光纖通信系統(tǒng)的仿真分析范文

..WORD整理版專業(yè)資料學(xué)習(xí)參考畢業(yè)設(shè)計<論文>光纖通信系統(tǒng)的仿真分析電子科技大學(xué)XX學(xué)院教務(wù)處制發(fā)..光纖通信系統(tǒng)的仿真分析摘要光纖通信系統(tǒng)是以光為載波,利用純度極高的玻璃制成極細(xì)的光導(dǎo)纖維作為傳輸媒介,通過光電變換,用光來傳輸信息的通信系統(tǒng)。光纖通信系統(tǒng)的計算機(jī)仿真,是對此類系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計、可行性論證以及研制新型系統(tǒng)的重要手段,可用于對已設(shè)計的光纖傳輸系統(tǒng)在硬件實(shí)現(xiàn)之前進(jìn)行性能評估和可行性論證,可節(jié)約大量時間和經(jīng)費(fèi);同時在分析中可隨時改動參數(shù)值,便于理論研究。本文對光纖通信系統(tǒng)的仿真進(jìn)行了深入的探討,首先介紹了光纖通信系統(tǒng)的特點(diǎn)及構(gòu)成,接著對光纖通信系統(tǒng)仿真軟件Optisystem的簡單介紹并對傳輸速率為10Gb/s的光纖通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真設(shè)計和分析,詳細(xì)介紹了仿真的流程和分析后的結(jié)果并作出總結(jié)。關(guān)鍵詞：光纖通信系統(tǒng)；Optisystem；仿真SimulationAnalysisofOpticalFiberCommunicationSystemAbstractOpticalfibercommunicationsystemusedopticalwaveascarrier,andveryfineopticalfibermadeofhighpurityglassastransmissionmedium.Itcantransmitinformationthroughphotoelectricconversion.Opticalfibercommunicationsystemscomputersimulationisofsuchsystemsplanninganddesign,feasibilitystudyanddevelopmentofnewtypesofsystemsimportantmeanscanbeusedtohavebeendesignedopticaltransmissionsystemsinhardwarepriortotheperformanceevaluationandfeasibilitystudy,Cansavealotoftimeandfunding,whileintheanalysisparameterscanbechangedatanytime,fortheoreticalresearch.Thepaperdiscussesindepththesimulationofopticalfibercommunicationsystem,firstlythecharacteristicsandstructureofOpticalfibercommunicationsystemwasintroduced,thenthesimulationsoftware<Optisystem>wassimplypresented,andanopticalfibercommunicationsystemwithtransferrateof10Gb/swassimulatedanddesigned,theprocessandresultofsimulationwasdetailedandthesummarywasmade.Keywords:Opticalfibercommunicationsystem;Optisystem;simulation目錄126311緒論1288621.1光纖通信概述1226601.1.1光纖通信的優(yōu)點(diǎn)1126571.1.2光纖通信的缺點(diǎn)2121251.1.3光纖通信的應(yīng)用3120841.2系統(tǒng)仿真原理3183772光纖通信系統(tǒng)及其構(gòu)成5263472.1光發(fā)送機(jī)5315712.2光纖線路590552.3光接收機(jī)629132.4光中繼器6171783光纖通信系統(tǒng)仿真軟件7235904數(shù)字模型建立與性能仿真分析9250964.1發(fā)射系統(tǒng)模型的建立9266894.1.1數(shù)字模型建立9115624.1.2光源與系統(tǒng)性能關(guān)系的仿真分析9148794.2傳輸系統(tǒng)模型的建立1163724.2.1數(shù)字模型建立11249834.2.2傳輸速率與光纖傳輸系統(tǒng)特性的關(guān)系 12139924.2.3光纖信道參數(shù)與光纖傳輸系統(tǒng)特性的關(guān)系 14203254.2.4光放大器對系統(tǒng)性能的影響 1833414.3接收系統(tǒng)模型的建立2034304.3.1數(shù)字模型建立20116714.3.2光電檢測器與系統(tǒng)性能關(guān)系的仿真分析21168364.4波分復(fù)用系統(tǒng)仿真分析23239875光纖通信系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)2672815.110Gb/s光纖通信系統(tǒng)模型的建立2653125.2仿真結(jié)果分析2724765.3光纖通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢29243355.3.1光纖通信技術(shù)的現(xiàn)狀2964916結(jié)論3030281致謝3119069參考文獻(xiàn)32.PAGE1.緒論光纖通信概述通信是指兩個或多個實(shí)體之間交換信息的過程,而通信系統(tǒng)是該過程的具體實(shí)現(xiàn)。一個世紀(jì)的通信系統(tǒng)包括信息的采集、格式變換、傳輸和交換的過程所涉及的所有實(shí)體。光通信是指利用某種特定波長頻率的光波信號承載信息,并將此光信號通過光纖或者大氣信道傳送到對方,然后在還原出原始信息的過程。廣義上的光通信包括光纖通信和大氣光通信兩大類,目前在通信領(lǐng)域內(nèi)主要采用的是光纖通信方式。1977年,美國西屋電氣公司在亞特蘭大成功地進(jìn)行了世界上第一個光纖通信的現(xiàn)場實(shí)驗(yàn),系統(tǒng)采用GaAlAs〔鎵鋁砷半導(dǎo)體激光器作光源,多模光纖作傳輸介質(zhì),速率為44.736Mbit/s,傳輸110km。使光纖通信向?qū)嵱没~出了一步。光纖通信作為現(xiàn)代通信的主要支柱之一,在現(xiàn)代電信網(wǎng)中,起著舉足輕重的作用,本章將概述國內(nèi)外光纖通信技術(shù)的歷史,現(xiàn)狀和前景。光纖即光導(dǎo)纖維的簡稱。光纖通信是以光為載頻,以光導(dǎo)纖維為傳輸媒質(zhì)的一種通信方式。光纖與以往的銅導(dǎo)線相比,具有損耗低,頻帶寬,無電磁感應(yīng)等傳輸特點(diǎn)。因此,人們希望將光纖作為靈活性強(qiáng),經(jīng)濟(jì)的優(yōu)質(zhì)傳輸介質(zhì),廣泛地應(yīng)用于數(shù)字傳輸方式和圖像通信方式中,這種通信方式在今后非話業(yè)務(wù)的發(fā)展中是不可缺少的。由于光纖通信具有一系列優(yōu)異的特點(diǎn),因此,光纖通信技術(shù)近幾年來發(fā)展速度之快,應(yīng)用面之廣是通信史上罕見的。可以說,這種新興技術(shù),是世界新技術(shù)革命的重要標(biāo)志。又是未來信息社會中各種信息網(wǎng)的主要傳輸工具。光纖與以往的銅導(dǎo)線相比,有本質(zhì)的區(qū)別,因此,在傳輸理論,制造技術(shù),連接方法,測試方法等方面,基本上都不能采用銅質(zhì)電纜的理論與方法。光纖通信的優(yōu)點(diǎn)〔1容許頻帶寬,傳輸容量大光是頻率極高的電磁波,傳輸中可以獲得極高的信號頻譜。在光纖中傳輸?shù)募す鈱儆诮t外線的范圍,波長在0.75到2.5,其中僅僅十分之一作為傳輸所用的頻帶,就可傳送約路的電話。所以光纖在單位面積上有著很大的信號傳輸能力,也就是說光纖傳輸在單位面積上的信息密度很高,傳輸容量很大?！?傳輸損耗小,中繼距離長目前單模光纖在1310nm波長窗口衰減系數(shù)約為0.35dB/km,1550nm窗口衰減系數(shù)約為0.2dB/km,而且在相當(dāng)寬的頻帶內(nèi)特性幾乎一致,因此用光纖比用同軸電纜或波導(dǎo)管的終極距離長得多。工作波長為1550nm的色散位移單模光纖通信系統(tǒng),若傳輸速率為2.5Gbit/s則中繼距離可達(dá)150km；若傳輸速率為102.5Gbit/s,則中繼距離可達(dá)100km；若采用光纖放大器和色散補(bǔ)償光纖等,中繼距離還可增加?！?泄露小,保密性好由于光纖傳輸?shù)奶厥鈾C(jī)理,在光線中傳輸?shù)墓庀蛲庑孤兜哪芰亢芪⑷?難以被截取或竊聽。因此與其他無線、有線通信方式相比有很好的保密性,信息在光纖中傳輸非常安全,單根光纜內(nèi)部署多根光纖也不會引入串?dāng)_?！?節(jié)省了大量的有色金屬制造普通的電纜會消耗大量的鉛、銅等有色金屬。以同軸電纜為例,1km的四管中同軸電纜大約需要460kg的銅,但制造1km的光纖,則僅僅需要幾十克的石英。而制造光纖的石英〔是要成為為SiO原料便宜而又豐富,基本上屬于取之不竭?！?抗電磁干擾的性能好光纖主要是由石英材料制成,它不易受外界各種電磁場干擾。強(qiáng)電或者雷擊等對光纖的傳輸性能影響也不大。甚至是在核輻射等極端環(huán)境中,光纖通信仍然能正常進(jìn)行,這是普通電纜通信所不能做到的。因此,光纖通信在電力輸配、雷擊多發(fā)地區(qū)、核試驗(yàn)、電氣化鐵路等惡劣環(huán)境中應(yīng)用更能體現(xiàn)它的優(yōu)越性。〔6重量輕,可撓性好,敷設(shè)方便在傳輸相同的信息量時,光纜的重量通常比其他通信電纜的重量要輕很多。因?yàn)槊扛饫w的直徑都很小,所以制成光纜后可充分利用地下管道。有些二次套塑制材料的光纖,即使以幾厘米的曲率半徑將它彎曲也不會折斷,在施工時可以采用與其他電纜類似的敷設(shè)技術(shù)來進(jìn)行敷設(shè),通信設(shè)備的重量通常很輕而且體積也很小,對軍事和航空航天等在特殊應(yīng)用環(huán)境下使用具有非常重要的意義。光纖通信的缺點(diǎn)抗拉強(qiáng)度低光纖的理論抗拉強(qiáng)度大于鋼的抗拉強(qiáng)度。但是,由于光纖在生產(chǎn)過程中表面存在獲產(chǎn)生微裂痕,光纖受拉時應(yīng)力全部加于此,從而使光纖的實(shí)際抗拉強(qiáng)度非常低,這就是裸光纖很容易折斷的原因。光纖連接困難要使光纖的連接損耗小,兩根光纖的纖芯比喻嚴(yán)格對準(zhǔn)。由于光纖的纖芯很細(xì),加之石英的熔點(diǎn)很高,因此連接很困難,余姚有昂貴的專用工具。光線怕水水進(jìn)入光纜中會使得信道損耗增大,甚至使通信中斷；會造成光纜中的金屬構(gòu)件氧化,使金屬構(gòu)件腐蝕,導(dǎo)致光纜強(qiáng)度降低。光纖通信的應(yīng)用光纖可以傳輸數(shù)字信號,也可以傳輸模擬信號。光纖在通信網(wǎng)、廣播電視與計算機(jī)網(wǎng),以及其他數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中都得到了廣泛的應(yīng)用。光纖通信單位應(yīng)用概括如下：通信網(wǎng),主要用于遍及全球的電信網(wǎng)和Internet中作語音、數(shù)據(jù)通信。包括全球通信網(wǎng)〔國家和國家間的光纜干線、各國的公共電信網(wǎng)〔如我過的國家一級干線、省級干線及縣以下的支線和市話中繼通信系統(tǒng)、專用網(wǎng)〔如電力、鐵路、國防通信等的光纜系統(tǒng)和特殊的通信網(wǎng)絡(luò)〔如石油、化工、煤礦等易燃易爆環(huán)境下使用的光纜通信系統(tǒng)。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò),如局域網(wǎng)、存儲局域網(wǎng)〔SAN等網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)、路由器和服務(wù)器等之間的高速傳輸鏈路。有線電視網(wǎng),如有線電視的干線和分配網(wǎng)、工業(yè)電視系統(tǒng)的監(jiān)控和自動控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。綜合業(yè)務(wù)的光纖接入網(wǎng),可實(shí)現(xiàn)電話、數(shù)據(jù)、視頻及媒體業(yè)務(wù)的接入網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)仿真原理系統(tǒng)仿真是20世紀(jì)40年代末至今一直伴隨著計算機(jī)技術(shù)發(fā)展而逐步形成的一門新興學(xué)科。仿真〔Optisystem就是通過軟件建立實(shí)際系統(tǒng)模型并且利用這些模型對實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的過程。最初,仿真技術(shù)主要用于航空航天、原子反應(yīng)堆等價格昂貴、周期長、危險性大、且實(shí)際系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)的少數(shù)領(lǐng)域,后來逐步發(fā)展到石油、電力、冶金、化工、機(jī)械等一些主要工業(yè)部門,并進(jìn)一步擴(kuò)大到經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、社會系統(tǒng)、交通運(yùn)輸系統(tǒng)以及生態(tài)系統(tǒng)等一些非工程系統(tǒng)領(lǐng)域?？梢哉f,現(xiàn)代仿真技術(shù)和綜合性仿真系統(tǒng)已經(jīng)成為任何復(fù)雜系統(tǒng)的重要手段。其應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大,應(yīng)用效益也日益顯著。仿真分為系統(tǒng)仿真和電路仿真。系統(tǒng)仿真是利用數(shù)字公式或者傳輸函數(shù)來模擬器件的外部特性。電路仿真就是用電阻、電感、電容等常用元器件組成等效電路模型來模擬原器件的一些特性。系統(tǒng)仿真實(shí)質(zhì)上就是對其真實(shí)系統(tǒng)的一種模仿。這種模仿是對系統(tǒng)某一層次抽象屬性的模擬。我們通常將這種過程稱為建模。人們利用所建立的模型進(jìn)行一些相關(guān)的試驗(yàn),從中獲得我們所想要的信息,然后對其進(jìn)行深入的認(rèn)識、分析以及理解其在真實(shí)系統(tǒng)中該層次的相關(guān)規(guī)律,從而進(jìn)行深入判斷、決策和對其處理。人們不僅只針對模型分析還可以將其投入到實(shí)際的系統(tǒng)中,對直接參與實(shí)驗(yàn)的對象之間進(jìn)行相關(guān)分析。系統(tǒng)仿真技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域的研究、設(shè)計、訓(xùn)練和開發(fā)。在國際上一致認(rèn)為它是"迄今為止最有效、最經(jīng)濟(jì)的綜合集成方法",是"推動科技進(jìn)步的戰(zhàn)略技術(shù)"。隨著計算機(jī)技術(shù)和仿真技術(shù)的發(fā)展,計算機(jī)所控制的空間將是所有互連的遠(yuǎn)程通信網(wǎng)的總和。在未來或許人們只要用一根電纜插入與大腦固定連接的插座,將計算機(jī)與大腦連接起來就能進(jìn)入計算機(jī)空間,領(lǐng)略各種美妙的奇景,就可以周游列國或入地心游覽。計算機(jī)空間能為不同文化、國家和民族的人們提供相互交流思想的平臺和為匯集他們的集體智慧提供無窮的機(jī)遇。本論文中在對光纖通信系統(tǒng)理論分析的基礎(chǔ)上,利用Optisystem仿真軟件,建立了高速大容量光纖系統(tǒng)的仿真模型,目的是驗(yàn)證光纖通信系統(tǒng)中各個器件的某些參數(shù)與高速光纖通信系統(tǒng)特性的關(guān)系。具體包括光源器件中激光器調(diào)制頻率和偏置電流與系統(tǒng)特性的關(guān)系；光纖的損耗和色散以及光放大器對系統(tǒng)特性的影響；接收機(jī)的光電檢測器與系統(tǒng)性能的關(guān)系；并對波分復(fù)用以傳輸速率為10Gb/s的光纖通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。在建模中通過對系統(tǒng)的改進(jìn)以及對各項參數(shù)的調(diào)試,得到傳輸速率為10Gb/s,傳輸距離為40km,誤碼率在以下的光纖通信系統(tǒng)仿真模型,及一組比較優(yōu)化的系統(tǒng)參數(shù)。光纖通信系統(tǒng)及其構(gòu)成光纖通信系統(tǒng)由光發(fā)送機(jī)、光纖線路、光中繼器、光接收機(jī)組成其連接如圖2-1所示；圖2-1光纖通信體統(tǒng)的組成框圖光發(fā)送機(jī)光發(fā)送機(jī)由光源、驅(qū)動器和調(diào)制器組成,其中發(fā)送機(jī)的核心是光源。光發(fā)送機(jī)的作用是將輸入的電信號轉(zhuǎn)換成光信號并且最大限度地注入光纖線路。對核心光源的要求是輸出功率夠大,調(diào)制速率高,輸出的光功率和光波的長度要相對穩(wěn)定,器件壽命需長等。普通的激光器譜線寬度較寬,是多縱模激光器,在高速率調(diào)制下,激光器輸出頻譜較寬,從而限制了傳輸?shù)拇a速和中繼距離。目前最使用廣泛的光源有半導(dǎo)體發(fā)光二極管〔LED和半導(dǎo)體激光器〔LD。在通信網(wǎng)絡(luò)中大量應(yīng)用的是分布反饋激光器〔DFB-LD和多量子阱激光器〔MQW-LD等高性能單縱模激光器。光發(fā)送機(jī)把電信號轉(zhuǎn)換成光信號的過程是通過電信號對光源進(jìn)行調(diào)制而實(shí)現(xiàn)的。光調(diào)制一般分為直接調(diào)制、外調(diào)制兩種。直接調(diào)制又稱內(nèi)調(diào)制指直接用電信號來控制半導(dǎo)體光源的振蕩參數(shù)〔光強(qiáng)、頻率等,從而得到光頻的調(diào)頻波或調(diào)幅波；外調(diào)制是讓光源輸出的頻率與幅度等一定的光載波在通過光調(diào)制器后,實(shí)現(xiàn)對光載波的頻率、幅度及相位等的調(diào)制,外調(diào)制方式需要調(diào)制器,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,但容易獲得好的的調(diào)制性能,尤其是適合于高速率下的運(yùn)用。光纖線路光纖線路由光纖、光纖接頭、光纖連接器組成。是光信號的傳輸媒介。把來自發(fā)送機(jī)的光信號以盡可能小的衰減和脈沖展寬傳送到接收機(jī)。對光纖的要求是基本傳輸參數(shù)、衰減和色散要盡可能小,光纖要有一定的機(jī)械特性和環(huán)境特性。工程中使用的是由許多根光纖絞合在一起組成的光纜。按照傳輸模式一般分為單模光纖和多模光纖。由于單模光纖的傳輸性能比多模光纖優(yōu)越得多,因此目前包括骨干網(wǎng)絡(luò)、城域網(wǎng)絡(luò)和接入網(wǎng)絡(luò)中都普遍采用單模光纖。目前常用的光纖主要是石英光纖,其損耗和波長特性中有三個低損耗的波長區(qū),即波長在850nm、1310nm、1550nm。為此光纖通信系統(tǒng)的工作波長時只能是選擇在這三個波長區(qū)。激光器的發(fā)射波長、光檢測器的相應(yīng)波長都與其一致。單模光纖在這三個低損耗波長區(qū)的衰減系數(shù)典型值分別小于2、0.4和0.25。石英光纖在=1310nm附近有一個零色散區(qū),此處色散值可能做到最小。通過光纖的設(shè)計,可以使零色散波長移到1550nm處,即在=1550nm處實(shí)現(xiàn)損耗和色散都最小的色散位移光纖。光接收機(jī)光檢測器、放大器、相關(guān)電路組成了光接收機(jī)。它的主要功能是將由發(fā)送機(jī)發(fā)送的光信號轉(zhuǎn)換為電信號,經(jīng)放大、再生恢復(fù)后變?yōu)樵瓉淼碾娦盘?。對光檢測器的主要是響應(yīng)度要高、噪聲要低、響應(yīng)速度要快。目前我國廣泛使用的光檢測器有雪崩光電二極管〔APD和光電二極管〔PIN。光接收機(jī)通過光檢測器把光信號轉(zhuǎn)換為電信號。直接檢測、外差檢測是光檢測器常用的兩種檢測方法。直接檢測是通過光檢測器直接將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。外差檢測則是在接收機(jī)中設(shè)置了兩個元器件：本地振蕩器和混頻器,將本地震蕩光和光纖輸出的光進(jìn)行混頻,產(chǎn)生了差拍從而輸出中頻信號,再通過光檢測器把中頻信號轉(zhuǎn)換為電信號。這種外差檢測的方式,對本地激光器的要求很高,它要求光源非常穩(wěn)定、譜線寬度非常窄、相位和偏振的方向要可以控制的單模激光器,雖然要求很高但有一個顯著的有點(diǎn)就是接收的靈敏度非常高。目前光纖通信系統(tǒng)中常用的是直接檢測方式。外差檢測的方式雖然技術(shù)復(fù)雜,但也有這很多有點(diǎn)例如：傳輸速率高、接收靈敏度高,所以在通信方式中會很有前景。光中繼器目前光纖通信系統(tǒng)大多采用光中繼器,它采用光電光的形式,將光信號先變換為電信號,再將恢復(fù)后的電信號再變?yōu)楣庑盘?而不是直接放大,因此光中繼結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,價格昂貴。隨著光放大器的開發(fā)、成熟、使用,可進(jìn)行光的直接放大,實(shí)現(xiàn)全光通信。光纖通信系統(tǒng)仿真軟件光通訊系統(tǒng)正在變得日益復(fù)雜。先進(jìn)的軟件工具使得這些系統(tǒng)的設(shè)計和分析變得迅速而有效。本文我們將用到OptiSystem軟件對其系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。OptiSystem是一款光通信系統(tǒng)模擬軟件包,它的優(yōu)勢是設(shè)計、測試和優(yōu)化各種寬帶光網(wǎng)絡(luò)物理層的虛擬光連接等,無論是長距離的通信系統(tǒng)還是局域網(wǎng)或城域網(wǎng)都可以使用此軟件。全面的圖形用戶界面設(shè)計、形象的器件模型和真實(shí)的演示。包括波長實(shí)際的相關(guān)參數(shù)和優(yōu)化的巨大的有源器件庫和無源器件庫,方便使用者研究特定的器件參數(shù)、技術(shù)參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。Optisystem光仿真軟件的優(yōu)點(diǎn)：a>大幅度降低投資風(fēng)險；b>原型設(shè)計不僅快速而且低成本；c>全面認(rèn)識系統(tǒng)的性能；d>直觀的面向用戶的設(shè)計選擇和腳本；e>直接存取大規(guī)模的系統(tǒng)特征數(shù)據(jù)；Optisystem光仿真軟件各器件的功能運(yùn)用如下：發(fā)射器件庫包含了如半導(dǎo)體激光器、編碼器、調(diào)制器和比特序列發(fā)生器等的所有與光信號產(chǎn)生和編碼有關(guān)的器件。使用OptiSystem仿真軟件允許用戶輸入曾經(jīng)測量出來的數(shù)據(jù)來評估現(xiàn)在所需的參數(shù)。對于隨即數(shù)字的發(fā)生器,編碼器和比特序列產(chǎn)生器允許用戶在不同調(diào)制的模式下和算法之間進(jìn)行相關(guān)選擇。傳輸通道主要是以光纖為主。對于任意WDM信號,OptiSystem仿真軟件采用了一種非線性色散傳播的單模光纖模型,用以說明信號振幅和相位受影響的相關(guān)現(xiàn)象和效果。在很大程度上,可以真實(shí)的預(yù)測波形的失真和眼圖的退化等其它關(guān)鍵要素。目前光纖網(wǎng)絡(luò)所需的器件有EDFA和拉曼放大器,無論是WDM的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)器還是到CATV的接線放大器,都有著廣泛的應(yīng)用。OptiSystem可以讓用戶選擇想要的模型。在通過利用具有多功能特性的半導(dǎo)體激光器,來完成信號的放大和波長轉(zhuǎn)換。用戶可以依據(jù)光探測器的輸入端的混合信號來選擇不同的模型。如果是噪聲與信號混在一起的話,使用適當(dāng)?shù)腜FD來描述是必要的,這樣可以增加數(shù)字化噪聲。電濾波器件的內(nèi)部庫包括實(shí)際的、頻率等相關(guān)的參數(shù)。在這個庫中,用戶可以考慮用不同的濾波器形式來設(shè)計接收器?？傊?OptiSystem光纖系統(tǒng)仿真軟件非常適合對光纖通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真,并且可以很好地實(shí)現(xiàn)對其系統(tǒng)參數(shù)的測試。在該系統(tǒng)發(fā)展迅速的當(dāng)前,對其進(jìn)行仿真是減少經(jīng)費(fèi)開支和試驗(yàn)時間最好的途徑。數(shù)字模型建立與性能仿真分析發(fā)射系統(tǒng)模型的建立數(shù)字模型建立光發(fā)射機(jī)的作用是把輸入的電信號轉(zhuǎn)換成光信號并且將光信號最大限度地注入光纖線路。光源、調(diào)制器和驅(qū)動器組成了光發(fā)射機(jī),發(fā)送機(jī)的核心是光源。其功能是將來自電端機(jī)的電信號與光源發(fā)出的光波進(jìn)行調(diào)制,然后再將已經(jīng)調(diào)制好的的光信號放入光纖或光纜中去傳輸。光源模型的建立。光纖通信系統(tǒng)中常用的光源是發(fā)光二極管<LED>和半導(dǎo)體激光器<LD>,其中LD的特性有伏安特性V-I曲線、發(fā)射光功率與注入電流的關(guān)系<PI>曲線等?？紤]到一般使用外調(diào)制系統(tǒng),激光器的模型應(yīng)該采用相對簡單的方式建模,考慮到激光器的平均功率和線寬,數(shù)學(xué)模型通常描述為：A<t>=exp[<t>]〔1驅(qū)動電路模型的建立。LD驅(qū)動電路常用RC低通濾波器來代替,等效時間常數(shù)用=RC表征。調(diào)制器模型的建立。高性能的光纖通信系統(tǒng)要求對直流激光源發(fā)出的激光施行外調(diào)制。外調(diào)制器的數(shù)學(xué)模型通常描述為：Pout=Pin<t>d<t>=Pin<t>cos2[<t>]〔2其中,d<t>表示激光器的功率傳輸函數(shù),<t>表示由調(diào)制信號引起的相位變化。光源與系統(tǒng)性能關(guān)系的仿真分析在高速光纖傳輸系統(tǒng)中,當(dāng)對半導(dǎo)體激光器進(jìn)行直接調(diào)制時,調(diào)制頻率必須小于激光場的張馳振蕩頻率。張馳振蕩頻率由載流子壽命與光子的壽命決定。理論上,若假設(shè)光的增益與載流子的濃度成線性相關(guān),則張馳振蕩頻率約為：式<4-2>圖4-1光纖通信系統(tǒng)仿真模型對于腔長為300μm的激光器,載流子壽命約為1nm,光子壽命的大小在2ps的量級上,當(dāng)注入電流大約為閾值電流兩倍的時候,調(diào)制頻率的最大值約為3.56GHz。因此,在圖4-1所示的仿真模型中調(diào)制峰值電流I=76mA,偏置電流=76mA。仿真系統(tǒng)的數(shù)字參數(shù)為：序列長度為128b,每比特的抽樣數(shù)為512,取信息速率分別為1Gb/s和10Gb/s,其他參數(shù)相同,運(yùn)行如圖4-1所示的仿真系統(tǒng),得到眼圖及誤碼率如圖4-2所示。圖4-2a>信息速率分別為1Gb/s圖4-2b>信息速率分別為10Gb/s圖4-2系統(tǒng)性能與調(diào)制頻率的關(guān)系〔偏置電流=76mA圖4-3偏置電流=25mA低于閾值電流時的眼圖從圖4-3可以得出,當(dāng)調(diào)制頻率大于激光場的張馳振蕩頻率時將導(dǎo)致不可接收的系統(tǒng)性能變壞。圖4-3為信息速率為10Gb/s系統(tǒng)其他參數(shù)不改變,偏置電流為=25mA時系統(tǒng)的性能。比較在圖4-2中的<a>和圖4-3的兩個眼圖中,我們不難看出,在其他參數(shù)相同的情況下,光偏置電流低于閾值電流時,系統(tǒng)的性能則會降低,這與相關(guān)的理論分析是一致的。傳輸系統(tǒng)模型的建立數(shù)字模型建立光纖模塊。光在光纖中傳輸表現(xiàn)出損耗、色散和非線性特性,使光脈沖在傳輸過程中發(fā)生了畸變,降低了系統(tǒng)的性能?？紤]到光纖的衰減特性,得頻域傳輸函數(shù)：<3>放大器模塊。光纖放大器是光纖通信系統(tǒng)對光信號直接進(jìn)行放大的器件。其中摻餌光纖放大器<EDFA>是當(dāng)前光纖通信中應(yīng)用最廣的光放大器件。利用黑盒模型可建立EDFA的放大特性的模型,根據(jù)實(shí)際測試的幾組數(shù)據(jù)建模,不需要了解EDFA內(nèi)部參數(shù)和內(nèi)部實(shí)際結(jié)構(gòu)。用來描述EDFA飽和增益及噪聲系數(shù)的兩組公式如下：log10<>=alog10alog10Ps<4>ln<N->=a+b<-g><5>式<4>中,和g分別表示輸入信號功率為Pin時的小信號增益和飽和增益,其中Ps和是兩個待定的參數(shù)；式<2>中和N分別是對應(yīng)于小信號增益和飽和增益g的噪聲因子,a和b是兩個待定的參數(shù),其中和g的單位都是dB。式<4>和式<5>中各有兩個待定參數(shù),理論上只需要取測量數(shù)據(jù)中的任意兩點(diǎn)就可以得到其中的參數(shù)?？扇∪我舛帱c(diǎn)測量數(shù)據(jù),得到一個超定方程組,求解出待定參數(shù),然后通過一致逼近計算出不同輸入信號功率時放大器的增益和噪聲系數(shù)。傳輸速率與光纖傳輸系統(tǒng)特性的關(guān)系一般說來,傳輸速率越低光纖通信系統(tǒng)的性能就越好。但在某些情況下,例如：在速率非常低時,系統(tǒng)的誤碼率并不會降低而會上升。這是由于在限定誤碼率的條件下,決定光接收機(jī)靈敏度的主要因素是傳輸速率和光檢測器、前置放大器的特性。傳輸間隙會使光檢測器的識別碼元的性能降低,繼而使誤碼率上升,而且這會使系統(tǒng)的有效性降低。以傳輸速率為10Kb/s、1Gb/s和10Gb/s光纖系統(tǒng)為例。圖4-4為系統(tǒng)模型。其中系統(tǒng)包括用戶自定義比特序列發(fā)生器<UserDefinedBitSequenceGenerator>、直接調(diào)制激光器<DirectlyModulatedLaserMeasured>、非歸零脈沖發(fā)生器<NRZPulseGenerator>、光纖信道<OpticalFiber>、光檢測器APD<PhotodetectorAPD>、摻鉺光纖放大器<EDFA>、低通濾波器<LowPsaaGaussianFilter>。還有眼圖觀察儀,光脈沖觀察儀誤碼率觀察儀和誤碼率觀察儀。圖4.4光纖通信系統(tǒng)仿真模型當(dāng)系統(tǒng)傳輸速率為1Gb/s時,它的系統(tǒng)參數(shù)、誤碼率和眼圖如圖4-5示：圖4-5a>傳輸速率為1Gb/s時的系統(tǒng)參數(shù)圖4-5b>傳輸速率為1Gb/s時系統(tǒng)Q值圖4-5c>傳輸速率為1Gb/s時系統(tǒng)眼圖將系統(tǒng)傳輸速率Bitrate改為10Gb/s時,則等到如圖4-6示的系統(tǒng)誤碼率和眼圖：圖4-6a>傳輸速率為10Gb/s時系統(tǒng)Q值圖4-6b>傳輸速率為10Gb/s時系統(tǒng)眼圖將系統(tǒng)傳輸速率Bitrate改為1Kb/s時,則得到如圖4-7示的系統(tǒng)誤碼率和眼圖：圖4-7a>傳輸速率為10Kb/s時系統(tǒng)Q值圖4-7b>傳輸速率為10Kb/s時系統(tǒng)眼圖根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn),從圖4-5、4-6、4-7可以看出,當(dāng)傳輸速率逐漸增大時,系統(tǒng)眼圖所顯示信號的電壓變小,失真程度變大,判決門限變低,系統(tǒng)對定時誤差的敏感程度變差。光纖信道參數(shù)與光纖傳輸系統(tǒng)特性的關(guān)系光纖的損耗和色散隨著信號在光纖中傳輸距離的增加而增加,在圖4-4所示的光纖通信系統(tǒng)中,在其他參數(shù)相同的情況下,將傳輸速率設(shè)定為10Gb/s改變圖4-8中長度參數(shù)Length為50m、50km。如圖4-9所示,觀察所輸出的眼圖及Q值。圖4-8光纖信道參數(shù)圖4-9a>光纖長度為50m時的系統(tǒng)眼圖及Q值圖4-9b>光纖長度為50km時的系統(tǒng)眼圖及Q值由圖4-9所示,當(dāng)光纖長度增大時,眼圖的信號電壓隨之減小,這對光纖通信系統(tǒng)有著很大的影響；在光纖長度增加時,眼圖對定時誤差的靈敏度逐漸變低,幅度畸變變大。歸結(jié)到底,是由于光纖的損耗和色散特性。若光纖不存在此特性,則其長度并不能對系統(tǒng)性能造成任何影響。光纖線路的功能是把來自光發(fā)射機(jī)的光信號,以盡可能小的畸變〔失真和衰減傳輸?shù)焦饨邮諜C(jī)。對光纖的基本要求是損耗和色散這兩個傳輸特性參數(shù)都盡可能的小,而且有足夠好的機(jī)械特性和環(huán)境特性。隨著光纖通信的發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)容量也在不斷擴(kuò)大,當(dāng)前,光纖的損耗和色散是影響光纖通信向高速大容量發(fā)展的兩個主要因素,因此損耗和色散成為光纖通道設(shè)計中的兩個重要因素。損耗限制系統(tǒng)的傳輸距離,色散則限制系統(tǒng)的傳輸容量。光纖損耗用損耗系數(shù)來表示,光信號在光纖中傳播時,起光功率P隨著傳輸距離的增加按指數(shù)形式衰減,即<4-5>設(shè)輸入功率為,則在光纖中傳輸異端距離后,光纖的輸出功率為<4-6>由此可得出衰減系數(shù)<其中單位為1dB/km><4-7>在光纖長度一定的情況下,圖4-4所示的光纖通信系統(tǒng)中,設(shè)定光纖速率為10Gb/s、長度為50km,將如圖4-8的光纖信道參數(shù)中的Attenuation改變,光纖損耗系數(shù)對系統(tǒng)性能的影響如圖4-10示。圖4-10a>光纖損耗系數(shù)為0.2dB/km圖4-10b>光纖損耗系數(shù)為0.8dB/km圖4-10c>光纖損耗系數(shù)為2dB/km圖4-10改變光纖損耗系數(shù)系統(tǒng)性能眼圖及Q值由上圖示隨損耗系數(shù)的增加,系統(tǒng)眼圖信號電壓變小,失真程度變大,判決門限變低,系統(tǒng)對定時誤差的敏感程度變差。由此可知在光纖類型一定,波長一定的情況下,系統(tǒng)性能隨參數(shù)的增加而變差。但光纖損耗系數(shù)是對于選定的光纖來說是固定的,它只是光纖的一個具體參數(shù),耗損只存在于選擇光纖類型和傳輸波長。目前在三個損耗相對較低的窗口,即0.85、1.31、1.55,1.31處光纖損耗在0.3~0.4dB/km范圍內(nèi),1.55處光纖損耗已低于0.2dB/km。當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)同上不變時,當(dāng)當(dāng)光纖損耗為0.2dB/km時,改變?nèi)鐖D4-11所示的色散系數(shù)Dispersion的值,觀察光纖色散系數(shù)對系統(tǒng)性能的影響,如圖4-12示。圖4-11光纖參數(shù)的色散系數(shù)圖4-12a>光纖色散系數(shù)為16.75圖4-12b>光纖色散系數(shù)為50圖4-12c>光纖色散系數(shù)為100圖4-12改變光纖色散系數(shù)系統(tǒng)性能眼圖及Q值由圖4-12示隨著色散系數(shù)的增加,系統(tǒng)眼圖信號電壓則會變小,失真程度會變大,判決門限變低,系統(tǒng)對定時誤差的敏感程度變差。與光纖損耗相似,在光纖類型一定,波長一定的情況下,光纖色散系數(shù)也是固定的,這是光纖的一個具體參數(shù)。它和損耗系數(shù)一樣都會影響光纖通信的系統(tǒng)性能,對其參數(shù)的選擇實(shí)際是對光纖類型的選擇。即選擇同時滿足這兩方面的光纖類型。光放大器對系統(tǒng)性能的影響在光纖通信系統(tǒng)中,信號的傳輸是有一定距離限制的,這是因?yàn)楣饫w存在色散和損耗,而光放大器可以緩解這種弊端。放大器最主要的參數(shù)之一是信號增益G,其定義為：<4-13>等式中和放大的光信號輸入功率和輸出功率。在光子能量為時,輻射強(qiáng)度與穿過發(fā)射激光腔的呈指數(shù)規(guī)律變化,可以得到激活介質(zhì)中的單程增益為：<4-14>等式中,是激光腔中的光限制因子,是材料增益系數(shù),是光路中材料的有效吸收系數(shù),L是放大器長度,是單位長度上的總增益。由上式可以看出,放大器的增益隨著其長度的增加而增加。然而,放大器的內(nèi)部增益會受到增益飽和的限制。圖4.5示系統(tǒng)中信號在發(fā)射機(jī)、傳輸信道和放大器之后的脈沖波形如圖4-13示。圖4-13a>發(fā)射機(jī)脈沖波形圖4-13b>傳輸信道的脈沖波形圖4-13c>放大器的脈沖波形從圖4-13<b>可以看出信號經(jīng)過傳輸信道后,與圖<a>相比信號能量衰減了,從圖<c>可以得出,放大器的確放大了信號能量,但同時也放大了噪聲能量。導(dǎo)致了在光接收機(jī)中除了光檢測器的熱噪聲之外,還有三種不同的噪聲成分。這是因?yàn)楣怆娏髦谐诵盘枅龊妥园l(fā)輻射場的平方之外,還包括信號和光噪聲場之間的許多差拍信號。這些信號會影響光接收機(jī)的信噪比,所以要在光檢測器之前放置一個光濾波器。接收系統(tǒng)模型的建立數(shù)字模型建立光接收機(jī)的作用是把經(jīng)光纖傳輸后幅度被衰減,波形被展寬的微弱光信號轉(zhuǎn)換為電信號,并處理放大,恢復(fù)為原發(fā)射的數(shù)字序列。若要對接收機(jī)各組成部分進(jìn)行分析、優(yōu)化,則每一部分須分別建模。光檢測器模塊。光纖通信中最常用的光電檢測器是光電二極管和雪崩二極管<PIN和APD>。APD比PIN有較高的靈敏度,但其倍增噪聲較大,需要高偏置電壓。對于APD模型,電流i<t>應(yīng)寫成：<4-15>式<4-15>中,gl為在時間內(nèi)產(chǎn)生的n個一次電子-空穴對倍增后所產(chǎn)生的二次電子空穴對數(shù)<包括一次電子空穴對在內(nèi)>,也是一個隨機(jī)變量。APD的模型按式<1>產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)序列來模擬。放大器模塊。放大器包括前置放大器和主放大器兩部分。前置放大器對接收機(jī)的性能起決定性的作用。主放大器主要用來提供高增益,將前放的輸出放大到適合于判決電路所需的電平。求出放大器的脈沖傳遞函數(shù),可得到輸入、輸出序列之間的關(guān)系,建立其模型。均衡器模塊。它的作用是補(bǔ)償對經(jīng)光纖傳輸、光電轉(zhuǎn)換和放大后產(chǎn)生的失真的電信號,使輸出的信號的波形適合于判決,以消除碼間干擾。通常輸出波形被均衡成升余弦頻譜。對于均衡器優(yōu)化設(shè)計,可按式<6>最后均衡成升余弦頻譜,來導(dǎo)出均衡器傳輸函數(shù)：<4-16>式中,H<>是均衡網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)、Hcos<>為升余弦頻譜函數(shù),Hp<>、Hf<>、Ha<>分別是發(fā)送脈沖、光纖、放大器的頻譜。判決電路模塊。判決電路由判決器和時鐘恢復(fù)電路組成,其作用是將均衡輸出的脈沖波形恢復(fù)為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字脈沖信號。時鐘恢復(fù)電路是把信號中的定時信號提取出來,使判決電路進(jìn)行定時判決,判決由均衡器發(fā)來信號,最佳的判決時間應(yīng)是升余弦的正負(fù)峰值,若輸入信號大于判決門限的電平,則判為1!碼,低于判決的電平,則判為0!碼。在系統(tǒng)仿真中,判決電路視為電壓比較器,滿足如下關(guān)系：<4-17>其中,為1碼對應(yīng)的最小輸出電平,為0碼對應(yīng)的最大輸出電平。光電檢測器與系統(tǒng)性能關(guān)系的仿真分析光檢測器的工作特性可以用工作參數(shù)來表示,這些參數(shù)最主要有響應(yīng)度和量子效率、響應(yīng)時間、暗電流等。響應(yīng)度和量子效率都是描述光電轉(zhuǎn)換能力的物理量。響應(yīng)度定義為<4-18>其中為光電檢測器的輸出電流,光電檢測器的平均輸入功率。量子效率定義為<4-19>響應(yīng)度和量子效率雖然都是描述光電轉(zhuǎn)換能力,但分析角度不同。PIN和APD的響應(yīng)度與波長有關(guān),Si-PIN和Si-APD的波長響應(yīng)范圍為600~1000nm,對檢測0.85的光非常有效。Ge-PIN和Ge-APD范圍為1000~1650nm,可以接收1310nm和1550nm的光信號。響應(yīng)時間表征光檢測器對光信號變化響應(yīng)速度的快慢。它受三個因素的影響：渡越時間,擴(kuò)散時間和光電檢測電路的上升時間?？偟纳仙龝r間為：<4-20>對于設(shè)計較好的光電檢測器,Si-PIN上升時間可達(dá)500ps以下,Ge-PIN上升時間可達(dá)100ps以下。暗電流：指在PIN規(guī)定的反向電壓或者APD的90%擊穿電壓時,在無入射光的情況下期間內(nèi)部的反向電壓。由于它可以引起光接收機(jī)的噪聲增大,所以越小越好。在不同的系統(tǒng)中,PIN和APD有著不同的應(yīng)用。為了提高光電檢測器的響應(yīng)速度和光電轉(zhuǎn)換效率,設(shè)計出了PIN光電二極管,為使光電檢測器有較大的輸出電流,利用半導(dǎo)體的雪崩倍增效應(yīng)制成了APD雪崩二極管。在圖4-14示的系統(tǒng)中,設(shè)定傳輸速率為10Gb/s其他參數(shù)一定的情況下,比較了PIN和APD的性能。圖4-14光纖通信系統(tǒng)仿真模型在上述系統(tǒng)中,光源激光器的脈沖波形如圖4-15示。圖4-15光源激光器的脈沖波形把APD換為PIN,它們對系統(tǒng)性能的影響如圖4.16所示。圖4-16a>信號經(jīng)APD后波形圖4-16b>信號經(jīng)PIN后波形圖4-16c>光檢測器為APD的系統(tǒng)眼圖及Q值圖4-16d>光檢測器為PIN的系統(tǒng)眼圖及Q值從圖示的效果來看,APD所接收到的功率最高是400mW以上,而PIN所接收到的功率最高只有140mW以上。在系統(tǒng)眼圖中,APD眼圖最高功率是200mW以上,而PIN眼圖最高功率只有80mW以上所以,在上述系統(tǒng)模型中,APD的性能要比PIN好。這與理論結(jié)論相一致。波分復(fù)用系統(tǒng)仿真分析光通信鏈路的優(yōu)勢是：許多不同的波長都可以在1300~1600nm的光譜帶寬內(nèi)沿一根光纖同時發(fā)送。把多個波長復(fù)合到一根光纖上的技術(shù),成為波分復(fù)用或WDM。光波具有很高的頻率,利用光載波作為信息載體進(jìn)行通信,具有巨大的可用帶寬。但實(shí)際光波系統(tǒng)中由于光纖色散和電路速率的限制,其通信速率限制在10Gb/s或更小,而波分復(fù)用技術(shù)充分利用光纖的頻帶資源,提高光波通信的系統(tǒng)容量。波分復(fù)用器分為發(fā)射端的合波器和收端的分波器。合波器的功能是將滿足G.692規(guī)范的多個單通路光信號合成為一路合波信號,然后耦合進(jìn)同一根光纖傳輸。分波器的作用是在接收端上將一根光纖傳輸?shù)暮喜ㄐ盘栐龠€原成單路波長光信號,然后分別耦合進(jìn)不同的光纖中。在Optisystem光仿真軟件中,也可以對波分復(fù)用進(jìn)行仿真,如圖4-17所示。圖4.17光纖通信系統(tǒng)中的波分復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用發(fā)射機(jī)的光脈沖信號經(jīng)過復(fù)用器復(fù)用后把兩路發(fā)射信號合為一路,在一根光纖中傳出,然后經(jīng)過解復(fù)用器把信號再分為兩路信號。系統(tǒng)中的光脈沖信號如圖4-18示：圖4-18a>發(fā)射機(jī)的光脈沖波形圖4-18b>復(fù)用器的光脈沖波形圖4-18c>光電檢測器的光脈沖波形圖4-18d>系統(tǒng)眼圖在如圖4.18所示的光脈沖信號波形,復(fù)用器能夠把信號復(fù)用進(jìn)一根光纖信道中,并且保證信號的在解復(fù)用以后有很好的光脈沖輸出波形和良好的系統(tǒng)性能。光纖通信系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)通過上述試驗(yàn)的驗(yàn)證驗(yàn)證了該仿真軟件適合對本課題進(jìn)行仿真分析。下面,將對傳輸速率為10Gb/s,傳輸距離為40Km的光纖通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。10Gb/s光纖通信系統(tǒng)模型的建立仿真系統(tǒng)模型由以下幾部分構(gòu)成：偽隨機(jī)比特序列發(fā)生器<Pseudo-RandomBitSequenceGenerator>、非歸零脈沖發(fā)生器<NRZPulseGenerator>、直接調(diào)制激光器<DirectlyModulatedLaserMeasured>、光纖信道<OpticalFiber>、光檢測器PIN<PhotodetectorPIN>、低通濾波器<LowPsaaGaussianFilter>。單模光纖通信系統(tǒng)的仿真模型如圖5-1示,設(shè)定傳輸距離為40km,傳輸速率為10Gb/s如圖4-1所示。圖5-1通信系統(tǒng)的仿真模型圖5-2系統(tǒng)參數(shù)仿真系統(tǒng)的參數(shù)為：序列長度為128b,每比特的抽樣數(shù)為64,取信息速率為10Gb/s。發(fā)射機(jī)調(diào)制速率為193.1THz,消光比為10dB,幅寬為10MHz。放大器的摻鉺光纖長度為20m,波長為1550nm的損耗系數(shù)為0.1dB/m。光檢測器PIN的響應(yīng)度都為1A/W。仿真結(jié)果分析圖5-3a>發(fā)射機(jī)光脈沖波形圖5-3b>光纖信道光脈沖波形圖5-3c>光檢測器頻譜分析圖5-3d>系統(tǒng)性能眼圖圖5-3e>系統(tǒng)超擾比Q圖5-3f>系統(tǒng)誤碼率從上圖中可以看出,在圖<5-3>所示的仿真模型的系統(tǒng)性能中,由于提高光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率,光纖信道光脈沖波形衰減變?yōu)楹艽?光電檢測器的頻譜信號與信道噪聲分界不明顯,系統(tǒng)很難把信號區(qū)分出來,系統(tǒng)性能眼圖的定時靈敏度逐漸變低,幅度畸變變大,定時誤差靈敏度變差,超擾比Q和誤碼率。仿真系統(tǒng)模型的性能的優(yōu)劣可以由Q超擾比、誤碼率以及系統(tǒng)眼圖來判斷。光纖信道的光脈沖波形與圖5.1的仿真系統(tǒng)的光纖信道光脈沖波形圖5-3<b>示相比較而言,它的信號已經(jīng)由放大器放大,而與此同時被放大器放大的噪聲則由光濾波器來彌補(bǔ)。光電檢測器的頻譜信號與信道噪聲分界與圖5-3<c>相比已經(jīng)比較明顯,系統(tǒng)可以用濾波器把信號區(qū)分出來。而系統(tǒng)性能眼圖較圖5-3<d>也有明顯的改善,信號電壓增大,最小和最大信號電壓比值變大,即系統(tǒng)的抗噪聲能力增強(qiáng)；"眼睛"變大即抽樣間隔變大,減小碼間串?dāng)_的影響；眼圖斜邊斜率的變化使得系統(tǒng)對定時誤差的敏感度增強(qiáng)。衡量系統(tǒng)傳輸質(zhì)量優(yōu)劣的非常重要的指標(biāo)之一是光纖通信系統(tǒng)的誤碼率,它反映了在傳輸過程中信息受到損害的程度。BER是在一個較長的時間內(nèi)傳輸碼流中出現(xiàn)誤碼的概率。"0"碼和"1"碼的誤碼率一般是不相等的,但對于"0"碼和"1"碼等概率的碼流而言,一般認(rèn)為=時,可以使誤碼率達(dá)到最小。圖5-7誤碼率與Q的關(guān)系圖Q稱為超擾比,含有信噪比的概念。它還表示在對"0"碼進(jìn)行取樣判決時,判決門限值超過放大器平均噪聲電流的倍數(shù)。因此,只要知道Q值,就可以從圖5-7超擾比與誤碼率之間的關(guān)系得出系統(tǒng)誤碼率。如圖5-6<g>和<h>所示,Q和誤碼率與初始系統(tǒng)模型相比都有很大的改進(jìn),超擾比Q的平均值在10以上。所以,根據(jù)圖5.7所示誤碼率與Q的關(guān)系圖和56<h>系統(tǒng)誤碼率已經(jīng)遠(yuǎn)小于傳輸所要求的。上述設(shè)計對傳輸速率在10Gb/s,傳輸距離為40km的光纖通信系統(tǒng)進(jìn)行了仿真設(shè)計,并行了參數(shù)分析,通過對系統(tǒng)模型的各種信號波形的分析,得到系統(tǒng)性能較優(yōu)的一組系統(tǒng)參數(shù),使系統(tǒng)誤碼率在以下。光纖通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢光纖通信技術(shù)的現(xiàn)狀光纖通信技術(shù)自從問世以來,就以其損耗低、體積小、容量大、抗干擾等特點(diǎn)迅速得到了發(fā)展,并隨著科學(xué)技術(shù)及時代的進(jìn)步,已經(jīng)作為現(xiàn)代化的重要通信支柱,逐漸成為當(dāng)今社會最重要的通信渠道,同時,這也標(biāo)志著全球新一代信息技術(shù)革命的到來。1.光纖接入技術(shù)得到充分發(fā)展隨著通信業(yè)務(wù)量的快速增加,原有的通信技術(shù)已經(jīng)無法滿足對通信能力的需要,人們需要技術(shù)性更強(qiáng)、速度更快的通信技術(shù)來為自己服務(wù)。因此,光纖接入網(wǎng)技術(shù)便應(yīng)用而生其主要是由寬帶的主干傳輸網(wǎng)絡(luò)以及用戶接入網(wǎng)這兩部分構(gòu)成的,作為現(xiàn)代化通信技術(shù)背景下的一個信息傳輸技術(shù)嶄新的嘗試,光纖接入技術(shù)從根本上滿足了廣大民眾對信息傳輸速度的要求,從而實(shí)現(xiàn)了通信網(wǎng)絡(luò)的信息高速化傳輸。就目前情況來看,光纖到戶是光纖寬帶接入的最終方式,它提供全光接入,可以充分利用光纖的寬帶特性,充分滿足寬帶接人的需求。2.光傳輸與交換技術(shù)的融合面臨技術(shù)難題就目前而言,雖然光傳輸在光纖通信技術(shù)中得到了很大的發(fā)展,交換技術(shù)也有所提高,但是,面對網(wǎng)絡(luò)核心架構(gòu)發(fā)生了徹底改變的現(xiàn)狀,如何使光傳輸與交換技術(shù)有效的融合在一起,就成了擺在我們面前的亟待解決的一個問題。3.還沒有形成完善的市場產(chǎn)業(yè)鏈就目前光纖通信的市場需求來看,其產(chǎn)業(yè)鏈的形成與發(fā)展還需要一定的時間,FTTH除了提供高帶寬外,更重要的是運(yùn)營商能提供什么具體服務(wù)內(nèi)容讓用戶需求更高的帶寬,使得在既有寬帶接入技術(shù)無法滿足之下,推動用戶走向光纖到戶。然而,目前的現(xiàn)狀是,好多用戶上網(wǎng)使用的服務(wù)大多為瀏覽新聞、電子郵箱等等,而像高帶寬服務(wù)如視頻會議、VOD、多媒體娛樂使用之比例少子又少,因此,要實(shí)現(xiàn)光纖通信產(chǎn)業(yè)鏈的不斷完善尚需時日。4.與光纖通信技術(shù)發(fā)展相對應(yīng)的政策比較落后目前,光纖通信技術(shù)雖然發(fā)展到了一定階段,但是由于國家在政策上還沒有一個完善的體系出臺,各地的光纖技術(shù)推廣都是各自為戰(zhàn),缺少優(yōu)惠政策的鼓勵,以及政策法規(guī)的約束,光纖通信技術(shù)的發(fā)展必然受到制約。結(jié)論本文中在光纖通信系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上,利用Optisystem通信仿真軟件,建立了高速大容量光纖通信系統(tǒng)的仿真模型,驗(yàn)證了光纖通信系統(tǒng)的各個器件的某些參數(shù)與高速光纖通信系統(tǒng)特性的關(guān)系。在該仿真設(shè)計中,我們首先對光纖通信系統(tǒng)性能與其部分參數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行驗(yàn)證,得到如下結(jié)論：在參數(shù)相同的情況下,當(dāng)光偏置電流低于閾值電流時,系統(tǒng)的性能會降低。在一般情況下,系統(tǒng)的傳輸速率越低,光纖通信系統(tǒng)的性能就越好；但在當(dāng)速率非常低時,系統(tǒng)的誤碼率并不會降低反而上升,但系統(tǒng)的有效性會降低。光纖的長度、色散和損耗都對系統(tǒng)性能有一定的影響,光纖信道長度增加會使系統(tǒng)信號變?nèi)?。色散和損耗都是光纖的固有特性,在長度一定時,它們的參數(shù)是一定的,但系數(shù)的大小決定了信號傳輸長度和傳輸質(zhì)量。在光纖傳輸信道中加入光放大器,可以使信號能量增加,但也會使其信道噪聲隨之增加。光檢測器是光纖通信系統(tǒng)接收端的重要器件,為了提高光電檢測器的響應(yīng)速度和光電轉(zhuǎn)換效率,我們使用PIN光電二極管；為使光電檢測器有較大的輸出電流,使用有雪崩倍增效應(yīng)的APD雪崩二極管。這兩者各有各的優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用于不同的領(lǐng)域。在對波分復(fù)用器進(jìn)行了仿真,復(fù)用器的功能是將多個單通路光信號合成為一路合波信號,然后耦合進(jìn)同一根光纖傳輸。解復(fù)用器的作用是在接收端將一根光纖傳輸?shù)暮喜ㄐ盘栐龠€原成單路波長光信號,然后分別耦合進(jìn)不同的光纖信道中。其次在對光纖通信系統(tǒng)分析的理論基礎(chǔ)上,在Optisystem光仿真軟件中傳輸速率為10Gb/s,傳輸距離為40Km的單模光纖進(jìn)行仿真,設(shè)計了光纖通信系統(tǒng)的仿真模型。通過前面對系統(tǒng)各器件的部分參數(shù)與系統(tǒng)性能影響的驗(yàn)證,對系統(tǒng)的各項參數(shù)進(jìn)行調(diào)試,最終得出高速光纖通信系統(tǒng)特性,及一組比較優(yōu)化的系統(tǒng)參數(shù),使誤碼率達(dá)到10-9以下。致謝至此在大學(xué)畢業(yè)之前,謹(jǐn)向我的指導(dǎo)老師致以最誠摯的謝意。通過三個多月的努力,本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲,在論文的寫作過程中遇到了無數(shù)的困難和障礙,如果沒有老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助和支持,想完成這個設(shè)計是很困難的。在這里我首先要感謝我的論文指導(dǎo)老師——何志紅老師。何老師平時工作繁多,但是從這篇論文開題到資料查找以及修改定稿這整個過程,一有問題他都總是對我進(jìn)行了很多指導(dǎo)和幫助。更重要的是在這過程中,他始終踐行著"授人以魚,不如授之以漁"的原則,在此,我要向何老師表示最真摯的謝意。另外,在校圖書館查找資料的時候,圖書館的管理人員也給我提供了很多方面的支持與幫助。在此向幫助和指導(dǎo)過我的各位表示感謝！感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻(xiàn),如果沒有你們的研究成果的幫助和啟發(fā),我將很難完成本篇論文的寫作。參考文獻(xiàn)趙梓森.光纖通信工程[M].北京：人民郵電出版社,1998李玉全,朱勇,王平江.光通信原理與技術(shù).科學(xué)出版社沿鳳平,裴麗,寧提綱.光纖通信系統(tǒng).科學(xué)出版社AgrawalGP.Nonlinerfiberoprics[M].Boston：AcademicPressInc,1989.212-218賈維國,楊性愉.非線性雙折射色散光纖中極化調(diào)制不穩(wěn)定性分析[J].光子學(xué)報,2002<6>：943-946.楊淑雯.全光光纖通信網(wǎng).科學(xué)出版社.20XX1月顧生華.光纖通信技術(shù).北京郵電大學(xué)出版社.20XX1月廖延彪中國光纖傳感技術(shù)發(fā)展的概況[期刊論文]-激光與紅外1996<4>BrambaniLA,FriebeleEJ．Radiationeffectsinpolarization—maintainingfibers．SP正。1988．992：43—49

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