無(wú)源光通信器件課程設(shè)計(jì)2

《無(wú)源光通信器件》課程期末設(shè)計(jì)題目——不同外調(diào)制器對(duì)光纖通信■_rJ傳輸系統(tǒng)的影響分析姓名 所在學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 2012年1月Lightsim仿真設(shè)計(jì)報(bào)告一、設(shè)計(jì)名稱不同外調(diào)制器對(duì)光纖通信傳輸系統(tǒng)的影響分析二、設(shè)計(jì)目的通過(guò)多種不同外調(diào)制器去調(diào)制cw激光器，分析在各種外調(diào)制器的作用下其對(duì)光纖通信傳輸系統(tǒng)的性能影響。三、設(shè)計(jì)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(diào)制器才能使其適用于信號(hào)傳輸。本Lightsim(又名PC-simfo)軟件中可用的調(diào)制器有MZ馬赫曾德干涉儀調(diào)制器，Electro-AbsortiveOM，DirectionalCouplerOM，YfedCouplerOM等光調(diào)制器。我們利用Lightsim中提供的上述4種調(diào)制器去調(diào)制CW激光器，通過(guò)設(shè)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(hào)和簡(jiǎn)單的比特序列數(shù)字信號(hào)，對(duì)其的傳輸性能結(jié)果進(jìn)行分析，從而對(duì)分析在各種調(diào)制器下對(duì)光纖通信傳輸系統(tǒng)的性能影響，從理論上對(duì)這幾種外調(diào)制器的性能及適用范圍條件作簡(jiǎn)要分析。四、軟件設(shè)計(jì)內(nèi)容及分析1. Lightsim仿真系統(tǒng)的各模塊構(gòu)成基本組成如下所示傳輸?shù)戎芷诘母哳l脈沖序列信號(hào)時(shí)分別有脈沖方波、幅度調(diào)制器、CWLaser、單模線性光纖、EDFA放大器、光電接收管。設(shè)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(diào)制器為帶載波信號(hào)，幅度1V，頻率為60MHz,光纖衰減率為0.55dB/km，長(zhǎng)度為15km，對(duì)應(yīng)傳輸波長(zhǎng)為1550nm，零色散波長(zhǎng)為1310nm，延時(shí)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(duì)應(yīng)增益波長(zhǎng)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(yùn)行時(shí)間設(shè)定為2.5e-07s，同時(shí)選擇重載隨機(jī)數(shù)生成器和總是計(jì)算所有模塊選項(xiàng)以及在信號(hào)中添加噪聲。傳輸簡(jiǎn)單的比特序列數(shù)字信號(hào)時(shí)，分別有比特序列信號(hào)源、方波脈沖、、CWLaser、單模線性光纖、光電接收管。比特序列信號(hào)源的設(shè)定如下:脈沖波形生成器的設(shè)定如下:Bitrate,BT：bit/sPulseamplitude,A：|0.028-Output-<*Voltage脈沖波形生成器的設(shè)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?hào)序列簡(jiǎn)單，故時(shí)間上設(shè)為2.5e-09s由于傳輸?shù)男盘?hào)序列簡(jiǎn)單，故時(shí)間上設(shè)為2.5e-09s，以降低復(fù)雜性。2.利用MZ外調(diào)制器接下來(lái)分別對(duì)各模塊運(yùn)行后得到的波形進(jìn)行分析，傳輸?shù)戎芷诘母哳l脈沖序列信號(hào)時(shí)，在上面設(shè)定的參數(shù)情況中得到的各運(yùn)行結(jié)果圖如下。幅度調(diào)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(jīng)過(guò)MZ外調(diào)制器后的得到的波形和經(jīng)過(guò)光纖傳輸后的波形:0.040758-0.030569-0.020379-0.01019-87581e-35(5)」①M(fèi)odK-ldo0.004171-0.0031283-0.0020855-0.0010428-0.040758-0.030569-0.020379-0.01019-87581e-35(5)」①M(fèi)odK-ldo0.004171-0.0031283-0.0020855-0.0010428-7.9096e-13經(jīng)過(guò)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(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，利用MZ干涉儀調(diào)制器的輸出波形存在較大的失真，使得最后信號(hào)在接收器的波形基本上無(wú)法看出原始信號(hào)的狀態(tài)，所以這種情況下的通信性能效果非常差。傳輸簡(jiǎn)單的比特序列數(shù)字信號(hào)時(shí)，被傳輸?shù)谋忍匦盘?hào)和經(jīng)過(guò)MZ外調(diào)制器后的得到的波形：形：可見(jiàn)MZ外調(diào)制器并不能有效地按照調(diào)制信號(hào)對(duì)傳輸?shù)墓庑盘?hào)進(jìn)行整形，在此時(shí)基本不能再還原到原始的信號(hào)。經(jīng)過(guò)光纖傳輸后的波形：由于經(jīng)光纖傳輸后的波形一般與光調(diào)制器的輸出波形有著高度的相似性，故在以后不再列出經(jīng)光纖傳輸后的波形。最后接收器輸出的波形：此時(shí)接收器接收到信號(hào)很差。利用Electro-Absortive外調(diào)制器接下來(lái)利用Electro-AbsortiveOM替換接下來(lái)利用Electro-AbsortiveOM替換MZ干涉儀調(diào)制器，此時(shí)的系統(tǒng)模塊構(gòu)成圖如下，在保持原來(lái)各個(gè)參數(shù)不變的情況下，再次運(yùn)行仿真系統(tǒng)，進(jìn)而可以得到各個(gè)波形的示意圖如下，由于模塊間的波形具有一定的重復(fù)性，故只給出AM調(diào)制信號(hào)波形，調(diào)制器輸出波形和光電接收管接收生成波形，以方便我們進(jìn)行分析比較。幅度調(diào)制器輸出的波形和經(jīng)過(guò)Electro-Absortive外調(diào)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(diào)制器時(shí)，其調(diào)制結(jié)果輸出極好，與原始信號(hào)波形達(dá)到非常高的一致性，只是受到了少許調(diào)制信號(hào)中的噪聲干擾，且其受信號(hào)干擾的程度與調(diào)制信號(hào)有著相同的趨勢(shì)，可見(jiàn)其適用于模擬信號(hào)的調(diào)制。在光電接收管方面，開(kāi)始時(shí)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(hào)已達(dá)到穩(wěn)定的接收。傳輸簡(jiǎn)單的比特序列數(shù)字信號(hào)時(shí)，基本組成如下。被傳輸?shù)谋忍匦盘?hào)和經(jīng)過(guò)Electro-Absortive外調(diào)制器輸出的波形:經(jīng)過(guò)Electro-Absortive外調(diào)制器輸出的信號(hào)與原調(diào)制信號(hào)高度相符。最后接收器輸出的波形：可見(jiàn)，此時(shí)Electro-Absortive外調(diào)制器的調(diào)制效果很好。利用DirectionalCoupler外調(diào)制器接下來(lái)利用DirectionalCouplerOM替換Electro-AbsortiveOM制器，此時(shí)的系統(tǒng)模塊構(gòu)成圖如下，在保持原來(lái)各個(gè)參數(shù)不變的情況下，再次運(yùn)行仿真系統(tǒng)，進(jìn)而可以得到各個(gè)波形的示意圖如下，由于模塊間的波形具有一定的重復(fù)性，故只給出AM調(diào)制信號(hào)波形，調(diào)制器輸出波形和光電接收管接收生成波形，以方便我們進(jìn)行分析比較。幅度調(diào)制器輸出的波形和經(jīng)過(guò)DirectionalCoupler外調(diào)制器輸出的波形:最后接收器輸出的波形:

利用DirectionalCoupler外調(diào)制器時(shí)，波形的形狀與原始信號(hào)基本一致，可以發(fā)現(xiàn)調(diào)制輸出信號(hào)的頻率比原始調(diào)制信號(hào)的頻率要高，且應(yīng)該為原始信號(hào)頻率的兩倍，這樣在光電接收管方面都能夠檢測(cè)到兩倍頻率的信號(hào)，這樣的信號(hào)通過(guò)利用合理的電路處理技術(shù)可以得到更好的效果。傳輸簡(jiǎn)單的比特序列數(shù)字信號(hào)時(shí)，組成如下。被傳輸?shù)谋忍匦盘?hào)和經(jīng)過(guò)DirectionalCoupler外調(diào)制器輸出的波形:經(jīng)過(guò)DirectionalCoupler外調(diào)制器的信號(hào)與原被傳輸信號(hào)剛好反相。最后接收器輸出的波形：最后得到的結(jié)果都有著反相的效果，需要外加一反相器再得到原來(lái)的信號(hào)，但其調(diào)制效果還是非常好。

利用YfedCoupler外調(diào)制器接下來(lái)利用YfedCoupler0]^替換DirectionalCouplerOM調(diào)制器，此時(shí)的系統(tǒng)模塊在保持原來(lái)各個(gè)參數(shù)不變的情況下，再次運(yùn)行仿真系統(tǒng)，進(jìn)而可以得到各個(gè)波形的示意構(gòu)成圖如下，在保持原來(lái)各個(gè)參數(shù)不變的情況下，再次運(yùn)行仿真系統(tǒng)，進(jìn)而可以得到各個(gè)波形的示意構(gòu)成圖如下，圖如下，由于模塊間的波形具有一定的重復(fù)性，故只給出AM調(diào)制信號(hào)波形，調(diào)制器輸出波形和光電接收管接收生成波形，以方便我們進(jìn)行分析比較。幅度調(diào)制器輸出的波形和經(jīng)過(guò)YfedCoupler外調(diào)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(diào)制器時(shí)，可以看出輸出信號(hào)的周期性基本一致，但其波形存在定的誤差，可能會(huì)造成其中一半的信號(hào)不能被正常檢測(cè)出來(lái)，增大了檢測(cè)電路的難度。傳輸簡(jiǎn)單的比特序列數(shù)字信號(hào)時(shí)，基本組成如下。被傳輸?shù)谋忍匦盘?hào)和經(jīng)過(guò)YfedCoupler外調(diào)制器輸出的波形:其調(diào)制效果與DirectionalCoupler的效果一致，有著反相的調(diào)制特性。最后接收器輸出的波形：最后得到的結(jié)果其信號(hào)出現(xiàn)少許的波動(dòng)，即受到干擾噪聲的影響大。比較一下各個(gè)外調(diào)制器的光電接收器結(jié)果統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)MZ外調(diào)制器Receivedopticalpower：(通過(guò)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(diào)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(diào)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(diào)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