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光通信研究論文范文第1篇

筆者認為,光纖通信技術尚有很大的發展空間,今后會有很大的需求和市場。主要是:光纖到家庭FTTH、光交換和集成光電子器件方面會有較大的發展。在此主要討論光纖通信的發展趨勢和市場。

光纖通信的發展趨勢

1、光纖到家庭(FTTH)的發展

FTTH可向用戶提供極豐富的帶寬,所以一直被認為是理想的接入方式,對于實現信息社會有重要作用,還需要大規模推廣和建設。FTTH所需要的光纖可能是現有已敷光纖的2～3倍。過去由于FTTH成本高,缺少寬帶視頻業務和寬帶內容等原因,使FTTH還未能提到日程上來,只有少量的試驗。近來,由于光電子器件的進步,光收發模塊和光纖的價格大大降低;加上寬帶內容有所緩解,都加速了FTTH的實用化進程。

發達國家對FTTH的看法不完全相同:美國AT&T認為FTTH市場較小,在0F62003宣稱:FTTH在20-50年后才有市場。美國運行商Verizon和Sprint比較積極,要在10—12年內采用FTTH改造網絡。日本NTT發展FTTH最早,現在已經有近200萬用戶。目前中國FTTH處于試點階段。

FTTH[遇到的挑戰:現在廣泛采用的ADSL技術提供寬帶業務尚有一定優勢。與FTTH相比:①價格便宜②利用原有銅線網使工程建設簡單③對于目前1Mbps—500kbps影視節目的傳輸可滿足需求。FTTH目前大量推廣受制約。

對于不久的將來要發展的寬帶業務,如:網上教育,網上辦公,會議電視,網上游戲,遠程診療等雙向業務和HDTV高清數字電視,上下行傳輸不對稱的業務,AD8L就難以滿足。尤其是HDTV,經過壓縮,目前其傳輸速率尚需19.2Mbps。正在用H.264技術開發,可壓縮到5～6Mbps。通常認為對QOS有所保證的ADSL的最高傳輸速串是2Mbps,仍難以傳輸HDTV。可以認為HDTV是FTTH的主要推動力。即HDTV業務到來時,非FTTH不可。

FTTH的解決方案:通常有P2P點對點和PON無源光網絡兩大類。

F2P方案一一優點:各用戶獨立傳輸,互不影響,體制變動靈活;可以采用廉價的低速光電子模塊;傳輸距離長。缺點:為了減少用戶直接到局的光纖和管道,需要在用戶區安置1個匯總用戶的有源節點。

PON方案——優點:無源網絡維護簡單;原則上可以節省光電子器件和光纖。缺點:需要采用昂貴的高速光電子模塊;需要采用區分用戶距離不同的電子模塊,以避免各用戶上行信號互相沖突;傳輸距離受PON分比而縮短;各用戶的下行帶寬互相占用,如果用戶帶寬得不到保證時,不單是要網絡擴容,還需要更換PON和更換用戶模塊來解決。(按照目前市場價格,PEP比PON經濟)。

PON有多種,一般有如下幾種:(1)APON:即ATM-PON,適合ATM交換網絡。(2)BPON:即寬帶的PON。(3)OPON:采用通用幀處理的OFP-PON。(4)EPON:采用以太網技術的PON,0EPON是千兆畢以太網的PON。(5)WDM-PON:采用波分復用來區分用戶的PON,由于用戶與波長有關,使維護不便,在FTTH中很少采用。

發達國家發展FTTH的計劃和技術方案,根據各國具體情況有所不同。美國主要采用A-PON,因為ATM交換在美國應用廣泛。日本NTT有一個B-FLETts計劃,采用P2P-MC、B-PON、G-EPON、SCM-PON等多種技術。SCM-PON:是采用副載波調制作為多信道復用的PON。

中國ATM使用遠比STM的SDH少,一般不考慮APON。我們可以考慮的是P2P、GPON和EPON。P2P方案的優缺點前面已經說過,目前比較經濟,使用靈活,傳輸距離遠等;宜采用。而比較GPON和EPON,各有利弊。GPON:采用GFP技術網絡效率高;可以有電話,適合SDH網絡,與IP結合沒有EPON好,但目前GPON技術不很成熟。EPON:與IP結合好,可用戶電話,如用電話需要借助lAD技術。目前,中國的FTTH試點采用EPON比較多。FTTH技術方案的采用,還需要根據用戶的具體情況不同而不同。

近來,無線接入技術發展迅速?？捎米鱓LAN的IEEE802.11g協議,傳輸帶寬可達54Mbps,覆蓋范圍達100米以上,目前已可商用。如果采用無線接入WLAN作用戶的數據傳輸,包括:上下行數據和點播電視VOD的上行數據,對于一般用戶其上行不大,IEEES02.11g是可以滿足的。而采用光纖的FTTH主要是解決HDTV寬帶視頻的下行傳輸,當然在需要時也可包含一些下行數據。這就形成“光纖到家庭+無線接入”(FTTH+無線接入)的家庭網絡。這種家庭網絡,如果采用PON,就特別簡單,因為此PON無上行信號,就不需要測距的電子模塊,成本大大降低,維護簡單。如果,所屬PON的用戶群體,被無線城域網WiMAX(1EEE802.16)覆蓋而可利用,那么可不必建設專用的WLAN。接入網采用無線是趨勢,但無線接入網仍需要密布于用戶臨近的光纖網來支撐,與FTTH相差無幾。FTTH+無線接入是未來的發展趨勢。

2、光交換的發展什么是通信?

實際上可表示為:通信輸+交換。

光纖只是解決傳輸問題,還需要解決光的交換問題。過去,通信網都是由金屬線纜構成的,傳輸的是電子信號,交換是采用電子交換機?，F在,通信網除了用戶末端一小段外,都是光纖,傳輸的是光信號。合理的方法應該采用光交換。但目前,由于目前光開關器件不成熟,只能采用的是“光-電-光”方式來解決光網的交換,即把光信號變成電信號,用電子交換后,再變還光信號。顯然是不合理的辦法,是效串不高和不經濟的。正在開發大容量的光開關,以實現光交換網絡,特別是所謂ASON-自動交換光網絡。

通常在光網里傳輸的信息,一般速度都是xGbps的,電子開關不能勝任。一般要在低次群中實現電子交換。而光交換可實現高速XGbDs的交換。當然,也不是說,一切都要用光交換,特別是低速,顆粒小的信號的交換,應采用成熟的電子交換,沒有必要采用不成熟的

大容量的光交換。當前,在數據網中,信號以“包”的形式出現,采用所謂“包交換”。包的顆粒比較小,可采用電子交換。然而,在大量同方向的包匯總后,數量很大時,就應該采用容量大的光交換。目前,少通道大容量的光交換已有實用。如用于保護、下路和小量通路調度等。一般采用機械光開關、熱光開關來實現。目前,由于這些光開關的體積、功耗和集成度的限制,通路數一般在8—16個。

電子交換一般有“空分”和“時分”方式。在光交換中有“空分”、“時分”和“波長交換”。光纖通信很少采用光時分交換。

光空分交換:一般采用光開關可以把光信號從某一光纖轉到另一光纖?？辗值墓忾_關有機械的、半導體的和熱光開關等。近來,采用集成技術,開發出MEM微電機光開關,其體積小到mm。已開發出1296x1296MEM光交換機(Lucent),屬于試驗性質的。

光波長交換:是對各交換對象賦于1個特定的波長。于是,發送某1特定波長就可對某特定對象通信。實現光波長交換的關鍵是需要開發實用化的可變波長的光源,光濾波器和集成的低功耗的可靠的光開關陣列等。已開發出640x640半導體光開關+AWG的空分與波長的相結合的交叉連接試驗系統(corning)。采用光空分和光波分可構成非常靈活的光交換網。日本NTT在Chitose市進行了采用波長路由交換的現場試驗,半徑5公里,共有43個終端節,(試用5個節點),速率為2.5Gbps。

自動交換的光網,稱為ASON,是進一步發展的方向。

3、集成光電子器件的發展

如同電子器件那樣,光電子器件也要走向集成化。雖然不是所有的光電子器件都要集成,但會有相當的一部分是需要而且是可以集成的。目前正在發展的PLC-平面光波導線路,如同一塊印刷電路板,可以把光電子器件組裝于其上,也可以直接集成為一個光電子器件。要實現FTTH也好,ASON也好,都需要有新的、體積小的和廉價的和集成的光電子器件。

日本NTT采用PLO技術研制出16x16熱光開關;1x128熱光開關陣列;用集成和混合集成工藝把32通路的AWG+可變光衰減器+光功率監測集成在一起;8波長每波速串為80Gbps的WDM的復用和去復用分別集成在1塊芯片上,尺寸僅15x7mm,如圖1。NTT采用以上集成器件構成32通路的OADM。其中有些已經商用。近幾年,集成光電子器件有比較大的改進。

中國的集成光電子器件也有一定進展。集成的小通道光開關和屬于PLO技術的AWG有所突破。但與發達國家尚有較大差距。如果我們不迎頭趕上,就會重復如同微電子落后的被動局面。

光纖通信的市場

眾所周知,2000年IT行業泡沫,使光纖通信產業生產規模爆炸性地發展,產品生產過剩。無論是光傳輸設備,光電子器件和光纖的價格都狂跌。特別是光纖,每公里泡沫時期價格為羊1200,現在價格Y100左右1公里,比銅線還便宜。光纖通信的市場何時能恢復?根據RHK的對北美通信產業投入的統計和預測,如圖2.在2002年是最低谷,相當于倒退4年?，F在有所回升,但還不能恢復。按此推測,在2007-2008年才能復元。光纖通信的市場也隨IT市場好轉。這些好轉,在相當大的程度是由FTTH和寬帶數字電視所帶動的。

光通信研究論文范文第2篇

論文摘要：介紹了一種在玻璃基板上切割V型槽并對V型槽纖芯距進行高精度測量的光纖偏振光干涉儀，該系統包括光源、偏振器、偏振控制器、波片、自聚焦透鏡和探測器組成，并對這種光纖傳感器原理進行分析。其理論上其測量精度可達到0.01nm，很好地解決了實際生產中高精度的非接觸在線檢測，并滿足了光通信行業對V型槽纖芯距的實際要求。

引言

在光通信纖維陣列用玻璃基板上刻高精度V型槽（通用型槽間距即纖芯距為127±0.5um和250±0.5um）的關鍵技術被日韓等少數國家壟斷，國內使用的光纖陣列用V型槽基板均需要依靠進口，價格昂貴，嚴重制約了我國光纖到戶（FTTH）工程的進程。而光通信纖維陣列用V型槽基板是光纖到戶工程中必不可少的光器件，主要用于對光纖精確定位生產各種銜接光纖干線與家用光纖之間的信號傳輸的光器件。

日本在光通信纖維陣列用V型槽基板的加工設備開發上起步較早，也具有較為成熟的技術方案。目前，日本等國家生產光通信纖維陣列用V型基板全部采用高精度的專用切割機，而此類設備日本等發達國家對我國實施禁運，國內部分企業與機構也曾嘗試對此方面進行研究，皆因為技術難度較高，而最終以失敗告終，因此在國內尚屬于空白。

在先進的生產制造過程中，非接觸的在線檢測發揮著越來越重要的作用。在線檢測的對象在被測過程中是不斷變化著的，因此對檢測傳感器不僅要求其精度高、穩定可靠、有良好的動態性能、能對快速信號實時響應監控，而且一般要非接觸式測量，并便于安裝。

本文提出一種新型的光纖偏振光干涉儀，它將偏振光干涉技術和光纖傳感技術相結合，能對玻璃基板V型槽的纖芯距進行高精度的在線檢測的非接觸測量。

1、實驗原理設計

即

該線偏振光 的偏振方向與x軸夾角為 。

（1）

被測物位移變化一個波長則合成光的偏振方向轉動了角。因此，通過檢測出偏振方向角，即可得到位移。所以，可將干涉儀的位移測量精度，由一般檢測干涉條紋的位相細分轉變為檢測偏振光的偏振方向角的角度細分；而檢測角度細分要比檢測位相細分精度高，從而可得到較高的測量精度。

由式(1) 可得位移的變化量。如，當角度檢測精度時，則可測得位移精度；而當 時，則 ，因此光纖偏振光干涉儀可以具有很高的靈敏度和精度。

2、 測量實例及結果

轉貼于

本項目結合光學精密測量技術實現通用切割機主軸的精確定位，通過設計穩定的工作平臺，選用硬度合適的刀具，選擇最佳的切削參數，完成V形槽的亞微米超精密機械加工，盡可能減少由于機械方面引起的切割誤差。

實際切割原理如圖2所示，在實際中，算機通過控制偏振角度 的值來控制刀移動的位置來實行對玻璃基板上對V槽纖芯距的切割。實際切割的產品如圖3所示。該圖是8通道纖芯距為250um的V型槽的放大圖。

如圖4是計算機顯示屏顯示的控制情況。從圖可以看出，該系統可以很好地監控實際加工情況。

3、 結論

本項目開發出具有獨立知識產權的基于邁克爾遜干涉儀實時測量監控系統。該系統已經用于玻璃基板V型槽加工的實時檢測中，有效地保證的光通信用玻璃基板V型槽的精度要求，并在國內率先批量生產出高良率的光纖通信用玻璃基板V型槽，有利于推動我國光纖到戶工程。

參考文獻

[1]胡永明. 全保偏光纖邁克爾遜干涉儀[J]。中國激光，1997 ，24 (10) :892 - 894

光通信研究論文范文第3篇

[論文摘要]光纖通信因其具有的損耗低、傳輸頻帶寬、容量大、體積小、重量輕、抗電磁干擾、不易串音等優點，備受業內人士青睞，發展非常迅速。目前，光纖光纜已經進入了有線通信的各個領域，包括郵電通信、廣播通信、電力通信和軍用通信等領域。綜述我國光纖通信研究現狀及其發展。

近年來，光纖通信技術得到了長足的發展，新技術不斷涌現，這大幅提高了通信能力，并使光纖通信的應用范圍

不斷擴大。

一、我國光纖光纜發展的現狀

（一）普通光纖

普通單模光纖是最常用的一種光纖。隨著光通信系統的發展，光中繼距離和單一波長信道容量增大，G.652.A光纖的性能還有可能進一步優化，表現在1550rim區的低衰減系數沒有得到充分的利用和光纖的最低衰減系數和零色散點不在同一區域。符合ITUTG.654 規定的截止波長位移單模光纖和符合G.653 規定的色散位移單模光纖實現了這樣的改進。

（二）核心網光纜

我國已在干線(包括國家干線、省內干線和區內干線)上全面采用光纜，其中多模光纖已被淘汰，全部采用單模光纖，包括G.652光纖和G.655光纖。G.653光纖雖然在我國曾經采用過，但今后不會再發展。G.654光纖因其不能很大幅度地增加光纖系統容量，它在我國的陸地光纜中沒有使用過。干線光纜中采用分立的光纖，不采用光纖帶。干線光纜主要用于室外，在這些光纜中，曾經使用過的緊套層絞式和骨架式結構，目前已停止使用。

（三）接入網光纜

接入網中的光纜距離短，分支多，分插頻繁，為了增加網的容量，通常是增加光纖芯數。特別是在市內管道中，由于管道內徑有限，在增加光纖芯數的同時增加光纜的光纖集裝密度、減小光纜直徑和重量，是很重要的。接入網使用G.652普通單模光纖和G.652.C低水峰單模光纖。低水峰單模光纖適合于密集波分復用，目前在我國已有少量的使用。

（四）室內光纜

室內光纜往往需要同時用于話音、 數據和視頻信號的傳輸。并目還可能用于遙測與傳感器。國際電工委員會(IEC)在光纜分類中所指的室內光纜，筆者認為至少應包括局內光纜和綜合布線用光纜兩大部分。局用光纜布放在中心局或其他電信機房內，布放緊密有序和位置相對固定。綜合布線光纜布放在用戶端的室內，主要由用戶使用，因此對其易損性應比局用光纜有更嚴格的考慮。

（五）電力線路中的通信光纜

光纖是介電質，光纜也可作成全介質，完全無金屬。這樣的全介質光纜將是電力系統最理想的通信線路。用于電力線桿路敷設的全介質光纜有兩種結構：即全介質自承式(ADSS)結構和用于架空地線上的纏繞式結構。ADSS光纜因其可以單獨布放，適應范圍廣，在當前我國電力輸電系統改造中得到了廣泛的應用。ADSS光纜在國內的近期需求量較大，是目前的一種熱門產品。

二、光纖通信技術的發展趨勢

對光纖通信而言，超高速度、超大容量和超長距離傳輸一直是人們追求的目標，而全光網絡也是人們不懈追求的夢想。

（一）超大容量、超長距離傳輸技術波分復用技術極大地提高了光纖傳輸系統的傳輸容量，在未來跨海光傳輸系統中有廣闊的應用前景。近年來波分復用系統發展迅猛，目前1.6 Tbit/的 WDM系統已經大量商用，同時全光傳輸距離也在大幅擴展。提高傳輸容量的另一種途徑是采用光時分復用(OTDM)技術，與 WDM通過增加單根光纖中傳輸的信道數來提高其傳輸容量不同，OTDM技術是通過提高單信道速率來提高傳輸容量，其實現的單信道最高速率達640Gbit/s。

僅靠OTDM和WDM來提高光通信系統的容量畢竟有限，可以把多個OTDM信號進行波分復用，從而大幅提高傳輸容量。偏振復用（PDM）技術可以明顯減弱相鄰信道的相互作用。由于歸零（RZ）編碼信號在超高速通信系統中占空較小，降低了對色散管理分布的要求，且RZ編碼方式對光纖的非線性和偏振模色散（PMD）的適應能力較強，因此現在的超大容量WDM/OTDM通信系統基本上都采用RZ編碼傳輸方式。WDM/OTDM混合傳輸系統需要解決的關鍵技術基本上都包括在OTDM和WDM通信系統的關鍵技術中。

（二）光孤子通信。光孤子是一種特殊的ps數量級的超短光脈沖，由于它在光纖的反常色散區，群速度色散和非線性效應相互平衡，因而經過光纖長距離傳輸后，波形和速度都保持不變。光孤子通信就是利用光孤子作為載體實現長距離無畸變的通信，在零誤碼的情況下信息傳遞可達萬里之遙。

光孤子技術未來的前景是：在傳輸速度方面采用超長距離的高速通信，時域和頻域的超短脈沖控制技術以及超短脈沖的產生和應用技術使現行速率10~20Gbit/s提高到100 Gbit/s以上；在增大傳輸距離方面采用重定時、整形、再生技術和減少ASE，光學濾波使傳輸距離提高到100000km以上；在高性能 EDFA 方面是獲得低噪聲高輸出EDFA。當然實際的光孤子通信仍然存在許多技術難題，但目前已取得的突破性進展使人們相信，光孤子通信在超長距離、高速、大容量的全光通信中，尤其在海底光通信系統中，有著光明的發展前景。

（三）全光網絡。未來的高速通信網將是全光網。全光網是光纖通信技術發展的最高階段，也是理想階段。傳統的光網絡實現了節點間的全光化，但在網絡結點處仍采用電器件，限制了目前通信網干線總容量的進一步提高，因此真正的全光網已成為一個非常重要的課題。

全光網絡以光節點代替電節點，節點之間也是全光化，信息始終以光的形式進行傳輸與交換，交換機對用戶信息的處理不再按比特進行，而是根據其波長來決定路由。

目前，全光網絡的發展仍處于初期階段，但它已顯示出了良好的發展前景。從發展趨勢上看，形成一個真正的、以 WDM技術與光交換技術為主的光網絡層，建立純粹的全光網絡，消除電光瓶頸已成為未來光通信發展的必然趨勢，更是未來信息網絡的核心，也是通信技術發展的最高級別，更是理想級別。

三、結語

光通信技術作為信息技術的重要支撐平臺，在未來信息社會中將起到重要作用。雖然經歷了全球光通信的“冬天”但今后光通信市場仍然將呈現上升趨勢。從現代通信的發展趨勢來看，光纖通信也將成為未來通信發展的主流。人們期望的真正的全光網絡的時代也會在不遠的將來到來。

參考文獻

[1]辛化梅、李忠，論光纖通信技術的現狀及發展[J]. 山東師范大學學報（自然科學版），2003，（04）

光通信研究論文范文第4篇

關鍵詞：無線網絡；軍隊；安全；物理層安全；可見光通信

中圖分類號：TN 929.3

文獻標識碼：A

DOI： 10.3969/j.issn.1003-6970.2015.08.004

0 引言

進入二十一世紀的第二個十年以來，信息已經成為人類社會文明進步的要素資源，成為現代社會持續發展的基本條件。信息網絡空間已經成為繼陸、海、空、天之后的第五大國家疆域，成為世界各國戰略競爭的重要領域。信息安全已成為與國防安全、能源安全、糧食安全并列的四大國家安全領域之一。

近些年來，以美國為代表的信息技術強國利用自身所壟斷的全球信息技術優勢，加緊構建信息安全保障和攻擊體系，以進一步鞏固其在網絡空間的統治地位。在美國現有的國家信息安全體系中，政府、IT企業和社會團體分工協作，相互配合，共同推進美國國家和軍隊的信息安全體系建設。當前，美國政府部門作為信息安全戰略制定、網絡和信息安全項目策劃、網絡情報偵查、網絡防御以及網絡進攻的主導者，引領了整個美國信息安全領域的發展和規劃。其主要部門包括國土安全部、國防部、美軍網電司令部、商務部、聯邦調查局以及中央情報局；美國的IT企業則是網絡攻防的具體實施機構和重要支撐單位，是美國政府和軍隊海量情報數據的來源，同時也是實施網絡作戰的實施主體；而美國及其盟國中一些非營利性團體和學術組織則為美國政府和軍隊提供了輿論和技術層面的支持，同時進行了人才的輸出，以支撐日益強大的美國信息作戰部隊。

隨著無線與移動通信技術的高速發展，拋開有線束縛的無線通信技術為國家和軍隊的指揮和作戰帶來了極大的便利性，然而也埋下了極大的安全隱患。截至2014年年底，美國情報和軍隊相關部門在無線網絡中偵收和攻擊獲得的情報已經占到美國情報總量的約57.6%，凸顯了當前國家和軍隊無線網絡安全的嚴峻態勢。美軍網電司令部2015年戰略規劃指南顯示，未來美軍網電部隊將把無線領域作為網絡攻防作戰的重點，這對我國國防和軍隊網絡安全體系和技術提出了新的考驗。本論文從歷史出發，對交換技術進行了簡要的回顧，指出了當前交換網絡發展的瓶頸以及問題，并基于前沿的下一代智能網絡以及大數據交換網絡提出了展望和設想。

1 軍隊無線網絡安全現狀

我國的互聯網、電信網、廣電網和各類專網（包含軍網）組成的國家基礎網絡是國家和軍隊信息安全防護的重要對象，但是這些基礎社會建設過程中普遍存在著重建輕防，甚至只建不防的問題，造成網絡信息安全體系構建的極大障礙。

當前，我軍無線網絡通信手段主要包含戰場衛星通信、短波電臺通信、水下潛艇長波通信等戰時通信手段，以及軍隊日常辦公所使用的蜂窩網移動手機通信、單位無線局域網（Wi-Fi）以及家庭使用的寬帶及家庭無線局域網等非戰時通信手段。由于戰時通信技術具有較強的應用層加密以及物理層跳頻和擴頻保障，傳統的竊密和攻擊手段并不能很快奏效，反而是和平時期工作用無線局域網、個人手機、家庭Wi-Fi等上網和通話極易被偵聽和竊密，導致無意識泄密。據不完全統計，2014年以來軍隊、軍工企業等軍事相關單位因手機、家庭寬帶/Wi-Fi等被攻擊及竊聽的事件約470起，造成不可估量的軍事、經濟以及國家核心技術損失。

美國憑借其在信息領域的絕對優勢，不斷將其技術和設備輸出到中國，而國產化設備的低性能、高價格等不足進一步導致了黨政軍系統中日常無線網絡通信設備國產化程度極低，使得日常無線網絡的安全防線處于近乎失靈的狀態。在美國IT跨國公司和美國網絡部隊等諸如“棱鏡”項目面前，我軍的基礎網絡和重要信息系統幾乎完全處于不設防狀態。諸如思科、微軟、英特爾、IBM等IT企業幾乎完全控制了我國高端IT產品的生產及應用。據Gartner數據顯示，Windows系列操作系統在我國市場占有率超過9成，英特爾在微處理器市場上占有率也超過8成，谷歌的安卓操作系統在我國市場占有率達到8成。即使是國產的聯想、酷派等手機，其核心芯片和操作系統也多是國外生產，使得我國無法從技術層面根除安全隱患。

2 解決方案：物理層安全技術和可見光通信技術

針對目前日常軍隊無線網絡安全性的問題，本文提出了兩種可行的改進方案，能夠在現有技術的基礎上，從防止無線信號被偵收和泄漏的角度實現日常狀態下部隊營區無線通信的安全保密。

在現有的通信系統中，通信的保密性主要依賴于基于計算密碼學的加密體制，早在20世紀初就已有人提出將傳輸的信息與密鑰取異或的方法來增強信息傳遞的安全性。這種基于密鑰的加密方法首次由Shannon于1949年給出了數學的理論分析。假設發送者希望把信息M秘密地發送給接收者，稱M為明文信息。則加密的過程為，在發送端，發送者通過密鑰K以及加密算法f對所要傳輸的明文M進行加密，得到密文S。在接收端，接收者通過密鑰K以及與加密算法相應的解密算法，我們用f-1標記，來進行解密，從而得到明文M。通過對加解密過程的觀察，可以得知，有兩個方法防止竊聽者從竊聽到的S中獲取明文M： 一個是竊聽者不知道密鑰K，另外一個是解密算法非常困難，竊聽者難以在有限的時間用有限的資源進行解密。基于這兩個方法，延伸出了現代通信系統中非常常見的兩種加密形式，一個是對稱密鑰加密，一個是非對稱密鑰加密。

現代密碼學的加密體制主要是在物理層之上的幾層來實現的，譬如MAC層、網絡層、應用層等等，故有時也稱基于現代密碼學的安全為上層安全。物理層對于現代密碼學加密體制來說是透明的，即物理層安全與上層安全是獨立的。下面分別介紹物理層安全的兩個基礎知識，分別是：竊聽信道模型和安全傳輸速率。竊聽信道模型是物理層安全所研究的基本信道模型，安全傳輸速率是衡量物理層安全系統性能的重要指標。

物理層安全主要是利用特殊的信道編碼和無線信道的隨機特性使得秘密通信得以進行，它與現代密碼學不同之處在于，其安全程度并不依賴于Eve的計算強度，而是依賴無線信道環境的隨機特性。但是，從保密環節上來說，物理層安全與傳統的計算密碼學的安全卻有著本質的相似之處。如圖1所示。物理層安全中的編碼調制環節和信道的隨機性是安全通信的必要條件，正如現代密碼學體制中的加密算法和密鑰。編碼調制環節是指Alice根據Alice-Bob和Alice-Eve信道的信道條件，通過獨特的信道編碼來保證Alice與Bob之間安全又可靠的通信。從安全的角度來說，編碼調制環境可以被看作現代密碼學中的加密過程，信息加密后生成的密文記為Xn。密文經過無線信道和解調譯碼可以等同為現代密碼學中的解密環節，其中信道信息{h，g}可以看作公共密鑰，而Bob接收端的噪聲可以看作Bob的私鑰，Eve是沒有辦法獲得的。因此密文通過Bob的無線信道和解調譯碼，可以被Bob正確地譯碼解密；而此密文通過Eve的無線信道和解調譯碼，Eve是不能獲得任何信息的。由此可見，雖然物理層安全與傳統的基于現代密碼學的加密原理是完全不同的，但是它們在實現框架上卻也能夠找到共同點。物理層安全可以看作是以調制編碼等發送端的技術為“加密算法”，充分利用Alice-Bob和Alice-Eve之間無線信道的差異性，把無線信道看作“加密密鑰”，從而使得Alice與Bob之間形成了安全可靠的通信。

物理層安全技術由于可以獨立于上層而單獨實現秘密通信，因此在無線通信系統中，可以在保證現有上層安全措施不變的情況下，補充物理層傳輸的安全。這使得通信系統的安全性能得到額外一層的保護。另一方面，將物理層安全用來傳輸現代密碼學中的密鑰，也是增強系統的安全性的一種方法。

從實現的角度講，當前傳統的無線路由器等均使用了全向天線進行傳輸，有可能導致無線信號泄漏至營區外部造成泄密。由于物理層安全技術方案的存在，除了進行傳統的上層密碼和傳輸加密以外，考慮利用物理層定向天線和波束賦形技術使得無線信號定向的向營區內部輻射，使得竊聽者獲取的信息量近乎為0，從而進一步降低失泄密的風險，這是物理層安全技術在現有無線網絡中的應用改進。

根據香農公式，假設發射端信號表示為：y=hx+z，那么正常接收者bob收到的信號可以表示為：

此時人造噪聲設計對Bob沒有產生干擾的方向上均勻分布，從而實現了對目標用戶的正常信號發送，但是使得竊聽用戶獲得的干擾最大化，可用信息最小。

可見光通信（Visible Light Communications）是指利用可見光波段的光作為信息載體，不使用光纖等有線信道的傳輸介質，而在空氣中直接傳輸光信號的通信方式，簡稱“VLC”。

普通的燈具如白熾燈、熒光燈（節能燈）不適合當作光通信的光源，而LED燈非常適合做可見光通信的光源?？梢姽馔ㄐ偶夹g可以通過LED燈在完成照明功能的同時，實現數據網絡的覆蓋，用戶可以方便地使用自己的手機、平板電腦等移動智能終端接收這些燈光發送的信息。該技術可廣泛用于導航定位、安全通信與支付、智能交通管控、智能家居、超市導購、燈箱廣告等領域，特別是在不希望或不可能使用無線電傳輸網絡的場合比如飛機上、醫院里更能發揮它的作用?？梢姽馔ㄐ偶骖櫿彰髋c通信，具有傳輸數據率高、安全性強、無電磁干擾、節能、無需頻譜認證等優點，帶寬是Wi-Fi的1萬倍、第四代移動通信技術的100倍，是理想的室內高速無線接人方案之一。

據美國DAPRA報道，美軍已經生產出軍用可見光網絡及相關設備，用于國防部等軍事機關和設施的高速無線網絡通信。由于可見光室內傳輸光源直接指向用戶且傳輸距離遠小于傳統的微波無線通信，在不考慮人為主動泄密的情況下，可見光通信信號是無法截獲的，從技術上為通信的有效性和可靠性提供了強有力的支撐。

圖2給出了微波無線通信和可見光通信之間的比較。對于手機、Wi-Fi等微波無線通信手段，除了目標用戶能夠接收到無線信號以外，由于無線電波是全向發射的，竊聽者完全可以收到相同的信號，從而進行破譯或者攻擊，帶來安全隱患；而可見光通信依賴于室內的LED燈具，通常燈具會直接部署在工位上方，而照明具有定向發射的特點，因此位于營區外部的竊聽者無法收到任何信號，不能進行竊聽。從實現上講，可見光通信可以方便的利用LED臺燈、屋頂燈等照明燈具，通過加裝調制解調模塊即可使得燈具具有高速數據傳輸功能，可供營區內臺式機、筆記本電腦、平板電腦等高速無線上網，滿足高清視頻會議等高帶寬需求。

目前，關于可見光通信在室內外各種復雜環境下的信道測量與建模的工作還很欠缺，只有少量的研究結果。尤其是在有強光干擾、煙霧和灰塵遮擋的環境下的信道干擾模型，更是需要亟待解決的問題。

3 結論

軍隊作為國家的武裝力量，其信息安全問題尤為重要。在和平時期，如何從技術手段保證軍隊手機、Wi-Fi等無線通信安全，防止和平時期敵對勢力進行的無線網絡信號偵收和網絡攻擊，是當前要重點關注的問題。

光通信研究論文范文第5篇

10月6日下午,2009年諾貝爾物理學獎揭曉,高錕與美國貝爾實驗室的威拉德?博伊爾(Willard Boyle)、喬治?史密斯(George Smith)共獲殊榮。高錕的獲獎成果,是在英國標準電訊實驗室完成的。后來,他在香港中文大學做過九年校長(1987年至1996年),直至退休。

由于在光纖通信領域的開創性成就,高錕將獲得約140萬美元獎金的一半,博伊爾和史密斯發明了用于數字圖像技術的CCD傳感器,將各獲四分之一的獎金。

三位科學家40年前的研究,幫助構建了當下的信息時代,也為自己贏得了諾貝爾獎。

高錕與低損耗光纖

20世紀60年代初,激光器的發明給光通信研究帶來了新的希望――激光束不僅具有亮度高等優點,還可以在光纖中傳播。

但由于缺乏穩定、可靠和低損耗的傳輸介質,光通信似乎仍是一個遙不可及的目標,因為光信號在當時的光纖材料中只能傳輸20米。

當時,高錕是國際電話電報公司旗下英國標準電訊實驗室的一名研究人員。他1933年11月出生在上海的一個書香門第,孩提時代的他就喜歡科學實驗,甚至自制過小型炸藥彈丸。

后來,高錕隨家人遷居香港,曾在香港圣約瑟書院就讀。1954年,他遠赴英倫,在倫敦大學攻讀電機工程。

與不少同行因此對光纖傳輸的技術前景產生懷疑不同,高錕研究團隊認為更值得關注的,是光纖原材料問題。

他后來回憶道:“那時面對的最大難題,就是玻璃的雜質問題。玻璃看似透明,其實雜有不純的元素,所以我們構想,假若有一種沒有雜質的玻璃,光波的傳導就不會衰減?！?/p>

1966年6月,高錕與同事喬治?霍肯(George Hockham)在《電氣電子工程師學會學報》上發表題為“用于光頻的光纖表面波導”的論文指出,提純原材料后可制造出適合長距離通信使用的低損耗光纖:在純的玻璃纖維中,光信號可傳輸100公里以上。

這一研究奠定了光纖通信的基礎。這一年,他年僅32歲。1970年,美國康寧公司研制出第一種超純光纖。1975年,英國安裝了世界上第一套光纖通信系統。

北京郵電大學前校長林金桐對記者說:“從高錕和霍肯的論文,到世界上第一個商用光纖通信系統的誕生,僅用了十年時間,這在重大科學研究成果向現實生產力轉化的眾多案例中,顯得格外突出。”

諾貝爾獎評委會在新聞公報中表示,這些低損耗的玻璃纖維推動了因特網等寬帶通信的發展,光在這些玻璃纖維中流動,文本、音樂、圖像和視頻可在瞬間進行全球傳輸,“如果我們拆開密布全球的玻璃纖維,將得到一條10億公里以上的長線,足夠環繞地球2.5萬多圈?！?/p>

香港中文大學前任校長金耀基甚至將高錕研究成果的重要性,與印刷術、火藥、指南針等中國古明相提并論,“今天生活在網絡社會,就是因為光纖的發明改變了我們的生活?！?更多關于高錕的資料,見本期“華人”欄目)

貝爾實驗室和CCD

在現代的高速網絡通信中,數字圖像是最主要的承載內容,而這很大程度上要歸功于本年度諾貝爾物理學獎的另一項獲獎內容――美國朗訊公司貝爾實驗室的威拉德?博伊爾和喬治?史密斯發明的用于數字圖像的裝置:電荷耦合器件(Charge Coupled Device,CCD)。

博伊爾1924年出生于加拿大,26歲時在加拿大麥基爾大學獲得博士學位。他在1953年加入貝爾實驗室,并在1962年與同事首先發明了可以連續運行的紅寶石激光器。

史密斯1930年出生于美國,29歲時在美國芝加哥大學獲得博士學位后也進入貝爾實驗室。

1969年10月的一天,史密斯走進同在貝爾實驗室半導體研究部門工作的博伊爾的辦公室,兩人進行了一場“頭腦風暴”。在不到兩個小時的時間里,博伊爾和史密斯在黑板上大致勾繪出一種新裝置的藍圖,兩人將其命名為電荷耦合器件。

這種新技術的源頭,還要追溯到愛因斯坦提出的光電效應,即通過光電效應,光可以被轉變為電信號。然而,如何在極短時間內收集并讀出信號,看上去卻是一個無法逾越的技術挑戰。因此,一開始,很多同行都對CCD的概念嗤之以鼻。

但博伊爾和史密斯堅信自己的想法,并成功地將藍圖變成了現實。他們采用特殊的硅半導體材料,并將硅片細分為一個個“單元格”或者說“像素”,這樣,當光照射到像素之上,會產生信號電荷。當時,很多電子器件以電流或電壓作為信號,CCD則采用電荷作為信號。

信號電荷不僅可以在CCD內存貯,還可以穿越一排排的“像素”,在電極與電極之間快速傳輸(電荷耦合),并最終被讀出。

CCD的發明,帶來了攝影的一場革命。光能夠被電子化捕捉,而不再需要傳統的感光膠卷,數碼相機也得以走進千家萬戶。