外調(diào)制光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(精)

1、課程設(shè)計題目:外調(diào)制光纖通信系統(tǒng)設(shè)計學(xué)院:信息科學(xué)與工程學(xué)院年級專業(yè):09級光電子1班學(xué)號:xxxxxxxx學(xué)生姓名:xxxxx指導(dǎo)教師:xxx一、設(shè)計要求設(shè)計10Gpb速率的外調(diào)制光纖鏈路保證鏈路能正常通信，誤碼率BER小于10-12,對應(yīng)的品質(zhì)因數(shù)Q大于7二、設(shè)計技術(shù)參數(shù)1DFB-LD(SLM,光源中心波長入0=1552.5nm(193.1Th端線寬度A入=0.1nm(12.5GHz2光纖傳輸距離120km3光發(fā)射機發(fā)射光功率范圍：10dBm13dBm，可取10dBm4APD光接收機靈敏度范圍:-25dBm-9dBm，可取-18dBm5G.652標(biāo)準(zhǔn)單模光纖，光纖的衰減系數(shù)a=0.2dB/

2、km色散系數(shù)D=17ps/nm/km6色散補償光纖衰減系數(shù)a=0.5dB/km色散系數(shù)D=-100ps/(nm.km7線路編碼為NRZ8連接器損耗a=1dBt二、設(shè)計要點鏈路采用外調(diào)制的模式，系統(tǒng)通過電信號（NRZ碼控制光調(diào)制器產(chǎn)生光信號。產(chǎn)生的光信號通過光纖傳輸至信號接收端，經(jīng)光電探測器轉(zhuǎn)換為電信號，完成鏈路的傳輸。衰減：在實際工作中，光纖有一個衰減系數(shù)，光信號會隨著傳輸而衰減。為了使光信號傳輸?shù)教綔y器時，信號的功率在光電探測器的靈敏度范圍之內(nèi)，鏈路設(shè)計放大模塊將信號放大。色散：不同頻率的光波在光纖中傳播的速度不同，頻率較小的光傳播速度快，頻率較大的光傳播速度慢。由于鏈路采用的光源激光器存在

3、一定的帶寬，因而光信號在傳輸過程中會產(chǎn)生色散，傳輸距離越長，色散現(xiàn)象越嚴(yán)重。針對色散問題，鏈路設(shè)計了色散補償光纖來消除色散。因此，設(shè)計鏈路所需要解決的主要問題是色散和衰減。通過改變色散光纖的長度和放大器的放大方法來消除傳輸中帶來的色散問題和衰減問題。另外，在設(shè)計時,系統(tǒng)的噪聲因素也應(yīng)考慮在內(nèi)。三、鏈路設(shè)計1.1 據(jù)要求設(shè)計鏈路通信鏈路由信號源、線路編碼器、光源、連接器、光纖、必要補償單元、連接器、光接收機組成。設(shè)計時，使用偽隨機碼發(fā)生器充當(dāng)信號源，用連續(xù)波激光器和M-Z調(diào)制器組成外調(diào)制型光源，用1dB衰減器充當(dāng)連接器，使用不同參數(shù)的光纖分別充當(dāng)傳輸光纖和色散補償光纖，使用7dB衰減器充當(dāng)系統(tǒng)衰

4、減富余量,使用眼圖分析儀來觀察鏈路傳輸?shù)难蹐D、分析鏈路的誤碼率和品質(zhì)因數(shù)。設(shè)計鏈路，初始時不添加色散光纖（色散光纖長度為0和增益檢測系統(tǒng)的眼圖和品質(zhì)因數(shù)。如下圖所示：圖1鏈路連接圖和眼圖由眼圖可以看到，此時眼圖無規(guī)則形狀，誤碼率為1,品質(zhì)因數(shù)為00要想使鏈路能正常工作，必須添加色散補償模塊和功率放大模塊。本鏈路采用色散光纖來消除色散，當(dāng)鏈路引入色散光纖時，光信號的傳輸距離會加長，信號衰減會增大，色散光纖就成為了信號衰減的元素之一；采用光放大器增加信號功率，光放大器是獨立的器件，不會影響光的色散。所以，應(yīng)先消除鏈路的色散，再設(shè)計功率的放大。1.2 散補償光在光纖中傳輸會產(chǎn)生色散，傳輸光纖中的色散

5、系數(shù)為17ps/nm/km,為了消除色散，鏈路增加了色散系數(shù)為-100ps/nm/km的色散補償光纖。根據(jù)色散補償公式:DELE+DCLC=0可計算出需要的色散補償光纖長度為20.4km。為了調(diào)試系統(tǒng)的色散補償，可以先將傳輸光纖和色散補償光纖的衰減因數(shù)設(shè)置為0,即不考慮光纖的衰減，再選取不同長度的色散補償光纖進(jìn)行調(diào)試，找出實際中最佳的長度。色散光纖長度與Q值44.24.319.82020.220.420.620.821色散光纖長度/kmQ值圖2色散光纖長度對Q值的影響如圖2所示，為測試得到的色散光纖長度對品質(zhì)因數(shù)的影響。由圖可見，當(dāng)色散光纖長度為20.4km時，Q值最高，此時鏈路的色散達(dá)到最小

6、，并且此時的色散補償光纖長度與計算出的理論值相同，故我們可以將色散補償光纖設(shè)置為20.4km，來消除鏈路的色散。此時系統(tǒng)眼圖如下：圖3色散補償后眼圖將圖3與圖1對比可以發(fā)現(xiàn)，鏈路經(jīng)過色散補償以后，眼圖已經(jīng)出現(xiàn)規(guī)則的形狀。但是眼圖上眼皮”仍是比較雜亂，這主要是由于光在光纖傳輸過程無衰減（前面設(shè)置的而造成噪聲的積累。當(dāng)給光纖加上衰減系數(shù)后，噪聲會得到衰減，我們再適當(dāng)?shù)奶砑釉鲆?，系統(tǒng)會將噪聲的影響減小，眼圖得到改善。3.功率補償色散補償后，恢復(fù)光纖的衰減系數(shù)，運行該工程福到如圖4所示眼圖：圖4光纖加入衰減后眼圖可以看到，由于光在光纖傳輸?shù)乃p，使得光信號功率在接收端低于光接收機的靈敏度導(dǎo)致系統(tǒng)不能正

7、常工作，誤碼率為1,品質(zhì)因數(shù)為0,因此，鏈路需要添加增益模塊來提高信號的功率。光放大有三種：前置放大、功率放大和在線放大前置放大是在光接收機前加一光放大器，來增加信號的功率。這種放大方式往往需要較大增益的放大器功率,并且放大出的信號噪聲較大。功率放大是在光信號發(fā)送端加一光放大器，通過提高鏈路光信號初始功率來進(jìn)行傳輸。這種方式初始功率較大，損耗功率較大，使得整個鏈路擁有較高的損耗。在線放大是在光信號傳輸中途對光信號進(jìn)行中繼。優(yōu)點是光功率在整個鏈路中分布相對比較均勻，缺點是需要的中繼器比較多，引入噪聲也較多。本鏈路的光源光功率為10dBm，無需功率放大，只需一個在線放大器在光纖60km處中繼一次，再用一個前置放大器在信號接收端放大光信號就可以得到比較理想的結(jié)果。將前置放大器和在線放大器的放大系數(shù)同時變化，得到如下圖：口系列1圖5放大器增益與品質(zhì)因數(shù)關(guān)系由圖5可以看出，放大器增益為6-12期間，Q值會隨著放大倍數(shù)的增加而增加。當(dāng)放大器增益為9dB時，取得的Q值為6.64,再微調(diào)前置放大器的放大增益，使得Q值大于7。實驗測得，當(dāng)前置放大器的