时间：2022-11-17 06:59:42
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇光纤通信技术论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
光纤通信的诞生与发展是电信史上的一次重要革命。光纤从提出理论到技术实现和今天的高速光纤通信也不过几十年的时间。从国外的发展历程我们可以看出，20世纪60年代中期，所研制的最好的光纤损耗在400分贝以上，1966年英国标准电信研究所高锟及Hockham从理论上预言光纤损耗可降至20分贝/千米以下，日本于1969年研制出第一根通信用光纤损耗为100分贝/千米，1970年康宁公司(Corning)采用“粉末法”先后获得了损耗低于20分贝／千米和4分贝/千米的低损耗石英光纤，1974年贝尔实验室(Bell)采用改进的化学汽相沉积法制出性能优于康宁公司的光纤产品。到1979年，掺锗石英光纤在1.55千米处的损耗已经降到0.2分贝/千米，这一数值已经十分接近由Rayleigh散射所决定的石英光纤理论损耗极限。
目前国内光纤光缆的生产能力过剩，供大于求。特种光纤如FTTH用光纤仍需进口，但总量不大，国内生产光纤光缆价格与国际市场没有差别，成本无法再降，已经是零利润，在国际市场没有太强竞争力，出口量很小。二十年来的光技术的两个主要发展，WDM和PON，这两个已经相对比较成熟。多业务传输发展平台两个方面，一方面是更有效承载以太网业务、数据业务，另一方面是向业务方面发展。AS0N的现状是目前的系统只是在设备中，或是在网络中实现了一些功能，但是一些核心作用还没有达到。
二、光纤通信技术的趋势及展望
目前在光通信领域有几个发展热点即超高速传输系统、超大容量WDM系统、光传送联网技术、新一代的光纤、IPoverOptical以及光接入网技术。
（一）向超高速系统的发展
目前10Gbps系统已开始大批量装备网络，主要在北美，在欧洲、日本和澳大利亚也已开始大量应用。但是，10Gbps系统对于光缆极化模色散比较敏感，而已经铺设的光缆并不一定都能满足开通和使用10Gbps系统的要求，需要实际测试，验证合格后才能安装开通。它的比较现实的出路是转向光的复用方式。光复用方式有很多种，但目前只有波分复用(WDM)方式进入了大规模商用阶段，而其它方式尚处于试验研究阶段。
（二）向超大容量WDM系统的演进
采用电的时分复用系统的扩容潜力已尽，然而光纤的200nm可用带宽资源仅仅利用率低于1％，还有99％的资源尚待发掘。如果将多个发送波长适当错开的光源信号同时在一级光纤上传送，则可大大增加光纤的信息传输容量，这就是波分复用(WDM)的基本思路。基于WDM应用的巨大好处及近几年来技术上的重大突破和市场的驱动，波分复用系统发展十分迅速。目前全球实际铺设的WDM系统已超过3000个，而实用化系统的最大容量已达320Gbps(2×16×10Gbps)，美国朗讯公司已宣布将推出80个波长的WDM系统，其总容量可达200Gbps(80×2.5Gbps)或400Gbps(40×10Gbps)。实验室的最高水平则已达到2.6Tbps(13×20Gbps)。预计不久的将来，实用化系统的容量即可达到1Tbps的水平。
（三）实现光联网
上述实用化的波分复用系统技术尽管具有巨大的传输容量，但基本上是以点到点通信为基础的系统，其灵活性和可靠性还不够理想。如果在光路上也能实现类似SDH在电路上的分插功能和交叉连接功能的话，无疑将增加新一层的威力。根据这一基本思路，光光联网既可以实现超大容量光网络和网络扩展性、重构性、透明性，又允许网络的节点数和业务量的不断增长、互连任何系统和不同制式的信号。
由于光联网具有潜在的巨大优势，美欧日等发达国家投入了大量的人力、物力和财力进行预研，特别是美国国防部预研局(DARPA)资助了一系列光联网项目。光联网已经成为继SDH电联网以后的又一新的光通信发展。建设一个最大透明的、高度灵活的和超大容量的国家骨干光网络，不仅可以为未来的国家信息基础设施(NJJ)奠定一个坚实的物理基础，而且也对我国下一世纪的信息产业和国民经济的腾飞以及国家的安全有极其重要的战略意义。
（四）开发新代的光纤
传统的G.652单模光纤在适应上述超高速长距离传送网络的发展需要方面已暴露出力不从心的态势，开发新型光纤已成为开发下一代网络基础设施的重要组成部分。目前，为了适应干线网和城域网的不同发展需要，已出现了两种不同的新型光纤，即非零色散光(G.655光纤)和无水吸收峰光纤(全波光纤)。其中，全波光纤将是以后开发的重点，也是现在研究的热点。从长远来看，BPON技术无可争议地将是未来宽带接入技术的发展方向，但从当前技术发展、成本及应用需求的实际状况看，它距离实现广泛应用于电信接入网络这一最终目标还会有一个较长的发展过程。
（五）IPoverSDH与IpoverOptical
以lP业务为主的数据业务是当前世界信息业发展的主要推动力，因而能否有效地支持JP业务已成为新技术能否有长远技术寿命的标志。目前，ATM和SDH均能支持lP，分别称为IPoverATM和IPoverSDH两者各有千秋。但从长远看，当IP业务量逐渐增加，需要高于2．4吉位每秒的链路容量时，则有可能最终会省掉中间的SDH层，IP直接在光路上跑，形成十分简单统一的IP网结构(IPoverOptical)。三种IP传送技术都将在电信网发展的不同时期和网络的不同部分发挥自己应有的历史作用。但从面向未来的视角看。IPoverOptical将是最具长远生命力的技术。特别是随着IP业务逐渐成为网络的主导业务后，这种对JP业务最理想的传送技术将会成为未来网络特别是骨干网的主导传送技术。
（六）解决全网瓶颈的手段一光接入网
近几年，网络的核心部分发生了翻天覆地的变化，无论是交换，还是传输都己更新了好几代。不久，网络的这一部分将成为全数字化的、软件主宰和控制的、高度集成和智能化的网络，而另一方面，现存的接入网仍然是被双绞线铜线主宰的(90％以上)、原始落后的模拟系统。两者在技术上存在巨大的反差，制约全网的进一步发展。为了能从根本上彻底解决这一问题，必须大力发展光接入网技术。因为光接入网有以下几个优点：（1）减少维护管理费用和故障率；（2）配合本地网络结构的调整，减少节点，扩大覆盖；（3）充分利用光纤化所带来的一系列好处；（4）建设透明光网络，迎接多媒体时代。
参考文献：
[1]赵兴富，现代光纤通信技术的发展与趋势.电力系统通信[J].2005(11):27-28.
[2]韦乐平，光纤通信技术的发展与展望.电信技术[J].2006(11):13-17.
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。
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
关键词：铁路通信系统；光纤通信技术；DWDM技术；波分复用技术；光纤接入技术 文献标识码：A
中图分类号：U285 文章编号：1009-2374（2017）06-0034-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.06.017
光纤通信技术作为当今社会不可缺少的一种信息传输载体，其不但在市场占有重要位置，且运用比较广泛，例如：光纤通信技术被运用于高质量彩色电视传输、工业生产场地监控与调度。特别是在铁路通信系统当中，光纤通信技术运用得比较多。在铁路通信系统中应用光纤通信技术可以提高通信传输的效率以及扩大光纤通信技术的运用，可是光纤通信技术还有很多不足之处，需要得到改善。所以，下文就光纤通信技术在铁路通信系统的运用以及优化举措进行了简单的阐述。
1 关于光纤通信技术情况分析
由于光纤通信是在高频率光波当中作为载波的这一前提条件下完成的，且由于光波频率必须要达到1000赫兹才可以，而光纤在进行发送信息时一般是被当作介质一样的东西存在的。之前有文献提到了这样一个理论：就是将光纤当作媒体，这样就可以完成信息输送。并且这篇论文提到，如果将其运用到通信当中，不但可以降低光纤损害程度，还可以降低成本运输。所以某企业为了真正实现这一想法，通过大量的研究和探索，对其进行想象和思考，最终判定假如有一天将其成功研发出来，可以获取高额的回报。而且对于通信未来发展有着非常重要的作用。随之而来的世界上就出现了损害低的光纤，并且这根光纤衰退系数是20～23db/km，也正是因为如此，人们进入了光纤时代。使用光纤技术的时候，与以往的通信技术相比较，光纤技术优势更大，尤其是光纤技术的损耗小、容量大、传输快等优点，这是传统的通信技术不能相比的。由于光纤通信具备了这部分优点：不会遭到电磁感染、不会出现串音，所以很多人喜欢光纤通信，且为了更好地运用光纤通信，人们花费大量的资金和先进技术，发展光纤通信技术。从光纤技术发展至今，只有20多年的时间，光纤通信的容量就提高了一万多倍，且传输速度也提高了数百倍，到目前为止，人们可以在各个行业当中看到光纤的身影。
1.1 波分复用技术分析
因为通过单模光纤消耗非常小的区域，使用波分复用能够带来很大的宽带资源，按照不一样的波长以及频率，不一样的信道就可以经过光纤消耗非常小的窗口进行改进而成。且因为信号载波就是光波，所以波分复用器使用在发送端，能够将不相同的波长光载波进行有效融合，然后发送到一根光纤之中。通过接收端，将不一样的波长采用分波器负荷不相同的信号载波进行有效分割。不相同的波长的光载波信号一同进行复用传输。从当今社会发展来看，波分复用已经运用于铁路通信体系之中，按照不一样的波长输送通信信号，不仅不会遭到电磁信号以及气候的干扰，还可以提高信息传输速度。
1.2 光纤接入技术分析
光纤接入网作为信息高速公路中的最后一个环节，其要想完成高速信息输送，关键点在于用户的接入这一环节，必须拥有主干宽带输送网，且信息高速输送到各家各户采用的技术就是光纤接入网络技术。当光纤宽带进行接入时，通常其输送方式不会是单一的，而是各种类型的同的方式，且光纤到户和FTTCab就是经常使用的传递模式。其能够让光纤在不同的位置进行信息传递。由于进行光纤宽带接入方式采用了光纤到户这一方法，其可以提供全光接入，所以对于不相同的宽带特点能够充分满足使用者对于宽带的各种不同需求，用户体验到不同的宽带需求。
2 运用的光纤通信技术情况分析
2.1 准同步数字系列光纤通信
于1980年左右，铁路光纤通信体系逐步发展和进步，由北京站到北京局间建立了一个10千米以上的试验段，并且二次体系也随之开通，且路段之间建立了多模光纤，采用8芯单模光缆将其运用于重载双线电气化大秦铁路。而该局限通信系统由二芯配置34Mb/sPDH设施组建而成，所以中国的第一条长途干线电缆数字通信系统功能出现了，这样大大促进了同轴模拟传输光缆数据通信在铁路通信网的进步和发展。但由于其复用结构相当复杂、没有网络管理能力等，进而直接影响到光缆通信系统发展和进步，在这样的情况下，相关人员研制出了同步数字体系技术，其逐渐出现在人们的视线里。同步数字体系可以有效实现光纤通信系统的运用价值。其是把光纤信号进行一同收集，接着采用不一样的频率来发出。
2.2 对于DWDM技术运用分析
相关人员开始于铁路通信系统中运用DWDM，这种技术能够采员工非常多的波长作为载波，其具备了消耗非常低与单模光纤的宽带的特点，可以让各个载波通信通道在一根光纤里一同进行传输，这样可以大大降低光纤的总数目。在DWDM当中，其协议和输送的速度没有任何联系，并且DWDM网络可使用以太网协议等来进行数据输送，且数据流量通常可以控制在2.0Gb/s～100Mb/s之间。并且DWDM能够在激光通道间，经过不一样的速度输送不一样的数据流量。从目前而言，这样的技术已经开始大面积地运用到铁路通信系y中。由于此技术不会受到天气的干扰，可以将波长和光纤频率相融合，使用DWDM系统和设施，让信息体系可以得到综合性的兼容。
相关人员使用SDH设施，开展信号波的传输，在一开始的时候，其信号传输不太稳定，但由于时间的上涨，所以输送的速度也会一直上涨。在这样的情形下，能够采用16波道以及2.0Gb/s以上的速度作为基础。采用单根光纤单向传输方式，能够把相同的波长在不同的两个位置进行重复性的使用功能。这项技术和数字传输体制的世界标准是相符的，能够符合很多的光纤信号。并且这种技术还能够把PDH与SDH的特征进行兼容，使用灵活的组网方式，可以有效降低联网费用。DWDM技术在多个新型行业都有业务方面的发展，不但可以推动铁路通信系统发展，还能够让通信技术行业上升一个档次，进而带来全新的发展局面。运用DWDM，把光纤通信技术相结合，且把光波频率和电磁信号相融合，将其运用于铁路通信当中，可以达到意想不到的效果。
3 光纤通信技术优化策略
3.1 采用光时分复用及密集波分复用技术提升传输容量
要想提升光纤传输系统中的传输容量，就一定要采用光时分复用技术以及密集波分复用技术，这是提升传输容量最好的方法之一，其能够经过单根光纤来使得传输信道数的传输容量增加，并且光时分复用技术是经过信道的传输速度来提升传输容量的。可是由于光时分复用技术以及密集波分复用技术传输的光纤通信系统的容量非常有限，所以相关人员可以把很多的光时分复用信号一起使用，这样可以在很大程度上提高传输的容量。其中偏振复用技术最大的作用在于降低相邻的信道之间的相互作用，在高速通讯系统当中归零编码信号里面所占去的空间非常小，并且对于色散管理分布相关要求很低，而且其对于光纤的偏振膜色散以及非线性归零编码信号之间的适应性很强。所以在当前的大容量通信系统当中运用归零编码传输方法比较好。
3.2 采用光孤子通信技术进行远距离传输
因光孤子通信技术拥有非常特别的PS数量级的很短的光脉冲，其方位一般是在光纤反常色散区域，可以将光纤的非线性和群速度色散进行有效地平衡，所以，针对光纤距离较远的输送，使用光孤子通信，就不会更改光纤速度和波长。使用功能光孤子通信能够进行远距离高速通讯，能够在时域很短的脉冲把控中使用已存在的速率，进而可以有效降低ASE，而其定时、整形等可以加大输送的距离。如果要提高光学滤波输送距离，其可以在性能非常高的掺铒光纤放大器方面输送比较低的噪音的掺铒光纤放大器。
3.3 采用全光网络技术提升速度传输
运用全光网络技术能够有效提升速度传输，实现高速传输。以往的光网络可以把节点间的全光化完成，可是在网络的节点处以往的方式运用的是电器件，这就严重局限了通信网络容量的提升，并且也给当前铁路通信系统造成了很大的麻烦。可是电节点会在全网络中被取代，且节点之间可以使用全光网，让信息可以进行高速的交换以及传输，对于用户的信息不会再按照以往的比特进行，而是根据波长来决定。采用全光网络技术还能够消除电光瓶颈产生的部分影响因素。
4 结语
在铁路通信系统中运用光纤通信技术可以提升传输效率，还可以推动通信行业的发展，并且素质和市场需求上升，能够促进光纤通信技术上升一个层次。所以运用光纤通信技术的时候，首要做的就是对其运用的相关情况进行仔细的分析，接着通过对实际情况的调查，对光纤通信技术进行优化，提升光纤通信技术传输容量、实现光纤通信技术远距离传输、实现光纤通信技术全光网。
参考文献
[1] 陈鼎.光纤通信技术在铁路通信系统中的应用[J].无线互联科技，2016，（18）.
[2] 何静涛.试论光纤通信技术在铁路通信系统中的应用[J].中新通信，2016，（1）.
[3] 李士军.铁路通信系统中的光纤通信技术分析[J].科技风，2015，（5）.
关键词：光纤通信；课程教学；教学改革
作者简介：翟凤潇（1979-），男，河南永城人，郑州轻工业学院物理电子工程学院，讲师；郝蕴琦（1985-），女，河南扶沟人，郑州轻工业学院物理与电子工程学院，讲师。（河南 郑州 450002）
基金项目：本文系郑州轻工业学院第十批教改项目的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）05-0144-02
自从英（美）籍华人科学家高锟提出光纤用于通信领域之后，光纤通信技术以其独特的特点和优势得到了前所未有的快速发展。[1]我国光通信设备产业近年来—直保持较高增长速度，成为中国发展最快的产业之一。现在国家级的电信网骨干主要采用光纤通信系统，而光纤通信技术已深入到社会生活的各个层面，成为现代社会重要的关键基础设施。特别是2013年8月17日，国务院印发了“宽带中国”战略及实施方案的通知，必将对我国光纤通信技术发展起到了巨大的推动作用，也会对光纤通信人才培养产生影响。由于光纤通信技术在社会生活中占据的重要地位，因此“光纤通信”课程近年来一直作为国内外高校通信、电子学科的重点专业课程及相关专业的选修课程。这门课程系统主要介绍了光纤通信理论和技术。课程要求是通过这门课程的学习，可以使学生掌握光纤通信技术的基本原理、光纤通信系统的基本构成以及系统设计方法，了解光纤通信技术的实际应用和最新发展方向，为学生毕业后能够从事光纤数字通信设备的操作、维护、设计、施工或继续深造打下良好的基础。“光纤通信”作为一门应用性很强的课程，在实际课程教学中存在诸多问题。关于“光纤通信”课程理论与实践教学改革成为各高校研究的问题。[2-5]本文将从教学现状及存在的主要问题出发，对该课程的教学改革进行探讨。
一、“光纤通信”课程存在的问题
作为电子科学技术专业一门主要专业课，其特点是光纤通信科学技术发展迅速，新理论和新技术不断产生和发展。这需要及时更新教学实验内容、改革教学方法。由于种种原因，“光纤通信”这门课程在实际教学过程中存在诸多问题，主要表现在以下方面：
第一，从授课方面来看在传统的教学模式下，一般都是按照教材的自然顺序按部就班地进行讲解，由于本课程公式多、表格多、图形多，并且在课堂授课中，教师需在黑板上做大量的数学分析推导，课堂教学中过多的公式推导、证明导致课堂气氛沉闷，教学效果不佳。另外，课程成绩考核方式比较单一。目前“光纤通信”原理课程的考核多采取传统闭卷考试方式，考试内容以理论知识为主，导致学生的学习方法呆板，习惯死记硬背，表现出综合应用知识能力比较欠缺，不能充分反映出学生对课程知识进行融会贯通、创新思维解决实际问题的能力。以上原因都极大打击了学生学习的积极性。
第二，实践性教学环节欠缺。在工科院校“光纤通信”教学实践的过程中，实践教学环节向来是一个短板。随着光纤通信的新理论和新技术不断产生和发展，实验硬件更新升级落后、实验设备陈旧、实验项目单一、实验内容老化等原因，教学内容已经落后于光纤通信技术的发展。另外，采用封装性强、集成化程度实验箱型的实验方式在方便操作的同时却无法让学生深入了解光纤通信系统全貌。实践教学很难达到培养学生动手能力的目的，导致学生普遍对实验教学认识不足，严重影响了实验教学质量和效果。
第三，由于光纤通信技术涉及的物理基础知识较多如场论、光学原理、通信技术、激光技术等。故在学习本课程之前，学生应先修这些课程。但是由于这些课程本身都有比较深的难度，所以不少学生很难全面掌握。例如研究光纤中的模式分布通常是在圆柱坐标系下用分离变量法解给定边界条件下的亥姆霍兹方程来完成，要求学生有较好的数学功底和电磁波方面的知识，如果基础知识不够扎实这部分的学习就会出现困难。学生对知识的掌握仅仅限于简单地背结论、公式，做计算题。学生不了解理论的工程应用意义，不具体分析问题，导致学生对课程认识不足，出现不知道学了有什么用的现象，这些问题会使得学生逐步失去对这门课程的兴趣。
二、“光纤通信”课程的教学改革思路
鉴于教学现状和存在的问题，对“光纤通信”课程的教学内容和体系改革非常重要。下面将从教学内容、教学方法以及实验领域进行改革探索，在教学过程中培养学生的创新能力，为学生圆满完成学业打下坚实的基础。
1.创新教学方法
在授课的过程中应摒弃传统教学方法缺点，充分利用计算机多媒体技术在现代教育中的优势。从教学目标出发选择教学内容，把握理论上的度，对课程进行准确定位，突出技术实质。根据不同的教学内容精心制作教学课件，在讲课程前言和绪论部分宜采用声情并茂的图文、视频展示，突出基本理论基本分析方法和知识的应用，让学生在首次接触该课程时，接触到一个开阔的视野，有生动的发展历史和鲜活的应用基础，而不是让其产生理论堆积的错觉。在讲授光源时，采用flas来演示受激辐射机理。在讲授光纤无源（有源）器件时，可以现场演示一些器件。根据课程内容，把课程涉及的知识分成若干主题，如“低损耗光纤研究现状及进展”、“掺Er光纤放大器”、“光无源器件及市场调查”、“基于光纤传感器的研究进展”、“光纤通信的发展趋势”等。把班级学生分成若干小组，每组负责一个主题，查阅相关文献资料。当讲授先关内容时，小组负责人把写出的调查研究报告，以ppt的形式进行报告。这不仅可以拓宽学生的视野，提高学生获取资料的能力，也极大的调动了学习的积极性。让学生参与到教学中来，充分发挥以教师为主导，以学生为主体的作用。这些教学方法学生参与度高，为学生以后的毕业设计以及研究生学习奠定了良好的基础。这些教学手段改变了以往课堂教学气氛沉闷的现象，刺激了学生求知、探索的兴趣和激情。
2.优化教学内容
在教学内容上既要重视课程的理论性，也要强调课程的工程实用性。光纤课程的理论较多，在理论课讲授时，面面俱到，都讲深入也是不切实际的。这就要求对课程教学过程中抓住重点、突破难点，做到详略得当、主次分明。对于学生反映掌握比较困难的理论，可以适当地在课前进行一些知识的补充。比如在理论推导中用到的一些高等数学知识、电磁场理论中的麦克斯韦方程、导波光学等。这些可以让学生课前预习，在课堂上教师进行回顾复习来达到巩固知识的目的，这样学生在学习新的课程内容就显得容易接受了。在教学中，既注重理论分析的严谨性，又在一些理论分析难度较大的内容上，结合物理意义以简化分析，以突出“光纤通信”课程理论性和系统性强的特点。适当增加新技术、新理论的课时，使学生更多了解最新技术发展动态。比如在分析光纤中传输模式时候，可以不必要去细致分析每一步的公式推导，只需把结论及其物理含义进行解释。由于公式中用到了贝塞尔函数，函数的解比较复杂，对于方程的解可以利用计算机完成，尤其是相关计算机软件比如matlab具有可视化功能，[6]由学生自己动手编程解方程和绘图，既可以降低教师在教学中的劳动量还可以加深学生对知识的掌握和理解。
3.加强实验教学项目及硬件建设
“光纤通信”原理课程是一门理论性及实践性很强的课程，因此必须加强和改进“光纤通信”课程的实践环境教学内容，突出本课程重实践、强能力的培养特色。实验建设和实验教学的重视和完善，有利于培养和提高通信工程类大学本科生的应用能力、创新能力和科研能力。
光纤通信技术发展十分迅速，这使得教学内容更新周期越来越短，结合工程实际越来越密切。光纤通信的实验教学环节随着学科的发展显得越来越重要。由于实验硬件建设需要投入的资金较多，许多院校在实验教学环节严重落后于光纤通信技术的快速发展。因此在实验硬件建设方面，亟待改善实验教学条件，加大经费投入。逐步开设多层次实验教学项目如基础性实验、综合性实验、设计性实验等。基础性实验以验证内容为主，例如采用大恒光电GCS-FIB光纤技术基础综合实验平台进行“数值孔径测量”、“光纤准直”等实验。综合性实验对学生综合知识提出更高要求，例如“自组光纤马赫-曾德干涉仪”要求学生对马赫-曾德干涉仪有深入的理解，同时要有较强的动手能力。创新性实验主要结合教师的科研项目以及大学生创新项目，有兴趣的学生可以进行此类研究性实验。考虑到实验建设资金限制，对于一些实验可以用软件模拟的方式进行验证，例如“光纤中模式的传输”、“光的偏振状态”可以采用matlab可视化模拟的方法验证，这些实验可以由学生参与程序的编写，提高学生对所学内容的理解。学生参加实验建设活动，可以在其课程成绩中给予体现，以提高学生参加的热情和积极性。
4.建立全面的评价体系
重理论，轻实践，重结果，轻过程是传统评价方式的特点。因此建立能够反映学习本课程情况的全面评价体系十分必要。建议提高学生学习过程的成绩比重，提高学生实验部分的成绩比重。在理论课成绩部分可以采用期末考试、主题报告、课堂讨论几项成绩的综合方法，这充分体现了学生的学习过程和学习效果。实验成绩采用包括基础实验、综合性实验和设计性实验以及模拟实验建设部分组成。对于设计性实验要有更高的要求，实验结果按照科技论文的形式撰写，为学生后期的毕业论文和研究生学习打下基础。总而言之，建立全面的考核评价体系有助于全面考查学生对课程的学习情况，激发学生学习的积极性。
三、结束语
“光纤通信”是一门多学科交叉的理论性和实践性都很强的课程，在教学过程中，做到理论教学和实践教学并重。通过这门课的学习使学生成为知识面宽，实践能力强和具有创新能力的技术人才，这需要在“光纤通信”课程的教学方法、教学内容、实践环节等方面进行改革和探索。
参考文献：
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[2]谭振建，王志明，洪梅.《光纤通信》课程体系的思考实践[J].南京工程学院学报（社会科学版），2006，（2）.
[3]龙青云，左敬龙，肖明.基于大工程观的光纤通信实验教学改革探索[J].实验室研究与探索，2012，（8）.
[4]耿涛，冉天纲.基于项目式的光纤通信实验教学改革[J].实验室科学，2011，（5）.
关键词：光纤通信；理论教学；实验教学
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）08-0167-03
当代信息高速公路的骨干网络是由光纤通信网络构成的，若没有光纤的发明及相关有源和无源光纤器件的发明和发展，当今的高速信息网络是无法想象的。但是当今信息产业的高速发展得益于微电子学、光电子学、计算机技术及通信工程等多门学科的快速发展及它们之间的交叉融合。因此，要想成为一名信息技术领域的电子信息工程师、计算机工程师或通信工程师，除了需要掌握本专业的课程知识以外，也应该熟悉现代信息技g的其他相关主要知识，比如光纤通信网络及其相关器件等。本文从光纤通信技术的研究内容、应用及发展等方面说明其在电子信息工程专业教育中的重要性，并研讨电子信息工程专业中的光纤通信课程的理论和实验教学方法。
一、光纤通信技术简介
1960年，美国人梅曼（Maiman）发明了第一台红宝石激光器[1]，给光通信带来了新的希望。和普通光相比，激光具有波谱宽度窄，方向性极好，亮度极高，以及频率和相位较一致的良好特性。激光是一种高度相干光，它的特性和无线电波相似，是一种理想的光载波。继红宝石激光器之后，氦―氖（He-Ne）激光器、二氧化碳（CO2）激光器先后出现，并投入实际应用。激光器的发明和应用，使沉睡了80年的光通信进入一个崭新的阶段。
1966年，英籍华裔学者高锟（C.K.Kao）和霍克哈姆（C.A.Hockham）发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤（Optical Fiber）进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信――光纤通信的基础[2]。在以后的10年中，波长为1.55μm的光纤损耗：1979年是0.20 dB/km，1984年是0.157 dB/km，1986年是0.154 dB/km，接近了光纤最低损耗的理论极限。1970年，作为光纤通信用的光源也取得了实质性的进展。1977年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达到10万小时（约11.4年），外推寿命达到100万小时，完全满足实用化的要求。由于光纤和半导体激光器的技术进步，使1970年成为光纤通信发展的一个重要里程碑之年。在今后的几十年中，光纤通信网络的逐步商用化带动了相关信息产业链的蓬勃发展[3]。
由于在光纤通信系统中，作为载波的光波频率比电波频率高得多，而作为传输介质的光纤又比同轴电缆或波导管的损耗低得多[4]，因此相对于电缆通信或微波通信，光纤通信具有许多独特的优点。综上所述，可见光纤通信技术在现代信息产业技术中的重要地位，因此，光纤通信技术这门课程不仅是光学工程专业的基础必修课程[5]，也应该作为电子信息工程专业的专业选修课程来开设。
二、光纤通信课程教学研究
（一）光纤通信课程的理论教学
电子信息工程专业的光纤通信课程的理论知识可以分为四个相互关联的层次和内容，它们分别是：第一部分，光纤技术的基础；第二部分，光纤通信器件技术基础；第三部分，光纤通信系统和网络；第四部分，光纤与光纤通信系统测量。这四个部分的关系层层递进，逐渐深入。理论学时总共32学时。
第一部分，光纤技术的基础。可以先讲解光纤通信技术的一些概念性和历史性的知识，比如：电信技术的发展，光通信的必要性及技术基础，光纤通信技术的历史、现状与未来。此处，可详细介绍人类对光通信探索的历史及现代光纤通信技术从学术研究到商业应用的发展里程，并附带介绍微波通信的发展里程，然后通过比较使用光波进行通信和使用微波进行通信的优缺点及使用光纤材料和使用同轴电缆进行通信的优缺点，让学生了解光纤通信的巨大优势。然后可以简单介绍光纤传输的基础理论――电磁场与电磁波理论中的一些基本概念和现象，重点介绍麦克斯韦方程。最后介绍光纤的模式理论、光纤的结构和类型、光纤的传输特性、光纤制造技术与光缆等知识。其中，光纤传输特性包括光纤的损耗特性和色散特性，这是该部分的重点知识。总之，笔者认为，第一部分内容的讲解方法和手段是非常重要的，不宜讲得深奥，而应该结合动画或者视频讲解光纤的传光原理，使学生易于接受，才能提高学生对这门课程的兴趣，从而继续学习往后部分的相对枯燥的知识。该部分学时安排为6H。
第二部分，光纤通信器件技术基础。这部分讲述光纤通信系统中的有源和无源光通信器件，这些器件是构成一个完成的光纤通信系统必不可少的部件，学好这部分内容有利于理解后面学习的光纤通信网络的内容。这部分内容包括：基本光纤器件、光学滤波器、光纤放大器和半导体光电子器件。基本光纤器件包括分波/合波器、光纤活动连接器、光隔离器、环形器和衰减器等；光学滤波器的内容包括Fabry-Perot滤波器、介质膜滤波器、HiBi光纤Sagnac滤波器、Mach-Zender型滤波器、光纤光栅等；光纤放大器的内容包括：掺饵光纤放大器（EDFA）、光纤Raman放大器等。半导体光电子器件的内容包括：普通的半导体激光器（LD）和发光二极管（LED）、FP型双异质结构激光器、动态单纵模激光器、半导体光放大器（OSA）、PN结光电二极管、PIN光电二极管、APD雪崩光电二极管等。对于每一个光纤器件，讲解内容包括这些光纤器件的结构、工作原理、具体参数、应用场合等，应结合动画或者视频讲解，甚至如果有条件的话，可以在课题上带上一些体积很小的光纤器件实物给学生讲解，比如光纤活动连接器、LD、LED、光纤光栅、PIN光电二极管价格便宜、体积小的光纤器件。该部分学时安排为10H。
第三部分，光纤通信系统和网络。这部分是本门课程的核心和精华部分，包括光纤传输系统、光纤通信网、全光网技术及其发展三大部分。其中，光纤传输系统的内容包含：光纤传输系统的基本组成、光发送机组件、光接收机组件、光放大噪声及其级联、色散调节技术、光纤传输系统设计、光纤传输系统性能评估。光通信网络的内容包含：通信网的拓扑结构和分类、准同步数字系统（PDH）、同步数字系统（SDH）、异步传输模式（ATM）、互联网协议、光纤通信网的管理/保护/恢复。全光网技术及其发展的内容包含：通信网络的发展过程、全光网络中的传输技术（WDM、OTDM、OCDMA和分组交换技术）、无源光网络（G-PON、E-PON、WDM-PON）、光传送网（G.709OTN）、自动交换光网络、全光网的网络管理、全光网的安全问题。对于每一种光纤网络技术，讲解内容包括这些光纤网络结构、功能、应用场合等，应尽量使用PPT的图片、动画进行讲解，PPT上要尽量避免文字上描述。该部分学时安排为12H。
第四部分，光纤与光纤通信系统测量。该部分主要介绍光纤通信工程实施、检测中一些常用的设备和仪器，在本门课程的实验教学中都要使用到这些设备，是培养光纤通信工程师的基础技能知识部分。该部分的内容包括：光功率计的使用、光纤几何参数的测量、光纤衰减测量、光纤色散测量、光纤偏正特性测量、光纤的机械特性和强度测量、光时域反射计（OTDR）的使用；光接收机灵敏度和动态范围的测量、光纤通信系统误码率和功率代价的测量、眼图及其测量、光谱分析仪、光纤通信系统的在线监测技术。其中，重点讲解光功率计、OTDR、眼图示波器、光谱分析仪等仪器设备的功能和使用方法。该部分学时安排为4H。
（二）光纤通信课程的实验教学
对于电子信息工程本科专业而言，毕竟培养的学生不属于光学工程或光电子技术领域的人才，而且电子信息工程专业本身都有很多属于自己专业的实验课程及课程设计，因此，笔者认为光纤通信技术课程的实验教学应根据该专业学生的理论基础和将来他们最可能需要的工程能力而设置。因而，笔者建议光纤通信课程的总学时设置为48学时，理论教学学时为32学时，7个实验的教学学时为16学r。
根据笔者10年来给电子信息工程专业本科学生讲授这门课的经验，认为具体的实验课程设置如下。
1.插入法测光纤的平均损耗系数。采用插入法测量待测光纤在1310nm和1550nm处的平均损耗系数。掌握插入法测量光纤损耗系数的原理，熟悉光纤多用表的使用方法。学时设置为2个课时。
2.光时域反射计（OTDR）测光纤链路特性。用光时域反射计测量光纤链路的平均损耗、接头损耗、光纤长度和故障点位置。了解光时域反射计工作原理及操作方法，学习用光时域反射计测量光纤平均损耗、接头损耗、光纤长度和故障点位置。学时设置为2个课时。
3.光波分复用（WDM）系统实验及其误码率测量构建1310nm/1550nm光纤波分复用系统并测试其误码率，了解光波分复用传输系统的工作原理和系统组成熟悉误码、误码率的概念及其测量方法。学时设置为2个课时。
4.数字光纤通信系统信号眼图测试。构建数字光纤通信系统并且用数字示波器观测系统的信号眼图，并从眼图中确定数字光纤通信系统的性能。了解眼图产生的基础，根据眼图测量数字通信系统性能的原理；学习通过数字示波器调试、观测眼图；掌握判别眼图质量的指标；熟练使用数字示波器和误码仪。学时设置为3个课时。
5.光纤切割与焊接技术演示实验。利用全自动熔接机向学生演示光纤熔接的全过程，了解光纤的结构和光纤电弧放电焊接原理；了解全自动焊接光纤的过程和使用方法。学时设置为2个课时。
6.光纤光栅光谱特性测试系统的设计实验。测量光环行器的插入损耗、隔离度、方向性、回波损耗参数；利用PC光谱仪、光环行器和光纤光栅设计光纤光栅光谱特性的测试系统；了解光环行器的工作原理和主要功能；了解光环行器性能参数的测试原理；了解光纤光栅的光谱特性；学习PC光谱仪的使用方法。学时设置为3个课时。
7.光带通滤波器的设计。测量光耦合器的插入损耗、分光比和附加损耗等参数；利用光耦合器或者光环行器和光纤光栅设计光带通滤波器。了解2X2光耦合器的工作原理，了解光耦合器各项参数的测试方法。学时设置为2个课时。
通过以上实验课程，能够使电子信息工程本科学生对光纤通信系统的基本器件、基本测量系统等有一个比较感观的认识，而且能够更加深刻地掌握它们工作的基本原理和基本特性，为将来在具体的工程设计及进一步深造中奠定基础。
三、结束语
光纤通信技术在国家的信息产业、国防工业中具有举足轻重的地位，电子信息技术与光学信息技术的结合也越来越紧密。对于当今的电子信息工程专业的学生而言，除了需要掌握本专业牢固的知识和技能以外，了解和掌握光纤通信技术的基础知识和相关的技术发展趋势也是必不可缺的。本文通过对电子信息工程专业特点和光纤通信课程内容的分析，讨论了该门课程与该专业的内在联系，分析其重要性，并根据笔者10年来在重庆理工大学电子信息工程专业讲授该门课程的经验，提出了本门课程在电子信息工程专业中的理论及实验的教学内容、教学重点、教学方法及课程设置等方面的一些意见和建议。
参考文献：
[1]高D.激光技术应用现状与分析[J].物理通报，2007，（11）：50-52.
[2]龙泉.光通信发展的回顾与展望电信网技术[J].2008，（2）：30-32.
[3]曲鹏.光纤通信技术的应用及展望[J].硅谷，2014，7（24）：2-2.
论文关键词：高职教育,教学设计,工作项目
高职院校“光纤通信技术与设备”课程理论知识深奥，实践内容广泛，涉及到多学科知识。现在的高职学生缺少主动学习的热情，课程内容难以引起学生的兴趣，学生难以学以致用。深究其主要的原因是课程的设置采用学科体系，没有与企业的工作过程有机的结合起来，与社会的职业需求还没有建立有机的联系，没有完全达到高等职业院校设定的人才培养目标。本文根据“基于能力培养，面向岗位群”的高职教育理念，对“光纤通信技术与设备”这门课程进行教学设计，提出基于工作项目的设计理念，将教学任务细化成一个个具体的可操作实施的项目，从而培养学生的自学能力，锻炼学生的实践能力和创新能力。
“光纤通信技术与设备”是本校光纤通信专业的专业核心课程之一，主要给学生建立光纤通信的基本概念、基本理论和基本分析方法；通过本课程的学习，学生能够掌握光纤通信的基础知识，包括光纤通信系统的组成、光纤和光缆、有源光器件、无源光器件、光端机、系统设计、SDH传输网、光纤通信相关新技术。除了相关理论的学习，本课程注重实训操作，其中包含了光纤通信系统灵敏度测试以及光传输业务的开通等相关内容，使学生能够掌握常用测试仪器的使用，在此基础上，培养学生分析问题解决问题的能力，为他们将来从事光纤通信工作打下坚实的基础。
1 课程的教学内容设计
本课程的教学内容设计分为三个项目，每个项目具体分为若干个任务。
项目一：光纤通信系统。子项目如下。任务一 认知光纤通信系统；任务二 认知光纤和光缆；任务三 通信用光器件；任务四 光端机。
项目二：光传输网业务开通。子项目如下。任务一SDH概述；任务二 SDH帧结构与复用；任务三 SDH网元与拓扑结构分析；任务四SDH网同步与管理；任务五SDH传输设备认知与配置。
项目三：光纤通信系统设计与新技术认知。子项目如下。任务一 光纤通信系统设计；任务二 光纤通信新技术认知。
从教学内容设计可以看出项目二在整个教学内容中占有很大的比重，因此研究光传输网业务开通项目设计很有必要。
2 能力训练项目
基于工作过程的课程教学近年来成为了高职教学的新方向，以工作中发生的真实工作任务为中心，在教学中让学生在一个个典型“工作任务”驱动下展开活动，从而掌握清晰的思路、方法和知识脉络，在完成“工作任务”过程中，培养学生分析问题、解决问题能力，培养学生创新意识、创新能力以及自主学习习惯，站在完成任务中掌握知识，带动知识和技能发展的学与教方式。根据教学计划以及学生的学习特点设计了能力训练项目，如表1所示。
3 实践项目设计
根据学生的学习特点和思维能力，项目二光传输网业务开通的实践项目按照由浅入深，由简到难的思路进行设计：任务1 E300网管的基本操作→任务2链型网的建立与连接→任务3环型网的建立与连接→任务4链型网2M业务配置→任务5 环型网2M业务配置→任务6链型网2M业务保护配置→任务7 环型网2M业务保护配置→任务8业务配置测试。
4 实践项目实施举例
下面以链型网的业务配置为例进行说明。现有A、B、C共三个站组成二纤链形网，A-B-C，链路速率为STM-1，各站之间的距离均在50KM左右，各站业务均采用 ZXMPS320设备进行组网。业务需求： A<->C：1个2M。
能力目标：
1.会创建链型网络。
2.会进行2M业务的配置。
重点：创建链型网络。
难点：时隙配置。
实践步骤：
实验步骤1：启动网管，启动Server，启动GUI。
实验步骤2：创建网元
在客户端操作窗口中，单击【设备管理-创建网元】选项，或单击工具条中的按钮，弹出创建网元的对话框。通过定义网元的名称、标识、IP地址等参数，在网管客户端创建网元。
实验步骤3：安装单板
在客户端操作窗口中，双击拓扑网中的网元标识。根据待安装单板的类型，在单板类型选择区单击相应的板按钮，板按钮高亮显示，同时，模拟子架区中可以安装该类型单板的空闲槽位变为亮黄色，单击某个亮黄色槽位，该单板安装完毕。依次安装其他单板。
实验步骤4：连接网元
在客户端操作窗口中，选择SDH网元单击【设备管理-公共管理-网元间的连接配置】菜单项，或单击工具条中的按钮，弹出连接配置对话框，增加网元间的连接关系。
实验步骤5：业务配置
在客户端操作窗口中，选择SDH网元，单击【设备管理-SDH管理-业务配置】菜单项或单击工具条中的按钮。弹出业务配置对话框。
在如图所示的业务配置对话框中，将支路时隙与群路时隙连接起来，两者之间会出现红色虚线，然后单击<确定>、<全量下发>按钮，将命令下发到网元NCP单板上。连线会变成绿色实线。
实验步骤6：检查业务配置是否正确
（1）选择SDH网元，在客户端操作窗口中，单击【业务管理-电路业务管理】菜单项，弹出电路业务管理对话框。
【关键词】光纤Bragg光栅光通信PZT
一、引言
光纤通信是人类20世纪最伟大的发明之一。自从本世纪70年代初第一根实用化光纤问世以来，光纤通信这项高技术得到了迅猛的发展，并对人类社会生活产生了巨大的影响。人类社会正迈步进入信息时代，光纤无可质疑地成为信息交换中最重要的传输媒介。1978年，加拿大通信研究中心的K. O. Hill等人首次利用窄带488 nm的激光制作了光纤Bragg光栅（Fiber Bragg Grating，FBG）。光纤特性如张力、温度、偏振发生变化，将会使光栅有效折射率或栅距改变，从而影响Bragg波长，这是光纤光栅应用于传感器的基础。
二、光纤Bragg光栅的制作
目前，光纤光栅的制作技术已经趋于成熟。但是全息干涉制作光纤光栅方法的提出，预示着光纤光栅具有实用化的商业前途，激起了研究者们的极大兴趣，加、美、日、澳等国相继投入了相当的研究力量。继全息干涉法制作光纤光栅后，光纤光栅制作技术朝方便灵活、稳定可靠、光栅参数可控等方向发展，新的制作技术不断涌现，如相位Mask技术、单脉冲技术、点-点光栅写入技术。其中相位Mask技术普遍被人们看好，且目前的工艺较为成熟。相位掩模板是经刻蚀的玻璃光栅，对紫外光透明，并且相位掩模板经特殊处理，使得零级衍射光被抑制，大部分衍射光集中在+ 1级和- 1级。紫外光照射时，掩模板的±1级衍射光互相干涉，沿光纤方向就形成了周期性的光强调制，从而形成光纤光栅。
相位Mask技术不仅能高效、可靠地制作光纤光栅，还能用于制作有特定频谱响应特性要求的光栅。比如，普通均匀光栅的反射频谱在主峰两侧会有次极大（即旁瓣）的存在，在用于波分复用时，上述效应会降低通道隔离度，引起串扰。但是，通过被称为变迹的过程，使沿光纤长度方向的折射率调制呈钟形曲线分布，可以有效地抑制旁瓣。因此本实验采用Mask技术制作光纤Bragg光栅。相位Mask技术还可用于制作所谓的啁啾光栅，啁啾是指沿光纤长度方向改变光栅周期以期展宽反射谱或改善时域、谱域特性。光纤光栅用于色散补偿时，啁啾显得特别重要。
三、结构设计
光纤Bragg光栅通信系统的结构图如图1所示。宽带光源出射的激光通过光隔离器进入3dB耦合器，在经过FBG时由于其高反射特性，而被反射回3dB耦合器，通过光电探测器接收反射信号光，光电探测器将接收到的光信号转换为电信号，供计算机提供参考光的作用。FBG与压电陶瓷（PZT）紧密粘贴在一起，计算机通过锯齿波扫描电压驱动PZT而影响FBG的折射率。而FBG收到外部应力过程中会产生反射中心波长的漂移，因此光电探测器接收到新的反射信号，再经由计算机对PZT重新驱动。
通信系统中计算机驱动PZT时FBG和未驱动PZT时的反射谱并不一样。计算机驱动PZT导致的形变会引起FBG中心反射波长的变化，其中心波长在1553.2nm。在PZT加载驱动电压后，其中心波长漂移到1553.6nm，其漂移范围在400nm。因此，根据通信系统所需要的有效波长而给出相应的驱动电压，可以很好的解决通信系统中噪声对信号的干扰。光纤Bragg光栅制作方式简单，材料来源广泛，其成本很低。在大规模光通信系统中，可以使用光纤Bragg光栅阵列来实现多个通信波长的调制。其波长漂移范围较大，完全可以实现未来的长距离、大容量、宽信道的通信系统。
四、结论
本文对光纤Bragg光栅的制备技术进行了阐述，并采用Mask技术制作光纤Bragg光栅。利用光纤Bragg光栅的窄带滤波和高反射特性，设计了以光纤Bragg光栅为基础的光纤通信系统，并分析了该系统的工作原理以及未来的发展趋势。本论文的提出，可以为未来光纤通信技术提供实验支持。
参考文献
论文摘要：光电子器件和部件广泛应用于长距离大容量光纤通信、光存储、光显示、光互联、光信息处理、激光加工、激光医疗和军事武器装备，预期还会在未来的光计算中发挥重要作用。本文将介绍国内外光电子技术及光电子产业的发展。
如果说微电子技术推动了以计算机、因特网、光纤通信等为代表的信息技术的高速发展，改变了人们的生活方式，使得知识经济初见端倪，那么随着信息技术的发展，大容量光纤通信网络的建设，光电子技术将起到越来越重要的作用。美国商务部指出：“90年代，全世界的光子产业以比微电子产业高得多的速度发展，谁在光电子产业方面取得主动权，谁就将在21世纪的尖端科技较量中夺魁”。日本《呼声》月刊也有类似的评论：“21世纪具有代表意义的主导产业，第一是光电子产业，第二是信息通信产业，第三是健康和福利产业……”，可以断言，光电子技术将继微电子技术之后再次推动人类科学技术的革命。
1世界光电子技术和产业的发展
光纤通信技术的发展速度远远超过当初人们的预料，光纤已经成为通信网的重要传输媒介，现在世界上大约有60%的通信业务经光纤传输，到20世纪末将达到85%，但从目前光纤通信的整体水平来看，仍处于初级阶段，光纤通信的巨大潜力还没有完全开发出来。目前，各种新技术层出不穷，密集波分复用技术（DWDM，在同一根光纤内传输多路不同波长的光信号，以提高单根光纤的传输能力）、掺铒光纤放大器技术（EDFA，可将光信号直接放大，具有输出功率高、噪声小，增益带宽等优点）已取得突破性进展并得到广泛的应用。现在DWDM系统和光传输设备中，光电技术的比例将从过去比重不到10%达到90%。一种全新的、无需进行任何光电变换的光波通信——“全光通信”，由于波分复用技术和掺铒光纤放大器技术的进展，也日趋成熟，将在横跨太平洋和大西洋的通信系统上首次使用，给全球的通信业带来蓬勃生机。为此提供支撑的就是半导体光电子器件和部件。光电子器件和技术已形成一个快速增长的、巨大的光电子产业，对国民经济的发展起着越来越大的作用。美国光电子产业振兴协会估计，到2003年，光电子产业的总产值将达2000亿美元。
Internet应用的飞速增长对电信骨干网带宽提出越来越高的需求，为满足需求的增长，人们可以铺设更多的光纤，或靠提高单路光的信息运载量（现在主干网可以分别工作在2.5Gbps和10Gbps，并已有40Gbps的演示性设备）。但更主要的方法却是靠发展波分复用技术，增加光纤内通光的路数（光波分复用的实验记录已经达到2.64Tbps）。波分复用技术的普遍运用为光电子器件和部件提供了广阔的、快速增长的市场。无限战略公司的报告指出：“信号传输用1.31μm和1.55μm激光器市场1999年达到13亿美元，比去年增加23%；1.48μm信号放大用激光器1999年市场份额达到1.6亿美元，比去年增加33%；980nm信号放大用激光器销售额达2.9亿美元，比去年增长121%。整个激光器市场的份额1999年达18亿美元，预期2003年将达到30亿美元”。美国通信工业研究公司（CIR）的研究预测，北美市场光电子部件的市场规模将由目前的28亿美元增长到2003年的61亿美元，约每年增长18.5%。密集波分复用设备销售额也将从1998年的22亿美元增加到2004年的94亿美元。报告称虽然10年内全光通信还不会全面商业化，但是全光交换将在几年内成为市场主流，报告也指出尽管光学部件市场被大公司所占据，但仍有创新性公司进入的可能。
2我国的光电子技术和产业
近10年来我国光电子技术研究在国家“863”计划和有关部门的支持下有了突飞猛进的进展，在很多领域同国外先进国家只有两三年的距离，个别领域还处于世界领先地位国内光电子有关产业基地在光电子器件、部件和子系统（如激光器、探测器、光收发模块、EDFA、无源光器件）等已经占领了国内较大的市场份额，初步具备同国外大公司竞争的能力，在毫无市场保护的情况下，靠自己的力量争得了一席之地，市场营销逐年有较大的增长，个别产品还取得国际市场相关产品中的销量最大的成绩。我国相应研究发展基地和本领域高技术公司的许多产品填补了国内相关产品的空白，打破国外产品在市场上的垄断地位，同时争取进入国际市场。
掺铒光纤放大器（EDFA）是高速大容量光纤通信系统必需的关键部件，国内企业产品占国内市场40%的份额。我国也是目前国际上少数几个有能力研制PIC和OEIC的国家。808nm大功率激光器及其泵浦的固体绿光激光器，670nm红光激光器已产品化和商品化并批量占领国际市场。国内移动通信的光纤直放站所用的光电器件，90%使用国产器件，国产1.55μmDFB激光器战胜了国外器件，占领了100%的国内市场。
但是，我们应当认识到在我国光电子技术发展中，光电子器件、部件虽是光通信、光显示、光存储等高技术产业的关键部分，但在整个系统和设备成本中所占的比重较小，其产值较低，目前科研开发主要处于跟踪和小批量生产阶段，光电子产业所需的规模化、产业化生产技术目前还未有实质突破；国内研究生产的光电器件和部件有相当部分还未能满足整机和系统的要求，导致国外器件占据国内市场相当多的份额；在机制上仍未摆脱科研、生产、市场相互脱离的状况。
论文关键词:电力系统;配网自动化;通信技术
一、配网自动化的发展历程
我国配电自动化的发展大致经历了三个阶段,第一个阶段是自动化阶段,它的主要原理是不同的自动化开关设备相互支持;第二个阶段是计算机阶段,它主要基于计算机大规模云计算处理相关的配网问题;第三个阶段是使用现代控制理论支持的现代自动化阶段。
在配网自动化的第一个阶段里,主要的思路是当系统发生故障时,通过断路器等二次继保设备之间的相互配合,快速切除故障,不需要计算机介入进行实时控制,在这一阶段里使用的设备主要是二次物理设备。但是,在这一阶段里,受电源和继保装置的影响,自动化程度非常低。在这一阶段,当在系统正常运行时,不能实时侦测系统的运行状态,仅当系统发生故障时,二次设备才能发挥作用;当系统的运行方式发生变化后,需要工作人员重新到现场进行整定计算;恢复事故区域供电时,不能自动采取最优化措施;在事故恢复阶段,需采用多次重合闸,以保证系统的正常运行,但是,这种方法对系统设备的损伤很大。目前,这些设备在我国大部分地区仍在使用。
基于大规模计算机云计算的配网自动化技术是发展的第二阶段,在这一阶段里,对电力通信的要求较高,主要运用了现代通信技术、计算机技术和电力电子技术,在配电网正常运行时也能监视电网运行状况,真正意义上实现了遥信、遥测、遥控、遥调功能。在故障时,能够通过监控设备及时发现非正常状态,并由调度员通过遥控远方设备,隔离故障区域和恢复健全区域供电。
具有自动控制功能的现代配电自动化阶段,是进入配电自动化发展的第三阶段,计算机技术得到更好的应用,实现了配电网自动控制功能。集成了配电网SCADA系统、配电地理信息系统、馈线自动化、变电站自动化、需求侧管理、调度员仿真调度、故障呼叫服务系统和工作管理等一体化的综合自动化系统,初步实现了馈线分段开关遥控、电容器组调节控制、用户负荷控制和远方自动抄表等功能。
面对世界电力积极开展智能电网研究的新动向,借鉴欧美等国家和地区的先进经验和技术理论,国家电网公司结合我国国情和能源供应,用电服务的新需求,于特高压输电国际会议上正式提出了立足自主创新,建设以特高压为骨干网架,各级电网协调发展,以信息化、自动化、互动化为特征的坚强配电网的发展目标,从而拉开了我国配电网研究和建设实施的序幕。
二、配网自动化技术存在的问题
1.功能设计单一
提高供电可靠率,是配电网自动化功能设计的传统思路。但电力可靠性中心简报数据表明,现阶段影响供电可靠性的主要是例行检测时配电网停电,这一阶段停电时间远大于由于配电网故障导致的停电。不断提高配网管理水平,大大减少例行检测的停电时间和次数,是发展配电网自动化技术的一个重要方面。
2.出现在配电网里的孤岛情况
在现阶段,不同的电力企业里,资源的种类多,各种资源难以整合到一起。部门内部信息共享能力差,企业部门之间的信息更是难以交流,这进一步导致了配电网管理出现紊乱,分析数据局部冗余。这种现象的出现,使得系统难以经济、安全运行。
3.新设备的出现对系统影响较大
在设备资产管理中缺乏整体考虑和长远考虑,盲目追求最新的设备,不注重系统整体运行情况,造成新老设备难以整合到一起,从而无法达到整体最优的效果。
4.在结构设计里不能统一设计
在配电系统实际运行时,往往出现主控方与受控方的信息不相关,网络传输能力不够,一次设备过老,导致新老设备不匹配。特别是将先进的二次设备和老旧的一次设备整合到一起,造成系统无法正常运行,严重影响配网自动化功能的实现和管理的优化。
5.管理体制中出现的弊端
配电自动化技术主要覆盖生产、营销两大专业,传统管理方式单纯强调垂直专业管理,而没有条块结合分工协作的保证措施。同时,在功能设计过程中,还存在重系统、轻客户管理,重形式轻实效的思维定式,导致技术缺失和管理漏洞,使得配电自动化技术无法满足现代电力系统的要求。
6.当前与长远的衔接问题
配电自动化技术涉及面广,投资额大,既要考虑企业未来发展需要,又要着眼于现有系统的充分利用,因此,电力企业应从技术,管理上采取措施,为配电自动化系统扩容及其功能完善做好准备。在实际生产中,应该开发和利用可扩展的管理系统模块和功能扩展性强的先进设备;而在管理过程中,更要摈弃传统的只注重当前利益而忽视长远利益的做法,应提倡资产全寿命周期管理的理念,解决当前和长远利益权衡问题。
三、配网自动化技术未来的发展趋势
随着科技的发展,配电网自动化展现出配电系统的智能化、自动化,信息化和互动化的新特征。配电自动化技术的未来发展趋势体现在以下七个方面。
1.配网自动化的综合型受控端
新型综合受控端基于高速SCADA系统,可以实现电网信息的快速采集和信号的综合处理,并且大大减少了受控端的数量,从而使系统的规模得到简化。这种受控端不仅具有以往终端所具有的功能,还可以实时监测系统的潮流分布、电压情况、系统是否产生震荡、频率是否满足要求等,将这些信息传递给主控方,供进一步分析使用。同时,这些受控端之间还可以进行相互通信,进一步提高数据的精确程度。
2.配电线路载波通信技术和基于因特网的IP通信技术
通信系统一直是配电网自动化的难点之一。在10kV及以下的配电系统里,由于受控端数目多,对通信的要求也显着提高。因此,如果要实现系统潮流实时监测、频率控制等需求,稳定的大容量的高速载波通信系统是必备的。该系统不仅可以满足上述需求,还可以为客户提供更多的生活服务,如电力线上网等。另外,光纤通信具有容量大、可靠性高、传输速率高等优点,已成为主流通信系统的首选。随着成本的降低,采用光纤通信作为配电系统自动化的主干通信网已得到普遍共识。随着通信技术的进步,基于城市光纤网的IP通信技术充分利用了光纤通信技术抗干扰能力强、误码率低、传递快速和IP通信方式的通用兼容性接口等优越性,可望成为智能配电网自动化系统的前沿通信技术。
3.定制电力技术
定制电力技术是柔性配电系统的实际应用,它将智能电网技术、柔性送电技术、云计算技术等高科技技术用于中低压配电网,用以消除谐波,防止电压闪变,保证各相对称,提高供电可靠性和经济性。主要由电压稳定器、快速无功补偿器、频率检测器、高速断路器等设备组成。当系统出现突然增大负荷或者瞬间丢失大负荷时,该技术可以瞬间发现系统的变化,并满足极限情况下系统的稳定,该技术应用于配网自动化中,可以实现系统实时优化,满足高层次用户的需求。
4.新型FA系统
新型的FA系统主要的思路是实现分布式电源,即根据不同的负荷就地提供合适的电源,减小线路传输的损耗,提高能量利用率。根据国家电网制订的未来发展方案,未来我国将把输配电系统分离,并在用户端设立电网提供者的信息,用户可以根据实时电价选择供电方。新型FA系统应用于配网自动化中也存在许多困难,主要有:分布式电源位置不确定,配网的运行方式多变,从而导致二次设备难以满足要求。
5.配电系统的集中化管理
在以往的配网系统中,用户是分散的,系统被迫分离为多岛,多岛之间功能相似,但系统难以交流,通道不可共享。集中化管理的配电系统,可以利用先进的通信网络将配电网控制中心与系统多岛连接在一起。比如,将SCADA系统与配网控制中心通过接口连接起来,形成一个多级系统。实现该系统的应用,最好的方法是最大限度利用用户原有的软硬件资源,保护用户的投资,实现实用化管理和多厂家产品共享的原则。
6.优化的系统配电网运行
随着社会的发展和电力企业体制改革的推进,国家电网也逐渐以经济效益作为一个阶段性目标。这要求供电企业要不断分析电网的运行状态,提出最优潮流的方案,即按照状态估计、潮流计算、最优潮流控制来对系统进行优化,在保证可靠性的同时提高系统的经济性。配网要在运行中提高经济效益,还应当优化系统的网络结构,尽量保证二次设备“不误动,不据动”,防止因系统突发事件导致巨大的经济损失。
波分复用(WDM)是将两种或多种不同波长的光载波信号(携带各种信息)在发送端经复用器(亦称合波器。
关键词：光交换，波分复用(WDM)，光传送网(DTN)，自动交换光网络(ASDN)，光突发交换(OBS)
现代通信网络中，先进的光纤通信技术以其高速、带宽的明显特征而为世人瞩目。实现透明的、具有高度生存性的全光通信网是宽带通信网未来发展目标。从系统角度来看，支撑全光网络的关键技术又基本上可分为光监控技术、光交换技术、光放大技术和光处理技术几大类。而光交换技术作为全光网络系统中的一个重要支撑技术，它的全光通信系统中发挥着重要的作用，可以这样说光交换技术的发展在某种程度上也决定了全光通信的发展。为了能帮助大家对光交换技术有一个更深的了解，笔者下面介绍一些光交换技术现有的概念、研究领域、以及发展趋势。
光交换是指不经过任何光/电转换，将输入端光信号直接交换到任意的光输出端。光交换是全光网络的关键技术之一。在现代通信网中，全光网是未来宽带通信网的发展方向。全光网可以克服电子交换在容量上的瓶颈限制；可以大量节省建网成本；可以大大提高网络的灵活性和可靠性。光交换技术也可以分为光路交换和分组交换。由于技术上的原因，目前还主要是开发光路交换，但今后发展方向将是分组光交换。
一、WDM技术
WDM波分复用并不是一个新概念，在光纤通信出现伊始，人们就意识到可以利用光纤的巨大带宽进行波长复用传输，但是在20世纪90年代之前，该技术却一直没有重大突破，其主要原因在于TDM(时分复用)的迅速发展，从155Mbit/s到622Mbit/s，再到2.5Gbit/s系统，TDM速率一直以过几年就翻4倍的速度提高。人们在一种技术进行迅速的时候很少去关注另外的技术。1995年左右，WDM系统的发展出现了转折，一个重要原因是当时人们在TDM10Gbit/s技术上遇到了挫折，众多的目光就集中在光信号的复用和处理上，WDM系统才在全球范围内有了广泛的应用。论文格式。论文格式。
1、波分复用技术的概念
波分复用(WDM)是将两种或多种不同波长的光载波信号(携带各种信息)在发送端经复用器(亦称合波器，Multiplexer)汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术； 在接收端，经解复用器(亦称分波器或称去复用器，Demultiplexer)将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术，称为波分复用。
2、CWDM和WDM
通信系统的设计不同，每个波长之间的间隔宽度也有不同。按照通道间隔的不同，WDM可以细分为CWDM（稀疏波分复用）和DWDM（密集波分复用）。CWDM的信道间隔为20nm，而DWDM的信道间隔从0.2nm 到1.2nm，所以相对于DWDM，CWDM称为稀疏波分复用技术。
3、发展特点：
1）向大容量超长距离DWDM系统发展
2）向城域WDM技术发展
二、IP over WDM
IP over WDM也称作IPover Optical，通俗的说，它就是让IP数据直接在光路上跑，减少网络层之间的冗余部分，具有体系简单、网络设备少、网络复杂性小，额外开销低、时延小、传输效率高等特点，这些都是IP over ATM和IPover SDH/SONET所无法比拟的。IP over ATM和IPover SDH/SONET最终将演变为IP over WDM。
主要研究内容有网络结构、帧结构、路由选择和波长分配、IP over WDM的应用、IPover WDM中的自愈技术。下面我们简单介绍一下自愈技术的研究现状。巨大的带宽承载着大量的业务使得带宽IP网络的可靠性更为重要目前由于DWDM袭用商用的只是点对点系统，因此，对IP over WDM方式的网络的自愈保护有两个层次：光层和IP层。由于IP层和光层都可以有自愈能力，如何协调和配合，是有待进一步研究的问题。
三、DTN（光传送网）
DTN概念：DWDM系统本质上是点对点的系统，组网方式有限，因此波分复用系统的一个发展方向是网络化，叫做光传送网（DTN：OpticalTransport Network）。它的基本思想是将点到点的波分复用系统用光交叉互连（OXC:Optical Transport Network）节点和光分插复用（OADM:Optical Add-Drop Multiplexer）节点连接起来，组成光传送网波分复用技术完成OTN节点之间的多波长通道的光信号传输，OXC和OADM节点则完成网络的交换功能。
1、OXC：光交叉连接是在网眼型网络中进行来自多数节点的光信通道路径的切换，因此用于相互连接网眼型网络或多个环型网络的大规模网络中。
2、OADM：光分插复用装置是在利用波长的网络中对所需信号进行分插复用的装置。
3、OTN的分层结构：
1）光通道层：（Optical Channel Layer）负责来自电复用段层的客户信息选择路由和分配波长，为灵活的网络选路安排通路连接，处理光通道开销，提供光通道层的检测、管理功能。
2）光复用段层：（Optical Mutiplexing Section Layer）负责相邻两个复用传输设备间复用光信号的完整传输，为复用信号提供网络功能
3）光传输段层（Optical Transmission Section Layer）为光信号在不同类型的光传输媒介（如G.652，G.653，G.655光纤等）上提供传输功能，同时实现对光放大器或中继器的检测和控制功能等。
四、ASON
自动交换光网络（ASDN：Automatically Switched Optical Network）作为构建新一代光网络的核心技术，以兼容性、扩展性良好的硬件系统为支撑，配备先进的软件系统，把光传输媒介层由静态变成了一种动态的、智能的光交换网络结构，并可以直接通过光域快速提供各种灵活的高速增值业务，形成一个以数据为中心的基础平台，可全面提升通信网络的传送效能。论文格式。
ASON是以光传输为基础的光层组网技术和以IP为基础的网络智能化技术迅速发展并结合后形成的。ASON的本质即光传送网与智能化相结合，是在传送网的光层网络基础上演进而来的，其着眼点是要把富有潜力的光网络发展成能高度自动地应对业务需要的、经济有效的、可在光层上直接为全网提供端到端服务的智能网。
ASON的关键技术很多，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（包括信令网）；连接及连接管理；管理平面功能；ASON的智能节点技术；ASON的生存性机制和网络性能等方面。ASON网络结构的核心的特点就是支持电子交换设备动态地向光网络申请带宽资源，可以根据网络中业务分布模式动态变化的需求，通过信令系统或者管理平面自动地去建立或者拆除光通道，而不需要人工干预。采用自动交换光网络技术之后，原来复杂的多层网络结构可以变得简单一些。光网络层各自直接承载业务，避免了传统网络中业务升级时受到的条件限制。ASON的优势集中表现在其组网应用的动态性、灵活性、高效性和智能化等方面。支持多粒度、多层次的智能，提供多样化、个性化的服务是ASON的核心保证。
光网络从PDH(准同步数据系列)到SDH(同步数字系列)，又从SDH到DWDM(密集波分复用)，最终实现从DWDM向全光网络过渡。分组化的、开放的、分层的网络体系结构是下一代网络的显著特征。传送层将由网络来承担，下一代的光网络及其演进就成为研究的重点。自动交换的功能是下一代交换光网络演进的趋势基本上是众望所归了。
五、光交换技术
光交换技术分为：光路交换（OCS：OpticalCircuit Switching）、光分组交换（OPS：OpticalPacket Switching）、光突发交换（OBS：Optical BurstSwitching）和光标记分组交换（OMPLS：OpticalMulti-Protocol Label Switching）。这里只简单介绍一下光突发交换： OBS 网络由光核心路由器、边缘路由器及光链路组成。在骨干网络边缘，来自接入网的IP 分组在边缘路由器中被汇聚（Assemble）成光突发单元，通过核心路由器的转发在OBS骨干网络中传输，再在目的端的边缘路由器中拆分（Disassemble）恢复成一个个的IP 分组进入对方接入网。
光交换技术的发展：目前市场上出现的光交换机大多数是基于光电和光机械的，随着光交换技术的不断发展和成熟，基于热学、液晶、声学、微机电技术的光交换机将会逐步被研究和开发出来。
由光电交换技术实现的交换机通常在输入输出端各有两个有光电晶体材料的波导，而最新的光电交换机则采用了钡钛材料，这种交换机使用了一种分子束取相附生的技术，与波导交换机相比，该交换机消耗的能量比较小。基于光机械技术的光交换机是目前比较常见的交换设备，该交换机通过移动光纤终端或棱镜来来将线引导或反射到输出光纤，实现输入光信号的机械交换。光机械交换机交换速度为毫秒级，但它成本较低，设计简单和光性能较好，而得到广泛应用。使用热光交换技术的交换机由受热量影响较大的聚合体波导组成，它在交换数据信息时，由分布于聚合体堆中的薄膜加热元素控制。当电流通过加热器时，它改变波导分支区域内的热量分布，从而改变折射率，将光从主波导引导自目的分支波导。热光交换机体积非常小，能实现微秒级的交换速度。
随着液晶技术的成熟，液晶光交换机将会成为光网络系统中的一个重要设备，该交换设备主要由液晶片、极化光束分离器、成光束调相器组成，而液晶在交换机中的主要作用是旋转入射光的极化角。当电极上没有电压时，经过液晶片的光线极化角为90°，当有电压加在液晶片的电极上时，入射光束将维持它的极化状态不变。而由声光技术实现的光交换设备，因其中加入了横向声波，从而可以将光线从一根光纤准确地引导到另一根光纤，该类型的交换机可以实现微秒级的交换速度，可方便地构成端口较少的交换机。但它不适合用于矩阵交换机。
另外，市场上目前又开发了基于不同类型的特殊微光器件的光交换机，这种类型的交换机可以由小型化的机械系统激活，而且它的体积小，集成度高，可大规模生产，我们相信这种类型的交换机在生产工艺水平不断提高的将来，一定能成为市场的主流。
参考文献：
1、《细说光波分复用（WDM）技术》邓永红
2、《细说光交换通信技术》西部数码网络作品
3、《多粒度光交换技术的研究》殷洪玺、张宇等
4、《自动交换光网络》吴健学、李文耀 编著
5、《光突发交换网络》纪越峰、王宏祥
6、《现代通信交换技术》穆维新、靳婷主编
7、《光信息网络》[日]菊池和郎 主编
8、《电路交换、分组交换和光交换》伊鹏、齐鸣杰
论文摘要:本文主要钍对高速公路通信系统的应用原理进行阐述。
高速公路机电工程中的通信系统属于基础类设施,主要为收费、监控系统提供信息(话音、数据、图像)传输通道,由光缆数字传输系统、程控数字交换系统、移动通信系统、紧急电话系统等组成。根据其通信系统在高速公路行业的应用特点,高速公路通信网主要由长途通信干线传输网、程控数字交换机、数据传输网、图像传输网、移动通信网和卫星通信网等部分组成,下面我们重点对其各主要组成部分的使用原理进行详细介绍。
1收费系统
高速公路收费系统一般采用半自动收费方式,即人工判别车型,车道入口发放通行卷,出口验卷,计算通行费,人工收费,计算机管理,辅以车辆检测器校核,闭路电视监视。目前,提倡计算机联网收费。远期,逐步实现自动收费方式。通行卷有采用非接触式IC卡,也有采用磁卡。为便于计算机联网收费,联网收费区域内均应采用同一种通行卷。
1.1计算机收费系统
计算机收费系统一般分两级,即收费中心计算机系统和收费站计算机系统。收费站控制室计算机与该站的收费广场车道控制计算机组成该站的局域网。收费中心内的计算机构成中心独立的局域网。各局域网之间、收费中心与区域拆帐中心之间需要通过通信系统实现数据传输进行勾通。
1.2收费数据传输
收费数据分三级管理:收费中心计算机、收费站计算机及收费车道计算机。收费站与收费中心之间的数据传输是通过数据通道直接传输的,各通信站的ONU设备提供必要的2Mbps(G.703)数据通道接口。通信与收费系统是通过收费站和收费中心的路由器连接起来的,在区域收费联网的情况下,路由器至少要具备两个E1(G.703)接口,一路传往收费中心,一路传往区域拆账中心。
1.3收费图像传输
收费系统在个收费站广场出口均设置了摄像机,各摄像机的图像信号既要传到相应的收费站又要传到收费/监控中心。从摄像机到收费站的视频及控制信号传输是由收费系统完成的,而图像及控制信号的远程传输与监控有所不同,未采用复用方式,庵个摄像机图像对应一芯光纤,而控制信号是经MODEM通过通信系统的话路通道传输的。
2通信系统
2.1通信干线传输
长途通信干线传输系统设计的正确与否,决定着整个通信系统质量,它不仅关系到能否实现现代通信网设计的目的,还关系到工程投资的经济性、合理性和可靠性。目前,高速公路机电工程基本是采用光纤通信系统。高速公路通信系统长途通信干线传输网采用光纤通信,这是因为:
高速公路通信网要求同时传输语音、数据和图像通,信量较大,选用频带、通信容量大的光纤通信系统是合理的。
光纤通信具有通信容量大、抗电磁干扰能力强、通信质量高、传输距离长等特点,是其它通信传输方式无可比拟的。
光缆通信中继距离长,适应公路沿线各通信站点间距离不一致的实际情况。
采用长波长单模光缆传输方式,在中等容量以上长距离传输系统中,从经济上占有优势。
2.2通信系统的程控交换
根据高速公路通信系统业务的内容和特点,通信系统采用三级程控交换,第一级交换中心设在高速公路总公司通信总中心,其主要职能是完成本局终端的话务接转,汇接所有来话、去话的转接任务,并与二级公路网中心联接,完成本局话务接续与本局以外的话务转接;第三级交通中心分别设在各高速公路公司下属的管理所,其主要职能是完成本局的话务接续与出入本局的话务接续。为了提高系统的可靠性、灵活性及话务流向的需要,各级交通交换中心之间均可进行互连,以便组成一个多迂回、多路由的程控数字交换网。
2.3话音通信系统
高速公路通信网话音系统包括业务电话系统、指令电话系统和移动电话系统。业务电话系统为高速公路管理局、各公司、各管理所以及高速公路上各种设施(如监控、收费、服务区、停车场、加油站、维修、交警、通信、供电、配电及养护等)提供内、外业务联系电话。业务电话为全网自动拨号,业务电话网应与市话公用网汇接。指令电话系统主要是为监控总中心以及监控中心下达交通监控和调度指令。为便于交通控制和交警业务调度,在监控中心和分中心可分别设置两套指令电话控制台,以便供公路值班员和交警值班员使用,指令电话应自成系统。指令电话控制台设置在各路公司内,分监控指令控制台和交警指令控制台,分别控制所辖路段各指令电话机和交警用指令电话机;指令电话控制台具群呼、组呼、单呼功能及自动录音功能;指令电话控制台具有转接功能,即实现指令电话控制台与指令电话机之间的转接。
2.4移动通信系统
移动通信,就是指通信双方至少有一方在移动中进行信息交换。移动通信不仅指双方的通话,还应包括数据、传真、图像等业务。移动通信系统可以自己建网,也可以租用邮电部建立的公用蜂窝移动通信网。邮电部公用蜂窝移动通信网可实现全省漫游,管理也比较方便,可以省去了自己建网的费用,但公用蜂窝移动通信网费用很高,同时不能完成高速公路网要求群呼、组呼等调度功能。自行建立高速公路移动通信专用网,可以解决上述不足,但建网投资很大。建议高速公路移动通信系统自己建立专业移动通信网,采用800MHz集群移动通信系统。据了解,辽宁省高速公路管理系统应用移动通信较为先进,移动通信成为快速应变能力的强有力手段。
3监控系统
高速公路监控系统应用图像传输可将道路现场的活动图像,利用图像传输系统的能力把图像信息用电信号的方式传送到远方,清楚地再现在屏幕上,有利于管理人员做出控制决策。活动图像传输采用光缆传输方式,高速公路监控摄像点不太多的特点,一般采用一对一(一摄像头对一监视器)方式传输到各路监控中心。通过视频切换方式,由总部的控制信号来选取所需的图像信号,由光缆传至监控总部的监视器,使总中心也能监视到它所关心的全省高速公路运行情况,以便进行宏观管理。
监控系统主要由两部分组成:监控中心计算机系统和外场设备。
3.1监控中心计算机系统
监控中心计算机系统即情报处理系统,它包括通信控制器、网络服务器、交换式集线器、终端计算机等。这些计算机组成局域网,组网方式:收费站控制室计算机与该站的收费广场车道控制计算机组成该站的局域网。收费中心内的计算机构成中心独立的局域网,只是多了一台通信控制器,它配有多串行接口控制器,用于外场设备与中心的数据通信管理。
3.2监控中心的外场设备
监控的外场设备包括车辆检测器,可变情报板,可变限速标志,气像检测器等。由于这些检测点(数据采集点)距离通信站较远,相对分散,且数据量较小,无法采用标准的高速数据接口进行传输,因此在每个远端数据点配一台MODEM,将数据传到就近通信站的ONU,最后通过通信系统传至监控中心通信控制器。
3.3监控数据传输
监控数据分二级管理:监控中心、监控外场设备。通信系统在各站综合业务接人网的ONU设备业务通道中提供足够的2/4wVF接口,监控数据采用模拟传输方式,通过这些音频接口完成,由监控系统提供MO-DEM进行数模转换。
3.4监控图像传输
监控系统在全线设置了一定数量的摄像机,各摄像机的图像和控制信号均要传至监控中心。通信系统负责为摄像机的图像和控制信号传输提供光电缆,视频图像信号和控制信号经过数字/视频复用光端机复用后,占用一根光纤。
