塑料光纤(POF)通信系统的研究

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  【摘要】:随着全球信息产业的不断发展壮大,光纤通信已经成为当今信息社会不可缺少的神经系统。近几年在塑料光纤领域不断产生新的突破,使通信带宽和速度不断升级,特别是拥有巨大带宽资源的用于光信号传输梯度折射率塑料光纤。本文阐述的通信系统正是基于对塑料光纤的应用而设计的,介绍了塑料光纤的基本理论知识,较为全面的阐述了塑料光纤通信系统的各个部分组成和功能。
  【关键词】:光纤通信;塑料光纤;塑料光纤通信系统
  1.课题研究目的和意义
  随着塑料光纤技术的日趋成熟,塑料光纤在短距离高速通信领域显出比传统石英光纤更大的优势, POF由于制造简单、价格便宜、快捷等优点,非常适合用在局域网中的短距离通信、有线电视网及室内计算机之间互联,从而成为短距离高宽带通信网的最理想选择。适合应用于办公设备互联,家庭智能电子产品和家庭网络,制造业,车载机通信网络和控制系统等。而中国在塑料光纤系统领域还有待于进一步跨越式发展。为了能够在已有理论和实践基础上,利用现有资源、条件,对塑料光纤短距离通信领域进行了解、研究,引用设计实例并对其中主要功能模块进行分析。
  2.光纤通信基本原理
  光纤由纤芯和包层组成,呈圆柱形。光纤通信的基本原理:当光入射到光纤的纤芯时,纤芯与包层的界面产生向内反射,使光波受到引导而局限于纤芯内部向前传播。一个基本的光纤通信系统由光发送机、光纤线路、光接收機组成。光发送机基本功能是把电信号转换成光信号,把光信号送入传输光纤,它主要由光源和驱动电路构成,常用光源器件有LED和LD,电流经过发光二极管,发射出一定波长的光子,完成电和光的转换。光接收机主要由光检测器件和均衡放大电路组成。光检测器件常用的有PIN和APD,传输线内光子经过光电二极管时产生电流,从而实现光电还原。
  3.光纤通信系统的组成
  光纤通信系统的组成如图1所示,它包括发送、传输和接收三个部分。加上适当的接口以后,就可作为一个独立的“光线路”插入现有的或新架设的通信系统中,根据所传信号的形式,可以把光纤通信系统分为数字光纤通信系统和模拟光纤通信系统两大类。因为光纤的频带很宽,对传输数字信号十分有利,所以高速率、大容量、长距离的光纤通信系统均为数字光纤通信系统,短距离、小容量的光纤通信系统通常采用模拟光纤通信系统[1]。
  图1光纤通信系统组成框图
  4.塑料光纤通信系统方案设计
  塑料光纤通信系统设计方案的确定突出以下设计思想:具有相对独立性,可扩展性,可靠性和易管理维护性,以及一定的实用性和前瞻性。图2和3分别为通信系统的发射部分与接收部分。在一个实际应用的光纤塑料光纤通信系统中,光纤发射机和接收机中的编码器和解码器是必不可少的,它们也是工程技术和维护人员工作的核心部件[3]。
  5.在数字光纤通信系统中传输码型的要求
  线路码型是数字光纤通信系统中必不可少的重要组成部分[4]。适合数字光纤通信系统传输的码型很多,本系统所采用的是CMI码型。CMI(Coded Mark Inversion)码是传号反转码的简称,其编码规则为:“1”码交替用“00”和“11”表示;“0”码用“01”表示。CMI码的编码表如下:
  从表5中可以看出,当CMI码编码器输入码字出现连“l”时,如果第一个“1”就变换为“00”,则其第二个“1”就变换为“11”,呈“00”和“11”交替出现。所以,CMI码由“01”、均等码和“00”、“11”不均等码构成。CMI码虽然模式I“0”多,模式II“1”多,但交替的结果使整个码流中的“0”和“l”均等。这种码的最大连“0”和连“1”数都是3个.因而这种码型有较多的电平越变,含有很丰富的定时信息。这种码当编码规则被破坏产生误码时很容易进行运行误码监测。
  CMI编码电路方框图如图6所示,根据CMI的编码要求,首先对数据进行判断,如果输入的是数据“0”,则输出的数据为“01”;如果输入时数据“1”时,就要对“1”的奇偶性进行判断,当第一个“1”到来时,输出为“00”,当第二个“1”到来时,输出为“11”,并不断的交替反转,来实现1的编码。经过编码的信息含有丰富的时钟信息,在接收端可以利用信号的不断反转,通过锁相环和窄带滤波器实现时钟提取的目的。经过CMI编码的占用的信道带宽提高一倍,相应的时钟也提高一倍,因此,我们可用二分频器将系统时钟分频,来实现系统信息速率的匹配。
  单极性码输入本单元后首先用时钟同步一下,如果输入信码“1”,则控制电路翻转并试结果输出。如果输入信码是“0”则打开一个门开关,使时钟的反相输出。
  6.结束语
  本文着重讨论和阐述了塑料光纤通信系统的传输码型、光纤接收机的具体实现方案。设计方法是采用模块化设计方法,单独分块,单独设计,并保证在各模块相对独立的基础上实现其整体功能,其优点表现在系统的灵活性强、易操作性、易维护性和易扩展性等方面。本系统能够在一定程度上体现一般的光纤通信系统的数字信息解码编码传输方式。要把此系统作为实验乃至工业推广应用还需要更加缜密的考虑和解决诸如系统适应性、技术更新、具体环境、经济效益等问题。
  参考文献:
  [1] 赵梓森等编著,中国通信学会主编.光纤通信系统工程(修订本)[M].北京:人民邮电出版社,2009:621-842.
  [2] 于荣金.全面解决塑料光纤损耗大的世界性难题[A].全国第二届塑料光纤、聚合物光子器件研究、生产和应用会议论文集[C].秦皇岛,2011:1-6.
  [3] 刘云红.光纤光栅传感器技术及其应用[J].传感器界,2012(3):23-25.
  [4] 王志功.光纤通信集成电路设计[M].北京:高等教育出版社,2013:277-302.
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