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論文摘要:隨著計算機技術(shù)的廣泛普及與計算機遠程信息處理應用的發(fā)展,數(shù)據(jù)通信應運而生,它實現(xiàn)了計算機與計算機之間,計算機與終端之間的傳遞。由于不同業(yè)務需求的變化及通信技術(shù)的發(fā)展使得數(shù)據(jù)通信經(jīng)過了不同的發(fā)展歷程。
數(shù)據(jù)通信是以“數(shù)據(jù)”為業(yè)務的通信系統(tǒng),數(shù)據(jù)是預先約定好的具有某種含義的數(shù)字、字母或符號以及它們的組合。數(shù)據(jù)通信是20世紀50年代隨著計算機技術(shù)和通信技術(shù)的迅速發(fā)展,以及兩者之間的相互滲透與結(jié)合而興起的一種新的通信方式,它是計算機和通信相結(jié)合的產(chǎn)物。隨著計算機技術(shù)的廣泛普及與計算機遠程信息處理應用的發(fā)展,數(shù)據(jù)通信應運而生,它實現(xiàn)了計算機與計算機之間,計算機與終端之間的傳遞。由于不同業(yè)務需求的變化及通信技術(shù)的發(fā)展使得數(shù)據(jù)通信經(jīng)過了不同的發(fā)展歷程。
1通信系統(tǒng)傳輸手段
電纜通信:雙絞線、同軸電纜等。市話和長途通信。調(diào)制方式:SSB/FDM。基于同軸的PCM時分多路數(shù)字基帶傳輸技術(shù)。光纖將逐漸取代同軸。
微波中繼通信:比較同軸,易架設、投資小、周期短。模擬電話微波通信主要采用SSB/FM/FDM調(diào)制,通信容量6000路/頻道。數(shù)字微波采用BPSK、QPSK及QAM調(diào)制技術(shù)。采用64QAM、256QAM等多電平調(diào)制技術(shù)提高微波通信容量,可在40M頻道內(nèi)傳送1920~7680路PCM數(shù)字電話。
光纖通信:光纖通信是利用激光在光纖中長距離傳輸?shù)奶匦赃M行的,具有通信容量大、通信距離長及抗干擾性強的特點。目前用于本地、長途、干線傳輸,并逐漸發(fā)展用戶光纖通信網(wǎng)。目前基于長波激光器和單模光纖,每路光纖通話路數(shù)超過萬門,光纖本身的通信纖力非常巨大。幾十年來,光纖通信技術(shù)發(fā)展迅速,并有各種設備應用,接入設備、光電轉(zhuǎn)換設備、傳輸設備、交換設備、網(wǎng)絡設備等。光纖通信設備有光電轉(zhuǎn)換單元和數(shù)字信號處理單元兩部分組成。
衛(wèi)星通信:通信距離遠、傳輸容量大、覆蓋面積大、不受地域限制及高可靠性。目前,成熟技術(shù)使用模擬調(diào)制、頻分多路及頻分多址。數(shù)字衛(wèi)星通信采用數(shù)字調(diào)制、時分多路及時分多址。
移動通信:GSM、CDMA。數(shù)字移動通信關(guān)鍵技術(shù):調(diào)制技術(shù)、糾錯編碼和數(shù)字話音編碼。
2 數(shù)據(jù)通信的構(gòu)成原理
數(shù)據(jù)終端(DTE)有分組型終端(PT)和非分組型終端(NPT)兩大類。分組型終端有計算機、數(shù)字傳真機、智能用戶電報終端(TeLetex)、用戶分組裝拆設備(PAD)、用戶分組交換機、專用電話交換機(PABX)、可視圖文接入設備(VAP)、局域網(wǎng)(LAN)等各種專用終端設備;非分組型終端有個人計算機終端、可視圖文終端、用戶電報終端等各種專用終端。數(shù)據(jù)電路由傳輸信道和數(shù)據(jù)電路終端設備(DCE)組成,如果傳輸信道為模擬信道,DCE通常就是調(diào)制解調(diào)器(MODEM),它的作用是進行模擬信號和數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換;如果傳輸信道為數(shù)字信道,DCE的作用是實現(xiàn)信號碼型與電平的轉(zhuǎn)換,以及線路接續(xù)控制等。傳輸信道除有模擬和數(shù)字的區(qū)分外,還有有線信道與無線信道、專用線路與交換網(wǎng)線路之分。交換網(wǎng)線路要通過呼叫過程建立連接,通信結(jié)束后再拆除;專線連接由于是固定連接就無需上述的呼叫建立與拆線過程。計算機系統(tǒng)中的通信控制器用于管理與數(shù)據(jù)終端相連接的所有通信線路。中央處理器用來處理由數(shù)據(jù)終端設備輸入的數(shù)據(jù)。
3 數(shù)據(jù)通信的分類
3.1 有線數(shù)據(jù)通信
數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)(DDN)。數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)由用戶環(huán)路、DDN節(jié)點、數(shù)字信道和網(wǎng)絡控制管理中心組成。DDN是利用光纖或數(shù)字微波、衛(wèi)星等數(shù)字信道和數(shù)字交叉復用設備組成的數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)。也可以說DDN是把數(shù)據(jù)通信技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)、光遷通信技術(shù)以及數(shù)字交叉連接技術(shù)結(jié)合在一起的數(shù)字通信網(wǎng)絡。數(shù)字信道應包括用戶到網(wǎng)絡的連接線路,即用戶環(huán)路的傳輸也應該是數(shù)字的,但實際上也有普通電纜和雙絞線,但傳輸質(zhì)量不如前。
分組交換網(wǎng)。分組交換網(wǎng)(PSPDN)是以CCITTX.25建議為基礎的,所以又稱為X.25網(wǎng)。它是采用存儲——轉(zhuǎn)發(fā)方式,將用戶送來的報文分成具用一定長度的數(shù)據(jù)段,并在每個數(shù)據(jù)段上加上控制信息,構(gòu)成一個帶有地址的分組組合群體,在網(wǎng)上傳輸。分組交換網(wǎng)最突出的優(yōu)點是在一條電路上同時可開放多條虛通路,為多個用戶同時使用,網(wǎng)絡具有動態(tài)路由選擇功能和先進的誤碼檢錯功能,但網(wǎng)絡性能較差。
幀中繼網(wǎng)。幀中繼網(wǎng)絡通常由幀中繼存取設備、幀中繼交換設備和公共幀中繼服務網(wǎng)3部分組成。幀中繼網(wǎng)是從分組交換技術(shù)發(fā)展起來的。幀中繼技術(shù)是把不同長度的用戶數(shù)據(jù)組均包封在較大的幀中繼幀內(nèi),加上尋址和控制信息后在網(wǎng)上傳輸。
3.2 無線數(shù)據(jù)通信
無線數(shù)據(jù)通信也稱移動數(shù)據(jù)通信,它是在有線數(shù)據(jù)通信的基礎上發(fā)展起來的。有線數(shù)據(jù)通信依賴于有線傳輸,因此只適合于固定終端與計算機或計算機之間的通信。而移動數(shù)據(jù)通信是通過無線電波的傳播來傳送數(shù)據(jù)的,因而有可能實現(xiàn)移動狀態(tài)下的移動通信。狹義地說,移動數(shù)據(jù)通信就是計算機間或計算機與人之間的無線通信。它通過與有線數(shù)據(jù)網(wǎng)互聯(lián),把有線數(shù)據(jù)網(wǎng)路的應用擴展到移動和便攜用戶。
4網(wǎng)絡及其協(xié)議
4.1計算機網(wǎng)絡
計算機網(wǎng)絡(ComputerNetwork),就是通過光纜、雙絞電話線或有、無線信道將兩臺以上計算機互聯(lián)的集合。通過網(wǎng)絡各用戶可實現(xiàn)網(wǎng)絡資源共享,如文檔、程序、打印機和調(diào)制解調(diào)器等。計算機網(wǎng)絡按地理位置劃分,可分為網(wǎng)際網(wǎng)、廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、和局域網(wǎng)四種。Internet是世界上最大的網(wǎng)際網(wǎng);廣域網(wǎng)一般指連接一個國家內(nèi)各個地區(qū)的網(wǎng)絡。廣域網(wǎng)一般分布距離在100-1000公里之間;城域網(wǎng)又稱為都市網(wǎng),它的覆蓋范圍一般為一個城市,方圓不超過10-100公里;局域網(wǎng)的地理分布則相對較小,如一棟建筑物,或一個單位、一所學校,甚至一個大房間等。
局域網(wǎng)是目前使用最多的計算機網(wǎng)絡,一個單位可使用多個局域網(wǎng),如財務部門使用局域網(wǎng)來管理財務帳目,勞動人事部門使用局域網(wǎng)來管理人事檔案、各種人才信息等等。
4.2網(wǎng)絡協(xié)議
網(wǎng)絡協(xié)議是兩臺計算機之間進行網(wǎng)絡對話所使用的語言,網(wǎng)絡協(xié)議很多,有面向字符的協(xié)議、面向比特的協(xié)議,還有面向字節(jié)計數(shù)的協(xié)議,但最常用的是TCP/IP協(xié)議。它適用于由許多LAN組成的大型網(wǎng)絡和不需要路由選擇的小型網(wǎng)絡。TCP/IP協(xié)議的特點是具有開放體系結(jié)構(gòu),并且非常容易管理。
TCP/IP實際上是一種標準網(wǎng)絡協(xié)議,是有關(guān)協(xié)議的集合,它包括傳輸控制協(xié)議(Transport Control Protocol)和因特網(wǎng)協(xié)議(InternetProtocol)。TCP協(xié)議用于在應用程序之間傳送數(shù)據(jù),IP協(xié)議用于在程序與主機之間傳送數(shù)據(jù)。由于TCP/IP具有跨平臺性,現(xiàn)已成為Internet的標準連接協(xié)議。網(wǎng)絡協(xié)議分為如下四層:網(wǎng)絡接口層:負責接收和發(fā)送物理幀;網(wǎng)絡層:負責相鄰節(jié)點之間的通信;傳輸層:負責起點到終端的通信;應用層:提供諸如文件傳輸、電子郵件等應用程序要把數(shù)據(jù)以TCP/IP協(xié)議方式從一臺計算機傳送到另一臺計算機,數(shù)據(jù)需經(jīng)過上述四層通信軟件的處理才能在物理網(wǎng)絡中傳輸。
目前的IP協(xié)議是由32位二進制數(shù)組成的,如202.0.96.133就表示連接到因特網(wǎng)上的計算機使用的IP地址,在整個因特網(wǎng)上IP地址是唯一的。
論文關(guān)鍵詞:課程體系;集成化通信實驗教學平臺;通信網(wǎng)絡;質(zhì)量工程;應用能力
21世紀是網(wǎng)絡的時代,數(shù)字化、寬帶化、移動化、個性化、智能化的網(wǎng)絡已經(jīng)成為人類社會的基礎設施。飛速化發(fā)展的通信網(wǎng)絡基礎設施對高等學校的教學改革、課程設置尤其是實驗室建設提出了挑戰(zhàn)。雖然目前國內(nèi)許多高校都辦有通信工程專業(yè)和電子與信息工程專業(yè),并建立了條件較好的基礎實驗室,為培養(yǎng)社會需求的電子與通信人才創(chuàng)造了良好的教學環(huán)境和條件。但是專業(yè)實驗室的匱乏尤其是通信網(wǎng)絡實驗教學條件的匱乏嚴重制約了課程體系的建設和教學效果的保證。
目前對于通信技術(shù)的學習主要是側(cè)重于講述某一特定技術(shù),如:程控交換、光纖通信、微波技術(shù)、移動通信、接入技術(shù)、通信網(wǎng)等,學生很難由此建立起通信的整體概念。本研究項目從全局出發(fā),優(yōu)化課程體系,從全程全網(wǎng)的角度講述各類通信技術(shù),對所涉及的通信技術(shù)進行詳細的討論,構(gòu)建具有科學性、準確性、系統(tǒng)性、完整性、新穎性和實用性的知識結(jié)構(gòu)和內(nèi)容體系,主要內(nèi)容包括現(xiàn)代通信的概念和發(fā)展概況,通信業(yè)務與通信終端,通信傳輸系統(tǒng),通信交換系統(tǒng),通信網(wǎng)和新一代通信技術(shù)。不僅使學生在全程全網(wǎng)概念的基礎上學習到各類通信技術(shù)知識,還強調(diào)工程方法論的學習,培養(yǎng)學生掌握科學的研究方法和迅速學習新技術(shù)的能力。
面向網(wǎng)絡時代飛速發(fā)展的通信領域人才需求,研究、設計并實現(xiàn)一個有利于培養(yǎng)學生全程全網(wǎng)概念和具有現(xiàn)代通信技術(shù)基本素質(zhì)、有利于鼓勵學生自主思維和努力創(chuàng)新的教學平臺,以體現(xiàn)現(xiàn)代通信與全程全網(wǎng)教學的整體內(nèi)涵,體現(xiàn)課堂教學與實驗教學的有機融合,體現(xiàn)培養(yǎng)模式的優(yōu)化為研究目的。最終辦出信息與通信工程類專業(yè)的特色,培養(yǎng)出高素質(zhì)的應用型IT技術(shù)人才。
一、構(gòu)建完整的“現(xiàn)代通信技術(shù)”課程體系,培養(yǎng)創(chuàng)新型、應用型通信工程專門人才
1.指導原則
以全面提高素質(zhì)為根本,以建立寬厚的知識平臺為基礎,以培養(yǎng)創(chuàng)新能力、實踐能力和科學綜合能力為核心,以教學內(nèi)容和課程體系的改革為重點,以教育模式和教學方法的改革為保障。
培養(yǎng)目標:培養(yǎng)在信息科學技術(shù)領域內(nèi)具有創(chuàng)新精神、實踐能力、全面素質(zhì)的寬口徑專門人才,能從事信息科技領域的研究、設計、制造、運行維護和經(jīng)濟管理等工作。
2.培養(yǎng)規(guī)格多樣化
以培養(yǎng)工程技術(shù)型和應用型人才為主,兼顧經(jīng)營管理型的有信息工程背景的復合型人才。
3.培養(yǎng)模式
實行面向創(chuàng)新的系統(tǒng)理論教學和面向創(chuàng)新的系統(tǒng)實踐訓練相結(jié)合。實行柔性培養(yǎng)計劃和個性化教學,加大選修課比例,適應不同規(guī)格、不同愛好的人才的培養(yǎng)。我們同深圳潤天智圖像技術(shù)有限公司合作,采用“3+1”的人才培養(yǎng)模式,為企業(yè)實現(xiàn)訂單式培養(yǎng),第一批20名學生已于2008年7月畢業(yè),其中70%的學生經(jīng)過雙向選擇留在這家企業(yè)工作。并受到用人單位的好評。2008年我們又與冠捷科技集團武漢分公司合作開展人才培養(yǎng)的工作,選拔學生參加了冠捷公司有關(guān)液晶顯示器的生產(chǎn)、調(diào)試、研發(fā)工作,提出學校與企業(yè)相結(jié)合的“系統(tǒng)創(chuàng)新訓練”方案,均取得良好效果。目前,冠捷顯示科技有限公司已吸納我校多名學生就業(yè)。其中一名畢業(yè)生在該公司已擔任總工程師,在該公司工作的許多學生均受到好評。
4.特色定位
隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及,通信網(wǎng)絡所承載的業(yè)務也從傳統(tǒng)的以語音業(yè)務為主發(fā)展到多種不同帶寬需求的業(yè)務并存,網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)日益扁平化、IP化,各種現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展迅速,其生命周期也長短不一,因此在通信工程人才培養(yǎng)方案中,除了設置各門專業(yè)基礎課和專業(yè)課外,我們還系統(tǒng)地安排了能夠反映目前主流通信技術(shù)的發(fā)展方向的選修課和技術(shù)講座,對NGN、軟交換、IMS、IPV6、第三代、第四代移動通信技術(shù)、ASON、OTN、G-PON等在現(xiàn)有通信網(wǎng)中逐漸應用甚至已成為主流的新技術(shù)進行全面的介紹。通過對電信行業(yè)發(fā)展深入細致的調(diào)查了解,我們認識到:經(jīng)過十多年的電信業(yè)改革,我國的電信市場運營已經(jīng)從一家壟斷到了全行業(yè)充分競爭的市場格局。各運營商之間為爭奪客戶,獲取更高的市場份額,在市場營銷方面各展拳腳,客戶不斷被細分,差異化服務日趨明顯,多種針對性強的業(yè)務不斷推出。而通信工程專業(yè)的課程設置一向重技術(shù)輕業(yè)務、輕經(jīng)營,而目前專業(yè)營銷人才是我國電信業(yè)最需要的人才。因此,我們讓學生通過講座、社會調(diào)研、社會實踐等形式充分了解目前電信市場的新業(yè)務種類和特點、市場競爭態(tài)勢、主要營銷手段及其利弊得失等,使我們的畢業(yè)生能夠更適應行業(yè)的需求。我們與中國電信武漢分公司、武漢電信工程有限公司、湖北電信工程有限公司等單位保持長期的合作關(guān)系。聘請了電信工程有限公司有關(guān)領導和多名技術(shù)人員做我們的校外特聘教授,為學生的實習就業(yè)奠定了良好基礎。
5.課程體系優(yōu)化
我們以培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的應用型人才為目標,以課程體系和教學內(nèi)容改革為核心,優(yōu)化信息通信類課程體系,從全程全網(wǎng)的角度講述各類通信技術(shù),構(gòu)建具有系統(tǒng)性、完整性、實用性和新穎性的知識結(jié)構(gòu)和內(nèi)容體系。不僅使學生在全程全網(wǎng)概念的基礎上學習各類通信技術(shù)知識,更重要的是培養(yǎng)他們掌握科學的研究方法,成為具備高素質(zhì)的應用型人才。我們從傳授知識、培養(yǎng)能力、提高素質(zhì)三大目標出發(fā),通過對信息通信類專業(yè)現(xiàn)代通信技術(shù)相關(guān)課程內(nèi)容的深入研究和改革,結(jié)合各門課程教學的特點、難點和需求,建立了當前可實現(xiàn)的“知識平臺”,按照整體優(yōu)化原則調(diào)整課程的內(nèi)外接口,減少交叉重復,精簡學時,協(xié)調(diào)各相關(guān)課程內(nèi)容之間的銜接,充實新內(nèi)容。我們采用主教材、輔教材、CAI課件、教學儀器、教學實驗和課程設計、遠程網(wǎng)絡課件等綜合配套措施,形成了“理論、抽象、設計”三個過程相統(tǒng)一的課程教學體系,保證了教學質(zhì)量,取得了良好的教學效果。以此為指導思想,我們在2009年完成了信息通信類課程大綱的重新修訂工作,2010年完成了課程簡介的編寫工作。
二、理論聯(lián)系實際,構(gòu)建通信技術(shù)全程全網(wǎng)實驗平臺
21世紀的高等教育,教育方式應從應試教育向素質(zhì)教育轉(zhuǎn)變,人才觀念應從單一專業(yè)型向復合型、創(chuàng)新型轉(zhuǎn)變。要實現(xiàn)這兩種轉(zhuǎn)變,實踐教學起著至關(guān)重要的作用,它是實現(xiàn)素質(zhì)教育和創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標的重要環(huán)節(jié)。實驗教學相對于理論教學具有實踐性、綜合性與創(chuàng)新性等特點,在加強對學生的素質(zhì)教育與創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面起著重要的、不可替代的作用。而目前大多數(shù)針對信息與通信學科學生開設的實驗多為專業(yè)基礎實驗,通信專業(yè)實驗則較為薄弱,學生的學習范圍主要集中在基礎理論,對實際的通信設備與通信環(huán)境缺乏足夠的接觸與操作經(jīng)驗。因此建立通信專業(yè)實驗室,開設通信專業(yè)實驗,開拓學生視野,增強學生實際經(jīng)驗,提高學生的工程素質(zhì),使學生盡可能地不出校門就可以從實用角度理解并掌握通信技術(shù)。本成果通過建設一個盡可能覆蓋實際通信網(wǎng)環(huán)境(包括數(shù)據(jù)網(wǎng)、電信網(wǎng)、移動網(wǎng)、智能網(wǎng)、接入網(wǎng)、信令網(wǎng)、同步網(wǎng)、傳輸網(wǎng))等特點的全程全網(wǎng)通信專業(yè)實驗室,開設出既與專業(yè)知識理論學習相關(guān)聯(lián),又與實際通信網(wǎng)絡及設備相聯(lián)系的實驗課程,創(chuàng)建一個良好新型的具備通信專業(yè)特色的實驗教學環(huán)境,提高實驗教學水平,使學生能夠通過實驗環(huán)節(jié),開拓視野,充分發(fā)揮主觀能動性,理論聯(lián)系實際,理論和實踐有機結(jié)合,充分提高綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力,鍛煉其組織能力、溝通能力,培養(yǎng)并提高學生的工程素質(zhì)。
我們建設全程全網(wǎng)的現(xiàn)代通信實驗平臺的思路是:參考并利用國際國內(nèi)知名公司以及著名學者所提供的現(xiàn)代通信網(wǎng)絡專業(yè)實驗室建設方案,立足于信息學院學生進行“現(xiàn)代交換”、“現(xiàn)代通信網(wǎng)”、“計算機網(wǎng)絡”、“移動通信”、“光纖通信”、“NGN網(wǎng)絡”等專業(yè)課程的實驗教學基本需求,利用有限的經(jīng)費盡量覆蓋從物理層到應用層各個網(wǎng)絡層次,從有線到無線、從電到光各種信道方式,從局域網(wǎng)到廣域網(wǎng)各種網(wǎng)絡形式的寬闊而廣泛的實驗內(nèi)容,形成包括數(shù)據(jù)配置、維護管理、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)觀測與分析、軟件開發(fā)、硬件設計、網(wǎng)絡設計與建設等基礎型、綜合設計型、研究探索型3層次專業(yè)實驗教學模式。在基礎型實驗中,提供對有關(guān)課程的基本原理與基本問題的驗證性、探索性實驗,幫助學生理解、掌握、驗證課程的基本原理、學習課程相關(guān)的基本實驗方法,探索并找到學習難點的結(jié)果和方案;在綜合設計型實驗中,以Assignment(任務)的形式,由教師提出要求,學生獨立完成實驗項目的分析、設計、元器件采購、實現(xiàn)、調(diào)試、與實驗報告撰寫等工作,最后由教師驗收和評判。在研究探索型實驗中,采用Project(項目)的形式,由來自企業(yè)界的實際項目,教師科研項目與學生創(chuàng)新基金資助項目的形式確定項目研究方向和研究內(nèi)容,由幾個學生分工協(xié)作,每個學生獨立承擔一部分內(nèi)容,在教師的指導下共同完成。
目前已建成的全程全網(wǎng)實驗室包括:
(1)計算機40套;《通信原理》教學實驗設備20套;《移動通信》教學實驗設備10套;《光纖通信》教學實驗設備10套;《現(xiàn)代通信網(wǎng)》教學實驗設備4套;《程控交換》教學實驗設備20套。
(2)數(shù)字電視系統(tǒng)5套,由視音頻A/D,D/A模塊,視音頻信源編碼、解碼模塊,TS流形成與解復用模塊,DVB SPI收發(fā)接口等模塊組成。
(3)微波設備3套,其中SD3100射頻電路實驗訓練系統(tǒng),是以300MHz可測量S參數(shù)的頻率特性測試儀、DDS合成信號發(fā)生器、通用計數(shù)器和電視(TV)收、發(fā)系統(tǒng)為基礎,進行射頻通信設備及射頻電路的實驗系統(tǒng)。SD3200微波通信實驗訓練系統(tǒng),是以1000MHz TV收發(fā)系統(tǒng),進行圖象和話音的微波傳輸為基礎,進行微波通信設備及微波電路和器件的實驗系統(tǒng)??衫镁W(wǎng)絡分析儀、頻譜分析儀等測量儀器,開展對微波電路及器件特性參數(shù)的測量。SD3300移動通信射頻工程實驗訓練系統(tǒng),是以800-2500MHz可測量S參數(shù)的微波反射計、微波功率計、頻譜分析儀、微波合成信號發(fā)生器和微波功率信號發(fā)生器、通用計數(shù)器及通信設備——直放站、干線放大器等為基礎,進行移動通信網(wǎng)絡優(yōu)化的試驗,同時,提供一套移動通信網(wǎng)絡優(yōu)化工程的實驗——室內(nèi)天線覆蓋系統(tǒng),開展移動通信射頻工程的系統(tǒng)實驗。SD3400微波中繼傳輸實驗訓練系統(tǒng),是以射頻/微波TV收發(fā)信機和微波中繼站組成的微波中繼傳輸系統(tǒng)為基礎,進行微波頻率中繼傳輸電視信號實驗。
(4)接入網(wǎng)設備一套。本接入網(wǎng)實訓系統(tǒng)依據(jù)實際的寬帶接入應用,組織相應的典型設備,包括交換局端的部分設備、線路、以及用戶接口設備,從機房、線路、到終端盡可能進行完整展現(xiàn)。
三、利用現(xiàn)代化教學手段提高教學效率
構(gòu)建全程全網(wǎng)通信實驗教學平臺的在線系統(tǒng),制作電子素材庫,供學生利用校園網(wǎng)進行學習。充分利用多媒體技術(shù)開展基于計算機、網(wǎng)絡的通信技術(shù)實驗研究,精心選擇具有代表性的實驗,使學生可以通過網(wǎng)絡瀏覽、熟悉和回顧實驗內(nèi)容,盡量利用多媒體方式和網(wǎng)絡資源來表達實驗內(nèi)容,將現(xiàn)金、具體的教學手段引入到教學中,是的抽象的概念和理論更形象、生動和直觀,提高實驗環(huán)節(jié)的質(zhì)量和效率。
四、研究的特色和應用情況
1.研究的特色
(1)隨著通信技術(shù)的發(fā)展與社會需求日益多樣化,現(xiàn)代通信網(wǎng)正處在變革與發(fā)展之中,本教改項目擬在改變以往授課方法,從新的網(wǎng)絡構(gòu)架入手,采用了網(wǎng)絡分層的結(jié)構(gòu)(應用層、業(yè)務網(wǎng)、傳送網(wǎng)和下一代網(wǎng))來講述相關(guān)通信技術(shù)。
(2)根據(jù)通信技術(shù)類課程特點,從全局出發(fā),對網(wǎng)絡分層中所涉及的通信技術(shù)進行較詳細的論述,目的是使學生建立起全程全網(wǎng)的概念,從而加強學生對現(xiàn)代通信技術(shù)的認識和全程全網(wǎng)的了解,在此基礎上可根據(jù)專業(yè)和個人情況,今后就某一個專業(yè)技術(shù)方向進行更深入的學習。
(3)“全程全網(wǎng)現(xiàn)代通信網(wǎng)絡”教學實驗平臺整合了多種通信技術(shù),以實用設備構(gòu)建出真實的通信網(wǎng)試驗環(huán)境,突出通信全程全網(wǎng)的整體性,與課堂學習有機結(jié)合,相輔相成,實驗內(nèi)容從簡單驗證型向自主設計型過渡;實驗教材由參考產(chǎn)品手冊、資料光盤完成實驗指導書的;實驗方式以點帶面,觸類旁通,以專項通信實驗促進專業(yè)課的學習,使學生有效建立起通信大網(wǎng)絡的觀念。
2.項目的創(chuàng)新點
(1)實現(xiàn)實驗教學理念的改革:改變一成不變的命題式實驗方式,結(jié)合理工科專業(yè)特色,引入現(xiàn)代通信網(wǎng)絡中實際應用系統(tǒng)級設備,可實現(xiàn)如下功能:為低年級學生提供認知環(huán)境;為中年級學生提供測試環(huán)境;為高年級學生及學院老師提供研發(fā)環(huán)境。
(2)提高學生的理論知識與實踐能力:擺脫傳統(tǒng)的被動性驗證性實驗,通過師生們積極主動地設計實驗拓撲,搭建實驗平臺,使理論和實踐相結(jié)合,更好地掌握通信理論知識及通信業(yè)務發(fā)展的先進技術(shù)。
(3)為教師提供開發(fā)測試平臺:目前,隨著通信設備制造技術(shù)的日益成熟,在硬件上,業(yè)界的產(chǎn)品都大同小異,現(xiàn)今的重點是在軟件和增值服務方面的發(fā)展。而“全程全網(wǎng)現(xiàn)代通信”實驗平臺為教師和學生提供了一個開放的、真實的開發(fā)環(huán)境和測試環(huán)境。
3.應用情況
在發(fā)端輸人的信息先調(diào)制形成數(shù)字信號,然后由擴頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴頻碼序列去調(diào)制數(shù)字信號以展寬信號的頻譜,展寬后的信號再調(diào)制到射頻發(fā)送出去。在接收端收到的寬帶射頻信號,變頻至中頻,然后由本地產(chǎn)生的與發(fā)端相同的擴頻碼序列去相關(guān)解擴,再經(jīng)信息解調(diào),恢復成原始信息輸出??梢?,一般的擴頻通信系統(tǒng)都要進行3次調(diào)制和相應的解調(diào)。一次調(diào)制為信息調(diào)制,二次調(diào)制為擴頻調(diào)制,三次調(diào)制為射頻調(diào)制,以及相應的信息解調(diào)、解擴和射頻解調(diào)。與一般通信系統(tǒng)比較,多了擴頻調(diào)制和解擴部分。擴頻通信應具備如下特征:(1)數(shù)字傳輸方式;(2)傳輸信號的帶寬遠大于被傳信息帶寬;(3)帶寬的展寬,是利用與被傳信息無關(guān)的函數(shù)(擴頻函數(shù))對被傳信息的信元重新進行調(diào)制實現(xiàn)的;(4)接收端用相同的擴頻函數(shù)進行相關(guān)解調(diào)(解擴),求解出被傳信息的數(shù)據(jù)。用擴頻函數(shù)(也稱偽隨機碼)調(diào)制和對信號相關(guān)處理是擴頻通信有別于其他通信的兩大特點。
二、擴頻通信技術(shù)的特點
擴頻信號是不可預測的、偽隨機的寬帶信號,其帶寬遠大于要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)(信息)帶寬,同時接收機中必須有與寬帶載波同步的副本。擴頻系統(tǒng)具有以下特點。
1.抗干擾性強
擴頻信號的不可預測性,使擴頻系統(tǒng)具有很強的抗干擾能力。干擾者很難通過觀察進行干擾,干擾起不了太大作用。擴頻通信系統(tǒng)在傳輸過程中擴展了信號帶寬,所以即使信噪比很低,甚至在有用信號功率低于干擾信號功率的情況下,仍能不受干擾、高質(zhì)量地進行通信,擴展的頻譜越寬,其抗干擾性越強。
2.低截獲性
擴頻信號的功率均勻分布在很寬的頻帶上,傳輸信號的功率密度很低,偵察接收機很難監(jiān)測到,因此擴頻通信系統(tǒng)截獲概率很低。
3.抗多路徑干擾性能好
多路徑干擾是電波傳播過程中因遇到各種非期望反射體(如電離層、高山、建筑物等)引起的反射或散射,在接收端的這些反射或散射信號與直達路徑信號相互干涉而造成的干擾。多路徑干擾會嚴重影響通信。擴頻通信系統(tǒng)中增加了擴頻調(diào)制和解擴過程,利用擴頻碼序列間的相關(guān)特性,在接收端解擴時,從多徑信號中分離出最強的有用信號,或?qū)⒍鄰叫盘栔械南嗤a序列信號疊加,這樣就可有效消除無線通信中因多徑干擾造成的信號衰落現(xiàn)象,使擴頻通信系統(tǒng)具有良好的抗多徑衰落特性。
4.保密性好
在一定的發(fā)射功率下,擴頻信號分布在很寬的頻帶內(nèi),無線信道中有用信號功率譜密度極低,這樣信號可以在強噪聲背景下,甚至在有用信號被噪聲淹沒的情況下進行可靠通信,使外界很難截獲傳送的信息,要想進一步檢測出信號的特征參數(shù)就更難了.所以擴頻系統(tǒng)可實現(xiàn)隱蔽通信。同時,對不同用戶使用不同碼,旁人無法竊聽通信,因而擴頻系統(tǒng)具有高保密性。
5.易于實現(xiàn)碼分多址
在通信系統(tǒng)中,可充分利用在擴頻調(diào)制中使用的擴頻碼序列之間良好的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性,接收端利用相關(guān)檢測技術(shù)進行解擴,在分配給不同用戶不同碼型的情況下,系統(tǒng)可以區(qū)分不同用戶的信號,這樣同一頻帶上許多用戶可以同時通話而互不干擾。
三、擴頻技術(shù)的發(fā)展與應用
在過去由于技術(shù)的限制,人們一直在走增加信號功率,減少噪聲,提高信噪比的道路。即使到了70年代,偽碼技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn),但作為相關(guān)器的“碼環(huán)”的鐘頻只能做到幾千赫茲也無助于事.近幾年,由于大規(guī)模集成電路的發(fā)展,幾十兆赫茲,甚至幾百兆赫茲的偽碼發(fā)生器及其相關(guān)部件都已成為現(xiàn)實,擴頻通信獲得極其迅速的發(fā)展.通信的發(fā)展史又到了一個轉(zhuǎn)折點,由用信噪比換帶寬的年代進入了用寬帶換信噪比的年代.從最佳通信系統(tǒng)的角度看擴頻通信.最佳通信系統(tǒng)一最佳發(fā)射機+最佳接收機.幾十年來,最佳接收理論已經(jīng)很成熟,但最佳發(fā)射問題一直沒有很好解決,偽碼擴頻是一種最佳的信號形式和調(diào)制制度,構(gòu)成了最佳發(fā)射機.因此,有了最佳通信系統(tǒng)一偽碼擴頻+相關(guān)接收這種認識,人們就不難預測擴頻通信的未來前景.從9O年代無線通信開始步人擴頻通信和自適應通信的年代.擴頻通信的熱浪已經(jīng)波及短波、超微波、微波通信和衛(wèi)星通信,碼分多址(CDMA)已開始廣泛用于未來的峰窩通信、無繩通信和個人通信以及各種無線本地環(huán)路,發(fā)揮越來越大的作用.接入網(wǎng)是由傳統(tǒng)的用戶線、用戶環(huán)路和用戶接入系統(tǒng),逐步發(fā)展、演變和升級而形成的.現(xiàn)代電信網(wǎng)絡分為3部分:傳輸網(wǎng)、交換網(wǎng)和接入網(wǎng).由于接入網(wǎng)發(fā)展較晚,往往成為電信發(fā)展的“瓶頸”,各國都很重視接入網(wǎng)的發(fā)展,因此各類接人技術(shù)和系統(tǒng)應運而生.由于ISM(IndustryScientificMedica1)頻段的開放性,經(jīng)營者和用戶不需申請授權(quán)就可以自由地使用這些頻段,而無線擴頻技術(shù)所使用的頻段(2.400~2.483)正是全世界通用的ISM頻段,包括IEEE802.11協(xié)議架構(gòu)的無線局域網(wǎng)也大部分選用此頻段.在無線接人系統(tǒng)中,擴頻微波與常規(guī)微波相比有著3個顯著的優(yōu)點:抗干擾性強、頻點問題容易處理、價格比較便宜.而且,擴頻微波接入技術(shù)相對有線接入技術(shù)來說,有成本低、使用靈活、建設快捷的優(yōu)勢,在接入網(wǎng)中起著不可替代的作用.
擴頻微波主要應用在以下幾個方面.語音接入(點對點);數(shù)據(jù)接入;視頻接入;多媒體接入;因特網(wǎng)(Internet)接入。
四、結(jié)語
擴頻通信是通信的一個重要分支和發(fā)展方向,是擴頻技術(shù)與通信相結(jié)合的產(chǎn)物。本文主要論述了擴頻通信的特點、理論可行性及典型的工作方式。擴頻通信的強抗干擾性、低截獲性、良好的抗多路徑干擾性和安全性等特點,使它的應用迅速從軍用擴展到民用通信中,它的易于實現(xiàn)碼分多址的特點,使它能與第三代移動通信系統(tǒng)完美結(jié)合,發(fā)展前景極為廣闊。
參考文獻:
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[3]吳慎山,萬霞,吳東芳.擴頻通信的發(fā)展與應用研究[J].河南師范大學學報(自然科學版),2008(5).
關(guān)鍵詞:通信工程,安全機制,行業(yè)發(fā)展
通信工程(Communication Engineering)專業(yè)是信息科學技術(shù)發(fā)展迅速并極具活力的一個領域,尤其是數(shù)字移動通信、光纖通信、Internet網(wǎng)絡通信使人們在傳遞信息和獲得信息方面達到了前所未有的便捷程度。通信工程具有極廣闊的發(fā)展前景,也是人才嚴重短缺的專業(yè)之一。通信工程學習通信技術(shù)、通信系統(tǒng)和通信網(wǎng)等方面的知識,能在通信領域中從事研究、設計、制造、運營及在國民經(jīng)濟各部門和國防工業(yè)中從事開發(fā)、應用通信技術(shù)與設備。
十年前港臺電影中黑幫大佬手里可以用來砸人的“大哥大”,早已變得如此纖細輕巧、色彩繽紛,并且飛入尋常百姓之手;從前只有數(shù)月飛鴿傳書才能聯(lián)系的國外親友可以用簡單方便快捷的伊妹兒(E-mail)互致問候、即時聊天,甚至裝上攝像頭開個網(wǎng)絡會議!這一切都應該歸功于通信工程(Communication Engineering)技術(shù)的迅猛發(fā)展。如果讓科學家們選出近十年來發(fā)展速度最快的技術(shù),恐怕也是非通信技術(shù)莫屬。這些都使得現(xiàn)階段理解這個年輕而又略顯“神奇”的專業(yè)成為一種必要性與緊迫性[1]。
1 通信工程[2]
1.1 專業(yè)特點
通信工程跨電子、計算機專業(yè),所學知識兼有兩者的特點,需要較好的數(shù)學、物理基礎以及較強的動手應用能力。所學知識,如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等屬于計算機類,另一些知識,如信號處理、高頻電路、電路原理等屬于電子類,此外還有專業(yè)性較強的通信原理等,所學范圍比較寬。
1.2 通信系統(tǒng)構(gòu)成
通信系統(tǒng)由信源,包括聲音、數(shù)據(jù)、文字、圖像等,經(jīng)由發(fā)送變換器消除噪聲的影響,并轉(zhuǎn)化成信號通過信道發(fā)送到接收變換器,最后還原成原始的聲音、數(shù)據(jù)、文字、圖像等信息。如圖1所示:
圖1通信系統(tǒng)構(gòu)成
1.3 通信系統(tǒng)分類
(1) 按信源產(chǎn)生消息的物理特征分類
按信源產(chǎn)生消息的物理特征分類,可以分為電話通信、電報通信、電視通信、數(shù)據(jù)通信、圖像通信、多媒體通信等。
(2) 按傳輸信號的特征分類
按傳輸信號的特征分類可以分為模擬通信與數(shù)字通信。模擬通信是指傳輸?shù)男盘柺悄M信號;數(shù)字通信是指傳輸?shù)男盘柺菙?shù)字信號等。
(3) 按傳輸媒介和系統(tǒng)組成的特點分類
按傳輸媒介和系統(tǒng)組成的特點分類可以分為長波通信、短波通信、微波通信、衛(wèi)星通信、光纖通信、移動通信等。
(4) 按用途分類
按用途分類可以分為民用通信、軍事通信、氣象通信、海洋通信、宇宙通信、應急通信等等。
2 發(fā)展流程總圖
通信工程的發(fā)展流程總體經(jīng)歷了4個階段,分別為80年代的黎明期,90年代的成長期,21世紀前期的量變擴展期,21世紀中后期的質(zhì)變擴展期。如圖2所示:
圖2通信工程的發(fā)展流程總圖
3 發(fā)展流程
無線通信的發(fā)展歷史可以追溯到19世紀80年代赫茲(Heinrich Hertz)所做的基礎性實驗,以及馬可尼(Guglielmo Marconi)所做的研究工作。移動通信的始祖馬可尼首先證明了在海上輪船之間進行通信的可行性。自從1897年馬可尼實驗室證明了運動中無線通信的可應用性以來,人類就開始了對移動通信的興趣和追求。也正是20世紀20年代末,奈奎斯特(Harry Nyquist)提出了著名的采樣定理,成為我們邁向數(shù)字化時代的金鑰匙。
3.1 第一代移動通信技術(shù)(1G)
第一代移動通信技術(shù)(1G)是指最初的模擬、僅限語音的蜂窩電話標準,制定于上世紀80年代。Nordic移動電話(NMT)就是這樣一種標準,應用于Nordic國家、東歐以及俄羅斯。其它還包括美國的高級移動電話系統(tǒng)(AMPS),英國的總訪問通信系統(tǒng)(TACS)以及日本的JTAGS,西德的 C-Netz,法國的Radiocom 2000和意大利的RTMI。模擬蜂窩服務在許多地方正被逐步淘汰。
第一代移動通信主要采用的是模擬技術(shù)和頻分多址(FDMA)技術(shù)。由于受到傳輸帶寬的限制,不能進行移動通信的長途漫游,只能是一種區(qū)域性的移動通信系統(tǒng)。第一代移動通信有多種制式,我國主要采用的是TACS。第一代移動通信有很多不足之處,如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通話質(zhì)量不高、不能提供數(shù)據(jù)業(yè)務和不能提供自動漫游等。
3.2 第二代移動通信技術(shù)(2G)
第一代移動通信技術(shù)模擬移動通信具有很多不足之處,比如容量有限;制式太多、互不兼容、不能提供自動漫游;很難實現(xiàn)保密;通話質(zhì)量一般;不能提供數(shù)據(jù)業(yè)務等。第二代數(shù)字移動通信克服了模擬移動通信系統(tǒng)的弱點,話音質(zhì)量、保密性得到了很大提高,并可進行省內(nèi)、省際自動漫游。
第二代移動通信系統(tǒng)引入數(shù)字無線電技術(shù)組成的數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng),提供更高的網(wǎng)絡容量,改善了話音質(zhì)量和保密性,并為用戶提供無縫的國際漫游。當今世界市場的第二代數(shù)字無線標準,包括GSM、D-AMPS。PDC(日本數(shù)字蜂窩系統(tǒng))和IS-95CDMA等,均仍然是窄帶系統(tǒng)?,F(xiàn)有的移動通信網(wǎng)絡主要以第二代的GSM和CDMA為主,采用GSM GPRS、CDMA的IS-95B技術(shù),數(shù)據(jù)提供能力可達115.2kbit/s,全球移動通信系統(tǒng)(GSM)采用增強型數(shù)據(jù)速率(EDGE)技術(shù),速率可達384kbit/s。
3.3 第三代移動通信技術(shù)(3G)
由于第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng)帶寬有限,限制了數(shù)據(jù)業(yè)務的應用,也無法實現(xiàn)移動的多媒體業(yè)務。同時,由于各國第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng)標準不統(tǒng)一,因而無法進行全球漫游。比如,采用日本的PHS系統(tǒng)的手機用戶,只有在日本國內(nèi)使用,而中國GSM手機用戶到美國旅行時,手機就無法使用了。
第三代移動通信,簡單地說就是提供覆蓋全球的寬帶多媒體服務的新一代移動通信。與第一代模擬移動通信和第二代數(shù)字移動通信相比,第三代移動通信是覆蓋全球的多媒體移動通信。它的主要的特點之一是可實現(xiàn)全球漫游,使任意時間、任意地點、任意人之間的交流成為可能。也就是說,每個用戶都有一個個人通信號碼,帶著手機,走到世界任何一個國家,人們都可以找到你,而反過來,你走到世界任何一個地方,都可以很方便地與國內(nèi)用戶或他國用戶通信,與在國內(nèi)通信時毫無分別。能夠?qū)崿F(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸和寬帶多媒體服務是第三代移動通信的另一個主要特點。這就是說,用第三代手機除了可以進行普通的尋呼和通話外,還可以上網(wǎng)讀報紙,查信息、下載文件和圖片;由于帶寬的提高,第三代移動通信系統(tǒng)還可以傳輸圖象,提供可視電話業(yè)務。
3G業(yè)務可以分為基本業(yè)務和新興業(yè)務?;緲I(yè)務一般有短消息業(yè)務,WAP業(yè)務,多媒體消息業(yè)務,定位服務業(yè)務,OTA下載業(yè)務。短信業(yè)務是3G系統(tǒng)的業(yè)務平臺提供的一種數(shù)據(jù)業(yè)務,它為移動終端提供收發(fā)一定大小的文本和數(shù)據(jù)的業(yè)務,并利用SMSC(短信業(yè)務中心)為短信提供“存儲轉(zhuǎn)發(fā)”的功能。WAP業(yè)務是移動數(shù)據(jù)業(yè)務和internet融合的基本業(yè)務,用戶通過手機和其他無線終端的瀏覽器查看從服務器收到的信息,室移動終端持有者可以像internet用戶一樣,訪問internet內(nèi)容和其他數(shù)據(jù)服務。具體有可以分為PULL業(yè)務和PUSH業(yè)務兩種類型。
4 安全機制
4.1 通信安全
通信安全不同于信息安全,它是建立在信號層面的安全,不涉及具體的數(shù)據(jù)信息內(nèi)容。通信安全是信息安全的基礎,為信息的正確,可靠傳輸提供了物理保障。安全通信具有以下兩個特點:
保密性。
保密性是指確保數(shù)據(jù)處于私有和保密狀態(tài),并且不會被可能使用網(wǎng)絡監(jiān)控軟件的竊聽者查看到。通常借助加密來達到保密目的。
完整性。
安全的通信通道還必須能確保數(shù)據(jù)受到保護,以防止數(shù)據(jù)在傳輸過程中遭到意外或蓄意(惡意)的修改。完整性通常是通過使用“消息身份驗證代碼”(Message Authentication Code, MAC) 實現(xiàn)的。
4.2 安全措施[3-4]
(1) 對于通過 Internet 和公司 Intranet 傳遞的數(shù)據(jù)來說,首先要確保通道的安全。
(2) 做好 Web 瀏覽器到 Web 服務器、Web 服務器到應用程序服務器以及應用程序服務器到數(shù)據(jù)庫服務器等鏈接的安全要求。
(3)務必使安全通信提供保密性和完整性。它無法防止不可否認性(這需要客戶端證書)。
(4) 正確選擇加密。通道安全選項包括 SSL、IPSec 和 RPC 加密。例如,當您的應用程序使用 DCOM 與遠程服務組件通信時,適合使用最后一個選項。
(5) 如果您使用 SSL 與 SQL Server 通信,應用程序應選擇(基于每個連接)對連接加密。
(6) 使用IPSec 對兩臺計算機之間的所有 IP 通信都進行加密。
(7) 正確合理選擇傳輸協(xié)議、操作系統(tǒng)版本和網(wǎng)絡注意事項(包括防火墻)。
(8) 在安全通信與性能之間始終存在一種此消彼長的關(guān)系。請選擇適合您的應用程序要求的安全級別。
5 展望
科學是人類進步的第一推動力,通信從1G發(fā)展到2G,從2G發(fā)展到3G,已經(jīng)經(jīng)歷了3代產(chǎn)品的發(fā)展。展望通信業(yè)的未來,我們期待著第4代數(shù)字移動通信系統(tǒng)4G的實現(xiàn)。
4G(第四代移動通信技術(shù))的概念可稱為寬帶接入和分布網(wǎng)絡,具有非對稱的超過2Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸能力。它包括寬帶無線固定接入、寬帶無線局域網(wǎng)、移動寬帶系統(tǒng)和交互式廣播網(wǎng)絡。 第四代移動通信標準比第三代標準具有更多的功能。第四代移動通信可以在不同的固定、無線平臺和跨越不同的頻帶的網(wǎng)絡中提供無線服務,可以在任何地方用寬帶接入互聯(lián)網(wǎng)(包括衛(wèi)星通信和平流層通信),能夠提供定位定時、數(shù)據(jù)采集、遠程控制等綜合功能。此外,第四代移動通信系統(tǒng)是集成多功能的寬帶移動通信系統(tǒng),是寬帶接入IP系統(tǒng)。
目前,發(fā)達國家已經(jīng)著手研制第四代移動通信的標準和產(chǎn)品。美國AT&T公司已經(jīng)在實驗室中研究第四代移動通信技術(shù),其目的是提高蜂窩電話和其他移動設備訪問互聯(lián)網(wǎng)的速率。相信不久的將來,通信行業(yè)不僅可以將上網(wǎng)速度提高到超過3G技術(shù)的50倍,而且屆時人類將首次實現(xiàn)三維圖像的高質(zhì)量傳輸。
參考文獻
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[3] 通信建設安全生產(chǎn)管理的方法和措施探討 作者:馬巍 學術(shù)期刊 中國工程咨詢CHINESE CONSULTING ENGINEERS 2008年第7期
關(guān)鍵詞:電力工程;光纖通信;通信線路;安全評估
中圖分類號:TIV915 文獻標識碼:A 文章編號:1009-2374(2012)07-0116-03
一、概述
隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展,電力系統(tǒng)逐漸成為國家經(jīng)濟發(fā)展的命脈之一,而電力通信系統(tǒng)對于電力系統(tǒng)的正常穩(wěn)定工作有著非常重要的影響。目前應用在電力系統(tǒng)中的電力通信系統(tǒng)主要包含載波通信、微波通信、衛(wèi)星通信、移動通信和光纖通信等幾種方式,其中光纖通信由于低廉的成本、穩(wěn)定可靠的通信質(zhì)量而受到廣大用戶的熱捧。但是另一方面,光纖通信的質(zhì)量直接決定了電力系統(tǒng)的工作可靠性,因此,必須要對電力系統(tǒng)中的光纖通信系統(tǒng)進行研究。
本論文主要結(jié)合電力光纖通信線路的安全性進行分析研究,以期能夠從中找到電力系統(tǒng)光纖通信線路的安全性評估方式與方法,從而能夠為進一步提高電力系統(tǒng)中的光纖通信線路穩(wěn)定性和可靠性提供技術(shù)基礎,并以此和廣大同行分享。
二、電力光纖通信線路安全性
電力通信專網(wǎng)最重要的特點就是可靠性和實時性,一旦發(fā)生故障所引發(fā)的不僅是經(jīng)濟上的損失,更重要的是對電網(wǎng)安全產(chǎn)生了潛在的威脅,直接影響著電網(wǎng)運行的安危,造成的影響和損失將十分巨大。所以,加強對電力通信網(wǎng)的安全性評估研究是一項非常迫切的任務,對于進一步提高電網(wǎng)運營效率,對于電力市場改革的成功與否,對于發(fā)揮國家電網(wǎng)公司在資源優(yōu)化配置和電力市場建設方面,具有十分重要的意義。因此,電力光纖線纜應該盡量避免發(fā)生故障,這就要求盡可能提高光纖通信線路的安全性。
一般說來,電力通信光纖的安全性主要是指光纖在工作過程中發(fā)生故障、損毀的概率,假如說電力光纖信號傳輸質(zhì)量好、發(fā)生故障損毀的概率低,那么就可以理解為光纖安全性好。通常來說,對于電力系統(tǒng)的通信光纖,其工作故障通??梢苑譃橥庠谝蛩睾蛢?nèi)在因素兩大類,下面逐一分析說明。
(一)外在因素
外在因素主要是指一些不可抗拒的因素所造成的光纖傳輸?shù)墓收吓c損壞,例如雷擊、地震、火災等等,這些自然災害屬于不可控因素;當然,也有一些可控的但是不可抗拒的因素也會導致光纖傳輸?shù)陌c瘓,例如灰塵或者濕氣過大,也會給電力通信網(wǎng)絡帶來安全隱患。
(二)內(nèi)在因素
對于光纖傳輸線路的內(nèi)在因素而言,主要是指對光纖線路的維護管理,以及對光纖傳輸網(wǎng)絡的管理等,這些是由于人為的操作或者管理而給光纖通信線路帶來故障隱患,因此,在對光纖通信線路進行日常維護過程中,應該加強對網(wǎng)絡擁塞及光纖通信線路故障的排查,提高光纖通信線路的通暢性與安全性。
三、電力光纖通信線路安全性維護探討
(一)電力光纖通信常見故障測試分析
對于電力光纖通信線路而言,其線路安全性是與故障成反比的,因此,要保障電力通信光纖的安全穩(wěn)定可靠工作,就必須對電力通信光纖進行狀態(tài)監(jiān)測,對常見的故障進行排除,以提高電力通信光纖的安全性。由于電力通信光纖電纜是特種光纖線纜,不同于一般的光學電纜,因此對于電力通信光纖線路的故障診斷,必須要借助于專業(yè)的光纖故障診斷設備進行安全性分析和測試。下面對電力通信光纖常見的故障測試手段與方法進行分析,以提高電力通信光纖工作的安全性。
對電力通信光纖的安全性故障測試,與傳統(tǒng)光纜測試不同,其不同之處在于PON光纜網(wǎng)絡是一點對多點的通信連接,由于引入大分光比的分光器,分光器后面會有多條光纜,從而帶來測試的復雜性。由于PON網(wǎng)絡涉及分光器和后面大量的光纜,不適宜采用備纖測試,只能采用波分復用技術(shù)。加入波分設備(WDM),利用與PON業(yè)務波長不同的1650nm波長進行測試,在接收端使用濾波器把測試波長濾除,消除測試光對ONU(Optical Network Unit)的影響。測試時1650nm測試光和業(yè)務光通過合波后經(jīng)過OLT(Optical Line Terminal)側(cè)光纜,到分光器件,再分到每個ONU段光纜。測試光在OLT至分光器段的光反射是單條光纜的反射信號,而分光器至ONU是將所有ONU光纜上的1650nm反射光傳送回來,經(jīng)過分光器聚合疊加后的反射信號送至OTDR進行分析,每段光纜的特征信號是疊加總信號中,加上測試光經(jīng)過分光器衰減后信號本身損耗較大,反射的信號也不強。為此加入特別設計的強反射器單元,以增加每段ONU光纜在最末端的反射光能量。除增強ONU末端光纜強反射外,監(jiān)測站(RTU)采用針對PON的OT-DR測試信號分析算法,以及配置專用的OTDR模塊,能分辨出長度差異在2m內(nèi)的多條ONU光纜特征。即使采用164分光器,每段ONU光纜的末端反射信號都能被分辨出來。當其中一個ONU光纜中斷,相應的強反射峰會消失,借助這個強反射峰的消失,系統(tǒng)可以準確判斷出對應光纜產(chǎn)生中斷故障。在線方式充分利用現(xiàn)有PON網(wǎng)絡現(xiàn)有的分光器件和在用纖芯,不需要額外占用纖芯、安裝分光器和進行工程跳纖,能保證100%測試出電力通信光纖中的纖芯情況,且不影響現(xiàn)有的電力通信業(yè)務。
(二)電力光纖通信線路的安全性評價及應用措施
1.進一步完善電力通信光纖線路安全性評估方法。過去對于電力通信光纖的安全性評估方法,主要是采用安全檢查表法、專家評議法、預先危險分析法、故障假設分析法等幾種傳統(tǒng)的安全評估方法,這些方法在實際操作起來工作量大,且評估結(jié)構(gòu)的可信性受操作人員的知識水平和經(jīng)驗影響,尤其是像專家評議法這樣的評估方法,完全取決于專家的個人經(jīng)驗和專業(yè)知識,可信性無法得到保證。
借鑒國外的經(jīng)驗,這里提出以故障樹分析法作為電力通信光纖安全評估的方法。故障樹分析法(Fault Tree Analysis,縮寫FTA)采用邏輯方法,將事故因果關(guān)系形象的描述為一種有方向的“樹”:把系統(tǒng)可能發(fā)生或已發(fā)生的事故(稱為頂事件)作為分析起點,將導致事故原因的事件按因果邏輯關(guān)系逐層列出,用樹性圖表示出來,構(gòu)成一種邏輯模型,然后定性或定量的分析事件發(fā)生的各種可能途徑及發(fā)生的概率,找出避免事故發(fā)生的各種方案并優(yōu)選出最佳安全對策。FTA法形象、清晰,邏輯性強,它能對電力通信系統(tǒng)的光纖危險性進行識別評價,既適用于定性分析,又能進行定量分析。
在利用故障樹分析法對電力通信光纖線路進行安全性評估時,具體操作步驟如下:
(1)首先要詳細了解要分析的對象,包括光纖常見的故障類型,故障原因,環(huán)境狀況及控制系統(tǒng)和安全裝置等。
(2)通過實驗分析、事故分析以及故障類型和影響分析確定頂上事件,明確光纖系統(tǒng)的邊界、分析深度、初始條件、前提條件和不考慮條件。
(3)確定光纖系統(tǒng)事故發(fā)生概率、事故損失的安全目標值。
(4)調(diào)查原因事件,也就是找出系統(tǒng)的所有潛在危險因素的薄弱環(huán)節(jié),包括光纖線路的硬件故障、軟件故障、人為差錯及環(huán)境因素。
(5)確定不予考慮的事件,尋找故障樹的頂事件,確定定量分析的深度,并編制事故樹。
(6)當事故發(fā)生概率超過預定目標值時,通過重要度分析確定采取對策措施的重點和先后順序,找出消除故障的措施方法,從而得出光纖線路安全性分析、評價的結(jié)論。
2.進一步提升電力通信光纖線路安全性的幾點建議。
(1)制定定期維護和狀態(tài)檢修機制。由于電力通信光纖線路結(jié)構(gòu)都較為復雜,因此對于電力光纖的維護,不能采用故障維修的模式,這樣會大大減少設備的光纖壽命,可以借鑒大型生產(chǎn)設備的維護模式,采用定位維護和狀態(tài)檢修相結(jié)合的方式。定期對電力通信光纖進行維護,根據(jù)定期維護的檢測結(jié)果對設備的狀態(tài)進行診斷,對設備進行狀態(tài)檢修,從而可以將設備故障消滅在萌芽中,提高電力通信光纖的安全性和可靠性。
(2)定期進行性能測試。正如上文分析的那樣,可以定期對電力通信光纖進行性能測試,選取幾個合理的性能指標,通過觀測和記錄性能指標來對光纖進行安全性的評估,從而為故障診斷提供基礎性數(shù)據(jù)和決策依據(jù)。
(3)加快人才隊伍建設。電力通信光纖是一個新發(fā)展起來的網(wǎng)絡應用領域,其安全性運行維護需要專業(yè)的技術(shù)隊伍,傳統(tǒng)的網(wǎng)絡設備技術(shù)人員未必能夠適應光傳輸網(wǎng)絡設備的維護,因此需要加快人才隊伍的建設,構(gòu)建一支專業(yè)的電力通信光纖的安全維護隊伍,從而提高光纖運行的可靠性和安全性。
四、結(jié)語
隨著電力通信系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大,電力通信網(wǎng)絡的安全性逐漸被提上了舉足輕重的地位,其安全穩(wěn)定運行對于整個電力系統(tǒng)的工作都有著非常重要的影響。本論文就重點結(jié)合電力光纖通信線路的安全性,對電力光纖線纜的故障診斷、測試及安全性維護做了全面的分析討論,對于提高電力通信光纖電纜的故障診斷水平和安全性維護應用水平具有較好的理論指導和實踐應用的意義,因而是值得推廣應用的。
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