短波通信论文

近来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。 笔者认为,光纤通信技术尚有很大的发展空间,今后会有很大的需求和市场。主要是:光纤到家庭FTTH、光交换和集成光电子器件方面会有较大的发展。在此主要讨论光纤通信的发展趋势和市场。 光纤通信的发展趋势 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。 发达国家对FTTH的看法不完全相同:美国AT&T认为FTTH市场较小,在0F62003宣称:FTTH在20-50年后才有市场。美国运行商Verizon和Sprint比较积极,要在10—12年内采用FTTH改造网络。日本NTT发展FTTH最早,现在已经有近200万用户。目前中国FTTH处于试点阶段。 ◆FTTH[遇到的挑战:现在广泛采用的ADSL技术提供宽带业务尚有一定优势。与FTTH相比:①价格便宜②利用原有铜线网使工程建设简单③对于目前1Mbps—500kbps影视节目的传输可满足需求。FTTH目前大量推广受制约。 对于不久的将来要发展的宽带业务,如:网上教育,网上办公,会议电视,网上游戏,远程诊疗等双向业务和HDTV高清数字电视,上下行传输不对称的业务,AD8L就难以满足。尤其是HDTV,经过压缩,目前其传输速率尚需。正在用技术开发,可压缩到5～6Mbps。通常认为对QOS有所保证的ADSL的最高传输速串是2Mbps,仍难以传输HDTV。可以认为HDTV是FTTH的主要推动力。即HDTV业务到来时,非FTTH不可。 ◆ FTTH的解决方案:通常有P2P点对点和PON无源光网络两大类。 F2P方案一一优点:各用户独立传输,互不影响,体制变动灵活;可以采用廉价的低速光电子模块;传输距离长。缺点:为了减少用户直接到局的光纤和管道,需要在用户区安置1个汇总用户的有源节点。 PON方案——优点:无源网络维护简单;原则上可以节省光电子器件和光纤。缺点:需要采用昂贵的高速光电子模块;需要采用区分用户距离不同的电子模块,以避免各用户上行信号互相冲突;传输距离受PON分比而缩短;各用户的下行带宽互相占用,如果用户带宽得不到保证时,不单是要网络扩容,还需要更换PON和更换用户模块来解决。(按照目前市场价格,PEP比PON经济)。 PON有多种,一般有如下几种:(1)APON:即ATM-PON,适合ATM交换网络。(2)BPON:即宽带的PON。(3)OPON:采用通用帧处理的OFP-PON。(4)EPON:采用以太网技术的PON,0EPON是千兆毕以太网的PON。(5)WDM-PON:采用波分复用来区分用户的PON,由于用户与波长有关,使维护不便,在FTTH中很少采用。 发达国家发展FTTH的计划和技术方案,根据各国具体情况有所不同。美国主要采用A-PON,因为ATM交换在美国应用广泛。日本NTT有一个B-FLETts计划,采用P2P-MC、B-PON、G-EPON、SCM-PON等多种技术。SCM-PON:是采用副载波调制作为多信道复用的PON。 中国ATM使用远比STM的SDH少,一般不考虑APON。我们可以考虑的是P2P、GPON和EPON。P2P方案的优缺点前面已经说过,目前比较经济,使用灵活,传输距离远等;宜采用。而比较GPON和EPON,各有利弊。GPON:采用GFP技术网络效率高;可以有电话,适合SDH网络,与IP结合没有EPON好,但目前GPON技术不很成熟。EPON:与IP结合好,可用户电话,如用电话需要借助lAD技术。目前,中国的FTTH试点采用EPON比较多。FTTH技术方案的采用,还需要根据用户的具体情况不同而不同。 近来,无线接入技术发展迅速。可用作WLAN的协议,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,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,如果采用PON,就特别简单,因为此PON无上行信号,就不需要测距的电子模块,成本大大降低,维护简单。如果,所属PON的用户群体,被无线城域网WiMAX()覆盖而可利用,那么可不必建设专用的WLAN。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。 2、光交换的发展什么是通信? 实际上可表示为:通信输+交换。 光纤只是解决传输问题,还需要解决光的交换问题。过去,通信网都是由金属线缆构成的,传输的是电子信号,交换是采用电子交换机。现在,通信网除了用户末端一小段外,都是光纤,传输的是光信号。合理的方法应该采用光交换。但目前,由于目前光开关器件不成熟,只能采用的是“光-电-光”方式来解决光网的交换,即把光信号变成电信号,用电子交换后,再变还光信号。显然是不合理的办法,是效串不高和不经济的。正在开发大容量的光开关,以实现光交换网络,特别是所谓ASON-自动交换光网络。 通常在光网里传输的信息,一般速度都是xGbps的,电子开关不能胜任。一般要在低次群中实现电子交换。而光交换可实现高速XGbDs的交换。当然,也不是说,一切都要用光交换,特别是低速,颗粒小的信号的交换,应采用成熟的电子交换,没有必要采用不成熟的 大容量的光交换。当前,在数据网中,信号以“包”的形式出现,采用所谓“包交换”。包的颗粒比较小,可采用电子交换。然而,在大量同方向的包汇总后,数量很大时,就应该采用容量大的光交换。目前,少通道大容量的光交换已有实用。如用于保护、下路和小量通路调度等。一般采用机械光开关、热光开关来实现。目前,由于这些光开关的体积、功耗和集成度的限制,通路数一般在8—16个。 电子交换一般有“空分”和“时分”方式。在光交换中有“空分”、“时分”和“波长交换”。光纤通信很少采用光时分交换。 光空分交换:一般采用光开关可以把光信号从某一光纤转到另一光纤。空分的光开关有机械的、半导体的和热光开关等。近来,采用集成技术,开发出MEM微电机光开关,其体积小到mm。已开发出1296x1296MEM光交换机(Lucent),属于试验性质的。 光波长交换:是对各交换对象赋于1个特定的波长。于是,发送某1特定波长就可对某特定对象通信。实现光波长交换的关键是需要开发实用化的可变波长的光源,光滤波器和集成的低功耗的可靠的光开关阵列等。已开发出640x640半导体光开关+AWG的空分与波长的相结合的交叉连接试验系统(corning)。采用光空分和光波分可构成非常灵活的光交换网。日本NTT在Chitose市进行了采用波长路由交换的现场试验,半径5公里,共有43个终端节,(试用5个节点),速率为。 自动交换的光网,称为ASON,是进一步发展的方向。 3、集成光电子器件的发展 如同电子器件那样,光电子器件也要走向集成化。虽然不是所有的光电子器件都要集成,但会有相当的一部分是需要而且是可以集成的。目前正在发展的PLC-平面光波导线路,如同一块印刷电路板,可以把光电子器件组装于其上,也可以直接集成为一个光电子器件。要实现FTTH也好,ASON也好,都需要有新的、体积小的和廉价的和集成的光电子器件。 日本NTT采用PLO技术研制出16x16热光开关;1x128热光开关阵列;用集成和混合集成工艺把32通路的AWG+可变光衰减器+光功率监测集成在一起;8波长每波速串为80Gbps的WDM的复用和去复用分别集成在1块芯片上,尺寸仅15x7mm,如图1。NTT采用以上集成器件构成32通路的OADM。其中有些已经商用。近几年,集成光电子器件有比较大的改进。 中国的集成光电子器件也有一定进展。集成的小通道光开关和属于PLO技术的AWG有所突破。但与发达国家尚有较大差距。如果我们不迎头赶上,就会重复如同微电子落后的被动局面。 光纤通信的市场 众所周知,2000年IT行业泡沫,使光纤通信产业生产规模爆炸性地发展,产品生产过剩。无论是光传输设备,光电子器件和光纤的价格都狂跌。特别是光纤,每公里泡沫时期价格为羊1200,现在价格Y100左右1公里,比铜线还便宜。光纤通信的市场何时能恢复? 根据RHK的对北美通信产业投入的统计和预测,如图2.在2002年是最低谷,相当于倒退4年。现在有所回升,但还不能恢复。按此推测,在2007-2008年才能复元。光纤通信的市场也随IT市场好转。这些好转,在相当大的程度是由FTTH和宽带数字电视所带动的。 笔者认为: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。发达国家的FTTH已经开始建设,已经有相当的市场。大体上看,器件和设备随市场的需要,其利润会逐步回升,2007-2008年可能良好。但光纤产业,尽管反倾销成功,目前价格也仍低迷不起,利润甚微。实际上,在世界范围内,光纤的生产规模过大,而FTTH的发展速度受社会环境、包括市民的经济条件和数字电视的发展的影响,上升缓慢。据了解,有大公司目前封存几个光纤厂,根据市场情况,可随时启动生产,其结果是始终供大于求。供不应求才能涨价,是通常的市场规律,所以光纤产业要想厚利,可能是2009年后的事情。中国经济不发达地区和小城镇,还需要建设光纤线路,但光纤用量仍然处于供太子求的范围内。 对中国市场,FTTH受ADSL的挑战和数字电视HDTV发展的制约,会有所延后。目前,中国大量建设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,北京奥运会需要HDTV的推动和设备价格的下降,会促进FTTH的发展。预计在2007-2008年在中国FTTH可开始推广。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VOP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。

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短波通信网络及加密技术

摘 要：短波通信网具有无中心自组织、无线传输带宽有限、分布式控制等特征，同时节点本身具有局限性，体现在无线节点的存储、计算以及通信能力上。我们需要将短波通信的认证、加密、密钥管理以及访问控制等安全措施考虑在内。

本论文在密码学的理论基础上，针对短波通信的结构特点及应用需求，对短波通信加密技术进行了研究和实现。

关键词：短波;加密;通信

1 短波通信的发展现状

短波通信就是指不建立中继站通过天波的电离层反射来实现的远距离通信，并且在一定的频率范围内实现的高频通信。

短波通信正是由于电离层的不可摧毁性才成为了军事指挥的重要手段之一。由于短波通信在军事通信上的不可替代性，从20世纪80年代初，短波通信进入了复兴和发展的新时期。随着技术的进步，许多的国家改进设备，改进系统来加速对短波的研究。

对于短波通信的一些缺点，我们已经找到了一些克服和改进的办法。

稳定性、可靠性、通信质量和通信速率是短波通信的一些特性，在这些方面，世界各国都在积极研究发展，已经达到了一个新的水平，需要其他领域进一步的拓展。

2 短波通信的优缺点

1.优点：

①.一旦发生战争或灾害，各种通信网络都可能受到破坏，卫星也可能受到攻击.在各种通信方式中，短波所具有的优势就是不受网络枢钮和有源中继体制的制约。

②.在超短波覆盖不到的地方，比如山区、戈壁、海洋等地区，主要依靠短波实现通信;

③短波通信具有卫星通信所不具备的有点，比如不用支付话费，运行成本低.

2.缺点：

①.可供使用的频段窄，通信容量小

国际规定每个短波电台占用的频段宽度，而整个波段的频带宽度才，为了避免相互间的干扰，全球只有7700多个可用短波信道，每个信道的现有带宽大幅制约了提高信道容量和数据传输速率.

②.信道差

地波是短波传播的基本途径之一，短波的地波信号可以沿海面传播1000公里左右，由于海水介质的电导特性，海面介质成为了船舶的最佳方式。然而陆地表面介质电导特性差且对电波衰耗大，电波的衰耗程度对不同的陆地表面介质而不同.

短波信号沿地面最多只能传播几十公里.与天波传播不同，地波传播不需要经常的改变工作频率，但要将障碍物的阻挡考虑在内。电离层会产生变化，在高度和密度方面可能会受昼夜、季节、气候等因素的影响，产生一些不良的后果，比如噪声较大等。

短波的主要传播途径是天波。天波是不稳定的传播，其原理见到那来说就是电离层和地面将信号来回反射的过程。这个短波信号通过天线发出的，并且不受地面障碍物阻挡，传播距离也不受限制。但天波在传播过程中，也会产生一些影响通信效果的因素，后果就是造成信号的弱化和畸变等等。

③.大气和工业无线电噪声干扰严重

工业电磁辐射的无线电噪声干扰在短波频段的平均强度很高，此外，大气无线电噪声和无线电台间的干扰，尤其是脉冲型突发噪声，使短波通信的质量深受影响，常会使数据传输发生严重错误，影响通信质量.

3 短波语音传输加密

在我国，短波语音通信的主要设备就是对讲机。我们要实现加密技术的'最终目的就是为了在语音信道中传输加密信号，这种信号不被第三方所知。即使采用同一技术的通信设备，也不会被通信设备的双方在通信过程中容纳以合法身份进入。总的来说，我们要实现的短波语音传输加密技术要以实用性、保密性、安全性、可靠性和先进性作为其研究的主题。

我们所要实现的短波语音加密技术采用软硬件并重的方式，在硬件上，采用我们自行研究开发的保密电子线路。

软件上，采用自行设计开发的融入了加密算法和密钥管理的计算机汇编程序，可以不定期的对软硬件进行更新换代，这样实现的目的有其十分明显的优点，即使有人从硬件上了解了加密的基本思路，但是软件仍然有一层保障，因为对硬件信号的加脱密控制都是由软件来实现的，这样就可以防止其接触到具体的加密技术方案。

硬件加密线路主要采用DSP处理器芯片、加密算法芯片和语音加脱密芯片来实。在硬件上不仅要实现加脱密处理的功能，同时为了防止原有的语音信号失真，在整个加脱密线路中增添了许多滤波、整流、功率放大和噪声干扰的功能模块。

软件实现主要从身份认证、加密和脱密、密钥管理等来实现的。其中，在机密中，通信双方身份互相确认后，要传送的一方把语音信号模/数转换后利用核心加密算法做加密处理。接收的一方把线路中传输的普通语音信号中的模/数转化后做脱密处理，并且用于加密的密钥和脱密的密钥不能相通。

4 短波通信系统网络向第三代全自适应网络方向发展

在通信技术飞速发展的今天，短波通信必须与网络互通，与系统兼容来实现其自身的发展。短波通信也要建立一个完善的系统，保证其高效、可靠并且抗干扰性强等。我们要改变传统的短波通信方式带来的缺点，它在如何实时选频以及频率复用等问题还需要进一步的探究。

军事通信领域是国家的重点保护领域，世界发达国家没有停止过对短波通信技术的研究。短波通信领域仍然不断取得重大技术突破，推动着短波通信技术的发展。现如今，我们进入了信息时代，更要拓展短波通信领域来发展我国通信。

基于以上我们对短波通讯的阐述，更加确定了短波通讯在现代中的地位。我们所论及的信息安全技术，一直是世界各国政府高度重视其研究和应用的高科技领域，随着世界科技的蓬勃发展，不易破译的信息安全技术正是社会的广泛需求。

参考文献

[1] 王炳锡.变速率语音编码[M].西安：西安电子科技大学出版社，2004

[2] 姚天任.数字语音编码[M].北京：电子工业出版社，2001

[3] 胡中豫.现代短波通信[M].北京：国防工业出版社，2005