VPI上機(jī)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)-學(xué)生.pdf

1、VPI 光纖通信仿真實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)2014 4 20目 錄實(shí)驗(yàn)一 光傳輸系統(tǒng)的組成2實(shí)驗(yàn)二 LD 的光譜與噪聲特性10實(shí)驗(yàn)三 LD 調(diào)制特性12實(shí)驗(yàn)四 MZM 工作原理14實(shí)驗(yàn)五 ASK 信號(hào)調(diào)制16實(shí)驗(yàn)六 PSK 信號(hào)18實(shí)驗(yàn)七 光纖的損耗與色散20實(shí)驗(yàn)八 光纖的非線(xiàn)性效應(yīng)23實(shí)驗(yàn)九 光纖中的受激散射25實(shí)驗(yàn)十 光接收機(jī)28實(shí)驗(yàn)十一 誤碼率與接收機(jī)靈敏度31實(shí)驗(yàn)十二 相干光接收機(jī)33實(shí)驗(yàn)十三 信號(hào)的損傷與補(bǔ)償算法38實(shí)驗(yàn)十四 無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的組成41實(shí)驗(yàn)十五 摻鉺光纖放大器43實(shí)驗(yàn)十六 前向糾錯(cuò)碼451實(shí)驗(yàn)一 光傳輸系統(tǒng)的組成1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膌 熟悉 VPI TransmissionMaker 仿真軟

2、件的基本操作l 了解光纖通信系統(tǒng)的組成，各個(gè)部分的作用和基本特性。2. 仿真模塊與系統(tǒng)仿真模塊包括 Tx_OOK （內(nèi)部包含 LaserCW、ModulatorDiffMz_DSM、PRBS 、CoderDriver_OOK）、Signal Analyzer、FiberNLS 和 Rx_OOK 等模塊，仿真系統(tǒng)如圖所示：圖一、光發(fā)射機(jī)的組成（包含光信號(hào)分析儀）圖二、光通信系統(tǒng)的組成（包含了信號(hào)分析儀）3. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟3.1 搭建上述系統(tǒng)搭建光發(fā)射機(jī)的具體步驟如下：l 從 Resources 資 源 列 表 庫(kù) 中 選 擇 TC Modules >Optical2Source>L

3、aserCW.vtms，將 LaserCW.vtms 拖拉到工作區(qū)主界面中。l 選擇 TC Modules >Optical Modulators >ModulatorDiffMz_DSM.vtms，將 ModulatorDiffMz_DSM.vtms 拖到工作區(qū)主界面下。注意：一般情況下，VPI軟件默認(rèn)設(shè)置下，器件的端口之間的連接不會(huì)自動(dòng)連接，需要手動(dòng)對(duì)應(yīng)的連 接起來(lái)。當(dāng)然可以設(shè)置為自動(dòng)連接：選擇工具欄中的 Macros 下拉列表下的Link Components。l 選 擇 TC Modules >Information & Coding ， 將 PRBS.vtm

4、s 和 CoderDriver_OOK.vtms 依次拖到工作區(qū)主界面下。l 連接各器件，并保存文件。 搭建光傳輸系統(tǒng)的具體步驟如下：l 從Resources 資源列表庫(kù)中選擇TC Modules >Transmitters>Tx_OOK.vtmg， 將 Tx_OOK.vtmg 拖拉到工作區(qū)主界面中。點(diǎn)擊右鍵菜單>look inside 可以看 到其內(nèi)部組成與圖 1 相同。（注：有若干后綴名為 vtms 的元器件組成的子系統(tǒng)可以保存為后綴名為 vtmg 的子系統(tǒng)模塊，以供直接使用。）l 從 Resources 資源列表庫(kù)中選擇 TC Modules >Fibers>

5、;FiberNLS.vtms，將 FiberNLS.vtms 拖拉到工作區(qū)主界面中。l 從 Resources 資源列表庫(kù)中選擇 TC Modules >Receivers>Rx_OOK.vtmg，將 Rx_OOK.vtmg 拖拉到工作區(qū)主界面中。l 連接各器件，并保存文件3.2 查看和編輯全局變量的參數(shù)全局變量的參數(shù)設(shè)置是對(duì)所有的 VPI 仿真都相同，當(dāng)你建立一個(gè)新的設(shè)計(jì)工程時(shí)，你必須定義全局仿真參數(shù)，這些全局參數(shù)對(duì)仿真是至關(guān)重要的，它們不僅在仿真中對(duì)與之相關(guān)的每個(gè)器件都有影響，而且它們?cè)谙到y(tǒng)的設(shè)計(jì)階段就能決定系統(tǒng)的工作速率、精度、內(nèi)存需要量。雙擊工作區(qū)的空白區(qū)域，將出現(xiàn)全局參數(shù)

6、設(shè)置對(duì)話(huà)框如下圖所示：設(shè)置參數(shù)如下：1）比特率（BitRateDefault）: 10G，即 10e9 2）時(shí)間窗口（TimeWindow）: 1024/10e9，其中 BitRateDefault=10e9 3）采樣速率（SampleRateDeafult）：16*10e93注意：這三個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系為：Ø 時(shí)間窗口=數(shù)據(jù)長(zhǎng)度/比特速率Ø 采樣速率=每比特的采樣點(diǎn)數(shù)*比特速率Ø 采樣速率=總采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)/時(shí)間窗口Ø 總采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)=數(shù)據(jù)長(zhǎng)度*每比特的采樣點(diǎn)數(shù)另外，VPI 仿真軟件中，所有的器件都共同享用時(shí)間窗口這一全局參數(shù)，也即是所有的器件都在同一時(shí)間

7、窗口下工作，但是每個(gè)器件能工作在不同的采樣速率下。更多全局變量參數(shù)的設(shè)置請(qǐng)查閱：File>Help>Simulation Guide>Chapter 4 SettingSimulation Parameters圖三、全局變量設(shè)置窗口3.3 查看和調(diào)整模塊和信號(hào)分析儀參數(shù)在工作區(qū)界面下，雙擊器件和模塊的圖標(biāo)，將彈出連續(xù)其的屬性對(duì)話(huà)框。屬性對(duì)話(huà)框中參數(shù)一般是按類(lèi)組織放在一起的。如雙擊 Tx_OOK 模塊，彈出的屬4性對(duì)話(huà)框如下圖所示，分別可以設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)、laser、PRBS、coder 和 MZM 器件的參數(shù)。圖四、光發(fā)射機(jī)參數(shù)設(shè)置窗口點(diǎn)擊左側(cè)三角符號(hào)可以展開(kāi)所有具體參數(shù)，如下

8、圖所示。圖五、光發(fā)射機(jī)參數(shù)設(shè)置窗口在工作區(qū)界面下，雙擊 SignalAnalyzer_vtms1 的圖標(biāo)也彈出屬性編輯對(duì)話(huà)框此對(duì)話(huà)框。如下圖所示，在 InitialAnalysisType 中選擇觀(guān)察儀的功能如頻譜儀、示波器、眼圖等。5圖六、信號(hào)分析儀設(shè)置窗口3.4 運(yùn)行系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行仿真最簡(jiǎn)單的方法是點(diǎn)擊工具欄上的 Run 按鈕，這將會(huì)按照當(dāng)前的設(shè)置或默認(rèn)的設(shè)置來(lái)運(yùn)行仿真，包括運(yùn)行次數(shù)、運(yùn)行腳本等。為了更靈活地控制仿真，可以利用提交仿真工作對(duì)話(huà)框來(lái)啟動(dòng)運(yùn)行，如圖 9 所示，彈出該對(duì)話(huà)框有兩種方法：鍵盤(pán)上的快捷鍵 F9 或選擇 Run 按鈕下的三角形中的下拉菜單中的run。本例中選擇默認(rèn)的運(yùn)行次

9、數(shù) 1 次，多次運(yùn)行一般用于 sweep 模式中進(jìn)行參數(shù)的優(yōu)化。注意：需要停止或中斷本次運(yùn)行時(shí)，請(qǐng)點(diǎn)擊中的 Stop 按鈕或用工作管理器來(lái)終止仿真的運(yùn)行。6圖七、提交仿真工作對(duì)話(huà)框1）首先觀(guān)察電信號(hào)的時(shí)域波形：點(diǎn)擊激活 SignalAnalyzer_vtms，使其成為當(dāng)前窗口，選擇菜單欄 Analysis>Scope，或者直接點(diǎn)擊工具欄上的 中時(shí)域波形的圖標(biāo)，得到電域波形結(jié)果如下：圖八、電信號(hào)波形2）與 1 類(lèi)似，設(shè)置 Sign alAnalyzer_vtms，查看光信號(hào)的時(shí)域波形，如下圖所示：7圖九、光信號(hào)波形3）查看光信號(hào)的光譜：點(diǎn)擊激活 SignalAnalyzer_vtms，使其

10、成為當(dāng)前窗口，選擇菜單欄 Analysis>O SA，或者直接點(diǎn)擊工具欄上的中時(shí)域波 形的圖標(biāo)，得到調(diào)制后的光信號(hào)光譜圖如下：圖十、光信號(hào)光譜注意：修改右邊的屬性參數(shù)，可以更改圖形的顯示字體，曲線(xiàn)顏色、顯示區(qū)間等，如下圖所示，類(lèi)似的還可以調(diào)整光譜的顯示分辨率。8圖十一、顯示設(shè)置窗口3.5 實(shí)驗(yàn)要求分別在全局參量和模塊參量修改信號(hào)速率，激光器輸出功率（laserPower），光纖長(zhǎng)度等參數(shù)（請(qǐng)?jiān)谙鄳?yīng)的模塊進(jìn)行設(shè)置），觀(guān)察記錄激光器輸出信號(hào)，電信號(hào)，光發(fā)射機(jī)輸出信號(hào)，光纖輸出端信號(hào)，和光接收機(jī)輸出信號(hào)波形。4. 數(shù)據(jù)分析與討論（說(shuō)明：請(qǐng)按照實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)、圖表進(jìn)行分析和討論，本

11、部分為評(píng)分關(guān)鍵因素，請(qǐng)結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑敿?xì)闡述你對(duì)結(jié)果的分析和理解。）5. 思考題1、談?wù)勀銓?duì) VPI 仿真系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。2、在全局變量中調(diào)節(jié)比特率（BitRateDefault），時(shí)間窗口（TimeWindow),采樣速率（SampleRateDeafult）產(chǎn)生不同速率，不同時(shí)間長(zhǎng)度和采樣速率的光信號(hào)，通過(guò)信號(hào)分析儀 SignalAnalyzer 觀(guān)察信號(hào)速率，波形，頻譜（包括頻譜寬帶和頻譜分辨率）的變化。9實(shí)驗(yàn)二 LD 的光譜與噪聲特性1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膌 觀(guān)察 LD 的光譜特性l 分析邊摸抑制比，線(xiàn)寬和相對(duì)強(qiáng)度噪聲對(duì)信號(hào)質(zhì)量的影2. 仿真模塊與系統(tǒng)仿真模塊包括 LaserCW _DSM、Phot

12、odiode 、Signal a nalyzer、Power meter 和 Nu mericalAnalyzer1D 等模塊，仿真系統(tǒng)如圖所示：圖一、LD 光譜特性仿真系統(tǒng)3. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟改變 LaserCW _DSM 模塊中 SidemodeSuppre ssionRatio， Linewidth 和 RIN 數(shù)值 大小，觀(guān)察信號(hào)輸出光譜，波形和相位變化。4. 數(shù)據(jù)分析與討論（說(shuō)明：請(qǐng)按照實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)、圖表進(jìn)行分析和討論，本部分為評(píng)分關(guān)鍵因素，請(qǐng)結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑敿?xì)闡述你對(duì)結(jié)果的分析和理解。）5. 思考題如何測(cè)量激光器 RIN 噪聲？提示：射頻頻譜測(cè)量分辨率為 1GH z，

13、噪聲大小為-50dB m，信號(hào)功率大小為-40 dBW。1011實(shí)驗(yàn)三 LD 調(diào)制特性1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膌 LD 的 P-I 特性曲線(xiàn)l LD 的直接調(diào)制特性2. 仿真模塊與系統(tǒng)觀(guān)測(cè) LD 的 P-I 特性曲線(xiàn)的仿真系統(tǒng)包括 DC_Source、LaserAnalogDSM、 Powermeter、SignalAnalyzer、Const 和 NumericalAnalyzer2D 等模塊，仿真系統(tǒng)如圖所示：圖一、P-I 特性曲線(xiàn)仿真系統(tǒng)觀(guān)測(cè) LD 直接調(diào)制特性的仿真系統(tǒng)包括 PRBS，CoderNRZEl，LaserDriver， LaserSMRE，Photodiode 等模塊，系統(tǒng)如下圖所示

14、：圖二、LD 直接調(diào)制特性的仿真系統(tǒng)3. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟121、雙擊 LaserAnalogDSM，設(shè)置 ThresholdCurrent 為 0.01A，LaserBias 為 0；改變驅(qū)動(dòng)電源 DC_Source 模塊中電流幅度 Amplitude 數(shù)值大?。?0.03A），觀(guān)察信號(hào)輸出光譜。連續(xù)改變 Amplitude 的數(shù)值（可以使用 sweep 方式），記錄輸出光功率與驅(qū)動(dòng)電流的大小，繪制 P-I 特性曲線(xiàn)。2、設(shè)置數(shù)字信號(hào)的速率分別為 1，4，8Gb/s 觀(guān)察輸入電信號(hào)和輸出光信號(hào)波形的變化，分析光信號(hào)波形畸變的原因。4. 數(shù)據(jù)分析與討論（說(shuō)明：請(qǐng)按照實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)、

15、圖表進(jìn)行分析和討論，本部分為評(píng)分關(guān)鍵因素，請(qǐng)結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑敿?xì)闡述你對(duì)結(jié)果的分析和理解。）5. 思考題1、激光器在閾值電流以下是否發(fā)光，其機(jī)理是什么？2、高速直接調(diào)制下 LD 輸出光信號(hào)波形為發(fā)生那些畸變？13實(shí)驗(yàn)四 MZM 工作原理1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膌 了解 MZM 器件的工作原理，Vpi 電壓，功率傳輸曲線(xiàn)，以及偏振點(diǎn)的選擇 方法。2. 仿真模塊與系統(tǒng)仿真模塊包括 LaserCW、ModulatorDiffMZ_DSM、DC_Source、Fork_2、Power meter、Const 和 NumericalAnalyzer1D 等模塊，仿真系統(tǒng)如圖所示：圖一、MZM 工作仿真系統(tǒng)3. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)

16、容與步驟1、設(shè)置偏置電壓為 0，運(yùn)行 driver_sweep.vsm 在 02Vpi 掃描 MZM 驅(qū)動(dòng)電壓大小，繪制 MZM 的功率傳輸曲線(xiàn)。14圖二、掃描設(shè)置窗口2、改變偏置電壓 Bias，重新掃描輸入電壓大小，繪制 MZM 的功率傳輸曲線(xiàn)，分析偏置電壓點(diǎn)選擇對(duì)傳輸曲線(xiàn)的影響。4. 數(shù)據(jù)分析與討論（說(shuō)明：請(qǐng)按照實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)、圖表進(jìn)行分析和討論，本部分為評(píng)分關(guān)鍵因素，請(qǐng)結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑敿?xì)闡述你對(duì)結(jié)果的分析和理解。）5. 思考題1、功率傳輸曲線(xiàn)與Vpi 電壓有何關(guān)系？MZM 消光比ExtinctionRatio 和電壓偏置點(diǎn)對(duì)功率傳輸曲線(xiàn)有什么影響？2、MZM 在 push-p

17、ull 工作模式下驅(qū)動(dòng)電壓應(yīng)該如何設(shè)置？15實(shí)驗(yàn)五 ASK 信號(hào)調(diào)制1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康膌 了解 ASK 信號(hào)調(diào)制格式 NRZ，CSRZ，50% RZ 和 33% RZl 波形的切割方法。2.仿真模塊與系統(tǒng)仿真模塊包括 Tx_OOK（NRZ）、SignalAnalyzer、FuncSinEI、MZ-Modulator 等模塊，仿真系統(tǒng)如圖所示：圖一、ASK 信號(hào)調(diào)制3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、 設(shè)置用于波形切割調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)電信號(hào)的幅度，頻率，相位以及偏振電壓大小。2、 觀(guān)察輸出光信號(hào)波形和光譜變化，測(cè)量脈沖占空比大小以及光譜寬度。4. 數(shù)據(jù)分析與討論（說(shuō)明：請(qǐng)按照實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)、圖表進(jìn)行分析和

18、討論，本部分為評(píng)分關(guān)鍵因素，請(qǐng)結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑敿?xì)闡述你對(duì)結(jié)果的分析和理解。）5. 思考題161、光信號(hào)脈沖占空比，數(shù)據(jù)傳輸速率與光譜寬度有何關(guān)系？2、在考慮光纖色散和損耗的條件下比較各種信號(hào)的傳輸性能。17實(shí)驗(yàn)六 PSK 信號(hào)1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私?PSK 信號(hào)格式 BPSK 和 QPSK，以及波形的切割方法2. 仿真模塊與系統(tǒng)1）仿真模塊包括 Tx_DQPSK、Tx_BPSK、SignalAnalyzer、FuncSinEL、MZ-Modulator模塊，仿真系統(tǒng)如圖所示圖一、PSK 信號(hào)格式仿真系統(tǒng)3. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1）將 DPSK 和 DQPSK 發(fā)射機(jī)中 MZM 工作方式調(diào)整成 push-

19、pull 模式。2）觀(guān)察 BPSK 和 QPSK 輸出光信號(hào)波形和相位的變化，改變發(fā)射機(jī)模塊中LaserAveragePower 和 LaserLinewidth 數(shù)值大小，分析其對(duì)信號(hào)波形和相位的影響。3）將 FuncSinEL、MZ-Modulator 模塊設(shè)為 active 激活狀態(tài)，對(duì)波形進(jìn)行切割，實(shí)現(xiàn)不同占空比；4. 數(shù)據(jù)分析與討論（說(shuō)明：請(qǐng)按照實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)、圖表進(jìn)行分析和討論，本部分為評(píng)分關(guān)鍵因素，請(qǐng)結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑敿?xì)闡述你對(duì)結(jié)果的分析和理解。）5. 思考題181、還可以用什么調(diào)制方式產(chǎn)生 BPSK 和 QPSK 信號(hào)？push-pull 模式下相位調(diào)制信號(hào)波形會(huì)有幅

20、度變化，是什么原因造成的？19實(shí)驗(yàn)七 光纖的損耗與色散1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膌 研究光纖的損耗與色散特性l 了解色散和損耗對(duì)傳輸?shù)南拗苐 什么是損耗受限系統(tǒng)和色散受限系統(tǒng)2. 仿真模塊與系統(tǒng)模擬光纖損耗譜的仿真模塊包括 LaserCW、UniversalFiberFwd、Powermeter、 Add_2、Mpy_2、NumericalAnalyzer2D、Const 和 SignalAnalyzer 等模塊，仿真系統(tǒng)如圖所示：圖一、損耗仿真系統(tǒng)模擬光纖色散的仿真模塊包括 Tx_OOK、UniversalFiberFwd 和 SignalAnalyzer 等模塊，仿真系統(tǒng)如圖所示：20圖二、色散仿真系

21、統(tǒng)分辨損耗受限系統(tǒng)和色散受限系統(tǒng)仿真模塊包括 Tx_OOK、FiberNLS、Signalanalyzer、Rx_OOK_BER、NumericalAnalyzer2D、和 Const 等模塊，仿真系統(tǒng)如圖所示：圖三、損耗受限系統(tǒng)和色散受限系統(tǒng)仿真系統(tǒng)3. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、對(duì)損耗進(jìn)行仿真時(shí)在 UniversalFiberFwd 中 AttenuationDescription 選擇 AttenuationFile，Attfilenama 中導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的損耗文件。色散仿真時(shí)同 理在 DispersionDescription 中選擇 DispersionFile 導(dǎo)入色散文件。212、功

22、率計(jì) Powermeter 的輸出 OutputUnits 設(shè)為 dBm，即為光纖 Pout；Pin 為激光器器輸出功率 1mw=0dBm，第一個(gè) Const 值即為-0。第二個(gè) Const 值為光纖長(zhǎng)度的負(fù)倒數(shù)，輸出為-1/L*(Pout-Pin)，即為損耗系數(shù)。對(duì)激光器輸出信號(hào)波長(zhǎng)從 800nm 到 1600nm 掃描可以得到光纖的損耗譜。（定義激光器輸出頻率為 c/Wavelength，c 在全局變量中設(shè)置為光速，對(duì) Wavelength 進(jìn)行掃描） 3、色散仿真將三個(gè)發(fā)射機(jī)的頻率設(shè)為 c/1310e-9、c/1460e-9、c/1550e-9，分別觀(guān)察在不同的波長(zhǎng)下眼圖的變化，分析產(chǎn)生

23、差異的原因。4、分辨損耗受限系統(tǒng)和色散受限系統(tǒng)仿真分以下兩步：a) 雙擊空白處，設(shè)置系統(tǒng)信號(hào)速率為 2.5Gb/s（修改 BitRateDefault 為 2.5e9 ，SampleRateDefault 為 10e9，TimeWindow 為 128/10e9），設(shè)置 FiberNLS 模塊中 Attenuation 和 Dispersion 的數(shù)值大小分別為 0.2dB/km 和 0，以及 0 和 16ps/nm/km，對(duì)光纖長(zhǎng)度在 10100km 范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，得到誤碼 率隨光纖長(zhǎng)度變化曲線(xiàn)。確定其為何種系統(tǒng)。b) 雙擊空白處，設(shè)置系統(tǒng)信號(hào)速率為 40Gb/s（修改 BitRateDe

24、fault 為 40e9 ，SampleRateDefault 為 160e9，TimeWindow 為 128/40e9），設(shè)置 FiberNLS 模塊中 Attenuation 和 Dispersion 的數(shù)值大小分別為 0.2dB/km 和 0，以及 0 和 16ps/nm/km，對(duì)光纖長(zhǎng)度在 10100km 范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，得到誤碼 率隨光纖長(zhǎng)度變化曲線(xiàn)。確定其為何種系統(tǒng)。4. 數(shù)據(jù)分析與討論（說(shuō)明：請(qǐng)按照實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)、圖表進(jìn)行分析和討論，本部分為評(píng)分關(guān)鍵因素，請(qǐng)結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑敿?xì)闡述你對(duì)結(jié)果的分析和理解。）5. 思考題1、在不考慮光纖色散條件下增加光信號(hào)功率能否無(wú)限延長(zhǎng)

25、傳輸距離？2、有哪些方法可以提高色散和損耗受限系統(tǒng)的傳輸距離？請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)這樣的系統(tǒng)。22實(shí)驗(yàn)八 光纖的非線(xiàn)性效應(yīng)1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠^(guān)察 SPM，XPM 和 FWM 效應(yīng)其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊憽?. 仿真模塊與系統(tǒng)1） SPM 和 XPM 仿真系統(tǒng)包括 Tx_Pulse（分別強(qiáng)、弱脈沖）、WDM_MUX、 SignalAnalyzer、Loop、UniversalFiber、WDM_DEMUX 等模塊，仿真系統(tǒng)如圖 1 所示：圖一、模擬 SPM、XPM 效應(yīng)（Demo: SPM and XPM）2） FWM 仿真系統(tǒng)包括 TxExtModLaser、WDM_MUX、SignalAnalyzer、Fibe

26、rNLS、Powermeter 等模塊，仿真系統(tǒng)如圖 2 所示：圖二、模擬信道間 FWM 效應(yīng)和串?dāng)_233. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟3.1 SPM 和 XPM 效應(yīng)1、設(shè)置兩個(gè)光脈沖源的峰值功率分別為 2mw 和 20mW，頻率間隔分別為100GHz。2、將光纖環(huán)路的循環(huán)次數(shù)設(shè)為 10，總長(zhǎng)度設(shè)為 80km，使得光信號(hào)每傳輸 8km后會(huì)輸出到外部信號(hào)分析模塊。將 UniversalFiber 模塊中 SPM_EC、XPM_EC設(shè)為 No，關(guān)閉 SPM 和 XPM 效應(yīng)，觀(guān)察信號(hào)的波形和光譜的變化。3、 點(diǎn)擊宏命令 Nonlinear.vda，打開(kāi)光纖中 SPM、XPM 效應(yīng)。運(yùn)行程序，觀(guān)察每傳輸 8k

27、m 后強(qiáng)弱脈沖光信號(hào)的波形和光譜的變化，分析 SPM、XPM 效應(yīng)對(duì)信號(hào)傳輸影響；3.2 FWM 效應(yīng)1、 設(shè)置四個(gè)光發(fā)射機(jī)速率為 10Gb/s，信道間隔為 50GHz，功率為 4mW，光纖 環(huán)路循環(huán)次數(shù) 50 次，光纖長(zhǎng)度為 1km，色散系數(shù)為 0.2ps/nm/km（為色散位 移光纖），使得光信號(hào)每傳輸 1km 后會(huì)輸出到外部信號(hào)分析模塊。2、 將接收端解復(fù)用器設(shè)置為 1×8 輸出，8 個(gè)輸出信道間隔 50GHz，中間 4 個(gè)信 道對(duì)應(yīng) 4 個(gè)光發(fā)射機(jī)頻率。觀(guān)察隨傳輸距離增加 4 個(gè)信道眼圖的變化，光纖 輸出端光譜的變化和 FWM 新產(chǎn)生的信道的功率變化。3、 關(guān)閉第二個(gè)信道，測(cè)

28、量其它三個(gè)信道 FWM 對(duì)該信道的串?dāng)_作用。4、 將光纖的色散系數(shù)從 0.2ps/nm/km 增加到 16ps/nm/km，重復(fù)上述步驟，并分 析結(jié)果的差異。4. 數(shù)據(jù)分析與討論（說(shuō)明：請(qǐng)按照實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)、圖表進(jìn)行分析和討論，本部分為評(píng)分關(guān)鍵因素，請(qǐng)結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑敿?xì)闡述你對(duì)結(jié)果的分析和理解。）5. 思考題1、強(qiáng)脈沖主要受什么效應(yīng)影響，弱脈沖呢？解釋原因。2、采用哪些方法可以減少 FWM 效應(yīng)，為什么？24實(shí)驗(yàn)九 光纖中的受激散射1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解 SBS 和 SRS 效應(yīng)的原理、SBS 和 SRS 閾值，以及 SBS 和 SRS 對(duì)信 號(hào)傳輸?shù)挠绊憽?. 觀(guān)察比較兩種效應(yīng)

29、作用下光纖輸入和輸出端信號(hào)的波形，眼圖和光譜圖。 觀(guān)察誤碼率隨傳輸距離的變化曲線(xiàn)。2. 仿真模塊與系統(tǒng)1. SRS 效應(yīng)仿真模塊包括 LaserCW、FiberNLS、Powermeter、NumericalAnalyzer2D、 WDM_MUX_N_1_Ideal、FilterOpt 等。圖一、 SBS 效應(yīng)2. SBS 的閾值仿真模塊包括 LaserCW、UniversalFiber、Powermeter、NumericalAnalyzer2D等。仿真系統(tǒng)如下圖所示：圖二、 SRS 效應(yīng)3. SBS 對(duì)輸出信號(hào)眼圖的影響25仿真模塊包括 Tx_OOK、UniversalFiber、Sign

30、al analyzer、AmpSysOpt、FilterOpt 、Rx_OOK_BER 和 NumericalAnalyzer1D 等，仿真系統(tǒng)如圖所示：圖三、SBS 對(duì)輸出信號(hào)的影響3. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1. SRS 效應(yīng)1) 按照?qǐng)D 1 搭建仿真模塊。2) 設(shè)置光纖長(zhǎng)度為 1km，Raman coefficient 設(shè)置為 0.3，兩個(gè) cw 光源的中 心頻率和功率如圖 1 所示設(shè)置。運(yùn)行模塊。2. SBS 的閾值1) 按照?qǐng)D 2 搭建仿真模塊。2) 將 UniversalFiber 中的 brillouinscattering 設(shè)為 yes，長(zhǎng)度設(shè)為 15.0km。3) 掃描 CW 光源的

31、光功率，運(yùn)行 signalpowersweep.vsw。3. SBS 對(duì)輸出信號(hào)的影響1) 按照?qǐng)D 3 所示搭建仿真模塊，2) 將一個(gè) UniversalFiber 中的 brillouinscattering 設(shè)為 yes，另一個(gè)設(shè)為 no。光纖包括 SMF 和 DCF，其長(zhǎng)度設(shè)為 80km 和 8km，色散被完全補(bǔ)償。3) 運(yùn)行 SignalPower_dBm.vsw 使得輸入信號(hào)功率從-10dBm 變化到 10dBm，觀(guān)察兩個(gè)輸出信號(hào)的眼圖。掃描光纖長(zhǎng)度 L，得到誤碼率隨光纖長(zhǎng)度變化的曲線(xiàn)。4. 數(shù)據(jù)分析與討論（說(shuō)明：請(qǐng)按照實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)、圖表進(jìn)行分析和討論，本部分為評(píng)分關(guān)

32、鍵因素，請(qǐng)結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑敿?xì)闡述你對(duì)結(jié)果的分析和理解。）265. 思考題1、查閱相關(guān)文獻(xiàn)，了解 SRS 增益譜和超寬帶光纖拉曼放大器（FRA）的設(shè)計(jì)方法。 基于模塊實(shí)現(xiàn)一個(gè)超寬帶光纖拉曼放大器放大的 40Gb/s×82channel×500km WDM 光傳輸系統(tǒng)。要求給出詳細(xì)的 WDM 和關(guān)鍵信道的信號(hào)光譜，眼圖和誤碼率測(cè)試報(bào)告。提示：使用 UniversalFiber_vtms 模塊和 input 目錄下實(shí)際測(cè)量得到的單模光 纖的拉曼增益譜數(shù)據(jù)文件 RamanGain.dat。27實(shí)驗(yàn)十 光接收機(jī)1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膌 光接收機(jī)的組成l 熱噪聲與散粒噪聲l PIN 與 APD

33、的對(duì)比2. 仿真模塊與系統(tǒng)仿真系統(tǒng)包括 Tx_OOK、Rx_OOK 和 Signal analyzer 等模塊，光接收機(jī)模塊包括 Photodiode，AmpSysEl，F(xiàn)ilterEl 仿真系統(tǒng)如圖所示：圖一、光接收機(jī)仿真系統(tǒng)右鍵 Rx_OOK 選擇 look inside 如下圖所示，再加上兩個(gè) Signal analyzer 可分別觀(guān)察前端以及線(xiàn)性通道的輸出波形。圖二、光接收內(nèi)部結(jié)構(gòu)將 Rx_OOK 替換為 Rx_OOK_BER，再加上一個(gè) NumericalAnalyzer1D 可測(cè)得誤 碼率的數(shù)值：（Rx_OOK_BER 無(wú)法 look inside 測(cè)試接收機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)）28圖三、可

34、以測(cè)得誤碼率的仿真系統(tǒng)3. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1. 設(shè)置光接收機(jī)中光電二極管類(lèi)型為 PIN，響應(yīng)度 Responsivity 為 1A/W，線(xiàn)性通道帶寬 Bandwidth_BE 為 0.75* BitRateDefault，觀(guān)察輸入光信號(hào)， 光探測(cè)器輸出電信號(hào)波形；改變 Responsivity、Bandwidth 的大小觀(guān)察波 形和眼圖變化。2. 將 Rx_OOK 模塊中的 PhotodiodeModel 設(shè)為 PIN。在不同輸入光信號(hào)功率 下打開(kāi)和關(guān)閉熱噪聲觀(guān)察輸出信號(hào)眼圖的變化（為了得到較明顯的變化， 將 Rx_OOK_BER 中的 IncludeShotNoise 設(shè)為 NO，Respo

35、nsivity 設(shè)為 0.1，發(fā)射機(jī)功率從 0.01mW 到 0.1mW 進(jìn)行掃描）。在不同輸入光信號(hào)功率下打開(kāi)和關(guān)閉散粒噪聲觀(guān)察輸出信號(hào)眼圖的變化（為了得到較明顯的變化，將 Rx_OOK_BER 中的 ThermalNoise 設(shè)為 0，Responsivity 設(shè)為 0.1，發(fā)射機(jī)功率從 0.01mW 到 0.1mW 進(jìn)行掃描）。同時(shí)打開(kāi)兩種噪聲觀(guān)察輸出信號(hào)眼圖變化，改變光接收機(jī)前端濾波器帶寬觀(guān)察眼圖變化（將Rx_OOK_BER 中的 ThermalNoise 設(shè)為 10e-12，IncludeShotNoise 設(shè)為 YES ，Responsivity 設(shè)為 0.1，發(fā)射機(jī)功率從 0.0

36、1mW 到 0.1mW 進(jìn)行掃描）。3. 將 Rx_OOK 模塊中的 PhotodiodeModel 設(shè)為 APD。將雪崩增益系數(shù)AvalancheMult 設(shè)為一個(gè)大于一的值（此處我們?cè)O(shè)為 2），重復(fù)第二步， 對(duì)兩次的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比4. 數(shù)據(jù)分析與討論（說(shuō)明：請(qǐng)按照實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)、圖表進(jìn)行分析和討論，本部分為評(píng)分關(guān)鍵因素，請(qǐng)結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑敿?xì)闡述你對(duì)結(jié)果的分析和理解。）295. 思考題1、光接收機(jī)中響應(yīng)度和線(xiàn)性通道帶寬對(duì)信號(hào)有何影響？請(qǐng)找出最佳的線(xiàn)性通道帶寬。2、光接收機(jī)中線(xiàn)性通道帶寬是否越大越好，為什么？請(qǐng)畫(huà)圖表示。30實(shí)驗(yàn)十一 誤碼率與接收機(jī)靈敏度1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆照`碼率和靈敏

37、度的概念，了解誤碼率估計(jì)方法。2. 仿真模塊與系統(tǒng)仿真系統(tǒng)包括 NRZ 光發(fā)射機(jī)、SSMF、DCF、OOK 光接收機(jī)和 SignalAnalyzer模塊，仿真系統(tǒng)如圖所示：圖一、誤碼率仿真系統(tǒng)3. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、設(shè)置 SSMF 光纖長(zhǎng)度為 90km，DCF 模塊完全補(bǔ)償 SSMF 色散，使得系統(tǒng)成為為功率受限傳輸系統(tǒng)。2、設(shè)置 OOK 光接收機(jī)中光探測(cè)類(lèi)型為 PIN，響應(yīng)度為 1A/W，IncludeShotNoise 為 Yes，Thermal noise 為 3.0e-12A/Hz1/2，設(shè)置 BER 的估計(jì)方法為“Gauss”（與教材上誤碼率計(jì)算模型抑制）。3、點(diǎn)擊 Run，系統(tǒng)自動(dòng)

38、增加光發(fā)射機(jī)功率，同時(shí)計(jì)算接收機(jī)誤碼率大小，觀(guān)察誤碼率隨發(fā)射機(jī)功率的變化情況，以及接收機(jī)輸出信號(hào)波形和眼圖變化，記錄 BER=1E-9 時(shí)的發(fā)射機(jī)功率大小。4. 數(shù)據(jù)分析與討論（說(shuō)明：請(qǐng)按照實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)、圖表進(jìn)行分析和討論，本部分為評(píng)分關(guān)鍵因素，請(qǐng)結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑敿?xì)闡述你對(duì)結(jié)果的分析和理解。）5. 思考題31請(qǐng)比較分析 PIN 和 APD 接收機(jī)靈敏度的差異。32實(shí)驗(yàn)十二 相干光接收機(jī)1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私庀喔晒饨邮展ぷ髟恚鈱W(xué)前端組成，平衡接收機(jī)，偏振/相位分集相干光接收機(jī)的典型結(jié)構(gòu)，高級(jí)調(diào)制格式，星座圖。2. 仿真模塊與系統(tǒng)相干光接收機(jī) Rx_mQAM_DSP_BER 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

39、如圖 1 所示，包含 LaserCW （本振光源）、SplitterPol（光分束器）、Hybrid90deg（混頻器）、Photodiode（光 電二極管，用于組成平衡接收機(jī)）、FilterEl（均衡濾波）、BER_mQAM_DSP（ DSP 模塊）等；圖一、相干光接收機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)相干光通信系統(tǒng)的組成如圖所示，包含 Tx_mQAM， FiberNLS，Rx_mQAM_DSP_BER 等模塊。圖二、相干光通信系統(tǒng)仿真333. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1）搭建相干光通信系統(tǒng)搭建相干光通信系統(tǒng)的具體步驟如下：l 從Resources 資源列表庫(kù)中選擇TC Modules >Transmitter>

40、Tx_mQAM.vtmg，將其拖拉到工作區(qū)主界面中。l 從 Resources 資源列表庫(kù)中選擇 TC Modules >Fibers> FiberNLS.vtms，將其拖拉到工作區(qū)主界面中。設(shè)置光纖長(zhǎng)度，色散系數(shù)如下。l 從 Resources 資 源 列 表 庫(kù) 中 選 擇 TC Modules >Receiver>Rx_mQAM_DSP_BER.vtmg，將其拖拉到工作區(qū)主界面中，右鍵點(diǎn)擊模塊，選擇 Look inside 觀(guān)察接收機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。l 在 全 局 變 量 中 設(shè) 置 BitRateDefault=56Gb/s ， SampleRateDefault=B

41、itRateDefault*8，TimeWindow=8*1024/BitRateDefault， 光纖長(zhǎng)度為 1000km，色散為 16ps/nm/km，OSNR=25dB，如下圖所示。圖三、全局變量設(shè)置窗口l 在 Rx_mQAM_DSP_BER 接收機(jī) Local Oscillator 模塊參數(shù)中設(shè)置本振光頻率 與信號(hào)光頻率相同；DSP 模塊參數(shù)中設(shè)置信號(hào)處理算法為基于 matlab 的色散 均衡算法，文件名為 Pre_S_DSP_CDFFT；打開(kāi) Enhanced，設(shè)置 Constellation為 ON。設(shè)置完成效果如下圖所示。連接各器件，并保存文件。34圖四、相干接收機(jī)參數(shù)設(shè)置2）設(shè)

42、置光發(fā)射機(jī)模塊 Tx_mQAM 中 ModulationFormat 為 mPSK、mQAM（如下圖所示），BitPerSymbol 為 2，4，8 和 16，運(yùn)行系統(tǒng)，觀(guān)察接收機(jī)輸出星座圖的變化，解釋其變化的原因。35圖五、光發(fā)射機(jī)設(shè)置窗口3）在Rx_mQAM_DSP_BER 接收機(jī)關(guān)閉DSP 模塊，將matlab 替換選擇為none，重新運(yùn)行系統(tǒng)，觀(guān)察星座圖變化，了解 DSP 算法對(duì)信號(hào)損傷補(bǔ)償?shù)淖饔?。圖六、光接收機(jī)設(shè)置窗口4. 數(shù)據(jù)分析與討論（說(shuō)明：請(qǐng)按照實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)、圖表進(jìn)行分析和討論，本部分為評(píng)分關(guān)鍵36因素，請(qǐng)結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑敿?xì)闡述你對(duì)結(jié)果的分析和理解。）5. 思考題

43、1.高級(jí)調(diào)制格式中比特率速率和波特速率有和關(guān)系？請(qǐng)?jiān)谙嗤忍芈?112Gb/s 條件下采用 QPSK，16QAM 以及其它高級(jí)調(diào)制格式攜載信號(hào)，比較和分析信號(hào)頻譜和波形的變化并畫(huà)出信號(hào)星座圖。37實(shí)驗(yàn)十三 信號(hào)的損傷與補(bǔ)償算法1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膌 信號(hào)線(xiàn)性和非線(xiàn)性損傷l 損傷的補(bǔ)償算法，及補(bǔ)償前后信號(hào)波形圖，星座圖對(duì)比2. 仿真模塊與系統(tǒng)2.1 線(xiàn)性損傷主要指模內(nèi)色散（色度色散）和偏振模色散。本實(shí)驗(yàn)只進(jìn)行色度色 散的補(bǔ)償。仿真系統(tǒng)組成如圖所示， 包含 Tx_mQAM ， FiberNLS ， Rx_mQAM_DSP_BER 等模塊。圖一、信號(hào)線(xiàn)性損傷仿真系統(tǒng)2.2 非線(xiàn)性損傷主要來(lái)源于 SPM，X

44、PM 和 FWM。本實(shí)驗(yàn)只進(jìn)行 SPM 引起的非線(xiàn)性相移的補(bǔ)償。仿真系統(tǒng)組成如圖所示，包含 Tx_mQAM，F(xiàn)iberNLS，Loop_vtmg ，Powermeter_vtms，Rx_mQAM_DSP_BER 等模塊。圖二、信號(hào)非線(xiàn)性損傷仿真系統(tǒng)3. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1）雙擊光發(fā)射機(jī) Tx_mQAM 模塊設(shè)置發(fā)射信號(hào)格式為 mPSK, BitsPerSymbol=238，即產(chǎn)生所謂 QPSK 信號(hào) ，在全局參數(shù)中設(shè)置 BitRate=56Gb/s 、LinkLehgth=1000km、Dispersion=16e-6 s / m2 、Slope=80 s / m3 ；設(shè)置 DSP 補(bǔ)償算法中參數(shù)，如下圖所示。圖三、光發(fā)射機(jī)設(shè)置窗