1、光纖通信系統(tǒng)課程名稱 光纖通信 任課教師 張利川 2011/12/10目 錄1.1 課題背景31.2 光纖通信概念.31.3 光纖通信的優(yōu)點(diǎn)31.4 光纖通信的原理42.1光纖通信的整體設(shè)計(jì)42.1.1 光纖概念52.1.2光纖的傳輸特點(diǎn)62.2光纜的介紹72.3 光端機(jī)的介紹72.3.1 模擬光端機(jī)82.3.2 光發(fā)射機(jī)82.4光源92.5 調(diào)制電路和控制電路92.6線路編碼電路92.7光接收機(jī)112.8光檢測器112.9放大器112.10均衡和再生113光纖通信系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)113. 1 距離測試113.2光纖光纜的選擇123.3 光端機(jī)選擇134 具體方案的實(shí)施145系統(tǒng)調(diào)試166 設(shè)備

2、維護(hù)167 整個工程造價(jià)178參考文獻(xiàn)171.1課設(shè)背景光纖通信技術(shù)光纖通信自從問世以來，給整個通信領(lǐng)域帶來了一場革命，它使高速率、大容量的通信成為可能。光纖通信由于具有損耗低、傳輸頻帶寬容量大、體積小、重量輕、抗電磁干擾、不易串音等優(yōu)點(diǎn)而備受業(yè)內(nèi)人士的青睞，發(fā)展非常迅速。光纖通信技術(shù)從光通信中脫穎而出,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。光纖通信作為一門新興技術(shù),其近年來發(fā)展速度之快、應(yīng)用面之廣是通信史上罕見的,也是世界新技術(shù)革命的重要標(biāo)志和未來信息社會中各種信息的主要傳送工具， 光纖通信是利用光波作載波，以光纖作為傳輸媒質(zhì)將信息從一處傳至另一處的通信方式。年英籍

3、華人高錕博士發(fā)表了一篇劃時代性的論文，他提出利用帶有包層材料的石英玻璃光學(xué)纖維，能作為通信媒質(zhì)。從此，開創(chuàng)了光纖通信領(lǐng)域的研究工作。年美國在芝加哥相距米的兩電話局之間，首次用多模光纖成功地進(jìn)行了光纖通信試驗(yàn)。微米波段的多模光纖為第一代光纖通信系統(tǒng)。年又實(shí)現(xiàn)了兩電話局間使用.微米多模光纖的通信系統(tǒng)，為第二代光纖通信系統(tǒng)。年實(shí)現(xiàn)了.微米單模光纖的通信系統(tǒng)，即第三代光纖通信系統(tǒng)。年代中后期又實(shí)現(xiàn)了.微米單模光纖通信系統(tǒng)，即第四代光纖通信系統(tǒng)。用光波分復(fù)用提高速率，用光波放大增長傳輸距離的系統(tǒng)，為第五代光纖通信系統(tǒng)。新系統(tǒng)中，相干光纖通信系統(tǒng)，已達(dá)現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)水平，將得到應(yīng)用。光孤子通信系統(tǒng)可以獲得極高的

4、速率，世紀(jì)末或世紀(jì)初可能達(dá)到實(shí)用化。在該系統(tǒng)中加上光纖放大器有可能實(shí)現(xiàn)極高速率和極長距離的光纖通信，它的發(fā)展歷史只有一二十年，已經(jīng)歷三代：短波長多模光纖、長波長多模光纖和長波長單模光纖采用光纖通信是通信史上的重大變革，美、日、英、法等20多個國家已宣布不再建設(shè)電纜通信線路，而致力于發(fā)展光纖通信中國光纖通信已進(jìn)入實(shí)用階段光纖通信的誕生和發(fā)展是電信史上的一次重要革命與衛(wèi)星通信、移動通信并列為20世紀(jì)90年代的技術(shù)。進(jìn)入21世紀(jì)后，由于因特網(wǎng)業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展和音頻、視頻、數(shù)據(jù)、多媒體應(yīng)用的增長，對大容量（超高速和超長距離）光波傳輸系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)有了更為迫切的需求。1.2 光纖通信概念所謂光纖通信，就是利用

5、光纖來傳輸攜帶信息的光波以達(dá)到通信之目的。要使光波成為攜帶信息的載體，必須對之進(jìn)行調(diào)制，在接收端再把信息從光波中檢測出來。然而，由于目前技術(shù)水平所限，對光波進(jìn)行頻率調(diào)制與相位調(diào)制等仍局限在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，尚未達(dá)到實(shí)用化水平，因此目前大都采用強(qiáng)度調(diào)制與直接檢波方式（IM-DD）。又因?yàn)槟壳暗墓庠雌骷c光接收器件的非線性比較嚴(yán)重，所以對光器件的線性度要求比較低的數(shù)字光纖通信在光纖通信中占據(jù)主要位置。數(shù)字光纖通信系統(tǒng)基本上由光發(fā)送機(jī)、光纖與光接收機(jī)組成。發(fā)送端的電端機(jī)把信息（如話音）進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，用轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號去調(diào)制發(fā)送機(jī)中的光源器件(LED)，則LED 就會發(fā)出攜帶信息的光波。即當(dāng)數(shù)字信號為“1”

6、時，光源器件發(fā)送一個“傳號”光脈沖；當(dāng)數(shù)字信號為“0”時，光源器件發(fā)送一個“空號”（不發(fā)光）。光波經(jīng)光纖傳輸后到達(dá)接收端。在接收端，光接收機(jī)把數(shù)字信號從光波中檢測出來送給電端機(jī)，而電端機(jī)再進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換，恢復(fù)成原來的信息。就這樣完成了一次通信的全過程。1.3光纖通信的優(yōu)點(diǎn)光纖通信之所以受到人們的極大重視，這是因?yàn)楹推渌ㄐ攀侄蜗啾龋哂袩o以倫比的優(yōu)越性。1. 通信容量大2. 中繼距離長3. 保密性能好4. 適應(yīng)能力強(qiáng)5. 體積小、重量輕、便于施工維護(hù)6. 原材料來源豐富，潛在價(jià)格低廉1.4光纖通信的原理光纖通信系統(tǒng)如圖1-1所示，電端機(jī)（交換機(jī)）將來自信號源的信號進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換、多路復(fù)用等處理

7、（1.44Mbit/s或2Mbit/s，34Mbit/S和140Mbit/s等）送給發(fā)光端機(jī)，變成光信號，并按SDH的格式輸入光纖，收光端機(jī)通過光檢測器還原成電信號，放大、整形、恢復(fù)后輸入到電端機(jī)（交換機(jī)或遠(yuǎn)端模塊），完成通信。光端機(jī)間的傳輸距離在長波長達(dá)到100公里，超過距離則用中繼器將光纖衰減和畸變后的弱光信號再生成，繼續(xù)向前傳輸。將來，摻餌光發(fā)大器可實(shí)現(xiàn)全光中繼。光纖通信可采用模擬和數(shù)字調(diào)制，由于激光器的線性不夠理想，不能像電氣中載波模擬調(diào)制和多路復(fù)用，只能用于模擬電視信號的多路復(fù)用，如光付載波調(diào)制技術(shù)，在光端機(jī)中，對電信號有兩種光調(diào)制方法：其一是在光源如激光器上調(diào)制，產(chǎn)生隨電信號變化的

8、光信號，此為直接調(diào)制。其二為外調(diào)制，利用電光晶體調(diào)制器在光源外部調(diào)制，調(diào)制速率高。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需要考慮許多問題，如：當(dāng)前和未來的需求，設(shè)備的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性，弄清上面情況后，需要對下面問題具體考慮。(1) 選擇路由，設(shè)置局站(2) 確定系統(tǒng)的制式、速率(3) 光纖選型(4) 選擇合適的設(shè)備，核實(shí)設(shè)備的性能指標(biāo)(5) 對中繼段進(jìn)行功率和色散預(yù)算2.1 光纖通信整體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要由三部分組成：光發(fā)射機(jī)、傳輸光纖和光接收機(jī)。其電/光和光/電變換的基本方式是直接強(qiáng)度調(diào)制和直接檢波。實(shí)現(xiàn)過程如下：輸入電信號是數(shù)字信號（計(jì)算機(jī)串口數(shù)據(jù)）；調(diào)制器將輸入的電信號轉(zhuǎn)換成適合驅(qū)

9、動光源器件的電流信號并用來驅(qū)動光源器件，對光源器件進(jìn)行直接強(qiáng)度調(diào)制，完成電/光變換的功能；光源輸出的光信號直接耦合到傳輸光纖中，經(jīng)一定長度的光纖傳輸后送達(dá)接收端；在接收端，光電檢測器對輸入的光信號進(jìn)行直接檢波，將光信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，再經(jīng)過放大恢復(fù)等處理過程，以彌補(bǔ)線路傳輸過程中帶來的信號損傷（如損耗、波形畸變），最后輸出和原始輸入信號相一致的電信號，從而完成整個傳送過程。系統(tǒng)框圖如圖2.1所示。光發(fā)端機(jī)將電信號直接調(diào)制至光載波上去，采用強(qiáng)度調(diào)制；光接收機(jī)完成光信號的解調(diào)，采用直接檢測，屬于非相干解調(diào)。光載波由半導(dǎo)體光源產(chǎn)生，由半導(dǎo)體光檢測器將光信號轉(zhuǎn)換成電信號從而達(dá)到傳輸信號的目的。系統(tǒng)

10、傳輸部分的原理框圖如圖3.2 所示。2.1.1 光纖概念 光纖是由纖芯和包層兩部分組成的.纖芯區(qū)域完成光信號的傳輸,包層則是將光封閉在 纖芯內(nèi),并保護(hù)纖芯,增加光纖的機(jī)械強(qiáng)度. 目前,通信光纖的纖芯和包層的主體材料都是石英玻璃,但兩區(qū)域中摻雜情況不同,因 而折射率也不同.纖芯的折射率一般是 1.4631.467,包層的折射率是 1.451.46 左右. 也就是說,纖芯的折射率比包層的折射率稍微大一些.這就滿足了全反射的一個條件.當(dāng)纖 芯內(nèi)的光線入射到纖芯與包層的交界面時,只要其入射角大于臨界角,就會在纖芯內(nèi)發(fā)生全 反射,光就會全部由交界面偏向中心.當(dāng)碰到對面交界面時,又全反射回來,光纖中的光就

11、 是這樣在芯包交界面上,不斷地來回全反射,傳向遠(yuǎn)方,而不會漏射到包層中去. 4.1.2 光纖傳輸原理分析 光獨(dú)立傳播定律認(rèn)為,從不同光源發(fā)出的光線,以不同的方向通過介質(zhì)某點(diǎn)時,各光線 彼此互不影響,好象其他光線不存在似的. 光的直線傳播和折射,反射定律認(rèn)為,光在各向同性的均勻介質(zhì)(折射率 n 不變)中, 光線按直線傳播.光在傳播中遇到兩種不同介質(zhì)的光滑界面時,光發(fā)生反射和折射現(xiàn)象.光 在均勻介質(zhì)中的傳播速度為:V=c/n.(式中 c 是光在真空中的傳播速度,n 是介質(zhì)的折射率) 反射定律為反射線位于入射線和法線所決定的平面內(nèi), 反射線和入射線處于法線的兩側(cè), 反射角等于入射角. 折射定律為折射

12、線位于入射線和法線所決定的平面內(nèi), 折射線和入射線位于法線的兩側(cè). 光在傳播過程中,若從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)的交界面時,因兩種介質(zhì)的折射率不 等,將會在交界面上發(fā)生反射和折射現(xiàn)象.一般將折射率較大的介質(zhì)稱為光密媒質(zhì),折射率 小的稱為光疏媒質(zhì). 為了保證光信號在光纖中能進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸, 一定要使光信號在光纖中反復(fù)進(jìn)行全反射, 才能保證衰減最小,色散最小,到達(dá)遠(yuǎn)端.實(shí)現(xiàn)全反射的兩個條件為:一定要使光纖纖芯的折 射率 n1 大于光纖包層的折射率 n2;光入光纖的光線向纖芯一包層界面入射時, 入射角應(yīng)大于臨 界角.2.1.2 光纖的傳輸特性(1)損耗特性 由于損耗的存在,在光纖中傳輸?shù)墓庑盘柌还苁?/p>

13、模擬信號還是脈沖信號,其幅度都要減 小.衰減是光纖的一個重要的傳輸參數(shù).它表明了光纖對光能的傳愉損耗,光纖每單位長度 的損耗,直接關(guān)系到光纖通信系統(tǒng)傳翰距離的長短,對光纖質(zhì)量的評定和對光纖通信系統(tǒng)的 中繼距離的確定都起著十分重要的作用. 形成光纖損耗的原因很多,既有來自光纖本身的損耗,也有光纖與光源的藕合損耗以及 光纖之間的連接損耗. 光纖本身損耗的原因主要有吸收損耗和散射損耗兩類. 吸收損耗是光波通過光纖的材料時,有一部分光能變成熱能,從而造成光功率的損失. 造成吸收損耗的原因很多,主要有本征吸收和雜質(zhì)吸收. 本征吸收是指光纖基本材料固有的吸收.本征吸收是不可避免的,所以本征吸收基本上 確定

14、了任何特定材料的吸收下限. 對于石英光纖, 本征吸收有兩個吸收帶;一個是紫外吸收帶, 一個是紅外吸收帶. 光纖中的雜質(zhì)吸收有鐵,鉻,銅等過渡金屬離子和氫氧根離子吸收.目前過渡金屬離子 含量可以降低到 0.4ppb 以下,1ppb 表示質(zhì)量的十億分之一,吸收峰損耗也可降低到 1dB/km 以下. 由氫氧根離子產(chǎn)生吸收峰出現(xiàn)在 950mm,1240mm 和 1390mm 波和附近.其中以 1390mm 的 吸收峰影響最為嚴(yán)重.一般氫氧根離子的含量可降低到 l0.5dB/km 以下.目前采用特殊的生 產(chǎn)工藝幾乎可以完全消除光纖內(nèi)部的氫氧根離子,從而可以制成一個無水峰光纖,也稱全波 光纖. 散射損耗是

15、由于光纖的材料,形狀,折射率分布等的缺陷或不均勻,使光纖中傳導(dǎo)的光 發(fā)生散射而產(chǎn)生的損耗. (2)色散特性4.1.4 光纖的型號介紹 在這里主要介紹 GYTA 單模光纖. GYTA 光纜的結(jié)構(gòu)是將 250m 光纖套入高模量材料制成的松套管中,松套管內(nèi)填充防水化 合物.纜芯的中心是一根金屬加強(qiáng)芯,對于某些芯數(shù)的光纜來說,金屬加強(qiáng)芯外還需擠上一 層聚乙烯(PE) .松套管圍繞中心加強(qiáng)芯絞合成緊湊和圓形的纜芯,纜芯內(nèi)的縫隙充以阻水填 充物. 涂塑鋁帶 (APL) 縱包后擠制聚乙烯護(hù)套成纜. 12 代表是 8 芯和 12 芯, 代表 G.652 8, B1 類是常規(guī)單模光纖. 通信光纖具體分為 G.6

16、51,G.652,G.653,G.654,G.655 和 G.656 六個大類和若干子類.(1) G.651 類是多模光纖,IEC 和 GB/T 又進(jìn)一步按它們的纖芯直徑,包層直徑,數(shù)值孔 徑的參數(shù)細(xì)分為 A1a,A1b,A1c 和 A1d 四個子類. (2) G.652 類是常規(guī)單模光纖, 目前分為 G.652A, G.652B, G.652C 和 G.652D 四個子類,IEC 和 GB/T 把 G.652C 命名為 B1.3 外,其余的則命名為 B1.1.(3)G.653 光纖是色散位移單模光纖,IEC 和 GB/T 把 G.653 光纖分類命名為 B2 型光纖. (4)G.654 光纖

17、是截止波長位移單模光纖,也稱為 1550nm 性能最佳光纖,IEC 和 GB/T 把 G.654 光纖分類命名為 B1.2 型光纖.(5)G.655 類光纖是非零色色散位移單模光纖,目前分為 G.655A,G.655B 和 G.655C 三個 子類,IEC 和 GB/T 把 G.655 類光纖分類命名為 B4 類光纖.2.2 光纜的介紹光纜(optical fiber cable)主要是由光導(dǎo)纖維(細(xì)如頭發(fā)的玻璃絲)和塑料保護(hù) 套管及塑料外皮構(gòu)成,光纜內(nèi)沒有金,銀,銅鋁等金屬,一般無回收價(jià)值.光纜是一定 數(shù)量的光纖按照一定方式組成纜心,外包有護(hù)套,有的還包覆外護(hù)層,用以實(shí)現(xiàn)光信號 傳輸?shù)囊环N通

18、信線路.即由光纖(光傳輸載體)經(jīng)過一定的工藝而形成的線纜.2.2.2 光纜的種類 光纜的種類很多,其分類的方法就更多,下面介紹一些習(xí)慣的分類: (1)按敷設(shè)方式分有:自承重架空光纜,管道光纜,鎧裝地埋光纜和海底光纜.(2)按光纜結(jié)構(gòu)分有:束管式光纜,層絞式光纜,緊抱式光纜,帶式光纜,非金屬 光纜和可分支光纜. (3)按用途分有:長途通訊用光纜,短途室外光纜,混合光纜和建筑物內(nèi)用光纜. 2.3 光端機(jī)的介紹當(dāng)今社會,光纖通信已成為通信的主要手段之一.同時,光纖通訊技術(shù)也在飛速的發(fā)展, 使得光纖傳輸系統(tǒng)以其眾多的優(yōu)點(diǎn),贏得了大家的青睞. 光纖傳輸系統(tǒng)具有以下顯著優(yōu)點(diǎn):容量大,傳輸距離遠(yuǎn),抗干擾能力

19、強(qiáng)等. 光傳輸系統(tǒng)由光發(fā)送機(jī),傳輸介質(zhì),光接收機(jī)三部分組成.其中,光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī) 統(tǒng)稱為光端機(jī).光端機(jī)是光纖通信系統(tǒng)中的光纖傳輸中斷設(shè)備,它們位于電端機(jī)和光纖傳輸 線路之間.光端機(jī)就是將多個 E1 信號變成光信號并傳輸?shù)脑O(shè)備,它的作用主要就是實(shí)現(xiàn)電光和光-電轉(zhuǎn)換.光端機(jī)根據(jù)傳輸 E1 口數(shù)量的多少,價(jià)格也不同.一般最小的光端機(jī)可以傳 輸 4 個 E1,目前最大的光端機(jī)可以傳輸 4032 個 E1.由于光纖傳輸?shù)姆N種優(yōu)點(diǎn),光端機(jī)應(yīng)用的場合非常廣泛.例如可以應(yīng)用于企業(yè)內(nèi)部部門之間長距離局域網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)通信,移動網(wǎng)絡(luò)中無線基站間傳輸系統(tǒng),公共交換電話網(wǎng)中 遠(yuǎn)端線路單元,商業(yè)網(wǎng)中提供專線及 PA

20、BX 群路的網(wǎng)絡(luò)終端,校園網(wǎng)中的點(diǎn)對點(diǎn)鏈路和接入網(wǎng) 中用于通常的信號傳輸?shù)鹊?目前光端機(jī)應(yīng)用最多的方面就是長距離視頻和數(shù)據(jù)的傳輸.在 高速公路,銀行,電力,電信等的監(jiān)控領(lǐng)域都要求對視頻信號進(jìn)行遠(yuǎn)程的傳輸,目前主要的 解決方法是利用光端機(jī)將視頻信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號通過光纖進(jìn)行傳輸.此外光端機(jī)在遠(yuǎn)程視 頻會議,遠(yuǎn)程教學(xué),遠(yuǎn)程醫(yī)療,通訊等諸多領(lǐng)域都有很廣闊的用武之地,未來的光端機(jī)將向 著數(shù)字化,網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展. 下圖是光端機(jī)的工作原理:2.3.1 模擬光端機(jī) 模擬光端機(jī)采用了 PFM 調(diào)制技術(shù)實(shí)時傳輸圖像信號,是目前使用較多的一種.發(fā)射端將 模擬視頻信號先進(jìn)行 PFM 調(diào)制后(一般有調(diào)頻,調(diào)相,調(diào)幅

21、幾種方式,從而把模擬光端機(jī)分成 調(diào)頻,調(diào)相,調(diào)幅等幾種光端機(jī)),再進(jìn)行電-光轉(zhuǎn)換,光信號傳到接收端后,進(jìn)行光-電轉(zhuǎn)換, 然后進(jìn)行 PFM 解調(diào),恢復(fù)出視頻信號.由于采用了 PFM 調(diào)制技術(shù),其傳輸距離很容易就能達(dá) 到 30 Km 左右,有些產(chǎn)品的傳輸距離可以達(dá)到 60 Km,甚至上百公里.并且,圖像信號經(jīng)過 傳輸后失真很小,具有很高的信噪比和很小的非線性失真.通過使用波分復(fù)用技術(shù),還可以 在一根光纖上實(shí)現(xiàn)圖像和數(shù)據(jù)信號的雙向傳輸. 2.3.2 數(shù)字光端機(jī) 由于數(shù)字技術(shù)與傳統(tǒng)的模擬技術(shù)相比在很多方面都具有明顯的優(yōu)勢,所以正如數(shù)字技術(shù) 在許多領(lǐng)域取代了模擬技術(shù)一樣,光端機(jī)的數(shù)字化也是一種必然趨勢.

22、目前,數(shù)字圖像光端 機(jī)主要有兩種技術(shù)方式:一種是 MPEG II 圖像壓縮數(shù)字光端機(jī),另一種是非壓縮數(shù)字圖像光 端機(jī). 圖像壓縮數(shù)字光端機(jī)一般采用 MPEG II 圖像壓縮技術(shù), 它能將活動圖像壓縮成 N2Mbps 的數(shù)據(jù)流通過標(biāo)準(zhǔn)電信通信接口傳輸或者直接通過光纖傳輸.由于采用了圖像壓縮技術(shù),它 能大大降低信號傳輸帶寬. 圖像壓縮數(shù)字光端機(jī)一般采用 MPEG II 圖像壓縮技術(shù),它能將活動圖像壓縮成 N2Mbps 的數(shù)據(jù)流通過標(biāo)準(zhǔn)電信通信接口傳輸或者直接通過光纖傳輸.由于采用了圖像壓縮技術(shù),它 能大大降低信號傳輸帶寬,以利于占用較少的資源就能傳送圖像信號.同時,由于采用了 N 2Mbps 的標(biāo)

23、準(zhǔn)接口,可以利用現(xiàn)有的電信傳輸設(shè)備的富裕通道傳輸監(jiān)控圖像,為工程應(yīng)用 帶來了方便.不過,圖像壓縮數(shù)字光端機(jī)也有其固有的缺點(diǎn).其致命的弱點(diǎn)就是不能保證圖 像傳輸?shù)膶?shí)時性.因?yàn)閳D像壓縮與解壓縮需要一定的時間,所以一般會對所傳輸?shù)膱D像產(chǎn)生 1-2s 的延時.因此,這種設(shè)備只適合于用在對實(shí)時性要求不高的場所,在工程使用上受到一 些限制.另外,經(jīng)過壓縮后圖像會產(chǎn)生一定的失真,并且這種光端機(jī)的價(jià)格也偏高. 非壓縮數(shù)字圖像光端機(jī)的原理就是將模擬視頻信號進(jìn)行 A/D 變換后和語音,音頻,數(shù)據(jù) 等信號進(jìn)行復(fù)接,再通過光纖傳輸.它用高的數(shù)據(jù)速率來保證視頻信號的傳輸質(zhì)量和實(shí)時性, 由于光纖的帶寬非常大,所以這種高數(shù)

24、據(jù)速率也并沒有對傳輸通道提出過高要求.非壓縮數(shù) 字圖像光端機(jī)能提供很好的圖像傳輸質(zhì)量(信噪比大于 60dB,微分相位失真小于 2,微分增 益失真小于 2%),達(dá)到了廣播級的傳輸質(zhì)量,并且圖像傳輸是全實(shí)時的.由于采用數(shù)字化技 術(shù),在設(shè)備中可以利用已經(jīng)很成熟的通信技術(shù)比如復(fù)接技術(shù),光收發(fā)技術(shù)等,提高了設(shè)備的 可靠性,也降低了成本.2.3.2光發(fā)射機(jī)數(shù)字光發(fā)射機(jī)的功能是把電端機(jī)輸出的數(shù)字基帶信號轉(zhuǎn)換為光信號，并用耦合技術(shù)有效注入光纖線路。數(shù)字光發(fā)射機(jī)的方框圖如圖3.3所示，主要有光源和電路兩部分。光源是實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件，在很大程度上決定著光發(fā)射機(jī)的性能。輸入接口線路編碼調(diào)制電路光源控制電路電

25、信號輸入光信號輸出圖2.2 數(shù)字光發(fā)射機(jī)方框圖2.4 光源對光源的要求如下：（1） 發(fā)射的光波長應(yīng)和光纖低損耗“窗口”一致，即中心波長應(yīng)在0.85um，1.31um，1.55um附近。光譜單色性要好。（2） 電/光轉(zhuǎn)換效率要高，即要求在足夠低的驅(qū)動電流下，有足夠大而穩(wěn)定的輸出光功率，且線性良好。（3） 允許的調(diào)制速率要高或相應(yīng)速度要快。（4） 溫度特性好，可靠性高，壽命長目前，不同類型的半導(dǎo)體激光器（LD）和發(fā)光二極管（LED）可以滿足不同應(yīng)用場合的要求。本設(shè)計(jì)選用的是半導(dǎo)體激光器作為光源。2.5 調(diào)制電路和控制電路直接光強(qiáng)調(diào)制的數(shù)字光發(fā)射機(jī)主要電路有調(diào)制電路、控制電路和線路編碼電路。因?yàn)楸驹O(shè)

26、計(jì)選用的是LD作為光源，所以還需要偏置電路。對調(diào)制電路和控制電路的要求如下：（1） 輸出光脈沖的通斷比（全“1”碼平均光功率和全“0”碼平均光功率的比值，或消光比的倒數(shù)）應(yīng)大于10，以保證足夠的光接收信噪比。（2） 輸出光脈沖的寬度應(yīng)遠(yuǎn)大于開通延遲（電光延遲）時間，光脈沖的上升時間、下降時間和開通延遲時間應(yīng)足夠短，以便在高速率調(diào)制下，輸出的光脈沖能準(zhǔn)確再現(xiàn)輸入電脈沖的波形。（3） 對激光器應(yīng)施加足夠的偏置電流，以便抑制在較高速率調(diào)制下可能出現(xiàn)的張弛震蕩，保證發(fā)射機(jī)正常工作。（4）應(yīng)采用自動功率控制（APC）和自動溫度控制（ATC），以保證輸出光功率有足夠穩(wěn)定性2.6 線路編碼電路線路編碼之所以

27、必要，是因?yàn)殡姸藱C(jī)輸出的數(shù)字信號是適合電纜傳輸?shù)碾p極性碼，而光源不能發(fā)射負(fù)脈沖，所以要變換為適合于光纖傳輸?shù)膯螛O性碼。數(shù)字光纖通信系統(tǒng)常用的線路碼型有：擾碼、mBnB碼和插入碼。本設(shè)計(jì)采用的是mBnB碼型。其編碼規(guī)則如下表所示：表3.1 3B4B碼編碼規(guī)則3B0000010100111001011101114B100110001011101001010100011101103B4B編碼電路的主要作用是將送來的串行數(shù)據(jù)流以3bit為一組，轉(zhuǎn)換成4bit為組的碼流，并以串行形式送出。圖3.4示出了編碼電路原理框圖。送來的串行數(shù)據(jù)首先要進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，并通過鎖存器來改變信號的波形，使各路信號在時間上與

28、寬度上統(tǒng)一起來，以免在將來的信號邏輯處理時產(chǎn)生漏碼與錯碼，然后將鎖存后得到的3bit一組的碼字送給編碼電路。在上面的編碼規(guī)則下，3B4B編碼電路變得非常簡單，只要用兩個反相器即可實(shí)現(xiàn)。時鐘（f）串行數(shù)據(jù)三分頻電路觸發(fā)器4/3f時鐘發(fā)生器串并轉(zhuǎn)換1鎖存器1串并轉(zhuǎn)換串行送出信號圖2.6 3B4B碼編碼框圖串行編碼信號并串轉(zhuǎn)換f時鐘發(fā)生器鎖存器4/3f時鐘發(fā)生器同步分組信號提取觸發(fā)器串并轉(zhuǎn)換1譯碼后信號為了將原信號進(jìn)行同步分組，需將信號時鐘3分頻來控制鎖存器和并串轉(zhuǎn)換電路，使鎖存器每3個周期更新一次。同時用分頻后的信號觸發(fā)不可重觸發(fā)器產(chǎn)生與分組信號相對應(yīng)的負(fù)的窄脈沖，以控制頻率為4/3 f(f為原串

29、行數(shù)據(jù)的頻率)的振蕩器，該窄脈沖必須相當(dāng)窄，而使振蕩器停振的時間相當(dāng)于其振蕩周期的1/8以下。這樣在3分頻信號的控制下，并串轉(zhuǎn)換過程就與原信號同步，即4B并行碼每存入一次，在新時鐘信號的觸發(fā)下，串行脈沖在轉(zhuǎn)換器中就移動4次，依次不斷循環(huán)，形成并串轉(zhuǎn)換，得到的串行信號即為編碼后的碼流。圖2.6.1所示為相應(yīng)的譯碼原理框圖。圖2.6.1 3B4B碼譯碼框圖 碼流經(jīng)延時并異或后得到的是一系列窄脈沖，觸發(fā)不可重觸發(fā)器，將每組中除第一個脈沖以外的其它脈沖全部蓋掉，為此需要適當(dāng)調(diào)節(jié)觸發(fā)器的電阻及電容參數(shù)，從而獲得同步分組信號。這些信號也是一系列窄脈沖，它們經(jīng)再觸發(fā)后獲得同頻率的更窄脈沖，用這些脈沖一方面控

30、制兩個頻率(f和43f)的振蕩器，以獲取同步時鐘信號作為串并及并串轉(zhuǎn)換電路的時鐘 另一方面，由于在譯碼時同樣要設(shè)置鎖存電路來改善信號的波形，以保證譯碼的正確，用同步信號控制鎖存器就可得到時間及寬度上統(tǒng)一的4 bit碼字。把每組碼字中的第一比特舍去，第四比特取反就能得到同步的3比特碼字，再經(jīng)過并串轉(zhuǎn)換后就恢復(fù)出原來的信號。2.7 光接收機(jī)直接強(qiáng)度調(diào)制、直接檢測方式的數(shù)字光接收機(jī)方框圖示于圖3.6，主要包括光檢測器、前置放大器、主放大器、均衡器、時鐘提取電路、取樣判決器以及自動增益控制（AGC）光檢測器判決器時鐘提取光檢測器偏壓控制AGC電路前置放大器主放大器圖2.7 數(shù)字光接收機(jī)框圖2.8 光檢

31、測器光檢測器是光接收機(jī)實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件，其性能特別是響應(yīng)度和噪聲直接影響光接收機(jī)的靈敏度。對光檢測器的要求如下：（1） 波長響應(yīng)要和光纖低損耗窗口（0.85um、1.31um和1.55um）兼容；（2） 響應(yīng)度要高，在一定的接收光功率下，能產(chǎn)生最大的光電流；（3） 噪聲要盡可能低，能接受極微弱的光信號；（4） 性能穩(wěn)定，可靠性高，壽命長，功耗和體積小。目前，適合于光纖通信系統(tǒng)應(yīng)用的光檢測器有PIN光電二極管和雪崩二極管（APD）。2.9放大器前置放大器應(yīng)是低噪聲放大器，它的噪聲對光接收機(jī)的靈敏度影響很大。前置放大器的噪聲取決于放大器的類型，具體電路見4.3節(jié)。主放大器一般是多級放大器，

32、它的作用是提供足夠的增益，并通過它實(shí)現(xiàn)自動增益控制（AGC），以使輸入光信號在一定范圍內(nèi)變化時，輸出電信號保持恒定。2.10 均衡和再生均衡的目的是對經(jīng)光纖傳輸、光/電轉(zhuǎn)換和放大后已產(chǎn)生畸變（失真）的電信號進(jìn)行補(bǔ)償，使輸出信號的波形適合于判決，以消除碼間干擾，減小誤碼率。再生電路包括判決電路和時鐘提取電路，它的工程師從放大器輸出的信號與噪聲混合的波形中提取碼元時鐘，并逐個地堆碼元進(jìn)行取樣判決，以得到原發(fā)送的碼流3、光纖通信系統(tǒng)工程設(shè)計(jì) 3.1、 距離測量經(jīng)過對地形考察,我們具體的了解了我們畢業(yè)設(shè)計(jì)的具體結(jié)構(gòu)圖,如下:駕校訓(xùn)練場學(xué)生活動中心11#宿舍10#宿舍四號教學(xué)樓7#宿舍學(xué)生餐廳二號教學(xué)樓

33、廣場 操場 6#二號三號圖書館5#3#4#汽車學(xué)院一號2#1#9#實(shí)驗(yàn)樓8# 圖 4.1 設(shè)計(jì)路線圖 根據(jù)整體圖和設(shè)計(jì)要求,規(guī)劃了兩種路線走向,分為兩種路徑 A 和 B.其中一條是 A 路 線走廣場,另一條是 B 路線走7#樓.第一條總長820米,第二條總長680米.為了便于光 纜維護(hù)和線路暢通,兩條線路同時鋪設(shè)光纜,一路做為備用線了.線路總長度為 1400 米,光 纜用量應(yīng)大于1400米,選擇光纜數(shù)量為 1450 米. 3.2、 光纖,光纜選擇 由上面的框架得出了一系列器件的選擇:具設(shè)計(jì)的要求應(yīng)選四芯室外多模光纖光纜. 4.2 四芯室外多模光纖光纜 由上面的原理我們可以看出上述兩個光纜的性能

34、差異不大,但前者單價(jià)為 5 元/米,而后 者則為 2.8 元/米. 3.3 、光端機(jī)選擇那么下面介紹一下這次施工中所需要的兩種光端機(jī): (1)OLYCOMOM 8108-240B 光端機(jī) 功能特點(diǎn):1.高度集成化設(shè)計(jì),設(shè)備工作穩(wěn)定,故障率極低. 2.E1 端口采用數(shù)字式時鐘恢復(fù)電路和數(shù)字式平臺滑鎖相電路. 3.供電電壓可以選擇-48V/+24V/110V/220V 提供過壓,過流保護(hù)具有良好的電磁屏蔽性能.4.抖動指標(biāo)遠(yuǎn)優(yōu)于通信標(biāo)準(zhǔn).5.利用光路帶內(nèi)通道監(jiān)控對端設(shè)備,對端工作狀態(tài)通過面版上指示燈顯示. 6.提供命令 8 個 E1 對端環(huán)回環(huán)回功能;提供一路公務(wù)電話接口(選用).3.3.1、 O

35、LYCOMOM 8108-240B 光端機(jī) (2)COCOM 16E1 光端機(jī)參數(shù):參考價(jià)格:￥2800 功能特點(diǎn): 16E1 光端機(jī)可以將 16 個 2.048Mb/s 的支路信號復(fù)接成 42.224Mb/s 的群路光信號,具 有 2 個方向的光接口.該設(shè)備集成了 PDH 設(shè)備的新技術(shù)和 SDH 設(shè)計(jì)思想,支持最新的國際標(biāo) 準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn).提供三路接口類型可選的數(shù)據(jù)通道及一路公務(wù)電話,具備完善的告警和網(wǎng)管 功能.可組建經(jīng)濟(jì),靈活的多業(yè)務(wù)混合網(wǎng).可應(yīng)用于交換機(jī)局間中繼,局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸,大 用戶出租業(yè)務(wù) 2M 接入, 住宅小區(qū)/智能大廈寬帶接入, 移動基站, 尋呼臺站的連接等. HM-P480 1

36、6E1 光端機(jī)可直接安裝在 19 機(jī)架上,采用機(jī)架結(jié)構(gòu)時可實(shí)現(xiàn)集中網(wǎng)管,集供中電. 以上兩種光端機(jī)就是在這次設(shè)計(jì)中所需要的兩種光端機(jī),而且我們得出了以下結(jié)論. 模擬光端機(jī)實(shí)現(xiàn)的方式要比數(shù)字光端機(jī)簡單些,而且調(diào)制解調(diào)芯片目前市場上的價(jià)格十 分低廉,所以系統(tǒng)造價(jià)相對便宜些.數(shù)字光端機(jī)相對比較復(fù)雜,技術(shù)含量較高.它所使用的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片,復(fù)接和分接芯片以及可編程邏輯芯片目前市場價(jià)都比較昂貴.數(shù)字光端機(jī)具有傳輸信號質(zhì)量高,沒有模擬調(diào)頻,調(diào)相,調(diào)幅光端機(jī)多路信號同傳時交調(diào)干擾嚴(yán)重, 容易受環(huán)境干擾影響,傳輸質(zhì)量低劣,長期工作穩(wěn)定性差的缺點(diǎn),因此許多大型重點(diǎn)工程已普遍采用數(shù)字光端機(jī). 從長遠(yuǎn)來看,數(shù)字傳輸?shù)?/p>

37、應(yīng)用將會成為主流,數(shù)字光端機(jī)將會被業(yè)主們作為一種必需的設(shè)備而采用.4、具體的實(shí)施及方案光纜施工現(xiàn)場及工程驗(yàn)收的測試方法與標(biāo)準(zhǔn)要求,以及測試中應(yīng)注意的問題,對光纜工 程正確,合理和規(guī)范的質(zhì)量檢測,發(fā)現(xiàn)隱患及時解決,以便延長光纜的使用壽命,減少光纜 線的維護(hù)量,確保通信暢通,將起到應(yīng)有的作用.對工程的布線走向如下圖:駕校訓(xùn)練場學(xué)生活動中心11#宿舍10#宿舍四號教學(xué)樓7#宿舍學(xué)生餐廳二號教學(xué)樓廣場 操場 6#二號三號圖書館5#3#4#汽車學(xué)院一號2#1#9#實(shí)驗(yàn)樓8# 5.1分為兩種路徑 A,B布線圖 光纜施工的現(xiàn)場測試為連接光端機(jī)總調(diào)測做準(zhǔn)備.單盤光纜測試的目的在于工廠產(chǎn)品的 質(zhì)量;施工布放后的

38、測試是為檢查布放過程有無損傷,并作為接續(xù)前的檢查;接續(xù)中的測試 是為了檢查接頭是否達(dá)到低損耗;接續(xù)后組成單元光纜段的測試,目的在于檢查是否達(dá)到設(shè) 計(jì)對傳輸總衰減和總基帶響應(yīng)要求,作為連接光端機(jī)總調(diào)測的準(zhǔn)備.單模光纖是以色散系數(shù) 來表征色散的.4.1、光纜線路的施工程序光纜施工的現(xiàn)場測試很重要,它為連接光端機(jī)總測試做準(zhǔn)備. (1)光纜的彎曲半徑不小于光纜外徑的 15 倍,施工過程中不應(yīng)小于 20 倍.(2)布放光纜時,光纜必須由纜盤上放出并保存松弛的弧形. (3)布放光纜時,牽引力應(yīng)不超過光纜允許張力的 80%,瞬時最大引力不得超過光纜允許 張力的 100%.而且應(yīng)牽引光纜的加強(qiáng)心部分,并作好光

39、纜頭部的防水加強(qiáng)處理.(4)布放過程中無扭轉(zhuǎn),嚴(yán)禁打小卷,浪涌等現(xiàn)象.如纏整線應(yīng)以8字盤整. (5)光纜引入和引出必須加順引裝置,不可直接拖地. (6)將對應(yīng)纖序的光纖進(jìn)行熔接時,進(jìn)行熔接損耗估算. 我們一般把劃光纜線路的施工程序分為準(zhǔn)備,敷設(shè),接續(xù),測試和竣工驗(yàn)收五個階段.單盤檢驗(yàn)主要是檢查光纜的外觀,光纖的有關(guān)特性及信號線等等.路由復(fù)測應(yīng)一 批準(zhǔn)的施工設(shè)計(jì)圖為依據(jù),復(fù)核光纜路由的具體走向,敷設(shè)條件以及接頭的具體位置,復(fù)測 路由的地面距離等,為光纜得配盤等提供必要條件. 路由準(zhǔn)備包括管道光纜敷設(shè)得管道清理,預(yù)防鐵絲或預(yù)放塑料導(dǎo)管,以及直埋敷設(shè)時光 纜溝的開挖,接頭坑的設(shè)置等準(zhǔn)備工作.體將為工程的順利進(jìn)行和光纜的安全敷設(shè)提供便利 條件. 以上統(tǒng)稱為光纜線路施工的準(zhǔn)備階段.4.2 、光纜的直埋鋪設(shè)所謂直埋光纜方式就是指通過挖溝開槽，將光纜直接理入地下，因而，在施工時，應(yīng)注意： 光纜的深度與