光纖傳輸?shù)脑O計與實現(xiàn)

word文檔可自由復制編輯合肥學院課程設計報告題目：光纖傳輸?shù)脑O計與實現(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)班學號：姓名：導師：2013年十二月八號word文檔可自由復制編輯《現(xiàn)代通信技術課程設計》論文題目數(shù)字圖像光纖傳輸?shù)脑O計與實現(xiàn)設計類型工程應用導師姓名張倩主要內(nèi)容及目標設計一個數(shù)字圖像光纖傳輸系統(tǒng)，要求：1、了解計算機數(shù)字圖像光傳輸?shù)脑恚?、設計計算機數(shù)字圖像的光纖傳輸框圖；3、給出計算機數(shù)字圖像光傳輸工作流程圖；4、試實現(xiàn)一臺PC機發(fā)送,兩臺PC機同時接收；具有的設計條件根據(jù)設計要求提供相關的試驗環(huán)境：1．光纖通信實驗箱2．20M雙蹤示波器3．FC-FC單模尾纖4．USB連接線5．PC機6．信號連接線2根計劃學生數(shù)及任務計劃學生數(shù)3人1人主要進行系統(tǒng)方案設計；1人主要進行系統(tǒng)搭建；1人主要進行系統(tǒng)調(diào)試和數(shù)據(jù)分析計劃設計進程第14周查資料了解計算機數(shù)字圖像光傳輸?shù)脑恚O計計算機數(shù)字圖像的光纖傳輸實現(xiàn)方案第15周實現(xiàn)計算機數(shù)字圖像的光纖傳輸，同時完成課程設計報告參考文獻[1]馬麗華.《光纖通信系統(tǒng)》北京郵電大學出版社2009-09.[2]胡慶.《光纖通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡（修訂版）》電子工業(yè)出版社2010-\o"2010年08月出版的圖書"08.目錄數(shù)字圖像光纖傳輸系統(tǒng)設計與實現(xiàn) 3摘要： 3關鍵字： 3正文： 31光纖傳輸原理以及相關知識 31.1傳輸過程圖 31.2光纖傳輸?shù)奶攸c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實現(xiàn)光聯(lián)網(wǎng) 62.2.3新一代的光纖 72.3設計電路圖 72.4光纖傳輸實驗步驟 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 13數(shù)字圖像光纖傳輸系統(tǒng)設計與實現(xiàn)摘要：光纖通信是利用光波在光導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，了解計算機數(shù)字圖像光傳輸?shù)脑?，掌握計算機數(shù)字圖像光傳輸?shù)幕窘Y(jié)構(gòu)。關鍵字：光纖傳輸，電光轉(zhuǎn)換，計算機數(shù)字圖像正文：1光纖傳輸原理以及相關知識1.1傳輸過程圖計算機數(shù)據(jù)信號從USB的接口進入，送到光發(fā)送端機進行電光轉(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完成光電轉(zhuǎn)換和信號恢復，再送回PC機上進行顯示，其傳輸過程的方框圖如圖1所示：光電光電電光光纖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計算機數(shù)字圖像的光纖傳輸框圖1.2光纖傳輸?shù)奶攸c優(yōu)勢及傳輸原理光纜傳輸?shù)膶崿F(xiàn)與發(fā)展形成了它的幾個優(yōu)點。相對于銅線每秒1.54MHZ的速率光纖網(wǎng)絡的運行速率達到了每秒2.5GB。從帶寬看，很大的優(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傳輸光纜中信號。光纖電纜對諸如無線電、電機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。從長遠維護角度來看，光纜最終的維護成本會非常低。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，是信息到光纖線路的起始點。發(fā)射機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動，光纖內(nèi)部全反射原理說明了當入射角超過臨界值時，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、安全性能高、體積小、重量輕等優(yōu)點，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，光纖的頻帶可達到1．0GHz以上，一般像的帶寬只有8MHz，一個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，遠遠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)，不導電，不會因斷路、雷擊等原因產(chǎn)生火花，因此安全性強，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)，傳輸介質(zhì)、檢測器(又稱光接收機)。計算機網(wǎng)絡之間的光纖傳輸中，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現(xiàn)雙絞線與光纖連接的設備，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?，實現(xiàn)網(wǎng)絡間的數(shù)據(jù)傳輸。我國和歐洲的標準速率為2．048Mbps，光端機的主要作用就是實現(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和數(shù)字式光端機。因此，光纖傳輸系統(tǒng)按傳輸信號可分為數(shù)字傳輸系統(tǒng)和模擬傳輸系統(tǒng)。模擬傳輸系統(tǒng)是把光強進行模擬調(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。當然，隨著光纖傳輸信號的不同所需要的設備有所不同。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)芯進行傳輸，只傳輸主模我們稱之為單模光纖(Single—Mode)。1.3光纖傳輸特性光纜不易分支，因為傳輸?shù)氖枪庑盘?，所以一般用于點到點的連接。光的總線拓撲結(jié)構(gòu)的實驗性多點系統(tǒng)已經(jīng)建成，但是價格還太貴。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1.5～2KM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壽命的要求。運行在0.85um波長的發(fā)光二極管檢波器PIN也是低價的接收器。雪崩光二極管。的信號增益比PIN大，但要用20～50V的電源，而PIN檢波器只需用5V電源。如果要達到更遠距離和更高速率，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，要求每個連接器的連接損耗低于25dB，易于安裝，價格較低。光纖的芯子和孔徑愈大，從發(fā)光二極管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。運行在0.8um波長的光纖衰6dB/Km運行在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）、傳輸介質(zhì)、檢測器(又稱光接收機)。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完成，它的主要作用就是實現(xiàn)電一光、光一電的轉(zhuǎn)換。以數(shù)字光端機為例，分為發(fā)射機和接收機，發(fā)射機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)芯進行傳輸，只傳輸主模我們稱之為單模光纖(Single—Mode)。有多個模式在光纖中傳輸，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，在進行設計時，我們就可以從兩個方面著手。認真分析實際需求，統(tǒng)籌規(guī)劃，抓住光通路設計和光端機配置兩個方面。單模傳輸設備所采用的光器件是LD，通常按波長可分為850nm和1300nm兩個波長，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，決定其傳輸距離限制的是衰減因數(shù)；因為在1310nm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-SCST-STFC－FC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)展始終按照電的時分復用(TDM)方式進行，每當傳輸速率提高4倍，傳輸每比特的成本大約下降30％～40％：因而高比特率系統(tǒng)的經(jīng)濟效益大致按指數(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年時間里增加了2000倍，比同期微電子技術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)務傳輸容量，而且也為各種各樣的新業(yè)務，特別是寬帶業(yè)務和多媒體提供了實現(xiàn)的可能。2.2.2實現(xiàn)光聯(lián)網(wǎng)上述實用化的波分復用系統(tǒng)技術盡管具有巨大的傳輸容量，但基本上是以點到點通信為基礎的系統(tǒng)，其靈活性和可靠性還不夠理想。如果在光路上也能實現(xiàn)類似SDH在電路上的分插功能和交叉連接功能的話，無疑將增加新一層的威力。根據(jù)這一基本思路，光的分插復用器(OADM)和光的交叉連接設備(OXC)均已在實驗室研制成功，前者已投入商用。實現(xiàn)光聯(lián)網(wǎng)的基本目的是：實現(xiàn)超大容量光網(wǎng)絡；．實現(xiàn)網(wǎng)絡擴展性，允許網(wǎng)絡的節(jié)點數(shù)和業(yè)務量的不斷增長；實現(xiàn)網(wǎng)絡可重構(gòu)性，達到靈活重組網(wǎng)絡的目的；實現(xiàn)網(wǎng)絡的透明性，允許互連任何系統(tǒng)和不同制式的信號；實現(xiàn)快速網(wǎng)絡恢復，恢復時間可達100ms。鑒于光聯(lián)網(wǎng)具有上述潛在的巨大優(yōu)勢，發(fā)達國家投入了大量的人力、物力和財力進行預研。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)務量的爆炸式增長，電信網(wǎng)正開始向下一代可持續(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設施是下一代網(wǎng)絡的物理基礎。傳統(tǒng)的G.652單模光纖在適應上述超高速長距離傳送網(wǎng)絡的發(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)絡基礎設施的重要組成部分。目前，為了適應干線網(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設計電路圖實驗電路中，外接PC機用的USB口為USB701，接口芯片為U302，其型號為CH372。USB模塊接收的PC機數(shù)據(jù)從P701串行送出，發(fā)送至PC機的數(shù)據(jù)P702輸入。圖4為計算機光傳輸?shù)墓ぷ髁鞒虉D：光發(fā)單元光發(fā)單元P701P701光發(fā)端機1310/1550圖像入圖像入USB接口電路USB接口電路P702P702P201/P203USB701P201/P203USB701USB接口USB接口圖像出光發(fā)圖像出光發(fā)端機1310/1550光收單元P202／P204光收單元P202／P204圖4計算機數(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光纖傳輸實驗步驟1．關閉系統(tǒng)電源，按照圖4將信號連接線、1310nm光發(fā)射端機的TX1310法蘭接口、FC-FC單模尾纖、1310nm光接收端機的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“光纖傳輸實驗-USB數(shù)據(jù)”的子菜單，確認；3．將USB線連好。如果系統(tǒng)工作正常，PC機能檢測到可使用的USB設備。4．在PC機上運行圖像傳輸軟件，選擇完圖像后點擊圖像傳輸，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)需要關電復位。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擊“打開圖像文件”，彈出對話框：選擇一幅圖像，如：Couple,然后點擊圖像傳輸圖片傳輸過程圖1圖片傳輸過程圖2圖片傳輸過程圖3圖片傳輸過程圖43.3數(shù)據(jù)分析圖片傳輸發(fā)射機首先將輸入的信號變換成“1”，“0”數(shù)字脈沖信號，并以其作