無綫光正交頻分復用原理及應用 9787030550880 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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柯熙政 著

圖書標籤:

• 無綫通信
• 正交頻分復用
• OFDM
• 無綫光通信
• 光縴通信
• 信號處理
• 通信原理
• 復用技術
• 無綫接入
• 信息技術

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齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030550880

商品編碼：29624606051

包裝：平裝

齣版時間：2018-05-01

基本信息

書名:無綫光正交頻分復用原理及應用

定價：138.00元

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作者:柯熙政

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2018-05-01

ISBN：9787030550880

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版次：31

裝幀：平裝

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編輯推薦

光通信,無綫電通信

內容提要

正交頻分復用是多載波通信的一種，可以提高光通信的頻譜效率，抑製信道乾擾。《無綫光正交頻分復用原理及應用》論述無綫光通信中的正交頻分復用理論及應用, 係統介紹無綫光通信中的正交頻分復用傳輸體係，對光正交頻分復用涉及的高峰均比、時間同步、信道估計及信道分配進行深入係統分析；對大氣湍流及大氣環境對正交頻分復用信號的影響進行詳細分析，對比分析光正交頻分復用抑製大氣湍流的特性。通過數值仿真及實驗驗證相關理論，觸及本領域的**進展。

目錄

作者介紹

文摘

序言

光通信中的高效傳輸新範式：OFDM技術解析與前景展望 摘要 本書聚焦於當前光通信領域中最具革命性的技術之一——光正交頻分復用（Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing，O-OFDM）。OFDM作為一種高效的數據傳輸技術，在射頻領域已取得瞭巨大成功。將其應用於光通信，旨在剋服現有光信號傳輸麵臨的諸多挑戰，如色散、非綫性效應以及頻譜效率低下等問題，從而實現更高的數據速率、更遠的傳輸距離以及更強的抗乾擾能力。本書深入探討瞭O-OFDM的基本原理、核心算法、關鍵器件、係統架構以及實際應用，並對未來發展趨勢進行瞭展望，為光通信領域的研究人員、工程師及相關專業學生提供一份詳實的技術參考。 引言 隨著信息技術的飛速發展，全球數據流量呈爆炸式增長，對光通信係統的帶寬、容量和傳輸效率提齣瞭前所未有的需求。傳統的單載波傳輸技術（如調幅-調頻-調相），在高速率、長距離傳輸中，會受到色散和非綫性效應的嚴重限製，導緻信號失真、誤碼率上升，最終限製瞭網絡容量的提升。為瞭突破這些瓶頸，研究人員一直在探索更加先進的調製和復用技術。 正交頻分復用（OFDM）技術，作為一種將高速數據流分割成多個低速子載波並行傳輸的多載波調製技術，在無綫通信領域已得到瞭廣泛應用，並極大地提高瞭頻譜利用率和抗多徑衰落的能力。近年來，OFDM技術也被成功引入光通信領域，形成瞭光OFDM（O-OFDM）技術。O-OFDM通過將高速光信號分割成大量低速的、頻率正交的子載波進行傳輸，有效緩解瞭色散和非綫性效應的影響，並顯著提高瞭頻譜效率。它不僅能夠支持超高速率的光信號傳輸，還為實現靈活的光網絡和下一代光通信係統奠定瞭基礎。 本書旨在全麵、深入地解析O-OFDM技術，從其基本原理齣發，逐步深入到具體的算法實現、關鍵技術挑戰，以及在不同光通信場景下的應用潛力。我們希望通過本書的闡述，能夠清晰地勾勒齣O-OFDM技術的發展脈絡，展示其獨特的優勢，並為推動該技術的進一步發展和廣泛應用提供理論支持和實踐指導。 第一部分：O-OFDM技術基礎 第一章：光通信麵臨的挑戰與OFDM的誕生 1.1 光通信係統的性能瓶頸： 1.1.1 符號間乾擾（ISI）與碼間串擾（CSI）： 詳細分析在高速光信號傳輸中，由於光縴色散（包括模間色散、材料色散和波導色散）以及偏振模色散（PMD）等因素造成的符號展寬，導緻相鄰符號重疊，引發ISI和CSI，嚴重影響信號的解調和誤碼率。 1.1.2 非綫性效應： 深入探討光縴中的受激拉曼散射（SRS）、受激布裏淵散射（SBS）、自相位調製（SPM）、交叉相位調製（XPM）以及四波混頻（FWM）等非綫性效應，分析其如何在高功率、高速率傳輸下引入信號失真，限製傳輸距離和係統容量。 1.1.3 頻譜效率低下： 討論現有調製技術在頻譜利用率方麵的局限性，尤其是在需要更高帶寬和容量的場景下，傳統方法難以滿足需求。 1.2 OFDM技術在無綫通信中的崛起： 1.2.1 OFDM的基本原理： 詳細介紹OFDM如何將高速數據流分割成若乾個低速的、相互正交的子載波進行並行傳輸。強調子載波之間的正交性是OFDM的核心，避免瞭ISI。 1.2.2 OFDM的優勢： 分析OFDM在對抗多徑衰落、簡化均衡器設計、提高頻譜效率等方麵的突齣優點。 1.2.3 OFDM在無綫通信中的成功案例： 簡要迴顧OFDM在Wi-Fi、LTE、5G等無綫通信標準中的應用，說明其技術的成熟性和可靠性。 1.3 將OFDM引入光通信的必然性： 1.3.1 光OFDM（O-OFDM）的定義與目標： 明確O-OFDM就是將OFDM技術應用於光信號的調製和傳輸。其核心目標是利用OFDM的優勢來剋服光通信麵臨的挑戰。 1.3.2 O-OFDM相較於傳統技術的潛在優勢： 闡述O-OFDM如何通過將高速信號分割成低速子載波，從而有效減輕色散和非綫性效應的危害。預示其在提高傳輸速率、距離和抗乾擾能力方麵的巨大潛力。 第二章：O-OFDM的核心原理與數學模型 2.1 O-OFDM的信號模型： 2.1.1 數據比特到子載波的映射： 詳細闡述將原始數據比特通過星座映射（如QPSK、16QAM等）轉化為復數符號，並將這些符號分配到不同的子載波上。 2.1.2 傅裏葉變換與IFFT/FFT： 深入講解OFDM信號的生成過程，即對分配到各個子載波上的符號進行逆快速傅裏葉變換（IFFT），將其時域上疊加，形成OFDM符號。反之，在接收端，通過快速傅裏葉變換（FFT）將接收到的OFDM符號分解迴各個子載波上的數據。 2.1.3 循環前綴（CP）： 解釋循環前綴的作用，即在每個OFDM符號前添加一部分其尾部信號，以消除符號間乾擾，並簡化接收端的均衡。 2.2 子載波的正交性： 2.2.1 正交性的數學推導： 從數學上嚴格證明不同子載波之間的正交關係，即在一個子載波的整數周期內，其他子載波的信號積分平均值為零。 2.2.2 正交性與抗ISI的關係： 詳細分析正交性如何使得在接收端，即使存在色散等效應使得每個子載波上的信號有所展寬，但隻要展寬小於子載波間隔，就不會乾擾到其他子載波，從而避免瞭ISI。 2.3 O-OFDM的頻譜特性： 2.3.1 頻譜的旁瓣與主瓣： 分析OFDM信號的頻譜形狀，及其旁瓣泄漏的特性。 2.3.2 頻譜效率的提升： 說明通過緊湊地排列子載波，OFDM能夠實現比單載波更高的頻譜效率，尤其是在需要傳輸大量數據時。 2.4 O-OFDM的調製與解調過程： 2.4.1 發送端流程： 從串行到並行的轉換、星座映射、IFFT、循環前綴添加、並行到串行的轉換，以及最終的光調製過程。 2.4.2 接收端流程： 從光電轉換、串行到並行的轉換、循環前綴去除、FFT、星座解映射，到最終的串行數據恢復。 第三章：O-OFDM的關鍵技術與實現挑戰 3.1 光載波的生成與調製： 3.1.1 載波信號的生成： 討論如何生成大量的、頻率間隔精確且穩定的光載波，以及相乾光或外差/零差探測的原理。 3.1.2 電到光（E/O）轉換： 介紹當前主流的光調製技術，如強度調製、相位調製、正交調製（IQ調製）等，並分析它們在O-OFDM係統中的應用。 3.1.3 數字信號處理（DSP）在E/O轉換中的作用： 強調DSP在生成OFDM信號、控製調製參數、以及補償係統損耗等方麵的重要作用。 3.2 接收端的光電轉換與信號處理： 3.2.1 光電探測器（PD）： 介紹不同類型PD的性能特點（如PIN PD、APD），以及其在O-OFDM接收中的響應速度和靈敏度要求。 3.2.2 數字信號處理（DSP）在接收端的核心地位： 詳細闡述DSP在接收端執行FFT、循環前綴處理、均衡（包括色散補償和非綫性效應補償）、載波相位恢復、定時恢復等關鍵任務。 3.2.3 實時DSP處理的挑戰： 分析高速、低延遲DSP處理對硬件（ADC、FPGA、ASIC）和算法效率的要求。 3.3 頻率和相位同步： 3.3.1 子載波頻率同步： 解釋在接收端如何精確地同步所有子載波的頻率，以確保FFT的準確性，避免由於頻率偏移導緻的子載波間乾擾（ICI）。 3.3.2 載波相位同步： 討論如何在接收端恢復OFDM符號的相位信息，這對於相乾解調至關重要。 3.3.3 循環前綴在同步中的作用： 再次強調CP在簡化同步算法和提高魯棒性方麵的貢獻。 3.4 色散與非綫性效應的補償： 3.4.1 O-OFDM對色散的緩解機製： 再次闡述O-OFDM通過將高速信號分割成低速子載波，從而顯著減小瞭色散對每個子載波的影響。 3.4.2 DSP在色散補償中的應用： 詳細介紹如何通過數字濾波器對各個子載波上的色散進行補償。 3.4.3 O-OFDM對非綫性效應的補償： 分析O-OFDM在一定程度上如何減輕非綫性效應，並討論DSP在補償剩餘非綫性效應方麵的挑戰。 3.5 硬件實現與成本考量： 3.5.1 高速ADC/DAC： 分析實現O-OFDM係統所需的高速模數轉換器（ADC）和數模轉換器（DAC）的性能指標和技術瓶頸。 3.5.2 FPGA/ASIC設計： 探討可編程邏輯器件（FPGA）和專用集成電路（ASIC）在實現復雜DSP算法中的應用和權衡。 3.5.3 光器件的集成與小型化： 討論與O-OFDM技術相匹配的光器件（如光調製器、光探測器、波分復用器/解復用器）的發展需求。 3.5.4 成本效益分析： 探討O-OFDM係統在大規模部署中的成本可行性。 第二部分：O-OFDM的應用與發展 第四章：O-OFDM係統架構與關鍵器件 4.1 相乾O-OFDM係統： 4.1.1 相乾接收的原理： 詳細介紹相乾光接收的工作原理，即本地振蕩器（LO）光與接收信號光混閤，以提取信號的幅度和相位信息。 4.1.2 相乾O-OFDM的優勢： 分析相乾O-OFDM係統如何通過靈活的數字信號處理能力，實現高效的信號檢測、補償和復用。 4.1.3 相乾O-OFDM的關鍵器件： 介紹相乾光模塊、激光器、光電探測器、DSP芯片等在相乾O-OFDM係統中的作用。 4.2 無載波O-OFDM（CP-OFDM）與帶載波OFDM（SC-OFDM）： 4.2.1 CP-OFDM原理： 討論CP-OFDM如何通過直接生成OFDM信號，並通過DSP進行處理，簡化瞭係統復雜度。 4.2.2 SC-OFDM原理： 介紹SC-OFDM如何在OFDM框架下，通過將數據映射到獨立的子載波上，從而在一定程度上降低峰均功率比（PAPR）。 4.2.3 兩者在光通信中的優劣勢比較： 分析CP-OFDM和SC-OFDM在光通信場景下的適用性，如對PAPR的要求、係統復雜度等。 4.3 混閤O-OFDM（Hybrid OFDM）： 4.3.1 混閤O-OFDM的概念： 介紹如何將OFDM與其他調製技術（如PAM）結閤，以進一步提升係統性能。 4.3.2 混閤O-OFDM的應用場景： 探討混閤O-OFDM在不同網絡層級和應用場景下的潛在優勢。 4.4 關鍵器件的演進： 4.4.1 高速光調製器： 討論電吸收調製器（EAM）、鈮酸鋰（LN）調製器等在O-OFDM係統中的最新進展。 4.4.2 高速光電探測器： 介紹PIN PD、APD、相乾光接收器（Coherent Receiver）等器件的發展。 4.4.3 數字信號處理芯片（DSP）： 強調DSP芯片性能的不斷提升對O-OFDM係統速率和功能的支撐。 4.4.4 集成光電子器件（PICs）： 展望PICs在O-OFDM係統中的集成和小型化趨勢。 第五章：O-OFDM在不同光通信場景下的應用 5.1 數據中心互連（DCI）： 5.1.1 DCI的需求與挑戰： 分析數據中心日益增長的帶寬需求、短距離高速傳輸的特點，以及對低功耗、低成本的要求。 5.1.2 O-OFDM在DCI中的優勢： 探討O-OFDM如何通過高頻譜效率和靈活的調製方式，滿足DCI的高帶寬需求，同時降低對光縴質量的要求。 5.1.3 O-OFDM在DCI中的具體實現： 介紹基於O-OFDM的DCI光模塊設計和性能優化。 5.2 城域網（MAN）與接入網： 5.2.1 MAN/接入網的特點： 分析MAN/接入網的網絡結構復雜、傳輸距離適中、用戶密度高等特點。 5.2.2 O-OFDM在MAN/接入網中的應用： 討論O-OFDM如何通過其靈活性和抗乾擾能力，支持PON（Passive Optical Network）等接入技術，以及為用戶提供更高帶寬的服務。 5.2.3 O-OFDM與WDM/DWDM技術的結閤： 探討O-OFDM如何與波分復用技術融閤，實現更高效的網絡容量提升。 5.3 長途傳輸網絡： 5.3.1 長途傳輸的挑戰： 強調長距離傳輸中色散和非綫性效應的纍積效應。 5.3.2 O-OFDM在長途傳輸中的優勢： 詳細分析O-OFDM通過DSP進行色散和非綫性補償的能力，如何顯著擴展瞭傳輸距離。 5.3.3 O-OFDM與其他長途傳輸技術的比較： 對比O-OFDM與傳統單載波超長距離傳輸技術的性能差異。 5.4 無綫光通信（Free-Space Optical Communication）： 5.4.1 無綫光通信的挑戰： 分析大氣湍流、視綫遮擋、光束漂移等對無綫光通信信號傳輸的影響。 5.4.2 O-OFDM在無綫光通信中的優勢： 探討O-OFDM的抗多徑和抗衰落能力，如何提高無綫光通信的可靠性。 5.4.3 O-OFDM在高速無綫迴傳中的應用： 展望O-OFDM在5G/6G基站迴傳等場景下的應用前景。 5.5 光網絡中的靈活性與可編程性： 5.5.1 O-OFDM與軟件定義網絡（SDN）： 探討O-OFDM如何通過靈活的調製方式和可編程的DSP，支持SDN的動態資源分配和網絡優化。 5.5.2 動態頻譜分配： 分析O-OFDM如何實現對頻譜資源的按需分配，提高網絡效率。 第六章：O-OFDM的未來發展趨勢與挑戰 6.1 更高的比特率與更緊湊的頻譜： 6.1.1 超高速率O-OFDM： 展望未來O-OFDM係統嚮Tb/s甚至Pb/s級彆傳輸速率的發展。 6.1.2 更高階的調製格式： 探討如何利用更復雜的星座圖（如256QAM、1024QAM等）和多維調製（如極化、模式復用）來進一步提升頻譜效率。 6.1.3 頻譜利用率的極限探索： 分析O-OFDM在理論頻譜利用率上的進一步提升空間。 6.2 智能化與機器學習在O-OFDM中的應用： 6.2.1 智能均衡與補償： 探討如何利用機器學習算法來優化DSP中的均衡和補償算法，以更有效地應對復雜的信道損傷。 6.2.2 動態資源管理： 分析機器學習在O-OFDM網絡中的動態資源分配、故障預測與診斷等方麵的應用。 6.2.3 AI驅動的信號設計與優化： 展望AI在O-OFDM信號生成和優化過程中的作用。 6.3 新型O-OFDM技術的研究： 6.3.1 極化O-OFDM（P-OFDM）： 介紹如何利用光信號的極化維度來增加信息傳輸通道。 6.3.2 模式復用O-OFDM（MF-OFDM）： 探討如何利用多模光縴中的不同空間模式來復用數據。 6.3.3 速率自適應O-OFDM（RA-OFDM）： 研究係統如何根據信道條件動態調整調製格式和子載波分配，實現最優性能。 6.4 功耗與成本的持續優化： 6.4.1 低功耗DSP設計： 探討如何設計更節能的DSP芯片和算法，以滿足未來數據中心和移動通信的需求。 6.4.2 光器件的集成與製造工藝： 關注光器件的集成化、小型化和低成本製造技術的突破。 6.4.3 標準化與互操作性： 強調O-OFDM技術在行業內的標準化和互操作性對於其大規模部署的重要性。 6.5 麵臨的挑戰與研究方嚮： 6.5.1 DSP的計算復雜度： 隨著速率的提升，DSP的計算量呈指數級增長，需要更強大的計算能力和更高效的算法。 6.5.2 硬件的極限： 高速ADC/DAC、光調製器等硬件器件的性能提升是關鍵製約因素。 6.5.3 新型信道損傷的建模與補償： 隨著傳輸速率和距離的增加，一些新型的、更復雜的信道損傷需要被深入研究和有效補償。 6.5.4 功耗瓶頸： 在追求更高速率的同時，如何有效控製係統的整體功耗是一個持續的挑戰。 結論 光OFDM（O-OFDM）技術以其強大的信號處理能力和靈活的傳輸機製，正深刻地改變著現代光通信的麵貌。它不僅成功地應對瞭傳統光通信係統麵臨的色散和非綫性效應等嚴峻挑戰，更以前所未有的方式提高瞭頻譜利用率和係統容量。從數據中心到長途骨乾網，從城域接入到無綫迴傳，O-OFDM的應用場景正在不斷拓展，展現齣巨大的技術潛力和商業價值。 本書係統地闡述瞭O-OFDM的基本原理、核心技術、係統架構以及在各種應用場景下的錶現。我們深入分析瞭其在高速數據傳輸、長距離通信、網絡靈活性和智能化等方麵的優勢，並對未來的發展趨勢進行瞭展望。盡管O-OFDM技術在硬件實現、DSP復雜度、功耗優化等方麵仍麵臨諸多挑戰，但隨著技術的不斷進步和研究的深入，我們有理由相信，O-OFDM將繼續引領光通信技術的發展方嚮，為構建更快速、更可靠、更智能的下一代信息社會奠定堅實的基礎。 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的O-OFDM技術視角，希望能激發更多研究者和工程師投身於這一激動人心的領域，共同推動光通信技術的革新與發展。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀和印刷質量相當不錯，拿到手裏沉甸甸的，感覺很專業。內頁的排版也比較清晰，公式和圖錶的呈現都很規範，這對於閱讀技術類書籍來說至關重要。我比較關注的是它在理論深度上的錶現。讀瞭一些章節後，感覺作者在對基本概念的闡述上非常到位，沒有那種為難初學者或者過於簡化的傾嚮。比如在介紹OFDM的經典結構時，那種層層遞進的邏輯推導，讓人對背後的數學原理有更紮實的理解，而不是僅僅停留在公式的錶麵。當然，對於像我這樣已經接觸過一些無綫通信基礎的人來說，更期待的是它在最新技術前沿的突破性見解。希望它能在一些更深層次的性能分析，例如信道估計的精度限製，或者在特定復雜環境下的魯棒性設計等方麵，能提供更具洞察力的分析視角和仿真案例。整體上，這本書的學術基調是令人信服的，是一本值得長期參考的工具書，而不是那種快速入門的“速成寶典”。

評分☆☆☆☆☆

這本書的行文風格給我的感覺是嚴謹而略帶學者的內斂。作者的錶達非常精準，幾乎沒有使用任何浮誇或煽情的詞匯，所有論述都建立在堅實的數學推導和物理模型之上。這使得它非常適閤作為研究生教材或科研人員的案頭參考書。特彆是關於噪聲和乾擾建模的部分，處理得非常細緻入微，考慮到瞭現實係統中各種復雜的耦閤效應。但坦率地說，這種高度的學術性也帶來瞭一定的閱讀挑戰。對於習慣瞭更具啓發性和對話式寫作風格的讀者來說，可能需要更高的專注度纔能完全吸收其中的精髓。我個人建議，如果未來有修訂版，可以考慮在關鍵概念的介紹部分，增加一些曆史背景的鋪墊，或者用更具象的類比來幫助初學者跨越最初的認知障礙。目前來看，它更偏嚮於一本“深度挖掘機”，而不是一本“入門領航員”，這在特定受眾群體中是優點，但在拓寬讀者群方麵可能略顯保守。

評分☆☆☆☆☆

我是一名在光通信領域工作瞭多年的資深工程師，閱讀這本書主要是想看看它如何整閤當前光網絡與高速無綫技術的最新交叉點。這本書在闡述核心原理方麵確實無可挑剔，它對光正交頻分復用（O-OFDM）中時頻同步的細節討論，比我以前讀過的任何材料都要深入。然而，在“應用”這一環節，我感覺略有不足。盡管提到瞭幾個典型的應用場景，但更多的是對技術潛力的描述，而非實際部署的案例分析。例如，在介紹與5G/6G蜂窩網絡的融閤時，我更想看到的是，在特定的光縴迴傳或前傳場景中，這種技術相比於傳統解決方案，在端到端的延遲、能耗或頻譜效率上，到底能帶來多大數量級的提升，並附上實際的仿真或現場測試結果。目前的敘述更像是對未來藍圖的勾勒，而我更希望看到一些已經走齣實驗室，正在解決實際工程難題的“硬核”應用實例，哪怕是小規模的試點項目分析也好。

評分☆☆☆☆☆

初讀這本書，最讓人眼前一亮的是它在組織結構上的匠心獨運。它沒有將所有內容一股腦地堆砌在一起，而是非常自然地將理論基礎、關鍵技術和實際應用場景巧妙地串聯起來。我特彆欣賞作者處理復雜係統模型時所采取的漸進式方法。例如，在闡述多址接入技術與光接入網絡融閤的章節中，作者並非簡單地羅列各種方案的優缺點，而是通過對不同資源分配策略進行詳盡的性能對比，清晰地展示瞭每種選擇背後的權衡取捨，這對於指導工程實踐非常有幫助。不過，作為一個在實際部署中遇到過硬件瓶頸的工程師，我希望能看到更多關於係統實現層麵的“陷阱”和“避坑指南”。例如，在光器件的非綫性效應如何具體影響到高階調製格式的性能，以及如何通過實時數字信號處理（DSP）來補償這些影響的實例，如果能增加一些實際測量數據或FPGA實現概述，那就更完美瞭。這本書無疑為理論研究者奠定瞭堅實的基礎，但對於一綫研發人員來說，一些“接地氣”的細節會更受歡迎。

評分☆☆☆☆☆

這本書的參考文獻列錶非常紮實，看得齣作者在資料搜集和知識體係構建上下瞭巨大的功夫。這本身就為這本書增添瞭極高的可信度。我注意到書中對一些關鍵算法的流程描述非常詳盡，圖示清晰地展現瞭數據流嚮，這對理解復雜的編碼、解碼和調製解調過程非常有幫助。不過，在探討前沿挑戰時，我感覺內容略顯保守，似乎對一些正在快速發展的、可能顛覆現有範式的技術討論不夠深入。例如，當前人工智能和機器學習在優化光通信係統資源分配和信道均衡中的應用正日益熱門，這本書中對這些新興工具的引入和討論相對有限。如果能增加一個專門章節，係統地探討如何利用AI/ML技術來提升O-OFDM在動態環境下的適應性和性能，那這本書的價值將得到進一步的提升，使其更能適應未來技術的發展趨勢，而不隻是鞏固現有技術體係的經典地位。