通信技术论文范文篇二
浅析量子通信技术
【摘要】量子通信作为既新鲜又古老的话题，它具有严格的信息传输特性，目前已经取得突破性进展，被通信领域和官方机构广泛关注。本文结合量子，对量子通信技术以及发展进行了简单的探讨。
【关键词】量子;通信;技术;发展
对量子信息进行研究是将量子力学作为研究基础，根据量子并行、纠缠以及不可克隆特性，探索量子编码、计算、传输的可能性，以新途径、思路、概念打破原有的芯片极限。从本质来说：量子信息是在量子物理观念上引发的效应。它的优势完全来源于量子并行，量子纠缠中的相干叠加为量子通讯提供了依据，量子密码更多的取决于波包塌缩。理论上，量子通信能够实现通信过程，最初是通过光纤实现的，由于光纤会受到自身与地理条件限制，不能实现远距离通信，所以不利于全球化。到1993年，隐形传输方式被提出，通过创建脱离实物的量子通信，用量子态进行信息传输，这就是原则上不能破译的技术。但是，我们应该看到，受环境噪声影响，量子纠缠会随着传输距离的拉长效果变差。
一、量子通信技术
(一)量子通信定义
到目前为止，量子通信依然没有准确的定义。从物力角度来看，它可以被理解为物力权限下，通过量子效应进行性能较高的通信;从信息学来看，量子通信是在量子力学原理以及量子隐形传输中的特有属性，或者利用量子测量完成信息传输的过程。
从量子基本理论来看，量子态是质子、中子、原子等粒子的具体状态，可以代表粒子旋转、能量、磁场和物理特性，它包含量子测不准原理和量子纠缠，同时也是现代物理学的重点。量子纠缠是来源一致的一对微观粒子在量子力学中的纠缠关系，同时这也是通过量子进行密码传递的基础。Heisenberg测不准原理作为力学基本原理，是同一时刻用相同精度对量子动量以及位置的测量，但是只能精确测定其中的一样结果。
(二)量子通信原理
量子通信素来具有速度快、容量大、保密性好等特征，它的过程就是量子力学原理的展现。从最典型的通信系统来说具体包含：量子态、量子测量容器与通道，拥有量子效应的有：原子、电子、光子等，它们都可以作为量子通信的信号。在这过程中，由于光信号拥有一定的传输性，所以常说的量子通信都是量子光通信。分发单光子作为实施量子通信空间的依据，利用空间技术能够实现空间量子的全球化通信，并且克服空间链路造成的距离局限。
利用纠缠量子中的隐形量子传输技术作为未来量子通信的核心，它的工作原理是：利用量子力学，由两个光子构成纠缠光子，不管它们在宇宙中距离多远，都不能分割状态。如果只是单独测量一个光子情况，可能会得到完全随机的测量结果;如果利用海森堡的测不准原理进行测量，只要测量一个光子状态，纵使它已经发生变化，另一个光子也会出现类似的变化，也就是塌缩。根据这一研究成果，Alice利用随机比特，随机转换已有的量子传输状态，在多次传输中，接受者利用量子信道接收;在对每个光子进行测量时，同时也随机改变了自己的基，一旦两人的基一样，一对互补随机数也就产生。如果此时窃听者窃听，就会破坏纠缠光子对，Alice与Bob也就发觉，所以运用这种方式进行通信是安全的。
(三)量子密码技术
从Heisenberg测不准原理我们可以知道，窃听不可能得到有效信息，与此同时，窃听量子信号也将会留下痕迹，让通信方察觉。密码技术通过这一原理判别是否存在有人窃取密码信息，保障密码安全。而密钥分配的基本原理则来源于偏振，在任意时刻，光子的偏振方向都拥有一定的随机性，所以需要在纠缠光子间分设偏振片。如果光子偏振片与偏振方向夹角较小时，通过滤光器偏振的几率很大，反之偏小。尤其是夹角为90度时，概率为0;夹角为45度时，概率是0.5，夹角是0度时，概率就是1;然后利用公开渠道告诉对方旋转方式，将检测到的光子标记为1，没有检测到的填写0，而双方都能记录的二进制数列就是密码。对于半路监听的情况，在设置偏振片的同时，偏振方向的改变，这样就会让接受者与发送者数列出现差距。
(四)量子通信的安全性
从典型的数字通信来说：对信息逐比特，并且完全加密保护，这才是实质上的安全通信。但是它不能完全保障信息安全，在长度有限的密文理论中，经不住穷举法影响。同时，伪随机码的周期性，在重复使用密钥时，理论上能够被解码，只是周期越长，解码破译难度就会越大。如果将长度有限的随机码视为密钥，长期使用虽然也会具有周期特征，但是不能确保安全性。
从传统的通信保密系统来看，使用的是线路加密与终端加密整合的方式对其保护。电话保密网，是在话音终端上利用信息通信进行加密保护，而工作密钥则是伪随机码。
二、量子通信应用与发展
和传统通信相比，量子通信具有很多优势，它具有良好的抗干扰能力，并且不需要传统信道，量子密码安全性很高，一般不能被破译，线路时延接近0，所以具有很快的传输速度。目前，量子通信已经引起很多军方和国家政府的关注。因为它能建立起无法破译的系统，所以一直是日本、欧盟、美国科研机构发展与研究的内容。
在城域通信分发与生成系统中，通过互联量子路由器，不仅能为任意量子密码机构成量子密码，还能为成对通信保密机利用，它既能用于逐比特加密，也能非实时应用。在严格的专网安全通信中，通过以量子分发系统和密钥为支撑，在城域范畴，任何两个用户都能实现逐比特密钥量子加密通信，最后形成安全性有保障的通信系统。在广域高的通信网络中，受传输信道中的长度限制，它不可能直接创建出广域的通信网络。如果分段利用量子密钥进行实时加密，就能形成安全级别较高的广域通信。它的缺点是，不能全程端与端的加密，加密节点信息需要落地，所以存在安全隐患。目前，随着空间光信道量子通信的成熟，在天基平台建立好后，就能实施范围覆盖，从而拓展量子信道传输。在这过程中，一旦量子中继与存储取得突破，就能进一步拉长量子信道的输送距离，并且运用到更宽的领域。例如：在�潜安全系统中，深海潜艇与岸基指挥一直是公认的世界难题，只有运用甚长波进行系统通信，才能实现几百米水下通信，如果只是使用传统的加密方式，很难保障安全性，而利用量子隐形和存储将成为开辟潜通的新途径。
三、结束语
量子技术的应用与发展，作为现代科学与物理学的进步标志之一，它对人类发展以及科学建设都具有重要作用。因此，在实际工作中，必须充分利用通信技术，整合国内外发展经验，从各方面推进量子通信技术发展。
参考文献
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通信技术将向网络融合技术发展
摘要：
无线蜂窝网从第一代模拟网络演进到4G(LTE和LTE-A)网络，取得了辉煌的成就，对社会的发展起到了巨大的推动作用。据统计截至2011年第2季度，全球各种制式的无线用户数已达到57亿，其中GSM最为成功，用户数达到51亿;随着数据需求的不断发展，包括WCDMA、CDMA2000等在内的3G系统和LTE为代表的4G系统也逐步发展。在可见的发展期内，各种无线制式将长期存在，共同促进无线通信的发展。
1 传统无线通信技术遭遇技术“瓶颈”
到日前为止的各代通信技术，每一代演进都伴随着基础技术的不断发展。相应的基础技术包括信号传播、编码和网络架构等。在信号传播方面，1G为模拟技术，2G以后为数字技术;2G多址技术包括时分(如GSM)和码分(如CDMA)，3G则为宽带码分，而到了4C则是以正交频分复用(OFDM)为代表的LTE。每一代技术发展都以提升频谱效率、扩展可用带宽和提升速率为目标，满足不断发展的用户通信需求。
然而传统的无线通信技术发展到今天逐渐遇到了“瓶颈”。传统无线通信频谱效率的最大能力取决于香农定理，当前的各种技术的频谱效率提升已经逐步逼近了香农极限。如图1所示。在传统理论下，进一步提升频谱效率相对困难，因此新技术的发展似乎遇到了困境。
近几年，通信业内提到LTE-A大多提到的是更多的天线(MIMO)、更高的带宽和小区间的相互协作等等，看不到什么新技术发展。对于5G的技术选择，似乎除了量子通信没有什么更好的选择。然而量子通信还不成熟。量子通信从20世纪90年代开始发展，目前已经实现了部分实验情况下的长距离传输，但距离真正的产业化应用可能还需要5～10年，甚至更长时间。当然任何情况下都不要认为技术的发展会停顿下来，19世纪未曾有科学家认为经典理论已经比较完善，今后的科学家只是做实验来验证前人的理论。但20世纪之初，以相对论和量子理论为代表的新理论就开创了人类技术新篇章，并且推动了人类在20世纪取得了科技的巨大进步。同样，传统通信技术遇到“瓶颈”并不代表通信不再发展，反而预示着通信技术可能面临着一些更大的突破。
2 多网融合是未来发展重点
在基础技术发展遇到“瓶颈”的情况下，多网融合成为推动技术发展的重点之一。2G、3G、4G和Wi-Fi网络将在5～10年内长期共存。现实的网络也逐步构成了包含各种无线制式和覆盖范围(如宏、微、豪微微覆盖)的异构网，如图2所示。
在现有的异构网络架构下，充分融合各种无线技术，最大限度地发挥所有现网能力，最大限度的扩充整体网络能力，为用户提供最优的服务，将成为网络部署的重要课题。
多网融合从部署阶段上，将呈现几个阶段：
(1)异网建设阶段
重点关注新建网络对原网络的影响，例如无线干扰、站点共存等。
(2)基于覆盖的共存阶段
新网络一般建设在原网络之上，新建网络的覆盖难以保证连续和全面。基于覆盖的网络共存成为保证无线网络客户体验的重点。图3所示为LTE在3G和2G覆盖范围内进行部分覆盖。在LTE网络在覆盖不足的情况下，重定向到3G网络或切换到3G网络的功能成为保证客户体验的重要手段。同样的需求，也体现在以室内为主的Wi-Fi建设过程中。
(3)多网协同融合阶段
核心网和接入网将进一步融合发展。融合后的网络基于不同的网络负荷、业务类型和用户类型对数据流进行分配，以达到最好的整体效果。多网协同融合网络如图4所示。
3 网络融合将在核心网、接入网和终端3个层次共同实现
(1)核心网实现统一认证和各种无线数据统一接入
通过综合服务网关(ISCW)的控制，核心网可以实现基于业务类型、基于用户和基于网络负荷的资源动态分配，最优化地利用各种网络资源，并为用户提供优质服务。基于业务类型、基于用户和基于网络负荷的资源动态分配架构如图5所示。
(2)RNC、BSC、eNodeB、AC作为接入锚点进行协调控制
以基站控制器，无线 网络控制器(BSC/RNC)、接入控制器(AC)等无线集中控制节点作为锚点，基于基站级或区域级进行控制，根据小区负荷、接人限制、无线干扰、终端能力和用户移动速度等进行联合无线资源控制(JRCM)，为用户提供最佳的用户体验。联合无线资源控制如图6中所示。
(3)干扰控制保证多种无线技术共存
频谱是无线技术的基本资源之一，充分利用各种有效的频谱是无线 发展的重点。对频谱的利用包括现有空白频谱的使 用和原有频谱的频谱重整，如图7所示。在1800 MHzWCDMA和LTE建设过程中，包括了相邻的频谱和原GSM频谱的频谱重整。随着无线接入技术的增加。频谱的利用更加充分，相邻频段之问的干扰控制成为保证各种无线技术共存的基础。干扰控制包括各相邻频段的无线接入设备的隔离、干扰抑制以及共模设备的干扰解决方案。相应地自 组织网络(sON)、小区间干扰协调(ICIC)等技术将逐步发挥其自身的重要作用。
(4)终端支持多接入实现多模同时 工作
未来的终端将适应多种网络融合的发展，支持多模同时工作，即多接人承载(MAB)。随着技术的发展，多频段的无线干扰、宽带天线、耗电等限制当前终端多模能力的技术障碍将逐步得到解决，支持MAB的终端将成为未来发展的重点。
4 Wi-Fi在多网建设中将发挥重要作用
Wi-Fi作为低成本的室内覆盖技术，目前已被很多运营商采用作为数据分流的一种方式。Wi-Fi的工作频段为公共频段，其网络设备价格不到一般无线蜂窝基站设备的1/5。由于其投资省、见效快被运营商所青睐。在当前的无线局域网(WLAN)建设中，Wi-Fi的干扰问题、信道质量等问题在一定程度上影响了客户体验，也限制了WLAN的广泛 应用。但随着运营商更多地采用WLAN作为无线接入方式，以上问题将逐步得到解决。随着和其他接入方式互操作能力的增强，WLAN必将作为一种非常重要的室内无线接入方式，和LTE、3G等网络共同打造优质的数据网。
5 结束语
2G、3G、4G、WLAN长期共存和发展决定了网络融合技术将成为网络发展重要技术。多层次地全面实现各种无线网络协同发展，充分发展数据业务，为用户提供更为方便、可靠、优质的服务，是今后几年内无线技术发展的重点。
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手机 通信技术和通信产业20世纪80年代以来发展最快的领域之一。不论是在 国际还是在国内都是如此。这是人类进入信息社会的重要标志之一。 通信就是互通信息。从这个意义上来说，通信在远古的时代就已存在。 人之间的对话是通信，用手势表达情绪也可算是通信。以后用烽火传递战事情 况是通信，快马与驿站传送文件当然也可是通信。现代的通信一般是指电信， 国际上称为远程通信。 纵观同新的发展分为以下三个阶段：第一阶段是语言和文字通信阶段。 在这一阶段，通信方式简单，内容单一。第二阶段是电通信阶段。1837年，莫 尔斯发明电报机，并设计莫尔斯电报码。1876年，贝尔发明电话机。这样，利 用电磁波不仅可以传输文字，还可以传输语音，由此大大加快了通信的发展进 程。1895年，马可尼发明无线电设备，从而开创了无线电通信发展的道路。第 三阶段是电子信息通信阶段。从总体上看，通信技术实际上就是通信系统和通 信网的技术。通信系统是指点对点通所需的全部设施，而通信网是由许多通信 系统组成的多点之间能相互通信的全部设施。 而现代的主要通信技术有数字通信技术，程控交换技术，信息传输技术， 通信网络技术，数据通信与数据网，ISDN与ATM技术，宽带IP技术，接入网 与接入技术。 数字通信即传输数字信号的通信，，是通过信源发出的模拟信号经过数 字终端的心愿编码成为数字信号，终端发出的数字信号，经过信道编码变成适 合与信道传输的数字信号，然后由调制解调器把信号调制到系统所使用的数字 信道上，在传输到对段，经过相反的变换最终传送到信宿。数字通信以其抗干 扰能力强，便于存储，处理和交换等特点，已经成为现代通信网中的最主要的 通信技术基础，广泛应用于现代通信网的各种通信系统。 程控交换技术即是指人们用专门的电子计算机根据需要把预先编好的程 序存入计算机后完成通信中的各种交换。程控交换最初是由电话交换技术发展 而来，由当初电话交换的人工转接，自动转接和电子转接发展到现在的程控转 接技术，到后来，由于通信业务范围的不断扩大，交换的技术已经不仅仅用于 电话交换，还能实现传真，数据，图像通信等交换。程控数字交换机处理速度 快，体积小，容量大，灵活性强，服务功能多，便于改变交换机功能，便于建 设智能网，向用户提供更多，更方便的电话服务。随着电信业务从以话音为主 向以数据为主转移，交换技术也相应地从传统的电路交换技术逐步转向给予分 株的数据交换和宽带交换，以及适应下一代网络基于IP的业务综合特点的软交 换方向发展。 信息传输技术主要包括光纤通信，数字微波通信，卫星通信，移动通信 以及图像通信。 光纤是以光波为载频，以光导纤维为传输介质的一种通信方式，其主要 特点是频带宽，比常用微波频率高104~105倍；损耗低，中继距离长；具有抗 电磁干扰能力；线经细，重量轻；还有耐腐蚀，不怕高温等优点。 数字微波中继通信是指利用波长为1m~1mm范围内的电磁波通过中继站传 输信号的一种通信方式。其主要特点为信号可以"再生"；便于数字程控交换 机的连接；便于采用大规模集成电路；保密性好；数字微波系统占用频带较宽 等的优点，因此，虽然数字微波通信只有二十多年的历史，却与光纤通信，卫 星通信一起被国际公认为最有发展前途的三大传输手段。 卫星通信简单而言就是地球上的无线电通信展之间利用人在地球卫星作 中继站而进行的通信。其主要特点是： 通信距离远，而投资费用和通信距离 无关； 工作频带宽，通信容量大，适用于多种业务的传输；通信线路稳定可 靠；通信质量高等优点。 早期的通信形式属于固定点之间的通信，随着人类社会党俄发展，信息 传递日益频繁，移动通信正是因为具有信息交流灵活，经济效益明显等优势， 得到了迅速的发展，所谓移动通信，就是在运动中实现的通信。其最大的优点 是可以在移动的时候进行通信，方便，灵活。现在的移动通信系统主要有数字 移动通信系统（GSM）,码多分址蜂窝移动通信系统（CDMA）。 对于通信网，主要分为电话网，支撑网和智能网。电话网是进行交互型 话音通信，开放电话业务的电信网；一个完整的电信网除了有以传递信息为主 的业务网外，还需要有若干个用以保障业务网正常运行，增强网络功能，提高 网络服务质量的支撑网络，这就是支撑网，支撑网主要包括No。7信令网，数 字同步网和电信管理网。而智能网是在原有的网络基础上，为快速，方便，经 济，灵活的生成和实现各种电信新业务而建立的附加网络结构。 在通信领域，信息一般可以分为话音，数据和图像三大类型。数据是具 有某种含义的数字信号的组合，如字母，数字和符号等，传输时这些字母，数 字和符号用离散的数字信号逐一表达出来，数据通信就是将这样的数据信号夹 道数据传输信道上传输，到达接收地点后再正确地恢复出原始发送的数据信息 的一种通信方式。其主要特点是：人—机或机—机通信，计算机直接参与通信 是数据通信的重要特征；传输的准确性和可靠性要求高；传输速率高；通信持 续时间差异大等。而数据通信网是一个由分布在各地数据终端设备，数据交换 设备和数据传输链路所构成的网络，在通信协议的支持下完成数据终端之间的 数据传输与数据交换。 数据网是计算机技术与近代通信技术发汗相结合的产物，它是信息采集，传送， 存储及处理融为一体，并朝着更高级的综合体发展。 纵观通信技术的发展，虽然只有短短的一百多年的历史，却发生了翻天 覆地的变化，由当初的人工转接到后来的电路转接，以及到现在的程控交换和 分组交换，还有可以作为未来分组化核心网用的ATM交换机，IP路由器；由当 初只是单一的固定电话到现在的卫星电话，移动电话，IP电话等等，以及由通 信和计算机结合的 各种其他业务，第三代通信技术的即将上市，以及以后的第四代通信，随着通 信技术的发展，人类社会已经逐渐步入信息化的社会
