光纤通信

基于Optisystem的光纤通信仿真
选择一个你认为合适的方案
供选方案：NRZ、RZ调制格式，直接调制或者外调制，APD管或者PIN管，low pass rectangular filter或者low pass gauss filter。

请选择你认为实际中可实现的通信性能最好的一组方案。

并给出相应的理由。

答：选择NRZ调制格式，直接调制，APD管，low pass gauss filter。

选择这个方案的理由是：为了使得整个系统得到最好的信噪比，并且保证系统误码率在可接受的范围内。

具体理由分析如下：选择NRZ调制格式，因为经NRZ调制的光信号具有紧凑的频谱特性，调制和调解结构简单，在10G和一部分40G系统中得到广泛应用，一直被作为中短距离光纤通信系统中的主要调制格式，通过色散管理和终端可调色散补偿技术，NRZ调制格式在终端传输距离普通光纤获得良好的光传输性能。

选择直接调制，因为直接强度调制是用信号直接调制激光器的驱动电流，使其输出功率随信号变化.这种方式设备相对简单，研究较早，现已成熟并商品化.外调制则常用于要求较高的通信系统。

选择APD管，因为由书上的P264页的图8.3可知，PIN管接收灵敏度适用于低数据速率光纤通信，当系统通信数据速率为10G时，PIN灵敏度管不适于应用，我们优选ADP管。

选择low pass gauss filter（低通高斯响应滤波器），因为low pass rectangular filter（低通矩形响应滤波器）是理想的低通滤波器的模型，在幅频特性曲线上呈现矩形。

在现实中，如此理想的特性是无法实现的，所有的设计只不过是力图逼近矩形滤波器的特性而已。

而low pass gauss filter（低通高斯响应滤波器）采用时域法测量有效带宽，具有直观、简便的优点，而采用时域法能够显著缩短有效带宽测量时间。

实验过程：
本次实验中，由NRZ调制格式、直接调制、APD管和low pass gauss filter构成的光纤通信系统。

1）.根据实验要求，连接实验电路。

同时为了实时地观察系统的运行状态，必须在系统外围增加监测及显示装置，将系统运行结果显示出来，便于观察和分析。

因此，在系统中加入了Eye Diagram Analyzer、BER Analyzer、Optical Time Domain Visualizer、Optical Power Meter、Optical Spectrum Analyzer、Oscilloscope Visualizer。

通过这些监测及显示器件，可以较为直观地观察到入纤光功率、调制前后的光信号频谱与时域波形、解调后的信号波形、信号眼图及误码率等系统的运行状态和运行结果。

整个光纤通信系统的架构如下图1示：
2）设置相关参数。

整体参数：User Defined Bit Sequence Generator “1001011010010110”，系统1G，入纤功率10dBm。

APD管与PIN管的响应度设定为1A/W。

整体参数设置：系统传输速率1G. ，如下图2所示：
发送序列设置：1001011010010110 ，如下图3所示：
入纤功率设置：10dBm，如下图4所示：
APD管的响应度设置：1A/W，如下图5所示：
长度设置：80km，光纤损耗系数0.25dB/km，如图所示：
3）运行仿真结果
在OptiSystem软件中进行仿真，运行的结果如下：
（1）实际入纤光功率为3.874E-3 W，5.881dBm，如下图7所示：
（2）调制前信号时域波形，如下图8所示：
（3）调制后光信号时域波形，如下图9所示：
（4）调制后光信号频谱，如下图10所示：
(5)信号眼图，如下图11所示：
（6）误码率，如下图12所示：
2.观察入纤光功率，并对比调制前后的光信号频谱与时域波形，以及做相应的分析
答：由图1可知实际入纤光功率；根据图2、3、，通过对比调制前后的光信号时域波形；根据图4知调制后光信号频谱，调制后的光信号具有紧凑的频谱特性。

3.解调后的信号信号波形，信号眼图，及误码率等分析
答：调解后的信号信号波形为像眼图的波形（如图5），眼图分析，如下图：、
眼图的张开宽度决定了接收信号的抽样间隔，在此间隔内抽样能抵挡码间串扰不发生误码；接收波形的最佳抽样时间在眼睛张开的最大处。

由于数据信号的失真，眼睛张开的高度会降低，眼睛张开的顶端与信号电平的最大值之间的垂直距离表示了最大失真，眼睛越小，鉴别信号1和0就越难。

在抽样时间上，眼睛张开的高度表示噪声容限或抗噪声能力。

眼图斜边的斜率决定系统对定时误差的敏感程度，当斜率较小时，定时误差的可能性增加。

在光纤系统中由于接收机噪声和光纤的脉冲畸变，会产生时间抖动。

如果取样时间正好在信号与判断门限值相交的时刻的中点，判断门限值电平失真量T1，定时抖动=T1/Tb×100%，Tb为1bit的时间间隔。

误码率分析：实验误码率分析如图6；定时抖动越大，说明码间干扰所引起的
误码率越大。

上升、下降时间越长，说明色散严重，脉冲展宽明显，也更容易导致出现码间干扰。

4.测量你所选用系统的距离带宽积（BL），并解释滤波器作用
答：距离带宽积（BL）：实验中光通信系统的距离为80Km，带宽为1G，因此距离带宽积=距离*带宽=80Km*1G=80Km.G。

系统接收端的low pass gauss filter（高斯低通滤波器）的作用是：滤除带外噪声，进一步提高信噪比，改善光通信系统的性能。

低通高斯响应滤波器采用时域法测量有效带宽，具有直观、简便的优点，而采用时域法能够显著缩短有效带宽测量时间。

通过使用Optisystem 软件成功地模拟出了光纤通信系统，让我更加了解了光纤系统，让我认识到了自己在专业知识上的不足。

因此，通过这次的仿真，让我学会了许多，在今后的学习之中，我会更加努力。