光纖通信optisystem實(shí)驗(yàn)

1、光纖通信大作業(yè) 1. 選擇一個(gè)你認(rèn)為合適的方案 供選方案：NRZ、RZ調(diào)制格式，直接調(diào)制或者外調(diào)制，APD管或者PIN管，low pass rectangular filter或者low pass gauss filter。請(qǐng)選擇你認(rèn)為實(shí)際中可實(shí)現(xiàn)的通信性能最好的一 組方案。并給岀相應(yīng)的理由。 答：選擇NRZ調(diào)制格式，直接調(diào)制，APDt, low pass gauss filtero選擇這個(gè)方案的理由是： 為了使得整個(gè)系統(tǒng)得到最好的信噪比，并且保證系統(tǒng)誤碼率在可接受的范用內(nèi)。具體理由分 析如下： 選擇NRZ調(diào)制格式，因?yàn)榻?jīng)NRZ調(diào)制的光信號(hào)具有緊湊的頻譜特性，調(diào)制和調(diào)解結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，在10G和一

2、部分40G系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，一直被作為中短距離光纖通信系統(tǒng)中的 主要調(diào)制格式，通過(guò)色散管理和終端可調(diào)色散補(bǔ)償技術(shù)，NRZ調(diào)制格式在終端傳輸距離普 通光纖獲得良好的光傳輸性能。 選擇直接調(diào)制，因?yàn)橹苯訌?qiáng)度調(diào)制是用信號(hào)直接調(diào)制激光器的驅(qū)動(dòng)電流，使苴輸出功率 隨信號(hào)變化這種方式設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，研究較早，現(xiàn)已成熟并商品化外調(diào)制則常用于要求較 高的通信系統(tǒng)。 選擇APD管，因?yàn)橛蓵系腜264頁(yè)的圖8.3可知，PIN管接收靈敏度適用于低數(shù)據(jù)速 率光纖通信，當(dāng)系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)速率為10G時(shí)，PIN靈敏度管不適于應(yīng)用，我們優(yōu)選ADP管。 選擇 low pass gauss filter （低通髙斯響應(yīng)濾波器）

3、因?yàn)?low pass rectangular filter （低通 矩形響應(yīng)濾波器）是理想的低通濾波器的模型，在幅頻特性曲線上呈現(xiàn)矩形。在現(xiàn)實(shí)中， 如此理想的特性是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，所有的設(shè)計(jì)只不過(guò)是力圖逼近矩形濾波器的特性而已。而 low pass gauss filter （低通髙斯響應(yīng)濾波器）采用時(shí)域法測(cè)量有效帶寬，具有直觀、簡(jiǎn)便的 優(yōu)點(diǎn)，而采用時(shí)域法能夠顯著縮短有效帶寬測(cè)量時(shí)間。 實(shí)驗(yàn)過(guò)程： 本次實(shí)驗(yàn)中，由NRZ調(diào)制格式、直接調(diào)制、APD管和low pass gauss filter構(gòu)成的光纖 通信系統(tǒng)。 1）.根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，連接實(shí)驗(yàn)電路。同時(shí)為了實(shí)時(shí)地觀察系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，必須在系 統(tǒng)外用

4、增加監(jiān)測(cè)及顯示裝置，將系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果顯示出來(lái)，便于觀察和分析。因此，在系統(tǒng)中 加入 了 Eye Diagram AnalyzerBER Analyzer、Optical Time Domain Visualizer Optical Power MeterOptical Spectrum Analyzer、Oscilloscope Visualizero 通過(guò)這些監(jiān)測(cè)及顯示器件，可以 較為直觀地觀察到入纖光功率、調(diào)制前后的光信號(hào)頻譜與時(shí)域波形、解調(diào)后的信號(hào)波形、信 號(hào)眼圖及誤碼率等系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行結(jié)果。整個(gè)光纖通信系統(tǒng)的架構(gòu)如下圖示： Label: pi佗cfly Modulated Lase

5、r Measured I Oo OK Cancel Label: ；PhotodetectorAPD Cost$： j 0 00 OK Disr Nnme Value Units Mode Frequency 193 THz Norma 廠 Con fiqurati on Dq：tsi Norma Power 10 dBm Norma Extinction ratio 10 dB Noma Threshold current 20 mA Norma! Slope efficiency 0.4 W/A IYoteqi Maximum current 300 mA Normal Linewidth

6、 10 MHz Normal 廠 Initial phase 0 dec Norma Main jMeasurem. Sido Mods RIN Chirp Polarization Simulation Noiso Random n. j Evaluate Script APD管的響應(yīng)度設(shè)登：1A/W,如下圖 Photodetector APD Properties Cancel I Disp Namo Value Units Mode Gain 2 Normal Responsivity 1 AW Normal Ionization ratio 0.9 Normal 廠 Dark curr

7、ent 10 nA Normal Eveluale Scnpi Noise Random numbers | Main | Downsampling 光纖長(zhǎng)度設(shè)置：50Km如下圖 Optical Fiber Propenies 3 Label: Optical FiberCosts |Q 00 OK Main nisoRrsinn PMR Nanlinpar NiimRrical firanhs SimulAiionNoisr Random Cencl Disp NameIValueIUnits I Modo bvoluate Script 廠 User dofinod roforenco w

8、avolo f7: Norma! r RGferenc wavGlenqth 755S r-: Normal Length 50? fan r Attenuation effect 嵐:Norma! r Atteniiation data type Constantij Norma! r Attenuation 0 2 j dfi/kmj Norma! r Attenuation vs. v/avelenqth Aitenusifor. dafJ-: Norma! 在OptiSystem軟件中進(jìn)行仿真，運(yùn)行的結(jié)果如下： (1)實(shí)際入纖光功率為5.470W, 7381dBm,如下圖 (2)調(diào)制前

9、信號(hào)時(shí)域波形，如下圖 lllipilLUUC / 圖2 （3）調(diào)制后光信號(hào)時(shí)域波形, 如下圖 Optical Time Domain Visualizer 11 n S n8 n me Optical Time Domain Visualizer Dbl Cick On Objects x oper propertes. ”ovb Objects with Mouse Drag Signel Index 卩 2-8至 css s Oscilloscope Visualizer DOICIckOa Objects to open properties Mo/e Objects with Mous

10、e Drag E S Signal Index: Amplitude Automotic range 1 05 1-0.05 a.u. ecu. 廠 Invert Colors 廠 Color Grade EEs Auio Set .so 至 esls Units: $B 7 Ajtonalic ronge Center: 6.3992e-0D9 Start -5.399 29-010 Time Stop: 13389-038 8 Amplitude Units: |w三 P AiJtotnalic ronge Max 0.013309w Min： -103053375w mm EC 2n5n

11、8 n11 n Tim合梓) Power /( Pov/erX PowerY / Analysis ( Pbiase C Ch rp 廠 Irvert Colors 廠 Color Grode 圖3 （4）調(diào)制后光信號(hào)頻譜，如下圖 Optical Spectrum Analyzer values Signal Index： Auio Set powglug 1.S5?1 $51 ?1 出2 ?1.SS3 ?1.554 ? Wavelength (m) Optical Spectrum Analyzer Cbi Zizk Cn Objects to open prepertes. Object

12、with Mouse Droa (ulms Power i Power X 人 Power Y / 圖4 (5)信號(hào)眼圖，如下圖 Eye Diagram Analyzer Eye Diagram Analyzer bi Clc Or to eper prop6rt33. Move oopcts wth Moase Drag (.rr3p 豆一 0051 Time (bit period) | Eye Q FactorJj Min BER Threshold Height Histograms / 圖5 05 廠 IriyQfiColors Color Grode 廠 Histogram (6)

13、誤碼率，如下圖 Units: m | |V Auto malic range m Center: 1.55253006 Stan： 1.5-07e-006 rri Stop: 1 5553Be-006 m Wavelength Amplitjda Units: | dBm |V Ajuto malic ronge Mok T2846 dBm Mm. r Resolution Bandwidth Res: |001 廠 Invert Colors dBm nm Signal Indexzj Auto Set Max. Q Factor Min. BER 15.7453 3.57408e056 E

14、ve Heiaht 0 00229253 Threshold 0 00158918 Decision InsL 0 5312 Analysis 1 | 2 3 ll Show reqion X1 0 Y1 0 X2 0 Y2 ZfiJ H. hi$tonmm r V. histogram r Statistics H. Mean 0 H. Std. Dov. 0 H Rsnae 0 V. Mean 0 V. Std. Dov 0 ajlote Hi$iogrorrt$ 2. 觀察入纖光功率，并對(duì)比調(diào)制前后的光信號(hào)頻譜與時(shí)域波形，以及做相應(yīng)的分析 答：由圖1可知實(shí)際入纖光功率；根據(jù)圖2、3、，通

15、過(guò)對(duì)比調(diào)制前后的光信號(hào)時(shí)域波形；根 據(jù)圖4知調(diào)制后光信號(hào)頻譜，調(diào)制后的光信號(hào)具有緊湊的頻譜特性。 3. 解調(diào)后的信號(hào)信號(hào)波形，信號(hào)眼圖，及誤碼率等分析 答：調(diào)解后的信號(hào)信號(hào)波形為像眼圖的波形（如圖5）, 眼圖分析，如下圖： 扌由木羊申t亥II胡大彳吉尋田奇霑.&彳豐土由*笙時(shí)玄II 眼圖的張開寬度決立了接收信號(hào)的抽樣間隔，在此間隔內(nèi)抽樣能抵擋碼間串?dāng)_不發(fā)生誤碼: 接收波形的最佳抽樣時(shí)間在眼睛張開的最大處。由于數(shù)據(jù)信號(hào)的失貞，眼睹張開的髙度會(huì)降 低，眼睛張開的頂端與信號(hào)電平的最大值之間的垂直距離表示了最大失真，眼睛越小，鑒別 信號(hào)1和0就越難。在抽樣時(shí)間上，眼睛張開的髙度表示噪聲容限或抗噪聲能力。眼圖斜邊 的斜率決左系統(tǒng)對(duì)立時(shí)誤差的敏感程度，當(dāng)斜率較小時(shí)，左時(shí)誤差的可能性增加。在光纖系 統(tǒng)中由于接收機(jī)噪聲和光纖的脈沖畸變，會(huì)產(chǎn)生時(shí)間抖動(dòng)。如果取樣時(shí)間正好在信號(hào)與判斷 門限值相交的時(shí)刻的中點(diǎn),判斷門限值電平失真量T1,定時(shí)抖動(dòng)=Tl/TbX100%, Tb為lbit 的時(shí)間間隔。 誤碼率分析：實(shí)驗(yàn)誤碼率分析如圖6：定時(shí)抖動(dòng)越大，說(shuō)明碼間干擾所引起的誤碼率越大。 上升、下降時(shí)間越長(zhǎng)，說(shuō)明色散嚴(yán)重，