導(dǎo)語：如何才能寫好一篇無線光通信技術(shù)原理，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

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關(guān)鍵詞 無線光通信；工作原理；應(yīng)用

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

作為一種寬帶接入技術(shù)，無線光通信恰好將光纖和無線通信兩種技術(shù)相互結(jié)合，成為現(xiàn)代光纖通信的強力補充。相信，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，無線光通信技術(shù)的推廣應(yīng)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(shù)光信號的傳送主要是依靠大氣進(jìn)行，只要收發(fā)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(jìn)行相應(yīng)的通信。對于無線光通信系統(tǒng)而言，主要包含了光學(xué)天線、光發(fā)射端機。接受端機以及光路。在點對點傳輸進(jìn)行過程中，每一段都設(shè)立了光發(fā)射機和接收機，能夠開展雙工的通信。由于電信號會對光發(fā)射機光源產(chǎn)生調(diào)制，所以通過發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)，經(jīng)過了大氣信道的傳送，就可以在接收機望遠(yuǎn)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(zhuǎn)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(nèi)部的透過率也存在區(qū)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(tǒng)功率，但是優(yōu)勢的顯示要超過1000 m才可以。

2 無線光通信技術(shù)的優(yōu)勢

2.1 頻譜資源非常豐富

相比微波技術(shù)，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(tǒng)結(jié)構(gòu)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(wèi)星上使用非常有利。

2.3 架設(shè)靈活簡便

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

2.4 經(jīng)濟效益高

無線光通信系統(tǒng)不需要勘察、設(shè)計、施工等工作，就能夠在光城域網(wǎng)之外提升寬帶的連接，相比光纖通信、衛(wèi)星站，所花費的費用更少。

所以，在航天器、衛(wèi)星、軍事等諸多領(lǐng)域中，無線光通信技術(shù)的應(yīng)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(nèi)的激光傳輸技術(shù)，無線光通信技術(shù)必定會存在問題：比如大氣媒介對其產(chǎn)生的影響、傳輸距離對其產(chǎn)生的影響、收發(fā)對準(zhǔn)對其產(chǎn)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?shù)臅r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(zhǔn)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(dá)到了50 dB-300 dB，并且工作距離也會受到嚴(yán)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(chǎn)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?shù)目煽啃允艿絺鬏斁嚯x的影響最大，傳輸距離越大，其光束就會越寬，所接受到的質(zhì)量也會越差。所以，增大激光器的發(fā)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?shù)目煽啃浴?/p>

3.3 收發(fā)端對準(zhǔn)問題

作為一種可視距寬帶通信技術(shù)，無線光通信技術(shù)主要是將設(shè)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(shè)備的穩(wěn)定性，從而影響到激光器，導(dǎo)致接收機工作無法正常進(jìn)行。

所以，不難看出，系統(tǒng)光鏈路兩端激光束的對準(zhǔn)和跟蹤才是解決無線光通信技術(shù)缺陷的關(guān)鍵所在。因此，采取多束法、動態(tài)跟蹤法就有利于收發(fā)端步伐對準(zhǔn)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(guān)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(shù)的發(fā)展，相關(guān)的問題都可以得到相應(yīng)的解決。

4 無線光通技術(shù)的應(yīng)用

由于無線光通信技術(shù)具備諸多優(yōu)點，因此，在企業(yè)網(wǎng)、城域網(wǎng)、通信網(wǎng)等領(lǐng)域都得到了廣泛的推廣；可以成為備份，預(yù)防光纖通信和微波通信的服務(wù)中斷；可以在移動通信基站之間進(jìn)行互連應(yīng)用，也可以用于無線基站的數(shù)據(jù)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(shè)施上要嚴(yán)格保密。其中，移動通信是當(dāng)今最活躍、發(fā)展最快的通信領(lǐng)域，同樣也是對社會發(fā)展和人們生活產(chǎn)生極大影響的技術(shù)領(lǐng)域。目前隨著移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的推廣，移動電話用戶迅猛增長，無線網(wǎng)絡(luò)就需要更大的容量與帶寬。第二代通信系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足這一要求，使得3G成為電信業(yè)的熱點，伴隨著4G時代的來臨，如何才能夠利用現(xiàn)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(shù)更好的幫助移動通信過度，就成為最值得關(guān)注的問題之一。作為一種接入技術(shù)，無線光通信技術(shù)憑借自身在成本、施工、帶寬等方面的諸多優(yōu)勢與優(yōu)點，逐漸成為運營商首選的方案之一。

5 結(jié)束語

隨著現(xiàn)代化信息技術(shù)的發(fā)展，無線光通信技術(shù)已經(jīng)成為眾所周知的技術(shù)之一。作為一種寬帶技術(shù)，憑借靈活、短距離內(nèi)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(nèi)都得到了廣泛的應(yīng)用。考慮到現(xiàn)階段國內(nèi)帶寬網(wǎng)絡(luò)的具體情況，很多機構(gòu)與企業(yè)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(shù)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(shù)，就能夠做好與其余技術(shù)的相互協(xié)作，才能夠真正實現(xiàn)隨時隨地的寬帶接入。

參考文獻(xiàn)

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

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關(guān)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(shù)具有較大的研究和應(yīng)用價值，LED可見光通信利用高速閃爍的光信號實現(xiàn)信息的調(diào)制和傳輸，通過光敏檢測技術(shù)實現(xiàn)信號的光電轉(zhuǎn)換，最終完成信息的發(fā)送和接收。

當(dāng)前移動互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，人類進(jìn)入了對信息量需求巨大的“大數(shù)據(jù)、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(shù)。射頻無線通信廣泛用于生產(chǎn)、生活的各個領(lǐng)域，是目前最成熟的通信技術(shù)，已經(jīng)在很大程度上改變了人們的生產(chǎn)和生活習(xí)慣。在未來的無線通信發(fā)展過程中，射頻通信仍將繼續(xù)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(yōu)點。可見光通信技術(shù)是基于環(huán)保節(jié)能的LED照明光源的無線光通信技術(shù)，隨著科技的飛速發(fā)展和社會的不斷進(jìn)步，結(jié)合了LED照明和通信的無線光通信技術(shù)，必將憑借其自身的獨優(yōu)勢得到深入廣泛的應(yīng)用。

2 系統(tǒng)原理分析

在可見光通信系統(tǒng)中，在信號發(fā)生模塊利用STC89C52RC單片機驅(qū)動發(fā)射電路的LED燈陣高頻率閃爍發(fā)射不同信號對應(yīng)的二進(jìn)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(jìn)制閃爍信號，經(jīng)過譯碼將對應(yīng)的信息經(jīng)串口發(fā)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(tǒng)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(fā)送和接收字節(jié)。盡管比按字節(jié)（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時用另一根線接收數(shù)據(jù)。它很簡單并且能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。

本系統(tǒng)基于單片機雙機串行異步通信原理，將所發(fā)信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的二進(jìn)制代碼，并以此驅(qū)動LED燈陣高頻閃爍，雙機之間不需要連接可視化介質(zhì)作為通信媒介；避免了現(xiàn)有機間通信采用導(dǎo)線信道的缺點，而且可以實現(xiàn)一點發(fā)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(fā)射端借助串口調(diào)試軟件將信息輸入系統(tǒng)信息發(fā)送端，隨后信號經(jīng)由PC傳向通過USB轉(zhuǎn)串口模塊相連的單片機，單片機讀取緩沖區(qū)的二進(jìn)制代碼，并以此驅(qū)動LED燈陣高頻閃爍，接著持續(xù)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(tǒng)

最小系統(tǒng)概念：能都使單片機硬件電路正常工作的單元電路系統(tǒng)叫做最小系統(tǒng)；

最小系統(tǒng)構(gòu)成：復(fù)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(tǒng)中單片機最小系統(tǒng)工作原理：在最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上分別在信號發(fā)射板和接收板上增添各自的調(diào)制驅(qū)動電路，并向單片機內(nèi)導(dǎo)入對應(yīng)的程序，利用最小系統(tǒng)及電路的組合驅(qū)動單片機運行程序并由此實現(xiàn)相應(yīng)的功能。

3 系統(tǒng)組成設(shè)計

系統(tǒng)組成分為兩個基本模塊：發(fā)射板和接收板，系統(tǒng)組成原理框圖，如圖2所示，整個系統(tǒng)構(gòu)建設(shè)計如下。

3.1 發(fā)射端PC機

用于系統(tǒng)終端輸入和顯示發(fā)射端的發(fā)送信息。

3.2 發(fā)射板USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)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(fā)射端串口調(diào)試軟件的輸入信息傳送到MCU控制模塊。

3.3 發(fā)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(tǒng)控制模塊，能利用PC機中送來的數(shù)據(jù)控制和驅(qū)動lED驅(qū)動電路。

3.4 LED驅(qū)動模塊

該模塊主要由MCU的LED驅(qū)動電路和LED陣列光源組成。相關(guān)研究顯示，環(huán)境光照度大于1501ux時，外界環(huán)境光對傳輸會形成干擾，當(dāng)環(huán)境光照度小于此門限值時且光源足夠強時，環(huán)境光的干擾基本可以忽略哺，因此系統(tǒng)光源采用直徑5mm的3X8LED燈陣列，利用MCU模塊傳送的二進(jìn)制信號值，采用光強度調(diào)制將電信號轉(zhuǎn)換為光信號，實現(xiàn)調(diào)制并發(fā)送出可見光數(shù)據(jù)。LED驅(qū)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(tǒng)中LED陣列驅(qū)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(tǒng)的線性基帶傳輸模型。

如圖所示，F(xiàn)（t）是發(fā)射板輸入的發(fā)射光，R是接收板光敏檢測元件的響應(yīng)效率，h（t）是基帶信道的脈沖響應(yīng)，N（t）是光噪聲，Y（t）是輸出光電流，其表達(dá)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(guān)系。系統(tǒng)信道中的室內(nèi)燈光、陽光等均可視為光噪聲，可以采用光學(xué)濾光片和聚光鏡對光噪聲進(jìn)行有效削弱。凸透鏡能對發(fā)射光進(jìn)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(xué)濾光片濾除雜散光，進(jìn)一步可以提高信道傳輸質(zhì)量，延長通信距離。

3.6 光電檢測轉(zhuǎn)換模塊

接收板采用光敏檢測模塊接收可見光數(shù)據(jù)，利用光電二極管將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。光敏檢測模塊采用直接檢測技術(shù)，將接收到的光信號經(jīng)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(tǒng)，能對光電接收模塊產(chǎn)生的信號進(jìn)行處理，并將其還原為原始數(shù)據(jù)信息。

3.8 接收板USB轉(zhuǎn)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(fā)出的數(shù)據(jù)送入PC機串口調(diào)試助手中進(jìn)行顯示。

3.9 接收端PC機

用于系統(tǒng)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(shè)計并研制出了一套以激光內(nèi)調(diào)制為工作模式的無線激光通信語音傳輸系統(tǒng)裝置，測量并分析了該系統(tǒng)的頻率極限、幅頻特性和動態(tài)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(diào)節(jié)，使用更直觀、方便。

【關(guān)鍵詞】無線光通信 語音傳輸 激光內(nèi)調(diào)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(jìn)行語音、數(shù)據(jù)、圖像等信息的雙向傳送的一種通信技術(shù)，它不使用光纖等導(dǎo)波介質(zhì)，直接利用激光在大氣或外太空中進(jìn)行信號傳遞，是目前通信領(lǐng)域研究的熱點之一。本文基于光通信基本原理，設(shè)計出一套無線激光語音通信系統(tǒng)，以激光內(nèi)調(diào)制為工作模式，進(jìn)行音頻信號的傳輸。該系統(tǒng)體積小，易于攜帶、調(diào)節(jié)，使用更直觀、方便。

1 基本理論

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

2 硬件設(shè)計

2.1 發(fā)射系統(tǒng)的硬件設(shè)計

發(fā)射端采用的電路板電壓為5V，半導(dǎo)體激光器波長為650nm，其余器件的參數(shù)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(fā)射二極管中的電流受到音頻信號的調(diào)制，把待傳輸?shù)男盘柗糯笾良す夤艿木€性工作區(qū)，加載到半導(dǎo)體激光器兩端。

2.2 接收系統(tǒng)的硬件設(shè)計

接收發(fā)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(shù)如圖2所示。其中電阻R7從輸出端連接到V2的發(fā)射極，形成反饋通路，并且與R5和R6構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)。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(shè)計

由于實驗是在實驗室進(jìn)行的，傳輸距離較短，故激光的發(fā)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(fā)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(jiān)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(dǎo)體激光器和光探測器具有一定的響應(yīng)時間和延時作用，因此此系統(tǒng)一定存在一個極限傳輸頻率。我們測得該系統(tǒng)在信號頻率大于20kHz時，出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的失真現(xiàn)象。當(dāng)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(dāng)輸入信號大于6V時，輸出信號基本保持不變，大約為700mV。

6 結(jié)論

自制了一套無線激光通信語音傳輸系統(tǒng)裝置，傳輸?shù)囊糍|(zhì)良好，測量并分析了該系統(tǒng)的頻率極限、幅頻特性和動態(tài)特性，用MATLAB繪制出了系統(tǒng)的傳函曲線和動態(tài)特性曲線，截止頻率大約為20kHz，傳函曲線表明當(dāng)信號頻率f=2kHz時的幅度最大，動態(tài)特性曲線表明當(dāng)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(xiàn)

[1]譚立英，馬晶.衛(wèi)星光通信技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社， 2004.

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1.物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展及特征

所謂物聯(lián)網(wǎng)，是指將各種信息傳感設(shè)備，如射頻識別（rfid）裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等種種裝置與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的一個巨大網(wǎng)絡(luò)。其目的是讓所有的物品都與網(wǎng)絡(luò)連接在一起，方便識別和管理。它其實就是將原本與網(wǎng)絡(luò)無關(guān)，但與我們的生活工作息息相關(guān)的萬事萬物都裝上傳感器，然后與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)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(jìn)生產(chǎn)乃至整個社會的發(fā)展。

物聯(lián)網(wǎng)概念本身也在不斷地演進(jìn)，涵蓋的范疇也比以前更加豐富。隨著信息與通信技術(shù)的日益發(fā)達(dá)，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用前景相當(dāng)廣闊，預(yù)計將廣泛應(yīng)用于智能交通、能源、環(huán)境保護(hù)、政府工作、公共事業(yè)、金融服務(wù)、平安家居、工業(yè)制造、醫(yī)療衛(wèi)生、智能家居、現(xiàn)代農(nóng)林業(yè)等諸多領(lǐng)域。目前普遍認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)的體系構(gòu)架可分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)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(biāo)簽和識讀器、frid 標(biāo)簽和讀寫器、傳感器、攝像頭、傳感器網(wǎng)絡(luò)、傳感器網(wǎng)關(guān)、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(wǎng)絡(luò)層包括各類信息通信網(wǎng)絡(luò)，如短距無線通信網(wǎng)、蜂窩無線通信網(wǎng)、傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、有線通信網(wǎng)以及物聯(lián)網(wǎng)信息中心、物聯(lián)網(wǎng)管理中心等，主要完成將感知層獲取的信息進(jìn)行傳遞和處理的功能。應(yīng)用層是物本文由收集整理聯(lián)網(wǎng)與各類行業(yè)專業(yè)技術(shù)深度融合，實現(xiàn)各種智能化行業(yè)應(yīng)用，實現(xiàn)廣泛智能化。

物聯(lián)網(wǎng)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?qū)⑶榫案兄?、各種信息的聚合以及無縫連接處理者幾方面內(nèi)容進(jìn)行有機結(jié)合，通過末端網(wǎng)絡(luò)準(zhǔn)確收集管理對象的各種信息，并且及時的進(jìn)行分析處理，最后將結(jié)果提供給需要的用戶。而泛在化則是指物聯(lián)網(wǎng)覆蓋應(yīng)該逐步實現(xiàn)無處不在，這樣才能適應(yīng)社會的發(fā)展需求。正是由于上述特點，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用前景必然非常廣泛。

2.光通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中的應(yīng)用

光通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中的應(yīng)用可以分為三個部分，即網(wǎng)絡(luò)層、感知層以及應(yīng)用層，具體內(nèi)容為：

2.1光通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的應(yīng)用

光纖技術(shù)商用化已經(jīng)有30多年了，經(jīng)過這么多年的發(fā)展已經(jīng)逐步成熟。近年來，隨著光纖放大器以及波分復(fù)用技術(shù)的快速發(fā)展，在很大程度上促進(jìn)了光纖通信技術(shù)容量的擴大以及速度的提高。

在物聯(lián)網(wǎng)迅速發(fā)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(lián)網(wǎng)，光纖通信將有很大的應(yīng)用前景。不論是移動網(wǎng)還是傳統(tǒng)固定電話網(wǎng)，從長遠(yuǎn)發(fā)展趨勢看，最終將走向泛在網(wǎng)。從物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的承載需求看，通信網(wǎng)或者說泛在網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展完全能夠承載物聯(lián)網(wǎng)的需求。物聯(lián)網(wǎng)涉及海量的數(shù)據(jù)集合和泛在的網(wǎng)絡(luò)要求，即要求在空間上無所不在、時間上隨時隨地。傳感網(wǎng)所承載的業(yè)務(wù)狀態(tài)多數(shù)是近距離通信，而通信網(wǎng)特別是光纖通信網(wǎng)絡(luò)能承載更高的帶寬，適合長距離傳輸，非常適宜物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的拓展?，F(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)核心層傳送技術(shù)正在向大容量、ip 化和智能化發(fā)展，從物聯(lián)網(wǎng)的角度來看，還應(yīng)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(diào)度適配，資源分配更智能化等等。網(wǎng)絡(luò)接入層傳送技術(shù)的發(fā)展趨勢是光接入網(wǎng)絡(luò)。目前各大運營商都已建設(shè) fttx（光纖接入），它具有 qos（服務(wù)質(zhì)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(shù)具有容量大、損耗小、速度快、帶寬高等優(yōu)點，可是其接入?yún)s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(jìn)行有效融合，才能推動物聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展。

2.2光通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)感知層的應(yīng)用

光通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用的另一個領(lǐng)域就是感知層，其關(guān)鍵就是光纖傳感技術(shù)。隨著科學(xué)發(fā)展水平的不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)的單點檢測技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成分布式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測技術(shù)，而且逐步走向了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，其應(yīng)用前景非常廣闊。

光纖傳感技術(shù)與傳統(tǒng)傳感技術(shù)相比，其優(yōu)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(zhuǎn)動等的作用下，通過光的反射、折射和吸收效應(yīng)，光學(xué)多普勒效應(yīng)，聲光、電光、磁光、彈光效應(yīng)和光聲效應(yīng)等原理，使表征光波的特征參量，如振幅、相位、偏振態(tài)、波長等，直接或間接地發(fā)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(jìn)行特殊處理，可制成探測各種化學(xué)物質(zhì)的光纖光柵化學(xué)和生物化學(xué)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(biāo)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(zhì)，這種“傳“”感”合一的特征所帶來的優(yōu)勢，在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)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(zhì)。而基于多光束干涉的準(zhǔn)分布式光纖 fabry-perot 傳感器、近年來發(fā)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(guī)光纖可熔接，形成低插入損耗連接，具有在線（inline）特征和優(yōu)勢，與光纖傳輸有天然的兼容性，可以替代傳統(tǒng)分立和薄膜型光無源器件，從而為全光通信系統(tǒng)和光纖傳感網(wǎng)絡(luò)提供了巨大的靈活性。

2.3光通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層的應(yīng)用

在今后的發(fā)展過程中可以將物聯(lián)網(wǎng)與各行各業(yè)進(jìn)行深度融合，這樣就可以促進(jìn)行業(yè)的智能化管理。如果把光纖傳感器嵌入或裝備到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、大壩、供水系統(tǒng)、油氣管道等各種重大工程設(shè)施中，通過光纜連接后可以形成廣域光纖傳感網(wǎng)絡(luò)，再通過與無線物聯(lián)網(wǎng)的組合，與互聯(lián)網(wǎng)的組合，可以實現(xiàn)各種設(shè)備、機器、基礎(chǔ)設(shè)施等物理系統(tǒng)的整合。在此基礎(chǔ)上，通過物聯(lián)網(wǎng)信息中心管理中心功能強大的云計算平臺，對海量數(shù)據(jù)進(jìn)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(xì)、更加動態(tài)地管理生產(chǎn)、生活的方方面面，達(dá)到“智慧”狀態(tài)，進(jìn)一步提高資源利用效率，提高人類生產(chǎn)力水平，促進(jìn)人類與自然的和諧發(fā)展。

篇5

[關(guān)鍵詞]無線光通信技術(shù)高速率數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)構(gòu)成

中圖分類號：TN929.11 文獻(xiàn)標(biāo)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(shù)也得到了日新月異的發(fā)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(shù)據(jù)傳輸?shù)挠脩魯?shù)量每年都在遞增，光纖通信因為能傳輸高速率的數(shù)據(jù)，成為廣域通信網(wǎng)的骨干網(wǎng)絡(luò)，如今在廣域通信網(wǎng)中80%以上的信息是通過光纖傳輸?shù)摹５菑墓饫w骨干網(wǎng)到用戶之間的"最后一英里"，如果鋪設(shè)光纜，不僅花費大而且耗時；許多無線通信技術(shù)可以解決"最后一英里"的問題，但是這些技術(shù)需要向無線電管理委員會申請頻率執(zhí)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(shù)月的時間。

2 無線光通信系統(tǒng)的構(gòu)成

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

一個無線光通信系統(tǒng)包括三個基本部分：發(fā)射機、信道和接收機。在點對點傳輸?shù)那闆r下，每一端都設(shè)有光發(fā)射機和光接收機，可以實現(xiàn)全雙工的通信。系統(tǒng)所用的基本技術(shù)是光電轉(zhuǎn)換。光發(fā)射機的光源受到電信號的調(diào)制，通過作為天線的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，將光信號通過大氣信道傳送到接收機望遠(yuǎn)鏡；在接收機中，望遠(yuǎn)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(zhuǎn)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(tǒng)來說，最常用的光學(xué)波長是近紅外光譜中的850nm；還有一些基于FSO的系統(tǒng)使用1500nm的波長，可以支持更大的系統(tǒng)功率。

3 無線光通信系統(tǒng)的特點和優(yōu)勢

3.1 頻帶寬，速率高

從理論上講，F(xiàn)SO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(zhì)中傳輸，而FSO的光信號在空氣

介質(zhì)中傳輸。FSO產(chǎn)品目前最高速率可達(dá)，最遠(yuǎn)可傳送4km。

3.2 頻譜資源豐富

與微波技術(shù)相比，F(xiàn)SO設(shè)備多采用紅外光傳輸，有相當(dāng)豐富的

頻譜資源，不需要申請頻率執(zhí)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(xié)議

適用于任何環(huán)境，不依賴某種協(xié)議?，F(xiàn)在通信網(wǎng)絡(luò)常用的SDH、

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

3.4 架設(shè)靈活便捷

FSO可以直接架設(shè)在屋頂，以及在江河湖海上進(jìn)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(wù)，而且無需埋設(shè)光纖，可以在幾小時內(nèi)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(jīng)濟

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

4 無線光通信系統(tǒng)存在的問題

FSO是一種視距寬帶通信技術(shù)，發(fā)射機與接收機之間需要嚴(yán)格的視線傳播，當(dāng)通信設(shè)備安裝在高樓的頂部時，在風(fēng)力的作用下建筑物會發(fā)生擺動，這樣便會影響激光器的對準(zhǔn)。由于大樓結(jié)構(gòu)中某些部分的熱脹或輕微的地震等原因，有時也會導(dǎo)致發(fā)射機和接收機無法對準(zhǔn)。

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

傳輸距離與信號質(zhì)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(zhì)量越差。

激光的安全問題必須考慮。發(fā)射功率必須限制在保證眼睛安全的功率范圍內(nèi)。

5 無線光通信發(fā)揮的應(yīng)用范圍

可以作為預(yù)防服務(wù)中斷的光纖通信和微波通信的備份；可以應(yīng)用于移動通信基站間的互連，無線基站數(shù)據(jù)回傳；應(yīng)用于近距離高速網(wǎng)的建設(shè)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(jīng)市政部門審批困難的地方；在軍事設(shè)施或其他要害部門需要嚴(yán)格保密的場合；用于企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)互連和數(shù)據(jù)傳輸。

6 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

Canon主要產(chǎn)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(tǒng)，調(diào)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(dá)2km。CanobeamIII：數(shù)據(jù)速率達(dá)到622Mbit/s，有不同的網(wǎng)絡(luò)接口，如ATM、FDDI、FastEthernet，并可選擇SNMP的TCP/IP。

桂林三十四所產(chǎn)品的主要性能參數(shù)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(fā)射功率：小于40mW。

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

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

7 FSO研究的發(fā)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(zhǔn)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?shù)目煽啃?，所以對這些問題的研究成為FSO的發(fā)展方向。

7.1 發(fā)射、接收的瞄準(zhǔn)的研究

在大風(fēng)中或因地震引起大樓的擺動，發(fā)射機發(fā)送的光信號對不準(zhǔn)接收機，產(chǎn)生的誤差大，甚至通信無法實現(xiàn)。目前的研究方向在于提高激光的瞄準(zhǔn)，怎樣利用非機械裝置來實現(xiàn)精確的對準(zhǔn)和快速瞄準(zhǔn)；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(biāo)；

7.2 減小大氣對通信的影響

在不同的環(huán)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(dǎo)致了在不同環(huán)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(shù)以及不同的折射率，需要尋求一種最優(yōu)波長，在通信鏈路中找出波長與性能的最優(yōu)組合。

7.3 傳輸速率的提高

FSO相對于其他接入設(shè)備最大的優(yōu)勢之一就是帶寬?，F(xiàn)在FSO產(chǎn)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(fù)用技術(shù)，速率可以達(dá)到、10Gbit/s。

綜上所述，F(xiàn)SO的發(fā)展方向是解決大樓的抖動引起的對不準(zhǔn)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(tǒng)可靠性，在此基礎(chǔ)上提高傳輸速率，使FSO發(fā)揮最大優(yōu)勢。

8 結(jié)束語

無線光通信已經(jīng)成為現(xiàn)實，它是連接寬帶網(wǎng)的一種快捷方法。文中詳細(xì)地介紹了國內(nèi)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(fā)揮FSO的最大潛能和優(yōu)勢。隨著無線光通信技術(shù)的不斷完善，它一定可以得到廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

篇6

我國在經(jīng)濟與科技方面的發(fā)展水平已經(jīng)處于世界的前列了，其中光通信技術(shù)在我國的應(yīng)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(shù)不了解，不明白其價值意義。將光通信技術(shù)了解，讓群眾了解是使光通信技術(shù)應(yīng)用范圍擴大的必然之選。下面就將介紹解釋光通信技術(shù)的內(nèi)涵意義。

1光通信技術(shù)內(nèi)涵意義

光通信技術(shù)是一種以光波為傳輸煤質(zhì)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(yōu)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(lán)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(jìn)行信息的傳遞的一種通信方式，它主要是由發(fā)送和接受兩個部分，它是通過大氣把載波光信號進(jìn)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(shù)據(jù)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(lán)綠光通信

藍(lán)綠光通信是藍(lán)綠色的光束，介于藍(lán)色與綠色之間。藍(lán)綠光通信一般應(yīng)用于海水通信與深海通信中。因為海水對于藍(lán)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(guī)律進(jìn)行編碼，變成不連續(xù)的電脈沖信再來調(diào)制光載波。當(dāng)信息接收以后，使用透鏡系統(tǒng)對信息濾色和聚焦，再還原成電信號，經(jīng)過低噪音放大等手段，恢復(fù)成最初的信號，經(jīng)過最后的解碼順序就可以得知信息的內(nèi)容。

1.3光纖通信

光纖通信技術(shù)應(yīng)該是光通信技術(shù)中運用最廣泛的，是光通信技術(shù)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(yōu)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(yuǎn)，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(huán)境，有利于節(jié)約金屬，所以有著低輻射，比較難于竊聽，可以保護(hù)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(qū)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(qū)域是不透明的。紅外線是對二進(jìn)制數(shù)字信號進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)的，可以方便利用紅外信道進(jìn)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(nèi)廣播和室內(nèi)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(chǔ)。由于大氣的強吸收作用，根據(jù)輻射功率的衰減來確認(rèn)其傳輸?shù)谋Ｃ苄缘母叩?，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(tǒng)抗干擾性，適應(yīng)能力也可以很好地在復(fù)雜的地形環(huán)境中進(jìn)行工作，這一點比其他的光通信技術(shù)都要強，可以用于非視距通信。

2光通信技術(shù)的發(fā)展前景[2-3]

2.1綠色通信

綠色通信可以說是光通信技術(shù)的一個永遠(yuǎn)的主題。在高速發(fā)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(shù)的需求也是越來越大了。在實現(xiàn)綠色通信的這條道路上，一些新的技術(shù)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(shù)的引進(jìn)，使得光通信技術(shù)消耗的能量在減少，同時與環(huán)境相處的更加和諧。

2.2全光網(wǎng)絡(luò)

全光網(wǎng)絡(luò)是指信號在進(jìn)出網(wǎng)絡(luò)的過程中的進(jìn)行的光與電的轉(zhuǎn)化。因網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)資源的利用率。而目前全光網(wǎng)正是光通信技術(shù)發(fā)展的一個前期目標(biāo)，做到數(shù)據(jù)只以光的形式進(jìn)行編碼從而將數(shù)據(jù)可以以更快的速度傳輸。全光網(wǎng)絡(luò)在我國經(jīng)濟與科技水平不斷進(jìn)步的條件下，光通信技術(shù)系統(tǒng)的大范圍的應(yīng)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(xiàn)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(yīng)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(tǒng)，所以被認(rèn)為是最有發(fā)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(xiàn)代使用波分復(fù)合技術(shù)是將兩種或者多種不同的光載波信號使用復(fù)合器使其匯合在一起。這樣有利于模擬信號與數(shù)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(jīng)濟上花費的減少，使得在后期工作中，光通信出現(xiàn)了故障，也可以在比較快的時間內(nèi)將其復(fù)原。

3結(jié)束語

總的來說，在這篇文章中，可以看出我國光通信技術(shù)的主要類型為大氣激光通信、藍(lán)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(xiàn)實實際相結(jié)合，光通信技術(shù)在未來的發(fā)展前景有綠色通信、全光網(wǎng)絡(luò)、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(shù)上投入比較多的精力，同時時時刻刻與現(xiàn)實生活相聯(lián)系起來。

參考文獻(xiàn)

[1]陳立.我國光通信技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].綿陽師范學(xué)院學(xué)報，2014，（8）：44-48.

[2]孔祥閣.光纖通信技術(shù)在我國的發(fā)展和應(yīng)用[J].科技傳播，2014，（16）：232-232，196.

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

篇7

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

“燈光上網(wǎng)”技術(shù)為何物

“燈光上網(wǎng)”，即以LED照明燈發(fā)出的光充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)信號的傳輸技術(shù)。LED光學(xué)網(wǎng)絡(luò)通過可見光來傳輸網(wǎng)絡(luò)信號，可以直接利用路燈、室內(nèi)照明及公共照明等已有的能耗輸出工具來完成雙重任務(wù)。這種燈光上網(wǎng)的特點是低輻射、低能耗、低碳環(huán)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(shù)，而對許多科技迷來說，這項技術(shù)并不陌生。從事通信專業(yè)研究的人員表示，這個技術(shù)早有人研究，只是在通信專業(yè)里面并沒有LiFi這個說法，技術(shù)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(shù)專業(yè)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(shù)弊端比如沒有投射和繞射功能，可見光通信技術(shù)研究進(jìn)程一度陷入停滯。但隨著信號處理技術(shù)的提升，它的速率和可靠性在不斷增強，優(yōu)點也越來越突出。到上世紀(jì)90年代末，可見光通信又被重新提出，國內(nèi)通信界也從2006年開始對它進(jìn)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(xué)家哈拉爾德?哈斯教授在英國愛丁堡大學(xué)TED全球公開課上，向科技迷們展現(xiàn)了一個神奇的發(fā)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(shè)備，當(dāng)他把燈打開，燈光照向這個設(shè)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(dāng)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(dāng)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(wǎng)絡(luò)信號，變成“看得見”的網(wǎng)絡(luò)信號。該項技術(shù)也被當(dāng)年的《時代周刊》評為2011年全球50大發(fā)明之一。

如今，這種讓人難以想象的神奇網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正從復(fù)旦大學(xué)的實驗室中一步步向我們走來。在復(fù)旦大學(xué)這套燈光上網(wǎng)的設(shè)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(guān)程序，然后點開網(wǎng)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(xiàn)馬賽克，視頻被卡住了。把手拿開，視頻又繼續(xù)播放。這套設(shè)備還能實現(xiàn)能夠“一拖四”，只需點亮一盞小燈，4臺電腦即可同時上網(wǎng)、互傳網(wǎng)絡(luò)信號。

原來，可見光實現(xiàn)上網(wǎng)的關(guān)鍵：兩個“黑匣子”，它們一個是發(fā)射裝置，一個是接收裝置。發(fā)射裝置和接收裝置，都由電學(xué)和光學(xué)部分組成。發(fā)射裝置的電學(xué)元件有LED驅(qū)動電路、電信號處理；光學(xué)元件則有LED芯片，發(fā)射光學(xué)天線等。其作用之一就是給LED燈芯裝上編碼調(diào)制驅(qū)動電路，控制它每秒閃爍百萬次，使燈芯快速傳播二進(jìn)制編碼。當(dāng)然，僅靠LED燈自身的閃爍頻率還不夠。由于現(xiàn)有的LED燈芯片主要用于照明而非通信，如果用于燈光上網(wǎng)則速度非常慢。但是，經(jīng)過科研人員不懈的努力和改進(jìn)之后，復(fù)旦大學(xué)的研發(fā)團隊終于實現(xiàn)燈光上網(wǎng)離線最高單向傳輸速率達(dá)到3.7Gb/s，這個速率打破世界紀(jì)錄的3.4Gb/s，并且該團隊研發(fā)的實時傳輸速率已經(jīng)達(dá)到150Mb/s，可以滿足基本的日常運作需求。

LiFi技術(shù)的新優(yōu)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(shù)，由復(fù)旦大學(xué)承擔(dān)的可見光通信關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用取得重要進(jìn)展。承擔(dān)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(wǎng)絡(luò)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(shù)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(jìn)制的數(shù)據(jù)被快速編碼成燈光信號并進(jìn)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(yōu)勢我總結(jié)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(yōu)勢?！?/p>

“有燈光的地方，就有網(wǎng)絡(luò)信號。關(guān)掉燈，網(wǎng)絡(luò)全無。”與現(xiàn)有WiFi相比，未來的可見光通信安全又經(jīng)濟。WiFi依賴看不見的無線電波傳輸，設(shè)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)設(shè)置又幾乎不需要任何新的基礎(chǔ)設(shè)施。

而且無線傳輸技術(shù)稀有、昂貴且效率不高，比如手機，全球數(shù)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(nèi)，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(wǎng)絡(luò)發(fā)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(shù)據(jù)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(wǎng)看視頻；在餐廳，坐在有燈光的地方就可以發(fā)微博上微信；即便是在水下，只要有燈光照射就可以上網(wǎng)。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(shù)室里。

LiFi應(yīng)用于生活還需時日

目前，改進(jìn)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(chuàng)建了一家VLC公司，并研發(fā)出一款智能手機應(yīng)用，該應(yīng)用使一對iPhone實現(xiàn)了低速率的數(shù)據(jù)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(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹悄苁謾C。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(xiàn)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(yè)一道成立了可見光通信聯(lián)盟……

當(dāng)然，作為一種尚在實驗室的全新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和產(chǎn)品，LiFi技術(shù)的未來潛力也不應(yīng)被過分高估?！耙驗?，目前從燈光通信控制到芯片設(shè)計制造等一系列關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品，都是研究人員‘動手做’，要真正像WiFi那樣走進(jìn)千家萬戶，需要通過一系列的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，還有很長的路要走?！边t楠教授認(rèn)為，Lifi技術(shù)本身也有其局限性。

對于可見光通信用的LED燈，目前的調(diào)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(fā)出更高調(diào)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(yōu)化布局、廣角、干擾上也有很多問題需要解決。

篇8

【關(guān)鍵詞】 可見光通信 信道建模 硬件設(shè)計

近年來，隨著無線通信技術(shù)的高速發(fā)展，射頻頻譜資源越來越緊張，利用現(xiàn)有射頻頻譜資源進(jìn)行高速無線通信的實現(xiàn)成本已經(jīng)越來越高[1]。可見光通信（Visible Light Communication， VLC）具有發(fā)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(jié)約能源等優(yōu)點，能夠同時實現(xiàn)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(qū)，方便快捷[2-4]。本文研究了一種基于VLC的室內(nèi)無線通信系統(tǒng)，建立了系統(tǒng)的信道模型，并給出了具體的硬件設(shè)計方案。

一、室內(nèi)光無線通信信道建模

由LED和光敏二極管的組成結(jié)構(gòu)可知，對通信系統(tǒng)來說，其主要表現(xiàn)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(rèn)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(yīng)，即可建立完整的信道模型。

一般情況下，定義復(fù)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(dāng)jn時，。為了簡便，將式（1）中約等號替換為等號。文獻(xiàn)[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(tǒng)中表示第m個采樣點）的第k個抽頭系數(shù)，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(fā)送的對應(yīng)PN序列做相關(guān)操作，可得

（3）

其中，表示相關(guān)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(shù)。

二、室內(nèi)光無線通信系統(tǒng)的硬件設(shè)計

室內(nèi)光無線通信系統(tǒng)由發(fā)射機和接收機兩部分構(gòu)成。發(fā)射機主要實現(xiàn)上層數(shù)據(jù)報的分解、重打包、數(shù)據(jù)的模擬化和對外發(fā)送等功能；接收機主要實現(xiàn)模擬信號的接收、數(shù)字化、解包和向上層傳遞接收到的數(shù)據(jù)報等功能。發(fā)射機和接收機的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2.1 發(fā)射機設(shè)計

在室內(nèi)光無線通信系統(tǒng)中，發(fā)射機的模擬電路主要實現(xiàn)兩個性能指標(biāo)：高功率輸出和較寬的基帶通頻帶。采用兩級功率放大器驅(qū)動LED發(fā)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(shè)計實現(xiàn)負(fù)反饋結(jié)構(gòu)甲類功率放大器。為了驅(qū)動LED發(fā)光，還需要為LED提供直流偏置電流。驅(qū)動LED發(fā)光的直流偏置電流一般為恒定直流，使用芯片LM3404設(shè)計實現(xiàn)了恒流源，為LED提供穩(wěn)定的直流電流，使LED發(fā)光更加穩(wěn)定，同時可以延長LED使用壽命。

2.2 接收機設(shè)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(zhuǎn)換二極管輸出的感光電流轉(zhuǎn)換為方便處理的電壓信號。為了不影響整個系統(tǒng)的頻率響應(yīng)，跨阻放大器一般選用高增益帶寬積的放大器實現(xiàn)。本文選用美國TI公司的OPA657型FET輸入運算放大器實現(xiàn)前端跨阻放大器。

信號通過跨阻放大器轉(zhuǎn)換為電壓信號之后，即需要使用高增益放大器進(jìn)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(lián)的方法對輸入信號進(jìn)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(dá)到3.9GHz，輸入電壓噪聲只有。

三、系統(tǒng)驗證平臺設(shè)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(fā)射模塊采用兩級功率放大器驅(qū)動、模擬接收端采用PIN管做光電轉(zhuǎn)換、采用跨阻放大器和高增益放大器對信號進(jìn)行處理，數(shù)字接收端采用PN序列進(jìn)行幀同步的方法，實現(xiàn)了高清視頻流媒體的傳輸與播放系統(tǒng)。在流媒體播放系統(tǒng)中，均使用UDP作為傳輸層信息承載協(xié)議。在高清視頻傳輸?shù)难菔局校l(fā)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(nèi)光無線通信系統(tǒng)的可用性。

四、結(jié)束語

本文研究了一種基于可見光LED的室內(nèi)無線通信系統(tǒng)，推導(dǎo)了系統(tǒng)信道的模型，對系統(tǒng)的硬件電路進(jìn)行了設(shè)計，并利用FPGA對基帶信號進(jìn)行了處理。實驗測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)的傳輸速率可達(dá)150Mbps，在2m距離內(nèi)可實現(xiàn)高清視頻的傳輸。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] Tanaka Y， Haruyama S， Nakagawa M. Wireless optical transmissions with white colored LED for wireless home links[C]. Personal， Indoor and Mobile Radio Communications， 11th IEEE International Symposium. 2000， 2：1325-1329.

[2] 駱宏圖，陳長纓，傅倩. 白光LED室內(nèi)可見光通信的關(guān)鍵技術(shù)[J].光通信技術(shù)，2011，35（2）：56-59.

[3] J.Rufo，C.Quintana， F.Delgado， J.Rabadan， R.Perez-Jimenez. Considerations on Modulations and Protocols Suitable for Visible Light Communications（VLC） Channels： Low and Medium Baud Rate Indoor Visible Light Communications Links[J]. IEEE on Consumer Communications and Neworking Conference（CCNC）， 2011：362-364.

篇9

通信技術(shù)是以現(xiàn)代的光、電技術(shù)為硬件基礎(chǔ)，輔以相應(yīng)軟件來達(dá)到信息交流的目的。上個世紀(jì)末，多媒體的廣泛推廣、互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用極大地推動了通信工程專業(yè)的發(fā)展，展望這個世紀(jì)初期，寬帶技術(shù)、光通信也已經(jīng)嶄露頭角。通信工程專業(yè)所研究的內(nèi)容涵蓋了當(dāng)今最流行、發(fā)展最迅猛的領(lǐng)域。在美國發(fā)展速度最快的公司中，像Cisco（思科）、3Com等都是以通信技術(shù)作為其發(fā)展的主體的。

一、通信工程專業(yè)的發(fā)展史

通信工程以現(xiàn)代的聲、光、電技術(shù)為硬件基礎(chǔ)，輔以相應(yīng)軟件來達(dá)到信息交流的目的。上個世紀(jì)末，多媒體的廣泛推廣、互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用極大地推動了通信工程專業(yè)的發(fā)展，展望這個世紀(jì)初期，寬帶技術(shù)、光通信也已經(jīng)嶄露頭角。它跨電子、計算機專業(yè)，所修課程兼有兩者的特點，一些課程，如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)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(yè)基礎(chǔ)的通信原理等課程，所學(xué)范圍比較寬?？v觀通信的發(fā)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(nèi)容單一。第二階段是電通信階段。1837年，莫爾斯發(fā)明電報機，并設(shè)計莫爾斯電報碼。1876年，貝爾發(fā)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(fā)展進(jìn)程。1895年，馬可尼發(fā)明無線電設(shè)備。從而開創(chuàng)了無線電通信發(fā)展的道路。第三階段是電子信息通信階段。通信技術(shù)實際上就是通信系統(tǒng)和通信網(wǎng)的技術(shù)。通信系統(tǒng)是指點對點通信所需的全部設(shè)施。而通信網(wǎng)是由許多通信系統(tǒng)組成的多點之間能相互通信的全部設(shè)施。而現(xiàn)代的主要通信技術(shù)有數(shù)字通信技術(shù)、程控交換技術(shù)、信息傳輸技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)網(wǎng)、ISDN與ATM技術(shù)、寬帶IP技術(shù)、接入網(wǎng)與接入技術(shù)。信息傳輸技術(shù)主要包括光纖通信、數(shù)字微波通信、衛(wèi)星通信、移動通信以及圖像通信。

二、通信工程專業(yè)的研究內(nèi)容

通信工程是應(yīng)用性非常強的一門學(xué)科。如今它已被應(yīng)用到人們通訊生活的各個領(lǐng)域，成為人們生活不可分割的一部分。如日常的手機、網(wǎng)絡(luò)、電子郵件、即時通訊等等，都是通信技術(shù)為人類提供方便的表現(xiàn)方面。在學(xué)習(xí)這門學(xué)科時也要從生活中領(lǐng)悟其中所蘊含的知識和技術(shù)。在這之前首先要把課本上相關(guān)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(lián)系實際，將專業(yè)知識與實際相結(jié)合，更加透徹的理解其原理?，F(xiàn)今科技日新月異，發(fā)展非常迅速，跨學(xué)科的技術(shù)應(yīng)用也在與通信技術(shù)相輔相成，一些邊緣學(xué)科都可以應(yīng)用到通信中來，所以在學(xué)習(xí)的時候也要有方向性的涉獵和學(xué)習(xí)一些相關(guān)領(lǐng)域的知識，幫助本學(xué)科的學(xué)習(xí)。而且平時也要多多了解現(xiàn)在這些領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)程，以及相關(guān)科技的更新，查找和了解相關(guān)科技產(chǎn)品的工作機理和應(yīng)用范圍。通信工程是一門不斷發(fā)展和變化的學(xué)科，我要時時保持不斷學(xué)習(xí)的渴望和激情，與時俱進(jìn)、同時代一起發(fā)展，共同進(jìn)步。

三、通信工程專業(yè)產(chǎn)業(yè)背景研究

我國信息產(chǎn)業(yè)雖然起步較晚，但發(fā)展平穩(wěn)。近些年，信息產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)擴大，信息結(jié)構(gòu)升級和結(jié)構(gòu)調(diào)整加快，產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新體系逐步建立和完善，自主創(chuàng)新工作進(jìn)一步增強，電信服務(wù)水平不斷提高，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步拓寬。

如今，信息產(chǎn)業(yè)已成為我國國民經(jīng)濟的第一支柱產(chǎn)業(yè)，成為我國經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整的帶動性產(chǎn)業(yè)。作為支柱產(chǎn)業(yè)的四個特點：增長、關(guān)聯(lián)、需求、國際化特性在信息產(chǎn)業(yè)中表現(xiàn)突出，信息產(chǎn)業(yè)增加值的增長率在工業(yè)中最大，信息產(chǎn)業(yè)盈利狀況位居各行業(yè)之首，出口快速增長，成為第一出口行業(yè)，對國民經(jīng)濟增長貢獻(xiàn)最大。信息產(chǎn)業(yè)已是現(xiàn)代經(jīng)濟的增長源，是產(chǎn)業(yè)升級的重要推動力，為經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整提供市場需求及必要的技術(shù)支持、新型的管理模式。

四、通信產(chǎn)業(yè)已成長為帶動國民經(jīng)濟增長的先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)

通信基礎(chǔ)設(shè)施已擁有光纖、數(shù)字微波、衛(wèi)星、程控交換、移動通信、數(shù)據(jù)通信、互聯(lián)網(wǎng)等多種技術(shù)手段，長途傳輸、電話交換和移動通信都實現(xiàn)了數(shù)字化。

從通信運營來看通信產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展：我國采取一系列積極穩(wěn)健的措施，加大現(xiàn)代通信網(wǎng)的基礎(chǔ)建設(shè)，為通信運營提供了保障。從1998年到2002年通信固定資產(chǎn)上，五年國家和企業(yè)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(chǎn)總值達(dá)到1.35萬億。2003年，我國電信業(yè)的投資規(guī)模在2000億元左右，仍維持高速發(fā)展，表明我國電信市場仍然是比較樂觀的。

通信技術(shù)是發(fā)展最為迅猛的技術(shù)，通信行業(yè)也是更新很快的行業(yè)，是發(fā)展極不平衡、極不好預(yù)測的行業(yè)。隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用加速向IP匯聚，網(wǎng)絡(luò)將逐漸向著對IP業(yè)務(wù)最佳的分組化網(wǎng)的方向演進(jìn)和融合。下一代網(wǎng)絡(luò)將是電信網(wǎng)與因特網(wǎng)的融合和發(fā)展。融合將體現(xiàn)在“話音與數(shù)據(jù)”、“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(wǎng)、計算機網(wǎng)和廣播電視網(wǎng)三網(wǎng)融合的戰(zhàn)略充分反映了這一點。

五、先進(jìn)的通信技術(shù)是通信產(chǎn)業(yè)得以生存和發(fā)展的根本

（1）交換技術(shù)。隨著業(yè)務(wù)從話音向數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移，從傳統(tǒng)的電路交換技術(shù)逐步轉(zhuǎn)向分組交換技術(shù)和軟交換技術(shù)，特別是無連接IP技術(shù)為基礎(chǔ)的整個電信新框架將是一個發(fā)展趨勢。

（2）傳送技術(shù)。WDM技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展為電信網(wǎng)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(yè)務(wù)和應(yīng)用的發(fā)展。

（3）接入技術(shù)。接入網(wǎng)已經(jīng)成為全網(wǎng)帶寬的最后瓶頸，接入網(wǎng)的寬帶化和IP　化將成為本世紀(jì)初接入網(wǎng)發(fā)展的主要趨勢。

（4）無線技術(shù)。在寬帶業(yè)務(wù)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(jié)語

隨著通信技術(shù)的發(fā)展和通信業(yè)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(yīng)現(xiàn)代化建設(shè)需要的通信人才。當(dāng)前，我們應(yīng)從以下幾方面著手努力：　首先要立足本校，搞好專業(yè)定位，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)；其次，該專業(yè)是一個實踐性很強的專業(yè)，要加強實驗學(xué)習(xí)和校內(nèi)外實習(xí)，以提高自身實踐動手能力；第三，勇于探索，著力培養(yǎng)自己的創(chuàng)新意識和創(chuàng)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(xiàn)

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[3]閆成印.國內(nèi)3G牌照正式發(fā)放，三大運營商競爭日酣.中國數(shù)字電視，2009，第1期

篇10

關(guān)鍵詞：光纖通信；理論教學(xué)；實驗教學(xué)

中圖分類號：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）08-0167-03

當(dāng)代信息高速公路的骨干網(wǎng)絡(luò)是由光纖通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的，若沒有光纖的發(fā)明及相關(guān)有源和無源光纖器件的發(fā)明和發(fā)展，當(dāng)今的高速信息網(wǎng)絡(luò)是無法想象的。但是當(dāng)今信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展得益于微電子學(xué)、光電子學(xué)、計算機技術(shù)及通信工程等多門學(xué)科的快速發(fā)展及它們之間的交叉融合。因此，要想成為一名信息技術(shù)領(lǐng)域的電子信息工程師、計算機工程師或通信工程師，除了需要掌握本專業(yè)的課程知識以外，也應(yīng)該熟悉現(xiàn)代信息技g的其他相關(guān)主要知識，比如光纖通信網(wǎng)絡(luò)及其相關(guān)器件等。本文從光纖通信技術(shù)的研究內(nèi)容、應(yīng)用及發(fā)展等方面說明其在電子信息工程專業(yè)教育中的重要性，并研討電子信息工程專業(yè)中的光纖通信課程的理論和實驗教學(xué)方法。

一、光纖通信技術(shù)簡介

1960年，美國人梅曼（Maiman）發(fā)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(xiàn)，并投入實際應(yīng)用。激光器的發(fā)明和應(yīng)用，使沉睡了80年的光通信進(jìn)入一個嶄新的階段。

1966年，英籍華裔學(xué)者高錕（C.K.Kao）和霍克哈姆（C.A.Hockham）發(fā)表了關(guān)于傳輸介質(zhì)新概念的論文，指出了利用光纖（Optical Fiber）進(jìn)行信息傳輸?shù)目赡苄院图夹g(shù)途徑，奠定了現(xiàn)代光通信――光纖通信的基礎(chǔ)[2]。在以后的10年中，波長為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(zhì)性的進(jìn)展。1977年，貝爾實驗室研制的半導(dǎo)體激光器壽命達(dá)到10萬小時（約11.4年），外推壽命達(dá)到100萬小時，完全滿足實用化的要求。由于光纖和半導(dǎo)體激光器的技術(shù)進(jìn)步，使1970年成為光纖通信發(fā)展的一個重要里程碑之年。在今后的幾十年中，光纖通信網(wǎng)絡(luò)的逐步商用化帶動了相關(guān)信息產(chǎn)業(yè)鏈的蓬勃發(fā)展[3]。

由于在光纖通信系統(tǒng)中，作為載波的光波頻率比電波頻率高得多，而作為傳輸介質(zhì)的光纖又比同軸電纜或波導(dǎo)管的損耗低得多[4]，因此相對于電纜通信或微波通信，光纖通信具有許多獨特的優(yōu)點。綜上所述，可見光纖通信技術(shù)在現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)中的重要地位，因此，光纖通信技術(shù)這門課程不僅是光學(xué)工程專業(yè)的基礎(chǔ)必修課程[5]，也應(yīng)該作為電子信息工程專業(yè)的專業(yè)選修課程來開設(shè)。

二、光纖通信課程教學(xué)研究

（一）光纖通信課程的理論教學(xué)

電子信息工程專業(yè)的光纖通信課程的理論知識可以分為四個相互關(guān)聯(lián)的層次和內(nèi)容，它們分別是：第一部分，光纖技術(shù)的基礎(chǔ)；第二部分，光纖通信器件技術(shù)基礎(chǔ)；第三部分，光纖通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)；第四部分，光纖與光纖通信系統(tǒng)測量。這四個部分的關(guān)系層層遞進(jìn)，逐漸深入。理論學(xué)時總共32學(xué)時。

第一部分，光纖技術(shù)的基礎(chǔ)。可以先講解光纖通信技術(shù)的一些概念性和歷史性的知識，比如：電信技術(shù)的發(fā)展，光通信的必要性及技術(shù)基礎(chǔ)，光纖通信技術(shù)的歷史、現(xiàn)狀與未來。此處，可詳細(xì)介紹人類對光通信探索的歷史及現(xiàn)代光纖通信技術(shù)從學(xué)術(shù)研究到商業(yè)應(yīng)用的發(fā)展里程，并附帶介紹微波通信的發(fā)展里程，然后通過比較使用光波進(jìn)行通信和使用微波進(jìn)行通信的優(yōu)缺點及使用光纖材料和使用同軸電纜進(jìn)行通信的優(yōu)缺點，讓學(xué)生了解光纖通信的巨大優(yōu)勢。然后可以簡單介紹光纖傳輸?shù)幕A(chǔ)理論――電磁場與電磁波理論中的一些基本概念和現(xiàn)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(jié)構(gòu)和類型、光纖的傳輸特性、光纖制造技術(shù)與光纜等知識。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?，筆者認(rèn)為，第一部分內(nèi)容的講解方法和手段是非常重要的，不宜講得深奧，而應(yīng)該結(jié)合動畫或者視頻講解光纖的傳光原理，使學(xué)生易于接受，才能提高學(xué)生對這門課程的興趣，從而繼續(xù)學(xué)習(xí)往后部分的相對枯燥的知識。該部分學(xué)時安排為6H。

第二部分，光纖通信器件技術(shù)基礎(chǔ)。這部分講述光纖通信系統(tǒng)中的有源和無源光通信器件，這些器件是構(gòu)成一個完成的光纖通信系統(tǒng)必不可少的部件，學(xué)好這部分內(nèi)容有利于理解后面學(xué)習(xí)的光纖通信網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)容。這部分內(nèi)容包括：基本光纖器件、光學(xué)濾波器、光纖放大器和半導(dǎo)體光電子器件?；竟饫w器件包括分波/合波器、光纖活動連接器、光隔離器、環(huán)形器和衰減器等；光學(xué)濾波器的內(nèi)容包括Fabry-Perot濾波器、介質(zhì)膜濾波器、HiBi光纖Sagnac濾波器、Mach-Zender型濾波器、光纖光柵等；光纖放大器的內(nèi)容包括：摻餌光纖放大器（EDFA）、光纖Raman放大器等。半導(dǎo)體光電子器件的內(nèi)容包括：普通的半導(dǎo)體激光器（LD）和發(fā)光二極管（LED）、FP型雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)激光器、動態(tài)單縱模激光器、半導(dǎo)體光放大器（OSA）、PN結(jié)光電二極管、PIN光電二極管、APD雪崩光電二極管等。對于每一個光纖器件，講解內(nèi)容包括這些光纖器件的結(jié)構(gòu)、工作原理、具體參數(shù)、應(yīng)用場合等，應(yīng)結(jié)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(xué)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(xué)時安排為10H。

第三部分，光纖通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)。這部分是本門課程的核心和精華部分，包括光纖傳輸系統(tǒng)、光纖通信網(wǎng)、全光網(wǎng)技術(shù)及其發(fā)展三大部分。其中，光纖傳輸系統(tǒng)的內(nèi)容包含：光纖傳輸系統(tǒng)的基本組成、光發(fā)送機組件、光接收機組件、光放大噪聲及其級聯(lián)、色散調(diào)節(jié)技術(shù)、光纖傳輸系統(tǒng)設(shè)計、光纖傳輸系統(tǒng)性能評估。光通信網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)容包含：通信網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和分類、準(zhǔn)同步數(shù)字系統(tǒng)（PDH）、同步數(shù)字系統(tǒng)（SDH）、異步傳輸模式（ATM）、互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議、光纖通信網(wǎng)的管理/保護(hù)/恢復(fù)。全光網(wǎng)技術(shù)及其發(fā)展的內(nèi)容包含：通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程、全光網(wǎng)絡(luò)中的傳輸技術(shù)（WDM、OTDM、OCDMA和分組交換技術(shù)）、無源光網(wǎng)絡(luò)（G-PON、E-PON、WDM-PON）、光傳送網(wǎng)（G.709OTN）、自動交換光網(wǎng)絡(luò)、全光網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理、全光網(wǎng)的安全問題。對于每一種光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，講解內(nèi)容包括這些光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、功能、應(yīng)用場合等，應(yīng)盡量使用PPT的圖片、動畫進(jìn)行講解，PPT上要盡量避免文字上描述。該部分學(xué)時安排為12H。

第四部分，光纖與光纖通信系統(tǒng)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(shè)備和儀器，在本門課程的實驗教學(xué)中都要使用到這些設(shè)備，是培養(yǎng)光纖通信工程師的基礎(chǔ)技能知識部分。該部分的內(nèi)容包括：光功率計的使用、光纖幾何參數(shù)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(tài)范圍的測量、光纖通信系統(tǒng)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(tǒng)的在線監(jiān)測技術(shù)。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(shè)備的功能和使用方法。該部分學(xué)時安排為4H。

（二）光纖通信課程的實驗教學(xué)

對于電子信息工程本科專業(yè)而言，畢竟培養(yǎng)的學(xué)生不屬于光學(xué)工程或光電子技術(shù)領(lǐng)域的人才，而且電子信息工程專業(yè)本身都有很多屬于自己專業(yè)的實驗課程及課程設(shè)計，因此，筆者認(rèn)為光纖通信技術(shù)課程的實驗教學(xué)應(yīng)根據(jù)該專業(yè)學(xué)生的理論基礎(chǔ)和將來他們最可能需要的工程能力而設(shè)置。因而，筆者建議光纖通信課程的總學(xué)時設(shè)置為48學(xué)時，理論教學(xué)學(xué)時為32學(xué)時，7個實驗的教學(xué)學(xué)時為16學(xué)r。

根據(jù)筆者10年來給電子信息工程專業(yè)本科學(xué)生講授這門課的經(jīng)驗，認(rèn)為具體的實驗課程設(shè)置如下。

1.插入法測光纖的平均損耗系數(shù)。采用插入法測量待測光纖在1310nm和1550nm處的平均損耗系數(shù)。掌握插入法測量光纖損耗系數(shù)的原理，熟悉光纖多用表的使用方法。學(xué)時設(shè)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(xué)習(xí)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(xué)時設(shè)置為2個課時。

3.光波分復(fù)用（WDM）系統(tǒng)實驗及其誤碼率測量構(gòu)建1310nm/1550nm光纖波分復(fù)用系統(tǒng)并測試其誤碼率，了解光波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)的工作原理和系統(tǒng)組成熟悉誤碼、誤碼率的概念及其測量方法。學(xué)時設(shè)置為2個課時。

4.數(shù)字光纖通信系統(tǒng)信號眼圖測試。構(gòu)建數(shù)字光纖通信系統(tǒng)并且用數(shù)字示波器觀測系統(tǒng)的信號眼圖，并從眼圖中確定數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的性能。了解眼圖產(chǎn)生的基礎(chǔ)，根據(jù)眼圖測量數(shù)字通信系統(tǒng)性能的原理；學(xué)習(xí)通過數(shù)字示波器調(diào)試、觀測眼圖；掌握判別眼圖質(zhì)量的指標(biāo)；熟練使用數(shù)字示波器和誤碼儀。學(xué)時設(shè)置為3個課時。

5.光纖切割與焊接技術(shù)演示實驗。利用全自動熔接機向?qū)W生演示光纖熔接的全過程，了解光纖的結(jié)構(gòu)和光纖電弧放電焊接原理；了解全自動焊接光纖的過程和使用方法。學(xué)時設(shè)置為2個課時。

6.光纖光柵光譜特性測試系統(tǒng)的設(shè)計實驗。測量光環(huán)行器的插入損耗、隔離度、方向性、回波損耗參數(shù)；利用PC光譜儀、光環(huán)行器和光纖光柵設(shè)計光纖光柵光譜特性的測試系統(tǒng)；了解光環(huán)行器的工作原理和主要功能；了解光環(huán)行器性能參數(shù)的測試原理；了解光纖光柵的光譜特性；學(xué)習(xí)PC光譜儀的使用方法。學(xué)時設(shè)置為3個課時。

7.光帶通濾波器的設(shè)計。測量光耦合器的插入損耗、分光比和附加損耗等參數(shù)；利用光耦合器或者光環(huán)行器和光纖光柵設(shè)計光帶通濾波器。了解2X2光耦合器的工作原理，了解光耦合器各項參數(shù)的測試方法。學(xué)時設(shè)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(xué)生對光纖通信系統(tǒng)的基本器件、基本測量系統(tǒng)等有一個比較感觀的認(rèn)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(shè)計及進(jìn)一步深造中奠定基礎(chǔ)。

三、結(jié)束語

光纖通信技術(shù)在國家的信息產(chǎn)業(yè)、國防工業(yè)中具有舉足輕重的地位，電子信息技術(shù)與光學(xué)信息技術(shù)的結(jié)合也越來越緊密。對于當(dāng)今的電子信息工程專業(yè)的學(xué)生而言，除了需要掌握本專業(yè)牢固的知識和技能以外，了解和掌握光纖通信技術(shù)的基礎(chǔ)知識和相關(guān)的技術(shù)發(fā)展趨勢也是必不可缺的。本文通過對電子信息工程專業(yè)特點和光纖通信課程內(nèi)容的分析，討論了該門課程與該專業(yè)的內(nèi)在聯(lián)系，分析其重要性，并根據(jù)筆者10年來在重慶理工大學(xué)電子信息工程專業(yè)講授該門課程的經(jīng)驗，提出了本門課程在電子信息工程專業(yè)中的理論及實驗的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)重點、教學(xué)方法及課程設(shè)置等方面的一些意見和建議。

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