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武漢波仕電子有限公司 孫漢華 027-51518044
1 光纖通信的發(fā)展?fàn)顩r
1966年英籍華裔學(xué)者高錕（C.K.KA）和霍克哈母（C.K.HOCKHAM）發(fā)表了關(guān)于傳輸介質(zhì)新概念的論文，指出了利用光纖（Optical Fiber）進(jìn)行信息傳輸?shù)目赡苄院图夹g(shù)途徑，奠定了現(xiàn)代光通信——光纖通信的基礎(chǔ)。1970年，光纖研制取得了重大突破，同時(shí)作為光纖通信用的光源也取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。由于光纖和半導(dǎo)體激光器的技術(shù)進(jìn)步，是1970年成為光纖通信發(fā)展的一個(gè)重要里程碑。1976年，美國在亞特蘭大（ATLANTA ）進(jìn)行了世界上第一個(gè)實(shí)用光纖通信系統(tǒng)的現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)采用GAALAS激光器作為光源，多模光纖做傳輸介質(zhì)，速率為44.7Mb/s，傳輸距離約10km。1976年美國亞特蘭大進(jìn)行的現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，標(biāo)志著光纖通信從基礎(chǔ)發(fā)展到了商業(yè)應(yīng)用的階段。此后，光纖通信技術(shù)不斷發(fā)展：光纖從多模發(fā)展到單模，工作波長從0.85um發(fā)展到1.31和1.55um，傳輸速率從幾十發(fā)展到幾十。另一方面，隨著技術(shù)的進(jìn)步和大規(guī)模產(chǎn)業(yè)的形成，光纖價(jià)格不斷下降，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大：從初期的市話局間中繼到長途干線進(jìn)一步延伸到用戶接入網(wǎng)，從數(shù)字電話到有線電視（CATV），從單一類型信息的傳輸?shù)蕉喾N業(yè)務(wù)的傳輸。目前光纖已成為信息寬帶的主要媒質(zhì)，光纖通信系統(tǒng)將成為未來國家基礎(chǔ)設(shè)施的支柱。
2 光纖通信系統(tǒng)
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(dòng)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。
光纖通信就是利用光波作為載波來傳送信息，而以光纖作為傳輸介質(zhì)實(shí)現(xiàn)信息傳輸，達(dá)到通信目的的一種最新通信技術(shù)。
通信的發(fā)展過程是以不斷提高載波頻率來擴(kuò)大通信容量的過程，光頻作為載頻已達(dá)通信載波的上限，因?yàn)楣馐且环N頻率極高的電磁波（3×1014Hz），因此用光作為載波進(jìn)行通信容量極大，是過去通信方式的千百倍，具有極大的吸引力，光通信是人們早就追求的目標(biāo)，也是通信發(fā)展的必然方向。
光纖通信與以往的電氣通信相比，主要區(qū)別在于有很多優(yōu)點(diǎn)：它傳輸頻帶寬、通信容量大；傳輸損耗低、中繼距離長；線徑細(xì)、重量輕，原料為石英，節(jié)省金屬材料，有利于資源合理使用；絕緣、抗電磁干擾性能強(qiáng)；還具有抗腐蝕能力強(qiáng)、抗輻射能力強(qiáng)、可繞性好、無電火花、泄露小、保密性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可在特殊環(huán)境或軍事上使用。
光纖通信的應(yīng)用領(lǐng)域是很廣泛的，主要用于市話中繼線，光纖通信的優(yōu)點(diǎn)在這里可以充分發(fā)揮，逐步取代電纜，得到廣泛應(yīng)用。還用于長途干線通信過去主要靠電纜、微波、衛(wèi)星通信，現(xiàn)以逐步使用光纖通信并形成了占全球優(yōu)勢的比特傳輸方法；用于全球通信網(wǎng)、各國的公共電信網(wǎng)（如我國的國家一級干線、各省二級干線和縣以下的支線）；它還用于高質(zhì)量彩色的電視傳輸、工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)視和調(diào)度、交通監(jiān)視控制指揮、城鎮(zhèn)有線電視網(wǎng)、共用天線（CATV）系統(tǒng)，用于光纖局域網(wǎng)和其他如在飛機(jī)內(nèi)、飛船內(nèi)、艦艇內(nèi)、礦井下、電力部門、軍事及有腐蝕和有輻射等中使用。
光纖傳輸系統(tǒng)主要由：光發(fā)送機(jī)、光接收機(jī)、光纜傳輸線路、光中繼器和各種無源光器件構(gòu)成。要實(shí)現(xiàn)通信，基帶信號還必須經(jīng)過電端機(jī)對信號進(jìn)行處理后送到光纖傳輸系統(tǒng)完成通信過程。圖1示為一光纖通信系統(tǒng)框圖。
圖 1 光通信系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)圖
它適合于光纖模擬通信系統(tǒng)中，而且也適用于光纖數(shù)字通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。在光纖模擬通信系統(tǒng)中，電信號處理是指對基帶信號進(jìn)行放大、預(yù)調(diào)制等處理，而電信號反處理則是發(fā)端處理的逆過程，即解調(diào)、放大等處理。在光纖數(shù)字通信系統(tǒng)中，電信號處理是指對基帶信號進(jìn)行放大、取樣、量化，即脈沖編碼調(diào)制（PCM ）和線路碼型編碼處理等，而電信號反處理也是發(fā)端的逆過程。對數(shù)據(jù)光纖通信，電信號處理主要包括對信號進(jìn)行放大，和數(shù)字通信系統(tǒng)不同的是它不需要碼型變換。
3 光端機(jī)的作用和目前光端機(jī)的狀況
在光纖通信系統(tǒng)中，光發(fā)射機(jī)是光端機(jī)、光中繼器的重要組成部分，它的最基本功能是將要傳輸?shù)碾娦盘栒{(diào)制在光波上，并將其注入到光纖線路中。光接收機(jī)的主要功能是將接收的光信號變換為原電信號，并且用自動(dòng)增益控制電路（AGC）保證穩(wěn)定的輸出，光接收的主要部件是光檢測器，它的主要任務(wù)是進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。從光發(fā)送端輸出經(jīng)光纜線路傳輸被衰減的光信號到達(dá)接收端已是很微弱的了，為了有效地進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)要求光檢測器要響應(yīng)度高、噪聲低，響應(yīng)速度快，工作穩(wěn)定可靠。
目前的數(shù)據(jù)光端機(jī)已經(jīng)有一段發(fā)展歷程了，不在是簡單的一路或四路的，也不在是單純的某一接口了，而已經(jīng)達(dá)到上百路（如120路、240路等），各種不同接口（RS-232、RS-485、USB等）相當(dāng)成熟的地步了，像武漢波仕電子、北京訊風(fēng)通信、杭州億幫通信等公司的主要產(chǎn)品就是光端機(jī)，其中波仕電子的RS-232單模和多模的光端機(jī)還可以做到無須電源。本文僅就八路來說明其復(fù)用原理。
4 數(shù)據(jù)光端機(jī)設(shè)計(jì)所要達(dá)到的目的和功能及意義
本設(shè)計(jì)為多路RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)是一種廣泛使用的普及標(biāo)準(zhǔn)。它涉及使用的普及標(biāo)準(zhǔn)。它涉及的范圍很廣，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了通信和計(jì)算機(jī)的領(lǐng)域。60年代中期，幾乎毫無例外的使用電話交換網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問，于是RS-232C接口進(jìn)行本地通信，因此使用更加廣泛。本設(shè)計(jì)正是基于RS-232串行口通過光纖傳輸。
隨著分布計(jì)算機(jī)的建立，所需通信設(shè)備費(fèi)用逐漸成為用戶所關(guān)心的主要問題，為了減少這些費(fèi)用，通過研究大量網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而確定盡可能采用專用設(shè)備。很多網(wǎng)絡(luò)是地理分布的用戶訪問公用計(jì)算設(shè)備，將中心的地區(qū)建設(shè)成為鏈接這些用戶到計(jì)算機(jī)的服務(wù)中心。盡管當(dāng)終端業(yè)務(wù)量較少，使用專用租用線費(fèi)用不太合理，但若能采用很多終端共用通信設(shè)備的結(jié)構(gòu)，一般就能減少對一組用戶提供通信的積累費(fèi)用，而多路復(fù)用器的利用就可能用一條高速線路承擔(dān)原來有一組低俗線路分別傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)量，所以當(dāng)同一地理區(qū)域的大量數(shù)據(jù)終端進(jìn)行通信時(shí)，或者但任意距離的很多租用線并行傳輸時(shí)應(yīng)考慮使用多路復(fù)用器。
本數(shù)據(jù)光端機(jī)采用多路的設(shè)計(jì)，不但可以大大利用了線路，充分利用光纖巨大的帶寬資源。并且可以更廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，本設(shè)計(jì)的八路復(fù)用技術(shù)，可用八路信道傳輸不同的信息，將不同信息復(fù)用到一條光中進(jìn)行傳輸，節(jié)省了設(shè)備，在現(xiàn)場的應(yīng)用中可在同一系統(tǒng)中，將多種控制信息和數(shù)據(jù)信息用一臺(tái)光端機(jī)進(jìn)行傳輸，可同時(shí)連接計(jì)算機(jī)及其他符合RS-232標(biāo)準(zhǔn)的終端，方便控制和操作。這就是多路復(fù)用光端機(jī)的設(shè)計(jì)意義之所在，本文僅以八路復(fù)用來起到拋磚引玉的作用。
5 數(shù)據(jù)光端機(jī)的設(shè)計(jì)整體說明
整體電路的原理框圖如圖2所示：它將若干終端多路接入一個(gè)高速數(shù)據(jù)鏈路中，發(fā)送過程由計(jì)算機(jī)或終端傳送來的RS-232C標(biāo)準(zhǔn)信號先要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，將RS-232C電平轉(zhuǎn)換為TTL電平，以便和后續(xù)電路兼容，再經(jīng)過MOTOROLA的MC145428異步同步轉(zhuǎn)換芯片將RS-232C幀結(jié)構(gòu)中的起始位，停止位去除后，轉(zhuǎn)換為同步輸出。再經(jīng)過一個(gè)多路復(fù)用電路將多路信號復(fù)用唯一路徑LED驅(qū)動(dòng)后再對光源進(jìn)行調(diào)制，將電信號轉(zhuǎn)換為光信號發(fā)送到光纖中傳輸。
圖2 系統(tǒng)原理框圖
接收過程同理，由光接收模塊將接收后的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過一個(gè)線接收器再經(jīng)過一個(gè)ECL/TTL電平轉(zhuǎn)換器將信號送入復(fù)用電路，通過復(fù)用電路中的時(shí)序電路的控制將接收到的各路信號分離并送入各個(gè)信道，經(jīng)過同步異步MC145428芯片的轉(zhuǎn)換，加入起始位和停止位，再將其轉(zhuǎn)為RS-232C電平，使其符合RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)，能在計(jì)算機(jī)或終端中傳輸。這就是整個(gè)電路的工作原理。
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