基于光纖通信的汽車照明及信號(hào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　光通訊是人類最早應(yīng)用的通訊方式之一。從烽火傳遞信號(hào)，到信號(hào)燈﹑旗語(yǔ)等通訊方式，都是光通訊的范疇。但由于受到視距﹑大氣衰減﹑地形阻擋等諸多因素的限制，光通訊的發(fā)展緩慢?！?870年的一天，英國(guó)物理學(xué)家丁達(dá)爾到皇家學(xué)會(huì)的演講廳講光的全反射原理，他做了一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)：在裝滿水的木桶上鉆個(gè)孔，然后用燈從桶上邊把水照亮。結(jié)果使觀眾們大吃一驚。人們看到，放光的水從水桶的小孔里流了出來(lái)，水流彎曲，光線也跟著彎曲，光居然被彎彎曲曲的水俘獲了（圖4－11）。 　　

　　人們?cè)?jīng)發(fā)現(xiàn)，光能沿著從酒桶中噴出的細(xì)酒流傳輸；人們還發(fā)現(xiàn)，光能順著彎曲的玻璃棒前進(jìn)。這是為什么呢？難道光線不再直進(jìn)了嗎？這些現(xiàn)象引起了丁達(dá)爾的注意，經(jīng)過(guò)他的研究，發(fā)現(xiàn)這是全反射的作用，即光從水中射向空氣，當(dāng)入射角大于某一角度時(shí)，折射光線消失，全部光線都反射回水中。表面上看，光好像在水流中彎曲前進(jìn)。實(shí)際上，在彎曲的水流里，光仍沿直線傳播，只不過(guò)在內(nèi)表面上發(fā)生了多次全反射，光線經(jīng)過(guò)多次全反射向前傳播。 　　 

　　什么是光纖通信 ？

　　光纖即為光導(dǎo)纖維的簡(jiǎn)稱。光纖通信是以光波作為信息載體，以光纖作為傳輸媒介的一種通信方式。從原理上看,構(gòu)成光纖通信的基本物質(zhì)要素是光纖、光源和光檢測(cè)器。光纖除了按制造工藝、材料組成以及光學(xué)特性進(jìn)行分類外，在應(yīng)用中,光纖常按用途進(jìn)行分類，可分為通信用光纖和傳感用光纖。傳輸介質(zhì)光纖又分為通用與專用兩種,而功能器件光纖則指用于完成光波的放大、整形、分頻、倍頻、調(diào)制以及光振蕩等功能的光纖，并常以某種功能器件的形式出現(xiàn)。

　　光纖通信原理

　　光纖通信的原理是：在發(fā)送端首先要把傳送的信息(如話音)變成電信號(hào)，然后調(diào)制到激光器發(fā)出的激光束上，使光的強(qiáng)度隨電信號(hào)的幅度(頻率)變化而變化，并通過(guò)光纖發(fā)送出去；在接收端，檢測(cè)器收到光信號(hào)后把它變換成電信號(hào)，經(jīng)解調(diào)后恢復(fù)原信息．

　　應(yīng)用領(lǐng)域

　　光纖通信的應(yīng)用領(lǐng)域是很廣泛的，主要用于市話中繼線，光纖通信的優(yōu)點(diǎn)在這里可以充分發(fā)揮，逐步取代電纜，得到廣泛應(yīng)用。還用于長(zhǎng)途干線通信過(guò)去主要靠電纜、微波、衛(wèi)星通信，現(xiàn)以逐步使用光纖通信并形成了占全球優(yōu)勢(shì)的比特傳輸方法；用于全球通信網(wǎng)、各國(guó)的公共電信網(wǎng)（如我國(guó)的國(guó)家一級(jí)干線、各省二級(jí)干線和縣以下的支線）；它還用于高質(zhì)量彩色的電視傳輸、工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視和調(diào)度、交通監(jiān)視控制指揮、城鎮(zhèn)有線電視網(wǎng)、共用天線（CATV）系統(tǒng)，用于光纖局域網(wǎng)和其他如在飛機(jī)內(nèi)、飛船內(nèi)、艦艇內(nèi)、礦井下、電力部門、軍事及有腐蝕和有輻射等中使用。

　　光纖傳輸系統(tǒng)主要由：光發(fā)送機(jī)、光接收機(jī)、光纜傳輸線路、光中繼器和各種無(wú)源光器件構(gòu)成。要實(shí)現(xiàn)通信，基帶信號(hào)還必須經(jīng)過(guò)電端機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理后送到光纖傳輸系統(tǒng)完成通信過(guò)程。

　　它適合于光纖模擬通信系統(tǒng)中，而且也適用于光纖數(shù)字通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。在光纖模擬通信系統(tǒng)中，電信號(hào)處理是指對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行放大、預(yù)調(diào)制等處理，而電信號(hào)反處理則是發(fā)端處理的逆過(guò)程，即解調(diào)、放大等處理。在光纖數(shù)字通信系統(tǒng)中，電信號(hào)處理是指對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行放大、取樣、量化，即脈沖編碼調(diào)制（PCM ）和線路碼型編碼處理等，而電信號(hào)反處理也是發(fā)端的逆過(guò)程。對(duì)數(shù)據(jù)光纖通信，電信號(hào)處理主要包括對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，和數(shù)字通信系統(tǒng)不同的是它不需要碼型變換。 

　　光纖通信 的特征

　　通信用的激光一般在特殊的管道-------光導(dǎo)纖維里傳播。目前，光導(dǎo)纖維的主要成分是二氧化硅。

　　光纖通信有許多突出的優(yōu)點(diǎn)：

　　頻帶寬

　　頻帶的寬窄代表傳輸容量的大小。載波的頻率越高，可以傳輸信號(hào)的頻帶寬度就越大。在VHF頻段，載波頻率為48．5MHz～300Mhz。帶寬約250MHz，只能傳輸27套電視和幾十套調(diào)頻廣播?？梢?jiàn)光的頻率達(dá)100000GHz，比VHF頻段高出一百多萬(wàn)倍。盡管由于光纖對(duì)不同頻率的光有不同的損耗，使頻帶寬度受到影響，但在最低損耗區(qū)的頻帶寬度也可達(dá)30000GHz。目前單個(gè)光源的帶寬只占了其中很小的一部分(多模光纖的頻帶約幾百兆赫，好的單模光纖可達(dá)10GHz以上)，采用先進(jìn)的相干光通信可以在30000GHz范圍內(nèi)安排2000個(gè)光載波，進(jìn)行波分復(fù)用，可以容納上百萬(wàn)個(gè)頻道。

　　損耗低

　　光導(dǎo)纖維的燒制

　　在同軸電纜組成的系統(tǒng)中，最好的電纜在傳輸800MHz信號(hào)時(shí)，每公里的損耗都在40dB以上。相比之下，光導(dǎo)纖維的損耗則要小得多，傳輸1.31um的光，每公里損耗在0．35dB以下若傳輸1．55um的光，每公里損耗更小，可達(dá)0．2dB以下。這就比同軸電纜的功率損耗要小一億倍，使其能傳輸?shù)木嚯x要遠(yuǎn)得多。此外，光纖傳輸損耗還有兩個(gè)特點(diǎn)，一是在全部有線電視頻道內(nèi)具有相同的損耗，不需要像電纜干線那樣必須引人均衡器進(jìn)行均衡；二是其損耗幾乎不隨溫度而變，不用擔(dān)心因環(huán)境溫度變化而造成干線電平的波動(dòng)。

　　重量輕

　　因?yàn)楣饫w非常細(xì)，單模光纖芯線直徑一般為4um～10um，外徑也只有125um，加上防水層、加強(qiáng)筋、護(hù)套等，用4～48根光纖組成的光纜直徑還不到13mm，比標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜的直徑47mm要小得多，加上光纖是玻璃纖維，比重小，使它具有直徑小、重量輕的特點(diǎn)，安裝十分方便。

　　抗干擾能力強(qiáng)

　　因?yàn)楣饫w的基本成分是石英，只傳光，不導(dǎo)電，不受電磁場(chǎng)的作用，在其中傳輸?shù)墓庑盘?hào)不受電磁場(chǎng)的影響，故光纖傳輸對(duì)電磁干擾、工業(yè)干擾有很強(qiáng)的抵御能力。也正因?yàn)槿绱?，在光纖中傳輸?shù)男盘?hào)不易被竊聽(tīng)，因而利于保密。

　　保真度高

　　因?yàn)楣饫w傳輸一般不需要中繼放大，不會(huì)因?yàn)榉糯笠齺?lái)新的非線性失真。只要激光器的線性好，就可高保真地傳輸電視信號(hào)。實(shí)際測(cè)試表明，好的調(diào)幅光纖系統(tǒng)的載波組合三次差拍比C/CTB在70dB以上，交調(diào)指標(biāo)cM也在60dB以上，遠(yuǎn)高于一般電纜干線系統(tǒng)的非線性失真指標(biāo)。

　　工作性能可靠

　　我們知道，一個(gè)系統(tǒng)的可靠性與組成該系統(tǒng)的設(shè)備數(shù)量有關(guān)。設(shè)備越多，發(fā)生故障的機(jī)會(huì)越大。因?yàn)楣饫w系統(tǒng)包含的設(shè)備數(shù)量少(不像電纜系統(tǒng)那樣需要幾十個(gè)放大器)，可靠性自然也就高，加上光纖設(shè)備的壽命都很長(zhǎng)，無(wú)故障工作時(shí)間達(dá)50萬(wàn)～75萬(wàn)小時(shí)，其中壽命最短的是光發(fā)射機(jī)中的激光器，最低壽命也在10萬(wàn)小時(shí)以上。故一個(gè)設(shè)計(jì)良好、正確安裝調(diào)試的光纖系統(tǒng)的工作性能是非?？煽康摹?/p>

　　成本不斷下降

　　目前，有人提出了新摩爾定律，也叫做光學(xué)定律（OpTIcal Law）。該定律指出，光纖傳輸信息的帶寬，每6個(gè)月增加1倍，而價(jià)格降低1倍。光通信技術(shù)的發(fā)展，為Internet寬帶技術(shù)的發(fā)展奠定了非常好的基礎(chǔ)。這就為大型有線電視系統(tǒng)采用光纖傳輸方式掃清了最后一個(gè)障礙。由于制作光纖的材料(石英)來(lái)源十分豐富，隨著技術(shù)的進(jìn)步，成本還會(huì)進(jìn)一步降低；而電纜所需的銅原料有限，價(jià)格會(huì)越來(lái)越高。顯然，今后光纖傳輸將占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，成為建立全省、以至全國(guó)有線電視網(wǎng)的最主要傳輸手段。