[優(yōu)秀畢業(yè)設計精品] 基于usb接口的光纖圖像通信系統(tǒng)總體方案設計

1、<p><b>　　本科生畢業(yè)論文</b></p><p>　　基于USB接口的光纖圖像通信系統(tǒng)</p><p><b>　　總體方案設計</b></p><p>　　系 （部）：電子與通信工程系 </p><p>　　專 業(yè)： 通信工程 </p&

2、gt;<p>　　學 號： </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　指導教師： 教授 </p><p>　　2009 年 6 月</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文主要研究的是

3、圖像由計算機發(fā)出，經(jīng)過USB接口、數(shù)字圖像處理模塊、光纖傳輸系統(tǒng)、計算機收發(fā)軟件又傳回到計算機中的整個過程中的模塊設計。本文中詳細進行了數(shù)字圖像處理模塊、USB接口的方案設計已及計算機收發(fā)軟件的方案設計。在USB接口設計中分別進行了軟件與硬件的設計，USB軟件方面我們要求接口能夠成功完成編譯碼，在本文中我們采用的是CMI編譯碼，在硬件方面設計了接口電路，以及接口芯片與驅(qū)動的選擇。在計算機收發(fā)軟件方面我們用VB或者C++編一個接口控制程序

4、以及收發(fā)界面，在光纖傳輸模塊研究光纖收發(fā)系統(tǒng)。USB接口、計算機收發(fā)系統(tǒng)具體設計由項目的其他成員完成，我負責總體方案設計與光纖傳輸系統(tǒng)的設計。通過其他成員設計所的結(jié)果顯示圖像能夠無失真的傳輸，證時了此方案的可行。</p><p>　　關鍵詞：光纖通信實驗，USB接口，圖像傳輸</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>

5、;　　This paper is issued by a computer image through USB interface, digital image processing module, optical transmission systems, computer software to send and receive images in order to achieve the transfer. In this pap

6、er, a detailed digital image processing module, USB interface of the program design and program computer software designed to send and receive. USB interface in the design of a separate software and hardware design, USB

7、interface software, we ask the codec can be successfully comple</p><p>　　Keywords: Optical fiber communication experiment, USB interface, and image transmission</p><p><b>　　目 錄</b>&

8、lt;/p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1USB簡介1</p><p>　　1.2 光纖通信介紹2</p><p>

9、;　　1.3 項目的研究及意義3</p><p>　　1.4本設計的主要內(nèi)容3</p><p>　　第2章總體方案設計4</p><p>　　2.1 光纖圖像傳輸系統(tǒng)圖4</p><p>　　2.2計算機圖像收發(fā)軟件設計方案5</p><p>　　2.2.1需求分析5</p><p>

10、;　　2.2.2設計所要達到效果6</p><p>　　2.3 USB接口設計方案6</p><p>　　2.3.1需求分析6</p><p>　　2.3.2 設計所要達到的效果8</p><p>　　2.3.3 USB編碼與譯碼方式9</p><p>　　第3章光纖通信系統(tǒng)設計11</p>

11、<p>　　3.1光纖通信基本原理11</p><p>　　3.2光纖發(fā)送系統(tǒng)11</p><p>　　3.2.1光源LD12</p><p>　　3.2.2光發(fā)送端機驅(qū)動及控制原理13</p><p>　　3.3光纖接收系統(tǒng)14</p><p>　　3.4光纖系統(tǒng)性能指標介紹16</p&g

12、t;<p>　　3.5光纖線路編碼及實現(xiàn)18</p><p>　　3.5.1 光纖線路編碼原理18</p><p>　　3.6 編譯碼器原理及實現(xiàn)19</p><p>　　3.6.1 編碼器原理19</p><p>　　3.6.2 解碼器原理19</p><p>　　3.6.3 CMI編譯碼2

13、0</p><p><b>　　結(jié)論22</b></p><p><b>　　參考文獻23</b></p><p><b>　　致 謝24</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><

14、b>　　1.1 USB簡介</b></p><p>　　USB是英文Universal Serial Bus的縮寫，中文含義是”通用串行總線”。 通用串行總線USB是用于將適用USB的外圍設備連接到主機的外部總線結(jié)構。它不是一種新的總線標準，而是應用在PC領域的新型接口技術。早在1995年，就已經(jīng)有PC機帶有USB接口了，但由于缺乏軟件及硬件設備的支持，這些PC機的USB接口都閑置未用。1998

15、年后，隨著在Windows 98中內(nèi)置對USB接口的支持模塊，加上USB設備的日漸增多，USB接口才逐步走進了實用階段。USB接口的優(yōu)點是支持熱插拔，在開機情況下，可以安全的連接或斷開設備，達到真正的即插即用。計算機硬件很少有機會從頭開始。任何新東西都要和它前面的東西保持兼容，這對計算機本身和它們要連接的外社是必須滿足的。目前個人計算機的外接規(guī)格十分混亂，每個周邊外設都是單獨與計算機連接，無疑從成本和配置的問題上看都是不利的，而這正是U

16、SB要解決的一個問題。要有效地解決上述存在的問題，保證新舊設備的兼容性這就需要實現(xiàn)USB與常規(guī)的串口之間的轉(zhuǎn)換。目前，在接口的轉(zhuǎn)換方案上從USB到串口的轉(zhuǎn)換技術趨向成熟，所以本文要討論的是如何在保證其可行性上實現(xiàn)USB</p><p>　　USB的基本構架可以分為3個部分：USB主機控制器/根集線器，USB集線器以及USB設備[1]。USB是通過PCI總線和PC的內(nèi)部系統(tǒng)數(shù)據(jù)線連接、實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。USB同時又是一

17、種通信協(xié)議，支持主機和USB的外圍設備之間的數(shù)據(jù)傳輸。目前較多設備支持的是USBl. 0，最新的USB2. 0在2000年4月已正式發(fā)布。目前 USB3. 0還未正式普及。USB2. 0有全速和低速兩種方式，低速方式的速率為1. 5Mpbs，全速模式為12Mpbs。在USB2. 0中增加了一種高速方式，數(shù)據(jù)傳輸率達480 Mpbs，可以滿足更加高速的外設需要。USB一個接口適合多種設備，自動識別、配置，不需要用戶設定，并為其它設備空出了

18、硬件資源。USB接口易于連接、從總線上得到電源，而不需要自己提供電源、低成本、低功耗。對于使用帶有通用串行總線(USB)結(jié)PC的用戶，不需要打開機蓋手工配置系統(tǒng)I/0及為不同的外設接口而發(fā)愁，只需極其簡單地安裝與配置即可使用外設。USB提供即插即用(Plug&Play)和熱插拔功能，可以在不斷電的情況下直接將外設連接到USB上，且馬上就可以被系統(tǒng)識別使用。所有USB外設接口“One</p><p>　　1

19、.2 光纖通信介紹</p><p>　　隨著科學技術的不斷發(fā)展，計算機的更新速度不斷提高，人們的思想文化素質(zhì)也不斷提高，對圖像的要求也越來越高。Visual Basic與其它計算機語言一樣，具有很強的數(shù)字圖像處理功能，并具有其獨特的圖形環(huán)境特點設計就是初步設計了這么一個方案，利用USB接口與光纖傳輸圖像。</p><p>　　我國光纖通信技術發(fā)展速度之快令世界矚目，目前,敷設光纖

20、總長度達2 500萬km、投資近20條海底光纜，已基本上掌握了100 Gb/s的同步數(shù)字體系高速光通信系統(tǒng)技術、288芯和648芯帶狀光纜生產(chǎn)技術以及應用到同步數(shù)字體系高速光通信系統(tǒng)中的光放大器生產(chǎn)技術等；可以說，我國已成為少數(shù)幾個能夠自行研制大容量高速光傳輸系統(tǒng)并投入商業(yè)開發(fā)應用的國家之一。但應該看到的是我國光纖通信設備所需的一些關鍵技術、元器件、材料仍部分依賴進口[2]。所以，今后光傳輸仍應是信息產(chǎn)業(yè)建設發(fā)展的重點。日漸成熟的光纖通

21、信技術已經(jīng)和正在為信息的擴容和IP網(wǎng)絡的發(fā)展起著巨大的推動作用，而21世紀的光纖通信技術必將迎來一個飛速發(fā)展的新高潮，向著高速率、大容量、性能價格比合理的全光網(wǎng)絡發(fā)展。所以用光纖傳輸圖像更有發(fā)展?jié)摿?，順應了發(fā)展的要求。</p><p>　　現(xiàn)階段，光纖通信網(wǎng)絡在逐漸取代原先的電纜網(wǎng)絡，信息傳遞的容量也日益劇增。在資源共享的趨勢下，越來越多的用戶希望把信息上傳與大家共享，例如圖像。</p><p

22、>　　光纖傳輸與電纜傳輸相比較，具有以下優(yōu)點：</p><p>　　(l)損耗極低，中繼距離很長。商品石英光纖現(xiàn)已達到的損耗水平是在1.3刀m波長處損耗是0.35dB/kln，在1.55刀m波長處損耗是0.20dB/km，這比最好的同軸電纜的損耗的百分之一還要低。</p><p>　　(2)頻帶極寬，傳輸容量很大。光纖比銅線或電纜有大得多的傳輸帶寬，理論上一對單模光纖可傳2.5億個話

23、路，是同軸電纜的幾百倍。若采用多個光源的波分復用，則帶寬更大。</p><p>　　(3)抗電磁干擾性能好。光纖由電絕緣的石英材料制成，光纖通信線路不受各種電磁場的干擾和閃電雷擊的損壞。</p><p>　　(4)保密性能好。在光纖中傳輸?shù)墓庑孤┓浅Ｎ⑷?，即使在彎曲地段也無法竊聽。沒有專用的特殊工具，光纖不能分接，因此信息在光纖中傳輸非常安全。</p><p>　　

24、(5)溫度穩(wěn)定性好、壽命長。與銅線和同軸電纜相比，光纖的溫度系數(shù)極小，其傳輸特性基本不隨溫度而變，故光纖傳輸系統(tǒng)十分穩(wěn)定可靠，而且不易老化。由于光纖通信具有以上獨特的優(yōu)越性，它已成為圖像傳輸系統(tǒng)中不可取代的傳輸介質(zhì)。</p><p>　　而另一方面，計算機接口的統(tǒng)一化成為現(xiàn)在討論的重點話題?，F(xiàn)在，USB接口以其各種優(yōu)點而被越來越多的人所接受，按這種趨勢發(fā)展，我們大膽猜想，將來可能大部分接口將被USB接口所取代。所

25、以我的選題從小的方面能為教學用光纖圖像傳輸實驗的發(fā)展提供條件。</p><p>　　1.3 項目的研究及意義</p><p>　　本項目主要是設計出USB接口、光纖傳輸系統(tǒng)、計算機收發(fā)軟件系統(tǒng)的方案，為具體設計這幾個模塊提供依據(jù)，通過具體設計后保證圖像能在此系統(tǒng)中傳輸不失真。本項目選題為“基于USB接口的光纖圖像通信系統(tǒng)”從實際的方面來看它能作為一個實驗推廣。這個項目從一定程度上可用于實驗

26、室的實驗設備，將其完成后可向同學演示信號在光纖中的傳輸情況，在實驗中使更多的同學了解USB接口與光纖通信。</p><p>　　1.4 本設計的主要內(nèi)容</p><p>　　本文主要完成整體方案設計，包括計算機收發(fā)界面以及接口程序所要達到的效果，USB接口設計的具體要求、所達到的效果以及它所滿足的特性，光纖傳輸所具備的條件以及光纖圖像傳輸系統(tǒng)的具體設計。并利用課題組其他成員的設計成果給出最

27、后結(jié)果，證明該方案的可行性即圖像能夠正常傳輸。</p><p><b>　　第2章總體方案設計</b></p><p>　　2.1 光纖圖像傳輸系統(tǒng)圖</p><p>　　圖像數(shù)據(jù)信號從外接的PC機上經(jīng)過USB接口送入數(shù)字圖像傳輸模塊，由該模塊的USB（USB301）的接口進入，經(jīng)過編譯碼送到光發(fā)送端機進行電光交換，轉(zhuǎn)換成光信號，光信號經(jīng)光纖信

28、道傳輸再由光接收端機完成光電轉(zhuǎn)換和信號恢復，再送回到數(shù)字圖像傳輸模塊恢復成原始圖像信號，再傳回到外接的PC機上進行顯示[6]。初步設計外接PC機采用的USB口為USB301，控制芯片為U302，其型號為AT89C2051。圖2.1為基于USB接口進行光纖圖像傳輸總體系統(tǒng)圖。開關K301的作用是決定圖像信號是由1310波長的光纖進行傳輸還是由1550波長的光纖進行傳輸。</p><p>　　圖2.1光纖圖像傳輸?shù)目?/p>

29、體圖</p><p>　　設計中采用的是比較普遍使用的1 310nm/1 550nm波分復用，其中光發(fā)射/接收模塊1工作波長為1 310nm，光發(fā)身打接收模塊2工作波長為1 550nm，采用波分復用方式實現(xiàn)了圖像信息的傳輸。光纖傳輸模塊中采用波分復用方式將經(jīng)光發(fā)射模塊將電信號轉(zhuǎn)換為光信號，由光纖進行信息傳輸。在信息的接收端首先由光接收模塊將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，再通過密集波分復用方式將信息還原為原有的圖像信

30、息。整個系統(tǒng)傳輸過程中主要包括3個模塊，計算機收發(fā)模塊、USB模塊、光纖傳輸模塊。</p><p>　　2.2 計算機圖像收發(fā)軟件設計方案</p><p>　　圖像通過光纖接口傳到計算機上，需要有個收發(fā)軟件，以便使圖像在計算機上能夠精確的傳播。此模塊我的設計理念是用Visual Basic或者C++設計出一款光纖圖像通信系統(tǒng)中控制圖像收發(fā)的軟件。用計算機通過USB接口與實驗平臺連接后，在計

31、算機上運行圖像收發(fā)軟件，完成圖像的光纖傳輸全過程。</p><p><b>　　2.2.1需求分析</b></p><p>　　此模塊所實現(xiàn)的圖像收發(fā)是以光纖為介質(zhì)而進行的通信系統(tǒng)，利用VB[9]或者C++和Winsock為編程環(huán)境來實現(xiàn)制作和開發(fā)過程，通過對光纖通信系統(tǒng)進行可行性分析，需求分析和設計逐步將一個圖像收發(fā)的開發(fā)過程呈現(xiàn)出來。整個過程中沒有刻意追求專業(yè)性和

32、商品化軟件的華麗包裝，而是本著簡單實用的原則，既在功能上滿足用戶的需求，又力求操作簡便，使本系統(tǒng)容易掌握和使用。</p><p>　　對此系統(tǒng)設計要求的計算機環(huán)境如下：</p><p>　?。?）計算機軟件配置：</p><p>　　操作系統(tǒng)，Windows 2000中文版或者Windows XP中文版或者Windows Vistal中文版。采用Visual Bas

33、ic 6.0或者C++[3]軟件開發(fā)環(huán)境。</p><p>　　（2）計算機硬件配置：</p><p>　　CPU，PentiunII266或更高</p><p>　　內(nèi)存，512MB或以上</p><p><b>　　硬盤，10GB以上</b></p><p>　　顯示器，VGA或更高</

34、p><p>　　大體將此軟件分為三個部分：界面設計；圖形建模；網(wǎng)絡接受。設計時也主要從此三方面考慮。</p><p>　　界面設計須考慮到用戶的各種狀況，制定出一個適合使用者使用的軟件，使用者的腦力是必須被考慮的，由于人的生理特性，記憶力是有限的，所以我們在設計界面時要結(jié)合提示等等，不要給用戶太大的壓力。</p><p>　　軟件的界面要求：將圖形組件化，并且鼠標操作，

35、能夠僅僅在鼠標動作下，實現(xiàn)對容器中的圖形拖動，縮放。另外轉(zhuǎn)動也是必不可少的一個基本動作，再者需要能對圖形做標注。</p><p>　　從上面簡單的需求看來，鍵盤就是輸入地址，現(xiàn)在需要重點考慮的鼠標事件以及系統(tǒng)內(nèi)部事件響應。為了操作上的方便，我們選用用框架結(jié)構，這樣子基本保證了鼠標操作的完整性。將需要插入的圖形組件化，然后對應給一個菜單命令。</p><p>　　當然，在容器中我們要對鼠標位

36、置進行捕獲，然后還要開辟一個空間用于顯示從網(wǎng)絡上獲取的實時數(shù)據(jù)。因此將容器分為三大塊是由必要的，一塊工作區(qū)，第二塊做參數(shù)顯示區(qū)，第三塊做鼠標位置和標簽區(qū)。這些當然還不是最終的方案，比如參數(shù)顯示的問題，為了方便用戶和獲得注意力，我們可能又需要專門為之做個框架。</p><p>　　2.2.2設計所要達到效果</p><p>　　應用程序操作界面需美觀，并且能夠盡可能的實現(xiàn)多樣化功能，例如：能

37、夠顯示圖像的基本信息，能夠自動控制接收時間，界面大方、美觀，隨時獲知圖像的傳輸動態(tài)且要求所傳的圖像不失真、傳輸速率快等要求。還要有負責加載菜單，對窗口動作做響應，加載工作容器；要有各種菜單，用于添加各種菜單命令；要有各種容器，添加彈出菜單。波形顯示也要要求清晰，穩(wěn)定性也需強些。</p><p>　　2.3 USB接口設計方案</p><p>　　目前市場上USB有兩個規(guī)范，即USB1.1和

38、USB2.0。USB1.1是目前較為普遍的USB規(guī)范，其高速方式的傳輸速率為12Mbps，低速方式的傳輸速率為1.5Mbps。由于我們此次設計的系統(tǒng)主要為學校實驗教學所用，所以在傳輸速率上要求沒那么嚴格，綜合考慮采用USB1.1就能滿足要求了。</p><p>　　此模塊設計，分為軟件設計與硬件設計。在硬件設計方面需要設計出硬件的電路圖，并詳細研究各個板塊的功能并用proteus軟件進行電路的設計與仿真。軟件方面

39、需要開發(fā)一個USB設備的驅(qū)動程序以及需要有編譯碼模塊。</p><p><b>　　2.3.1需求分析</b></p><p>　　在USB硬件電路的設計中，本著節(jié)約材料和器件以及價格方面等方面的考慮我們需盡量簡化些。</p><p>　　在選擇芯片時，用戶一般考慮的是芯片含有的功能、價位、是否容易取得以及是否容易開發(fā)等因素。一個芯片是否容易開

40、發(fā)與開發(fā)工具是否容易取得及其品質(zhì)，設備的驅(qū)動程序，有無示例程序代碼，以及對設備結(jié)構等的了解而定。所以我們需綜合考慮其信價比，選擇出合適的芯片。目前，市場上可供選擇的USB接口芯片很多，按照功能基本上分為兩類:一類是純粹的USB接口芯片或通用USB外設接口芯片(也稱USB設備器件)；另一類是帶有USB接口芯片的單片機(也稱USB主控制器)。</p><p>　?。?）帶USB接口的單片機(USB主控制器)</

41、p><p>　　這類芯片主要有Cypress公司的CY7C63xxx/CY7C64xxx系列和EZ-USB， Intel公司的8X930/8x931, Philips公司的ISP 1161 (USB 1.1) / ISP I 561 (USB2.0 ), Scanlogic的SL11R以及Motorola的MC68HC908JB8系列等。這種方案的最大好處在于開發(fā)難度較小，因為大多數(shù)這樣的單片機芯片都是基于8051結(jié)

42、構或者其它常見的結(jié)構，有自己的精簡指令集，與單片機類似，熟悉單片機開發(fā)的開發(fā)者對系統(tǒng)結(jié)構和指令集非常熟悉，但其開發(fā)一般需要專用的仿真器，對于簡單或低成本系統(tǒng)，價格高將會是最大的障礙。</p><p>　?。?）純粹的USB外設接口芯片(USB設備器件)</p><p>　　這類芯片主要有NS公司的USBN9602/9603/9604, Scan logic的SUIT以及Philips公司的

43、PDIUSBD11/PDIUSBD12 (USB1.1) /ISP1581 (USB2.0)等。純粹的USB外設接口芯片僅處理USB總線相關事務，必須有一個外部微處理器來進行協(xié)議處理和數(shù)據(jù)交換。這種方案的主要特點是價格便宜、接口形式多樣、可靠性高、靈活性大，尤其適合于產(chǎn)品的改型設計，缺點是開發(fā)者需要非常熟悉USB協(xié)議，還必須用微處理器來控制USB外設接口芯片的工作[5]。</p><p>　　通過綜合考慮我們初步

44、決定選擇PDIUSBD 12芯片。因為PDIUSBD 12是一款性價比很高的USB器件，可使設計者選擇最合適的微控制器，減少開發(fā)時間、風險及費用，是最實用最快捷的方法實現(xiàn)最經(jīng)濟的USB外設的方案。該芯片支持一個控制端點以及4個額外的端點地址。一個端點的緩沖區(qū)可以儲存到128個字節(jié)，而雙緩沖區(qū)可以到256個字節(jié)。PDIUSBD 12通常用作微控制器系統(tǒng)中實現(xiàn)與微控制器進行通信的高速通用接口，并支持本地DMA傳輸。PDIUSBD 12完全符

45、合USB1.1規(guī)范，并符合大多數(shù)器件的分類規(guī)格:成像類、海量存儲器件、通信器件、打印設備以及人機接口設備。同樣地，PD12還適用于打印機、掃描儀、外部存儲設備和數(shù)碼相機等等。另外，該芯片還集成了許多特性，包括SoftConnect, GoodLink、可編程時鐘輸出、低頻晶振和終止寄存器集合，簡化USB功能在外設上的應用。當然在實際的設計過程中對于芯片的我們可以有其他選擇。PD12共有28個管腳，具有S028和TSSOP28兩種封裝形式

46、，管腳圖如圖4具體的管腳功能如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2 PD12管腳圖</p><p>　　在選擇USB總線設備驅(qū)動程序必須遵循由Microsoft為Windows 98及其以后版本所定義的Win32驅(qū)動程序模型。這些驅(qū)動程序就是WDM(Windows Driver Model),其擴展名一般為.sys(當然其他文件類型也可以使用.sys擴展名)。它與VXD和NT式的驅(qū)

47、動程序不同，它是內(nèi)核態(tài)程序，采用了分層處理的方式，不需要直接和硬件打交道。</p><p>　　在此次USB總線設備驅(qū)動程序的選擇中使用標準Windows系統(tǒng)USB類驅(qū)動程序訪問USBDI(USB驅(qū)動程序接口)。USBD.sys文件就是Windows系統(tǒng)中的USB類驅(qū)動程序，它使用UHCD.sys來訪問通用的主控制器接口設備，或使用OHCI.sys訪問開放式主控制器接口設備。USBHUB.sys是根集線器和外部集

48、線器的USB總線驅(qū)動程序。</p><p>　　2.3.2 設計所要達到的效果</p><p>　　我對此模塊設計好后能夠達到的要求如下：</p><p>　?。?）USB接口要能夠保證圖像不失真的傳輸，并且能夠傳輸大容量的圖像，傳輸速度要快，能夠傳輸多種格式的圖片。</p><p>　?。?）USB一個接口要適合多種設備，自動識別、配置，不

49、需要用戶設定，并為其它設備空出硬件資源，不需要自己提供電源、低成本、低功耗，傳輸速率要盡量大，設想傳輸率達480 Mpbs以上。</p><p>　　（3）USB要能夠有全速和低速兩種方式，且提供即插即用和熱插拔功能，反應速率要快。</p><p>　?。?）USB要能夠與光纖接口很好的吻合，能夠自動識別靈敏度高。并支持節(jié)約能源的掛機和喚醒模式。</p><p>　

50、?。?）USB要有穩(wěn)定的特性，能夠抗高溫與低溫，同時要能保證外圍環(huán)境的改變其物理特性不能改變。</p><p>　?。?）USB外形要輕巧、美觀。</p><p>　　（7）USB要能保證圖像數(shù)據(jù)在其中傳輸時使用NRZI編碼和NRZ編碼的差分信號，這樣能夠保證數(shù)據(jù)的完整性和消除噪聲干擾。</p><p>　　（8）USB要能夠使用4根線：5V電源線(Vbus)，差分

51、數(shù)據(jù)線負(D-)，差分數(shù)據(jù)線正(D+)。</p><p>　　（9）USB總線能夠提供SV、soon1A的直流電源，外圍設備能夠直接通過總線進行供電。</p><p>　?。?0）不需占用系統(tǒng)資源與IsA、PCI設備不同，USB設備不需占用內(nèi)存和1/0</p><p>　　地址空間，而且也不需要中斷請求。</p><p>　?。?1）能夠支持

52、四種傳輸方式USB協(xié)議定義了四種不同的傳輸方式來滿足不同設</p><p>　　備的要求，這些傳輸方式包括:控制傳輸、塊傳輸、中斷傳輸和同步傳輸。</p><p>　　2.3.3 USB編碼與譯碼方式</p><p>　　在USB模塊中有個編譯碼過程。當PC主機對設各發(fā)出控制信號時，所有連接的設各都通過根集線器收到同樣的信號，但是經(jīng)過對比所配置的設各地址后，只能有

53、一個設備作出相對應的動作，這跟網(wǎng)絡的架構有點類似。因此對一個設各而言，不僅要無誤地接收主機端所送來的數(shù)據(jù)，又要正確地發(fā)出響應的信號。因此，在D＋與D-的差動數(shù)據(jù)線上就必須采用一種特別的編號方式再加以傳送出去，以解決在USB纜線所產(chǎn)生信號延遲以及誤差等問題。</p><p>　　在此，USB采用了NRZI（Non Return to Zero Invert，不歸零就反向）的編碼方式，無須同步的時鐘信號也能產(chǎn)生同步的

54、數(shù)據(jù)存取。NRZI的編碼規(guī)則是，當數(shù)據(jù)位為“1”時不轉(zhuǎn)換，為“0”時再作轉(zhuǎn)換。如圖2.3所示，顯示了NRZI編碼的范例。位傳輸?shù)捻樞蛞訪SB（最低位）為優(yōu)先。</p><p>　　圖2.3 NRZI編碼的范例說明</p><p>　　NRZI編碼的數(shù)字再生回路的數(shù)字邏輯電路如圖2.4所示。這樣，接收與傳輸器兩端的機制中，就無須先送出分離的時鐘信號，或者在每一個字節(jié)中添加起始或結(jié)束位（如RS

55、 － 232）。如果用戶使用示波器來觀察這種USB數(shù)據(jù)，將會發(fā)現(xiàn)它不像其他的接口，可以以邏輯準位來讀取這些傳送或接收的位。</p><p>　　圖2.4 NRZI編碼的數(shù)字邏輯電路</p><p>　　這樣的編碼方式會遇到一個很嚴重的問題：若重復相同的“1”信號一直進入時，就會造成數(shù)據(jù)長時間無法轉(zhuǎn)換，逐漸地累積而導致“塞車”的狀況，使得讀取的時序就會發(fā)生嚴重的錯誤。因此，在NRZI編碼之間

56、，還需執(zhí)行所謂的位填塞（bits-tuffing）的工作。因此在發(fā)送端進行數(shù)據(jù)傳輸之前，須先執(zhí)行位填塞和NRZi編碼的工作。相對的，在接收端進行數(shù)據(jù)接收之前，就必須先執(zhí)行NRZI譯碼，然后再做位反填（unbit-tuffing）的工作。這一部分的電路會通過USB芯片中的SIE（串行接口引擎）來實現(xiàn)。</p><p>　　第3章光纖通信系統(tǒng)設計</p><p>　　3.1 光纖通信基本原理&

57、lt;/p><p>　　光纖通信是以光作為信息載體，以光纖作為傳輸媒介的通信方式。在通信系統(tǒng)中，發(fā)送信息端叫信源，接收端叫信宿。信源的信號通過調(diào)制通過電纜和電磁波發(fā)送到信宿端，在信宿端將接收信號解調(diào)實現(xiàn)信號的恢復，從而完成信號的傳輸。光纖通信是在信源端需要將電信號轉(zhuǎn)化為光信號，通過光纖傳輸?shù)叫潘薅耍賹⒐庑盘栟D(zhuǎn)化為原始的電信號的一個過程。實現(xiàn)光纖通信除了需要將傳統(tǒng)多樣的電信號轉(zhuǎn)換為光信號的裝置即圖所示的電端機，還需要

58、有傳輸光信號的介質(zhì)以及將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的裝置，所以在光纖通信中有三個主要的技術問題:便于應用且性能優(yōu)良的光源;能長距離傳輸光信號的傳輸介質(zhì)；靈敏的接收光信號并能把光信號轉(zhuǎn)化為電信號的光檢測器。</p><p>　　3.2 光纖發(fā)送系統(tǒng)</p><p>　　光發(fā)送系統(tǒng)由信號源、信號選擇開關、接口電路和光發(fā)送模塊五部分組成，如圖3.2所示。</p><p>　　圖3

59、.2光發(fā)送系統(tǒng)圖</p><p>　　光發(fā)送模塊的主要器件是光發(fā)射機。</p><p>　　光發(fā)射機主要由光源、驅(qū)動電路、輸入電路、保護報警電路、自動偏置控制電路、控溫電路以及數(shù)據(jù)模式控制電路等幾部分組成，如圖3.3所示。</p><p><b>　　圖3.3光發(fā)射機圖</b></p><p>　　電信號首先進入輸入電路

60、，在這里將輸入電信號進行整形并完成非歸零／歸零變換。源驅(qū)動電路給光源一個預偏置電流，以便提高工作速度，為穩(wěn)定輸出平均光功率和工作溫度，設置自動偏置控制電路和控溫電路，輸入電信號通過調(diào)制光源工作電流的辦法，將電信號調(diào)制在光波上。</p><p><b>　　3.2.1光源LD</b></p><p>　　光源是把電信號變成光信號的器件，在光纖通信中占有重要的地位。性能好

61、壽命長、使用方便的光源是保證光纖通信系統(tǒng)可靠工作的關鍵。光纖通信對光源的基本要求有如下幾個方面:</p><p>　　首先，光源發(fā)光的峰值波長應在光纖的低損耗窗口之內(nèi)，要求材料色散較小。</p><p>　　其次，光源輸出功率必須足夠大，入纖功率一般應在10微瓦到數(shù)毫瓦之間。</p><p>　　第三，光源應具有高度可靠性，工作壽命至少在10萬小時以上才能滿足光纖通

62、信工程的需要。</p><p>　　第四，光源的輸出光譜不能太寬以利于傳輸高速脈沖。</p><p>　　第五，光源應便于調(diào)制，調(diào)制速率應能適應系統(tǒng)的要求。</p><p>　　第六，電光轉(zhuǎn)換效率不應太低，否則會導致器件嚴重發(fā)熱和縮短壽命。</p><p>　　第七，光源應省電，光源的體積、重量不應太大。光纖通信系統(tǒng)中，幾乎無例外采用半導體激

63、光器(LD)和半導體發(fā)光二極管(LED)作為光源。LED是自然發(fā)光，光輸出功率小，發(fā)射角較大，與光纖的禍合效率低;但其受溫度影響較小，光輸出功率恒定且驅(qū)動電路簡單，因而在模擬光纖傳輸系統(tǒng)和中、小距離數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中得到廣泛應用。LD是受激發(fā)光，入纖光功率大，調(diào)制速率高，主要用于大容量、中長距離數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中;其缺點是受溫度影響大，需加自動功率控制電路以保證輸出光功率的恒定?？紤]到在本光纖通信系統(tǒng)所需的無中繼傳輸距離是50公里，傳輸

64、距離較長，因而選用入纖光功率大的LD作為系統(tǒng)光源。</p><p>　　LD的輸出特性受環(huán)境溫度變化和老化效應的影響變化較大，這些變化主要表現(xiàn)在LD的閡值和微分量子效率的變化上，隨著溫度的升高，LD的閩值減小，微分量子效率下降，溫度越高，曲線斜率就變得越小，即LD的電光轉(zhuǎn)換效率越為了穩(wěn)定LD的輸出光功率不變，簡單有效的控制方法是調(diào)整驅(qū)動LD的直流偏置電流，即當閩值電流發(fā)生變化時，其直流偏置電流隨即發(fā)生相應的變化，

65、以保證在LD的調(diào)制電流不變的條件下，保持LD的輸出光功率恒定不變。通過調(diào)整LD的直流偏置電流從而達到穩(wěn)定其輸出光功率恒定不變的自動光功率控制的方法很多，目前在光纖通信系統(tǒng)中普遍采用平均光功率反饋控制法，這種控制方法比較簡單，而且其控制效果也比較好。</p><p>　　3.2.2光發(fā)送端機驅(qū)動及控制原理</p><p>　　光源的驅(qū)動部分和自動功率控制部分是光端機的核心部分，它們決定著光發(fā)

66、射機的輸出光信號的有無及輸出光功率的穩(wěn)定與否?？梢哉f驅(qū)動電路和自動功率控制電路是整個通信系統(tǒng)電路設計的關鍵，是決定系統(tǒng)性能優(yōu)劣的首要因素。</p><p><b>　?。?）驅(qū)動電路原理</b></p><p>　　驅(qū)動電路的作用是將電功率轉(zhuǎn)換成光功率，并將要傳輸?shù)碾娦盘栒{(diào)制到光源的輸出上。因為LD是一個閡值器件，當工作電流低于閩值時，LD發(fā)射自然光，超過閉值時，LD

67、發(fā)射激光，因此驅(qū)動電路應能對LD同時提供偏置電流和隨信號而變化的調(diào)制電流。本通信系統(tǒng)中，光源受脈沖調(diào)制，所以對驅(qū)動電路的基本要求是：</p><p>　　第一，輸出的光脈沖峰值始終保持恒定；</p><p>　　第二，“l(fā)”碼和“0”碼光脈沖的比值，即消光比大于等于10；</p><p>　　第三，光脈沖與電脈沖的暫態(tài)張弛振蕩必須加以阻尼，使其對系統(tǒng)性能不發(fā)生不良影

68、響。</p><p>　　為了滿足上面三個基本要求，首先必須給LD加上一個適當?shù)钠秒娏鱅b。一般LD的靜態(tài)工作點設置在稍低于閡值的區(qū)域內(nèi)，這樣LD便于高速工作，且導通和截止的功耗接近，延長了LD的使用壽命。而且更為重要的是由于偏置電流是一個準靜態(tài)電流，用低速反饋電路就可控制其升高和降低，從而保持預計的輸出光穩(wěn)定。圖3.4是一個典型常用的LD驅(qū)動電路，其原理如下。</p><p>　　圖3

69、.4LD驅(qū)動電路圖</p><p>　　在傳輸速率較高的數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中，一般采用這種電路。由圖可見它為雙端信號反相輸入，其輸入數(shù)據(jù)信號經(jīng)相應速率的集成元件整形以后，一般能達到驅(qū)動信號的波形要求，因此調(diào)整起來比較容易。同時由于Tl與TZ的基極所加的信號大小相等，相位相反，這樣可以進一步提高電路的開關速度。這種驅(qū)動電路的溫度穩(wěn)定性、抗電源干擾的性能都比較好。因為這些因素引起的變化等于驅(qū)動的共模輸入。T3為恒流源電

70、路，它能加強對共模輸入信號的負反饋作用，提高了這種LD驅(qū)動電路的共模抑制比，使LD調(diào)制電流的穩(wěn)定性工作有了更有效的保證。</p><p>　　3.3 光纖接收系統(tǒng)</p><p>　　發(fā)射機發(fā)射的光信號，在光纖中傳輸時，不僅幅度被衰減，而且脈沖的波形被展寬。光接收機的作用，是探測經(jīng)過傳輸?shù)奈⑷跣盘?，并放大、再生成原傳輸?shù)男盘?。對強度調(diào)制的數(shù)字信號，在接收端采用直接檢測(DD)方式。<

71、/p><p>　　光接收系統(tǒng)光接收模塊、信號接收選擇開關、接口電路組成，如圖3.5所示。</p><p>　　圖3.5光接收系統(tǒng)圖</p><p>　　光接收模塊中最重要的器件是光接收機。在光接收機中，首先需要將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，即對光進行解調(diào)，這個過程是由光電檢測器(光電二極管或雪崩光電二極管)來完成的。光電檢測器把光信號轉(zhuǎn)換成電流信號送入前置放大器。前置放大器的噪

72、聲對整個放大器的輸出噪聲影響甚大，因此，它應該是精心設計和制作的低噪聲放大器。主放大器的作用除提供足夠的增益外，它的增益還受AGC電路控制，傳輸出信號的幅度在一定的范圍那不受輸入信號幅度的影響。均衡濾波器的作用是保證判決時不存在碼間干擾。判決器和時鐘恢復電路對信號進行再生。如果在發(fā)射端進行了線路編碼(或擾碼)，那么，在接收端需要有響應的譯碼(或解擾)電路。</p><p>　　光接收機的主要功能是將接收的光信號變

73、換為原電信號，并且用自動增益控制電路（AGC）保證穩(wěn)定的輸出，光接收機最主要的性能指標是接收機靈敏度。在接收機的理論中，中心的問題也是如何降低輸入端的噪聲、提高接受靈敏度。靈敏度主要取決于光電檢測器的響應度以及檢測器和放大器引入的噪聲。</p><p>　　光接收機方框圖如圖3.6所示，它由光檢測模塊、隔離器、主放大器和輸出接口組成。</p><p>　　3.6光接收機基本組成框圖<

74、/p><p>　　光檢測模塊主要用來完成光電的變換，它由接收光口、光檢測管及低噪聲放大電路等組成。光檢測管進行光電轉(zhuǎn)換的實質(zhì)是原子吸收一個光子的能量產(chǎn)生一個電子-空穴對，這個電子-空穴對在電場作用下運動形成電流。光檢測器是它之中的核心。</p><p>　　光電檢測器是光接收機的核心器件，它將光脈沖信號轉(zhuǎn)換成為電脈沖信號。光纖通信中常用的光電檢測器主要有PIN光電二極管和雪崩光電二極管(APD

75、)。PIN光電二極管沒有倍增，使用簡單，工作偏壓低，而且可以固定不變，不需要任何控制。APD具有很高的內(nèi)部倍增因子，它與合理設計的電子放大器結(jié)合，可以使APD工作在最佳倍增工作狀態(tài)。這樣的數(shù)字光接收機能夠得到比采用PIN光電檢測器的光接收機高10dB以內(nèi)的接收靈敏度。但由于APD需要較高的工作偏壓(幾十伏至兩百伏)以及其倍增特性受溫度的影響較嚴重，因此使用起來也比較復雜。</p><p>　　光纖通信系統(tǒng)對光電檢

76、測器的要求包括：</p><p>　　(l)對光纖通信系統(tǒng)光信號的工作波長有較高的響應度或靈敏度。</p><p>　　(2)響應速度要快，即要求光電檢測器有足夠快的響應速度或足夠?qū)挼膸?，使光電檢測器盡可能沒有失真或小失真地將接收到的光脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖信號。</p><p>　　(3)引入的附加噪聲要小。光信號經(jīng)過長距離傳輸后到達接收端，由于各種衰耗，信號已變

77、的十分微弱，噪聲已相對較大，所以光電檢測器引入的噪聲電流應越小越好。因為在光電轉(zhuǎn)換過程中引入的附加噪聲都必然會被后面的放大電路放大而不可能被消除。如果噪聲電流大到可以與光電轉(zhuǎn)換輸出電流相比擬時，信號被噪聲所淹沒，接收機無法從噪聲電流與信號電流的混雜中正確的判決再生出有用的信號，就會發(fā)生失真。所以光電轉(zhuǎn)換過程引入的噪聲大小，直接決定光接收機的性能指標。噪聲的主要來源是暗電流產(chǎn)生的散粒噪聲、倍增噪聲、量子噪聲和信號起伏噪聲等。在設計和使用時

78、應盡可能根據(jù)噪聲的來源，把噪聲降到最小，從而提高信噪比。</p><p>　　(4)溫度特性要好。光電檢測器的特性受環(huán)境溫度的變化影響很大，特別是APD器件，溫度對其倍增因子和暗電流的影響十分嚴重。在工程應用中，根據(jù)具體的光電檢測器溫度特性參數(shù)，一方面可以選用受溫度影響較小的APD器件或?qū)囟炔幻舾械腜IN光檢測器，另一方面可以采用溫度控制電路。其它的要求還有體積要小、壽命要長、對電源要求低，以及要穩(wěn)定、可靠、便

79、宜。對兩種檢測器PIN和APD比較可知，PIN的電路簡單，溫度穩(wěn)定性好，而且可以提供足夠的接收靈敏度，所以選用PIN光電檢測器。</p><p>　　根據(jù)以上對光電檢測器的要求，選擇相應參數(shù)的PIN光電檢測器。本系統(tǒng)選用的是LS0型PIN集成光電接收組件，它是由工nGaASPIN管與GaASIC跨阻抗放大器經(jīng)薄膜集成技術組合而成的。靈敏度高，動態(tài)范圍寬。適用于長波長光纖通信系統(tǒng)或其它光電接收裝置的光電檢測與前置放

80、大級中。</p><p>　　LSO型PIN集成光電接收組件特性參數(shù)如下:</p><p><b>　　(1)響應度角</b></p><p>　　響應度是表征光電轉(zhuǎn)換效率高低的物理量，是指光電檢測器的平均輸出電流I，與其平均入射光功率Po之比。</p><p><b>　　（3.1）</b><

81、;/p><p><b>　　(2)響應時間</b></p><p>　　光電檢測器的響應時間是指從它接收到光子的時間起到它能夠有光生電流輸出的這段時間。目前，國產(chǎn)的PIN光電二極管的響應時間一般小于Ins。</p><p>　　LS0型的響應時間小于7ns。</p><p><b>　　(3)暗電流Id</b

82、></p><p>　　衡量光接收機性能好壞的一個重要標準是信噪比，尤其在模擬傳輸系統(tǒng)中，光接收機噪聲主要來源于光電檢測器及其后面的前置放大器。就光電檢測器而言，產(chǎn)生噪聲的原因之一是其暗電流的起伏。暗電流是指光電檢測器在無光照射時產(chǎn)生的電流。它主要是由熱激發(fā)而產(chǎn)生的載流子引起的。因此，暗電流與溫度有關。溫度越高，暗電流越大。暗電流隨溫度變化形成了噪聲。LSO型光電檢測器的暗電流小于InA。</p>

83、;<p>　　3.4 光纖系統(tǒng)性能指標介紹</p><p>　?。?）誤碼率和靈敏度</p><p>　　在光纖數(shù)字系統(tǒng)中，傳輸?shù)氖且幌盗袉螛O性“1”碼和“0”碼的脈沖碼元。每個碼元都代表一定信息。由于系統(tǒng)通道存在噪聲，噪聲電壓和信號電壓疊加往往造成誤碼，即接收端應出現(xiàn)“1”碼時出現(xiàn)“0”碼，或者應為“0”碼時出現(xiàn)“1”碼。衡量誤碼程度用誤碼率這一概念。產(chǎn)生的誤碼總數(shù)與總的發(fā)

84、送碼數(shù)目之比就是誤碼率。具體表達式如下:</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　上式中，Q是與誤碼率相對應的參量，當誤碼率為Pr=10-9時，對應的值為Q=6；當=10-5，時，則得Q=7.9。在本光纖通信系統(tǒng)中，誤碼率選</p><p>　　為Pr=10-5所以選Q=6作為計算標準。bmax和bmin。分別為發(fā)“

85、l”、“0”碼時的信號電壓；和。分別為“1”碼和“0”碼在各自的判決時刻的均方根噪聲電壓的平均值，即噪聲功率值。為了減小在判決中的誤碼率，可以從兩個不同的角度采取措施，即加大其輸入光功率，或者減小數(shù)字光接收機的輸出噪聲。但是加大輸入光功率的方法會引起光纖的非線性效應。所以要根據(jù)實際情況來制定切實可行的辦法。由此我們知道，數(shù)字光接收機的輸入光功率和誤碼率兩者是互相矛盾的。因此必須對其中一個進行人為的規(guī)定，即一般規(guī)定誤碼率為10-9這要求，

86、就可以找到數(shù)字光接收機所接收到的最小光功率作為其性能指標，即接收靈敏度?？梢姅?shù)字光接收機在保證特定誤碼率的條件下，其輸出噪聲越小，接收所需要的光功率也就越小，其靈敏度也就越高。</p><p>　　光接收機的光接收機靈敏度用下式表示</p><p><b>　　（3.3）</b></p><p>　　式中，是在隨機碼情況下的接收平均光功率。它表

87、示光接收機調(diào)整到最佳狀態(tài)時，能夠接收微弱光信號的能力。提高靈敏度意味著能接收更微弱的光信號。</p><p>　?。?）自動增益控制和動態(tài)范圍</p><p>　　主放大器是一個普通的寬帶高增益放大器，由于前置放大器輸出信號幅度較大，所以主放大器的噪聲通常不必考慮。主放大器一般由多級放大器級聯(lián)構成，其功能是提供足夠的增益A，以滿足判決所需的電平。主放大器的另一個功能是實現(xiàn)自動增益控制(AG

88、C)，使光接收機具有一定的動態(tài)范圍，以保證在入射光強度變化時輸出電流基本恒定。</p><p>　　動態(tài)范圍(DR)的定義是:在限定的誤碼率條件下，光接收機所能承受的最大平均接收光功率Pmax和所需最小平均接收光功率Pmin的比值，用dB表示。根據(jù)定義</p><p>　　DR= (3.4)</p><p>　　動

89、態(tài)范圍是光接收機性能的另一個重要指標，它表示光接收機接收強光的能力，數(shù)字光接收機的動態(tài)范圍一般應大于15dB。由于使用條件不同，輸入光接收機的光信號大小要發(fā)生變化，如果傳輸數(shù)據(jù)速率很高的話，為實現(xiàn)寬動態(tài)范圍，采用AGC是十分有必要的。AGC一般采用直流運算放大器構成的反饋控制電路來實現(xiàn)。對于APD光接收機，AGC控制光檢測器的偏壓和放大器的輸出;對于PIN光接收機，AGC只控制放大器的輸出。 </p>&

90、lt;p>　　主放大器是一個低噪聲放大器，它將來自隔離器的弱電信號進行放大，并輸出一個穩(wěn)定的信號電平到輸出接口。主放大器的增益可調(diào)，以適應在不同的輸入信號情況下仍能保證輸出電平的穩(wěn)定。</p><p>　　3.5 光纖線路編碼及實現(xiàn)</p><p>　　3.5.1 光纖線路編碼原理</p><p>　　在光纖通信中，線路編碼是必要的，因為電端機輸出的數(shù)字圖像信

91、號是適合電纜傳輸?shù)碾p極性碼，而光源不能發(fā)射負脈沖，所以要變換為適合于光纖傳輸?shù)膯螛O性碼。線路碼型變換是把原始的數(shù)字圖像比特流轉(zhuǎn)換成適合于傳輸煤質(zhì)傳輸?shù)男问健Ｒ虼?，對于不同的傳輸煤質(zhì)，有不同類型的線路碼型。在光纖通信系統(tǒng)中，既要考慮到光纖的傳輸特性又要考慮到光源器件和光檢測器的特性。</p><p>　　在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)采用二進制二電平碼，即用光脈沖的“有”和“無”來表示數(shù)據(jù)的“1”和“0”碼線路編碼的作用，是將

92、傳送碼流轉(zhuǎn)換成便于在光纖中傳輸、接收及監(jiān)測的線路碼型。由于光源不可能有負光能，往往采用“0”，“1”二電平碼。但簡單的二電平碼具有隨信息隨機起伏的直流和低頻分量，在接收端對判決不利，因此需要進行線路編碼以適應光纖線路傳輸?shù)囊蟆?lt;/p><p>　　一般說來，對光纖傳輸線路碼型的選擇主要考慮如下要求:</p><p>　　(l)序列獨立。這是對線路碼型最基本的要求，既無論對光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)

93、輸入什么樣序列的二進制碼流，在接收端進行碼型反變換時，能唯一正確的恢復原信號。</p><p>　　(2)能提供足夠的定時信息。</p><p>　　由于在光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)的傳輸中，只傳送信碼，而不傳送時鐘，因此在接收端，必須從收到的碼流中提取出定時信息，以利于上述的定時提取。必須限制線路碼流中同符號連續(xù)數(shù)不能過大，也就是說，應避免長連“0”及長連“1”的出現(xiàn)，提高電平跳變的密度，是定時提

94、取較為簡單。</p><p>　　(3)減少功率譜密度中的高低頻分量。</p><p>　　線路碼的功率譜密度中的低頻分量是由碼流中的“0”、“1”分布狀態(tài)來決定的，低頻分量小，說明“0”、“1”分布比較均勻，直流電平比較恒定，也就是信號基線浮動小，有利于接收端判決電路的正常工作。高頻分量是由線路碼的速率決定的，這在帶寬(色散)限制系統(tǒng)中特別值得注意，在這種系統(tǒng)中，中繼距離主要由光纖線路的

95、總帶寬(總色散)決定，如果線路碼速率提高的太多，會使中繼距離大大縮短。</p><p><b>　　(4)誤碼倍增小。</b></p><p>　　線路傳輸中發(fā)生的一個誤碼，往往使接收端的解碼(反變換)發(fā)生多個錯誤，這就是誤碼倍增，也叫誤碼擴展或誤碼增值。由于誤碼倍增，使光接收機要達到原要求的誤碼性能指標，必須付出光功率代價，即光接收機靈敏度劣化。因此誤碼倍增系數(shù)越小

96、越好。</p><p>　　(5)所選擇的線路碼型應盡可能使設備簡單，降低系統(tǒng)的成本。</p><p>　　當然還有其它一些要求，但對于本課題來說，主要考慮的就是這些因素。另外從己在各種系統(tǒng)中采用的光線路碼型來看，大多數(shù)考慮了光源器件的特點及光調(diào)制的方便還有接收端的簡易型，采用了單極刑碼或者說兩電平碼。</p><p>　　3.6 編譯碼器原理及實現(xiàn)</p&g

97、t;<p>　　3.6.1 編碼器原理</p><p>　　由于光線路碼型是用于傳輸?shù)拇a型，因此在光發(fā)送機中，必須先將輸入得普通二進制碼流進行碼型變換，即進行編碼，成為線路碼去調(diào)制光源器件，變成光脈沖送到光纖中去傳輸。在光接收機中，將收到的光脈沖轉(zhuǎn)換成電信號，再生出線路碼流再經(jīng)過碼型反變換，即進行譯碼還原為普通二進制碼。由于在碼型變換、反變換前后碼流得速率是相同得，因此在編譯碼的同時，還必須進行時鐘

98、頻率得變換。在接收端要正確譯碼，還必須考慮組同步得問題，本節(jié)將介紹各部分的原理和實現(xiàn)方法，我們此次主要是采用CMI編碼、譯碼。</p><p>　　在光發(fā)射機中，編碼器的作用就是將輸入的二進制碼流進行碼型變換，即把原始的數(shù)據(jù)碼流變換成成適合光纖傳輸?shù)木€路碼去調(diào)制光源器件。編碼器主要由碼變換器和時鐘變換電路組成。 </p><p>　　3.6.2 解碼器原理</p><p

99、>　　解碼是編碼的逆過程，解碼器與編碼器的結(jié)構基本相同，解碼時要考慮兩個十分重要的問題，碼時鐘同步和分組同步即所謂的位同步和字同步。解碼時對碼流的分組必須和發(fā)送端的分組完全一致，就是編碼時和解碼時的分組完全同步，才能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明傳輸。完成解碼時分組與編碼分組同步電路即為組同步電路。對于字母型線路碼，由于一組對應一個碼子，因此也可稱為字同步。某些插入有幀定位碼的碼型，可以利用幀定位碼實現(xiàn)解碼時分組的同步，所以也可以叫做幀同步。在接

100、收端對接收到的線路碼進行分組解碼恢復原始信號碼從而實現(xiàn)圖像的還原。. </p><p>　　在接收端對接收到的線路碼進行分組解碼實現(xiàn)圖像的還原。線路工作的原理是這樣的，將線路碼進行處理從中提取線路碼時鐘，用此碼時鐘和組同步邏輯來對時鐘變換得到信息碼時鐘，將信息碼并串轉(zhuǎn)換還原信息碼流。</p><p>　　在通信系統(tǒng)中，接收端實現(xiàn)碼流的還原要遇到兩個核心的問題，一是位同步時鐘的提取即如何利用

101、串行的線路碼攜帶的時鐘信息進行碼元和時鐘恢復;一二是組同步問題即利用線路碼自身的特性對串行的碼流進行分組。</p><p>　　3.6.3 CMI編譯碼</p><p>　　CMI碼為信號反轉(zhuǎn)碼（Code Mark Inversion），是一種二電平不歸零碼，是PCM四次群的線路傳輸碼型，也就是四次群數(shù)字光纖通信設備與四次群PCM設備之間的接口碼型。</p><p>

102、;<b>　　CMI碼的特點：</b></p><p>　?。?）、CMI碼編譯電路簡單，便于設計與調(diào)試。</p><p>　?。?）、CMI碼的最大連“0”和連“1”都是3個</p><p>　?。?）、具有誤碼監(jiān)測能力，當其編碼規(guī)則被破壞，就表示有誤碼產(chǎn)生，便于線路傳輸中的誤碼監(jiān)測。</p><p>　?。?）、CM

103、I碼功率譜中的直流分量恒定，低頻分量小，fr（變換前的碼速率）頻率處有限譜，頻帶較寬，便于定時提取。</p><p>　?。?）、CMI碼的速率是編碼前信號速率的兩倍。</p><p>　　鑒于CMI碼的這些特點，結(jié)合光纖傳輸?shù)乃俾室螅覀冞x擇CMI碼作為編譯碼。</p><p>　　由于這種碼型有較多的電平跳躍，因此，含有豐富的定時信息。在程控數(shù)字交換機中CMI

104、碼一般作為PCM四次群數(shù)字中繼接口的碼型，在光纜傳輸系統(tǒng)中也用做線路傳輸碼型。</p><p>　　CMI碼的全稱是傳號反轉(zhuǎn)碼， CMI碼的編碼規(guī)則如下：當輸入“0”碼時，編碼輸出“01”，當輸入“1”碼時，編碼輸出則“00“和”11“交替出現(xiàn)。例如：</p><p>　　NRZ代碼： 1 1 0 1 0 0 1 0

105、</p><p>　　CMI碼： 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1</p><p>　　其相應的波形比較如圖3.7所示：</p><p>　　圖3.7 編碼前與編碼后波形圖</p><p>　　根據(jù)此規(guī)則輸出CMI碼元的速率應為輸入基帶信號的2倍。編碼的總體

106、思想是對輸入的基帶信號進行采樣判斷，如果‘0’則轉(zhuǎn)化為“01”，如果為“1”則交替轉(zhuǎn)化為“11”或“00”?！?”的轉(zhuǎn)化結(jié)果只有一種可以直接轉(zhuǎn)化為“01”，而“1”的轉(zhuǎn)化結(jié)果有兩種“11”和“00”，因此需要一個信號作為判斷，當前面一個 “1”碼編碼轉(zhuǎn)換的是“00”時，判斷編碼轉(zhuǎn)化為“11”，當前一個“1”碼編碼轉(zhuǎn)換的是“11”時，則判斷編碼轉(zhuǎn)化為“00”。</p><p>　　CMI碼解碼的方案設計：根據(jù)CCI

107、TT推薦，由于這種碼型有較多的電平跳躍，因此，含有豐富的定時信息，在程控數(shù)字交換機中CMI碼一般作為PCM四次群數(shù)字中繼接口的碼型。</p><p>　　CMI碼的編碼規(guī)則如下：當輸入“0”碼時，編碼輸出“01”，當輸入“1”碼時，編碼輸出則“00”和“11”交替出現(xiàn)[1]。根據(jù)此規(guī)則，在CMI的解碼模塊中：如果接收到“01”碼，則可解碼成“0”碼；如果接收到“00”碼或“11”碼，則可解碼還原為基帶信號“1”，