发布时间：2023-03-20 16:16:52
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随着科学技术的日新月异，互联网的大数据、云计算、平台、移动互联网将人类带入了高速的信息时代，互联网和通信方式改变着人们的生活、工作方式，通信方式发生了质的飞跃。同时，人们对通信系统的传输性能，也提出了更高的要求。通信方式从电缆通信、微波通信、光纤通信，再到目前的研究热点高速光纤通信。光纤通信是三大支柱通信方式的主体。光纤通信系统，顾名思义，是利用光作为载波、以光纤作为传输媒介进行传输信息的通信系统，光纤实际上是一种极细的光导纤维，由纯度很高的玻璃拉制而成。普通光纤通信的传输速率一般是10Gb/s，高速光纤通信的传输速率可达到40Gb/s、160Gb/s甚至更高。事实上，在光纤通信的不同发展阶段，高速的含义是不同的。目前通常把STM-16等级以上的系统称为高速光纤通信系统，也有人称之为超高速光纤通信系统。光纤通信作为当前三大通信方式的主体，有着较为明显的优势：光纤通信的频带较宽，可用带宽约50000GHz，容量大可同时传输更多的路数；光纤通信比任何的传输都具有更小的损耗，损耗小带来的直接好处就是中继距离长，传输稳定可靠；另外抗电磁干扰性强、保密性好。
2高速光纤通信系统面临的挑战
高速光纤通信系统快速发展，并得到广泛应用的同时，也存在着一些问题。比如光信噪比（OSNR），OSNR是光纤信号与噪声的比值，OSNR的大小直接影响传输信号质量的优劣，OSNR过大，传输距离会相应减小。另外，色散、非线性效应等问题也是影响高速光纤通信传输的主要因素。色散会使脉冲展宽、强度降低，增大误码率，信号畸变失真，直接降低通信质量。色散一般分为两类：群速度色散和偏振模色散（PMD）。群速度色散和偏振模色散效应对系统的传输性能、传输速率和传输距离都会有明显的损害。PMD的问题在以往的光纤传输中就存在，传输速率越高，PMD的影响也越加明显。光纤传输的衰减、消耗和色散与光纤长度为线性关系，光纤的带宽与光纤长度为非线性关系，这一非线性关系即为非线性效应。非线性效应分为散射效应、与折射密切相关的自相位调制SPM、交叉相位调制XPM和四波混频效应FWM，其中XPM和FWM对系统影响较为严重。因此，研究OSNR、色散和非线性效应问题是解决高速光纤通信系统高质量传输的关键技术。
3高速光纤通信系统的关键技术
从光纤技术的使用状况进行分析，光纤通信技术作为激光通信技术的一部分，效率高、便捷、成本低是其基本特点，被各领域广泛使用。最初的通信行业中，作为电磁波的光就已经得到广泛运用，这使得通信的技术水准上了一个新的台阶。通常来讲，主要有两种不同的情况通过光进行通信，一是激光大气，其光源是激光，主要是将信息经过调制光的机器转变成信号，然后通过光学天线进行发送，接受信息的设备也是匹配的，如此信息就通过激光完成了传播。此类通信方式受温度和大气的制约，传输的距离不宜过大，所以，这种通信方式多适用于指定区域内。二是导光纤维，这种纤维通过玻璃拉直后进行信息的传输，也就是我们通常所指的光纤通信。
2、电力通信网的构成及特点
微波、光纤以及卫星电路是当前电力通信技术中的主要干线，电力系统特有的光缆和电力线载波等方式是不同支路完成通信的主要载体，并采用明线、电缆、无线等多种通信手段及程控交换机、调度总机等设备组成的多用户、多功能的综合通信网。电力通信的主要包括以下几种方式。
2.1电力线载波通信
对工频电流的传输是电力线路的工作重点。电力线载波完成通信的工作原理是：利用载波机将需要传输的信息转换为高频的弱电流，然后通过电力线路完成传输，其特点是：投资少、可靠性强、收效快，并且可以与电网同步发展建设。另外，此类通信方法还可以通过电力线将底线架空的方式来实现载波信号的传送，这叫绝缘地线载波法，这种载波方法与传统方法相比，具有脱离线路故障以及线路停电等因素的制约的优势，同时，这种绝缘地线还可以在很大程度上起到省电的作用。
2.2光纤通信
由于光纤通信具有抗电磁干扰能力强、传输容量大、频带宽、传输衰耗小等诸多优点,它一问世便首先在电力部门得到应用并迅速发展。除普通光纤外,一些专用特种光纤也在电力通信中大量使用。电力通信不仅包括上面两种，还包括音频电缆、曾经的明线电话和当前流行的扩频通信等。与专供通信的专门网络不通，电力通信的主要特点是：对灵活性与可靠性提出了更高的要求；种类繁多、信息传输量少、强大的实时性；抗冲击性强；具有更复杂的网络构造；机房多为无人看守、通信的范围广大。
3、光纤通信技术在电力通信中的应用
（1）光纤具有比电缆以及铜线更宽的频带面，传输的宽带较大，这对传输的信息量和传输速度都十分有利。人类的需求在信息技术的推动下日益增加，这也对电力通信的网络提出了更高的要求，使其面临的任务更加艰巨。当前电力系统飞速发展、电网实现数字化、信息化建设日趋完善，这对电力系统的信息量传输提出了更高的要求。因此，在整个电力通信中，具有较大传输量优势的光纤通信技术起到了关键性的作用。
（2）光纤通信技术在信息的传输过程中损耗远远低于其他材质的传输材料，还有光纤可以长距离传输，也就是说光纤通信技术可以在脱离中继站的情况下实现信息的远距离传输，大大的减少了中继站的建设费用。在国家经济的推动下，电力通信设计的范围也越来越广，常见的事例有：偏远乡村日益发展的有线电视，不断更新的数字电视等，当前中国，电信干线传输、电力通信和广播电视等网络的覆盖面积越来越广，规模越来越大，工程体系越来越繁杂。大规模的使用光纤通信技术，可以降低传输损耗、降低中继站数量，节省建站资金等。
（3）光纤具有抗腐蚀和绝缘的特性，并且在传输信号的过程中具有抗干扰、防窃听、防泄漏信息的优势，这在很大程度上对电力系统的稳定安全起了保护作用，这对社会运行的正常与否也有决定性的作用。
（4）相对于其他公用网公司，电力系统在通信技术方面有着自己的要求，所以通常电力通信在建设过程中，会根据其特有的要求采用不同类型的光纤进行通信建设。ADSS与OPGW是当前中国特种光缆的类型，这种特种通信光缆主要服务于电力通信。其与众不同的结构与安装情况决定了其与其他光缆的不同，这种材料的价格成本比较昂贵，但它具有低损耗、长寿命、较强安全性和与地线复合等优势，这在很大程度上节省了建设系统网络的成本，并且使电力通信的质量得到了质的飞越。
4、结语
摘要：本文针对光纤通信技术的发展及趋势展开研究，分别介绍了光纤通信技术的发展历史和现状，以及光纤通信技术的发展趋势，对一些先进的光纤通信技术进行了介绍。
关键词：光纤通信技术发展历史现状发展趋势
1、导言
目前，在实际运用中相当有前途的一种通信技术之一，即光纤通信技术已成为现代化通信非常重要的支柱。作为全球新一代信息技术革命的重要标志之一，光纤通信技术已经变为当今信息社会中各种多样且复杂的信息的主要传输媒介，并深刻的、广泛的改变了信息网架构的整体面貌，以现代信息社会最坚实的通信基础的身份，向世人展现了其无限美好的发展前景。
自上世纪光纤通信技术在全球问世以来，整个的信息通讯领域发生了本质的、革命性的变革，光纤通信技术以光波作为信息传输的载体，以光纤硬件作为信息传输媒介，因为信息传输频带比较宽，所以它的主要特点是:通信达到了高速率和大容量，且损耗低、体积小、重量轻，还有抗电磁干扰和不易串音等一系列优点，从而备受通信领域专业人士青睐，发展也异常迅猛。
2、光纤通信技术的发展历史总结
近十几年来，光纤通信技术有了长足的进展，其中的新技术也不断被发掘，大大提高了传统意义上的通信能力，这使得光纤通信技术在更大的范围内得到了应用。
光纤通信技术是指把光波作为信息传输的载波，以光纤作为信息传输的媒介，将信息进行点对点发送的现代通信方式。光纤通信技术的诞生及深入发展是信息通信史上一次重要的改革。光纤通信技术从理论提出到工程领域的技术实现，再到今天高速光纤通信的实现，前后经历了几十年的时间。
上世纪六十年代开始的光纤通信技术最开始起源于国外，当时研制的光纤损耗高达400分贝/千米，后来，英国标准电信研究所提出，在理论上光纤损耗能够降低到20分贝/千米，然后，日本紧接着研制出通信光纤的损耗是100分贝/千米，康宁公司基于粉末法研制出了损耗在20分贝/千米以下的石英光纤，到最近的掺锗石英光纤的损耗降低至0.2分贝/千米，已经接近了石英光纤理论上提出的损耗极限。
由以上光纤通信技术的发展历程，可以把光纤通信技术分为大致五个阶段，即850纳米波段的多模光波，到1310纳米多模光纤，到1310纳米单模光纤，再到1550纳米单模光纤，最后是长距离进行传输的光纤通信技术。
3、光纤通信技术的现状研究
(1)光纤通信技术中的波分复用技术。即WDM，充分利用了单模光纤低损耗区的优势，获得了大的带宽资源。波分复用技术基于每一信道光波的频率和波长不同等情况出发，把光纤的低损耗窗口规划为许多个单独的通信管道，并在发送端设置了波分复用器，将波长不同的信号集合到一起送入单根光纤中，再进行信息的传输，而接收端的波分复用器把这些承载着多种不同信号的、波长不同的光载波再进行分离。
（2)光纤通信技术中的光纤接入技术。光纤接入网技术是信息传输技术的一个崭新的尝试，它实现了普遍意义上的高速化信息传输，满足了广大民众对信息传输速度的要求，主要由宽带的主干传输网络和用户接入两部分组成。其中后者起着更为关键的作用，即FTTH(意思是光纤到户)，作为光纤宽带接入的最后环节，负责完成全光接入的重要任务，基于光纤宽带的相关特性，为通信接收端的用户提供了所需的不受限制的带宽资源。
4、光纤通信技术的发展趋势
下面介绍在未来将会大有发展的几种光纤通信技术，如下图1所示。
（1）光接入网通信技术的更进一步发展。现存技术上的接入网依旧是双绞线铜线的连接，仍然是原始的、落后的模拟系统，而网络中的光接入技术的应用使其成为了全数字化的，且高度集成的智能化网络。
光接入网通信技术所要达到的主要目标有:最大程度的使维护费用得到降低，故障率得到明显下降;可以用于新设备的开发和新收入的不断增加;与本地网络相结合，达到减少节点数目和扩大覆盖面范围的目的;通过光网络的建立，为多媒体时代的到来做好准备;另外，可以最大化的利用光纤本身的一些优势特点。
（2）光纤通信技术中光传输与交换技术的融合一光接入网通信技术的后延。基于上述光接入网通讯技术的成熟发展，网络的核心架构己经得到了翻天覆地的改变，并正在日新月异的变化发展着，在交换和传输两方面来讲也都早已进行了好几代的更新。光接入网技术和光输与交换技术的融合技术，前者较后者在技术应用上有了一些技术上改进，从而也就提高了全网的往前的进一步有效发展，但此项技术相对来讲仍不成熟。
（3）新一代的光纤在光纤通信技术中的应用。传统意义上的G.652单模光纤已经在长距离且超高速的传送网络发展中表现出了力不从心的缺点，新一代光纤的研发己成为当今务实之需，它也构成了新一代网络基础设施建设工作的一个重要组成部分。在目前普遍需求的干线网和城域网的背景下，基于不同的发展需要，己经发展出了两种新一代光纤一非零色散光纤和全波光纤。
笔者认为,光纤通信技术尚有很大的发展空间,今后会有很大的需求和市场。主要是:光纤到家庭FTTH、光交换和集成光电子器件方面会有较大的发展。在此主要讨论光纤通信的发展趋势和市场。
光纤通信的发展趋势
1、光纤到家庭(FTTH)的发展
FTTH可向用户提供极丰富的带宽,所以一直被认为是理想的接入方式,对于实现信息社会有重要作用,还需要大规模推广和建设。FTTH所需要的光纤可能是现有已敷光纤的2～3倍。过去由于FTTH成本高,缺少宽带视频业务和宽带内容等原因,使FTTH还未能提到日程上来,只有少量的试验。近来,由于光电子器件的进步,光收发模块和光纤的价格大大降低;加上宽带内容有所缓解,都加速了FTTH的实用化进程。
发达国家对FTTH的看法不完全相同:美国AT&T认为FTTH市场较小,在0F62003宣称:FTTH在20-50年后才有市场。美国运行商Verizon和Sprint比较积极,要在10—12年内采用FTTH改造网络。日本NTT发展FTTH最早,现在已经有近200万用户。目前中国FTTH处于试点阶段。
FTTH[遇到的挑战:现在广泛采用的ADSL技术提供宽带业务尚有一定优势。与FTTH相比:①价格便宜②利用原有铜线网使工程建设简单③对于目前1Mbps—500kbps影视节目的传输可满足需求。FTTH目前大量推广受制约。
对于不久的将来要发展的宽带业务,如:网上教育,网上办公,会议电视,网上游戏,远程诊疗等双向业务和HDTV高清数字电视,上下行传输不对称的业务,AD8L就难以满足。尤其是HDTV,经过压缩,目前其传输速率尚需19.2Mbps。正在用H.264技术开发,可压缩到5～6Mbps。通常认为对QOS有所保证的ADSL的最高传输速串是2Mbps,仍难以传输HDTV。可以认为HDTV是FTTH的主要推动力。即HDTV业务到来时,非FTTH不可。
FTTH的解决方案:通常有P2P点对点和PON无源光网络两大类。
F2P方案一一优点:各用户独立传输,互不影响,体制变动灵活;可以采用廉价的低速光电子模块;传输距离长。缺点:为了减少用户直接到局的光纤和管道,需要在用户区安置1个汇总用户的有源节点。
PON方案——优点:无源网络维护简单;原则上可以节省光电子器件和光纤。缺点:需要采用昂贵的高速光电子模块;需要采用区分用户距离不同的电子模块,以避免各用户上行信号互相冲突;传输距离受PON分比而缩短;各用户的下行带宽互相占用,如果用户带宽得不到保证时,不单是要网络扩容,还需要更换PON和更换用户模块来解决。(按照目前市场价格,PEP比PON经济)。
PON有多种,一般有如下几种:(1)APON:即ATM-PON,适合ATM交换网络。(2)BPON:即宽带的PON。(3)OPON:采用通用帧处理的OFP-PON。(4)EPON:采用以太网技术的PON,0EPON是千兆毕以太网的PON。(5)WDM-PON:采用波分复用来区分用户的PON,由于用户与波长有关,使维护不便,在FTTH中很少采用。
发达国家发展FTTH的计划和技术方案,根据各国具体情况有所不同。美国主要采用A-PON,因为ATM交换在美国应用广泛。日本NTT有一个B-FLETts计划,采用P2P-MC、B-PON、G-EPON、SCM-PON等多种技术。SCM-PON:是采用副载波调制作为多信道复用的PON。
中国ATM使用远比STM的SDH少,一般不考虑APON。我们可以考虑的是P2P、GPON和EPON。P2P方案的优缺点前面已经说过,目前比较经济,使用灵活,传输距离远等;宜采用。而比较GPON和EPON,各有利弊。GPON:采用GFP技术网络效率高;可以有电话,适合SDH网络,与IP结合没有EPON好,但目前GPON技术不很成熟。EPON:与IP结合好,可用户电话,如用电话需要借助lAD技术。目前,中国的FTTH试点采用EPON比较多。FTTH技术方案的采用,还需要根据用户的具体情况不同而不同。
近来,无线接入技术发展迅速。可用作WLAN的IEEE802.11g协议,传输带宽可达54Mbps,覆盖范围达100米以上,目前已可商用。如果采用无线接入WLAN作用户的数据传输,包括:上下行数据和点播电视VOD的上行数据,对于一般用户其上行不大,IEEES02.11g是可以满足的。而采用光纤的FTTH主要是解决HDTV宽带视频的下行传输,当然在需要时也可包含一些下行数据。这就形成“光纤到家庭+无线接入”(FTTH+无线接入)的家庭网络。这种家庭网络,如果采用PON,就特别简单,因为此PON无上行信号,就不需要测距的电子模块,成本大大降低,维护简单。如果,所属PON的用户群体,被无线城域网WiMAX(1EEE802.16)覆盖而可利用,那么可不必建设专用的WLAN。接入网采用无线是趋势,但无线接入网仍需要密布于用户临近的光纤网来支撑,与FTTH相差无几。FTTH+无线接入是未来的发展趋势。
2、光交换的发展什么是通信?
实际上可表示为:通信输+交换。
光纤只是解决传输问题,还需要解决光的交换问题。过去,通信网都是由金属线缆构成的,传输的是电子信号,交换是采用电子交换机。现在,通信网除了用户末端一小段外,都是光纤,传输的是光信号。合理的方法应该采用光交换。但目前,由于目前光开关器件不成熟,只能采用的是“光-电-光”方式来解决光网的交换,即把光信号变成电信号,用电子交换后,再变还光信号。显然是不合理的办法,是效串不高和不经济的。正在开发大容量的光开关,以实现光交换网络,特别是所谓ASON-自动交换光网络。
通常在光网里传输的信息,一般速度都是xGbps的,电子开关不能胜任。一般要在低次群中实现电子交换。而光交换可实现高速XGbDs的交换。当然,也不是说,一切都要用光交换,特别是低速,颗粒小的信号的交换,应采用成熟的电子交换,没有必要采用不成熟的
大容量的光交换。当前,在数据网中,信号以“包”的形式出现,采用所谓“包交换”。包的颗粒比较小,可采用电子交换。然而,在大量同方向的包汇总后,数量很大时,就应该采用容量大的光交换。目前,少通道大容量的光交换已有实用。如用于保护、下路和小量通路调度等。一般采用机械光开关、热光开关来实现。目前,由于这些光开关的体积、功耗和集成度的限制,通路数一般在8—16个。
电子交换一般有“空分”和“时分”方式。在光交换中有“空分”、“时分”和“波长交换”。光纤通信很少采用光时分交换。
光空分交换:一般采用光开关可以把光信号从某一光纤转到另一光纤。空分的光开关有机械的、半导体的和热光开关等。近来,采用集成技术,开发出MEM微电机光开关,其体积小到mm。已开发出1296x1296MEM光交换机(Lucent),属于试验性质的。
光波长交换:是对各交换对象赋于1个特定的波长。于是,发送某1特定波长就可对某特定对象通信。实现光波长交换的关键是需要开发实用化的可变波长的光源,光滤波器和集成的低功耗的可靠的光开关阵列等。已开发出640x640半导体光开关+AWG的空分与波长的相结合的交叉连接试验系统(corning)。采用光空分和光波分可构成非常灵活的光交换网。日本NTT在Chitose市进行了采用波长路由交换的现场试验,半径5公里,共有43个终端节,(试用5个节点),速率为2.5Gbps。
自动交换的光网,称为ASON,是进一步发展的方向。
3、集成光电子器件的发展
如同电子器件那样,光电子器件也要走向集成化。虽然不是所有的光电子器件都要集成,但会有相当的一部分是需要而且是可以集成的。目前正在发展的PLC-平面光波导线路,如同一块印刷电路板,可以把光电子器件组装于其上,也可以直接集成为一个光电子器件。要实现FTTH也好,ASON也好,都需要有新的、体积小的和廉价的和集成的光电子器件。
日本NTT采用PLO技术研制出16x16热光开关;1x128热光开关阵列;用集成和混合集成工艺把32通路的AWG+可变光衰减器+光功率监测集成在一起;8波长每波速串为80Gbps的WDM的复用和去复用分别集成在1块芯片上,尺寸仅15x7mm,如图1。NTT采用以上集成器件构成32通路的OADM。其中有些已经商用。近几年,集成光电子器件有比较大的改进。
中国的集成光电子器件也有一定进展。集成的小通道光开关和属于PLO技术的AWG有所突破。但与发达国家尚有较大差距。如果我们不迎头赶上,就会重复如同微电子落后的被动局面。
光纤通信的市场
众所周知,2000年IT行业泡沫,使光纤通信产业生产规模爆炸性地发展,产品生产过剩。无论是光传输设备,光电子器件和光纤的价格都狂跌。特别是光纤,每公里泡沫时期价格为羊1200,现在价格Y100左右1公里,比铜线还便宜。光纤通信的市场何时能恢复?根据RHK的对北美通信产业投入的统计和预测,如图2.在2002年是最低谷,相当于倒退4年。现在有所回升,但还不能恢复。按此推测,在2007-2008年才能复元。光纤通信的市场也随IT市场好转。这些好转,在相当大的程度是由FTTH和宽带数字电视所带动的。
光通信技术是当今信息技术领域的前沿与支撑技术之一。2013年，国务院颁布“宽带中国”计划，进一步提升了光通信技术在国家发展战略中的地位。简言之，光通信技术是光纤技术与通信技术的综合体，它具有高速、大容量的优点，但亦存在高成本、高复杂度和多学科交叉的特点。这成为该门课程实践教学开展的主要困难。而且，对于省属地方高等院校，同时面临生源基数大、实验教学经费短缺、设备更新缓慢等难题，使得该问题更加凸显。为缓解这一问题所带来的影响，基于专业光通信仿真软件，引入虚拟实验教学时必然趋势。
一、虚拟实验教学改革的背景与意义
作者所在的黑龙江大学电子工程学院，《光通信技术》实验需为两个本科专业（光电子技术系和通信工程系）学生（约180人/年）提供课程资源。原有《光通信技术》包含“光纤低损耗熔接”“光纤纤芯分布测量”“光纤微弯损耗测量”“光时域分布反射测量”和“可视光通信传输系统演示”5个基础专业实验，仅能覆盖《光纤技术》和《光通信技术》两门专业必修课程的实验教学任务，学生缺乏对“光电子器件”应用的认知。而且，光纤与光通信技术是本专业最重要的两个研究方向之一，是专业学生就业与求学的主要支撑技术。近10年来，光通信技术在“光传输”“光交换”“光接入”和“可见光电力线通信”等领域高速发展。然而，现有实验教学设备多购置于2001年，部分已陈旧、老化。与此同时，面临教学经费不足，设备台套数有限，仪器价格昂贵，由于普通高校扩招导致生源剧增的双重压力，对应的实验内容无法得到更新，课程讲授内容与实验教学脱节，学生学习兴趣低下。
图1 原有专业基础实验方案
与之相比，专业仿真软件具有价格低廉，覆盖领域广，专业性强，灵活性、操作性好等系列优点，可实现光放大器设计，光电转换器件测试，多光通信系统实时在线模拟等功能，与本专业光纤技术、光电器件与检测、光通信技术课程内容吻合。鉴于此，将虚拟实验与原有的专业实验相结合，以专业实验为基础，虚拟实验为进阶，二者相互补充、取长补短，将可有效缓解专业实验教学中所面临的困难。
二、虚拟实验教学改革的具体实施方法
（一）方案设计与实验室建设
1.保留原有的“光纤低损耗熔接”“光纤纤芯分布测量”“光纤微弯损耗测量”作为基础实验，删除“光时域分布反射测量”和“可视光通信传输系统演示”两个实验，节省6学时的课程资源。
2.开设“光通信仿真设计”课程设计，以虚拟实验教学方式提高学生对于“光通信系统架构”“光纤放大器设计”“光电子器件工作特性”的掌握能力。课程设计采用机房集中教学模式，包含“光发射机/光接收机的实现”，“误码率与质量因子评价”“色散补偿特性测试”“光放大器性能优化”“格式生成与转换”五个模块，共计32学时。其中，讲授学时8学时，实验学时24学时，第一、二模块为必选，后三个模块至少任选其一。
3.将原有机房进行升级与改造，新购置计算机50台套，服务器1台套，投影教学设备1台套。更新原有网络布线与系统，实现教师与学生互动能力，提升学生间的交互学习能力，改善学生个人的实验学习平台环境。购置专业光通信仿真软件OptiSystem（12.0版）1套，可同时满足30人在线仿真需求。
图2 虚拟实验设计方案
（二）虚拟实验教学实施方法
在实际的教学过程中，该门课程对于光电子技术专业学生（年均60人）为必修课程，分成2个教学班级循环教学；对于通信工程专业学生为选修课程，根据以往统计，选修课程人员约60―80人，亦分成2个教学班级循环教学。除讲授8学时外，学生需在2周内完成24实验学时，教学资源采用开放模式提供，学生可自行安排学习时间，学时计算由智能管理系统完成。教学模式除课上教学、实验外，还包括师生在线交流与在线答疑。课程考试采用报告模式提交，3人一组，需分工明确，格式统一，数据与分析清楚有效。
图3 虚拟实验教学的实施与执行
三、效果与评价
对于通信工程专业，该门课程设置在第六学期，需学习前期的光纤基础实验。对于光电子技术专业，该门课程设置在第七学期。作为中间环节，他是专业实验的进阶，同时作为本科毕业设计的前期训练，起到承上启下作用。运行一年来，效果显著。主要体现在：（1）增加了实验教学资源，缓解了实验设备台套数少的困难，提升了学生的实践实训能力；（2）完成了课堂教学与实验教学的完整对接，教学内容与深度得到进一步提升；（3）激发学生学习兴趣，为教师的科学研究提供有效辅助。截至2014年12月，已有11名专业学生参与到教师的科研团队中，并在光通信设计领域发表EI检索科研论文3篇，申报发明专利1项，获授权实用新型专利2项，获批省级、校级创新创业课题2项。
关键词：光通信 电光调制 增益控制
中图分类号：TN929.1 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）10-0021-02
光通信是以光波为载体的进行的通信。在此通信系统中电光调制技术占着很重要的地位，电光调制的作用是将电信号加载到光波上进行信号在发射端无失真的传输。在电光调制中电光驱动器是给电光调制器提供驱动电压的。信号能否无失真的传输出去，完全依赖于电光调制器及其驱动器的综合性能，所以要对驱动器的性能进行多方位设定使得调制器工作在最佳的状态。
1 电光调制器调制方式
直接调制和间接调制依据光源和调制的关系划分的。
1.1 直接调制
直接调制就是在光通信系统中用电源调制的一种办法，该调制方法是利用电流来驱动半导体激光器或发光二极管，从而达到信息以光信号的方式传输。在整个调制过程中，传输距离会因光纤具有色散效应及展宽传输谱等受到影响。我们在用激光远距离通信时，它必须具有相当高的输出功率才能实现，事实上相比其他调制直接调制的输出功率是比较小的，很难实现远距离的传输需求，虽然该方法简单易实现，应用范围不是很广。
1.2 间接调制
在光调制系统中外调制方式就是在形成激光后加载到调制器上。该调制是在激光器的谐振腔外边放置电光调制器，当把调制信号加载到调制器上时，处在电场中的调制器，将会发生某些物理特性的变化。这种调制方法应用范围很大。从调制速率上这种调制速率比较快，所以在实际的激光通信应用中常应用该方式。
2 电光调制器的工作原理
电光效应是电光调制器的依据。我们所说的电光效应是指某些各向同性的透明物质在电场作用下显示出光学各向异性，折射率在外加电场的作用下而发生变化的一种物理现象。
我们一般可用下面的公式进行表达：
aE为线性电光效应，为二次电光效应。二次电光效应是可以忽略不计的是因为对大部分晶体是很不明显得。电光调制的过程就是电光效应的基础上来实现对光束的调制，这种调制方式可以分为强度调制和相位调制。相位调制是利用调制信号的相位来使得信号进行无失真传输的，它的重要组成部分是起偏器和电光晶体。在激光通信中对光束调制大部分是利用强度调制进行的调制，由于接受的光强变化大部分都受到接收器的影响。
本文主要是从相位电光调制器原理介绍自动增益控制原理，如图1所示。
在调制器电极间加一场强为E的电场，偏振态分别设为沿x方向和沿z方向，线性偏振光相位的变化应该为如下式的关系：
铌酸锂晶体中寻常光折射率表示和非常光为折射率表示为，为了得到较大的电光效应，x方向为位调制器偏振的方向。如果波导层很薄，我们把加载到电极上面的电压与电极之间电场之间的关系可以表示：
当入射光的偏振方向为x方向，把（2-3）式代入（2-1）式可得
通过上式我就可以得出与变化关系，是随着时间的变化而变化的电信号，这样就可以实现相位调制。如果相位的变化量为π那么需要加载的电压为半波电压，可以得到半波电压的表达式为
这样相位调制器的半波电压就可以用器件和晶体的参数表示出来，事实上相位调制器的半波电压我们通常是通过直接测量来得到的。由（2-4）和（2-5）式得到光相位的改变量为与电信号的关系表达式如下
3 自动增益控制电路原理
调制器只有工作理想的半坡电压才能把信号无失真的输出，在实际的光通信中，必然会受到外界环境的影响例如温度、高频连续波信号都会对晶体的电介质产生影响，这样会使的电光调制器的调制特性发生变化，从而导致调制信号的畸变。所以我有必要提出更好的电光调制方法。
本文重点研究激光通信系统中电光增益自动控制系统，即通过设计一个自动增益控制系统来控制电光调制器的输入信号。来使得加载到电光调制器上的电压始终为所需要的半坡电压，从而保证信号可以无失真的传输出去。我们就需要设计加对电光调制器上的电压进行实时监测和控制使得加载的电压严格的保持在半坡电压，这样就可以实现信号的无失真的传输出去了。图2为原理总体框图。
其中包括以下几个核心部分采用Photile公司的MPX-LN-5型芯片作为系统的相位调制器，典型带宽5GHz，波长在1550 nm。应用时如果调制带宽是5GHz，射频输入RF-IN电压至少放大到7V，因为此时典型半波电压为7V。还包括驱动器来实现对信号的放大，增益电路控制来实现对驱动器输出信号的判断形成一个反馈电路，然后通过驱动放大电路放大到合适的幅度也就是调制器的半波电压再加载到调制器上来实现对光信号的调制。自动增益控制电路可以让输入数据信号幅度不同，当通过驱动模块时，它的增益会使得加载到调制器上的信号幅度仍然为半坡电压的幅度，这样就会保证了调制器上的加载电压为半坡电压从而到达信号的无失真传输出去。 总之就是自动增益控制电路是利用的RF驱动自动增益模块的反馈来实现的对电压增益控制的，来实现对数字信号不同程度的放大。
4 系统测试结果
最后通过搭载通信系统进行实验测试，我们分别测试了取输入电压100mv，200mv，300mv.....1000mv等数据进行了测量，由于驱动放大器的一般增益为28dB，我们通过实现可以知道当信号幅度小于越300mv时，信号都不能到达半坡电压。
参考文献
[1]吴刚.DWDM网络中DPSK调制器的高频性测试研究[D].北京邮电大学，2013.
[2]赵志儒.电光调制器自动增益和自动偏置控制系统[D].北京邮电大学，2010.
[3]包小斌.高速电光相位调制器的高频性测试实验[D].电子科技大学，2013.
[4]W仁侠.电光调制器及其驱动研究[D].硕士论文.长春：长春理工大学，2008.
【关键词】通信技术网络发展与趋势
随着科学技术的不断发展，通信技术与网络的研究及其标准化建设早已成为众所关注和大力研究的焦点。目前一些新兴技术和新兴网络的纷纷涌现，使通信技术与网络成为大家研究与开发的热点内容；与此同时，这些新技术、新网络满足了通信技术的极大需求，并为通信技术与网络的发展注入了新动力。
当我们分析面对之前样式繁多的通信技术与网络进展时，不得不让我们留心关注的重点内容是通信技术与网络的发展演变过程以及在此基础上的未来发展方向、基本技术特征等内容。早期的通信技术是使用模拟技术的通信系统，因为有蜂窝小区结构、终端移动管理、漫游及切换等技术的提出，所以使通信技术实现了在移动中通信以及在通信中移动；随后发展的通信系统成为使用数字技术的系统，它是利用数字信号处理技术和专用芯片，使信息处理尽量软件化，从而实现设备的小型化以及允许大量用户接入的形式；之后通信技术与网络是充分发挥自适应技术的作用实现宽带高速的通信系统，不仅实现了调制自适应、编码自适应、信道自适应、接入自适应、业务自适应等，还实现了传输链路和通信系统的高效率。在上述通信技术和系统基础上，通信技术与网络将会飞速发展，其内容也将会不断扩充，一些未被充分利用的资源：频率、时间、编码、功率、空间等将会被更有效的利用，使之发展成为更高宽带和更高速率的通信系统。对空间资源的有效利用是4G通信网络开发利用的新天地，对空间地理分布下的分布技术和系统的充分利用，或将可能成为未来无线移动通信的首要技术特征。
一、通信技术与网络的发展现状
1.1移动网络通信技术发展迅速，3G技术日益成熟
作为通信技术与网络发展主要产物之一的移动网络通信技术，目前已成为发展最为迅速的通信技术之一。我们所说的移动网络通信技术主要是指使用者通信不会受到时间、地域等其他方面的影响，能够应用不同的方式进行通信。全球移动通信技术发展过程分为三个阶段，首先是第一代为模拟技术，到第二代成为CDMA技术和GSM技术，直到现在大力推广的的3G通信网络技术，目前3G用户已经超过3.6亿。这一发展过程不仅只是代表了电信领域中的技术进步，也同时体现了通信技术与网络的卓越发展。
1.2光通信稳步发展
随着数据传输量不断加大以及对处理数据的层次要求不断提高，原先的线路传输在一定范围内已经不能满足用户需求，因此光通信技术得到了受到了关注并得到广泛的应用，从而满足了用户对数据处理的高要求。光通信主要包括了光纤、光缆、光节点、光传输系统及光接入技术等五大领域。
1.3不断丰富与完善的多媒体技术
多媒体通信技术应用主要归功于计算机网络传输速度在不断的提高，能够同时满足用户对语音、数据及视频三方面的综合需求。音频技术的发展比较早，很多技术都已经成熟并且已经产业化，其主要包括以下四个方面：音频数字化、语音处理、语音合成及语音识别。其中音频数字化技术目前已经比较成熟，数字音响就是因为采用了此技术而达到了理想的音响效果，多媒体声卡也是采用此技术而设计的。音频处理技术主要集中在音频压缩上，目前最新的MPEG语音压缩算法可将声音压缩六倍。语音合成是指将正文合成为语言播放，汉语合成这几年来也有突飞猛进的发展。在音频技术中难度最大最吸引人的技术当属语音识别，虽然目前只是处于实验研究阶段，但是广阔的应用前景使之一直成为研究关注的热点之一。视频技术包括视频数字化和视频编码技术两个方面。视频数字化后的色彩、清晰度及稳定性有了明显的改善，是下一代产品的发展方向。视频编码技术是将数字化的视频信号经过编码成为电视信号，目前从低档的游戏机到电视台广播级的编码技术都已成熟。图像压缩技术是计算机处理图像和视频以及网络传输的重要基础，目前ISO制订了两个压缩标准即JPEG和MPEG；MJPEG按照25帧/秒速度使用JPEG算法压缩视频信号，完成动态视频的压缩。MPEG算法是适用于动态视频的压缩算法，通常保持较高的图像质量而压缩比高达100倍。
1.4网络与信息安全不断受到挑战
通信技术与网络迅猛发展的同时也给网络安全性带来了新问题，互联网的开放性和互联性使网络安全性和信息安全性受到威胁。目前，信息网络常用的基础性安全技术主要包括以下几个方面：身份认证技术、加解密技术、边界防护技术、访问控制技术、主机加固技术、安全审计技术、检测监控技术等。信息网络安全经历了三个阶段，首先是以边界保护、主机防毒为特点的纵深防御阶段，主要是采用堵漏洞、作高墙、防外攻等防范方法；第二阶段是以设备联动、功能融合为特点的安全免疫阶段，采用积极防御，综合防范的理念；第三阶段是以资产保护、业务增值为特点的可信增值阶段，通过建立统一的平台，完善的网络接入认证机制，保证设备、用户、应用等各个层面的可信，从而提供一个可信的网络环境。
二、通信技术与网络的发展趋势
2.1移动通信技术持续快速发展
移动通信技术在今后的发展趋势还是以增强型3G技术为主，以增强型WCDMA技术HSDPA、TD-SCDMA及CDMA20001xEV-DO三种形式作为主流。将继续提升数据传输的速度，提高声音传输的质量，更加完善对音乐、图像、视频等各方面数据的处理，使得通信更加人性化。
2.2网络技术融合力度加大
就目前而言，通过网络技术进行通信的应用方式得到了广泛的使用，因此提高通信技术完善网络应用效率，加强网络融合是今后的发展趋势。随着IMS标准的日益完善与成熟，网络融合将会在固定与移动领域中首先展开，并在业务层面、控制层面、接入层面和传送层面等全面实行，使广播电视网、电信网以及计算机通信网之间相互兼容与渗透，发挥其各自的优势。
2.3光通信仍将稳步前行
对于ASON网络的发展，以其标准化程度的发展之快，最终将会实现不同厂商设备的互联、互通和互操作，同时网络结构也会从环状网向网状网发展，所以网状网物理平台的建设及系统资源的完善和优化将成为重点，随着ASON技术的逐步成熟，未来几年将进入实用化阶段。
三、结论
综上所述，我国通信技术与网络应用将会不断发展与完善，应用领域也将会进一步拓展，使得通信技术越来越普遍、越来越来广泛，更好的服务于人们的工作和生活。
参考文献
[1]曲阳.浅析无线通信网络主要技术及发展前景.中国新技术新产品，2011（12）：42-44
[2]凌金波.浅议计算机通信与网络发展的应用技术.科技向导，2004（5）：124-126
[3]苏宏德，黄静波.网络与通信技术发展现状及趋势分析.计算机光盘软件与应用，2011（16）：89-91
标签： 2010下半
年
网络规划设计师
下午试卷2
标准答案
分析
it 分类： 网络规划设计师
1. 本试卷满分75 分。
2. 在答题纸的指定位置填写你所在的省、自治区、直辖市、计划单列市的名称。
3. 在答题纸的指定位置填写准考证号、出生年月日和姓名。
4. 在试题号栏内用“Ο”圈住选答的试题号。
5. 答题纸上除填写上述内容外只能写解答。
6. 解答应分摘要和正文两部分。在书写时，请注意以下两点：
① 摘要字数在400字以内，可以分条叙述，但不允许有图、表和流程图。
② 正文字数为2000 字至3000 字，文中可以分条叙述，但不要全部用分条叙述的方式。
7. 解答时字迹务必清楚，字迹不清，将不评分。
从下列的2道试题（试题一和试题二）中任选1道解答。请在答卷上用“Ο”圈住选答的试题编号。若用“Ο”圈住的试题编号超过1道，则按题号最小的1道评分。
论题一 论校园网／企业网的网络规划与设计
校园网（或企业网）是计算机网络的一大分支，有着非常广泛的应用及代表性。对于校园网／企业网，完备的应用是关键，而稳定可靠的网络是基础，完善的安全和管理手段是保障。由于学校／企业的类型和规模的不同，校园网／企业网的规划设计有着多种解决方案。校园网的规划、设计、硬件建设、软件建设以及网络的使用、扩充等都要从全局、长远的角度出发，充分考虑网络的安全性、易用性、可靠性和经济性等。
请围绕“论校园网／企业网的网络规划与设计”论题，依次对以下三个方面进行论述。
1、概要叙述你参与设计实施的网络项目以及你所担任的主要工作。
2、具体讨论在校园网／企业网网络规划与设计中的主要工作内容和你所采用的原则、方法和策略，以及遇到的问题和解决措施。
3、分析你所规划和设计的校园网／企业网网络的实际运行效果。你现在认为应该做哪些方面的改进以及如何加以改进。
试题写作要点：
一、论文论述的是校园网/企业网网络，要体现出校园网/企业网的应用背景，例如校园网中的教学、科研、资源共享等，企业网中的生产、销售、库存等应用。
二、叙述自己参与设计和实施的校园网/企业网网络项目应有一定的规模，自己在该项目中担任的主要工作应有一定的分量。
三、能够全面和准确地描述该校园网/企业网网络的应用环境和需求，深入地阐述采用了哪些技术和方法，这些技术和方法要针对校园网/企业网网络的特点，具有一定的广度和深度。
四、对需要进一步改进的地方，应有具体的着眼点，不能泛泛而谈。
论题二 论网络规划与设计中新技术的使用
随着计算机技术和通信技术的迅猛发展，计算机网络技术的发展也可用日新月异来形容。在计算机网络的交换技术、网络安全技术、光通信技术、无线通信技术、网络存储技术等等诸多方面不断地涌现出各种新技术。在网络规划和设计中，如何根据项目的现状和实际需求，积极地引进和使用新技术，是网络规划设计师的职责。
请围绕“网络规划中新技术的使用”论题，依次对以下三个方面进行论述。
1、概要叙述你参与设计和实施的网络应用项目以及你所担任的主要工作。
2、具体阐述你在网络规划与设计中采用了哪些新技术和新方法，使用这些新技术和新方法的应用背景、需求和目的是什么？
3、分析你使用上述新技术、新方法的效果如何，以及相关的改进措施。
试题写作要点：
一、论文论述着眼点是网络技术，且是新技术，所论述的技术过于陈旧就不符合要求。网络新技术可以涉及到：光通信技术、无线通信技术、网络存储技术、安全技术等方面。理论上比较成熟而在工程上没有大规模普及应用的技术也可算新技术，例如IPV6技术等。
二、叙述自己参与设计和实施的网络应用项目应有一定的规模，自己在该项目中担任的主要工作应有一定的分量。
