SD-SDI、HD-SDI、3G-SDI三速光纤传输系统的设计

SD-SDI、HD-SDI、3G-SDI三速光纤传输系统的设计

学生：×××指导教师：×××

内容摘要：论文为三速SDI光纤传输系统的设计提供了一个低成本、低功耗、低辐射和高性能的解决方案。论文首先对SDI基础知识进行了详细介绍，从SDI通路结构、SDI 器件性能分析和SDI编解码等三个方面对SDI的基本原理进行了阐述，并着重对3种SDI速率进行了比较。接着，论文从基础结构和基本特点等两个方面，介绍了FPGA基础知识。基于上述基础，论文在对3种SDI相似性和差异性进行分析的基础上，提出了SDI设计的关键速率前提，提高了所提设计方案的针对性。然后，论文从接收器和发送器等两个方面，对系统架构设计方案进行了详细阐述。最后，又从均衡器/驱动器、编解码器、参考时钟源等三个方面，阐述了系统设计的硬件实现过程。论文所提设计方案理论基础扎实，能够灵活应用于接口资源紧张而又需要支持多种速率SDI信号的应用场合，具有十分重要的现实意义。

关键词：SDI 三速光纤 SD-SDI HD-SDI 3G-SDI

目录

1 SDI基础知识简介 (1)

1.1 SDI概述 (1)

1.2 SDI的基本原理 (1)

1.2.1 SDI通路结构 (1)

1.2.2 SDI器件性能分析 (2)

1.2.3 SDI编解码 (3)

1.3 3种SDI速率比较 (4)

2 FPGA基础知识简介 (5)

2.1 FPGA的基本结构 (6)

2.2 FPGA的基本特点 (7)

3 基于FPGA的三速SDI传输系统设计方案 (7)

3.1 3种SDI的相似性与差异性 (7)

3.2 SDI设计的关键速率前提 (8)

3.3系统架构设计 (9)

3.3.1 接收器 (9)

3.3.2 发送器 (10)

3.4系统设计实现 (11)

3.4.1 均衡器/驱动器 (11)

3.4.2 编解码器 (12)

3.4.3 参考时钟源 (13)

4 结束语 (13)

参考文献 (14)

1 SDI基础知识简介

1.1 SDI概述

SDI 是 Serial Digital Interface 的缩写，也就是串行数字接口，串行数字接口(SDI)标准由移动图像和电视工程师协会(SMPTE)制定，在当今的广播和视频产品领域得到了广泛的应用。SDI 标准规定了怎样通过视频同轴电缆在产品设备之间传送未经压缩的串行数字视频数据。

串行接口是把数据字的各个比特以及相应的数据通过单一通道顺序传送的接口。由于串行数字信号的数据率很高，在传送前必须经过处理。用扰码的不归零倒置(NRZI)来代替早期的分组编码，其标准为SMPTE-259M和EBU-Tech-3267，标准包括了含数字音频在内的数字复合和数字分量信号。在传送前，对原始数据流进行扰频，并变换为NRZI码确保在接收端可靠地恢复原始数据。这样在概念上可以将数字串行接口理解为一种基带信号调制。SDI接口能通过270Mb/s的串行数字分量信号，对于 16:9 格式图像，应能传送 360Mb/s的信号[1-3]。

人们常在SDI信号中嵌入数字音频信号，也就是将数字音频信号插入到视频信号的行、场同步脉冲(行、场消隐)期间与数字分量视频信号同时传输[4]。

1.2 SDI的基本原理

1.2.1 SDI通路结构

SDI的通路结构[5-6]如下图1.2.1-1所示：

图1.2.1-1 SDI通路结构

（1）电缆均衡(补偿)：SDI接收器用适应性电缆长度均衡来补偿信号在同轴电缆上的损失。在信号被编码器接收之前，用一个外部电缆均衡器来均衡比特流。

（2）时钟和数据恢复(CDR)：在均衡之后，SDI 接收器必须将数据从比特流中恢复出来。通常对比特流采用过采样来完成异步数据恢复，然后进行数据转换。数据恢复单元从比特周期中间采样出每一比特数据，并尽可能的远离比特数据转换。通常，锁相环(PPL)也用来配合数据恢复单元来恢复时钟。然而，在某些情况下，可以假定接收器和发送器在同频下工作。在这种情况下，接收器就不必恢复时钟，也就是说只应用数据恢复技术。

（3）抖动减少：从外部视频源或者SDI接收器获得的传向SDI传输器的并行数字视频包含大量的抖动，而SDI传送器要求其传送的SDI比特流几乎不包含抖动，这就要求传送器在传送之前要减少视频流的抖动数量。

（4）时钟复用：SDI传送器的串行器需要一个比特率时钟。这通常需要传输器将它的输入字率视频时钟乘以十来获得比特率时钟。复用过程一定不能加入过多的抖动。

1.2.2 SDI器件性能分析

1、SDI传送器

SDI传送器的性量主要有两方面来衡量：

（1）输出驱动的电器性能；

（2）传输器的输出抖动。

2、SDI接收器

SDI 接收器的性能主要有三方面来衡量：

（1）波形衰减的容限和由同轴电缆长距离传送引起的失真；

（2）输入比特流带来的抖动容限；

（3）SDI 病态波形的容限。

SDI 适应性电缆长度均衡补偿器用来处理由同轴电缆引起的信号衰减和相位失真。输入抖动容限是表示时钟和数据恢复(CDR)单元在大量抖动失真情况下正确接收到 SDI 比特流的能力。SMPTE 259M 指标对 SDI 接收器的抖动容限并没做任何要求，然而，这个标准允许 SDI 传送器可以高达 0.2UI 的峰峰值抖动，其他抖动可由不同的源造成，如由 PCB 板、连接器和电缆的阻抗不匹配引起的反射造成等。SDI 接收器应该拥有 0.2UI 以上的抖动容限，好的 SDI 接收器通常能达到 0.5UI 的输入抖动容限。

1.2.3 SDI编解码

1、SDI并串转换

SDI 并串转SDI 的并串转换过程如图 1.2.3-1 所示。

图1.2.3-1 SDI通路结构

10 bit 并行输入信号在 27 MHz 的时钟控制下并行写入移位寄存器，然后在 10 倍频的 270 MHz 时钟控制下串行读出，完成并串转换，如果原来是 8 bit，就在最低位加两个0。传输时数据低位 LSB 先传送，数据高位 MSB 后传送，传送的码型为NRZ(不归零)码。由于接收端解码时需要恢复时钟信号，而串行接口不能像并行接口那样使用单独的时钟线传输时钟信号，时钟的恢复只能利用信号本身的跳变来产生，因此还需进行扰码和 NRZ - NRZI (翻转不归零码)编码变换。扰码的目的是减小长串的连“0”

和连“1”，使数据流中只有很短的连“0”和连“1”，从而使电平跳变多、时钟信息丰富；而进行 NRZ - NRZI 编码变换，是因为 NRZI 码不同于 NRZ码，它不是用电平的高低来表示“0”和“1”，而是用有无电平的变化来表示“0”和“1”，利用这种特性，可在接收端采用对极性的变换响应而不是对数据流的极性响应以达到容易解码和提取时钟信息的目的。

2、SDI编解码过程

在将数字视频串行通过物理层之前，SDI传输器一定要根据SDI标准将视频编码，编码过程要保证串行比特流有足够的转换级别来允许接收器恢复数据和时钟，在接收器捕获到串行数据之后，解码器要逆转编码过程获得原始视频数据。

图 1.2.3-2 是 SDI 的编码过程。SDI 标准用两个生成多项式，通常用线形反馈移位寄存器(LFSR)表示来分别实现编码阶段。SDI 解码器的解码过程与编码器相反，先使用 G2 多项式，然后跟随 G1多项式，如图 1.2.3-3 所示。

图1.2.3-2 SDI编码过程

图1.2.3-3 SDI解码过程

1.3 3种SDI速率比较

据前所述，SDI即serialdigitalinterface，就是数字非压缩技术，主要来自广电领域。视频经过模数转换后，有2条路可以走，压缩或者非压缩。IP监控需要压缩，其好处是大量节约带宽，使视频在IP网络上传输成为可能，同时约束视频资料的存储

容量，代价是视频质量的下降、操控存在延时性以及开放性架构无法避免的隐患。非压缩就是所谓的数字非压缩技术，其标准有很多种，比如常见的HDMI，DVI和SDI。此技术中视频模数转换后不再压缩，只是按特殊方式编码（此编码不同于压缩编码，不存在有损压缩的过程）。非压缩的好处是视频质量最大限度的保真，且几乎没有延时（40ms），代价则是视频信号数据量极大。

SDI目前根据视频分辨率和帧率可分为3个标准:SD-SDI即标清SDI主要对针对标清分辨率，每秒25帧或30帧。模数转化后的视频带宽大致为250Mbps左右;3G-SDI，高清高帧率SDI,分辨率仍为1080P，但是帧率增大到50或者60，模数转换后的数据量大致为2.9Gbps.

SDI目前根据视频分辨率和帧率可分为3个标准：

（1）SD-SDI即标清SDI。主要对针对标清分辨率，每秒25帧或30帧(分辨是PAL 制和NTSC制)。模数转化后的视频带宽大致为250Mbps左右(如果是16:9，则为360Mbps 左右)；

（2）HD-SDI即高清SDI，这个标准主要针对分辨率为1080P，帧率为25或者30，模数转换后的数据量为1.485Gbps：

（3）3G-SDI，高清高帧率SDI,分辨率仍为1080P，但是帧率增大到50或者60，模数转换后的数据量大致为2.9Gbps。

由以上三个标准可知视频模数转换后不经过压缩的原始数据量是很大的，如此大的数据量IP网络根本无法承载，若直接存储其容量亦将十分惊人。

从3中SDI速率的应用情况来讲，由于标清视频几乎全都采用模拟方式，所以在安防监控领域SD-SDI意义不大，而3G-SDI数据量太大，如此高的帧率在监控领域也无必要，故3G标准的SDI也不大可能广泛用，真正可能在监控领域中广泛运用的是HD-SDI 标准，这种标准在提供分辨率为1080P帧率达到25或者30的高清视频的同时，最大限度的保留的视频的所有细节，同时操控的延时性几乎等同于模拟系统。HD-SDI的这一特点在目前来说是独树一帜的。

2 FPGA基础知识简介

FPGA是Filed Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程逻辑阵列。FPGA 是在CPLD的基础上发展起来的新型高性能可编程逻辑器件，它一般采用SRAM工艺，也有一些专用器件采用flash工艺或反熔丝(Anti．Fuse)工艺等。

FPGA的集成度很高，其器件密度从数万系统门到数千力．系统门不等，可以完成极其复杂的时序与组合逻辑电路功能，适用于高速、高密度的高端数字逻辑设计领域。新型的FPGA内嵌CPU或DSP内核，支持软硬件协同设计，可以作为片上可编程系统(SOPC)的硬件平台。FPGA既继承了ASIC的大规模、高集成度、高可靠性的优点，又克服了普通ASIC设计周期长、投资大、灵活性差的缺点，逐步成为复杂数字硬件电路设计的理想首选[7]。

2.1 FPGA的基本结构

FPGA基本由6部分组成，分别为可编程输入／输出单元(I／0单元)、基本可编程逻辑单元、嵌入式块RAM、布线资源、底层嵌入功能单元和内嵌专用硬核等[8]。

（1）可编程输入／输出单元(I／O单元)

I／O单元是芯片与外部的接口，完成不同电气特性下对输入／输出信号的驱动与匹配需求。为了使FPGA具有更高的灵活性，目前大多数FPGA的I／O单元都设计成可编程模式，即通过软件的灵活配置，可适应不同的电气标准与I／O物理特性，既可以调整匹配阻抗特性，上下拉电阻，又可以调整输出驱动电流的大小等。

（2）基本可编程逻辑单元(CLB)

FPGA的基本可编程逻辑单元是由查找表(LUT)和寄存器(Register)组成的，查找表完成纯组合逻辑功能。FPGA内部寄存器可配置为带同步／异步复位和置位、时钟使能的触发器，也可以配置成为锁存器。FPGA一般依赖寄存器完成同步时序逻辑设计。

（3）嵌入式块RAM

实现数据的存储功能。目前大多数FPGA都有内嵌的块RAM。嵌入式块RAM可以配置为单端口RAM、双端口RAM、伪双端口RAM、CAM、FIFO等存储结构。除了块RAM，Altera、Xilinx和Lattice的FPGA还可以灵活地将LUT配置成RAM、ROM、FIFO等存储结构。

（4）丰富的布线资源

布线资源连通FPGA内部所有单元，实现信号的传递。连线的长度和工艺决定着信号在连线上的驱动能力和传输速度。布线资源可分为：全局性的专用布线资源、长线资源、短线资和其他布线资源。

（5）底层嵌入功能单元

指的是那些通用程度较高的嵌入式功能模块，比如PLL(Phase Locked Loop)、DLL(Delay LockedLoop)、DSP、CPU等。

（6）内嵌专用内核

内嵌专用内核主要是指那些通用性相对较弱，不是所有FPGA器件都包含的硬核。例如Altera的stratix／Stratix II GX器件族内部集成了3．1875／6．375Gbps SERDES(串并收发单元)；Xilinx对应的是Virtex II Pro(X)和Virtex 4 FX系列，等等。目前Lattice和xilinx都已推出内嵌10Gbps SERDES模块的系统级可编程逻辑器件。

2.2 FPGA的基本特点

FPGA的主要有以下特点[9]：。

（1）用户可对FPGA内部的逻辑模块重新配置，以实现用户的逻辑。它还具有静态可重复编程和动态在系统重构的特性，使得硬件的功能可哕、像软件一样通过编程来修改。作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路，FPGA既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

（2）在PCB完成以后，可以利用FPGA的在线修改能力，随时修改设计而不必改动硬件电路，使用FPGA来开发数字电路，可以大大缩短设计时间，减少PCB面积，提高系统的可靠性。

（3）用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。加电时，FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中，配置完成后，FPGA进入工作状态。掉电后，FPGA 恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此，FPGA能够反复使用。FPGA的编程无须专用的FPGA编程器，只须用通用的EPROM、PROM编程器即可。当需要修改FPGA功能时，只需换一片EPROM即可。这样，同一片FPGA，不同的编程数据，可以产生不同的电路功能。

（4）FPGA内部有丰富的寄存器和I/O接口，可以最大的满足用户I/O口的需要。

（5）FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、设计风险最小器件之一。

（6）FPGA采用高速CMOS工艺，功耗低，可以与COMS、TTL电平等多种电平标准兼容。

3 基于FPGA的三速SDI传输系统设计方案

3.1 3种SDI的相似性与差异性

SD-SDI，HD-SDI和3G-SDI都能使用额定阻抗为75Ω的同轴电缆和BNC接口,规定的源信号都为一个电平中值0V，摆幅 800mV的单端信号。并且，它们都采用相同的编码算法，即对非压缩的数字视频信号采用非归零反相（NRZI）格式编码——用线性移位

寄存器对数据进行加扰，以减小在接口中出现长连零或者长连一的概率，同时将对电平极性敏感的信号转换成对电平极性变换敏感的信号[10]。

当然，它们之间也存在着一些差异，在三速SDI的设计过程中要区别对待。其中，它们最大的不同就在于传输速率的差异，由此也导致了3G-SDI信号的时钟沿最陡，SD-SDI的时钟沿最缓，同样距离的电缆传输，3G-SDI信号的衰减最大。它们另一个重要的不同点在于HD视频的并行数据格式宽度为20 bit，分为亮度和色度两个平行的10 bit数据流，而SD视频的并行数据格式宽度为10 bit,亮度信号和色度信号相间。因此，以并行数据格式传输时，HD-SDI和3G-SDI每个视频时钟处理20 bit数据，而SD-SDI 每个视频时钟处理10 bit数据。此外，HD-SDI和3G-SDI的错误校验相比SD-SDI有很大不同。SD-SDI的错误校验使用错误检测和处理(Error Detection and Handing,EDH)数据包，其存在于SDI信号的场消隐区，在生成或校验之前需要先确定视频信号的格式。相比兀长的EDH数据包，HD-SDI和3G-SDI校验采用的循环兀余校验(Cyclic Redundancy Check ,CRC)码则简洁得多，它以两个字节的形式分别插在色度和亮度数据流的有效数据行结束标志之后。

三速SDI的提出源于SD-SDI , HD-SDI , 3G-SDI在电气规范和物理层上的相似性。设计者在制定解决方案时，只要能够准确区分并处理好三者的差异，就能够在基本SDI 架构上设计出可靠的三速SDI接口。

3.2 SDI设计的关键速率前提

三速SDI为兼容SD-SDI，HD-SDI和3G-SDI的多速率未压缩串行数字视频接口它可以支持270Mb/s-2.97Gb/s的传输速率。然而，实际设计中，三速SDI的速率还是有前提约束的。

SMPTE 259M标准支持4种速率的SD-SDI信号:143 Mbit/s的NTSC制复合编码信号,177.3 Mbit/s的PAL制复合编码信号，270 Mbit/s的NTSC制和PAL制分量编码信号，360 Mbit/s 16:9长宽比的NTSC制和PAL制分量编码信号。到目前为止，SD-SDI 最常用到的速率为270 Mbit/s，对于一个视频设备的SDI接口，只支持270 Mbit/s的速率是很常见的。因此本设计方案支持的SD-SDI信号速率仅为270 Mbit/s 在SMPTE 292M中,HD-SDI的传输速率为1.485 Gbit/s或1.485/1.001 Gbit/s。支持60 Hz刷新率的 1.485 Gbit/s速率在国内使用广泛，而支持59.94 Hz刷新率的1.485/1.001 Gbit/s速率主要用于北美，因此本设计方案仅考虑1.485 Gbit/s的HD-SDI

信号。同理，对于SMPTE 424M定义的3G-SDI，只考虑2.97 Gbit/s速率，而不考虑2.97/1.001 Gbit/s速率。

综上所述，本设计方案只支持3个主流的SDI传输速率:270 Mbit/s(SD-SDI)，1.485 Gbit/s(HD-SDI)和2.97 Gbit/s(3G-SDI)。

3.3 系统架构设计

本设计方案的系统架构可以分为两部分，分别实现3个关键速率SDI信号的接收和发送，具备接收端速率自动检测和发送端速率动态选择的能力。

3.3.1 接收器

接收器能够自动识别符合要求的未知速率的输入信号，根据所检测到的速率快慢，在SD-SDI、HD-SDI、3G-SDI之间进行工作模式的自动切换。主要包括均衡器、时钟数据恢复、串并转换、解码、字对齐、EDH/CRC校验、视频定时标志提取、速率监测和时钟控制等功能模块如图3.3.1-1所示。

图3.3.1-1 三速SDI接收器的功能原理图

均衡器用于补偿信号在同轴电缆传输过程的衰减和相移。无论是SD视频信号还是HD视频信号，即使使用高质量的同轴电缆，在长距离传输后，都将出现明显的衰减和相移，并且信号的频率越高衰减越快，相移也越大。好的均衡器设计方案能对输入信号的衰减和相移做出自适应补偿。

经过电缆均衡后，需要用一个基于PLL的时钟和数据恢复模块(Clock and Data Recovery ,CDR)从SDI串行数据流中提取时钟并用恢复的时钟同步接收到的串行数据流。采用PLL技术能使信号眼图开口变大，便于信号时钟的提取，而对于不同速率的数

据流，需选择不同的参考时钟。

串并转换模块将串行输入的数据在CDR 模块恢复的时钟的控制下移入移位寄存器，然后在字节时钟的控制下并行读出，完成串并转换。

由于SDI 信号时钟的恢复只能依靠信号自身的跳变来产生，因此用于传输的SDI 信号需要进行扰码和NRZ-NRZI 编码变换。扰码的目的是使电平跳变增多、时钟信息更丰富；NRZ-NRZI 编码变换的目的是使时钟信息的提取更加容易。解码模块的功能首先就是把只对信号电平极性变换敏感的NRZI 扰码信号转换为对信号电平极性敏感的NRZ 扰码信号，然后再把NRZ 扰码信号解扰恢复出原来的信号。

经过解码的SDI 并行数据流需要进行字对齐。因为CDR 模块和解码模块不必关心哪是连续输入的串行视频数据的字节边界，处理后的数据是不规整的，所以需要通过字对齐模块识别出字节边界，将数据重新对齐。字对齐之后的SD-SDI 信号为一个10 bit 并行数据流，而字对齐之后的HD-SDI 和3G-SDI 信号均为平行的10 bit 并行数据流。

视频定时标志提取模块从标准格式的SDI 并行数据中获取定时标志并生成行、场同步信号。

EDH/CRC 模块对接收到的SDI 信号进行错误校验。三速SDI 需要2个不同的错误校验模块，EDH 模块校验SD-SDI 信号，CRC 模块校验HD-SDI 和3G-SDI 信号。

时钟控制模块除了要实现时钟分频，为各功能模块分配工作时钟，还要和速率监测模块配合实现CDR 参考时钟的动态选择。多速率SDI 的接收要求为接收到的不同速率信号提供不同频率的参考时钟，因此本设计方案为CDR 模块提供了3个频率的参考时钟，由速率检测模块根据字对齐模块和EDH/CRC 校验模块反馈的信息动态地选择一个相符的参考时钟。

3.3.2 发送器

本设计方案所设计的发送器需要实现已经完成了ITU-R BT.601建议或ITU-R BT.709建议编码的3个速率的SDI 信号的发送，其主要包括行计数(Line Num-ber , LN )和CRC 插入、编码、串并转换、速率选择和驱动器等功能模块（如图3.3.2-1所示）。

图3.3.2-1 三速SDI 发送器的功能原理图

HD-SDI或3G-SDI的20 bit并行数据流进入编码模块前，需要先在它们的亮度和色度数据流中分别插入LN和CRC。 2 byte的LN被插入到每个有效数据行的有效数据结束标志之后，表征着当前行的行计数。同样是2 byte的CRC紧跟在LN之后，为每个有效数据行数据的校验码。

编码模块用来完成扰码和NRZ-NRZI编码变换。它先将信号编码为NRZ扰码信号，再把NRZ扰码信号转换成对电平极性不敏感、只对电平极性变换敏感的NRZI信号。

串并转换模块将经过编码的SDI并行数据流在字节时钟的控制下并行写入移位寄存器，然后在位时钟的控制下串行读出，完成并串转换。

速率选择模块对TX PLL送出的时钟动态选择合适的分频模式，为当前处理的SDI 数据提供相符的字节速率时钟和位速率时钟。字节速率时钟同步SDI并行数据流;位速率时钟控制SDI数据的串行化输出。为了降低SDI信号串行发送时的抖动TX PLL选择一个低抖动的参考时钟是必须的。

驱动器的作用是驱动SDI输出信号，使其遵守SMPTE标准中规定的在同轴电缆中传输需满足的电气规范。尽管对于可传送的SD-SDI , HD-SDI , 3G-SDI信号的电气要求基本相同，但是它们上升时间和下降时间的不同对驱动器性能提出了不同的要求。因此，在本设计方案中使用了一个多速率的SDI驱动器，它能自适应地驱动多种不同传输速率下电压转换速率不同的SDI信号。

3.4 系统设计实现

本文采用了基于FPGA的硬件设计方案，辅以极少的外设，具有灵活、高性能、低成本等特点，其中主要由自适应均衡/驱动器LMH0387[11]、内嵌SERDES模块的LatticeECP3-35[12]和视频时钟发生器LMH1893[13]等电路构成，如图3.4-1所示。

图3.4-1 三速SDI硬件连接图

3.4.1 均衡器/驱动器

均衡器和驱动器作为SDI的基本电气接口连接着同轴电缆的BNC端口。它们在以往

的解决方案中总是分开用作固定的输入或者输出，而单芯片的LMH0387却能灵活地实现两者的功能。

LMH0387支持SD-SDI , HD-SDI , 3G-SDI的自适应电缆均衡和电缆驱动。它能够在输入模式下配置成均衡器，接收同轴电缆传来的数据，或在输出模式下配置成驱动器，向同轴电缆发送数据。它相同的I/0引脚，既能用于SDI信号的输入，又能用于SDI信号的输出，使得系统只需要单一的BNC端口就能灵活地实现收发功能。

LMH0387可以工作在125 Mbit/s~2.97 Gbit/s的一个很宽的速率范围，并且支持SMPTE 259M , SMPTE 292M ,SMPTE 344M和SMPTE 424M。它内置复杂的回波损耗网络，符合SMPTE 中有关回波损耗方面的技术标准。

在设计中LMH0387用作均衡器时能根据电缆长度和信号类型自适应地优化输入信号的摆幅，用作驱动器时可以选择输出符合传输速率、电压摆幅、电压转换速率等要求的SDI信号。

3.4.2 编解码器

SDI的物理层实现标准SDI信号串行到并行的解串解码以及并行到串行的编码成串。内嵌高速SERDES的LatticeECP3系列FPGA能完整地针对三速SDI物理层提供一个低成本、低功耗和灵活的开发平台。

LatticeECP3的SERDES具有独立通道的架构，每个通道能支持250 Mbit/s~3.2 Gbit/s的全双工串行数据传输，并符合IEEE802.3-2002 XAU 抖动标准。因此，无论在传输速率还是在抖动规范上，它都能完全满足SD-SDI , HD-SDI , 3G-SDI的性能要求。此外，它采用了基于quad的结构，每个quad有4个通道，每个通道都包含专用的收发器电路，可在一个quad中混合和匹配不同的SDI协议。

选用的LatticeECP3-35带有一个quad的SERDES。设计中，通过配置SERDES相应的物理编码子层(PCS)逻辑在这个quad的2个通道分别实现三速SDI的接收(RX)解串和发送(TX) 行。RX解串和TX串行通道能够工作在全速率、半速率或1/10速率3种模式。参考时钟的分频由PCS中的PLL完成。因此，选择RX/TX的参考时钟为148.5 MHz,20倍频后再进行1分频、2分频和11分频，可以分别得到2.97 GHz ,1.485 GHz和270 MHz 的时钟。

在FPGA内，连接着SERDES的是Lattice的三速SDI IP核，它通过一个共同的物理接口接收或发送并行视频数据，能自动检测并锁定收发的视频数据流。接收通路完成并行视频数据流的解码、字对齐、CRC校验(HD/3G)、视频定时标志提取等功能；发送通路完成并行视频数据流的LN和CRC插入(HD/3G)、编码等功能。对于SD-SDI的EDH 校验、接收时的速率监测及发送时的速率选择需要在IP核外设计实现。

LatticeECP3 SERDES信号输入/输出引脚和外部参考时钟输入引脚的电气接口都采用了CML接口，使用简单的电容耦合方式便可以实现与LVDS接口的互连，具有非常低

的EMI辐射和功耗。

3.4.3 参考时钟源

本设计方案中,SERDES的RX和TX共用一个来自FPGA外部的148.5 MHz的参考时钟。该参考时钟由27 MHz的温度补偿石英晶振(TCXO)经过LMH 1893芯片产生。LMH 1893的输出抖动极低，仅为40 ps，可以为SDI的高速传输提供干净的参考时钟源以达到严格的抖动规范而不需要额外的时钟清洁电路，降低了信号完整性设计难度。

4 结束语

本文为三速SDI的设计提供了一个低成本、低功耗、低辐射和高性能的解决方案。其支持2种SD-SDI格式、8种HD-SDI格式和23种3G-SDI格式视频数据的接收和发送，并完全符合SMPTE抖动规范。此外，不同速率SDI信号之间切换的响应时间很短。因为LatticeECP3SERDES的收发通道都有独立的3种分频器，收发端的PLL都不需要解锁、重新校对和锁定。该方案的架构简单，所需芯片少，只需要一个BNC端口就能分别实现SDI信号的收发。它能灵活应用于数字演播室、广播电视制作、数码影视制作等多种场合，特别适用接口资源紧张而又需要支持多种速率SDI信号的视频设备。

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[13] National Semiconductor. LMH1983: 3G/HD/SD video clock generator with audio clock [EB/OL]. [2010-04-20].

[14] 王学科:多路HD-SDI高清视频复用及传输系统设计[D],电子科技大学,2010.

[15] 廖加文: 基于FPGA的高清视频光纤传输系统的研究与实现[D],中国科学院

研究生院（西安光学精密机械研究所）,2013.

[16] 周弟伟,段明玮,王振:数字高清视频传输与视频接口的转换设计研究[J],电

子世界,2012,15:120-121.

[17] 雷玉堂:HD-SDI芯片方案及其选择、应用与发展方向[J],中国公共安

全,2013,24:308-314.

[18]黄文葳:HD-SDI高清数字视频监控系统的技术说明和解决方案[J],智能建筑与城市信息,2014,05:82-84.

光纤入户设计方案(住宅小区FTTH解决方案)

综合布线系统工程 住宅小区光纤到户设计方案福建北讯智能科技有限公司

目录 第一章、概述 (2) 一、综合布线系统建设 (2) 二、工程概况 (3) 三、系统综述 (3) 第二章、设计依据与原则 (4) 一、设计依据 (4) 二、设计原则 (4) 三、设计遵守的规范 (5) 第三章、系统设计说明 (6) 一、需求分析 (8) 二、系统构成 (9) 第四章、产品的选择 (10) 一、产品的选择原则 (10) 二、NORTEC 光纤到户解决方案 (10) 三、产品主要特性指标 (11) 第五章、系统测试 (18) 一、双绞线缆传输测试 (18) 二、光纤传输通道测试 (18) 第六章、综合布线设备总清单 (18) 第七章、质量保证及服务 (19) 一、预期工期 (19) 二、库存及最短到货时间 (19) 三、投入人力 (19) 四、质保 (20) 五、用户培训 (20) 六、竣工文档 (20) 第八章、附录 (21)

第一章、概述 一、综合布线系统建设 近年来，基于互联网协议的骨干网和IP局域网发展迅速，成为宽带网络主要的传送方式。作为信息高速公路的“最后一公里”，接入网技术已经成为目前关注的焦点。在光接入网中，无源光网络（PON，Passive Optical Network）技术打破了传统的点到点解决方法，采用光纤作为传输媒介，不包含有源节点，具有对业务透明、运行维护费用低和易于升级等优点，是三网（互联网、电信网、广播电视网）融网的理想平台。因此FTTH已成为必然的选择和发展方向。 二、工程概况 阳光城闽侯南城新区闽侯县市民文化广场旁（闽侯县西江滨大道-市民广场西侧），该项目建筑面积约225956平方米。 各楼栋划分如下： ?1#、2#、3#、5#~8#为高层居住楼； ?9#~12#为4层别墅； 见小区平面示意图:

外调制光纤通信系统设计

课程设计题目：外调制光纤通信系统设计 学院：信息科学与工程学院 年级专业：09级光电子1班 学号：xxxxxxxx 学生姓名：xxxxx 指导教师：xxx

一、设计要求 设计10Gpb速率的外调制光纤链路，保证链路能正常通信，误码率BER小于10-12，对应的品质因数Q大于7 二、设计技术参数 1）DFB-LD（SLM），光源中心波长λ0=1552.5nm（193.1Thz），谱线宽度Δλ=0.1 nm(12.5GHz) 2)光纤传输距离120km 3)光发射机发射光功率范围：10dBm～13dBm，可取10dBm 4)APD光接收机灵敏度范围：-25dBm～-9dBm ，可取-18dBm 5) G.652标准单模光纤，光纤的衰减系数α=0.2dB/km，色散系数D=17ps/nm/km 6) 色散补偿光纤衰减系数α=0.5dB/km, 色散系数D=-100ps/(nm.km) 7) 线路编码为NRZ 8) 连接器损耗α=1dB/个 二、设计要点 链路采用外调制的模式，系统通过电信号（NRZ码）控制光调制器产生光信号。产生的光信号通过光纤传输至信号接收端，经光电探测器转换为电信号，完成链路的传输。 衰减：在实际工作中，光纤有一个衰减系数，光信号会随着传输而衰减。为了使光信号传输到探测器时，信号的功率在光电探测器的灵敏度范围之内，链路设计放大模块将信号放大。 色散：不同频率的光波在光纤中传播的速度不同，频率较小的光传播速度快，频率较大的光传播速度慢。由于链路采用的光源激光器存在一定的带宽，因而光信号在传输过程中会产生色散，传输距离越长，色散现象越严重。针对色散问题，链路设计了色散补偿光纤来消除色散。 因此，设计链路所需要解决的主要问题是色散和衰减。通过改变色散光纤的长度和放大器的放大方法来消除传输中带来的色散问题和衰减问题。另外，在设计时，系统的噪声因素也应考虑在内。 三、链路设计 1.根据要求设计链路 通信链路由信号源、线路编码器、光源、连接器、光纤、必要补偿单元、连接器、光接收机组成。设计时，使用伪随机码发生器充当信号源，用连续波激光器和M-Z调制器组成外调制型光源，用1dB衰减器充当连接器，使用不同参数的光纤分别充当传输光纤和色散补偿光纤，使用7dB衰减器充当系统衰减富余量，使用眼图分析仪来观察链路传输的眼图、分析链路的误码率和品质因数。设计链路，初始时不添加色散光纤（色散光纤长度为0）和增益，检测系统的眼图和品质因数。如下图所示：

海底光缆数字传输系统工程设计规范

、八— 前言.......................... 1总则 ....................... 2术语 ....................... 3传输标准及系统制式 ......... 4系统设计 ................... 5系统传输指标 ............... 6海底光缆线路路由的选择原则 7海底光缆的敷设和工程设计要求8 海缆登陆站的选择9设备的安装及配置 ........... 10远供系统设计.............. 11辅助系统设计.............. 12维护工具及仪表的配置 ...... 附录A 本规范用词说明. .... 附：条文说明.................. II 1 2 3 4 5 6 8 9 10 11 12 13 15 1

、才▲ 、■ 前言 海底光缆数字传输系统从 1990 年建设中日国际海底光缆传输系 统开始 引入我国，经历了十多年的建设和发展，从最初 560Mbit/s PDH 系统到目前先进的10Gbit/s WDM 系统。随着海底光缆系统技 术上的不断发展变化，通过多个工程建设，海底光缆数字传输系统 设计、建设的经验和资料 都得到有效积累 。 1996年编制的 ?海底光缆数字传输系统工程设计规范 ? YD5018- 96, 主要适用于单波长、海底电中继器的海底光缆系统的工程设 计。上世纪90年代末,海底光缆系统已全部采用大容量 SDH^统和WDM 系统。所以，根据技术发展的需要和信息产业部信部规函 号文?关于安排通信工程建设标准修订和制定计划的通知 重新修订原规范。 根据我国新建的多条国际和国内海底光缆工程的经验， 外有关海底光缆数字传输系统的资料 以及陆上光缆传输系统工程 设 计要求，并总结了原YD5018-96发布实施以来海缆系统设计的实践 经验，制定本规范。本规范对原规范进行了修改、补充、增删和细 化。经反复讨论修改，后经有关部门会审定稿。 本标准由信息产业部综合规划司负责解释、修订、监督执行。 本标准负责起草单位 :京移通信设计院有限公司 本标准主要起草人 :王 卫昀 高军诗。 [2004]508 ?的精神， 参照国

数字电视光纤传输系统设计

数字电视光纤传输系统设计 班级: 姓名: 学号: 指导教师: 电子与信息工程学院信息与通信工程系

目录 数字电视光纤传输系统设计 (1) 摘要 (1) 1光纤通信概述 (2) 2系统组成 (2) 2.1光端机 (3) 2.1.1光发射机 (3) 2.1.2光源 (3) 2.13光接收机 (4) 2.1.4光接收机的性能指标 (4) 3光纤的选型 (5) 4设计方案及关键技术 (5) 5实现方式 (6)

数字电视光纤传输系统设计 摘要 光纤通信是近30年迅猛发展起來的高新技术，从一开始就显示出无以伦比的优越性, 引起人们的极大兴趣和关注并得到了迅速的发展。H 70年代以来，光纤通信技术不仅在电信等民用领域得到了广泛的应用，而且因其独特的频带极宽、通信容星大、衰减小等优点，使得光纤通信技术至今己发展为举世眠目的、独立的新兴产业，给通信技术乃至国民经济、国防事业和人民生活带来了巨大的变革。目前在高速公路、交通、电子警察、监控、安防、工业自动化、电力、海关、水利、银行等领域视频图像、音频、数据、以太网、电话等数字光纤通信系统开始普遍大量应用。用光纤取代电缆，利用光纤频带宽、损耗低和抗干扰能力强的矣岀特点，不但可以使系统的安装和接线变得简单，更使得可靠性和安全性得到了保障。在冃前的光纤通信系统中，设计者普遍是用其他生产厂家的光发送端机和光接收端机以及光缆來组成系统。这就需要设计者在设计系统时要考虑市面上的光端机的性能，设计出來的系统要符合光端机的各项指标，而各种光端机的指标也都是固定的，这使得在系统中所传输的信号也有了局限性：而且光端机所用到的是专用的集成芯片，造价也比较高。这些都限制了光纤通信的应用。

光纤通信系统设计实例

光纤通信系统设计 1 概述 图 1.1 标准光纤通信系统架构 2 模拟系统设计 光纤系统中，各组件的累加损耗应足够低以符合探测器的阈值要求。模拟系统中，充足的功率意味着高SNR，另外，组件的组合应该提供足够的带宽以通过较高的调制频率，因此，应对单个器件的损耗和带宽进行分析，并计算整个系统的功率分配和带宽预算。 2.1 系统规格 2.1.1 初始方案 以设计简单的点对点视频系统为例，电视广播信号的带宽为6MHz，要求SNR为50dB。 表2.1 系统方案一：窄带宽和低功率 Carrier Source LED0.8-0.9um Information Channel MMF (SI or GRIN) Detector PIN-PD 表2.2 系统方案二：高带宽和高功率 Carrier Source LD 1.3um Information Channel SMF Detector APD 2.1.2 负载电阻计算 已知PIN-PD的电容和传输带宽，根据方程 求得负载电阻

取近似值，计算得为6.24MHz。 2.2 功率预算 2.2.1 平均光功率计算 标准的SNR方程是 由于使用PIN-PD作为光电探测器，假设系统是热噪声限系统，调制系数m为100%，SNR方程简化为 由于放大器噪声的存在，将实际温度T替换为等效噪声温度，假设环境温度T为300K，放大器噪声系数F为2，则，又已知PD响应率为，计算平均光功率P为 取P近似值为。 2.2.2 平均光电流计算 根据平均光功率P为，计算得PIN-PD的平均光电流，远大于暗电流（几个纳安），因此系统中暗电流的影响可以忽略，计算热噪声电流均方值 散粒噪声电流均方值 可以得到，热噪声功率是散粒噪声功率的近7倍，符合最开始采用热噪声限模型的假设。 预测平均光电流为时，并没有驱动探测器进入非线性区，最大饱和电流等于偏置电压与负载电阻的比值，使用5V偏压时，最大允许电流为（或），远远大于，系统不存在饱和问题。 2.2.3 详细方案 光源SE LED SI MMF

光纤通信系统总体设计的一些考虑

光纤通信系统总体设计的一些考虑 内蒙古铁通通信工程公司 师林 摘 要：当设计一个光纤通信系统（例如一个数字段）时，首先要弄清所设计系统的整体情况，它所处的地理位置，当前和未来3～5年内对容量的要求，ITU—T的各项建议及系统的各项性能指标，以及当前设备和技术的成熟程度等。在弄清楚情况的基础上，对下述问题进行具体的考虑和设计。 关键词：光纤通信系统，总体设计。 一、选择路由，设置局站 对于一个需要设计的系统，首先要在两个终端站之间选择最合理的路由、设置中继站（或转接站和分路站）。选择路由一般以直、近为依据，同时应考虑不同级别线路（例如一级干线和二级干线）的配合，以达到最高的线路利用效率和覆盖面积。 中间站的设置（中继站、转接站和分路站）既要考虑上下话路的需要，又要考虑信号放大再生的需要。由于光纤通道的衰减和色散使传输距离受限，需要在适当的距离上设置光再生器以恢复信号的幅度和波形，从而实现长距离传输的目的。 传统的O/E/O实再生器具有所谓的3R功能，即再整形（Reshaping）、再定时（Retiming）和再生（Regenerating）功能。这种再生器相当于光接收机和光发射机的组合，设备较复杂，成本很高，耗电也大。目前，在1.55μm波段运行的系统，已普遍采用掺铒光纤放大器（EDFA）代替传统的O/E/O再生器。虽然国际上也在研究具备3R功能的EDFA，但目前实用的EDFA只具备光放大的功能。因此，对高速率、长距离光纤通信系统，当使用级联EDFA时，须考虑对色散的补偿和对放大的自发辐射（ASE）噪声的抑制。 二、确定系统的制式、速率 20世纪90年代中期，SDH设备已经成熟并在通信网中大量使用，考虑到SDH设备良好的兼容性和组网的灵活性，新建设的长途干线和大城市的市话通信一般都应选择SDH设备，长途干线已采用STM－16、多路波分复用的2.5Gbit/s系统、甚至10Gbit/s系统。 对于农话线路，为了节省投资，也可采用速率为34Mbit/s，140 Mbit/s的PDH系统。 三、光纤选型 目前可选择的光纤类型有G.652光纤、G.653光纤、G.654光纤、G.655光纤及大有效面积光纤。G.652光纤是目前已大量敷设。在1.3μm波段性能最佳的单模光纤，该光纤设计简单、工艺成熟、成本底。但这种光纤工作在1.55μm波段时，有＋17ps/km﹒nm左右的色散， 109

(通信企业管理)第章_光纤通信系统的设计精编

（通信企业管理）第章_光纤通信系统的设计

第7章光纤通信系统 于前面几章中，我们已经学习了光纤通信系统中基本元器件的功能，从光源、光检测器、光放大器等有源器件到连接器、隔离器等无源器件。于这章里我们将讨论如何将这些器件通过光纤组合形成具有完整通信功能的系统。光纤通信系统就其拓扑而言是多种多样的，有星形结构、环形结构、总线结构和树形结构等，其中最简单是点到点传输结构。从应用的技术来见，分光同步传输网、光纤用户网、复用技术、高速光纤通信系统、光孤子通信和光纤通信于计算机网络中的应用等等。从其地位来分，又有骨干网、城域网、局域网等。不同的应用环境和传输体系，对光纤通信系统设计的要求是不壹样的，这里我们只研究简单系统的设计，即点到点传输的光纤通信系统。内容包括设计原则、数字和模拟通信系统的设计，最后给出了设计实例，以期读者对光纤通信方面的知识有壹全面了解。 6.1设计原则 6.1.1工程设计和系统设计 光纤通信系统的设计包括俩方面的内容：工程设计和系统设计。 工程设计的主要任务是工程建设中的详细经费概预算，设备、线路的具体工程安装细节。主要内容包括对近期及远期通信业务量的预测；光缆线路路由的选择及确定；光缆线路敷设方式的选择；光缆接续及接头保护措施；光缆线路的防护要求；中继站站址的选择以及建筑方式；光缆线路施工中的注意事项。设计过程大致可分为：项目的提出和可行性研究；设计任务书的下达；工程技术人员的现场勘察；初步设计；施工图设计；设计文件的会审；对施工现场的技术指导及对客户的回访等。 系统设计的任务遵循建议规范，采用较为先进成熟的技术，综合考虑系统经济成本，合理选用器件和设备，明确系统的全部技术参数，完成实用系统的合成。 6.1.2系统设计的内容 光纤通信系统的设计涉及到许多相互关联的变量，如光纤、光源和光检测器的工作特性、

光纤网络方案设计1

四川化院光纤网络方案设计 一、光纤系统简介 ●光纤通信系统简述 1．光纤通信系统 光纤通信系统是以光波为载体、光导纤维为传输介质的通信方式，起主导作用的是光源、光纤、光发送机和光接收机。 1）光源－光源是光波产生的根源； 2）光纤－光纤是传输光波的导体； 3）光发送机－光发送机负责产生光束，将电信号转变成光信号，再把光信号导入光纤； 4）光接收机－光接收机负责接收从光纤上传输过来的光信号，并将它转变成电信号，经解码后再作相应处理。光纤通信系统的基本构成如图所示： . 2．光纤通信系统主要优点 1）传输频带宽、通信容量大，短距离时达几千兆的传输速度 2）线路损耗低、传输距离远； 3）抗干扰能力强，应用范围广； 4）线径细、质量小； 5）抗化学腐蚀能力强； 6）光纤制造资源丰富。 在网络工程中一般是62．5μm/125μm 规格的多模光纤，有时也用100μm/140μm 规格的多模光纤。户外布线大于2KM时可选用单模光纤。 ●光纤的种类主要有两大类，即单模与多模。 单模光纤（SMF Single Mode Fiber）的纤芯直径很小，在给定的工作波长上只能以单一模式传输，传输频带宽，传输容量大。光信号可以沿着光纤轴向传播，因此光信号的损耗很小，离散也很小，传播的距离较远。单模光纤PMD规范建议芯径为8~10μm，包层直径为125μm。 多模光纤（MMF Multi Mode Fiber）是在给定的工作波长上，能以多个模式同时传输的

光纤。多模光纤的纤芯直径一般为50至200μm，而包层直径的变化范围为125到230μm，计算机网络用纤芯直径为62.5μm，包层为125μm，也就是通常所说的62.5μm。与单模光纤相比，多模光纤的传输性能要差。在导入波长上分单模1310nm、1550nm;多模850nm、1300nm 光缆的种类和机械性能 单芯互联光缆 主要应用范围包括： 1）跳线； 2）内部设备连接； 3）通信柜配线面板； 4）墙上出口到工作站的连接； 5）水平拉线，直接端接； 6）适于使用环氧树脂或LIGHTCRIMPLP连接端接。 主要性能及优点如下： 1）高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准主； 2）900μm紧密缓冲外衣易于连接与剥除； 3）Aramid抗拉线增强组织提高对光纤的保护； 4）UL/CAS验证符合OFNR和OFNP性能要求； 5）设计和测试均根据Bellcore GR-409-CORE及IEC793-1/794-1标准； 扩展级别62.5/125μm符合ISO/IEC 1180。 双芯互联光缆 主要应用范围包括： 1)交连跳线； 2)水平走线，直接端接； 3)光纤到桌； 4)通信柜配线机板； 5)墙上出口到工作站的连接； 6)适于使用环氧树脂或LIGHTCRIMPLP连接端接。 双芯互联光缆除具备单芯互联光缆所有的主要性能优点之外，还具有光纤之间易于区分的优点。 3．室外光缆4~24芯铠装型与全绝缘型

光纤布线方案设计

1、光纤到桌面布线方案设计 1.1设计原则 颍上县检察院规模和网络信息流量在未来会不断扩大，需要有一个完善的综合布线系统以提高办公效率，为确保智能化综合布线系统建设和应用的成功，在本方案的设计中要遵循以下原则： 标准性：符合设计及安装的国内、国际标准。 实用性：满足当前的各种通讯要求和未来的应用。 先进性：采用成熟、先进的技术和设备。 安全性：利于防火、防水、防雷击、防静电、防破坏和抗干扰等。 维护性：便于维护和管理，有利于故障检查和排除。 兼容性：利于硬、软件的兼容，系统的升级和扩充。 可靠性：采用容错技术，保证系统在多重故障下仍能正常运行。 经济性：在满足现有需求和未来应用的基础上，要有好的性能价格比和保护原有的投资。 1.2设计依据 ISO / IEC 11801 国际建筑通用布线标准 ANSI / TIA / EIA 568A/B 商用建筑电信布线标准 ANSI / TIA / EIA 568B 六类线布线标准 ANSI / EIA/TIA－569A 商用建筑电信通道及空间标准 ANSI / EIA/TIA－606 商用建筑电信基础结构管理标准 ANSI / EIA/TIA－607 商用建筑接地和接线规范 IEEE 100 BASE-T 100兆以太网 IEEE 802.11A/B 无线网络标准 中国民用建筑电气设计规范（JGJ/T16-92） 智能建筑设计标准（EBD-03-95） 工业企业通信设计规范（CECS 09:89）

建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范（CECS 72:97） 建筑与建筑群综合布线系统工程施工及验收规范（CECS 72:97） 电气装置安装工程施工及验收规范（GBJ 232-82） 1.3安装与施工标准 中国工程建设标准化协会《建筑与建筑物综合布线系统工程设计规范(CECS72:95)》 建筑与建筑物综合布线系统施工和验收规范(CECS89:97)》 中国建筑电气设计规范 大楼通信综合布线系统（YD/）第1部分:总规范 大楼通信综合布线系统（YD/）第2部分:综合布线用电缆、光缆技术要求大楼通信综合布线系统（YD/）第3部分:综合布线用连接硬件技术要求 1.4方案设计 在结构化布线系统中，光纤不但支持FDDI主干、1000Base－FX主干、100Base －FX到桌面、ATM主干和ATM到桌面，还可以支持CATV/CCTV及光纤到桌面（FTTD）,因而它和铜缆共同成为结构化布线中的主角。 当今，国际上流行的布线标准主要有两个，一个是北美的标准EIA/TIA－568A；一个是国际标准ISO/IECIS 11801。EIA/TIA－568A和ISO/IECIS 11801推荐使用125um多模光缆、50/125um多模光缆和125um多模光缆，本项目使用125um室外轻铠多模光缆。 单模光纤和多模光纤可以从纤芯的尺寸大小来简单地判别。单模光纤的纤芯很小，约4～10um,只传输主模态。这样可完全避免了模态色散，使得传输频带很宽，传输容量很大。这种光纤适用于大容量、长距离的光纤通信。它是未来光纤通信与光波技术发展的必然趋势，因此，在颍上县检察院的光纤网络中，距离超过1000米建议使用单模光缆。 多模光纤又分为多模突变型光纤和多模渐变型光纤。前者纤芯直径较大，传输模态较多，因而带宽较窄，传输容量较小；后者纤芯中折射率随着半径的增加而减少，可获得比较小的模态色散，因而频带较宽，传输容量较大，目前一般都

数字光纤通信系统课程设计

~~~~~~学院课程设计报告 课程名称：通信系统课程设计 院部：电气与信息工程学院 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 完成时间：2010 年12 月31日 报告成绩：

高速数字光纤通信系统的设计

目录 (3) 摘要 (4) 关键词 (4) Abstract (5) 第一章数字光纤通信系统的整体设计 (6) 1.1数字光纤通信系统的简介 (6) 1.2 数字光纤通信系统的基本设计思想 (7) 1.3 数字光纤通信系统设计的方案分析 (7) 第二章数字光纤通信系统的具体设计 (8) 2.1 A—E的工程分站设计 (8) 2.2 系统部件的选择 (8) 2.2.1光源的选择 (8) 2.2.2光纤的选择 (8) 2.2.3光电检测器的选择 (9) 2.2.4光接口规范的选择 (9) 2.3 应用代码的选择 (9) 2.4 衰耗预算 (10) 2.4.1无光放大器系统的衰耗预算 (10) 2.4.2带光放大器系统的衰耗预算 (10) 2.5色散预算 (11) 2.5.1码间干扰与频率啁啾的功率代价 (11) 2.5.2色散相关参数的确定 (12) 2.5.3色散的具体计算 (12) 第三章数字光纤通信系统设计结果 (14) 总结 (16) 参考文献 (17)

当今世界，计算机与通信技术高度结合，光纤通信有了长足发展。纵观当今电信的主要技术，光纤和广波的变革极大的提高着信息的传输。进入1993年以后，我国光纤通信已处于持续大反战时期。其特征是大量新技术，特别是网络技术、高速介质接入网（HMAV）光时分复用接入（OTMMA）和波分复用接入（WDMA）、光孤子（solition）、掺铒光纤放大器（EDFA）、SDH产品等开发实用实用化开展大量、深入研究工作。同时，各种专用光纤系统组成及其系统参数测量技术现状，无论是对光纤通信的业主、经销商，还是对光纤通信的广大用户都是重要的。 20世纪70年代末，光纤通信开始进入实用化阶段，各种各样的光纤通信系统如雨后春笋在世界各地建立起来，逐渐成为电信传送网的主要传送手段。近几年来，光纤通信中的各种新技术，新系统也日新月异地发展着，在全球信息高速公路建设中扮演重要角色。 光纤通信是以光波为载波，光纤为传输媒介的通信方式。本次课程设计论文主要介绍光纤系统的基本组成，性能指标，还要对损耗和色散进行预算，用最坏值设计方法来设计高速数字光纤系统。 关键词：光纤通信系统、光纤、损耗、色散、光缆

海底光缆数字传输系统工程设计规范模板

海底光缆数字传输系统工程设计规范

目次 前言 ....................................................................................................... II 1 总则 (1) 2 术语 (2) 3 传输标准及系统制式 (4) 4 系统设计 (5) 5 系统传输指标 (6) 6 海底光缆线路路由的选择原则 (7) 7 海底光缆的敷设和工程设计要求 (9) 8 海缆登陆站的选择 (11) 9 设备的安装及配置 (12) 10 远供系统设计 (13) 11 辅助系统设计 (14) 12 维护工具及仪表的配置 (15) 附录A 本规范用词说明 (17) 附: 条文说明 (1)

前言 海底光缆数字传输系统从1990年建设中日国际海底光缆传输系统开始引入中国, 经历了十多年的建设和发展, 从最初560Mbit/s PDH系统到当前先进的10Gbit/s WDM系统。随着海底光缆系统技术上的不断发展变化, 经过多个工程建设, 海底光缆数字传输系统设计、建设的经验和资料都得到有效积累。 1996年编制的?海底光缆数字传输系统工程设计规范? YD5018-96, 主要适用于单波长、海底电中继器的海底光缆系统的工程设计。上世纪90年代末,海底光缆系统已全部采用大容量SDH 系统和WDM系统。因此, 根据技术发展的需要和信息产业部信部规函[ ]508号文?关于安排通信工程建设标准修订和制定计划的通知?的精神, 重新修订原规范。 根据中国新建的多条国际和国内海底光缆工程的经验, 参照国外有关海底光缆数字传输系统的资料以及陆上光缆传输系统工程设计要求, 并总结了原YD5018-96发布实施以来海缆系统设计的实践经验, 制定本规范。本规范对原规范进行了修改、补充、增删和细化。经重复讨论修改, 后经有关部门会审定稿。 本标准由信息产业部综合规划司负责解释、修订、监督执行。 本标准负责起草单位:京移通信设计院有限公司 本标准主要起草人:王卫昀高军诗。

通信系统设计方案.doc

附件2 第一部分：通信系统设计方案 一、系统概述 通信网络是一切信息传送的载体，它的设计好坏将直接影响到南海区一期智能交通管理系统的整体建设是否成功。因此，根据南海区智能交通系统一期建设特点，需要考虑采用当前先进的技术，建立整个系统的通信网络，以保证系统高速、稳定、安全的运行。 目前，通信网络可以选择有线和无线两种。其中，无线通信又分为很多种，主要有超短波和微波，微波的传输受自然环境影响较大，如：山体、建筑物的遮拦，对微波都有影响。 考虑到信息化技术的需要，在佛山市公安局南海分局交通警察大队指挥中心与下面17个中队的分中心及关键节点之间建立一条信息高速公路，将对南海区交通管理的信息化、智能化建设起到促进作用，不仅可以解决目前实时传送图像、实时控制信号等的问题，而且还可以提高整个南海区公安交通管理部门的办公自动化和辅助决策水平。为此，建议在大队指挥中心、中队队部及重要道口等关键节点之间采用光纤传输。 平时可以用光纤通道作为主通信通道，传送数据、图像信息（实时图像）。同时，在未来建设中，可考虑采用无线网络作为备份网络，在光纤网出现故障时，作为数据、图像信息的备用通道。 此次建设的无线系统主要是为移动警务系统服务，并有部分用作交通流信息检测系统。 二、系统设计原则 （一）网络的先进性 在本方案的设计中，在不降低整个系统性能的基础上，尽可能地利用现有设备和通讯线路，降低网络建设的投资成本，组建先进、可靠、具有升级潜力的业务和办公自动化综合应用网络。 总的指导思想是，以高水准、最优化的系统集成方案及一流的网络技术和设备，将南海区交通管理的通信网络建成一个性能先进的、安全的、可靠的、高效的智能化计算机网络系统。整个网络系统除具有技术先进性、安全可靠性、功能可扩展性及操作方便性之外，还需结合南海区智能交通系统规划与建设的实际情况，使整个网络系统具有合理的性能价格比。

第6章 光纤通信系统的设计

第6章光纤通信系统的设计 在前面几章中，我们已经学习了光纤通信系统中基本元器件的功能，从光源、光检测器、光放大器等有源器件到连接器、隔离器等无源器件。在这章里我们将讨论如何将这些器件通过光纤组合形成具有完整通信功能的系统。光纤通信系统就其拓扑而言是多种多样的，有星形结构、环形结构、总线结构和树形结构等，其中最简单是点到点传输结构。从应用的技术来看，分光同步传输网、光纤用户网、复用技术、高速光纤通信系统、光孤子通信和光纤通信在计算机网络中的应用等等。从其地位来分，又有骨干网、城域网、局域网等。不同的应用环境和传输体系，对光纤通信系统设计的要求是不一样的，这里我们只研究简单系统的设计，即点到点传输的光纤通信系统。内容包括设计原则、数字和模拟通信系统的设计，最后给出了设计实例，以期读者对光纤通信方面的知识有一全面了解。 6.1 设计原则 6.1.1 工程设计与系统设计 光纤通信系统的设计包括两方面的内容：工程设计和系统设计。 工程设计的主要任务是工程建设中的详细经费概预算，设备、线路的具体工程安装细节。主要内容包括对近期及远期通信业务量的预测；光缆线路路由的选择及确定；光缆线路敷设方式的选择；光缆接续及接头保护措施；光缆线路的防护要求；中继站站址的选择以及建筑方式；光缆线路施工中的注意事项。设计过程大致可分为：项目的提出和可行性研究；设计任务书的下达；工程技术人员的现场勘察；初步设计；施工图设计；设计文件的会审；对施工现场的技术指导及对客户的回访等。 系统设计的任务遵循建议规范，采用较为先进成熟的技术，综合考虑系统经济成本，合理选用器件和设备，明确系统的全部技术参数，完成实用系统的合成。 6.1.2系统设计的内容 光纤通信系统的设计涉及到许多相互关联的变量，如光纤、光源和光检测器的工作特性、系统结构和传输体制等。 例如，目前在骨干网和城域网中普遍选择同步数字序列SDH(Synchronous Digital Hierarchy)作为系统制式，在设计SDH体制的光纤通信系统时，首先要掌握其标准和规范，SDH的传输速率分为STM-1(155.52Mb/s)、STM-4(622.08Mb/s)、STM-16(2.5Gb/s)和STM-64(10Gb/s)等四个级别。ITU-T对每个级别（STM-64正在研究中）所使用的工作波长范围、光纤通道特性、光发射机和接收机的特性都作了规定，并对其应用给出了分类代码，表6.1给出了STM-1标准光接口的主要指标，其中应用分类代码中的符号I表示距离不超过2km的局内应用，S表示距离在15km的局间短距离应用，L表示距离在40～80km的局间长距离应用，符号后的数字表示STM的速率等级和工作波长（1310nm）。 又例，对于局域网(LAN)的设计，IEEE、TIA/EIA等组织也有相关的标准，见表6.2，对数据速率、波长作了规定。表6.3表示了波长范围以及相应技术的要求。对于数据速率为10Mbit/s或100Mbit/s的LAN系统，其光缆的长度可以查阅IEEE802.3u和TIA/EIA568A标准。表6.4为其建议的最大光缆长度。 虽然光纤通信系统的形式多样，但在设计时，不管是否有有成熟的标准可循，以下几点是必须考虑的：①传输距离。②数据速率或信道带宽。③误码率（数字系统）或载噪比和非线性失真（模拟系统）。在作过相关的分析后，我们要决定：是采用多模光纤还是单模光纤，并涉及到纤芯尺寸、折射率剖面、带宽或色散、损耗、数值孔径或模场直径等参数的选取；是采用LED还是LD光源，涉及到波长、谱线宽度、输出功率、有效辐射区、发射方向图、发射模式数量等指标的确定；是采用PIN还是APD接收器，它涉及到响应度、工作波长、

海底光缆数字传输系统工程设计规范

目次 前言 ....................................................................... II 1总则.. (1) 2 术语 (2) 3 传输标准及系统制式 (3) 4 系统设计 (4) 5 系统传输指标 (5) 6 海底光缆线路路由的选择原则 (6) 7 海底光缆的敷设和工程设计要求 (7) 8 海缆登陆站的选择 (8) 9 设备的安装及配置 (9) 10 远供系统设计 (10) 11 辅助系统设计 (11) 12 维护工具及仪表的配置 (12) 附录A 本规范用词说明 (14) 附：条文说明 (1)

前言 海底光缆数字传输系统从1990年建设中日国际海底光缆传输系统开始引入我国，经历了十多年的建设和发展，从最初560Mbit/s PDH系统到目前先进的10Gbit/s WDM系统。随着海底光缆系统技术上的不断发展变化，通过多个工程建设，海底光缆数字传输系统设计、建设的经验和资料都得到有效积累。 1996年编制的?海底光缆数字传输系统工程设计规范? YD5018-96, 主要适用于单波长、海底电中继器的海底光缆系统的工程设计。上世纪90年代末,海底光缆系统已全部采用大容量SDH系统和WDM 系统。所以，根据技术发展的需要和信息产业部信部规函[2004]508号文?关于安排通信工程建设标准修订和制定计划的通知?的精神，重新修订原规范。 根据我国新建的多条国际和国内海底光缆工程的经验，参照国外有关海底光缆数字传输系统的资料以及陆上光缆传输系统工程设计要求，并总结了原YD5018-96发布实施以来海缆系统设计的实践经验，制定本规范。本规范对原规范进行了修改、补充、增删和细化。经反复讨论修改，后经有关部门会审定稿。 本标准由信息产业部综合规划司负责解释、修订、监督执行。 本标准负责起草单位:京移通信设计院有限公司 本标准主要起草人:王卫昀高军诗。

OptiSystem仿真实例

OptiSystem 仿真实例 目录 1光发送机（Optical Transmitters）设计 1.1光发送机简介 1.2光发送机设计模型案例：铌酸锂（LiNbO3）型Mach-Zehnder调制器的啁啾（Chirp） 分析 2光接收机（Optical Receivers）设计 2.1光接收机简介 2.2光接收机设计模型案例：PIN光电二极管的噪声分析 3光纤（Optical Fiber）系统设计 3.1光纤简介 3.2光纤设计模型案例：自相位调制（SPM）导致脉冲展宽分析 4光放大器（Optical Amplifiers）设计 4.1光放大器简介 4.2光放大器设计模型案例：EDFA的增益优化 5光波分复用系统（WDM Systems）设计 5.1光波分复用系统简介 5.2光波分复用系统使用OptiSystem设计模型案例：阵列波导光栅波分复用器（AWG ） 的设计分析 6光波系统（Lightwave Systems）设计 6.1 光波系统简介 6.2 光波系统使用OptiSystem设计模型案例：40G单模光纤的单信道传输系统设计 7色散补偿（Dispersion Compensation）设计 8.1 色散简介 8.2 色散补偿模型设计案例：使用理想色散补偿元件的色散补偿分析 8孤子和孤子系统（Soliton Systems） 9.1 孤子和孤子系统简介 9.2 孤子系统模型设计案例： 9结语

1 光发送机（Optical Transmitters ）设计 1.1 光发送机简介 一个基本的光通讯系统主要由三个部分构成，如下图1.1所示： 作为一个完整的光通讯系统，光发送机是它的一个重要组成部分，它的作用是将电信号转变为光信号，并有效地把光信号送入传输光纤。光发送机的核心是光源及其驱动电路。现在广泛应用的有两种半导体光源：发光二级管（LED ）和激光二级管（LD ）。其中LED 输出的是非相干光，频谱宽，入纤功率小，调制速率低；而LD 是相干光输出，频谱窄，入纤功率大、调制速率高。前者适宜于短距离低速系统，后者适宜于长距离高速系统。 一般光发送机由以下三个部分组成： 1) 光源（Optical Source ）：一般为LED 和LD 。 2) 脉冲驱动电路（Electrical Pulse Generator ）：提供数字量或模拟量的电信号。 3) 光调制器（Optical Modulator ）：将电信号（数字或模拟量）“加载”到光波上。以 光源和调制器的关系来看，可划分为光源的内调制和光源的外调制。采用外调制器，让调制信息加到光源的直流输出上，可获得更好的调制特性、更好的调制速率。目前常采用的外调制方法为晶体的电光、声光及磁光效应。 图1.2为一个基本的外调制激光发射机结构：在该结构中，光源为频率193.1Thz 的激光二极管，同时我们使用一个Pseudo-Random Bit Sequence Generator 模拟所需的数字信号序列，经过一个NRZ 脉冲发生器（None-Return-to-Zero Generator 转换为所需要的电脉冲信号，该信号通过一个Mach-Zehnder 调制器，通过电光 图1.1 光通讯系统的基本构成 1）光发送机 2） 传输信道 3）光接收机 图2 外调制激光发射机

数字光纤通信系统及其设计

` 数字光纤通信系统及其设计 摘要 当今世界，计算机与通信技术高度结合，光纤通信有了长足发展。纵观当今电信的主要技术，光纤和光波的变革极大的提高着信息的传输容量。进入1993年以后，我国光纤通信已处于持续大发展时期。其特征是大量新技术，特别是网络技术、高速介质接入网(HMAV)、光时分复用接入(OTMMA)和波分复用接入(WDMA)、光孤子(soliton)、掺铒光纤放大器(EDFA)、 SDH产品等开始实用化并开展大量、深入的研究工作。面对光纤通信技术的普遍应用，了解光纤通信系统组成及其系统参数的测量技术现状，无论是对光纤通信的业主、经销商，还是对光纤通信的广大用户都是重要的。 本论文主要介绍数字光纤通信系统基本组成，含义及其特点，阐述数字光信通信系统的设计方法。针对WDM+EPFA数字光纤链路系统进行具体设计。 关键字; 数字光纤通信系统掺铒光纤放大器(EDFA) 波分复用（WDM） Digital optical communications system and its design ] Abstrac In today's world, the combination of computer and communication technology, the height of optical fiber communication with rapid development. In today's main technology of telecommunications, optical fiber and light changes greatly improves the information transmission capacity. Since 1993, China into a continuous fiber communication has great development period. Its characteristic is a new technology, in particular network technology, high-speed medium access (HMAV), light time multiplex access (OTMMA) and WDM access (WDMA), optical solitons (soliton), erbium doped fiber amplifier (EDFA), SDH products began to

光纤网络设计

光纤通信网络 西延高速公路光纤网络系统设计 学院： 专业： 姓名： 学号： 指导教师： 2015年1月

西延高速公路光纤系统网络设计 一西延高速公路概况 西延高速公路南起西安绕城高速吕小寨立交，途经西安、咸阳、铜川、延安、三原、宜君、黄陵、洛川、富县、甘泉3市6县，止于延安市西北的河庄坪，全长299.85km。全线共有22座隧道（单洞），隧道总长27km，是世界罕见的黄土隧道群；各式桥梁369座，其中洛河特大桥高达152.9m，被称为“亚洲第一高墩大桥”；沿线设有收费站9处、服务区5处，配备有完善的交通、通讯及收费系统等设施。 二网络设计传输业务 高速公路SDH传输系统中承载的业务及业务流向高速公路SDH传输系统中承载的业务大概分为语音、数据和图像三大部分，下面将分别加以说明。 2．1 语音业务 语音业务主要包括业务电话(BT)、指令电话(CT)等。业务电话和指令电话提供语音交换和专线电话服务，要求实时性强，其业务的开展一般采用基于电路交换技术实现或基于包换技术实现。整个专用电话网采用接入网技术，在通信分中心设置接入网局端设备，其无人通信站设置为远端接入模块，负责话音、数据业务的接入。 2．2 监控和收费数据传输业务 监控数据是指监控设备的控制信号，主要指路段管理中心对外场监控摄象机云台发出的控制信号，通常采用的数据接口为RS一232。传输通路分为二级，第一级为监控外场设备至通信站的数据传输通路，利用模拟视频光端机提供低速数据通道，第二级为通信站到路段监控中心数据传输通路，利用接入网的远端接入模块提供的低速数据通道。 收费数据传输通路分为三级，第一级为收费车道至收费站，第二级为收费站至路段管理中心，第三级为路段管理中心至区域中心(即省高速公路收费管理中心，其传输通路不在本设计范围)。收费系统网络通常基于TCP／IP技术组网，收费数据被封装到IP数据包中，在二层的网络结构组织上，一般采用以太网技术，网络互联采用数字电路专线。 2．3 监控和收费图像传输业务 监控系统在高速公路沿线设置一定数量的摄像机，各摄像机的图像和控制信号均要传至路段管理中心，外场监控摄像机的视频信号通过模拟视频光端机传输到相应收费站，然后通过数字光传输系统传送到路段管理中心。收费系统在各收费站广场出口均设置摄像机，各摄像机的图像信号先传到相应的收费站，再传到路段管理中心。为便于视频图象的上传，减少网络带宽，同时要保证有足够的图象质量，视频图象采用MPEG一2压缩算法，视频数据流的带宽控制在2Mbps。 三光纤通信传输系统设计 3.1 采用SDH方案的可行性分析

毕业设计单片机光通信系统设计

摘要 LED作为冷光源和节能光源，正在不断发展和普及。所以利用这个新的光源来通信，也变成了目前研究的热门课题之一。LED光传输技术就是利用常见的LED等室内照明设备，发出肉眼感觉不到的高速明暗闪烁的通信信号，以无线通信的方式来传输数据。采用无线光通信最大的特点就是它的波长范围大，可以将可见光讯号用不同的波长来进行信号的传输。可见光还有无电磁辐射、易保密等特点，尤其搭借了照明平台，所以不需要采用另外的传输介质，采用广播方式，受体的数量即容量受到的制约小，但是其缺点是不易实现双向的通信。 这次毕业设计的主要内容是尝试设计并制作一个LED通信试验系统，通过对频率的调制，发出特定的编码信号，接收方利用光电敏感器件接收调制光，解调后还原成数据信号。最后，本次毕业设计完成了基本功能的LED发射管、接收管的发射和接收工作，并且尝试将其时分复用和频分复用。在发送端添加了温度传感器和超声波测距传感器，数码管显示，在接收端用1602液晶屏幕显示出来。两者的对比，反应出通信的正确性。 本设计是基于两个89C51单片机，利用红外led发射装置和HS0038接收装置设计的简单慢速通信。目标是熟悉单片机的编程思路和学习通信的基本原理。基本的慢速光通信在传感器与单片机之间的通信上有着广泛的应用。 关键词：LED;调解;解调;频分复用;时分复用 I

Abstract As a cold light and energy-saving light source, LED is rapidly developing and being popularization. So using this new light source to communicate has become a hot research topic nowadays. The technology of LED light transmission is to using common LED indoor lamps. Communication signal of high speed light by the naked eye can not feel the flashing, in a way of wireless communication to transmit data. The most special characteristic of light communication is that the light wavelength range is very long, and visible light can be signal transmission in different wavelength. Visible light and no electromagnetic radiation, such as confidentiality, especially a borrowed lighting platform, so do not need to use the transmission medium, the broadcast, the number that is restricted by receptor capacity is small, it is not easy to achieve two-way communication. The main purpose of this paper is to try to design a LED communication system, through the modulation of the frequency coding signal, the photoelectric sensitive device receives the light modulation, demodulation back into the data signal. Finally, the graduation design, completed the basic function of the LED launch tube, receiving tube emission and reception work, and try to time division multiplexing and frequency division multiplexing. The temperature sensor and the ultrasonic ranging sensor is added in the transmitter, the digital tube display, the receiver with 1602 LCD screen display. The contrast of the two, reflect the correctness of communication. The design is based on two MCUs, simple slow communication using infrared LED emission device and HS0038 receiver design. The target is the basic principle of the programming ideas and learning communication with single-chip microcomputer. Slow light communication basic is widely used in communication between sensor and MCU. Keywords: LED; mediation; demodulation; frequency; division; II