光通信系统设计

摘要

LED作为冷光源和节能光源，正在不断发展和普及。所以利用这个新的光源来通信，也变成了目前研究的热门课题之一。LED光传输技术就是利用常见的LED等室内照明设备，发出肉眼感觉不到的高速明暗闪烁的通信信号，以无线通信的方式来传输数据。采用无线光通信最大的特点就是它的波长范围大，可以将可见光讯号用不同的波长来进行信号的传输。可见光还有无电磁辐射、易保密等特点，尤其搭借了照明平台，所以不需要采用另外的传输介质，采用广播方式，受体的数量即容量受到的制约小，但是其缺点是不易实现双向的通信。

这次毕业设计的主要内容是尝试设计并制作一个LED通信试验系统，通过对频率的调制，发出特定的编码信号，接收方利用光电敏感器件接收调制光，解调后还原成数据信号。最后，本次毕业设计完成了基本功能的LED发射管、接收管的发射和接收工作，并且尝试将其时分复用和频分复用。在发送端添加了温度传感器和超声波测距传感器，数码管显示，在接收端用1602液晶屏幕显示出来。两者的对比，反应出通信的正确性。

本设计是基于两个89C51单片机，利用红外led发射装置和HS0038接收装置设计的简单慢速通信。目标是熟悉单片机的编程思路和学习通信的基本原理。基本的慢速光通信在传感器与单片机之间的通信上有着广泛的应用。

关键词：LED;调解;解调;频分复用;时分复用

I

Abstract

As a cold light and energy-saving light source, LED is rapidly developing and being popularization. So using this new light source to communicate has become a hot research topic nowadays. The technology of LED light transmission is to using common LED indoor lamps. Communication signal of high speed light by the naked eye can not feel the flashing, in a way of wireless communication to transmit data. The most special characteristic of light communication is that the light wavelength range is very long, and visible light can be signal transmission in different wavelength. Visible light and no electromagnetic radiation, such as confidentiality, especially a borrowed lighting platform, so do not need to use the transmission medium, the broadcast, the number that is restricted by receptor capacity is small, it is not easy to achieve two-way communication.

The main purpose of this paper is to try to design a LED communication system, through the modulation of the frequency coding signal, the photoelectric sensitive device receives the light modulation, demodulation back into the data signal. Finally, the graduation design, completed the basic function of the LED launch tube, receiving tube emission and reception work, and try to time division multiplexing and frequency division multiplexing. The temperature sensor and the ultrasonic ranging sensor is added in the transmitter, the digital tube display, the receiver with 1602 LCD screen display. The contrast of the two, reflect the correctness of communication.

The design is based on two MCUs, simple slow communication using infrared LED emission device and HS0038 receiver design. The target is the basic principle of the programming ideas and learning communication with single-chip microcomputer. Slow light communication basic is widely used in communication between sensor and MCU.

Keywords: LED; mediation; demodulation; frequency; division;

II

目录

摘要........................................................................................................................ I Abstract ......................................................................................................................... II 第1章绪论 (1)

1.1光通信发展的简要回顾 (1)

1.2课题的意义和发展趋势 (1)

1.3课题的主要任务和预期目标 (2)

第2章总体方案设计 (3)

2.1设计思路 (3)

2.2系统设计方案 (3)

2.2基本光通信原理的介绍和通信方式的设计 (3)

2.2.1基本光通信方式的介绍 (3)

2.2.2复用技术的介绍 (5)

2.2.3通信方式的选择 (6)

2.2.4码原理设计 (8)

第3章光通信硬件电路的设计 (9)

3.1单片机的选择和单片机的工作原理介绍 (10)

3.1.1单片机的选择 (10)

3.1.2单片机89C51介绍 (10)

3.1.3单片机89c51最小系统 (10)

3.2发射端的设计 (11)

3.2.1发射管的选择 (11)

3.2.2红外LED的原理 (11)

3.2.3红外LED的设计 (11)

3.2.4传感器的设计 (12)

3.2.5发射端整体的设计 (12)

3.3接收端的设计 (13)

3.3.1接收端的选择： (13)

3.3.2 HS0038的介绍(引用器件产品说明书部分) (13)

3.3.3红外接收装置HS0038的设计 (15)

3.3.4接收电路整体的设计 (16)

3.4温度传感器ds18b20的介绍和使用（部分引用说明书） (16)

3.5超声波传感器的介绍和使用（部分应用说明书） (19)

3.6定时器的分时复用 (20)

第4章光通信系统软件设计 (21)

4.1发射端的程序设计 (21)

4.1.1发送端主程序的流程图 (21)

4.1.2发射端具体发射过程详解 (22)

4.2接收端的程序设计 (25)

4.2.1接收端主程序流程图 (25)

4.2.2接收端具体接收过程详解 (26)

第5章：完成效果和实验结果分析 (27)

5.1效果图 (27)

5.2结果分析 (28)

第6章结论 (29)

参考文献 (30)

致谢 (31)

附录： (32)

附录1 整体电路图 (32)

附录2 具体程序 (34)

第1章绪论

1.1光通信发展的简要回顾

2000年，日本的Tanaka等人开始对室内LED光通信系统进行理论上的研究，提出了LED光照为朗伯模型的假设，以及对LED光通信系统进行了多次仿真，发现影响系统性能的主要是多径效应。

2003年，日本的Komine等人在1 Mb/s的速率下对电力线通信与LED通信结合进行实验并进行了仿真。

2009年，在中国电子高新科技博览会上，展出了一个LED通信系统，该系统是接收机与发送机相距约30cm双工工作的情况下，实现了200 Mb/s的传输速率。同年，美国也投入巨资成立了智能光T -程技术研究中心,探索通过LED光源实现无线通信。目前越来越多的国际化大公司开始加入该计划。

2010年6月，中国科学院通过调制LED所发射的光线已经实现同时接入3个用户，接入带宽为3Mbps，接入距离为5m的互联网连接，同时不影响LED 的照明效果。并且在上海世博会的“航空馆”和“沪上生态家馆”中展示，此项技术已经达到国际先进水平。

2010年1月，德国人创造了每秒500兆的可见光通信传输新记录[1]。

1.2课题的意义和发展趋势

近几年LED产业蓬勃发展，LED由于具有常规照明无可比拟的绿色，节能等优点，取代传统照明成为一种趋势。且LED响应时间在纳秒级，可以实现信息的高速调制，这个特点使LED在照明的同时进行信息传输成为一种可能。LED技术的不断进步，且潜在的优点，使LED代替其他传统照明的趋势已经越来越明显。虽然用Wi-Fi或红外也能实现通信，但通过可见光实现会更加方便或更加安全。例如，与相邻射频信号之间的互相干扰可能会限制Wi-Fi的使用，而可见光基本上不存在干扰问题；相邻光束可以交相通过，只要它们的目的地不同就可以了。出于安全考虑，有些地方禁止使用射频通信，比如医院和飞机。可见光通信在这些场合是理想的替代技术，因为LED照明早已在使用，而可见光通信又不会干扰传送重要任务的系统信号。同时，可见光通信也具有高数据容量的潜力。并且只

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要有光就可以进行通信，比如一些带背光的招牌，就可以用手机（假定将来，手机作为光通信的一种移动的接受终端）获取广告，餐馆等地信息。旅游景点的介绍、在书店获得电子图书，看电影时通过光通信把电影下载下来等等，这样会更方便的实现通信[2]。

1.3课题的主要任务和预期目标

(1)利用LED进行数据传输。传输ds18b20采集来的信号，并用另外的单片机接受并且显示出来。

(2)分别用TDMA时分复用技术和FDMA频分复用技术同时传递多个（大约2-3个）信息，并且用解调技术分开然后显示出来。

(3)添加高级功能：DS18b20温度传感器、HC-SR04超声波传感器、1602液晶显示。

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3

第2章 总体方案设计

2.1设计思路

本次设计主要是利用光敏器件的特性：默认上电为高电平，而接收到一定频率的红外信号后为低电平。用发射端发射设计好的编码程序，而接收端接红外接收器，根据发射端发出的具体的不同方式的编码来判断发射的具体类容，并用单片机解码，就可以得到发射的数据。

2.2系统设计方案

基于主要设计思想，系统工作原理框图如下图2-1所示.

图2-1 总体设计方案图

本系统由两个单片机构成主要框架，采用发射装置和接收装置传递信息，以实现基本的功能。在发射端，本次毕业设计准备设计温度传感器和超声波测距传感器，用这两个传感器来实现信号的采集。然后通过发射装置发送到另外一块单片机上把采集来的信号显示出来。这样是整个毕业设计方案更加的完备。

2.3基本光通信原理的介绍和通信方式的设计

2.3.1基本光通信方式的介绍

所谓通信就是通过高低电平时间的不同，

把想要表达的信息传递到另外的单

片机上。通信有有线通信和无线通信，典型的慢速无线通信就是红外遥控器设备和单片机之间的通信。而这种通信是本次毕业设计主要模仿的对象。下面介绍一下红外遥控器的通信和常用的复用技术。

红外遥控器通信方式的介绍如下：

(1)二进制信号的调制

由单片机来完成二进制信号的调制，这调制也就是说把编码后的二进制信号调制成频率为37.9kHz的间断的脉冲，也就相当于用二进制信号的编码乘以频率为37.9kHz脉冲的信号而得到的间断脉冲串，即是调制后用于红外发射二极管发送的信号。具体的二进制码的调制过程如图2-2所示[3-5]。

图2-2调制信号示意图

(2)红外接收需先进行解调

解调的过程是通过HS0038进行接收的。其基本工作过程是：当接收到调制信号时，输出高电平，否则输出为低电平，也就是调制的逆过程。HS0038是一体化集成的红外接收装置，内部集成放大器，这样就可以直接输出解调后的高低电平信号。

红外遥控发射器采用的编码方式——PPM

当发射器按键按下后,遥控器将发射一组编码脉冲。遥控编码脉冲由前导码、16位地址码（8位地址码、8位地址码的反码）和16位的操作码（8位操作码、8位操作码的反码）组成。通过单片机对用户码的对比检验，每个遥控器可以设定为只能控制一个设备动作，这样做就可以有效地防止多个遥控器发送设备之间的干扰、相互操作。并且编码后面还要添加有编码的反码，这个是用来检验编码接收的正确性，通过正反码的对比来防止误操作，增强系统的可行度与可靠性。前导码是一个起始部分，由一个高电平(起始码) 和一个低电平(结果码) 组成，作为接受数据的准备脉冲。以脉宽为0.56ms周期为1.68ms 的组合表示二进制

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数“1”信号；以脉宽为0.56ms周期为1.12ms的组合表示二进制数“0”信号。具体的发射原理如下图2-3所示[3-5]。

图2-3发射整体示意图

最后，单片机管脚P3.4（外部中断0）和红外接收头HS0038的信号线相连，采用串口技术。计算中断的间隔时间，来区分前导码、二进制的1、0 码。并将8 位操作码提取出来在数码管上显示。红外接收头输出的原始遥控数据信号,正好和发射端倒向.也就是以前发射端原始信号是高电平,那接收头输出的就是低电平,反之.高电平。然后通过单片机中断时间，计数器计时，就可以检测出具体的信号含义，通过计算得出传播的数据，实现单片机的通信。

2.3.2复用技术的介绍

多路复用技术就是把多个低信道组合成一个高速信道的技术,它可以有效的提高数据链路的利用率,从而使得一条高速的主干链路同时为多条低速的接入链路提供服务,也就是使得网络干线可以同时运载大量的语音和数据传输。

常见的多路复用技术包括频分多路复用(FDM)、时分多路复用(TDM)、波分多路复用(WDM)和码分多路复用(CDMA)，其中时分多路复用又包括同步时分复用和统计时分复用[4]。

采用多路复用技术的原因，首先通信工程中用于通信线路架设的费用相当

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高，需要充分利用通信线路的容量；其次网络中传输介质的传输容量都会超过单一信道传输的通信量，为了充分利用传输介质的带宽，需要在一条物理线路上建立多条通信信道。

频分多路复用的基本原理是在一条通信线路上设置多个信道，每路信道的信号以不同的载波频率进行调制，各路信道的载波频率互不重叠，这样一条通信线路就可以同时传输多路信号。

2.3.3通信方式的选择

(1)基本光通信方式的选择

根据本次设计的要求，本次设计是低速的通信，因此我们完全可以模仿红外遥控器的通信方式进行通信。可以设计一个单片机为发射端，主要负责模仿遥控器信号，控制红外LED发射出相应的编码方式。而另外一个单片机为接收装置，负责解码发射的信号，接红外接收管HS0038，根据两个下降沿的时间差，来判断出具体信号是什么，并用单片机计算出传输的信息。

(2)复用技术的选择

根据设计要求和难度系数，最后我选择了时分复用和频分复用两种复用方式作为本次设计的复用方式。本次设计可以同时发送2组不同的信号，在接收端解调，分别在显示出来。

a)时分复用的原理和编程思路

时分多路复用是以信道传输时间作为分割对象，通过多个信道分配互不重叠的时间片的方法来实现，因此时分多路复用更适用于数字信号的传输。它又分为同步时分多路复用和统计时分多路复用。[6]

现在我们可以将多个信号按不同的时间依次传输，便可以达到时分复用的效果，而只占用一个端口。比如我们想将数字99和100发送到接收端，只需要写入：

Write(99)；

Delay()；

Write(100)；

用这种方法法即可达到时分复用的效果。时分复用的优点是操作简单，只要能通信，就可以顺利的进行时分复用，不需要另外的编写程序，也不需要另外的

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空间光通信技术简介

空间光通信技术简介 空间光通信又称为激光无线通信或无线光通信。根据用途又可分为卫星光通信和大气光通信两大类。自从60年代激光器问世开始，人们就开研究激光通信，这时的研究也主要集中在地面大气的传输中，但因各种困难未能进入实际应用。低损耗光纤波导和实用化半导体激光器的诞生为激光通信的实际应用打开了大门，目前光纤通信已经遍布世界各国的各个城市。由于对无线通信的需求的增长，再有卫星激光通信的快速发展，自从90年代开始，人们又开始重新对地面无线光通信感兴趣，进行了大量的研究，并且开发出可以实用的商业化产品。 一、开展空间光通信研究的意义及应用前景 1.作为卫星光通信链路地面模拟系统的技术组成部分 卫星光通信链路系统在上卫星前必须有地面模拟演示系统，以保障电子系统、光学系统、机械自动化控制系统等各子系统的良好工作。在链路捕捉完成以后，与以太网相连的无线光通信系统借助于光链路的桥梁，源源不断地输送以太网上的信息，这是考验光链路稳定性能的重要指标。 2.为低轨道卫星与地面站间的卫星光通信打下良好的技术基础 低轨道卫星与地面站的通信会受到天气的影响，选择干旱少雨地区建立地面站在相当程度上缓解了这一矛盾，再通过地面站之间的光纤网可以把卫星上信息送到所需地点，这从技术上牵涉到空间光通信网与光纤网连接问题，这方面问题已经基本得到解决。 3.空间光通信具有巨大的潜在市场和商业价值 ●可以克服一些通常容易碰到的自然因素障碍 当河流、湖泊、港湾、马路、立交桥和其它自然因素阻碍铺设光纤时，无线光通信系统可跨越宽阔的河谷，繁华的街道，将两岸或者岛屿与陆地连接起来。 ●提供大容量多媒体宽带网接入 用无线光通信系统作为接入解决方案，不需耗资、耗时地铺设光纤就能满足对办公大楼或商业集中区大容量接入的需要。 ●可为大企业、大机关提供部大容量宽带网 无线光通信系统能在企业、机关围为建筑物与建筑物之间的大容量连接提供一种开放空间传送的解决方案。 ●为公安、军队等重要部门提供高速宽带通信。 ●支持灾难抢救的应急系统 无线光通信系统可为灾难抢救提供一种大容量的临时通信解决方案 ●为一时性大规模的重要活动提供临时的大规模通信系统 例如，奥运会和其他体育运动会、音乐会、大型会议以及贸易展览会等专门活动往往需要大容量宽带媒体覆盖。无线光通信系统能提供一种迅速、经济而有效的解决方案，不受原有通信系统的带宽限制，也不用再去办理光纤铺设许可证。 二、空间光通信的优势 1.组网机动灵活 无线光通信设备将来可广泛适用于数据网（Ethernet，Token Ring，Fast Ethernet，FDDI，ATM,STM-x等）、网、微蜂窝及微微蜂窝（E1/T1—E3/T3，OC-3等）、多媒体（图像）通信等领域。可以把这些网上信息加载在光波上，在空气中直接传输出去，这种简便的通信方式对于频率拥挤的环境是非常理想的，例如：城市、大型公司、大学、政府机构、办公楼群等。

自由空间光通信的现状与发展趋势

自由空间光通信的现状与发展趋势 自由空间光通信的现状与发展趋势（一） 1 前言 20世纪90年代后期，随着全光接入网的发展，人们对传输速率的要求越来越高；随着通信范围的延伸，人们对快捷通信链路建立的兴趣进一步提高。自由空间光通信技术因其具有独到的优势，在固定无线宽带技术中，能为宽带接入的快速部署提供一种灵活的解决方案，又得到了极大的关注。其应用范围已从军用和航天逐渐迈入民用领域，其技术本身也在不断的完善中。 自由空间光通信可在以下一些范围发挥重要作用。1）可以作为光纤通信和微波通信冗余链路的备份；2）可以应用于移动通信基站间的互连，无线基站数据回传；3）应用于城域网的建设以及最后一公里接入；4）在技术上或经济上不宜敷设光缆的地区，在不宜采用或限制使用无线电通信的地方；5）在军事设施或其他要害部门需要严格保密的场合6）在企业内部网互连和数据传输。 2 自由空间光通信的基本原理及其特点

自由空间光通信系统（FSO）是以大气作为传输媒质来进行光信号的传送的。只要在收发两个端机之间存在无遮挡的视距路径和足够的光发射功率，通信就可以进行。 系统所用的基本技术是光电转换。在点对点传输的情况下，每一端都设有光发射机和光接收机，可以实现全双工的通信。光发射机的光源受到电信号的调制，并通过作为天线的光学望远镜，将光信号经过大气信道传送到接收端的望远镜。高灵敏度的光接收机，将望远镜收到的光信号再转换成电信号。由于大气空间对不同光波长信号的透过率有较大的差别，可以选用透过率较好的波段窗口。光的无线系统通常使用850nm或1550nm的工作波长。同时考虑到1500nm的光波对于雾有更强的穿透能力，而且人眼更安全，所以1550nm波长的FSO系统具有更广阔的使用前景。 自由空间光通信与微波技术相比，它具有调制速率高、频带宽、不占用频谱资源等特点；与有线和光纤通信相比，它具有机动灵活、对市政建设影响较小、运行成本低、易于推广等优点。自由空间光通信可以在一定程度弥补光纤和微波的不足。它的容量与光纤相近，但价格却低得多。它可以直接架设在屋顶，由空中传送。既不需申请频率执照，也没有敷设管道挖掘马路的问题。使用点对点的系统，在确定发收两点之间视线不受阻挡的通道之后，一般可在数小时之内安装完

自由空间光通信系统的光学天线的制作方法

本技术新型公开了一种自由空间光通信系统的光学天线，属于光通信技术领域。该光学天线包括可360°旋转的设置于一伸缩杆顶部的天线传输头外壳，该伸缩杆通过可沿底座表面旋转的转轴链接于底座表面；其中，天线传输头外壳内部远离伸缩杆顶部一侧依次设有消杂光光阑、瞄准器、副镜开孔的卡塞格伦天线、预准直装置和激光发射接受装置；所述激光发射接受装置包括半导体激光器和接收器；瞄准器包括三个呈中心对称的探测器，该探测器内设有激光光强感应器。本技术新型光学天线的激光束采用空间转直角坐标变换初步对准后，利用以探测器形成的等边三角形的三个顶点为基础，逐一进行对准的方法进行精确对准，可以针对任何变形和信息丢失的波形。 技术要求

1.一种自由空间光通信系统的光学天线，包括天线传输头外壳（1），其特征在于：天线传输头外壳（1）可360°旋转的设置于一伸缩杆（2）顶部，该伸缩杆（2）通过可沿底座（4）表面旋转的转轴（3）链接于底座（4）表面；所述天线传输头外壳（1）内部远离伸缩杆（2）顶部一侧依次设有消杂光光阑（7）、瞄准器（8）、卡塞格伦天线（9）、预准直装置（10）和激光发射接受装置（11）；所述激光发射接受装置（11）包括半导体激光器（11-1），半导体激光器（11-1）靠近预准直装置（10）一侧底部设有接收器（11-3），半导体激光器（11-1）与接收器（11-3）之间设有半透半反玻璃（11-2），接收器（11-3）接收到的激光信息输入电脑进行解码分析；所述卡塞格伦天线（9）包括主镜（9-1）和副镜（9-2），其中副镜（9-2）开孔；所述瞄准器（8）包括三个呈中心对称的探测器（8-1），该探测器（8-1）由可在天线传输头外壳（1）径向移动的支撑柱（8-2）和支撑柱（8-2）底部的激光光强感应器（8-3）构成，整个光学天线系统的控制电路设于各部件内部由电脑控制。 2.根据权利要求1所述的一种自由空间光通信系统的光学天线，其特征在于：所述天线传输头外壳（1）前端设有防尘玻璃（6），前端顶部设有遮光檐（5）。 3.根据权利要求1所述的一种自由空间光通信系统的光学天线，其特征在于：所述消杂光光阑（7）由若干内孔径依次减小的遮光圈构成。 技术说明书 一种自由空间光通信系统的光学天线 技术领域 本技术新型属于光通信技术领域，具体是一种自由空间光通信系统的光学天线。 背景技术

《光纤通信》课程设计

《光纤通信》课程设计报告 设计名称：光纤中光孤子传输特性 专业：08光信息科学与技术 成员姓名：张XX、胡X、 成员学号： 指导老师：李X

光纤中光孤子传输特性 光孤子理论的出现，对于现代通信技术的发展起到了里程碑的作用。因为现代通信技术的发展一直朝着两个方向的努力：一是大容量的传输，二是延长中继距离。光孤子传输不变形的特点决定了他在通信领域的应用前景。普通的光纤通信必须每隔几十千米设立一个中继站，经对信号的脉冲整形放大误码检查后再发射出去，而用光孤子通信则可不设中继站，只要对光纤损耗进行增益补偿，即可把光信号无畸变的传输到很远的地方。 光孤子形成的机理 光孤子是光纤中两种最基本的物理现象，即群速度色散和SPM 共同的作用形成的。光纤中的强度引起的折射率非线性ＳＰＭ效应（光学柯尔效应），在反常区导致的光脉冲压缩可以抵消ＧＶＤ效应形成的光脉冲展宽，从而保持光脉冲传输过程中的形状不变。光孤子的形成机理是光纤中群速度色散和自相位调制效应在反常区的精确平衡。二而光纤耗损造成的脉冲能量的损失，则用每一段传输距离后的光放大器来补偿，保持其非线性效应作用的存在。 光孤子传输 １．系统的构成 将光孤子作为信息的载波可实现光孤子通信，其传输系统如下图： 图 光纤孤子传输系统的基本构成 该系统由5个基本功能组成： １．光孤子发送终端（TX ） ２．光孤子接受终端（RX ） ３．光孤子传输光纤（STF ） ４．光孤子能量补偿放大器（ＯＡ，ＯＡ１－ＯＡｎ） ５．光孤子传输控制装置（ＴＣＳ） 图中ＳＳ为光孤子源，ＭＯＤ为光调制器，ＴＳ为测试设备。 系统中的ＴＸ由超短脉冲半导体或掺饵光纤激光器，光调制器，信息源和光纤功率放大器构成，用于产生光孤子脉冲信号；ＲＸ由宽带光接收机或频谱分析仪，误码仪与条纹相机构成，用于测试系统的传输特性或通信能力；ＳＴＦ由普通单模光纤或色散位移光纤ＤＳＦ构成，OA1--ＯＡｎ由ＥＤＦＡ或ＳＯＡ组成，ＴＣＳ由导频滤波器，强度或相位调制器，非线性元件和色散补偿光纤等组成，设置在沿传输系统不同的区域，用于克服或降低由放大器放大带来的放大自 ｓｓ ｍｏｄ ＯＡ ＯＡ1 STF ＯＡ2 STF STF TCS ＯＡn STF TS TX RX

中国光通信行业未来发展趋势研究报告

中国光通信行业未来发展趋势研究报告 随着光通信产业的发展，无论是谷歌光纤的搅局，还是百度光纤将大有所为，市场的痛并快乐着的局面总是在不断推进产业的兼并整合进程。未来，市场、技术和产业动态，都有相关研究机构进行剖析与预测。光通信未来的市场、技术、产业发展动态，将会有怎样的风云变幻呢？ 一、光纤市场痛并快乐着兼并整合或将开始 光纤市场前景“痛并快乐着” 从现状来看，光纤光缆的价格维持在低位徘徊。预制棒已经成为国内光纤光缆厂商提升盈利能力获取更高竞争力的关键所在，预制棒的产能利用率已经成为国内企业考虑的重要因素。光纤光缆行业技术含量最高、壁垒最大的是上游预制棒环节，目前国内行业大厂均在光预制棒领域实现了自产，实现光预制棒-光纤-光缆的全产业链布局。 但是整个市场走向布局仍旧良好，中国光纤产销光纤活动连接器，为内地最大生产商，市占率高达20%。去年上半年集团营业额7.76亿元，升8.5%，股东应占溢利1.29亿元，升16.2%，去年第三季单季营业额4.75亿元，按年大升30.9%，而头三季合计营业额12.51亿元，增长16.1%，远胜上半年，全年业绩值得憧憬。以中国光纤全年盈利3亿元计，其现年PE低至7倍，有能力进一步攀升。 光纤产能过剩严重大规模兼并整合或将开始 近年来，受国家政策对宽带行业的支持，光纤线缆行业发展迅猛，伴随而来的是重重问题。此外，国内光纤厂商还将面临更多的严峻的挑战，国内运营商对光纤光缆的集体采购量持续下跌，而国内光纤企业众多，需求量变少，竞争将更

加激烈，最后导致恶性竞争。在环境如此“恶劣”的情形下，据说大规模兼并整合也即将开始，而此时一些小厂却在纷纷进入光纤行业，行业龙头也正布局并购整合，好让全国小厂乘凉“大树”下。 二、2018年中国光纤光缆市场收入或达1650亿 企业与市场网站发布“中国光纤光缆制造市场报告”指出，2013年中国光纤制造市场和光缆制造市场收入增长18.4%，达153亿美元(约合人民币948.6亿元)。到2013年的过去5年，行业收入年利率达17.2%。2008-2013年，高度的国内市场增长率每年达17.6%，这得益于大量信息技术和通信项目需要光缆市场的产品。 由于对网络和移动手机服务的强劲家用需求，信息技术和通信领域成为光纤光缆的主要市场。另外，发电企业是行业的另一大重要市场。 三、2020年全球固网宽带用户将达9.89亿 来自PointTopic的全球宽带用户预测显示，尽管增长速度看起来相对不变，但实际上没有以前的预测那么强劲。PointTopic预计到2020年底，全球固网宽带用户数将达到9.894亿。 世界各地的宽带用户增长速度差异取决于宽带市场的发展程度。该调研公司将全球宽带市场分为三部分：新兴市场、年轻市场和成熟市场。从下图中可以发现，不同类型市场的增长速度有非常明显的差异。 四、2018年全球光纤传感器市场将达43.3亿美元 作为物联网极其重要的组成部分之一，光纤传感器因其优势与应用一直备受瞩目。从全球市场来看，2013年全球光纤传感器市场规模为18.9亿美元。预计

光通信技术实验报告

光通信技术实验报告 实验一光通讯系统WDM系统设计 实验目的 1.熟悉Optisystem实验环境，练习使用元件库中的常用元件组建光纤通信系统。 2.使用OptiSystem模拟仿真WDM系统的各项性能参数，并进行分析。 实验原理 光波分复用系统简介 光波分复用是指将两种或多种各自携带有大量信息的不同波长的光载波信号，在发射端经复用器汇合，并将其耦合到同一根光纤中进行传输，在接收端通过解复用器对各种波长的光载波信号进行分离，然后由光接收机做进一步的处理，使原信号复原，这种复用技术不仅适用于单模或多模光纤通信系统，同时也适用于单向或双向传输。 波分复用系统的工作波长可以从0.8μm到1.7μm，由此可见，它可以适用于所有低衰减、低色散窗口，这样可以充分利用现有的光纤通信线路，提高通信能力，满足急剧增长的业务需求。 WDM光通信结构组成 1)滤波器：在WDM系统中进行信道选择，只让特定波长的光通过，并组织其他光波长 通过。可调谐光滤波器能从众多的波长中选出某个波长让其通过。在WDM系统的光接收机中，为了选择所需的波长，一般都需依赖于其前端的可调谐滤波器。要求其有宽的谱宽以传输需要的全部信号谱成分，且带宽要窄以减小信道间隔。 2)复用器/解复用器（MUX/DEMUX）：将多个光波长信号耦合到一路信道中，或使混合 的信号分离成单个波长供光接收机处理。一般，复用/解复用器都可以进行互易，其结构基本是相同的。实际上即是一种波长路由器，使某个波长从指定的输入端口到一个指定的输出端口。 实验软件介绍 OptiSystem是一款创新的光通讯系统模拟软件包，它集设计、测试和优化各种类型宽带光网络物理层的虚拟光连接等功能于一身，从长距离通讯系统到LANS和MANS都使用。一个基于实际光纤通讯系统模型的系统级模拟器，OptiSystem具有强大的模拟环境和真实的

光通信产业及相关上市公司分析

光通信产业及相关上市公司分析 我国光通信行业的成长性刚刚展现出来，而且在未来2－3年光通信行业可能会出现快速增长。 光通信传输设备是光通信行业发展前景最好的领域，年平均增长率在50％左右，是光通信行业重点投资领域。其次是光无源器件和光有源器件：光无源器件的成长性在30％左右，亦是优先考虑的投资领域；光有源器件的成长性在15－20％左右，但光有源器件技术含量较高，比传输设备和光无源器件有较高的技术壁垒，利润率较高。光纤近年来的平均成长率在20％左右，有较好的成长性。发展前景十分广阔 随着人们对网络带宽需求的爆发性增长和科技的飞速发展，信息服务业迅速膨胀，鉴于光通信传输网络是未来宽带移动通信和数据通信的基础传输网络，必然成为各国通信行业发展的重点。 光通信传输网络是利用光束通过光纤传送语音、数据及视频流量，在突破带宽瓶颈及消除网络延迟方面成效显著，能够从根本上提高网络服务性能、减少开支、增强服务弹性。 光通信产品可分为四类。即：①光纤光缆、②传输设备、③光有源器件、④光无源器件。光纤光缆是光信号传输的物理载体；传输设备是整个光通信传输系统的核心设备，支撑光通信网络传输功能的正常运行；光有源器件是指在光通信网络中具有光电能量转换功能的器件；光无源器件是指在光通信网络中起连接作用的器件。 据权威部门统计分析，世界光通信行业不同产品在未来几年都有较大的增长（见表1）。 由（表1）的数据可以看出，光通信行业发展最好的领域传输设备，年平均增长率在50％左右；其次是光无源器件和光有源器件，光无源器件的成长性在30％左右；光有源器件的成长性在15－20％左右。但光有源器件技术含量较高，比

光纤通信系统设计实例

光纤通信系统设计 1 概述 图 1.1 标准光纤通信系统架构 2 模拟系统设计 光纤系统中，各组件的累加损耗应足够低以符合探测器的阈值要求。模拟系统中，充足的功率意味着高SNR，另外，组件的组合应该提供足够的带宽以通过较高的调制频率，因此，应对单个器件的损耗和带宽进行分析，并计算整个系统的功率分配和带宽预算。 2.1 系统规格 2.1.1 初始方案 以设计简单的点对点视频系统为例，电视广播信号的带宽为6MHz，要求SNR为50dB。 表2.1 系统方案一：窄带宽和低功率 Carrier Source LED0.8-0.9um Information Channel MMF (SI or GRIN) Detector PIN-PD 表2.2 系统方案二：高带宽和高功率 Carrier Source LD 1.3um Information Channel SMF Detector APD 2.1.2 负载电阻计算 已知PIN-PD的电容和传输带宽，根据方程 求得负载电阻

取近似值，计算得为6.24MHz。 2.2 功率预算 2.2.1 平均光功率计算 标准的SNR方程是 由于使用PIN-PD作为光电探测器，假设系统是热噪声限系统，调制系数m为100%，SNR方程简化为 由于放大器噪声的存在，将实际温度T替换为等效噪声温度，假设环境温度T为300K，放大器噪声系数F为2，则，又已知PD响应率为，计算平均光功率P为 取P近似值为。 2.2.2 平均光电流计算 根据平均光功率P为，计算得PIN-PD的平均光电流，远大于暗电流（几个纳安），因此系统中暗电流的影响可以忽略，计算热噪声电流均方值 散粒噪声电流均方值 可以得到，热噪声功率是散粒噪声功率的近7倍，符合最开始采用热噪声限模型的假设。 预测平均光电流为时，并没有驱动探测器进入非线性区，最大饱和电流等于偏置电压与负载电阻的比值，使用5V偏压时，最大允许电流为（或），远远大于，系统不存在饱和问题。 2.2.3 详细方案 光源SE LED SI MMF

毕业设计100光纤通信+课程设计报告

课程设计报告 课程名称光纤通信 课题名称通信系统综合实验 一、设计内容与设计要求 1、设计内容 1）多路数据＋多路电话光纤综合传输系统的实现 2）多路数据＋多计算机＋单路图像/语音全双工光纤综合传输系统的实现3）*多路计算机＋双路图像/语音全双工光纤综合传输系统的实现 2、设计目的 掌握变速率时分复用的原理、实现方法； 学习并掌握计算机RS232通信技术； 掌握时分复用技术和波分复用技术的灵活搭配使用； 实现数字和语音同时通信。 3、实验仪器与设备 1.光纤通信实验系统2台。 2.示波器1台。 3.波分复用器2个。 4.电话2部。 I

5.FC/FC光纤跳线2根。 6.计算机若干台串口通信电缆若干根。 7.1310nm/1550nm波长波分复用器2个。 8.摄像头1个。 9.监视器1个（或用电话代替）。 4、设计原理 《多路数据＋多路电话光纤综合传输系统》综合了固定速率时分复用、解固定速率时分复用、PCM编译码、波分复用等几个子系统，具体的实验原理可以参看《光纤通信原理教学系统实验指导书》中的实验二十一、实验二十四、实验二十五、实验二十的方法； 《多路数据＋多计算机＋单路图像图像/语音全双工光纤综合传输系统》拟实现模拟图像、数据在同一光纤中传输。即在光纤中同时传输数字数据和模拟信号。一种解决方案综合了《光纤通信原理教学系统实验指导书》中的实验二十六、实验二十七、实验十六的知识； 《多路计算机＋双路图像/语音全双工光纤综合传输系统》综合了固定速率时分复用、解固定速率时分复用、变速率时分复用、解变速率时分复用、位时钟提取（数字锁相环DPLL）原理及实现五个实验，具体的实验原理可以参看《光纤通信原理教学系统实验指导书》中的实验二十一、实验二十三、实验二十四、实验二十五、实验二十六、实验二十七。 5、设计要求 掌握结构化系统设计的主体思想，以自下而上逐步完善的方法实现指定的通信系统功能，并按要求测试相关参数、波形等实验数据，以积累一些典型的通信子系统的功能、性能、参数等知识以及系统集成的知识。 (1)在规定的时间内以小组为单位完成相关的系统功能实现、数据测试和记录并进行适当的分析。 (2)按本任务书的要求，编写《课程设计报告》（Word文档格式）。并用A4纸打印并装订； II

国内光通信产业发展现状分析

国内光通信产业发展现状分析 一、光电线缆及光器件发展成就 中投顾问在《2017-2021 年光通信行业深度调研及投资前景预测报告》中指出，2011-2015 年，我国光电线缆及光器件行业企业紧跟国家发展战略部署，围绕创新驱动、转型发展作出了艰苦努力，取得令人鼓舞的成绩。截止十二五末，行业企业完成工业产值同比增加26%。对国家的税收贡献达900.07 亿。行业31 家上市公司的总销售规模达到2205.78 亿人民币。占整个产业比例41.3%。产业资本边界清晰，以民营+上市为主的格局基本形成。产业结构不断优化，光纤预制棒、光纤光缆、光器件、战略新兴产业和传统的同轴电缆、数据电缆、铁路信号电缆、高频电子线缆组件等五大产业格局市场竞争能力不断提高。 我国光纤预制棒、光纤、光缆产品，光纤预制棒十二五末打破国外垄断国产化率由不到30%提高至约80%，预制棒技术实现了群体突破，国内总的预制棒产能超过5000 吨。已成功开发出了自主知识产权的光纤预制棒制造设备。总规模已达935 亿人民币。光纤、光缆产能充足，供应全球市场份额的一半以上。光纤、光缆的产能分别是2.4 亿公里和2.8 亿芯公里。企业总数达150 家以上，其中规模较大的光缆企业在40 家左右，能同时生产光纤、光缆的企业在20 家左右，光纤预制棒、光纤及光缆一体化的企业有10 家左右。已经成为全球光纤光缆第一产能大国，同时一些领军企业已经进入了国际领先行列。实现了光纤拉丝成套设备国产化，而且部分光纤拉丝成套设备开始销售到海外。生产OPGW、OPPC 和海光缆等光单元用的焊管生产线基本实现国产化。该产业集群十二五未共完成销售收入1330.63 亿人民币，占

自由空间光通信及可见光通信市场分析

自由空间光通信及可见光通信市场分析 什么是自由空间光通信? 无线通信经常面临带宽限制和低速数据传输等难题。但是，作为航空和国防领域有名的无线技术，自由空间光通信(FSO)则消除了传统无线通信系统所面临的诸多问题。该技术目前适用于卫星连接、深空探测器、偏远地区通信、无人机(UAVs)以及飞行器等。自由空间光通信适用于视线内的点对点通信。它使用不同的调制技术，如振幅与相位调制，用于将输入信息转化为数字信号，进而实现进一步传输。自由空间光通信的最新趋势受限于旨在改善通信传输数据流程和质量的先进编码方案的引入和发展。 自由空间光通信：市场推动力和限制因素 自由空间光通信由于其提供的诸多好处而越来越受欢迎，包括安装成本低、带宽利用率高、数据传输速度快、连接性提高等。此外，自由空间光学技术也适用于军事和商业应用，如电信。自由空间光通信的工作原理与光纤技术相同，只不过它使用空气作为传输信息的媒介，而不是光纤光缆。与此同时，自由空间光学通信的设置只需几个小时的安装。这些都是影响自由空间光通信市场发展的重要因素。然而，自由空间光学通信市场面临着一些挑战。例如，在两点之间部署自由空间光学通信设置之前，两者之间的视线内必须没有任何障碍物，如树木或建筑物等。此外，由于雾和大气湍流等因素，自由空间传播可能会受到干扰。由于光波的吸收、散射和反射，雾的存在会严重阻碍光波的传播特性。大气湍流可以引起闪烁，从而进一步增加比特误码率。这也是制约自由空间光通信市场发展的一些因素。 自由空间光通信：市场细分 自由空间光通信市场可以根据组件、数据类型、调制类型、应用、终端用户和区域进行细分。从组件方面来看，可以将市场细分为发射机、接收器、收发器、调制器、解调器等。发射器和接收器用于单向通信，而收发器则用于双向通信。使用自由空间光通信传输的不同类型的数据包括图像、声音以及视频等。从调制方面来看，自由空间光通信市场可以分割为振幅、频率、相位和偏振。此外，从应用方面来看，可以将市场细分为航空航天和国防、电信、医疗保健、灾害管理、存储区域网络(SAN) 等。从终端用户方面来看，可以将市场细分为企业和商业

光通信系统设计

单片机光通信系统设计 Design of Optical Communication System by MCU 学院：信息科学与工程学院 专业班级：电子信息工程0901班 学号：090402007 学生姓名：陈旭 指导教师：王会民（讲师） 2013年 6 月

摘要 LED作为冷光源和节能光源，正在不断发展和普及。所以利用这个新的光源来通信，也变成了目前研究的热门课题之一。LED光传输技术就是利用常见的LED等室内照明设备，发出肉眼感觉不到的高速明暗闪烁的通信信号，以无线通信的方式来传输数据。采用无线光通信最大的特点就是它的波长范围大，可以将可见光讯号用不同的波长来进行信号的传输。可见光还有无电磁辐射、易保密等特点，尤其搭借了照明平台，所以不需要采用另外的传输介质，采用广播方式，受体的数量即容量受到的制约小，但是其缺点是不易实现双向的通信。 这次毕业设计的主要内容是尝试设计并制作一个LED通信试验系统，通过对频率的调制，发出特定的编码信号，接收方利用光电敏感器件接收调制光，解调后还原成数据信号。最后，本次毕业设计完成了基本功能的LED发射管、接收管的发射和接收工作，并且尝试将其时分复用和频分复用。在发送端添加了温度传感器和超声波测距传感器，数码管显示，在接收端用1602液晶屏幕显示出来。两者的对比，反应出通信的正确性。 本设计是基于两个89C51单片机，利用红外led发射装置和HS0038接收装置设计的简单慢速通信。目标是熟悉单片机的编程思路和学习通信的基本原理。基本的慢速光通信在传感器与单片机之间的通信上有着广泛的应用。 关键词：LED;调解;解调;频分复用;时分复用 I

光通信课程设计

光通信技术课程设计 一、系统功能描述 此系统是一个通过红外通信进行简单信号传输的装置，分为发送和接收两部分。发送装置接有简易键盘，按下按键后，单片机采集信号处理后通过红外发送出去。接收装置收到信号后，进行解析，然后通过数码管显示出相应的码型。 二、系统所用元器件及设备 发送端： AT89C52×1、红外发射二极管×1、8050×1、按键开关×10、11.0592M晶振×1 电容：10μF×1、20pF×2 电阻：1k?×2、100?×1 接收端： 74LS273×1、AT89C52×1、按键开关×1、7段共阳极数码管×2、8550×2、11.0592M晶振×1、红外接收器SM0038×1 电容：10μF×2、20pF×2 电阻：100?×2、1k?×1、4.7k?×2 设备： 稳压电源5v 示波器 三、系统实现功能原理 发送端： 输入方式采用3×3阵列（9按键）键盘，一共6根信号线，接入单片机P1口。每个按键在单片机P1口上对应唯一8位2进制值。当按下键盘上的不同按键时，通过编码器产生与之相应的特定的二进制脉冲码信号。将此二进制脉冲码信号先调制在38KHz的载波上，经过放大后，激发红外发光二极管转发成波长940nm的红外线光传输出去。 接收端： 红外接收器采用一体化红外遥控接收器SM0038,红外线数字信号则经过红外接收器取出数字信号数据经单片机译码，最后送到显示电路。 主要芯片AT89C51： 引脚图： 功能介绍： AT89C51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4K BYTES的可反复擦写的只

读程序存储器（PEROM）和128 BYTES的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和FLASH存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案。 AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和FLASH存储器结合在一起，特别是可反复擦写的FLASH存储器可有效地降低开发成本。 管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL 门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL 门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 /ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可

2020年光通信行业深度研究报告

2020年光通信行业深度研究报告 筱宇轩2020.5.4 本文系统性地从架构的变化衍生出对设备、光芯片、光模块、连接器件以及PCB 材料演进路径的分析。 1. 5G 时代光通信的再思考——流量爆发下的数据密度革命 我们一直在思考一个问题：5G 流量再爆发中，光模块的产业演进路径如何？结合此前日韩5G 研究、光博会草根调研，我们本文系统性地从架构的变化衍生出对设备、光芯片、光模块、连接器件以及PCB 材料演进路径的分析。站在当前时点，市场担心光通信同质化竞争严重，会影响产品毛利率进而拖累业绩增长，但我们看到，5G 对数通设备、400G、MPO 连接器、高频高速材料等提出新的要求，流量爆发下的数据密度革命即将到来，新产品、新市场的出现将极大提振盈利能力，优秀企业在产品能力、渠道能力、成本管控等方面的竞争优势将进一步体现，从而拉开业绩差距。因此，不必过分担心同质化竞争而忽略了5G 的大机遇，在全球5G 放量的前夕，光通信仍是最确定的方向。 1.1 流量驱动下的东西向"叶脊架构"需求增长 5G 与400G 数据中心是双生式同步发展。当前，全球主要国家正在积极参与5G 的商用化。运营商正在全速部署下一代网络设备，为2020 年及以后的5G 服务做好准备。4K/8K 高清视频、直播、视频会议、VR/AR 等大带宽的持续发酵酝酿，NB-IoT 等技术引发物联网产业新一轮增长，海量

移动设备的接入，应用端的发展正指向着流量的大爆发。在当下5G 应用尚未大规模兴起的情况下，依靠高清视频、AR/VR 等既有业务，韩国在5G 推出半年的时间点，实现了流量近3 倍增长（DOU 从约8G 到25G），结合近期不断涌现的新型应用（如一夜爆红的AI 视频换脸ZAO），我们预计在5G 时代随着高宽带应用的逐步落地，流量的爆发将会是数十倍的量级。 云成为大趋势，大型数据中心规模继续增长。根据Synergy Research 数据显示，2018 年年底全球超大规模数据中心数量已经达到430 个，美国占据其中40%。超大规模数据中心的增长势头不减，公司收入每年平均增长24％，而资本支出增长则超过40％——其中大部分用于建设和装备数据中心。据思科预测，2021 年全球数据中心流量将增长到每年20.5ZB，且95%的数据中心流量将是云流量。在即将到来的5G 时代，流量的爆发将汇聚成数字海啸。过去几年，海外云厂商经历了从需求爆发到去库存的周期轮回，但随着5G 到来，我们认为，数据中心的需求增长仍是确定性的。近期市场担心四季度海外能否起量也仅是短期维度的压制因素，随着2020 年5G 整体起量，大型数据中心是不可或缺的基础设施。 大型数据中心叶脊架构已成主流架构，新的交换模式可以带来更低的延时，传统三层架构退出历史舞台。首先大型云厂商在即将到来的5G 时代，以及云进程的进一步深入加速，大型云厂商数据规模越来越大，数据中心内部东西向流量已然占据主导地位，更适于数据中心内部数据交互的扁平胖宽的叶脊架构已成为数据中心的首选。叶脊架构使得数据中心规模变得更

自由空间光通信技术的发展现状与未来趋势

自由空间光通信技术的 发展现状与未来趋势 易成林 (华中科技大学武昌分校,湖北武汉430070) 摘　要:自由空间光通信(Free2Space Optical Columniation,简称FSO)是一种通过激光在大气信道中实现点对点、点对多点或多点对多点间语音、数据、图像信息的双向通信技术,介绍了自由空间光通信的国内外研究现状,分析了应用现状和未来发展趋势。 关键词:自由空间;光通信技术;现状;趋势 中图分类号:F623 文献标识码:A 文章编号:167223198(2007)0920263202 1　自由空间光通信的研究现状 1.1　基于光电探测器直接耦合的FSO系统 早在30多年前,自由空间光通信曾掀起了研究的热潮,但当时的器件技术、系统技术和大气信道光传输特性本身的不稳定性等诸多客观因素却阻碍了它的进一步发展。与此同时,随着光纤制作技术、半导体器件技术、光通信系统技术的不断完善和成熟,光纤通信在20世纪80年代掀起了热潮,自由空间光通信一度陷入低谷。然而,随着骨干网的基本建成以及最后一公里问题的出现,以及近年来大功率半导体激光器技术、自适应变焦技术、光学天线的设计制作及安装校准技术的发展和成熟,自由空间光通信的研究重新得到重视。 在国外,FSO系统主要在美英等经济和技术发达的国家生产和使用。到目前为止,FSO己被多家电信运营商应用于商业服务网络,比较典型的有Terabeam和Airfiber公司。在悉尼奥运会上,Terabeam公司成功地使用FSO设备进行图像传送,并在西雅图的四季饭店成功地实现了利用FSO设备向客户提供10OMb/s的数据连接。该公司还计划4年内在全美建设100个FSO城市网络。而Airfiber公司则在美国波士顿地区将FSO通信网与光纤网(SON ET)通过光节点连接在一起,完成了该地区整个光网络的建设。 目前商用的FSO系统(见图1)通常采用光源直接输出、光电探测器直接耦合的方式,这种系统有以下几点缺点: (l)半导体激光器出射光束在水平方向和垂直方向的发散角不同,且出射光斑较粗,因此我们需要先将出射光束整形为圆高斯光束再准直扩束后发射,这样发射端的光学系统就较为复杂,体积也会相应增大。 (2)在接收端,光斑经光学天线会聚之后直接送入PD 转化为电信号。通常,我们需要提供点到点的,双向的通信系统,这样,FSO系统的每个终端都包括了激光器,探测器,光学系统,电子元器件和其中有源器件所需要的电源。这种系统的体积通常比较大,重量大,成本也比较高。从FSO 系统终端的内部结构图中可以看出,完成一个简单的点到点的链路需要6个OE转换单元。随着人们对带宽的需求越来越高,PD的成本也越来越高,6个O E转换单元大大增加了成本闭。 (3 )FSO终端设备一般安装于楼顶,如果终端中含有大量的有源设备,会给我们的安装带来了很多不方便。 (4)系统的可扩展性很小。如果用户所需要的带宽增加,那么封装在一起的整个FSO系统终端都需要被新的终端取代,安装新设备的过程需要再次对准,整个升级过程所需要的时间很长,给人们带来巨大的损失。 图1　基于PD直接接受的FSO系统 1.2　基于光纤耦合技术的FSO系统 光纤输出、光纤输入的自由空间光通信系统(见图2 ),激光器输出的高斯光束耦合至光纤再经准直出射,传输一定距离后,光束通过合适的聚焦光学系统聚焦在光纤纤芯上,沿着光纤传输后经PD接收还原信号。这样我们通过在发射和接收端都采用光纤连接的方式,只需要在楼顶放置光学天线系统,而将其他的控制系统通过光纤放置于室内就可以实现点到点的连接,整个系统结构简单,易于安装。 图2　基于光纤的FSO系统 这种新型的FSO系统具有以下优点:①减少了不必要的E一O转换,一条链路现在只需要2个O E接口即可,大大降低了成本。②光学系统较为简单,光纤出射的光束一般为圆高斯光,不需要整形,简化了光学系统,减小了体积,易于安装。③易于升级及维护,当用户的带宽增加时,我们只需要对放置在室内的系统进行升级即可,免去了复杂繁琐的对准过程。④基于光纤耦合的空间光通信系统能够很 — 3 6 2 —

(整理)高速光通信系统

高速光通信系统高速光通信系统 高速光通信系统包括激光发射器,光纤和光探测接收器。每个部件都会对BER产生潜在的影响。因此需要有一种表征各个系统组件性能的方法,以便在整合成完整系统时,减少达不到预期性能的风险。 这类方法在测试SONET/SDH、千兆位以太网和光纤信道收发器时尤为重要。 光发射器由直接调制激光器或输出到外部调制器的固定功率激光器组成。虽然BER测试能描述整个通信系统的总体性能,但很少用来表征高速光发射器的性能。测试发射器的策略是通过沿袭测试输出波形的形状和频谱而发展起来的。具体地说,包括光谱、调制带宽与频谱、眼图模板测试、消光比、以及平均功率测量。 发射器的输出谱对长距离系统或单根光纤内含有多个波长的系统十分有用。色散是不同波长以各自的速度沿光纤传播时形成的,若信号的能量分布在较宽的波长范围内，则会产生脉冲扩展。由于脉冲随时间向外扩展,增加了系统接收器确定所接收的信号电平的难度,从而使BER性能变差。在单根光纤上多路复用几个发射器,而每个发射器使用不同波长的系统称为WDM系统。对这类系统,需精确管理每个发射器的中心波长,同时每个发射器的谱宽应尽可能地小,以减少邻近信道间的干扰。但在另一方面,其频谱要求不象短距离、单信道系统那样苛刻。 测量中心波长与谱宽的基本工具是光谱分析仪(OSA)。该仪器能显示功率对波长的关系。中心波长位于1548.5nm,而最大边模位于1550.09nm,其强度比主模低45dB。当需要同时监测多个发射器时,也能使用OSA。波长计用来观察多个信号且其波长的精确度较高。 高速度发射器的边沿速度要快，因此应具有较宽的调制带宽。该功能可用这样一类仪器来测定,该仪器向发射器提供正弦波电激励，同时测量发射器输出的调制光的幅度与相位。理想响应的输出信号与输入信号比值是恒定的。 发射器的输出功率还具有随机起伏特性,一种称为相对强度噪声的不希望有的噪声机构。由于功率起伏的速率和幅度是随机的,它用幅度对频率的特性来表征。该参数用光波信号分析仪来测定,它基本上是一个带有光接收器前端的电气频谱分析仪。 发射信号的形状对BER有明显的影响。考虑到接收器需在极短的时隙内确定信号的电平。几个参数会降低BER的性能,其中包括抖动、噪声、边沿速度,以及功率电平。抖动反映信号在时序上的不一致性。就接收器而言,数位比正常情况下早到或晚到都会提高出错的概率。噪声具有类似的影响,因为它会改变信号的电平。倘若边沿速度太慢,那末总不能达到最佳信号电平。要是信号因发射器不能输出适当的功率电平

自由空间激光通信技术概述

自由空间激光通信技术概述 06061118 刘晓彪 摘要：本文对自由空间激光通信技术经行了大体上的介绍，具体分析了其中的关键技术和研究重点，并对这一前沿技术的未来发展趋势经行了展望。 关键词：激光通信 自由传输 大气信道 空间激光通信系统是指以激光光波作为载波，大气作为传输介质的光通信系统。自由空间激光通信结合了光纤通信与微波通信的优点，既具有大通信容量、高速传输的优点，又不需要铺设光纤，因此各技术强国在空间激光通信领域投入大量人力物力，并取得了很大进展。 一、传输原理 大气传输激光通信系统是由两台激光通信机构成的通信系统，它们相互向对方发射被调制的激光脉冲信号（声音或数据），接收并解调来自对方的激光脉冲信号，实现双工通信。受调制的信号通过功率驱动电路使激光器发光，从而使载有语音信号的激光通过光学天线发射出去。另一端的激光通信机通过光学天线将收集到的光信号聚到光电探测器上，然后将这一光信号转换成电信号，再将信号放大，用阈值探测方法检出有用信号，再经过解调电路滤去基频分量和高频分量，还原出语音信号，最后通过功放经耳机接收，完成语音通信。当开关Ｋ掷向下时，可传递数据，进行计算机间通信，这相当于一个数字通信系统。它由计算机、接口电路、调制解调器、大气传输信道等几部分组成。接口电路将计算机与调制解调器连接起来，使两者能同步、协调工作；调制器把二进制脉冲变换成或调制成适宜在信道上传输的波形，其目的是在不改变传输结果的条件下，尽量减少激光器的发射总功率；解调是调制的逆过程，把接收到的已调制信号进行反变换，恢复出原数字信号将其送到接口电路；同步系统是数字通信系统中的重要组成部分之一，其作用是使通信系统的收、发端有统一的时间标准，步调一致。 二、关键技术分析 一）高功率激光器的选择 激光器用于产生激光信号，并形成光束射向空间。激光器的好坏直接影响通信质量及通信距离，对系统整体性能影响很大，因而对它的选择十分重要。空间光通信具有传输距离长，空间损耗大的特点，因此要求光发射系统中的激光器输出功率大，调制速率高。一般用于空间通信的激光器有三类：二氧化碳激光器。输出功率最大(>10kw)，输出波长有10.6m和9.6m，但体积较大，寿命较短，比较适合于卫星与地面间的光通信。 Nd:YAG激光器。波长为1064nm，能提供几瓦的连续输出，但要求高功率的调制器并保证波形质量，因此比较难于实现，是未来空间通信的发展方向之一。采用半导体泵浦的固体激光器，若使半导体发射谱线与Nd:YAG激光器吸收谱线一致，可减少热效应，改善激光光束质量，提高激光源综合性能。这种激光器适合用于星际光通信。 二极管激光器（LD）。LD具有高效率、结构简单、体积小、重量轻等优点，并且可以直接调制，所以现在的许多空间光通信系统都采用LD作为光源。例如波长为800～860nm的ALGaAs LD和波长为970～1010nm的InGaAs LD。由于ALGaAs LD具有简单、高效的特点，并且与探测、跟踪用CCD阵列具有波长兼容性，在空间光通信中成为一个较好的选择。 二）快速、精确的捕获、跟踪和瞄准（ATP）技术 这是保证实现空间远距离光通信的必要核心技术。系统通常由以下两部分组成： 1、捕获（粗跟踪）系统。它是在较大视场范围内捕获目标，捕获范围可达±1°～±20°或更大。通常采用CCD阵列来实现，并与带通光滤波器、信号实时处理的伺服执行机构共同完成粗跟踪，即目标的捕获。粗跟踪的视场角为几mrad，灵敏度约为10pW，跟踪精度为几十mrad； 2、跟踪、瞄准（精跟踪）系统。该系统是在完成目标捕获后，对目标进行瞄准和实时跟踪。通常采用四象限红外探测器（QD）或Q-APD高灵敏度位置传感器来实现，并配以相应伺服控制系统。精跟踪