通信系统原理论文:CDMA通信系统中同步原理及算法实现

摘 要：本论文介绍CDMA扩频通信系统中采用的PN码同步技术，然后结合WCDMA上行链路的特点，提出适合CDMA的扩频码同步方案, 利用扩频码的自相关特性，可以使用RAKE接收对接收信号进行处理，从而有效分离可分辨多径。这需要采用扩频系统中扩频码同步技术，即：多径搜索粗略地估计PN码相位，同步跟踪精确确定PN码相位。

关键词:CDMA 扩频通信 同步 PN码

一、前 言：

移动通信是现代通信系统中不可缺少的组成部分。移动通信不但集中了无线通信和有线通信的最新技术成就，而且集中了网络和计算机技术的许多成果。在第三代移动通信的主要技术体制中，WCDMA-FDD/TDD（现称为高码片速率TDD）和TD-SCDMA（融和后现称为低码片速率TDD）都是由1998年12月成立的3GPP（第三代伙伴项目）进行开发和维护的规范，这些技术都是以CDMA技术为核心的。CDMA技术作为第三代数字蜂窝移动通信系统的主要技术，以及在它基础之上发展起来的WCDMA和TD-SCDMA移动通信系统将会更广泛的应用于我们的生活之中，为我们带来更多方便。

二、理论基础及算法分析：

1、大步进快速捕获方法的基本原理：

在这里我选用“大步进快速捕获方法”来实现PN码的同步，在扩频通信系统中接收端的己调信号一般可以表示为：式中 是高斯白信道噪声，T是相对发射机的时延，A是输入信号载波幅度， 是伪噪声码， 是数据信息码， 是载波角频率， 是载波初始相位。

大步进搜索实现PN码快速捕获的实质就是将要搜索的q相位单元分为q/m段，每段m /q个相位单元，用步进电路使本地PN码逐段移动，即每次步进m个相位单元。每移动一段，做一次m路并列相关判决。由于大步进搜索每次相关判决同时对m个相位进行，而单步进搜索每次相关判决只对一个相位进行，故而大步进的捕获时间较单步进可以缩短1/m实现快捕。

使用大步进搜索方法的快速捕获系统的实现机理见图3.1。图3.1中S(t)为接收信号，它与m路本地PN码相乘，每一路代表了一个PN码相位，再经窄带滤波得到(1)～(m)这m路相关运算结果。将其送入多路比较判决电路，与门限 比较，当m路相关运算结果都小于判决门限 时，无相关输出，代表这m个PN码的相位都没有与发端PN码对齐，此时由判决输出端控制步进电路，使本地PN码大步进m位进入下一段相关处理，如果m路相关运算结果中有一路超过门限 有相关输出说明该路(设为第i路)，代表的PN码相位已经与发端PN码对齐，此时由判决输出端控制步进电路停止步进，进入跟踪阶段。

2、大步进PN码捕获方法的算法分析

在本节分析中将采用状态转移图对捕获过程建立数学模型，计算大步进快速捕获方法的平均捕获时间、捕获时间方差。

对快速捕获系统的捕获性能分析，主要指平均捕获时间和捕获时间方差计算。运用状态转移图的思想来建立数学模型，使分析系统化、简明化是由J.K.霍姆斯JACK.K.HOLEMS提出来的。概括地说，该方法对离散的时不变马尔柯夫过程建立状态转移图，在状态转移图的基础上得到生成函数流程图，运用信号流图理论于生成函数流程图求得生成函数，利用捕获时间平均值及其方差与生成函数的一阶导数和二阶导数之间的关系，推导计算平均捕获时间和捕获时间方差。该方法适用于不同的捕获方案分析，且分析直观、简明，易于理解，所以我们采用该方法来分析大步进快速捕获系统的捕获过程。为简单起见本论文就大步进快速捕获延迟锁定环捕获过程建立圆形状态流程图，对该图作计算，对计算结果作分析。首先就研究的系统作一定的说明。

在实际系统中，捕获过程具有不确定性，该不确定性由诸多因素造成。例：

A、两PN码起始相位相对位置是不确定的。

B、信道畸变，如衰减信道和外来干扰、人为或非人为。

C、载波频率漂移(多普勒频移)。

D、接收端加性白高斯噪声的作用。

因此，捕获时间也是不确定的，虽然捕获时间的分布函数原则上能得到。

但在实践中得到它是非常困难的，至少在精确形式上是困难的，因此只限于研究捕获时间的平均值及其方差。

三、快速捕获系统在MATLAB上的仿真：

1、使用系统仿真软件MATLAB创建用户代码库：

MATLAB最受人们欢迎的特点之一是其具有开放性，任何用户可以通过对工具包源文件的修改或加入自己编写的文件去构成新的用户专用工具包。这里我利用MATLAB来进行仿真。为了修改和编写源文件，必须熟悉掌握SIMULINK的核心――S-FUNCTION 。

S-FUNCTION具有三种表现形式：

(1)框图形式

(2)M文件形式

(3)MEX文件形式(C语言或FORTRAN语言子程序)。

本课题中采用第一种形式和第二种形式。

S-FUNCTION仿真工作原理如下:S-FUNCTION与SIMULINK非线性库中的S-函数模块配合使用。将S-函数模块从非线性库中拷贝到用户自己的模块框图中，然后在模块的对话框中定义调用的S-函数的名称，则该模块完成的功能由调用的S-函数决定。每个SIMULINK模块都有三个基本参数:输入矢量u,输出矢量Y和状态矢量x。三者的连接关系如图3.1。

输入矢量，输出矢量和状态矢量的数学关系式如下：

式中: ，状态矢量可以为连续状态，离散状态或两者的混合状态。在调用了M文件的S－函数模块中，SIMULINK将状态分为连续状态和离散状态两部分，连续矢量放在状态矢量的前半部分，离散矢量放在状态矢量的后半部分。在仿真的特定阶段，SIMULINK反复调用模型文件中的每一个模块，控制它们完成特定的功能，如：计算输出，更新离散状态或计算状态导数等。为了执行初始化过程或中止仿真任务，在仿真开始部分和结束部分还要调用一些附加过程。图3.3给出了SIMULINK进行一次仿真的完整流程。

SIMULINK首先对模型中包含S－函数模块在内的每个模块进行初始化，然后进入仿真环。仿真环每运行一个周期称为一个仿真步长。仿真的每一个步骤都要调用S－函数，直至仿真结束

创建一个用户自定义的SIMULINK模块的步骤为：

① 根据算法和公式编写核心部分的S－函数。

② S－函数经过通用S－函数模块处理后，转化为用户自创建的模块。

③ 根据要求的功能构造用户子系统(subsystem)，包括输入端口，输出端口，S－函数模块和其它一些附加模块。

④ 利用SIMULINK中的封装功能将子系统封装起来，生成用户自定义的封装对话框和图标，为整个子系统提供统一的设置。具体设置包括模块名称，模块类型，仿真参数，图标符绘图指令，模块功能描述信息和模块帮助信息。

这样最终能得到一个用户自定义的SIMULINK模块，该模块能完成所要求的功能。在本课题所要仿真的锁相环中，很多模块都采用调用S－函数的方式实现其功能，如信号产生模块，逻辑控制模块，扩频码产生模块等。

2、系统模块构建设计：

（1）、信号模型：

该模块的功能是产生二相相移键控(BPSK)调制的直扩码序列。设一个chip内有10个载波，一个chip采样100次。

（2）、PN码产生模块：

模块的功能是产生伪随机序列，包括两部分:一是模拟BPSK调制信号时用作调制码，二是在接收后的本地伪随机序列。可将捕获后的结果与发射前的随机码相比较，检验捕获结果。

3、系统仿真模型的构建仿真：

单系统的仿真框，系统论证的宽带滤波器和窄带滤波器已经合并入模块中，参数选择如上所述。

4、仿真结果：

按照系统仿真模型，最终得到的捕获结果如图所示

当捕获成功时发端码(上)与本地码(下)的比较(单位:秒)

由上图的结果是在m=5时得到的结果，可以清楚的看到，当捕获成功时，接收端的随机码与本地伪码的相位相差半个码元，达到要求，实现PN码的同步。此仿真实现了利用“大步进快速捕获方法”对PN码的同步。

四、结束语：

同步是CDMA通信系统中一个重要的实际问题。在通信系统中，同步具有相当重要的地位。通信系统能否有效地、可靠地土作，很大程度上依赖于有无良好的同步系统。通信系统中的同步又可分为载波同步、位同步、帧同步、网同步几大类。

因此，对于相干扩频通信系统而言，必须保证接收端与发送端实现信息码元同步、PN码码元和序列同步和射频载频同步。只有实现了这些同步，直扩系统才能正常工作，可以说，没有同步就没有扩频通信系统。扩频通信中，主要关注的是PN码的同步。

扩频通信系统中的同步问题可分为三个方面，即伪随机序列的捕获，伪随机序列的跟踪和载波的同步。其中，伪随机序列的捕获是扩频通信系统得以工作的基础，而伪随机序列的跟踪和载波同步是保证系统性能的最关键因素。

本文围绕CDMA扩频通信系统中PN码同步进行了研究，并实现了CDMA通信系统中的PN码同步算法。

通信系统原理论文:高速公路通信系统的应用原理

论文关键词:高速公路;通信;原理

论文摘要:本文主要钍对高速公路通信系统的应用原理进行阐述。

高速公路机电工程中的通信系统属于基础类设施,主要为收费、监控系统提供信息(话音、数据、图像)传输通道,由光缆数字传输系统、程控数字交换系统、移动通信系统、紧急电话系统等组成。根据其通信系统在高速公路行业的应用特点,高速公路通信网主要由长途通信干线传输网、程控数字交换机、数据传输网、图像传输网、移动通信网和卫星通信网等部分组成,下面我们重点对其各主要组成部分的使用原理进行详细介绍。

1 收费系统

高速公路收费系统一般采用半自动收费方式,即人工判别车型,车道入口发放通行卷,出口验卷,计算通行费,人工收费,计算机管理,辅以车辆检测器校核,闭路电视监视。目前,提倡计算机联网收费。远期,逐步实现自动收费方式。通行卷有采用非接触式IC卡,也有采用磁卡 。为便于计算机联网收费,联网收费区域内均应采用同一种 通行卷。

1.1 计算机收费系统

计算机收费系统一般分两级,即收费中心计算机系统和收费站计算机系统。收费站控制室计算机与该站的收费广场车道控制计算机组成该站的局域网。收费中心内的计算机构成中心独立的局域网。各局域网之间、收费中心与区域拆帐中心之间需要通过通信系统实现数据传输进行勾通。

1.2 收费数据传输

收费数据分三级管理:收费中心计算机、收费站计算机及收费车道计算机。收费站与收费中心之间的数据传输是通过数据通道直接传输的,各通信站的ONU设备提供必要的2Mbps ( G . 703)数据通道接口。通信与收费系统是通过收费站和收费中心的路由器连接起来的,在区域收费联网的情况下,路由器至少要具备两个E1(G.703)接口,一路传往收费中心,一路传往区域拆账中心。

1.3 收费图像传输

收费系统在个收费站广场出口均设置了摄像机,各摄像机的图像信号既要传到相应的收费站又要传到收费/监控中心。从摄像机到收费站的视频及控制信号传输是由收费系统完成的,而图像及控制信号的远程传输与监控有所不同,未采用复用方式,庵个摄像机图像对应一芯光纤,而控制信号是经MODEM通过通信系统的话路通道传输的。

2 通信系统

2.1 通信干线传输

长途通信干线传输系统设计的正确与否,决定着整个通信系统质量,它不仅关系到能否实现现代通信网设计的目的,还关系到工程投资的经济性、合理性和可靠性。目前,高速公路机电工程基本是采用光纤通信系统。高速公路通信系统长途通信干线传输网采用光纤通信,这是因为:

高速公路通信网要求同时传输语音、数据和图像通,信量较大,选用频带、通信容量大的光纤通信系统是合理的。

光纤通信具有通信容量大、抗电磁干扰能力强、通信质量高、传输距离长等特点,是其它通信传输方式无可比拟的。

光缆通信中继距离长,适应公路沿线各通信站点间距离不一致的实际情况。

采用长波长单模光缆传输方式,在中等容量以上长距离传输系统中,从经济上占有优势。

2.2 通信系统的程控交换

根据高速公路通信系统业务的内容和特点,通信系统采用三级程控交换,第一级交换中心设在高速公路总公司通信总中心,其主要职能是完成本局终端的话务接转,汇接所有来话、去话的转接任务,并与二级公路网中心联接,完成本局话务接续与本局以外的话务转接;第三级交通中心分别设在各高速公路公司下属的管理所,其主要职能是完成本局的话务接续与出入本局的话务接续。为了提高系统的可靠性、灵活性及话务流向的需要,各级交通交换中心之间均可进行互连,以便组成一个多迂回、多路由的程控数字交换网。

2.3 话音通信系统

高速公路通信网话音系统包括业务电话系统、指令电话系统和移动电话系统。业务电话系统为高速公路管理局、各公司、各管理所以及高速公路上各种设施(如监控、收费、服务区、停车场、加油站、维修、交警、通信、供电、配电及养护等)提供内、外业务联系电话。业务电话为全网自动拨号,业务电话网应与市话公用网汇接。指令电话系统主要是为监控总中心以及监控中心下达交通监控和调度指令。为便于交通控制和交警业务调度,在监控中心和分中心可分别设置两套指令电话控制台,以便供公路值班员和交警值班员使用,指令电话应自成系统。指令电话控制台设置在各路公司内,分监控指令控制台和交警指令控制台,分别控制所辖路段各指令电话机和交警用指令电话机;指令电话控制台具群呼、组呼、单呼功能及自动录音功能;指令电话控制台具有转接功能,即实现指令电话控制台与指令电话机之间的转接。

2.4 移动通信系统

移动通信,就是指通信双方至少有一方在移动中进行信息交换。移动通信不仅指双方的通话,还应包括数据、传真、图像等业务。移动通信系统可以自己建网,也可以租用邮电部建立的公用蜂窝移动通信网。邮电部公用蜂窝移动通信网可实现全省漫游,管理也比较方便,可以省去了自己建网的费用,但公用蜂窝移动通信网费用很高,同时不能完成高速公路网要求群呼、组呼等调度功能。自行建立高速公路移动通信专用网,可以解决上述不足,但建网投资很大。建议高速公路移动通信系统自己建立专业移动通信网,采用800MHz集群移动通信系统。据了解,辽宁省高速公路管理系统应用移动通信较为先进,移动通信成为快速应变能力的强有力手段。

3 监控系统

高速公路监控系统应用图像传输可将道路现场的活动图像,利用图像传输系统的能力把图像信息用电信号的方式传送到远方,清楚地再现在屏幕上,有利于管理人员做出控制决策。活动图像传输采用光缆传输方式,高速公路监控摄像点不太多的特点,一般采用一对一(一摄像头对一监视器)方式传输到各路监控中心。通过视频切换方式,由总部的控制信号来选取所需的图像信号,由光缆传至监控总部的监视器,使总中心也能监视到它所关心的全省高速公路运行情况,以便进行宏观管理。

监控系统主要由两部分组成:监控中心计算机系统和外场设备。

3.1 监控中心计算机系统

监控中心计算机系统即情报处理系统,它包括通信控制器、网络服务器、交换式集线器、终端计算机等。这些计算机组成局域网,组网方式:收费站控制室计算机与该站的收费广场车道控制计算机组成该站的局域网。收

费中心内的计算机构成中心独立的局域网,只是多了一台通信控制器,它配有多串行接口控制器,用于外场设备与中心的数据通信管理。

3.2 监控中心的外场设备

监控的外场设备包括车辆检测器,可变情报板,可变限速标志,气像检测器等。由于这些检测点(数据采集点)距离通信站较远,相对分散,且数据量较小,无法采用标准的高速数据接口进行传输,因此在每个远端数据点配一台MODEM,将数据传到就近通信站的ONU,最后通过通信系统传至监控中心通信控制器。

3.3 监控数据传输

监控数据分二级管理:监控中心、监控外场设备。通信系统在各站综合业务接人网的ONU设备业务通道中提供足够的2/ 4wVF接口,监控数据采用模拟传输方式,通过这些音频接口完成,由监控系统提供MO-DEM进行数模转换。

3.4监控图像传输

监控系统在全线设置了一定数量的摄像机,各摄像机的图像和控制信号均要传至监控中心。通信系统负责为摄像机的图像和控制信号传输提供光电缆,视频图像信号和控制信号经过数字/视频复用光端机复用后,占用一根光纤。

结束语

通信系统在高速公路建设行业中的不断应用,对其技术的更新有着更高的要求。为了保证高速公路其“快速、安全、便捷、舒适”等功能特点能发挥,务必对其通信设备及通信技术作出更高要求。对此,只有更好地了解及熟悉通信系统的应用原理,才能更好地为高速公路通信技术的不断发展建立一个正确的认识平台。

通信系统原理论文:论高速公路通信系统的应用原理

论文关键词：高速公路；通信；原理

论文摘要：本文主要钍对高速公路通信系统的应用原理进行阐述。

高速公路机电工程中的通信系统属于基础类设施，主要为收费、监控系统提供信息(话音、数据、图像)传输通道，由光缆数字传输系统、程控数字交换系统、移动通信系统、紧急电话系统等组成。根据其通信系统在高速公路行业的应用特点，高速公路通信网主要由长途通信干线传输网、程控数字交换机、数据传输网、图像传输网、移动通信网和卫星通信网等部分组成,下面我们重点对其各主要组成部分的使用原理进行详细介绍。

1 收费系统

高速公路收费系统一般采用半自动收费方式，即人工判别车型，车道入口发放通行卷，出口验卷，计算通行费，人工收费，计算机管理，辅以车辆检测器校核，闭路电视监视。目前，提倡计算机联网收费。远期，逐步实现自动收费方式。通行卷有采用非接触式IC卡，也有采用磁卡 。为便于计算机联网收费，联网收费区域内均应采用同一种 通行卷。

1.1 计算机收费系统

计算机收费系统一般分两级，即收费中心计算机系统和收费站计算机系统。收费站控制室计算机与该站的收费广场车道控制计算机组成该站的局域网。收费中心内的计算机构成中心独立的局域网。各局域网之间、收费中心与区域拆帐中心之间需要通过通信系统实现数据传输进行勾通。

1.2 收费数据传输

收费数据分三级管理:收费中心计算机、收费站计算机及收费车道计算机。收费站与收费中心之间的数据传输是通过数据通道直接传输的，各通信站的ONU设备提供必要的2Mbps ( G . 703)数据通道接口。通信与收费系统是通过收费站和收费中心的路由器连接起来的，在区域收费联网的情况下，路由器至少要具备两个E1(G.703)接口，一路传往收费中心，一路传往区域拆账中心。

1.3 收费图像传输

收费系统在个收费站广场出口均设置了摄像机，各摄像机的图像信号既要传到相应的收费站又要传到收费/监控中心。从摄像机到收费站的视频及控制信号传输是由收费系统完成的，而图像及控制信号的远程传输与监控有所不同，未采用复用方式，庵个摄像机图像对应一芯光纤，而控制信号是经MODEM通过通信系统的话路通道传输的。

2 通信系统

2.1 通信干线传输

长途通信干线传输系统设计的正确与否，决定着整个通信系统质量，它不仅关系到能否实现现代通信网设计的目的，还关系到工程投资的经济性、合理性和可靠性。目前，高速公路机电工程基本是采用光纤通信系统。高速公路通信系统长途通信干线传输网采用光纤通信，这是因为:

高速公路通信网要求同时传输语音、数据和图像通，信量较大，选用频带、通信容量大的光纤通信系统是合理的。

光纤通信具有通信容量大、抗电磁干扰能力强、通信质量高、传输距离长等特点，是其它通信传输方式无可比拟的。

光缆通信中继距离长，适应公路沿线各通信站点间距离不一致的实际情况。

采用长波长单模光缆传输方式,在中等容量以上长距离传输系统中,从经济上占有优势。

2.2 通信系统的程控交换

根据高速公路通信系统业务的内容和特点，通信系统采用三级程控交换，第一级交换中心设在高速公路总公司通信总中心，其主要职能是完成本局终端的话务接转，汇接所有来话、去话的转接任务，并与二级公路网中心联接，完成本局话务接续与本局以外的话务转接；第三级交通中心分别设在各高速公路公司下属的管理所，其主要职能是完成本局的话务接续与出入本局的话务接续。为了提高系统的可靠性、灵活性及话务流向的需要，各级交通交换中心之间均可进行互连，以便组成一个多迂回、多路由的程控数字交换网。

2.3 话音通信系统

高速公路通信网话音系统包括业务电话系统、指令电话系统和移动电话系统。业务电话系统为高速公路管理局、各公司、各管理所以及高速公路上各种设施(如监控、收费、服务区、停车场、加油站、维修、交警、通信、供电、配电及养护等)提供内、外业务联系电话。业务电话为全网自动拨号，业务电话网应与市话公用网汇接。指令电话系统主要是为监控总中心以及监控中心下达交通监控和调度指令。为便于交通控制和交警业务调度，在监控中心和分中心可分别设置两套指令电话控制台，以便供公路值班员和交警值班员使用，指令电话应自成系统。指令电话控制台设置在各路公司内，分监控指令控制台和交警指令控制台，分别控制所辖路段各指令电话机和交警用指令电话机；指令电话控制台具群呼、组呼、单呼功能及自动录音功能；指令电话控制台具有转接功能，即实现指令电话控制台与指令电话机之间的转接。

2.4 移动通信系统

移动通信，就是指通信双方至少有一方在移动中进行信息交换。移动通信不仅指双方的通话,还应包括数据、传真、图像等业务。移动通信系统可以自己建网，也可以租用邮电部建立的公用蜂窝移动通信网。邮电部公用蜂窝移动通信网可实现全省漫游，管理也比较方便，可以省去了自己建网的费用，但公用蜂窝移动通信网费用很高，同时不能完成高速公路网要求群呼、组呼等调度功能。自行建立高速公路移动通信专用网，可以解决上述不足，但建网投资很大。建议高速公路移动通信系统自己建立专业移动通信网,采用800MHz集群移动通信系统。据了解，辽宁省高速公路管理系统应用移动通信较为先进，移动通信成为快速应变能力的强有力手段。

3 监控系统

高速公路监控系统应用图像传输可将道路现场的活动图像，利用图像传输系统的能力把图像信息用电信号的方式传送到远方，清楚地再现在屏幕上，有利于管理人员做出控制决策。活动图像传输采用光缆传输方式，高速公路监控摄像点不太多的特点，一般采用一对一(一摄像头对一监视器)方式传输到各路监控中心。通过视频切换方式，由总部的控制信号来选取所需的图像信号，由光缆传至监控总部的监视器，使总中心也能监视到它所关心的全省高速公路运行情况，以便进行宏观管理。

监控系统主要由两部分组成:监控中心计算机系统和外场设备。

3.1 监控中心计算机系统

监控中心计算机系统即情报处理系统，它包括通信控制器、网络服务器、交换式集线器、终端计算机等。这些计算机组成局域网，组网方式:收费站控制室计算机与该站的收费广场车道控制计算机组成该站的局域网。收费中心内的计算机构成中心独立的局域网，只是多了一台通信控制器，它配有多串行接口控制器，用于外场设备与中心的数据通信管理。

3.2 监控中心的外场设备

监控的外场设备包括车辆检测器，可变情报板，可变限速标志，气像检测器等。由于这些检测点(数据采集点)距离通信站较远，相对分散，且数据量较小，无法采用标准的高速数据接口进行传输，因此在每个远端数据点配一台MODEM,将数据传到就近通信站的ONU，最后通过通信系统传至监控中心通信控制器。

3.3 监控数据传输

监控数据分二级管理:监控中心、监控外场设备。通信系统在各站综合业务接人网的ONU设备业务通道中提供足够的2/ 4wVF接口，监控数据采用模拟传输方式，通过这些音频接口完成，由监控系统提供MO-DEM进行数模转换。

3.4监控图像传输

监控系统在全线设置了一定数量的摄像机，各摄像机的图像和控制信号均要传至监控中心。通信系统负责为摄像机的图像和控制信号传输提供光电缆，视频图像信号和控制信号经过数字/视频复用光端机复用后，占用一根光纤。

结束语

通信系统在高速公路建设行业中的不断应用，对其技术的更新有着更高的要求。为了保证高速公路其“快速、安全、便捷、舒适”等功能特点能发挥，务必对其通信设备及通信技术作出更高要求。对此，只有更好地了解及熟悉通信系统的应用原理，才能更好地为高速公路通信技术的不断发展建立一个正确的认识平台。

通信系统原理论文:浅论高速公路通信系统的应用原理

摘要：本文主要钍对高速公路通信系统的应用原理进行阐述。

关键词：高速公路；通信；原理

高速公路机电工程中的通信系统属于基础类设施，主要为收费、监控系统提供信息(话音、数据、图像)传输通道，由光缆数字传输系统、程控数字交换系统、移动通信系统、紧急电话系统等组成。根据其通信系统在高速公路行业的应用特点，高速公路通信网主要由长途通信干线传输网、程控数字交换机、数据传输网、图像传输网、移动通信网和卫星通信网等部分组成,下面我们重点对其各主要组成部分的使用原理进行详细介绍。

1 收费系统

高速公路收费系统一般采用半自动收费方式，即人工判别车型，车道入口发放通行卷，出口验卷，计算通行费，人工收费，计算机管理，辅以车辆检测器校核，闭路电视监视。目前，提倡计算机联网收费。远期，逐步实现自动收费方式。通行卷有采用非接触式ic卡，也有采用磁卡 。为便于计算机联网收费，联网收费区域内均应采用同一种 通行卷。

1.1 计算机收费系统

计算机收费系统一般分两级，即收费中心计算机系统和收费站计算机系统。收费站控制室计算机与该站的收费广场车道控制计算机组成该站的局域网。收费中心内的计算机构成中心独立的局域网。各局域网之间、收费中心与区域拆帐中心之间需要通过通信系统实现数据传输进行勾通。

1.2 收费数据传输

收费数据分三级管理:收费中心计算机、收费站计算机及收费车道计算机。收费站与收费中心之间的数据传输是通过数据通道直接传输的，各通信站的onu设备提供必要的2mbps ( g . 703)数据通道接口。通信与收费系统是通过收费站和收费中心的路由器连接起来的，在区域收费联网的情况下，路由器至少要具备两个e1(g.703)接口，一路传往收费中心，一路传往区域拆账中心。

1.3 收费图像传输

收费系统在个收费站广场出口均设置了摄像机，各摄像机的图像信号既要传到相应的收费站又要传到收费/监控中心。从摄像机到收费站的视频及控制信号传输是由收费系统完成的，而图像及控制信号的远程传输与监控有所不同，未采用复用方式，庵个摄像机图像对应一芯光纤，而控制信号是经modem通过通信系统的话路通道传输的。

2 通信系统

2.1 通信干线传输

长途通信干线传输系统设计的正确与否，决定着整个通信系统质量，它不仅关系到能否实现现代通信网设计的目的，还关系到工程投资的经济性、合理性和可靠性。目前，高速公路机电工程基本是采用光纤通信系统。高速公路通信系统长途通信干线传输网采用光纤通信，这是因为:

高速公路通信网要求同时传输语音、数据和图像通，信量较大，选用频带、通信容量大的光纤通信系统是合理的。

光纤通信具有通信容量大、抗电磁干扰能力强、通信质量高、传输距离长等特点，是其它通信传输方式无可比拟的。

光缆通信中继距离长，适应公路沿线各通信站点间距离不一致的实际情况。

采用长波长单模光缆传输方式,在中等容量以上长距离传输系统中,从经济上占有优势。

2.2 通信系统的程控交换

根据高速公路通信系统业务的内容和特点，通信系统采用三级程控交换，第一级交换中心设在高速公路总公司通信总中心，其主要职能是完成本局终端的话务接转，汇接所有来话、去话的转接任务，并与二级公路网中心联接，完成本局话务接续与本局以外的话务转接；第三级交通中心分别设在各高速公路公司下属的管理所，其主要职能是完成本局的话务接续与出入本局的话务接续。为了提高系统的可靠性、灵活性及话务流向的需要，各级交通交换中心之间均可进行互连，以便组成一个多迂回、多路由的程控数字交换网。

2.3 话音通信系统

高速公路通信网话音系统包括业务电话系统、指令电话系统和移动电话系统。业务电话系统为高速公路管理局、各公司、各管理所以及高速公路上各种设施(如监控、收费、服务区、停车场、加油站、维修、交警、通信、供电、配电及养护等)提供内、外业务联系电话。业务电话为全网自动拨号，业务电话网应与市话公用网汇接。指令电话系统主要是为监控总中心以及监控中心下达交通监控和调度指令。为便于交通控制和交警业务调度，在监控中心和分中心可分别设置两套指令电话控制台，以便供公路值班员和交警值班员使用，指令电话应自成系统。指令电话控制台设置在各路公司内，分监控指令控制台和交警指令控制台，分别控制所辖路段各指令电话机和交警用指令电话机；指令电话控制台具群呼、组呼、单呼功能及自动录音功能；指令电话控制台具有转接功能，即实现指令电话控制台与指令电话机之间的转接。

2.4 移动通信系统

移动通信，就是指通信双方至少有一方在移动中进行信息交换。移动通信不仅指双方的通话,还应包括数据、传真、图像等业务。移动通信系统可以自己建网，也可以租用邮电部建立的公用蜂窝移动通信网。邮电部公用蜂窝移动通信网可实现全省漫游，管理也比较方便，可以省去了自己建网的费用，但公用蜂窝移动通信网费用很高，同时不能完成高速公路网要求群呼、组呼等调度功能。自行建立高速公路移动通信专用网，可以解决上述不足，但建网投资很大。建议高速公路移动通信系统自己建立专业移动通信网,采用800mhz集群移动通信系统。据了解，辽宁省高速公路管理系统应用移动通信较为先进，移动通信成为快速应变能力的强有力手段。

3 监控系统

高速公路监控系统应用图像传输可将道路现场的活动图像，利用图像传输系统的能力把图像信息用电信号的方式传送到远方，清楚地再现在屏幕上，有利于管理人员做出控制决策。活动图像传输采用光缆传输方式，高速公路监控摄像点不太多的特点，一般采用一对一(一摄像头对一监视器)方式传输到各路监控中心。通过视频切换方式，由总部的控制信号来选取所需的图像信号，由光缆传至监控总部的监视器，使总中心也能监视到它所关心的全省高速公路运行情况，以便进行宏观管理。

监控系统主要由两部分组成:监控中心计算机系统和外场设备。

3.1 监控中心计算机系统

监控中心计算机系统即情报处理系统，它包括通信控制器、网络服务器、交换式集线器、终端计算机等。这些计算机组成局域网，组网方式:收费站控制室计算机与该站的收费广场车道控制计算机组成该站的局域网。收费中心内的计算机构成中心独立的局域网，只是多了一台通信控制器，它配有多串行接口控制器，用于外场设备与中心的数据通信管理。

3.2 监控中心的外场设备

监控的外场设备包括车辆检测器，可变情报板，可变限速标志，气像检测器等。由于这些检测点(数据采集点)距离通信站较远，相对分散，且数据量较小，无法采用标准的高速数据接口进行传输，因此在每个远端数据点配一台modem,将数据传到就近通信站的onu，最后通过通信系统传至监控中心通信控制器。

3.3 监控数据传输

监控数据分二级管理:监控中心、监控外场设备。通信系统在各站综合业务接人网的onu设备业务通道中提供足够的2/ 4wvf接口，监控数据采用模拟传输方式，通过这些音频接口完成，由监控系统提供mo-dem进行数模转换。

3.4监控图像传输

监控系统在全线设置了一定数量的摄像机，各摄像机的图像和控制信号均要传至监控中心。通信系统负责为摄像机的图像和控制信号传输提供光电缆，视频图像信号和控制信号经过数字/视频复用光端机复用后，占用一根光纤。

结束语

通信系统在高速公路建设行业中的不断应用，对其技术的更新有着更高的要求。为了保证高速公路其“快速、安全、便捷、舒适”等功能特点能发挥，务必对其通信设备及通信技术作出更高要求。对此，只有更好地了解及熟悉通信系统的应用原理，才能更好地为高速公路通信技术的不断发展建立一个正确的认识平台。

通信系统原理论文:论高速公路通信系统的应用原理

论文 关键词：高速公路；通信；原理

论文摘要：本文主要钍对高速公路通信系统的应用原理进行阐述。

高速公路机电工程中的通信系统属于基础类设施，主要为收费、监控系统提供信息(话音、数据、图像)传输通道，由光缆数字传输系统、程控数字交换系统、移动通信系统、紧急电话系统等组成。根据其通信系统在高速公路行业的应用特点，高速公路通信网主要由长途通信干线传输网、程控数字交换机、数据传输网、图像传输网、移动通信网和卫星通信网等部分组成,下面我们重点对其各主要组成部分的使用原理进行详细介绍。

1 收费系统

高速公路收费系统一般采用半自动收费方式，即人工判别车型，车道入口发放通行卷，出口验卷， 计算 通行费，人工收费，计算机管理，辅以车辆检测器校核，闭路电视监视。目前，提倡计算机联网收费。远期，逐步实现自动收费方式。通行卷有采用非接触式ic卡，也有采用磁卡 。为便于计算机联网收费，联网收费区域内均应采用同一种 通行卷。

1.1 计算机收费系统

计算机收费系统一般分两级，即收费中心计算机系统和收费站计算机系统。收费站控制室计算机与该站的收费广场车道控制计算机组成该站的局域网。收费中心内的计算机构成中心独立的局域网。各局域网之间、收费中心与区域拆帐中心之间需要通过通信系统实现数据传输进行勾通。

1.2 收费数据传输

收费数据分三级管理:收费中心计算机、收费站计算机及收费车道计算机。收费站与收费中心之间的数据传输是通过数据通道直接传输的，各通信站的onu设备提供必要的2mbps ( g . 703)数据通道接口。通信与收费系统是通过收费站和收费中心的路由器连接起来的，在区域收费联网的情况下，路由器至少要具备两个e1(g.703)接口，一路传往收费中心，一路传往区域拆账中心。

1.3 收费图像传输

收费系统在个收费站广场出口均设置了摄像机，各摄像机的图像信号既要传到相应的收费站又要传到收费/监控中心。从摄像机到收费站的视频及控制信号传输是由收费系统完成的，而图像及控制信号的远程传输与监控有所不同，未采用复用方式，庵个摄像机图像对应一芯光纤，而控制信号是经modem通过通信系统的话路通道传输的。

2 通信系统

2.1 通信干线传输

长途通信干线传输系统设计的正确与否，决定着整个通信系统质量，它不仅关系到能否实现 现代 通信网设计的目的，还关系到工程投资的 经济 性、合理性和可靠性。目前，高速公路机电工程基本是采用光纤通信系统。高速公路通信系统长途通信干线传输网采用光纤通信，这是因为:

高速公路通信网要求同时传输语音、数据和图像通，信量较大，选用频带、通信容量大的光纤通信系统是合理的。

光纤通信具有通信容量大、抗电磁干扰能力强、通信质量高、传输距离长等特点，是其它通信传输方式无可比拟的。

光缆通信中继距离长，适应公路沿线各通信站点间距离不一致的实际情况。

采用长波长单模光缆传输方式,在中等容量以上长距离传输系统中,从经济上占有优势。

2.2 通信系统的程控交换

根据高速公路通信系统业务的内容和特点，通信系统采用三级程控交换，第一级交换中心设在高速公路总公司通信总中心，其主要职能是完成本局终端的话务接转，汇接所有来话、去话的转接任务，并与二级公路网中心联接，完成本局话务接续与本局以外的话务转接；第三级 交通 中心分别设在各高速公路公司下属的管理所，其主要职能是完成本局的话务接续与出入本局的话务接续。为了提高系统的可靠性、灵活性及话务流向的需要，各级交通交换中心之间均可进行互连，以便组成一个多迂回、多路由的程控数字交换网。

2.3 话音通信系统

高速公路通信网话音系统包括业务电话系统、指令电话系统和移动电话系统。业务电话系统为高速公路管理局、各公司、各管理所以及高速公路上各种设施(如监控、收费、服务区、停车场、加油站、维修、交警、通信、供电、配电及养护等)提供内、外业务联系电话。业务电话为全网自动拨号，业务电话网应与市话公用网汇接。指令电话系统主要是为监控总中心以及监控中心下达交通监控和调度指令。为便于交通控制和交警业务调度，在监控中心和分中心可分别设置两套指令电话控制台，以便供公路值班员和交警值班员使用，指令电话应自成系统。指令电话控制台设置在各路公司内，分监控指令控制台和交警指令控制台，分别控制所辖路段各指令电话机和交警用指令电话机；指令电话控制台具群呼、组呼、单呼功能及自动录音功能；指令电话控制台具有转接功能，即实现指令电话控制台与指令电话机之间的转接。

2.4 移动通信系统

移动通信，就是指通信双方至少有一方在移动中进行信息交换。移动通信不仅指双方的通话,还应包括数据、传真、图像等业务。移动通信系统可以自己建网，也可以租用邮电部建立的公用蜂窝移动通信网。邮电部公用蜂窝移动通信网可实现全省漫游，管理也比较方便，可以省去了自己建网的费用，但公用蜂窝移动通信网费用很高，同时不能完成高速公路网要求群呼、组呼等调度功能。自行建立高速公路移动通信专用网，可以解决上述不足，但建网投资很大。建议高速公路移动通信系统自己建立专业移动通信网,采用800mhz集群移动通信系统。据了解，辽宁省高速公路管理系统应用移动通信较为先进，移动通信成为快速应变能力的强有力手段。

3 监控系统

高速公路监控系统应用图像传输可将道路现场的活动图像，利用图像传输系统的能力把图像信息用电信号的方式传送到远方，清楚地再现在屏幕上，有利于管理人员做出控制决策。活动图像传输采用光缆传输方式，高速公路监控摄像点不太多的特点，一般采用一对一(一摄像头对一监视器)方式传输到各路监控中心。通过视频切换方式，由总部的控制信号来选取所需的图像信号，由光缆传至监控总部的监视器，使总中心也能监视到它所关心的全省高速公路运行情况，以便进行宏观管理。

监控系统主要由两部分组成:监控中心 计算 机系统和外场设备。

3.1 监控中心计算机系统

监控中心计算机系统即情报处理系统，它包括通信控制器、 网络 服务器、交换式集线器、终端计算机等。这些计算机组成局域网，组网方式:收费站控制室计算机与该站的收费广场车道控制计算机组成该站的局域网。收费中心内的计算机构成中心独立的局域网，只是多了一台通信控制器，它配有多串行接口控制器，用于外场设备与中心的数据通信管理。

3.2 监控中心的外场设备

监控的外场设备包括车辆检测器，可变情报板，可变限速标志，气像检测器等。由于这些检测点(数据采集点)距离通信站较远，相对分散，且数据量较小，无法采用标准的高速数据接口进行传输，因此在每个远端数据点配一台modem,将数据传到就近通信站的onu，最后通过通信系统传至监控中心通信控制器。

3.3 监控数据传输

监控数据分二级管理:监控中心、监控外场设备。通信系统在各站综合业务接人网的onu设备业务通道中提供足够的2/ 4wvf接口，监控数据采用模拟传输方式，通过这些音频接口完成，由监控系统提供mo-dem进行数模转换。

3.4监控图像传输

监控系统在全线设置了一定数量的摄像机，各摄像机的图像和控制信号均要传至监控中心。通信系统负责为摄像机的图像和控制信号传输提供光电缆，视频图像信号和控制信号经过数字/视频复用光端机复用后，占用一根光纤。

结束语

通信系统在高速公路建设行业中的不断应用，对其技术的更新有着更高的要求。为了保证高速公路其“快速、安全、便捷、舒适”等功能特点能发挥，务必对其通信设备及通信技术作出更高要求。对此，只有更好地了解及熟悉通信系统的应用原理，才能更好地为高速公路通信技术的不断 发展 建立一个正确的认识平台。

通信系统原理论文:高速公路通信系统应用原理

论文关键词：高速公路；通信；原理

论文摘要：本文主要钍对高速公路通信系统的应用原理进行阐述。

高速公路机电工程中的通信系统属于基础类设施，主要为收费、监控系统提供信息(话音、数据、图像)传输通道，由光缆数字传输系统、程控数字交换系统、移动通信系统、紧急电话系统等组成。根据其通信系统在高速公路行业的应用特点，高速公路通信网主要由长途通信干线传输网、程控数字交换机、数据传输网、图像传输网、移动通信网和卫星通信网等部分组成,下面我们重点对其各主要组成部分的使用原理进行详细介绍。

1收费系统

高速公路收费系统一般采用半自动收费方式，即人工判别车型，车道入口发放通行卷，出口验卷，计算通行费，人工收费，计算机管理，辅以车辆检测器校核，闭路电视监视。目前，提倡计算机联网收费。远期，逐步实现自动收费方式。通行卷有采用非接触式IC卡，也有采用磁卡。为便于计算机联网收费，联网收费区域内均应采用同一种通行卷。

1.1计算机收费系统

计算机收费系统一般分两级，即收费中心计算机系统和收费站计算机系统。收费站控制室计算机与该站的收费广场车道控制计算机组成该站的局域网。收费中心内的计算机构成中心独立的局域网。各局域网之间、收费中心与区域拆帐中心之间需要通过通信系统实现数据传输进行勾通。

1.2收费数据传输

收费数据分三级管理:收费中心计算机、收费站计算机及收费车道计算机。收费站与收费中心之间的数据传输是通过数据通道直接传输的，各通信站的ONU设备提供必要的2Mbps(G.703)数据通道接口。通信与收费系统是通过收费站和收费中心的路由器连接起来的，在区域收费联网的情况下，路由器至少要具备两个E1(G.703)接口，一路传往收费中心，一路传往区域拆账中心。

1.3收费图像传输

收费系统在个收费站广场出口均设置了摄像机，各摄像机的图像信号既要传到相应的收费站又要传到收费/监控中心。从摄像机到收费站的视频及控制信号传输是由收费系统完成的，而图像及控制信号的远程传输与监控有所不同，未采用复用方式，庵个摄像机图像对应一芯光纤，而控制信号是经MODEM通过通信系统的话路通道传输的。

2通信系统

2.1通信干线传输

长途通信干线传输系统设计的正确与否，决定着整个通信系统质量，它不仅关系到能否实现现代通信网设计的目的，还关系到工程投资的经济性、合理性和可靠性。目前，高速公路机电工程基本是采用光纤通信系统。高速公路通信系统长途通信干线传输网采用光纤通信，这是因为:

高速公路通信网要求同时传输语音、数据和图像通，信量较大，选用频带、通信容量大的光纤通信系统是合理的。

光纤通信具有通信容量大、抗电磁干扰能力强、通信质量高、传输距离长等特点，是其它通信传输方式无可比拟的。

光缆通信中继距离长，适应公路沿线各通信站点间距离不一致的实际情况。

采用长波长单模光缆传输方式,在中等容量以上长距离传输系统中,从经济上占有优势。

2.2通信系统的程控交换

根据高速公路通信系统业务的内容和特点，通信系统采用三级程控交换，第一级交换中心设在高速公路总公司通信总中心，其主要职能是完成本局终端的话务接转，汇接所有来话、去话的转接任务，并与二级公路网中心联接，完成本局话务接续与本局以外的话务转接；第三级交通中心分别设在各高速公路公司下属的管理所，其主要职能是完成本局的话务接续与出入本局的话务接续。为了提高系统的可靠性、灵活性及话务流向的需要，各级交通交换中心之间均可进行互连，以便组成一个多迂回、多路由的程控数字交换网。

2.3话音通信系统

高速公路通信网话音系统包括业务电话系统、指令电话系统和移动电话系统。业务电话系统为高速公路管理局、各公司、各管理所以及高速公路上各种设施(如监控、收费、服务区、停车场、加油站、维修、交警、通信、供电、配电及养护等)提供内、外业务联系电话。业务电话为全网自动拨号，业务电话网应与市话公用网汇接。指令电话系统主要是为监控总中心以及监控中心下达交通监控和调度指令。为便于交通控制和交警业务调度，在监控中心和分中心可分别设置两套指令电话控制台，以便供公路值班员和交警值班员使用，指令电话应自成系统。指令电话控制台设置在各路公司内，分监控指令控制台和交警指令控制台，分别控制所辖路段各指令电话机和交警用指令电话机；指令电话控制台具群呼、组呼、单呼功能及自动录音功能；指令电话控制台具有转接功能，即实现指令电话控制台与指令电话机之间的转接。

2.4移动通信系统

移动通信，就是指通信双方至少有一方在移动中进行信息交换。移动通信不仅指双方的通话,还应包括数据、传真、图像等业务。移动通信系统可以自己建网，也可以租用邮电部建立的公用蜂窝移动通信网。邮电部公用蜂窝移动通信网可实现全省漫游，管理也比较方便，可以省去了自己建网的费用，但公用蜂窝移动通信网费用很高，同时不能完成高速公路网要求群呼、组呼等调度功能。自行建立高速公路移动通信专用网，可以解决上述不足，但建网投资很大。建议高速公路移动通信系统自己建立专业移动通信网,采用800MHz集群移动通信系统。据了解，辽宁省高速公路管理系统应用移动通信较为先进，移动通信成为快速应

变能力的强有力手段。

3监控系统

高速公路监控系统应用图像传输可将道路现场的活动图像，利用图像传输系统的能力把图像信息用电信号的方式传送到远方，清楚地再现在屏幕上，有利于管理人员做出控制决策。活动图像传输采用光缆传输方式，高速公路监控摄像点不太多的特点，一般采用一对一(一摄像头对一监视器)方式传输到各路监控中心。通过视频切换方式，由总部的控制信号来选取所需的图像信号，由光缆传至监控总部的监视器，使总中心也能监视到它所关心的全省高速公路运行情况，以便进行宏观管理。

监控系统主要由两部分组成:监控中心计算机系统和外场设备。

3.1监控中心计算机系统

监控中心计算机系统即情报处理系统，它包括通信控制器、网络服务器、交换式集线器、终端计算机等。这些计算机组成局域网，组网方式:收费站控制室计算机与该站的收费广场车道控制计算机组成该站的局域网。收费中心内的计算机构成中心独立的局域网，只是多了一台通信控制器，它配有多串行接口控制器，用于外场设备与中心的数据通信管理。

3.2监控中心的外场设备

监控的外场设备包括车辆检测器，可变情报板，可变限速标志，气像检测器等。由于这些检测点(数据采集点)距离通信站较远，相对分散，且数据量较小，无法采用标准的高速数据接口进行传输，因此在每个远端数据点配一台MODEM,将数据传到就近通信站的ONU，最后通过通信系统传至监控中心通信控制器。

3.3监控数据传输

监控数据分二级管理:监控中心、监控外场设备。通信系统在各站综合业务接人网的ONU设备业务通道中提供足够的2/4wVF接口，监控数据采用模拟传输方式，通过这些音频接口完成，由监控系统提供MO-DEM进行数模转换。

3.4监控图像传输

监控系统在全线设置了一定数量的摄像机，各摄像机的图像和控制信号均要传至监控中心。通信系统负责为摄像机的图像和控制信号传输提供光电缆，视频图像信号和控制信号经过数字/视频复用光端机复用后，占用一根光纤。

结束语

通信系统在高速公路建设行业中的不断应用，对其技术的更新有着更高的要求。为了保证高速公路其“快速、安全、便捷、舒适”等功能特点能发挥，务必对其通信设备及通信技术作出更高要求。对此，只有更好地了解及熟悉通信系统的应用原理，才能更好地为高速公路通信技术的不断发展建立一个正确的认识平台。新晨

通信系统原理论文:课题讨论法在“光纤通信系统与原理”教改中的创新与实践

摘 要 基于“兴趣是最好的老师”这一原理，本文提出将课题讨论法运用于课堂，激发学生对课程的学习兴趣。按照分阶段、递进式的教学改革思路，构建光纤通信系统课程的一系列子课题，创新课程的教学和实践方案。实践表明：课题讨论法在课程中的灵活运用，有利于培养学生的综合素质、探索精神和自学能力，提高教学效率。

关键词 课题讨论法 光纤通信原理与系统 教学改革

1960年梅曼发明了世界上第一台激光器，随后科学家高锟提出光纤，伴随两者发展促进了光纤通信的不断进步。目前部级的电信网骨干大部分采用光纤通信系统，相关技术也已深入社会各层面，是现代社会基础设施中的关键。近年来，“光纤通信原理与系统”课程作为国内外高校电子信息、通信工程、光电子等专业的重要课程，具有较强的实用性、前沿性和探索性，在整个学科建设中占有重要地位。

“光纤通信原理与系统”课程的特点是理论部分难度较大、知识点更新快、具有一定的工程性，还涉及若干现代通信设备。现实状况是教材更新慢、实验设备落后行业发展，课时不断减少。因此，如何高效利用有限课时，将课程的理论知识、光纤通信系统的最新技术以及相关光器件介绍给学生，是教师面临的巨大挑战。基于此，我们提出将课题讨论法运用于课堂，改变过去单一的课堂讲授方法，激发学生的主体性，提高学生对课程的学习兴趣。

1 课题讨论法的定义

课题讨论法是指教师在课堂教学活动中，利用师生以及学生间平等、民主、和谐的时空环境，就与课堂教学内容有关的某一子课题，以小组或者班级为单位开展积极的讨论、争论甚至辩论，拓宽思路，各抒己见，交换看法，互相启发，取长补短，从而理解知识、掌握真理、受到教育、培养素质与能力的一种教学方法与教学模式。①②

2 课题讨论法的运用

课题讨论法的实施需要按照两步走：（1）基础层次：子课题相关的理论教学，以教师讲授为主，辅以相关的教学方法的创新和教学内容的优化;（2）提高层次：子课题相关的拓宽及应用，以学生为主，进行汇报和讨论。

2.1 基础层次

2.1.1 教学方法创新

摒弃传统教学方法的某些弊端，在课程教授过程中基于不同教学内容，采用不同的教学方法。例如：（1）可以充分发挥多媒体技术在现代教学中的作用，播放与知识点相关的图片、动画以及视频，增强学生的感官印象，使其更容易接受。（2）为了加深学生对光纤器件的理解，掌握器件的类型、特性、参数及用途，尽可能给学生展示器件实物。（3）在课堂中穿插一些合适的例题和随堂练习，提高学生参与学习的积极性，提高听课效率。

2.1.2 优化教学内容

本课程中，有些内容在先修课程中已经学过，例如第三章《光发送机》，其中关于光源的物理基础、半导体激光器和LED 的介绍，以及第四章《光接收机》中的检测器的介绍，均是对之前课程（“光电子学”和“激光原理”）中知识点的重复。进行教学内容的改革，可以削减已学知识点的学习课时，适当增加光纤通信领域最新的技术和器件的讲解。

教材的选用对提高教学质量和学生动手能力有着重要作用，故而应该尽量选择和教学大纲一致的教材。然而，现实情况是找到这样教材的机会不多，教学时总要增加或者删除部分内容，不能达到最佳的教学效果。一方面，在教学中尽量采用新教材，注重新技术和新理论的介绍。另一方面，补充和修订现有教材，希望能够通过团队的努力，编写出合适的教材。

2.2 提高层次

通过基础层次的训练，学生已经掌握了与子课题相关的知识点的理论基础。提高层次中，要求学生带着教师设计的子课题任务，进行文献的查阅、资料的概括、方案制定、可行性分析、设计、仿真以及某些元器件的采购等工作。这个阶段应该充分发挥学生的积极性和主动性，分析解决实际问题，培养创新意识和能力。具体实施如下：

2.2.1 学生分组

分组之前，需要教师做好功课。各组学生由学习好、一般和基础较差的同学搭配组合。课程内容，除绪论部分，其余章节都会安排子课题任务，任务会提前下达到各组。每组需要自己选举组长，在组长的组织安排下进行资料的搜集和概括、任务的分解和执行等工作。课堂会安排时间，让各组汇报、讨论各个子课题，老师和各组选派的代表进行打分，分数最终记入期末成绩中。在这个过程中，也有一些需要注意的地方：（1）各组的汇报，教师可以要求每次选举不同的代表上台进行陈述，这样就可以使得每个同学都参与其中，每个个体都能得到锻炼。（2）各组汇报完毕，安排自由讨论。在讨论过程中，教师要注意把握现场，适当引导，切忌部分讨论慢慢偏离主题，或者个别讨论太过激烈。有时如果问题较少，需要教师适当提示，将讨论进一步深化、细化。（3）各组汇报和讨论结束后，教师进行总结。教师应该提前对子课题进行最新前沿的资料调研总结，如果学生在课堂涉及、讨论过的部分可以简略，部分学生未能查阅的内容，可以进行详细的补充。这样，经过师生合力，可以将每个子课题讨论充分、将其发展了解清楚。（4）各组汇报时，教师和各组代表进行打分，教师可以提前制定打分标准，其中包括：汇报内容的准备情况、PPT的制作精美程度、代表上台发言的表现（声音是否洪亮、表达是否清晰、思路是否敏捷等）、各组参与讨论的积极程度等，尽量划分全面细致，有所偏重，体现公平公正。

其次，各个分组也是相应的学习小组，大家除去共同准备完成子课题任务，还增加了相互接触的机会。利用这样的机会，小组中基础差的同学可在学习能力较强的学生帮助下，克服学习中遇到的困难。大家一起学习，一起进步。

此外，多人共同完成一个任务有助于发挥团队协作精神。这个过程可以培养学生与人相处的能力、遇到问题如何有效沟通、接到任务如何利用团队的力量完成、学会进行任务的分解和落实到个人以及体验到集体的荣誉感等。这些能力和品质的培养，比在这过程中学会的一些书本知识更为重要。

2.2.2 设计子课题

课程内容涉及到光纤光缆、光源与光发送机、光检测器与光接收机、光放大器、光无源器件和光波通信系统的设计。教师需要在子课题任务的设计方面花费心思，下达既有新意又有实际意义的任务。

由于整个课程的授课顺序是先介绍构成光纤通信系统的各个部分，后讲解系统设计。可以在各构成部件的讲解章节中，下达查阅最新光器件发展的任务，例如：新型光纤光缆结构、光源（LD和LED）的发展情况、检测器件的性能、最新光器件的种类。原本这些知识点，如果采用教师查阅课堂讲授的方式，一是无法查阅全面，其次讲解只能蜻蜓点水，学生听得稀里糊涂。现在通过子课题任务的方式，学生在上课之前，已经利用课余时间学习了最新的技术和器件，对其已经有所了解，课堂的汇报讨论又将这一子课题的内容扩充完善，印象加深。另外，进行这类光器件的介绍与讨论时，可从实验室借来一些真实的器件，并在子课题中设置一些器件使用方面的任务;也可以采购若干常用的光器件分发到各组，布置与其相关的小任务。这能够在一定程度上解决理论和实践脱节的问题，加强学生实际动手能力，帮助其学以致用。最后一章光波系统设计的讲解时，受到实际条件的限制，也许无法搭建一个真实的系统，但是此处可以巧用仿真软件来实现系统的设计。此时子课题就可以布置用软件仿真进行系统设计的模拟，该任务需要占用较长的课后时间，在具体考核时可以适当增加这部分内容的分数。

2.3 建立全面的评价体系

借助提高层次中课题分组讨论环节，打破以往单一的期末闭卷考试方式。建立起既重理论，又重实践;既重结果，也重过程的考核方式。此外，为了提高学生积极性，减轻学生的负担，适当提高分组讨论环节得分在期末总成绩中占的比例。通过这样的方式，可以增加学生课后学习的积极性，接触到更多该领域的前沿知识。

3 总结

“光纤通信原理与系统”是一门非常重要的专业课，通过本课程的学习，学生能够了解光纤通信发展的历史;知道光纤通信技术及光器件的最新发展动态;掌握光纤、光源、光发送机、光接收机、光放大器等的工作原理和特性;理解光纤通信系统设计的思路、方法及检验标准。为学生进行毕业前的职业准备，使学生在毕业后能够顺利地、独立地从事光纤通信方面的工作。

通过本项目的开展，一方面有利于提高教学水平、促进课程建设;另一方面可以有效提高学生的学习兴趣，更好地掌握光纤通信方面的专业知识，为人才培养提供有力的支持。同时可供我校其他院系及国内普通工科高校开设和建设“光纤通信原理与系统”课程的同行们作一个参考。

通信系统原理论文:《通信系统原理实验》课程的教学改革与探索

摘要：针对当前社会对信息科学技术人才的创新能力需求及社会经济发展的需要，在教学实践中对通信系统原理实验课程的教学方法做了大的改进，实验不再采用实验箱来完成，而是采用软件仿真来实现，不仅可以使学生在较短的时间内掌握该课程的理论知识，而且通过实验的操作提高他们的动手能力和创新能力。

关键词：计算机仿真；教学改革；通信系统原理；创新能力

随着计算机的广泛应用和通信技术的不断发展和更新，通信系统的复杂度迅速增长，这就要求掌握现代通信理论和技术的高级技术人才日益增多。因此，如何让本科学生更好地掌握现代数字通信中以调制解调技术和通信信道的性能分析为代表的新技术及其应用能力，适应市场需要，拓宽就业渠道，是电子信息工程专业实践教学面临的紧迫任务。因此，在普通高校我们的教育目标就是要培养具有扎实的专业理论基础、有较宽领域的工程技术基础和有一定专业知识的高级工程技术人才，尤其是作为电子信息工程专业的学生，他们将来是国家信息科学技术行业的中流砥柱，因此，他们不仅要掌握好电子专业方面的基础知识和实用技术，还必须要掌握一些有关通信技术方面的基础知识和实用技术。考虑到通信技术的发展和更新速度，采取以往购买硬件实验设备来提高学生实践能力的方式，一方面购买设备需要申报的时间相对较长，往往难以跟得上学生的实际需求；另一方面购入的设备淘汰较快，容易造成浪费。如某大学在进行本科教学评估时购入了价值400万的通信原理教学实验设备，不到4年这批设备已面临淘汰的困境。因此，解决上述问题的一个有效方法是采用虚拟技术来实现，即采用计算机仿真实验技术来实现。也就是通过建立器件、部件乃至系统的模型，并用模型在计算机上进行仿真，利用计算机的高速运算处理能力，完成对通信设备与系统的分析、设计以及性能优化与评估测试。更为重要的是由于采用软件技术仿真实现实验项目，实验项目的更新更容易。有专家指出利用计算机进行建模理论和方法是推动仿真技术进步发展的重点研究方向。美国等发达国家在仿真领域一直是将建模理论和方法的研究工作列为重中之重。计算机仿真实验技术的优良特性，将成为今后人们特别重视和大力发展的综合技术。

一、教学中存在的问题

目前在大多数开设通信原理实验课的高校，所有的通信原理实验仍然全部采用实验箱来完成，但是由于实验设备的性能问题，在实验操作过程中会导致某些实验无法得出正确的结果，而且学生也无法对实验原理框图进行逐点的波形分析，实验效果并不理想。而且综合性创新性实验项目很少，无法给学生提供更大的实验平台，更谈不上创新能力的培养。采用实验箱做实验属于传统实验，实验的正确与否依靠实验箱的性能，而实验箱设备由于操作的学生较多，出现损坏的情况比较严重，而厂家来维修的时间有限，所以会导致上实验课能用的实验箱的数目大大减少，极大地影响了实验课的教学质量。而如果采用虚拟实验来做这些实验项目，它与传统实验相比，虚拟实验除了在性能、易用性、用户可定制性等方面具有更多优点外，在工程应用和社会经济效益方面也具有突出优势。此外，传统的通信原理实验主要通过硬件电路实现各功能模块，由信号发生器产生信号，用示波器观察各点波形。由于实验条件的限制，往往得不到准确的实验结果，而且学生面对复杂的电路板难以从系统的观点去分析各点波形关系。因此，设计出一套与传统实验相配合的虚拟实验软件，采用软件模拟的方法，通过灵活调节各个实验参数，灵活控制实验进程，便可很好地弥补传统通信原理实验的不足，同时可降低实验设备成本和节省经费，实现在没有购买新模块的情况下完成实验项目。

二、教学改革探索

1.教学内容的改革。《通信系统原理实验》课所包含的内容很广，里面涉及有基础性实验内容和综合性创新性实验内容，实验学时又短，如何在学时有限的情况下，掌握如此多的实验内容，如果采用传统的实验箱来做，是全部完成不了的，只有选取有代表性的实验来完成，而如果采用计算机仿真来实现的话，就有大量的时间来完成，而且即使上课时间完成不了，学生还可以回家继续来完成。这样对掌握基础理论知识提供了强有力的实验支持。目前，虽然传统通信实验中有部分实验采用计算机仿真来实现，但只是采用软件编译出结果，看不到原理框图，无法进行全面分析。为了让教学内容更丰富多彩，在实验教学内容中将所有的实验内容采用统一软件仿真平台，全部实验内容采用计算机仿真的方法在同一个平台下进行调用来完成。学生在该软件平台下完成课程大纲所要求的基础性实验项目，而且能根据教师要求完成综合性创新性实验项目的仿真，并能根据不断出现的新技术如3G等，及时实现计算机仿真，让学生真正掌握通信原理技术。软件平台界面如图1所示。

基本实验有眼图实验、AMI/HDB3编译码过程实验、抽样定理与PAM调制解调实验、PCM编译码实验、？荪M实验、FSK实验、BPSK实验等。针对现代调制解调新技术实验项目仿真，包括GSM蜂窝移动通信使用的GMSK技术，CDMA使用的QPSK和扩频技术，无线局域网用到的QAM等。综合性实验项目有计算机数据传输通信系统综合实验，使学生适应不断发展的通信技术，帮助通信专业的学生在通信系统领域建立一个较为完整的框架体系，有利于对其所学的知识进行综合和提高。创新性实验项目要求学生根据教师要求自动建模，提高学生的创新能力和动手能力。

2.教学手段的改革。采用软件仿真的实验手段突破了传统的实验教学模式，由于将通信原理实验课程大纲所要求的实验项目采用计算机仿真来实现，提高了学生应用计算机仿真软件的能力，而且它与实验箱配合起来使用可以使学生更好地掌握通信系统的构成及原理。①教学方式的改革：在教学实验过程中，教师在上课前指导学生先进行理论知识的复习，在每个实验的软件仿真界面中都有理论的内容；教师根据实验内容让学生进行框图的搭建，让学生可以从系统的观点去分析原理框图中各点的波形图及各点之间关系，而且还可以灵活设置各个实验参数，进而分析不同参数为何会有不同的结果，最后写出分析报告。②增加通信新技术的虚拟仿真，使学生适应现代通信技术的发展，满足社会对这方面人才的需求。③利用计算机网络的优势，虚拟实验可以实现实验项目的远程操作，弥补了实验场地和实验时间的不足。使学生上实验课不再受时间、地点及实验设备的限制，从而提高了学生学习的主动性，提高教师的教学效率。④考核方式：采用上课提问和分析报告两项来给成绩，而不是采用以前那种实验报告的方式，杜绝了学生抄袭的行为，真正做到公平公正，从而促进学生真正动手动脑去做实验。

随着科学技术的不断发展和社会竞争的日益激烈，我们教学的总目标就是要让学生能够真正学到知识，并在今后的工作中能学以致用，成为国家所需的高级工程技术人才，因此在教学过程中教师要不断地根据实际情况对教学内容和教学方法作一些改进，培养学生综合应用能力，增强分析问题、解决问题和动手的能力。通过自己在任教实践过程中对《通信系统原理实验》课进行的一些改革探索，在教学中也取得了一定的效果，但是，课程教学改革是一项长期而艰巨的任务，目前还只处于探讨和实践阶段，并不完善，需要在今后的工作实践中不断地加以总结和完善。

作者简介：李丽（1973-），女，讲师，主要从事计算机应用和通信工程方面的研究。

通信系统原理论文:高职院校通信类专业数字通信系统原理课程教学改革与探索

摘 要 数字通信系统原理课程是电子信息和通信类专业的基础课程。结合高职学生特点，从教学方式、考核方法、实践教学等不同环节进行改革探索，激发学生学习的主动性、创造性，培养学生的创新意识。

关键词 高职；数字通信系统原理；教学改革

数字通信系统原理作为电子通信的一门入门课程，是重庆电讯职业学院移动通信专业的一门主干课。本课程主要介绍通信系统的基本结构、信源编码、信道编码、数字基带信号传输、数字信号的调制和解调及信道编码的原理与方法。通过该课程，可使得学生掌握基础的数字通信知识，熟悉当前通信技术的特点和发展的趋势。同时有效培养学生在通信知识方面的素养，为后续做准备。

本课程的先修课程有高等数学、线性代数、概率论、信号与系统、通信电子电路等，后续课程有移动通信、光纤通信、卫星通信、程控交换等。综合来讲，该课程为衔接专业与基础的课程，同时也为通信专业的主要课程。该课程典型的特点为直观性比较差、内容比较抽象，同时理论性的东西非常强，需要较强的数学分析能力，对原本基础比较薄弱的高职学生的学习而言，存在很大的难度。因此，如何做好对该门课程的教学成为当前思考的重点，也是本课程改革的重点。

1 注重教学理念，改革教学内窖

当代职业教育的特点是培养具有职业性和应用能力的专门型人才。因此，在教育中通常采用就业作为培养的导向。对此，在课程内容的选择上，首先非常注意教材的选取，主要原因在于教材作为教学的根本，将对教学起着最为直接的影响，也会对激发学生学习积极性起到很大的作用。

当前，数字通信系统原理课程的教材比较丰富，研究的理论也比较深，但是实践方面的内容比较少，使得教材对高职学生来讲存在一定的差距。经过对比，重庆电讯职业学院移动通信专业选用人民邮电出版社出版的21世纪高职高专通信教材《数字通信系统原理》。该教材的特点是以现代数字通信系统为背景，从共性出发，系统介绍数字通信系统的基本概念、基本原理和相关技术。通过本书学习，能对数字通信系统建立起总体上的概念。本书侧重于系统，不强调电路细节和数学分析，在内容的处理上强调物理概念，用直观的方法解释问题；对于重难点问题，均给出应用示例，通过示例说明原理与实际应用的关系，并通过应用加深对基本概念和基本原理的理解，理论知识紧密联系实际。该教材对于高职学生易学易懂，适合高职院校数字通信系统原理课程教学。

其次，本着在教学中应有所建树的思想，突出以人为本的教学理念和注重应用的教学。在教学中一方面着手对基础内容、方法等的引导；另一方面突出重点，对学习中的难点和要点进行解决。对此，在教学中提出通过“以线带点”的方式，实现点线的关联，从容实现课程内容体系的改革。

确定课程教学的主线 如何结合高职院校的特定教学内容进行选择性的教学，成为改革的第一步。对此，删除教材中理论性比较强的内容，尽量回避其中比较繁琐的公式。同时结合应用的实际，对通信系统的模型进行选择性学习。强调通信系统整体概念的建立，根据信号的产生、传输、接收和恢复过程，用一个典型数字通信系统的组成框图作为学习的总路线图，将各功能框图称为“节点”，各功能框图的有向线段称为“线”。以路线图中的节点涉及的典型技术理论分析为重点，以信号流程为主线，以线带点，培养学生通信系统的宏观分析和微观分析方法。

在教学过程中，首先通过精心制作教学课件，对教学内容中的“点”和“线”进行详细的讲解，以此查看其中的内在联系，从而使得学生充分理解通信的本质――就是将大量的信息进行高效和无失真的传输，并在传输中实现信息安全。从微观上精选典型技术，重点分析基本理论模块。其次，对各个不同的知识点进行均匀分配，明确重点，对不同知识点进行不同教学，强调各个知识点的联系，从而深化“点线关联”的思维。

注重典型技术和基本理论 从微观的角度选择实用的、典型的技术和基础的理论模块；从宏观上来讲则是以数字信号传输作为主线，通过逐步开展典型技术的学习从而实现对具体的技术的分析。在教学活动中，针对高职学生的特点，对通信技术的实现不贪多求全，而是精选典型技术进行微观分析，注意激发学生学习的兴趣，关键是引导学生掌握数字通信的基本结构体系。具体的做法是将全课程分为通信系统概论、信号与通信信道、信源编码、数字信号的基带传输、信道编码、差错控制编码、信道复用与多址技术及数字信号的调制传输、定时与同步八个核心模块。对其中不同的模块进行不同的分析，并对其中实用性的技术进行讲解。

2 更新教学方法，培养学生自主学习能力

在进行通信学原理教学时，一定要采取有效的教学方法在课堂上吸引学生的注意力，增强教学效果，从而激发学生的创新思维能力。选择教学方式时要避免采用“灌输式”等让学生处于被动地位的教学方法，课堂上要以学生为主体，采用提问的方式积极引导学生进行思考，从而引起他们的学习兴趣，让他们主动去思考，激发他们的创造性思维。让学生在掌握知识的同时，还能探索适合自己的学习方法，使他们由“学会”转向“会学”。

“启发式”教学 教师作为课堂教学的媒介，采用启发式的教学方式，并通过循序渐进的方式引导学生进行思考和讨论，最后再通过教师进行总结和分析。通过采用启发式教学可以有效地避免概念出现混淆，明白知识点的具体应用和通过分析归纳出相应的原理等，以此来提高学生学习的主动性和积极性，此外还可以使学生分析、解决问题的能力得到培养和提高。启发式教学是一种互动、讨论式的教学方法，这种方式的教学不仅有助于提高学生学习的积极性、主动性及分析问题、解决问题的能力，更可有效提高学生团队合作、表达能力等。

“研讨式”教学模式 “研讨式”教学是一种新的教学模式。它以解决问题为主题思想，教师设立相关的课题或者是创造相关的问题情境，学生进行集体讨论、查找相关资料，并且进行实践、探索，然后提出解决问题的方法策略。教师在这个过程中不直接参与，只是给予一定的指导。在这个过程中，学生既掌握了知识，还锻炼了自己的思维能力和解决问题的能力，从“学会”的层面迈向“会学”的层面。比如随着通信网络技术的发展，人们的生活与其联系越来越紧密，我国已经进入第三代移动通信全面运行的阶段，形成了移动、联通、电信三大运营商三足鼎立的局面。随着网络通信技术的发展，目前三大运营商为了追求更高的信息承载能力，已经纷纷由3G网络向4G网络发展，并且不断争相占领市场份额。教师可以在现代移动技术发展的基础上，引导学生对其中的课题进行研究。

结合当前移动通信的发展情况，引导学生选择相关的课题进行研究，如“移动通信新技术研究”“3G在中国”“3G之后物联网”等。通过这些课题的研究，让学生利用知网下载相关文献，在图书馆查阅相关资料，上网搜集相关技术的最新信息，给学生提供思考及讨论问题的机会。这样的学习方式可以开阔学生视野、拓宽知识面，利于提高他们的综合能力，最重要的是吸引他们主动学习，培养创新型人才。

学生主导式教学模式 对通信课程来说，它拥有相对完整的理论体系，前后内容联系紧密，理论性非常强，抽象度高，并且涉及很多数学知识，对于学生来说学习难度非常大。因此，在对学生进行教学的时候，应首先注重对学生各项基础理论知识的灵活应用，并将其进行融会贯通。学生主导式教学法提倡学生主动学习，采用灵活的学习方法，使学生灵活运用已经掌握的基本知识体系，从而在整体上对通信系统理论体系进行把握。

任务驱动式教学模式 “任务驱动式教学”也是近年兴起的全新教学模式。采用这种方式进行教学，可以给学生安排一些相对具体的任务，在任务完成的过程中了解基础的技能、知识。以该课程为例进行论述，课程的学习任务以工作任务为目标进行设计，设计好之后，以工作任务和情景描述为开端具体引入。在对课程的学习中，以实际的系统作为教学样板，先对系统的特征、功能、工作方式等引导学生进行学习，再采用项目分解的方式，将相关的知识体系传递给他们。

3 对教学手段和考核方法进行改进，提高学生学习积极性

结合多媒体技术手段 通信课程在一定的程度上非常抽象，且具有很强的理论性。因此，在教学中，简单的口述等方式不能将知识完全表达出来。在教学中必须借助现代多媒体的方式，通过电脑制作的课件、录制教学录像和短片等，直观表述一些抽象、不易理解的内容。此外，利用多媒体进行教学，尤其是播放一些动画效果，可以吸引学生的注意力，提高教学效率。

加强实践教学，培养学生创新意识 学生在课堂上学习的理论知识可以通过实验实践教学进行巩固，同时通过实验还能提高学生的分析能力和创新能力。由于数字通信系统原理课程具有抽象性和理论性强等特点，所以最好安排随堂实验巩固该课时所学的知识。尤其是PAM、FSK等验证性的实验，更要和课堂内容紧密结合。可以凭借仿真软件如MATLAB仿真相关的知识点，使这些抽象原理更加形象，并能在课堂上直观地展现在学生面前，帮助他们进行理解。

充分利用数字通信系统原理课程网络教学资源 数字通信系统原理课程教学网站上有丰富的学习资源，并为教师和学生提供了学习讨论的平台。该教学网站包括课程介绍模块、授课PPT模块、课后练习模块、师生互动模块等，学生可以随时下载学习资源，还可以和教师进行在线交流。

改革考核形式，发挥学生主观能动性 传统的数字通信系统原理课程的考核方式为期末笔试，这种考核方式能全面地考查学生对知识体系的掌握程度，但是不能全面评价学生的学习情况。因此，要对考核形式进行改革，采取笔试、面试和实践三者结合的考核方式，分别考核学生的理论知识掌握情况、利用知识分析和解决问题的能力、所学知识在实践中的运用能力。

4 结束语

随着现代科学技术的不断发展，出现了很多新的教学手段和教学方法。因此，如何利用这些新的教学手段和教学方法达到课程培养目标是高职教育面临的新问题。为了保证高职院校培养的人才适应社会需求，数字通信系统原理课程教学要进行改革，采用新的教学方法手段，提高学生学习兴趣，从而促进学生的全方面发展。

通信系统原理论文:GSM―R通信系统的工作原理与状态维护

摘 要 本文从GSM-R系统本身的结构出发，对工作流程和特征做出了必要说明，而后从日常运营角度，对该通信系统的维护和分析手段进行了讨论。

关键词 GSM-R；通信；原理；维护

铁路移动通讯系统（GSM-R，Global System of Mobile communication for Railways），从本质上看是GSM技术在铁路工作环境中的应用。GSM-R技术的这种独特的应用环境，决定了它在铁路工作过程中的重要地位，也因此必须承担起铁路工作环境所赋予它的相应职能。以安全需求为首的通信职能，对于GSM-R网络的稳定性而言提出了相比常规GSM网络更高的要求，也正因为如此，GSM-R的维护工作才更需要得到重视。

1 GSM-R系统工作特征

想要针对GSM-R通信系统做出有效的维护工作，首先应当对其自身的结构做出必要了解。对于一个典型的GSM-R通信系统而言，基本上由网络子系统（NSS，Network Sub-System）、基站子系统（BSS，Base Station Sub-system）、运行与支持子系统（OSS，Operation-Support System）和终端设备（MS，Mobile Station）四个部分构成，其典型的结构以及互联状况参见图1。

在GSM-R系统中，BSS部分包括基站控制器BSC和基站收发信台BTS，负责将MS传输上来的信号经由BTS实现无线通信中继，并交由BSC处理和实现区域内的无线电资源管理与移动性管理等相关职能。NSS部分的主要职责则在于面向用户数据、移动性以及网络连接等方面实现管理，而OSS则需要实现整个GSM-R系统与工作人员之间的交流和沟通，负责实现通信系统的可控性和易用性等目标。

2 GSM-R通信系统的维护手段

为了确保GSM-R系统在实际工作的过程中能过稳定的发挥其作用，实现应有职责，就必须切实依据GSM-R系统的工作原理和结构特征，以及其在实际工作中的具体表现，提出相应的维护对策，确保能够在故障发生之前对其实现有效排除，提升系统的健康水平。

对于GSM-R系统核心网络而言，常见的几种主要维护测试手段主要包括信息追踪、异常呼叫记录、话务分析以及告警分析四种。

信息追踪是GSM-R系统核心网络最为常用的维护手段，其本质在于通过发送专门用于测试的信令，来实现对于网络中故障可能存在的位置进行定位的一种维护方法。这种测试手段不仅仅可以用于GSM-R系统健康状况的深入检查，对于故障情况下的故障定位也有所帮助。此种方式可以用于GSM-R系统中任何业务流程各个层面的测试，相对而言具有良好的普适特征，并且可以依据多种信令进行跟踪，包括链路、链路集、用户MSISDN号码、用户IMSI、以及各种网元间接口等，都可以作为已知条件进行追踪。

异常呼叫记录在GSM-R通信系统中，主要用于针对异常结束的数据呼叫展开记录和分析，重点工作是对出现异常状况的标准接口消息执行流程操作。这种维护方式并不能直接用于故障的排除，因为它更多是倾向于对于系统异常状况的一种记录，通过这种工作方式所获得的记录虽然对于GSM-R系统分析的深入展开有着极大的推动作用，但是对于故障的排除和定位并没有直接作用。虽然如此，异常呼叫记录的维护方式，对于深入发现存在系统中的“亚健康”状态仍然有着积极意义，对于小概率重现或者不重现事件的记录，在一个相对较长的时间阈中必然有着实践意义。

话务分析的本质在于对GSM-R核心系统中各项业务流和数据状况进行统计并且加以分析。和异常呼叫记录一样，都不能直接用于故障的定位和排除，但是能够更好的了解到整个系统的工作状况，对于数据潮汐等方面的需求也会有一个较好的掌握。这一方面的分析结构，可以广泛用于GSM-R系统健康状况分析和通信资源优化等方面。并且对于潜藏在系统内不合理的网络优化问题以及信息基站和移动端以及自然环境之间的不契合问题都能够有效发现。

最后，告警分析的关键职能在于针对GSM-R系统中的告警进行记录和反映，同时还需要对触发告警的故障进行深入的分析，并且对故障排除状况和过程进行跟踪。在形成了一定容量的告警数据库的基础上，进一步反作用于GSM-R系统，能够帮助GSM-R从管理层面实现更快的故障判断，并且对于触发自动保护以及故障隔离等方面的系统自动行为优化有着积极意义。

这样的几种维护分析手法，对于大多数存在于GSM-R系统中的故障和不足等问题都能够有效发现。但是除此以外也必须认识到，GSM-R系统所面对的铁路工作环境，与常规的GSM系统所面对的社区环境不同，铁路环境横跨地域广大并且面对的自然环境更为复杂，与此同时GSM-R系统与GSM以及CDMA系统也会在边界上存在一定的干扰，这些都会成为GSM-R通信网络服务质量下降的主要原因。针对于此类问题还应当重点展开有针对性的分析和监测，而不仅仅依赖于常规的维护分析手法，有的放矢才能获得最优效果。

3 结论

GSM-R维护管理体系相对繁杂，必然会包括多方面的内容，在实际工作过程中，随着GSM-R系统的深入运用以及GSM-R业务的广泛开展，对其维护管理体系还需不断深入探索，以达到对网络运行状况实时监控、网络运行数据及时分析、网络及业务故障迅速发现，将网络维护逐步实现预防修的目标。

通信系统原理论文:阐述光纤通信原理及光纤通信系统构成的应用

摘要: 本文论述了光纤通信的原理,并说明了光纤通信系统的构成,并就光纤通信的未来发展趋势进行简要阐述。

[关键词] 光纤；通信原理；光纤通信系统；发展前景

1前言

光纤通信是现代通信网的主要传输手段，它的快速发展历史只有二十多年，已经历三代：短波长多模光纤、长波长多模光纤和长波长单模光纤。进入21 世纪后，由于因特网业务的迅速发展和音频、视频、数据、多媒体应用的增长，对大容量（超高速和超长距离） 光波传输系统和网络有了更为迫切的需求。光是一种频率极高的电磁波，因此用光作为载波进行通信容量极大，是过去通信方式的千百倍，具有极大的吸引力，光通信是人们早就追求的目标，也是通信发展的必然方向。

2 通信原理

2.1 光纤的优点

光纤是由中心的纤芯和的包层同轴组成的圆柱形细丝。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。光纤通信之所以发展迅猛。主要原于它具有以下特点：

1） 通信容量大、传输距离远。一根光纤的潜在带宽可达20THz，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） 绝缘、抗电磁干扰性能强，传输质量佳；

4） 光纤线径细、重量轻，原料为石英，节省有色金属铜材料，有利于资源合理使用；

5） 具有抗腐蚀能力强、抗辐射能力强、可绕性好、无电火花、泄露小、保密性强等优点；

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。

2.2 光纤通信的原理

所谓光纤通信，就是在发送端首先要把传送的信息（如话音） 变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度（频率） 变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。然而，由于目前技术水平所限，对光波进行频率调制与相位调制等仍局限在实验室内，尚未达到实用化水平，因此目前大都采用强度调制与直接检波方式（IM- DD）。又因为目前的光源器件与光接收器件的非线性比较严重，所以对光器件的线性度要求比较低的数字光纤通信在光纤通信中占据主要位置。

基本的光纤通信系统是由数据源、光发送端、光学信道和光接收机组成。数据是数字，声音，图像等各种信号的数字化。光发送机和调制器则负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号，先后用过的光波窗口有0.85、1.31 和1.55。光学信道包括最基本的光纤，还有中继放大器EDFA等;而光学接收机则接收光信号，并从中提取信息，然后转变成电信号，最后得到对应的话音、图像、数据等信息。

2.3 光纤通信系统

光纤通信系统的主要工作流程如图2- 1

图2-1 光纤通信系统

2.3.1 PCM电端机

在光纤通信系统中，光纤中传输的是二进制光脉冲“0”码和“1”码，它由二进制数字信号对光源进行通断调制而产生。而数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生的，称为PCM（Pulsecodemodulation），即脉冲编码调制。这种电的数字信号称为数字基带信号，由PCM电端机产生。

2.3.2 光发信机

光发信机是实现电/ 光转换的光端机。它由光源、驱动器和调制器组成。其功能是将来自于PCM 电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。电端机就是常规的电子通信设备。

2.3.3 光中继器

光中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减；另一个是对波形失真的脉冲进行整形。

2.3.4 光收信机

光收信机是实现光/电转换的光端机。它由光检测器和光放大器组成。其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端机去。

2.3.5 光纤连接器、耦合器等无源器件

由于光纤或光缆的长度受光纤拉制工艺和光缆施工条件的限制，且光纤的拉制长度也是有限度的。因此一条光纤线路可能存在多根光纤相连接的问题。于是，光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合，对光纤连接器、耦合器等无源器件的使用是必不可少的。

2.4 光纤通信的应用领域

光纤通信的应用领域很广泛，主要用于通信中继网和用户接入网。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。长途干线通信过去主要靠电缆、微波、卫星通信，现已全面使用光纤通信，并形成了占全球优势的比特传输方法。光纤通信还可用于全球通信网、各国的公共电信网（如我国的国家一级干线、各省二级干线和县以下的支线）、高质量彩色电视传输、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） 系统等。

3 光纤通信技术的发展前景

过去有人对光纤通信的发展情景，有些困惑。其一，在2000 年IT行业的泡沫，使光纤通信的生产规模投入过大，生产过剩，IT行业中许多小公司倒闭。特别是光纤，国外对中国倾销。其二，有人认为光纤通信的传输能力已经达到10Tbps，几乎用不完，而且现在大干线已经建设得差不多，埋地的剩余光纤还很多，光纤通信技术不需要更多的发展。

3.1 光纤到家庭（FTTH） 的发展

FTTH可向用户提供极丰富的带宽，所以一直被认为是理想的接入方式，对于实现信息社会有重要作用，还需要大规模推广和建设。FTTH所需要的光纤可能是现有已敷光纤的2～3 倍。过去由于FTTH 成本高，缺少宽带视频业务和宽带内容等原因，使FTTH还未能提到日程上来，只有少量的试验。近来，由于光电子器件的进步，光收发模块和光纤的价格大大降低；加上宽带内容有所缓解，都加速了FTTH的实用化进程。

近来，无线接入技术发展迅速。可用作WLAN 的IEEE802.11g协议，传输带宽可达54Mbps，覆盖范围达100 米以上，目前已可商用。如果采用无线接入WLAN作用户的数据传输，包括上下行数据和点播电视VOD的上行数据，对于一般用户其上行不大，IEEES02.11g是可以满足的。而采用光纤的FTTH主要是解决HDTV宽带视频的下行传输，当然在需要时也可包含一些下行数据。这就形成“光纤到家庭+ 无线接入”（FTTH+ 无线接入） 的家庭网络。这种家庭网络成本大大降低，维护简单。接入网采用无线是趋势，但无线接入网仍需要密布于用户临近的光纤网来支撑，与FTTH相差无几。FTTH+ 无线接入是未来的发展趋势。

3.2 光纤通信的市场

FTTH毕竟是信息社会的需求，光纤通信的市场一定有美好的情景。目前，我国大量建设FTTH的社会环境和条件尚未具备，可能需要等待一段时间。不过也有些大城市的所谓中心商业区CBD，有比较强的经济力量，现在已经采用光纤到住地PTTP 来建设。总的来说,目前中国的FTTH处于起步试点阶段。试点的作用，一方面是摸索技术和建设的经验，另一方面,还起竞争抢占用户的作用。所以，现在电信运行商，地方业主都积极对FTTH试点，以便发展宽带业务。因此，广播运行商受到巨大的挑战，广播商应加快发展数字电视的进程，并且要充实节目内容和采取有竞争力的商业模式。如果广播商要发展VOD点播电视，还需要对电缆电视网双向改造，如果采用光纤网，可更充分地适应未来的技术发展和市场需求。

通信系统原理论文:浅谈津滨轻轨TWC车地通信系统原理及应用

【摘要】结合轻轨采用的美国USSI列车自动控制系统ATC系统，对TWC车地通信设备的原理、应用和维护进行介绍。

【关键词】轻轨；信号；TWC

1.系统简介

TWC车地通信设备是轻轨采用的美国USSI列车自动控制系统ATC系统的一部分，用于车载设备MicrocabⅡ和轨旁设备之间的数据通信。洛杉矶绿线就是应用此系统。USSI的TWC2000单元为现地轨旁和经过列车间提供了无线、带有多种数据的移频键控通信。TWC可以实现以下系统功能：（1）ATO模式下，列车计划精确站台停车（2）非安全数据交换。

每列车上都装有车载TWC系统，轨旁装有轨旁TWC系统。轨旁TWC系统链接在整个通信网络一部分的中央处理器上。车载TWC系统链接在包括车载ATC、ATO和TCMS（列车监控系统）在内的车载系统上。车载ATC、ATO和TCMS通过车载和轨旁的TWC系统与轨旁CPU形成数据链接。

在运营车内TWC信号传送入TWC环线中，TWC系统从轨旁向列车传送非安全控制职责，包括车次号、检车等；从列车向轨旁传送数据状态，包括车次号、检车、列车长度等。本文介绍的是轨旁TWC的功能。TWC系统能够在车载和轨旁之间进行非故障安全的双向通信。

TWC车地通信设备组成如图1所示：

2.轨旁TWC系统组成及原理

轨旁TWC机笼可以放置在标准的19英寸机柜内。每套机笼包括A、B两组电路板，分别与轨旁两组环线单独连接。按作用分为四种不同类型：负责电源控制的开关电路板（共用），负责信息处理和FSK解调功能的TX/RX电路板和串行通信控制电路板（SCC PCB），最后还有一块电源电路板。机笼内还有四个起屏蔽作用的板，间隔插入它们用来防止PCB间的互相干扰。

在轨旁设备站与通行列车之间，车对地通信系统提供无线、串行数据和FSK的通信。每个轨旁设备站都有一个轨旁TWC系统，它与轨旁CPU连接，这个CPU又是列车控制系统的一部分，每列车上还装有车载TWC设备与ATC和ATO连接，车载ATC和ATO系统通过车载和轨旁TWC系统与轨旁CPU数据链接。

如图2所示，车载TWC系统由车载TWC机笼和安装在底部的TWC天线组成。轨旁TWC系统由轨旁的TWC机笼、TWC环线和耦合单元的PCB。一条长1.1英里（约合1.7Km）的传输线将耦合单元与机笼连接，耦合单元传输线与TWC环线连接提供合适的阻抗，当列车通过时，TWC环线与TWC天线间进行电磁耦合，实现无线的数据传输。

车载TWC机笼可以与ATC和ATO系统进行信息交换，也可以通过TWC天线与轨旁TWC机笼交换信息。轨旁TWC系统可以与轨旁CPU PCB进行信息交换，也可以通过TWC环线和车载TWC设备通信。为实现车载系统（ATO、ATC）和轨旁CPU间的半双工数据通信，所有的TWC PCB提供FSK调制和信息处理的功能。TWCW可以设为CTM，这样使得机车容易检测到交叉点位置，来实现精确的计划停车。

3.故障处理

通常的，TWC通信由机笼内的PCB完成，包括（PS PCB，SCC PCB，RX/TX PCB）。如果任一块板子发生故障后，就必须将它更换以恢复操作。表1列出了典型的故障查找及解决步骤。表中列出最常见的问题，可能的造成原理和有效的处理办法。技术人员最好按照给出的处理办法步骤操作，除非遇到比较特殊的故障原因。

4.结束语

经过津滨轻轨近6年的运营，TWC车地通信充分展示了它的稳定性能和便于维修的特点，是信号系统不可或缺的重要部分。有理由相信，将来它还会在日益发展的轨道交通中扮演着重要的角色。

作者简介：张大鹏，天津滨海快速交通发展有限公司中级工程师。

通信系统原理论文:第三代移动通信系统的网络结构及技术原理

摘要：本文先对这一网络结构作一个总体上的技术原理的描述，然后再对三种主流技术作一个各自的分析，通过对这些技术的学习使我们对未来的通信方向有一个基本上的了解。

关键词：第三代移动通信；网络结构；技术原理

1. 3G基本的网络结构和功能

跟我们以前所认识的GSM网络一样，在3G的网络里，也有交换，传输和用户终端，根据IMT-2000系统的基本标准，第三代移动通信系统主要由4个功能子系统构成，它们是核心网（CN）、无线接入网（RAN）、移动台（MT）和用户识别模块（UIM），且基本对应于GSM系统的交换子系统（SSS）、基站子系统（BBS）、移动台（MS）和SIM卡。

如图所示,3G网络系统主要是UMTS无线接入系统，包括：CN(核心网)、UTRAN（无线接入网）、UE（用户装置）。NodeB(BS)、RNC(BSC)其中RNC可以看成GSM网络中的基站控制器，而NodeB可以看成GSM网络中的基站收发信台。对某个NodeB来说，控制其的RNC称为控制RNC（CRNC）。

CN核心网部分包括UMSC、SGSN、GGSN等功能实体，支持3G并发业务、高速电路业务和分组业务的MSC/VLR/HLR框架实现传输管理，移动性管理，呼叫控制，基本电信业务和补充业务等功能。

RNC无线网络控制器提供IU、IUb、IUr接口，管理和控制Node-B与CN信息传递，实现技术标准中的控制平面和用户平面的一些功能。

Node-B基站系统通过IUb接口，接收来自RNC无线资源控制命令，完成标准中的专用和物理信道的接收和发送功能。我们从这里知道，其实3G网络的各功能结构和GSM有相似之处，那么3G网络是怎么在GSM网络功能模块中演进的呢？其实3G网络的演进包括RNC和CN部分的演进：UMTS无线接入部分RAN，采用UTRAN作为基站侧，以新建的方式实现3G宽带数据业务的无线接入；3G的演进主要的是核心网部分的演进，UMTS CN演进根据3GPP标准分为两个阶段，第一个阶段为3GPP R-99的演进基于GPRS网络，第二阶段为3GPP演进基 于全IP网络。由于网络的这些种种演进，因此有了区别于2G（GSM）网络的3G的一个基本特征：

（1）具有全球范围设计的，与固定网络业务及用户互连，无线接口的类型尽可能少和高度兼容性；

（2）具有与固定通信网络相比拟的高话音质量和高安全性；

（3）具有在本地采用2Mb/s高速率接入和在广域网采用384kb/s接入速率的数据率分段使用功能；

（4）具有在2GHz左右的高效频谱利用率，且能最大程度地利用有限带宽；

（5）移动终端可连接地面网和卫星网，可移动使用和固定使用，可与卫星业务共存和互连；

（6）能够处理包括国际互联网和视频会议、高数据率通信和非对称数据传输的分组和电路交换业务；

（7）支持分层小区结构，也支持包括用户向不同地点通信时浏览国际互联网的多种同步连接；

（8）语音只占移动通信业务的一部分，大部分业务是非话数据和视频信息；

（9）一个共用的基础设施，可支持同一地方的多个公共的和专用的运营公司；

（10）手机体积小、重量轻，具有真正的全球漫游能力；

（11）具有根据数据量、服务质量和使用时间为收费参数，而不是以距离为收费参数的新收费机制。

2.3G的技术原理

2.1 双工方式

频分双工(FDD): 频分双工收发信各占用一个频率(段):收发同时进行，时延小技术成熟

时分双工(TDD): 时分双工收发信用同一频率，收发使用不同时隙:只占用一段频率；上下行信道对称，利于智能天线：设备简单，成本低；不对称FDD工作，数据传输使用时效率高。

WCDMA和CDMA2000都采用FDD模式，只有TD-SCDMA采用TDD模式。FDD模式的特点是在分离的两个对称频率信道上，系统进行接收和发送，用频段来分离接收和传送信道；采用包交换等技术，可突破第二展的瓶颈，实现高速数据业务，并可提高频谱利用率，增加系统容量。但FDD必须采用成对的频率，即在每2×5MHz的带宽内提供第三代业务。该方式在支持对称业务时，能充分利用上下行的频谱，但在非对称的分组交换（互联网）工作时，频谱利用率则大大降低，在这点上，TDD模式有着FDD无法比拟的优势。

2.2 多址方式

通信的多址方式：码分多址 (CDMA)、空分多址 (SDMA)、频分多址 (FDMA)、时分多址 (TDMA)。

2.3 CDMA在无线信道中传输的优势

采用RAKE接收机，有效利用了信道相干时间形成的时间分集效应；宽带传输系统，利用了信道的频率分集效果；码字的多址传输，利用了多用户分集的效果；信号在信道中传输功率低，降低了干扰，提高了保密性；扩频因子灵活变换，有助于多媒体等多速率并发业务的传输；频谱效率高，优于以往的AMPS和GSM，频率复用系统WCDMA为1，GSM为1~~18；支持软切换和更软切换；支持新技术的应用，如多用户检测；WCDMA有下行发射分集，而GSM没有。

2.4 智能天线

智能天线是基于自适应天线阵原理，利用天线阵的波束赋形产生多个独立的波束，并自适应地调整波束方向来跟踪每一个用户，达到提高信号干扰噪声比SINR，增加系统容量的目的。采用智能天线技术，实际上就是通过数字信号处理，使天线阵为每个用户自适应地进行波束赋形，相当于为每个用户形成了一个可跟踪他的高增益天线，从而既可以进行全方位通信，又可以用较小的发射功率覆盖相同的范围。在3G系统中，其他新的功能技术如多用户检测技术、联合检测、空时码、HDR等等，在这里就不多做阐述了。下面对这些技术基础的三种主流标准作介绍，还有一种新标准的简单介绍。

2.5 CDMA2000技术标准

CDMA2000是国际电信联盟（ITU）规定的第三代移动通信无线传输技术之一，是从窄频CDMA one数字标准衍生出来的，CDMA2000是美国ITU提出的第三代移动通信空中接口标准的建议，是IS-95标准向第三代演进的技术体制方案，是一种宽带CDMA技术。前反向同时采用导频辅助相干解调;在扩频码选择采用相同M序列，通过不同的相位偏置区分不同的小区和用户;射频带宽从1.25MHz到20MHz可调;快速前向和反向功率控制;下行信道中采用公共连续导频方式进行相干检测，提高系统容量;在下行信道传输中，定义直扩和多载波传输两种方式，码片速率分别为3.6864Mcps和1.22Mcps，多载波方式能很好地兼容IS-95网络;支持F-QPCH，可延长手机待机时间;核心网络给予ANSI-41网络的演进，并保持与ANSI-41网络的兼容性;支持软切换和更软切换;设计了两类码复用业务信道，基本信道用于传送语音、信令和低速数据，是一个可变速率信道，补充信道用以传送高速率数据，在分组数据传送上应用了ALOHA技术，改善传输性能;在同步方式上cdma2000与IS-95相同，基站间同步采用GPS方式。CDMA2000标准是一个体系结构，按照使用的带宽来区分，CDMA2000可以分为1x系统和3x系统。其中1x系统使用1.25MHz的带宽，提供的数据业务速率最高只能达到307kbit/s。在1x系统以后，国际上比较公认的发展方向是1x EV-DO和1x EV-DV系统。其中1x EV-DO系统重点提高了数据业务的性能，将用户的最大数据业务传送速率提高到2.4Mbit/s。而1x EV-DV系统在将数据业务最大速率提高到3.1Mbit/s的同时，又进一步提高了语音业务的容量。

3.结语

综述所述，随着经济的发展，各种技术发展, 第三代移动通信技术将会相应地调整、完善和进一步发展。纵观移动通信技术的发展规律和第三代通信技术的优点,我们相信,不远的将来,第三代移动通信系统将产生一个容量更大、利润更丰厚的市场。

通信系统原理论文:阐述光纤通信原理及光纤通信系统构成的应用

摘要: 本文论述了光纤通信的原理,并说明了光纤通信系统的构成,并就光纤通信的未来发展趋势进行简要阐述。

[关键词] 光纤；通信原理；光纤通信系统；发展前景

1前言

光纤通信是现代通信网的主要传输手段，它的快速发展历史只有二十多年，已经历三代：短波长多模光纤、长波长多模光纤和长波长单模光纤。进入21 世纪后，由于因特网业务的迅速发展和音频、视频、数据、多媒体应用的增长，对大容量（超高速和超长距离） 光波传输系统和网络有了更为迫切的需求。光是一种频率极高的电磁波，因此用光作为载波进行通信容量极大，是过去通信方式的千百倍，具有极大的吸引力，光通信是人们早就追求的目标，也是通信发展的必然方向。

2 通信原理

2.1 光纤的优点

光纤是由中心的纤芯和的包层同轴组成的圆柱形细丝。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。光纤通信之所以发展迅猛。主要原于它具有以下特点：

1） 通信容量大、传输距离远。一根光纤的潜在带宽可达20THz，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） 绝缘、抗电磁干扰性能强，传输质量佳；

4） 光纤线径细、重量轻，原料为石英，节省有色金属铜材料，有利于资源合理使用；

5） 具有抗腐蚀能力强、抗辐射能力强、可绕性好、无电火花、泄露小、保密性强等优点；

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。

2.2 光纤通信的原理

所谓光纤通信，就是在发送端首先要把传送的信息（如话音） 变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度（频率） 变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。然而，由于目前技术水平所限，对光波进行频率调制与相位调制等仍局限在实验室内，尚未达到实用化水平，因此目前大都采用强度调制与直接检波方式（IM- DD）。又因为目前的光源器件与光接收器件的非线性比较严重，所以对光器件的线性度要求比较低的数字光纤通信在光纤通信中占据主要位置。

基本的光纤通信系统是由数据源、光发送端、光学信道和光接收机组成。数据是数字，声音，图像等各种信号的数字化。光发送机和调制器则负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号，先后用过的光波窗口有0.85、1.31 和1.55。光学信道包括最基本的光纤，还有中继放大器EDFA等;而光学接收机则接收光信号，并从中提取信息，然后转变成电信号，最后得到对应的话音、图像、数据等信息。

2.3 光纤通信系统

2.3.1 PCM电端机

在光纤通信系统中，光纤中传输的是二进制光脉冲“0”码和“1”码，它由二进制数字信号对光源进行通断调制而产生。而数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生的，称为PCM（Pulsecodemodulation），即脉冲编码调制。这种电的数字信号称为数字基带信号，由PCM电端机产生。

2.3.2 光发信机

光发信机是实现电/ 光转换的光端机。它由光源、驱动器和调制器组成。其功能是将来自于PCM 电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。电端机就是常规的电子通信设备。

2.3.3 光中继器

光中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减；另一个是对波形失真的脉冲进行整形。

2.3.4 光收信机

光收信机是实现光/电转换的光端机。它由光检测器和光放大器组成。其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端机去。

2.3.5 光纤连接器、耦合器等无源器件

由于光纤或光缆的长度受光纤拉制工艺和光缆施工条件的限制，且光纤的拉制长度也是有限度的。因此一条光纤线路可能存在多根光纤相连接的问题。于是，光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合，对光纤连接器、耦合器等无源器件的使用是必不可少的。

2.4 光纤通信的应用领域

光纤通信的应用领域很广泛，主要用于通信中继网和用户接入网。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。长途干线通信过去主要靠电缆、微波、卫星通信，现已全面使用光纤通信，并形成了占全球优势的比特传输方法。光纤通信还可用于全球通信网、各国的公共电信网（如我国的国家一级干线、各省二级干线和县以下的支线）、高质量彩色电视传输、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） 系统等。

3 光纤通信技术的发展前景

过去有人对光纤通信的发展情景，有些困惑。其一，在2000 年IT行业的泡沫，使光纤通信的生产规模投入过大，生产过剩，IT行业中许多小公司倒闭。特别是光纤，国外对中国倾销。其二，有人认为光纤通信的传输能力已经达到10Tbps，几乎用不完，而且现在大干线已经建设得差不多，埋地的剩余光纤还很多，光纤通信技术不需要更多的发展。

3.1 光纤到家庭（FTTH） 的发展

FTTH可向用户提供极丰富的带宽，所以一直被认为是理想的接入方式，对于实现信息社会有重要作用，还需要大规模推广和建设。FTTH所需要的光纤可能是现有已敷光纤的2～3 倍。过去由于FTTH 成本高，缺少宽带视频业务和宽带内容等原因，使FTTH还未能提到日程上来，只有少量的试验。近来，由于光电子器件的进步，光收发模块和光纤的价格大大降低；加上宽带内容有所缓解，都加速了FTTH的实用化进程。

近来，无线接入技术发展迅速。可用作WLAN 的IEEE802.11g协议，传输带宽可达54Mbps，覆盖范围达100 米以上，目前已可商用。如果采用无线接入WLAN作用户的数据传输，包括上下行数据和点播电视VOD的上行数据，对于一般用户其上行不大，IEEES02.11g是可以满足的。而采用光纤的FTTH主要是解决HDTV宽带视频的下行传输，当然在需要时也可包含一些下行数据。这就形成“光纤到家庭+ 无线接入”（FTTH+ 无线接入） 的家庭网络。这种家庭网络成本大大降低，维护简单。接入网采用无线是趋势，但无线接入网仍需要密布于用户临近的光纤网来支撑，与FTTH相差无几。FTTH+ 无线接入是未来的发展趋势。

3.2 光纤通信的市场

FTTH毕竟是信息社会的需求，光纤通信的市场一定有美好的情景。目前，我国大量建设FTTH的社会环境和条件尚未具备，可能需要等待一段时间。不过也有些大城市的所谓中心商业区CBD，有比较强的经济力量，现在已经采用光纤到住地PTTP 来建设。总的来说,目前中国的FTTH处于起步试点阶段。试点的作用，一方面是摸索技术和建设的经验，另一方面,还起竞争抢占用户的作用。所以，现在电信运行商，地方业主都积极对FTTH试点，以便发展宽带业务。因此，广播运行商受到巨大的挑战，广播商应加快发展数字电视的进程，并且要充实节目内容和采取有竞争力的商业模式。如果广播商要发展VOD点播电视，还需要对电缆电视网双向改造，如果采用光纤网，可更充分地适应未来的技术发展和市场需求。

通信系统原理论文:高职院校“通信系统原理”课程教学改革问题探析

随着信息化社会的到来，信息与通信日益广泛地渗入到各行各业和各个学科，“通信系统原理”不仅成为通信工程专业的一门重要专业基础课程，而且也成为信息工程、电子工程、计算机应用、自动化以及其他相近专业的必修课程。高职院校由于受传统教育和教学方法的影响，基本沿用过去强调学科本位的本科教学模式，未对课程内容进行有效整合，照搬本科教材及内容，或只是对某些部分内容进行删减，没有结合学生实际情况传授基本的且适合于高职学生发展的知识，而是将超越高职学生理解范围的繁、难、偏的知识点填鸭式地教授给学生，导致学生学得累、学不懂、学不会、厌学直至放弃本课程的学习。为了满足培养工程高层次应用型技术人才的目标，突出操作技能培养，广东轻工职业技术学院对“通信系统原理”课程进行了一次教学改革与实践。

一、教学进程的改革

“通信系统原理”课程的内容是介绍通信系统的基本理论、基本分析方法和各项性能指标。该课程的特点是内容抽象、理论性强，需要较强的数学基础，其先修课程有“高等数学”、“线性代数”、“信号与系统”、“概率论”、“高频电子线路”等。后续课程有“移动通信”、“程控交换机”、“光纤通信”、“移动终端设备原理”等。因此，该课程是一门承前启后的课程，也是通信专业最重要的课程之一，其教学质量的好坏对通信工程、信息工程专业的学生有着重大的影响。传统的强调学科本位的本科教学模式是严格按照完整的“先修课程通信系统原理后续课程”的教学模式进行，在开展本课程之前，必须把前面的所有先修课程全部讲授完毕。其教学进程如表1所示：

表1所示的教学进程在该院进行的时候遇到了以下问题：

第一，第三学期进行的“概率论”、“信号与系统”课程内容过于抽象、深奥，高职院校学生基础较差存在厌学情绪，教学效果不理想。

第二，随着高职院校的改革和发展，“工学结合”、“顶岗实习”已经成为教学活动中最重要的一个环节。为了保证“工学结合”、“顶岗实习”活动的正常开展，必须要大力对过于抽象的理论教学时间进行压缩，而且为了实现高职院校的教学与就业的“零过渡”，越来越多的高职院校从第五学期开始就安排学生到企业实习了。因此，将通信工程的核心专业课程设计在第五学期，是不能满足高职院校教学改革发展的需要的。

鉴于此，学院进行了教学进程方面的改革尝试，将专业核心课程提前一个学期，删掉“概率论”、“信号与系统”课程，重新调整了教学计划，如表2所示：

“高频电子线路”课程的先修课有“模拟电路”等。“通信系统原理”的内容里面在模拟调制系统这一章节与“高频电子线路”有较强的相关性，如果学生先学习“高频电子线路”，再学习“通信系统原理”，那么学生理解这一章节也许会好一些。不过由于时间紧凑，因此，只能将“模拟电路”安排在第二学期开展，而将“高频电子线路”与“通信系统原理”课程同时在第三学期开展。结果发现，学生在学习“通信系统原理”课程关于模拟调制系统原理的时候，感觉到需要掌握对应的高频电子线路的知识，而在学习具体电子线路时，也能加深对通信系统的理解，从而取得相辅相承、互相促进的效果。

二、教学内容的改革

把“概率论”、“信号与系统”课程全部删除，不利于学生对通信系统原理课程的理解。不讲授“信号与系统”的基本内容，学生无法理解通信系统课程中关于频谱和传递函数等方面的基本概念；不讲授“概率论”的基本内容，学生无法理解课程中关于信道与噪声以及误码率方面的推导过程。因此，在讲授本课程之前，需要适当地补充相关的基本内容，将“概率论”、“信号与系统”的主要内容作扼要的介绍，将其精髓浓缩出来，并无缝地插入到通信原理的相应内容中去，力求对于那些没有接触过这些先修课程的对象也能够没有困难地理解其中的内容。

通信系统原理课程本来基本学时数为64学时（4学时/周），我们的尝试是将其学时数增加到96学时（6学时/周），增加了32学时。其中约24学时用于讲授“信号与系统”的基本知识，8学时讲授“概率论”的基本知识。课程教学的顺序是先讲授“信号与系统”，继而讲授“通信系统原理”，然后在讲授中遇到与“概率论”有关的知识时补充必要的基本内容。将三门先修课程的内容高度浓缩，不遗留必要的知识点，同时凡是与“通信系统原理”无关的章节一概跳过，达到“少而精”的目的。

三、教材的选择与编写

教材乃授课之本，好的教材对教、学活动都产生良好的促进作用。高职院校要根据学生的特点及其培养目标选择适合于高职学生定位的教材，最好采用高职高专规划教材。在本次实践中，我们选择张会生主编的《现代通信系统原理》作为教材，至于“信号与系统”和“概率论”方面则参考以上的教材中相关章节内容，将需要补充的知识点抽取出来，然后采用电子教案和印发补充资料的形式发放给学生，既达到教学目的，也节约教材成本。

高等职业教育的发展是日新月异的，“通信系统原理”课程教学改革是时代赋予我们的重任，意义深远。课程改革创新的路还有很长，要做的事还很多，应遵循教学规律，不断改革创新，为培养掌握通信技能的高等职业技术人才做出新的努力。

（作者单位：广东轻工职业技术学院电子通信工程系）