无源光通信器件课程设计(4)

2019-03-10 19:57

影响光纤通信传输系统的因素分析

当信号为RZ信号时,光接收器(Photodiode)中Signal Statistics 探测结果与上面一致,未能从中分析得NRZ和RZ信号作为调制信号时的差异。但就接收的波形来说,传输NRZ码时的载波频率相当于比RZ码时的两倍,可以认为传输NRZ码时的效果更好。 (2) 分别采用调制信号为Analog模拟、pre pulse前置脉冲,建立仿真系统如下图所示

当为Analog模拟信号时,原信号波形和调制后(Electro-Absortive OM)的激光信号波形:

光接收器(Photodiode)接收并输出的波形信号:

利用该系统传输模拟信号基本符合要求,但仍可看出调制后的激光信号略微有少许失真。

当为pre pulse前置脉冲信号时,原信号波形:

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影响光纤通信传输系统的因素分析

(传输比特序列为10110)

调制后(Electro-Absortive OM)的激光信号波形和光接收器(Photodiode)接收并输出的波形信号:

激光调制输出信号与调制信号基本符合,但Photodiode显然不能有效地还原该信号,只能对其电压升降沿进行检测,并不能对实际的波形信号进行还原。

4.分别采用不同类型的光纤,建立仿真系统如下图所示

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影响光纤通信传输系统的因素分析

采用模拟信号(Analog Source)直接调制Electro-Absortive OM,Analog Source的参数设定如下:

Analog Source的波形为:

光纤的参数统一设定为传输波长1550nm、衰减率=0.5dB/km、长度=10km,在单模光纤和多模光纤的情况下,经光纤传输后和接收管接收到的波形分别为:

可以看出,单模光纤传输高频信号虽然有少许失真,但还能保持其周期完整性。而多模光纤由于其模间色散较大,这就限制了传输数字信号的频率,对于较高频率信号,其传输性能受到较大的影响。

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影响光纤通信传输系统的因素分析

5.通过改变光放大器相对于光纤的位置

在设定为相同的参数(单模光纤衰减率=0.6dB/km、长度=10km、光放大器增益为32dB)下,分别置换光纤与光放大器的位置,得到探测功率情况如下图所示:

可见这两种不同的情况下,光放大器设置在光纤后得到的功率损耗比前置时减少8.0671dBm-5.1133dBm=2.9538dBm , 对于整个系统的性能提升明显。

五、设计总结

本设计通过利用Lightsim软件对简单的光纤通信传输系统进行仿真,通过利用控制变量法的原理,在保持整体传输系统模块及其参数不变的情况下,对各个独立因素进行分析。

在对CW Laser的四种不同外调制方式,可以分析得出利用可以看出Mach-Zender OM的效果最差,不能用于振幅键控(ASK)的传输。Directional Coupler OM调制器虽然可用

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影响光纤通信传输系统的因素分析

但经传输后的效果不太好,Directional Coupler OM和Y fed Coupler OM都有着反相调制的特性。Electro-Absortive OM和Y fed Coupler OM的调制性都比较好,Y fed Coupler OM的抗干扰性较好。

在三种激光器的特性比较中,发现Multimode FP Laser并不适合用于光纤通信系统传输,采用CW Laser时,利用Electro-Absortive OM和Y fed Coupler OM基本能较好的调制输出,而采用DFB Laser调制时,其利用本身内调制的特点,可减少元器件,其传输性能良好,但其单色性要比CW Laser要差些。

在分析调制信号源的影响时,Digital Source的RZ和NRZ码都能较好的实现传输,但其之间的不同未能反映出来,Analog Source也能基本实现传输,但pre pulse的传输就存在一定检测困难。在不同光纤的分析上,多模光纤传输性能受到的影响,而单模光纤就具有较好的性能。光放大器设置在光纤后得到的功率损耗比前置时要少。

由于软件本身的局限性和本人的基础知识不够扎实,未能总结得到更详细的传输性能分析报告,为本文不足的地方。本软件得出的结果仅为理想情况下,存在一定的随机噪声所得到的结果,但实际应用过程中,光纤信号传输系统的复杂程度要大得多,所以还需我们不断在实践的过程中总结经验,结合利用软件仿真来帮助我们更好地了解分析问题。

六、心得体会

1. 进行分析前,一定要清楚明白当前改变的参数的可比较性,进行比较分析时尽量将需要

改变的参数控制为一个,以便于分析。同时要以平静的心态去理清分析的思路,做到心里有数。

2. 使用Lightsim软件过程中,一定要及时保存当前状态,以免在错误操作后使得软件强

制关闭后从而使当前数据丢失。由于通常在点击仿真Start开始后易出现错误,最好每次进行仿真前都保存一次。

3. 在保存之前,已调出的器件一定要连接好,避免出现再次打开时出现读取失败。 摆放

元件或进行仿真Start前要处于UN-Link状态,以免连接符出现乱序。

4. 对各个器件,在仿真运行后,可通过右击该器件,就可查看其在仿真过程中的各种波形

输出及其它数据,因此可减少在界面上摆放的探测模块。

5. 软件本身还是存在一定的缺陷,仿真是要勾选重载随机数生成器和总是计算所有模块选

项以及在信号中添加噪声,以趋于实际并改变了参数,但结果还是不变。

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