時間：2022-11-17 06:59:42
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，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篇光纖通信技術論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
光纖通信的誕生與發展是電信史上的一次重要革命。光纖從提出理論到技術實現和今天的高速光纖通信也不過幾十年的時間。從國外的發展歷程我們可以看出，20世紀60年代中期，所研制的最好的光纖損耗在400分貝以上，1966年英國標準電信研究所高錕及Hockham從理論上預言光纖損耗可降至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年貝爾實驗室(Bell)采用改進的化學汽相沉積法制出性能優于康寧公司的光纖產品。到1979年，摻鍺石英光纖在1.55千米處的損耗已經降到0.2分貝/千米，這一數值已經十分接近由Rayleigh散射所決定的石英光纖理論損耗極限。
目前國內光纖光纜的生產能力過剩，供大于求。特種光纖如FTTH用光纖仍需進口，但總量不大，國內生產光纖光纜價格與國際市場沒有差別，成本無法再降，已經是零利潤，在國際市場沒有太強競爭力，出口量很小。二十年來的光技術的兩個主要發展，WDM和PON，這兩個已經相對比較成熟。多業務傳輸發展平臺兩個方面，一方面是更有效承載以太網業務、數據業務，另一方面是向業務方面發展。AS0N的現狀是目前的系統只是在設備中，或是在網絡中實現了一些功能，但是一些核心作用還沒有達到。
二、光纖通信技術的趨勢及展望
目前在光通信領域有幾個發展熱點即超高速傳輸系統、超大容量WDM系統、光傳送聯網技術、新一代的光纖、IPoverOptical以及光接入網技術。
（一）向超高速系統的發展
目前10Gbps系統已開始大批量裝備網絡，主要在北美，在歐洲、日本和澳大利亞也已開始大量應用。但是，10Gbps系統對于光纜極化模色散比較敏感，而已經鋪設的光纜并不一定都能滿足開通和使用10Gbps系統的要求，需要實際測試，驗證合格后才能安裝開通。它的比較現實的出路是轉向光的復用方式。光復用方式有很多種，但目前只有波分復用(WDM)方式進入了大規模商用階段，而其它方式尚處于試驗研究階段。
（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率低于1％，還有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級光纖上傳送，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。基于WDM應用的巨大好處及近幾年來技術上的重大突破和市場的驅動，波分復用系統發展十分迅速。目前全球實際鋪設的WDM系統已超過3000個，而實用化系統的最大容量已達320Gbps(2×16×10Gbps)，美國朗訊公司已宣布將推出80個波長的WDM系統，其總容量可達200Gbps(80×2.5Gbps)或400Gbps(40×10Gbps)。實驗室的最高水平則已達到2.6Tbps(13×20Gbps)。預計不久的將來，實用化系統的容量即可達到1Tbps的水平。
（三）實現光聯網
上述實用化的波分復用系統技術盡管具有巨大的傳輸容量，但基本上是以點到點通信為基礎的系統，其靈活性和可靠性還不夠理想。如果在光路上也能實現類似SDH在電路上的分插功能和交叉連接功能的話，無疑將增加新一層的威力。根據這一基本思路，光光聯網既可以實現超大容量光網絡和網絡擴展性、重構性、透明性，又允許網絡的節點數和業務量的不斷增長、互連任何系統和不同制式的信號。
由于光聯網具有潛在的巨大優勢，美歐日等發達國家投入了大量的人力、物力和財力進行預研，特別是美國國防部預研局(DARPA)資助了一系列光聯網項目。光聯網已經成為繼SDH電聯網以后的又一新的光通信發展。建設一個最大透明的、高度靈活的和超大容量的國家骨干光網絡，不僅可以為未來的國家信息基礎設施(NJJ)奠定一個堅實的物理基礎，而且也對我國下一世紀的信息產業和國民經濟的騰飛以及國家的安全有極其重要的戰略意義。
（四）開發新代的光纖
傳統的G.652單模光纖在適應上述超高速長距離傳送網絡的發展需要方面已暴露出力不從心的態勢，開發新型光纖已成為開發下一代網絡基礎設施的重要組成部分。目前，為了適應干線網和城域網的不同發展需要，已出現了兩種不同的新型光纖，即非零色散光(G.655光纖)和無水吸收峰光纖(全波光纖)。其中，全波光纖將是以后開發的重點，也是現在研究的熱點。從長遠來看，BPON技術無可爭議地將是未來寬帶接入技術的發展方向，但從當前技術發展、成本及應用需求的實際狀況看，它距離實現廣泛應用于電信接入網絡這一最終目標還會有一個較長的發展過程。
（五）IPoverSDH與IpoverOptical
以lP業務為主的數據業務是當前世界信息業發展的主要推動力，因而能否有效地支持JP業務已成為新技術能否有長遠技術壽命的標志。目前，ATM和SDH均能支持lP，分別稱為IPoverATM和IPoverSDH兩者各有千秋。但從長遠看，當IP業務量逐漸增加，需要高于2．4吉位每秒的鏈路容量時，則有可能最終會省掉中間的SDH層，IP直接在光路上跑，形成十分簡單統一的IP網結構(IPoverOptical)。三種IP傳送技術都將在電信網發展的不同時期和網絡的不同部分發揮自己應有的歷史作用。但從面向未來的視角看。IPoverOptical將是最具長遠生命力的技術。特別是隨著IP業務逐漸成為網絡的主導業務后，這種對JP業務最理想的傳送技術將會成為未來網絡特別是骨干網的主導傳送技術。
（六）解決全網瓶頸的手段一光接入網
近幾年，網絡的核心部分發生了翻天覆地的變化，無論是交換，還是傳輸都己更新了好幾代。不久，網絡的這一部分將成為全數字化的、軟件主宰和控制的、高度集成和智能化的網絡，而另一方面，現存的接入網仍然是被雙絞線銅線主宰的(90％以上)、原始落后的模擬系統。兩者在技術上存在巨大的反差，制約全網的進一步發展。為了能從根本上徹底解決這一問題，必須大力發展光接入網技術。因為光接入網有以下幾個優點：（1）減少維護管理費用和故障率；（2）配合本地網絡結構的調整，減少節點，擴大覆蓋；（3）充分利用光纖化所帶來的一系列好處；（4）建設透明光網絡，迎接多媒體時代。
參考文獻：
[1]趙興富，現代光纖通信技術的發展與趨勢.電力系統通信[J].2005(11):27-28.
[2]韋樂平，光纖通信技術的發展與展望.電信技術[J].2006(11):13-17.
筆者認為,光纖通信技術尚有很大的發展空間,今后會有很大的需求和市場。主要是:光纖到家庭FTTH、光交換和集成光電子器件方面會有較大的發展。在此主要討論光纖通信的發展趨勢和市場。
光纖通信的發展趨勢
1、光纖到家庭(FTTH)的發展
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所需要的光纖可能是現有已敷光纖的2～3倍。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還未能提到日程上來,只有少量的試驗。近來,由于光電子器件的進步,光收發模塊和光纖的價格大大降低;加上寬帶內容有所緩解,都加速了FTTH的實用化進程。
發達國家對FTTH的看法不完全相同:美國AT&T認為FTTH市場較小,在0F62003宣稱:FTTH在20-50年后才有市場。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,現在已經有近200萬用戶。目前中國FTTH處于試點階段。
FTTH[遇到的挑戰:現在廣泛采用的ADSL技術提供寬帶業務尚有一定優勢。與FTTH相比:①價格便宜②利用原有銅線網使工程建設簡單③對于目前1Mbps—500kbps影視節目的傳輸可滿足需求。FTTH目前大量推廣受制約。
對于不久的將來要發展的寬帶業務,如:網上教育,網上辦公,會議電視,網上游戲,遠程診療等雙向業務和HDTV高清數字電視,上下行傳輸不對稱的業務,AD8L就難以滿足。尤其是HDTV,經過壓縮,目前其傳輸速率尚需19.2Mbps。正在用H.264技術開發,可壓縮到5～6Mbps。通常認為對QOS有所保證的ADSL的最高傳輸速串是2Mbps,仍難以傳輸HDTV。可以認為HDTV是FTTH的主要推動力。即HDTV業務到來時,非FTTH不可。
FTTH的解決方案:通常有P2P點對點和PON無源光網絡兩大類。
F2P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:為了減少用戶直接到局的光纖和管道,需要在用戶區安置1個匯總用戶的有源節點。
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,以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,不單是要網絡擴容,還需要更換PON和更換用戶模塊來解決。(按照目前市場價格,PEP比PON經濟)。
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。
發達國家發展FTTH的計劃和技術方案,根據各國具體情況有所不同。美國主要采用A-PON,因為ATM交換在美國應用廣泛。日本NTT有一個B-FLETts計劃,采用P2P-MC、B-PON、G-EPON、SCM-PON等多種技術。SCM-PON:是采用副載波調制作為多信道復用的PON。
中國ATM使用遠比STM的SDH少,一般不考慮APON。我們可以考慮的是P2P、GPON和EPON。P2P方案的優缺點前面已經說過,目前比較經濟,使用靈活,傳輸距離遠等;宜采用。而比較GPON和EPON,各有利弊。GPON:采用GFP技術網絡效率高;可以有電話,適合SDH網絡,與IP結合沒有EPON好,但目前GPON技術不很成熟。EPON:與IP結合好,可用戶電話,如用電話需要借助lAD技術。目前,中國的FTTH試點采用EPON比較多。FTTH技術方案的采用,還需要根據用戶的具體情況不同而不同。
近來,無線接入技術發展迅速。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。如果采用無線接入WLAN作用戶的數據傳輸,包括:上下行數據和點播電視VOD的上行數據,對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,當然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,就特別簡單,因為此PON無上行信號,就不需要測距的電子模塊,成本大大降低,維護簡單。如果,所屬PON的用戶群體,被無線城域網WiMAX(1EEE802.16)覆蓋而可利用,那么可不必建設專用的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臨近的光纖網來支撐,與FTTH相差無幾。FTTH+無線接入是未來的發展趨勢。
2、光交換的發展什么是通信?
實際上可表示為:通信輸+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。
通常在光網里傳輸的信息,一般速度都是xGbps的,電子開關不能勝任。一般要在低次群中實現電子交換。而光交換可實現高速XGbDs的交換。當然,也不是說,一切都要用光交換,特別是低速,顆粒小的信號的交換,應采用成熟的電子交換,沒有必要采用不成熟的
大容量的光交換。當前,在數據網中,信號以“包”的形式出現,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,數量很大時,就應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用。如用于保護、下路和小量通路調度等。一般采用機械光開關、熱光開關來實現。目前,由于這些光開關的體積、功耗和集成度的限制,通路數一般在8—16個。
電子交換一般有“空分”和“時分”方式。在光交換中有“空分”、“時分”和“波長交換”。光纖通信很少采用光時分交換。
光空分交換:一般采用光開關可以把光信號從某一光纖轉到另一光纖。空分的光開關有機械的、半導體的和熱光開關等。近來,采用集成技術,開發出MEM微電機光開關,其體積小到mm。已開發出1296x1296MEM光交換機(Lucent),屬于試驗性質的。
光波長交換:是對各交換對象賦于1個特定的波長。于是,發送某1特定波長就可對某特定對象通信。實現光波長交換的關鍵是需要開發實用化的可變波長的光源,光濾波器和集成的低功耗的可靠的光開關陣列等。已開發出640x640半導體光開關+AWG的空分與波長的相結合的交叉連接試驗系統(corning)。采用光空分和光波分可構成非常靈活的光交換網。日本NTT在Chitose市進行了采用波長路由交換的現場試驗,半徑5公里,共有43個終端節,(試用5個節點),速率為2.5Gbps。
自動交換的光網,稱為ASON,是進一步發展的方向。
3、集成光電子器件的發展
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,但會有相當的一部分是需要而且是可以集成的。目前正在發展的PLC-平面光波導線路,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光電子器件。要實現FTTH也好,ASON也好,都需要有新的、體積小的和廉價的和集成的光電子器件。
日本NTT采用PLO技術研制出16x16熱光開關;1x128熱光開關陣列;用集成和混合集成工藝把32通路的AWG+可變光衰減器+光功率監測集成在一起;8波長每波速串為80Gbps的WDM的復用和去復用分別集成在1塊芯片上,尺寸僅15x7mm,如圖1。NTT采用以上集成器件構成32通路的OADM。其中有些已經商用。近幾年,集成光電子器件有比較大的改進。
中國的集成光電子器件也有一定進展。集成的小通道光開關和屬于PLO技術的AWG有所突破。但與發達國家尚有較大差距。如果我們不迎頭趕上,就會重復如同微電子落后的被動局面。
光纖通信的市場
眾所周知,2000年IT行業泡沫,使光纖通信產業生產規模爆炸性地發展,產品生產過剩。無論是光傳輸設備,光電子器件和光纖的價格都狂跌。特別是光纖,每公里泡沫時期價格為羊1200,現在價格Y100左右1公里,比銅線還便宜。光纖通信的市場何時能恢復?根據RHK的對北美通信產業投入的統計和預測,如圖2.在2002年是最低谷,相當于倒退4年。現在有所回升,但還不能恢復。按此推測,在2007-2008年才能復元。光纖通信的市場也隨IT市場好轉。這些好轉,在相當大的程度是由FTTH和寬帶數字電視所帶動的。
從光纖技術的使用狀況進行分析，光纖通信技術作為激光通信技術的一部分，效率高、便捷、成本低是其基本特點，被各領域廣泛使用。最初的通信行業中，作為電磁波的光就已經得到廣泛運用，這使得通信的技術水準上了一個新的臺階。通常來講，主要有兩種不同的情況通過光進行通信，一是激光大氣，其光源是激光，主要是將信息經過調制光的機器轉變成信號，然后通過光學天線進行發送，接受信息的設備也是匹配的，如此信息就通過激光完成了傳播。此類通信方式受溫度和大氣的制約，傳輸的距離不宜過大，所以，這種通信方式多適用于指定區域內。二是導光纖維，這種纖維通過玻璃拉直后進行信息的傳輸，也就是我們通常所指的光纖通信。
2、電力通信網的構成及特點
微波、光纖以及衛星電路是當前電力通信技術中的主要干線，電力系統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、無線等多種通信手段及程控交換機、調度總機等設備組成的多用戶、多功能的綜合通信網。電力通信的主要包括以下幾種方式。
2.1電力線載波通信
對工頻電流的傳輸是電力線路的工作重點。電力線載波完成通信的工作原理是：利用載波機將需要傳輸的信息轉換為高頻的弱電流，然后通過電力線路完成傳輸，其特點是：投資少、可靠性強、收效快，并且可以與電網同步發展建設。另外，此類通信方法還可以通過電力線將底線架空的方式來實現載波信號的傳送，這叫絕緣地線載波法，這種載波方法與傳統方法相比，具有脫離線路故障以及線路停電等因素的制約的優勢，同時，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、傳輸容量大、頻帶寬、傳輸衰耗小等諸多優點,它一問世便首先在電力部門得到應用并迅速發展。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、曾經的明線電話和當前流行的擴頻通信等。與專供通信的專門網絡不通，電力通信的主要特點是：對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、強大的實時性；抗沖擊性強；具有更復雜的網絡構造；機房多為無人看守、通信的范圍廣大。
3、光纖通信技術在電力通信中的應用
（1）光纖具有比電纜以及銅線更寬的頻帶面，傳輸的寬帶較大，這對傳輸的信息量和傳輸速度都十分有利。人類的需求在信息技術的推動下日益增加，這也對電力通信的網絡提出了更高的要求，使其面臨的任務更加艱巨。當前電力系統飛速發展、電網實現數字化、信息化建設日趨完善，這對電力系統的信息量傳輸提出了更高的要求。因此，在整個電力通信中，具有較大傳輸量優勢的光纖通信技術起到了關鍵性的作用。
（2）光纖通信技術在信息的傳輸過程中損耗遠遠低于其他材質的傳輸材料，還有光纖可以長距離傳輸，也就是說光纖通信技術可以在脫離中繼站的情況下實現信息的遠距離傳輸，大大的減少了中繼站的建設費用。在國家經濟的推動下，電力通信設計的范圍也越來越廣，常見的事例有：偏遠鄉村日益發展的有線電視，不斷更新的數字電視等，當前中國，電信干線傳輸、電力通信和廣播電視等網絡的覆蓋面積越來越廣，規模越來越大，工程體系越來越繁雜。大規模的使用光纖通信技術，可以降低傳輸損耗、降低中繼站數量，節省建站資金等。
（3）光纖具有抗腐蝕和絕緣的特性，并且在傳輸信號的過程中具有抗干擾、防竊聽、防泄漏信息的優勢，這在很大程度上對電力系統的穩定安全起了保護作用，這對社會運行的正常與否也有決定性的作用。
（4）相對于其他公用網公司，電力系統在通信技術方面有著自己的要求，所以通常電力通信在建設過程中，會根據其特有的要求采用不同類型的光纖進行通信建設。ADSS與OPGW是當前中國特種光纜的類型，這種特種通信光纜主要服務于電力通信。其與眾不同的結構與安裝情況決定了其與其他光纜的不同，這種材料的價格成本比較昂貴，但它具有低損耗、長壽命、較強安全性和與地線復合等優勢，這在很大程度上節省了建設系統網絡的成本，并且使電力通信的質量得到了質的飛越。
4、結語
關鍵詞：鐵路通信系統；光纖通信技術；DWDM技術；波分復用技術；光纖接入技術 文獻標識碼：A
中圖分類號：U285 文章編號：1009-2374（2017）06-0034-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.06.017
光纖通信技術作為當今社會不可缺少的一種信息傳輸載體，其不但在市場占有重要位置，且運用比較廣泛，例如：光纖通信技術被運用于高質量彩色電視傳輸、工業生產場地監控與調度。特別是在鐵路通信系統當中，光纖通信技術運用得比較多。在鐵路通信系統中應用光纖通信技術可以提高通信傳輸的效率以及擴大光纖通信技術的運用，可是光纖通信技術還有很多不足之處，需要得到改善。所以，下文就光纖通信技術在鐵路通信系統的運用以及優化舉措進行了簡單的闡述。
1 關于光纖通信技術情況分析
由于光纖通信是在高頻率光波當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到1000赫茲才可以，而光纖在進行發送信息時一般是被當作介質一樣的東西存在的。之前有文獻提到了這樣一個理論：就是將光纖當作媒體，這樣就可以完成信息輸送。并且這篇論文提到，如果將其運用到通信當中，不但可以降低光纖損害程度，還可以降低成本運輸。所以某企業為了真正實現這一想法，通過大量的研究和探索，對其進行想象和思考，最終判定假如有一天將其成功研發出來，可以獲取高額的回報。而且對于通信未來發展有著非常重要的作用。隨之而來的世界上就出現了損害低的光纖，并且這根光纖衰退系數是20～23db/km，也正是因為如此，人們進入了光纖時代。使用光纖技術的時候，與以往的通信技術相比較，光纖技術優勢更大，尤其是光纖技術的損耗小、容量大、傳輸快等優點，這是傳統的通信技術不能相比的。由于光纖通信具備了這部分優點：不會遭到電磁感染、不會出現串音，所以很多人喜歡光纖通信，且為了更好地運用光纖通信，人們花費大量的資金和先進技術，發展光纖通信技術。從光纖技術發展至今，只有20多年的時間，光纖通信的容量就提高了一萬多倍，且傳輸速度也提高了數百倍，到目前為止，人們可以在各個行業當中看到光纖的身影。
1.1 波分復用技術分析
因為通過單模光纖消耗非常小的區域，使用波分復用能夠帶來很大的寬帶資源，按照不一樣的波長以及頻率，不一樣的信道就可以經過光纖消耗非常小的窗口進行改進而成。且因為信號載波就是光波，所以波分復用器使用在發送端，能夠將不相同的波長光載波進行有效融合，然后發送到一根光纖之中。通過接收端，將不一樣的波長采用分波器負荷不相同的信號載波進行有效分割。不相同的波長的光載波信號一同進行復用傳輸。從當今社會發展來看，波分復用已經運用于鐵路通信體系之中，按照不一樣的波長輸送通信信號，不僅不會遭到電磁信號以及氣候的干擾，還可以提高信息傳輸速度。
1.2 光纖接入技術分析
光纖接入網作為信息高速公路中的最后一個環節，其要想完成高速信息輸送，關鍵點在于用戶的接入這一環節，必須擁有主干寬帶輸送網，且信息高速輸送到各家各戶采用的技術就是光纖接入網絡技術。當光纖寬帶進行接入時，通常其輸送方式不會是單一的，而是各種類型的同的方式，且光纖到戶和FTTCab就是經常使用的傳遞模式。其能夠讓光纖在不同的位置進行信息傳遞。由于進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，所以對于不相同的寬帶特點能夠充分滿足使用者對于寬帶的各種不同需求，用戶體驗到不同的寬帶需求。
2 運用的光纖通信技術情況分析
2.1 準同步數字系列光纖通信
于1980年左右，鐵路光纖通信體系逐步發展和進步，由北京站到北京局間建立了一個10千米以上的試驗段，并且二次體系也隨之開通，且路段之間建立了多模光纖，采用8芯單模光纜將其運用于重載雙線電氣化大秦鐵路。而該局限通信系統由二芯配置34Mb/sPDH設施組建而成，所以中國的第一條長途干線電纜數字通信系統功能出現了，這樣大大促進了同軸模擬傳輸光纜數據通信在鐵路通信網的進步和發展。但由于其復用結構相當復雜、沒有網絡管理能力等，進而直接影響到光纜通信系統發展和進步，在這樣的情況下，相關人員研制出了同步數字體系技術，其逐漸出現在人們的視線里。同步數字體系可以有效實現光纖通信系統的運用價值。其是把光纖信號進行一同收集，接著采用不一樣的頻率來發出。
2.2 對于DWDM技術運用分析
相關人員開始于鐵路通信系統中運用DWDM，這種技術能夠采員工非常多的波長作為載波，其具備了消耗非常低與單模光纖的寬帶的特點，可以讓各個載波通信通道在一根光纖里一同進行傳輸，這樣可以大大降低光纖的總數目。在DWDM當中，其協議和輸送的速度沒有任何聯系，并且DWDM網絡可使用以太網協議等來進行數據輸送，且數據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，經過不一樣的速度輸送不一樣的數據流量。從目前而言，這樣的技術已經開始大面積地運用到鐵路通信系y中。由于此技術不會受到天氣的干擾，可以將波長和光纖頻率相融合，使用DWDM系統和設施，讓信息體系可以得到綜合性的兼容。
相關人員使用SDH設施，開展信號波的傳輸，在一開始的時候，其信號傳輸不太穩定，但由于時間的上漲，所以輸送的速度也會一直上漲。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。采用單根光纖單向傳輸方式，能夠把相同的波長在不同的兩個位置進行重復性的使用功能。這項技術和數字傳輸體制的世界標準是相符的，能夠符合很多的光纖信號。并且這種技術還能夠把PDH與SDH的特征進行兼容，使用靈活的組網方式，可以有效降低聯網費用。DWDM技術在多個新型行業都有業務方面的發展，不但可以推動鐵路通信系統發展，還能夠讓通信技術行業上升一個檔次，進而帶來全新的發展局面。運用DWDM，把光纖通信技術相結合，且把光波頻率和電磁信號相融合，將其運用于鐵路通信當中，可以達到意想不到的效果。
3 光纖通信技術優化策略
3.1 采用光時分復用及密集波分復用技術提升傳輸容量
要想提升光纖傳輸系統中的傳輸容量，就一定要采用光時分復用技術以及密集波分復用技術，這是提升傳輸容量最好的方法之一，其能夠經過單根光纖來使得傳輸信道數的傳輸容量增加，并且光時分復用技術是經過信道的傳輸速度來提升傳輸容量的。可是由于光時分復用技術以及密集波分復用技術傳輸的光纖通信系統的容量非常有限，所以相關人員可以把很多的光時分復用信號一起使用，這樣可以在很大程度上提高傳輸的容量。其中偏振復用技術最大的作用在于降低相鄰的信道之間的相互作用，在高速通訊系統當中歸零編碼信號里面所占去的空間非常小，并且對于色散管理分布相關要求很低，而且其對于光纖的偏振膜色散以及非線性歸零編碼信號之間的適應性很強。所以在當前的大容量通信系統當中運用歸零編碼傳輸方法比較好。
3.2 采用光孤子通信技術進行遠距離傳輸
因光孤子通信技術擁有非常特別的PS數量級的很短的光脈沖，其方位一般是在光纖反常色散區域，可以將光纖的非線性和群速度色散進行有效地平衡，所以，針對光纖距離較遠的輸送，使用光孤子通信，就不會更改光纖速度和波長。使用功能光孤子通信能夠進行遠距離高速通訊，能夠在時域很短的脈沖把控中使用已存在的速率，進而可以有效降低ASE，而其定時、整形等可以加大輸送的距離。如果要提高光學濾波輸送距離，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 采用全光網絡技術提升速度傳輸
運用全光網絡技術能夠有效提升速度傳輸，實現高速傳輸。以往的光網絡可以把節點間的全光化完成，可是在網絡的節點處以往的方式運用的是電器件，這就嚴重局限了通信網絡容量的提升，并且也給當前鐵路通信系統造成了很大的麻煩。可是電節點會在全網絡中被取代，且節點之間可以使用全光網，讓信息可以進行高速的交換以及傳輸，對于用戶的信息不會再按照以往的比特進行，而是根據波長來決定。采用全光網絡技術還能夠消除電光瓶頸產生的部分影響因素。
4 結語
在鐵路通信系統中運用光纖通信技術可以提升傳輸效率，還可以推動通信行業的發展，并且素質和市場需求上升，能夠促進光纖通信技術上升一個層次。所以運用光纖通信技術的時候，首要做的就是對其運用的相關情況進行仔細的分析，接著通過對實際情況的調查，對光纖通信技術進行優化，提升光纖通信技術傳輸容量、實現光纖通信技術遠距離傳輸、實現光纖通信技術全光網。
參考文獻
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關鍵詞：光纖通信；課程教學；教學改革
作者簡介：翟鳳瀟（1979-），男，河南永城人，鄭州輕工業學院物理電子工程學院，講師；郝蘊琦（1985-），女，河南扶溝人，鄭州輕工業學院物理與電子工程學院，講師。（河南 鄭州 450002）
基金項目：本文系鄭州輕工業學院第十批教改項目的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）05-0144-02
自從英（美）籍華人科學家高錕提出光纖用于通信領域之后，光纖通信技術以其獨特的特點和優勢得到了前所未有的快速發展。[1]我國光通信設備產業近年來—直保持較高增長速度，成為中國發展最快的產業之一。現在國家級的電信網骨干主要采用光纖通信系統，而光纖通信技術已深入到社會生活的各個層面，成為現代社會重要的關鍵基礎設施。特別是2013年8月17日，國務院印發了“寬帶中國”戰略及實施方案的通知，必將對我國光纖通信技術發展起到了巨大的推動作用，也會對光纖通信人才培養產生影響。由于光纖通信技術在社會生活中占據的重要地位，因此“光纖通信”課程近年來一直作為國內外高校通信、電子學科的重點專業課程及相關專業的選修課程。這門課程系統主要介紹了光纖通信理論和技術。課程要求是通過這門課程的學習，可以使學生掌握光纖通信技術的基本原理、光纖通信系統的基本構成以及系統設計方法，了解光纖通信技術的實際應用和最新發展方向，為學生畢業后能夠從事光纖數字通信設備的操作、維護、設計、施工或繼續深造打下良好的基礎。“光纖通信”作為一門應用性很強的課程，在實際課程教學中存在諸多問題。關于“光纖通信”課程理論與實踐教學改革成為各高校研究的問題。[2-5]本文將從教學現狀及存在的主要問題出發，對該課程的教學改革進行探討。
一、“光纖通信”課程存在的問題
作為電子科學技術專業一門主要專業課，其特點是光纖通信科學技術發展迅速，新理論和新技術不斷產生和發展。這需要及時更新教學實驗內容、改革教學方法。由于種種原因，“光纖通信”這門課程在實際教學過程中存在諸多問題，主要表現在以下方面：
第一，從授課方面來看在傳統的教學模式下，一般都是按照教材的自然順序按部就班地進行講解，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學分析推導，課堂教學中過多的公式推導、證明導致課堂氣氛沉悶，教學效果不佳。另外，課程成績考核方式比較單一。目前“光纖通信”原理課程的考核多采取傳統閉卷考試方式，考試內容以理論知識為主，導致學生的學習方法呆板，習慣死記硬背，表現出綜合應用知識能力比較欠缺，不能充分反映出學生對課程知識進行融會貫通、創新思維解決實際問題的能力。以上原因都極大打擊了學生學習的積極性。
第二，實踐性教學環節欠缺。在工科院校“光纖通信”教學實踐的過程中，實踐教學環節向來是一個短板。隨著光纖通信的新理論和新技術不斷產生和發展，實驗硬件更新升級落后、實驗設備陳舊、實驗項目單一、實驗內容老化等原因，教學內容已經落后于光纖通信技術的發展。另外，采用封裝性強、集成化程度實驗箱型的實驗方式在方便操作的同時卻無法讓學生深入了解光纖通信系統全貌。實踐教學很難達到培養學生動手能力的目的，導致學生普遍對實驗教學認識不足，嚴重影響了實驗教學質量和效果。
第三，由于光纖通信技術涉及的物理基礎知識較多如場論、光學原理、通信技術、激光技術等。故在學習本課程之前，學生應先修這些課程。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系下用分離變量法解給定邊界條件下的亥姆霍茲方程來完成，要求學生有較好的數學功底和電磁波方面的知識，如果基礎知識不夠扎實這部分的學習就會出現困難。學生對知識的掌握僅僅限于簡單地背結論、公式，做計算題。學生不了解理論的工程應用意義，不具體分析問題，導致學生對課程認識不足，出現不知道學了有什么用的現象，這些問題會使得學生逐步失去對這門課程的興趣。
二、“光纖通信”課程的教學改革思路
鑒于教學現狀和存在的問題，對“光纖通信”課程的教學內容和體系改革非常重要。下面將從教學內容、教學方法以及實驗領域進行改革探索，在教學過程中培養學生的創新能力，為學生圓滿完成學業打下堅實的基礎。
1.創新教學方法
在授課的過程中應摒棄傳統教學方法缺點，充分利用計算機多媒體技術在現代教育中的優勢。從教學目標出發選擇教學內容，把握理論上的度，對課程進行準確定位，突出技術實質。根據不同的教學內容精心制作教學課件，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的應用，讓學生在首次接觸該課程時，接觸到一個開闊的視野，有生動的發展歷史和鮮活的應用基礎，而不是讓其產生理論堆積的錯覺。在講授光源時，采用flas來演示受激輻射機理。在講授光纖無源（有源）器件時，可以現場演示一些器件。根據課程內容，把課程涉及的知識分成若干主題，如“低損耗光纖研究現狀及進展”、“摻Er光纖放大器”、“光無源器件及市場調查”、“基于光纖傳感器的研究進展”、“光纖通信的發展趨勢”等。把班級學生分成若干小組，每組負責一個主題，查閱相關文獻資料。當講授先關內容時，小組負責人把寫出的調查研究報告，以ppt的形式進行報告。這不僅可以拓寬學生的視野，提高學生獲取資料的能力，也極大的調動了學習的積極性。讓學生參與到教學中來，充分發揮以教師為主導，以學生為主體的作用。這些教學方法學生參與度高，為學生以后的畢業設計以及研究生學習奠定了良好的基礎。這些教學手段改變了以往課堂教學氣氛沉悶的現象，刺激了學生求知、探索的興趣和激情。
2.優化教學內容
在教學內容上既要重視課程的理論性，也要強調課程的工程實用性。光纖課程的理論較多，在理論課講授時，面面俱到，都講深入也是不切實際的。這就要求對課程教學過程中抓住重點、突破難點，做到詳略得當、主次分明。對于學生反映掌握比較困難的理論，可以適當地在課前進行一些知識的補充。比如在理論推導中用到的一些高等數學知識、電磁場理論中的麥克斯韋方程、導波光學等。這些可以讓學生課前預習，在課堂上教師進行回顧復習來達到鞏固知識的目的，這樣學生在學習新的課程內容就顯得容易接受了。在教學中，既注重理論分析的嚴謹性，又在一些理論分析難度較大的內容上，結合物理意義以簡化分析，以突出“光纖通信”課程理論性和系統性強的特點。適當增加新技術、新理論的課時，使學生更多了解最新技術發展動態。比如在分析光纖中傳輸模式時候，可以不必要去細致分析每一步的公式推導，只需把結論及其物理含義進行解釋。由于公式中用到了貝塞爾函數，函數的解比較復雜，對于方程的解可以利用計算機完成，尤其是相關計算機軟件比如matlab具有可視化功能，[6]由學生自己動手編程解方程和繪圖，既可以降低教師在教學中的勞動量還可以加深學生對知識的掌握和理解。
3.加強實驗教學項目及硬件建設
“光纖通信”原理課程是一門理論性及實踐性很強的課程，因此必須加強和改進“光纖通信”課程的實踐環境教學內容，突出本課程重實踐、強能力的培養特色。實驗建設和實驗教學的重視和完善，有利于培養和提高通信工程類大學本科生的應用能力、創新能力和科研能力。
光纖通信技術發展十分迅速，這使得教學內容更新周期越來越短，結合工程實際越來越密切。光纖通信的實驗教學環節隨著學科的發展顯得越來越重要。由于實驗硬件建設需要投入的資金較多，許多院校在實驗教學環節嚴重落后于光纖通信技術的快速發展。因此在實驗硬件建設方面，亟待改善實驗教學條件，加大經費投入。逐步開設多層次實驗教學項目如基礎性實驗、綜合性實驗、設計性實驗等。基礎性實驗以驗證內容為主，例如采用大恒光電GCS-FIB光纖技術基礎綜合實驗平臺進行“數值孔徑測量”、“光纖準直”等實驗。綜合性實驗對學生綜合知識提出更高要求，例如“自組光纖馬赫-曾德干涉儀”要求學生對馬赫-曾德干涉儀有深入的理解，同時要有較強的動手能力。創新性實驗主要結合教師的科研項目以及大學生創新項目，有興趣的學生可以進行此類研究性實驗。考慮到實驗建設資金限制，對于一些實驗可以用軟件模擬的方式進行驗證，例如“光纖中模式的傳輸”、“光的偏振狀態”可以采用matlab可視化模擬的方法驗證，這些實驗可以由學生參與程序的編寫，提高學生對所學內容的理解。學生參加實驗建設活動，可以在其課程成績中給予體現，以提高學生參加的熱情和積極性。
4.建立全面的評價體系
重理論，輕實踐，重結果，輕過程是傳統評價方式的特點。因此建立能夠反映學習本課程情況的全面評價體系十分必要。建議提高學生學習過程的成績比重，提高學生實驗部分的成績比重。在理論課成績部分可以采用期末考試、主題報告、課堂討論幾項成績的綜合方法，這充分體現了學生的學習過程和學習效果。實驗成績采用包括基礎實驗、綜合性實驗和設計性實驗以及模擬實驗建設部分組成。對于設計性實驗要有更高的要求，實驗結果按照科技論文的形式撰寫，為學生后期的畢業論文和研究生學習打下基礎。總而言之，建立全面的考核評價體系有助于全面考查學生對課程的學習情況，激發學生學習的積極性。
三、結束語
“光纖通信”是一門多學科交叉的理論性和實踐性都很強的課程，在教學過程中，做到理論教學和實踐教學并重。通過這門課的學習使學生成為知識面寬，實踐能力強和具有創新能力的技術人才，這需要在“光纖通信”課程的教學方法、教學內容、實踐環節等方面進行改革和探索。
參考文獻：
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關鍵詞：光纖通信；理論教學；實驗教學
中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）08-0167-03
當代信息高速公路的骨干網絡是由光纖通信網絡構成的，若沒有光纖的發明及相關有源和無源光纖器件的發明和發展，當今的高速信息網絡是無法想象的。但是當今信息產業的高速發展得益于微電子學、光電子學、計算機技術及通信工程等多門學科的快速發展及它們之間的交叉融合。因此，要想成為一名信息技術領域的電子信息工程師、計算機工程師或通信工程師，除了需要掌握本專業的課程知識以外，也應該熟悉現代信息技g的其他相關主要知識，比如光纖通信網絡及其相關器件等。本文從光纖通信技術的研究內容、應用及發展等方面說明其在電子信息工程專業教育中的重要性，并研討電子信息工程專業中的光纖通信課程的理論和實驗教學方法。
一、光纖通信技術簡介
1960年，美國人梅曼（Maiman）發明了第一臺紅寶石激光器[1]，給光通信帶來了新的希望。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，并投入實際應用。激光器的發明和應用，使沉睡了80年的光通信進入一個嶄新的階段。
1966年，英籍華裔學者高錕（C.K.Kao）和霍克哈姆（C.A.Hockham）發表了關于傳輸介質新概念的論文，指出了利用光纖（Optical Fiber）進行信息傳輸的可能性和技術途徑，奠定了現代光通信――光纖通信的基礎[2]。在以后的10年中，波長為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質性的進展。1977年，貝爾實驗室研制的半導體激光器壽命達到10萬小時（約11.4年），外推壽命達到100萬小時，完全滿足實用化的要求。由于光纖和半導體激光器的技術進步，使1970年成為光纖通信發展的一個重要里程碑之年。在今后的幾十年中，光纖通信網絡的逐步商用化帶動了相關信息產業鏈的蓬勃發展[3]。
由于在光纖通信系統中，作為載波的光波頻率比電波頻率高得多，而作為傳輸介質的光纖又比同軸電纜或波導管的損耗低得多[4]，因此相對于電纜通信或微波通信，光纖通信具有許多獨特的優點。綜上所述，可見光纖通信技術在現代信息產業技術中的重要地位，因此，光纖通信技術這門課程不僅是光學工程專業的基礎必修課程[5]，也應該作為電子信息工程專業的專業選修課程來開設。
二、光纖通信課程教學研究
（一）光纖通信課程的理論教學
電子信息工程專業的光纖通信課程的理論知識可以分為四個相互關聯的層次和內容，它們分別是：第一部分，光纖技術的基礎；第二部分，光纖通信器件技術基礎；第三部分，光纖通信系統和網絡；第四部分，光纖與光纖通信系統測量。這四個部分的關系層層遞進，逐漸深入。理論學時總共32學時。
第一部分，光纖技術的基礎。可以先講解光纖通信技術的一些概念性和歷史性的知識，比如：電信技術的發展，光通信的必要性及技術基礎，光纖通信技術的歷史、現狀與未來。此處，可詳細介紹人類對光通信探索的歷史及現代光纖通信技術從學術研究到商業應用的發展里程，并附帶介紹微波通信的發展里程，然后通過比較使用光波進行通信和使用微波進行通信的優缺點及使用光纖材料和使用同軸電纜進行通信的優缺點，讓學生了解光纖通信的巨大優勢。然后可以簡單介紹光纖傳輸的基礎理論――電磁場與電磁波理論中的一些基本概念和現象，重點介紹麥克斯韋方程。最后介紹光纖的模式理論、光纖的結構和類型、光纖的傳輸特性、光纖制造技術與光纜等知識。其中，光纖傳輸特性包括光纖的損耗特性和色散特性，這是該部分的重點知識。總之，筆者認為，第一部分內容的講解方法和手段是非常重要的，不宜講得深奧，而應該結合動畫或者視頻講解光纖的傳光原理，使學生易于接受，才能提高學生對這門課程的興趣，從而繼續學習往后部分的相對枯燥的知識。該部分學時安排為6H。
第二部分，光纖通信器件技術基礎。這部分講述光纖通信系統中的有源和無源光通信器件，這些器件是構成一個完成的光纖通信系統必不可少的部件，學好這部分內容有利于理解后面學習的光纖通信網絡的內容。這部分內容包括：基本光纖器件、光學濾波器、光纖放大器和半導體光電子器件。基本光纖器件包括分波/合波器、光纖活動連接器、光隔離器、環形器和衰減器等；光學濾波器的內容包括Fabry-Perot濾波器、介質膜濾波器、HiBi光纖Sagnac濾波器、Mach-Zender型濾波器、光纖光柵等；光纖放大器的內容包括：摻餌光纖放大器（EDFA）、光纖Raman放大器等。半導體光電子器件的內容包括：普通的半導體激光器（LD）和發光二極管（LED）、FP型雙異質結構激光器、動態單縱模激光器、半導體光放大器（OSA）、PN結光電二極管、PIN光電二極管、APD雪崩光電二極管等。對于每一個光纖器件，講解內容包括這些光纖器件的結構、工作原理、具體參數、應用場合等，應結合動畫或者視頻講解，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物給學生講解，比如光纖活動連接器、LD、LED、光纖光柵、PIN光電二極管價格便宜、體積小的光纖器件。該部分學時安排為10H。
第三部分，光纖通信系統和網絡。這部分是本門課程的核心和精華部分，包括光纖傳輸系統、光纖通信網、全光網技術及其發展三大部分。其中，光纖傳輸系統的內容包含：光纖傳輸系統的基本組成、光發送機組件、光接收機組件、光放大噪聲及其級聯、色散調節技術、光纖傳輸系統設計、光纖傳輸系統性能評估。光通信網絡的內容包含：通信網的拓撲結構和分類、準同步數字系統（PDH）、同步數字系統（SDH）、異步傳輸模式（ATM）、互聯網協議、光纖通信網的管理/保護/恢復。全光網技術及其發展的內容包含：通信網絡的發展過程、全光網絡中的傳輸技術（WDM、OTDM、OCDMA和分組交換技術）、無源光網絡（G-PON、E-PON、WDM-PON）、光傳送網（G.709OTN）、自動交換光網絡、全光網的網絡管理、全光網的安全問題。對于每一種光纖網絡技術，講解內容包括這些光纖網絡結構、功能、應用場合等，應盡量使用PPT的圖片、動畫進行講解，PPT上要盡量避免文字上描述。該部分學時安排為12H。
第四部分，光纖與光纖通信系統測量。該部分主要介紹光纖通信工程實施、檢測中一些常用的設備和儀器，在本門課程的實驗教學中都要使用到這些設備，是培養光纖通信工程師的基礎技能知識部分。該部分的內容包括：光功率計的使用、光纖幾何參數的測量、光纖衰減測量、光纖色散測量、光纖偏正特性測量、光纖的機械特性和強度測量、光時域反射計（OTDR）的使用；光接收機靈敏度和動態范圍的測量、光纖通信系統誤碼率和功率代價的測量、眼圖及其測量、光譜分析儀、光纖通信系統的在線監測技術。其中，重點講解光功率計、OTDR、眼圖示波器、光譜分析儀等儀器設備的功能和使用方法。該部分學時安排為4H。
（二）光纖通信課程的實驗教學
對于電子信息工程本科專業而言，畢竟培養的學生不屬于光學工程或光電子技術領域的人才，而且電子信息工程專業本身都有很多屬于自己專業的實驗課程及課程設計，因此，筆者認為光纖通信技術課程的實驗教學應根據該專業學生的理論基礎和將來他們最可能需要的工程能力而設置。因而，筆者建議光纖通信課程的總學時設置為48學時，理論教學學時為32學時，7個實驗的教學學時為16學r。
根據筆者10年來給電子信息工程專業本科學生講授這門課的經驗，認為具體的實驗課程設置如下。
1.插入法測光纖的平均損耗系數。采用插入法測量待測光纖在1310nm和1550nm處的平均損耗系數。掌握插入法測量光纖損耗系數的原理，熟悉光纖多用表的使用方法。學時設置為2個課時。
2.光時域反射計（OTDR）測光纖鏈路特性。用光時域反射計測量光纖鏈路的平均損耗、接頭損耗、光纖長度和故障點位置。了解光時域反射計工作原理及操作方法，學習用光時域反射計測量光纖平均損耗、接頭損耗、光纖長度和故障點位置。學時設置為2個課時。
3.光波分復用（WDM）系統實驗及其誤碼率測量構建1310nm/1550nm光纖波分復用系統并測試其誤碼率，了解光波分復用傳輸系統的工作原理和系統組成熟悉誤碼、誤碼率的概念及其測量方法。學時設置為2個課時。
4.數字光纖通信系統信號眼圖測試。構建數字光纖通信系統并且用數字示波器觀測系統的信號眼圖，并從眼圖中確定數字光纖通信系統的性能。了解眼圖產生的基礎，根據眼圖測量數字通信系統性能的原理；學習通過數字示波器調試、觀測眼圖；掌握判別眼圖質量的指標；熟練使用數字示波器和誤碼儀。學時設置為3個課時。
5.光纖切割與焊接技術演示實驗。利用全自動熔接機向學生演示光纖熔接的全過程，了解光纖的結構和光纖電弧放電焊接原理；了解全自動焊接光纖的過程和使用方法。學時設置為2個課時。
6.光纖光柵光譜特性測試系統的設計實驗。測量光環行器的插入損耗、隔離度、方向性、回波損耗參數；利用PC光譜儀、光環行器和光纖光柵設計光纖光柵光譜特性的測試系統；了解光環行器的工作原理和主要功能；了解光環行器性能參數的測試原理；了解光纖光柵的光譜特性；學習PC光譜儀的使用方法。學時設置為3個課時。
7.光帶通濾波器的設計。測量光耦合器的插入損耗、分光比和附加損耗等參數；利用光耦合器或者光環行器和光纖光柵設計光帶通濾波器。了解2X2光耦合器的工作原理，了解光耦合器各項參數的測試方法。學時設置為2個課時。
通過以上實驗課程，能夠使電子信息工程本科學生對光纖通信系統的基本器件、基本測量系統等有一個比較感觀的認識，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，為將來在具體的工程設計及進一步深造中奠定基礎。
三、結束語
光纖通信技術在國家的信息產業、國防工業中具有舉足輕重的地位，電子信息技術與光學信息技術的結合也越來越緊密。對于當今的電子信息工程專業的學生而言，除了需要掌握本專業牢固的知識和技能以外，了解和掌握光纖通信技術的基礎知識和相關的技術發展趨勢也是必不可缺的。本文通過對電子信息工程專業特點和光纖通信課程內容的分析，討論了該門課程與該專業的內在聯系，分析其重要性，并根據筆者10年來在重慶理工大學電子信息工程專業講授該門課程的經驗，提出了本門課程在電子信息工程專業中的理論及實驗的教學內容、教學重點、教學方法及課程設置等方面的一些意見和建議。
參考文獻：
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論文關鍵詞：高職教育,教學設計,工作項目
高職院校“光纖通信技術與設備”課程理論知識深奧，實踐內容廣泛，涉及到多學科知識。現在的高職學生缺少主動學習的熱情，課程內容難以引起學生的興趣，學生難以學以致用。深究其主要的原因是課程的設置采用學科體系，沒有與企業的工作過程有機的結合起來，與社會的職業需求還沒有建立有機的聯系，沒有完全達到高等職業院校設定的人才培養目標。本文根據“基于能力培養，面向崗位群”的高職教育理念，對“光纖通信技術與設備”這門課程進行教學設計，提出基于工作項目的設計理念，將教學任務細化成一個個具體的可操作實施的項目，從而培養學生的自學能力，鍛煉學生的實踐能力和創新能力。
“光纖通信技術與設備”是本校光纖通信專業的專業核心課程之一，主要給學生建立光纖通信的基本概念、基本理論和基本分析方法；通過本課程的學習，學生能夠掌握光纖通信的基礎知識，包括光纖通信系統的組成、光纖和光纜、有源光器件、無源光器件、光端機、系統設計、SDH傳輸網、光纖通信相關新技術。除了相關理論的學習，本課程注重實訓操作，其中包含了光纖通信系統靈敏度測試以及光傳輸業務的開通等相關內容，使學生能夠掌握常用測試儀器的使用，在此基礎上，培養學生分析問題解決問題的能力，為他們將來從事光纖通信工作打下堅實的基礎。
1 課程的教學內容設計
本課程的教學內容設計分為三個項目，每個項目具體分為若干個任務。
項目一：光纖通信系統。子項目如下。任務一 認知光纖通信系統；任務二 認知光纖和光纜；任務三 通信用光器件；任務四 光端機。
項目二：光傳輸網業務開通。子項目如下。任務一SDH概述；任務二 SDH幀結構與復用；任務三 SDH網元與拓撲結構分析；任務四SDH網同步與管理；任務五SDH傳輸設備認知與配置。
項目三：光纖通信系統設計與新技術認知。子項目如下。任務一 光纖通信系統設計；任務二 光纖通信新技術認知。
從教學內容設計可以看出項目二在整個教學內容中占有很大的比重，因此研究光傳輸網業務開通項目設計很有必要。
2 能力訓練項目
基于工作過程的課程教學近年來成為了高職教學的新方向，以工作中發生的真實工作任務為中心，在教學中讓學生在一個個典型“工作任務”驅動下展開活動，從而掌握清晰的思路、方法和知識脈絡，在完成“工作任務”過程中，培養學生分析問題、解決問題能力，培養學生創新意識、創新能力以及自主學習習慣，站在完成任務中掌握知識，帶動知識和技能發展的學與教方式。根據教學計劃以及學生的學習特點設計了能力訓練項目，如表1所示。
3 實踐項目設計
根據學生的學習特點和思維能力，項目二光傳輸網業務開通的實踐項目按照由淺入深，由簡到難的思路進行設計：任務1 E300網管的基本操作→任務2鏈型網的建立與連接→任務3環型網的建立與連接→任務4鏈型網2M業務配置→任務5 環型網2M業務配置→任務6鏈型網2M業務保護配置→任務7 環型網2M業務保護配置→任務8業務配置測試。
4 實踐項目實施舉例
下面以鏈型網的業務配置為例進行說明。現有A、B、C共三個站組成二纖鏈形網，A-B-C，鏈路速率為STM-1，各站之間的距離均在50KM左右，各站業務均采用 ZXMPS320設備進行組網。業務需求： A<->C：1個2M。
能力目標：
1.會創建鏈型網絡。
2.會進行2M業務的配置。
重點：創建鏈型網絡。
難點：時隙配置。
實踐步驟：
實驗步驟1：啟動網管，啟動Server，啟動GUI。
實驗步驟2：創建網元
在客戶端操作窗口中，單擊【設備管理-創建網元】選項，或單擊工具條中的按鈕，彈出創建網元的對話框。通過定義網元的名稱、標識、IP地址等參數，在網管客戶端創建網元。
實驗步驟3：安裝單板
在客戶端操作窗口中，雙擊拓撲網中的網元標識。根據待安裝單板的類型，在單板類型選擇區單擊相應的板按鈕，板按鈕高亮顯示，同時，模擬子架區中可以安裝該類型單板的空閑槽位變為亮黃色，單擊某個亮黃色槽位，該單板安裝完畢。依次安裝其他單板。
實驗步驟4：連接網元
在客戶端操作窗口中，選擇SDH網元單擊【設備管理-公共管理-網元間的連接配置】菜單項，或單擊工具條中的按鈕，彈出連接配置對話框，增加網元間的連接關系。
實驗步驟5：業務配置
在客戶端操作窗口中，選擇SDH網元，單擊【設備管理-SDH管理-業務配置】菜單項或單擊工具條中的按鈕。彈出業務配置對話框。
在如圖所示的業務配置對話框中，將支路時隙與群路時隙連接起來，兩者之間會出現紅色虛線，然后單擊<確定>、<全量下發>按鈕，將命令下發到網元NCP單板上。連線會變成綠色實線。
實驗步驟6：檢查業務配置是否正確
（1）選擇SDH網元，在客戶端操作窗口中，單擊【業務管理-電路業務管理】菜單項，彈出電路業務管理對話框。
【關鍵詞】光纖Bragg光柵光通信PZT
一、引言
光纖通信是人類20世紀最偉大的發明之一。自從本世紀70年代初第一根實用化光纖問世以來，光纖通信這項高技術得到了迅猛的發展，并對人類社會生活產生了巨大的影響。人類社會正邁步進入信息時代，光纖無可質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，FBG）。光纖特性如張力、溫度、偏振發生變化，將會使光柵有效折射率或柵距改變，從而影響Bragg波長，這是光纖光柵應用于傳感器的基礎。
二、光纖Bragg光柵的制作
目前，光纖光柵的制作技術已經趨于成熟。但是全息干涉制作光纖光柵方法的提出，預示著光纖光柵具有實用化的商業前途，激起了研究者們的極大興趣，加、美、日、澳等國相繼投入了相當的研究力量。繼全息干涉法制作光纖光柵后，光纖光柵制作技術朝方便靈活、穩定可靠、光柵參數可控等方向發展，新的制作技術不斷涌現，如相位Mask技術、單脈沖技術、點-點光柵寫入技術。其中相位Mask技術普遍被人們看好，且目前的工藝較為成熟。相位掩模板是經刻蝕的玻璃光柵，對紫外光透明，并且相位掩模板經特殊處理，使得零級衍射光被抑制，大部分衍射光集中在+ 1級和- 1級。紫外光照射時，掩模板的±1級衍射光互相干涉，沿光纖方向就形成了周期性的光強調制，從而形成光纖光柵。
相位Mask技術不僅能高效、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會有次極大（即旁瓣）的存在，在用于波分復用時，上述效應會降低通道隔離度，引起串擾。但是，通過被稱為變跡的過程，使沿光纖長度方向的折射率調制呈鐘形曲線分布，可以有效地抑制旁瓣。因此本實驗采用Mask技術制作光纖Bragg光柵。相位Mask技術還可用于制作所謂的啁啾光柵，啁啾是指沿光纖長度方向改變光柵周期以期展寬反射譜或改善時域、譜域特性。光纖光柵用于色散補償時，啁啾顯得特別重要。
三、結構設計
光纖Bragg光柵通信系統的結構圖如圖1所示。寬帶光源出射的激光通過光隔離器進入3dB耦合器，在經過FBG時由于其高反射特性，而被反射回3dB耦合器，通過光電探測器接收反射信號光，光電探測器將接收到的光信號轉換為電信號，供計算機提供參考光的作用。FBG與壓電陶瓷（PZT）緊密粘貼在一起，計算機通過鋸齒波掃描電壓驅動PZT而影響FBG的折射率。而FBG收到外部應力過程中會產生反射中心波長的漂移，因此光電探測器接收到新的反射信號，再經由計算機對PZT重新驅動。
通信系統中計算機驅動PZT時FBG和未驅動PZT時的反射譜并不一樣。計算機驅動PZT導致的形變會引起FBG中心反射波長的變化，其中心波長在1553.2nm。在PZT加載驅動電壓后，其中心波長漂移到1553.6nm，其漂移范圍在400nm。因此，根據通信系統所需要的有效波長而給出相應的驅動電壓，可以很好的解決通信系統中噪聲對信號的干擾。光纖Bragg光柵制作方式簡單，材料來源廣泛，其成本很低。在大規模光通信系統中，可以使用光纖Bragg光柵陣列來實現多個通信波長的調制。其波長漂移范圍較大，完全可以實現未來的長距離、大容量、寬信道的通信系統。
四、結論
本文對光纖Bragg光柵的制備技術進行了闡述，并采用Mask技術制作光纖Bragg光柵。利用光纖Bragg光柵的窄帶濾波和高反射特性，設計了以光纖Bragg光柵為基礎的光纖通信系統，并分析了該系統的工作原理以及未來的發展趨勢。本論文的提出，可以為未來光纖通信技術提供實驗支持。
參考文獻
論文摘要：光電子器件和部件廣泛應用于長距離大容量光纖通信、光存儲、光顯示、光互聯、光信息處理、激光加工、激光醫療和軍事武器裝備，預期還會在未來的光計算中發揮重要作用。本文將介紹國內外光電子技術及光電子產業的發展。
如果說微電子技術推動了以計算機、因特網、光纖通信等為代表的信息技術的高速發展，改變了人們的生活方式，使得知識經濟初見端倪，那么隨著信息技術的發展，大容量光纖通信網絡的建設，光電子技術將起到越來越重要的作用。美國商務部指出：“90年代，全世界的光子產業以比微電子產業高得多的速度發展，誰在光電子產業方面取得主動權，誰就將在21世紀的尖端科技較量中奪魁”。日本《呼聲》月刊也有類似的評論：“21世紀具有代表意義 的主導產業，第一是光電子產業，第二是信息通信產業，第三是健康和福利產業……”，可以斷言，光電子技術將繼微電子技術之后再次推動人類科學技術的革命。
1 世界光電子技術和產業的發展
光纖通信技術的發展速度遠遠超過當初人們的預料，光纖已經成為通信網的重要傳輸媒介，現在世界上大約有60%的通信業務經光纖傳輸，到20世紀末將達到85%，但從目前光纖通信的整體水平來看，仍處于初級階段，光纖通信的巨大潛力還沒有完全開發出來。目前，各種新技術層出不窮，密集波分復用技術（DWDM，在同一根光纖內傳輸多路不同波長的光信號，以提高單根光纖的傳輸能力）、摻鉺光纖放大器技術（EDFA，可將光信號直接放大，具有輸出功率高、噪聲小，增益帶寬等優點）已取得突破性進展并得到廣泛的應用。現在DWDM系統和光傳輸設備中，光電技術的比例將從過去比重不到10%達到90%。一種全新的、無需進行任何光電變換的光波通信——“全光通信”，由于波分復用技術和摻鉺光纖放大器技術的進展，也日趨成熟，將在橫跨太平洋和大西洋的通信系統上首次使用，給全球的通信業帶來蓬勃生機。為此提供支撐的就是半導體光電子器件和部件。光電子器件和技術已形成一個快速增長的、巨大的光電子產業，對國民經濟的發展起著越來越大的作用。美國光電子產業振興協會估計，到2003年，光電子產業的總產值將達2000億美元。
Internet應用的飛速增長對電信骨干網帶寬提出越來越高的需求，為滿足需求的增長，人們可以鋪設更多的光纖，或靠提高單路光的信息運載量（現在主干網可以分別工作在2.5Gbps和10Gbps，并已有40Gbps的演示性設備）。但更主要的方法卻是靠發展波分復用技術，增加光纖內通光的路數（光波分復用的實驗記錄已經達到2.64Tbps）。波分復用技術的普遍運用為光電子器件和部件提供了廣闊的、快速增長的市場。無限戰略公司的報告指出：“信號傳輸用 1.31μm和1.55μm激光器市場1999年達到13億美元，比去年增加23%；1.48μm信號放大用激 光器1999年市場份額達到1.6億美元，比去年增加33%；980nm信號放大用激光器銷售額達2.9 億美元，比去年增長121%。整個激光器市場的份額1999年達18億美元，預期2003年將達到30 億美元”。美國通信工業研究公司（CIR）的研究預測，北美市場光電子部件的市場規模將由目前的28億美元增長到2003年的61億美元，約每年增長18.5%。密集波分復用設備銷售額也將從1998年的22億美元增加到2004年的94億美元。報告稱雖然10年內全光通信還不會全面商業化，但是全光交換將在幾年內成為市場主流，報告也指出盡管光學部件市場被大公司所占據，但仍有創新性公司進入的可能。
2 我國的光電子技術和產業
近10年來我國光電子技術研究在國家“863”計劃和有關部門的支持下有了突飛猛進的進展，在很多領域同國外先進國家只有兩三年的距離，個別領域還處于世界領先地位。
國內光電子有關產業基地在光電子器件、部件和子系統（如激光器、探測器、光收發模塊、EDFA、無源光器件）等已經占領了國內較大的市場份額，初步具備同國外大公司競爭的能力，在毫無市場保護的情況下，靠自己的力量爭得了一席之地，市場營銷逐年有較大的增長，個別產品還取得國際市場相關產品中的銷量最大的成績。我國相應研究發展基地和本領域高 技術公司的許多產品填補了國內相關產品的空白，打破國外產品在市場上的壟斷地位，同時爭取進入國際市場。
摻鉺光纖放大器（EDFA）是高速大容量光纖通信系統必需的關鍵部件，國內企業產品占國內市場40%的份額。我國也是目前國際上少數幾個有能力研制PIC和OEIC的國家。808nm大功率激 光器及其泵浦的固體綠光激光器，670nm紅光激光器已產品化和商品化并批量占領國際市場。國內移動通信的光纖直放站所用的光電器件，90%使用國產器件，國產1.55μmDFB激光器 戰勝了國外器件，占領了100%的國內市場。
但是，我們應當認識到在我國光電子技術發展中，光電子器件、部件雖是光通信、光顯示、光存儲等高技術產業的關鍵部分，但在整個系統和設備成本中所占的比重較小，其產值較低，目前科研開發主要處于跟蹤和小批量生產階段，光電子產業所需的規模化、產業化生產技術目前還未有實質突破；國內研究生產的光電器件和部件有相當部分還未能滿足整機和系統的要求，導致國外器件占據國內市場相當多的份額；在機制上仍未擺脫科研、生產、市場相互脫離的狀況。
論文關鍵詞:電力系統;配網自動化;通信技術
一、配網自動化的發展歷程
我國配電自動化的發展大致經歷了三個階段,第一個階段是自動化階段,它的主要原理是不同的自動化開關設備相互支持;第二個階段是計算機階段,它主要基于計算機大規模云計算處理相關的配網問題;第三個階段是使用現代控制理論支持的現代自動化階段。
在配網自動化的第一個階段里,主要的思路是當系統發生故障時,通過斷路器等二次繼保設備之間的相互配合,快速切除故障,不需要計算機介入進行實時控制,在這一階段里使用的設備主要是二次物理設備。但是,在這一階段里,受電源和繼保裝置的影響,自動化程度非常低。在這一階段,當在系統正常運行時,不能實時偵測系統的運行狀態,僅當系統發生故障時,二次設備才能發揮作用;當系統的運行方式發生變化后,需要工作人員重新到現場進行整定計算;恢復事故區域供電時,不能自動采取最優化措施;在事故恢復階段,需采用多次重合閘,以保證系統的正常運行,但是,這種方法對系統設備的損傷很大。目前,這些設備在我國大部分地區仍在使用。
基于大規模計算機云計算的配網自動化技術是發展的第二階段,在這一階段里,對電力通信的要求較高,主要運用了現代通信技術、計算機技術和電力電子技術,在配電網正常運行時也能監視電網運行狀況,真正意義上實現了遙信、遙測、遙控、遙調功能。在故障時,能夠通過監控設備及時發現非正常狀態,并由調度員通過遙控遠方設備,隔離故障區域和恢復健全區域供電。
具有自動控制功能的現代配電自動化階段,是進入配電自動化發展的第三階段,計算機技術得到更好的應用,實現了配電網自動控制功能。集成了配電網SCADA系統、配電地理信息系統、饋線自動化、變電站自動化、需求側管理、調度員仿真調度、故障呼叫服務系統和工作管理等一體化的綜合自動化系統,初步實現了饋線分段開關遙控、電容器組調節控制、用戶負荷控制和遠方自動抄表等功能。
面對世界電力積極開展智能電網研究的新動向,借鑒歐美等國家和地區的先進經驗和技術理論,國家電網公司結合我國國情和能源供應,用電服務的新需求,于特高壓輸電國際會議上正式提出了立足自主創新,建設以特高壓為骨干網架,各級電網協調發展,以信息化、自動化、互動化為特征的堅強配電網的發展目標,從而拉開了我國配電網研究和建設實施的序幕。
二、配網自動化技術存在的問題
1.功能設計單一
提高供電可靠率,是配電網自動化功能設計的傳統思路。但電力可靠性中心簡報數據表明,現階段影響供電可靠性的主要是例行檢測時配電網停電,這一階段停電時間遠大于由于配電網故障導致的停電。不斷提高配網管理水平,大大減少例行檢測的停電時間和次數,是發展配電網自動化技術的一個重要方面。
2.出現在配電網里的孤島情況
在現階段,不同的電力企業里,資源的種類多,各種資源難以整合到一起。部門內部信息共享能力差,企業部門之間的信息更是難以交流,這進一步導致了配電網管理出現紊亂,分析數據局部冗余。這種現象的出現,使得系統難以經濟、安全運行。
3.新設備的出現對系統影響較大
在設備資產管理中缺乏整體考慮和長遠考慮,盲目追求最新的設備,不注重系統整體運行情況,造成新老設備難以整合到一起,從而無法達到整體最優的效果。
4.在結構設計里不能統一設計
在配電系統實際運行時,往往出現主控方與受控方的信息不相關,網絡傳輸能力不夠,一次設備過老,導致新老設備不匹配。特別是將先進的二次設備和老舊的一次設備整合到一起,造成系統無法正常運行,嚴重影響配網自動化功能的實現和管理的優化。
5.管理體制中出現的弊端
配電自動化技術主要覆蓋生產、營銷兩大專業,傳統管理方式單純強調垂直專業管理,而沒有條塊結合分工協作的保證措施。同時,在功能設計過程中,還存在重系統、輕客戶管理,重形式輕實效的思維定式,導致技術缺失和管理漏洞,使得配電自動化技術無法滿足現代電力系統的要求。
6.當前與長遠的銜接問題
配電自動化技術涉及面廣,投資額大,既要考慮企業未來發展需要,又要著眼于現有系統的充分利用,因此,電力企業應從技術,管理上采取措施,為配電自動化系統擴容及其功能完善做好準備。在實際生產中,應該開發和利用可擴展的管理系統模塊和功能擴展性強的先進設備;而在管理過程中,更要擯棄傳統的只注重當前利益而忽視長遠利益的做法,應提倡資產全壽命周期管理的理念,解決當前和長遠利益權衡問題。
三、配網自動化技術未來的發展趨勢
隨著科技的發展,配電網自動化展現出配電系統的智能化、自動化,信息化和互動化的新特征。配電自動化技術的未來發展趨勢體現在以下七個方面。
1.配網自動化的綜合型受控端
新型綜合受控端基于高速SCADA系統,可以實現電網信息的快速采集和信號的綜合處理,并且大大減少了受控端的數量,從而使系統的規模得到簡化。這種受控端不僅具有以往終端所具有的功能,還可以實時監測系統的潮流分布、電壓情況、系統是否產生震蕩、頻率是否滿足要求等,將這些信息傳遞給主控方,供進一步分析使用。同時,這些受控端之間還可以進行相互通信,進一步提高數據的精確程度。
2.配電線路載波通信技術和基于因特網的IP通信技術
通信系統一直是配電網自動化的難點之一。在10kV及以下的配電系統里,由于受控端數目多,對通信的要求也顯著提高。因此,如果要實現系統潮流實時監測、頻率控制等需求,穩定的大容量的高速載波通信系統是必備的。該系統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,如電力線上網等。另外,光纖通信具有容量大、可靠性高、傳輸速率高等優點,已成為主流通信系統的首選。隨著成本的降低,采用光纖通信作為配電系統自動化的主干通信網已得到普遍共識。隨著通信技術的進步,基于城市光纖網的IP通信技術充分利用了光纖通信技術抗干擾能力強、誤碼率低、傳遞快速和IP通信方式的通用兼容性接口等優越性,可望成為智能配電網自動化系統的前沿通信技術。
3.定制電力技術
定制電力技術是柔性配電系統的實際應用,它將智能電網技術、柔性送電技術、云計算技術等高科技技術用于中低壓配電網,用以消除諧波,防止電壓閃變,保證各相對稱,提高供電可靠性和經濟性。主要由電壓穩定器、快速無功補償器、頻率檢測器、高速斷路器等設備組成。當系統出現突然增大負荷或者瞬間丟失大負荷時,該技術可以瞬間發現系統的變化,并滿足極限情況下系統的穩定,該技術應用于配網自動化中,可以實現系統實時優化,滿足高層次用戶的需求。
4.新型FA系統
新型的FA系統主要的思路是實現分布式電源,即根據不同的負荷就地提供合適的電源,減小線路傳輸的損耗,提高能量利用率。根據國家電網制訂的未來發展方案,未來我國將把輸配電系統分離,并在用戶端設立電網提供者的信息,用戶可以根據實時電價選擇供電方。新型FA系統應用于配網自動化中也存在許多困難,主要有:分布式電源位置不確定,配網的運行方式多變,從而導致二次設備難以滿足要求。
5.配電系統的集中化管理
在以往的配網系統中,用戶是分散的,系統被迫分離為多島,多島之間功能相似,但系統難以交流,通道不可共享。集中化管理的配電系統,可以利用先進的通信網絡將配電網控制中心與系統多島連接在一起。比如,將SCADA系統與配網控制中心通過接口連接起來,形成一個多級系統。實現該系統的應用,最好的方法是最大限度利用用戶原有的軟硬件資源,保護用戶的投資,實現實用化管理和多廠家產品共享的原則。
6.優化的系統配電網運行
隨著社會的發展和電力企業體制改革的推進,國家電網也逐漸以經濟效益作為一個階段性目標。這要求供電企業要不斷分析電網的運行狀態,提出最優潮流的方案,即按照狀態估計、潮流計算、最優潮流控制來對系統進行優化,在保證可靠性的同時提高系統的經濟性。配網要在運行中提高經濟效益,還應當優化系統的網絡結構,盡量保證二次設備“不誤動,不據動”,防止因系統突發事件導致巨大的經濟損失。
波分復用(WDM)是將兩種或多種不同波長的光載波信號(攜帶各種信息)在發送端經復用器(亦稱合波器。
關鍵詞：光交換，波分復用(WDM)，光傳送網(DTN)，自動交換光網絡(ASDN)，光突發交換(OBS)
現代通信網絡中，先進的光纖通信技術以其高速、帶寬的明顯特征而為世人矚目。實現透明的、具有高度生存性的全光通信網是寬帶通信網未來發展目標。從系統角度來看，支撐全光網絡的關鍵技術又基本上可分為光監控技術、光交換技術、光放大技術和光處理技術幾大類。而光交換技術作為全光網絡系統中的一個重要支撐技術，它的全光通信系統中發揮著重要的作用，可以這樣說光交換技術的發展在某種程度上也決定了全光通信的發展。為了能幫助大家對光交換技術有一個更深的了解，筆者下面介紹一些光交換技術現有的概念、研究領域、以及發展趨勢。
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。
一、WDM技術
WDM波分復用并不是一個新概念，在光纖通信出現伊始，人們就意識到可以利用光纖的巨大帶寬進行波長復用傳輸，但是在20世紀90年代之前，該技術卻一直沒有重大突破，其主要原因在于TDM(時分復用)的迅速發展，從155Mbit/s到622Mbit/s，再到2.5Gbit/s系統，TDM速率一直以過幾年就翻4倍的速度提高。人們在一種技術進行迅速的時候很少去關注另外的技術。1995年左右，WDM系統的發展出現了轉折，一個重要原因是當時人們在TDM10Gbit/s技術上遇到了挫折，眾多的目光就集中在光信號的復用和處理上，WDM系統才在全球范圍內有了廣泛的應用。論文格式。論文格式。
1、波分復用技術的概念
波分復用(WDM)是將兩種或多種不同波長的光載波信號(攜帶各種信息)在發送端經復用器(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行傳輸的技術； 在接收端，經解復用器(亦稱分波器或稱去復用器，Demultiplexer)將各種波長的光載波分離，然后由光接收機作進一步處理以恢復原信號。這種在同一根光纖中同時傳輸兩個或眾多不同波長光信號的技術，稱為波分復用。
2、CWDM和WDM
通信系統的設計不同，每個波長之間的間隔寬度也有不同。按照通道間隔的不同，WDM可以細分為CWDM（稀疏波分復用）和DWDM（密集波分復用）。CWDM的信道間隔為20nm，而DWDM的信道間隔從0.2nm 到1.2nm，所以相對于DWDM，CWDM稱為稀疏波分復用技術。
3、發展特點：
1）向大容量超長距離DWDM系統發展
2）向城域WDM技術發展
二、IP over WDM
IP over WDM也稱作IPover Optical，通俗的說，它就是讓IP數據直接在光路上跑，減少網絡層之間的冗余部分，具有體系簡單、網絡設備少、網絡復雜性小，額外開銷低、時延小、傳輸效率高等特點，這些都是IP over ATM和IPover SDH/SONET所無法比擬的。IP over ATM和IPover SDH/SONET最終將演變為IP over WDM。
主要研究內容有網絡結構、幀結構、路由選擇和波長分配、IP over WDM的應用、IPover WDM中的自愈技術。下面我們簡單介紹一下自愈技術的研究現狀。巨大的帶寬承載著大量的業務使得帶寬IP網絡的可靠性更為重要目前由于DWDM襲用商用的只是點對點系統，因此，對IP over WDM方式的網絡的自愈保護有兩個層次：光層和IP層。由于IP層和光層都可以有自愈能力，如何協調和配合，是有待進一步研究的問題。
三、DTN（光傳送網）
DTN概念：DWDM系統本質上是點對點的系統，組網方式有限，因此波分復用系統的一個發展方向是網絡化，叫做光傳送網（DTN：OpticalTransport Network）。它的基本思想是將點到點的波分復用系統用光交叉互連（OXC:Optical Transport Network）節點和光分插復用（OADM:Optical Add-Drop Multiplexer）節點連接起來，組成光傳送網波分復用技術完成OTN節點之間的多波長通道的光信號傳輸，OXC和OADM節點則完成網絡的交換功能。
1、OXC：光交叉連接是在網眼型網絡中進行來自多數節點的光信通道路徑的切換，因此用于相互連接網眼型網絡或多個環型網絡的大規模網絡中。
2、OADM：光分插復用裝置是在利用波長的網絡中對所需信號進行分插復用的裝置。
3、OTN的分層結構：
1）光通道層：（Optical Channel Layer）負責來自電復用段層的客戶信息選擇路由和分配波長，為靈活的網絡選路安排通路連接，處理光通道開銷，提供光通道層的檢測、管理功能。
2）光復用段層：（Optical Mutiplexing Section Layer）負責相鄰兩個復用傳輸設備間復用光信號的完整傳輸，為復用信號提供網絡功能
3）光傳輸段層（Optical Transmission Section Layer）為光信號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，同時實現對光放大器或中繼器的檢測和控制功能等。
四、ASON
自動交換光網絡（ASDN：Automatically Switched Optical Network）作為構建新一代光網絡的核心技術，以兼容性、擴展性良好的硬件系統為支撐，配備先進的軟件系統，把光傳輸媒介層由靜態變成了一種動態的、智能的光交換網絡結構，并可以直接通過光域快速提供各種靈活的高速增值業務，形成一個以數據為中心的基礎平臺，可全面提升通信網絡的傳送效能。論文格式。
ASON是以光傳輸為基礎的光層組網技術和以IP為基礎的網絡智能化技術迅速發展并結合后形成的。ASON的本質即光傳送網與智能化相結合，是在傳送網的光層網絡基礎上演進而來的，其著眼點是要把富有潛力的光網絡發展成能高度自動地應對業務需要的、經濟有效的、可在光層上直接為全網提供端到端服務的智能網。
ASON的關鍵技術很多，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）；連接及連接管理；管理平面功能；ASON的智能節點技術；ASON的生存性機制和網絡性能等方面。ASON網絡結構的核心的特點就是支持電子交換設備動態地向光網絡申請帶寬資源，可以根據網絡中業務分布模式動態變化的需求，通過信令系統或者管理平面自動地去建立或者拆除光通道，而不需要人工干預。采用自動交換光網絡技術之后，原來復雜的多層網絡結構可以變得簡單一些。光網絡層各自直接承載業務，避免了傳統網絡中業務升級時受到的條件限制。ASON的優勢集中表現在其組網應用的動態性、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、個性化的服務是ASON的核心保證。
光網絡從PDH(準同步數據系列)到SDH(同步數字系列)，又從SDH到DWDM(密集波分復用)，最終實現從DWDM向全光網絡過渡。分組化的、開放的、分層的網絡體系結構是下一代網絡的顯著特征。傳送層將由網絡來承擔，下一代的光網絡及其演進就成為研究的重點。自動交換的功能是下一代交換光網絡演進的趨勢基本上是眾望所歸了。
五、光交換技術
光交換技術分為：光路交換（OCS：OpticalCircuit Switching）、光分組交換（OPS：OpticalPacket Switching）、光突發交換（OBS：Optical BurstSwitching）和光標記分組交換（OMPLS：OpticalMulti-Protocol Label Switching）。這里只簡單介紹一下光突發交換： OBS 網絡由光核心路由器、邊緣路由器及光鏈路組成。在骨干網絡邊緣，來自接入網的IP 分組在邊緣路由器中被匯聚（Assemble）成光突發單元，通過核心路由器的轉發在OBS骨干網絡中傳輸，再在目的端的邊緣路由器中拆分（Disassemble）恢復成一個個的IP 分組進入對方接入網。
光交換技術的發展：目前市場上出現的光交換機大多數是基于光電和光機械的，隨著光交換技術的不斷發展和成熟，基于熱學、液晶、聲學、微機電技術的光交換機將會逐步被研究和開發出來。
由光電交換技術實現的交換機通常在輸入輸出端各有兩個有光電晶體材料的波導，而最新的光電交換機則采用了鋇鈦材料，這種交換機使用了一種分子束取相附生的技術，與波導交換機相比，該交換機消耗的能量比較小。基于光機械技術的光交換機是目前比較常見的交換設備，該交換機通過移動光纖終端或棱鏡來來將線引導或反射到輸出光纖，實現輸入光信號的機械交換。光機械交換機交換速度為毫秒級，但它成本較低，設計簡單和光性能較好，而得到廣泛應用。使用熱光交換技術的交換機由受熱量影響較大的聚合體波導組成，它在交換數據信息時，由分布于聚合體堆中的薄膜加熱元素控制。當電流通過加熱器時，它改變波導分支區域內的熱量分布，從而改變折射率，將光從主波導引導自目的分支波導。熱光交換機體積非常小，能實現微秒級的交換速度。
隨著液晶技術的成熟，液晶光交換機將會成為光網絡系統中的一個重要設備，該交換設備主要由液晶片、極化光束分離器、成光束調相器組成，而液晶在交換機中的主要作用是旋轉入射光的極化角。當電極上沒有電壓時，經過液晶片的光線極化角為90°，當有電壓加在液晶片的電極上時，入射光束將維持它的極化狀態不變。而由聲光技術實現的光交換設備，因其中加入了橫向聲波，從而可以將光線從一根光纖準確地引導到另一根光纖，該類型的交換機可以實現微秒級的交換速度，可方便地構成端口較少的交換機。但它不適合用于矩陣交換機。
另外，市場上目前又開發了基于不同類型的特殊微光器件的光交換機，這種類型的交換機可以由小型化的機械系統激活，而且它的體積小，集成度高，可大規模生產，我們相信這種類型的交換機在生產工藝水平不斷提高的將來，一定能成為市場的主流。
參考文獻：
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論文摘要:本文主要釷對高速公路通信系統的應用原理進行闡述。
高速公路機電工程中的通信系統屬于基礎類設施,主要為收費、監控系統提供信息(話音、數據、圖像)傳輸通道,由光纜數字傳輸系統、程控數字交換系統、移動通信系統、緊急電話系統等組成。根據其通信系統在高速公路行業的應用特點,高速公路通信網主要由長途通信干線傳輸網、程控數字交換機、數據傳輸網、圖像傳輸網、移動通信網和衛星通信網等部分組成,下面我們重點對其各主要組成部分的使用原理進行詳細介紹。
1收費系統
高速公路收費系統一般采用半自動收費方式,即人工判別車型,車道入口發放通行卷,出口驗卷,計算通行費,人工收費,計算機管理,輔以車輛檢測器校核,閉路電視監視。目前,提倡計算機聯網收費。遠期,逐步實現自動收費方式。通行卷有采用非接觸式IC卡,也有采用磁卡。為便于計算機聯網收費,聯網收費區域內均應采用同一種通行卷。
1.1計算機收費系統
計算機收費系統一般分兩級,即收費中心計算機系統和收費站計算機系統。收費站控制室計算機與該站的收費廣場車道控制計算機組成該站的局域網。收費中心內的計算機構成中心獨立的局域網。各局域網之間、收費中心與區域拆帳中心之間需要通過通信系統實現數據傳輸進行勾通。
1.2收費數據傳輸
收費數據分三級管理:收費中心計算機、收費站計算機及收費車道計算機。收費站與收費中心之間的數據傳輸是通過數據通道直接傳輸的,各通信站的ONU設備提供必要的2Mbps(G.703)數據通道接口。通信與收費系統是通過收費站和收費中心的路由器連接起來的,在區域收費聯網的情況下,路由器至少要具備兩個E1(G.703)接口,一路傳往收費中心,一路傳往區域拆賬中心。
1.3收費圖像傳輸
收費系統在個收費站廣場出口均設置了攝像機,各攝像機的圖像信號既要傳到相應的收費站又要傳到收費/監控中心。從攝像機到收費站的視頻及控制信號傳輸是由收費系統完成的,而圖像及控制信號的遠程傳輸與監控有所不同,未采用復用方式,庵個攝像機圖像對應一芯光纖,而控制信號是經MODEM通過通信系統的話路通道傳輸的。
2通信系統
2.1通信干線傳輸
長途通信干線傳輸系統設計的正確與否,決定著整個通信系統質量,它不僅關系到能否實現現代通信網設計的目的,還關系到工程投資的經濟性、合理性和可靠性。目前,高速公路機電工程基本是采用光纖通信系統。高速公路通信系統長途通信干線傳輸網采用光纖通信,這是因為:
高速公路通信網要求同時傳輸語音、數據和圖像通,信量較大,選用頻帶、通信容量大的光纖通信系統是合理的。
光纖通信具有通信容量大、抗電磁干擾能力強、通信質量高、傳輸距離長等特點,是其它通信傳輸方式無可比擬的。
光纜通信中繼距離長,適應公路沿線各通信站點間距離不一致的實際情況。
采用長波長單模光纜傳輸方式,在中等容量以上長距離傳輸系統中,從經濟上占有優勢。
2.2通信系統的程控交換
根據高速公路通信系統業務的內容和特點,通信系統采用三級程控交換,第一級交換中心設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接轉,匯接所有來話、去話的轉接任務,并與二級公路網中心聯接,完成本局話務接續與本局以外的話務轉接;第三級交通中心分別設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接續與出入本局的話務接續。為了提高系統的可靠性、靈活性及話務流向的需要,各級交通交換中心之間均可進行互連,以便組成一個多迂回、多路由的程控數字交換網。
2.3話音通信系統
高速公路通信網話音系統包括業務電話系統、指令電話系統和移動電話系統。業務電話系統為高速公路管理局、各公司、各管理所以及高速公路上各種設施(如監控、收費、服務區、停車場、加油站、維修、交警、通信、供電、配電及養護等)提供內、外業務聯系電話。業務電話為全網自動撥號,業務電話網應與市話公用網匯接。指令電話系統主要是為監控總中心以及監控中心下達交通監控和調度指令。為便于交通控制和交警業務調度,在監控中心和分中心可分別設置兩套指令電話控制臺,以便供公路值班員和交警值班員使用,指令電話應自成系統。指令電話控制臺設置在各路公司內,分監控指令控制臺和交警指令控制臺,分別控制所轄路段各指令電話機和交警用指令電話機;指令電話控制臺具群呼、組呼、單呼功能及自動錄音功能;指令電話控制臺具有轉接功能,即實現指令電話控制臺與指令電話機之間的轉接。
2.4移動通信系統
移動通信,就是指通信雙方至少有一方在移動中進行信息交換。移動通信不僅指雙方的通話,還應包括數據、傳真、圖像等業務。移動通信系統可以自己建網,也可以租用郵電部建立的公用蜂窩移動通信網。郵電部公用蜂窩移動通信網可實現全省漫游,管理也比較方便,可以省去了自己建網的費用,但公用蜂窩移動通信網費用很高,同時不能完成高速公路網要求群呼、組呼等調度功能。自行建立高速公路移動通信專用網,可以解決上述不足,但建網投資很大。建議高速公路移動通信系統自己建立專業移動通信網,采用800MHz集群移動通信系統。據了解,遼寧省高速公路管理系統應用移動通信較為先進,移動通信成為快速應變能力的強有力手段。
3監控系統
高速公路監控系統應用圖像傳輸可將道路現場的活動圖像,利用圖像傳輸系統的能力把圖像信息用電信號的方式傳送到遠方,清楚地再現在屏幕上,有利于管理人員做出控制決策。活動圖像傳輸采用光纜傳輸方式,高速公路監控攝像點不太多的特點,一般采用一對一(一攝像頭對一監視器)方式傳輸到各路監控中心。通過視頻切換方式,由總部的控制信號來選取所需的圖像信號,由光纜傳至監控總部的監視器,使總中心也能監視到它所關心的全省高速公路運行情況,以便進行宏觀管理。
監控系統主要由兩部分組成:監控中心計算機系統和外場設備。
3.1監控中心計算機系統
監控中心計算機系統即情報處理系統,它包括通信控制器、網絡服務器、交換式集線器、終端計算機等。這些計算機組成局域網,組網方式:收費站控制室計算機與該站的收費廣場車道控制計算機組成該站的局域網。收費中心內的計算機構成中心獨立的局域網,只是多了一臺通信控制器,它配有多串行接口控制器,用于外場設備與中心的數據通信管理。
3.2監控中心的外場設備
監控的外場設備包括車輛檢測器,可變情報板,可變限速標志,氣像檢測器等。由于這些檢測點(數據采集點)距離通信站較遠,相對分散,且數據量較小,無法采用標準的高速數據接口進行傳輸,因此在每個遠端數據點配一臺MODEM,將數據傳到就近通信站的ONU,最后通過通信系統傳至監控中心通信控制器。
3.3監控數據傳輸
監控數據分二級管理:監控中心、監控外場設備。通信系統在各站綜合業務接人網的ONU設備業務通道中提供足夠的2/4wVF接口,監控數據采用模擬傳輸方式,通過這些音頻接口完成,由監控系統提供MO-DEM進行數模轉換。
3.4監控圖像傳輸
監控系統在全線設置了一定數量的攝像機,各攝像機的圖像和控制信號均要傳至監控中心。通信系統負責為攝像機的圖像和控制信號傳輸提供光電纜,視頻圖像信號和控制信號經過數字/視頻復用光端機復用后,占用一根光纖。
