無線光通信技術原理范文

導語：如何才能寫好一篇無線光通信技術原理，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞 無線光通信；工作原理；應用

中圖分類號：TN913 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）04-0007-01

作為一種寬帶接入技術，無線光通信恰好將光纖和無線通信兩種技術相互結合，成為現代光纖通信的強力補充。相信，隨著技術的不斷發展與進步，無線光通信技術的推廣應用效果也會更加的明顯。

1 無線光通信基本的工作原理

無線光通信技術光信號的傳送主要是依靠大氣進行，只要收發兩個端機部件沒有視距上的遮擋以及擁有足夠的光反射功率，那么就能夠進行相應的通信。對于無線光通信系統而言，主要包含了光學天線、光發射端機。接受端機以及光路。在點對點傳輸進行過程中，每一段都設立了光發射機和接收機，能夠開展雙工的通信。由于電信號會對光發射機光源產生調制，所以通過發射光學系統，經過了大氣信道的傳送，就可以在接收機望遠鏡上接受到光信號；等待光信號收集之后，就可以將其聚焦與光電檢測器上，從而轉變成為之后的電信號。針對不同的廣波長信號，其在大氣空間內部的透過率也存在區別。因此，盡量選擇擁有良好透過率的波段，才有利于無線光通信的傳送。其中，最為常用的是近紅外光譜中的850 nm；另外，1500 nm波長頻段也可以使用，可以支持更大的系統功率，但是優勢的顯示要超過1000 m才可以。

2 無線光通信技術的優勢

2.1 頻譜資源非常豐富

相比微波技術，無線光通信不僅頻譜資源豐富，并且還不需要交納頻率占用費用。

2.2 系統結構以及光天線尺寸做的輕小

這樣使得其體積與重量相對而言也會輕小很多。這對于在航天器、衛星上使用非常有利。

2.3 架設靈活簡便

無線光通信設備不僅可以完成光纖通信無法完成的任務，同時也不用埋設光纖，這樣對于在極短時間內搶占市場的寬帶運營商來說，無疑是非常有利的。

2.4 經濟效益高

無線光通信系統不需要勘察、設計、施工等工作，就能夠在光城域網之外提升寬帶的連接，相比光纖通信、衛星站，所花費的費用更少。

所以，在航天器、衛星、軍事等諸多領域中，無線光通信技術的應用前景都非常廣泛。

3 無線光通信中問題及改善措施

作為自由空間中處于視距范圍內的激光傳輸技術，無線光通信技術必定會存在問題：比如大氣媒介對其產生的影響、傳輸距離對其產生的影響、收發對準對其產生的影響，都有可能影響其可靠傳輸。

3.1 大氣媒介的影響

在大氣中傳輸的時候，光信號必定會受到大氣媒介的影響，甚至是大氣中的塵埃、粒子等都可能影響到起準確性。但是在晴朗的天氣下和在天氣相對惡劣的情況下，光信號的衰耗也存在一定差異，前者每一千米的衰耗在1 dB，而后者每一千米的衰耗達到了50 dB-300 dB，并且工作距離也會受到嚴格的影響。由于接收點是相對固定的，所以，光信號的強度也存在一定的差異，就可能存在干擾。目前，縮小傳輸距離、增大功率是針對這一問題有效解決的方式之一，對于大氣媒介對光信號產生的影響有一定的改善作用。

3.2 傳輸距離的影響

可以說，傳輸的可靠性受到傳輸距離的影響最大，傳輸距離越大，其光束就會越寬，所接受到的質量也會越差。所以，增大激光器的發射功率，將接收機的靈敏度提高，就有利于傳輸距離與速率的提升，也可以確保傳輸的可靠性。

3.3 收發端對準問題

作為一種可視距寬帶通信技術，無線光通信技術主要是將設備安裝在建筑物上，但是因為地震、熱脹冷縮等各個方面的影響，就可能影響到設備的穩定性，從而影響到激光器，導致接收機工作無法正常進行。

所以，不難看出，系統光鏈路兩端激光束的對準和跟蹤才是解決無線光通信技術缺陷的關鍵所在。因此，采取多束法、動態跟蹤法就有利于收發端步伐對準問題的解決。多束法的使用有利于接收端能量密度的提升，也可以擴大接受面積，最關鍵的是在接收處可以讓無線光通信得到一個相互重疊并且較大的激光光斑。目前隨著信息技術的發展，相關的問題都可以得到相應的解決。

4 無線光通技術的應用

由于無線光通信技術具備諸多優點，因此，在企業網、城域網、通信網等領域都得到了廣泛的推廣；可以成為備份，預防光纖通信和微波通信的服務中斷；可以在移動通信基站之間進行互連應用，也可以用于無線基站的數據回傳；在布線成本較高、不宜布線、施工存在難度等地方不宜使用；對于要害部門或者是軍事設施上要嚴格保密。其中，移動通信是當今最活躍、發展最快的通信領域，同樣也是對社會發展和人們生活產生極大影響的技術領域。目前隨著移動數據業務的推廣，移動電話用戶迅猛增長，無線網絡就需要更大的容量與帶寬。第二代通信系統已經無法滿足這一要求，使得3G成為電信業的熱點，伴隨著4G時代的來臨，如何才能夠利用現階段有限的資源，在最快速度要求、最低成本投入要求的前提下，讓無線光通信技術更好的幫助移動通信過度，就成為最值得關注的問題之一。作為一種接入技術，無線光通信技術憑借自身在成本、施工、帶寬等方面的諸多優勢與優點，逐漸成為運營商首選的方案之一。

5 結束語

隨著現代化信息技術的發展，無線光通信技術已經成為眾所周知的技術之一。作為一種寬帶技術，憑借靈活、短距離內所需要的投資較少，能夠獲取光纖傳送容量等熱點。在氣候條件良好的城市高層建筑之間、軍事、校園內都得到了廣泛的應用?？紤]到現階段國內帶寬網絡的具體情況，很多機構與企業還不具備光纖線路，但是又需要較高的速率，所以，無線光通信技術就成為一種良好的解決措施。所以，只要合理的使用無線光通信技術，就能夠做好與其余技術的相互協作，才能夠真正實現隨時隨地的寬帶接入。

參考文獻

[1]曹佳佳，聶平，劉偉，邰貴華.無線光通信系統的發展及其應用[J].才智，2010（01）：56-57.

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關鍵詞：可見光通信；LED；STC89C52RC

1 引言

可見光通信作為一種新興的無線通信技術具有較大的研究和應用價值，LED可見光通信利用高速閃爍的光信號實現信息的調制和傳輸，通過光敏檢測技術實現信號的光電轉換，最終完成信息的發送和接收。

當前移動互聯網產業蓬勃發展，人類進入了對信息量需求巨大的“大數據、云計算”時代，無線射頻通信是目前正在使用的重要無線通信技術。射頻無線通信廣泛用于生產、生活的各個領域，是目前最成熟的通信技術，已經在很大程度上改變了人們的生產和生活習慣。在未來的無線通信發展過程中，射頻通信仍將繼續起著重要作用。

與射頻通信相比，基于LED的可見光通信具有保密性強、對人體無害、無電磁干擾輻射等優點?？梢姽馔ㄐ偶夹g是基于環保節能的LED照明光源的無線光通信技術，隨著科技的飛速發展和社會的不斷進步，結合了LED照明和通信的無線光通信技術，必將憑借其自身的獨優勢得到深入廣泛的應用。

2 系統原理分析

在可見光通信系統中，在信號發生模塊利用STC89C52RC單片機驅動發射電路的LED燈陣高頻率閃爍發射不同信號對應的二進制代碼；在信號接收處理模塊利用STC89C52RC單片機處理光敏二極管檢測到的二進制閃爍信號，經過譯碼將對應的信息經串口發送給接收端，顯示為可視的原始信號，上述過程主要基于STC89C52RC單片機的點對點異步通信和點對PC的串行異步通信，整個系統的基本原理如圖1所示。

2.1 單片機串口異步通信工作原理

串口通信（Serial Communications）的概念非常簡單，串口按位（bit）發送和接收字節。盡管比按字節（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根線發送數據的同時用另一根線接收數據。它很簡單并且能夠實現遠距離通信。

本系統基于單片機雙機串行異步通信原理，將所發信號轉換為對應的二進制代碼，并以此驅動LED燈陣高頻閃爍，雙機之間不需要連接可視化介質作為通信媒介；避免了現有機間通信采用導線信道的缺點，而且可以實現一點發射，多點接收的效果，突破了以往實物信道通信過程的瓶頸，具有較高的通信效率和較低的損耗功率。

2.2 單片機與PC間串行異步通信工作原理

單片機與PC通信同樣基于串行異步通信原理，PC信號發射端借助串口調試軟件將信息輸入系統信息發送端，隨后信號經由PC傳向通過USB轉串口模塊相連的單片機，單片機讀取緩沖區的二進制代碼，并以此驅動LED燈陣高頻閃爍，接著持續完成單片機雙機間通信，信息接收端通信過程則與之相反。

2.3 單片機最小系統

最小系統概念：能都使單片機硬件電路正常工作的單元電路系統叫做最小系統；

最小系統構成：復位電路、時鐘電路、存儲器訪問路徑控制、ISP下載接口、電流源、顯示電路；

本系統中單片機最小系統工作原理：在最小系統的基礎上分別在信號發射板和接收板上增添各自的調制驅動電路，并向單片機內導入對應的程序，利用最小系統及電路的組合驅動單片機運行程序并由此實現相應的功能。

3 系統組成設計

系統組成分為兩個基本模塊：發射板和接收板，系統組成原理框圖，如圖2所示，整個系統構建設計如下。

3.1 發射端PC機

用于系統終端輸入和顯示發射端的發送信息。

3.2 發射板USB轉串口驅動模塊

PC機與單片機間通信的橋梁，連接PC機和MCU控制模塊，用于將發射端串口調試軟件的輸入信息傳送到MCU控制模塊。

3.3 發射板MCU控制模塊

MCU模塊為超強抗干擾、高速、低功耗的STC89C52RC單片機最小系統控制模塊，能利用PC機中送來的數據控制和驅動lED驅動電路。

3.4 LED驅動模塊

該模塊主要由MCU的LED驅動電路和LED陣列光源組成。相關研究顯示，環境光照度大于1501ux時，外界環境光對傳輸會形成干擾，當環境光照度小于此門限值時且光源足夠強時，環境光的干擾基本可以忽略哺，因此系統光源采用直徑5mm的3X8LED燈陣列，利用MCU模塊傳送的二進制信號值，采用光強度調制將電信號轉換為光信號，實現調制并發送出可見光數據。LED驅動電路中，考慮到運算放大器的工作頻率比較低，而單一晶體管可以完成百兆赫茲到吉赫茲級工作，所以系統中LED陣列驅動器件選擇單一晶體管。

3.5 無線光通信信道

如圖3所示是無線光通信系統的線性基帶傳輸模型。

如圖所示，F（t）是發射板輸入的發射光，R是接收板光敏檢測元件的響應效率，h（t）是基帶信道的脈沖響應，N（t）是光噪聲，Y（t）是輸出光電流，其表達式為：

Y（t）=RF（t） h（t）+N（t）：

Y（t）跟光敏檢測器表面接收到的瞬時光功率的積分成比例關系。系統信道中的室內燈光、陽光等均可視為光噪聲，可以采用光學濾光片和聚光鏡對光噪聲進行有效削弱。凸透鏡能對發射光進行聚焦增強，并且能擴大光敏檢測模塊的探測范圍。同時利用光學濾光片濾除雜散光，進一步可以提高信道傳輸質量，延長通信距離。

3.6 光電檢測轉換模塊

接收板采用光敏檢測模塊接收可見光數據，利用光電二極管將光信號轉換為電信號。光敏檢測模塊采用直接檢測技術，將接收到的光信號經光電二極管還原成電信號。核心器件光電二極管接收到的光強和其自身的有效接收面積成正比，在視距鏈路中，接收端可以采用減小接收板距離或者增加透鏡折射率的方法來增加光電二極管的有效接收面積。

3.7 接收板MCU控制模塊

該模塊的核心器件為STC89C52RC單片機最小系統，能對光電接收模塊產生的信號進行處理，并將其還原為原始數據信息。

3.8 接收板USB轉串口模塊

用于連接接收端MCU控制模塊到接收板PC機USB接口，將MCU控制模塊串口發出的數據送入PC機串口調試助手中進行顯示。

3.9 接收端PC機

用于系統終端顯示接收端的接收信息。

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基于無線激光通信的原理，設計并研制出了一套以激光內調制為工作模式的無線激光通信語音傳輸系統裝置，測量并分析了該系統的頻率極限、幅頻特性和動態特性，與其他無線激光通信實驗裝置相比，本裝置易于攜帶、調節，使用更直觀、方便。

【關鍵詞】無線光通信 語音傳輸 激光內調制 幅頻特性

無線激光通信是利用激光作為載波在空間直接進行語音、數據、圖像等信息的雙向傳送的一種通信技術，它不使用光纖等導波介質，直接利用激光在大氣或外太空中進行信號傳遞，是目前通信領域研究的熱點之一。本文基于光通信基本原理，設計出一套無線激光語音通信系統，以激光內調制為工作模式，進行音頻信號的傳輸。該系統體積小，易于攜帶、調節，使用更直觀、方便。

1 基本理論

無線激光通信系統由發射系統、接收系統以及自由空間傳輸三部分組成。發射系統的核心部分包括：放大器、激光器、 A/D轉換。接收系統的核心部分包括：光電探測器、低噪聲前置放大器、D/A轉換。探測器將接收到的微弱信號進行光電轉換，由光信號轉換為電信號進行輸出，再經低噪聲前置放大器進行放大、解碼，還原為原來信號進行輸出。

2 硬件設計

2.1 發射系統的硬件設計

發射端采用的電路板電壓為5V，半導體激光器波長為650nm，其余器件的參數如圖1所示。音頻信號通過電容器C4送到三極管Q1的基極，使三極管的基極電流隨著音頻信號的變化而變化。這樣使接在三極管集電極上的激光發射二極管中的電流受到音頻信號的調制，把待傳輸的信號放大至激光管的線性工作區，加載到半導體激光器兩端。

2.2 接收系統的硬件設計

接收發射端采用LM386芯片作為放大電路的核心部分，電路板電壓為5V，光敏電阻選擇硫化鎘光敏電阻MG45，其余器件的參數如圖2所示。其中電阻R7從輸出端連接到V2的發射極，形成反饋通路，并且與R5和R6構成反饋網絡。引腳7端接一個電解電容到地，起濾除噪的作用。

3 通信光路設計

由于實驗是在實驗室進行的，傳輸距離較短，故激光的發射角較小，只需在接收端的光電探測器前放置一個焦距為75mm，直徑為25.4mm的雙凸透鏡作為接收天線，將光會聚到探測器的光敏面上。

4 性能測試

用信號發生器給一個通道輸入正弦波，改變輸入正弦波信號頻率，同時在接收機的音箱處用示波器監測輸出信號的幅度，用MATLAB軟件作圖得到圖3所示的幅頻特性，可以看出在頻率f=2kHz時的幅度最大，大約為515mV。由于選取的半導體激光器和光探測器具有一定的響應時間和延時作用，因此此系統一定存在一個極限傳輸頻率。我們測得該系統在信號頻率大于20kHz時，出現了較為嚴重的失真現象。當輸入正弦波信號頻率f=1kHz時，改變輸入正弦波信號幅度，測量輸出信號幅度隨之變化情況如圖4所示，當輸入信號大于6V時，輸出信號基本保持不變，大約為700mV。

6 結論

自制了一套無線激光通信語音傳輸系統裝置，傳輸的音質良好，測量并分析了該系統的頻率極限、幅頻特性和動態特性，用MATLAB繪制出了系統的傳函曲線和動態特性曲線，截止頻率大約為20kHz，傳函曲線表明當信號頻率f=2kHz時的幅度最大，動態特性曲線表明當輸入信號大于6V時，輸出信號基本保持不變，大約為700mV。

參考文獻

[1]譚立英，馬晶.衛星光通信技術[M].北京：科學出版社， 2004.

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1.物聯網的發展及特征

所謂物聯網，是指將各種信息傳感設備，如射頻識別（rfid）裝置、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等種種裝置與互聯網結合起來而形成的一個巨大網絡。其目的是讓所有的物品都與網絡連接在一起，方便識別和管理。它其實就是將原本與網絡無關，但與我們的生活工作息息相關的萬事萬物都裝上傳感器，然后與現有的互聯網連接，讓人們可以更直接地去控制和管理這些事物，以方便我們的生活和促進生產乃至整個社會的發展。

物聯網概念本身也在不斷地演進，涵蓋的范疇也比以前更加豐富。隨著信息與通信技術的日益發達，物聯網應用前景相當廣闊，預計將廣泛應用于智能交通、能源、環境保護、政府工作、公共事業、金融服務、平安家居、工業制造、醫療衛生、智能家居、現代農林業等諸多領域。目前普遍認為，物聯網的體系構架可分為感知層、網絡層、應用層 3 個層面，并且在每個層面上都有很多種選擇。感知層包括二維碼標簽和識讀器、frid 標簽和讀寫器、傳感器、攝像頭、傳感器網絡、傳感器網關、視頻檢測識別、gps、m2m（machine to machine）終端等，主要完成識別物體和采集信息的功能。網絡層包括各類信息通信網絡，如短距無線通信網、蜂窩無線通信網、傳統互聯網、移動互聯網、有線通信網以及物聯網信息中心、物聯網管理中心等，主要完成將感知層獲取的信息進行傳遞和處理的功能。應用層是物本文由收集整理聯網與各類行業專業技術深度融合，實現各種智能化行業應用，實現廣泛智能化。

物聯網的核心能力主要包括可靠傳輸、全面感知以及智能處理這三點。其基本特征主要有智能化以及泛在化兩方面。所謂的智能化就是能夠將情景感知、各種信息的聚合以及無縫連接處理者幾方面內容進行有機結合，通過末端網絡準確收集管理對象的各種信息，并且及時的進行分析處理，最后將結果提供給需要的用戶。而泛在化則是指物聯網覆蓋應該逐步實現無處不在，這樣才能適應社會的發展需求。正是由于上述特點，物聯網的應用前景必然非常廣泛。

2.光通信技術在物聯網發展中的應用

光通信技術在物聯網發展中的應用可以分為三個部分，即網絡層、感知層以及應用層，具體內容為：

2.1光通信技術在物聯網網絡層的應用

光纖技術商用化已經有30多年了，經過這么多年的發展已經逐步成熟。近年來，隨著光纖放大器以及波分復用技術的快速發展，在很大程度上促進了光纖通信技術容量的擴大以及速度的提高。

在物聯網迅速發展過程中，需要完成各種信號的會聚、接入傳輸并形成全國性的物聯網，光纖通信將有很大的應用前景。不論是移動網還是傳統固定電話網，從長遠發展趨勢看，最終將走向泛在網。從物聯網應用的承載需求看，通信網或者說泛在網的技術發展完全能夠承載物聯網的需求。物聯網涉及海量的數據集合和泛在的網絡要求，即要求在空間上無所不在、時間上隨時隨地。傳感網所承載的業務狀態多數是近距離通信，而通信網特別是光纖通信網絡能承載更高的帶寬，適合長距離傳輸，非常適宜物聯網應用的拓展?，F有通信網絡核心層傳送技術正在向大容量、ip 化和智能化發展，從物聯網的角度來看，還應更加智能化，包括自動配置、障礙自動診斷和分析、路由自動調度適配，資源分配更智能化等等。網絡接入層傳送技術的發展趨勢是光接入網絡。目前各大運營商都已建設 fttx（光纖接入），它具有 qos（服務質量）保障和更豐富的接入能力，能夠滿足 m2m 多種高速媒體流傳送需求。與移動通信相比，光通信技術具有容量大、損耗小、速度快、帶寬高等優點，可是其接入卻不是很靈活。而移動通信雖然接入靈活，但是其帶寬卻是有限的。所以，只有將二者進行有效融合，才能推動物聯網的進一步發展。

2.2光通信技術在物聯網感知層的應用

光通信技術在物聯網中應用的另一個領域就是感知層，其關鍵就是光纖傳感技術。隨著科學發展水平的不斷進步，傳統的單點檢測技術已經發展成分布式網絡監測技術，而且逐步走向了產業化生產，其應用前景非常廣闊。

光纖傳感技術與傳統傳感技術相比，其優勢在于光纖本身的物理特性。光波在光纖中傳播時，在外界因素如溫度、壓力、位移、電磁場、轉動等的作用下，通過光的反射、折射和吸收效應，光學多普勒效應，聲光、電光、磁光、彈光效應和光聲效應等原理，使表征光波的特征參量，如振幅、相位、偏振態、波長等，直接或間接地發生變化，因而可以將光纖作為敏感元件來探測各種物理量，這就是光纖傳感器的基本原理。此外，光纖還有多種衍生傳感功能。利用該特性，通過對光纖光柵進行特殊處理，可制成探測各種化學物質的光纖光柵化學和生物化學傳感器。與普通光纖光柵相比，長周期光柵對光纖包層外材料的折射率變化更敏感，將光纖光柵涂上特殊的活性涂覆層，可測量低濃度的目標分子。此類光纖傳感器可用于航天器的氫氣漏泄檢測、煤礦中的瓦斯檢測等。而光纖本身又是光波的傳輸媒質，這種“傳“”感”合一的特征所帶來的優勢，在物聯網應用中將無可匹敵。不論是基于瑞利散射、布里淵散射和拉曼散射原理的分布式光纖傳感器，還是基于雙光束干涉的光纖傳感干涉儀，其光纖傳感臂上的每一點既是敏感點又是傳輸介質。而基于多光束干涉的準分布式光纖 fabry-perot 傳感器、近年來發展迅速的光纖光柵傳感器，兩者也均是光纖本身的一個集成部分。此類光纖傳感器與常規光纖可熔接，形成低插入損耗連接，具有在線（inline）特征和優勢，與光纖傳輸有天然的兼容性，可以替代傳統分立和薄膜型光無源器件，從而為全光通信系統和光纖傳感網絡提供了巨大的靈活性。

2.3光通信技術在物聯網應用層的應用

在今后的發展過程中可以將物聯網與各行各業進行深度融合，這樣就可以促進行業的智能化管理。如果把光纖傳感器嵌入或裝備到電網、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、大壩、供水系統、油氣管道等各種重大工程設施中，通過光纜連接后可以形成廣域光纖傳感網絡，再通過與無線物聯網的組合，與互聯網的組合，可以實現各種設備、機器、基礎設施等物理系統的整合。在此基礎上，通過物聯網信息中心管理中心功能強大的云計算平臺，對海量數據進行存儲、分析處理與決策，完成從信息到知識，再到控制指揮的智能演化，就可使人類更加精細、更加動態地管理生產、生活的方方面面，達到“智慧”狀態，進一步提高資源利用效率，提高人類生產力水平，促進人類與自然的和諧發展。

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[關鍵詞]無線光通信技術高速率數據傳輸系統構成

中圖分類號：TN929.11 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）21-0365-01

1 前言

隨著信息化社會的到來，通信技術也得到了日新月異的發展。在過去的幾年中，人們對傳輸速率的要求越來越高，使用高速率數據傳輸的用戶數量每年都在遞增，光纖通信因為能傳輸高速率的數據，成為廣域通信網的骨干網絡，如今在廣域通信網中80%以上的信息是通過光纖傳輸的。但是從光纖骨干網到用戶之間的"最后一英里"，如果鋪設光纜，不僅花費大而且耗時；許多無線通信技術可以解決"最后一英里"的問題，但是這些技術需要向無線電管理委員會申請頻率執照，不僅要使用戶支付大量的頻率占用費，而且申請也要花費數月的時間。

2 無線光通信系統的構成

無線光通信系統是以大氣作為傳輸媒質來進行光信號的傳送的。只要在收發兩個端機之間存在無遮擋的視距路徑和足夠的光發射功率，就可以進行通信。

一個無線光通信系統包括三個基本部分：發射機、信道和接收機。在點對點傳輸的情況下，每一端都設有光發射機和光接收機，可以實現全雙工的通信。系統所用的基本技術是光電轉換。光發射機的光源受到電信號的調制，通過作為天線的光學望遠鏡，將光信號通過大氣信道傳送到接收機望遠鏡；在接收機中，望遠鏡收集接收到光信號并將它聚焦在光電檢測器中，光電檢測器將光信號轉換成電信號。由于大氣空間對不同光波長信號的透過率有較大的差別，可以選用透過率較好的波段窗口。對基于FSO的系統來說，最常用的光學波長是近紅外光譜中的850nm；還有一些基于FSO的系統使用1500nm的波長，可以支持更大的系統功率。

3 無線光通信系統的特點和優勢

3.1 頻帶寬，速率高

從理論上講，FSO的傳輸帶寬與光纖通信的傳輸帶寬相同，只

是光纖通信中的光信號在光纖介質中傳輸，而FSO的光信號在空氣

介質中傳輸。FSO產品目前最高速率可達，最遠可傳送4km。

3.2 頻譜資源豐富

與微波技術相比，FSO設備多采用紅外光傳輸，有相當豐富的

頻譜資源，不需要申請頻率執照，也不需要交納頻率占用費，這是一般微波通信和無線通信無法比擬的。

3.3 適用任何通信協議

適用于任何環境，不依賴某種協議?，F在通信網絡常用的SDH、

ATM、以太網、快速以太網等都能通過，并可支持的傳輸速率，用于傳輸數據、聲音和影像等各種信息。

3.4 架設靈活便捷

FSO可以直接架設在屋頂，以及在江河湖海上進行通信，可以完成地對空、空對空等多種光纖通信無法完成的通信任務，而且無需埋設光纖，可以在幾小時內建立起通信鏈路，方便快捷，大大縮短了施工周期。

3.5 安全可靠

無線光通信的安全性是非常顯著的，由于光通信具有非常好的方向性和非常窄的波束，因此竊聽和人為干擾幾乎是不可能的。

3.6 經濟

光纖網絡的成本通常很高，鋪設過程耗時，而且投資不可撤回，而無線光通信技術可以在城域光網之外提供高帶寬連接，而成本只有在地下埋設光纜的五分之一。

4 無線光通信系統存在的問題

FSO是一種視距寬帶通信技術，發射機與接收機之間需要嚴格的視線傳播，當通信設備安裝在高樓的頂部時，在風力的作用下建筑物會發生擺動，這樣便會影響激光器的對準。由于大樓結構中某些部分的熱脹或輕微的地震等原因，有時也會導致發射機和接收機無法對準。

惡劣的天氣情況，會對傳播信號產生衰耗?？諝庵械纳⑸淞Ｗ樱瑫构饩€在空間、時間和角度上產生偏差。大氣中粒子還會吸收激光的能量，衰減信號的發射功率。

傳輸距離與信號質量的矛盾非常突出，傳輸距離越大，光束就會越寬，接收的光信號質量越差。

激光的安全問題必須考慮。發射功率必須限制在保證眼睛安全的功率范圍內。

5 無線光通信發揮的應用范圍

可以作為預防服務中斷的光纖通信和微波通信的備份；可以應用于移動通信基站間的互連，無線基站數據回傳；應用于近距離高速網的建設以及最后一英里接入；不宜布線或是布線成本高、施工難度大、經市政部門審批困難的地方；在軍事設施或其他要害部門需要嚴格保密的場合；用于企業內部網互連和數據傳輸。

6 國內外研究現狀

Canon主要產品有：CanobeamDT-50，速率從25Mbit/s到

622Mbit/s，可連接FastEthernnet、FDDI、ATM。特點是具有自動跟蹤系統，調整探測器件的位置以檢測激光束的光軸，所以不因建筑物的擺動而使傳輸中斷。同時，鏡頭自動跟蹤特性增加傳輸距離達2km。CanobeamIII：數據速率達到622Mbit/s，有不同的網絡接口，如ATM、FDDI、FastEthernet，并可選擇SNMP的TCP/IP。

桂林三十四所產品的主要性能參數有以下一些，傳輸速率：8Mbit/s，34Mbit/s，155Mbit/s；工作波長：850nm；通信距離：1～4km；光發射功率：小于40mW。

中科院成都光電技術研究所，開發的產品主要性能參數有傳輸速率：10Mbit/s；工作波長：850nm；通信距離：1～4km；發射功率：3～30mW。

深圳飛通有限公司開發出的樣機，其速率有155Mbit/s、622Mbit/s以及幾種，通信距離最遠可達4km。

7 FSO研究的發展趨勢

FSO目前存在的問題主要集中在下面幾個方面：針對大樓擺動的瞄準問題；大氣中粒子對光線的散射、吸收問題；提高傳輸速率問題。這些問題影響了傳輸的可靠性，所以對這些問題的研究成為FSO的發展方向。

7.1 發射、接收的瞄準的研究

在大風中或因地震引起大樓的擺動，發射機發送的光信號對不準接收機，產生的誤差大，甚至通信無法實現。目前的研究方向在于提高激光的瞄準，怎樣利用非機械裝置來實現精確的對準和快速瞄準；在接收機方面，散射光線也帶有信息，接收散射光線越多，接收的信號能量越大，但同時接收的噪聲也越大，所以盡量提高接收機接收信號總功率，又不能降低信噪比成為研究目標；

7.2 減小大氣對通信的影響

在不同的環境中不同波長的光線會有不同的傳播特性，這些不同的特性導致了在不同環境下，不同波長的光線會有不同的吸收窗口、不同的散射函數以及不同的折射率，需要尋求一種最優波長，在通信鏈路中找出波長與性能的最優組合。

7.3 傳輸速率的提高

FSO相對于其他接入設備最大的優勢之一就是帶寬?，F在FSO產品的速率從2Mbit/s開始，形成多個系列，比較典型的有10Mbit/s、100Mbit/s、155Mbit/s、622Mbit/s。有的公司采用波分復用技術，速率可以達到、10Gbit/s。

綜上所述，FSO的發展方向是解決大樓的抖動引起的對不準問題、大氣微粒的散射問題、大氣湍流影響通信問題，提高系統可靠性，在此基礎上提高傳輸速率，使FSO發揮最大優勢。

8 結束語

無線光通信已經成為現實，它是連接寬帶網的一種快捷方法。文中詳細地介紹了國內外目前對FSO的研究以及研究成果，分析了目前存在的問題，如果這些問題能得到解決，那么必能發揮FSO的最大潛能和優勢。隨著無線光通信技術的不斷完善，它一定可以得到廣泛的應用。

參考文獻

篇6

我國在經濟與科技方面的發展水平已經處于世界的前列了，其中光通信技術在我國的應用也是愈來愈廣泛了，而其中仍有很大部分人對光通信技術不了解，不明白其價值意義。將光通信技術了解，讓群眾了解是使光通信技術應用范圍擴大的必然之選。下面就將介紹解釋光通信技術的內涵意義。

1光通信技術內涵意義

光通信技術是一種以光波為傳輸煤質的通信方式。它屬于電磁波，因其光波頻率高于無線電波的頻率，而波長短。所以它的優點是傳輸頻帶寬、通信容量大以及抗電磁干擾能力強等。同時光通信中有大氣激光通信、藍綠光通信、光纖通信、紅外線通信以及紫外線通信等。下面就這幾種類別展開論述[1]。

1.1大氣激光通信

大氣激光通信是指通過大氣利用激光來進行信息的傳遞的一種通信方式，它主要是由發送和接受兩個部分，它是通過大氣把載波光信號進行信息傳輸。這種方式信息的傳輸量很大，因其可以傳送聲音、圖像以及數據等信息，保密性好，故運用的比較廣泛。它一般被運用于山谷，沙漠等地。

1.2藍綠光通信

藍綠光通信是藍綠色的光束，介于藍色與綠色之間。藍綠光通信一般應用于海水通信與深海通信中。因為海水對于藍綠光的可見光吸收少，穿透能力強，而且極有方向性。工作原理為將信息按照規律進行編碼，變成不連續的電脈沖信再來調制光載波。當信息接收以后，使用透鏡系統對信息濾色和聚焦，再還原成電信號，經過低噪音放大等手段，恢復成最初的信號，經過最后的解碼順序就可以得知信息的內容。

1.3光纖通信

光纖通信技術應該是光通信技術中運用最廣泛的，是光通信技術中的支柱之一。它是以光波作為信息載體，傳輸媒介為光纖。它是由光纖、光源和光檢測器組成，一般可以分為通信用光纖和傳感用光纖。它有著比較多的優點，例如抗干擾性高和信號衰減小和傳輸頻帶寬等。它傳輸量大，傳輸距離遠，損耗性低。因其材料來源比較豐富，這一點就是其比較有利于環境，有利于節約金屬，所以有著低輻射，比較難于竊聽，可以保護信息的安全性。

1.4紅外線通信

紅外線通信是利用紅外線來傳輸信號的一種方式。紅外線運輸主要會受到大氣中影響吸收和散射。紅外線信息輸送有一個局限性是它只能在一些特定的波長區才可以穿透。大氣中的水蒸氣、二氧化碳和高層中的臭氧分子的造成了對紅外線輻射的大部分區域是不透明的。紅外線是對二進制數字信號進行調制和解調的，可以方便利用紅外信道進行傳輸。紅外線通信是一般在沿海島嶼之間的通信、近距離遙控、飛機內廣播和室內通信等方面。

1.5紫外線通信

紫外線通信與紅外線通信有相類似的地方，它們都是利用大氣的吸收和散射來作為傳輸信息的基礎。由于大氣的強吸收作用，根據輻射功率的衰減來確認其傳輸的保密性的高低，一般會在輻射功率衰減至最小時，它的保密性最高；它可以全天候的工作，有著很強能力的系統抗干擾性，適應能力也可以很好地在復雜的地形環境中進行工作，這一點比其他的光通信技術都要強，可以用于非視距通信。

2光通信技術的發展前景[2-3]

2.1綠色通信

綠色通信可以說是光通信技術的一個永遠的主題。在高速發展的社會中，人們的信息消費也是超越了以前，因此對于光通信技術的需求也是越來越大了。在實現綠色通信的這條道路上，一些新的技術正在慢慢被采納中，例如新能源、高效率電源模塊等，這樣的技術的引進，使得光通信技術消耗的能量在減少，同時與環境相處的更加和諧。

2.2全光網絡

全光網絡是指信號在進出網絡的過程中的進行的光與電的轉化。因網絡在交換的過程中一直是以光的形式存在著，所以這大大提高了網絡資源的利用率。而目前全光網正是光通信技術發展的一個前期目標，做到數據只以光的形式進行編碼從而將數據可以以更快的速度傳輸。全光網絡在我國經濟與科技水平不斷進步的條件下，光通信技術系統的大范圍的應用將會給我們的生活帶來極大的好處，我們的國家將會有一個更好的面貌展現出來。

2.3光孤子通信

光孤子通信是一種全光非線性的方式，他是利用了光纖折射率的非線性效應使得光脈沖展寬相平衡，在一定條件下，它可以使傳輸速度與通信容量不受光纖色散的限制，因其有著大容量的運輸系統，所以被認為是最有發展前途的信息傳輸方式之一。

2.4大容量傳輸

大容量傳輸即要在一條光通信線路上可以傳輸更多的信息，它同時需要提高信息的傳輸速率?，F代使用波分復合技術是將兩種或者多種不同的光載波信號使用復合器使其匯合在一起。這樣有利于模擬信號與數字信號的融合，人可以在線路中間靈活的加入或者減少信道，它具有比較強的靈活性，在減少光纖的使用的同時，經濟上花費的減少，使得在后期工作中，光通信出現了故障，也可以在比較快的時間內將其復原。

3結束語

總的來說，在這篇文章中，可以看出我國光通信技術的主要類型為大氣激光通信、藍綠光通信、光纖通信、紅外線通信以及紫外線通信等這五個類型，與現實實際相結合，光通信技術在未來的發展前景有綠色通信、全光網絡、光孤子通信以及大容量傳輸這幾個方面。這個要求人們在光通信技術上投入比較多的精力，同時時時刻刻與現實生活相聯系起來。

參考文獻

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[3]岳曉鐘.闡述光纖通信技術的應用現狀及其發展趨勢[J].中國新通信，2016，（17）：3-4.

篇7

不久前，復旦大學計算機科學技術學院在實驗室，成功完成了一種利用室內可見光傳輸網絡信號的國際前沿通訊技術。通過這一技術，無需WiFi信號，點一盞LED燈就能上網。研究人員將網絡信號接入一盞1W的LED燈珠，燈光下的4臺電腦即可上網，最高速率可達3.25Gb/s，平均上網速率達到150Mb/s，堪稱世界最快的“燈光上網”。

“燈光上網”技術為何物

“燈光上網”，即以LED照明燈發出的光充當網絡信號的傳輸技術。LED光學網絡通過可見光來傳輸網絡信號，可以直接利用路燈、室內照明及公共照明等已有的能耗輸出工具來完成雙重任務。這種燈光上網的特點是低輻射、低能耗、低碳環保。人們親切地把這種可見光通信稱為“LiFi”。

對很多普通大眾來說，可能覺得這是一項新鮮技術，而對許多科技迷來說，這項技術并不陌生。從事通信專業研究的人員表示，這個技術早有人研究，只是在通信專業里面并沒有LiFi這個說法，技術人員為了幫助大家理解，才參照大眾熟知的WiFi“造”出了這樣一個新名詞，這個技術專業的說法稱為VLC，即可見光通信。此前由于一些暫時無法解決的技術弊端比如沒有投射和繞射功能，可見光通信技術研究進程一度陷入停滯。但隨著信號處理技術的提升，它的速率和可靠性在不斷增強，優點也越來越突出。到上世紀90年代末，可見光通信又被重新提出，國內通信界也從2006年開始對它進行研究，而它真正被大眾所熟知則是在2011年。

LiFi是怎樣“煉”成的

2011年，德國物理學家哈拉爾德?哈斯教授在英國愛丁堡大學TED全球公開課上，向科技迷們展現了一個神奇的發明：他身旁放了一個LED臺燈，臺燈下30厘米左右處有一個小小的設備，當他把燈打開，燈光照向這個設備時，他身后的大顯示屏上播放起花朵盛開的視頻。此時或許你并沒有意識到有多么神奇。而當哈斯教授將手擋在臺燈與接收器之間時，身后正在播放的視頻戛然停止；當他把手拿開時，視頻又開始播放起來。這個時候，在場的所有人都起立鼓掌。這就是可見光通信，哈斯教授用燈泡“點亮”了奇思妙想：依賴一盞小小的燈，將看不見的網絡信號，變成“看得見”的網絡信號。該項技術也被當年的《時代周刊》評為2011年全球50大發明之一。

如今，這種讓人難以想象的神奇網絡技術正從復旦大學的實驗室中一步步向我們走來。在復旦大學這套燈光上網的設備中，核心部件是兩個“黑匣子”和一臺筆記本電腦。兩個“黑匣子”上分別安裝了一個濾鏡和一組LED 燈芯。在電腦上輸入相關程序，然后點開網站的在線視頻，視頻很順暢地播放起來。而一旦用手遮擋住一組LED燈芯，畫面則會出現馬賽克，視頻被卡住了。把手拿開，視頻又繼續播放。這套設備還能實現能夠“一拖四”，只需點亮一盞小燈，4臺電腦即可同時上網、互傳網絡信號。

原來，可見光實現上網的關鍵：兩個“黑匣子”，它們一個是發射裝置，一個是接收裝置。發射裝置和接收裝置，都由電學和光學部分組成。發射裝置的電學元件有LED驅動電路、電信號處理；光學元件則有LED芯片，發射光學天線等。其作用之一就是給LED燈芯裝上編碼調制驅動電路，控制它每秒閃爍百萬次，使燈芯快速傳播二進制編碼。當然，僅靠LED燈自身的閃爍頻率還不夠。由于現有的LED燈芯片主要用于照明而非通信，如果用于燈光上網則速度非常慢。但是，經過科研人員不懈的努力和改進之后，復旦大學的研發團隊終于實現燈光上網離線最高單向傳輸速率達到3.7Gb/s，這個速率打破世界紀錄的3.4Gb/s，并且該團隊研發的實時傳輸速率已經達到150Mb/s，可以滿足基本的日常運作需求。

LiFi技術的新優勢

去年開始，上海市科委已在全市高校和科研院所布局這一國際前沿的無線通信技術，由復旦大學承擔的可見光通信關鍵技術研究與應用取得重要進展。承擔這一課題的研究人員遲楠教授指出，光和無線電波一樣，都屬于電磁波的一種，傳播網絡信號的基本原理是一致的。給普通的LED燈泡裝上微芯片，可以控制它每秒數百萬次閃爍，亮了表示1，滅了代表0。由于頻率太快，人眼根本覺察不到，光敏傳感器卻可以接收到這些變化。就這樣，二進制的數據被快速編碼成燈光信號并進行了有效的傳輸。燈光下的電腦，通過一套特制的接收裝置，讀懂燈光里的“摩斯密碼”。

遲楠教授介紹道：“VLC優勢我總結有三點，一是速度快，VLC頻譜是400T-800THz，無線通信在2-5GHz左右，VLC有高速潛力。二是不穿墻，所以安全。三是無輻射，對人體健康有優勢?！?/p>

“有燈光的地方，就有網絡信號。關掉燈，網絡全無。”與現有WiFi相比，未來的可見光通信安全又經濟。WiFi依賴看不見的無線電波傳輸，設備功率越來越大，局部電磁輻射勢必增強；無線信號穿墻而過，網絡信息不安全。這些安全隱患，在可見光通信中“一掃而光”。而且，光譜比無線電頻譜大10000倍，意味著更大的帶寬和更高的速度，網絡設置又幾乎不需要任何新的基礎設施。

而且無線傳輸技術稀有、昂貴且效率不高，比如手機，全球數百萬個基站幫助其增強信號，但大部分能量卻消耗在冷卻上，實用效率只有5%。相比之下，全世界使用的燈泡卻取之不盡，尤其在世界范圍內，白熾燈、熒光燈逐漸退出市場并被LED取代。只要在任何不起眼的LED燈泡中增加一個微芯片，便可讓燈泡變成無線網絡發射器。如此一來，未來任何有光的地方都可以成為潛在的LiFi數據傳輸源：在街頭，利用路燈就可以下載歌曲電影；在家里，打開臺燈就可以上網看視頻；在餐廳，坐在有燈光的地方就可以發微博上微信；即便是在水下，只要有燈光照射就可以上網。而且LiFi另一個巨大的好處是在任何對無線電敏感的場合都可以使用，比如飛機上、手術室里。

LiFi應用于生活還需時日

目前，改進智能手機上的LED，如攝像頭、屏幕、閃光燈等，是LiFi走向大眾消費市場的最快路徑。哈斯教授與波維創建了一家VLC公司，并研發出一款智能手機應用，該應用使一對iPhone實現了低速率的數據傳輸。在拉斯維加斯舉行的2012年消費電子展覽會（CES）上，卡西歐了兩部使用可見光進行數據傳輸的智能手機。三星、西門子等電子巨頭沒有錯過這場盛宴。三星在2010年就開始利用搭載LED背光的LCD平面顯示器試驗可見光通信，西門子在2010年通過白色LED可見光通信，實現了最高500Mb/s的通信速度。鑒于LiFi巨大的市場前景，卡西歐、三星甚至與NEC、松下電氣、夏普、東芝與NTT等企業一道成立了可見光通信聯盟……

當然，作為一種尚在實驗室的全新網絡技術和產品，LiFi技術的未來潛力也不應被過分高估。“因為，目前從燈光通信控制到芯片設計制造等一系列關鍵技術產品，都是研究人員‘動手做’，要真正像WiFi那樣走進千家萬戶，需要通過一系列的產業化發展，還有很長的路要走?！边t楠教授認為，Lifi技術本身也有其局限性。

對于可見光通信用的LED燈，目前的調制帶寬有限，只有約3-50MHz，主要用于照明，要是用于通訊，必須開發出更高調制帶寬的LED光源。由于LED通訊具有照明與通訊雙重功能，因此在光源的優化布局、廣角、干擾上也有很多問題需要解決。

篇8

【關鍵詞】 可見光通信 信道建模 硬件設計

近年來，隨著無線通信技術的高速發展，射頻頻譜資源越來越緊張，利用現有射頻頻譜資源進行高速無線通信的實現成本已經越來越高[1]?？梢姽馔ㄐ牛╒isible Light Communication， VLC）具有發射功率高、不占用無線電頻譜、無電磁干擾、無電磁輻射、保密性好和節約能源等優點，能夠同時實現照明和通信的雙重功能，只要燈光照到的地方，就可以長時間下載和上傳高清晰的圖像和視頻資料，沒有通信盲區，方便快捷[2-4]。本文研究了一種基于VLC的室內無線通信系統，建立了系統的信道模型，并給出了具體的硬件設計方案。

一、室內光無線通信信道建模

由LED和光敏二極管的組成結構可知，對通信系統來說，其主要表現為低通特性，而且基本不隨時間而改變。另外，在散熱較好的條件下，頻響變化極其緩慢，信道基本可認為是線性時不變信道。對于線性時不變信道，獲得其時域沖激響應，即可建立完整的信道模型。

一般情況下，定義復PN序列，使其滿足，這里a為PN序列的幅度。但實際情況中，一般定義PN序列為實值，即，滿足

（1）

其中，當jn時，。為了簡便，將式（1）中約等號替換為等號。文獻[5]表明，對于長PN序列，這種近似帶來的誤差可以忽略。將此PN序列輸入信道中，所得的輸出信號為

（2）

其中，為信道在時刻m（在離散系統中表示第m個采樣點）的第k個抽頭系數，表示均值為0，功率譜密度為的高斯噪聲。由于信道是時不變信道，所以可以將簡寫為。然后，將接受信號與發送的對應PN序列做相關操作，可得

（3）

其中，表示相關值。將式（2）代入式（3）可得

（4）

由此可得

（5）

其中，

（6）

表示測量誤差。這樣即可測量得到信道的所有抽頭系數。

二、室內光無線通信系統的硬件設計

室內光無線通信系統由發射機和接收機兩部分構成。發射機主要實現上層數據報的分解、重打包、數據的模擬化和對外發送等功能；接收機主要實現模擬信號的接收、數字化、解包和向上層傳遞接收到的數據報等功能。發射機和接收機的結構框圖如圖1所示。

2.1 發射機設計

在室內光無線通信系統中，發射機的模擬電路主要實現兩個性能指標：高功率輸出和較寬的基帶通頻帶。采用兩級功率放大器驅動LED發光電路，原理圖如圖2所示。其中，使用小功率三極管MRF587和中功率三極管BLW32設計實現負反饋結構甲類功率放大器。為了驅動LED發光，還需要為LED提供直流偏置電流。驅動LED發光的直流偏置電流一般為恒定直流，使用芯片LM3404設計實現了恒流源，為LED提供穩定的直流電流，使LED發光更加穩定，同時可以延長LED使用壽命。

2.2 接收機設計

接收機模電路如圖3所示，主要包括跨阻放大器和高增益放大器兩部分。

跨阻放大器的作用是將光電轉換二極管輸出的感光電流轉換為方便處理的電壓信號。為了不影響整個系統的頻率響應，跨阻放大器一般選用高增益帶寬積的放大器實現。本文選用美國TI公司的OPA657型FET輸入運算放大器實現前端跨阻放大器。

信號通過跨阻放大器轉換為電壓信號之后，即需要使用高增益放大器進一步放大接收信號。一般來說，單個運放無法直接將信號放大到理想的幅度。所以，使用兩級運放級聯的方法對輸入信號進行放大。為了使得信號獲得盡量高的增益，選用TI公司的低噪聲、極高增益帶寬積運算放大器OPA847作為高增益放大器。其增益帶寬積達到3.9GHz，輸入電壓噪聲只有。

三、系統驗證平臺設計

在視頻演示平臺中，使用150Mbps的速率、基帶采用3B4B和5B6B編碼、前端LED發射模塊采用兩級功率放大器驅動、模擬接收端采用PIN管做光電轉換、采用跨阻放大器和高增益放大器對信號進行處理，數字接收端采用PN序列進行幀同步的方法，實現了高清視頻流媒體的傳輸與播放系統。在流媒體播放系統中，均使用UDP作為傳輸層信息承載協議。在高清視頻傳輸的演示中，發射與接收之間的距離約為2米，高清視頻可以在光鏈路中清晰地同步傳輸與播放，驗證了室內光無線通信系統的可用性。

四、結束語

本文研究了一種基于可見光LED的室內無線通信系統，推導了系統信道的模型，對系統的硬件電路進行了設計，并利用FPGA對基帶信號進行了處理。實驗測試結果表明，該系統的傳輸速率可達150Mbps，在2m距離內可實現高清視頻的傳輸。

參 考 文 獻

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篇9

通信技術是以現代的光、電技術為硬件基礎，輔以相應軟件來達到信息交流的目的。上個世紀末，多媒體的廣泛推廣、互聯網的應用極大地推動了通信工程專業的發展，展望這個世紀初期，寬帶技術、光通信也已經嶄露頭角。通信工程專業所研究的內容涵蓋了當今最流行、發展最迅猛的領域。在美國發展速度最快的公司中，像Cisco（思科）、3Com等都是以通信技術作為其發展的主體的。

一、通信工程專業的發展史

通信工程以現代的聲、光、電技術為硬件基礎，輔以相應軟件來達到信息交流的目的。上個世紀末，多媒體的廣泛推廣、互聯網的應用極大地推動了通信工程專業的發展，展望這個世紀初期，寬帶技術、光通信也已經嶄露頭角。它跨電子、計算機專業，所修課程兼有兩者的特點，一些課程，如數據結構、操作系統、數據庫等屬于計算機類，另外，信號處理、高頻電路、電路原理等屬于電子類，還有本專業基礎的通信原理等課程，所學范圍比較寬?？v觀通信的發展可分為以下三個階段：第一階段是語言和文字通信階段。在這一階段，通信方式簡單、內容單一。第二階段是電通信階段。1837年，莫爾斯發明電報機，并設計莫爾斯電報碼。1876年，貝爾發明電話機。這樣，利用電磁波不僅可以傳輸文字，還可以傳輸語音。由此大大加快了通信的發展進程。1895年，馬可尼發明無線電設備。從而開創了無線電通信發展的道路。第三階段是電子信息通信階段。通信技術實際上就是通信系統和通信網的技術。通信系統是指點對點通信所需的全部設施。而通信網是由許多通信系統組成的多點之間能相互通信的全部設施。而現代的主要通信技術有數字通信技術、程控交換技術、信息傳輸技術、通信網絡技術、數據通信與數據網、ISDN與ATM技術、寬帶IP技術、接入網與接入技術。信息傳輸技術主要包括光纖通信、數字微波通信、衛星通信、移動通信以及圖像通信。

二、通信工程專業的研究內容

通信工程是應用性非常強的一門學科。如今它已被應用到人們通訊生活的各個領域，成為人們生活不可分割的一部分。如日常的手機、網絡、電子郵件、即時通訊等等，都是通信技術為人類提供方便的表現方面。在學習這門學科時也要從生活中領悟其中所蘊含的知識和技術。在這之前首先要把課本上相關的理論知識理解透徹，真正的弄明白各個名詞的含義、各種通信原理、通訊方式原理等，再理論聯系實際，將專業知識與實際相結合，更加透徹的理解其原理。現今科技日新月異，發展非常迅速，跨學科的技術應用也在與通信技術相輔相成，一些邊緣學科都可以應用到通信中來，所以在學習的時候也要有方向性的涉獵和學習一些相關領域的知識，幫助本學科的學習。而且平時也要多多了解現在這些領域的發展進程，以及相關科技的更新，查找和了解相關科技產品的工作機理和應用范圍。通信工程是一門不斷發展和變化的學科，我要時時保持不斷學習的渴望和激情，與時俱進、同時代一起發展，共同進步。

三、通信工程專業產業背景研究

我國信息產業雖然起步較晚，但發展平穩。近些年，信息產業規模持續擴大，信息結構升級和結構調整加快，產業創新體系逐步建立和完善，自主創新工作進一步增強，電信服務水平不斷提高，應用領域進一步拓寬。

如今，信息產業已成為我國國民經濟的第一支柱產業，成為我國經濟結構調整的帶動性產業。作為支柱產業的四個特點：增長、關聯、需求、國際化特性在信息產業中表現突出，信息產業增加值的增長率在工業中最大，信息產業盈利狀況位居各行業之首，出口快速增長，成為第一出口行業，對國民經濟增長貢獻最大。信息產業已是現代經濟的增長源，是產業升級的重要推動力，為經濟結構調整提供市場需求及必要的技術支持、新型的管理模式。

四、通信產業已成長為帶動國民經濟增長的先導產業和支柱產業

通信基礎設施已擁有光纖、數字微波、衛星、程控交換、移動通信、數據通信、互聯網等多種技術手段，長途傳輸、電話交換和移動通信都實現了數字化。

從通信運營來看通信產業的現狀和發展：我國采取一系列積極穩健的措施，加大現代通信網的基礎建設，為通信運營提供了保障。從1998年到2002年通信固定資產上，五年國家和企業共投資大約1.05　萬億，是1997年以前投資總值的2.8倍，通信固定資產總值達到1.35萬億。2003年，我國電信業的投資規模在2000億元左右，仍維持高速發展，表明我國電信市場仍然是比較樂觀的。

通信技術是發展最為迅猛的技術，通信行業也是更新很快的行業，是發展極不平衡、極不好預測的行業。隨著網絡應用加速向IP匯聚，網絡將逐漸向著對IP業務最佳的分組化網的方向演進和融合。下一代網絡將是電信網與因特網的融合和發展。融合將體現在“話音與數據”、“傳輸與交換”、“電路與分組”、“有線與無線”、“移動與WLAN”、“管理與控制”、“電信與計算機”、“集中與分布”、“電域與光域”等多個方面。我國實施電信網、計算機網和廣播電視網三網融合的戰略充分反映了這一點。

五、先進的通信技術是通信產業得以生存和發展的根本

（1）交換技術。隨著業務從話音向數據的轉移，從傳統的電路交換技術逐步轉向分組交換技術和軟交換技術，特別是無連接IP技術為基礎的整個電信新框架將是一個發展趨勢。

（2）傳送技術。WDM技術的出現和發展為電信網提供了巨大的容量和低廉的傳輸成本，有力地支撐了上層業務和應用的發展。

（3）接入技術。接入網已經成為全網帶寬的最后瓶頸，接入網的寬帶化和IP　化將成為本世紀初接入網發展的主要趨勢。

（4）無線技術。在寬帶業務需求不斷增長的情況下，無線傳輸作為個人通信的重要手段，其矛盾顯得十分突出。

結語

隨著通信技術的發展和通信業的普及，對通信人才的需求日益增加，我們要努力將自己塑造成適應現代化建設需要的通信人才。當前，我們應從以下幾方面著手努力：　首先要立足本校，搞好專業定位，明確學習目標；其次，該專業是一個實踐性很強的專業，要加強實驗學習和校內外實習，以提高自身實踐動手能力；第三，勇于探索，著力培養自己的創新意識和創新能力。只有這樣，才能成為 社會需要的合格通信人才。

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?？梢韵戎v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?？傊P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?；竟饫w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：

[1]高D.激光技術應用現狀與分析[J].物理通報，2007，（11）：50-52.

[2]龍泉.光通信發展的回顧與展望電信網技術[J].2008，（2）：30-32.

[3]曲鵬.光纖通信技術的應用及展望[J].硅谷，2014，7（24）：2-2.