塑料光纖（POF）通信系統的研究

【摘要】：隨著全球信息產業的不斷發展壯大，光纖通信已經成為當今信息社會不可缺少的神經系統。近幾年在塑料光纖領域不斷產生新的突破，使通信帶寬和速度不斷升級，特別是擁有巨大帶寬資源的用于光信號傳輸梯度折射率塑料光纖。本文闡述的通信系統正是基于對塑料光纖的應用而設計的，介紹了塑料光纖的基本理論知識，較為全面的闡述了塑料光纖通信系統的各個部分組成和功能。

【關鍵詞】：光纖通信;塑料光纖;塑料光纖通信系統

1.課題研究目的和意義

隨著塑料光纖技術的日趨成熟，塑料光纖在短距離高速通信領域顯出比傳統石英光纖更大的優勢， POF由于制造簡單、價格便宜、快捷等優點，非常適合用在局域網中的短距離通信、有線電視網及室內計算機之間互聯，從而成為短距離高寬帶通信網的最理想選擇。適合應用于辦公設備互聯，家庭智能電子產品和家庭網絡，制造業，車載機通信網絡和控制系統等。而中國在塑料光纖系統領域還有待于進一步跨越式發展。為了能夠在已有理論和實踐基礎上，利用現有資源、條件，對塑料光纖短距離通信領域進行了解、研究，引用設計實例并對其中主要功能模塊進行分析。

2.光纖通信基本原理

光纖由纖芯和包層組成，呈圓柱形。光纖通信的基本原理：當光入射到光纖的纖芯時，纖芯與包層的界面產生向內反射，使光波受到引導而局限于纖芯內部向前傳播。一個基本的光纖通信系統由光發送機、光纖線路、光接收機組成。光發送機基本功能是把電信號轉換成光信號，把光信號送入傳輸光纖，它主要由光源和驅動電路構成，常用光源器件有LED和LD，電流經過發光二極管，發射出一定波長的光子，完成電和光的轉換。光接收機主要由光檢測器件和均衡放大電路組成。光檢測器件常用的有PIN和APD，傳輸線內光子經過光電二極管時產生電流，從而實現光電還原。

3.光纖通信系統的組成

光纖通信系統的組成如圖1所示，它包括發送、傳輸和接收三個部分。加上適當的接口以后，就可作為一個獨立的“光線路”插入現有的或新架設的通信系統中，根據所傳信號的形式，可以把光纖通信系統分為數字光纖通信系統和模擬光纖通信系統兩大類。因為光纖的頻帶很寬，對傳輸數字信號十分有利，所以高速率、大容量、長距離的光纖通信系統均為數字光纖通信系統，短距離、小容量的光纖通信系統通常采用模擬光纖通信系統[1]。

圖1光纖通信系統組成框圖

4.塑料光纖通信系統方案設計

塑料光纖通信系統設計方案的確定突出以下設計思想：具有相對獨立性，可擴展性，可靠性和易管理維護性，以及一定的實用性和前瞻性。圖2和3分別為通信系統的發射部分與接收部分。在一個實際應用的光纖塑料光纖通信系統中，光纖發射機和接收機中的編碼器和解碼器是必不可少的，它們也是工程技術和維護人員工作的核心部件[3]。

5.在數字光纖通信系統中傳輸碼型的要求

線路碼型是數字光纖通信系統中必不可少的重要組成部分[4]。適合數字光纖通信系統傳輸的碼型很多，本系統所采用的是CMI碼型。CMI（Coded Mark Inversion）碼是傳號反轉碼的簡稱，其編碼規則為：“1”碼交替用“00”和“11”表示;“0”碼用“01”表示。CMI碼的編碼表如下：

從表5中可以看出，當CMI碼編碼器輸入碼字出現連“l”時，如果第一個“1”就變換為“00”，則其第二個“1”就變換為“11”，呈“00”和“11”交替出現。所以，CMI碼由“01”、均等碼和“00”、“11”不均等碼構成。CMI碼雖然模式I“0”多，模式II“1”多，但交替的結果使整個碼流中的“0”和“l”均等。這種碼的最大連“0”和連“1”數都是3個.因而這種碼型有較多的電平越變，含有很豐富的定時信息。這種碼當編碼規則被破壞產生誤碼時很容易進行運行誤碼監測。

CMI編碼電路方框圖如圖6所示，根據CMI的編碼要求，首先對數據進行判斷，如果輸入的是數據“0”，則輸出的數據為“01”;如果輸入時數據“1”時，就要對“1”的奇偶性進行判斷，當第一個“1”到來時，輸出為“00”，當第二個“1”到來時，輸出為“11”，并不斷的交替反轉，來實現1的編碼。經過編碼的信息含有豐富的時鐘信息，在接收端可以利用信號的不斷反轉，通過鎖相環和窄帶濾波器實現時鐘提取的目的。經過CMI編碼的占用的信道帶寬提高一倍，相應的時鐘也提高一倍，因此，我們可用二分頻器將系統時鐘分頻，來實現系統信息速率的匹配。

單極性碼輸入本單元后首先用時鐘同步一下，如果輸入信碼“1”，則控制電路翻轉并試結果輸出。如果輸入信碼是“0”則打開一個門開關，使時鐘的反相輸出。

6.結束語

本文著重討論和闡述了塑料光纖通信系統的傳輸碼型、光纖接收機的具體實現方案。設計方法是采用模塊化設計方法，單獨分塊，單獨設計，并保證在各模塊相對獨立的基礎上實現其整體功能，其優點表現在系統的靈活性強、易操作性、易維護性和易擴展性等方面。本系統能夠在一定程度上體現一般的光纖通信系統的數字信息解碼編碼傳輸方式。要把此系統作為實驗乃至工業推廣應用還需要更加縝密的考慮和解決諸如系統適應性、技術更新、具體環境、經濟效益等問題。

參考文獻：

[1] 趙梓森等編著，中國通信學會主編.光纖通信系統工程（修訂本）[M].北京：人民郵電出版社，2009：621-842.

[2] 于榮金.全面解決塑料光纖損耗大的世界性難題[A].全國第二屆塑料光纖、聚合物光子器件研究、生產和應用會議論文集[C].秦皇島，2011：1-6.

[3] 劉云紅.光纖光柵傳感器技術及其應用[J].傳感器界，2012（3）：23-25.

[4] 王志功.光纖通信集成電路設計[M].北京：高等教育出版社，2013：277-302.