通信专业导论

通信工程导论结课论文光纤通信技术从光通信中脱颖而出，已成为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网中起着举足轻重的作用。光纤通信作为一门新兴技术，其近年来发展速度之快、应用面之广是通信史上罕见的，也是世界新技术革命的重要标志和未来信息社会中各种信息的主要传送工具。接下来我将对光纤通信技术进行综述。一．概述光纤即为光导纤维的简称。光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的一种通信方式。从原理上看，构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。光纤除了按制造工艺、材料组成以及光学特性进行分类外，在应用中，光纤常按用途进行分类，可分为通信用光纤和传感用光纤。传输介质光纤又分为通用与专用两种，而功能器件光纤则指用于完成光波的放大、整形、分频、倍频、调制以及光振荡等功能的光纤，并常以某种功能器件的形式出现。光纤通信是利用光波作载波，以光纤作为传输媒质将信息从一处传至另一处的通信方式，被称之为“有线”光通信。当今，光纤以其传输频带宽、抗干扰性高和信号衰减小，而远优于电缆、微波通信的传输，已成为世界通信中主要传输方式。未来光纤通信的发展极具潜力。二．发展历史在六十年代中期以前，人们虽然历经苦心研究过光圈波导、气体透镜波导、空心金属波导管等，想用它们作为传送光波的媒体以实现通信，但终因它们或者衰耗过大或者造价昂贵而无法实用化。也就是说历经几百年人们始终没有找到传输光波的理想传送媒体。一九六六年七月，英藉、华裔学者高锟博士在PIEE杂志上发表了一篇十分著名的文章《用于光频的光纤表面波导》，该文从理论上分析证明了用光纤作为传输媒体以实现光通信的可能性，并设计了通信用光纤的波导结（即阶跃光纤）。更重要的是科学地预言了制造通信用的超低耗光纤的可能性，即加强原材料提纯，加入适当的掺杂剂，可以把光纤的衰耗系数降低到20dB/km以下。而当时世界上只能制造用于工业、医学方面的光纤，其衰耗在1000dB/km以上。对于制造衰耗在20dB/km以下的光纤，被认为是可望不可及的。以后的事实发展雄辩地证明了高锟博士文章的理论性和科学大胆予言的正确性，所以该文被誉为光纤通信的里程碑。一九七０年美国康宁玻璃公司根据高锟文章的设想，用改进型化学相沉积法（MCVD法）制造出当时世界上第一根超低耗光纤，成为使光纤通信爆炸性竞相发展的导火索。虽然当时康宁玻璃公司制造出的光纤只有几米长，衰耗约20dB/km，而且几个小时之后便损坏了。但它毕竟证明了用当时的科学技术与工艺方法制造通信用的超低耗光纤是完全有可能的，也就是说找到了实现低衰耗传输光波的理想传输媒体，是光通信研究的重大实质性突破。自一九七０年以后，世界各发达国家对光纤通信的研究倾注了大量的人力与物力，其来势之凶，规模之大、速度之快远远超出了人们的意料之外，从而使光纤通信技术取得了极其惊人的进展。从光纤的衰耗看：七O年：20dB/km七二年：4dB/km七四年：1.1dB/km七六年：0.5dB/km七九年：0.2dB/km九O年：0.14dB/km它已经接近石英光纤的理论衰耗极限值0.1dB/km。从光器件看：一九七O年，美国贝尔实验室研制出世界上第一只在室温下连续波工作的砷化镓铝半导体激光器，为光纤通信找到了合适的光源器件。后来逐渐发展到性能更好、寿命达几万小时的异质结条形激光器和现在的分布反馈式单纵模激光器（DFB）以及多量子阱激光器（MQW）。光接收器件也从简单的硅PIN光二极管发展到量子效率达90％的Ⅲ-Ⅴ族雪崩光二极管APD。从光纤通信系统看：正是光纤制造技术和光电器件制造技术的飞速发展，以及大规模、超大规模集成电路技术和微处理机技术的发展，带动了光纤通信系统从小容量到大容量、从短距离到长距离、从低水平到高水平、从旧体制（PDH）到新体制（SDH）的迅猛发展。七六年，美国在亚特兰大开通了世界上第一个实用化光纤通信系统。码率为45Mb/s，中继距离为10km。八０年，多模光纤通信系统商用化（140Mb/s），并着手单模光纤通信系统的现场试验工作。九０年，单模光纤通信系统进入商用化阶段（565Mb/s），并着手进行零色散移位光纤和波分复用及相干通信的现场试验，而且陆续制定数字同步体系（SDH）的技术标准。九三年，SDH产品开始商用化（622Mb/s以下）。九五年，2.5Gb/s的SDH产品进入商用化阶段。九六年，10Gb/s的SDH产品进入商用化阶段。九七年，采用波分复用技术（WDM）的20Gb/s和40Gb/s的SDH产品试验取得重大突破。此外，在光孤子通信、超长波长通信和相干光通信方面也正在取得巨大进展。总之，从一九七０年到现在虽然只有短短不到三十年的时间，但光纤通信技术却取得了极其惊人的进展。用带宽极宽的光波作为传送信息的载体以实现通信，这一几百年来人们梦寐以求的幻想在今天已成为活生生的现实。然而就目前的光纤通信而言，其实际应用仅是其潜在能力的2％左右，尚有巨大的潜力等待人们去开发利用。因此，光纤通信技术并未停滞不前，而是向更高水平、更高阶段去发展三．优点与应用领域(1)通信容量大、传输距离远;一根光纤的潜在带宽可达20THz。采用这样的带宽，只需一秒钟左右，即可将人类古今中外全部文字资料传送完毕。目前400Gbit/s系统已经投入商业使用。光纤的损耗极低，在光波长为1.55μm附近，石英光纤损耗可低于0.2dB/km，这比目前任何传输媒质的损耗都低。因此，无中继传输距离可达几十、甚至上百公里。(2)信号串扰小、保密性能好;(3)抗电磁干扰、传输质量佳,电通信不能解决各种电磁干扰问题，唯有光纤通信不受各种电磁干扰。(4)光纤尺寸小、重量轻,便于敷设和运输;(5)材料来源丰富,环境保护好，有利于节约有色金属铜。(6)无辐射,难于窃听,因为光纤传输的光波不能跑出光纤以外。(7)光缆适应性强,寿命长光纤通信的应用领域是很广泛的，主要用于市话中继线，光纤通信的优点在这里可以充分发挥，逐步取代电缆，得到广泛应用。还用于长途干线通信过去主要靠电缆、微波、卫星通信，现以逐步使用光纤通信并形成了占全球优势的比特传输方法；用于全球通信网、各国的公共电信网（如中国的国家一级干线、各省二级干线和县以下的支线）；它还用于高质量彩色的电视传输、工业生产现场监视和调度、交通监视控制指挥、城镇有线电视网、共用天线（CATV）系统，用于光纤局域网和其他如在飞机内、飞船内、舰艇内、矿井下、电力部门、军事及有腐蚀和有辐射等中使用。四．技术热点问题研制廉价的光电子器件：光通信器件目前还比较昂贵，宽带网的用户接入率不到3%，因此研制出廉价的支持大通信容量的光电子器件是非常必要的。另一个研究方向是光电子器件的集成化，通过集成化可以使器件功耗降低，性能更加稳定可靠，制造和维护成本更低，同时还能最大化的缩小设备的体积。解决网络的安全问题：虽然光纤通信系统的其中一个好处是防泄密，但是这也不是绝对的，再好的技术也会有弱点，光纤通信也不例外。目前广泛用于网络和金融行业的是非对称密码，这种密钥的安全性基于大数因子分解这样一类不易计算的单向性函数。而量子算法证明：采用量子计算机可以轻而易举地破译这种公开密钥体系，解决这个问题的有效途径是量子通信的密码术。但是量子通信目前还处在初级研究阶段，它的应用仅局限于信息安全要求极高的少数专网，许多发达国家已投入较大的人力和物力进行这方面的研究。研究高速全光网：光纤通信技术的研究重点是通过开发先进和低成本的复用技术，进一步降低信息传输的成本，使光纤资源的可利用率最大化。提高光通信的速度和容量是光纤通信的重要方面，实现高速全光网的关键是光交换技术。未来通信网络将是全光网络平台，网络的优化、保护和自愈功能在未来光通信领域将越来越重要。研究光通信和纳米技术：碳纳米管最宝贵的性能是能够发光，IBM研究中心研制的光信号发射器是一个直径为1.4nm的单纳米管，实验所探测到的是1.5um的光，与目前光纤网络广泛使用的光波一致。如果使用体积大小不同的纳米管，还可以获得不同波长的光束。各国政府对纳米技术的研究极为关注。下面我将就专业学习规划进行陈述。在3G通讯盛行的今天，通信行业的发展迎来了难得的春天。但人们也认为这次春天不可能跟上次通信行业大发展一样普降甘霖，而只是滋润那一部分有准备的人。时下毕业生中流传着一种说法：“大学四年能把毕业证、学位证、英语六级和计算机二级证拿到就可以了，其他的都靠混。”我个人认为这种说法是错误的。原因除了通信产业规模和市场发展的人才需求减少外，还有众多大学对通信工程专业设置的热情态度。目前国内有三百多所大学开设了通信工程专业，人才之间的竞争比以往人任何时候都要激烈。作为北京交通大学通信工程专业的本科生，虽然我们在就业时相对于绝大多数学校的毕业生来说占据着较大的优势，但如果想在时代的大潮中脱颖而出，提前做好专业学习的规划还是十分重要的。首先，放在首要位置的是要学好本专业的基础课程。数学与计算机是通信从业人员必须掌握的工具，是我们学好通信工程的根本。计算机方面至少要掌握甚至精通一门计算机编程语言。要学好未来的专业课程，在基础课程上必须要下大功夫专业的重点课程有电子科学与技术、信息与通信工程、计算机科学与技术。主要课程：电路理论与应用的系列课程、计算机技术系列课程、信号与系统、电磁场理论、数字系统与逻辑设计、数字信号处理、通信原理等。汇编、组成原理这些专业课还是必须好好学的，在实际工作中很可能会派上用场。在能力有限的条件下，我们不能奢求每门课都精通，但至少要做到全部了解，精通部分。其中感兴趣的可以抽时间出来细心钻研。因为想出国深造，英语学习的重要性自然不言而喻。进国外的大学学习，英语四六级或者雅思托福成绩就是一道门槛，达不到要求便很难被录取。在大三之前英语学习将一直在我的学习计划中占很大的比重。大一时就通过了四六级考试，下一步取得雅思6.5分的成绩我才有足够时间学习专业课程，以得到更高的绩点竞争出国机会，增加出国学习的筹码。另一方面，国外很多英文的通信工程专业文献具有很高的阅读价值，熟练掌握英文将有助于我今后专业技能的提高。国内很多与通信有关的大公司也将英语作为招聘条件之一，更突出了英文的重要性。在北京交通大学我将努力学习，将自己塑造成为一个具有国际视野，具备跨文化交流、竞争与合作的工程与管理人才，为我国电信行业的现代化发展，提高国际竞争力做出贡献。胡波通信1307