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自1970年以來，光通信技術在信息傳輸速率及距離、有效性、可靠性和經濟性方面取得了卓越的成就。作為當代通信技術發展的最新成就，它涉及光、電、化學、物理、材料等學科，使通信領域發生巨變，成為現代通信的基石、發展的主流方向。它與電通信相比，具有獨特的優點:寬頻帶低損耗傳輸;長距離大容量通信;低成本和低故障率;強抗干擾能力;具化學耐腐蝕性等等。然而也有其缺點:彎曲半徑不能太小;光纖的切斷和連接技術要求高;分、合路較麻煩;須由遠供系統解決中斷站供電。但這些缺點絲毫不影響光纖通信在通信領域的地位，光纖通信諸多優點使其仍然具有很大的研究及使用價值。

1小型光纖通信實驗的現狀

1．1實驗儀器可擴展性差目前，筆者所在學院的光纖通信實驗室相關實驗平臺尚未完善，不能根據光纖通信的實驗安排開展實驗，部分實驗環境明顯落后，難以達到光纖通信基礎實驗該有的效果。

1．2實驗方法單一光纖通信技術日新月異，新的技術沒有反映到實驗項目的設置中，設計的實驗內容比較單一，缺乏自主性。同時，方法也比較單一，無法利用相關仿真軟件、慕課等現代化的手段，實驗者沒有自主探索精神，無法做到理論與實踐相輔相成，更不可能提供高質量的應用性實驗。

2光纖通信實驗系統的設計思想

本文綜合考慮光端機技術現狀及發展趨勢，介紹如何根據實際情況選擇光源及驅動電路類型;利用仿真軟件Multisim11.0對系統的控制電路等進行分析、仿真;應用fpga綜合模塊進行綜合設計仿真;采用理論、仿真與實踐三位一體的辯證思路進行闡述，以期從多角度、多部分掌握光端機的原理及應用，實事求是從實際出發，利用設計出的實物模型對光端機各部分電路進行硬件測試，并與現有的網絡接口進行綜合設計，利用分光設備或者光交換設備提取光信號，提供信令采集的輸入。

3系統的設計

常見的光纖通信系統主要元件如圖1所示。光端機主要由光發射機、光接收機、信號處理及輔助電路組成。用戶可以通過網絡管理模塊進行光纖通信系統接入網絡。

3．1光發射機硬件電路設計及仿真光纖通信系統中，光發射機的作用是將電信號轉變成光信號，并有效地把光信號送入傳輸光纖，它主要由發光器件、驅動電路、監控電路組成。其中心功能是將輸入的電脈沖信號轉換為輸出光脈沖信號，即進行電光轉換。發射機光源要求選擇性能好、壽命長、使用方便的光源，是保證光纖通信可靠工作的關鍵。在有限的實驗環境中選定了以LD器件作為光源，實驗中研究其P－I特性、光譜特性及調制特性，確定驅動電路所需的偏置電流及利用Multisim11．0仿真各電路的設計。由1310nmF－P半導體激光器P－I特性曲線(表1)可以看出，設計所用LD閥值電流［5］約為10mA，驅動電流為25mA時LD光功率為0．51mW，與實際采用的LD參數相符。光纖通信系統對消光比有一定要求，消光比太大會影響通信系統的傳輸速率，太小則有用光功率比例減小，會影響系統靈敏度。消光比測試實驗數據如表2。

3．2光接收機硬件電路設計及仿真光接收機的作用是把光發射機發送的攜帶有信息的光信號轉化成相應的電信號并放大、再生恢復為原傳輸的信號。光檢測器位于光接收機的最前端，是光接收機中重要部分，能將光信號轉化為電信號供后續系統模塊進行處理，其性能好壞直接影響整個光接收機性能。光接收機的研究內容包括接收機前端、線性通道、判決器、譯碼器和時鐘恢復電路。在光接收機的理論中，降低輸入端噪聲的分析和接收靈敏度的計算是研究的重點。筆者基于實驗環境選擇以下器件:pin型光電二極管作為光檢測器，前置放大器采用MAX3658，限幅放大器采用MAX3645，采用Cycloneiii系列中的ep3c10e144c8型號的FPGA。其中FPGA時鐘電路采用四倍過采樣的方法實現數據的恢復。在數據恢復電路的接收器部分，包括LVDS(LowVoltageDifferentialSignaling，低電壓差分信號)接收器、采樣模塊和同步模塊3個。LVDS接收器將FPGA接收的高速差分信號轉換成FPGA內部可用的邏輯電平信號。采樣模塊的功能是實現對傳輸速率為160Mb/s的數據信號的4倍過采樣。同步模塊實現的功能是同步多相時鐘采樣的數據信號。lvds接收器使用quartus定制，可將高速的差分數據信號轉換成單端數據信號，其輸入管腳使用專用的高速差分管腳，外加100Ω的匹配電阻防止反射信號對輸入信號產生影響。利用鎖相環輸出四個不同相位的采樣時鐘，在每個時鐘的上升沿和下降沿分別對數據進行采樣，采樣后的數據交給同步模塊進行數據同步。電路設計首先考慮減少亞穩態導致的錯誤，其次要降低系統對已產生錯誤的敏感性。只要無法保證同步，亞穩態就無法避免。在采樣模塊中，不僅不同相位的采樣時鐘同源，且采樣模塊的采樣時鐘和同步模塊的時鐘也是同源的。在同步操作采取的辦法是在四個相位時鐘的上升沿和下降沿分別做同步處理。眼圖是衡量數字光纖通信系統數據傳輸特性的方法，可以在時域中測量并且用示波器直觀顯示。測量時，將“偽隨機碼發生器”輸出的偽隨機碼加在被測光纖通信系統的輸入端，該被測系統的輸出端接至示波器的垂直輸入，用位定時信號(由偽隨機碼發生器提供)作外同步，在示波器水平輸入用數據頻率進行觸發掃描。另外也可以調節示波器水平掃描周期，使其與接收碼元的周期同步。從示波器顯示的圖像上觀察碼間干擾和信道噪聲等因素，從而估計系統性能的優劣程度。

4結語

本文根據光纖通信的設計需求，基于激光器的光電特性和激光器二極管驅動器的應用要求考慮設計光模塊電路，再結合quartusii對FPGA進行綜合設計仿真、硬件描述語言vhdl綜合模塊，設計出了一種小型半導體激光器驅動電路，經過試驗仿真分析，該激光器驅動電路功耗低、成本低、體積小，適用于要求比較低的場合，諸如在光纖通信專業中開設基礎實驗以便實驗者能夠從中了解并掌握光纖通信的原理及簡單應用。但本設計部分電路參數來自仿真，因此本設計不適用于技術要求較高的環境中。

作者：莫少瑩 單位：廣西大學