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0.引言
光纖技術發展到現在，已經十分的成熟，應用也先當廣泛，但是還是有很大的發展空間的。本文從它比較有前景的光交換技術以及FTTH兩個大的方面來分別論述一下他們的現狀已經優缺點，最后再介紹一下光纖的種類和選擇光纖的方法。
1.光交換是未來發展的趨勢
光交換是指不經過任何光/電轉換，將輸入端光信號直接交換到任意的光輸出端。光交換是全光網絡的關鍵技術之一。在現代通信網中，全光網是未來寬帶通信網的發展方向。全光網可以克服電子交換在容量上的瓶頸限制；可以大量節省建網成本；可以大大提高網絡的靈活性和可靠性。光交換技術也可以分為光路交換和分組交換。由于技術上的原因，目前還主要是開發光路交換，但今后發展方向將是分組光交換。
光纖只是解決傳輸問題,還需要解決光的交換問題。過去,通信網都是由金屬線纜構成的,傳輸的是電子信號,交換是采用電子交換機。現在,通信網除了用戶末端一小段外,都是光纖,傳輸的是光信號。合理的方法應該采用光交換。但目前,由于目前光開關器件不成熟,只能采用的是“光-電-光”方式來解決光網的交換,即把光信號變成電信號,用電子交換后,再變還光信號。顯然是不合理的辦法,是效串不高和不經濟的。正在開發大容量的光開關,以實現光交換網絡,特別是所謂ASON-自動交換光網絡。
目前市場上看到的光交換，多數是基于光電和光機械的。而基于熱學、液晶、聲學、微光機電技術等光交換機將逐步被研發出來。其中微光機電技術（MEMS）是目前最有前途的一項技術。光交換為IP骨干網的光子化提供了一個非常有競爭力的方案。一方面，通過光交換可以使現有的IP骨干網的協議層次扁平化，更加充分的利用DWDM技術的帶寬潛力；另外一方面，由于光交換網對突發包的數據是完全透明的，不經過任何的光電轉化，從而使光突發交換機能夠真正的實現所謂的T比特級光路由器，徹底消除由于現在的電子瓶頸而導致的帶寬擴展困難。此外，光交換的QoS支持特征也符合下一代 Internet的要求。因此，光交換網絡很有希望取代當前基于ATM/SDH架構和電子路由器的IP骨干網，成為下一代光子化的Internet骨干網。
2.光纖到家庭(FTTH)的發展
FTTH(Fiber To The Home )，顧名思義就是一根光纖直接到家庭。具體說，FTTH是指將光網絡單元(ONU)安裝在住家用戶或企業用戶處，是光接入系列中除FTTD(光纖到桌面)外最靠近用戶的光接入網應用類型。FTTH的顯著技術特點是不但提供更大的帶寬，而且增強了網絡對數據格式、速率、波長和協議的透明性，放寬了對環境條件和供電等要求，簡化了維護和安裝。
FTTH可向用戶提供極豐富的帶寬,所以一直被認為是理想的接入方式,對于實現信息社會有重要作用,還需要大規模推廣和建設。FTTH所需要的光纖是現有已敷光纖的2～3倍。論文參考網。過去由于FTTH成本高,缺少寬帶視頻業務和寬帶內容等原因,使FTTH還未能大力發展,只有少量的試驗。近年來,由于光電子元器件的進步,光收發模塊和光纖的價格大大降低;另外寬帶內容日趨豐富,都加速了FTTH的實用化進程。
FTTH的優勢主要是有5點：第一，它是無源網絡，從局端到用戶，中間基本上可以做到無源；第二，它的帶寬是比較寬的，長距離正好符合運營商的大規模運用方式；第三，因為它是在光纖上承載的業務，所以并沒有什么問題；第四，由于它的帶寬比較寬，支持的協議比較靈活；第五，隨著技術的發展，包括點對點、1.25G和FTTH的方式都制定了比較完善的功能。
發達國家對FTTH的看法不完全相同:美國運行商Verizon和Sprint比較積極,要在10—12年內采用FTTH改造網絡。日本NTT發展FTTH最早, 早在1997 年日本NTT 公司就開始發展FTTH，2000年后由于成本降低而使用戶數量大增；美國在2002 年前后的12 月中FTTH的安裝數量增加了200%以上。
FTTH[遇到的挑戰:現在廣泛采用的ADSL技術尚有一定優勢。與FTTH相比:①價格低廉②利用原有銅線網使工程建設簡單③對于目前影視節目及文件的傳輸ADSL既可滿足需求。這些原因使得FTTH目前大量推廣受制約。
設備成本過高造成投資效益低是阻礙FTTH發展關鍵因素。目前FTTH的設備價格還非常高昂，往往一線售價近1000美元，但在日本和美國等發達國家仍然得到了較好的發展，其原因之一就是其電信運營商可以向用戶收取較高的服務費。據了解，在日本電信運營商向FTTH用戶每月收取5000—6000日元服務費，折合人民幣約400—500元，在美國FTTH用戶每戶每月服務費也約為80—100美元，電信運營商的FTTH網絡一般2—3年可以收回投資，這種投資效益顯然是不錯的。但在中國情況則完全不同。在國內不少城市，由于激烈的市場競爭，ADSL和基于5類線的LAN寬帶接入月使用費已降到50元人民幣以下，個別使用費較高的地區，如深圳，月使用費也只有100元人民幣。基于這種寬帶接入服務的資費水平根本無法支撐FTTH網絡建設和運營，投資回收周期長達10年，這樣的投資效益顯然不可能喚起電信運營商的投資興趣。可見，寬帶接入市場需要的是低成本的FTTH，惟有低成本的FTTH才會有應用和發展的機會，而且也一定會有發展的機會。
光纖本身也有缺點，如質地較脆，機械強度低就是它的致命弱點。稍不注意，就會折斷于光纜外皮當中。而且光纖的接續比較困難，施工人員要有比較好的切斷、連接、分路和耦合技術。
FTTH的解決方案: 目前，FTTH接入技術主要有兩大類：基于無源光網絡（Passive Optical Network—PON）接入技術的EPON和GPON，基于小區有源交換接入（Active Optical Network——AON）的Fiber P2P技術。
P2P方案一一優點:各用戶獨立傳輸互不影響,體制變動靈活;可以采用廉價的低速光電子模塊;傳輸距離長。缺點:需要在用戶區安置1個匯總用戶的有源節點，用以減少用戶直接到局的光纖和管道數量。
PON方案——優點:無源網絡維護簡單，原則上可以節省光電子器件和光纖。缺點:需要采用價格昂貴的高速光電子模塊;需要采用區分用戶距離不同的電子模塊,避免各用戶上行信號互相沖突;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,不僅要網絡擴容,還需要更換PON和更換用戶模塊來解決。
PON有多種,一般有如下幾種:(1)APON:即ATM-PON,適合ATM交換網絡。(2)BPON:即寬帶的PON。(3)OPON:采用通用幀處理的OFP-PON。(4)EPON:采用以太網技術的PON,0EPON是千兆畢以太網的PON。(5)WDM-PON:采用波分復用來區分用戶的PON,由于用戶與波長有關,使維護不便,在FTTH中很少采用。
近來,由于無線接入技術的迅速發展，可用作WLAN的IEEE802.11g協議,傳輸帶寬可達54Mbps,覆蓋范圍達100米以上,目前已可商用。論文參考網。如果采用無線接入WLAN作用戶的數據傳輸,對于一般用戶其上行數據量不大,IEEES02.11g是可以滿足的。而FTTH主要解決HDTV寬帶視頻的大數據下行傳輸,在需要時也可包含一些下行數據。這就形成“光纖到家庭+無線接入”(FTTH+無線接入)的家庭網絡。這種家庭網絡,如果采用PON方式就特別簡單,因為此PON無上行數據,不需要測距的電子模塊,使得成本大大降低,維護也十分簡單。如果所屬PON的用戶群體被無線城域網WiMAX(1EEE802.16)覆蓋,那么就不需要再建設專用的WLAN。接入網采用無線是趨勢,但無線接入網仍需要密布于用戶附近的光纖網來支撐,與FTTH基本相當。FTTH+無線接入是未來網絡的發展趨勢。
3.光纖的正確選擇和使用
下面談談光纖的正確選擇和使用方法。光纖大類上可分為多模光纖和單模光纖。
多模光纖是指可以傳輸多個光傳導模的光纖。在光纖通信初期，就是使用的就是多模光纖(G.651光纖)，其工作波長在850nm或1300nm，衰減常數分別為<4dB/km和<3dB/km，色散系數分別為<120ps/(nm.km)和<6ps/(nm.km)。由于它的衰耗和色散大，故只能用于短距離通信。但它芯徑大，對于接頭和連接器的要求都不高，使用起來比單模光纖要方便，目前多用于局域網。
單模光纖是指只傳輸一個光傳導模（基模）的光纖。其主要優點是衰減較小，傳輸距離長，傳輸容量大，在長途骨干網、城域網、接入網等場合均有廣泛應用。單模光纖由于只能傳輸基模，它不存在模間時延差，具有比多模光纖大得多的帶寬，單模光纖的帶寬可達幾十GHz以上。論文參考網。所以單模光纖特別適合用于長距離、大容量的通信系統。隨著光纖制造技術和通信技術的不斷發展，單模光纖的種類也在發展。常用的單模光纖有以下幾種: G.652光纖，G.653光纖，G.655光纖。
選擇光纖時應該注意以下三個參數:①最大無中繼傳輸距離 ②波長的最大比特率 ③光纖的波長數。以上參數都必須考慮到光纖布設終期的要求。如果最大無中繼傳輸距離在50～100km，建議選擇G.652常規光纖，它價格低廉，適合短距離傳輸。如果距離更長，但只需要單波長在10Gbit/s 以上，則可選用G.653色散位移光纖。如果不但距離長，而且需要多波長承載10 Gbit/s 或更高速率，那么最佳選擇則是G.655光纖。
由此可以總結出以下光纖選擇原則:1.距離短應選擇G.652常規光纖,采用較多纖芯所增加的投資不大。2.長距離光纜因為傳輸距離長，必須采用高速率和多波長的波分復用技術，G.655色散位移光纖是最為理想的選擇。
4.結束語
光纖通信技術現已作為一種重要的現代信息傳輸技術之一，在現在的信息社會背景下得到了普遍意義上的應用，在全球通信領域及相關行業在全球處于非常低迷的狀態時，光纖通信技術仍得到了一些發展。依照我國現行的通信技術領域的發展模式，光纖通信技術的應用必會代替一切其他的信息傳送方式，而成為未來通信領域發展的主流技術，帶領人類進入全光時代!
參考文獻
[1] 徐公權, 段鯤, 廖光裕等譯. 光纖通信技術[M]. 北京: 機械工業出版社, 2002.
[2] 楊淑雯. 全光光纖通信網[M]. 科學出版社, 2004
[3] 孫學康, 張金菊. 光纖通信技術[M].北京: 人民郵電出版社, 2004.
一、光纖通信的概況
1966年，美籍華人高錕(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)，預見了低損耗的光纖能夠用于通信，敲開了光纖通信的大門，引起了人們的重視。1970年，美國康寧公司首次研制成功損耗為20dB／km的光纖，光纖通信時代由此開始。光纖通信是以很高頻率(1014Hz數量級)的光波作為載波、以光纖作為傳輸介質的通信。由于光纖通信具有損耗低、傳輸頻帶寬、容量大、體積小、重量輕、抗電磁干擾、不易串音等優點，備受業內人士青睞，發展非常迅速。光纖通信系統的傳輸容量從1980年到2000年增加了近一萬倍，傳輸速度在過去的10年中大約提高了100倍。
光纖通信的發展依賴于光纖通信技術的進步。目前，光纖通信技術已有了長足的發展，新技術也不斷涌現，進而大幅度提高了通信能力，并不斷擴大了光纖通信的應用范圍。
二、光纖通信技術發展的現狀
(一)波分復用技術。波分復用技術可以充分利用單模光纖低損耗區帶來的巨大帶寬資源。根據每一信道光波的頻率(或波長)不同，將光纖的低損耗窗口劃分成若干個信道，把光波作為信號的載波，在發送端采用波分復用器(合波器)，將不同規定波長的信號光載波合并起來送入一根光纖進行傳輸。在接收端，再由一波分復用器(分波器)將這些不同波長承載不同信號的光載波分開。由于不同波長的光載波信號可以看作互相獨立(不考慮光纖非線性時)，從而在一根光纖中可實現多路光信號的復用傳輸。
(二)光纖接入技術。光纖接入網是信息高速公路的“最后一公里”。實現信息傳輸的高速化，滿足大眾的需求，不僅要有寬帶的主干傳輸網絡，用戶接入部分更是關鍵，光纖接入網是高速信息流進千家萬戶的關鍵技術。在光纖寬帶接入中，由于光纖到達位置的不同，有FTTB、FTTC、FTTCab和FTTH等不同的應用，統稱FTTx。FTTH(光纖到戶)是光纖寬帶接入的最終方式，它提供全光的接入，因此，可以充分利用光纖的寬帶特性，為用戶提供所需要的不受限制的帶寬，充分滿足寬帶接入的需求。目前，國內的技術可以為用戶提供FE或GE的帶寬，對大中型企業用戶來說，是比較理想的接入方式。
三、光纖通信技術的發展趨勢
近幾年來，隨著技術的進步，電信管理體制的改革以及電信市場的逐步全面開放，光纖通信的發展又一次呈現了蓬勃發展的新局面，以下在對光纖通信領域的主要發展熱點作一簡述與展望。]
(一)向超高速系統的發展。從過去20多年的電信發展史看，網絡容量的需求和傳輸速率的提高一直是一對主要矛盾。傳統光纖通信的發展始終按照電的時分復用(TDM)方式進行，每當傳輸速率提高4倍，傳輸每比特的成本大約下降30％～40％：因而高比特率系統的經濟效益大致按指數規律增長，這就是為什么光纖通信系統的傳輸速率在過去20多年來一直在持續增加的根本原因。目前商用系統已從45Mbps增加到10Gbps，其速率在20年時間里增加了2000倍，比同期微電子技術的集成度增加速度還快得多。高速系統的出現不僅增加了業務傳輸容量，而且也為各種各樣的新業務，特別是寬帶業務和多媒體提供了實現的可能。
(二)向超大容量WDM系統的演進。采用電的時分復用系統的擴容潛力已盡，然而光纖的200nm可用帶寬資源僅僅利用了不到1％，99％的資源尚待發掘。如果將多個發送波長適當錯開的光源信號同時在一極光纖上傳送，則可大大增加光纖的信息傳輸容量，這就是波分復用(WDM)的基本思路。采用波分復用系統的主要好處是：1．可以充分利用光纖的巨大帶寬資源，使容量可以迅速擴大幾倍至上百倍；2．在大容量長途傳輸時可以節約大量光纖和再生器，從而大大降低了傳輸成本：3．與信號速率及電調制方式無關，是引入寬帶新業務的方便手段；4．利用WDM網絡實現網絡交換和恢復可望實現未來透明的、具有高度生存性的光聯網。
[論文摘要]由于光纖通信具有損耗低、傳榆頻帶寬、容量大、體積小、重量輕、抗電磁干擾、不易串音等優點，備受業內人士青睞，發展非常迅速，文章概述光纖通信技術的發展現狀，并展望其發展趨勢。
一、前言
1966年，美籍華人高錕(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)，預見了低損耗的光纖能夠用于通信，敲開了光纖通信的大門，引起了人們的重視。1970年，美國康寧公司首次研制成功損耗為20dB/km的光纖，光纖通信時代由此開始。光纖通信是以很高頻率(1014Hz數量級)的光波作為載波、以光纖作為傳輸介質的通信。由于光纖通信具有損耗低、傳輸頻帶寬、容量大、體積小、重量輕、抗電磁干擾、不易串音等優點，備受業內人士青睞，發展非常迅速。光纖通信系統的傳輸容量從1980年到2000年增加了近1萬倍，傳輸速度在過去的10年中大約提高了100倍。
二、光纖通信技術的發展現狀
為了適應網絡發展和傳輸流量提高的需求，傳輸系統供應商都在技術開發上不懈努力。富士通公司在150km、1.3μm零色散光纖上進行了55x20Gbit/s傳輸的研究，實現了1.1Tbit/s的傳輸。NEC公司進行了132x20Gbit/s、120km傳輸的研究，實現了2.64Thit/s的傳輸。NTT公司實現了3Thit/s的傳輸。目前，以日本為代表的發達國家，在光纖傳輸方面實現了10.96Thit/s(274xGbit/s)的實驗系統，對超長距離的傳輸已達到4000km無電中繼的技術水平。在光網絡方面，光網技術合作計劃(ONTC)、多波長光網絡(MONET)、泛歐光子傳送重疊網(PHOTON)、泛歐光網絡(OPEN)、光通信網管理(MOON)、光城域通信網(MTON)、波長捷變光傳送和接入網(WOTAN)等一系列研究項目的相繼啟動、實施與完成，為下一代寬帶信息網絡，尤其為承載未來IP業務的下一代光通信網絡奠定了良好的基礎。
(一)復用技術
光傳輸系統中，要提高光纖帶寬的利用率，必須依靠多信道系統。常用的復用方式有：時分復用(TDM)、波分復用(WDM)、頻分復用(FDM)、空分復用(SDM)和碼分復用(CDM)。目前的光通信領域中，WDM技術比較成熟，它能幾十倍上百倍地提高傳輸容量。
(二)寬帶放大器技術
摻餌光纖放大器(EDFA)是WDM技術實用化的關鍵，它具有對偏振不敏感、無串擾、噪聲接近量子噪聲極限等優點。但是普通的EDFA放大帶寬較窄，約有35nm(1530～1565nm)，這就限制了能容納的波長信道數。進一步提高傳輸容量、增大光放大器帶寬的方法有：(1)摻餌氟化物光纖放大器(EDFFA)，它可實現75nm的放大帶寬；(2)碲化物光纖放大器，它可實現76nm的放大帶寬；(3)控制摻餌光纖放大器與普通的EDFA組合起來，可放大帶寬約80nm；(4)拉曼光纖放大器(RFA)，它可在任何波長處提供增益，將拉曼放大器與EDFA結合起來，可放大帶寬大于100nm。
(三)色散補償技術
對高速信道來說，在1550nm波段約18ps(mmokm)的色散將導致脈沖展寬而引起誤碼，限制高速信號長距離傳輸。對采用常規光纖的10Gbit/s系統來說，色散限制僅僅為50km。因此，長距離傳輸中必須采用色散補償技術。
(四)孤子WDM傳輸技術
超大容量傳輸系統中，色散是限制傳輸距離和容量的一個主要因素。在高速光纖通信系統中，使用孤子傳輸技術的好處是可以利用光纖本身的非線性來平衡光纖的色散，因而可以顯著增加無中繼傳輸距離。孤子還有抗干擾能力強、能抑制極化模色散等優點。色散管理和孤子技術的結合，凸出了以往孤子只在長距離傳輸上具有的優勢，繼而向高速、寬帶、長距離方向發展。
(五)光纖接入技術
隨著通信業務量的增加，業務種類更加豐富。人們不僅需要語音業務，而且高速數據、高保真音樂、互動視頻等多媒體業務也已得到用戶青睞。這些業務不僅要有寬帶的主干傳輸網絡，用戶接人部分更是關鍵。傳統的接入方式已經滿足不了需求，只有帶寬能力強的光纖接人才能將瓶頸打開，核心網和城域網的容量潛力才能真正發揮出來。光纖接入中極有優勢的PON技術早就出現了，它可與多種技術相結合，例如ATM、SDH、以太網等，分別產生APON、GPON和EPON。由于ATM技術受到IP技術的挑戰等問題，APON發展基本上停滯不前，甚至走下坡路。但有報道指出由于ATM交換在美國廣泛應用，APON將用于實現FITH方案。GPON對電路交換性的業務支持最有優勢，又可充分利用現有的SDH，但是技術比較復雜，成本偏高。EPON繼承了以太網的優勢，成本相對較低，但對TDM類業務的支持難度相對較大。所謂EPON就是把全部數據裝在以太網幀內傳送的網絡技術。現今95％的局域網都使用以太網，所以選擇以太網技術應用于對IP數據最佳的接入網是很合乎邏輯的，并且原有的以太網只限于局域網，而且MAC技術是點對點的連接，在和光傳輸技術相結合后的EPON不再只限于局域網，還可擴展到城域網，甚至廣域網，EPON眾多的MAC技術是點對多點的連接。另外光纖到戶也采用EPON技術。
三、光纖通信技術的發展趨勢
對光纖通信而言，超高速度、超大容量、超長距離一直都是人們追求的目標，光纖到戶和全光網絡也是人們追求的夢想。
(一)光纖到戶
現在移動通信發展速度驚人，因其帶寬有限，終端體積不可能太大，顯示屏幕受限等因素，人們依然追求陸能相對占優的固定終端，希望實現光纖到戶。光纖到戶的魅力在于它有極大的帶寬，它是解決從互聯網主干網到用戶桌面的“最后一公里”瓶頸現象的最佳方案。隨著技術的更新換代，光纖到戶的成本大大降低，不久可降到與DSL和HFC網相當，這使FITH的實用化成為可能。據報道，1997年日本NTT公司就開始發展FTTH，2000年后由于成本降低而使用戶數量大增。美國在2002年前后的12個月中，FTTH的安裝數量增加了200％以上。在我國，光纖到戶也是勢在必行，光纖到戶的實驗網已在武漢、成都等市開展，預計2012年前后，我國從沿海到內地將興起光纖到戶建設。可以說光纖到戶是光纖通信的一個亮點，伴隨著相應技術的成熟與實用化，成本降低到能承受的水平時，FTTH的大趨勢是不可阻擋的。
(二)全光網絡
1、光纖通信系統的基本組成
最基本的光纖通信系統由數據源、光發送端、光學信道和光接收機組成。其中數據源包括所有的信號源，它們是話音、圖象、數據等業務經過信源編碼所得到的信號；光發送機和調制器則負責將信號轉變成適合于在光纖上傳輸的光信號，先后用過的光波有0.85、1.31和1.55三個低損耗窗口。光學信道包括最基本的光纖，還有中繼放大器EDFA等；而光學接收機則接收光信號，并從中提取信息，然后轉變成電信號，最后得到對應的話音、圖象、數據等信息。論文格式。在光纖通信系統中，光纖中傳輸的是二進制光脈沖'0'碼和'1'碼，它由二進制數字信號對光源進行通斷調制而產生。而數字信號是對連續變化的模擬信號進行抽樣、量化和編碼產生的，稱為PCM（pulse code modulation），即脈沖編碼調制。這種電的數字信號稱為數字基帶信號，由PCM電端機產生。光纖通信系統的基本組成原理圖如下圖1-1所示：
圖1-1光纖通信系統
1.1光發射端機
光發射機是實現電/光轉換的光端機。它由光源、驅動器和調制器組成。其功能是將來自于電端機的電信號對光源發出的光波進行調制，成為已調光波，然后再將已調的光信號耦合到光纖或光纜中傳輸。電端機就是常規的電子通信設備。光發射機的原理圖如下圖1-2所示：
圖1-2光發射機原理框圖
光源是光發射機的核心，其性能好壞將對光纖通信系統產生很大的影響。目前光纖通信系統使用的光源都是由半導體材料制成的，而半導體光源分兩種：發光管LED和激光管LD。由于半導體激光器發出的是激光，發光功率大、譜線寬度窄，但電路結構復雜，溫度特性差。而半導體發光二極管發出的是熒光，發光功率不大，譜線寬度寬，但電路結構簡單、壽命長、價格便宜。在實驗室中經常用到。
1.2光纖或光纜
光纖作為傳輸媒介，作用是將發射端機光源發出的光信號，經遠距離傳輸后耦合到接收端機的檢測器，完成信息傳輸任務。在通信中使用的光纖通常是由石英玻璃制成的，由纖芯和包層組成。目前，塑料光纖應用于低速、短距離的傳輸中。其構成光纖的纖芯與包層都是塑料材料。與大芯徑50/125μm和62.5/125μm的石英玻璃多模光纖相比，塑料光纖的芯徑高達200～1000μm，其接續時可使用不帶光纖定位套筒的便直注塑塑料連接器，即便是光纖接續中芯對準產生 ±30μm偏差都不會影響耦合損耗。正是塑料光纖結構賦予了其施工快捷，接續成本低等優點。另外，芯徑100μm或更大則能夠消除在石英玻璃多模光纖中存在的模間噪音。論文格式。
1.3中繼器
含有光中繼器的光纖傳輸系統成為光纖中繼通信。光信號在光纖中傳輸一定的距離后，由于受到光纖衰減和色散的影響會產生能量衰減和波形失真，為保證通信質量，必須對衰減和失真達到一定程度的光信號及時進行放大和恢復。中繼器由光檢測器、光源和判決再生電路組成。它的作用有兩個：一個是補償光信號在光纖中傳輸時受到的衰減；另一個是對波形失真的脈沖進行整形。
1.4光纖連接器、耦合器等無源器件
由于光纖或光纜的長度受光纖拉制工藝和光纜施工條件的限制，且光纖的拉制長度也是有限度的（如1Km)。因此一條光纖線路可能存在多根光纖相連接的問題。于是，光纖間的連接、光纖與光端機的連接及耦合，對光纖連接器、耦合器等無源器件的使用是必不可少的。
1.5光接收端機
光收信機是實現光/電轉換的光端機。 它由光檢測器和光放大器組成。其功能是將光纖或光纜傳輸來的光信號，經光檢測器轉變為電信號，然后，再將這微弱的電信號經放大電路放大到足夠的電平，送到接收端的電端汲去。光接收機原理圖如下圖1-3所示：
圖1-3光接收機電路原理方框圖
2、光纖語音電路設計
光纖語音電路由三部分組成：光發射電路、光纖和光接收電路。論文格式。其工作原理是：音頻信號最初是聲波，由發送器的電子麥克風轉換為電信號。此信號由LM358組成的音頻放大器放大，并且借助于一個單獨的晶體管控制LED的端電壓，將電信號轉換為光信號。光信號送入光纖或光纜。在光纖或光纜的另一端，光信號照射到接收器的光電檢測器上。光電檢測器再將其轉換為電信號。此信號被放大并送入揚聲器轉換為聲波恢復為原始信號。
2.1、發射器電路板
此電路主要是把音頻信號經麥克風轉換為電信號，電信號經濾波器、多級放大器把微弱的電流信號轉換為適合半導體二極管發光的電壓信號，在晶體管的調制下把電信號轉換為光信號送入光纖中進行傳輸。在發射器電路上有一個話筒和調制LED發光的線路。LED裝在塑料殼中以便于連接光纖或光纜進行發送信號。在實驗室里設計操作可以使用200m長的塑料光纖傳送語音信號，也可以使用玻璃光纖在更遠的距離內通信。光纖語音發射器電路如下圖1-4所示：
圖1-4光纖語音發射電路
2.2、光電接收器電路板:
在接收器電路板上通過光電檢測器把光纖傳輸的微弱的光信號轉換為電信號，經電容濾波、運算放大器放大，把電流信號轉換為電壓信號，放大到適合揚聲器輸出的電壓，恢復原始的語音信號。光纖語音接收電路如下圖1-5所示：
圖1-5光纖語音接收電路
3、結 語
本文詳細的介紹了光纖通信系統的組成，為設計光纖語音傳輸電路提供理論基礎。在該電路系統中語音信號以光波形式在光纜內傳輸、不受任何電場和磁場的影響。傳輸距離遠，抗干擾能力強。每個電路板需要一個9V電池，元件簡單，易于實現，在實驗室就能操作完成。
參考文獻
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中圖分類號：G642.4 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2015）09-0002-02
進入21世紀后，隨著信息需求的急劇增加，光纖通信技術憑借其巨大的潛在帶寬容量，成為支撐通信業務量增長的最重要的通信技術之一。目前光纖已成為信息寬帶傳輸的主要媒質。光纖通信系統也必將成為國家信息基礎設施的支柱。在我們這樣一所具有通信系統行業背景的高校，光纖通信類課程無論是對自己在未來工作崗位上的實踐或是今后的進一步深造都具有重要的意義。
一、課程建設的目的
光傳輸技術是主要研究以光作為信息載體的信號在光波導（如光纖）中傳輸原理、傳輸特性、光發送機和光接收機的工作原理和基本特征及其在局域網中基本應用的一門課程。它的許多理論廣泛應用于與光通信有關的各個領域，是光通信技術的基礎。
《光傳輸技術》課程是光纖通信類課程群中的重要專業基礎課，通過對《光傳輸技術》課程的學習應使學生對光纖傳輸和光纖通信系統的基本概念、基本技術和基本器件有比較全面、系統的認識，培養學生分析和解決工程技術問題的能力，為進一步學習相關專業課打下基礎。光傳輸技術是每個從事光電信息產業的工程技術人員的必備知識，對光電信息科學與工程專業的學生進一步學習后續課程起著很重要的鋪墊作用。通過本課程的教學和實踐，應使學生分別從了解、理解和掌握三個層次把握光傳輸技術中的有關研究方法、基本理論、概念和應用，并能充分運用所學知識進行一些簡單的光傳輸系統設計。
二、教學內容的改革
《光傳輸技術》課程主要介紹以光作為信息載體的信號在光波導（如光纖）中傳輸原理、傳輸特性、光發送機和光接收機的工作原理和基本特征及其在局域網中基本應用的一門課程。它的許多理論廣泛應用于與光通信有關的各個領域，是光通信技術的基礎。通過本課程的學校讓學生了解光纖通信系統的構成，掌握光信號發射、光信號接收、光信號在光纖中傳輸原理與設計；掌握時分復用、波分復用光纖傳輸系統的原理與設計；了解光纖局域網、相干光通信系統和全光光纖通信網的結構等理論知識，為學生進一步學習專業課程和今后從事與信息通信領域的工作和研究奠定良好的理論和思想方法基礎。
在教材方面，我們選擇了袁國良、李元元編寫的《光纖通信簡明教程》（清華大學出版社）作為教材。這本教材的內容章節安排合理，知識點覆蓋面廣，理論體系較為完整，同時這本教材是在大學的普通物理學的基礎上編寫的，從光纖通信的物理學基礎出發，著重闡明光通信系統的物理概念并對光纖通信系統各部分的基本理論都有較好的介紹，盡量避免過多的理論計算，以掌握光纖通信系統的基本原理和特點為主要目的。因此這本教材的內容對學生來講不難理解，所講授的內容比較容易掌握。
三、教學手段的改革
為適應新時期“培養創新型人才”的需求，結合我校培養應用型人才的特點，以及我院光電信息科學與工程專業特點，充分吸收多種教學模式的優點，認真探索和實踐有效的課堂教學模式。在近幾年的教學中，圍繞課堂教學質量的提高，也為了改變傳統的“教師一言堂”的死板局面，提出了“教師指導下的學生自主式教學模式”。對于少部分不是非常重要的章節，先由教師提出一些帶有線索性的思考題，再由學生帶著問題去自學，然后主動上講臺就某個思考題發表演講，痛快地過把“教師癮”，以充分調動學生的學習熱情，鍛煉學生的能力和膽量，培養學生的上進心和自信心。學生講解不足之處再由教師做糾正和補充。這樣，可以有效地幫助學生快速地抓著問題的本質和核心，理清知識條理和脈絡，找到自學的竅門。
教學過程中引入計算機的多媒體功能。比如為了增強光在光纖傳輸過程中教學中關于光場模式分布的直觀性，采用快速傅立葉變換法求解傍軸近似波動方程，計算模擬光場模式分布，可以直觀地給出三維穩態分布圖，融合計算機的靈活性、新穎性和光學現象的直觀性及趣味性。通過演示實驗，讓同學們觀察到各種光學現象，展現了“百聞不如一見”的效果，使學生進一步加深了對課程內容的理解，激發學生的求知欲和好奇心，刺激同學們的思考。
同時，我們建立了課程學習網站，將《光傳輸技術》課程的教學大綱、授課教案、習題和實驗指導、參考目錄等內容放到課程學習網站上并做到及時更新，建立完善基于網絡資源的遠程學習環境，逐步完善支持服務規范，為學生的個性化學習提供高質量的支持服務。學生可以在任意地點下載教師的教案進行學習，并且就學習中遇到的問題通過討論版提出，尋求老師或者同學們的幫助。
光纖通信技術在現代通信中脫穎而出，在很大程度上加快了傳播的速度，使其通信技術發生了質的飛躍。光纖技術在技術方面得到了提高，使其應用的范圍更加廣泛，應用到了很多的領域方面，其中鐵路通信方面就是一個很重要的應用。鐵路通信逐漸走向了通信智能化的防線，光纖通信技術在鐵路通信中的應用在很大程度上滿足了當展的需求。光纖通信技術廣泛地應用到鐵路通信當中，將提升鐵路通信的能力，使鐵路通信系統更加的完善，為人們的生活提供更加便利的條件。
一、光纖通信技術的概述
光纖通信技術是以高頻光波為載波，光纖是以傳輸介質為通信媒介。在19世界60年代，曾有人提出了關于光纖傳播技術，闡述了光纖將為信息傳播的一種重要方式，將有可能大大降低光纖的損耗，光纖通信技術將加快通信技術的發展。美國康寧公司根據當時的學術論文研發出了世界上第一根超低損耗光纖，整個通信行業將走進光纖通信時代。
光纖通信技術最主要的特點是低損耗、傳導速度快、容量大、使用的體積小、有很強的抗電磁干擾能力，受到了很多專業人士的熱愛，將會得到大力的發展。隨著科學技術的不斷發展，從19世紀60年代到21世紀，短短的二十年，光纖通信發生了巨大的改變，其容量整整提升了一萬倍，傳播速度也提升了幾百倍，大大發展了光纖通信行業。光纖技術被廣泛的應用到各個行業當中，推動了很多新技術的發展，使各行業的通信能力發生了翻天覆地的改變。
二、光纖通信技術的現狀
2.1波分復用技術
波分復用技術是根據不同光波的頻率不同，充分利用單模光纖低損耗區的寬帶資源，將光纖的低損耗劃分為不同的通道，把光波作為光纖信號的載體，在發送初始的位置應用波分復用技術，將不同頻段波長信號的光波融入到同一根光纖線路當中，進而進行信號傳輸。在接收末端的位置，再次利用波分復用技術將不同波長承載不同信號的光纖進行分開。不同波長的光載波信號是獨立存在的，可以利用一根光纖實現多個線路光纖信號的傳播。
2.2光纖連接
光纖通信技術的大力發展，將能夠引領國家通信行業的未來發展，光纖連接將成為信息高速中非常重要的一個標志。光纖連接技術應用到各行各業當中，能夠很大程度上提高信息的傳播速度和傳播方式，滿足人們在信息時代的大力需求。在光纖通信技術當中，寬帶主干線路的傳播非常的重要，用戶在最后進行光纖連接的過程更加的重要。光纖通信技術將走進了千家萬戶，有效的提高人們上網的速度，使人們走進高速信息時代，使寬帶進入到飛快發展的年代。在光纖寬帶連接入口處，由于光纖線路的位置不同，有FTTB、FTTC、FTTH等不同的應用。FTTH也可以稱之為光纖用戶，光纖用戶是光纖寬帶連接最后的一個步驟，將接入到用戶家中。充分的利用光纖寬帶的特點，將在很大程度上為用戶提供寬帶上網不受到限制，充分的滿足寬帶連接技術的需求。
三、光纖通信技術在鐵路運輸通信系統中的應用
人們現在的生活水平越來越高，對于鐵路運輸的安全和速度要求也越來越高，對于鐵路通信技術的傳輸速度和傳播質量要求也在明顯提升，光纖通信技術在鐵路通信方面的應用有著非常巨大的意義。鐵路通信中應用光纖通信技術歷經了3個階段，才逐漸走向成熟。這3個階段分別是PDH光纖通信階段、SDH光纖通信階段和DWDM光纖通信階段。
3.1 PDH光纖通信階段
在上個世紀80年代，我國開始逐漸研究鐵路光纖通信技術，PDH光纖技術被應用到光纖通信當中，首次，在我國北京作為試驗點，研發了長達15Km的光纖。這次光纖實驗所鋪設的是短波光纖，使二次群系統處于開啟的狀態。在我國首次應用PDH光纖通信技術的鐵路是大秦鐵路，大秦鐵路的重載雙線電氣化中應用的是八芯單模短波光纖，在這個當中局部網絡通信系統使用的設備是36Mb/s PDH的二芯；鐵路沿線的車站和區域網絡的通信系統設備是PCM，以及配置8Mb/s PDH的二芯，標志著我國鐵路通信系統從傳統的通信模式逐漸轉變為光纖通信技術。大秦鐵路通信系統的成功轉型，將預示著鐵路通信系統光纖通信技術走向了一個新的領域。PDH光纖通信系統有一個重要的功能是能在最短的時間檢測鐵路通信系統的安全漏洞和隱患，并且能夠及時的清除，很大程度上保障了鐵路通信系統的安全和正常運作。PDH光纖通信系統的功能雖然很強大，推動了鐵路通信系統的發展，但是這種光纖通信系統也存在一些問題，PDH光纖通信系統具有很復雜的結構，每個區域有著不同的標準，網絡管理的能力比較弱，這些都嚴重的制約了鐵路通信系統的發展。這就要求科研人員要不斷的開發出新的技術，彌補漏洞。
3.2 SDH光纖通信系統
SDH光纖通信系統相對于PDH光纖通信系統更加的完善，能夠有效的彌補PDH光纖通信的不足，SDH光纖通信技術促進了鐵路通信技術的發展。SDH光纖光纖通信技術是一種高速發展的數字化通信技術，它將實現數字信息化的同步轉播，將信號固定在特定的結構中。SDH光纖通信技術有幾方面的優點：第一個優點是在簡化網絡中各個支路的字節復接應用；第二個優點是創造了不同廠家設備互聯網之間的連接，使光纖通信采用的標準和比特率采用相同的標準；第三方面是SDH光纖通信具有很強大的網絡和自我完善功能，當網絡信號突然被中斷，在自動恢復后，其網絡信號傳輸仍然可以繼續使用；第四方面是SDH光纖通信系統有著很強大的自我管理功能，能夠為鐵路通信的傳輸和通信的安全提供可靠的保障。SDH光纖通信技術比PDH光纖通信技術有著很強大的通信功能，在鐵路通信系統中嶄新出獨具特色的優勢。先進的SDH光纖通信技術將能夠代替傳統的PDH光纖通信技術，其中SDH光纖通信技術最早應用在贛韶鐵路當中，在修建這條鐵路過程中，為了使用到先進的SDH光纖通信技術，搭建一條新的光同步傳輸系統，采用了二十芯光纜。為了接入光纖通過接入層傳輸設備和622Mb/s光纖口，這些設備和贛韶鐵路沿線的接收設備相互連接，使整條贛韶鐵路沿線都實現SDH光纖鐵路通信，大大推動了我國鐵路通信事業的發展。SDH光纖通信技術在鐵路通信系統中起著重要的作用，但隨著社會經濟的快速發展，SDH光纖通信技術逐漸不能滿足鐵路通信的需求。鐵路通信的需求在數據傳輸方面提出了更高的需求，要想實現這一需求，需要將其速度提升百倍以上。
3.3 DWDM光纖通信系統
根據鐵路通信技術的需求和科學技術的發展，人們研發了DWDN光纖通信，這種先進的光纖通信技術，明顯的超過了PDH光纖通信和SDH光纖通信。DWDM 技術是根據單模光纖帶寬和其損耗低的特點，允許多個波長載波信道同時在光纖內傳輸，形成一種新型的通信技術。DWDM通信系統中，發送端光發射機同時發射不同穩定度和精度的不同波長光信號，通過光波長復用器將其復用送入摻鉺光纖的功率放大器當中。在經過放大后，將多路的光信號輸送到光纖維中傳輸。在到達接收端后，經過光前置放大器放大，然后送到光波長分波器當中實現光信號的分解。該技術的主要的優勢是DWDM光纖通信可以在同一光纖內承載不同波段的波長，這樣就可以提高了傳輸的速度和增大了傳輸的容量；DWDM光纖通信技術可以容納不同的協議要求，將不同的傳輸速度中數據在一個激光軌道中完成，這樣就會在最大限度內滿足網絡用戶的需求和網絡的安全。DWDM光纖通信技術已經被用到了鐵路開發當中，因該通信技術能夠增大傳輸速度，同時增加傳輸容量，在鐵路信息系統開發當中，被采納應用。該技術的應用是鐵路信息系統的信息傳遞更穩定、迅速，保證了鐵路信息及時傳遞，為鐵路信息服務提供便利。
總結：綜上所述，光纖通信技術廣泛的應用到鐵路通信當中，大力的推動了我國鐵路通信的發展。尤其是光纖通信技術不斷的發展，克服了在鐵路通信應用方面的很多難題，一步一步追趕通信時代的發展，滿足市場的需求，使鐵路通信技術始終處在時代的前沿。
1 4G的定義與主要技術指標?
第四代移動通信技術的概念可稱為寬帶接入和分布網絡,具有非對稱的超過2Mb/s的數據傳輸能力｡它包括寬帶無線固定接入､寬帶無線局域網､移動寬帶系統和交互式廣播網絡｡ ?
第四代移動通信技術的主要指標:1.數據速率從2Mb/s提高到100Mb/s,移動速率從步行到車速以上｡2.支持高速數據和高分辨率多媒體服務的需要｡寬帶局域網應能與B-ISDN和ATM兼容,實現寬帶多媒體通信,形成綜合寬帶通信網｡3､對全速移動用戶能夠提供150Mb/s的高質量影像等多媒體業務｡
2 4G相對于3G的超越之處?
與今年年內即將推出的3G移動通信服務相比,4G技術更為復雜,4G技術在通信特點方面較3G移動通信技術相比,有許多超越之處: ?
(1)4G移動通信技術的信息傳輸級數要比3G移動通信技術的信息傳輸級數要高一個等級,其最大的傳輸速度將是目前“i-mode”服務的10000倍｡ ?
(2)主要發展數字廣帶(Broad band)為基礎的概念｡在“毫米”過程中,傳播條件相對困難,蜂窩小區也會相應小很多,這會引起一系列技術上的難題｡ ?
(3)靈活性要比3G強得多｡它能自適應的資源分配,能夠處理變化的業務流､信道條件不同的環境,有很強的自組織性和靈活性｡ ?
(4)4G移動通信技術將可讓所有移動通信運營商的用戶,享受共同的4G服務｡ ?
(5)該技術應該能根據網絡的動態和自行變化的信道條件,使低碼與高碼的用戶能夠共存｡這些方面都要比2G､3G先進｡ ?
(6)它能綜合固定移動廣播網絡或其他的一些規則,實現對這些功能體積分布的控制｡ ?
(7)該技術將以幾項突破性技術為基礎,例如一些光纖產品公司用來提高Internet主干帶寬的技術,它將對無線頻率的使用效率比第二代和第三代系統都高得多｡ ?
我們相信,在不久的將來4G在業務上､功能上､頻寬上均有別于3G,應該將會是將所有無線服務聯合在一起,能在任何地方接入互聯網,包括衛星通訊､定位定時､數據收集､遠程控制等綜合功能｡移動無線互聯網會是無邊無際,而預計兩年后3G的傳輸速度上限2Mbps很可能會到達飽和｡所以4G將會是多功能集成的寬帶流動通訊系統,是寬帶接入IP的系統｡
3 4G系統網絡結構及其關鍵技術?
4G移動系統網絡結構可分為3層:物理網絡層､中間環境層､應用網絡層｡物理網絡層提供接入和路由選擇功能,它們由無線和核心網的結合格式完成｡中間環境層的功能有QoS映射､地址變換和完全性管理等｡物理網絡層與中間環境層及其應用環境之間的接口是開放的,它使發展和提供新的應用及服務變得更為容易,提供無縫高數據率的無線服務,并運行于多個頻帶｡第四代移動通信系統的關鍵技術包括信道傳輸;抗干擾性強的高速接入技術､調制和信息傳輸技術;高性能､小型化和低成本的自適應陣列智能天線;大容量､低成本的無線接口和光接口;系統管理資源;軟件無線電､網絡結構協議等｡第四代移動通信系統主要是以正交頻分復用(OFDM)為技術核心｡OFDM技術的特點是網絡結構高度可擴展,具有良好的抗噪聲性能和抗多信道干擾能力,可以提供比目前無線數據技術質量更高(速率高､時延小)的服務和更好的性能價格比,能為4G無線網提供更好的方案｡例如無線區域環路(WLL)､數字音訊廣播(DAB)等,都將采用OFDM技術｡
1.光纖通信技術
光纖通信是利用光作為信息載體、以光纖作為傳輸的通信方式。在光纖通信系統中,作為載波的光波頻率比電波的頻率高得多,而作為傳輸介質的光纖又比同軸電纜或導波管的損耗低得多,所以說光纖通信的容量要比微波通信大幾十倍。光纖是用玻璃材料構造的,它是電氣絕緣體,因而不需要擔心接地回路,光纖之間的串繞非常小;光波在光纖中傳輸,不會因為光信號泄漏而擔心傳輸的信息被人竊聽;光纖的芯很細,由多芯組成光纜的直徑也很小,所以用光纜作為傳輸信道,使傳輸系統所占空間小,解決了地下管道擁擠的問題。
光纖通信在技術功能構成上主要分為:(1)信號的發射;(2)信號的合波;(3)信號的傳輸和放大;(4)信號的分離;(5)信號的接收。
2. 光纖通信技術的特點
(1) 頻帶極寬,通信容量大。光纖比銅線或電纜有大得多的傳輸帶寬,光纖通信系統的于光源的調制特性、調制方式和光纖的色散特性。對于單波長光纖通信系統,由于終端設備的電子瓶頸效應而不能發揮光纖帶寬大的優勢。通常采用各種復雜技術來增加傳輸的容量,特別是現在的密集波分復用技術極大地增加了光纖的傳輸容量。目前,單波長光纖通信系統的傳輸速率一般在2.5Gbps到1OGbps。
(2) 損耗低,中繼距離長。目前,商品石英光纖損耗可低于0~20dB/km,這樣的傳輸損耗比其它任何傳輸介質的損耗都低;若將來采用非石英系統極低損耗光纖,其理論分析損耗可下降的更低。這意味著通過光纖通信系統可以跨越更大的無中繼距離;對于一個長途傳輸線路,由于中繼站數目的減少,系統成本和復雜性可大大降低。
(3) 抗電磁干擾能力強。光纖原材料是由石英制成的絕緣體材料,不易被腐蝕,而且絕緣性好。與之相聯系的一個重要特性是光波導對電磁干擾的免疫力,它不受自然界的雷電干擾、電離層的變化和太陽黑子活動的干擾,也不受人為釋放的電磁干擾,還可用它與高壓輸電線平行架設或與電力導體復合構成復合光纜。這一點對于強電領域(如電力傳輸線路和電氣化鐵道)的通信系統特別有利。由于能免除電磁脈沖效應,光纖傳輸系還特別適合于軍事應用。
(4)無串音干擾,保密性好。在電波傳輸的過程中,電磁波的泄漏會造成各傳輸通道的串擾,而容易被竊聽,保密性差。光波在光纖中傳輸,因為光信號被完善地限制在光波導結構中,而任何泄漏的射線都被環繞光纖的不透明包皮所吸收,即使在轉彎處,漏出的光波也十分微弱,即使光纜內光纖總數很多,相鄰信道也不會出現串音干擾,同時在光纜外面,也無法竊聽到光纖中傳輸的信息。
除以上特點之外,還有光纖徑細、重量輕、柔軟、易于鋪設;光纖的原材料資源豐富,成本低;溫度穩定性好、壽命長。由于光纖通信具有以上的獨特優點,其不僅可以應用在通信的主干線路中,還可以應用在電力通信控制系統中,進行工業監測、控制,而且在軍事領域的用途也越來越為廣泛。
3. 光纖通信技術在有線電視網絡中的應用
20世紀90年代以來,我國光通信產業發展極其迅速,特別是廣播電視網、電力通信網、電信干線傳輸網等的急速擴展,促使光纖光纜用量劇增。廣電綜合信息網規模的擴大和系統復雜程度的增加,全網的管理和維護,設備的故障判定和排除就變得越來越困難。可以采用 SDH +光纖或ATM+光纖組成寬帶數字傳輸系統。該傳輸網可以采用帶有保護功能的環網傳輸系統,鏈路傳輸系統或者組成各種形式的復合網絡,可以滿足各種綜合信息傳輸。對于電視節目的廣播,采用的寬帶傳輸系統可以將主站到地方站的所需數字,通道設置成廣播方式,同樣的電視節目在各地都可以下載,也可以通過網絡管理平臺控制不同的站下載不同的電視節目。
有線電視網絡在全國各地已基本形成,在有線電視網絡現有的基礎上,比較容易地實現寬帶多媒體傳輸網絡,因此在目前的情況下,不應完全廢除現有的有線電視網,而用少量的投資來完善和改造它,滿足人們的目前需要。很多地區的 CATV已經是光纖傳輸,到用戶端也是同軸電纜進入千萬家。但是現在建設的CATV 大多是單向傳輸,上行信號不能在現有的有線電視網中傳送。可以通過電信網 PSTN 中語音通道或數據通道形成上行信號的傳送,也可以通過語音接入系統來完成。將電話接到各用戶,這樣各用戶間即可以打電話,也可以利用廣電自己的綜合信息網中的寬帶傳輸系統構成廣電網中自己的上行信號的傳送,組成了雙向應用的Internet網。
現在光通信網絡的容量雖然已經很大, 但還有許多應用能力在閑置, 今后隨著社會經濟的不斷發展, 作為經濟發展先導的信息需求也必然不斷增長,一定會超過現有網絡能力, 推動通信網絡的繼續發展。因此, 光纖通信技術在應用需求的推動下, 一定不斷會有新的發展。
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中圖分類號：T7 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）40-0224-01
1 該激光大氣通信系統設計基本思路：
先從鍵盤輸入要發送的文字或通過調用攝像頭采集圖像或選中要發送的文件，然后將采集到的圖像或文字信息或文件進行數字化，發送端將信號疊加在激光器的輸出載波上，接收端通過光敏三極管將接收到的光信號轉換為電信號，編寫的相應的應有程序將接收到的信息進行整合，最后還原出原圖像或文字信息。
采集圖片信息，通過自編的圖片處理程序將采集到的信息進行數據壓縮和編碼，驅動激光器發送數據；利用激光接收電路將接收到的光信號轉化成電信號，圖片接收程序對其進行相應的解碼和解壓，便得到采集到的圖片。
2 該激光大氣通信系統的組成
該系統由硬件和軟件兩部分組成。軟件部分是利用Qt進行圖形用戶界面的編程。Qt是一個跨平臺的C++應用程序開發框架。廣泛用于開發GUI程序，這種情況下又被稱為部件工具箱。也可用于開發非GUI程序，比如控制臺工具和服務器。
硬件部分由兩臺計算機、USB轉TTL器件，激光發射機、光電三極管組成 。兩臺計算機中，一臺用作信源、一臺用作信宿。
如圖所示，圖1、圖2分別為該激光大氣通信系統的發射系統和接受系統的基本框圖。
3 該激光大氣通信系統的各個部分的功能
軟件部分：
Qt：調用微軟的庫函數，如：調用獲取攝像頭的庫函數、調用串口通信的庫函數等等，對用攝像頭獲取的圖片進行壓縮編碼。由于獲取的圖片是彩色圖像，故先將其變為灰度圖像，即圖像數據壓縮為原來的三分之一；然后再對灰度圖像進行離散余弦變換，進一步的壓縮，壓縮為灰度圖像的九分之一，即最后總共壓縮為原來的二十七分之一。然后將數據傳到串口中，等待通信。在信宿計算機中，Qt主要負責將信號解壓，還原。
硬件部分：
信源計算機：獲取從鍵盤輸入要發送的文字或通過調用攝像頭采集的圖像信號。
USB轉TTL部件：進行電平轉換，同時便于將信號發射出去。
激光發射器：有效地將電信號轉變為光信號，數字0使三極管截止，激光器不亮；數字1使三極管導通，激光器亮；從而“滅”代表信號0，“亮”代表信號1；進而有效地將信號發射出去。
光電三極管：作為接收器，將光信號轉變為相應的電信號。
濾波電路：阻低通高，一般為4.7uF的電容。
信宿計算機：將接收到的圖片或文字數字信號，進行解壓、恢復、顯示。
4 該激光大氣通信系統的特點
4.1 創新點
1、不間斷校驗通訊
2系統回路簡單，容易實現
3、圖片采集處理程序
4、激光發送接收裝置
一般的激光通信系統：發送部分主要有激光器、光調制器和光學發射天線。接受部分主要有光學接受天線、光學濾波器、光探測器。要傳送的信息送到與激光器相連的光調制器中，光調制器將信息調制在激光上，通過光學發射天線發送出去。在接收端，光學接受天線將激光信號接受下來，并送至光探測器，光探測器將激光信號變為電信號，經放大、解調后變為原來的信息。而該系統不需要光調制器、光學發射天線、光學接受天線、光探測器等等，大大節省了成本；同時，該系統的圖片采集處理程序設計比較巧妙，執行效率比較高；該系統還運用了CRC循環冗余檢驗技術，可以達到不間斷校驗通訊的目的，更加保證了通訊的安全性。
4.2 技術關鍵
1、CRC循環冗余校驗
2、圖片采集及處理的軟件設計與編程
3、激光發射驅動電路設計
4、電平轉換電路設計
5、光電轉換電路設計
6、信息解碼及圖片恢復程序設計
5 該激光大氣通信系統的科學性先進性
科學性：
1、循環冗余檢查（CRC）：一種數據傳輸檢錯功能，對數據進行多項式計算，并將得到的結果附在幀的后面，接收設備也執行類似的算法，以保證數據傳輸的正確性和完整性。這種技術常在計算機網絡中應用。
2、圖片采集處理：圖片處理程序調用攝像頭來采集圖片信息，再對圖片信息進行壓縮編碼處理，后將信息編碼分段傳送，利用波特率控制傳送的速率，在端口處將其發送。
3、電平轉換電路將不同電氣特性的接口連接起來。
4、激光發射電路靜態點在微導通狀態，以減小因管子導通電壓引起的延時。
先進性：
1、該激光大氣通信系統裝置結構輕便，設備經濟，比一般的激光大氣通信系統更加精簡、方便、實惠，并且性能更加可靠。
2、該激光大氣通信系統采用CRC循環冗余檢驗技術，不間斷校驗通訊，因此，正確率比一般的激光大氣通信系統的正確率更高，保密性更強，可以運用在需要嚴格保密環境中的信息傳輸。
6 激光大氣通信的發展前景
1、未來的通信技術將會越來越多的用到衛星技術，僅僅依靠光纖網絡技術難以實現通信技術的發展目標。因此，激光通信技術將成為通信領域發展的必要技術之一。
2、激光大氣通信能跨越障礙，解決跨山溝、海峽、河流、湖泊等復雜地貌帶來的挖溝布線難題；
3、激光大氣通信將在應急或臨時通信傳輸方面先出巨大優勢。如在救災、大型集會活動、野外的臨時工作場所或地震等突發事件方面，作為一種臨時的通信連接等等。
4、激光通信技術在未來的發展中，將會影響通信領域的發展，使通信領域誕生出更多的新技術，提升通信領域發展實力的同時，保證通信領域的發展擁有技術保障。所以，激光通信技術將會帶動通信領域新一輪的技術革新。
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隨著通信技術的發展及信息業務量的劇增,社會對通信專業人才的需求不斷加大,從近幾年的就業情況來看,企業需要的是既有較好的理論基礎,又有較強的實踐能力,并且了解通信行業技術的綜合應用型人才。因此,高校必須不斷完善通信實驗室建設,改進實驗模式,才能適應市場對人才的需求。我院于2009年提出了建設綜合通信網絡實驗平臺的計劃,并獲得了中央地方共建專業特色實驗室項目的資助。
1實驗室現狀及建設綜合實驗平臺的必要性
2000年以來我院先后建設了計算機技術、電子技術、通信原理、高頻電子、eda等基礎實驗室及檢測與控制專業實驗室。2004年通信專業開始招生,為滿足教學要求,籌建了通信專業實驗室。由于當時學校經費緊張,制定了通信專業實驗室的建設在現有基礎上分兩步走的計劃：第一步,建設以滿足教學需求的基本型專業實驗室,主要完成光纖、程控、通信網、移動通信等專業課程實驗。該實驗室建設方案以各種實驗箱及相關的儀器設備組成,基本1人1箱,其特點是：技術成熟,投資少,維護方便。第二步,建設綜合通信網絡實驗室。第一步建設方案已于2006年完成。
2006年以來，通信專業實驗室在實驗教學工作中發揮了其應有的作用。但這些設備各自獨立,沒有形成網絡,系統性不強,實驗內容多以演示、驗證為主。隨著通信技術的迅猛發展,這類實驗室條件局限性較大,沒有通信全程全網的系統性,學生對所學的專業課程缺乏系統整體概念,無法滿足對通信技術的深入研究及市場對人才的需求。因此建設綜合通信網絡實驗平臺是非常必要的。
2綜合通信網絡實驗平臺的建設思路與目標
隨著通信行業的不斷發展,電信領域正在向著移動化、寬帶化的方向不斷融合。因此,綜合通信網絡實驗平臺建設的基本思路是建設一個集傳輸、交換、寬帶接入及有線、無線通信為一體的綜合現代通信網絡,是一個類似于電信系統的全真式網絡。該系統能夠實現模擬網絡運行,各個網絡對接,并能夠完成每種設備平臺的實訓與研究。通過該實驗系統,讓學生從軟件到硬件全方位感受現代通信的真實環境,對所學專業有直觀的認識及深入的了解,提高專業素質,鍛煉動手能力,把學生培養成符合社會需求的綜合型、應用型通信技術人才。
3綜合通信網絡實驗平臺的建設方案與內容
建設方案既要技術先進,又要經濟合理,通過反復多次的論證,提出了適應現有資金條件,適合當代通信技術發展的綜合通信實驗平臺。整個平臺由sdh傳輸網、程控交換網、移動無線接入網、epon光接入網、網規、網優等系統構成。
3.1 網絡拓撲結構網絡拓撲結構如圖1所示。
圖1 綜合通信網絡實驗平臺拓撲圖
3.2 光傳輸系統
光傳輸系統是整個實驗網絡的核心,溝通了各模塊之間的通信聯絡。系統采用sdh技術,由3臺stm-1設備構成環形網絡。sdh技術是目前通信網絡的主流技術,它以其突出的技術優勢為網絡提供優質、高效、可靠的通信業務,能夠滿足寬帶數據及視頻圖像等多業務的傳輸需求,自愈功能強。掌握傳輸技術對通信工程專業的學生來說,是非常重要的。
傳輸系統選用華為公司的optix155/622hmetro1000型設備,主要功能及配置如下：
(1)系統高階交叉能力為136×136vc4,低階交叉能力1638×1638vc12。
(2)單臺傳輸系統配置stm-1光接口2個,e1接口21個,fe接口數量為4個,支持155m至2.5g光速率的在線升級能力。
(3)具備多業務處理能力,提供多路e1，t1，e3和t3業務及各種音頻接口,數據接口功能。
(4)系統采用mstp第三代技術,支持以太網信號的匯聚、二層交換和vlan。
(5)傳輸系統配備了設備級管理軟件,在提供完備的網元級管理功能的同時,提供了網絡層管理功能,支持傳統業務的端到端管理。
(6)整個傳輸網絡保護機制健全,交叉、時鐘、電源均采用1+1保護措施,具備強大的告警分析和故障自動診斷功能,提高了網絡系統的安全性和可靠性。
3.3 程控交換系統
程控交換系統采用華為公司c&c08程控交換設備,通過傳輸網絡及其他配合設備構建一個完全模擬實際應用的,具有局間交換、遠端接入功能的完整交換網絡。主要配置為：
(1)系統交換能力為16k×16k,配置模擬電話用戶96路,數字中繼120dt(最大可擴充至50000線模擬用戶及10000線數字中繼)。
(2)提供中國1號信令、7號信令,滿足局間通信的要求；提供語音業務及其他綜合接入業務,配置各種接口。
(3)提供設備級網管軟件,可對硬件設備進行設置、配置, 進行信令的觀測、跟蹤等。
3.4 td-scdma移動通信無線網絡系統
td-scdma技術是目前廣為使用的新技術,大幅提升了數據傳輸速率,實現了移動寬帶,能夠處理圖像、音樂、視頻等多種媒體形式,提供網頁瀏覽、電話會議、電子商務等多種信息服務。
系統由td-scdma無線側基站控制器單元(rnc)、無線側基帶處理及射頻單元(node b)及無線網絡操作維護中心(omc-r)等主要設備及相關系統軟件組成。
td-scdma無線側基站控制器單元(rnc)采用華為公司新一代基站控制器drnc820型設備,該設備集成度高、容量大、可靠性好,可以滿足未來高速分組業務發展,大大提升td-scdma全系統的帶寬和容量。系統采用maio(multiple access to i n one)技術,統一atm，tdm和ip交換體系,既支持對2g傳輸資源的前向兼容,也支持向全網ip的演進。設備采用模塊化設計,支持單框解決方案與平滑升級；采用雙平面ge star交換網,可提供最大120gbps的交換容量；接口豐富,可提供多種組網方式。
td-scdma無線側基帶處理及射頻單元采用業界技術領先的多形態統一模塊設計,具有體積小、容量大、功耗低、安裝靈活的特點,最大可支持36載扇的td-scdma基帶處理能力。
操作維護系統主要完成軟件管理、故障管理、性能管理、測試管理、傳輸管理等功能。
3.5 epon光接入系統
epon光接入系統采用華為公司ma5680t型設備,具備多種豐富的功能特性,可提供大容量、高速率、高帶寬的語音、數據和視頻業務接入。設備為gpon/epon一體化設備,滿足用戶擴容升級需要；系統能力滿足背板交換容量為275gbps,業務交換容量雙向為68g；單框可支持onu/ont數為7168；支持3層特性,支持ripv1/v2和ospf路由協議；滿足多種fttx組網應用,滿足基站傳輸、ip專線互聯、批發等業務組網需求。
3.6 網規網優系統
無線網絡測試系統選用鼎利公司的測試軟件,具備完善的gsm/gprs/td-scdma/hsdpa網絡測試功能。能夠提供多種測試方法。
3.7 專用e-bridge實驗軟件
由于本次實驗平臺選用的硬件設備均為商用設備,所以要考慮整個網絡系統如何適合于學生進行實驗,一般來說,實際商用設備的管理終端數只有一個,這樣對于有40名學生的班級來說,需要分40組,顯然不現實。訊方公司研發的專用e-bridge實驗軟件,解決了多人操作的問題,滿足每個系統平臺可以40名學生進行實驗操作,把商用設備轉化為適合高校教學的實驗設備。
專用e-bridge實驗軟件具備實驗過程控制功能,實驗教師可靈活分配實驗項目和實驗時間,可以調整每組學生的實驗時間,軟件能同時滿足多人多次上機實驗的要求。
綜合實驗平臺系統組成除配置以上設備、軟件外,還考慮設置了通信電源設備、光纖配線架、數字配線架、音頻配線架等其他配合設備。
4實驗項目內容
整個實驗系統通過通信網管軟件,可滿足40個學生終端進行實驗操作,可開展的主要實驗項目內容如下：
(1)sdh光傳輸系統：①傳輸設備配置實驗：通過傳輸網管軟件對設備進行操作加載及維護；硬件數據配置、分配功能模塊資源等；②組網實驗：可進行sdh鏈型網、環型網組網配置；③通道保護實驗：通過對傳輸光口、邏輯系統、保護制式的設定,實現通道保護和復用段保護機制的實驗；④網管操作實驗；⑤開銷分析實驗：⑥傳輸復用解復用字節分析實驗等。
(2)程控交換系統：①交換機硬件配置實驗：通過交換機網管軟件對設備進行操作加載及維護；分配各個功能模塊資源；②用戶實驗：配置、分析用戶及號碼；本局用戶新業務設定及注冊等；③電話呼叫處理實驗：觀察呼叫處理過程、信號流程；④局間中繼信令系統實驗：包括no1和no7中繼調試,局向設置、路由選擇,觀察計發器信令流程及出局呼叫過程；⑤計費系統實驗；⑥全局綜合業務實驗等。
(3)rnc系統實驗：①數據配置實驗：對rnc設備狀態、網絡結構、后臺數據庫進行配置；②鏈路、通道信息配置；③小區參數配置、優化、參數測試實驗；④rna網絡結構實驗；⑤手機注冊、呼叫、切換流程分析等實驗。
(4)網優、路測實驗內容：①手機終端的測試：包括呼叫、數據業務、手機強制測試等；②室內、樓宇、樓層測試、數據分析；小區覆蓋測試分析；③鄰區優化測試,2g/3g系統間鄰區優化分析；④網優綜合測試實驗等。
(5)其他操作實驗：線纜布放、光纖接續、光纜終端盒接續等實驗。
5綜合通信網絡實驗平臺的特色
(1)技術新,功能強,適用面寬。該實驗平臺模擬現代通信網絡系統,集傳輸、交換、移動通信于一體,可進行通信工程課程實驗、畢業設計、專業實習等綜合實訓內容。
(2)內容廣泛、系統性強。以往的實驗內容基本以驗證為主,綜合通信網絡實驗平臺的建成,提供了豐富、寬泛的實驗內容,可開展大量的綜合型、設計型、研究型實驗,為師生提供了全程全網的實驗環境。
(3)系統配置高、操作性好。整個平臺硬件設備技術先進,軟件管理功能全面,可為學生提供良好的實驗操作條件。
綜合通信網絡實驗平臺的建設,從方案確定到設備選型、系統配置,思路明確、定位準確,建立了完善的實驗系統,提升了實驗內容的綜合程度,促進了理論與實踐的結合,必將為提高學生的創新思維、綜合能力,提高實踐教學質量起到重要的作用。
參考文獻
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2光纖通信技術發展特點
2.1擴大了單一波長傳輸的容量
當今社會僅單一波長傳輸的容量就高達40Gbit/s，并且相關部門在這個基礎上已經開始研究160Gbit/s的傳輸技術。在研究40Gbit/s以上的傳輸技術時，應該對光纖的PMD做出具體的要求。2002年，美國優先在LTU-TSG15會議中提出了將新的光纖類別引入40Gbit/s系統的倡議。并且認為在PMD傳輸中一些問題有待探討。我們堅信在不久的將來，舉世矚目的專門的40Gbit/s的光纖類型將會出現。
2.2超長距離的傳輸
在傳輸網絡的骨干中，理想的傳輸形式莫過于無中繼的傳輸。迄今為止，一部分公司正在采用的技術是色散齊理，它能夠實現：最短2000千米至最長5000千米的無電中繼類型的傳輸。另一部分公司正在不斷改進，提升完善光纖指標，應用拉曼光，放大光傳輸距離的延長。
2.3適應DWDM運用
普遍應用的是32×DWDM系統，64×和32×10Gbit/s的系統正在研發中，已經取得了不小的進展。DWDM技術得到了廣泛的應用，各研究機構必須加強光纖非線性標準的嚴格控制。最新推出的ITU-T技術很好地針對光纖制定了測試方法標準，完成了非線性屬性的標準。明確非線性的測試指標，提出有效面積的相應指標，尤其要完善光纖的非線性的特性。
3光纖通信發展現狀
3.1普通光纖發展現狀
我們最常見的光纖就是普通光纖。光通信技術的進步，系統逐步發展，單一波長信息容量和光中繼距離的加大G652光纖的性能產生了進一步提升的可能，表現在不同的區域，一種符合ITUTG654規定截止波長的單模光纖，還有符合G653規定的單模光纖，做出了發展性完善。
3.2核心網發展現狀
我國的幾大干線已經全面地采用了光纜，多模的光纖遭到合理淘汰，全面實施單模光纖。常用的有G652和G655兩種光纖。G653在我國初步使用后，今后不會繼續發展。G654也因為不能實現該種通信方式系統容量的大幅度增加，因此從來沒有使用到我國陸地光纜中。干線光纜主要在室外，多數使用分立光纖，這些光纜中的舊式結構已經停用。
3.3接入網光纜發展現狀
接入網的光纜具有分支多、距離短、分差頻繁等特點，通常通過增多光纖芯數的方法來增加網容量。由于市內管道的管道內徑一定，結合光纖的芯數增多和集裝密度的增大減輕光纜重量，縮小光纜直徑十分重要。接入網通常采用的是G652單模光纖或者是G652C低水峰的單模光纖。后者在我國只有少量投入使用。
3.4室內光纜發展現狀
室內光纜通常需要能夠滿足不同的要求，具備多種功能。比如說數據、話音以及視頻信號的傳送，還可能在遙控和傳感器中得到應用。IEC的電纜分類中，指出了室內光纜。它至少要包括兩大部分，即局內光纜與綜合布線。綜合布線的光纜一般布放在室內的用戶端，主要用途就是供用戶使用，因此必須要全面考慮到它的易損性。局用光纜主要布放在中心局以及其他各類電信機房內，布放的位置相對固定。
3.5通信光纜在電力線路內
光纖只是一種介電質，光纜卻可以是一種全介質，而且是完全無金屬的。這種全介質的光纜將會成為電力系統中最理想的線路。在電線桿的敷設中普遍應用兩種全介質光纜的兩種主要結構：一種是用于架空地線的纏繞式的結構，另一種是全介質自承式的結構。因為全介質自承式的結構可以單獨地布放，適應范圍廣，在我國當下的電力系統改造過程中得到了廣泛實施。國內已經生成許多種類達到市場要求的ADSS光纜，但是在其產品的結構和性能等方面還需要更進一步的完善。
4光纖通信的主要應用形式
在光纖通信的各種應用形式中，最普遍最常見的就是電子公文。當代社會的信息化逐漸發達，網絡用戶需求不斷上漲，無紙化辦公成為一種時尚。這就出現了電子公文。
4.1電子公文與紙質公文的共性和差別
紙質辦公是一種傳統的辦公模式，在歷經了多年的傳承之后，在為人們傳遞信息的同時也暴露出了許多的問題，類似于容易流失，耗費資源，流轉較慢等。電子公文的產生就有了很大的區別。雖然兩者都是信息流傳的載體，但是電子公文具有顯而易見的優越性。現代化信息社會必須有無紙化，在此基礎上朝著網絡化、信息化、科學化、自動化、智能化的趨勢快速發展。
4.2電子公文的必要性
傳統觀念認為電子公文要應用計算機操作，十分不便，更加依賴于直觀的紙質公文，但是紙質公文存在嚴重的資源浪費、信息遺失和字跡模糊等缺陷，所以，電子公文代替紙質公文始終是必然的趨勢。相對于紙質公文在日常工作中的收文登記，承辦傳閱過程中對手工以及腿功的依賴，以及在領導外出時，公文傳遞的不便，電子公文只需要一臺電腦和一根網線就能夠輕松地解決問題，而且保證省時省力，可復制，可粘貼，可備份，超值又有效。利用空間小，保存時間久，受外界因素影響小。
4.3電子公文技術問題
電子公文要想能夠實現無紙化的辦公條件，必須依靠人們的共同努力，制造出一套良好的、完善的、實用的管理制度，保證電子公文的高效性和安全性，避免公文的非法泄露。電子公文是信息傳播的載體，是傳遞訊息的渠道，隨著現代化辦公水平的提高，電子公文的質量也必須精益求精。所以，必須明確電子公文的幾項專業技術，抓住進步的空間。電子公文不能滿足于現有的硬件配置。在軟件設計方面存在功能上、安全性、操作中的缺陷。實際應用過程中，計算機操作人員的技術掌握和應用能力不到位。軟件的后續升級不及時，其他軟件系統的兼容性存在問題。
5光纖通信的發展與展望
就光纖通信的具體應用的詳細分析，讓我們更好地了解了光纖通信技術。光纖通信技術已經成為現代化信息時代的必要性存在。現在從關鍵點回復到光纖通信的全局考慮，光纖通信的未來發展趨勢十分可觀。可發展的趨勢涉及很多領域，下面就讓我們進入深入詳細的探討。
5.1光網絡智能化
光網絡智能化的實現是在光纖通信技術當中十分關鍵的研發方向，在光纖通信技術將近40年的發展歷程中，傳輸一直占據著主要地位，成為光通信技術的干線。伴隨著計算機技術的連續進步和發展，完美地將通信技術與計算機技術結合起來，促使網絡技術發生更高層次的發展和進步。現代光網絡在實現傳輸的同時，結合了連續控制技術、自動發現能力和更加完善實用的保護和恢復功能系統，真正實現了光網絡的智能化。
5.2全光網絡
全光網絡是光纖通信技術在發展過程中的最高層次，是光線技術發展到頂端的最理想階段，也是未來通信網絡將要發展成為的最終目標，也就是說未來的通信網絡就是屬于全光的時代。原始的全光網絡對于實現節點處的全光化雖然是可操作的，但是在各網絡節點處采用的仍然是電器件，這就會阻礙光纖通信容量的穩步提升，所以，全光網絡就是光纖通信網絡不斷發展的終極目標。
5.3光器件集成化
在光電子器件發展的過程中，追求的就是光器件集成化的真正實現。考慮到全光通信網絡實現過程中的關鍵點，器件的集成十分重要，器件的集成更是全光網絡通信技術的核心技術。將檢測器、激光器、調制器和其他類型的集成芯片集成到一個芯片中才能完成光子集成芯片的制造。這些集成是通過往不同材料的各種薄膜介質表層上的連續沉積來實現的，主要應用的材料有磷化銦和砷化銦鎵等等。這是一種十分復雜的技術，但是由于傳統互聯網接入技術有限，接入帶寬不足，以及現代互聯網多媒體的發展需求，單純地通過改良設備來擴大寬帶，提高速度的做法是很不現實的，我們必須實現光器件的集成，從而保證光纖通信的發展核心堅固扎實。
