通信的基本原理范文

導語：如何才能寫好一篇通信的基本原理，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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在電子信息科技作為主要應用科技的二十一世紀，通信成為了對人們的工作和生活產生重要甚至是決定性作用的高新科技。現代化的社會中，各項事業的發展都是高速進行的，步伐之大，節奏之快，都為人們所驚嘆，這些都依賴于通信技術，它以迅雷不及掩耳之勢使海量信息迅速為人們所知。因此，對這種通信技術的原理的了解和其關鍵性技術的分析是十分重要的，可以讓掌握其核心科技的群體獲得科技中的主動權，在競爭激烈的當今社會獲得優先發展的優勢。本文就將主要介紹低壓電力載波通信的基本原理，及其關鍵性的技術，以將這種技術推而廣之，推動整個社會對高新科技的研究和應用。

【關鍵詞】低壓電力載波 通信 原理 技術

電力載波通信在我國的應用時間尚短，但是這項技術一經傳入我國，就以極高的速度發展，并取得了驚人的成效。當前，我國的高壓電力載波通信已經發展為一種基本的通信方式，在我國的電力系統中，發揮著重要的作用。然而，低壓電力載波通信在近幾年也受到了重視，各種低壓電力載波通信技術正在迅猛發展，具有巨大的市場潛力。低壓電力載波通信就是通過電力輸電線路進行對信息的傳輸，它可以分為高壓電力載波通信、低壓電力線載波通信和中美壓電力載波通信。所以低壓電力通信只是電力載波通信中的一種，但同樣具有電力載波通信的一般優點，投資省、見效快、可靠性高，以及與電網建設同步等他特點。低壓電力載波通信在水電站、農電以及邊遠山區等地區的使用方便，更加使用于在這些地方使用。

1 低壓電力載波通信的基本原理分析

1.1 擴頻載波通信技術

擴頻載波通信技術是近年來發展起來的一項新技術，可在民用通信上得到廣泛的應用。這項技術是將所發送的信息展寬到一個比信息帶寬得多的頻帶上，然后通過接收端的接收再將其恢復到信息帶寬的一項技術。擴頻通信技術是利用偽隨機編碼來調制待傳送的信息數據，從而實現對頻譜擴散后的傳輸，然后在接收端采用同樣的編碼對其進行解調和相關的處理。

根據相關的科學理論，如果將頻帶的寬度適當地增加，就可以在較低的信噪比情況下，用相同的信息率以任意小的差錯概率進行傳輸信息。這說明，頻譜擴展技術可以很好地對信號進行隱蔽，而且還具有很好的抗干擾能力，能夠適應低壓電力網絡中的復雜的各種噪音的干擾。

1.2 正交頻分復用原理

正交頻分復用技術主要是利用相互重疊的子信通道和應用并行數據傳輸技術以及正交頻分復用技術來實現對信息的傳輸，它一種利用多載波的調制技術。這項技術可以將所要傳輸的信息分為多個子信號，然后利用這多個子信號分別對多個相互正交的子載波進行調制，隨后再同時發送，最后在接收端對這些數據進行整合，從而達到提高數據傳輸效率的目的。并行數據傳輸可以通過提高多個信號的擴散效率來有效抵抗脈沖干擾噪聲的影響。

在具體的發送過程中，首先對所發送的串行數據信號進行串并轉換，將串行數據轉換為并行數據，然后進行相應的調制，同時在碼元之間插入循環前綴，再將之前的并行數據轉換為串行數據，經過濾波以后，這些數據被耦合到低壓電力線進行信號傳播。在接收端，通過對接收到的信號的相應處理，再通過相應的變換就可以恢復到初始傳播的信號。

同擴頻載波通信技術一樣，多載波的正交頻分復用調制技術也具有很好的抗干擾能力，另外，還具有較高的帶寬利用率，而且它還靈活地將信息分配到不同的載波頻寬，因而可以很好地克服窄帶干擾和頻率選擇性衰落，而且它還可以通過與前向糾錯碼結合來實現對脈沖噪音的干擾。因此，正交頻分復用技術是在低壓電力配電網上實現高速數字的傳輸的理想選擇，它與信道編碼和交織技術的結合能夠達到可靠和有效的通信效果。

2 低壓電力載波通信的關鍵技術分析

2.1 直接序列擴頻技術

這種技術就是在發射端利用高速率的擴散序列將信號頻譜擴散出去，在接受段用相同的擴頻碼序列對信號進行擴散，將接收到的信號還原為原來的信號。這種技術的抗干擾能力十分強大，而且不易對其他的信號產生影響，也不易被其他接受裝置截獲，應用十分可靠。

2.2 多載波碼分復用技術

這項技術的就是將正交頻分復用技術直接應用于載波碼分復用技術上。它是首先將每個信號進行擴頻，再將擴頻后的每個芯片調制到一個載波上，再通過信道進行傳輸。而在接收以后，需要進行正交頻分復用的解調、解擴以及進行并行和串行之間的變換，從而實現對原始信號的檢測和恢復。多載波碼分復用技術的抗干擾能力也相當強大，而且還具有極高的頻帶利用率，能夠有效將由于時延擴展而出現的負作用避免，與正交頻分復用技術相比較，其克服子載波的衰落作用更加明顯。

另外，鏈碼自適用調制技術可以保證對信息的發送成功，因為在信息發送不成功的情況下，利用該技術可以嘗試重新發送，直到發送成功為止。自動中繼技術可以有效提高中繼信號的質量，降低誤碼率。

3 總結

當前國內外對低壓電力載波通信技術的研究和應用在通信領域已經十分廣泛，同時通信技術也逐漸滲透到了更多行業的發展中，在市場上占有巨大的應用地位和發展潛力。然而由于我國電力應用場所的特殊性和應用環境的惡劣，都對通信信道的建立設置了障礙。經過技術研究，可以通過建立相應的參考模型以及使用相應的技術對這種嚴峻的自然環境進行克服。通過對直接序列擴頻技術、多載波碼分復用技術、鏈碼自適用調制技術、自動中繼技術等相關技術的應用有效實現對低壓電力載波通信技術的應用。

參考文獻

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關鍵詞：地方新建本科院校；通識選修課管理；問題；對策

中圖分類號：G40-058 文獻標志碼：A 文章編號：1002-0845（2013）03-0070-02

通識選修課（又稱公共選修課），是為了踐行通才教育理念而開設的選修課。目前，綜合性大學已形成了一套形之有效的通識選修課管理制度，并積累了一定的經驗。但對于地方新建本科院校而言，開設通識選修課還是個新生事物，需要在實踐過程中逐步探索適合本校實際的選修課管理辦法。

一、地方新建本科院校通識選修課管理中存在的主要問題

在開設通識選修課之初，地方新建本科院校所采用的大多是固定時間段集中開設的方式。隨著招生規模的不斷擴大，學校的教學資源變得越來越緊張，采用固定時間段集中開設通識選修課的做法愈來愈行不通。于是，許多地方新建本科院校加大了對教學硬件設施的投入，紛紛購買教務網絡管理系統以滿足學分制、選課制的需要。但選課涉及的內容較為寬泛，教務網絡管理系統只是為選課提供了一個技術支持而已。由于在通識選修課管理中存在選課制度尚不完善、教學管理人員觀念落后等問題，導致選課管理工作依然是舉步維艱。

以下是對某地方新建本科院校通識選修課選課管理的調查。某地方新建本科院校升本之初，采取的是從通識選修課模塊中抽取一定數量的課程集中在每周二下午開設的做法。這種模式簡單、效率高，但在教學過程中經常出現課程沖突的情況。于是學校在第二年購買了教務網絡管理系統，實行網上選課。采用這種方式后，通識選修課平均分布在周一至周五的下午或晚上，學生依據自己的個人課表進行選課。這種選課模式兼顧了任課教師和學生的實際，有效利用了學校的教學資源，但在實施的過程中仍然存在以下三個方面的問題：

1.學生選課存在盲目性

通識選修課要求學生不能選修已修讀過的課程或與本專業必修課、選修課重復的課程，否則不計學分。同時，要求學生應在自然科學、哲學、經濟管理、體育藝術等四大系列中均衡選課，其中在自然科學、哲學、體育藝術等三大系列中至少各選修2學分的課程。但在實際選課過程中，不少學生出現了選課重復及在大學四年期間僅選修某一系列通識選修課的情況。

許多通識選修課都是由專業選修課衍生而來的，只不過因教育對象的不同，在修讀要求上有所差別而已。對本專業教學計劃不熟悉的學生往往不清楚本專業會開設哪些課程，因而出現了對課程的誤選。有些課程可能因修讀對象的不同，變換了課程的名稱，但課程的主要內容并沒有明顯的變化，導致許多學生在上了課之后才發現選錯了課。

2.學生對選課的理解存在偏差

采用教務網絡管理系統進行選課后，通常情況下，無論是哪種類型哪種性質的課程，都需要有“網上選課”這一環節。在選課過程中，大多數學生往往把選課理解成“網上選通識選修課”。因此，僅選修了規定的通識選修課程，未選擇通識教育必修課及專業課。更糟糕的是，學生到了上課時才發現課表沖突，只好申請退/補選，這在一定程度上引發了選課程序的混亂。

3.學生對選課程序缺乏了解

為方便學生選課，參照大多數高校的做法，某地方新建本科院校在選課前為學生印發了選課操作流程，但結果很不理想。一部分學生往往在選課結束后才發現自己所選的課沒有提交成功，然后申請補選。為此學校做了一個相關調查，調查結果顯示，選課后，有90%的學生會及時查看個人課表以確認選課結果；有7%的學生不會看選課結果；有3%的學生只有在所選課程有所調整時才會查看選課結果，上述情況的存在導致了整個選課秩序的混亂，因而無法滿足學生的需要。

二、通識選修課管理中存在問題的原因分析

1.對通識選修課的認識不到位

通識選修課對于地方新建本科院校而言還是個新生事物，很多學生往往是在接到教務處下發的選課通知后才了解到有這樣一類課程，根本不了解開設這類課程的目的和要求。據調查，在對公選課的態度上，有74%的學生認為開設通識選修課很有必要，有19%的人認為這類課程可有可無；從選課依據及選課心態來看，有73%的學生會從自己興趣愛好及拓寬專業知識的角度出發選修相應課程，有7%的學生選課僅僅是為了獲得學分，另有20%的學生會結合自己的學習、生活實際選修相關課程；在就通識選修課整體到課率低這一現象的原因進行分析時，有27%的學生認為是由于一些學生未能充分認識到通識選修課的重要性，另有13%的學生認為因本專業課程壓力大，對于上通識選修課，感覺到力不從心。

2.選課指導不到位

誤選或重復選課的原因主要是沒有給予學生充分的指導，體現在以下三個方面：1）各專業負責人沒有為學生詳細地介紹專業教學計劃、通識選修課的修讀要求及相關管理條例；2）選課前未對通識選修課內容作詳細介紹；3）未及時選課信息等。調查顯示，有77%的學生會根據本專業教學計劃及學校的通識選修課課表擬訂選課計劃，有17%的學生缺少計劃，有4%的學生只是對課表大概了解一下。關于“對本專業教學計劃是否熟悉”這一問題的回答，有11%的學生選擇很熟悉，有32%的學生選擇完全不熟悉，有57%的學生選擇熟悉一點。對通識選修課學分修讀要求，有5%的學生完全了解，有43%的學生基本了解，有41%的學生了解一點點，有11%的學生完全不了解。對于學校公選課的設置情況，有3%的學生完全了解，有27%的學生基本了解，有51%的學生了解一點點，有18%的學生完全不了解。

3.選課管理制度不健全

地方新建本科院校由于開設通識選修課的時間不長，對通識選修課的管理大多都是借鑒其他高校的經驗，可以說是在摸著石頭過河，尚未形成一套適合本校實際的選課管理制度。以某地方新建本科院校為例，該校在通識選修課管理上花費了近三年的時間才逐漸形成了一套完善的選課管理制度。在形成制度前，通識選修課的修讀要求、選課要求及對教學管理人員的工作要求等都是在選課通知中體現的。如果師生未認真閱讀選課通知，就會遺漏相關注意事項，極易引發通識選修課選課秩序混亂的局面。對此，學生們也提出了很多意見和建議，有59%的學生認為通識選修課管理中存在的問題主要包括：缺乏課程內容介紹，導致出現對課程的誤選；選課信息的不及時，導致學生錯過了選課時間；學校未提供合適的機房，導致部分學生無法進行網上選課；選課系統繁忙，通常無法登錄；學校未給予詳細的選課指導等。

4.教學管理人員素質不高

人們對于新生事物都會有一個接受的過程，通識選修課也不例外。一般情況下，通識選修課是由教務處負責組織實施的，各系（部）教學管理人員在選課過程中通常只是在傳達通知，而沒有意識到自己有責任、有義務向學生介紹有關通識選修課的課程內容，因而沒有帶領學生學習通識選修課的開設目的、修讀要求及相關管理條例等。甚至在傳達選課通知的過程中，也只是將選課通知發放給學生，由學生自己閱讀并領會通知精神。這種單一的信息傳播渠道易使信息受阻，因而無法及時將有關信息傳遞給學生。一旦學生干部未深刻領會選課通知精神，整個班級就會出現選課秩序混亂的現象。據調查，對“獲得選課信息的渠道”這一問題的回答，有5%的學生選擇系公告欄，有65%的學生選擇班干部口頭通知，有27%的學生選擇教務處網頁，有5%的學生選擇聽說。從這些數據中不難看出，大多數學生都是在被動地接受該類信息的。

三、加強通識選修課選課管理的對策

1.提高思想認識

遵循“教育以育人為本，以學生為主體”的教育理念，應將通識選修課的開設目的、性質、課程設置等內容詳細介紹給學生。通識選修課（公共選修課）是在整合全校資源的基礎上面向全校學生開設、由學生任意選修的跨系（部）、跨專業的課程，是高校課程體系的重要組成部分，是踐行通才教育理念的重要途徑，也是高校深化教學改革的產物。目前，全國各高校都開設了通識選修課程。它對于促進文理交叉滲透、拓展學生的知識領域、完善學生的知識與智能的結構及增強學生的社會適應力等，具有非常重要的作用。通識選修課一般由學校教務處統一進行管理，這也是其與專業選修課的主要區別。

2.加強選課指導

教務處應及時組織人員編寫《通識選修課課程簡介》《選課指南》等，并與《通識選修課管理辦法》等文件資料一同編印在《學生手冊》中，在新生入學時免費發給學生，讓學生及時了解自己的大學學習任務，幫助學生做好學習規劃。另外，教務處應結合當前大多數學生開通了手機上網功能這一實際情況，拓展教務網絡管理系統的功能，建立一個功能強大的網絡信息平臺，使各種信息能夠及時、準確地反饋和出去。

各級教學管理人員應利用新生入學教育這一大好時機，為學生詳細介紹本專業課程的設置情況，并帶領學生學習通識選修課的開設目的、修讀要求及相關管理條例等。在每次選課前，應采取班會、講座等多種形式，使學生熟悉專業教學計劃及選課的要求和操作方法等，詳細介紹選課信息渠道，使學生養成主動獲取信息的良好習慣。

3.完善選課管理制度

實現選課管理的規范化，制度要先行[1]。在制定選課管理辦法時，應對選課原則、選課程序、選課注意事項、選課組織形式、選課時間等做出詳細的規定。每學期在組織學生選課前，制訂出詳細的實施計劃，并結合通識選修課選課人數多、涉及面廣的實際情況，提前通過網絡信息平臺、各教學單位、公告欄等多種渠道公布選課注意事項，開展必要的宣傳、動員工作，以保證選課工作能夠高效、有序地進行。

4.提高教學管理人員的素質

通識選修課的設置打破了傳統的教學管理秩序，這是高校教學改革的必然趨勢。因此，應通過培訓、講座等方式提升教學管理人員的素質。首先，應注重培養教學管理人員的服務意識。人本管理理論認為，管理是為人服務 的[2]。在學校，為學生服務是管理人員的職責。在組織選課的過程中，應秉承管理就是服務的理念。細心、耐心地做好宣傳動員工作，及時解決學生在選課過程中出現的問題，并對學生進行選課操作指導。其次，應對教學管理人員進行業務技能培訓，使他們掌握現代教育管理手段，能夠熟練使用教務網絡管理系統，從而更好地為廣大師生服務。

參考文獻：

[1]尹哲峰. 高校選課管理的實踐與研究[J]. 現代教育科學，2009 （1）：186-187.

[2]周三多，等. 管理學――原理與方法[M]. 上海：復旦大學出版 社，1999：123.

收稿日期：2012-11-12

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一、MOOC介紹

 

MOOC即慕課[1][2]，英文全稱為Massive Open Online Course，即大規模開放的在線課程，是新近發展起來的一種在線課程模式。慕課具有大規模的、開放課程、網絡課程等主要特點。

 

MOOC是指由參與者的課程，典型的慕課課程是大型的或者大規模的。MOOC課程必須是開放的并且不是面對面的課程。課程材料散布于互聯網上。上課地點和時間不受局限，只要有一臺網絡聯接的電腦，你就可以花最少的錢享受國內的或者世界頂尖大學的一流課程。現在的MOOC一般都是大學課程，優化后搬到網上，內容和分類都以大學的知識構架為基準。開課日期模仿大學時間表，每周上一次課，一次講一至兩學時，布置課后作業，開課期間安排答疑，體現了交互性。

 

MOOC的基本組成結構：課程視頻，隨堂測試、作業、考試以及在線助教、討論。課程視頻為微視頻組成的課程串，每個微視頻大約幾分鐘到十幾分鐘不等。微視頻里會插入小測試，看完就需要答題，然后電腦進行評分。期末要提交作業或進行考試，因為學生人數很多，作業和考試一般采用互評打分的方法。一般每門課都有自己的論壇，里面會有助教加入，對課程學習過程中的相關問題進行解答。而且還有討論區，還可以找在線的同學互相討論。慕課一般是免費的，這個免費主要指的是聽課免費，如果想要證書就需要交費。現在有很多大學將一些很多學生都選修的課程作為慕課課程，這樣既節約教師和教學資源，又可以讓學生在某一時間段內自主學習。

 

二、數字通信原理作為慕課課程的必要性

 

數字通信原理是電子與通信工程專業和網絡工程專業的一門重要的專業基礎課。是一門系統性、理論性強，同時又強調實踐性的課程。通過數字通信課程的學習，使學生了解現代通信系統所涉及的基礎理論，重點掌握數字通信系統的構成、基本原理、主要性能指標的計算、分析方法、通信信號和系統的基本設計方法，使學生較好地掌握現代通信的基本原理，通信系統的基本框架及通信技術的最新發展動態，從而對現代通信工程有一個較全面的了解。許多綜合性大學和理工類大學都開設了數字通信原理這門課程，同時通信和網絡行業從業人員也需要掌握數字通信原理相關知識，所以將數字通信原理作為一門慕課課程是非常必要的。

 

三、數字通信原理課程的MOOC教學方法

 

數字通信原理課程的目的和任務是：課程通過對通信基本模型、通信信道、模擬通信系統、數字基帶傳輸系統、數字頻帶傳輸系統、同步等內容學習，使學生了解各種通信系統的基本組成，掌握通信系統的基礎理論和工作原理。希望學生通過學習，具有進行現代通信技術研究、開發和通信工程設計與調測能力。

 

本文以中國人民大學出版社出版的數字通信原理[3]為例，該書由毛京麗主編。本課程的先行課程有：電路、概率論、信號與系統、通信電子技術等。學生需要了解通信發展史及信息概念。掌握常用的模擬信號數字化的編碼方法。掌握數字信號的基帶、頻帶傳輸原理，最佳接收原理。掌握同步技術。掌握差錯控制編碼。

 

該課程的教學要求和主要內容有：第一部分：緒論，了解模擬信號和數字信號的定義和特點;熟悉數字通信的特點和主要性能指標。第二部分：語音信號數字化編碼，要求掌握：語聲信號數字化的基本過程，抽樣定理，均勻量化和非均勻量化的區別以及非均勻量化的實現方式，編碼的基本概念及解碼的基本原理，A律13折線編解碼的基本工作原理及編解碼的信號比較及產生過程，了解DPCM、ADPCM、子帶編碼、線形預測編碼的基本概念及工作原理。第三部分：時分多路復用及PCM30/32路系統，要求掌握：TDM的基本概念及系統構成原理、幀同步概念及工作原理、PCM30/32路幀結構，了解位同步的概念及工作原理、PCM30\32路系統幀同步的工作原理。第四部分：準同步數字體系和同步數字體系，要求掌握：同步復接的方法及工作原理、異步復接PCM二次群幀結構、SDH的基本概念，了解PCM復用原理和數字復接方法、SDH傳送網的基本結構、SDH網的自愈功能實現方法、SDH網的同步方式。第五部分：數字信號的傳輸，要求掌握：數字信號基帶傳輸的基本理論，了解基帶傳輸的線路碼型、數字信號頻帶傳輸的概念及PCM信號頻帶傳輸系統的構成。

 

視頻共計32講、64段。每章第1講最初幾分鐘說明了本章的基本問題，它們作為主線，引導后續各講展開。各章講、練適度分離，以便按需獨立學習。講解力求：1.簡單易懂：讓初學者輕松入門;2.融合貫通：再次學習可深化理解。導學圖幫助學生梳理各部分知識，建立全局觀。

 

學習方法可以是：1.先看視頻，再讀教材，促進思考;2.先讀教材，再看視頻，深化理解;3.其他各種安排。深入學習者，可以從各講的相關知識點出發，閱讀參考書籍，積極參加討論。基本學習的人，可以按需裁剪章、節內容，或只觀看部分視頻講座。淺嘗即止的話，可以只學習第一章與少數幾講視頻。

 

本課程總計100分，成績構成如下：平時成績(測試與作業、討論與交流等綜合評定)40%，期末考試占60%，完成課程學習并考核成績60-84分為合格，成績85-100分為優秀。

 

四、小結

 

本文介紹了將數字通信原理作為慕課課程的必要性，并且對該課程的教學做了相應的規劃。通過一學期小范圍的試運行，發現通過這種教學方式，學生能較好的掌握這門課程，并且通過幾次課的學習，能基本適應慕課這種教學形式。

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【關鍵詞】OFDM技術；光纖通信系統；應用分析

一、OFDM技術的基本原理與優點

1、OFDM技術的基本原理。OFDM技術運行的基本原理簡而言之就是降低子載波上符號的速率，通過將高速的數據流轉化為低速的數據流，將串行的數據流轉換成并行的數據流，達到在多個相互之間有正交關系的子載波上進行數據流傳輸的目的。也正是由于這種數據流的轉化方法，避免了子載波間出現干擾的現象，提高了頻帶的使用效率。

2、OFDM技術的優點。OFDM技術的優點有許多，運用OFDM不僅能夠大大的縮短傳遞信息的時間，在以下四個方面的運用更是突出表現了該技術的使用性能。OFDM技術能夠比較有效的利用頻帶的效率，在抵抗衰老的方面也表現出了較強的適應的能力，同樣的在抵抗碼間干擾能力方面也有較強的表現能力，在這些能力表現的方面來說最重要的是較強的信息傳送能力，能夠及時有效地把信息傳遞給信息接受方。

二、光纖通信系統的優點

正如我們對于當今社會的定義一樣，當今的社會是一個迅速變化，不斷發展的社會。也正是由于當今社會日新月異，不斷變化，光纖通信系統在解決通信道路擁擠的方面具有突出的優點，發揮了重要的作用。

1、通信容量巨大。相比較明線、同軸電纜以及微波等其他的通信設施，光纖通信系統所表現的巨大的通信容量具有明顯的優勢，平均比明線、同軸電纜以及微波等其他的通信設施的通信容量高出了幾十甚至上千倍之上。

2、保密性能良好。光纖通信系統具有良好的保密性能，運用光纖通信系統傳輸的信號很難被竊聽，相比較其他的通信系統，光纖傳輸在傳輸數據的過程中信號泄露的可能性非常小。

3、具有較強的抗電磁干擾能力。一般來說，光纖的制作原材料一般都是大自然里存在量非常大的石英，由基本的化學知識我們可以了解到石英的屬性屬于絕緣材料，在自然界里存在的形式非常穩定，絕酸絕堿，能較好的抵抗電磁的干擾。

4、光纖的原材料十分豐富。由上文可知，光纖的原材料是自然界存在量非常大的石英，而石英本質上就是我們所了解的二氧化硅。二氧化硅在自然界中有著極其大的存儲量，廣泛存在于石頭等常見的物質之中。

三、OFDM技術在光纖通信系統中的應用

1、直接檢測光OFDM系統的分類。一般來說，根據是不是需要把基帶OFDM頻譜復制在光OFDM的頻譜這種判斷形式可以把直接檢測光OFDM系統分為線性映射與非線性映射兩種。通常來說線性映射所復制的情況是直接的，在色散系數的影響下，信號的傳輸距離也會發生改變，必須采取一定的措施來補償電域以及光域的色散。

2、系統不能恢復有效的數字信號。相干檢測光OFDM系統在直接檢測光OFDM系統中，只有光的強度信息能被光電檢測器檢測到，而光載波的相位以及頻率是檢測不到的，因此，該系統不能有效地將初始數字信號恢復。相比而言，相干檢測光OFDM系統則能彌補直接檢測光OFDM系統的不足，甚至因為具備極其高的接收機靈敏度，因此在同樣的發射功率下傳輸距離能夠更長。但是同樣的，子載波數目的不同能夠直接影響到CO-OFDM系統性能的發揮。數目過大，就會造成信道間的干擾。數目過少，就會降低頻譜的利用率。

3、提高系統容量的措施。偏振復用CO-OFDM系統由于CO-OFDM系統可以對光纖中的偏振模色散進行有效的補償與估計。為了提高所需要的系統容量，需要將偏振復用技術引入到CO-OFDM系統之中，這樣做不僅可以滿足系統對各個元器件的基本要求，而且還能進一步提升系統的運行速率。由此可見，偏振復用CO-OFDM系統已經成為未來超大容量、超高速率和超長距離傳輸系統的重要解決措施。由于單模光纖通常情況下具備兩種偏振模式，并且光信號的傳輸會受到偏振相關損耗（PDL）和偏振模色散（PMD）和色散（CD）效應的影響。

四、總結

光OFDM技術與OFDM技術光纖通信二者相互結合，充分發揮了二者不同的優點。我們完全有理由可以預見，隨著信息技術的迅猛發展，光OFDM作為一項關鍵性的技術必定會在在未來的傳輸系統中發揮其本身的價值。除此之外，為了更好的發展相關的科學技術，在未來的研究工作中，對光OFDM系統中的非線性效應還需要相關的科研人士不斷的進行研究探討，發展現有的科學技術，改善現存技術的不足之處，使得該技術能夠更好地為社會、為人類服務，促進社會文明進步。

參考文獻

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關鍵詞：通信監控網絡；信道編碼；窄帶隨機過程；累加器

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)26-1684-03

Channel Coding of Communication Investigation Network Based on Narrow-Band Random Process

ZHANG Jun

(Academy of Professional Technology, Chenzhou 423000,China)

Abstract: In this paper, a method of channel coding of communication investigation network based on narrow-band random process was presented. Through increasing redundancy and decreasing false code rate, this method could improve relaibility of communication. Based on basic coding theory, this paper presents principle of nomal and low communication network, and describes principle of design. Based on narrow-band random process, this paper proposes a new method which increases a new accumulator to use high energy to subsitute high signal noise rate, this method also use majority-logic criteria to improve stability and relaibility of communication investigation network

Key words: communication investigation network; channel coding;narrow-band random process;accumulator

1 前言

本文研究電力線通信監控網絡的窄帶信道編碼，通過增加冗余比特，降低誤碼率和丟包率，提高通信可靠性和有效性。在研究信道編碼差錯控制原理基礎上，給出了設計中低速通信網絡信道編碼的基本分析思路，闡明了為提高可靠性而遵循的設計原則；在研究窄帶隨機過程解調檢測器基本原理基礎上，提出在電力線窄帶通信接收機中，增加一級累加器，使信號比特能量積累換取高信噪比，并在累加器后級通過大數判決來實現檢錯和糾錯。

2 重復編碼累加器

在研究窄帶接收機基本結構和構造信道編碼之前，先假設電力線信道中收發雙方能夠通過某種方式同步，使雙方均能由同步信號產生的定時器判定是何種信道編碼。

設碼字由N個比特組成，第一個比特為原始信息比特，其余為與信息比特相同的冗余比特。調制后，電力線通信窄帶信號頻譜集中在以w0為中心的有限頻帶w內，且有w0>>w 。窄帶隨機過程可表示為： ，其中的A(t)和φ(t)分別為窄帶過程的包絡和相位，與W0相比，均為慢時變的隨機過程。

當 a≠0 ，即當接收機輸入為疊加有噪聲的信號時，若θ 是在(0.2π) 上均勻分布的隨機變量，則Nci+acosθ ，Nsi +asinθ 在θ 給定情況下都是互相獨立的高斯隨機變量，且有

性質：兩個互相獨立的具有x2 分布的隨機變量之和仍為 x2分布，若它們的自由度之和分別為n1 和n2 ，其和的自由度為n1+n2 。由此可以得到G的概率密度與累加次數的關系。對于二進制窄帶調制信號，這個固定值即為碼元 1和 0 的判決門限。從以上分析中，可得到以下的重要結論：通過增加相同碼元的累加次數，增大接收機正確判決的概率。在信道編碼中信息比特能量以1-Pe>0.5 的概率多次累加，積累的總效應使比特能量和噪聲能量之比增加。所以，使用累加器可以提高接收機檢波的信噪比，提高通信可靠性。注意到G 的非中心參量λ 與自由度2n 之比為

a2/O2 為檢波器輸入端的功率信噪比。由非中心x2 分布Y 的數學期望和方差公式，E[Y]=nYσY2+λY，和D[Y]=2nYσY2+4σY2λY(nY、σY2 和λY分別為自由度、方差和非中心分布參量)，可得到歸一化 G的數學期望和方差

可見，G 的數學期望（接收機輸出的信號統計平均值）和方差（信號功率統計平均值）與積累次數成正比，且隨著輸入端信噪比的加大而增加。

3 仿真與分析

實驗一：未使用信道編碼的工程實測

本文將研究和設計的電力線通信模塊應用與遠程照明監控系統的仿真試驗中。根據監控系統通過GSM方式與電力線網關通信，查看控制和查詢結果，并與實際結果相比較。在上行鏈路中，數據包丟失（或控制字出錯）表現為未收到查詢結果；下行鏈路中，數據包丟失或出現誤碼，表現為下傳控制命令時未執行操作或發生誤動作。無論上行鏈路還是下行鏈路出現1次錯誤，均表現為通信網絡不可靠，按照操作失敗1次處理。操作次數和出錯次數的統計見表1。

實驗二：基于累加器信道編碼的工程實測

重點考察使用累加器大數判決的信道編碼能否降低誤碼率。測試統計數據見表2。與實驗一中測試結果比較，使用累加器信道編碼的通信網絡下行鏈路（控制）出錯率降低近400倍，上行鏈路出錯率降低近1.5倍。下行鏈路的數據流方向是由電力線通信網關至通信節點，經信道編碼后可靠性提升明顯。

分析無應答的節點位置規律，均位于線路末端；在時間也有19:00~21:00無應答情況集中的規律，在21:00以后，控制和查詢恢復正常。線路位置和時間段對通信網絡影響較大的是線路電壓。由于電力線通信節點使用線性電源，默認狀態是接收模式，所以能夠接收并執行來自于網關的控制命令；返回給網關狀態數據時，發射功率的消耗導致通信節點本地電壓跌落，造成波形失真和比特能量與噪聲比的降低，從而引起了誤碼。

線路末端通信節點距離供電變壓器距離基本相等，電子鎮流器側節點供電電壓均低于電感鎮流器側對應位置的電壓，最大相差7V。克服通信節點本地電壓跌落的有效方法，是提升供電工頻變壓器二次測輸出電壓，如圖1所示，原有變壓器在220V輸入電壓條件下有3.33V的跌落，導致輸出功率未達到設定值；改進后的線性電源能夠在輸入電壓低至190V時，為通信節點穩定供電。

從圖1中也可以看到， 信道編碼后的數據包長度為原始數據包長度的6倍(600ms)，雖然通信接口的波特率維持在 ，但實際數據包的傳輸時間增大了，可靠性得以提高。

4 總結

本文研究電力線通信監控網絡的窄帶信道編碼，通過增加冗余比特，降低誤碼率和丟包率，提高通信可靠性和有效性。在研究信道編碼差錯控制原理基礎上，給出了設計中低速通信網絡信道編碼的基本分析思路，闡明了為提高可靠性而遵循的設計原則；在研究窄帶隨機過程解調檢測器基本原理基礎上，提出在電力線窄帶通信接收機中，增加一級累加器，使信號比特能量積累換取高信噪比，并在累加器后級通過大數判決來實現檢錯和糾錯。

參考文獻：

[1] Sklar B.數字通信―基礎與應用[M].2版.徐平平,譯.電子工業出版社,2002:234-235.

[2] Huaiyu D, Poor H. Advanced Signal Processing for Power Line Communications[J].IEEE Communications Magazine,2003,41(5):100-107.

篇6

    焦爐四大車的通信方式大多采用無線或感應無線的通信方式。在感應無線的通信方式中,編碼電纜既作為位置檢測使用,又作為數據通信使用。將編碼電纜應用在移動機車的定位上是相當成功的,但將其應用在數據通信上,其缺點是明顯的。首先感應無線通信的工作頻率較低(100kHz左右),容易受到電氣干擾;其次其通信環路過長,設備復雜,穩定性較差,成本高。近年來,無線電通信技術飛速發展,已由過去的模擬方式發展到現在的數字方式,其特點是硬件設備簡單、通信速度快、通信誤碼率低。因此采用無線數據通信技術解決焦爐四大車的通信問題是未來的發展方向。

    1.1通信技術

    (1)擴頻通信基本原理擴頻通信,即擴展頻譜通信(Spread SpectrumCommunication),它與光纖通信、衛星通信,一同被譽為進入信息時代的三大高技術通信傳輸方式。擴頻通信是將待傳送的信息數據被偽隨機編碼(擴頻序列:Spread Sequence)調制,實現頻譜擴展后再傳輸;接收端則采用相同的編碼進行解調及相關處理,恢復原始信息數據。(2)擴頻通信的理論基礎擴頻通信的可行性,是從信息論和抗干擾理論的基本公式中引伸而來的。擴展頻譜換取信噪比要求的降低,正是擴頻通信的重要特點,并由此為擴頻通信的應用奠定了基礎。總之,我們用信息帶寬的10 0倍,甚至10 0 0倍以上的寬帶信號來傳輸信息,就是為了提高通信的抗干擾能力,即在強干擾條件下保證可靠安全地通信。這就是擴展頻譜通信的基本思想和理論依據。

    2 位置檢測的基本原理

    2.1編碼電纜的結構

    編碼電纜由電纜芯線、模芯和電纜護套構成。芯線有兩種,即基準線(R線)和地址線(G0線—G9線)。基準線R在整個電纜段中不交叉,地址線是按格雷碼的編碼規律來編制的,G0每隔2P交叉一次,G1每隔4P交叉一次,G2每隔8P交叉一次,以此類推,G9在整個電纜段中只交叉一次,P為依靠電纜本身能識別的最小長度。

    2.2位置檢測的基本原理

    圖1為編碼電纜位置檢測原理示意圖。移動機車上安裝一個天線箱(發射天線),天線箱距離扁平電纜10 ~30 c m,天線箱發射的高頻信號通過電磁感應被地面的編碼電纜接收,R線為平行敷設的一對線,接收到的信號作為基準信號,G0 ~ G9在不同的位置有不同的交叉點,其接收到的信號在經過偶數個交叉后,相位與基準信號相同,在經過奇數個交叉點后,相位與基準信號的相位相反,若規定同相位時地址為“0”,反相位時地址為“1”,則在編碼電纜的某一位置得到唯一10位的地址編碼,此對應與機車的一個地址。例如圖中G0~G9的地址碼為:001…1。位置檢測單元將地址碼轉換成十進制的米數,即可檢測出機車離編碼電纜始端的距離,從而得到機車的位置。

    3 感應無線定位和通信系統

    數據通信受到變頻調速器諧波干擾,變頻器工作時,作為一個強大的干擾源,其干擾途徑一般分為輻射、傳導、電磁耦合、二次輻射和邊傳導邊輻射等,諧波的頻率為幾十千赫茲到幾百千赫茲。主要途徑如圖2所示。從圖2可以看出,變頻器產生的輻射干擾對周圍的無線電接收設備產生強烈的影響。下面介紹感應無線通信系統中數據通信和地址檢測的模式,并說明變頻調速器對感應無線通信干擾的原因。

    3.1數據通信的模式

    感應無線通信的工作頻率為:地面站:79kHz,車載站:49k Hz,這個頻率正好在變頻調速器的諧波范圍,于是產生了同頻干擾。數據通信的流程如圖3所示。由于地面站的數據是通過編碼電纜發射的,而編碼電纜是單線圈結構,發射效率較低,要保證車上的接收質量,必須提高車上接收的靈敏度,因此車上的接收天線是多線圈的,并配有信號放大器,因此靈敏度較高,在接收地面站信號時也很容易接收到變頻器的諧波,造成同頻干擾。車上接收到錯誤的數據后就不能往地面站回發數據,只能等待接收下一幀數據。若干擾仍存在,通信就中斷了。為了消除變頻調速器的諧波干擾,常采用如下兩種方法。(1)增加一個參數一樣的接收線圈。采用放大器差分輸入(減法器)的辦法來消除干擾,但同時也把有用的信號差分掉了,為了防止有用信號被差分(相減)掉,這兩個線圈必須保持一定的距離。這樣它們接收到的干擾信號就不相等了,因此,用差分相減的辦法不能完全消除變頻調速器的諧波干擾。(2)采用無線擴頻通信技術。其工作頻率2.4GHz,避開了變頻調速器諧波干擾,是一種徹底解決變頻調速器的諧波對數據通信干擾的辦法。本系統采用的就是無線擴頻通訊技術。

    3.2地址檢測模式

    感應無線通信系統中,編碼電纜既用作地址檢測,又用作數據通信,因此地址檢測和數據通信只能分時進行,地址檢測建立在數據通信之上。即在一個通信同期內,有一段時間用于車上調制器發送載波,以便地面站檢測地址,如圖4所示。由于變頻調速器的干擾,車載站接收到錯誤的數據后不能回發數據,也就不能發送載波(用于地址檢測)了,因此地址檢測便不能實現。

    3.3變頻調速器的諧波對感應無線數據通信干擾

    編碼電纜既用作地址檢測,又用作數據通信,通過編碼電纜和車上天線箱的電磁感應實現車載站和地面站的數據交換。近年來,變頻調速器在工業控制中得到了廣泛的應用。但它工作時頻率豐富的諧波對周圍的設備帶來了嚴重的干擾。其嚴重后果有:(1)影響無線電設備的正常接受;(2)影響周圍機器設備的正常工作,使它們因接受錯誤的信號而產生錯誤動作。所以數據通信應采用抗干擾能力強,尤其是抗變頻調速器諧波干擾的通信技術。

篇7

[關鍵詞] 線纜故障檢測；FPGA；STM32；時域反射

中圖分類號：TM755 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）14-0231-01

隨著我國信息化建設的不斷推進，綜合通信網在經濟建設中發揮著越來越重要的作用，為經濟高速發展提供了強有力的保障。但由于受各類因素的影響，綜合通信網的通信線纜在業務傳輸過程中時常發生各類故障，造成通信網絡運行不穩定甚至通信中斷，嚴重影響了綜合通信網效能的發揮。面對頻發的傳輸線纜故障，現有檢測定位手段卻較為有限，加之現在通信線纜普遍芯數較多、長度較長、敷設相對隱蔽，因此在故障檢測中很難實現對故障類型的快速識別和故障點位置精確定位，往往一個簡單故障的排除都非常困難，不僅浪費了大量的人力、物力，而且會造成通信網的長時間中斷。因此加強對通信線纜故障檢測方面的研究，以在遇有線纜故障時簡單、高效、快捷修復，具有十分重要的現實意義。

本文根據時域反射法的基本原理，設計研制了一套多功能線纜故障檢測系統，基本實現了對通信線纜常見故障的準確識別和精確定位。

一、檢測原理

多功能線纜故障檢測系統主要分為通信電纜檢測和通信光纜檢測兩大模塊。

其中通信電纜檢測模塊采用脈沖時域反射法[1]。基本原理是：向待測電纜注入電脈沖信號，遇到故障點時產生反射脈沖，在接收端由儀器將發送脈沖和反射脈沖波形記錄下來，則發射脈沖和反射脈沖之間的時間差Δt即為發送端到故障點往返一次所需的時間，已知脈沖在線纜中的傳播速度為υ，即可通過以下公式計算故障點與脈沖發射端的距離：

L=υ?Δt/2

通過識別反射脈沖的極性，即可判斷故障類型：斷路故障反射脈沖與發射脈沖極性相同，而短路故障則與發射脈沖極性相反。

通信光纜檢測模塊采用光時域反射法[2]，其基本原理是：向待測光纖發射一個光脈沖信號，光脈沖信號沿著光纖向前傳播遇到特征點（如斷點、熔接損耗較大點或連接器連接處）時，可產生一個較強的反射信號，在接收端將反射光脈沖記錄下來。與通信電纜脈沖時域法類似，即可確定被測光纖內各個特征點的位置。

二、硬件結構

基于此原理設計的多功能線纜故障檢測系統按結構分為電脈沖發生、電脈沖接收、光脈沖發生、光脈沖接收、單片機控制等五部分。系統硬件結構圖如圖1所示。

電脈沖發生部分：

電脈沖發生部分提供系統測試用電脈沖，且電脈沖幅值0-15V、脈寬10-1000ns連續可調。系統通過MCU將所需幅值和脈寬參數傳遞給FPGA后，FPGA根據所設參數驅動高速DA芯片（AD9708）產生系統用源脈沖。但源脈沖幅值較小，最大僅為1V，因而系統中首先通過7階巴特沃斯低通濾波器對源脈沖濾波，而后使用兩片高性能運放AD8065和AD8021對源脈沖進行幅值放大，使得其脈沖幅值最大可達15V，滿足測試需求。

電脈沖接收部分：

電脈沖接收部分，利用AD芯片（AD9226）對反射脈沖回波進行高速采樣，以取得回波脈沖數據。因反射脈沖幅值較小，在脈沖信號進入AD芯片之前，采用兩片高性能運放AD8065芯片對反射脈沖信號進行放大，以提高系統可檢測故障距離。

光脈沖發生部分：

光脈沖發生部分，產生通信光纜故障檢測用激光脈沖。系統采用的是50mw，1310nm激光二極管，驅動電流達1A。為取得合適的驅動電流，系統利用電脈沖發生部分產生的電脈沖，結合兩個高速三極管（MPS2222），組成一個簡單的電流源，驅動電流最大可達1.3A，足以驅動激光二極管。

光脈沖檢測部分：

光脈沖檢測部分，采用雪崩光電二極管（APD）接收反射光信號，通過光電導模式實現光電轉化。由于反射光脈沖經APD進行光電轉換后電流為na量級，很難被檢測，因此在APD輸出端采用低噪聲電壓反饋放大器OPA847進行電流電壓變換，將微電流轉換為可檢測電壓，再經電脈沖接收部分進行高速AD采樣。

單片機控制部分：

單片機控制部分，通過單片機STM32實現對系統整體的控制、數據運算處理和通信等功能。

三、軟件設計

配合硬件完成通信線纜故障檢測任務，軟件流程如圖2所示。

上電后，首先對I/O端口、串行通信端口、LED顯示屏和FPGA進行必要的配置并初始化。初始化完成后根據待測線纜的種類、故障點位置的粗略判斷，設定相應脈沖傳播速度、幅值、脈寬等參數。而后點擊屏幕開始鍵，則系統根據設定的參數產生相應脈沖，送入待測線纜。在脈沖發射的同時開啟回波數據采集，實時監測由待測線纜返回的數據。在數據采集完成后，通過并行方式傳遞給單片機控制部分，再由單片機控制部分自動實現對脈沖特征點的定位，對故障類型的識別、對故障距離的計算等操作，并通過LED顯示屏進行顯示。若脈沖參數設置不正確，導致無法判斷線纜故障，需重新調整脈沖參數再次測量。若需人工校正測距結果，調整回波到達時刻與回波波形的相對位置即可，調整過程中，測距結果將自動更新。

四、實驗結果

為了驗證系統的測試準確率和測量精度，本文為認為給各類型線纜設定各類故障，再利用本系統進行故障點的故障類型識別和故障點距離的計算。試驗結果表明：系統可以實現對常見通信電纜故障的準確識別和精確定位，故障識別率達95%以上，定位精度為±4米。

五、總結

本系統在分析常見通信線纜故障的基礎上，采用STM32芯片作為單片機控制單元，利用FPGA構建測量單元，研制了一套多功能線纜故障檢測系統，可實現對通信電纜、光纜故障類型的準確識別和故障點距離的準確測量，具有較強的應用價值。

參考文獻

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關鍵詞：超寬帶；極窄脈沖；階躍恢復二極管

引言

傳統數字通信是通過在信道中發送包含信息的模擬波形來實現通信的，而超寬帶(UWB)通信是通過發送和檢測極窄脈沖序列來實現通信。這種脈沖的脈寬只有1個多ns，有的甚至不到1ns，并且其帶寬可以達到或者超過3GHz。

從本質上講，產生ns級寬度短脈沖的信號源是UWB技術的前提條件。單個無載波窄脈沖信號有兩個特點：一是激勵信號的波形為具有陡峭前后沿的單個短脈沖，二是激勵信號具有從直流到微波的很寬的頻譜。目前產生脈沖源的兩類方法為：1．光電方法，基本原理是利用光導開關的陡峭上升／下降沿獲得脈沖信號，是最有發展前景的一種方法。2．電子方法，基本原理是利用晶體管PN結反向加電，在雪崩狀態的導通瞬間獲得陡峭上升沿，整形后獲得極短脈沖，這是目前應用最廣泛的方案。受晶體管耐壓特性的限制，這種方法一般只能產生幾十V到上百V的脈沖，脈沖寬度可以達到1ns以下。

階躍恢復二極管(SRD)也是一種PN結二極管，但它在管芯設計和結構工藝上采取了一些特殊的措施，能夠獲得電流的“階躍”，可以用來產生很窄的脈沖。本文就著重討論使用階躍恢復二極管產生窄脈沖的方法。

脈沖發生器的設計與實現

階躍二極管產生極窄脈沖的原理

傳統窄脈沖產生的基本原理是通過器件所存儲能量經由高速開關器件快速放電而得到。提高輸出脈沖性能的途徑有兩個：增加器件存儲的能量，加快器件放電速度。這兩種方法都依賴于高速開關器件，因此，高速開關器件是超寬帶脈沖信號產生的關鍵。

階躍恢復二極管是一種充分利用少子儲存效應的器件。作為一種PN結二極管，普通整流管要求正向時管子導通，反向截至，因此少子儲存效應對整流器件顯然是不利的。而對階躍二極管，當加上正向電壓時，大量少數載流子注入I層并儲存起來，反向時由于少子基本上被反向電場提取完畢，器件在極短的階躍時間內關斷，關斷瞬間產生了電流跳變，形成一個很窄的脈沖。

實際上，在負載R’上能觀察到的僅僅是此阻尼振蕩波形的第一個半周期，因為電壓超過管子的接觸電勢時，階躍二極管又重新處于低阻抗狀態，輸出電壓將維持在φ。所以在輸入頻率為f1的連續信號作用下，脈沖發生器的輸出電壓波形將是窄脈沖串，每個脈沖之間的間隔為1／f1，脈沖根部寬度為

階躍時間則決定了二極管高次諧波的上限，tst越小，則高次諧波越豐富，倍頻效率越高。二極管產生諧波的上限頻率以階躍時間的倒數來定義，存在以下關系：fhigh=1/tst。

電路原理圖

實際的脈沖發生器電路包括階躍管、激勵電感、高頻調諧電容、阻抗匹配網絡、偏置電路等，如圖4所示。

一般采用自偏置電路。自給偏置的產生過程簡述如下：在外加交流電壓超過二極管的接觸電位差φ的時間間隔內，二極管的正向電阻遠小于R，信號源通過小的正向電阻向電容c1充電；當外加交流電壓小于Φ值并使二極管進入反向工作區域時，二極管呈現很大的電阻(與R比較而言)，電容c1通過電阻R放電。如果C1R的時間常數比基波電壓的周期大得多，則放電電流可以認為是一常數；于是在電阻R上就產生一個壓降，其值為I0R，并反向地加在二極管上。由于這一偏壓是整流電流引起的，所以隨著激勵電壓幅度的變化，偏壓隨之改變，從而可以自動調節工作點。偏壓電阻值可按下式估算：

實驗結果

上述公式只能對元器件的值進行大概的估算，還要通過反復實踐進行修正。筆者在電路調試過程中，為了得到較窄的脈沖寬度，反復實踐修正元器件的值。利用信號發生器產生31MHz，24dBm的正弦波作為電路的觸發信號源，c1和cc可選用幾萬pF的大電容，偏置電容C3的容值盡可能小。自偏置電阻R為幾十Ω或幾百Ω，通過對R的微調，可以改變產生脈沖的重復周期。CM和CT分別為780pF和390+45pF。LM和L分別為30nH和70nH的空心電感線圈。其中微調激勵電感L的感值對脈沖的波形影響尤為明顯。圖6是從示波器上觀察到的高斯脈沖的一階導數波形(有偏置電容C3)，脈寬1．5ns左右，Vpp為7V。

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1、量子通信是指利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型的通訊方式。量子通訊是近二十年發展起來的新型交叉學科，是量子論和信息論相結合的新的研究領域。

2、量子通信主要涉及：量子密碼通信、量子遠程傳態和量子密集編碼等，近來這門學科已逐步從理論走向實驗，并向實用化發展。高效安全的信息傳輸日益受到人們的關注。基于量子力學的基本原理，并因此成為國際上量子物理和信息科學的研究熱點。

（來源：文章屋網 ）

篇10

關鍵詞：光孤子；光脈沖；光放大器

中圖分類號：TN91 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2013）0120164-01

1 光孤子的產生

光纖通信中，損耗和色散是限制傳輸距離和傳輸容量的主要原因。損耗使光信號在傳輸時能量不斷減弱；而色散則是使光脈沖在傳輸中逐漸展寬。所謂光脈沖，其實是一系列不同頻率的光波振蕩組成的電磁波的集合。光纖的色散使得不同頻率的光波以不同的速度傳播，這樣，同時出發的光脈沖，由于頻率不同，傳輸速度就不同，到達終點的時間也就不同，這便形成脈沖展寬，使得信號畸變失真。隨著光纖制造技術的發展，光纖的損耗已經降低到接近理論極限值的程度，色散問題就成為實現超長距離和超大容量光纖通信的主要問題。

光信號的脈沖展寬是由于光纖的色散產生的，而光纖中還有一種非線性的特性，這種特性會使光信號的脈沖產生壓縮效應。光纖的非線性特性在光的強度變化時使頻率發生變化，從而使傳播速度變化。在光纖中這種變化使光脈沖后沿的頻率變高、傳播速度變快；而前沿的頻率變低、傳播速度變慢。這就造成脈沖后沿比前沿運動快，從而使脈沖受到壓縮變窄。

光脈沖就會像一個一個孤立的粒子那樣形成光孤子，使光脈沖變寬和變窄這兩種效應正好互相抵消，能在光纖傳輸中保持不變，實現超長距離、超大容量的通信。

2 光孤子基本原理

光孤子通信是一種全光非線性通信方案，也是消除色散的最佳途徑， 其基本原理是光纖折射率的非線性（自相位調制）效應導致對光脈沖的壓縮可以與群速色散引起的光脈沖展寬相平衡，在一定條件（光纖的反常色散區及脈沖光功率密度足夠大）下，光孤子能夠長距離不變形地在光纖中傳輸。另外它完全擺脫了光纖色散對傳輸速率和通信容量的限制的同時，其傳輸容量比當今最好的通信系統高出1～2個數量級，中繼距離可達幾百公里。

3 光孤子主要技術

3.1 光孤子源技術

光孤子源是光孤子通信系統的關鍵。要求光孤子源提供的脈沖寬度為ps數量級，并有規定的形狀和峰值。目前，研究和開發的光孤子源種類繁多，有拉曼孤子激光器、摻鉺光纖孤子激光器和鎖模半導體孤子激光器等。

3.2 光孤子放大技術關鍵技術

全光孤子放大器是光孤子通信系統極為重要的器件，既可作為光端機的前置放大器，又可作為全光中繼器。實際上，光孤子在光纖的傳播過程中，存在著不可避免地損耗。不過光纖的損耗只降低孤子的脈沖幅度，并不改變孤子的形狀，因此，補償這些損耗成為光孤子傳輸的關鍵技術之一。目前有兩種補償孤子能量的方法，一種是采用分布式的光放大器的方法，即是用受激拉曼散解放大器或分布的摻鉺光纖放大器；另一種是集總的光放大器法，即采用摻鉺光纖放大器或半導體激光放大器。

受激拉曼散射效應光放大器的應用是一種典型的分布式光放大器。其優點是光纖自身成為放大介質，然而石英光纖中的受激拉曼散射增益系數相當小，這意味著需要高功率的激光器作為光纖中產生受激拉曼散射的泵浦源，此外，這種放大器還存在著一定的噪聲。集總放大方法是通過摻鉺光纖放大器實現的，其穩定性已得到理論和試驗的證明，成為當前孤子通信的主要放大方法。光放大被認為是全光孤子通信的核心問題。

4 光孤子通信系統的構成及性能

圖1示出光孤子通信系統構成方框圖。光孤子通信系統由激光器（孤子源）、光調制器、光放大器、光隔離器、光探測器、解調器和光纖等組成。光孤子源產生一系列脈沖寬度很窄的光脈沖，即光孤子流，作為信息的載體進入光調制器，使信息對光孤子流進行調制。被調制的光孤子流經摻鉺光纖放大器和光隔離器后，進入光纖進行傳輸。為克服光纖損耗引起的光孤子減弱，在光纖線路上周期地插入EDFA，向光孤子注入能量，以補償因光纖傳輸而引起的能量消耗，確保光孤子穩定傳輸。在接收端，通過光檢測器和解調裝置，恢復光孤子所承載的信息。

目前，Bell實驗室提出，在光孤子通信系統中，對光纖線路直接實驗系統，在傳輸速率為10Gb/s時，傳輸距離達到1000km；在傳輸速率為20 Gb/s時，傳輸距離達到350km。對循環光纖間接實驗系統（見圖2），傳輸速率2.4Gb/s，傳輸距離達12000km；改進實驗系統，傳輸速率為10Gb/s，傳輸距離達106km。

事實上，對于單信道光纖通信系統來說，光孤子通信系統的性能并不比在零色散波長工作的常規（非光孤子）系統更好。循環光纖間接實驗結果表明，零色散波長常規系統的傳輸速率為2.4Gb/s時，傳輸距離可達21000km，而為5Gb/s時可達14300km。然而，零色散波長系統只能實現單信道傳輸，而光孤子系統則可用于WDM系統，使傳輸速率大幅度增加，因而具有廣闊的應用前景。

5 小結

近年來，光孤子通信取得了突破性進展，光纖放大器的應用對孤子放大和傳輸非常有利。光孤子通信同線性光纖通信相比，無論在技術上還是在經濟上都具有明顯的優勢，在高保真度、長距離傳輸方面，光孤子通信要優于光強度調制/直接檢測方式和相干光通信。目前，全光式光孤子通信系統是新一代超長距離、超高碼速的光纖通信系統，更被公認為是光纖通信中最有發展前途、最具開拓性的前沿課題。當然，實際的光孤子通信仍然存在許多技術的難題，但目前已取得的突破性進展使我們相信，光孤子通信在超長距離、高速、大容量的全光通信中，尤其在海底光通信系統中，有著光明的發展前景。

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