第一篇：IPsec在IMS固定接入網(wǎng)中的應(yīng)用部署探討

IPsec在IMS固定接入網(wǎng)中的應(yīng)用部署探討

蔡晟

中國(guó)電信股份有限公司上海研究院

【摘要】隨著IMS的商用部署，傳統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商需要考慮固定接入用戶的信息加密保護(hù)需求。本文簡(jiǎn)要介紹IPsec的工作原理，分析ESP和AH協(xié)議的封裝機(jī)制；研究在BAC設(shè)備上實(shí)現(xiàn)IPsec的功能要求；最后提出IPsec在IMS固定接入網(wǎng)的應(yīng)用部署建議。

【關(guān)鍵詞】IMS；固定接入；安全；IPsec；BAC 引言

固定與移動(dòng)通信的融合（FMC）已成為通信行業(yè)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)之一，IMS（IP Multimedia Subsystem）為在網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)層面提供了融合技術(shù)的可能性，越來(lái)越多的電信運(yùn)營(yíng)商正在或者準(zhǔn)備IMS網(wǎng)絡(luò)的部署。3GPP R7 版本又加強(qiáng)了對(duì)固定、移動(dòng)融合的標(biāo)準(zhǔn)化制定，要求 IMS 支持 xDSL、cable、FTTx等固定接入方式。

固網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商部署IMS時(shí)，需要考慮IMS固定接入的安全問(wèn)題。一方面，IMS終端和互聯(lián)網(wǎng)直接互聯(lián)，而互聯(lián)網(wǎng)是不安全的網(wǎng)絡(luò)，使得接入設(shè)備和 IMS 終端很容易地受到黑客的攻擊；另一方面，IMS 是以IP 為承載的網(wǎng)絡(luò)，只要基于 IP 技術(shù)，SIP 信令就可以很容易的傳送到核心控制層，這樣IMS 核心控制層就會(huì)很容易的受到來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)安全威脅。IMS的安全架構(gòu)

IMS網(wǎng)絡(luò)基于數(shù)據(jù)網(wǎng)上, 但是它的安全機(jī)制卻和數(shù)據(jù)網(wǎng)不相關(guān)的，為此IMS提供了完整的安全機(jī)制，包括鑒權(quán)認(rèn)證、信令一致性保護(hù)以及加密。具體結(jié)構(gòu)可以參見(jiàn)下圖：

圖1.IMS安全結(jié)構(gòu)

可以看出IMS的安全結(jié)構(gòu)一共包括5個(gè)層面: 1.提供用戶和IMS網(wǎng)絡(luò)之間的雙向認(rèn)證.認(rèn)證是基于存在于IMS用戶和HSS的秘密數(shù)據(jù)和函數(shù).HSS[3]向S-CSCF[2]分發(fā)認(rèn)證向量.S-CSCF代表網(wǎng)絡(luò)對(duì)用戶進(jìn)行認(rèn)證.2.提供UE和P-CSCF[2]之間的空中接口之間的安全鏈接.其中包括加密和完整化保護(hù).3.提供網(wǎng)絡(luò)域內(nèi)CSCF和HSS之間的安全.4.提供不同網(wǎng)絡(luò)之間的CSCF網(wǎng)絡(luò)實(shí)體之間的網(wǎng)絡(luò)域安全.5.提供相同網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的CSCF之間的安全.這當(dāng)中, 1、2被稱為IMS接入網(wǎng)的安全, 而3、4、5則是網(wǎng)絡(luò)域內(nèi)范圍的安全。

雖然IMS安全架構(gòu)定義了UE與P-CSCF之間通過(guò)IPsec實(shí)現(xiàn)信令/媒體的完整性和安全性保護(hù)機(jī)制，但是當(dāng)引如BAC后，原有的端到端的機(jī)制無(wú)法直接在UE與P-CSCF之間實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)而需要在UE與BAC之間實(shí)現(xiàn)IPsec。為此，需要研究BAC的工作機(jī)制和IPsec的特性，探討IPsec在BAC上應(yīng)用部署問(wèn)題。BAC的工作機(jī)制

在軟交換時(shí)代，為解決業(yè)務(wù)部署中遇到的NAT/FW穿越、安全、互通、QoS等問(wèn)題，運(yùn)營(yíng)商大多在固定接入終端和軟交換之間部署B(yǎng)AC（邊界控制器）。在IMS架構(gòu)中，也同樣定義了BAC：BAC位于P-CSCF和UE之間，BAC與P-CSCF接口為Gm，與UE之間的接口為Gm’。BAC也可以與P-CSCF合設(shè)，此時(shí)，Gm成為內(nèi)部接口。

圖2.BAC 在IMS架構(gòu)中的位置

當(dāng)SIP終端向IMS注冊(cè)時(shí)，BAC會(huì)給終端分配一個(gè)信令代理端口，所有消息都會(huì)經(jīng)過(guò)這個(gè)端口轉(zhuǎn)發(fā)給IMS，同時(shí)BAC會(huì)用自身地址和這個(gè)端口來(lái)替換消息體中終端的地址信息。因此，BAC對(duì)SIP終端來(lái)說(shuō)可看作是IMS系統(tǒng)，BAC相對(duì)IMS又可看作是用戶，IMS系統(tǒng)首先將呼叫被叫的請(qǐng)求發(fā)給BAC，經(jīng)過(guò)信令處理后再轉(zhuǎn)發(fā)給真正的被叫用戶。IPsec協(xié)議分析

IPsec是IP網(wǎng)絡(luò)的主要安全機(jī)制，可以直接在IP層引入安全。通常IPsec根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)來(lái)提供安全服務(wù)，而且這可以由SIP體系獨(dú)立完成。正因如此，IPsec主要用于SIP實(shí)體之間，這些SIP實(shí)體可以擁有預(yù)先配置而且相當(dāng)靜態(tài)的安全聯(lián)系，如同一個(gè)IP電話提供商的服務(wù)器。TLS通過(guò)TCP來(lái)提供傳輸層的安全，它適于在有動(dòng)態(tài)聯(lián)系的主機(jī)間需要逐段轉(zhuǎn)接安全的體系。

AH和ESP是IPsec的兩個(gè)主要協(xié)議。Authentication Header(AH)協(xié)議為IP通信提供數(shù)據(jù)源認(rèn)證、數(shù)據(jù)完整性和反重播保證，它能保護(hù)通信免收篡改，但不能防止竊聽(tīng)，適合用于傳輸非機(jī)密數(shù)據(jù)。Encapsulating Security Payliad(ESP)為IP數(shù)據(jù)包提供完整性檢查、認(rèn)證和加密。AH認(rèn)證強(qiáng)于ESP，AH可以對(duì)報(bào)頭和有效載荷進(jìn)行認(rèn)證，ESP只對(duì)有效載荷進(jìn)行認(rèn)證。AH和ESP在完整性校驗(yàn)的主要區(qū)別在于覆蓋的長(zhǎng)度上，ESP不對(duì)IP頭進(jìn)行認(rèn)證，除非IP頭被封裝在ESP內(nèi)部（例如，隧道模式）。

傳輸模式和隧道模式是將AH和ESP應(yīng)用到IP數(shù)據(jù)包中的兩種不同的方法。在隧道模式下，原始IP分組被封裝成一個(gè)新的IP數(shù)據(jù)包，并在內(nèi)部報(bào)文和外部報(bào)文之間插入一個(gè)IPsec

報(bào)頭（AH或ESP），原IP地址被當(dāng)作有效載荷的一部分受到IPsec的安全保護(hù)，另外，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)加密，還可以將數(shù)據(jù)包目的地址隱藏起來(lái)，有助于保護(hù)端隧道通信中的數(shù)據(jù)安全。

在傳輸模式下，在IP報(bào)頭和高層協(xié)議報(bào)頭之間插入一個(gè)IPsec報(bào)文（AH或ESP）。在該模式下，IP報(bào)頭與原始IP分組中的IP報(bào)頭相同，只是IP協(xié)議字段被改為AH（51）或ESP（50），并重新計(jì)算IP報(bào)頭校驗(yàn)和。

傳輸模式保護(hù)數(shù)據(jù)包的有效載荷、高層協(xié)議，IPsec源端點(diǎn)不會(huì)修改IP報(bào)頭中的目標(biāo)IP地址，原來(lái)的IP地址保持明文。傳輸模式只是為高層協(xié)議提供安全。該模式常應(yīng)用在需要保護(hù)的兩臺(tái)主機(jī)之間的端到端的連接，而不是有多臺(tái)主機(jī)的兩個(gè)網(wǎng)關(guān)之間的數(shù)據(jù)流。

4.1隧道模式中的AH 在隧道模式中，AH插入到原始IP頭部之前，然后在AH之前再增加一個(gè)新的IP頭部。AH驗(yàn)證的范圍也是整個(gè)IP包，因此也存在AH和NAT、BAC的沖突。

新IP頭部（含可選字段）AH頭部IP頭部（含可選字段）TCP頭部（含可選字段）數(shù)據(jù)應(yīng)用AH之前IP頭部（含可選字段）TCP頭部（含可選字段）數(shù)據(jù)應(yīng)用AH之后圖3.隧道模式中的AH

驗(yàn)證區(qū)域（可變字段除外）

4.2隧道模式的ESP ESP隧道模式對(duì)整個(gè)IP包進(jìn)行加密保護(hù)，ESP插入到原始IP頭部之前，然后在ESP之前再增加一個(gè)新的IP頭部。

新IP頭部（含可選字段）ESP頭部IP頭部（含可選字段）IP頭部（含可選字段）TCP頭部（含可選字段）數(shù)據(jù)加密區(qū)域TCP頭部（含可選字段）驗(yàn)證區(qū)域數(shù)據(jù)ESP尾部ESP驗(yàn)證數(shù)據(jù)應(yīng)用ESP之前應(yīng)用ESP之后圖4.隧道模式中的ESP

4.3傳輸模式中的AH AH插入到IP頭部（包括IP選項(xiàng)字段）之后，傳輸層協(xié)議（如TCP、UDP）或者其他IPsec協(xié)議之前。

IP頭部（含可選字段）ESP頭部IP頭部（含可選字段）TCP頭部（含可選字段）數(shù)據(jù)加密區(qū)域TCP頭部（含可選字段）驗(yàn)證區(qū)域數(shù)據(jù)ESP尾部ESP驗(yàn)證數(shù)據(jù)應(yīng)用ESP之前應(yīng)用ESP之后圖5.傳輸模式中的AH

4.3傳輸模式中的ESP ESP插入到IP頭部（包括IP可選字段）之后，任何被IP協(xié)議所封裝的協(xié)議（如傳輸層協(xié)議TCP、UDP等）之前，保護(hù)IP包的載荷。傳輸模式的ESP不對(duì)SPI、序號(hào)字段和驗(yàn)證數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。不對(duì)IP頭部進(jìn)行驗(yàn)證，所以不存在NAT和BAC沖突的問(wèn)題。ESP傳輸模式的驗(yàn)證服務(wù)比AH傳輸模式弱一些。

IP頭部（含可選字段）IP頭部（含可選字段）TCP頭部（含可選字段）數(shù)據(jù)應(yīng)用AH之前AH頭部TCP頭部（含可選字段）數(shù)據(jù)應(yīng)用AH之后圖6.傳輸模式中的ESP

驗(yàn)證區(qū)域（可變字段除外）IPsec在BAC上的應(yīng)用

在隧道模式下，無(wú)論是AH還是ESP，如果該包經(jīng)過(guò)BAC，其源/目的地址將被改變，將造成到達(dá)目的地址后的完整性驗(yàn)證失敗。在傳輸模式下的AH，被驗(yàn)證的區(qū)域是整個(gè)IP包（可變字段除外），包括IP包頭部，因此源IP地址、目的IP地址是不能修改的，否則會(huì)被檢測(cè)出來(lái)。

由于BAC重新指定內(nèi)網(wǎng)/外網(wǎng)用戶信令/媒體流的接收地址和端口，因此IMS只能采用IPSec ESP為UE和BAC間所有SIP信令提供完整性保護(hù)，保護(hù)IP層的所有SIP信令，以傳輸模式提供完整性保護(hù)機(jī)制。

對(duì)于IMS固定接入網(wǎng)用戶，由于UE與P-CSCF之間存在BAC，特別是在BAC的信令處理模塊與P-CSCF未合設(shè)的情況下，無(wú)法實(shí)現(xiàn)從UE到P-CSCF的IPsec加密通道，因此為保證IMS的安全傳輸，可以部署從終端到BAC的IPsec安全隧道，為終端接入提供安全鏈接.包括加密和完整性保護(hù)。

下圖以固定接入的UE初始注冊(cè)為例，介紹UE與BAC之間建立SA的流程。

UE1Unprotectedport2REG4018UnprotectedportBACP-CSCFS-CSCF345910protectedClient port15protectedServer port11REG672001320014protectedServer portprotectedClient port

TCP/UDP12圖7.UE與BAC之間建立SA

1、UE發(fā)送注冊(cè)請(qǐng)求；

2、向BAC的服務(wù)端口（未受保護(hù)）發(fā)送該SIP注冊(cè)消息；

3、該SIP注冊(cè)消息傳送至歸屬S-CSCF，進(jìn)行用戶身份驗(yàn)證；

4、S-CSCF從HSS取得用戶安全信息；

5、S-CSCF返回401應(yīng)答消息，該消息中包含了BAC側(cè)用于IPsec的加密密鑰和UE的驗(yàn)證信息；

6、BAC更改401消息，去除加密密鑰，增加包含IPsec信息的Security-Server報(bào)頭；

7、BAC為接收認(rèn)證過(guò)的SIP注冊(cè)消息準(zhǔn)備IPsec通道；

8、由BAC修改的401消息發(fā)送至UE的服務(wù)端口（未受保護(hù)）；

9、UE對(duì)S-CSCF進(jìn)行驗(yàn)證，計(jì)算用于IPsec通道的加密密鑰。UE建立IPsec通道，配置SA；

10、UE構(gòu)建驗(yàn)證后的注冊(cè)請(qǐng)求消息；

11、UE向BAC的端口（受保護(hù)）發(fā)送注冊(cè)消息；

12、BAC轉(zhuǎn)發(fā)SIP注冊(cè)消息，S-CSCF對(duì)UE進(jìn)行驗(yàn)證；HSS更新記錄；S-CSCF返回200 OK；

13、若使用TCP協(xié)議，BAC向UE的端口（受保護(hù)）發(fā)送200 OK；

14、若使用UDP協(xié)議，BAC向UE的端口（受保護(hù)）發(fā)送200 OK；

15、會(huì)話建立。

根據(jù)上述流程可以看出，當(dāng)BAC與P-CSCF功能實(shí)體分開(kāi)設(shè)置的情況下，IPsec的建立需要由BAC代替P-CSCF完成。為了進(jìn)一步提高BAC與P-CSCF之間SIP信令的完整性和機(jī)密性，可以在兩者之間另外建立安全隧道，但是這樣將加重BAC的處理負(fù)荷，并且BAC與P-CSCF之間已屬于運(yùn)營(yíng)商內(nèi)部核心網(wǎng)而不屬于接入網(wǎng)，在安全防護(hù)上已有一定的保證。當(dāng)BAC與P-CSCF功能實(shí)體合并設(shè)置的情況下，對(duì)BAC沒(méi)有支持IPsec需求，接入網(wǎng)部分的信令加密仍可以由UE與P-CSCF之間建立安全隧道來(lái)完成。

6結(jié)束語(yǔ)

總之，為解決IMS終端與核心網(wǎng)絡(luò)之間的安全問(wèn)題，可以通過(guò)IPsec對(duì)信令、媒體流進(jìn)行完整性保護(hù)和加密。而固定接入終端與移動(dòng)終端的IPsec應(yīng)用存在區(qū)別，主要是對(duì)于固定接入終端，需要在BAC上部署IPsec。因此，雖然目前IPsec的實(shí)際應(yīng)用較少，但是運(yùn)營(yíng)商在建設(shè)IMS網(wǎng)絡(luò)時(shí)，仍需要關(guān)注BAC對(duì)IPsec的功能支持，以便將來(lái)滿足固定接入用戶的安全需求。

參考文獻(xiàn)

[1] IETF RFC2401 Security Architecture for the Internet Protocol.[2] IETF RFC2406 IP Encapsulating Security Payload(ESP).[3] 潘平，會(huì)話邊界控制設(shè)備SBC應(yīng)用的相關(guān)研究，廣東通信技術(shù)，2010, 30(5).[4] 楊濤，面向用戶的IMS媒體層統(tǒng)一安全框架，計(jì)算機(jī)工程，2009.[5] 宋建標(biāo)，馬躍，劉昶，IMS固定接入網(wǎng)安全問(wèn)題分析，計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)，2010，10.作者簡(jiǎn)介

蔡晟 北京郵電大學(xué)，學(xué)士，中國(guó)電信股份有限公司上海研究院，助理工程師，交換研發(fā)工程師，主要研究方向?yàn)檐浗粨Q、IMS核心網(wǎng)。

第二篇：光纖通信技術(shù)在寬帶接入網(wǎng)中的應(yīng)用

光纖通信技術(shù)在寬帶接入網(wǎng)中的應(yīng)用

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，人與人之間的通信也越來(lái)越頻繁，對(duì)速度，容量的要求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)的電纜通信已經(jīng)慢慢滿足不了人們的需求。在這種需求下，光纖通信技術(shù)在原有的傳統(tǒng)通信技術(shù)中脫穎而出,已成為現(xiàn)代通信的主要支柱之一,在現(xiàn)代電信網(wǎng)中起著舉足輕重的作用。本文首先解釋了光纖通信的定義，以及它的特點(diǎn)和發(fā)展情況。重點(diǎn)論述了寬帶接入的基本定義、常見(jiàn)的寬帶接入方式及特點(diǎn)、寬帶接入的發(fā)展及應(yīng)用情況，最后以配合實(shí)例的方式介紹了光纖接入技術(shù)在寬待接入網(wǎng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：光纖通信；寬帶接入技術(shù)；寬帶接入網(wǎng)。光纖通信技術(shù)的基本概念

所謂光纖通信技術(shù)，即以光纖為主要傳播媒介，通過(guò)光學(xué)纖維傳輸信息的通信技術(shù)。自1970年美國(guó)康寧公司首次研制成功損耗為20dB/km的光纖，光纖通信時(shí)代到來(lái)。與傳統(tǒng)的電纜通信不同，它有許多電纜通信所不具備的優(yōu)點(diǎn)。1.1光纖通信的優(yōu)點(diǎn)

1.1.1頻帶極寬，通信容量大。

光纖比銅線或電纜有大得多的傳輸帶寬，光纖通信系統(tǒng)的于光源的調(diào)制特性、調(diào)制方式和光纖的色散特性。對(duì)于單波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)，由于終端設(shè)備的電子瓶頸效應(yīng)而不能發(fā)揮光纖帶寬大的優(yōu)勢(shì)。通常采用各種復(fù)雜技術(shù)來(lái)增加傳輸?shù)娜萘?，特別是現(xiàn)在的密集波分復(fù)用技術(shù)極大地增加了光纖的傳輸容量。目前，單波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率一般在2.5Gbps到1OGbps。

1.1.2損耗低，中繼距離長(zhǎng)。

目前，商品石英光纖損耗可低于0～20dB/km，這樣的傳輸損耗比其它任何傳輸介質(zhì)的損耗都低；若將來(lái)采用非石英系統(tǒng)極低損耗光纖，其理論分析損耗可下降的更低。這意味著通過(guò)光纖通信系統(tǒng)可以跨越更大的無(wú)中繼距離；對(duì)于一個(gè)長(zhǎng)途傳輸線路，由于中繼站數(shù)目的減少，系統(tǒng)成本和復(fù)雜性可大大降低。1.1.3抗電磁干擾能力強(qiáng)。

光纖原材料是由石英制成的絕緣體材料，不易被腐蝕，而且絕緣性好。與之相聯(lián)系的一個(gè)重要特性是光波導(dǎo)對(duì)電磁干擾的免疫力，它不受自然界的雷電干擾、電離層的變化和太陽(yáng)黑子活動(dòng)的干擾，也不受人為釋放的電磁干擾，還可用它與高壓輸電線平行架設(shè)或與電力導(dǎo)體復(fù)合構(gòu)成復(fù)合光纜。這一點(diǎn)對(duì)于強(qiáng)電領(lǐng)域(如電力傳輸線路和電氣化鐵道)的通信系統(tǒng)特別有利。由于能免除電磁脈沖效應(yīng)，光纖傳輸系還特別適合于軍事應(yīng)用。

1.1.4無(wú)串音干擾，保密性好。

在電波傳輸?shù)倪^(guò)程中，電磁波的泄漏會(huì)造成各傳輸通道的串?dāng)_，而容易被竊聽(tīng)，保密性差。光波在光纖中傳輸，因?yàn)楣庑盘?hào)被完善地限制在光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，而任何泄漏的射線都被環(huán)繞光纖的不透明包皮所吸收，即使在轉(zhuǎn)彎處，漏出的光波也十分微弱，即使光纜內(nèi)光纖總數(shù)很多，相鄰信道也不會(huì)出現(xiàn)串音干擾，同時(shí)在光纜外面，也無(wú)法竊聽(tīng)到光纖中傳輸?shù)男畔ⅰ?/p>

除以上特點(diǎn)之外，還有光纖徑細(xì)、重量輕、柔軟、易于鋪設(shè)；光纖的原材料資源豐富，成本低；溫度穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)。由于以上優(yōu)點(diǎn)，光纖剛一發(fā)明，就備受業(yè)內(nèi)人士青睞，發(fā)展非常迅速，光纖通信系統(tǒng)的傳輸容量從1980年到2000年增加了近一萬(wàn)倍，傳輸速

中國(guó)最大的論文知識(shí)平臺(tái)004km.cn

度在過(guò)去的10年中，大概提高了100倍。如今，光纖通信技術(shù)除了應(yīng)用于國(guó)家軍事事業(yè)，科研的發(fā)展，電力設(shè)備的監(jiān)控與傳輸?shù)?，更加走進(jìn)了千家萬(wàn)戶，如FTTB（光纖到樓）技術(shù)，為我們的生活、生產(chǎn)帶來(lái)了高效，便捷的服務(wù)。寬帶接入技術(shù)的基本概念

要了解什么是寬帶接入技術(shù)，就必須先知道何為寬帶。對(duì)于寬帶，其實(shí)并沒(méi)有很?chē)?yán)格的定義，一般是以目前撥號(hào)上網(wǎng)速率的上限 56Kbps為分界，將 56Kbps及其以下的接入稱為“窄帶”，之上的接入方式則歸類(lèi)于“寬帶”。而寬帶接入技術(shù)就是通過(guò)各種技術(shù)手段，在節(jié)省材料，盡可能大的降低損耗，做到現(xiàn)有資源的最大利用率為前提的一種技術(shù)。就目前來(lái)說(shuō)，寬帶接入主要有以下幾種技術(shù): 2.1 ADSL

ADSL是英文Asymmetrical Digital Subscriber Loop(非對(duì)稱數(shù)字用戶環(huán)路)的英文縮寫(xiě)，ADSL技術(shù)是運(yùn)行在原有普通電話線上的一種新的高速寬帶技術(shù)，它利用現(xiàn)有的一對(duì)電話銅線，為用戶提供上下行非對(duì)稱的傳輸速率（帶寬）。非對(duì)稱主要體現(xiàn)在上行速率(最高640Kbps)和下行速率(最高8Mdps)的非對(duì)稱性上。上行(從用戶到網(wǎng)絡(luò))為低速的傳輸，可達(dá)640Kbps；下行(從網(wǎng)絡(luò)到用戶)為高速傳輸，可達(dá)8Mbps。它最初主要是針對(duì)視頻點(diǎn)播業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)的，隨著技術(shù)的發(fā)展，逐步成為了一種較方便的寬帶接入技術(shù)，為電信部門(mén)所重視。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)電視的機(jī)頂盒，可以實(shí)現(xiàn)許多以前在低速率下無(wú)法實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。2.2 DSL

DSL(Digital Subscriber Line數(shù)字用戶環(huán)路)技術(shù)是基于普通電話線的寬帶接入技術(shù)，它在同一銅線上分別傳送數(shù)據(jù)和語(yǔ)音信號(hào)，數(shù)據(jù)信號(hào)并不通過(guò)電話交換機(jī)設(shè)備，減輕了電話交換機(jī)的負(fù)載；并且不需要撥號(hào)，一直在線，屬于專線上網(wǎng)方式。DSL包括ADSL、RADSL、HDSL和VDSL等等。2.3 VDSL

VDSL(Very-high-bit-rate Digital Subscriber loop)是高速數(shù)字用戶環(huán)路，簡(jiǎn)單地說(shuō)，VDSL就是ADSL的快速版本。使用VDSL，短距離內(nèi)的最大下傳速率可達(dá)55Mbps，上傳速率可達(dá)19.2Mbps，甚至更高。2.4光纖接入網(wǎng)

光纖接入網(wǎng)(OAN)是采用光纖傳輸技術(shù)的接入網(wǎng),即本地交換局和用戶之間全部或部分采用光纖傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)。光纖具有寬帶、遠(yuǎn)距離傳輸能力強(qiáng)、保密性好、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),是未來(lái)接入網(wǎng)的主要實(shí)現(xiàn)技術(shù)。FTTH方式指光纖直通用戶家中，一般僅需要一至二條用戶線，短期內(nèi)經(jīng)濟(jì)性欠佳，但卻是長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展方向和最終的接入網(wǎng)解決方案。

2.5 FTTX+LAN接入方式

這是一種利用光纖加五類(lèi)網(wǎng)絡(luò)線方式實(shí)現(xiàn)寬帶接入方案，實(shí)現(xiàn)千兆光纖到小區(qū)(大樓)中心交換機(jī)，中心交換機(jī)和樓道交換機(jī)以百兆光纖或五類(lèi)網(wǎng)絡(luò)線相連，樓道內(nèi)采用綜合布線，用戶上網(wǎng)速率可達(dá)10Mbps，網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性強(qiáng)，投資規(guī)模小。另有光纖到辦公室、光纖到戶、光纖到桌面等多種接入方式滿足不同用戶的需求。FTTX+LAN方式采用星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，用戶共享帶寬?.6 ISDN

ISDN綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)是數(shù)字傳輸和數(shù)字交換綜合而成的數(shù)字電話網(wǎng)，英文縮寫(xiě)為ISDN。它能實(shí)現(xiàn)用戶端的數(shù)字信號(hào)進(jìn)網(wǎng)，并且能提供端到端的數(shù)字連接，從而可以用

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同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)承載各種話音和非話音業(yè)務(wù)。ISDN基本速率接口包括兩個(gè)能獨(dú)立工作的64Kb的B信道和一個(gè)16Kb的D信道，選擇ISDN 2B+D端口一個(gè)B信道上網(wǎng)，速度可達(dá)64Kb/s，比一般電話撥號(hào)方式快2.2倍(若Modem的傳輸速率為28.8Kb/s)。若兩個(gè)B信道通過(guò)軟件結(jié)合在一起使用時(shí)，通信速率則可達(dá)到128Kb/s。

在未來(lái)，以電纜為傳播媒介的接入方式必定會(huì)被社會(huì)淘汰，漸漸淡出我們的視線，而光纖接入技術(shù)，以其寬帶、遠(yuǎn)距離傳輸能力強(qiáng)、保密性好、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，終將取而代之，特別是其中的FTTX+LAN接入方式，具有帶寬大，資源利用率高等特點(diǎn)，無(wú)疑是其中的一個(gè)主力軍。光纖通信技術(shù)在寬帶接入網(wǎng)中的應(yīng)用

雖然光纖通信具有很多優(yōu)點(diǎn)，但是要想充分發(fā)揮光纖接入技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，資源的分配和施工工程過(guò)程中的注意事項(xiàng)也是很重要的。

下面就以某樓層為例，來(lái)說(shuō)明光纖接入技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)以及設(shè)計(jì)，施工的具體細(xì)節(jié)。3.1網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

小區(qū)內(nèi)有5個(gè)單元，每個(gè)單元有17戶住戶，主要網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以下圖為例：根據(jù)用戶需求，該樓層采用FTTB+LAN的接入技術(shù)。

因?yàn)樵摌菍佑? 個(gè)單元，每個(gè)單元有17戶住戶，所以設(shè)計(jì)一共安裝10個(gè)ONU，每個(gè)單元2個(gè)，所以接入網(wǎng)機(jī)房里采用1：16光分路器。再用五類(lèi)線從ONU中接出來(lái)，分到每個(gè)用戶家中。

局端到樓層接入網(wǎng)機(jī)房為一根12芯光纜，從接入網(wǎng)機(jī)房到各個(gè)單元之間為一個(gè)6芯光纜。就樓層目前的需求來(lái)說(shuō)，1：16的光分一共只要跳5芯就夠了，也就是說(shuō)，每個(gè)單元的6芯光纜只用了一芯。3.2設(shè)計(jì)方案優(yōu)點(diǎn)

該方案用盡可能少的資源解決了整個(gè)樓層每個(gè)用戶的需求，為了節(jié)省光纜資源，為以后樓層的擴(kuò)容需要，所以采用了光分路器。這種為樓層，小區(qū)設(shè)計(jì)的方案叫EPON系統(tǒng)，EPON系統(tǒng)具備良好的可擴(kuò)展性，只要針對(duì)小區(qū)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的情況，增加分光器

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/板卡等設(shè)備，可方便快捷的實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展，且不會(huì)對(duì)現(xiàn)有業(yè)務(wù)造成任何影響。例如，針對(duì)本方案，可以對(duì)該樓層部分高端客戶提供FTTH(光纖到戶)接入以及迅速接入周邊客戶(只需要部署光分路器到該用戶之間的光纖即可)。3.3施工中的注意事項(xiàng)

雖然光纖有很高的傳輸速率，但是如果因?yàn)樵谑┕ぶ胁蛔⒁馐┕な马?xiàng)，也會(huì)造成光纖的損耗過(guò)大，從而大大削弱光纖本來(lái)的傳輸功能。所以，為了降低這種失誤，應(yīng)遵守以下原則：

3.3.1一條線路上盡量采用同一批次的優(yōu)質(zhì)名牌裸纖

對(duì)于同一批次的光纖，其模場(chǎng)直徑基本相同,光纖在某點(diǎn)斷開(kāi)后,兩端間的模場(chǎng)直徑可視為一致，因而在此斷開(kāi)點(diǎn)熔接可使模場(chǎng)直徑對(duì)光纖熔接損耗的影響降到最低程度。所以要求光纜生產(chǎn)廠家用同一批次的裸纖，按要求的光纜長(zhǎng)度連續(xù)生產(chǎn)，在每盤(pán)上順序編號(hào)并分清A,B端不得跳號(hào)。敷設(shè)光纜時(shí)須按編號(hào)沿確定的路由順序布放，并保證前盤(pán)光纜的B端要和后一盤(pán)光纜的A端相連，從而保證接續(xù)時(shí)能在斷開(kāi)點(diǎn)熔接,并使熔接損耗值達(dá)到最小。

3.3.2光纜架設(shè)按要求進(jìn)行

在光纜敷設(shè)施工中，嚴(yán)禁光纜打小圈及折，扭曲3km的光纜必須80人以上施工，4km必須100人以上施工，并配備6～8部對(duì)講機(jī)；另外“前走后跟,光纜上肩”的放纜方法,能夠有效地防止打背扣的發(fā)生。牽引力不超過(guò)光纜允許的80%，瞬間最大牽引力不超過(guò)100%，牽引力應(yīng)加在光纜的加強(qiáng)件上。敷放光纜應(yīng)嚴(yán)，格按光纜施工要求，從而最低限度地降低光纜施工中光纖受損傷的幾率，避免光纖芯受損傷導(dǎo)致的熔接損耗增大。

3.3.3挑選經(jīng)驗(yàn)豐富訓(xùn)練有素的光纖接續(xù)人員進(jìn)行接續(xù)

現(xiàn)在熔接大多是熔接機(jī)自動(dòng)熔接，但接續(xù)人員的水平直接影響接續(xù)損耗的大小。接續(xù)人員應(yīng)嚴(yán)格按照光纖熔接工藝流程圖進(jìn)行接續(xù)，并且熔接過(guò)程中應(yīng)一邊熔接一邊用OTDR測(cè)試熔接點(diǎn)的接續(xù)損耗。不符合要求的應(yīng)重新熔接，對(duì)熔接損耗值較大的點(diǎn)，反復(fù)熔接次數(shù)以3～4次為次為宜，多根光纖熔接損耗都較大時(shí)，可剪除一段光纜重新開(kāi)纜熔接.。

3.3.4接續(xù)光纜應(yīng)在整潔的環(huán)境中進(jìn)行

嚴(yán)禁在多塵及潮濕的環(huán)境中露天操作，光纜接續(xù)部位及工具、材料應(yīng)保持清潔，不得讓光纖接頭受潮，準(zhǔn)備切割的光纖必須清潔，不得有污物。切割后光纖不得在空氣中暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)尤其是在多塵潮濕的環(huán)境中。

3.3.5選用精度高的光纖端面切割器來(lái)制備光纖端面

光纖端面的好壞直接影響到熔接損耗大小，切割的光纖應(yīng)為平整的鏡面，無(wú)毛刺，無(wú)缺損。光纖端面的軸線傾角應(yīng)小于1度，高精度的光纖端面切割器不但提高光纖切割的成功率，也可以提高光纖端面的質(zhì)量。這對(duì)OTDR測(cè)試不著的熔接點(diǎn)(即OTDR測(cè)試盲點(diǎn))和光纖維護(hù)及搶修尤為重要。3.3.6熔接機(jī)的正確使用

熔接機(jī)的功能就是把兩根光纖熔接到一起，所以正確使用熔接機(jī)也是降低光纖接續(xù)損耗的重要措施。根據(jù)光纖類(lèi)型正確合理地設(shè)置熔接參數(shù)，預(yù)放電電流，時(shí)間及主放電電流，主放電時(shí)間等，并且在使用中和使用后及時(shí)去除熔接機(jī)中的灰塵，特別是夾具,各鏡面和v型槽內(nèi)的粉塵和光纖碎末的去除。每次使用前應(yīng)使熔接機(jī)在熔接環(huán)境中放置至少十五分鐘，特別是在放置與使用環(huán)境差別較大的地方(如冬天的室內(nèi)與室外)，根據(jù)當(dāng)時(shí)的氣壓,溫度,濕度等環(huán)境情況，重新設(shè)置熔接機(jī)的放電電壓及放電位置，以及使v型槽驅(qū)動(dòng)器復(fù)位等調(diào)整。

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4結(jié)束語(yǔ)

由于光纖通信的一系列優(yōu)點(diǎn)，電纜通信的運(yùn)用正慢慢得從我們的視線中消失。國(guó)家也制定了“光進(jìn)銅退”的發(fā)展目標(biāo)。在不久的將來(lái)，光纖通信必定取代電纜通信，為我們的生活，科技的發(fā)展，國(guó)家的軍事事業(yè)帶來(lái)便利又穩(wěn)定的通信基礎(chǔ)，光通信技術(shù)也必定會(huì)越來(lái)越先進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

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第三篇：光通信技術(shù)在用戶接入網(wǎng)中的應(yīng)用及發(fā)展

光通信技術(shù)在用戶接入網(wǎng)中的應(yīng)用及發(fā)展

（200910330118 09電子一班 杜伯昱）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)通信業(yè)務(wù)的需求量也越來(lái)越大，業(yè)務(wù)種類(lèi)早已由電話語(yǔ)音業(yè)務(wù)擴(kuò)展到數(shù)據(jù)、傳真、計(jì)算機(jī)、圖像等業(yè)務(wù)，如何經(jīng)濟(jì)、高效地提供用戶滿意的接入網(wǎng)，已經(jīng)成為通信業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。接入網(wǎng)是指用戶網(wǎng)絡(luò)接口與業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)傳送承載功能的網(wǎng)絡(luò)實(shí)體。隨著接入網(wǎng)傳送全業(yè)務(wù)的需要和光纖通信技術(shù)的日趨完善和發(fā)展，用光纖構(gòu)成接入網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)傳送承載功能已成為接入網(wǎng)的發(fā)展方向，光纖寬帶接入網(wǎng)將以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在全業(yè)務(wù)寬帶通信接入網(wǎng)中發(fā)揮主要作用。

一、光纖接入網(wǎng)的拓樸結(jié)構(gòu)

電信網(wǎng)絡(luò)最基本的拓樸結(jié)構(gòu)有線形、星形和環(huán)形，由這3種基本結(jié)構(gòu)組合而成的有雙星形。環(huán)形／星形、雙環(huán)形、樹(shù)形、網(wǎng)狀網(wǎng)等等。其中線形、星形（包括多星形）、樹(shù)形、網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)是適用于光纖接入網(wǎng)的拓樸結(jié)構(gòu)。

1．線形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上、下業(yè)務(wù)靈活，可以節(jié)省光纖，簡(jiǎn)化設(shè)備，因此有廣泛的應(yīng)用前景。

2.星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無(wú)論是其容量還是其業(yè)務(wù)服務(wù)內(nèi)容都可以根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)容、升級(jí)；并且，多星形結(jié)構(gòu)饋線部分的復(fù)用系數(shù)很大，所以，采用星形類(lèi)結(jié)構(gòu)，可以大大節(jié)省光纖數(shù)量和建設(shè)成本，是光纖投入網(wǎng)發(fā)展中最主要的網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)。

3．樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)適用于廣播式信息傳遞，其應(yīng)用有一定的局限性。但是在有線電視或采用TDMA或CDMA技術(shù)的電信光源光網(wǎng)絡(luò)（PON）中有很大的應(yīng)用前景。

4.網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)、靈活、維護(hù)運(yùn)行費(fèi)用低，網(wǎng)絡(luò)升級(jí)方便，在接入網(wǎng)中具有很大的優(yōu)越性。

二、光纖用戶接入系統(tǒng)的組成

目前，接入網(wǎng)的用戶終端設(shè)備都屬于電氣設(shè)備（如計(jì)算機(jī)。電話機(jī)、傳真機(jī)、電話機(jī)等），所以在局端和用戶端之間，以光波作為載波，光纖作為傳輸媒介時(shí)，在兩端都要進(jìn)行光信號(hào)與電信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。光通信系統(tǒng)的組成主要有光源、光纖、光檢測(cè)器。

發(fā)端的光源在電信號(hào)的作用下，發(fā)出與之時(shí)應(yīng)的光信號(hào)，完成電／光轉(zhuǎn)換的任務(wù)。常用的光源有半導(dǎo)體激光二極管和半導(dǎo)體發(fā)光二極管。

接收端收到從發(fā)端經(jīng)過(guò)光纖送來(lái)的光載波時(shí)，首先由光檢測(cè)器把收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)放大均衡，還原成所需要的電信號(hào)。可見(jiàn)，光檢測(cè)器是光信號(hào)接收的關(guān)鍵器件。在光纖通信中，常用的光檢測(cè)器有PIN光電二極管和雪崩光電二極管。

光纖在信號(hào)的傳輸過(guò)程中起著媒介的作用。光纖按其傳輸模式可分為單模光纖和多模光纖。在光纖中只能傳送一個(gè)模式時(shí)稱為單模光纖，同時(shí)傳送多個(gè)模式時(shí)稱為多模光纖。目前，在光纖通信系統(tǒng)中使用的載波波長(zhǎng)有3個(gè)：0.85pm、1.31pm、1.55pm。第1代光纖通信系統(tǒng)使用的是0.85pm波長(zhǎng)，多模光纖；第2、3代光纖通信系統(tǒng)使用的是1.31pm波長(zhǎng)，多模光纖和單模光纖；最新的第4代光纖通信系統(tǒng)是用1.55pm波長(zhǎng)，單模光纖。光纖的工作頻帶寬，傳送的信號(hào)頻率高，能滿足全業(yè)務(wù)傳輸?shù)男枰?/p>

三、光信號(hào)的復(fù)用技術(shù)

利用光纖作為傳輸媒介，其最重要的特點(diǎn)是光纖可以傳輸很高速率的數(shù)字信號(hào)，并且容量大。光纖的傳輸容量取決于光信號(hào)的復(fù)用技術(shù)。

1．波分復(fù)用（WDM）和密集波分復(fù)用（DWDM）技術(shù)

利用波分復(fù)用器件，將多個(gè)波長(zhǎng)不同的光載波合路后在一根光纖卜傳送的方法，稱為波分復(fù)用。利用不同波長(zhǎng)的光載波沒(méi)不同方向傳輸，還可以實(shí)現(xiàn)單根光纖的雙向傳輸。波分復(fù)用的容量與相鄰兩個(gè)光載波波長(zhǎng)之間的間隔有關(guān)。通常將波長(zhǎng)間隔比較大（50－100nm）的系統(tǒng)，稱為WDM系統(tǒng)；波長(zhǎng)間隔比較小（1一10nm）的系統(tǒng)，稱為密集的波分復(fù)用（DWDM）系統(tǒng)；波長(zhǎng)間隔小于是1nm時(shí)，稱為光頻分復(fù)用（FDM）系統(tǒng)。

實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用技術(shù)的關(guān)鍵在于波分復(fù)用器件，即分波和合波器。它們的作用是在發(fā)端將同一系統(tǒng)中各光源產(chǎn)生的不同波長(zhǎng)的光合路到一根光纖上傳輸，在接收端將接收到的光信號(hào)分成不同波長(zhǎng)的光信號(hào)送到光檢測(cè)器進(jìn)行光／電轉(zhuǎn)換。

光波分復(fù)用技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)，利用光波分復(fù)用技術(shù)可以根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，在原有光纜容量的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)容；波分復(fù)用器件具有方向可逆性，即同一個(gè)器件可用作合波和分波，所以在同一根光纖上可以實(shí)現(xiàn)雙向傳輸；在光波分復(fù)用技術(shù)中，各個(gè)波長(zhǎng)工作系統(tǒng)所用的調(diào)制方式、傳輸速率、傳送的信號(hào)類(lèi)型彼此沒(méi)有關(guān)系，但相互兼容。采用WDM技術(shù)可以增加用戶接入網(wǎng)組網(wǎng)的靈活性。WDM技術(shù)在高速寬帶通信網(wǎng)發(fā)展中將占有重要地位，它將促使全光通信網(wǎng)成為現(xiàn)實(shí)。

2．頻分復(fù)用（FDM）技術(shù)

頻分復(fù)用與波分復(fù)用本質(zhì)上沒(méi)有什么區(qū)別，因?yàn)樾盘?hào)的頻率與波長(zhǎng)互為倒數(shù)關(guān)系。通常把光載波波長(zhǎng)間隔小于1nm的系統(tǒng)稱為光頻分復(fù)用系統(tǒng)。

與光波分復(fù)用系統(tǒng)類(lèi)似，光頻分復(fù)用的關(guān)鍵在于頻分復(fù)用器件。由于FDM的波長(zhǎng)間隔很密，必須用分辨率很高的技術(shù)來(lái)選取不同波長(zhǎng)的光信號(hào)。目前主要采用兩種方法：可調(diào)諧的光濾波器和相干光通信技術(shù)。FDM技術(shù)成熟，復(fù)用系數(shù)高，在混合光纖／同軸接入網(wǎng)（HFC）中得到廣泛應(yīng)用。

3．空分復(fù)用（SDM）技術(shù)

空分復(fù)用就是利用不同的空間（不同的線路）構(gòu)成不同的信道傳送各路光信號(hào)的方式。例如在多芯光纜中利用不同的芯纖傳送不同的信號(hào)或者傳送不同方向的信號(hào)?？梢?jiàn)，SDM系統(tǒng)的容量與光纜的芯數(shù)成正比，因此，在光接入網(wǎng)建設(shè)初期，業(yè)務(wù)容量小時(shí)采用SDM技術(shù)是即簡(jiǎn)單又方便的方式。當(dāng)業(yè)務(wù)容量增大，需要擴(kuò)容時(shí)，只要在原有的光纜線路上采用適當(dāng)?shù)墓鈴?fù)用方式，就可以達(dá)到目的。4．光時(shí)分復(fù)用（OTDM）技術(shù)

光時(shí)分復(fù)用就是讓經(jīng)電／光轉(zhuǎn)換后的各路光信號(hào)在不同的時(shí)間占用同一根光纖傳輸。實(shí)現(xiàn)OTDM技術(shù)的關(guān)鍵在于超短脈沖光源、光調(diào)制器、光時(shí)分復(fù)用器、全光解復(fù)用器。

采用OTDM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)超大容量的傳輸，傳輸速率可達(dá)幾百Gbit／S，如日本NTT的160Gbit／s，200kmOTDM光孤子通信系統(tǒng)。OTDM技術(shù)與WDM技木相結(jié)合，還可以達(dá)到更高的容量。但是目前，當(dāng)光傳輸速率較高時(shí)，很難實(shí)現(xiàn)發(fā)送端與接收端的時(shí)鐘頻率和相位的精確向步，所以在光接入網(wǎng)上OTDM通信系統(tǒng)還未進(jìn)入實(shí)用化階段。由于OTDM采用高速光信號(hào)處理技術(shù)，易于與未來(lái)全光網(wǎng)兼容，所以在未來(lái)的高速通信網(wǎng)發(fā)展中，也將占有很重要的地位。

5.副載波復(fù)用（SCM）技術(shù)

副載波復(fù)用技術(shù)是讓各路基帶電信號(hào)光經(jīng)過(guò)一次電載波（射頻波）的調(diào)制，既電的頻分復(fù)用，再將已頻分復(fù)用的電信號(hào)對(duì)光載波即光源進(jìn)行調(diào)制，然后經(jīng)光纖進(jìn)行傳輸。在接收端，憑經(jīng)過(guò)光／電轉(zhuǎn)換，恢復(fù)出電頻分復(fù)用信號(hào)群，再經(jīng)過(guò)電解調(diào)，恢復(fù)原來(lái)的各路基帶電信號(hào)。第一次調(diào)制用的電載波被稱為副載波。

利用副載波復(fù)用技術(shù)，所傳送的信號(hào)可以相互獨(dú)立，互不相干，因而可以實(shí)現(xiàn)模擬電話、數(shù)字電話、圖像信號(hào)以及各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的兼容。目前，SCM技術(shù)多用于CATV多頻道傳輸系統(tǒng)的用戶接入網(wǎng)方案。

光纖通信技術(shù)以其大容量、高速率的特點(diǎn)在信息傳輸中已獲得廣泛應(yīng)用。但是，在信號(hào)的整個(gè)傳輸過(guò)程中，要經(jīng)過(guò)多次光信號(hào)與電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。由于電子器件存在帶寬限制、功率損耗大、易受電磁波干擾等缺點(diǎn)，使信號(hào)在傳輸過(guò)程中產(chǎn)生“電子瓶頸”現(xiàn)象，限制了系統(tǒng)的容量和速率的進(jìn)一步提高。為此人們正在研究開(kāi)發(fā)用于代替現(xiàn)有電器件的光器件，如光開(kāi)關(guān)、光放大器、光濾波器、波長(zhǎng)路由器、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器、光交叉連接設(shè)備、光ATM設(shè)備等，全光通信網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)已指日可待。

第四篇：固定化酶在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用

固定化酶在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用

姓名：胡艷芬 學(xué)號(hào)：2008132106 指導(dǎo)教師：張孟

摘要

酶是一類(lèi)有催化功能的蛋白質(zhì),具有反應(yīng)條件溫和, 底物專一性強(qiáng), 可在水溶液和中性pH 下操作等優(yōu)點(diǎn)。與游離酶相比，固定化酶在保持其高效專一及溫和的酶催化反應(yīng)特性的同時(shí)，又克服了游離酶的不足之處。本文簡(jiǎn)要介紹了固定化酶的概念、制備方法及其在生物、醫(yī)藥、環(huán)境保護(hù)等方面的廣泛應(yīng)用。重點(diǎn)介紹一些固定化酶在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用，并對(duì)其應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞

固定化酶 制備 工業(yè) 應(yīng)用 前景

酶是一類(lèi)由活細(xì)胞產(chǎn)生的具有生物催化功能的分子量適中的蛋白質(zhì),具有極高的催化效率、高度的特異性及控制的靈敏性。大多數(shù)酶是水溶性的。由于酶催化反應(yīng)具有底物專一性、催化高效性、反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點(diǎn),符合綠色化學(xué)的要求,從而被大家高度重視,已在許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。酶的最大缺點(diǎn)是其不穩(wěn)定性,在酸、堿、熱及有機(jī)溶劑中易發(fā)生變性,活性降低或喪失;而且酶反應(yīng)后,會(huì)在溶液中殘留,造成酶反應(yīng)難以連續(xù)化、自動(dòng)化,同時(shí)也不利于終產(chǎn)品的分離提純,這些都大大阻礙了酶工業(yè)的發(fā)展,所以有必要采取酶工程技術(shù)改善這些缺點(diǎn)。酶工程技術(shù)措施較多,其中酶的固定化技術(shù)是重要舉措之一。酶的固定化是用人工方法把從生物體內(nèi)提取出來(lái)的酶固定在特定的載體上或使酶與酶相交聯(lián),酶被限定在一定區(qū)域內(nèi),但仍保持原有高效、專

一、條件溫和的催化功能。

已固定化的酶像化學(xué)反應(yīng)所用的固體催化劑那樣, 既能發(fā)揮它們的催化特性, 又能回收, 并能多次反復(fù)使用, 使整個(gè)生產(chǎn)工藝可以連續(xù)化、自動(dòng)化。近年來(lái), 國(guó)內(nèi)外科技工作者在固定化酶在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用做了大量研究，并得到了廣泛的發(fā)展，本文將對(duì)這些成就做具體介紹。固定化酶的概念

1916 年Nelson 和Griffin 最先發(fā)現(xiàn)了酶的固定化現(xiàn)象后, 科學(xué)家就開(kāi)始了固定化酶的研究工作。1969 年日本一家制藥公司第1 次將固定化的?；被崴饷赣脕?lái)從混合氨基酸中生產(chǎn)L-氨基酸, 開(kāi)辟了固定化酶工業(yè)化應(yīng)用的新紀(jì)元。酶的固定化是用人工方法把從生物體內(nèi)提取出來(lái)的酶固定在特定的載體上或使酶與酶相交聯(lián),酶被限定在一定區(qū)域內(nèi),但仍保持原有高效、專

一、條件溫和的催化功能。通常酶是游離的,而經(jīng)過(guò)固定化以后,酶被束縛在一定區(qū)域內(nèi),因而這樣的酶被稱為固定化酶

[ 3, 4 ]

[2][1]

。與游離酶相比, 固定化酶在保持其高效專一及溫和的酶催化反應(yīng)特性的同時(shí), 又克服了游離酶的不足, 呈現(xiàn)貯存穩(wěn)定性高、分離回收容易、可多次重復(fù)使用、操作連續(xù)可控、工藝簡(jiǎn)便等一系列優(yōu)點(diǎn)。固定化酶的制備

酶的固定化(enzyme immob ilization)是指采用有機(jī)或無(wú)機(jī)固體材料作為載體(carrier or support),將酶包埋起來(lái)或束縛、限制于載體的表面和微孔中, 使其仍具有催化活性, 并可回收及重復(fù)使用的酶化學(xué)方法與技術(shù)。固定化酶的制備方法有物理法和化學(xué)法兩大類(lèi)。物理方法包括物理吸附法、包埋法等。物理法固定酶的優(yōu)點(diǎn)在于酶不參加化學(xué)反應(yīng),整體結(jié)構(gòu)保持不變,酶的催化活性得到很好保留。化學(xué)法是將酶通過(guò)化學(xué)鍵連接到天然的或合成的高分子載體上,使用偶聯(lián)劑通過(guò)酶表面的基團(tuán)將酶交聯(lián)起來(lái),而形成相對(duì)分子量更大、不溶性的固定化酶的方法。

2.1 傳統(tǒng)的酶固定化方法

傳統(tǒng)的酶固定化方法大致可分為4 類(lèi): 吸附法、交聯(lián)法、包埋法、共價(jià)結(jié)合法。吸附法是最早出現(xiàn)的酶固定化方法, 包括物理吸附和離子交換吸附。該法條件溫和, 酶的構(gòu)象變化較小或基本不變, 因此對(duì)酶的催化活性影響小, 但酶和載體之間結(jié)合力弱, 在不適pH、高鹽濃度、高溫等條件下, 酶易從載體脫落并污染催化反應(yīng)產(chǎn)物等。交聯(lián)法是利用雙功能或多功能交聯(lián)試劑, 在酶分子和交聯(lián)試劑之間形成共價(jià)鍵, 采用不同的交聯(lián)條件和在交聯(lián)體系中添加不同的材料, 可以產(chǎn)生物理性質(zhì)各異的固定化酶。交聯(lián)法一般作為其它固定化方法的輔助手段。包埋法的基本原理是載體與酶溶液混合后, 借助引發(fā)劑進(jìn)行聚合反應(yīng), 通過(guò)物理作用將酶限定在載體的網(wǎng)格中, 從而實(shí)現(xiàn)酶固定化的方法。該法不涉及酶的構(gòu)象及酶分子的化學(xué)變化, 反應(yīng)條件溫和, 因而酶活力回收率較高。包埋法固定化酶易漏失, 常存在擴(kuò)散限制等問(wèn)題, 催化反應(yīng)受傳質(zhì)阻力的影響, 不宜催化大分子底物的反應(yīng)。載體偶聯(lián)法是指酶分子的非必須基團(tuán)與載體表面的活性功能基團(tuán)通過(guò)形成化學(xué)共價(jià)健實(shí)現(xiàn)不可逆結(jié)合的酶固定方法, 又稱共價(jià)結(jié)合法。載體偶聯(lián)法所得的固定化酶與載體連接牢固, 有良好的穩(wěn)定性及重復(fù)使用性,成為目前研究最為活躍的一類(lèi)酶固定化方法。但該法較其它固定方法反應(yīng)劇烈, 固定化酶活性損失更加嚴(yán)重。2.2 傳統(tǒng)固定化技術(shù)的改進(jìn)

保持各種傳統(tǒng)固定化方法的優(yōu)點(diǎn)并改進(jìn)其不足一直是固定化酶方面研究的重要內(nèi)容。改善酶固定化效果的途徑有: 改善表面積以及孔徑等物理結(jié)構(gòu),如采用分子篩或納米纖維微孔膜;改善化學(xué)交聯(lián)的反應(yīng)及方式, 如輻照, 引發(fā)劑引發(fā)等;改善結(jié)合的方向選擇性, 如采用定向固定化的方法;其他手段, 如利用長(zhǎng)臂使酶遠(yuǎn)離載體表面, 使載體-酶體系的溶解度隨溫度、pH 值等條件的改變而改變, 以便于產(chǎn)物的分離及酶的回收。針對(duì)不同的酶有不[5]同的策略, 對(duì)于某些酶可能取向很重要, 而對(duì)于其他酶可能載體造成的環(huán)境重要一些, 因此, 每種酶固定的最佳條件目前還是特異的, 沒(méi)有統(tǒng)一的理論, 其原因可能是相互間的影響因素太多, 而酶又多由具有復(fù)雜組成和空間構(gòu)型的蛋白質(zhì)構(gòu)成, 不存在明顯的因果聯(lián)系。今后可望建立起適用的模型, 使用計(jì)算機(jī)得到最優(yōu)的固定策略。2.3 新型酶固定化方法

開(kāi)發(fā)新型酶固定化方法的原則是: 實(shí)現(xiàn)在較為溫和的條件下進(jìn)行酶的固定化, 盡量減少或避免酶活力的損失。通過(guò)輻射、光、等離子體、電子等新方法均可制備高活性固定化酶。Mohy 等[ 6] 以137 Cs 為輻射源,通過(guò)C2射線引發(fā)將甲基丙烯酸甲酯接枝共聚于尼龍膜表面, 經(jīng)進(jìn)一步活化, 用于青霉素?；傅墓潭?。光偶聯(lián)法是以光敏性單體聚合物包埋固定化酶或帶光敏性基團(tuán)的載體共價(jià)固定化酶, 由于條件溫和, 可獲得酶活力較高的固定化酶。Li等 利用含芳香疊氮基的光活性酯, 在遠(yuǎn)紫外光輻照下, 疊氮基光解生成氮烯與PES 膜表面的C-H 鍵間發(fā)生插入反應(yīng)形成仲胺, 將脲酶共價(jià)鍵合到PES 膜的表面。等離子體是高度激發(fā)的原子、分子、離子以及自由基的聚集體, 大量的等離子體常在室溫下存在。載體材料表面可以由等離子體進(jìn)行有用修飾

[ 8, 9]

[ 7]

, 從而引入活性基團(tuán)。Puleo 等將鈦合金T i26Al24V 表面用丙烯酸胺等離子體處理引入氨基, 然后將含碳硝化甘油接枝于鈦合金表面, 或者將等離子體處理的鈦合金先由琥珀酸酐處理, 再用含碳硝化甘油接枝, 進(jìn)而將溶菌酶和骨形態(tài)蛋白進(jìn)行固定, 實(shí)現(xiàn)了生物分子在生物惰性金屬上的固定化。固定化酶在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用

3.1 酶蛋白工程在工業(yè)酶中的應(yīng)用

目前酶蛋白質(zhì)工程主要集中在工業(yè)用酶的改造, 因?yàn)楣I(yè)用酶有較好的酶學(xué)和晶體學(xué)研究基礎(chǔ), 酶的發(fā)酵技術(shù)(包括誘變技術(shù)和篩選方法)也比較成熟, 而且其微生物的遺傳工程發(fā)展較好, 其次工業(yè)酶無(wú)須進(jìn)行醫(yī)學(xué)鑒定, 能很快地投入使用.如用作洗衣粉添加酶的枯草桿菌蛋白酶, 是一種天然的絲氨酸蛋白酶, 它能夠分解蛋白質(zhì), 使衣服上的血跡和汗?jié)n等很容易洗掉.但這種酶一般比較脆弱, 在漂白劑的作用下容易被破壞而失去活性, 原因是222位的甲硫氨酸容易被氧化成砜或亞砜.現(xiàn)在利用蛋白質(zhì)工程技術(shù), 用絲氨酸或丙氨酸替代后, 酶的抗氧化能力大大提高, 可在0.5mol/L 的過(guò)氧化氫溶液中停留1小時(shí)而活性絲毫未損, 這樣便可與漂白劑混合使用.可以預(yù)見(jiàn)生物工程技術(shù)的發(fā)展和酶固定化技術(shù)可以相互補(bǔ)充, 共同發(fā)展對(duì)酶在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用必將起到更大的推動(dòng)作用。3.2 固定化酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用

酶固定化在食品工業(yè)中的應(yīng)用是早期發(fā)展起來(lái)的一個(gè)傳統(tǒng)領(lǐng)域.其中最有名的, 也是規(guī)模最大的過(guò)程, 就是采用固定化葡萄糖異構(gòu)酶, 從葡萄糖生產(chǎn)高果糖漿.其它還包括采用固定化乳糖酶去除牛乳中的乳糖、采用固定化脂肪酶通過(guò)轉(zhuǎn)酶反應(yīng)生產(chǎn)可可油替代品、采用固定化耐熱蛋白酶制造甜味劑2天冬甜精, 以及應(yīng)用固定化L2天冬酶從富馬酸銨生產(chǎn)天冬氨酸等[ 7]。1973 年,日本用聚丙烯酸酰胺為載體,用包埋法制成固定化天冬氨酸酶,用于工業(yè)化生產(chǎn)。固定化乳糖酶和固定化天門(mén)冬氨酸-β-脫羧酶分別于1977 年和1982 年用于工業(yè)化生產(chǎn)。

3.2.1 固定化酶在乳制品生產(chǎn)中的應(yīng)用

牛奶中含有一定量的乳糖,有些人體內(nèi)缺乏乳糖酶,在飲用牛奶后常出現(xiàn)腹瀉、腹脹等癥狀;另外,由于乳糖難溶于水,常在煉乳、冰淇淋中呈沙樣結(jié)晶析出,影響風(fēng)味。乳糖酶可將乳糖分解為半乳糖和葡萄糖,如將牛奶用乳糖酶處理則可解決上述問(wèn)題。Fernandes等[ 6 ]研究用瓊脂糖作載體,固定來(lái)源于南極的冷適應(yīng)菌Pseudoalterom onas sp的β-半乳糖苷酶,并應(yīng)用于牛奶中乳糖的降解,生產(chǎn)低乳糖牛奶;Caterina等[ 7 ]運(yùn)用固定化技術(shù),研究牛奶中堿性磷酸酶的耐熱性;Mona等[ 8 ]研究用離子吸附法固定來(lái)源于B acillus licheniform is 5A1的牛奶凝結(jié)酶,并用于干酪生產(chǎn)。

3.2.2 固定化酶在啤酒生產(chǎn)中應(yīng)用

在啤酒生產(chǎn)中,需添加外源性的淀粉酶來(lái)補(bǔ)充天然酶的不足。此外,長(zhǎng)期放置的啤酒會(huì)由于多肽和多酚物質(zhì)發(fā)生聚合反應(yīng)而變得混濁,為防止出現(xiàn)混濁,目前主要采用添加蛋白酶來(lái)水解啤酒中的蛋白質(zhì)和多肽。溫燕梅等以化學(xué)共沉淀法制得的磁性聚乙二醇膠體粒子為載體,固定胰蛋白酶,該磁性酶對(duì)啤酒澄清、防止冷渾濁有明顯效果;Stepanova等研究用DEAE-纖維素固定β-葡萄糖苷酶和多聚半乳糖醛酸酶,用于櫻桃、李子的果酒生產(chǎn)。3.2.3 固定化酶在茶飲料生產(chǎn)中的應(yīng)用

將固定化酶法應(yīng)用于茶飲料生產(chǎn)中,可去除異味,提高適口性,提高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。李平等

[ 9 ]

研究從黑曲霉(Aspergillus niger)發(fā)酵液中提取β-葡萄糖苷酶酶液,用絲素蛋白將其固定,此固定化酶可應(yīng)用于茶汁的風(fēng)味改良;蘇二正

[10 ]

等以海藻酸鈉為載體,采用交聯(lián)-包埋-交聯(lián)的方法共固定化了單寧酶和β-葡萄糖苷酶,可應(yīng)用于茶飲料的除渾和增香處理。3.3 固定化酶在化工領(lǐng)域中的應(yīng)用。

水解蛋白酶固定化后可用于肽及有機(jī)化合物的酶促合成,如硅藻土固定化木瓜蛋白酶可在乙酸乙酯介質(zhì)中催化合成LeuPhe-LeuLL231 [ 3 ] 彭志英1 食品酶學(xué)導(dǎo)論[M ] 1 北京: 中國(guó)輕工業(yè)出版社, 20021 [ 4 ] 羅貴民,曹淑桂,張今1酶工程[M ] 1北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2002 [ 5 ] 楊昌英, 潘家榮, 鐘珩等.醋酸纖維素固定化脂肪酶催化豬油合成單甘酯[ J ].湖北化工, 2002,(6): 20 21.[ 6 ] Mohy M Y, Ben civenga U, Rossi S, et al.Charact erizat ion theact ivity of pen icillin G acyl as e immobilized on to nylon membranesgraft ed with different acrylic monomers by means of C2radiation[ J].J ou rnal of Molecular Cat alysis B: E nzymat ic, 2000: 2332 244.[ 7 ]吳國(guó)琪,凌達(dá)仁,王忱,等.固定化谷氨酸脫羧酶性能的研究[J ].離子交換與吸 附,1999 ,15(1):71.[ 8 ] Mona A E, Yannick C B1 Immobilization of Bacilluslicheniformis 5A1 milk-clotting enzyme and characterization of itsenzyme p roperties [ J ] 1 World Journal of Microbiology andBiotechnology, 2006, 22(3): 197～2001 [ 9 ] Kalia V , Goyal L , Pundir C S.烷基胺玻璃固定化葡萄糖氧化酶測(cè)定血糖[J ].生物工程學(xué)報(bào), 1998 , 14(3): 336.[ 10 ] 徐暉,王燕,魏密蘇.環(huán)境工程中固定化酶與固定化微生物的應(yīng)用[J ].滄州師范?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2002 ,18(3):42.[ 11 ] Dinelli D.Process Biochem [ J ].Process Bio chem, 1972, 7(8): 9 14.[ 12 ] 岳振峰, 彭志英, 徐建祥等.殼聚糖固定化葡萄糖苷酶的研究[ J ].食品與發(fā)酵工業(yè), 2001, 27(4): 20 24.[ 13 ] 陳雄.固定化糖化酶的研究[ J ].中國(guó)釀造, 2001,(2):19 20.[ 14 ] 唐芳瓊, 孟憲偉, 陳東, 冉均國(guó), 茍立, 鄭昌瓊.納米顆粒增強(qiáng)的葡萄糖生物傳感器[ J ] , 中國(guó)科學(xué)B 輯, 2000,30(2): 119 124.[ 15 ] 馬秀玲,陳盛,黃麗梅,等.磁性固定化酶處理含酚廢水的研究[J ].廣州化學(xué)，2003,28(1):17

Immobilized in the modern industrial application

Name: Hu Yanfen

Instructor: ZhangMeng

Abstract Enzymes are a class of proteins with catalytic function, with mild reaction conditions, substrate specificity, and can be in aqueous solution and neutral pH operation, etc..Compared with free enzyme, immobilized enzyme while maintaining its high specificity and moderate catalytic properties of enzymes, they also overcome the inadequacies of the free enzyme.This paper introduces the concept of the immobilized enzyme, preparation methods and in biology, medicine, environmental protection and other aspects of the wide range of applications.Highlights some of the immobilized enzyme applications in modern industry, and its application prospect.Key words

Immobilized Preparation Industry Application foreground

第五篇：接入網(wǎng)技術(shù)在鐵路通信中的應(yīng)用解析

世紀(jì)之交的通信技術(shù)是先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)與光電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合體，它將向著數(shù)字化、寬帶化、智能化、高速化及個(gè)人化的方向發(fā)展。未來(lái)的通信要徹底克服時(shí)間與空間的限制，能夠使用戶在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)與任何人進(jìn)行包括語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和視頻等信息的交流。在這種情況下，出行的旅客也需要在列車(chē)上享受如同在辦公室環(huán)境下的信息交流，比如同其它人進(jìn)行語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、傳真、圖像等信息交流，還要接入國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)。另外，隨著鐵路列車(chē)向高速化與準(zhǔn)高速化方向的邁迸，為保證行車(chē)安全，實(shí)現(xiàn)有效的人機(jī)控制和提高運(yùn)輸效率，要求建立一個(gè)功能更加完善的，技術(shù)構(gòu)成更加先進(jìn)的鐵路通信網(wǎng)。隨著我國(guó)電信業(yè)壟斷格局的打破，擁有僅次于中國(guó)電信的龐大鐵路通信網(wǎng)絡(luò)的鐵道部，可以利用現(xiàn)有的專用網(wǎng)絡(luò)設(shè)施積極參與競(jìng)爭(zhēng)，向全社會(huì)提供高質(zhì)量的電信業(yè)務(wù)。要想使上述構(gòu)想成為現(xiàn)實(shí)，就必須打破常規(guī)的鐵路通信網(wǎng)的接入方式，采用先進(jìn)的、現(xiàn)代化的有線和無(wú)線通信的傳輸和接入方式，實(shí)現(xiàn)鐵路通信網(wǎng)的升級(jí)，適應(yīng)信息社會(huì)的發(fā)展，發(fā)揮鐵路通信網(wǎng)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

一、鐵路接入網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)狀由于鐵路列車(chē)具有高速運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，因而無(wú)線（移動(dòng)通信）接入網(wǎng)在鐵路通信網(wǎng)中占有相當(dāng)大的比重。當(dāng)然，固定位置的車(chē)站（場(chǎng)）、單位以及各種固定設(shè)施之間的通信方式，首選方案仍是采用SDH光同步數(shù)字傳輸設(shè)備進(jìn)行組建，同時(shí)應(yīng)考慮采用ATM交換以及網(wǎng)絡(luò)IP通信等先進(jìn)技術(shù)來(lái)構(gòu)成通信主干網(wǎng)及光纖用戶接入網(wǎng)。比如采用“雙纖單向環(huán)”接入方式，其不僅具有高速、安全、傳輸質(zhì)量高、價(jià)格合理等光纖通信特有的優(yōu)點(diǎn)，而且還具有路由迂回、設(shè)備備用等特點(diǎn)，從而具備自愈合功能，并使系統(tǒng)的可靠性大大提高。另外，采用遠(yuǎn)端用戶單元（RSU）和數(shù)字環(huán)路載波（DLC）設(shè)備，組網(wǎng)更靈活、方便。組網(wǎng)的過(guò)程中要把投資與效益綜合統(tǒng)籌來(lái)考慮，使系統(tǒng)不僅滿足現(xiàn)在乃至幾年內(nèi)鐵路通信的需求，而且還能夠?yàn)槌鲂械穆每图暗孛嬗脩籼峁┫冗M(jìn)的電信業(yè)務(wù)，并且還需具備便于擴(kuò)容的功能。按照通信網(wǎng)被分為主干網(wǎng)，局域網(wǎng)和接入網(wǎng)等三部分的構(gòu)思來(lái)看，鐵路通信網(wǎng)也可以通過(guò)上述劃分方法進(jìn)行。就鐵路的通信網(wǎng)來(lái)看，接入網(wǎng)占有相當(dāng)大的比重，包括有線接入網(wǎng)和無(wú)線接入網(wǎng)兩大部分。鐵路有線接入網(wǎng)的情況與電信的接入通信網(wǎng)相似，鐵道部將在未來(lái)的1～2年內(nèi)建成可覆蓋全國(guó)大中城市的鐵路互聯(lián)網(wǎng)，它是由鐵路部門(mén)依托于基礎(chǔ)鐵路電信網(wǎng)，組織建設(shè)的可以支持眾多信息服務(wù)的、具有多媒體通信能力的全國(guó)范圍的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，鐵道部將有可能成為我國(guó)第六個(gè)面向大眾的計(jì)算機(jī)信息互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)單位，為鐵路通信走向市場(chǎng)做準(zhǔn)備。關(guān)于有線接入這里不再敘述，下面主要討論鐵路的無(wú)線接入網(wǎng)，為此首先回顧一下移動(dòng)通信的發(fā)展過(guò)程。1．移動(dòng)通信的發(fā)展過(guò)程移動(dòng)通信技術(shù)經(jīng)歷了由模擬到數(shù)字，由頻分多址到頻分+時(shí)分多址，再到碼分多址（CDMA）的發(fā)展過(guò)程，并即將向?qū)拵Щ?、智能化和個(gè)人化的方向發(fā)展。移動(dòng)通信系統(tǒng)大體可分為二代，第一代是以模擬技術(shù)為主，頻分多址，工作在400～800MHz頻段。由于模擬系統(tǒng)存在頻譜利用率低、容量小、設(shè)備復(fù)雜、抗干擾性能差、保密性不強(qiáng)、價(jià)位高、業(yè)務(wù)面窄等固有缺點(diǎn)，不能滿足通信市場(chǎng)急速發(fā)展的需要，因此誕生了第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)。第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)采用數(shù)字化、時(shí)分多址方式等全數(shù)字化技術(shù)，克服了第一代移動(dòng)通信的缺點(diǎn)，得到了迅速發(fā)展，目前的移動(dòng)通信數(shù)模兼容，以數(shù)字系統(tǒng)為主。隨著用戶對(duì)信息接入量的需求呈指數(shù)的增長(zhǎng)，電信工作者們著手建立最新一代的移動(dòng)通信 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)。第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)具有全球化、智能化、個(gè)人化和綜合化的特點(diǎn)，工作在2000MHz波段，采用寬帶的CDMA技術(shù)，涵蓋地面系統(tǒng)和衛(wèi)星系統(tǒng)，包括海陸空三維服務(wù)面，集成話音、數(shù)據(jù)、視像、ISDN和多媒體多種業(yè)務(wù)。這一系統(tǒng)以多種空中接口和接入方式，可向高速和慢速移動(dòng)用戶提供服務(wù)。2．鐵路無(wú)線接入網(wǎng)現(xiàn)狀鐵路通信網(wǎng)是為旅客和鐵路公務(wù)、應(yīng)急搶險(xiǎn)、行車(chē)維修等人員提供及時(shí)可靠的通信，以提高服務(wù)等級(jí)和運(yùn)輸效率。保證列車(chē)的安全，達(dá)到高效運(yùn)營(yíng)而建立的，它是一種集列車(chē)公務(wù)通信和區(qū)間移動(dòng)作業(yè)通信為一體的列車(chē)移動(dòng)通信系統(tǒng)。但是鐵路結(jié)構(gòu)自身的特點(diǎn)，決定了該系統(tǒng)與公用移動(dòng)通信網(wǎng)和區(qū)域性的專業(yè)移動(dòng)通信網(wǎng)的差別，它是一種屬于線面結(jié)合、以線為主的鏈狀網(wǎng)。鐵路通信的無(wú)線接入部分目前僅有的是400MHz的無(wú)線列調(diào)系統(tǒng)，它完成車(chē)站值班員與進(jìn)入其管轄區(qū)段的列車(chē)車(chē)長(zhǎng)以及列車(chē)司機(jī)之間的通話聯(lián)系。當(dāng)列車(chē)即將進(jìn)站或即將出站時(shí)，這些通話才進(jìn)行，否則如果沒(méi)有特殊的情況，則在列車(chē)運(yùn)行于區(qū)間時(shí)，通話一般不進(jìn)行，這主要是從節(jié)約頻率資源，減少同頻干擾的角度出發(fā)的。但是，隨著鐵路現(xiàn)代化改造進(jìn)程的迅速推進(jìn)，從前單一的無(wú)線列調(diào)系統(tǒng)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足鐵路無(wú)線通信的需要，這樣就迫切需要建設(shè)一套適合于鐵路現(xiàn)代化運(yùn)營(yíng)指揮需要的先進(jìn)的無(wú)線通信系統(tǒng)。這一系統(tǒng)應(yīng)該采用小區(qū)制，并完成大三角功能。也就是說(shuō)，系統(tǒng)必須可以實(shí)現(xiàn)調(diào)度中心與車(chē)站值班員之間、車(chē)站值班員與列車(chē)司機(jī)之間、列車(chē)司機(jī)與調(diào)度中心之間的通話功能，必須可以實(shí)現(xiàn)線路管理區(qū)間的公務(wù)移動(dòng)通信功能，同時(shí)還必須能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)度中心與列車(chē)司機(jī)室之間實(shí)時(shí)的雙向數(shù)據(jù)通信功能?；谶@一想法，構(gòu)成鐵路無(wú)線通信接入網(wǎng)的方式可以采用現(xiàn)有的無(wú)線通信方式的集群通信方式、GSM（全球移動(dòng)通信系統(tǒng)）移動(dòng)通信方式、CDMA移動(dòng)通信方式。集群通信系統(tǒng)是一種功能強(qiáng)大的專用移動(dòng)通信系統(tǒng)，是通信與微處理機(jī)技術(shù)、程控交換技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物。它集交換、控制、通信于一體，通過(guò)無(wú)線撥號(hào)的方式把一組信道自動(dòng)最優(yōu)地動(dòng)態(tài)分配給系統(tǒng)內(nèi)部用戶，最大限度地利用系統(tǒng)資源和頻率資源，降低系統(tǒng)內(nèi)呼損，提高服務(wù)質(zhì)量。由于它具有群呼、組呼、強(qiáng)插、強(qiáng)拆等功能，特別適合于調(diào)度指揮以及應(yīng)急、搶險(xiǎn)等場(chǎng)合，并較好地解決了通信頻率合理分配的問(wèn)題，因而倍受專業(yè)運(yùn)營(yíng)管理部門(mén)的青睞，被確定為現(xiàn)行鐵路移動(dòng)通信方式的首選類(lèi)型。但是這一系統(tǒng)還具有一定的缺點(diǎn)，主要包括采用動(dòng)態(tài)的頻率分配，沒(méi)有考慮與周?chē)镁W(wǎng)的有效融合問(wèn)題，沒(méi)有先進(jìn)的路由合理選擇功能，并且在建立通路和自動(dòng)過(guò)網(wǎng)時(shí)存在信息丟失現(xiàn)象，保密性不強(qiáng)，容易受干擾等，這些缺點(diǎn)對(duì)于話音通信的影響不大，但是會(huì)對(duì)列車(chē)與調(diào)度指揮中心之間的實(shí)時(shí)雙向數(shù)據(jù)通信造成較大的誤碼，因而對(duì)于要求較高數(shù)據(jù)通信誤碼率的場(chǎng)合并不適合。即將動(dòng)工的秦沈客運(yùn)專線的移動(dòng)通信系統(tǒng)主要包括400MHz的無(wú)線列調(diào)系統(tǒng)和800MHz的集群移動(dòng)通信系統(tǒng)，考慮到集群移動(dòng)通信系統(tǒng)在越區(qū)切換過(guò)程中會(huì)存在信息的損傷，因此將數(shù)據(jù)通信部分交由無(wú)線列調(diào)系統(tǒng)來(lái)完成，集群移動(dòng)通信系統(tǒng)僅進(jìn)行區(qū)間通信（如大三角功能的話音通信，公務(wù)通信以及應(yīng)急搶險(xiǎn)通信等），并留有調(diào)度電話進(jìn)入的余地和接入公用通信網(wǎng)的功能。這一系統(tǒng)也是我國(guó)鐵路以集群通信的方式為無(wú)線接入系統(tǒng)的第一例，是我國(guó)鐵路通信史上的一個(gè)重大變革。

二、鐵路無(wú)線接入網(wǎng)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)隨著改革的進(jìn)一步深入和社會(huì)信息化的進(jìn)展，不僅要求鐵路通信網(wǎng)具有更強(qiáng)的保障鐵路安全運(yùn)營(yíng)的通信功能，以適應(yīng)高速列車(chē)通信的需求，而且要以鐵道部的全程全網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)全力發(fā)展電信增值服務(wù)及經(jīng)營(yíng)與中國(guó)電信業(yè)務(wù)范圍一樣的電信業(yè)務(wù)，參與同中國(guó)電信的競(jìng)爭(zhēng)，使旅客和網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)的廣大用戶方便地享受信息的服務(wù)。比如隨時(shí)隨地的提供鐵路客貨運(yùn)輸資訊信息、訂購(gòu)火車(chē)票等服務(wù)，在列車(chē)就能享受語(yǔ)音、傳真、數(shù)據(jù)、視頻、移動(dòng)通信及Internet等服務(wù)。不過(guò)，鐵路現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)施龐大而落后，這是目前該