光纖傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、合 肥 學(xué) 院課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告題 目： 光纖傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 系 別： 電子信息與電氣工程系 專 業(yè)： 通信工程專業(yè) 班 級： 10級通信 (2)班 學(xué) 號： 1005072010/1005076002/1005071044姓 名： 鐘先鋒 郭振京 許鶴 導(dǎo) 師： 張 倩 2013年十二月八號現(xiàn)代通信技術(shù)課程設(shè)計(jì)論文題目數(shù)字圖像光纖傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)類型工程應(yīng)用導(dǎo)師姓名張倩主要內(nèi)容及目標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字圖像光纖傳輸系統(tǒng)，要求：1、了解計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像光傳輸?shù)脑恚?、設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像的光纖傳輸框圖；3、給出計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像光傳輸工作流程圖；4、試實(shí)現(xiàn)一臺PC機(jī)發(fā)送,兩臺PC機(jī)同時(shí)接收；具有的

2、設(shè)計(jì)條件根據(jù)設(shè)計(jì)要求提供相關(guān)的試驗(yàn)環(huán)境：1光纖通信實(shí)驗(yàn)箱220M雙蹤示波器3FC-FC單模尾纖4USB連接線5PC機(jī)6信號連接線 2根計(jì)劃學(xué)生數(shù)及任務(wù)計(jì)劃學(xué)生數(shù)3人1人主要進(jìn)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)；1人主要進(jìn)行系統(tǒng)搭建；1人主要進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試和數(shù)據(jù)分析計(jì)劃設(shè)計(jì)進(jìn)程第14周 查資料了解計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像光傳輸?shù)脑?，設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像的光纖傳輸實(shí)現(xiàn)方案第15周 實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像的光纖傳輸，同時(shí)完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告參考文獻(xiàn)1 馬麗華.光纖通信系統(tǒng)北京郵電大學(xué)出版社2009-09.2胡慶.光纖通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)（修訂版）電子工業(yè)出版社2010-08.14目錄數(shù)字圖像光纖傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3摘要：3關(guān)鍵字：3正文：31光

3、纖傳輸原理以及相關(guān)知識31.1傳輸過程圖31.2光纖傳輸?shù)奶攸c(diǎn)優(yōu)勢及傳輸原理41.3光纖傳輸特性42光纖傳輸系統(tǒng)和步驟52.1光纖傳輸系統(tǒng)52.2光纖傳輸拓展62.2.1向超高速系統(tǒng)的發(fā)展62.2.2實(shí)現(xiàn)光聯(lián)網(wǎng)62.2.3新一代的光纖72.3設(shè)計(jì)電路圖72.4 光纖傳輸實(shí)驗(yàn)步驟73軟件安裝與光纖傳輸數(shù)據(jù)與分析83.1USB驅(qū)動安裝83.2光纖傳輸圖片過程93.3數(shù)據(jù)分析124.結(jié)束語125 參考文獻(xiàn)13數(shù)字圖像光纖傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要：光纖通信是利用光波在光導(dǎo)纖維中傳輸信息的通信方式，是現(xiàn)代通信網(wǎng)的主要傳輸手段，本文主要根據(jù)光纖通信的的發(fā)展，了解計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像光傳輸?shù)脑恚莆沼?jì)算機(jī)數(shù)字圖像

4、光傳輸?shù)幕窘Y(jié)構(gòu)。關(guān)鍵字：光纖傳輸，電光轉(zhuǎn)換，計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像正文：1光纖傳輸原理以及相關(guān)知識1.1傳輸過程圖計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號從USB的接口進(jìn)入，送到光發(fā)送端機(jī)進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成光信號，光信號經(jīng)光纖信道傳輸再由光接收端機(jī)完成光電轉(zhuǎn)換和信號恢復(fù)，再送回PC機(jī)上進(jìn)行顯示，其傳輸過程的方框圖如圖1所示：光 電電 光 光纖 1310nmLD+單模數(shù)字圖像發(fā)送數(shù)字圖像接收光發(fā)射光接收TX1310RX1310PC圖1 計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像的光纖傳輸框圖1.2光纖傳輸?shù)奶攸c(diǎn)優(yōu)勢及傳輸原理 光纜傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)與發(fā)展形成了它的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。相對于銅線每秒1.54MHZ的速率光纖網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行速率達(dá)到了每秒2.5GB。從帶寬看，很大

5、的優(yōu)勢是：光纖具有較大的信息容量，這意味著能夠使用尺寸很小的電纜，將來就不用更新或增強(qiáng)傳輸光纜中信號。光纖電纜對諸如無線電、電機(jī)或其他相鄰電纜的電磁噪聲具有較大的阻抗，使其免于受電噪聲的干擾。從長遠(yuǎn)維護(hù)角度來看，光纜最終的維護(hù)成本會非常低。光纖使用光脈沖沿光線路傳輸信息，以替代使用電脈沖沿電纜傳輸信息。在系統(tǒng)的一端是發(fā)射機(jī)，是信息到光纖線路的起始點(diǎn)。發(fā)射機(jī)接收到的已編碼電子脈沖信息來自于銅線電纜，然后將信息處理并轉(zhuǎn)換成等效的編碼光脈沖。使用發(fā)光二極管或注入式激光器產(chǎn)生光脈沖，同時(shí)采用透鏡，將光脈沖集中到光纖介質(zhì)，使光脈沖沿線路在光纖介質(zhì)中傳輸。由內(nèi)部全反射原理可知，光脈沖很容易眼光纖線路運(yùn)動，

6、光纖內(nèi)部全反射原理說明了當(dāng)入射角超過臨界值時(shí)，光就不能從玻璃中溢出；相反，光纖會反射回玻璃內(nèi)。光纖傳輸具有衰減小、頻帶寬、抗干擾性強(qiáng)、安全性能高、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，所以在長距離傳輸和特殊環(huán)境等方面具有無法比擬的優(yōu)勢。傳輸介質(zhì)是決定傳輸損耗的重要因素，決定了傳輸信號所需中繼的距離，光纖作為光信號的傳輸介質(zhì)具有低損耗的特點(diǎn)，光纖的頻帶可達(dá)到10GHz以上，一般像的帶寬只有8MHz，一個(gè)通道的圖象用一芯光纖傳輸綽綽有余，在傳輸語音控制信號或接點(diǎn)信號方面更為優(yōu)勢，光纖傳輸中的載波是光波，光波是頻率極高的電磁波，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比電波通訊中所使用的頻率高，所以不受干擾。且光纖采用的玻璃材質(zhì)，不導(dǎo)電，不會因斷路、

7、雷擊等原因產(chǎn)生火花，因此安全性強(qiáng)， 在易燃，易爆等場合特別適用。 光纖傳輸系統(tǒng)主要由三部分組成：光源(又稱光發(fā)送機(jī))，傳輸介質(zhì)、檢測器(又稱光接收機(jī))。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之間的光纖傳輸中，光源和檢測器的工作一般都是用光纖收發(fā)器完成的，光纖收發(fā)器簡單的來說就是實(shí)現(xiàn)雙絞線與光纖連接的設(shè)備，其作用是將雙絞線所傳輸?shù)男盘栟D(zhuǎn)換成能夠通過光纖傳輸?shù)男盘?光信號)。當(dāng)然也是雙向的，同樣能將光纖傳輸?shù)男盘栟D(zhuǎn)換能夠在雙絞線中傳輸?shù)男盘枺瑢?shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)傳輸。我國和歐洲的標(biāo)準(zhǔn)速率為2048Mbps，光端機(jī)的主要作用就是實(shí)現(xiàn)電一光、光一電的轉(zhuǎn)換。由其轉(zhuǎn)換信號分為模擬式光端機(jī)和數(shù)字式光端機(jī)。因此，光纖傳輸系統(tǒng)按傳輸信號可分為

8、數(shù)字傳輸系統(tǒng)和模擬傳輸系統(tǒng)。模擬傳輸系統(tǒng)是把光強(qiáng)進(jìn)行模擬調(diào)制，將輸入信號變?yōu)閭鬏斝盘柕恼穹?頻率或相位)的連續(xù)變化。數(shù)字傳輸系統(tǒng)是把輸入的信號變換成“1”，“O”脈沖信號，并以其作為傳輸信號，在接受端再還原成原來的信號。當(dāng)然，隨著光纖傳輸信號的不同所需要的設(shè)備有所不同。光纖作為傳輸介質(zhì)，是光纖傳輸系統(tǒng)的重要因素。光線只沿光纖的內(nèi)芯進(jìn)行傳輸， 只傳輸主模我們稱之為單模光纖(SingleMode)。 1.3光纖傳輸特性光纜不易分支，因?yàn)閭鬏數(shù)氖枪庑盘?，所以一般用于點(diǎn)到點(diǎn)的連接。光的總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)性多點(diǎn)系統(tǒng)已經(jīng)建成，但是價(jià)格還太貴。原則上，由光纖功率損失小、衰減少，有較大的帶寬潛力，因此，一般光

9、纖能夠支持的接頭數(shù)比雙絞線或同軸電纜多得多。目前低價(jià)可靠的發(fā)送器為0.85um波長發(fā)光二極管LED，能支持100Mbps的傳輸率和1.52KM范圍內(nèi)的局域網(wǎng)。激光二極管的發(fā)送器成本較高，且不能滿足百萬小時(shí)壽命的要求。運(yùn)行在0.85um波長的發(fā)光二極管檢波器PIN也是低價(jià)的接收器。雪崩光二極管。的信號增益比PIN大，但要用2050V的電源，而PIN檢波器只需用5V電源。如果要達(dá)到更遠(yuǎn)距離和更高速率，則可用1.3um波長的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)衰減很小，但要比0.85um波長系統(tǒng)貴源。另外,與之配套的光纖連接器也很重要，要求每個(gè)連接器的連接損耗低于25dB，易于安裝，價(jià)格較低。光纖的芯子和孔徑愈大，從發(fā)光

10、二極管LED接收的光愈多，其性能就愈好。芯子直徑為100um，包層直徑為140um 的光纖，可提供相當(dāng)好的性能。其接收的光能比62.5/125um光纖的多4dB，比50/125um光纖多8.5dB。運(yùn)行在0.8um波長的光纖衰6dB/Km運(yùn)行在1.3um波長的光纖衰減為4dB/Km。0.8um的光纖頻寬為150MHz/Km，1.3um的光纖頻寬為500MHz/Km。2光纖傳輸系統(tǒng)和步驟2.1光纖傳輸系統(tǒng)光纖傳輸系統(tǒng)主要由三部分組成：光源（又稱光發(fā)送機(jī)）、傳輸介質(zhì)、檢測器(又稱光接收機(jī))。在安防監(jiān)控系統(tǒng)中一般傳輸?shù)男盘栍幸曨l、音頻和數(shù)據(jù)三種信號，光源和檢測器的工作由光端機(jī)完成，它的主要作用就是實(shí)

11、現(xiàn)電一光、光一電的轉(zhuǎn)換。以數(shù)字光端機(jī)為例，分為發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，發(fā)射機(jī)首先將輸入的信號變換成“1”，“0”數(shù)字脈沖信號，并以其作為傳輸信號，接收機(jī)再將收到的光信號還原成原來的信號。光纖作為傳輸介質(zhì)，是光纖傳輸系統(tǒng)的重要因素。按照傳輸模式來劃分：光線只沿光纖的內(nèi)芯進(jìn)行傳輸，只傳輸主模我們稱之為單模光纖(SingleMode)。有多個(gè)模式在光纖中傳輸，我們稱這種光纖為多模光纖（Multi-Mode）。圖2單模和多模光纖在了解了光纖傳輸系統(tǒng)的原理后，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，我們就可以從兩個(gè)方面著手。認(rèn)真分析實(shí)際需求，統(tǒng)籌規(guī)劃，抓住光通路設(shè)計(jì)和光端機(jī)配置兩個(gè)方面。單模傳輸設(shè)備所采用的光器件是LD，通常按波長可分為

12、850nm和1300nm兩個(gè)波長，按輸出功率可分為普通LD、高功率LD、DFB-LD（分布反饋光器件）。單模光纖傳輸所用的光纖最普遍的是G.652，其線徑為9微米。 1310nm波長的光在G.652光纖上傳輸時(shí)，決定其傳輸距離限制的是衰減因數(shù)；因?yàn)樵?310nm波長下，光纖的材料色散與結(jié)構(gòu)色散相互抵消總的色散為0，在1310nm波長上有微小振幅的光信號能夠?qū)崿F(xiàn)寬頻帶傳輸。 FC-SC ST-ST FCFC圖3光纖跳線2.2光纖傳輸拓展2.2.1向超高速系統(tǒng)的發(fā)展從過去20多年的電信發(fā)展史看，網(wǎng)絡(luò)容量的需求和傳輸速率的提高一直是一對主要矛盾。傳統(tǒng)光纖通信的發(fā)展始終按照電的時(shí)分復(fù)用(TDM)方式進(jìn)

13、行，每當(dāng)傳輸速率提高4倍，傳輸每比特的成本大約下降3040：因而高比特率系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益大致按指數(shù)規(guī)律增長，這就是為什么光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率在過去20多年來一直在持續(xù)增加的根本原因。目前商用系統(tǒng)已從45Mbps增加到10Gbps，其速率在20年時(shí)間里增加了2000倍，比同期微電子技術(shù)的集成度增加速度還快得多。高速系統(tǒng)的出現(xiàn)不僅增加了業(yè)務(wù)傳輸容量，而且也為各種各樣的新業(yè)務(wù)，特別是寬帶業(yè)務(wù)和多媒體提供了實(shí)現(xiàn)的可能。2.2.2實(shí)現(xiàn)光聯(lián)網(wǎng)上述實(shí)用化的波分復(fù)用系統(tǒng)技術(shù)盡管具有巨大的傳輸容量，但基本上是以點(diǎn)到點(diǎn)通信為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，其靈活性和可靠性還不夠理想。如果在光路上也能實(shí)現(xiàn)類似SDH在電路上的分插功能和

14、交叉連接功能的話，無疑將增加新一層的威力。根據(jù)這一基本思路，光的分插復(fù)用器(OADM)和光的交叉連接設(shè)備(OXC)均已在實(shí)驗(yàn)室研制成功，前者已投入商用。實(shí)現(xiàn)光聯(lián)網(wǎng)的基本目的是：實(shí)現(xiàn)超大容量光網(wǎng)絡(luò)；實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性，允許網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)和業(yè)務(wù)量的不斷增長；實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可重構(gòu)性，達(dá)到靈活重組網(wǎng)絡(luò)的目的；實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的透明性，允許互連任何系統(tǒng)和不同制式的信號；實(shí)現(xiàn)快速網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)，恢復(fù)時(shí)間可達(dá)100ms。鑒于光聯(lián)網(wǎng)具有上述潛在的巨大優(yōu)勢，發(fā)達(dá)國家投入了大量的人力、物力和財(cái)力進(jìn)行預(yù)研。光聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為繼SDH電聯(lián)網(wǎng)以后的又一新的光通信發(fā)展高潮。2.2.3新一代的光纖近幾年來隨著IP業(yè)務(wù)量的爆炸式增長，電信網(wǎng)正開始向下一代

15、可持續(xù)發(fā)展的方向發(fā)展，而構(gòu)筑具有巨大傳輸容量的光纖基礎(chǔ)設(shè)施是下一代網(wǎng)絡(luò)的物理基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的G.652單模光纖在適應(yīng)上述超高速長距離傳送網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需要方面已暴露出力不從心的態(tài)勢，開發(fā)新型光纖已成為開發(fā)下一代網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。目前，為了適應(yīng)干線網(wǎng)和城域網(wǎng)的不同發(fā)展需要，已出現(xiàn)了兩種不同的新型光纖，即非零色散光纖(G.655光纖)和無水吸收峰光纖。2.3設(shè)計(jì)電路圖實(shí)驗(yàn)電路中，外接PC機(jī)用的USB口為USB701，接口芯片為U302，其型號為CH372。USB模塊接收的PC機(jī)數(shù)據(jù)從P701串行送出，發(fā)送至PC機(jī)的數(shù)據(jù)P702輸入。圖4為計(jì)算機(jī)光傳輸?shù)墓ぷ髁鞒虉D：光發(fā)單元P701光發(fā)端機(jī)1310

16、/1550圖像入U(xiǎn)SB接口電路P702P201/P203USB701USB接口圖像出光發(fā)端機(jī)1310/1550光收單元P202P204圖4 計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像光傳輸工作流程圖由發(fā)光二極管LED或注入型激光二極管ILD發(fā)出光信號沿光媒體傳播，在另一端則有PIN或APD光電二極管作為檢波器接收信號。2.4 光纖傳輸實(shí)驗(yàn)步驟1關(guān)閉系統(tǒng)電源，按照圖4將信號連接線、1310nm光發(fā)射端機(jī)的TX1310法蘭接口、FC-FC單模尾纖、1310nm光接收端機(jī)的RX1310法蘭接口連接好；如圖4連接好信號連接線（連接P701、P201；P702、P202）。注意收集好器件的防塵帽。2打開系統(tǒng)電源，在液晶菜單選擇“光

17、纖傳輸實(shí)驗(yàn)-USB數(shù)據(jù)”的子菜單，確認(rèn)；3將USB線連好。如果系統(tǒng)工作正常，PC機(jī)能檢測到可使用的USB設(shè)備。 4在PC機(jī)上運(yùn)行圖像傳輸軟件，選擇完圖像后點(diǎn)擊圖像傳輸，可以看到發(fā)送圖像區(qū)域開始發(fā)送圖像，接收圖像區(qū)域開始接收圖像。5斷開光纖，接收圖像區(qū)域是否還能正常接收到圖像數(shù)據(jù)。6關(guān)閉系統(tǒng)電源，拆除各光器件并套好防塵帽。注：如果圖像傳輸過程中，斷開信道后重新接上，系統(tǒng)需要關(guān)電復(fù)位。3軟件安裝與光纖傳輸數(shù)據(jù)與分析3.1USB驅(qū)動安裝驅(qū)動安裝圖1驅(qū)動安裝圖23.2光纖傳輸圖片過程點(diǎn)擊“打開圖像文件”，彈出對話框： 選擇一幅圖像，如：Couple,然后點(diǎn)擊圖像傳輸圖片傳輸過程圖1圖片傳輸過程圖2圖片

18、傳輸過程圖3圖片傳輸過程圖43.3數(shù)據(jù)分析圖片傳輸發(fā)射機(jī)首先將輸入的信號變換成“1”，“0”數(shù)字脈沖信號，并以其作為傳輸信號，接收機(jī)再將收到的光信號還原成原來的信號。發(fā)送圖片經(jīng)光纖傳輸，接收機(jī)收到圖片，若在光發(fā)射端串入光分路器，可以實(shí)現(xiàn)一臺PC機(jī)發(fā)送,兩臺PC機(jī)同時(shí)接收在實(shí)驗(yàn)中。4.結(jié)束語目前常用的傳輸方式有視頻基帶傳輸、光纖傳輸、網(wǎng)絡(luò)傳輸、微波傳輸、雙絞線傳輸以及寬頻共纜傳輸。各種傳輸方式均有各自的特點(diǎn)及適應(yīng)場合，其中光纖傳輸由于具有傳輸距離長、傳輸容量大、傳輸質(zhì)量高、保密性能好、抗干擾能力強(qiáng)、安裝敷設(shè)方便等優(yōu)點(diǎn)。隨著光纖技術(shù)的不斷發(fā)展，光纜價(jià)格的下降，更多的行業(yè)化應(yīng)用、更大的市場容量，必將帶動光端機(jī)產(chǎn)品不斷的更新?lián)Q代，光纖傳輸將成為首選的方式，應(yīng)用的廣闊也必將帶動更多新技術(shù)的出現(xiàn)。光纖技術(shù)作為信息技術(shù)的重要支撐平臺,在未來信息社會中將起