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密集光波分复用系统的波长测量技术摘要：本文阐述密集光波分复用系统的概况、系统的测试要求，可调谐光滤器的结构，以及便携式光谱分析仪的应用方式与相关测量仪表的展望。 信息时代信息爆炸导致通信带宽需求或通信网络容量爆增。如近期北美骨干网的业务量约6-9个月翻一番，达到了所谓的“光速经济”的时期，它比微电子芯片性能发展的摩尔法则（约18个月翻一番）快2-3倍，而且迄今这种发展势头不减。面对这种发展趋势，各个通信发达国家都在积极研究设计新的宽带网络，如可持续发展网络CUN、下一代网络NGN、新公众网NPN、一体化网UN等，但其基础传输媒质的物理层都是密集光波分复用（DWDM）的光传送网OTN。不如此就不可能提供巨大的通信带宽，高度可靠的传输性能，足够的业务承载容量以及低廉的使用费用，确保网络的可持续发展，支持当前和未来的任何业务信号的传送要求。 1 密集光波分复用（DWDM）系统 DWDM系统主要由光合波器、光分波器和掺铒光纤放大器（EDFA）组成。其中EDFA的作用是由比信号波长低的高能量光泵源将能量辐射进一段掺铒光纤中，当载有净负荷的光波通过此段光纤一起传播时，完成光能量的转移，使在1530-1565m波长范围内各个光波承载的净负荷信号全都得到放大，弥补了光纤线路的能量损失。这样，当用EDFA代替传统的光通信链路中的中继段设备时，就能以最少的费用直接通过增加波长数增大传输容量，使整个光通信系统的结构和设计都大大简化，并便于施工维护。 EDFA在DWDM系统中实际应用时又分为功放或后置放大器（BA），预放或前置放大器（PA）和线路放大器（LA）3种，但有的公司为了简化，尽量减少设备品种，统一为OA，以便于维护。 目前商用的DWDM系统的每个波长的数据速率是5Gbps，或10Gbps，波长数为4、8、16、32等；40、80甚至132个波长的DWDM系统也已有产品。常用的有两类配置。一类是在光合波器前与在光分波器后设置波长转换器（Wavelength Transponder）OTU。这一类配置是开放式的，采用这种可以使用现有的1310nm和1550nm波长区的任一厂家的光发送与光接收机模块；波长转换器将这些非标准的光波长信号变换到1550nm窗口中规定的标准光波长信号，以便在DWDM系统中传输。美国的Ciena公司、欧洲的pirelli公司采用这类配置，他们是生产光器件的公司，通常，所生产的光分波合波器有较好的光学性能参数。如Ciena公司采用的信道波长间隔为8nm，对应100GHz的带宽，在3-4nm波长范围内提供16个光波信道或光路。但他们没有SDH传输设备，因此，在系统配置、网络管理方面不能统一考虑。此类配置的优点是应用灵活、通用性强，缺点是增加波长转换器、成本较高。另一类配置是不用波长转换器，将波分复用、解复用部分和传输系统产品集成在一起，这一类配置是一体的或集成的，这样简化了系统结构、降低了成本，而且便于将SDH传输设备和DWDM设备在同一网管平台上进行管理操作。这类配置的生产厂家如Lucent、Siemens、Nortel等，他们是SDH传输系统设备供应商，有条件这样做。他们在做4×5G32bpsDWDM系统设计时就考虑与4×10Gbps速率的兼容，考虑增加至8个波长、16个波长、基至40个波长、80个波长，以及5Gbps和10Gbps的混合应用，确保系统在线不断扩容，平滑过渡，不影响通信网的业务。当然，他们也提供开放式配置，或发送是开放式，接收为一体式的DWDM系统设备。 由于初期商用的EDFA带宽平坦范围在1540-1560nm，故早期使用的DWDM系统的复用光波长多在1550nm附近。后来实际EDFA的增益谱宽为35nm，约2THz，其中增益起伏小于1dB的谱宽在1539-1565nm之间，若以6nm（对应200GHz）的波长间隔，则最少可实现8波长，乃至16波长的同步放大；若以8nm（对应100GHz）的波长间隔，则最少可实现16个波长，乃至32个波长的DWDM系统，再加上EDFA约40dB的高增益，大于100mW的高输出功率，以及4-5dB的低噪声值等优越性能，故极大地促进了DWDM系统的快速发展。 正如电放大器那样，光放大器在放大光信号的同时也要引入噪声。它由光子的自发幅射（Spontaneous Emission）产生。此种噪声和光信号在光放大器中一起放大，并逐级积累形成干扰信号，即熟知的放大自发辐射（Amplified Spontaneous Emission，简写为ASE）干扰信号。这种ASE干扰信号经多经光放积累的功率会大到1-2mW，其频谱分布与波长增益谱对应。 这就是为什么经过若干个OLA放大后必须经过光电变换，分别取出各波长光路的电信号进行定时、整形与再生（3R），完成光数字信号处理的主要原因，它决定了电中继段或复用段的最大距离或最大光中继段数。当然，其他因素例如允许的总的色散值也决定此电中继段的最大距离，这要由系统设计作光功率预算时，哪个因素要求最严格来确定。 2 DWDM系统的测试要求 以SDH终端设备为基础的多波长密集光波分复用系统和单波长SDH系统的测试要求差别很大。首先，单波长光通信系统的精确波长测试是不重要的，只需用普通的光功率计测量了光功率值就可判断光系统是否正常了。设置光功率计到一个特定的波长值，例如是1310nm还是1550nm，仅用作不同波长区光系统光源发光功率测试的较准与修正，因为对宽光谱的功率计而言，光源波长差几十nm时测出的光功率值的差别也不大。可是，对DWDM系统就完全不同了，系统有很多波长，很多光路，要分别测出系统中每个光路的波长值与光功率大小，才能共发判断出是哪个波长，哪个光路系统出了问题。由于各个光路的波长间隔通常是6nm（200GHz）、8nm（GHz），甚至4nm（50GHz），故必须有波长选择性的光功率计，即波长计或光谱分析仪才能测出系统的各个光路的波长值和光功率的大小，因此，用一般的光功率计测出系统的总光功率值是不解决问题。其次，为了平滑地增加波长、扩大DWDM系统容量，或为了灵活地调度、调整电路和网络的容量，需要减少某个DWDM系统的波长数，即要求DWDM系统在增加或减少波长数时，总的输出光功率基本稳定。这样，当有某个光路、某个净负荷载体，即光波长或光载频失效时，又用普通光功率计测量总光功率值是无法发现问题的，因为一两个光载频功率大大降低或失效，对总的光功率值影响很小。此时，必须对各个光载频的功率进行选择性测量，不仅测出光功率电平值，而且还准确地测出具体的波长数值后，才能确切知道是哪个波长哪条光路出了问题。这不仅在判断光路故障时非常必要，而且在系统安装、调测和日常维护时也很重要。 此外，为了测量光放大器增益光谱特性，尤其是增益平坦度，需找出各波长或各光路的功率电平差值时，也必须测量出各光路的波长值和光功率值。 
浅谈数据通信及其应用前景摘要：本文介绍数据通信的构成原理、交换方式及其适用范围；数据通信的分类，并展望未来美好的应用前景。主题词 数据通信 构成原理 适用范围 应用前景数据通信是通信技术和计算机技术相结合而产生的一种新的通信方式。要在崐两地间传输信息必须有传输信道，根据传输媒体的不同，有有线数据通信与无线崐数据通信之分。但它们都是通过传输信道将数据终端与计算机联结起来，而使不崐同地点的数据终端实现软、硬件和信息资源的共享。一、数据通信的构成原理、交换方式及适用范围１．数据通信的构成原理数据通信的构成原理如框图１所示。图中ＤＴＥ是数据终端。数据终端有分崐组型终端（ＰＴ）和非分组型终端（ＮＰＴ）两大类。分组型终端有计算机、数崐字传真机、智能用户电报终端（ＴｅＬｅｔｅｘ）、用户分组装拆设备（ＰＡＤ）崐、用户分组交换机、专用电话交换机（ＰＡＢＸ）、可视图文接入设备（ＶＡＰ）崐、局域网（ＬＡＮ）等各种专用终端设备；非分组型终端有个人计算机终端、可崐视图文终端、用户电报终端等各种专用终端。数据电路由传输信道和数据电路终崐端设备（ＤＣＥ）组成，如果传输信道为模拟信道，ＤＣＥ通常就是调制解调器崐（ＭＯＤＥＭ），它的作用是进行模拟信号和数字信号的转换；如果传输信道为崐数字信道，ＤＣＥ的作用是实现信号码型与电平的转换，以及线路接续控制等。崐传输信道除有模拟和数字的区分外，还有有线信道与无线信道、专用线路与交换崐网线路之分。交换网线路要通过呼叫过程建立连接，通信结束后再拆除；专线连崐接由于是固定连接就无需上述的呼叫建立与拆线过程。计算机系统中的通信控制崐器用于管理与数据终端相连接的所有通信线路。中央处理器用来处理由数据终端崐设备输入的数据。２．数据通信的交换方式通常数据通信有三种交换方式：（１）电路交换电路交换是指两台计算机或终端在相互通信时，使用同一条实际的物理链路，崐通信中自始至终使用该链路进行信息传输，且不允许其它计算机或终端同时共亨崐该电路。（２）报文交换报文交换是将用户的报文存储在交换机的存储器中（内存或外存），当所需崐输出电路空闲时，再将该报文发往需接收的交换机或终端。这种存储＿转发的方崐式可以提高中继线和电路的利用率。（３）分组交换分组交换是将用户发来的整份报文分割成若于个定长的数据块（称为分组或崐打包），将这些分组以存储＿转发的方式在网内传输。第一个分组信息都连有接崐收地址和发送地址的标识。在分组交换网中，不同用户的分组数据均采用动态复崐用的技术传送，即网络具有路由选择，同一条路由可以有不同用户的分组在传送，崐所以线路利用率较高。３．各种交换方式的适用范围（１）电路交换方式通常应用于公用电话网、公用电报网及电路交换的公用数据崐网（ＣＳＰＤＮ）等通信网络中。前两种电路交换方式系传统方式；后一种方式崐与公用电话网基本相似，但它是用四线或二线方式连接用户，适用于较高速率的崐数据交换。正由于它是专用的公用数据网，其接通率、工作速率、用户线距离、崐线路均衡条件等均优于公用电话网。其优点是实时性强、延迟很小、交换成本较崐低；其缺点是线路利用率低。电路交换适用于一次接续后，长报文的通信。（２）报文交换方式适用于实现不同速率、不同协议、不同代码终端的终端间或崐一点对多点的同文为单位进行存储转发的数据通信。由于这种方式，网络传输时崐延大，并且占用了大量的内存与外存空间，因而不适用于要求系统安全性高、网崐络时延较小的数据通信。（３）分组交换是在存储＿转发方式的基础上发展起来的，但它兼有电路交换及崐报文交换的优点。它适用于对话式的计算机通信，如数据库检索、图文信息存取、崐电子邮件传递和计算机间通信等各方面，传输质量高、成本较低，并可在不同速崐率终端间通信。其缺点是不适宜于实时性要求高、信息量很大的业务使用。二、数据通信的分类１．有线数据通信（1） 数字数据网（ＤＤＮ）数字数据网由用户环路、ＤＤＮ节点、数字信道和网络控制管理中心组成，崐其网络组成结构如框图２所示。ＤＤＮ是利用光纤或数字微波、卫星等数字信道崐和数字交叉复用设备组成的数字数据传输网。也可以说ＤＤＮ是把数据通信技术、崐数字通信技术、光迁通信技术以及数字交叉连接技术结合在一起的数字通信网络。崐数字信道应包括用户到网络的连接线路，即用户环路的传输也应该是数字的，但崐实际上也有普通电缆和双绞线，但传输质量不如前。ＤＤＮ的主要特点是：①传输质量高、误码率低：传输信道的误码率要求小。②信道利用率高。③要求全网的时钟系统保持同步，才能保证ＤＤＮ电路的传输质量。④ＤＤＮ的租用专线业务的速率可分为4-2kbit/s， Ｎ×６４ｋbit/s崐（Ｎ=1-32）；用户入网速率最高不超过２Ｍbit/s。⑤ＤＤＮ时延较小。（2）分组交换网分组交换网（ＰＳＰＤＮ）是以ＣＣＩＴＴＸ．２５建议为基础的，所以崐又称为Ｘ25网。它是采用存储＿转发方式，将用户送来的报文分成具用一定长崐度的数据段，并在每个数据段上加上控制信息，构成一个带有地址的分组组合群崐体，在网上传输。分组交换网最突出的优点是在一条电路上同时可开放多条虚通崐路，为多个用户同时使用，网络具有动态路由选择功能和先进的误码检错功能，崐但网络性能较差。（3） 帧中继网 帧中继网络通常由帧中继存取设备、帧中继交换设备和公共帧中继服务网3崐部分组成，如框图３所示。帧中继网是从分组交换技术发展起来的。帧中继技术崐是把不同长度的用户数据组均包封在较大的帧中继帧内，加上寻址和控制信息后崐在网上传输。其功能特点为：①使用统计复用技术，按需分配带宽，向用户提供共亨的的网络资源，每一条崐线路和网络端口都可由多个终点按信息流共亨，大大提高了网络资源的利用率。②采用虚电路技术，只有当用户准备好数据时，才把所需的带宽分配给指定的虚崐电路，而且带宽在网络里是按照分组动态分配，因而适合于突发性业务的使用。③帧中继只使用了物理层和链路层的一部分来执行其交换功能，利用用户信息和崐控制信息分离的Ｄ信道连接来实施以帧为单位的信息传送，简化了中间节点的处崐理。帧中继采用了可靠的ＩＳＤＮ Ｄ信道的链路层（ＬＡＰＤ）协议，将流量崐控制、纠错等功能留给智能终端去完成，从而大大简化了处理过程，提高了效率。崐当然，帧中继传输线路质量要求很高，其误码率应小于１０的负８次方。④帧中继通常的帧长度比分组交换长，达到1024-4096字节/帧，因而其吞吐量崐非常高，其所提供的速率为2048Ｍbit/s。用户速率一般为6、4、2、Ｎ崐×64kbist/s（Ｎ＝1-31），以及2Ｍbit/s。⑤）帧中继没有采用存储＿转发功能，因而具有与快速分组交换相同的一些优崐点。其时延小于15ms。２．无线数据通信无线数据通信也称移动数据通信，它是在有线数据通信的基础上发展起来的。崐有线数据通信依赖于有线传输，因此只适合于固定终端与计算机或计算机之间的崐通信。而移动数据通信是通过无线电波的传播来传送数据的，因而有可能实现移崐动状态下的移动通信。狭义地说，移动数据通信就是计算机间或计算机与人之间崐的无线通信。它通过与有线数据网互联，把有线数据网路的应用扩展到移动和便崐携用户。
电子测量技术的发展及应用 英国科学家A • H • 库克（cook ）说：“测量是技术生命的神经系统。我们通过测量认识周围的物质世界，通过测量把这些知识变成数字语言，然后用数学方法把它整理成合乎逻辑的系统；通过测量，可使这种系统性知识借助于工程技术用来改造物质；世界精密的测量是精确的知识和经济的设计所必需，方便的测量是敏捷的通讯和有效的组织所必需。”这一段话深刻地揭示出了测量对于我们人类社会的重要性。人类社会从远古时代发展到物质文明和梢神文明都高度发达的今天，没有测量技术的作用是不可想象的。 一、测量的意义 所谓测量就是借助于专用的技术工具通过实验和（或）计算，对被测对象收集信息的过程。在自然界中，对于任何被研究的对象，若要定量地进行评价，必须通过测量来实现。在电子技术领域中，中肯的分析只能来自正确的测量。通过测量，我们对大自然认识才由感性世界跨入了理性世界，才逐步对大自然有了理性的分析，通过分析和归纳，我们才能得到规律性的知识来改造世界，科学技术才能得以高速发展。牛顿开创的早期自然科学的工作方法可归纳为“观察、实验、理论”，可见，人们是通过观测试验的结果和已经掌握的规律，进行概括、推理，再对所研究的事物取得定量的概念和发现它的规律性，然后上升到理论。因此，测量技术的水平在相当程度上影响着科学技术的发展速度和深度，科学技术上有一些突破是以测试技术的突破为基础的。 这种例子在科学发展史上是不胜枚举的。 在没有显微镜时，人眼只能看清大小为1—2 毫米的东西，这大大限制了人类对自然界中微观世界的认识，在这种情况下，绝对不会有微生物学等技术的产生。16 世纪出现了光学显微镜，它的分辨率可达2000埃，相应的放大率约为1500倍，大大扩展了人的眼力。在显微镜的帮助下，人类发现了构成生物基础的细胞（大小约为10-100微米），使人类对生物界的认识有了一个极大的飞跃，这一发现对推动生物学各方面的研究作出了重要贡献，被恩格斯誉为19世纪三大发现之一。20 世纪30 年代出现了电子显微镜，它的分辨本42领高达2一3 埃，又比光学显微镜提高了约三个数量级。由此可见电子技术引入测量领域的巨大的推动作用。在电子显微镜下，可以洞察小小细胞内的超微机构，连细胞膜也可清晰地辨出是由三个薄层组成的，并发现了致病的病毒、形成了生物科学的又一次飞跃。现代科学技术、生产和国防的重要特点之一，就是要进行大量的观测和统计。现代工业大生产，用到测量上的工时和费用约占整个生产所用的20％一30％。提高测量水平，降低测量成本，减少测量误差，提高测量效率，对国民经济各个领域都是至关重要的。 二、电子测量技术的发展 电子测量技术的发展是建立在测量技术的发展最新电子技术的发展基础之上的。广义地说，凡是利用电子技术进行的测量都称为电子测量。从现存的史料上我们得知古人用漏斗滴水来测量时间，用草绳打结来计数，这可以说是原始的测量方法，以后人们逐渐发明了称、算盘等较为先进的测量和运算工具，到了本世纪20年代，科学技术的发展导致了电子管的出现，即电子技术的出现。由于电子技术独特的优点：频率范围宽，测量快速，易于实现遥控等，使得电子技术迅速被应用并普及到国民经济各个领域，包括测量技术中，开创了测量技术的新天地。但是由于电子管的体积较大，从而造成了电子管做成的测量仪器体积较大，耗电量多，价格贵，工作效率也不是很高，到了本世纪50年代，半导体技术有了飞速的发展，晶体管相对于电子管而言，体积大为减小，功耗降低，稳定性大为提高，同时其应用频率范围更宽，除测直流量外，还可以测高至100GHZ 左右的信号，从而使晶体管迅速取代了电子管的位置，如各种示波器、晶体管测试仪，频谱测试仪等。这些测量仪器仍在国民生产各个领域中发挥着极大的作用。到了本世纪60年代中期，中小规模集成电路问世。所谓集成电路，就是将电阻、电容、二极管、三极管等各种元器件经过半导体工艺或薄膜工艺制作在同一块硅片上，并按某种电路互联起来，制成的具有一定功能的电路，从而打破了半导体元器件组成的传统电路的概念，实现了材料、元件、电路三位一体。由于集成电路的问世，使得原来的电路变得更小，因此，由集成电路做成的电子测量仪器体积更为减小，同时其测量范围更为宽广，测量精度大为提高。现在一些比较先进的电子测量仪器均用集成电路做成，并且有了智能功能，特别是在尖端技术和现代化的工农业生产中，集成电路测量仪器的优势更为明显。例如，一个射程为八千公里的洲际导弹，如果航向误差有03度，也会造成导弹偏离目标5一8公里，那样，导弹的威力将大为降低，甚至起不到作用。制造炸药的甲苯，在生产中测量温度如有一定的误差，也可能造成严重的事故。现代化科学技术和现代化大生产中那些要求精密和准确测量的内容通常都是运用了电子测量的方法来实现的。 三、电子测量的特点及应用 随着电子技术的不断发展，测量的内容愈来愈多，通常包括以下几个方面： ① 电能量的测量，包括对于电流、电压、电功率的测量；② 信号的特性及所受干扰的测量，例如信号的失真度、频率相位、脉冲参数、调制度、信号频谱、信噪比等；③ 元件和电路参数的测量，例如电限、电感、电容、电子器件（电子管、晶体管、扬效应管等）的测量，集成电路的测量，电路频率响应、通频带宽度、品质因数、相位移、延时、衰减和增益等的测量。 随看电子技术的发展，由于电子测量技术的许多无可比拟的优点，许多非电量的测量也可以通过传感器转换成电信号，再利用电子技术进行测量。例如，高温炉中的温度、深海的压力等许多人们不能亲身到的地方或无法直接测量的量，都可以通过这种方式进行测量．电子测量除了对电参数进行稳态测量以外，还可以对自动控制系统的过渡过程及频率特性进行动态测量。例如，对一个轧钢的电气传动系统通过模拟计算机可以自动描绘出动态过程曲线；对于化工系统的生产过程进行自动检测与分析等。与其它的测量相比，电子测量具有以下几个明显的特点： ① 测量频率范围极宽，电子测量能工作在这样宽的频率范围，这就使它的应用范围很广。 ② 量程很广，由于所测量的大小相差极大，要求测量仪器的量程也极宽．同一台电子仪器，经常能做到量程宽达很多数量级。例如一台普通的欧姆表，可以测出几欧姆至几十兆欧姆的电阻，量程宽达六、七个数量级。电子计数器的量程更宽，可达17个数量级。量程宽正是电子仪器的突出优点。 ③ 测量准确度高。电子仪器的准确度通常可比其它测量仪器高很多。特别是对频率和时间的测量，由于采用了原子频标和原子秒作为基准，使误差减小到极小量级，这是目前人类在测量准确度方面达到的最高标准。电子测量准确度高，正是它在现代科技领域得到广泛应用的重要原因。例如发射人造卫星的控制和遥测系统，如果不够准确，最后一级火箭的速度有千分之二的相对误差，卫星就会偏离预定轨道一百公里． ④ 测量速度快．电子测量由于是通过电子运动和电磁波的传播来进行工作的，因此具有其它测量方法通常无法类比的高速度。 ⑤ 易于实现遥测和长期不间断的测量，显示方式又可以做到清晰、直观。由于可以把电子仪器或与它连接的传感器放到人类不便长期停留或无法到达的区域去进行遥测，而且可在被测对象正常工作的情况下进行测量。对于测量结果，电子测量的显示方法也比较清晰、直观，例如发光二极管直接数字显示，便于直接给出结果；荧光屏示波方法，便于形象直观地给出被测量的特征。测量结果还便于打印、绘图或启动指示灯或替铃显示。 ⑥ 易于利用计算机，形成电子测量与计算技术的紧密结合。电子测量的测量结采和它所需的控制信号都是电信号，这非常有利于它宵接或通过A/D、D/A变换与计算机连接，现在随着微型计算机功能的提高和成本的降低，就可以在不增加仪器体积和不明显增加成本的情况下，使测量仪器的性能发生很大的飞跃，使它具有高性能、多功能的特点。由于以上电子测量技术的一系列特点，使它广泛应用于自然科学的一切领域．大到天文观测、宇宙航天，小到物质结构、基本粒子，从复杂深奥的生命、细胞、遗传间题到日常的工农业生产、医学、商业各部门，都越来越多地采用了电子测量技术和设备。电子测量技术的发展是与自然科学特别是电子技术的发展互相促进、互相推动的一方面电子测量技术的发展为自然科学特别是电子学的研究、实验、分析和检验提供了条件，另一方面自然科学的发展特别是电子科学技术的发展向电子测量技术不断提出新课题。同时，近代电子学、计算科学、物理学和材料学等的发展又反过来为电子测量提供了新理论、新技术、新工艺、新材料、新器材，形成了相辅相成不可分割的关系。 目前电子测量设备在性能、测试功能、工艺结构等各方面都取得了很大的进展，其研制和生产正向着自动化、系统化、数字化、高性能、多功能、快速、小型等方面发展．拥有先进的科学实验手段，这是科学技术现代化的一个重要标志，而一个国家电子测量水平的高低，往往是反映这个国家科技水平的重要方面。所以，我们必须努力提高我们的电子测量技术，争取早日达到国际先进水平。
