)時(shí)受到的條件限制。ASON的優(yōu)勢(shì)集中表現(xiàn)在其組網(wǎng)應(yīng)用的動(dòng)態(tài)性、靈活性、高效性和智能化等方面。支持多粒度、多層次的智能，提供多樣化、個(gè)性化的服務(wù)是ASON的核心保證。
光網(wǎng)絡(luò)從PDH(準(zhǔn)同步數(shù)據(jù)系列)到SDH(同步數(shù)字系列)，又從SDH到DWDM(密集波分復(fù)用)，最終實(shí)現(xiàn)從DWDM向全光網(wǎng)絡(luò)過(guò)渡。分組化的、開(kāi)放的、分層的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是下一代網(wǎng)絡(luò)的顯著特征。傳送層將由網(wǎng)絡(luò)來(lái)承擔(dān)，下一代的光網(wǎng)絡(luò)及其演進(jìn)就成為研究的重點(diǎn)。自動(dòng)交換的功能是下一代交換光網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的趨勢(shì)基本上是眾望所歸了。
五、光交換技術(shù)
光交換技術(shù)分為：光路交換（OCS：OpticalCircuit Switching）、光分組交換（OPS：OpticalPacket Switching）、光突發(fā)交換（OBS：Optical BurstSwitching）和光標(biāo)記分組交換（OMPLS：OpticalMulti-Protocol Label Switching）。這里只簡(jiǎn)單介紹一下光突發(fā)交換： OBS 網(wǎng)絡(luò)由光核心路由器、邊緣路由器及光鏈路組成。在骨干網(wǎng)絡(luò)邊緣，來(lái)自接入網(wǎng)的IP 分組在邊緣路由器中被匯聚（Assemble）成光突發(fā)單元，通過(guò)核心路由器的轉(zhuǎn)發(fā)在OBS骨干網(wǎng)絡(luò)中傳輸，再在目的端的邊緣路由器中拆分（Disassemble）恢復(fù)成一個(gè)個(gè)的IP 分組進(jìn)入對(duì)方接入網(wǎng)。
光交換技術(shù)的發(fā)展：目前市場(chǎng)上出現(xiàn)的光交換機(jī)大多數(shù)是基于光電和光機(jī)械的，隨著光交換技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，基于熱學(xué)、液晶、聲學(xué)、微機(jī)電技術(shù)的光交換機(jī)將會(huì)逐步被研究和開(kāi)發(fā)出來(lái)。
由光電交換技術(shù)實(shí)現(xiàn)的交換機(jī)通常在輸入輸出端各有兩個(gè)有光電晶體材料的波導(dǎo)，而最新的光電交換機(jī)則采用了鋇鈦材料，這種交換機(jī)使用了一種分子束取相附生的技術(shù)，與波導(dǎo)交換機(jī)相比，該交換機(jī)消耗的能量比較小。基于光機(jī)械技術(shù)的光交換機(jī)是目前比較常見(jiàn)的交換設(shè)備，該交換機(jī)通過(guò)移動(dòng)光纖終端或棱鏡來(lái)來(lái)將線引導(dǎo)或反射到輸出光纖，實(shí)現(xiàn)輸入光信號(hào)的機(jī)械交換。光機(jī)械交換機(jī)交換速度為毫秒級(jí)，但它成本較低，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單和光性能較好，而得到廣泛應(yīng)用。使用熱光交換技術(shù)的交換機(jī)由受熱量影響較大的聚合體波導(dǎo)組成，它在交換數(shù)據(jù)信息時(shí)，由分布于聚合體堆中的薄膜加熱元素控制。當(dāng)電流通過(guò)加熱器時(shí)，它改變波導(dǎo)分支區(qū)域內(nèi)的熱量分布，從而改變折射率，將光從主波導(dǎo)引導(dǎo)自目的分支波導(dǎo)。熱光交換機(jī)體積非常小，能實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)的交換速度。
隨著液晶技術(shù)的成熟，液晶光交換機(jī)將會(huì)成為光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的一個(gè)重要設(shè)備，該交換設(shè)備主要由液晶片、極化光束分離器、成光束調(diào)相器組成，而液晶在交換機(jī)中的主要作用是旋轉(zhuǎn)入射光的極化角。當(dāng)電極上沒(méi)有電壓時(shí)，經(jīng)過(guò)液晶片的光線極化角為90°，當(dāng)有電壓加在液晶片的電極上時(shí)，入射光束將維持它的極化狀態(tài)不變。而由聲光技術(shù)實(shí)現(xiàn)的光交換設(shè)備，因其中加入了橫向聲波，從而可以將光線從一根光纖準(zhǔn)確地引導(dǎo)到另一根光纖，該類型的交換機(jī)可以實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)的交換速度，可方便地構(gòu)成端口較少的交換機(jī)。但它不適合用于矩陣交換機(jī)。
另外，市場(chǎng)上目前又開(kāi)發(fā)了基于不同類型的特殊微光器件的光交換機(jī)，這種類型的交換機(jī)可以由小型化的機(jī)械系統(tǒng)激活，而且它的體積小，集成度高，可大規(guī)模生產(chǎn)，我們相信這種類型的交換機(jī)在生產(chǎn)工藝水平不斷提高的將來(lái)，一定能成為市場(chǎng)的主流。
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7、《光信息網(wǎng)絡(luò)》[日]菊池和郎 主編
8、《電路交換、分組交換和光交換》伊鵬、齊鳴杰
論文摘要:本文主要釷對(duì)高速公路通信系統(tǒng)的應(yīng)用原理進(jìn)行闡述。
高速公路機(jī)電工程中的通信系統(tǒng)屬于基礎(chǔ)類設(shè)施,主要為收費(fèi)、監(jiān)控系統(tǒng)提供信息(話音、數(shù)據(jù)、圖像)傳輸通道,由光纜數(shù)字傳輸系統(tǒng)、程控?cái)?shù)字交換系統(tǒng)、移動(dòng)通信系統(tǒng)、緊急電話系統(tǒng)等組成。根據(jù)其通信系統(tǒng)在高速公路行業(yè)的應(yīng)用特點(diǎn),高速公路通信網(wǎng)主要由長(zhǎng)途通信干線傳輸網(wǎng)、程控?cái)?shù)字交換機(jī)、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)、圖像傳輸網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)和衛(wèi)星通信網(wǎng)等部分組成,下面我們重點(diǎn)對(duì)其各主要組成部分的使用原理進(jìn)行詳細(xì)介紹。
1收費(fèi)系統(tǒng)
高速公路收費(fèi)系統(tǒng)一般采用半自動(dòng)收費(fèi)方式,即人工判別車型,車道入口發(fā)放通行卷,出口驗(yàn)卷,計(jì)算通行費(fèi),人工收費(fèi),計(jì)算機(jī)管理,輔以車輛檢測(cè)器校核,閉路電視監(jiān)視。目前,提倡計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)。遠(yuǎn)期,逐步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)收費(fèi)方式。通行卷有采用非接觸式IC卡,也有采用磁卡。為便于計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)收費(fèi),聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)區(qū)域內(nèi)均應(yīng)采用同一種通行卷。
1.1計(jì)算機(jī)收費(fèi)系統(tǒng)
計(jì)算機(jī)收費(fèi)系統(tǒng)一般分兩級(jí),即收費(fèi)中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和收費(fèi)站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。收費(fèi)站控制室計(jì)算機(jī)與該站的收費(fèi)廣場(chǎng)車道控制計(jì)算機(jī)組成該站的局域網(wǎng)。收費(fèi)中心內(nèi)的計(jì)算機(jī)構(gòu)成中心獨(dú)立的局域網(wǎng)。各局域網(wǎng)之間、收費(fèi)中心與區(qū)域拆帳中心之間需要通過(guò)通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行勾通。
1.2收費(fèi)數(shù)據(jù)傳輸
收費(fèi)數(shù)據(jù)分三級(jí)管理:收費(fèi)中心計(jì)算機(jī)、收費(fèi)站計(jì)算機(jī)及收費(fèi)車道計(jì)算機(jī)。收費(fèi)站與收費(fèi)中心之間的數(shù)據(jù)傳輸是通過(guò)數(shù)據(jù)通道直接傳輸?shù)?各通信站的ONU設(shè)備提供必要的2Mbps(G.703)數(shù)據(jù)通道接口。通信與收費(fèi)系統(tǒng)是通過(guò)收費(fèi)站和收費(fèi)中心的路由器連接起來(lái)的,在區(qū)域收費(fèi)聯(lián)網(wǎng)的情況下,路由器至少要具備兩個(gè)E1(G.703)接口,一路傳往收費(fèi)中心,一路傳往區(qū)域拆賬中心。
1.3收費(fèi)圖像傳輸
收費(fèi)系統(tǒng)在個(gè)收費(fèi)站廣場(chǎng)出口均設(shè)置了攝像機(jī),各攝像機(jī)的圖像信號(hào)既要傳到相應(yīng)的收費(fèi)站又要傳到收費(fèi)/監(jiān)控中心。從攝像機(jī)到收費(fèi)站的視頻及控制信號(hào)傳輸是由收費(fèi)系統(tǒng)完成的,而圖像及控制信號(hào)的遠(yuǎn)程傳輸與監(jiān)控有所不同,未采用復(fù)用方式,庵個(gè)攝像機(jī)圖像對(duì)應(yīng)一芯光纖,而控制信號(hào)是經(jīng)MODEM通過(guò)通信系統(tǒng)的話路通道傳輸?shù)摹?/p>
2通信系統(tǒng)
2.1通信干線傳輸
長(zhǎng)途通信干線傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確與否,決定著整個(gè)通信系統(tǒng)質(zhì)量,它不僅關(guān)系到能否實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代通信網(wǎng)設(shè)計(jì)的目的,還關(guān)系到工程投資的經(jīng)濟(jì)性、合理性和可靠性。目前,高速公路機(jī)電工程基本是采用光纖通信系統(tǒng)。高速公路通信系統(tǒng)長(zhǎng)途通信干線傳輸網(wǎng)采用光纖通信,這是因?yàn)?
高速公路通信網(wǎng)要求同時(shí)傳輸語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和圖像通,信量較大,選用頻帶、通信容量大的光纖通信系統(tǒng)是合理的。
光纖通信具有通信容量大、抗電磁干擾能力強(qiáng)、通信質(zhì)量高、傳輸距離長(zhǎng)等特點(diǎn),是其它通信傳輸方式無(wú)可比擬的。
光纜通信中繼距離長(zhǎng),適應(yīng)公路沿線各通信站點(diǎn)間距離不一致的實(shí)際情況。
采用長(zhǎng)波長(zhǎng)單模光纜傳輸方式,在中等容量以上長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng)中,從經(jīng)濟(jì)上占有優(yōu)勢(shì)。
2.2通信系統(tǒng)的程控交換
根據(jù)高速公路通信系統(tǒng)業(yè)務(wù)的內(nèi)容和特點(diǎn),通信系統(tǒng)采用三級(jí)程控交換,第一級(jí)交換中心設(shè)在高速公路總公司通信總中心,其主要職能是完成本局終端的話務(wù)接轉(zhuǎn),匯接所有來(lái)話、去話的轉(zhuǎn)接任務(wù),并與二級(jí)公路網(wǎng)中心聯(lián)接,完成本局話務(wù)接續(xù)與本局以外的話務(wù)轉(zhuǎn)接;第三級(jí)交通中心分別設(shè)在各高速公路公司下屬的管理所,其主要職能是完成本局的話務(wù)接續(xù)與出入本局的話務(wù)接續(xù)。為了提高系統(tǒng)的可靠性、靈活性及話務(wù)流向的需要,各級(jí)交通交換中心之間均可進(jìn)行互連,以便組成一個(gè)多迂回、多路由的程控?cái)?shù)字交換網(wǎng)。
2.3話音通信系統(tǒng)
高速公路通信網(wǎng)話音系統(tǒng)包括業(yè)務(wù)電話系統(tǒng)、指令電話系統(tǒng)和移動(dòng)電話系統(tǒng)。業(yè)務(wù)電話系統(tǒng)為高速公路管理局、各公司、各管理所以及高速公路上各種設(shè)施(如監(jiān)控、收費(fèi)、服務(wù)區(qū)、停車場(chǎng)、加油站、維修、交警、通信、供電、配電及養(yǎng)護(hù)等)提供內(nèi)、外業(yè)務(wù)聯(lián)系電話。業(yè)務(wù)電話為全網(wǎng)自動(dòng)撥號(hào),業(yè)務(wù)電話網(wǎng)應(yīng)與市話公用網(wǎng)匯接。指令電話系統(tǒng)主要是為監(jiān)控總中心以及監(jiān)控中心下達(dá)交通監(jiān)控和調(diào)度指令。為便于交通控制和交警業(yè)務(wù)調(diào)度,在監(jiān)控中心和分中心可分別設(shè)置兩套指令電話控制臺(tái),以便供公路值班員和交警值班員使用,指令電話應(yīng)自成系統(tǒng)。指令電話控制臺(tái)設(shè)置在各路公司內(nèi),分監(jiān)控指令控制臺(tái)和交警指令控制臺(tái),分別控制所轄路段各指令電話機(jī)和交警用指令電話機(jī);指令電話控制臺(tái)具群呼、組呼、單呼功能及自動(dòng)錄音功能;指令電話控制臺(tái)具有轉(zhuǎn)接功能,即實(shí)現(xiàn)指令電話控制臺(tái)與指令電話機(jī)之間的轉(zhuǎn)接。
2.4移動(dòng)通信系統(tǒng)
移動(dòng)通信,就是指通信雙方至少有一方在移動(dòng)中進(jìn)行信息交換。移動(dòng)通信不僅指雙方的通話,還應(yīng)包括數(shù)據(jù)、傳真、圖像等業(yè)務(wù)。移動(dòng)通信系統(tǒng)可以自己建網(wǎng),也可以租用郵電部建立的公用蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)。郵電部公用蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)全省漫游,管理也比較方便,可以省去了自己建網(wǎng)的費(fèi)用,但公用蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)費(fèi)用很高,同時(shí)不能完成高速公路網(wǎng)要求群呼、組呼等調(diào)度功能。自行建立高速公路移動(dòng)通信專用網(wǎng),可以解決上述不足,但建網(wǎng)投資很大。建議高速公路移動(dòng)通信系統(tǒng)自己建立專業(yè)移動(dòng)通信網(wǎng),采用800MHz集群移動(dòng)通信系統(tǒng)。據(jù)了解,遼寧省高速公路管理系統(tǒng)應(yīng)用移動(dòng)通信較為先進(jìn),移動(dòng)通信成為快速應(yīng)變能力的強(qiáng)有力手段。
3監(jiān)控系統(tǒng)
高速公路監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用圖像傳輸可將道路現(xiàn)場(chǎng)的活動(dòng)圖像,利用圖像傳輸系統(tǒng)的能力把圖像信息用電信號(hào)的方式傳送到遠(yuǎn)方,清楚地再現(xiàn)在屏幕上,有利于管理人員做出控制決策。活動(dòng)圖像傳輸采用光纜傳輸方式,高速公路監(jiān)控?cái)z像點(diǎn)不太多的特點(diǎn),一般采用一對(duì)一(一攝像頭對(duì)一監(jiān)視器)方式傳輸?shù)礁髀繁O(jiān)控中心。通過(guò)視頻切換方式,由總部的控制信號(hào)來(lái)選取所需的圖像信號(hào),由光纜傳至監(jiān)控總部的監(jiān)視器,使總中心也能監(jiān)視到它所關(guān)心的全省高速公路運(yùn)行情況,以便進(jìn)行宏觀管理。
監(jiān)控系統(tǒng)主要由兩部分組成:監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和外場(chǎng)設(shè)備。
3.1監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)
監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)即情報(bào)處理系統(tǒng),它包括通信控制器、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、交換式集線器、終端計(jì)算機(jī)等。這些計(jì)算機(jī)組成局域網(wǎng),組網(wǎng)方式:收費(fèi)站控制室計(jì)算機(jī)與該站的收費(fèi)廣場(chǎng)車道控制計(jì)算機(jī)組成該站的局域網(wǎng)。收費(fèi)中心內(nèi)的計(jì)算機(jī)構(gòu)成中心獨(dú)立的局域網(wǎng),只是多了一臺(tái)通信控制器,它配有多串行接口控制器,用于外場(chǎng)設(shè)備與中心的數(shù)據(jù)通信管理。
3.2監(jiān)控中心的外場(chǎng)設(shè)備
監(jiān)控的外場(chǎng)設(shè)備包括車輛檢測(cè)器,可變情報(bào)板,可變限速標(biāo)志,氣像檢測(cè)器等。由于這些檢測(cè)點(diǎn)(數(shù)據(jù)采集點(diǎn))距離通信站較遠(yuǎn),相對(duì)分散,且數(shù)據(jù)量較小,無(wú)法采用標(biāo)準(zhǔn)的高速數(shù)據(jù)接口進(jìn)行傳輸,因此在每個(gè)遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)點(diǎn)配一臺(tái)MODEM,將數(shù)據(jù)傳到就近通信站的ONU,最后通過(guò)通信系統(tǒng)傳至監(jiān)控中心通信控制器。
3.3監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸
監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分二級(jí)管理:監(jiān)控中心、監(jiān)控外場(chǎng)設(shè)備。通信系統(tǒng)在各站綜合業(yè)務(wù)接人網(wǎng)的ONU設(shè)備業(yè)務(wù)通道中提供足夠的2/4wVF接口,監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采用模擬傳輸方式,通過(guò)這些音頻接口完成,由監(jiān)控系統(tǒng)提供MO-DEM進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。
3.4監(jiān)控圖像傳輸
監(jiān)控系統(tǒng)在全線設(shè)置了一定數(shù)量的攝像機(jī),各攝像機(jī)的圖像和控制信號(hào)均要傳至監(jiān)控中心。通信系統(tǒng)負(fù)責(zé)為攝像機(jī)的圖像和控制信號(hào)傳輸提供光電纜,視頻圖像信號(hào)和控制信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字/視頻復(fù)用光端機(jī)復(fù)用后,占用一根光纖。
