光傳輸通信技術論文范文

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摘要：本文針對光纖通信技術的發展及趨勢展開研究，分別介紹了光纖通信技術的發展歷史和現狀，以及光纖通信技術的發展趨勢，對一些先進的光纖通信技術進行了介紹。

關鍵詞：光纖通信技術發展歷史現狀發展趨勢

1、導言

目前，在實際運用中相當有前途的一種通信技術之一，即光纖通信技術已成為現代化通信非常重要的支柱。作為全球新一代信息技術革命的重要標志之一，光纖通信技術已經變為當今信息社會中各種多樣且復雜的信息的主要傳輸媒介，并深刻的、廣泛的改變了信息網架構的整體面貌，以現代信息社會最堅實的通信基礎的身份，向世人展現了其無限美好的發展前景。

自上世紀光纖通信技術在全球問世以來，整個的信息通訊領域發生了本質的、革命性的變革，光纖通信技術以光波作為信息傳輸的載體，以光纖硬件作為信息傳輸媒介，因為信息傳輸頻帶比較寬，所以它的主要特點是:通信達到了高速率和大容量，且損耗低、體積小、重量輕，還有抗電磁干擾和不易串音等一系列優點，從而備受通信領域專業人士青睞，發展也異常迅猛。

2、光纖通信技術的發展歷史總結

近十幾年來，光纖通信技術有了長足的進展，其中的新技術也不斷被發掘，大大提高了傳統意義上的通信能力，這使得光纖通信技術在更大的范圍內得到了應用。

光纖通信技術是指把光波作為信息傳輸的載波，以光纖作為信息傳輸的媒介，將信息進行點對點發送的現代通信方式。光纖通信技術的誕生及深入發展是信息通信史上一次重要的改革。光纖通信技術從理論提出到工程領域的技術實現，再到今天高速光纖通信的實現，前后經歷了幾十年的時間。

上世紀六十年代開始的光纖通信技術最開始起源于國外，當時研制的光纖損耗高達400分貝/千米，后來，英國標準電信研究所提出，在理論上光纖損耗能夠降低到20分貝/千米，然后，日本緊接著研制出通信光纖的損耗是100分貝/千米，康寧公司基于粉末法研制出了損耗在20分貝/千米以下的石英光纖，到最近的摻鍺石英光纖的損耗降低至0.2分貝/千米，已經接近了石英光纖理論上提出的損耗極限。

由以上光纖通信技術的發展歷程，可以把光纖通信技術分為大致五個階段，即850納米波段的多模光波，到1310納米多模光纖，到1310納米單模光纖，再到1550納米單模光纖，最后是長距離進行傳輸的光纖通信技術。

3、光纖通信技術的現狀研究

(1)光纖通信技術中的波分復用技術。即WDM，充分利用了單模光纖低損耗區的優勢，獲得了大的帶寬資源。波分復用技術基于每一信道光波的頻率和波長不同等情況出發，把光纖的低損耗窗口規劃為許多個單獨的通信管道，并在發送端設置了波分復用器，將波長不同的信號集合到一起送入單根光纖中，再進行信息的傳輸，而接收端的波分復用器把這些承載著多種不同信號的、波長不同的光載波再進行分離。

（2)光纖通信技術中的光纖接入技術。光纖接入網技術是信息傳輸技術的一個嶄新的嘗試，它實現了普遍意義上的高速化信息傳輸，滿足了廣大民眾對信息傳輸速度的要求，主要由寬帶的主干傳輸網絡和用戶接入兩部分組成。其中后者起著更為關鍵的作用，即FTTH(意思是光纖到戶)，作為光纖寬帶接入的最后環節，負責完成全光接入的重要任務，基于光纖寬帶的相關特性，為通信接收端的用戶提供了所需的不受限制的帶寬資源。

4、光纖通信技術的發展趨勢

下面介紹在未來將會大有發展的幾種光纖通信技術，如下圖1所示。

（1）光接入網通信技術的更進一步發展。現存技術上的接入網依舊是雙絞線銅線的連接，仍然是原始的、落后的模擬系統，而網絡中的光接入技術的應用使其成為了全數字化的，且高度集成的智能化網絡。

光接入網通信技術所要達到的主要目標有:最大程度的使維護費用得到降低，故障率得到明顯下降;可以用于新設備的開發和新收入的不斷增加;與本地網絡相結合，達到減少節點數目和擴大覆蓋面范圍的目的;通過光網絡的建立，為多媒體時代的到來做好準備;另外，可以最大化的利用光纖本身的一些優勢特點。

（2）光纖通信技術中光傳輸與交換技術的融合一光接入網通信技術的后延。基于上述光接入網通訊技術的成熟發展，網絡的核心架構己經得到了翻天覆地的改變，并正在日新月異的變化發展著，在交換和傳輸兩方面來講也都早已進行了好幾代的更新。光接入網技術和光輸與交換技術的融合技術，前者較后者在技術應用上有了一些技術上改進，從而也就提高了全網的往前的進一步有效發展，但此項技術相對來講仍不成熟。

（3）新一代的光纖在光纖通信技術中的應用。傳統意義上的G.652單模光纖已經在長距離且超高速的傳送網絡發展中表現出了力不從心的缺點，新一代光纖的研發己成為當今務實之需，它也構成了新一代網絡基礎設施建設工作的一個重要組成部分。在目前普遍需求的干線網和城域網的背景下，基于不同的發展需要，己經發展出了兩種新一代光纖一非零色散光纖和全波光纖。

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【關鍵詞】光纖通信技術 鐵路通信 應用技術

從光纖通信問世到現在，光傳輸的速率以指數增長，光纖通信技術得到了長足的進步， 應用范圍也不斷擴大。隨著鐵路通信朝著數字化、綜合化、寬帶化、智能化方向發展，光纖通信技術已經大量應用于鐵路通信系統中，顯著地提高了鐵路通信能力，極大地促進了鐵路通信系統的完善和發展。

一、光纖通信概述

光纖通信是以很高頻率（大約1014Hz）的光波作為載波、以光纖作為傳輸介質的通信。1966年7月，美籍華人高錕博士《用于光頻的光纖表面波導》，分析證明了用光纖作為傳輸媒體以實現光通信的可能性，預見了低損耗的光纖能夠用于通信，敲開了光纖通信的大門。1970年，美國康寧公司根據高錕論文的設想首次研制成功當時世界上第一根超低損耗光纖（衰減系數約為20dB/km），光纖通信時代由此開始。由于光纖通信具有損耗低、傳輸頻帶寬、容量大、體積小、重量輕、抗電磁干擾、不易串音等優點，備受業內人士青睞，發展非常迅速。光纖通信系統的傳輸容量從1980年到2000年增加了近一萬倍，傳輸速度在過去的10年中大約提高了100倍。目前，光纖通信技術已有了長足的發展，新技術也不斷涌現，進而大幅度提高了通信能力，并不斷擴大了光纖通信的應用范圍。

二、光纖通信技術現狀

（一）波分復用技術

波分復用技術可以充分利用單模光纖低損耗區帶來的巨大帶寬資源，根據每一信道光波的頻率（或波長）不同，將光纖的低損耗窗口劃分成若干個信道，把光波作為信號的載波，在發送端采用波分復用器（合波器），將不同規定波長的信號光載波合并起來送入一根光纖進行傳輸。在接收端，再由一波分復用器（分波器）將這些不同波長承載不同信號的光載波分開。由于不同波長的光載波信號可以看作互相獨立（不考慮光纖非線性時），從而在一根光纖中可實現多路光信號的復用傳輸。

（二）光纖接入技術

光纖接入網是信息高速公路的“最后一公里”。實現信息傳輸的高速化，滿足大眾的需求，不僅要有寬帶的主干傳輸網絡，用戶接入部分更是關鍵，光纖接入網是高速信息流進千家萬戶的關鍵技術。在光纖寬帶接入中，由于光纖到達位置的不同，有FTTB、FTTC、FTTCab和FTTH等不同的應用，統稱FTTx。FTTH（光纖到戶）是光纖寬帶接入的最終方式，它提供全光的接入，因此，可以充分利用光纖的寬帶特性，為用戶提供所需要的不受限制的帶寬，充分滿足寬帶接入的需求。

三、光纖通信技術發展趨勢

（一）超高速、超大容量和超長距離傳輸

超大容量、超長距離傳輸的波分復用技術極大地提高了光纖傳輸系統的傳輸容量，在未來跨海光傳輸系統中有廣闊的應用前景。近年來波分復用系統發展迅猛，目前1.6Tbit/的 WDM 系統已經大量商用，同時全光傳輸距離也在大幅擴展。提高傳輸容量的另一種途徑是采用光時分復用（OTDM）技術，與WDM通過增加單根光纖中傳輸的信道數來提高其傳輸容量不同，OTDM技術是通過提高單信道速率來提高傳輸容量，其實現的單信道最高速率達640Gbit/s。僅靠OTDM和WDM 來提高光通信系統的容量畢竟有限，可以把多個OTDM信號進行波分復用，從而大幅提高傳輸容量。偏振復用（PDM）技術可以明顯減弱相鄰信道的相互作用。由于歸零（RZ）編碼信號在超高速通信系統中占空較小，降低了對色散管理分布的要求，且RZ編碼方式對光纖的非線性和偏振模色散（PMD）的適應能力較強，因此現在的超大容量WDM/OTDM通信系統基本上都采用RZ編碼傳輸方式。WDM/OTDM混合傳輸系統需要解決的關鍵技術基本上都包括在OTDM和 WDM通信系統的關鍵技術中。

（二）光孤子通信

光孤子是一種特殊的ps數量級的超短光脈沖，由于它在光纖的反常色散區，群速度色散和非線性效應相互平衡，因而經過光纖長距離傳輸后，波形和速度都保持不變。光孤子通信就是利用光孤子作為載體實現長距離無畸變的通信，在零誤碼的情況下信息傳遞可達萬里之遙。光孤子技術未來的前景是：在傳輸速度方面采用超長距離的高速通信，時域和頻域的超短脈沖控制技術以及超短脈沖的產生和應用技術使現行速率10～20Gbit/s提高到100Gbit/s以上；在增大傳輸距離方面采用重定時、整形、再生技術和減少ASE，光學濾波使傳輸距離提高到100000km 以上；在高性能EDFA方面是獲得低噪聲高輸出EDFA。

（三）全光網絡

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[論文摘要]分析光纖通信技術的發展歷史與發展現狀，并對光纖通信技術的發展趨勢進行了展望。

一、光纖通信技術的發展及現狀

光纖通信的誕生與發展是電信史上的一次重要革命。光纖從提出理論到技術實現和今天的高速光纖通信也不過幾十年的時間。從國外的發展歷程我們可以看出，20世紀60年代中期，所研制的最好的光纖損耗在400分貝以上，1966年英國標準電信研究所高錕及Hockham從理論上預言光纖損耗可降至20分貝/千米以下，日本于1969年研制出第一根通信用光纖損耗為100分貝/千米，1970年康寧公司(Corning)采用“粉末法”先后獲得了損耗低于20分貝／千米和4分貝/千米的低損耗石英光纖，1974年貝爾實驗室(Bell)采用改進的化學汽相沉積法制出性能優于康寧公司的光纖產品。到1979年，摻鍺石英光纖在1.55千米處的損耗已經降到0.2分貝/千米，這一數值已經十分接近由Rayleigh散射所決定的石英光纖理論損耗極限。

目前國內光纖光纜的生產能力過剩，供大于求。特種光纖如FTTH用光纖仍需進口，但總量不大，國內生產光纖光纜價格與國際市場沒有差別，成本無法再降，已經是零利潤，在國際市場沒有太強競爭力，出口量很小。二十年來的光技術的兩個主要發展，WDM和PON，這兩個已經相對比較成熟。多業務傳輸發展平臺兩個方面，一方面是更有效承載以太網業務、數據業務，另一方面是向業務方面發展。AS0N的現狀是目前的系統只是在設備中，或是在網絡中實現了一些功能，但是一些核心作用還沒有達到。

二、光纖通信技術的趨勢及展望

目前在光通信領域有幾個發展熱點即超高速傳輸系統、超大容量WDM系統、光傳送聯網技術、新一代的光纖、IPoverOptical以及光接入網技術。

（一）向超高速系統的發展

目前10Gbps系統已開始大批量裝備網絡，主要在北美，在歐洲、日本和澳大利亞也已開始大量應用。但是，10Gbps系統對于光纜極化模色散比較敏感，而已經鋪設的光纜并不一定都能滿足開通和使用10Gbps系統的要求，需要實際測試，驗證合格后才能安裝開通。它的比較現實的出路是轉向光的復用方式。光復用方式有很多種，但目前只有波分復用(WDM)方式進入了大規模商用階段，而其它方式尚處于試驗研究階段。

（二）向超大容量WDM系統的演進

采用電的時分復用系統的擴容潛力已盡，然而光纖的200nm可用帶寬資源僅僅利用率低于1％，還有99％的資源尚待發掘。如果將多個發送波長適當錯開的光源信號同時在一級光纖上傳送，則可大大增加光纖的信息傳輸容量，這就是波分復用(WDM)的基本思路。基于WDM應用的巨大好處及近幾年來技術上的重大突破和市場的驅動，波分復用系統發展十分迅速。目前全球實際鋪設的WDM系統已超過3000個，而實用化系統的最大容量已達320Gbps(2×16×10Gbps)，美國朗訊公司已宣布將推出80個波長的WDM系統，其總容量可達200Gbps(80×2.5Gbps)或400Gbps(40×10Gbps)。實驗室的最高水平則已達到2.6Tbps(13×20Gbps)。預計不久的將來，實用化系統的容量即可達到1Tbps的水平。

（三）實現光聯網

上述實用化的波分復用系統技術盡管具有巨大的傳輸容量，但基本上是以點到點通信為基礎的系統，其靈活性和可靠性還不夠理想。如果在光路上也能實現類似SDH在電路上的分插功能和交叉連接功能的話，無疑將增加新一層的威力。根據這一基本思路，光光聯網既可以實現超大容量光網絡和網絡擴展性、重構性、透明性，又允許網絡的節點數和業務量的不斷增長、互連任何系統和不同制式的信號。

由于光聯網具有潛在的巨大優勢，美歐日等發達國家投入了大量的人力、物力和財力進行預研，特別是美國國防部預研局(DARPA)資助了一系列光聯網項目。光聯網已經成為繼SDH電聯網以后的又一新的光通信發展。建設一個最大透明的、高度靈活的和超大容量的國家骨干光網絡，不僅可以為未來的國家信息基礎設施(NJJ)奠定一個堅實的物理基礎，而且也對我國下一世紀的信息產業和國民經濟的騰飛以及國家的安全有極其重要的戰略意義。

（四）開發新代的光纖

傳統的G.652單模光纖在適應上述超高速長距離傳送網絡的發展需要方面已暴露出力不從心的態勢，開發新型光纖已成為開發下一代網絡基礎設施的重要組成部分。目前，為了適應干線網和城域網的不同發展需要，已出現了兩種不同的新型光纖，即非零色散光(G.655光纖)和無水吸收峰光纖(全波光纖)。其中，全波光纖將是以后開發的重點，也是現在研究的熱點。從長遠來看，BPON技術無可爭議地將是未來寬帶接入技術的發展方向，但從當前技術發展、成本及應用需求的實際狀況看，它距離實現廣泛應用于電信接入網絡這一最終目標還會有一個較長的發展過程。

（五）IPoverSDH與IpoverOptical

以lP業務為主的數據業務是當前世界信息業發展的主要推動力，因而能否有效地支持JP業務已成為新技術能否有長遠技術壽命的標志。目前，ATM和SDH均能支持lP，分別稱為IPoverATM和IPoverSDH兩者各有千秋。但從長遠看，當IP業務量逐漸增加，需要高于2．4吉位每秒的鏈路容量時，則有可能最終會省掉中間的SDH層，IP直接在光路上跑，形成十分簡單統一的IP網結構(IPoverOptical)。三種IP傳送技術都將在電信網發展的不同時期和網絡的不同部分發揮自己應有的歷史作用。但從面向未來的視角看。IPoverOptical將是最具長遠生命力的技術。特別是隨著IP業務逐漸成為網絡的主導業務后，這種對JP業務最理想的傳送技術將會成為未來網絡特別是骨干網的主導傳送技術。

（六）解決全網瓶頸的手段一光接入網

近幾年，網絡的核心部分發生了翻天覆地的變化，無論是交換，還是傳輸都己更新了好幾代。不久，網絡的這一部分將成為全數字化的、軟件主宰和控制的、高度集成和智能化的網絡，而另一方面，現存的接入網仍然是被雙絞線銅線主宰的(90％以上)、原始落后的模擬系統。兩者在技術上存在巨大的反差，制約全網的進一步發展。為了能從根本上徹底解決這一問題，必須大力發展光接入網技術。因為光接入網有以下幾個優點：（1）減少維護管理費用和故障率；（2）配合本地網絡結構的調整，減少節點，擴大覆蓋；（3）充分利用光纖化所帶來的一系列好處；（4）建設透明光網絡，迎接多媒體時代。

參考文獻：

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【關鍵詞】 衛星通訊 發展方向 發展前景

一、衛星通訊的當前情況

1964年，國際通訊衛星組織INTEL-SAT在美國總部成立，同年發射了地球上有史以來第一顆商用衛星，經過大半個世紀的不斷發展的壯大，相比較二十世紀五十年代的衛星通訊，如今的衛星通訊取得了許多突破性進展。衛星通訊被大范圍的應用于農業、商業和軍事等各個與我們息息相關的方面。在日常生活中，衛星通訊占據了很高的地位，例如精彩絕倫語音廣播和電視廣播都是靠衛星通訊提供技術支持，為偏遠地區提供了必不可少的通信，也為發生了嚴重自然災害的地方提供了緊急通信，并為各種重大事件提供了及時的實況直播。

總之，為人們日常的生活提供了巨大便利。在軍事領域，衛星通訊也發揮著巨大能力。新世紀的到來，科學技術得到了前所未有的發展，生產力也隨之增長，這也為衛星通訊技術的發展提供了強有力的理論支撐和科技幫助。

二、衛星通訊新技術

2.1星上信號處理

早期，采用透明轉發器實現中級傳輸是GEO衛星通訊的常用手段，用戶可以根據自身需要，租用不同頻率的轉發器，有較強的靈活性是這種信道資源的一項優勢。

2.2星上交換

支持星上交換是OBP最重要的一個作用。其中，再生式的OBP由于其能獲得各路信號所傳輸的數據流，能支持任何方式的交換，比如程控電路交換、ATM交換和IP交換等等。特別是，IP交換的技術若能在星上實現，那么地面因特網和衛星網之間的鏈接就會變得非常簡單和方便。

2.3空間激光通信技術

空間激光通信技術是一項用激光束作為載體在自由空間進行通信的技術，既可作為衛星與地面之間的通信鏈路，也可以作為衛星與衛星之間的告訴傳輸鏈路。但由于前者在存在較濃的云霧或降雨的情況下，無法完成正常的通信，所以空間激光通信技術作為衛星與地面的通信鏈路時，信息傳輸的速率不太高。此技術將攜帶信息的電信號調制到光束上發送，通過初定位和調整，再經過光束的捕獲、瞄準和跟蹤，在通信的兩端建立起光鏈路，從而進行信息傳遞。

三、衛星通信技術發展前景

骨干網由計算機局域網、有線電視網以及有線電信網三部分融合組成，除此之外，地面移動通信蜂窩網通過其自身的無線核心網與骨干網進行互聯，衛星通訊網也通過無線核心網與骨干網建立了鏈接。近幾年，IP化是大勢所趨，正是由于衛星通訊不斷IP化，各種各樣的不同性質與不同業務的衛星通訊終端都變成了類似的因特網接入設備，由此可見一斑。需要指出的是，@里所說的IP化不代表衛星通訊網內部的傳輸和交換全部實現IP化，而是將其特別的傳輸和交換方式保留，這樣對于發揮衛星通訊的特點而獲得更高的衛星資源利用率和達到更高水平的業務質量都更有利。隨著Ka頻段的LEO衛星群蜂窩網的不斷發展，使得頻率資源和通信容量大幅度增長，同時，也在一定程度上降低了用戶終端的成本，衛星通訊無線覆蓋的優勢也得以體現，基于此，衛星通訊技術在國際民用通信市場上占據了一席之位。但是，在我國情況有所不同，原因在于相比于國外大多數國家，我國的4G地面蜂網在我國民用通信市場上占有很大比例，使得衛星通信接入互聯網的競爭力遠不如4G。

根據我國目前的情況，衛星通訊技術可實現的可用頻率的地域覆蓋密度，相比4G的地域覆蓋密度，要低好幾個數量級。

數字通信和個人通信的飛快發展。在移動衛星通訊中，中低軌衛星通訊有很大的發展前景，能為未來“全球個人通訊”的實現助力，使得人們真正地進入個人通信時代。伴隨衛星通信容量和速率的持續增加，以及先進的數字通訊技術的不斷影響，數字衛星廣播的數量的質量都得到了很大改善，衛星電視廣播業務的空間有十分充足，人們的文化生活水平也得到了提高。

通信衛星的功能隨著衛星高新技術的不斷出現、推廣和利用而擴大，所應用的領域也正在不斷擴寬。在二十一世紀，衛星通訊將擁有更廣闊的發展空間，并占據更加重要的地位。與光纖通信一起，發展成為一項供未來人類通信的最為重要的手段。

參 考 文 獻

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光通信技術是當今信息技術領域的前沿與支撐技術之一。2013年，國務院頒布“寬帶中國”計劃，進一步提升了光通信技術在國家發展戰略中的地位。簡言之，光通信技術是光纖技術與通信技術的綜合體，它具有高速、大容量的優點，但亦存在高成本、高復雜度和多學科交叉的特點。這成為該門課程實踐教學開展的主要困難。而且，對于省屬地方高等院校，同時面臨生源基數大、實驗教學經費短缺、設備更新緩慢等難題，使得該問題更加凸顯。為緩解這一問題所帶來的影響，基于專業光通信仿真軟件，引入虛擬實驗教學時必然趨勢。

一、虛擬實驗教學改革的背景與意義

作者所在的黑龍江大學電子工程學院，《光通信技術》實驗需為兩個本科專業（光電子技術系和通信工程系）學生（約180人/年）提供課程資源。原有《光通信技術》包含“光纖低損耗熔接”“光纖纖芯分布測量”“光纖微彎損耗測量”“光時域分布反射測量”和“可視光通信傳輸系統演示”5個基礎專業實驗，僅能覆蓋《光纖技術》和《光通信技術》兩門專業必修課程的實驗教學任務，學生缺乏對“光電子器件”應用的認知。而且，光纖與光通信技術是本專業最重要的兩個研究方向之一，是專業學生就業與求學的主要支撐技術。近10年來，光通信技術在“光傳輸”“光交換”“光接入”和“可見光電力線通信”等領域高速發展。然而，現有實驗教學設備多購置于2001年，部分已陳舊、老化。與此同時，面臨教學經費不足，設備臺套數有限，儀器價格昂貴，由于普通高校擴招導致生源劇增的雙重壓力，對應的實驗內容無法得到更新，課程講授內容與實驗教學脫節，學生學習興趣低下。

圖1 原有專業基礎實驗方案

與之相比，專業仿真軟件具有價格低廉，覆蓋領域廣，專業性強，靈活性、操作性好等系列優點，可實現光放大器設計，光電轉換器件測試，多光通信系統實時在線模擬等功能，與本專業光纖技術、光電器件與檢測、光通信技術課程內容吻合。鑒于此，將虛擬實驗與原有的專業實驗相結合，以專業實驗為基礎，虛擬實驗為進階，二者相互補充、取長補短，將可有效緩解專業實驗教學中所面臨的困難。

二、虛擬實驗教學改革的具體實施方法

（一）方案設計與實驗室建設

1.保留原有的“光纖低損耗熔接”“光纖纖芯分布測量”“光纖微彎損耗測量”作為基礎實驗，刪除“光時域分布反射測量”和“可視光通信傳輸系統演示”兩個實驗，節省6學時的課程資源。

2.開設“光通信仿真設計”課程設計，以虛擬實驗教學方式提高學生對于“光通信系統架構”“光纖放大器設計”“光電子器件工作特性”的掌握能力。課程設計采用機房集中教學模式，包含“光發射機/光接收機的實現”，“誤碼率與質量因子評價”“色散補償特性測試”“光放大器性能優化”“格式生成與轉換”五個模塊，共計32學時。其中，講授學時8學時，實驗學時24學時，第一、二模塊為必選，后三個模塊至少任選其一。

3.將原有機房進行升級與改造，新購置計算機50臺套，服務器1臺套，投影教學設備1臺套。更新原有網絡布線與系統，實現教師與學生互動能力，提升學生間的交互學習能力，改善學生個人的實驗學習平臺環境。購置專業光通信仿真軟件OptiSystem（12.0版）1套，可同時滿足30人在線仿真需求。

圖2 虛擬實驗設計方案

（二）虛擬實驗教學實施方法

在實際的教學過程中，該門課程對于光電子技術專業學生（年均60人）為必修課程，分成2個教學班級循環教學；對于通信工程專業學生為選修課程，根據以往統計，選修課程人員約60―80人，亦分成2個教學班級循環教學。除講授8學時外，學生需在2周內完成24實驗學時，教學資源采用開放模式提供，學生可自行安排學習時間，學時計算由智能管理系統完成。教學模式除課上教學、實驗外，還包括師生在線交流與在線答疑。課程考試采用報告模式提交，3人一組，需分工明確，格式統一，數據與分析清楚有效。

圖3 虛擬實驗教學的實施與執行

三、效果與評價

對于通信工程專業，該門課程設置在第六學期，需學習前期的光纖基礎實驗。對于光電子技術專業，該門課程設置在第七學期。作為中間環節，他是專業實驗的進階，同時作為本科畢業設計的前期訓練，起到承上啟下作用。運行一年來，效果顯著。主要體現在：（1）增加了實驗教學資源，緩解了實驗設備臺套數少的困難，提升了學生的實踐實訓能力；（2）完成了課堂教學與實驗教學的完整對接，教學內容與深度得到進一步提升；（3）激發學生學習興趣，為教師的科學研究提供有效輔助。截至2014年12月，已有11名專業學生參與到教師的科研團隊中，并在光通信設計領域發表EI檢索科研論文3篇，申報發明專利1項，獲授權實用新型專利2項，獲批省級、校級創新創業課題2項。

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關鍵詞：無線電通信技術 方法發展歷程

中圖分類號： E271.7文獻標識碼：A文章編號：

前言

無線電技術中使用的電磁波叫做無線電波。從電磁場理化的建立至電磁波被發現，直至現今被廣泛應用經歷了近130年的歷史。經歷了漫長的歲月的考驗，無線電通信技術迎來了其發展的時代。

1無線電通信技術的發展歷程

1895年5月7日俄國物理學家波波夫已“金屬屑與電振蕩的關系”的論文向全世界宣布無線電通信技術的誕生，并當眾展示了他發明的無線電接收機，那天俄國當局定為“無線電發明日”。

1896年3月24日，波波夫將無線電通信的通信距離延長到250米，做了用無線電傳送莫爾斯電碼的表演為無線電通信技術拉開新的序幕。

1898年，年輕的意大利青年馬可尼利用游艇證明了他的無線電電報能夠在20英里的海面暢通無阻地通信，第一次實際性地使用無線電通信技術。

1901年，他在相隔2700公里英國和紐芬蘭島之間成功地進行了跨越大西洋的遠距離無線電通信，從此人類進入無線電波進行遠距離通信的新時代。

隨后，無線電通信技術如雨后春筍其涌現出來。直到1946年，美國人羅斯.威瑪和日本人八本教授利用高靈敏度攝像管家用電視機接收天線問題，從此超短波轉播站一些國家相繼建立了，無線電通信技術迅速普及開來。

隨著電子技術的高速發展，信息超遠控制技術為滿足遙控、遙測和遙感技術的需要，于人們生產與生活中被廣泛使用；后來微電子技術也推動了電子計算機的更新換代，使電子計算機信息處理功能大大增加，日益成為信息處理最重要和必不可少的工具。

信息技術是以微電子和光電技術為基礎，以計算機和通信技術為支撐，以信息處理技術為主題的技術系統的總稱，是一門綜合性的技術。今天的信息化時代，就是電子計算機和通信技術緊密結合的標志。

無線電通信技術發展到今日，擁有無限潛力。軍事、氣象、生活、生產等各個領域都對其都有空前的需求。雖然無線電通信技術優點雖然卓越，但其缺點至今給技術的發展帶來很大的障礙，都是我們亟須解決的難題。

2無線電通信技術的特點

近些年無線電通信技術領域引入無線接入技術，是迅速發展起來的新技術領域，不需要傳輸媒質，部分接入網甚至入網的全部皆可直接采用無線傳播手段代替，無論是概念上還是技術含量上都產生了一個重大的飛躍，實現了降低成本、提高靈活性和擴展傳輸距離的目的。其特點喜憂參半，優點主要體現在傳輸線路線、通信方式等方面，我們可以總結

不受時空限制。大多數情況下，人們對通信運用的時間、地點、容量需求無法預知，而無線電通信不受時空限制的優點能夠采取靈活多樣的手段和方法，確保通信聯絡綜合高效，語音、數據、圖像的綜合傳輸暢通無阻，隨著近年來國內各個經濟領域和國際經濟的來往，無線電通信技術不受時空限制方法為其打開方便之門，尤其通信與網絡的連接，通信技術踏上新的臺階。

具備高度的機動性及可用性。無線電通信技術傳輸數字化、功能多樣化、設備小型化、智能化及系統大容量化決定了其具備高度的機動性和可用性，尤其在軍事構建地域通信網方面起到很大的作用。

可靠性高。無線電通信比起有線通信的一個卓越優點在抵抗水淹、臺風、地震等方面有較大的可靠性，一般情況下除非信號干擾都能保持通信的暢通，這也是無線架輸的最大特點。

無線電通信技術雖然解決了架設傳輸線路線、脫離傳輸距離限制、傳輸距離遠、通信靈活等的難題，但其信號容易受到干擾、影響，還有容易被截獲造成了該項技術的保密性極差。無線電通信技術的缺點幾百年來都是讓人頭疼的問題，目前全球化經濟愈演愈熱，其信號的穩定性與安全性上升為經濟領域里關注的焦點，因此，無線電通信技術的通信方法拓新成為其發展的新話題。

無線通信的展望無線通信具有跨越時空進行信息溝通的靈活性，以及全球無縫隙覆蓋的特性，成為當今世界最具吸引力的通信方式。目前，無線通信特別是移動通信市場進入規模化大發展階段，無線通信業務和技術呈現出從傳統的話音領域向數據領域和寬帶多媒體領域轉變的態勢，市場空前繁榮。

3無線電通信技術方法

3.1WiMAX技術

WiMAX技術即全球微波接入互操作系統，這種技術原在西方國家很受歡迎，如今在我國也掀起了熱潮。它是一種寬帶無限連接方案，對無限局域網的組建起到了不可替代的作用。它的數據傳送距離和傳送速度均優于Wi-Fi技術。

3.2Wi-Fi技術

Wi-Fi技術是無線局域網的接入技術，其技術標準為802.11，而我國網絡均采用802.11b標準，它對移動通信起到了補充作用。

3.3 3.5GHz技術

3.5Ghz寬帶固定無線接入技術MMDS，是工作于3.5GHz無線頻段上的中寬帶無線接入技術，寬帶固定無線接入技術因為其高帶寬、建設速度快、接入方式靈活等特點，受到了業界的關注。其優點是可以遠離入網，但在我國卻受到帶寬不足的限制。其缺點是易受外界因素的影響。

3.4 3G技術

3G，全稱3rdGeneration，中文含義就是指第三代數字通信。其主要特征是可提供豐富多彩的移動多媒體業務，其傳輸速率在高速移動環境中支持144kb/s，步行慢速移動環境中支持384kb/s，靜止狀態下支持2Mb/s。國際電信聯盟(ITU)在2000年5月確定W-CDMA、CDMA2000和我國擁有自主知識產權的TDS-CDMA為三大主流無線接口標準，寫入3G技術指導性文件《2000年國際移動通訊計劃》。

3.5 Bluetooth（藍牙）

Bluetooth（藍牙），是一種支持設備短距離通信（一般10m內）的無線電技術。能在包括移動電話、PDA、無線耳機、筆記本電腦、相關外設等眾多設備之間進行無線信息交換。利用“藍牙”技術，可以使短距離內的眾多設備略去繁多的線路接入。簡化空間布局。藍牙采用分散式網絡結構以及快跳頻和短包技術，支持點對點及點對多點通信，工作在全球通用的2.4GHzISM（即工業、科學、醫學）頻段。其數據速率為1Mbps。采用時分雙工傳輸方案實現全雙工傳輸。

3.6 毫米波光載無線(MM-RoF)系統

毫米波光載無線(MM-RoF)系統是將光通信技術和無線毫米波技術相結合建立起來的。其特點是帶寬大、體積小、重量輕、成本低、損耗小、抗電磁干擾及傳輸質量高等優點。MM-RoF可解決傳統微波傳輸系統在毫米波段存在的損耗大、抗干擾能力弱等問題，同時可克服毫米波電子器件的電子“瓶頸”問題，非常有發展潛力。多格式多業務的MM-RoF技術將是MM-RoF系統今后發展的一個重要方向。

4 無線電通信技術之通信方法的拓新

21世紀無線電通信技術正處在關鍵的轉折時期，尤其最近幾十年最為活躍。信息化的飛速發展和IP技術的興起，欲求無線電通信技術適應未來社會生產和生活的需求。務必在通信方法上進行一系列的拓新。針對以上無線電通信技術的缺陷，可以采取以下控制方法

4.1采用了數字通信技術

提高系統頻譜資源的利用率，維持信號上的穩定，避免通信信號收到干擾，增大了系統通信容量，提供話音、圖像和數據等多種通信服務，確保用戶信息安全保密。

4.2 推廣通信信息技術寬帶化的發展

信息的寬帶化對于光纖傳輸技術和高通透量網絡的發展起到關鍵的推進作用，尤其近年來世界范圍內全面展開，無線通信技術正朝著無線接入寬帶化的方向演進，這個方向對無線電通信信號源穩定來說的確非常之重要。

4.3推廣個人信息化技術

個人信息化在全球個人通信已經有著不爭的發展趨勢。個人信息話，能夠有效地減低傳輸路線的信息量堵塞，大幅度提高通信的傳播速度。

4.4提高無線通信網絡可持續性

無線電通信技術的網絡設備如果沒有良好的配置和網絡部署，一旦受到安全威脅，其后果不堪設想。因此，無線電通信技術通信方法的拓新我們與必要提高網絡設備性能、優化設備配置、冗余備份等等手段來保證網絡的可靠性。

5結語

綜上所述，在無線電通信技術通信方法應用開發的發展潛力無窮，這就使得我們在研究和開發的過程中對其展開全方位的施工方式，為無線電通信技術創新出謀劃策，為全球信息化及經濟全球化的通信事業貢獻力量。

參考文獻

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1.實驗室條件和環境較差

由于大部分學校都在進行學生的擴招和學校的擴建，通信專業的人數也會大幅度地增加，學校在擴建過程中會存在資金問題，導致對于實驗室儀器設備的資金投入不足，設備更新緩慢，與現代快速發展的通信技術嚴重脫節，學生在實踐過程中學到的知識也是幾年前的，已經過時。同時在擴招過程中該專業人數大幅度增加，導致實踐教學的場地緊缺，存在多人共用一套實驗設備進行實踐學習的情況，這就導致實踐教學的質量不是很理想。

2.實踐教學的老師對于這門課程不夠重視

與老師熟知的理論教學相比較，實踐教學操作十分麻煩，其中各種各樣的環節讓人頭疼，長期從事理論教學的老師難以適應這樣的教學過程，他們就會選擇逃避，沒有將實踐教學真正地開展起來，學生只是進行一些簡單的操作，無法學到真正的知識，沒有獲得實際的動手能力和創新能力。有些學生在老師的影響下也是持比較消極的態度，認為該專業的實踐教學可有可無，沒有十分重要的存在意義。

3.提供給學生的實習單位較少

有些學校處在偏遠地區，當地沒有大型的通信企業，城市的經濟相對較為落后，只有一些移動、聯通、電信的服務型營業廳，沒有從事通信工程方面的產品生產的大型公司，所以學生很少有機會進行實習，如果到深圳、廣州等通信產業發達的城市進行實習，不僅組織起來比較困難，而且需要大量的資金投入，學生過去之后的管理問題也不是特別的方便。所以老師只是為學生講解一些實習的經驗供學生參考，學生學習效果不明顯。

4.集中式的實踐教學多是形式主義

在通信工程專業的實踐教學中大多采取的是集中式的實踐學習，在這個時間段學生要進行畢業論文的撰寫，學生在時間上存在較大的問題，他們沒有足夠的時間寫自己的畢業論文，往往就在網絡上下載一些資料，選擇一些沒有創新意義的主題，抄襲問題不可避免。學生專業工程實踐的時間和畢業論文的時間沖突，學生為了順利畢業，把很多時間用在寫畢業論文上面，集中實踐的效果從而受到影響，這樣就導致集中式的專業實踐教學形式化，沒有達到想要的效果。

二、通信工程專業實踐教學環節教學改革的主要方式

1.加強通信工程專業課程體系的建設

通信工程專業的課程設計主要培養學生的能力，科學合理地構造該專業的課程模體系和專業模塊，根據不同學生的不同能力、不同愛好，老師為他們選擇合適的模塊，讓教學的基本要素和基本內容與學生能力密切聯系。

（1）通信基礎課程。學生主要學習的課程有信號與系統、通信原理、通信電子線路等，在對這些理論基礎學習的時候注重培養學生的信息分析處理能力，為以后的專業課奠定基礎，讓學生對通信系統有一定的分析和設計能力。

（2）通信技術課程。學生需要學習的課程有移動通信、光纖通信、計算機通信網、交換技術等等，主要讓學生能夠圍繞著通信技術進行其中的理論學習，掌握現代的通信技術，將其應用到通信行業，促進通信行業的發展，促進新產品的開發。

（3）專業任選課程。學生學習的主要課程有電子測量技術、數字圖像處理、光傳輸和光交換、電信業務開發等等，這些課程主要是根據學生興趣開設的專業方向課程，相對來說難度大一些，主要是讓學生有一個學習的專業方向，學生根據自己的特長和興趣學習專業課程，學生學習的積極性和主動性也會提高，視野更加開闊，為以后工作打下必要的專業基礎。

2.加強通信工程專業實踐教學體系的建設

通信工程專業課程基本體系的建設要以實踐教學體系為重點，在通信工程專業的實踐教學環節中，其設計性、科學性、創新性要全面地體現出來，讓每個學生在實踐中都能夠提升自身的能力，并且要注重學生整體能力的培養，加強實踐教學的應用性，讓學生在實踐中分析問題、解決問題，對于課程設計、畢業設計重點管理和監督，學生在實踐中有明確的目標，各自有明確的任務和分工，全面構造通信工程專業實踐教學體系，為學生在未來的就業競爭中提供有效保障。

3.加強通信工程專業實驗室的建設

在通信工程專業實踐中，實驗室是學生的主要實踐地點，學校應當關注實驗室的設備的更新，對實驗室進行科學合理的管理，加大資金的投入，為學生創造良好的實驗室學習和實踐條件，同時實驗室也要制定相應的管理制度，損壞實驗儀器的學生應當賠償一定的費用，學生在實驗室進行實驗之后要打掃衛生，保障實驗室的良好環境。實驗室應當長期對學生開放，為學生提供良好的實驗環境和條件。

4.加強校企協作，在校外投資實習基地

實習是實踐教學的重要組成部分，學生總是在實驗室中進行實驗無法學到真正的工作經驗，只有將學生帶到通信工程的企業，讓他們在其中進行實際的動手操作，他們才會學到實際有用的東西。因此，學校就必須與校外通信企業進行良好的溝通，學校與企業之間聯合進行人才的培養，共同制定實習方案，讓學生參與到實際的測試、開發、設計中，增加學生的興趣，畢業后學校為該企業提供專業型人才，保持與該企業的良好聯系。如果條件允許，學校可以在校外投入資金建設校企，這樣就更加方便學生進行實習。

三、結束語

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1.1ATM網絡傳輸技術

ATM是一種基于信元的交換和復用技術,即一種轉換模式,在這一模式中信息被組織成信元。它采用固定長度的信元傳輸聲音、數據和視頻信號。每個信元有53個字節,開頭的五個字節為信頭,用以傳輸信元的地址和其他一些控制信息,后面的48個字節用以傳輸信息。利用標準長度的這種數據包,通過硬件實現數據轉換,這比軟件更快速、經濟、便宜。同時,ATM工作速度有很大的伸縮性,在光纜上可以超過2.5Gbps。

在網絡傳輸中,為了使多個用戶共享高速線路,通常采用時分復用方式。時分復用方式又可分為同步傳輸模式和異步傳輸模式。在數字通信中通常采用同步傳輸模式,這種傳輸模式把時間劃分為一個個相等的片段,成為時隙,一定量的時隙組成一個幀,一個信道在一個幀里占用一個時隙,一個用戶占用一個或多個信道。而在異步傳輸模式中,各終端之間不存在共同的時間參考,各個時隙沒有固定的占用者。在ATM中時隙有固定的長度而且比較短,一個時隙傳輸一個信元,每一個信元相當一個分組。各信道根據業務量的大小和排列規則來占用時隙,信息量大的信道占用的時隙多。

1.2SDH傳輸技術

SDH是取代PDH的新數字傳輸網體制,主要針對光纖傳輸,是在SONET的標準基礎上形成的。它把信號固定在幀結構中,復用后以一定的速率在光纖上傳送。SDH是在電路層上對信號進行復用和上下。當帶著信號的光纖通ODF(光纖分配架)進入ADM時,信號必須通過O/E轉換和設備上的支路卡才能下成2Mb/s的基本電信號,并經過通信電纜和DDF(數字配線架)接到用戶接口或基站BTS(基站收發信機)。

1.3MSTP傳輸技術

MSTP依托于SDH平臺,可基于SDH多種線路速率實現,包括l55Mb/s、622Mb/S、2.5Gb/s和10Gb/s等。一方面,MSTP保留了SDH固有的交叉能力和傳統的PDH業務接口與低速SDH業務接口,繼續滿足TDM業務的需求;另一方面,MSTP提供ATM處理、以太網透傳、以太網二層交換、RPR處理、MPLS處理等功能來滿足對數據業務的匯聚、梳理和整合的需求。

1.4RTKGPS網絡傳輸技術

隨著GPS無驗潮測深技術應用的不斷深入,傳統電臺數據鏈的傳輸模式已不能滿足長距離RTK作業的需要。而網絡RTK技術則是利用網絡來取代UHF電臺進行數據傳輸,它傳輸距離遠,信號穩定,抗干擾性強,已成為數據鏈傳輸的新寵。

通用分組無線業務GPRS,是在GSM系統上發展出來的一種新的分組數據承載業務,GSM是一種使用撥號方式連接的電路交換數據傳送方式。GPRS利用現有通信網的設備,通過在GSM網絡上增加一些硬件和軟件升級,形成一個新的網絡邏輯實體。

1.5WDM傳輸技術

WDM(或DWDM)是在光纖上同時傳輸不同波長信號的技術。其主要過程是將各種波長的信號用光發射機發送后,復用在一根光纖上,在節點處再對耦合的信號進行解復用。WDM(或DWDM)系統在信號的上下上既可以使用ADM、DXC,也可以使用全光的OADM和0XC,WDM(或DWDM)是基于光層上的復用,它和SDH在電層上的復用有著很大的區別。同時,通過OADM進行光信號的直接上下,無需經過O/E轉換,而擁有EDFA的WDM(或DWDM)可以進行較長距離的光傳輸而不需要光中繼。

2接入網技術

隨著通信技術的快速發展,人們對鐵路通信技術提出了更高的要求,鐵路部門必須采用先進的、現代化的有線和無線通信的傳輸和接入方式,實現鐵路通信網的升級,發揮鐵路通信網在國民經濟中的社會效益和經濟效益。

接入網技術是鐵路通信中一項關鍵技術,由于原有用戶銅纜接入的普遍性和現在光纖技術的發展,接入網建設就必須考慮通信網絡的現狀與發展,這就決定了接入網技術的多樣化。接入網從接入方式上可分為有線接入和無線接入。

2.1有線接入技術

(1)高速率數字用戶環路技術。

通過2-3對雙絞線雙向對稱傳送基群數字速率信號,傳送距離為3km-5km,上行速率與下行速率相等。通過回波抵消技術實現在一對雙絞線上全雙工傳輸,通過特定的編碼和調制方式提高傳輸質量,用多線對并行傳輸,以降低每對雙絞線上的傳輸速率,增加無中繼傳輸距離。

(2)非對稱數字用戶環路技術。

它的上行速率和下行速率不相等,下行速率可高達(9-10)Mbit/s,上行速率只有數十或數百kbit/s,此技術適用于視頻點播VOD系統;其高速下行信道可向家庭用戶提供多路的數字圖像信號及低速語音信號,而上行信道用于傳送用戶控制信號。ADSL的優勢在于它幾乎不需要對現有的對1雙絞線作任何改動就可獲得高傳輸速率。

(3)混合光纖同軸電纜接入技術。

它是基于有線電視系統CATV發展起來的。在有線電視中心與地區中心、地區中心與光節點之間采用光纖連接,光節點與用戶設備之間采用同軸電纜連接。其主要是使用副載波調制,將CATV原有的單向傳輸系統改造成雙向傳輸系統。HFC可以充分利用現有的CATV網絡,進行少量投資,就可形成一個支持多種業務的寬帶綜合業務網。

(4)光纖用戶環路技術。

以光纖為主要傳輸媒介,根據光纖向用戶延伸的距離,可以分為FTTC(光纖到路邊),FTTB(光纖到大樓),FTTH(光纖到家)等。FTTB是用戶接入信息高速公路的最終理想目標,但根據現有通信發展的實際,FTTC、FTTB與銅纜相結合的用戶接入,雖然是有過渡性質的折衷方案,但價格相對經濟,并且在時機成熟時易擴展到FTTH,所以是現實并且可行的。

2.2無線接入技術

無線接入網是在接入網中部分或全部引人無線傳輸媒介,為用戶提供固定終端業務和移動終端業務。無線接入可分為固定接入和移動接入兩大類。其基本結構由控制器、基站和用戶終端設備構成。應用技術主要包括微波1點多址技術、蜂窩技術和微蜂窩技術等。無線接人由于其靈活方便易于建設,目前已得到極大的重視。

集群通信系統是一種功能強大的專用移動通信系統,是通信與微處理機技術、程控交換技術、計算機網絡技術緊密結合的產物。它集交換、控制、通信于一體,通過無線撥號的方式把一組信道自動最優地動態分配給系統內部用戶,最大限度地利用系統資源和頻率資源,降低系統內呼損,提高服務質量。由于它具有群呼、組呼、強插、強拆等功能,特別適合于調度指揮以及應急、搶險等場合,并較好地解決了通信頻率合理分配的問題,因而倍受專業運營管理部門的青睞,被確定為現行鐵路移動通信方式的首選類型。

3結語

鐵路通信網是保證行車安全、提高運輸效率的有力工具,我國鐵路引入現代通信技術還不久,對鐵路通信工程建設還需要一段時間對其了解、分析和試驗,對其中所要注意的問題,特別是技術問題要認真對待,只有這樣才能為鐵路通信現代化作出貢獻。

參考文獻

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關鍵詞:電廠安全生產;遠程監控;自動控制;遠程監控

中圖分類號:TM764

文獻標識碼:A

文章編號:1009-2374(2009)19-0033-02

隨著計算機技術、控制技術、通信技術、網絡技術等的快速發展,逐漸形成了工業控制的數字化、智能化與網絡化,使計算機控制系統逐步從集散控制系統(Distributed Control System,DCS)走向以現場總線為基礎的分布式現場總線控制系統(Fieldbus Control System,FCS)。FCS是集當今計算機技術、網絡通信技術和自動控制技術為一體的當代最先進的數字化網絡計算機控制技術,是一種全分散、全數字、全開放的控制系統,是自動控制技術發展的焦點和熱點,被譽為工業自動化領域具有革命性的新技術。

目前全國很多電廠都在實施生產系統的遠程自動化控制改造,采用FCS技術構建環繞全電廠的安全生產遠程監控系統是必然趨勢,因此,本論文將主要針對電廠內安全生產遠程監控系統的構建進行分析,以期和同行共同討論。

一、基于CSS架構的遠程監控系統設計

(一)系統的架構模式選擇

按照系統終端情況的不同,可將該數據采集監控系統的開發模式總的分為B/S(瀏覽器/服務器)和C/S(客戶端/服務器)兩種結構模式。B/S結構的系統以服務器為核心,程序處理和數據存儲基本上都在服務器端完成,用戶使用IE瀏覽器就可以進行事務處理。C/S結構的系統以服務器作為數據處理和存儲平臺,用戶在終端安裝特定的程序來進行事務處理,然后再將數據傳遞到服務器端。

結合上述分析,本論文采用C/S/S模式結構。C/S/S模式也叫客戶/應用服務器/數據庫服務器結構Client/Application Server/Database Server(C/S/S)模式,是從C/S模式發展而來的。這種模式中的三層架構“分工”明確。客戶端負責程序的應用和數據的讀取、分析等前臺操作,應用服務器存放并運行信息系統的業務邏輯,數據庫服務器存放并管理信息系統的數據。由于在客戶端和數據庫服務器之間使用了應用服務器來處理業務邏輯,大大減輕了數據庫服務器的壓力,極大地提高了系統的并發處理能力;另外,由于用戶的請求是發向應用服務器而不是數據庫服務器,使得數據的安全性大大提高,數據庫服務器的主要職責由應付客戶端的數據請求,也為了實現數據的網絡共享,故這種結構非常適合實時響應性、安全性、數據吞吐率等性能要求較高的系統,同時它也繼承了C/S結構的優點,目前這種方式是最可靠、最能完美體現電廠大范圍內的遠程監控系統的控制特點及要求。

(二)系統層次結構設計

1.上位機系統層次分析。電廠安全生產遠程監控系統采用三層C/S/S體系結構,使得用戶只需要通過客戶端即可輕松完成和實現豐富的信息管理等多種功能,整個上位機系統由客戶端應用程序、應用程序服務器和數據庫服務器三個層次構成,其中客戶端應用程序主要完成對電廠遠程監控系統的信息管理及控制等操作;應用程序服務器主要集成對全電廠安全生產管理系統的控制、管理程序;數據庫服務器主要是用于存儲電廠安全監控系統的生產、監測監控數據,以備查用。

2.下位機系統層次分析。既然要實現全電廠安全生產的遠程監控,就必須要借助網絡層實現對底層電廠生產設備、生產過程的遠程監測監控,如對鍋爐設備、水輪發電機組等生產設備的遠程監測及監控,因此對于下位機系統的層次構成,主要是由傳感采集設備(即傳感器)完成對生產設備的特征數據的采集,通過數據采集卡加載網絡通信模塊完成數據的網絡遠程傳輸,傳輸到上位機系統的數據庫服務器,并由用戶通過客戶端應用程序,通過調用應用程序服務器中的遠程管理控制程序,實現對底層設備的遠程監測與監控。

3.網絡傳輸層分析。根據電廠生產設備分布式的特點,以及對電廠生產過程遠程監控的要求,本論文采用現場總線技術,同時借鑒工業以太網的統一通信協議的特點,對面向全電廠布置的分布式安全生產系統實施遠程監控。遠程通信網絡布置要合理,這是在網絡傳輸層布置時必須遵守的。

(三)遠程監控系統的控制實現方式

電廠的遠程控制系統的控制方式采用遠程控制與現場手動控制相結合的方式。首先要實現相關生產設備及生產過程的遠程控制功能,這主要依賴于對底層設備的控制數據的組態而實現,通過上位機的客戶端程序,實現對電廠安全生產的遠程控制功能;其次,是要在相應的生產設備或生產過程現場配備手動控制開關,以滿足不同的優先級控制需求,也有利于對相關生產設備的現場檢修、維護和系統改造升級等。

二、電廠安全生產遠程監控系統的實現

(一) 遠程視頻監視系統設計

1.視頻信號傳輸方式。工業電視系統的信號傳輸有兩種方式:電纜傳輸和光纖網絡傳輸。這里選定光纖作為電廠遠程視頻監控系統的傳輸介質,結合目前現場總線發展的新技術,依靠最先進的工業以太網通信技術實現電視監控系統的聯網傳輸。

2.系統設計。電廠生產遠程視頻監控系統主要由前端攝像設備、視頻控制設備、光纖數據傳輸設備和視頻輸出設備等部分組成。(1)前端攝像設備。前端攝像設備即為安裝在社區內的各個布點場所的攝像機。地面使用的攝像機由于監控范圍較大,大部分使用的是云臺攝像機,云臺是一個能進行水平和垂直兩個方面運動的裝置,安裝于其上的攝像頭能夠實現水平350°,垂直90°全方位攝像,因此選用彩色全方位攝像儀。(2)視頻控制設備。視頻控制設備是監控系統的心臟,可以分前向設備與后向設備,前向設備主要包括視頻服務器,主要功能是實現視頻信號的聯網;后向設備主要由光發射機、光接收機、視頻分配器、視頻矩陣控制切換系統、處理器、云臺控制器等組成,一般安裝在總調度室,完成視頻圖像的接收與處理,遙控云臺的全方位移動,調節鏡頭焦距的變化以及各種輸出信號的控制。(3)光纖數據傳輸設備。數據傳輸設備主要采用光纖進行傳輸,同時需要為整個傳輸系統配備交換機及流媒體服務器等設備,實現視頻信號的全數字化傳輸。采用光纖的最大優勢就在于可以遠距離而無失真的傳輸視頻數據信號。(4)視頻輸出設備。視頻輸出設備主要包括監視器、DLP大屏幕和硬盤錄像機,調度室的工作人員可以通過監視器、DLP大屏幕對控點進行24h監控,也可通過硬盤錄像機將攝像機圖像保存下來,為電廠安全生產提供必要的數據信息。

(二)遠程數據傳輸通信協議設計

通信應用服務程序和監控終端間的通信方式是基于TCP/IP網絡的Windows Socket通信,因為這種通信協議是目前現場總線中最為主流和應用最為廣泛的通信協議之一,用來傳送各種監控數據、信息和控制命令等,具體的通信協議如下:

幀組成字段的意義:

1.IP地址用來標識發送者的網絡地址,用long表示。

2.類型表示通信類型,共分為2種,即:查詢和應答,用byte表示,其中0x01表示查詢,0x02表示應答。

3.時間指當前系統時間,表示幀發出時的本機系統時間,在中心服務器發向端局監控機的查詢幀中用于校對監控機的系統時間,用time_t表示,即精確到秒級。

4.數據長度用來表示后跟數據的總長(字節,不包括長度本身及以前數據),用long表示。

5.數據是指具體的數據,其組成及解釋隨類型不同而變化。只要在需要實現遠程監控的設備或機房內布置了采用該通信協議的現場總線,那么該生產設備或生產過程就可以被集成到全電廠安全生產監控系統的平臺上,實現安全生產的遠程監測與監控。

(三)遠程監控系統的接口設計

接口是指通信服務器和底層的遠程監控終端之間的通信接口。

通信服務器和監控終端之間的通信接口,采用基于TCP/IP網絡的Windows Socket通信方式,包括以下部分:

1.系統對時:監控終端定時向通信服務器查詢系統時間,把本機時間和通信服務器時間進行同步。

2.查詢一個機房運行狀態。

3.查詢一個班組:當監控終端主機監控一個班組時,定時向通信服務器發查詢本班組所有機房運行狀態的命令。對獲得的機房數據進行處理。

4.查詢所有機房:當監控終端主機監控所有機房時,定時向通信服務器發查詢所有機房運行狀態的命令。對獲得的機房數據進行處理。

5.查詢通信狀態:監控終端主機定時發送查詢交換機當前通信是否正常的命令。

6.接收報警:監控終端主機接受通信服務器發送的報警信息并進行處理、顯示。

三、結語

電廠是我國重要的電力能源輸出基地,對于全國數千個電廠而言,實現生產過程的遠程自動化控制,是提高我國工業生產自動化、智能化水平的重要要求,同時對于生產設備和生產過程的遠程安全監控,也是不可缺少的。本論文對電廠安全生產遠程監控系統進行了分析設計和討論,給出了完整的遠程控制方案和遠程監控的實現手段,對于提高自動化水平和計算機自動控制在電廠安全生產遠程監控系統中的應用具有一定的指導和推廣意義。

參考文獻

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[2]倪海燕,馬常旺,胡超.基于多線程技術的智能小區管理服務系統構建[J].寧波大學學報(理工版),2006,19(1).

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Abstract: This paper describes the structure of the telecommunications fiber optic networks,and how to discover these fiber failure,determine the fault location and repair faults in detail. This process is relying on a complete set of advanced fiber monitoring system. This paper focused on the function and design ideas of the system,the latest technology the system uses,the unique of system compared with other systems,and project implementation.

關鍵詞:光功率;分光;網絡

Key words: optical power;spectrophotometry;network

中圖分類號:TN91 文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)15-0186-01

1OTMS-98光纜故障監控系統原理

1.1 系統總體結構

本光纜故障監測系統由省光纜總監控中心(PMC)、區域光纜監控中心(DMC)和安裝在現場的監測站(MS),通過分組交換網(X.25網)、公共電話交換網(PSTN網)分三級匯接而成。

省、地監控中心(PMC或DMC)由運行Windows NT網絡軟件的微機服務器構成局域網。

遠端光纜監測采集站(MS)則是一個運行在Windows 95軟件下,模塊化集成的,易于擴充和維護的局域網。

1.2 光纜/光纖故障監控原理

光功率監測其結構特點是:①分布在各電話局機房的每個AIU可監測16個光端機盤輸入端的收光功率。②每個ACU可控制8個AIU單元。③一個RA系統(遠端監測系統)最多可右8個ACU控制64個AIU單元,實現每分鐘1024點的光功率采集。④若干RA系統通過X.25網與DMC相連形成區域性傳輸監測網。⑤DMC對若干個同時收到的收光功率告警數據進行分析,在故障發生的一分鐘內就可迅速確定故障光纜段。⑥DMC自動快速啟動MS站的告警監測系統對故障光纜段進行故障點精確位置的測定。

光端機發射端發出的1310通信光進入WDM的端機側,從OTDR卡發出的1550監測光進入光開關箱,通過光開關箱選擇某條光路后進入WDM的監測端。這兩束光通過WDM的合波作用,形成一束既包含通信光也包含監測光的光波,從外線側輸出。

2監控系統優化設計

本章是闡述作者本人對監測系統優化設計的一些觀點。

2.1 OTDR測試

OTDR的監控長度:

以下介紹在測試中要用到的OTDR各參數及OTDR監測長度的計算。

①OTDR動態范圍。

其定義是:初始反向散射功率和噪聲水平功率之比的對數值的10倍。按國際標準,各OTDR生產廠家對動態范圍指標的解釋應該是在10Us脈寬,3分鐘平均時間,SJN=1(信噪比)的條件下,動態范圍即是在反向散射功率跌落到噪聲水平時,全部光纖長度上用分貝計算的損耗。

②OTDR測量范圍。

其定義是:在允許的精度下,正確分辨和測量光路中“事件點”的最大衰減范圍。一般,把包括光纜熔接頭在內的一切光纜衰減變化點統稱為“事件點”。光纜熔接頭衰減一般在0.2DB左右,指標要求不超過0.5DB。

顯然在精確度要求不同的情況下,OTDR的測量范圍會有多有少地小于OTDR的動態范圍。

③關于OTDR監測長度。

OTDR監測長度肯定和OTDR的動態范圍直接相關,動態范圍大,監測距離一定長。

④OTDR監測長度計算。

光纜故障監測系統的最大監測長度的計算,可以參照光纜中繼段長度的計算方法,按最壞值法計算。當損耗受限時,故障監測長度按下式計算:

L=(P-Ac-Mc-Me)/(Af+As)

式中:

L:故障監測系統最大監測光路長度(Km)。P:OTDR的動態范圍(dB)。Ac:介入損耗,包括WDM的介入損耗,光開關的介入損耗,跳線活接頭的介入損耗等(dB)。一般WDM 0.8 dB/個。Filter 1.5dB價(包括活接頭)。光開關1dB/個。跳線活接頭0.5dB價。Af:光纜平均衰減系數(dB/km):0.25dB/km。As:光接頭平均衰減系數(dB/km):0.05dB/km。Mc:光纜富余度(dB):一般取值3dB。Me:監測設備動態范圍富余度(dB):一般取值3dB。

一般在線監測中Ac介入損耗為:1個光開關、1個WDM,1個Filter及2條光路線的介入損耗之和。

Ac=1+0.8+1.5+2×0.5=4.3 dB

每增加一段在線監測段,須增加2只WDM和3根光跳線的損耗,即Ac增加3.1dB的介入衰耗。

2.2 從光功率監測來看監控系統的優化設計

對光功率模塊的工作原理的分析可知,在光功率監測中,每一采集點都對應一個傳輸系統。如果同時有多個傳輸系統告警,根據傳輸系統路山分析算法就可以分析出有可能產生告警的多個光纜段。我們當然不應該讓OTDR發出測試光去測試每一條光纜段,這樣做無疑是嚴重地浪費儀器資源,人為的增大了監測系統的負擔,也是違反了我們的優化設計原則二。

我們想做到的是,能盡量找到盡可能少的測試光路,這些光路可以穿過所待測的光纜段,可以讓OTDR的測試光達到這些段。由上面的光路集分析算法也可看出,我們是盡量想只找一條光路即可完成對所有待測纜段的測試,如果不行,再找第二條、第三條。