高速光通信范文

高速光通信范文（精选12篇）

高速光通信 第1篇

随着Internet以及各类通信业务的迅猛发展, 对通信容量及传输带宽提出了较高的要求。网络结构的变化, 用户使用带宽的增加都需要相应的传输速率给予支持。

在光传输系统中, 尤其是干线系统, 速率的提高意味着对系统性能提出更高的要求, 同时对于各类线路损伤, 如色散、偏振模色散、非线性效应等的抑制和处理难度也大大增加。近年来, 国际上对于光调制技术给予了较多关注和研究, 以期通过较小的成本来升级现有链路。提出的光调制格式主要有啁啾归零码 (CRZ) 、差分相移键控码 (DPSK) 、差分正交相移键控码 (DQPSK) 等, 各种调制方式利用各自的优势, 可以从不同角度缓解系统的压力, 但是对于超高速系统, 如100 Gb/s甚至更高的系统, 则显得力不从心。

正交频分复用 (OFDM) 技术是一种优秀的调制格式, 具有较强的抗干扰能力和高频谱利用率, 主要应用于无线通信系统。近年来随着光OFDM概念的提出, 业界给予相当多的关注, 各类实验和仿真也证明了其作为一种调制方式具有较好的性能[1,2], 并成为100 Gb/s系统中具有竞争力的候选调制方案。

1 OFDM基本原理

OFDM实际上是一种多载波复用传输方式, 多载波复用的概念很早就已提出, 然而由于传统的多载波传输需要大量的射频振荡器, 因此实现较为复杂。在OFDM系统中, 多载波信号的调制与解调通常是利用反向快速傅里叶变换 (IFFT) 和相应的快速傅里叶变换 (FFT) 来实现的, 这样可降低系统的复杂度和成本。图1为传统OFDM的收发框图, 串行信号首先经过星座映射, 形成正交幅度调制 (QAM) 星座点 (复值信号点) , 每个复值信号点记为Xk, k=0, 1, , K-1, 将{Xk}调制到个独立的子载波上, 即对K个点进行IFFT, 得到一组OFDM序列{xn}, n=0, 1, , K-1。为了克服载波间干扰, 通常需要在{xn}中插入循环前缀 (CP) , 即复制{xn}尾部m个值置于OFDM序列前端形成一个新的序列, 新序列长度为m+K, 其中m

OFDM系统各个子载波相互正交, 子载波信号频谱的重叠不会带来码间干扰, 这样大大增加了频谱利用率。同时, 作为一种多载波复用方式, OFDM实际上是将高速信号解复用到各个子载波上, 因此降低了各个子载波上的数据传输速率, 延长了子载波上符号的传输周期, 减轻了码间干扰带来的影响。在高速光传输中, 线路的色散效应和偏振模色散都会随着传输速率的增加而恶化, OFDM的工作机制对于克服此类影响具有较大的优势。

2 光OFDM的应用

OFDM在无线通信中得以广泛应用, 并成为一些技术的标准, 如WiFi、HiperLan、WiMAX, 其技术较为成熟, 然而OFDM在光通信上的应用近几年才发展起来, 其最根本的原因是电域和光域的信号处理技术截然不同。传统的OFDM采用双极性, 相干接收方式;而光通信中只能采用单极性信号, 即用光强表示信号, 且多采用直接检测方式接收。目前, 光OFDM主要有两种类型的传输结构:相干光OFDM (CO-OFDM) 和直接检测光OFDM (DDO-OFDM) 。

2.1 CO-OFDM

相干光检测可以提高接收灵敏度, CO-OFDM将相干光检测技术与OFDM结合起来, 利用两者的优势提高传输性能, 适合大容量超长距离传输[3]。CO-OFDM的基本结构如图3所示, 数字信号经过星座点映射及IFFT变换后插入循环前缀形成OFDM序列, 取出该序列的实部和虚部分别驱动两个马赫曾德尔光调制器, 将实部信号即同相信号 (Inphase) I和虚部信号即正交信号 (Quadrature) Q从电域转换到光域传输;在接收端, 由本地激光器产生相干光载波与接收光信号进行耦合, 通过平衡接收恢复发送的I、Q信号, 对I、Q信号做FFT变换与均衡处理即可完成解调。在该方案中, 发送与接收仅对信号进行基带处理, 因此对电带宽的要求大大降低;由于不需要抑制边带传输, 减少了电滤波器和光滤波器的使用数量。但是该结构仍需要光调制器、相移器和均衡接收装置, 成本较高。此外, 该系统也可采用一种中频 (IF) 结构实现, 即对基带信号先进行射频处理后再转换至光域, 通过抑制一个边带实现光单边带 (OSSB) 传输以提高接收性能, 这种方案虽然减少了一组光调制器和平衡接收装置, 但增加了光滤波器和对电带宽的要求。

2.2 DDO-OFDM

DDO-OFDM与相干光检测系统相比具有较为简单的形式。图4为DDO-OFDM的基本结构, 输入星座点经基带处理形成OFDM序列, 其实部I和虚部Q的电平信息分别取出用作光调制器的驱动, 由于光电二极管进行光强检测时易产生互调损耗, 其噪声分布在光载频附近而污染信号谱, 因此在驱动光调制器之前, I、Q两路驱动信号先分别乘以一对正交射频载波, 下变频至中频后再送入光调制器, 这样OFDM谱便被调制到远离光载频的两侧, 传输光谱如图5所示, 其中光载波中心频率为193.1 THz, 射频载波振荡频率f为80 GHz。在接收端通过混频分别恢复I、Q信号, 进而对两路信号表示的复数点进行FFT变换实现解调。DDO-OFDM结构简单, 系统成本低, 但该传输方案对光功率要求较高, 采用了双边带传输, 因此降低了频谱利用率, 该方案多用于短距离及多模光纤传输, 在长距离传输方面的应用正处于研究阶段。

2.3 光OFDM涉及的关键技术

上述两种结构各有优缺点, CO-OFDM具有较高的灵敏度, 但是系统复杂度高, 也增加了成本, 同时CO-OFDM易受到相位噪声影响, 对载波偏移非常敏感。在实际应用中, 应对这些影响给予重视。可以采用序列跟踪的方法[4]消除此类影响, 即在发送端发送已知信号, 在接收端检测受到噪声污染的信号, 通过对比收发两路信号, 大致估计信道的传输函数, 利用均衡技术消除相位噪声的影响。也可以通过插入射频导频, 在接收端取出导频, 对其进行复共轭运算再与接收信号相乘, 利用导频中携带的相位信息来纠正相位偏转[5]。

在OFDM系统中, 当多个载波以同一方向进行累加时, 会产生较大的峰值, 因此要求功率放大器具有较大的线性范围, 否则若信号峰值进入放大器的非线性区时就会产生信号畸变, 影响系统性能, 所以信号峰值功率与平均功率之比, 即峰均比 (PAPR) 的抑制也是设计OFDM的关键。另外, OFDM使用IFFT和对应的FFT作为调制和解调的方式, 更需要系统处于线性的状态, 而光调制器和放大器通常具有非线性特点, 高PAPR将破坏线性关系而降低系统性能。这种非线性会产生带外功率影响以及带内干扰, 后者的影响更是体现在采用多星座点映射的系统中。目前对PAPR抑制方法的研究主要集中于三项技术:编码技术、多信号表达技术 (MSR) 、非线性预处理技术[6]。编码技术对IFFT输入信号按照一定规则进行编码, 从而避免输出信号具有高PAPR;MSR则计算产生一组低PAPR信号来表示输入信号, 但这种做法计算量较大, 难以实用化;非线性预处理则是对OFDM信号进行修正 (Clipping) , 限制信号的动态范围, 这种方案相对简单, 但缺点在于数据解调后星座点之间的距离变小, 同时对信号的非线性处理必然会带来修正噪声 (Clipping Noise) , 从而影响系统性能。

在DDO-OFDM中, 由于采用了直接检测的方案, 传输信号必须为“正”, 在如图4所示的结构中, I、Q信号经过变频之后通过直流偏置来保证信息不因负值而丢失。但这种做法明显提高了信号电平导致高PAPR, 对光调制器的设计也提出了严格要求, 同时线路中的非线性效应也会降低系统整体性能。

针对上述的情况, 可以对传统的DDO-OFDM结构进行改进。Monash大学的Jean Armstrong提出了一种非对称整形光正交频分复用 (ACO-OFDM) 结构[7], 该结构灵活利用了非线性修正的优势, 降低发送端对功率的要求, 同时提高光电转换效率, 在这种结构中, 仅使用奇子载波传输复值信号, 偶子载波数据置零。设IFFT输入端的星座点为{Xk}, k=0, 1, , N-1, 为使得IFFT输出信号为实数, 避免取实部和虚部两路驱动信号的操作, Xk须具备埃尔米特对称性, 即X*k=XN-k, 同时考虑到傅里叶变换的性质:

undefined

式中undefined为FFT变换区间长度。

因此变换后的OFDM序列亦具有对称性:

undefined

式中xn=IFFTundefined。

对信号xk进行整形得到xc, k, 如图6所示, 即:

undefined

可以通过数学推导得到:

undefined

式中undefined。

这样, Xc, k的奇子载波包含了所有初始信息 (仅在幅度上减小了一半) , 如图6所示, 而噪声落在偶载波上, 在信号处理时过滤, 即实现了信号的恢复, 图7所示为ACO-OFDM接收端星座点分布。ACO-OFDM结构简单, 提高了光电转换效率, 使系统易工作在线性状态, 从而便于在电域进行处理, 同时由于其仅在发送端利用数字信号处理技术进行改进, 可以兼容传统的OFDM系统。但从式 (4) 可知接收到的星座点之间的距离较发送端减小50%, 同时由于输入星座点必须具有埃尔米特对称性, 这使得N点IFFT的有效信息位仅有undefined, 降低了载波调制的效率, 这是ACO-OFDM付出的代价。文献[8]中指出, 除了某些极限条件下, 如甚多星座点调制方案, 对于一个给定的误码率, ACO-OFDM所需平均光功率均比传统的DDO-OFDM要低, 因此目前对ACO-OFDM的研究主要是利用其高转换效率的特点, 作为传统OFDM传输的替代方案, 将ACO-OFDM用于长距离传输也是现阶段研究的热点。

3 结束语

OFDM作为一种优秀的多载波传输方案, 在无线通信中得到广泛的肯定和应用, 将OFDM引入光传输, 尤其是在高速长距离传输, 超长跨距中使用光OFDM, 能有效地提高系统的性能, 减轻传输损伤。光OFDM还存在许多技术难点需要研究解决, 目前尚无商用的OFDM光传输系统, 国内外的一些科研机构正致力于光OFDM的实验与理论仿真研究。从长远的观点来看, 随着社会信息化程度的不断提高, 通信容量的不断膨胀, 光OFDM必将走向商用, 成为长距离传输、干线系统的优选方案之一。

参考文献

[1] LOWERY A J, LIANG Bang-yuan, ARMSTRONG J. Performance of optical OFDM in ultralong-haul WDM lightwave systems[J]. Lightwave Technology, 2007, 25 (1) : 131-137.

[2] LOWERY A J, ARMSTRONG J. 10 Gbit/s multimode fiber link using power-efficient orthogonal-frequency-division multiplexing[J]. Optics Express, 2005, 13 (25) :10003-10009.

[3] SHIEH W, ATHAUDAGE C. Coherent optical orthogonal frequency division multiplexing[J]. Electronics Letters, 2006, 42 (10) :587-589.

[4] SHIEH W, BAO H, TANG Y. Coherent optical OFDM: theory and design[J]. Optical Express, 2008, 16 (2) : 841-859.

[5] JANSEN S L. 20-Gb/s OFDM transmission over 4, 160-km SSMF enabled by RF-pilot tone phase noise compensation[C]// Proceedings of OFC′2007.[S.l.]:OFC Press, 2007:PDP15.

[6] ARMSTRONG J. OFDM for optical communications[J]. Lightwave Technology, 2009, 27 (3) :189-204.

[7] ARMSTRONG J, LOWERY A J. Power efficient optical OFDM[J]. Electronics Letters, 2006, 42 (6) : 370-371.

高速铁路通信系统技术 第2篇

与普通的有线通信或无线通信相比，甚至与一般的公共移动通信系统相比，高速铁路通信仍存在较大区别。

无论是在系统组成还是使用环境，对高速铁路通信系统的技术和设备需求均较高。

一般而言，我国高速铁路通信系统主要存在三方面的问题。

一是多普勒频移。

多普勒频移是指接收器的移动引发的信号频移现象。

一般的列车多普勒频移现象不太明显，而高速列车由于在高速运动中，列车与基站之间的距离会频繁改变，多普勒频移现象非常严重。

多普勒频移过大会导致高速移动通信的通话质量下降，同时高速列车在高速移动时产生的高频次深度快衰落现象对正常通信也有很大程度的影响，这将导致通信系统的解调性能大幅下降。

第二是小区尺寸问题。

一般而言，在高速列车上使用WiFi、WiMAX等通信机制时，将通信的小区尺寸进行缩小至直径100m以内，就能为列车上实现有效的宽带连接服务。

而随着列车的速度越来越快，导致小区尺寸出现过小、引发小区切换过于频繁的问题，加上信号的快速衰落现象存在，高速铁路通信系统对用户的小区切换以及功率控制提出了更高要求。

三是隧道通信问题。

由于隧道在铁路的组成中占据非常重要的地位，隧道通信问题严重影响铁路通信覆盖问题，不同隧道方式对通信系统的覆盖方式和信号源的选取要求均不相同，造成铁路通信系统的整体兼容性较差的局面。

高速公路通信系统管理与维护 第3篇

关键词：高速公路 通信系统 管理 维护

1 高速公路通信系统管理与维护的重要性

高速公路的通信系统是高速公路机电系统的重要组成部分，其影响是贯通了整个高速公路工程的。而高速公路事业，则是衔接着各地与各地之间的经济交流、文化交流的一个关键点。只有做好了高速公路事业，才能够使经济的市场化得到更进一步的落实，才能让“改革开放”这一伟大国策不流于形式，才能从根本上提高国家的整体实力。在社会竞争日益激烈的今天，趋于性的竞争已经远远满足不了人们的需求了。让高速公路事业发展壮大起来，已经是国家势在必行的一项重要举措了。要想做好高速公路事业，让高速公路事业满足国家发展的需要，就必须让其系统更为完备。而要让其系统更为完备，就必须从其通信系统开始抓起。由于高速公路事业的不断发展、社会竞争的日益激烈，高速公路的车流量也渐趋高压化了，这就给高速公路带来了许多的不定性因素，其通信系统即使在整个公路工程完工后能够符合设计的要求，在投入使用后，也往往会因为各方各面的原因而造成一定的损伤。这就奠定了高速公路通信系统管理与维护的重要地位。只有做到合理、精准、实时地对高速公路通信系统进行管理与维护，才能够从根本上提高高速公路的整体质量，才能够让高速公路更为贴近人们的需求，才能够让高速公路的整个系统更加完备。

2 高速公路通信系统管理与维护措施

通信维护是通信管理最重要的内容。通信系统的设备构成较为复杂，各种设备的具体维护内容和要求也不尽相同，这就给维护工作带来了一定的难度。但只要我们遵循客观规律，注重维护工作的科学性，认认真真地做好维护工作中的每一个环节，通信畅通就有保证。

2.1 高速公路专用通信网应统一规划，统一标准、尽快联网，为信息化打好基础

我们应该认识到要使高速公路发挥最大的效益和作用，高速公路必须提高信息化程度和水平，而高速公路信息化的基础就是完整、可靠的通信网络，目前我国的高速公路是分段建设，通信系统未形成网络，不利于今后的联网，因此高速公路专用通信联网势在必行，在建设前期，应统一规划，统一标准、建设分步实施，区域联网、跨区域联网、跨行业联网，为交通信息化打好基础。

2.2 对已建高速公路应提高交通信息化水平，对新建高速公路要充分考虑信息化建设

我国的高速公路建设速度在世界上史无前例，但道路信息化水平不高，现阶段交通量也不大，利用率较低。但随着市场经济的飞速发展，交通量将会有一个突飞猛进的增长，为了发挥高速公路的优势和提高投资效益，必须对已建高速公路进行改造，挖掘潜能，提高其信息化水平，并对新建高速公路要充分考慮信息化建设，统筹规划，按需建设、分步实施。

2.3 按实际需求考虑高速公路通信信息技术的应用和建设

交通管理部门对信息化建设应高瞻远瞩。建议部主管部门及时制定交通信息化有关技术、设计、施工、监理、验收等标准和规范，一切有依有据。可委托部通信中心联合部属科研院及相关企业及时制定和修订相关规则，组织相关专题研讨会，为制定政策等献计献策，提供有力依据；按实际需求考虑高速公路通信信息技术的应用和建设。另建议主管部门加强信息化建设的管理和投入，重点在智能交通的相关研究、产业化、建设的招投标管理，市场准入制的落实和监督，质量与安全的结合，信用评估制的实施等，使之良性竞争促发展，让基础设施真正发挥投资效益，质量更上新台阶。

3 结语

高速公路通信系统是为了满足高速公路现代化管理的需要，为了实现高速公路“高效、快速、安全”这一目标提供必要保障。而如何使整个系统处于良好的工作状态，这不仅决定于系统各项设备本身，更重要的是取决于我们对维护管理工作的认识、方法、力度和水平。现代化维护管理投资大、技术含量高，占用人员多，因此，我们在日常维护管理中要善于发现问题并根据自己的实际维护管理经验，提出相应的对策，并加以解决改进，充分发挥系统本身的优势，更好的为高速公路现代化管理服务。

参考文献：

[1]徐超忠.浅谈德国高速公路通信信息系统的管理[J].中国交通信息产业，2003-07-11.

[2]单洪海，马春凤，魏红素.高速公路通信系统的管理与维护[J].交通科技与经济，2005-09-05.

[3]王教宏.浅析高速公路通信系统现代化维护管理[J].工程技术，2010-10-25.

高速光通信 第4篇

1、全光逻辑。

当下使用率比较高的逻辑门技术有两种, 第一种, 逻辑运算是通过SOA自身的非线性效应来进行的, 比如交叉相位调制 (XPM) 和四波混频效应 (FWM) 等;第二种的逻辑预算则是配有光纤结构或波导结构的干涉仪来完成的, 如Sagnac干涉仪、超高速非线性干涉仪等。

2、全光波长变换。

全光波长变换技术能够顺利实现两个波长光信息之间的传递, 完成对信息的切换, 将波长再次利用起来, 促进其利用率的提高, 更好的为全光通信网络的建设做出贡献。SOA元件在集成性、使用性等方面的优势非常大, 如输入功率小、集成性高等特点, 所以它可以更好的适用于全光波长变换器件的构建。

二、全光缓存技术

1、基于光纤延迟线的全光缓存技术。

FDL型全光缓存器有两种结构形式的光线结构:第一种是由长度不等的光线延迟线构成的, 当数据包通过延迟线时, 会通过线的长短而实现延时缓冲作用;第二种结构是环形的光纤单元, 通过对光开关进行有效的调控来实现数据包的延时通过。虽然前一种光缓存器的操作以及结构都非常简单, 但是延迟单元仅能够为光数据包进行一次处理, 需要更多的光纤延迟线才能实现数据包的多次通过, 集成性非常差;而第二种形式的的光缓存器就可以有效解决这一问题, 它的集成性非常好, 并且可以使光信号在缓存单元内重复通过, 它是以后FDL型全光缓存器的主要研究方向。

2、慢光型全光缓存技术。

即便当下的慢光型缓存技术还不够成熟, 经常会出现缓存要求不达标、信号失真等情况, 然而慢光缓存却具有可调分辨率高、实用性强以及延时时间便于调控等优点, 所以它对于全光缓存技术的研究还是具有很大的贡献。根据作用原理的不同可以将慢光型缓存技术分为以下几种:第一种利用的是受激布里渊散射 (SBS) 和受激拉曼散射 (SRS) 现象;第二种利用是电磁诱导透明 (EIT) 的原理;第三种利用的是具有特殊结构的介质;第四种利用的是相干布居振荡的原理。

3、滤波法实现PRBS和单脉冲信号的可调延时。

以往所用的相干布居振荡会限制入射信号的工作带宽, 但是如果使用上转型相干布居振荡就可以有效解决这一问题, 以确保高频正弦信号慢光的实现。然而这种方法也是有缺陷的, 它产生的慢光需要新的调制频率与其对应, 而且其需要更为先进和精确的设备, 比如高带宽矢量网络分析仪, 它可以用于对输入频率的管控和对固频信号的检测。综合考虑各种条件的影响, 选择采用优化后的光滤波法, 该方法的实用性非常强, 可以帮助改进以往布居振荡极限的SOA中高调制速率伪随机PRBS的快慢光。

三、光子计算

1、光子神经元。

人之所以具备学习、思考和运动等能力, 那是因为人的大脑中具有神经网络, 而神经元则是神经网络中最重要的组成部分。神经元是由树突、细胞体、轴突等结构组成的, 它是构成神经网络的基础, 它的功能有延迟、时空整合、阈值处理等等 (图1) 。现阶段将光学上用来模拟神经元功能的方法有两种, 即分立器件模拟和激光器模拟, 前者利用分立器件来代替神经元, 后者利用激光器来代替神经元。

2、学习机制。

学习是神经网络实现强大计算能力的基础, 学习实际上就是对神经元之间权重的调整过程。STDP (spike-timing-dependent plasticity) 是目前脉冲神经元使用较为普遍的学习机制。STDP学习函数如图2 (a) 所示, t pre为突触前脉冲激发时间, t post为突触后脉冲激发时间。当t pre<t post时, 即突触前神经元先于突触后神经元激发脉冲输出, 权重增大;反之权重减小。

结论:从全光逻辑、全光波长变换技术、全光伪随机码发生器和速率倍增技术、全光缓存技术等方面介绍了高速光通信中全光数字信号处理技术的研究进展。

参考文献

[1]董建绩, 张新亮, 黄德修.基于半导体光放大器四波混频效应的多种调制格式的波长转换实验[J].光学学报, 2008, 28 (7) :1327-1332.

[2]王亚平.光分组交换中全光路由控制的若干关键技术研究[D].北京:北京交通大学物理系, 2010:5-6.

高速公路通信系统简析 第5篇

高速公路通信系统简析

文章以高速公路发展情况为依据,分别通过对光纤数字传输子系统、程控数字交换子系统、光缆子系统和通信电源子系统的.介绍,全面分析和介绍了高速公路通信系统的情况.

作 者：熊俊 叶景福  作者单位：江西省公路管理局交通通信总站,江西,南昌,330000 刊 名：科技创业月刊 英文刊名：PIONEERING WITH SCIENCE & TECHNOLOGY MONTHLY 年，卷(期)：2010 “”(1) 分类号：U412.366 关键词：光纤数字传输子系统   程控数字交换子系统   光缆子系统   通信电源子系统  

高速光通信 第6篇

讨论了星际激光通信中脉冲位置调制技术中的时钟同步方案。脉冲宽度调制方案旨在实现信噪比约束下的最大数据传输速率。时钟同步是脉冲宽度调制的核心技术，利用统计鉴相机制实现调制和解调端的时钟同步。本文在深入分析激光通讯时钟同步方案的基础上，建立了时钟抖动的数学模型，并在此基础上分析了数据传输速率与时钟同步的权衡关系，对激光通讯系统设计具有一定的指导意义。

关键词：

PPM； 激光通讯； 数据传输； 时钟同步

中图分类号： TN201 文献标志码： A doi： 10.3969/j.issn.10055630.2016.01.017

Clock synchronization technology on interstellar high

speed laser communication

ZHANG Bin

（Changchun Institute of Optics，Fine Mechanics and Physics，Chinese Academy of

Sciences， Changchun 130033， China）

Abstract：

Clock synchronization technology of pulse position modulation（PPM） modulation is discuss in this paper. The main target of PPM modulation scheme is to gain the fastest data transition speed. Clock synchronization plays an important role in the PPM modulation scheme. Statistic phase detection technology is used in the clock synchronization to achieve the timing requirement between modulation and demodulation. The theory model about clock jitter is provided， and its influence with PPM modulation parameters is discussed. The relationship between clock synchronization and data stream timing requirement is provided. The analytical results have some guidance which is significant to the interstellar high speed laser design.

Keywords： PPM； laser communication； data transition； clock synchronization

引 言

激光通信与射频通信相比，激光通信在2.76 AU或更远的通信距离的高数据率信息传输的应用上具有很大的潜力[1]。在相同的通讯速率下，激光通讯设备质量更轻，有利于建立有效载荷的成本。 假设传输距离为2.67 AU，码速率要求为1 Gbit/s时，RF设备的质量需为100～175 kg，而光学终端则为42 kg。于此同时采用光通信的设备所需功耗明显比射频设备更低。因而激光通讯技术成为发达国家研究的热点之一。

欧空局针对激光通讯技术的SILEX计划是启动较早的卫星间激光通讯链路科研项目[2]。实验装置由两个激光通信终端组成，终端之一搭载在法国地面观测卫星SPOT4（低轨卫星）上，另一个终端搭载在欧空局的通信卫星ARTEMS（地球同步轨道卫星）上。SILEX计划的目的是完成在轨激光通信试验，以及执行一项由SPOT4卫星的地球观测数据至ARTEMS卫星的基本传输任务，再将此数据由ARTEMS卫星的Ka波段馈路传播至地面站。

日本高级无线通信组织NeLS研究中心也积极致力于激光通讯技术的研究，其激光通讯研究项目的目标是开发全球多媒体移动卫星通信服务，使掌上设备的通信速率达到2 Mbit/s[3]。NeLS研究中心设计了具有完整激光通信发射机，该设备将测量到的任务数据存储在任务处理器的存储器里，并利用X波段发射机并通过星载处理器向外传输，通过改装后的通信异频雷达收发机传回地面站。该设备已经成功搭载于SmartSat1a卫星上，并实现了速率为2.488 Mbit/s的光信号卫星地面站数据通讯实验。

OICETS是日本空间探测局研制的星际间通信工程测试卫星[45]，工作于轨道高度610 km、倾角97.8°的近地太阳同步轨道。2005年12月9日，首次成功建立了OICETS与ARTEMIS卫星之间的双向激光通信链接。从2005年12月开始，在为期6个月的时间内成功地进行了星间激光通信演示验证试验，试验次数超过100次。试验中，对捕获程序、跟踪性能和误码率进行了测试与统计，结果表明捕获概率超过90%，误码率小于10-6。2006年3月底，利用日本NICT光学地面站进行了星地之间的激光通信试验，并于3月28日地面站首次接收到了下行数据，数据误码率为10-5。在试验期间，多次重复并成功建立起光学链路。

美国NASA研究中心启动火星激光通信演示验证（MLCD）项目[6]，旨在距离变化范围在0.7～2.4太空单位，MLCD系统将以1～30 Mbit/s的速率从火星MTO轨道发送实验数据和遥感数据，并从地球向火星将以1～75 bit/s的低速率传送数据。光学链接演示验证设备已经于2010年8月成功到达火星后持续运作一年，成功建立数据链路。

激光通信最基本的核心技术是脉冲位置调制（PPM）技术，PPM技术能够获取能量峰均差较大的激光。时钟同步技术又是脉冲调制技术的核心，用以实现发射机与接收机的时钟的精确对准。本文首先讨论了采用脉冲宽度调制（PPM）情况下的时钟同步方案，推导了该方案下相位噪声与带宽的定量关系，并进一步讨论了时钟同步需求与传输速率的权衡关系。运用该理论以火星激光通信为例讨论了时钟同步方案的设计，为激光通讯技术研究提供一定指导意义。

1 激光通讯中时钟同步方案

脉冲位置调制方式可以有效将单位时间的平均激光功率降低为峰值功率的1/M，从而提高激光光源的使用寿命。引入数据重复虽然将编码长度降低为原来的1/P，但是经过数据处理可以通过将重复的单位数据时隙相加，从而等效的数据光功率变为原来的P倍。如果激光光源的平均功率为λs，则等效峰值脉冲激光功率为M*P*λs，如果背景杂光功率为λb，则等效的信噪比比起其他的调制方式来说提高了M*P倍。这样即便在白天，背景杂光功率很强的情况下，也能很好地完成数据传输。

激光通讯时钟同步方案如图1所示，在激光通信中采用插入同步帧的方式进行同步，传输协议分为数据帧和同步帧，每S帧插入一个同步帧，数据帧和同步帧都由M个时隙组成，每个时隙占有D个时钟周期。每个数据采用重复P次的编码方案，单位数据时隙长度为N。

同步帧主要用于完成高速时钟恢复，同步帧的插入利用了统计鉴相机制可以有效的实现高速的数据传输。在某个时隙位置插入同步光脉冲，如果时钟不同步引发时隙的偏移，则会使得同步光脉冲偏移到邻近的时隙中，通过对同步时隙以及前后一个时隙的光子计数，可以定量的得到同步脉冲的偏移量；对一定积分时间的多个同步帧进行统计，可以得到准确的同步脉冲偏移量，用这个同步脉冲偏移量作为锁相环路的鉴相器件，可以采用锁相技术得到准确的时钟同步。

采用脉冲宽度调制的激光通信方案中的多个系统参数需要权衡数据传输速度与同步需求之间的矛盾，例如帧时隙长度M增加，可以提高单位时间的编码长度，但是也会减少同步光脉冲的长度从而增加了统计鉴相机制所带来的相位噪声，进而增加了脉冲的抖动。建立准确的时钟抖动计算模型，并准确的表达出各种系统参数与同步需求的关系对于激光通讯系统设计至关重要。

2 激光通信的时钟抖动数学模型

激光通信时钟恢复电路主要有光子计数器、统计鉴相器、数字滤波器以及压控振荡器，其系统框图如图2所示。其中光子计数器由高灵敏度雪崩二极管阵列组成，可以测量出单位时隙的光子数量。统计鉴相器通过统计一定积分时间内的同步帧中同步时隙与其前后时隙的光子计数的比来计算相位偏差。数字滤波器可以提高锁相环路的时域锁相性能，减少相位锁定的时间和提高锁相精度。压控振荡器用于产生用以与输入光脉冲序列相比较的参考时钟序列，鉴相器得到相位偏差可以调节压控振荡器输出的参考时钟序列的相位从而实现精确的锁相功能。 时钟恢复电路的时钟抖动与三部分噪声源有关，第一部分是由光子计数器带来的相位噪声，第二部分是由鉴相器统计误差带来的相位噪声，第三部分是由压控振荡器带来的相位噪声。可以根据近似的线性传递函数模型计算输出总的相位噪声。

式中：G（f）为开环传递函数，它是鉴相器、环路滤波器与压控振荡器传递函数的乘积，是2型传递函数，具有零点ωz和极点ωp。下面分析各个噪声源的相位噪声谱从而推导时钟抖动与各种系统参数之间的关系。

2.1 光子计数器的相位噪声

盖革雪崩二级管是一类工作于盖革模式的雪崩光电二级管，其工作电压在击穿电压之上可实现单光子的灵敏检测。在弱光背景条件下，光子事件可以认为服从泊松分布，认为光子计数过程和暗计数过程分别服从λ的泊松过程，其中λ为单位时间的平均光子数。在激光通信过程假设从0时刻开始光子脉冲，λ=M*λs，则光子数目达到k的时刻t符合Γ分布，其方差可以表示为kλ2。 如果光脉冲的抖动时间T0定义为光子计数达到λ*T0/2的时刻，其方差（rms）可以表示为：

采用了火星激光通信演示项目中的一些基本参数，可以绘制时钟同步与传输速率关系曲线，如图3所示。图中实线为使用这些参数做出了时钟抖动约束曲线，虚线为信噪比所约束的最高传输速率。从图中可以看到1/S，M，τ三种参数越小越有利于数据传输，即插入更多的同步帧，选择更长的编码时隙，选择更长的鉴相器积分时间等。而A和Ntel两个参数越大约有利于数据的传输，即更低的压控振荡器相位噪声和采用少数量的望远镜阵列。但是考虑到编码传输速率以及制造成本等要求，很多参数需要进一步进行权衡：

（1） 增加M和1/S，从传输速率的公式R，增加插入同步信号的频率会减少数据编码传输速率。

（2） 增加τ，若积分时间超过一定的限度则必须考虑采样对时钟恢复电路的影响，因为这时系统不能看成连续系统而需要考虑离散采样对系统稳定性的影响。

（3） 增加Ntel，意味着将大口径望远镜换成多个小口径望远镜阵列，即可以减轻制造成本，因此实际数据传输速率的提高，会影响时钟抖动和极限传输速率。

因而激光通讯脉冲调制技术需要协调多方面的设计要求，达到数据传输速率、时钟同步需求的最优设计。

4 结 论

本文建立了激光通讯脉冲调制方案中时钟抖动的详细数据模型，以美国火星实验计划的相关数据为依据讨论了激光通信的技术难点，协调数据传输速率和激光通信的脉冲抖动的矛盾，推导了传输速率和时钟同步对PPM调制参数的约束关系，并在此基础上分析了数据传输速率与时钟同步的权衡关系。

参考文献：

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高速红外通信系统设计 第7篇

1.1 研究的背景及意义

物联网技术是当前研究热点,物联网的普及会使人们的生活日益便利。但是,目前基于物联网的设备还较少,需要人们不断开发。红外通信作为物联网通信的一种数据传输手段,是物联网技术的必要有益补充。与无线通信相比,红外通信技术具有安全、信息不易泄露的优势,但是其传输速率容易受到设备与环境的影响。

红外通信是利用950nm近红外波段的红外线作为传递信息的媒体,即通信信道。发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲串信号,通过红外发射管发射红外信号。接收端将吸收到的光脉转换成电信号,再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调,还原为二进制数字信号后输出。常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制(PWM)和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制(PPM)两种方法。简而言之,红外通信的本质就是对二进制数字信号进行调制与解调,以方便用红外信道进行传输 ;红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器。红外通信技术适合于低成本、跨平台、点对点高速数据连接,尤其是嵌入式系统。

1.2 本设计的目的

通过寻找高速的红外光源以及感光器件,设计出一套高速的红外通信系统。该系统可以通过串口将电脑连接起来,实现两台电脑之间的高速数据传输。通过本设计,可以帮助我们了解物联网相关知识,培养电子系统研发设计能力。

2 系统硬件部分

硬件电路图如图1所示 :

图 1 中 :

(1)红外发射头 :用于发射红外信号,波长为940nm 38k NEC编码信号的发射。

(2)红外接收头 :用于接收红外信号,进而单片机进行分析解码操作。

(3)红外头扩展 :该接口为红外发射头的扩展,可以连接多个红外发射头(常称红外发射模块),用于安放到不同的位置实现多方位控制。

(4)UART单片机串口通信接口 :该端口为单片机串口(TTL),作为与外界单片机的通信桥梁,其默认设置的波特率为9600bps。

3 系统结构与系统软件

3.1 系统结构

系统实现的功能是利用RS232实现红外模块与电脑的通信,通过高速红外接口实现两个红外模块之间的通信,红外模块实现RS232串口通信与红外通信数据的转发,最终实现两台电脑之间的通信,即采用红外方式实现串口透传。

3.2 软件流程图

软件流程图如图2所示。

以上流程主要完成了红外接收机数据接收并通过串口发送给电脑的功能。

4 系统测试

4.1 近距离测试

近距离红外通信基本不受角度限制,因为红外线在反射后仍可被接收模块收到。

4.2 远距离测试

经过测量,实验所用器件的有效传输距离上限在10米左右,大于10米后会出现传输的不稳定,在大于12米后,几乎接收不到信号。而在8到10米的情况下,其传输角度在30°之间。

5 总结

随着科技进步,人们对红外线认识的加深,红外线的应用领域不断扩大,目前已经开发出了众多的应用产品,从医疗、检测、航空到军事等领域,几乎处处都能看到红外的身影。它不仅仅能最基本的扫描热源,通信方面的作用也被开发出来,由于有众多优点,红外通信技术必会在未来的互联通信中发挥更大的作用。

摘要：红外通信技术作为技术成熟、应用广泛的无线短距离通信技术,在生产生活中发挥着越来越重要的作用,本研究主要分析了红外通信原理,重点通过寻找合适的红外器件,设计出一套高速的红外通信系统。该系统可以通过串口将电脑连接起来,实现两台电脑之间的高速数据传输。

高速光通信 第8篇

关键词：高速公路,通信系统,IP通信网

一、前言

在设计高速公路的时候,可以将工程设施分成通信系统、监控系统以及收费系统。通常情况下,我们将高速公路中着三个系统都叫做公路机电系统。在快速发展的网络信息技术下,收费系统以及监控系统都是根据它的基础去运行的,但是在通信系统中,主要就是业务电话网系统以及紧急电话系统。目前,在快速发展的信息技术下,高速公路通信系统也在不断地进行提升,其业务包括办办公数据传输业务、监控图像传出业务、语音传输业务以及数据传输业务等。

二、通信系统目前的设计

高速公路通信系统的主要传输平台有:办公自动化、会议电视、监控系统、收费系统以及业务联络等。其通信系统通常是由紧急电话系统、数据传输通路、光纤数字传输系统等组成的。一般通信系统被分成三级管理体制:通信站、通信分中心以及省通信总中心。在高速公路的通信系统中,在每一个路段设立有人和无人的通信站,都是其通信中心进行管理的。

在现如今的高速公路中,已经建好的通信系统都是烽火、中兴以及华为等设备,按照实际的情况,选择不同的产品当做干线网,用通道保护自愈环或者是两纤双向复用环等形式去将数据的传输平台进行实现。

在高速公路中所有路段的低速录数据传输以及语音通讯都是在语音通话系统的帮助下完成的。所以,这个系统在建设高速公路上被大家开始广泛的使用,而且这个系统是中兴以及华为等公司制造出来的数字交换机。

三、高速公路通信系统全IP通信设计

1、设计方案。

这个设计是对现如今高速公路在成本上和网络的发展上提出的方案,这个方案是将其通信系统发展成网络而提出来的,它会使高速公路的收费项目以及通信管理提供一个比较好的系统那个。这样会在一定的条件下,将通信系统网络化。

2、以太网传输设计。

高速公路需要传输的信息有:电话系统、会议电视系统、办公自动化、监控数据以及收费数据等。现如今除了电话系统,别的都是通过光纤数字传输网的方式进行传输的,这个设计会使其变得更加合理,并对系统的稳定性以及传输的可靠性作出一定的保证。

以太网的帧结构:

3、交换机配置方案。

在每个通信站中交换机都是用来承载业务的应用的,每个交换机都应该有一个自己的VLAN,网管业务有一个自己的VLAN,利用ACL设置区队每个VLAN的访问权限进行限制,其中收费网络和办公网应该通过流量的形式去进行限制,将电话业务的QOS设为最高。在分中心建立一个路由器去联通省中心和别的分中心。

4、软件换系统方案。

在现如今的电信系统核心网中,软件换网络属于一种主流系统。他通过控制和承载的分离,在各个承载网络上建立一个以这种方案作为核心的网络,这将使其不会再去依赖传统网络。并且它还能够按照目前的实际情况去分阶段的进行实现。在电信核心网络中,这种网络是首选的系统,利用分离控制和承载,采取不同的承载网络建立一个通过软件化技术为中心的网络,根据实际情况将其进行分阶段、有选择的实施,而不是依靠一种交换技术。它不同于传统交换网络的结构,软交换网络技术的控制核心比较集中,通过通用协议以及开放接口的方式,建立以低成本的网络,大大提升业务的部署能力。软交换技术让网络互连变得简单,并且可以更加容易的对网络进行管理,还使得软交换设备的处理能力得到了一定的优化,使其降低了对供电的要求。

四、结语

在高速公路中,通信系统是非常重要的一个传输平台,这是传输各种数据信息的心脏,所以,要严格对其进行把关。通过优化其通信系统的设计方案,使得数据传输的稳定性以及可靠性得到了有效的提升。现如今在通信系统的基础上做出的优化就是全IP通信系统,这使得投资的成本在一定程度上得到了降低,并且将网络的稳定性以及数据传输的可靠性进行了大大的提升。这个设计方案实施在各种高速公路的通信系统当中,其效果非常的可靠稳定,并且大大减少了投资的成本。将高速公路原来的通信系统以及新建的通信系统都进行了优化。实践证明,这种方案得出的结果可靠且稳定,对将来高速公路的发展非常有利的帮助。

参考文献

[1]单洪海,马春凤,魏红素.高速公路通信系统的管理与维护[J].交通科技与经济.2005(04)

高速铁路通信系统方案研究综述 第9篇

1 系统现存问题与要求

当前铁路运输中, 工信部对于铁路干线主要采取的原则是兼顾考虑。网络规划主要采用的是以适应周边网络业务为主, 附带覆盖铁路干线的方法。在这一指导思想下, 铁路网络的覆盖体系未能被GSM-R整体覆盖, 这就形成一些技术缺陷。高速引起的诸如切换区穿越频繁、那么通过模糊理论的智能技术应用, 就可以给出正确的解决方法并且做出及时的反应来进行应对;模糊智能技术能够使知识的获得和表达非常容易的完成实现。但是就现代而言, 通过建立模型来实现控制是比较先进的方法。这种模糊理论的智能技术在电力系统自动化的控制中具有非常实用的价值, 因为他能够模拟人的决策过程和模糊推理过程。通过已经存在的控制规则和数据, 模糊理论可以对模糊输入量进行推导, 得到模糊控制输出, 输出结果的组成部分是:模糊化、模糊推理与模糊判决。

1.1 多普勒频移与快衰落。

所谓多普勒频移就是指列车移动导致的接收机信号不稳定。很多因素可以引起频移, 如移动的速度与方向灯, 还有接收机电磁波的入射角等等。对于其他路径上的信号, 尽管列车高速运行环境具有典型的多普勒频谱扩展, 但是不会出现严重的瞬时多普勒频移。基站和铁路离得比较近时, 列车运行方向与来自基站信号方向的夹角通常很小, 多普勒频移变化率也很小。目前主要参照的标准是国际电联电信标准部门制定的故障排除相应措施。

1.2 小区尺寸。

为了给列车提供有效的宽带通信连接服务, 可以减小小区的大小, 如减少到直径100米左右, 就可以使用Wi MAX、Wi-Fi及类似机制的通信方式来实现。

在铁路沿线, 架设覆盖面直径100 m的高频天线形成蜂窝网络, 在列车车顶上架设多个天线可用来与蜂窝天线建立无线连接。如果电力系统中改变了环境变量的设置和网络拓扑图或者出现了一些其他类型的问题, 那么通过模糊理论的智能技术应用, 就可以给出正确的解决方法并且做出及时的反应来进行应对。而现有通信机制下的切换时间在0.1~1.0 S之间, 频繁而冗长的切换无疑影响了带宽的使用。因此, 如何设计最优的小区尺寸, 一方面减少切换次数, 另一方面增加频带复用率和小区容量, 将是迫切需要解决的问题。

1.3 切换问题。

目前GSM-R通过采用改进的越区切换算法, 比如快速场强衰落切换、同步/预同步切换等, 可以提高切换成功率, 缩短切换时间。然而, 由于未来高速铁路无线通信系统相对于目前的GSM小区, 将采用更小的尺寸, 对于高速列车而言, 切换频率将十分频繁。若切换区大小不变, 移动速度越高穿越切换区的时间越短。当列车移动速度足够快, 以至于穿越切换区的时问小于系统处理切换的最小时延, 则切换流程无法完成, 导致掉话发生。因此优化切换机制迫在眉睫。

1.4 列车对信号屏蔽问题。

高速运行的车辆内部是无法覆盖通信信号的。诸如多普勒频移、高频率深度快衰落等, 而新型铝合金封闭车厢高屏蔽性也带来大约20 d B损耗, 造成高速列车内易产生切换失败、掉话、质量下降等问题。已经有多种神经网络结构及其训练算法在电力系统中得到了应用, 主要的神经网络理论研究有神经网络的硬件实现问题研究和神经网络学习算法研究等, 利用BP神经网络进行电力系统短期负荷预测, 在进行电力系统故障诊断时, 利用了人工神经网络和元件关联分析等。

2 高速铁路宽带通信应用要求

高速铁路的宽带通信要求不同于普通的地面宽带通信系统, 按照高速铁路的宽带通信功能进行分类, 可以将其分为面向用户的系统、与列车控制相关的系统以及与公务相关的通信系统。为了解决列车上乘客在客场行驶中对通信的需要, 需要提供面向用户的宽带通信系统。正是这种高速发展的工艺水平和技术水平, 数字光纤通信设备已经成为密集度非常高, 集成化程度非常高的产品。目前数字光纤通信设备在生产方面主要采用的是表面安装工艺进行生产。这种生产对于数字光纤通信设备的工作性能有了较大水平的提高。

3 现有实现方案

3.1 GSM-R。

铁路系统的正常运行, 需要各部门开发专门针对铁路系统的通信系统。在这样的要求下, 数字无线通信系统GSM-R系统应运而生。它能提供无线列调、编组调车通信、应急通信、养护维修通信等语音通信功能。利用GSM-R平台的数字传输能力, 能传输列车诊断数据, 提供货运信息、车载旅客信息服务和其他增值服务等。另一方面, 对于维护人员来说, 则提出了更高的要求。这是因为产品在各种原因的影响下, 比原来的设备维护变得困难了, 需要维护人员具有较高的综合素质才能完成。

3.2 Wimax+Wifi。

Wi MAX全称为World Interoperability for Microwave Access, 即全球微波接入互操作性, 是一项基于IEEE 802.16标准的新的宽带无线接入城域网技术 (Broadband Wireless Access Metropolitan Area Network) 。一方面便是在启动冷态时会有对恒温值进行越过的跃升现象, 另一方面便是在应用恒温时经常出现恒温摆动和振荡的现象。

3.3 LTE。

以LTE为代表的3G演进型系统实现了移动通信在3G之后的一次阶段性变革。以OFDM技术为基础的全新理念和系统设计大幅度地提高了系统的通信能力, 满足了人们对未来移动通信的需求。基于分组交换的系统设计在保证业务Qo S的同时提高了系统资源的利用率。在正常的小区环境中。考虑到当前电力系统的发展还不是很成熟, 因此为了尽可能的满足公众对廉价和便利的电力网络需求, 将智能技术应用到电力系统当中十分必要。近年来, 两种技术的界线变得越来越模糊, 呈现融合的趋势, 由此催生了LTE技术的产生。

3.4 TD-SCDMA。

高速铁路在高速运行中存在许多问题, 如切换重选需要解决, 多普勒频移问题等等。对于这些问题, 大唐移动通信提出了一些解决方法如TD-SCDMA解决方案:即铁路沿线采用BBU+RRU组网, 采用小区分集和高速频偏补偿算法。基带光纤拉远型基站, 支持一个BBU (Base Band Unit) 连接多个串联的RRU, 在电力系统自动化中应用智能技术不仅能够发展和完善电力自动化技术, 而且通过智能系统的有效应用, 可以有效协调电力系统的不稳定性, 最大做到单小区40km的覆盖距离。

4 结论

在对目前高速铁路建设中所遇到的关键技术瓶颈和特殊需求总结的基础上, 给出了目前正在实施和有希望被实施的高速铁路通信系统建设方案, 为下一步提出适用于高速铁路专网覆盖的通信系统架构提供了研究基础。

参考文献

[1]朱廷武, 常德远.高速铁路宽带无线接入的几种技术方案分析[J].铁道通信信号, 2008, 44 (3) :40-43.

高速光通信 第10篇

在传统的高速光通信系统中,信号的调制方式主要采用基本幅度调制(如OOK(开关键控))和相位调制 (如DPSK(差分相移 键控 ))等,但对于100Gbit/s及更高传输速率的光通信系统而言,这些适宜在40Gbit/s系统中应用的调制方案面临着许多挑战,需要引入更有利于传输的新型调制方案,以提高对系统色散、非线性和PMD(偏振模色散)的抵御能力[1]。光域MSK (最小频移键控)是CPFSK (连续相位频移键控)的特殊格式,其前一码元末尾的总相位等于后一码元开始时的总相位,可以有效减小相位突变,从而减小信号带宽,因此有更大的色散容限,信号在光纤中传输时能量更为集中。文献[2]从MSK信号定义的角度出发,利用三角波驱动调制器产生线性MSK信号;而文献[3]利用正弦波驱动调制器产生非线性MSK信号;文献[4]利用正弦波驱动调制器产生包络恒定的MSK信号,它的频谱效率、色散和自相位调制的容忍度都显示出它是一种非常适合传输的调制格式,所以本文采用正弦信号驱动产生包络恒定的光MSK信号。

本文针对超高速 光通信系 统,将PM(偏振复用)和先进调制技术相结合,提出了一种改进的调制方案PM-MSK。理论分析和数值仿真结果表明,该方案相比RZ(归零)和QPSK(正交频移键控)方案,具有更好的误码率性能。

1改进的调制方案的原理

1.1MSK

MSK是CPFSK信号的特殊格式,其中两个频率的间隔正好达到正交,因此它们之间有最小的间隔,MSK信号可以表示如下:

式中,θk(t)为附加相位函数;ωc为载波角频率;Ts为码元宽度;αk为第k个码元,取值为“1”或“0”;φk为第k个码元的相位常数。将MSK信号分解为同相分量I和正交分量Q,如式(3)所示

本文采用的MSK调制方案如图1所示。调制部分由四个相同的MZM(马赫-曾德尔调制器)组成,分成上下两路,每一路由两个MZM串联而成。MZM1和MZM3用正弦波信号 作为驱动,实现光波切割,从而产生CSRZ(载波抑制 归零)光脉冲。两路数字信号作为驱动信号分别加载到MZM2和MZM4上进行相位调制,通过延时和延相后,再通过一个耦合器合成光MSK信号。

图中产生的I路信号可以表示为

Q路信号可以表示为

合成信号为

可以看出,合成信号是幅度恒定、相位连续变化的信号[5,6]。图2给出了一个传输速率 为40Gbit/s的MSK调制波形和频谱图。

1.2PM技术

PM技术是利用光纤本身的物理特性使两个互相正交的偏振态分别携带不同的信号进行传输。相比单信道100Gbit/s系统而言,PM系统可以用较低的成本获得较高的频谱利用率和较好的系统性能。图3给出了PM-MSK系统调制原理框图。

信号发生器PRBS产生码元速率为B的伪随机序列,经过预编码后,分成两列速率为B/2的序列;CW (连续波激光器)输出的光信号经PBS (偏振光分束器)分成X偏振和Y偏振的两束偏振光,将每一路光束与经过 预编码的 数据信号 进行MSK调制,形成两个相互正交的MSK信号;经过PBC (偏振合束器)合并后进入光纤传输,光纤线路中放置一个EDFA(掺铒光纤放大器)和BPF(带通滤波器)。

2仿真和性能分析

本文设计的100Gbit/s仿真系统中,PMD和非线性系数的默认值分别为整个光纤链路由若干个环路构成,每个环路由SMF(单模光纤)和DCF(色散补偿光纤)组成,并且在光纤之后放置一个EDFA来补偿光纤损耗,以及一个 四阶的BPF,其中心频 率为193.1THz。仿真光纤链路如图4所示。

仿真链路中使用的SMF和DCF的参数设置如表1所示。

仿真系统 采用PM-MSK方案与PM-QPSK、PM-RZ方案对比。由于PM系统中两个支路使用相同的调制格式,因此在这里仅给出其中一个偏振支路的仿真结果,BER(误码率)与OSNR(光信噪比)和传输距离的关系分别如图5、6所示。

从图5可以看出,当BER达到10-7时,MSK方案对OSNR的要求相比RZ和QPSK方案降低了约2dB;当OSNR较小时 ,非线性效 应的影响 不明显,随着OSNR的增大,非线性效应的影响变大,可以看出系统的BER性能变好,这是由于MSK幅度恒定,相位连续,因而能够较好地抵抗系统的非线性效应。由图6可知,当传输距 离在70~100km之间时,三种调制格式的误码性能相当;但是在传输距离较短时,由于MSK相位连续的特点,其误码性能优于RZ和QPSK。以传输距离为40km为例,RZ方案的BER为1.5×10-4,QPSK方案的BER为3.2×10-5,MSK方案的BER为5.8×10-7。总的来看,PM-MSK方案可以有效降低BER,提高抗非线性的能力,从而提高系统的传输性能。

3结束语

本文对光MSK调制格式进行了研究,并将其与PM调制解调系统相结合,提出了一种PM-MSK调制方案,并给出了其仿真结构。分别将PM-MSK方案与PM-QPSK、PM-RZ方案进行 了对比分 析,主要是BER和OSNR分析等。结 果表明,PMMSK调制可以有效提高系统抗非线性能力,具有良好的传输性能,是一种很有潜力的调制方式。

摘要：先进的调制技术可以有效地改善光通信系统抵御色散、偏振模和非线性等损伤的能力,是超高速光通信系统中的重要技术。MSK(最小频移键控)是一种恒包络调制技术,具有色散容限较大和能量集中等优点,文章将MSK调制引入PM(偏振复用)系统,提出了一种适应于超高速光通信系统的PM-MSK调制方案。理论分析和数值仿真结果表明,该方案与RZ(归零)和QPSK(正交频移键控)方案相比,具有更好的误码率性能。

关键词：高速光通信,最小频移键控,偏振复用

参考文献

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高速光通信 第11篇

关键词：高速铁路 3G移动通信网络

1、引言

从2007年我国首条高速铁路——京津城际轨道交通工程完成铺轨开始，我国已经先后投入巨资开始兴建郑西高速铁路、京石高速铁路、武广高速铁路、京沪高速铁路、广深高速铁路以及南宁到广州的高速铁路等等一大批高速铁路，由此可见，我国铁路运输已经进入了高铁时代。与此同时，高铁的移动通信技术也逐渐成为该领域研究人员的研究重点。

一般来说，在移动通信领域，时速超过200公里的物体，在其上进行顺畅的移动通信一直是全球通信行业的一大挑战。这主要是由于高速运动的物体存在物理学上的多普勒频率偏移、快速功率控制和空速切换等几个难题。所以，我国当前的高速铁路发展状态，已对移动通信系统提出了更高的要求。

2、高速铁路移动通信和3G技术

一般来说，在高速移动的物体上，当速度超过时速150千米时，2G/3G的快速功率控制效果不佳，此时就要看哪种通信制式的抗衰落手段多，且衰落储备量大。TD-SCDMA对高速移动情况不太适应，主要是因为技术性能先进的只能天线没有在高铁上全面普及和覆盖，且系统的增益又不高，再加上使用终端的功率不大，使得在高铁上，对于覆盖边缘由于衰落储备不足而掉话；现在，GSM制式在高铁系统中还没有启用功控装置，不过GSM制式只提供语音通话，信道编码纠错技术在这种情况下的作用显著，在通信基站功率达到40W，终端功率达到2W，且基站距离较短的情况下，衰落储备量发挥作用，高铁的应用效果还可以。GSM系统中的EDGE制式在高铁中的效果不好，主要是由于EDGE在高速数据时的编码效率为1，没有编码冗余度，对应的信道编码增益相对较低，此外，高阶的数据8PSK调制，会使得解调EDGE数据的信噪比较高，导致EDGE边缘的覆盖电压需要更高，其衰落储备要更大；但在实际的高铁系统中，两个基站覆盖区之间的衰落储备一般都不足，使得传输的数据率会迅速下降。所以，就要寻求新的技术体系来解决高铁中的移动通信问题。

3G通信技术在我国的发展是日新月异。2009年1月7日，我国同时发放了三张3G拍照，即：TD-SCDMA、WCDMA、CDMA200，标志着我国正式进入了3G时代。3G网络运行的两年多时间里，在拉动我国GDP增长的同时，还为国内创造了大量的就业机会。从技术角度来分析，3G移动通信网络相对于2G网络的优势在于更大的系统容量和更好的通信质量，且能够实现全球范围的无缝漫游，为通信用户提供包括语音、数据和多媒体等多种形式的通信服务。

在国际移动通信领域，国际电联对3G网络有其最低的要求和标准，即：在高速移动的地面物体上，3G网络所能提供的数据业务为64~144kb/s，要能够适应500km/h的移动环境。针对该标准，我国现行的3种3G网络中，WCDMA和CDMA2000主要采用“软切换”技术，能够实现移动终端在时速500km时的正常通信，即能够实现在与另一个新基站通信时，首先不中断跟原基站的联系，而是在跟新的基站连接好后，再中断跟原基站的连接，这也是3G网络优于2G网络的一个突出特点；WCDMA技术已经解决了高速运动物体的无缝覆盖问题；此外，TD-SCDMA也对高铁通信的覆盖方案进行了研究。

因此，3G移动通信网络在技术层面上已经具有为高铁提供通信保障的基本条件，为我国高铁发展过程中移动通信问题的完满解决奠定了坚实基础。

3、高铁中的3G网络建设

根据前面介绍的我国高铁建设的现状和3G通信网络的技术特点，文中认为我国高铁领域的移动通信系统还可以进一步优化，具体改进措施可以概括为：

(1)应该着力加大 GSM-R技术的推广力度和对 GSM-R标准进行不断完善，同时，还应该对3G通信技术规范中关于高铁移动通信系统的技术特点进行深入研究，这样，就能够使得GSM-R及GSMR-C (高速铁路高可信无线通信网络)跟越来越成熟的3G商用通信系统实现融合，提高GSM-R及GSMR-C对3G技术通信标准的兼容性，完善高铁系统中移动通信的服务质量和效率。GSMR-C技术标准是由我国的轨道交通控制与安全国家级重点实验室首次提出的，其目标是在消化、吸收欧洲GSM-R标准的基础上，结合我国高速铁路的运行特点，以及调度通信、列车运行控制数据传输、信息化数据传输等方面的具体需求，在网络功能、工作频段、终端功能、业务实现等方面进行大胆地创新，形成适合我国高速铁路应用的通信技术体系。

(2)高铁现行移动通信方案所采用的3G标准，应该结合我国现有的三家3G网络运营商所提供管的移动通信系统管特点，根据高铁3G移动通信系统建设的具体需求，已及移动终端的功能，来不断地进行综合考虑和完善。

在高铁移动通信网络中采用多种3G通信技术标准尽心覆盖的方式，为高铁乘客提供了全制式的移动通信服务，有助于提高我国高铁系统中使用3G终端的服务质量。在网络建设过程中，为了最大限度的节约成本，可通过共享共建的方式来实现多种3G网络的全面覆盖，用最低的成本来得到最佳的服务效果。我国子2008年以来，就对电信基础设施的共建共享制定了相关的条令法规，并提出了明确的要求。现在，通信领域已经在共建共享方面取得了很大的进展，为我国高铁移动通信系统的全面建设提供了良好的硬件环境。

4、总结

现行的3G通信网络技术规范还没有完全考虑在铁路，特别是高速铁路中的应用，还需要能够满足铁路通信安全和可靠性的要求。所以，基于3G标准的高铁移动通信技术，还没有在实际使用中进行验证，其系统本身还需要经过不断完善和发展，需要对频谱资源及其频率干扰问题进行解决。所以，要利用当前3G系统的发展机遇，提高我国高铁移动通信系统的水平和能力，更好地为我国高铁战略的发展服务。

参考文献：

[1]钟章队．我国高速铁路数字移动通信制式探讨[J]．铁道通信信号，2001(4)：4~7．

[2]王惠生．宽带高速铁路移动通信系统[J]．铁道通信信号，2002(5)：20．

[3]朱晨鸣，李新．高铁环境下CDMA通信网络覆盖解决方案研究[J]．现代传输，2009(2)：74．

唐港高速公路通信系统改造探讨 第12篇

关键词：通信系统,改造,光纤,传输

1 引言

唐港高速公路是由唐山市自筹资金建设的高速公路, 起自唐山东互通立交 (与唐津高速公路相连) , 在乐亭雷家铺于沿海公路相连进入京唐港区, 全长约80.215公里, 双向6车道, 设计时速为120公里/小时, 总投资16.5亿元。1996年5月一期单幅工程动工兴建, 仅用一年半时间就实现了竣工通车。二期另半幅工程于1998年11月开工建设, 2000年10月实现全部竣工通车。唐港高速公路的建成极大地改善了环渤海地区及唐山市沿海开发区的投资环境和交通条件, 带动和促进了海港经济开发区的建设, 为唐山在下个世纪的发展营造了后发优势。

根据河北省交通厅冀交公字 (2007) 39号文件的要求, 唐港高速公路要纳入京沈高速公路联网路网及河北省联网收费三片区中。唐港高速原有的机电系统无法满足路段纳入京沈高速公路联网收费统一联网、统一管理的需求, 因此要求唐港路段对原有机电系统进行改造升级, 为路段纳入京沈高速公路联网收费提供条件。此次机电系统改造共分为通信系统、收费系统、监控系统改造三个部分, 其中通信系统改造为公路全线提供话音业务 (业务电话) , 为收费系统、监控系统提供数据传输通路。本文将对唐港高速通信系统改造作简要分析与介绍。

2 唐港原有通信系统

在并入京沈高速公路联网收费路网以前, 唐港高速采用的是二维条码收费系统, 原有通信系统为二维条码收费系统提供数据传输的通路。其网络拓扑图如图1, 通过单模单光纤串联唐港通信中心、青坨营、滦南、乐亭;乐亭和独幽城之间未铺设光缆, 通过无线网桥相连;考虑到成本及实际环境条件, 港口未与通信系统相连, 收费数据存贮在站处理机内, 需通过移动存储器实现与收费系统数据库的互连。

通过网络拓扑图我们可以发现, 原有通信系统采用点对点数字光端机, 通过单模单光纤相连, 传输速率低, 无环路无保护, 可靠性差。另外, 原有通信系统没有真正实现收费系统的实时互联, 没有为监控系统、收费系统数据图像传输提供通路。因此原有通信系统无法满足京沈高速公路联网收费统一联网、统一管理、统一运营的需求, 通信系统改造势在必行。

3 唐港通信系统改造

3.1 系统概述

唐港高速公路机电系统改造工程通信系统改造解决方案, 为高速公路运营管理及监控、收费系统提供必要的话音业务及数据、图像传输通道, 并提供会议电视、办公自动化等设施。通信系统采用光纤数字传输系统和程控数字交换系统形成一套全数字综合业务通信系统。

通信系统由有人站和无人站两级管理机构组成。路段设1处有人站唐港通信中心, 下辖青坨营 (收费站) 、滦南 (收费站) 、乐亭 (收费站) 、独幽城 (收费站) 、港口 (收费站) 共5个无人通信站。通信系统包括光纤数字传输系统、程控数字交换系统、会议电视系统、数据、图像传输系统几部分。

3.2 光纤数字传输系统

光纤数字传输系统为高速公路沿线设施之间的话务通信以及监控、收费系统的数据、图像等非话业务提供传输通道。光传输系统采用ASON干线系统与具有MSTP功能的SDH光纤用户接入系统相结合的方式。

光纤数字传输系统构成如下:

(1) 在唐港通信中心设置622M ASON干线传输分插复用设备, 采用华为OptiX OSN 3500, 光接口方向及配置如下:①唐港通信中心。ADM独幽城REG STM-4, 1+1保护;②唐港通信中心。ADM短距光板唐港通信中心OLT STM-4, 1+1保护;③唐港通信中心。ADM唐津高速中心 STM-4, 1+1保护;④唐港通信中心。ADM唐山高速公路管理中心 STM-4 (预留) , 1+1保护。

(2) 在独幽城设置622M ASON光中继器REG设备, 采用华为OptiX OSN 1500, 设备光接口方向及配置如下:①独幽城REG唐港通信中心ADM STM-4, 1+1保护;②独幽城REG沿海高速中心 STM-4, 1+1保护。

(3) 在唐港通信中心设置综合业务接入网光纤线路终端设备OLT, 在青坨营、滦南、乐亭、独幽城和港口5个无人通信站设置综合业务接入网光网络单元设备ONU, OLT和ONU均内置传输设备OptiX OSN 1500, 速率等级为STM-4, 组建2芯光纤通道自愈环网。

(4) 在唐港通信中心设置一套iManager T2000 SDH网管终端对干线及接入网内的传输设备进行维护管理。

唐港通信中心至京沈高速公路联网收费联合结算中心的通路有两条:一条是唐港通信中心ADM连接到唐津高速, 再由唐津高速连接至结算中心;另一条是唐港通信中心ADM连接独幽城REG, 独幽城REG连接至沿海高速, 再由沿海高速连接至结算中心。这两条通路可是实现1+1保护。

3.3 程控数字电话交换系统

程控数字电话交换系统主要为高速公路沿线各管理部门提供业务电话 (BT) 、指令电话 (CT) 等通信业务。

在唐港通信中心设置一台程控数字交换机, 采用华为程控数字交换机C&C08, 统一管理沿线业务电话和指令电话, 同时实现高速公路电话专网与公网的互联。在唐港通信中心设置综合业务接入网设备OLT, 在青坨营、滦南、乐亭、独幽城和港口设置综合业务接入网设备ONU, 均采用华为的灵活接入设备HONET F02AVU。C&C08数字程控交换机通过V5接口连接接入网设备。

3.4 会议电视系统与数据图像传输系统

3.4.1 会议电视系统

会议电视系统是一种多媒体通信系统, 可以同时实现两地或多个地点之间的图像、语音、数据的交互通信。唐港高速公路会议电视主会场设置在省中心 (不在本次系统改造工程范围之内) , 分会场设置在唐港通信中心。主会场与分会场的会议电视系统利用光纤数字传输系统提供的12Mb/s通道组成。

唐港通信中心分会场设备包括:终端编解码器、管理台计算机、彩色电视机、电子白板、音响设备、功放及相关软件等。本次系统改造选用华为ViewPoint系列视频会议设备来建设唐港视频会议系统。

3.4.2 数据图像传输系统

(1) 监控系统数据传输。

监控数据传输通路是指监控外场设备与唐港监控中心之间的实时数据传输通路。

监控外场设备数据经单模光纤和数据光端机传至就近的光通信站, 通信系统在相关光通信站的OLT和ONU设备提供10/100M以太网接口, 经主干光纤数字传输系统上传至唐港监控中心。同时光纤数字传输系统为监控数据上传预留至省通信中心的2M端口一个, 预留至唐山高速管理中心10/100M以太网接口一个。

(2) 收费系统数据传输。

各收费站至唐港结算分中心采用110/100M以太接口, 唐港结算分中心至省中心采用12M接口 (预留) , 唐港结算分中心至唐山高速管理中心采用110M/100M以太接口 (预留) , 结算分中心至玉田京沈联网结算中心采用110M/100M以太接口。光纤数字传输系统为以上连接的实现提供对应端口与通路, 同时为唐港路段内收费硬盘录像机联网提供10/100M以太接口。

(3) 监控、收费图像传输。

通信系统为监控、收费系统提供视频传输通路, 各收费站采用点对点数字非压缩视频光端机传输至唐港通信中心。

唐港通信中心采用数字视频压缩编解码 (MPEG-II) 方式上传至省中心4路图像 (端口预留) , 上传至唐山高速公路管理中心6路图象 (端口预留) , 每路路图像分配22M带宽。

参考文献

[1]刘增基等.光纤通信[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2005.

[2]张卫钢.通信原理与通信技术[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2003.