無源光通信器件課程設計2

《無源光通信器件》課程期末設計題目——不同外調制器對光纖通信■_rJ傳輸系統(tǒng)的影響分析姓名 所在學院 專業(yè)班級 學號 指導教師 2012年1月Lightsim仿真設計報告一、設計名稱不同外調制器對光纖通信傳輸系統(tǒng)的影響分析二、設計目的通過多種不同外調制器去調制cw激光器，分析在各種外調制器的作用下其對光纖通信傳輸系統(tǒng)的性能影響。三、設計原理CWLaser(continuous-wavelaser)為提供連續(xù)光束輸出的激光器，需要添加外調制器才能使其適用于信號傳輸。本Lightsim(又名PC-simfo)軟件中可用的調制器有MZ馬赫曾德干涉儀調制器，Electro-AbsortiveOM，DirectionalCouplerOM，YfedCouplerOM等光調制器。我們利用Lightsim中提供的上述4種調制器去調制CW激光器，通過設定在相同的參數(shù)環(huán)境狀態(tài)下，分別傳輸?shù)戎芷诘母哳l脈沖序列信號和簡單的比特序列數(shù)字信號，對其的傳輸性能結果進行分析，從而對分析在各種調制器下對光纖通信傳輸系統(tǒng)的性能影響，從理論上對這幾種外調制器的性能及適用范圍條件作簡要分析。四、軟件設計內容及分析1. Lightsim仿真系統(tǒng)的各模塊構成基本組成如下所示傳輸?shù)戎芷诘母哳l脈沖序列信號時分別有脈沖方波、幅度調制器、CWLaser、單模線性光纖、EDFA放大器、光電接收管。設定該模擬仿真環(huán)境的初始參數(shù)為

|2.5e+08Bitrate,B：脈沖方波輸出比特率2.5e08bit/s，波形幅度為0.035V|2.5e+08Bitrate,B：bit/sPulseamplitude,A：|0.035VoltageOffsetVoff：-Pulseformat： |RectangularPulsecoding：PNRZCRZOccupancyfactorbeta：|0.5AM幅度調制器為帶載波信號，幅度1V，頻率為60MHz,光纖衰減率為0.55dB/km，長度為15km，對應傳輸波長為1550nm，零色散波長為1310nm，延時為15ps/nmkm，耦合損耗為5dB，Moddlos:hodelo1[D^S]Lmodelo2[betas]Wavelength:nmFiberlenght: |l0kmZeroDispertionWavelength:"iClnmD: |15ps/nm-kmbeta2: |ps^2/Kmbeta3: |0.10129ps3^/KmAttenuation: |q55dB/kmLouplmgLossdBEDFA放大器的對應增益波長為1550nm，增益為30dB。

Smallsignalgain.GO：S3dBOutputsaturationpower,Psout：0.00136WNoisefactornsp：1.256Opticalbandwidth,BO：1.249e+12HzNumberofmodes,kc：1OpticalwavelengthsIbda：1.55e-06m系統(tǒng)的持續(xù)運行時間設定為2.5e-07s，同時選擇重載隨機數(shù)生成器和總是計算所有模塊選項以及在信號中添加噪聲。傳輸簡單的比特序列數(shù)字信號時，分別有比特序列信號源、方波脈沖、、CWLaser、單模線性光纖、光電接收管。比特序列信號源的設定如下:脈沖波形生成器的設定如下:Bitrate,BT：bit/sPulseamplitude,A：|0.028-Output-<*Voltage脈沖波形生成器的設定如下:Bitrate,BT：bit/sPulseamplitude,A：|0.028-Output-<*VoltageLCurrent-Pulsecodingformat：|nRZ—j~|QKCancelHelpLoadSaveOccupancyfactorbeta：|0.5由于傳輸?shù)男盘栃蛄泻唵?，故時間上設為2.5e-09s由于傳輸?shù)男盘栃蛄泻唵?，故時間上設為2.5e-09s，以降低復雜性。2.利用MZ外調制器接下來分別對各模塊運行后得到的波形進行分析，傳輸?shù)戎芷诘母哳l脈沖序列信號時，在上面設定的參數(shù)情況中得到的各運行結果圖如下。幅度調制器輸出的波形和激光器的輸出波形分別如下:1000-(qE)-0」；0504.26-8.5134--487.23--982.97125250Time(ns)375H5000.0113410.009278800.00979430.0108251.25e-07 2.5e-07 3.75e-07 5e-07Time(s)1000-(qE)-0」；0504.26-8.5134--487.23--982.97125250Time(ns)375H5000.0113410.009278800.00979430.0108251.25e-07 2.5e-07 3.75e-07 5e-07Time(s)經過MZ外調制器后的得到的波形和經過光纖傳輸后的波形:0.040758-0.030569-0.020379-0.01019-87581e-35(5)」①ModK-ldo0.004171-0.0031283-0.0020855-0.0010428-0.040758-0.030569-0.020379-0.01019-87581e-35(5)」①ModK-ldo0.004171-0.0031283-0.0020855-0.0010428-7.9096e-13經過EDFA放大器后的波形和最后接收器輸出的波形如下:從以上結果可以發(fā)現(xiàn)，利用MZ干涉儀調制器的輸出波形存在較大的失真，使得最后信號在接收器的波形基本上無法看出原始信號的狀態(tài)，所以這種情況下的通信性能效果非常差。傳輸簡單的比特序列數(shù)字信號時，被傳輸?shù)谋忍匦盘柡徒涍^MZ外調制器后的得到的波形：形：可見MZ外調制器并不能有效地按照調制信號對傳輸?shù)墓庑盘栠M行整形，在此時基本不能再還原到原始的信號。經過光纖傳輸后的波形：由于經光纖傳輸后的波形一般與光調制器的輸出波形有著高度的相似性，故在以后不再列出經光纖傳輸后的波形。最后接收器輸出的波形：此時接收器接收到信號很差。利用Electro-Absortive外調制器接下來利用Electro-AbsortiveOM替換接下來利用Electro-AbsortiveOM替換MZ干涉儀調制器，此時的系統(tǒng)模塊構成圖如下，在保持原來各個參數(shù)不變的情況下，再次運行仿真系統(tǒng)，進而可以得到各個波形的示意圖如下，由于模塊間的波形具有一定的重復性，故只給出AM調制信號波形，調制器輸出波形和光電接收管接收生成波形，以方便我們進行分析比較。幅度調制器輸出的波形和經過Electro-Absortive外調制器輸出的波形:最后接收器輸出的波形:

最后接收器輸出的波形:利用Electro-AbsortiveOM外調制器時，其調制結果輸出極好，與原始信號波形達到非常高的一致性，只是受到了少許調制信號中的噪聲干擾，且其受信號干擾的程度與調制信號有著相同的趨勢，可見其適用于模擬信號的調制。在光電接收管方面，開始時由于接收管的不穩(wěn)定性，電平出現(xiàn)少許的漂移，但在2e-07s后，信號已達到穩(wěn)定的接收。傳輸簡單的比特序列數(shù)字信號時，基本組成如下。被傳輸?shù)谋忍匦盘柡徒涍^Electro-Absortive外調制器輸出的波形:經過Electro-Absortive外調制器輸出的信號與原調制信號高度相符。最后接收器輸出的波形：可見，此時Electro-Absortive外調制器的調制效果很好。利用DirectionalCoupler外調制器接下來利用DirectionalCouplerOM替換Electro-AbsortiveOM制器，此時的系統(tǒng)模塊構成圖如下，在保持原來各個參數(shù)不變的情況下，再次運行仿真系統(tǒng)，進而可以得到各個波形的示意圖如下，由于模塊間的波形具有一定的重復性，故只給出AM調制信號波形，調制器輸出波形和光電接收管接收生成波形，以方便我們進行分析比較。幅度調制器輸出的波形和經過DirectionalCoupler外調制器輸出的波形:最后接收器輸出的波形:

利用DirectionalCoupler外調制器時，波形的形狀與原始信號基本一致，可以發(fā)現(xiàn)調制輸出信號的頻率比原始調制信號的頻率要高，且應該為原始信號頻率的兩倍，這樣在光電接收管方面都能夠檢測到兩倍頻率的信號，這樣的信號通過利用合理的電路處理技術可以得到更好的效果。傳輸簡單的比特序列數(shù)字信號時，組成如下。被傳輸?shù)谋忍匦盘柡徒涍^DirectionalCoupler外調制器輸出的波形:經過DirectionalCoupler外調制器的信號與原被傳輸信號剛好反相。最后接收器輸出的波形：最后得到的結果都有著反相的效果，需要外加一反相器再得到原來的信號，但其調制效果還是非常好。

利用YfedCoupler外調制器接下來利用YfedCoupler0]^替換DirectionalCouplerOM調制器，此時的系統(tǒng)模塊在保持原來各個參數(shù)不變的情況下，再次運行仿真系統(tǒng)，進而可以得到各個波形的示意構成圖如下，在保持原來各個參數(shù)不變的情況下，再次運行仿真系統(tǒng)，進而可以得到各個波形的示意構成圖如下，圖如下，由于模塊間的波形具有一定的重復性，故只給出AM調制信號波形，調制器輸出波形和光電接收管接收生成波形，以方便我們進行分析比較。幅度調制器輸出的波形和經過YfedCoupler外調制器輸出的波形:最后接收器輸出的波形:Time(ns)

最后接收器輸出的波形:Time(ns)利用YfedCoupler外調制器時，可以看出輸出信號的周期性基本一致，但其波形存在定的誤差，可能會造成其中一半的信號不能被正常檢測出來，增大了檢測電路的難度。傳輸簡單的比特序列數(shù)字信號時，基本組成如下。被傳輸?shù)谋忍匦盘柡徒涍^YfedCoupler外調制器輸出的波形:其調制效果與DirectionalCoupler的效果一致，有著反相的調制特性。最后接收器輸出的波形：最后得到的結果其信號出現(xiàn)少許的波動，即受到干擾噪聲的影響大。比較一下各個外調制器的光電接收器結果統(tǒng)計數(shù)據MZ外調制器Receivedopticalpower：(通過連接SignalStatistics模塊獲取)Pmed(signal)=8.0108dBmP(ASE)=-INFdBmPhotogeneratednoisepowers:P(shot-signal)=-89.8385dBmP(shot-ASE)=-INFdBmP(signal-ASE)=-INFdBmP(ASE-ASE)=-INFdBmPtotal(noise)=-89.8385dBmIrms(signal)=9.6757dBm(9.28mA)Irms(noise)=-29.9193dBm(0.001019mA)SNR=79.1898dBOutputphotodiodesignal:P(thermal)=-43.7707dBmVrms(signal)=68.1043dBm(6.463e+06mV)Vrms(noise)=-INFdBm(0mV)SNR=+INFdBfc=1.592e+06HzElectro-Absortive外調制器Receivedopticalpower:Pmed(signal)=4.7733dBmP(ASE)=-INFdBmPhotogeneratednoisepowers:P(shot-signal)=-93.0760dBmP(shot-ASE)=-INFdBmP(signal-ASE)=-INFdBmP(ASE-ASE)=-INFdBmPtotal(noise)=-93.0760dBmIrms(signal)=6.4667dBm(4.433mA)Irms(noise)=-31.5380dBm(0.0007018mA)SNR=76.0094dBOutputphotodiodesignal:P(thermal)=-43.7707dBmVrms(signal)=64.7757dBm(3.003e+06mV)Vrms(noise)=-INFdBm(0mV)SNR=+INFdBfc=1.592e+06HzDirectionalCoupler夕卜調制器Receivedopticalpower:Pmed(signal)=5.0742dBmP(ASE)=-INFdBmPhotogeneratednoisepowers:P(shot-signal)=-92.7752dBmP(shot-ASE)=-INFdBmP(signal-ASE)=-INFdBmP(ASE-ASE)=-INFdBmPtotal(noise)=-92.7752dBmIrms(signal)=6.9615dBm(4.968mA)Irms(noise)=-31.3876dBm(0.0007265mA)SNR=76.6982dBOutputphotodiodesignal:P(thermal)=-43.7707dBmVrms(signal)=65.0752dBm(3.218e+06mV)Vrms(noise)=-INFdBm(0mV)SNR=+INFdBfc=1.592e+06HzYfedCoupler外調制器Receivedopticalpower:Pmed(signal)=6.8042dBmP(ASE)=-INFdBmPhotogeneratednoisepowers:P(shot-signal)=-91.0452dBmP(shot-ASE)=-INFdBmP(signal-ASE)=-INFdBmP(ASE-ASE)=-INFdBmPtotal(noise)=-91.0452dBmIrms(signal)=7.0427dBm(5.061mA)Irms(noise)=-30.5226dBm(0.0008866mA)SNR=75.1306dBOutputphotodiodesignal:P(thermal)=-43.7707dBmVrms(signal)=66.8048dBm(4.792e+06mV)Vrms(noise)=-INFdBm(0mV)SNR=+INFdBfc=1.592e+06