光纖通信的原理與發展狀況

2021-01-10 千家智客

 1光纖通信的發展狀況

  1966年英籍華裔學者高錕(C.K.KA)和霍克哈母(C.K.HOCKHAM)發表了關於傳輸介質新概念的論文,指出了利用光纖(OpticalFiber)進行信息傳輸的可能性和技術途徑,奠定了現代光通信——光纖通信的基礎。1970年,光纖研製取得了重大突破,同時作為光纖通信用的光源也取得了實質性的進展。由於光纖和半導體雷射器的技術進步,是1970年成為光纖通信發展的一個重要裡程碑。1976年,美國在亞特蘭大(ATLANTA)進行了世界上第一個實用光纖通信系統的現場實驗,系統採用GAALAS雷射器作為光源,多模光纖做傳輸介質,速率為44.7Mb/s,傳輸距離約10km。1976年美國亞特蘭大進行的現場實驗,標誌著光纖通信從基礎發展到了商業應用的階段。此後,光纖通信技術不斷發展:光纖從多模發展到單模,工作波長從0.85um發展到1.31和1.55um,傳輸速率從幾十發展到幾十。另一方面,隨著技術的進步和大規模產業的形成,光纖價格不斷下降,應用範圍不斷擴大:從初期的市話局間中繼到長途幹線進一步延伸到用戶接入網,從數字電話到有線電視(CATV),從單一類型信息的傳輸到多種業務的傳輸。目前光纖已成為信息寬帶的主要媒質,光纖通信系統將成為未來國家基礎設施的支柱。

2光纖通信系統

  光纖通信的誕生和發展是電信史上的一次重要革命與衛星通信、移動通信並列為20世紀90年代的技術。進入21世紀後,由於網際網路業務的迅速發展和音頻、視頻、數據、多媒體應用的增長,對大容量(超高速和超長距離)光波傳輸系統和網絡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實現信息傳輸,達到通信目的的一種最新通信技術。

  通信的發展過程是以不斷提高載波頻率來擴大通信容量的過程,光頻作為載頻已達通信載波的上限,因為光是一種頻率極高的電磁波,因此用光作為載波進行通信容量極大,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,也是通信發展的必然方向。

  光纖通信與以往的電氣通信相比,主要區別在於有很多優點:它傳輸頻帶寬、通信容量大;傳輸損耗低、中繼距離長;線徑細、重量輕,原料為石英,節省金屬材料,有利於資源合理使用;絕緣、抗電磁幹擾性能強;還具有抗腐蝕能力強、抗輻射能力強、可繞性好、無電火花、洩露小、保密性強等優點,可在特殊環境或軍事上使用。

  光纖通信的應用領域是很廣泛的,主要用於市話中繼線,光纖通信的優點在這裡可以充分發揮,逐步取代電纜,得到廣泛應用。還用於長途幹線通信過去主要靠電纜、微波、衛星通信,現以逐步使用光纖通信並形成了佔全球優勢的比特傳輸方法;用於全球通信網、各國的公共電信網(如我國的國家一級幹線、各省二級幹線和縣以下的支線);它還用於高質量彩色的電視傳輸、工業生產現場監視和調度、交通監視控制指揮、城鎮有線電視網、共用天線(CATV)系統,用於光纖區域網和其他如在飛機內、飛船內、艦艇內、礦井下、電力部門、軍事及有腐蝕和有輻射等中使用。

  光纖傳輸系統主要由:光發送機、光接收機、光纜傳輸線路、光中繼器和各種無源光器件構成。要實現通信,基帶信號還必須經過電端機對信號進行處理後送到光纖傳輸系統完成通信過程。圖1示為一光纖通信系統框圖。

  圖1光通信系統的基本組成結構圖

  它適合於光纖模擬通信系統中,而且也適用於光纖數字通信系統和數據通信系統。在光纖模擬通信系統中,電信號處理是指對基帶信號進行放大、預調製等處理,而電信號反處理則是發端處理的逆過程,即解調、放大等處理。在光纖數字通信系統中,電信號處理是指對基帶信號進行放大、取樣、量化,即脈衝編碼調製(PCM)和線路碼型編碼處理等,而電信號反處理也是發端的逆過程。對數據光纖通信,電信號處理主要包括對信號進行放大,和數字通信系統不同的是它不需要碼型變換。

3光端機的作用和目前光端機的狀況

  在光纖通信系統中,光發射機是光端機、光中繼器的重要組成部分,它的最基本功能是將要傳輸的電信號調製在光波上,並將其注入到光纖線路中。光接收機的主要功能是將接收的光信號變換為原電信號,並且用自動增益控制電路(AGC)保證穩定的輸出,光接收的主要部件是光檢測器,它的主要任務是進行光電轉換。從光發送端輸出經光纜線路傳輸被衰減的光信號到達接收端已是很微弱的了,為了有效地進行光電轉換,系統要求光檢測器要響應度高、噪聲低,響應速度快,工作穩定可靠。

  目前的數據光端機已經有一段發展歷程了,不在是簡單的一路或四路的,也不在是單純的某一接口了,而已經達到上百路(如120路、240路等),各種不同接口(RS-232、RS-485、USB等)相當成熟的地步了,像武漢波仕電子、北京訊風通信、杭州億幫通信等公司的主要產品就是光端機,其中波仕電子的RS-232單模和多模的光端機還可以做到無須電源。本文僅就八路來說明其復用原理。

4數據光端機設計所要達到的目的和功能及意義

  本設計為多路RS-232C接口標準是一種廣泛使用的普及標準。它涉及使用的普及標準。它涉及的範圍很廣,遠遠超出了通信和計算機的領域。60年代中期,幾乎毫無例外的使用電話交換網實現遠程訪問,於是RS-232C接口進行本地通信,因此使用更加廣泛。本設計正是基於RS-232串行口通過光纖傳輸。

  隨著分布計算機的建立,所需通信設備費用逐漸成為用戶所關心的主要問題,為了減少這些費用,通過研究大量網絡結構,從而確定儘可能採用專用設備。很多網絡是地理分布的用戶訪問公用計算設備,將中心的地區建設成為連結這些用戶到計算機的服務中心。儘管當終端業務量較少,使用專用租用線費用不太合理,但若能採用很多終端共用通信設備的結構,一般就能減少對一組用戶提供通信的積累費用,而多路復用器的利用就可能用一條高速線路承擔原來有一組低俗線路分別傳輸的業務量,所以當同一地理區域的大量數據終端進行通信時,或者但任意距離的很多租用線並行傳輸時應考慮使用多路復用器。

  本數據光端機採用多路的設計,不但可以大大利用了線路,充分利用光纖巨大的帶寬資源。並且可以更廣泛的應用於各個領域,本設計的八路復用技術,可用八路信道傳輸不同的信息,將不同信息復用到一條光中進行傳輸,節省了設備,在現場的應用中可在同一系統中,將多種控制信息和數據信息用一臺光端機進行傳輸,可同時連接計算機及其他符合RS-232標準的終端,方便控制和操作。這就是多路復用光端機的設計意義之所在,本文僅以八路復用來起到拋磚引玉的作用。

5數據光端機的設計整體說明

  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高速數據鏈路中,發送過程由計算機或終端傳送來的RS-232C標準信號先要進行電平轉換,將RS-232C電平轉換為TTL電平,以便和後續電路兼容,再經過MOTOROLA的MC145428異步同步轉換晶片將RS-232C幀結構中的起始位,停止位去除後,轉換為同步輸出。再經過一個多路復用電路將多路信號復用唯一路徑LED驅動後再對光源進行調製,將電信號轉換為光信號發送到光纖中傳輸。

圖2系統原理框圖

  接收過程同理,由光接收模塊將接收後的光信號轉換為電信號,經過一個線接收器再經過一個ECL/TTL電平轉換器將信號送入復用電路,通過復用電路中的時序電路的控制將接收到的各路信號分離並送入各個信道,經過同步異步MC145428晶片的轉換,加入起始位和停止位,再將其轉為RS-232C電平,使其符合RS-232C接口標準,能在計算機或終端中傳輸。這就是整個電路的工作原理。

相關焦點

  • 光纖通信原理
    導讀:想必大家對光纖通信都不陌生了吧,光纖通信憑藉其傳輸容量大,保密性好,已經成為世界上最主要的有線通信方式。它到底為何如此厲害呢?下面我為大家簡單介紹一下光纖通信的原理吧!!!
  • 光纖通信技術發展現狀與展望—新聞—科學網
    上海也正在推進「光進銅退」全光纖通信網絡升級改造項目,為經濟高質量發展、居民享受更好的通信服務保駕護航。 隨著網際網路技術的迅速發展,用戶對網際網路流量的需求日益增長,如何提升光纖通信的容量成為亟須解決的問題。 光纖通信技術自出現以來帶來了科技和社會領域的重大變革。
  • 光纖通信系統的發展趨勢及現狀分析
    自光纖通信技術研發開始,該技術憑藉良好的性能而發展迅猛,尤其在現今信息大爆炸時代,光纖通信技術的應用對於通信行業的發展乃至整個社會的變革做出了巨大的貢獻。   2、光纖通信技術發展歷程   光纖通信技術發展歷程   光纖通信技術研發開始於二十世紀五六十年代
  • 光纖通信簡史-虎嗅網
    這無疑讓光纖通信的發展又前進了一大步。不過,和1841年那次水桶演示後發生的情況一樣,實驗終歸是實驗,邁向下一步我們又足足等了50年。我們知道,光纖的傳播是利用全內反射原理,全內反射角由介質的折射係數決定,裸纖會引起光洩漏,光甚至會從粘附在光纖上的油汙洩漏出去。
  • 光纖通信發展趨勢是怎樣的 光孤子通信系統介紹【詳解】
    光纖通信一直是推動整個通信網絡發展的基本動力之一,是現代電信網絡的基礎。本文對光纖通信的主要發展趨勢作一簡述與展望,包括納米技術與光纖通信、光交換、PON、光孤子通信。  關鍵詞:光纖通信 光交換 PON 光孤子通信  光纖通信的誕生與發展是電信史上的一次重要革命,光纖通信技術發展所涉及的範圍,無論從影響力度還是影響廣度來說都已遠遠超越其本身,並對整個電信網和信息業產生深遠的影響。它的演變和發展結果將在很大程度上決定電信網和信息業的未來大格局,也將對社會經濟發展產生巨大影響。
  • 三分鐘讓你看懂光纖通信
    光纖通信是現代通信網的主要傳輸手段,它的發展歷史只有一二十年,已經歷三代:短波長多模光纖、長波長多模光纖和長波長單模光纖。採用光纖通信是通信史上的一次重大變革,目前中國光纖通信已進入實用階段,此外,現在已有多個國家宣布不再建設電纜通信線路,而致力於發展光纖通信。
  • EDFA的30年發展,再不了解就太不懂光纖通信了!
    今天的大數據光纖通信的幕後英雄就是摻鉺光纖放大器(EDFA),一種實現光信號直接放大的設備。 創新性的光放大研究 上世紀七十年代低損耗光纖研製成功,光纖通信得到了快速發展。但是,在EDFA發明之前,光通信網絡一直停留在區域網的形式,長距離通信受限於傳輸損耗,不得不利用電放大的方法。
  • 通信網絡中光纖的應用現狀及發展趨勢
    G.653光纖在1550nm波長窗口的低損耗和低色散特性非常適合光纖孤子通信的需要,在高速光纖孤子通信系統中得到了大量應用,但是它1550rim處的色散為零,在進行WDM時會產生嚴重的FWM效應,不適應波分復用系統的需要。
  • 光纖放大器工作原理及其在無線光通信的應用
    0 引 言  無線光通信是以雷射作為信息載體,是一種不需要任何有線信道作為傳輸媒介的通信方式。與微波通信相比,無線光通信所使用的雷射頻率高,方向性強(保密性好),可用的頻譜寬,無需申請頻率使用許可;與光纖通信相比,無線光通信造價低,施工簡便、迅速。它結合了光纖通信和微波通信的優勢,已成為一種新興的寬帶無線接人方式,受到了人們的廣泛關注。但是,惡劣的天氣情況,會對無線光通信系統的傳播信號產生衰耗作用。空氣中的散射粒子,會使光線在空問、時間和角度上產生不同程度的偏差。
  • 光纖通信的發展前景在哪?
    「小汽車」與「大貨車」很多人對光纖通信有一些誤解,誤以為之所以光纖通信比電纜通信等方式上網速度更快,是因為光的物理傳播速度更快。但實際上,電纜通信中的電信號也是以光速進行傳播的。電纜通信與光纖通信的比較也是同理雖然理論上通信使用的光頻率越高、波長越短,信息加載的容量就會越高,但是現實中光纖通信使用的卻是近紅外光波(如波長1.55μm左右),而不是頻率更高的可見光。這是科學家綜合考慮光波長、光纖損耗、光源穩定性、綜合成本等諸多因素後做出的選擇。
  • 光纖通信原理和優勢有哪些?光通信無源器件簡述
    光通信原理光通信原理如下圖,在發送端首先要把傳送的信息(如話音)轉變成電信號,然後將電信號調製到雷射器(光源)發出的雷射束上,使光的強度隨電信號的幅度(頻率)變化而變化,並通過光的全反射原理,將光信號在光纖傳輸;由於光纖存在損耗和色散
  • 光纖傳感器原理
    導讀:光纖傳感器,顧名思義就是通過光纖進行傳輸信號的傳感器,下面小編就為大家介紹一下它的原理是什麼樣的,感興趣的親們快來學習一下吧~~~本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/277580.htm  光纖傳感器是伴隨著光纖及光纖通信技術的發展而逐步形成的一種新型傳感器
  • 光纖雷射器的工作原理及其發展前景
    1 引言  光纖雷射器於1963年發明,到20世紀80年代末第一批商用光纖雷射器面市,經歷了20多年的發展歷程。光纖雷射器被人們視為一種超高速光通信用放大器。光纖雷射器技術在高速率大容量波分復用光纖通信系統、高精度光纖傳感技術和大功率雷射等方面呈現出廣闊的應用前景和巨大的技術優勢。光纖雷射器有很多獨特優點,比如:雷射閾值低、高增益、良好的散熱、可調諧參數多、寬的吸收和輻射以及與其他光纖設備兼容、體積小等。近年來光纖雷射器的輸出功率得到迅速提高。已達到10—100 kW。作為工業用雷射器,現已成為輸出功率最高的雷射器。
  • 全國2008年1月高等教育自學考試光纖通信原理試題
    全國2008年1月高等教育自學考試光纖通信原理試題課程代碼:02338一、單項選擇題(本大題共10小題,每小題1分,共10分)在每小題列出的四個備選項中只有一個是符合題目要求的,請將其代碼填寫在題後的括號內
  • 烽火通信高性能保偏光纖為高質量光纖陀螺保駕護航
    C114訊 光纖陀螺儀與傳統的機械陀螺儀相比,優點是全固態,沒有旋轉部件和摩擦部件,壽命長,動態範圍大,瞬時啟動,結構簡單,尺寸小,重量輕。與雷射陀螺儀相比,光纖陀螺儀沒有閉鎖問題,也不用在石英塊精密加工出光路,成本低。世界各發達國家的許多科研機構和著名大學都投入巨資開發高性能光纖陀螺。
  • 光纖光柵傳感器的原理及應用
    隨著光纖通信技術向著超高速、大容量通信系統的方向發展,以及逐步向全光網絡的演進.在光通信迅猛發展的帶動下,光纖光柵已成為發展最為迅速的光纖無光源器件之一。光纖在紫外光強雷射照射下,利用光纖纖芯的光敏感特性.光纖的折射率將隨光強的空間分布發生相應的變化。這樣,在光纖軸向上就會形成周期性的折射率波動,即為光纖光柵。
  • 全國2010年1月高等教育自學考試光纖通信原理試題
    全國2010年1月高等教育自學考試光纖通信原理試題課程代碼:02338一、單項選擇題(本大題共10小題,每小題1分,共10分)在每小題列出的四個備選項中只有一個是符合題目要求的,請將其代碼填寫在題後的括號內
  • 全國2009年1月高等教育自學考試光纖通信原理試題
    全國2009年1月高等教育自學考試光纖通信原理試題課程代碼:02338一、單項選擇題(本大題共10小題,每小題1分,共10分)在每小題列出的四個備選項中只有一個是符合題目要求的,請將其代碼填寫在題後的括號內
  • 全國2007年10月高等教育自學考試光纖通信原理試題
    全國2007年10月高等教育自學考試光纖通信原理試題課程代碼:02338一、單項選擇題(本大題共10小題,每小題1分,共10分)在每小題列出的四個備選項中只有一個是符合題目要求的,請將其代碼填寫在題後的括號內
  • 2019年10月自考光纖通信原理02338真題
    2019年10月自考光纖通信原理02338真題注意事項:1.本試卷分為兩部分,第一部分為選擇題,第二部分為非選擇題。2.應考者必須按試題順序在答題卡(紙)指定位置上作答,答在試卷上無效。3.塗寫部分、畫圖部分必須使用2B鉛筆,書寫部分必須使用黑色字跡籤字筆。