光纖通信實現(xiàn)計算機(jī)數(shù)據(jù)傳輸

摘 要：光纖通信主要有三個部分組成，分別是光發(fā)射裝置、光纖信道、光接收裝置。本實驗主要是在目的是利用計算機(jī)串口作為通信接口，利用光纖通信通道傳輸計算機(jī)串口數(shù)據(jù)，編寫一個監(jiān)控及調(diào)試串口工作狀態(tài)的調(diào)試工具，以期在整個過程中證明其合理性。

關(guān)鍵詞：光纖通信；串口；RS-232

中圖分類號：TP393.0

1 光纖通信概念

光纖通信以其具有帶寬容量大、體積小、抗干擾強(qiáng)、不易串音等優(yōu)點，自問世以來，就給在通信領(lǐng)域帶來了一場革命。光纖通信是利用光纖中所攜帶的光波，通過光波的傳輸來達(dá)到通信目的。若要在使光波攜帶信息，需要在發(fā)送端、接收端將信息載入或者剝離。可見光源器件在光纖傳輸中占有重要的作用。

2 光纖的優(yōu)點

光纖因其材質(zhì)等原因在一出現(xiàn)即受到極大重視，其原因主要表現(xiàn)在通信量、傳輸距離、保密性、抗干擾性、施工維護(hù)等方面，具體表現(xiàn)為：

2.1 信息量大。理論上講，一根光纖可以同時傳輸1萬億個話路。且目前一根光纖同時傳輸24萬個話路也已經(jīng)達(dá)到成熟，所以它在傳輸領(lǐng)域有著天然的優(yōu)勢。

2.2 傳輸距離長。光纖具有較低的衰減系數(shù)，一般是傳統(tǒng)電纜的百分之一，因此較為適用于長途干線通信。

2.3 保密性好。光波因其在光中加入了信息載體，則其保密性較好。

2.4 抗干擾強(qiáng)。光纖中的信息載體不易受外界作用，抗干擾能力較強(qiáng)。

2.5 施工維護(hù)便捷。光纜架設(shè)較為簡單，施工維護(hù)較為便捷。

2.6 材質(zhì)。光纖的主要成分是二氧化硅，也就是石英，俗稱砂，自然界中砂的含量及其豐富，可以說是取之不盡，用之不竭。

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 整體設(shè)計。本系統(tǒng)主要考慮三個層次的構(gòu)建，分別是：光發(fā)射機(jī)、光纖和光接收機(jī)。其中光電轉(zhuǎn)化部分的基本形式為直接調(diào)制和解調(diào)。在第一個層次上，通過計算機(jī)串口輸入數(shù)據(jù)，調(diào)制器將電信號轉(zhuǎn)化到光信號上并進(jìn)行驅(qū)動光源器件進(jìn)行工作，完成電到光的初級轉(zhuǎn)化；在第二層次上，光源信息耦合到傳輸光欣中，經(jīng)過傳輸?shù)竭_(dá)光接收端；在第三個層次上，光檢測器對含有信息的光源進(jìn)行剝離，完成由光到電的轉(zhuǎn)化過程，再經(jīng)過接收機(jī)的放大處理后完成整個過程。

如圖1所示，電控制器將電信號通過調(diào)制進(jìn)行輸入，在輸入到光發(fā)射端時，半導(dǎo)體光源進(jìn)行介入，半導(dǎo)體光源將電信號通過調(diào)制（非相干調(diào)制），將電信號加載到光信號上，并通過光纖活動連接器加入到光纖上，利用光纖傳輸后，達(dá)到另一端的光纖活動連接器上，由半導(dǎo)體光檢測器進(jìn)行非相干解調(diào)，剝離光信號中的電信號，并由光接收機(jī)將信號轉(zhuǎn)化并輸出。

圖1 傳送原理圖

3.2 光發(fā)射機(jī)。具體到光發(fā)射機(jī)，電信號在輸入后，通過輸入接口進(jìn)入，由系統(tǒng)自帶的線路編碼程序進(jìn)行編碼，作用是將電信號進(jìn)行轉(zhuǎn)化，然后將轉(zhuǎn)化后的結(jié)果送給調(diào)制電路進(jìn)行相干調(diào)制，調(diào)制后，由控制電路控制，將其輸送到光源上并進(jìn)入光信號輸出裝置。

3.3 光接收機(jī)。如圖2所示，在裝置的最后一段光接收機(jī)部分，大體分為兩大塊，一是前置放大器，另外一個是主放大器。在前置放大器部分，信號通過光檢測器，在偏壓控制的作用下，進(jìn)行放大，放大后的數(shù)據(jù)通過“AGC電路”，然后再到光檢測器，這時已經(jīng)到達(dá)主放大器部分。在光檢測器收到通過“AGC電路”的信號后，光檢測器將這部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行時鐘提取，并交由判決器進(jìn)行判斷，符合條件的輸出。

圖2 數(shù)字光接收機(jī)框圖

4 硬件電路設(shè)計

4.1 接口轉(zhuǎn)換電路。本實驗采用了一套美國美信公司專為電腦設(shè)計的RS-232串口來實現(xiàn)接口轉(zhuǎn)換，如圖3所示。

MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計的接口轉(zhuǎn)換芯片，使用+5v單電源供電。

圖3 串口電路設(shè)計

整個設(shè)計部分大體分為三個層次：分別是電荷泵電路部分、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分、供電部分。

第1部分：電荷泵電路，它由1、2、3、4、5、6腳組成，需要用正負(fù)12v電源供電。

第2部分：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化通道，它由7、8、9、10、11、12、13、14腳組成。

第3部分：供電，15腳GND、16腳VCC組成，需要正負(fù)5v電源供電。

4.2 光調(diào)制和驅(qū)動電路。光調(diào)制是光發(fā)射機(jī)的核心部件之一，電信號由控制器發(fā)過來后，首先進(jìn)入光放射機(jī)，光調(diào)制首先需要對其進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，使其光的強(qiáng)度滿足線路中正常發(fā)射需求。其次是驅(qū)動電路，驅(qū)動電路是光發(fā)射機(jī)的另外一個組成部分，通過它可以激發(fā)LD，并滿足線路發(fā)送需求。

4.3 放大電路。在線路中進(jìn)行長距離里傳輸后，需要一個前置高增益放大器來對信號進(jìn)行放大，它也是光接收機(jī)部分的關(guān)鍵器件，它可以和光探測器進(jìn)行配合，得到較好的信噪比，并可將電流信號轉(zhuǎn)化為電壓的功能。高阻抗前置放大器因其對噪聲的影響，在此部分不做考慮。而此采用另外一種跨阻型前置放大器可以較好的解決這類問題。至此，光纖通信中實現(xiàn)計算機(jī)數(shù)據(jù)的傳輸通過本文的設(shè)計和規(guī)劃可以得到較好的解決。光纖通信依據(jù)其自身的特性必將在將來的信息傳輸中發(fā)揮著巨大的作用。

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作者簡介：胡春春（1986.01-），女，河南項城人，教師，助教，碩士研究生，研究方向：計算機(jī)教育應(yīng)用。

作者單位：鄭州幼兒師范高等?？茖W(xué)校，河南鄭州 450000