[信息与通信]第6章-光传输系统设计

2019年第06期 工业技术创新Industrial Technology Innovation

· 38 · 工业技术创新第06卷 第06期 2019年12月Industrial Technology InnovationVol.06 No.06 Dec.2019可见光通信系统设计与实现——基于FPGA全数字控制赵龙1，汪弈舟2，黄明2（1. 中国电信集团公司移动终端运营中心，北京 100029；2. 北方工业大学，北京 100144）摘 要： 利用可见光进行通信是解决目前无线频谱资源紧张的方案之一，由于技术的进步使得这种新型无线通信技术拥有发展潜力。该通信系统依据调制LED亮灭变化来传输信息。设计了一种基于FPGA全数字控制、简单实用的线性可见光通信系统，发送端采用线性光驱动电路，接收端采用高速AD采样处理；基本实现了LED线性驱动调制信号的传输、判断、应用，实现了模拟AGC一定距离范围内的可靠通信。实验证明：该设计具有传输准确度高、运行可靠的性质。关键词： 可见光通信；FPGA；LED线性驱动；模拟AGC中图分类号：TN914 文献标识码：A 文章编号：2095-8412 (2019) 06-038-05工业技术创新 URL: http: // DOI: 10.14103/j.issn.2095-8412.2019.06.008引言可见光无线通信具有可靠性高、保密性好、无电磁辐射、无需频谱认证、易于搭建[1]等优点，是当前研发的重点。需要探索的研究重点较多，如大功率白色LED灯带宽和线性工作区的有限性，导致可见光通信在收发调制信号应用中受到了严重限制[2]。为了解决问题，本文设计了一种基于FPGA全数字控制的可见光通信系统，能实现简单线性调制信号传输功能。硬件设计包含LED的驱动、接收端的自适应放大及滤波等，使用Xilinx的FPGA板卡完成输入信号的数字编码调制与接收信号的解调，实现一个线性可见光通信系统的设计实例。本设计方案可利用线性调制的优点，有效提高可见光通信系统的通信速率，且FPGA的编程灵活性使系统具备很好的软件扩展性，具备一定的参考价值。1 可见光通信系统方案及电路设计基于FPGA设计了一个线性可见光通信系统，利用FPGA控制DAC进行模数转换，实现数字信号模拟调制驱动LED灯亮度变化。可见光经过线性接收电路完成信息的传输。1.1 可见光通信系统设计方案采用全数字设计方案，应用FPGA进行数字信号编解码，如图1所示。1）发送端：源串行信号进入FPGA后，经数字编码、调制，由DAC转换为模拟电压信号，再经线性电流驱动电路控制LED亮度变化。2）接收端：PIN光电探测器将光亮度转化为线性0~5 V电压信号。信号经过一款带通AGC集成芯片放大，一方面将低频信号滤除，以避免缓变背景光干扰；另一方面力求对信号进行恒幅输出，使输出稳定为0 dBm，以便ADC进行适合量程的采样，再由FPGA进行全数字解调。因LED具有极强的指向性，当接收端与发送端的距离远近不同、发射角度不同时，会引起PIN接收到的亮度转换的模拟信号剧烈变化，如此对ADC采样的动态范围要求就会十分苛刻。故系统设计中增加了AGC放大模块，以改善这个弊端。最终实测表明效果良好。1.2 线性电流驱动电路设计可见光通信系统中，由于LED灯带宽窄和线性工作区的影响，若要实现模拟调制信号的传输，LED的线性电流驱动电路设计至关重要[2]。当前使用较为广泛的是性能较好的Bias-Tee电路驱动LED，本文基于宽带低噪放大器OPA847设计了一种成本低廉、性能稳定的硬件LED驱动电路。赵龙，等：可见光通信系统设计与实现——基于FPGA全数字控制

基于Optisystem的光纤通信系统设计与仿真

作者：徐云霞 时翔 汤祺 金维东

来源：《无线互联科技》2021年第06期

摘 要：将虚拟仿真与光纤通信融合，进行系统的设计、仿真和调试，通过数据分析进行系统优化，大大减少了光纤通信网络规划及工程实施的实际支出。文章利用Optisystem工具进行光纤通信系统的辅助设计，建立光发送机、接收机及波分复用系统的电路模型，进行噪声与信号波形的仿真与分析，以期达到系统的优化。

关键词：光纤通信;虚拟仿真;波分复用;Optisystem

0 引言

计算机仿真工具对于硬件与系统的设计、可行性分析等都有着重要的意义。光纤通信的发展迅速，光通信系统愈加趋于复杂。层出不穷的器件和复杂的网络结构让光纤系统设计变得困难[1-2]。

光纤通信的虚拟仿真工具Optisystem，具有强大的模拟环境，支持自定义器件与快速低成本的设计模型，其本质是通过建造系统模型进行由表及里、从外到内的试验性研究，找出不足并保留优点，以期达到系统模型及其运行的最佳状态[3-4]。本文使用Optisystem工具，对光纤通信系统中的光发送机、光接收机以及波分复用（WDM）系统进行仿真设计，实现直接调制的光发送机系统设计与仿真、基于PIN光电二极管的光接收机系统设计与仿真以及四路复用的单模光纤WDM通信系统设计与仿真。设计完成后在Optisystem中进行仿真模型搭建和运行，观测各处的数据并进行对比分析。

1 光纤通信系统总体设计

一个完整的光纤通信系统包含光发送机和光接收机两个部分，光发送机的作用是将传输过来的电信号转化成光信号，而光接收机的作用则是将光信号转化成电信号，这个转化的过程简称为“电—光—电效应”，而光纤通信系统正是通过“电—光—电效应”来传输信息的通信系统。在利用Optisystem工具进行光纤通信系统的总体设计之前，考虑到实际应用，进行如下总体设计。

通信工程毕业论文

摘要

随着信息技术的飞速发展，通信工程在现代社会中扮演着越来越重要的角色。本论文旨在探讨通信工程领域的关键技术、发展趋势以及未来展望。通过对通信原理、网络技术、无线通信、光纤通信等方面的深入研究，本文分析了通信工程在现代社会中的应用及其面临的挑战，并提出了相应的解决方案。本文共分为五个章节，分别为引言、通信原理与网络技术、无线通信技术、光纤通信技术、结论与展望。

关键词：通信工程；通信原理；网络技术；无线通信；光纤通信

第一章 引言

1.1 研究背景

随着全球信息化进程的加速，通信技术在国民经济、国防建设、社会生活中发挥着越来越重要的作用。通信工程作为一门综合性学科，涉及电子技术、计算机技术、信息技术等多个领域。近年来，通信工程取得了长足的发展，为人类社会带来了巨大的便利。

1.2 研究目的

1.3 研究方法

本文采用文献综述、理论分析、案例分析等方法，对通信工程领域的关键技术、发展趋势进行深入研究。

第二章 通信原理与网络技术

2.1 通信原理

2.1.1 信号与系统

2.1.2 信道编码与调制 2.1.3 信号检测与估计

2.2 网络技术

2.2.1 网络拓扑结构

2.2.2 网络协议

2.2.3 网络性能评价

第三章 无线通信技术

3.1 无线通信技术概述

3.2 第二代无线通信技术

3.2.1 GSM

3.2.2 CDMA

3.3 第三代无线通信技术

3.3.1 WCDMA

3.3.2 TDSCDMA

3.4 第四代无线通信技术

3.4.1 LTE

3.4.2 5G

第四章 光纤通信技术

4.1 光纤通信技术概述

4.2 光纤传输原理

4.3 光纤通信系统

4.3.1 发射机

4.3.2 传输线路

4.3.3 接收机

4.4 光纤通信应用 4.4.1 宽带接入

4.4.2 传输网

第五章 结论与展望

5.1 结论

本文对通信工程领域的关键技术、发展趋势进行了深入研究，分析了通信工程在现代社会中的应用及其面临的挑战，并提出了相应的解决方案。

龙源期刊网

DWDM光传输系统原理及组网设计

作者：连思斌 郑振耀

来源：《读写算》2011年第33期

【摘要】光纤传输技术的发展，经过了PDH、SDH现已进入了密集波分复用（DWDM）阶段。DWDM系统具有传输距离长、容量大、波道多，实施全透明传输，能组成全光层网络和相对工程造价较低等技术经济优势，在国内外得到了广泛应用。本文就某省省干波分系统对DWDM光纤传输系统工程设计中的系统原理、设备选型、网络结构与传输系统组织、业务接入等主要问题进行初步的探讨。

【关键词】密集波分复用;光波长转换单元;网络保护

一、系统原理

DWDM技术是利用单模光纤的带宽以及低损耗的特性，采用多个波长作为载波，允许各载波信道在光纤内同时传输。与通用的单信道系统相比，DWDM不仅极大地提高了网络系统的通信容量，充分利用了光纤的带宽，而且它具有扩容简单和性能可靠等诸多优点，特别是它可以直接接入多种业务。

通常把光信道间隔较大的复用称为光波分复用（WDM），再把在同一窗口中信道间隔较小的复用称为密集波分复用（DWDM）。 随着科技的进步，现代的技术甚至可以实现波长间隔为零点几个纳米级的复用，因此把波长间隔较小的8个波、16个波、32乃至更多个波长的复用称为DWDM。

发送端的光发射机发出波长不同而精度和稳定度满足一定要求的光信号，经过光波长复用器复用在一起送入掺铒光纤功率放大器（掺铒光纤放大器主要用来弥补合波器引起的功率损失和提高光信号的发送功率），再将放大后的多路光信号送入光纤传输，中间可以根据情况决定有或没有光线路放大器，到达接收端经光前置放大器（主要用于提高接收灵敏度，以便延长传输距离）放大以后，送入光波长分波器分解出原来的各路光信号。

二、功能单元

光波长转换单元OTU（Optical Transponder Unit）的主要功能是将接入的1路或多路客户侧信号经过汇聚或转换后，输出符合ITU-T G.694.1建议的DWDM标准波长或符合ITU-T