基于Optisystem環(huán)回型光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真

1、    基于optisystem環(huán)回型光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真    李桂枝董艷春王恩亮史道玲【摘 要】本文通過optisystem軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的光纖通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真，驗(yàn)證系統(tǒng)可行性，并得出本系統(tǒng)最遠(yuǎn)傳輸距離為20km。該系統(tǒng)能夠降低光纖通信的成本并且能夠提高接收機(jī)靈敏度，對(duì)未來光纖通信技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。【關(guān)鍵詞】光纖通信;相位調(diào)制;環(huán)回型結(jié)構(gòu)： tn929.11： a： 2095-2457（2019）18-0008-002doi：10.19694/ki.issn2095-2457.2019.18.0040 引言隨著科技信息的發(fā)展，光纖通信技術(shù)的應(yīng)用

2、非常廣泛。為了降低干擾，保證通信質(zhì)量，光纖通信傳輸鏈路通常采用雙纖通信模式，即兩根光纖分別傳輸上、下行信號(hào)。這種通信模式的信道利用率低，傳輸距離越長(zhǎng)成本越高。為了提高光纖遠(yuǎn)距離傳輸?shù)男诺览寐省⒔档统杀?，本文設(shè)計(jì)了基于相位調(diào)制的環(huán)回型光纖通信系統(tǒng)，即單纖雙向傳輸通信系統(tǒng)。1 環(huán)回型光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為了減少本振光源和光纖資源，保障遠(yuǎn)距離通信質(zhì)量，環(huán)回型光纖通信系統(tǒng)采用波分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的雙向?qū)ΨQ傳輸，使用同一根光纖傳輸上行和下行兩路光信號(hào)，并且在信號(hào)接收端不需要額外增加本振光源。系統(tǒng)主要由信號(hào)發(fā)送端、傳輸鏈路、信號(hào)接收端三部分組成。信息發(fā)送端主要是由發(fā)送光源、光調(diào)制器組

3、成，其作用主要是調(diào)制功能，將信息調(diào)制成可供傳輸?shù)墓庑盘?hào)。傳輸鏈路通過環(huán)形器引導(dǎo)單向光改變方向，并且在每個(gè)光端口都可輸出相同參數(shù)的光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)將上行傳輸載波作為下行傳輸載波的功能。信息接收端是由光電探測(cè)器，隔直器組成。環(huán)回型光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示。信息接收端的窄線寬光源發(fā)出的光波通過耦合器1被分為兩路，其中1路作為上行信號(hào)相干接收的本振光，其作用與普通光纖通信系統(tǒng)中用于接收信息的本振光源作用相同，對(duì)此條線路上的光信號(hào)不做任何調(diào)制，將光信號(hào)直接送入到耦合器2中，耦合器1中的另一路光信號(hào)作為上行載波，經(jīng)過環(huán)行器1、通用單模光纖、再經(jīng)過環(huán)行器2進(jìn)入到pm相位調(diào)制器中，調(diào)制所需要發(fā)送的下行信號(hào)，再經(jīng)

4、過環(huán)行器2沿原路返回。到達(dá)環(huán)行器1，經(jīng)環(huán)行器1的3端口接入到耦合器2中，耦合器2將下行載波和本振光耦合，進(jìn)行混頻，此時(shí)信號(hào)的相干解調(diào)完成。然后再經(jīng)過光電探測(cè)器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，連接示波器觀察所解調(diào)的結(jié)果，此時(shí)便可以觀測(cè)到原始下行信號(hào)。該光纖通信系統(tǒng)發(fā)射端的窄線寬激光器發(fā)出的光被分為兩路，一路作為光載波，用于之后承載信息，即上行載波，另一路作為相干接收的本振光，作用等同于普通光纖通信系統(tǒng)的本振光源。這樣在信息接收端就不需要額外再提供一個(gè)本振光源，從而節(jié)約系統(tǒng)成本。1.2 系統(tǒng)各功能模塊環(huán)回型光纖通信系統(tǒng)按照功能分為三個(gè)模塊，即調(diào)制模塊、傳輸模塊、解調(diào)模塊。1.2.1 調(diào)制模塊本

5、文選用頻率穩(wěn)定性較好的激光光源，根據(jù)相干光通信技術(shù)，采用的調(diào)制方式為相位調(diào)制。激光光源發(fā)出連續(xù)光信號(hào)，將載波光信號(hào)送入調(diào)制器，與所需送入的信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，用來得到可在光纖中傳輸?shù)挠杏霉庑盘?hào)，此調(diào)制方法不會(huì)影響到光源參數(shù)。1.2.2 傳輸模塊傳輸鏈路所使用的光纖為單模光纖，根據(jù)本設(shè)計(jì)所要求的雙向傳輸，環(huán)形器是實(shí)現(xiàn)此功能的關(guān)鍵器件。光纖環(huán)形器是一種單向傳輸光信號(hào)的組件，其功能是將光信號(hào)從一個(gè)端口依次引導(dǎo)至下一個(gè)端口，其作用還有可以實(shí)現(xiàn)光信號(hào)在光纖中雙向傳輸?shù)墓δ?。環(huán)形器擁有插入損耗低，對(duì)輸入和反射回的光具有非常強(qiáng)的隔離度等優(yōu)良特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代光纖通信系統(tǒng)中。1.2.3 解調(diào)模塊信號(hào)經(jīng)過下行通路的

6、傳輸，到達(dá)接收端，需要提取所需要的信號(hào)，即進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。為了實(shí)現(xiàn)可靠的遠(yuǎn)距離光纖通信系統(tǒng)，本文采用apd光電探測(cè)器。得到電信號(hào)后，去除其中的直流部分，再根據(jù)需要添加低通或者帶通濾波器，獲取所需要的電信號(hào)即有用信息，完成下行信號(hào)解調(diào)。2 仿真與分析2.1 仿真及參數(shù)系統(tǒng)選用cw laser連續(xù)激光光源，連接四端口耦合器，輸出載波信號(hào)，通過信號(hào)發(fā)生器發(fā)送一個(gè)頻率為108hz，幅度為0.5v的正弦波到相位調(diào)制器作為調(diào)制信號(hào)，同時(shí)連接示波器以觀察輸入信號(hào);傳輸部分選用長(zhǎng)度為20km的通用單模光纖，在發(fā)送端和接收端各放置一個(gè)三端口環(huán)形器，并用optical null堵住環(huán)形器不需要的接口，防止光泄露。解

7、調(diào)部分采用apd光電檢測(cè)器連接dc_block隔直器，通過示波器觀察解調(diào)信號(hào)。系統(tǒng)optisystem仿真中全局變量參數(shù)設(shè)置如表1所示。2.2 仿真結(jié)果分析系統(tǒng)采用常用的高功率可調(diào)諧激光器，線寬值為400khz，波長(zhǎng)設(shè)置分辨率為0.1pm。調(diào)制信號(hào)為頻率為108hz，幅度為0.5v的正弦波，波形圖如圖2所示。通過仿真驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的環(huán)回型光纖通信系統(tǒng)的最大傳輸距離。系統(tǒng)仿真得到傳輸距離為18km、20km、22km的解調(diào)信號(hào)波形分別為如圖3（a）、（b）、（c）所示。將圖3調(diào)制信號(hào)波形與圖3解調(diào)信號(hào)波形進(jìn)行對(duì)比分析，當(dāng)傳輸距離為18km和20km時(shí)，解調(diào)信號(hào)均可較好的還原調(diào)制信號(hào);當(dāng)傳輸距離為22km時(shí)，解調(diào)信號(hào)在波峰和波谷都有較明顯的毛刺，信號(hào)失真。3 結(jié)論本文通過仿真得出當(dāng)系統(tǒng)傳輸距離在20km以內(nèi)，環(huán)回型通信系統(tǒng)信息傳輸質(zhì)量較好。針對(duì)目前雙纖通信模式下光纖通信系統(tǒng)存在的光纖資源緊張、成本較高等問題，環(huán)回型光纖通信系統(tǒng)具有較高的實(shí)用價(jià)值。在后期工作中，可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)一步研究，通過調(diào)整光源和耦合器的參數(shù)，降低噪聲干擾，從而增加傳輸距離。【參考文獻(xiàn)】1熊菲，高鵬，朱曉庚.同波長(zhǎng)單纖雙向傳輸技術(shù)在電力專用光纖通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用探討j.內(nèi)蒙古電力技術(shù)，20