光纤传输的设计与实现

word文档可自由复制编辑合肥学院课程设计报告题目：光纤传输的设计与实现系别：电子信息与电气工程系专业：通信工程专业班级：10级通信(2)班学号：姓名：导师：2013年十二月八号word文档可自由复制编辑《现代通信技术课程设计》论文题目数字图像光纤传输的设计与实现设计类型工程应用导师姓名张倩主要内容及目标设计一个数字图像光纤传输系统，要求：1、了解计算机数字图像光传输的原理；2、设计计算机数字图像的光纤传输框图；3、给出计算机数字图像光传输工作流程图；4、试实现一台PC机发送,两台PC机同时接收；具有的设计条件根据设计要求提供相关的试验环境：1．光纤通信实验箱2．20M双踪示波器3．FC-FC单模尾纤4．USB连接线5．PC机6．信号连接线2根计划学生数及任务计划学生数3人1人主要进行系统方案设计；1人主要进行系统搭建；1人主要进行系统调试和数据分析计划设计进程第14周查资料了解计算机数字图像光传输的原理，设计计算机数字图像的光纤传输实现方案第15周实现计算机数字图像的光纤传输，同时完成课程设计报告参考文献[1]马丽华.《光纤通信系统》北京邮电大学出版社2009-09.[2]胡庆.《光纤通信系统与网络（修订版）》电子工业出版社2010-\o"2010年08月出版的图书"08.目录数字图像光纤传输系统设计与实现 3摘要： 3关键字： 3正文： 31光纤传输原理以及相关知识 31.1传输过程图 31.2光纤传输的特点优势及传输原理 41.3光纤传输特性 42光纤传输系统和步骤 52.1光纤传输系统 52.2光纤传输拓展 62.2.1向超高速系统的发展 62.2.2实现光联网 62.2.3新一代的光纤 72.3设计电路图 72.4光纤传输实验步骤 73．软件安装与光纤传输数据与分析 83.1USB驱动安装 83.2光纤传输图片过程 93.3数据分析 124.结束语 125参考文献 13数字图像光纤传输系统设计与实现摘要：光纤通信是利用光波在光导纤维中传输信息的通信方式，是现代通信网的主要传输手段，本文主要根据光纤通信的的发展，了解计算机数字图像光传输的原理，掌握计算机数字图像光传输的基本结构。关键字：光纤传输，电光转换，计算机数字图像正文：1光纤传输原理以及相关知识1.1传输过程图计算机数据信号从USB的接口进入，送到光发送端机进行电光转换，转换成光信号，光信号经光纤信道传输再由光接收端机完成光电转换和信号恢复，再送回PC机上进行显示，其传输过程的方框图如图1所示：光电光电电光光纤1310nmLD+单模数字图像发送数字图像接收光发射光接收TX1310RX1310PC图1计算机数字图像的光纤传输框图1.2光纤传输的特点优势及传输原理光缆传输的实现与发展形成了它的几个优点。相对于铜线每秒1.54MHZ的速率光纤网络的运行速率达到了每秒2.5GB。从带宽看，很大的优势是：光纤具有较大的信息容量，这意味着能够使用尺寸很小的电缆，将来就不用更新或增强传输光缆中信号。光纤电缆对诸如无线电、电机或其他相邻电缆的电磁噪声具有较大的阻抗，使其免于受电噪声的干扰。从长远维护角度来看，光缆最终的维护成本会非常低。光纤使用光脉冲沿光线路传输信息，以替代使用电脉冲沿电缆传输信息。在系统的一端是发射机，是信息到光纤线路的起始点。发射机接收到的已编码电子脉冲信息来自于铜线电缆，然后将信息处理并转换成等效的编码光脉冲。使用发光二极管或注入式激光器产生光脉冲，同时采用透镜，将光脉冲集中到光纤介质，使光脉冲沿线路在光纤介质中传输。由内部全反射原理可知，光脉冲很容易眼光纤线路运动，光纤内部全反射原理说明了当入射角超过临界值时，光就不能从玻璃中溢出；相反，光纤会反射回玻璃内。光纤传输具有衰减小、频带宽、抗干扰性强、安全性能高、体积小、重量轻等优点，所以在长距离传输和特殊环境等方面具有无法比拟的优势。传输介质是决定传输损耗的重要因素，决定了传输信号所需中继的距离，光纤作为光信号的传输介质具有低损耗的特点，光纤的频带可达到1．0GHz以上，一般像的带宽只有8MHz，一个通道的图象用一芯光纤传输绰绰有余，在传输语音控制信号或接点信号方面更为优势，光纤传输中的载波是光波，光波是频率极高的电磁波，远远比电波通讯中所使用的频率高，所以不受干扰。且光纤采用的玻璃材质，不导电，不会因断路、雷击等原因产生火花，因此安全性强，在易燃，易爆等场合特别适用。光纤传输系统主要由三部分组成：光源(又称光发送机)，传输介质、检测器(又称光接收机)。计算机网络之间的光纤传输中，光源和检测器的工作一般都是用光纤收发器完成的，光纤收发器简单的来说就是实现双绞线与光纤连接的设备，其作用是将双绞线所传输的信号转换成能够通过光纤传输的信号(光信号)。当然也是双向的，同样能将光纤传输的信号转换能够在双绞线中传输的信号，实现网络间的数据传输。我国和欧洲的标准速率为2．048Mbps，光端机的主要作用就是实现电一光、光一电的转换。由其转换信号分为模拟式光端机和数字式光端机。因此，光纤传输系统按传输信号可分为数字传输系统和模拟传输系统。模拟传输系统是把光强进行模拟调制，将输入信号变为传输信号的振幅(频率或相位)的连续变化。数字传输系统是把输入的信号变换成“1”，“O”脉冲信号，并以其作为传输信号，在接受端再还原成原来的信号。当然，随着光纤传输信号的不同所需要的设备有所不同。光纤作为传输介质，是光纤传输系统的重要因素。光线只沿光纤的内芯进行传输，只传输主模我们称之为单模光纤(Single—Mode)。1.3光纤传输特性光缆不易分支，因为传输的是光信号，所以一般用于点到点的连接。光的总线拓扑结构的实验性多点系统已经建成，但是价格还太贵。原则上，由光纤功率损失小、衰减少，有较大的带宽潜力，因此，一般光纤能够支持的接头数比双绞线或同轴电缆多得多。目前低价可靠的发送器为0.85um波长发光二极管LED，能支持100Mbps的传输率和1.5～2KM范围内的局域网。激光二极管的发送器成本较高，且不能满足百万小时寿命的要求。运行在0.85um波长的发光二极管检波器PIN也是低价的接收器。雪崩光二极管。的信号增益比PIN大，但要用20～50V的电源，而PIN检波器只需用5V电源。如果要达到更远距离和更高速率，则可用1.3um波长的系统，这种系统衰减很小，但要比0.85um波长系统贵源。另外,与之配套的光纤连接器也很重要，要求每个连接器的连接损耗低于25dB，易于安装，价格较低。光纤的芯子和孔径愈大，从发光二极管LED接收的光愈多，其性能就愈好。芯子直径为100um，包层直径为140um的光纤，可提供相当好的性能。其接收的光能比62.5/125um光纤的多4dB，比50/125um光纤多8.5dB。运行在0.8um波长的光纤衰6dB/Km运行在1.3um波长的光纤衰减为4dB/Km。0.8um的光纤频宽为150MHz/Km，1.3um的光纤频宽为500MHz/Km。2光纤传输系统和步骤2.1光纤传输系统光纤传输系统主要由三部分组成：光源（又称光发送机）、传输介质、检测器(又称光接收机)。在安防监控系统中一般传输的信号有视频、音频和数据三种信号，光源和检测器的工作由光端机完成，它的主要作用就是实现电一光、光一电的转换。以数字光端机为例，分为发射机和接收机，发射机首先将输入的信号变换成“1”，“0”数字脉冲信号，并以其作为传输信号，接收机再将收到的光信号还原成原来的信号。光纤作为传输介质，是光纤传输系统的重要因素。按照传输模式来划分：光线只沿光纤的内芯进行传输，只传输主模我们称之为单模光纤(Single—Mode)。有多个模式在光纤中传输，我们称这种光纤为多模光纤（Multi-Mode）。图2单模和多模光纤在了解了光纤传输系统的原理后，在进行设计时，我们就可以从两个方面着手。认真分析实际需求，统筹规划，抓住光通路设计和光端机配置两个方面。单模传输设备所采用的光器件是LD，通常按波长可分为850nm和1300nm两个波长，按输出功率可分为普通LD、高功率LD、DFB-LD（分布反馈光器件）。单模光纤传输所用的光纤最普遍的是G.652，其线径为9微米。1310nm波长的光在G.652光纤上传输时，决定其传输距离限制的是衰减因数；因为在1310nm波长下，光纤的材料色散与结构色散相互抵消总的色散为0，在1310nm波长上有微小振幅的光信号能够实现宽频带传输。FC-SCST-STFC－FC图3光纤跳线2.2光纤传输拓展2.2.1向超高速系统的发展从过去20多年的电信发展史看，网络容量的需求和传输速率的提高一直是一对主要矛盾。传统光纤通信的发展始终按照电的时分复用(TDM)方式进行，每当传输速率提高4倍，传输每比特的成本大约下降30％～40％：因而高比特率系统的经济效益大致按指数规律增长，这就是为什么光纤通信系统的传输速率在过去20多年来一直在持续增加的根本原因。目前商用系统已从45Mbps增加到10Gbps，其速率在20年时间里增加了2000倍，比同期微电子技术的集成度增加速度还快得多。高速系统的出现不仅增加了业务传输容量，而且也为各种各样的新业务，特别是宽带业务和多媒体提供了实现的可能。2.2.2实现光联网上述实用化的波分复用系统技术尽管具有巨大的传输容量，但基本上是以点到点通信为基础的系统，其灵活性和可靠性还不够理想。如果在光路上也能实现类似SDH在电路上的分插功能和交叉连接功能的话，无疑将增加新一层的威力。根据这一基本思路，光的分插复用器(OADM)和光的交叉连接设备(OXC)均已在实验室研制成功，前者已投入商用。实现光联网的基本目的是：实现超大容量光网络；．实现网络扩展性，允许网络的节点数和业务量的不断增长；实现网络可重构性，达到灵活重组网络的目的；实现网络的透明性，允许互连任何系统和不同制式的信号；实现快速网络恢复，恢复时间可达100ms。鉴于光联网具有上述潜在的巨大优势，发达国家投入了大量的人力、物力和财力进行预研。光联网已经成为继SDH电联网以后的又一新的光通信发展高潮。2.2.3新一代的光纤近几年来随着IP业务量的爆炸式增长，电信网正开始向下一代可持续发展的方向发展，而构筑具有巨大传输容量的光纤基础设施是下一代网络的物理基础。传统的G.652单模光纤在适应上述超高速长距离传送网络的发展需要方面已暴露出力不从心的态势，开发新型光纤已成为开发下一代网络基础设施的重要组成部分。目前，为了适应干线网和城域网的不同发展需要，已出现了两种不同的新型光纤，即非零色散光纤(G.655光纤)和无水吸收峰光纤。2.3设计电路图实验电路中，外接PC机用的USB口为USB701，接口芯片为U302，其型号为CH372。USB模块接收的PC机数据从P701串行送出，发送至PC机的数据P702输入。图4为计算机光传输的工作流程图：光发单元光发单元P701P701光发端机1310/1550图像入图像入USB接口电路USB接口电路P702P702P201/P203USB701P201/P203USB701USB接口USB接口图像出光发图像出光发端机1310/1550光收单元P202／P204光收单元P202／P204图4计算机数字图像光传输工作流程图由发光二极管LED或注入型激光二极管ILD发出光信号沿光媒体传播，在另一端则有PIN或APD光电二极管作为检波器接收信号。2.4光纤传输实验步骤1．关闭系统电源，按照图4将信号连接线、1310nm光发射端机的TX1310法兰接口、FC-FC单模尾纤、1310nm光接收端机的RX1310法兰接口连接好；如图4连接好信号连接线（连接P701、P201；P702、P202）。注意收集好器件的防尘帽。2．打开系统电源，在液晶菜单选择“光纤传输实验-USB数据”的子菜单，确认；3．将USB线连好。如果系统工作正常，PC机能检测到可使用的USB设备。4．在PC机上运行图像传输软件，选择完图像后点击图像传输，可以看到发送图像区域开始发送图像，接收图像区域开始接收图像。5．断开光纤，接收图像区域是否还能正常接收到图像数据。6．关闭系统电源，拆除各光器件并套好防尘帽。注：如果图像传输过程中，断开信道后重新接上，系统需要关电复位。3．软件安装与光纤传输数据与分析3.1USB驱动安装驱动安装图1驱动安装图23.2光纤传输图片过程点击“打开图像文件”，弹出对话框：选择一幅图像，如：Couple,然后点击图像传输图片传输过程图1图片传输过程图2图片传输过程图3图片传输过程图43.3数据分析图片传输发射机首先将输入的信号变换成“1”，“0”数字脉冲信号，并以其作