毕业设计115光纤接入网动态控制协议设计Word文档下载推荐.docx

1、ABSTRACT 目录1 绪论11.1 光纤通信的发展状况11.2 光纤通信系统11.3 光端机的作用和目前光端机的状况21.4 数据光端机设计所要达到的目的和功能及意义21.5 数据光端机的设计整体说明32 数据通信和RS-232接口 52.1 数据通信52.2 RS-232接口介绍 52.2.1 RS-232C信号特性 62.2.2 接口信号线的使用 82.2.3 RS-232C接口的缺点及用光纤传输的克服 93 多路复用原理及应用10 3.1 多路复用器 103.2 复用技术103.2.1 频分多路复用（FDM）10 3.2.2 时分多路复用（TDM）11 3.3 数据光端机复用原理13

2、 3.3.1 电平转换13 3.3.2 DSI特性15 3.3.3 时序电路164 光端机20 4.1 光发射机20 4.1.1 光发射机组成21 4.1.2 光发射机的技术性能21 4.1.3 调制方式22 4.1.4 光发射机234.2 光接收机26 4.2.1 光接收机的组成 26 4.2.2 光检测器 28 4.2.3 前置放大器 29 4.2.4 主放大器 29 4.2.5 峰值滤波器的输出分别送至判决电路和峰值检测电路 304.3 数据光端机光接收光发送电路30 4.3.1 光发送电路 30 4.3.2 光接收电路 31 4.3.3 电路实现 315 结束语33致谢34参考文献35

3、1 绪论1.1 光纤通信的发展状况1966年英籍华裔学者高锟（）和霍克哈母（）发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤（Optical Fiber）进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信光纤通信的基础。1970年，光纤研制取得了重大突破，同时作为光纤通信用的光源也取得了实质性的进展。由于光纤和半导体激光器的技术进步，是1970年成为光纤通信发展的一个重要里程碑。1976年，美国在亚特兰大（）进行了世界上第一个实用光纤通信系统的现场实验，系统采用激光器作为光源，多模光纤做传输介质，速率为44.7Mb/s，传输距离约10km。1976年美国亚特兰大进行的现场实验，标志着光纤通信从基

4、础发展到了商业应用的阶段。此后，光纤通信技术不断发展：光纤从多模发展到单模，工作波长从0.85um发展到1.31和1.55um，传输速率从几十发展到几十。另一方面，随着技术的进步和大规模产业的形成，光纤价格不断下降，应用范围不断扩大：从初期的市话局间中继到长途干线进一步延伸到用户接入网，从数字电话到有线电视（CATV），从单一类型信息的传输到多种业务的传输。目前光纤已成为信息宽带的主要媒质，光纤通信系统将成为未来国家基础设施的支柱。1.2 光纤通信系统光纤通信的诞生和发展是电信史上的一次重要革命与卫星通信、移动通信并列为20世纪90年代的技术。进入21世纪后，由于因特网业务的迅速发展和音频、视

5、频、数据、多媒体应用的增长，对大容量（超高速和超长距离）光波传输系统和网络有了更为迫切的需求。光纤通信就是利用光波作为载波来传送信息，而以光纤作为传输介质实现信息传输，达到通信目的的一种最新通信技术。通信的发展过程是以不断提高载波频率来扩大通信容量的过程，光频作为载频已达通信载波的上限，因为光是一种频率极高的电磁波（310Hz），因此用光作为载波进行通信容量极大，是过去通信方式的千百倍，具有极大的吸引力，光通信是人们早就追求的目标，也是通信发展的必然方向。光纤通信与以往的电气通信相比，主要区别在于有很多优点：它传输频带宽、通信容量大；传输损耗低、中继距离长；线径细、重量轻，原料为石英，节省金属

6、材料，有利于资源合理使用；绝缘、抗电磁干扰性能强；还具有抗腐蚀能力强、抗辐射能力强、可绕性好、无电火花、泄露小、保密性强等优点，可在特殊环境或军事上使用。光纤通信的应用领域是很广泛的，主要用于市话中继线，光纤通信的优点在这里可以充分发挥，逐步取代电缆，得到广泛应用。还用于长途干线通信过去主要靠电缆、微波、卫星通信，现以逐步使用光纤通信并形成了占全球优势的比特传输方法；用于全球通信网、各国的公共电信网（如我国的国家一级干线、各省二级干线和县以下的支线）；它还用于高质量彩色的电视传输、工业生产现场监视和调度、交通监视控制指挥、城镇有线电视网、共用天线（CATV）系统，用于光纤局域网和其他如在飞机内

7、、飞船内、舰艇内、矿井下、电力部门、军事及有腐蚀和有辐射等中使用。光纤传输系统主要由：光发送机、光接收机、光缆传输线路、光中继器和各种无源光器件构成。要实现通信，基带信号还必须经过电端机对信号进行处理后送到光纤传输系统完成通信过程。图1.1示为一光纤通信系统框图。图 1.1 光通信系统的基本组成结构图它适合于光纤模拟通信系统中，而且也适用于光纤数字通信系统和数据通信系统。在光纤模拟通信系统中，电信号处理是指对基带信号进行放大、预调制等处理，而电信号反处理则是发端处理的逆过程，即解调、放大等处理。在光纤数字通信系统中，电信号处理是指对基带信号进行放大、取样、量化，即脉冲编码调制（）和线路码型编码

8、处理等，而电信号反处理也是发端的逆过程。对数据光纤通信，电信号处理主要包括对信号进行放大，和数字通信系统不同的是它不需要码型变换。1.3 光端机的作用和目前光端机的状况在光纤通信系统中，光发射机是光端机、光中继器的重要组成部分，它的最基本功能是将要传输的电信号调制在光波上，并将其注入到光纤线路中。光接收机的主要功能是将接收的光信号变换为原电信号，并且用自动增益控制电路（AGC）保证稳定的输出，光接收的主要部件是光检测器，它的主要任务是进行光电转换。从光发送端输出经光缆线路传输被衰减的光信号到达接收端已是很微弱的了，为了有效地进行光电转换，系统要求光检测器要响应度高、噪声低，响应速度快，工作稳定

9、可靠。具体工作原理将在第四章介绍。目前的数据光端机已经有一段发展历程了，不在是简单的一路或四路的，也不在是单纯的某一接口了，而已经达到上百路（如120路、240路等），各种不同接口（RS-232、RS-485、USB等）相当成熟的地步了，像北京讯风通信、杭州亿帮通信等公司的主要产品就是光端机。本设计紧已八路来说明其复用原理。1.4 数据光端机设计所要达到的目的和功能及意义本设计为多路RS-232C接口标准是一种广泛使用的普及标准。它涉及使用的普及标准。它涉及的范围很广，远远超出了通信和计算机的领域。60年代中期，几乎毫无例外的使用电话交换网实现远程访问，于是RS-232C接口进行本地通信，因此

10、使用更加广泛。本设计正是基于RS-232串行口通过光纤传输。随着分布计算机的建立，所需通信设备费用逐渐成为用户所关心的主要问题，为了减少这些费用，通过研究大量网络结构，从而确定尽可能采用专用设备。很多网络是地理分布的用户访问公用计算设备，将中心的地区建设成为链接这些用户到计算机的服务中心。尽管当终端业务量较少，使用专用租用线费用不太合理，但若能采用很多终端共用通信设备的结构，一般就能减少对一组用户提供通信的积累费用，而多路复用器的利用就可能用一条高速线路承担原来有一组低俗线路分别传输的业务量，所以当同一地理区域的大量数据终端进行通信时，或者但任意距离的很多租用线并行传输时应考虑使用多路复用器。

11、本数据光端机采用多路的设计，不但可以大大利用了线路，充分利用光纤巨大的带宽资源。并且可以更广泛的应用于各个领域，本设计的八路复用技术，可用八路信道传输不同的信息，将不同信息复用到一条光中进行传输，节省了设备，在现场的应用中可在同一系统中，将多种控制信息和数据信息用一台光端机进行传输，可同时连接计算机及其他符合RS-232标准的终端，方便控制和操作。这就是多路复用光端机的设计意义之所在，本设计紧以八路复用来起到抛砖引玉的作用。1.5 数据光端机的设计整体说明整体电路的原理框图如图1.2所示： 它将若干终端多路接入一个高速数据链路中，发送过程由计算机或终端传送来的RS-232C标准信号先要进行电平

12、转换，将RS-232C电平转换为TTL电平，以便和后续电路兼容，再经过MOTOROLA的MC145428异步同步转换芯片将RS-232C帧结构中的起始位，停止位去除后，转换为同步输出。再经过一个多路复用电路将多路信号复用唯一路径LED驱动后再对光源进行调制，将电信号转换为光信号发送到光纤中传输。接收过程同理，由光接收模块将接收后的光信号转换为电信号，经过一个线接收器再经过图1.2 系统原理框图一个ECL/TTL电平转换器将信号送入复用电路，通过复用电路中的时序电路的控制将接收到的各路信号分离并送入各个信道，经过同步异步MC145428芯片的转换，加入起始位和停止位，再将其转为RS-232C电平

13、，使其符合RS-232C接口标准，能在计算机或终端中传输。这就是整个电路的简单工作流程，下面几章将对各个部分的原理和电路进行详细的分析。2 数据通信和RS-232接口2.1 数据通信所谓数据通信，就是从数据源产生的数据，经过硬件线路或软件线路的连接（统称信道），按照一定的通信规程（协议），形成数据流传到另一方的过程。计算机与各种用途的终端之间，以及计算机相互之间，都需要数据通信，遥测、遥信、遥控、自控、雷达等等都需要数据处理与传输，也都离不开数据通信。2.2 RS-232接口介绍在数据通信领域中包括各种终端和计算机端口在内的设备称作数据终端设备，即DTE。与之相比，调制解调器和其他通信设备，则

14、称作数据通信设备，即DCE。数据终端设备和数据通信设备之间的分界是连接它们的插件，而对这一分界的说明，则是从：物理、电气以及逻辑上进行数据交换的规则，它是由接口标准规定的。最常用的EIA RS-232标准，EIA标准的很多内容以被其他许多标准化组织所采纳。RS-232C是1969年EIA提出的建议标准（Recommend Standard），232则表示一个具体通信标准的识别号码，后缀C表明此标准最后的修订版本。RS-232C标准适用于数据终端设备与数据通信设备之间、速率范围从0到20000b/s的串行数据传输。此标准限制数据终端设备和数据通信设备之间的电缆长度为15m，RS-232C标准的另

15、一部分是规定用电缆接头作为数据终端设备和数据通信设备的接插件，这就是熟知的DB-25接插件。电缆两端都装备有“凸形”插头，通常它被设计成能插到调制解调的DB-25凹形插座上。引线分配如图2.1。图 2.1 RS-232引线分配图RS-232是最通常的用处是连接到一个MODEM，其他拥有RS-232接口的设备包括打印机、数据采集模块、测试装置和控制回路。它具有以下优点：（1） 它是无处不在的，每一台PC机都有一个或者更多的。（2） 在微控制器中，接口芯片使得将一个5V串口转换成RS-232变的更容易。（3） 连接距离可以达到50到100ft，大多数的外设接口都不会用于太长的距离。（4） 对于一个

16、双向选择，只需要3条导线。一个并行连接器一般需要8条数据线，两条或者更多的控制信号线和几根接地线。 同时RS-232也存在着一些缺点：（1） 如果连接的另一头需要并行数据，它不得不将这个串行数据转换成并行数据。（2） 串口上如此有用，以至于寻找一个未用的串口可能是比较困难的。（3） 在一个连接器中不能有超过2台以上的设备。（4） 指定的最大数据传输速率是每秒20000位。但是，很多接口芯片可以超过这个值，尤其是在短程连接上。（5） 很长的连接需要一个不同的接口。2.2.1 RS-232C信号特性RS-232C接口规定了25个转接电路或引线，它们控制数据终端和数据通信设备之间的数据终端设备和数据

17、通信设备之间的数据流。杜宇异性传输，一般需要9至12根芯线，而同步传输，一般需要12至16根芯线。所需芯线数取决于之连接的调制解调器的工作特性，每根芯线中的信号都是根据预先规定的电压跃变特性而出现的。表2.1提供转接电路线路电压、二进制状态、信号条件和功能之间的对照关系。表2.1 转接线路比较 转接线路电压 负 正二进制状态 1 0信号条件 传号 空号功能 OFF ON 公用线RS-232C中有两条公用线，即保护地线和信号地线。AA（101）：信号地线SGAB（102）：这条线对所有除了PG线以外的互联电路建立公用地电位。在数据通信设备中，信号地线连到一点，通常用跨接线的方法把这点连到PG（1

18、01）线上。 数据信号线数据信号线是传送数据用的，RS-232C是串行传输接口标准，接收与发送各用一条信号线。BA（103）：发送数据TXD 电路103是DTE向DCE发送数据的接口电路。该电路断开时，即103保持“1”状态（OFF）时，不能发送数据。只有当电路105、电路106、电路107、电路108/1或108/2接通时（都处于ON状态），该电路才能接通，传送的数据才能全部送到DCE。通过DCE可向一个或多个远程数据站发送数据信号，或者为进行维护测试而发送数据信号。BB（104）：接收数据RXD 电路104是DCE把从线路收到的模拟信号变换成数据信号后送给DTE的接口电路。为了防止把强噪声

19、当作信号送给DTE，由电路109先检查输入信号的电平范围，检查合格后电路109接通，这时电路104才能接通接收数据。若电路109是OFF状态，电路也必须为OFF状态。 控制信号线RS-232C中正向传输控制用的控制电路有9条，其中请求发送、允许发送、数据设备准备、数据终端数据载波检呼叫指示最基本的控制电路。CA（105）：请求发送 RTS 这个信号由数据终端设备产生送到本地调制解调器上，控制DCE的发送功能。接通（ON状态）时，DCE处于发送方式，断开（OFF状态）时，表明DTE不想发送数据。在DTE有信息准备发送或正在发送时，这条线都要保持ON状态。CB（106）：允许发送 CTS 这条线路

20、上的信号是DCE发送的，它是DCE收到DTE的RTS信号后延迟一段给定的时间后对DTE的回答，响应请求发送信号。ON状态表明DCE已经准备好发送数据，可以接收来自DTE的数据并发送出去；OFF状态告诉DTE，由于通信设备还没有准备好，不能通过发送数据电路传输数据。CC（107）：数据设备准备 DSR 这个信号是DCE送给终端设备的，告诉终端本地通信设备的状态。当它处于ON时，表明本地DCE以和通信信道接通，通知DTE以和电话线连接好且以处于数传模式，不处于测试、对话或拨号方式。CD（108/2）：数据终端准备 DTR 这条线路也是对MODEM接入通信线路或者从通信线路上断开进行控制的信号。接通数据终端的电源