otn傳輸技術論文精選(九篇)

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第1篇：otn傳輸技術論文范文

【摘要】本文結合工程實踐經驗,介紹了光通信傳輸網絡四種不同的技術(MSTP、SDH+ATM、otn、RPR),綜合比較其優劣及應用,對油氣田和長輸管線上光通信系統建設傳輸制式的選擇提出一些建議,供大家參考。

【關鍵詞】MSTP多業務傳送節點SDH同步數字體系ATM異步轉移模式OTN開放式通信網絡RPR彈性分組環

一、光通信傳輸網絡四種不同技術的比較分析

1.業務承載能力

(1)OTN技術

采用基于TDM體制的復用技術,每路信號占用在時間上固定的比特位組,信道通過位置進行標識,有獨特的幀結構,可區分不同等級速率,并能在同一網絡中綜合不同的網絡傳輸協議,對實時性業務及非實時性業務都能提供相應承載,實現了從窄帶到寬帶的綜合業務傳輸。

傳輸設備可以直接提供工業標準的通信協議接口,而不需借助接入設備。

各種通信業務應用可直接接入OTN,無需接入設備,可以支持語音。圖像信號的多點廣播,采用數字圖像壓縮(M-JPEG和H.264)和圖像矩陣交換技術。

OTN設備簡單、組網靈活、集中維護方便,國內外地鐵工程中應用廣泛,其不足是設備獨家生產,售后服務對原設備廠商依賴大,兼容性差,與非OTN網絡連接能力較弱。

(2)ATM技術

ATM雖然可以承載實時性業務中的時分復用業務,但每一個節點的延時都要大于SDH傳輸制式,特別是故障時系統切換時間較SDH傳輸制式長(有時甚至以秒計),所以ATM技術一般不用于時分復用業務的承載。另外,ATM沒有低速率接口,需增加接入設備,設備價格高且協議復雜。對于視頻業務,由于其具有很高的突發度,而ATM恰恰能夠很好地支持具有突發性的可變比特率業務,并且其固有的設計已經充分考慮了業務QOS(服務質量)問題,因此可以實現承載。

然而對于非實時性業務的傳輸,ATM存在帶寬利用率較低的問題,且沒有音頻等低速接口,需設接入設備。

(3)SDH及基于SDH的多業務傳送平臺(MSTP)

SDH是最適合實時性業務中時分復用業務的承載技術,但無法解決實時性業務中視頻信號和實時性業務及非實時性業務中以太網的傳輸問題。SDH接口種類單一,僅具有PDH系列標準接口(E1/E3/STM-le)。傳輸窄帶業務(話音、數據、寬帶音頻)時,需增加接入設備(PCMD/l設備);無直接的視頻和LAN接口,需外部增加視頻CODEC和Ethernet路由器;對Ethernet業務,一般只提供ZMb/s的傳輸帶寬,存在性能瓶頸;對廣播音頻業務,僅提供3kHz的傳輸帶寬,難以滿足高保真的廣播效果;一般只提供點對點的通信信道,難以滿足大量共線式通信信道的要求。

同時SDH只能向用戶提供固定速率的信道,不能動態分配帶寬,不能進行統計復用,對總線型寬帶數據業務及圖像業務的支持困難。

MSTP克服了SDH設備中的一些不足,隨著技術不斷的發展成熟,越來越適合各種通業務的承載,但仍需增加接入設備。

(4)RPR

對于實時性時分復用業務,RPR技術雖然定義了協議,但需在實際中得到進一步驗證。

對于數據業務,RPR具備絕對的優勢,可根據用戶需求分配帶寬,支持空間復用技術和統計復用技術,在網絡正常運營的情況下,可使帶寬利用率相對SDH網絡提高3-4倍。RPR還可對數據業務進行優化,有效支持IP的突發特性。

對于有實時性要求的數據業務,RPR可以提供不同等級的服務和基于不同等級業務的環保護功能來保障數據業務的實時性,在保障實時性方面和故障倒換時間(16ms-50ms)上可與SDH技術媲美,而在帶寬利用率上比SDH傳輸數據業務大大提高。特別是它對視頻業務的承載,目前數據視頻監控市場的主流設備提供商,都將其系統構建在基于IP的MPEGZ編碼和壓縮技術,以及基于IP的視頻數據存儲、檢索和訪問控制技術上,這些系統所采用的攝像頭基本上都可以直接提供MPEGZ編碼及以太網數據端口,因此,由RPR技術來承載視頻監控系統,用戶數據能繼續保持以太網幀格式,省略復雜的映射過程,并對用戶分組進行嚴格的服務質量等級分類;并能提供嚴格的延時和抖動保障機制,視頻圖像清晰、畫面流暢,完全達到高速鐵路/公路監控圖像的要求。但業務接口同SDH、MSTP、ATM、IP一樣,必須借助于接入設備來提供低速數據接口。21寫作秘書網2.帶寬利用率

OTN:開銷<2%,帶寬利用率較高。

ATM:開銷約為12.8%,帶寬利用率低。

SDH:開銷占3.7%,但由于其需預留保護帶寬,帶寬利用率較低。

RPR:開銷占3.7%,同時采用統計空間復用技術,使帶寬利用率大大提高。

3.環網保護能力、可靠性

OTN:采用雙環設計網絡,具有自愈保護功能,并且保護倒換時間小于50ms。

ATM:主要進行VC保護。

SDH及MSTP的網絡:具有強大的保護恢復能力,并且保護倒換時間小于50ms。

RPR:網絡具有強大的保護恢復能力,并且保護倒換時間小于50ms。

4.成熟度及發展前景

OTN:國內軌道交通領域已得到較多運用,但油田和長輸管線比較少,作為西門子的專利技術比較成熟,在專網需求方面能夠予以專屬研發和更新,發展速度較快。

ATM:技術、設備復雜,隨著IP技術的發展,IP質量保證問題的解決,對ATM技術應用帶來較大沖擊,其發展前景不好。

SDH及MSTP:SDH技術很成熟,有著廣泛的應用基礎;MSTP是在SDH基礎上發展起來的,目前還在不斷完善,功能越來越強。

RPR:目前還未得到較大規模的應用,需在實踐中進行驗證,但其技術先進,發展前景好。

二、光通信傳輸網絡在油氣田和長輸管線上的應用

通過上述對比可以看出,四種技術各有優劣,應用在油氣田和長輸管道上,應綜合考慮工程實際,合理優化,選擇適合油氣田和長輸管道傳輸技術發展方向的技術或技術組合,極大地提高效率,降低成本。

因此油氣田和長輸管線光通信傳輸網制式上的選擇可以是一個制式獨立組網,也可以是多種制式混和組網,應根據項業務量和業務種類來確定采用何種技術;一個制式單獨組網可以選擇OTN,也可以選擇MSTP;但由于目前MSTP技術對數據業務解決還存在一定局限性,可以采用MSTP與RPR或IP混合組網,由MSTP承載語音業務及低速數據業務,由RPR或IP來承載視頻和數據業務。

第2篇：otn傳輸技術論文范文

關鍵詞：OTN技術移動城域網應用

中圖分類號：TP393.4文獻標識碼： A文章編號：

引言

隨著3G網絡的發展以及全業務競爭的加劇，中國移動的業務類型呈現多元化、帶寬需求呈現爆炸式增長，可以說電信行業的超帶寬時代即將來臨。面對大顆粒的帶寬需求，傳統的城域傳送網技術很難滿足業務的發展需求，因此組建一種可以實現快速靈活的業務調度、完善便捷的網絡維護管理(OAM功能)的傳送網絡就顯得尤為必要，而作為新一代傳送網的OTN技術則很好的滿足了這一需求。

1.OTN技術的優勢

1.1多種客戶信號封裝和透明傳輸

OTN可以支持多種客戶信號的透明傳送，如SDH、GE和10GE等。OTN定義的OPUk容器傳送客戶信號時不更改其凈荷和開銷信息，而其采用的異步映射模式保證了客戶信號定時信息的透明。

10GE接口相對于10G POS接口具有很大的成本優勢，路由器采用10GE接口可以大大降低網絡建設成本。而目前基于SDH的WDM系統主要是針對SDH信號的傳送，無法實現對10GE LAN信號的透明傳送。因此，WDM系統引入OTN接口是路由器采用10GE接口的前提條件。

1.2大顆粒調度和保護恢復

OTN技術提供3種交叉顆粒，即ODU1（2.5 Gbit/s）、ODU2（10 Gbit/s）和ODU3（40 Gbit/s）。高速率的交叉顆粒具有更高的交叉效率，使得設備更容易實現大的交叉連接能力，降低設備成本。經過測算，基于OTN交叉設備的網絡投資將低于基于SDH交叉設備的網絡投資。在OTN大容量交叉的基礎上，通過引入ASON智能控制平面，可以提高光傳送網的保護恢復能力，改善網絡調度能力。

1.3完善的性能和故障監測能力

目前基于SDH的WDM系統只能依賴SDH的B1和J0進行分段的性能和故障監測。當一條業務通道跨越多個WDM系統時，無法實現端到端的性能和故障監測，以及快速的故障定位。

而OTN引入了豐富的開銷，具備完善的性能和故障監測機制。OTUk層的段監測字節（SM）可以對電再生段進行性能和故障監測；ODUk層的通道監測字節（PM）可以對端到端的波長通道進行性能和故障監測。從而使WDM系統具備類似SDH的性能和故障監測能力。

OTN還可以提供6級連接監視功能（TCM），對于多運營商/多設備商/多子網環境，可以實現分級和分段管理。適當配置各級TCM，可以為端到端通道的性能和故障監測提供有效的監視手段，實現故障的快速定位。

因此在WDM系統中引入OTN接口，可以實現對波長通道端到端的性能和故障監測，而不需要依賴于所承載的業務信號（SDH/10GE等）的OAM機制。從而使基于OTN的WDM網絡成為一個具備OAM功能的獨立傳送網。

1.4FEC能力

G.709為OTN幀結構定義了標準的帶外FEC糾錯算法，FEC校驗字節長達4×256字節，使用RS（255,239）算法，可以帶來最大6.2 dB（BER＝10-15）編碼增益，降低OSNR容限，延長電中繼距離，減少系統站點個數，降低建網成本。G.975.1定義了非標準FEC，進一步提高了編碼增益，實現更長距離的傳送，但是因為多種編碼方式不能兼容，不利于不同廠家設備的對接，通常只能應用于IaDI接口互聯。

2. OTN技術的發展

與傳統的SDH和WDM設備相比，目前OTN產品功耗較大，主要應用在本地網和城域網的核心匯聚層、省內干線網，以ODUk調度為主。隨著集成技術的發展，OTN電交叉連接設備將向以下幾個方向發展：

2.1向更大容量發展，滿足網絡流量持續高速增長的需求。

2.2 向小型化和集成化方向發展，滿足網絡邊緣層網絡應用的需求。

2.3向網絡智能化方向發展，基于OTN的智能控制技術已經產品化，隨著智能控制技術和輔助規劃優化工具的功能完善，將引導OTN網絡向智能化方向發展。

2.4向高度融合的多業務統一交換和承載方向發展

統一交換矩陣技術和產品發展很快，促進了包交換和ODUk交叉融合，將產生OTN和MPLS-TP融合設備，業內稱之為P-OTN或E-OTN設備，它將是現有分組設備的發展方向，滿足LTE環境下的業務和匯聚功能，實現多業務接入和傳送能力。

2.5 向光層組網應用發展

OTN向光層組網應用發展的限制不在光交叉連接設備本身，而在于基于全光組網下的與光網絡性能和穩定性相關的智能控制技術和網絡損傷管理技術。ITU-T、IETF等國際標準化組織以及中國標準化協會都在展開對波長交換光網絡(WSON)技術的研究。

3.OTN在城域網中的應用

根據以上分析，OTN在城域網中的應用將主要以結合城域WDM的方式出現。OTN定位于提供GE及以上速率大顆粒業務的承載。因此，討論OTN在城域骨干/匯聚和接入層的應用方式，并對ODUflex的應用進行探討就顯得十分重要。

在城域骨干/匯聚層，當城域網內不同區域之間或接入長途網絡的GE及以上大顆粒業務需求達到一定規模，且具有調度、匯聚和保護恢復等需求時，可在城域網的核心/匯聚層部署OTN/WDM網絡。OTN網絡的應用主要存在以下兩種場景：承載GE顆粒及以上的TDM和以太網專線業務。客戶設備可以直接接入OTN網絡，也可以通過接入/匯聚層SDH/PTN網絡與OTN網絡連接；作為IP、SDH和PTN等上層網絡的承載網絡，當SDH/PTN等網絡中存在GE以上的子波長級中繼電路需求時，可以將其接入到OTN網絡中，由其實現調度和保護，達到節省光纖或波道資源的目的。

OTN最新引入的ODUflex技術類似于SDH中的VC級聯技術，可以在同一個ODUk（k=2、3、4）內提供靈活的業務接入能力，實現對業務帶寬的靈活適配，提高帶寬利用率，滿足用戶的不同帶寬需求。特別針對一些新業務如FC、CPRI等有更好的適配能力。

在城域接入層，接入層靠近網絡末端，因此成本是技術方案選擇的一個重要因素。在接入層應用的OTN設備主要以盒式設備的形態出現，并結合CWDM進行應用。接入層OTN除了可以提供上述骨干/匯聚層的業務以外，目前考慮的兩個主要應用是CPRIoverOTN和PONoverOTN。

在3G網絡的建設中，網絡覆蓋效果的好壞至關重要。傳統的采用宏基站設備作為主要覆蓋的建網方式，其主要問題是運營商在機房和線路的租用方面不得不花費大量時間和費用。新型的網絡覆蓋理念的核心思想就是把傳統的宏基站的基帶處理（BBU）和射頻部分（RRU）分離，分成基帶處理和射頻拉遠兩個設備，在兩者之間采用光纖連接。一個BBU可連接多個RRU，從而進一步提高基帶池共享效率。分布式基站可實現更大容量BBU集中放置，更大程度節省站址資源。而公共無線接口規范CPRI是由愛立信、華為、NEC、北電網絡與西門子等公司發起制定的連接BBU和RRU的標準接口。CPRI接口可以用于多種3G制式以及未來的LTE。

目前，光纖直驅和WDM/OTN技術都可以滿足CPRI的傳輸要求。利用OTN承載CPRI接口信號可以提高光纖的帶寬利用率，支持更長距離的傳送，提供完善的保護能力和豐富的光層管理，支持任意拓撲組網，簡化運維管理，擴容簡單，可提高無線新業務的推出速度。利用OTN承載PON的好處與上述CPRIoverOTN類似，主要是延長PON的傳輸距離，并可提供保護。ITU-T最新通過的G.709標準已經對OTN傳送CPRI和GPON信號的映射方式進行了規范。

4.結束語

目前，國內外主流運營商都非常關注OTN技術的發展和應用，多數運營商的WDM傳輸接口已經實現OTN功能。因此，為了滿足日益增長的IP業務的承載需求，適應傳送網技術的發展趨勢，我國通信行業應增加OTN技術的研發投入，加快OTN設備的研發、標準化和推廣應用。

參考文獻

1.李曉強;楊志清;;OTN技術及其在海光纜通信網中的應用[A];第二屆全國海底光纜通信技術研討會論文集[C];2009年.

2.郝靜;OTN承載40Gb/s以太網的關鍵技術研究與實現[D];武漢郵電科學研究院;2011年.

第3篇：otn傳輸技術論文范文

論文摘要:當前信息容量日益劇增，為提高信息的傳輸速度和容量，光纖通信被廣泛的應用于信息化的發展。城域傳送網傳作為承載城域范圍內的固定、移動和數據等多種業務的基礎傳送網絡,在整個光網絡中占有不可替代的地位。本文介紹了城域傳送網的特點，對主要技術進行了分析，最后探討了其發展趨勢。

1引言

城域傳送網是覆蓋城區、郊區或者部分規模較小的市縣，為城域多業務提供綜合傳送平臺的網絡，是承載城域范圍內的固定、移動和數據等多種業務的基礎傳送網絡，它一般以多業務光傳送網絡為基礎、以多種接入技術為輔，為多種業務和通信協議提供綜合傳送承載平臺。城域傳送網向上與省際和省內干線相連，向下負責綜合業務引入，完成集團用戶、商用大樓、智能小區的業務接入和電路出租的任務。

2城域傳送網的特點

城域傳送網是非常復雜的網絡，每個城市和每個城市都因現狀不同而有所不同，從網絡分層結構來說，城域傳送網一般分為核心傳送層、匯聚層和接入層。對于網絡規模較小的城市，可根據實際情況簡化網絡層次。下面從通用角度分析城域傳送網的特點。

多業務。城域傳送網需要同時支持多種業務，單一平臺支持多種協議和處理混合業務的特征是城域光傳送網絡獲得足夠競爭優勢的關鍵因素，也是最重要的特點。多業務支持是城域光傳送網絡的基石，可為運營商帶來許多競爭優勢，如后向兼容性(如SDHoverWDM)、成本顯著降低(減少了網絡分層和設備)、網絡管理簡化和配置工作量減少等。

安全可命性和可增位性。城域傳送網涉及到大量的客戶和服務，網絡的安全可靠性直接影響到客戶，傳送網應支持網絡節點的備份和線路保護，提供網絡安全措施，同時多種生存性有利于運營商向用戶提供更好的業務定義。同時城域傳送網應當要充分考慮業務擴展能力，能針對不同的用戶需求提供豐富的寬帶增值業務，使網絡可持續贏利。

動態性。與骨干傳送網相比，城域傳送網的動態性較強，多種數據業務的動態性和不可預見性使得城域傳送網的相關需求加強，目前的發展趨勢是越來越多的客戶需要帶寬更靈活的業務。他們需要快速的業務配置、更短期的、可靈活增加的服務合同和基于QoS的價格，將來還可能出現對帶寬按需分配等新業務的需求。

網絡擴展性。由于受用戶需求和地理分布動態變化的影響，城域的數據業務具有多變性，城域傳送網要建設成完整統

一、組網靈活、易擴充的彈性網絡平臺，留有充分的擴充余地，能夠隨著需求變化，可允許運營商不斷地按照業務需求增加帶寬，而不需要進行網絡整體升級。

3城域網中的相關技術分析

SDH多業務傳送平臺。SDH多業務傳送平臺(MSTP)是目前廣泛應用的產品。為了適應城域網多業務的需求，SDH從單純支持2Mb/s,155Mb/s等話音業務接口向支持以太網和ATM等多業務接口演進，將多種不同業務通過YC或VC級聯方式映射入SDH時隙進行處理。SDH多業務平臺將傳送節點與各種業務節點融合在一起，各廠商只是融合程度不同。

MSTP的出發點是將2層或3層的功能作為SDH附加功能來完成的，其對2層或ATM層的處理都是與SDH處理相分離的，但都可以映射到SDH的VC時隙進行重組。從功能上看，MSTP除了具有SDH功能外，還具有2層、MAC層和ATM功能。

MSTP比較適合于已經敷設大量SDH網的運營公司，它可以方便有效地支持分組數據業務，實現從電路交換網到分組網的過渡，適合支持混合型業務特別是以TDM業務為主的混合型業務，同時可以保證網絡管理的統一性。

彈性分組環技術。正在由IEEE802.17工作組制定的彈性分組環(RPR)技術，吸收了吉比特以太網的經濟性、SDH系統50ms環保護特性。RPR采用類似以太網的幀格式，結合絲絲標記，基于MAC高速交換，簡化IP前傳。RPR技術可以支持更細的帶寬粒度，網絡成本較低，可以承載具有突發性的IP業務，同時支持傳統語音傳送，有比較好的帶寬公平機制和擁塞控制機制。RPR環是在整個環上實現公平機制而不是在單獨鏈路上，容易實行全局的公平機制。服務供應商可以利用源節點發送數據包的速率來控制上游節點和下游節點的速率。帶寬策略允許在無擁塞的情況下，把環上任意兩個節點之間所有的帶寬分配給這兩個節點，沒有SDH那種固定電路系統的不靈活性，同時又比點到點的以太網更加有效。

目前RPR標準尚未完成，其中的一個重要問題是對時鐘的透明傳輸，RPR同步機制與SDH不同，必須確保TDM時鐘可以透明傳輸到對端。第二個挑戰來自RPR定義的是一個環網結構下的技術，無法工作在復雜的網絡環境下(甚至是環間互聯)，而實際的城域網絡環境則是十分復雜的。

RPR技術適合于以數據業務為主、TDM業務為輔的網絡，其應用范圍將逐漸擴大，適合于新建網絡。

城域WDM光網絡。WDM技術不僅提高了光纖利用率，而且在業務信號復雜多變的城域網中對信號具有透明性，它可以對從不同設備出來的信號不進行速率和幀結構調整，直接進行透明傳輸。這可給用戶、特別是租用波長的用戶以最大的靈活性。同時，不同波長間的信號互不干涉，每個波長都可以自己靈活上下。WDM技術主要應用于城域骨干網。

城域OADM環網可以承載大量客戶的多種協議和多種速率的業務，每個波長承載一種業務的方式將很快耗盡波長，為提高每個波長的帶寬利用率，應盡量避免低速率業務單獨占用一個光波長通道。一種新興的經濟有效的方法是將多個低速率客戶信號復用到一個波長信道中，該技術被稱為子波長復用，從而實現了每個波長攜帶多種業務。這種子波長復用器降低了城域網WDM系統的應用門檻，可以直接容納低速率信號，給組網帶來了靈活性。WDM環網解決了兩個重要問題:光纖短缺和多業務的透明傳輸。成本是限制其應用的重要因素，目前它主要用來保護那些SDH還無法保護的業務，如ESCON,FiberChannel等。

在目前的光網絡中，數據業務的提供需要經過4層處理:首先將業務映射進IP包，并以ATM信元封裝，然后將ATM信元映射進SDH幀，最后轉換為光信號在光網絡上傳送(采用WDM/DWDM方式)。隨著IP業務的飛速發展，這種結構的缺點日益暴露.人們開始研究將ATM層和SDH層從4層結構中剝離出去，將其功能融合到IP/MPLS層和WDM/OTN(光傳送網)層中，將IP業務直接在WDM光路上傳送(即IPoverOptical，目前主要為IPoverWDM/DWDM)。在傳統的光網絡中引入信令控制和動態交換功能，將IP層和光網絡層置于同一控制平面下，對光網絡實施配置連接管理，在此思想下，一種能夠自動完成網絡連接的新型網絡ASON(自動交換光網絡)應運而生。

自動交換光網絡。ASON是在IPoverDWDM基礎上發展起來的，底層仍為OTN，主要的不同就是在OTN上引入了控制平面。控制平面通過信令交換完成對傳送平面的動態控制。控制平面的引入帶來了以下好處:迅速實現業務提供，允許網絡資源動態分配路由和帶寬；容易管理，業務提供者無需為新的傳輸技術系統的配置管理而開發維護操作支持系統軟件;具有擴展的信令能力，增加了補充業務;在出現故障時可實現快速的保護與恢復，比通常的傳送網節省了冗余容量和資源;控制平面的協議比管理平面的協議有更豐富的原語組，可用于各種傳輸技術。

4通用標簽交換（GMPLS）技術

為了使MPLS適應時分復用、波分復用等不同的應用環境，以支持在電路交換網中建立連接，IETF對MPLS中標簽的概念和形式進行了相應的擴展，將時分系統和空間交換系統涵蓋了進來，推出了通用標簽交換--GMPLS。其具有許多新功能：

時隙、虛通道和波長等均可作為標簽。GMPLS所管理的對象不僅是分組，還可以是FR.ATM,SDH和WDM等，且這些設備上的接口還可以細分為PSC(分組交換功能)、TSC(TDM交換功能)、LSC(波長交換功能)和FSC(光纖交換功能)等多種類型。

可以為離散單位分配帶寬，因為時隙、波長和光纖等都是離散單位。

第4篇：otn傳輸技術論文范文

關鍵詞：光纖通信；理論教學；實驗教學

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）08-0167-03

當代信息高速公路的骨干網絡是由光纖通信網絡構成的，若沒有光纖的發明及相關有源和無源光纖器件的發明和發展，當今的高速信息網絡是無法想象的。但是當今信息產業的高速發展得益于微電子學、光電子學、計算機技術及通信工程等多門學科的快速發展及它們之間的交叉融合。因此，要想成為一名信息技術領域的電子信息工程師、計算機工程師或通信工程師，除了需要掌握本專業的課程知識以外，也應該熟悉現代信息技g的其他相關主要知識，比如光纖通信網絡及其相關器件等。本文從光纖通信技術的研究內容、應用及發展等方面說明其在電子信息工程專業教育中的重要性，并研討電子信息工程專業中的光纖通信課程的理論和實驗教學方法。

一、光纖通信技術簡介

1960年，美國人梅曼（Maiman）發明了第一臺紅寶石激光器[1]，給光通信帶來了新的希望。和普通光相比，激光具有波譜寬度窄，方向性極好，亮度極高，以及頻率和相位較一致的良好特性。激光是一種高度相干光，它的特性和無線電波相似，是一種理想的光載波。繼紅寶石激光器之后，氦―氖（He-Ne）激光器、二氧化碳（CO2）激光器先后出現，并投入實際應用。激光器的發明和應用，使沉睡了80年的光通信進入一個嶄新的階段。

1966年，英籍華裔學者高錕（C.K.Kao）和霍克哈姆（C.A.Hockham）發表了關于傳輸介質新概念的論文，指出了利用光纖（Optical Fiber）進行信息傳輸的可能性和技術途徑，奠定了現代光通信――光纖通信的基礎[2]。在以后的10年中，波長為1.55μm的光纖損耗：1979年是0.20 dB/km，1984年是0.157 dB/km，1986年是0.154 dB/km，接近了光纖最低損耗的理論極限。1970年，作為光纖通信用的光源也取得了實質性的進展。1977年，貝爾實驗室研制的半導體激光器壽命達到10萬小時（約11.4年），外推壽命達到100萬小時，完全滿足實用化的要求。由于光纖和半導體激光器的技術進步，使1970年成為光纖通信發展的一個重要里程碑之年。在今后的幾十年中，光纖通信網絡的逐步商用化帶動了相關信息產業鏈的蓬勃發展[3]。

由于在光纖通信系統中，作為載波的光波頻率比電波頻率高得多，而作為傳輸介質的光纖又比同軸電纜或波導管的損耗低得多[4]，因此相對于電纜通信或微波通信，光纖通信具有許多獨特的優點。綜上所述，可見光纖通信技術在現代信息產業技術中的重要地位，因此，光纖通信技術這門課程不僅是光學工程專業的基礎必修課程[5]，也應該作為電子信息工程專業的專業選修課程來開設。

二、光纖通信課程教學研究

（一）光纖通信課程的理論教學

電子信息工程專業的光纖通信課程的理論知識可以分為四個相互關聯的層次和內容，它們分別是：第一部分，光纖技術的基礎；第二部分，光纖通信器件技術基礎；第三部分，光纖通信系統和網絡；第四部分，光纖與光纖通信系統測量。這四個部分的關系層層遞進，逐漸深入。理論學時總共32學時。

第一部分，光纖技術的基礎。可以先講解光纖通信技術的一些概念性和歷史性的知識，比如：電信技術的發展，光通信的必要性及技術基礎，光纖通信技術的歷史、現狀與未來。此處，可詳細介紹人類對光通信探索的歷史及現代光纖通信技術從學術研究到商業應用的發展里程，并附帶介紹微波通信的發展里程，然后通過比較使用光波進行通信和使用微波進行通信的優缺點及使用光纖材料和使用同軸電纜進行通信的優缺點，讓學生了解光纖通信的巨大優勢。然后可以簡單介紹光纖傳輸的基礎理論――電磁場與電磁波理論中的一些基本概念和現象，重點介紹麥克斯韋方程。最后介紹光纖的模式理論、光纖的結構和類型、光纖的傳輸特性、光纖制造技術與光纜等知識。其中，光纖傳輸特性包括光纖的損耗特性和色散特性，這是該部分的重點知識。總之，筆者認為，第一部分內容的講解方法和手段是非常重要的，不宜講得深奧，而應該結合動畫或者視頻講解光纖的傳光原理，使學生易于接受，才能提高學生對這門課程的興趣，從而繼續學習往后部分的相對枯燥的知識。該部分學時安排為6H。

第二部分，光纖通信器件技術基礎。這部分講述光纖通信系統中的有源和無源光通信器件，這些器件是構成一個完成的光纖通信系統必不可少的部件，學好這部分內容有利于理解后面學習的光纖通信網絡的內容。這部分內容包括：基本光纖器件、光學濾波器、光纖放大器和半導體光電子器件。基本光纖器件包括分波/合波器、光纖活動連接器、光隔離器、環形器和衰減器等；光學濾波器的內容包括Fabry-Perot濾波器、介質膜濾波器、HiBi光纖Sagnac濾波器、Mach-Zender型濾波器、光纖光柵等；光纖放大器的內容包括：摻餌光纖放大器（EDFA）、光纖Raman放大器等。半導體光電子器件的內容包括：普通的半導體激光器（LD）和發光二極管（LED）、FP型雙異質結構激光器、動態單縱模激光器、半導體光放大器（OSA）、PN結光電二極管、PIN光電二極管、APD雪崩光電二極管等。對于每一個光纖器件，講解內容包括這些光纖器件的結構、工作原理、具體參數、應用場合等，應結合動畫或者視頻講解，甚至如果有條件的話，可以在課題上帶上一些體積很小的光纖器件實物給學生講解，比如光纖活動連接器、LD、LED、光纖光柵、PIN光電二極管價格便宜、體積小的光纖器件。該部分學時安排為10H。

第三部分，光纖通信系統和網絡。這部分是本門課程的核心和精華部分，包括光纖傳輸系統、光纖通信網、全光網技術及其發展三大部分。其中，光纖傳輸系統的內容包含：光纖傳輸系統的基本組成、光發送機組件、光接收機組件、光放大噪聲及其級聯、色散調節技術、光纖傳輸系統設計、光纖傳輸系統性能評估。光通信網絡的內容包含：通信網的拓撲結構和分類、準同步數字系統（PDH）、同步數字系統（SDH）、異步傳輸模式（ATM）、互聯網協議、光纖通信網的管理/保護/恢復。全光網技術及其發展的內容包含：通信網絡的發展過程、全光網絡中的傳輸技術（WDM、OTDM、OCDMA和分組交換技術）、無源光網絡（G-PON、E-PON、WDM-PON）、光傳送網（G.709OTN）、自動交換光網絡、全光網的網絡管理、全光網的安全問題。對于每一種光纖網絡技術，講解內容包括這些光纖網絡結構、功能、應用場合等，應盡量使用PPT的圖片、動畫進行講解，PPT上要盡量避免文字上描述。該部分學時安排為12H。

第四部分，光纖與光纖通信系統測量。該部分主要介紹光纖通信工程實施、檢測中一些常用的設備和儀器，在本門課程的實驗教學中都要使用到這些設備，是培養光纖通信工程師的基礎技能知識部分。該部分的內容包括：光功率計的使用、光纖幾何參數的測量、光纖衰減測量、光纖色散測量、光纖偏正特性測量、光纖的機械特性和強度測量、光時域反射計（OTDR）的使用；光接收機靈敏度和動態范圍的測量、光纖通信系統誤碼率和功率代價的測量、眼圖及其測量、光譜分析儀、光纖通信系統的在線監測技術。其中，重點講解光功率計、OTDR、眼圖示波器、光譜分析儀等儀器設備的功能和使用方法。該部分學時安排為4H。

（二）光纖通信課程的實驗教學

對于電子信息工程本科專業而言，畢竟培養的學生不屬于光學工程或光電子技術領域的人才，而且電子信息工程專業本身都有很多屬于自己專業的實驗課程及課程設計，因此，筆者認為光纖通信技術課程的實驗教學應根據該專業學生的理論基礎和將來他們最可能需要的工程能力而設置。因而，筆者建議光纖通信課程的總學時設置為48學時，理論教學學時為32學時，7個實驗的教學學時為16學r。

根據筆者10年來給電子信息工程專業本科學生講授這門課的經驗，認為具體的實驗課程設置如下。

1.插入法測光纖的平均損耗系數。采用插入法測量待測光纖在1310nm和1550nm處的平均損耗系數。掌握插入法測量光纖損耗系數的原理，熟悉光纖多用表的使用方法。學時設置為2個課時。

2.光時域反射計（OTDR）測光纖鏈路特性。用光時域反射計測量光纖鏈路的平均損耗、接頭損耗、光纖長度和故障點位置。了解光時域反射計工作原理及操作方法，學習用光時域反射計測量光纖平均損耗、接頭損耗、光纖長度和故障點位置。學時設置為2個課時。

3.光波分復用（WDM）系統實驗及其誤碼率測量構建1310nm/1550nm光纖波分復用系統并測試其誤碼率，了解光波分復用傳輸系統的工作原理和系統組成熟悉誤碼、誤碼率的概念及其測量方法。學時設置為2個課時。

4.數字光纖通信系統信號眼圖測試。構建數字光纖通信系統并且用數字示波器觀測系統的信號眼圖，并從眼圖中確定數字光纖通信系統的性能。了解眼圖產生的基礎，根據眼圖測量數字通信系統性能的原理；學習通過數字示波器調試、觀測眼圖；掌握判別眼圖質量的指標；熟練使用數字示波器和誤碼儀。學時設置為3個課時。

5.光纖切割與焊接技術演示實驗。利用全自動熔接機向學生演示光纖熔接的全過程，了解光纖的結構和光纖電弧放電焊接原理；了解全自動焊接光纖的過程和使用方法。學時設置為2個課時。

6.光纖光柵光譜特性測試系統的設計實驗。測量光環行器的插入損耗、隔離度、方向性、回波損耗參數；利用PC光譜儀、光環行器和光纖光柵設計光纖光柵光譜特性的測試系統；了解光環行器的工作原理和主要功能；了解光環行器性能參數的測試原理；了解光纖光柵的光譜特性；學習PC光譜儀的使用方法。學時設置為3個課時。

7.光帶通濾波器的設計。測量光耦合器的插入損耗、分光比和附加損耗等參數；利用光耦合器或者光環行器和光纖光柵設計光帶通濾波器。了解2X2光耦合器的工作原理，了解光耦合器各項參數的測試方法。學時設置為2個課時。

通過以上實驗課程，能夠使電子信息工程本科學生對光纖通信系統的基本器件、基本測量系統等有一個比較感觀的認識，而且能夠更加深刻地掌握它們工作的基本原理和基本特性，為將來在具體的工程設計及進一步深造中奠定基礎。

三、結束語

光纖通信技術在國家的信息產業、國防工業中具有舉足輕重的地位，電子信息技術與光學信息技術的結合也越來越緊密。對于當今的電子信息工程專業的學生而言，除了需要掌握本專業牢固的知識和技能以外，了解和掌握光纖通信技術的基礎知識和相關的技術發展趨勢也是必不可缺的。本文通過對電子信息工程專業特點和光纖通信課程內容的分析，討論了該門課程與該專業的內在聯系，分析其重要性，并根據筆者10年來在重慶理工大學電子信息工程專業講授該門課程的經驗，提出了本門課程在電子信息工程專業中的理論及實驗的教學內容、教學重點、教學方法及課程設置等方面的一些意見和建議。

參考文獻：

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