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RS-232数据光端机原理

[ 来自:不详   阅读:   时间:2010.11.25 ] 1 光纤通信的发展状况
1966年英籍华裔学者高锟（C.K.KA）和霍克哈母（C.K.HOCKHAM）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（ATLANTA ）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GAALAS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。

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（3×10¹⁴Hz），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、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示为一光纤通信系统框图。


图 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（PCM ）和线路码型编码处理等，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。

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，工作稳定可靠。

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，像武汉波仕电子、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，其中波仕电子的RS-232单模和多模的光端机还可以做到无须电源。本文仅就八路来说明其复用原理。

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。

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，本文仅以八路复用来起到抛砖引玉的作用。

5 数据光端机的设计整体说明
整体电路的原理框图如图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。


图2 系统原理框图

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，使其符合RS-232C接口标准，能在计算机或终端中传输。这就是整个电路的工作原理。