光纤通信系统的仿真分析(Optisystem仿真附程序)

摘 要
光纤通信系统的计算机仿真, 是对此类系统进行规划设计、可行性论证以及研制新型系统的重要手段,可用于对已设计的光纤传输系统在硬件实现之前进行性能评估和可行性论证, 可节约大量时间和经费; 同时在分析中可随时改动参数值, 便于理论研究。要建立一个方便可靠的光纤通信系统的仿真平台, 有赖于对系统各模块物理特性进行推导和归纳, 建立起系统各模块的数学模型。 建模的基本原则是既要能描述器件的特性, 具有一定的精确度, 同时又要兼顾计算的复杂度, 要有较快的分析速度。同时, 还应能根据研究目的的不同, 调整模型的选取。在对光纤通信系统分析的基础上，利用Optisystem仿真软件，建立了高速大容量光纤系统的仿真模型，得到了高速光纤通信系统特性与激光器的调制频率、偏置电流的关系，光纤的损耗和色散以及其他参数的仿真结果。并对传输速率为10Gb/s的光纤通信系统进行仿真设计和分析。
关键词  光纤  仿真  optisystem   模型  误码率  信道

simulation analysis of Optical fiber communication system                                                            
Abstract
Optical fiber communication systems computer simulation is of such systems planning and design, feasibility study and development of new types of systems important means can be used to have been designed optical transmission systems in hardware prior to the performance evaluation and feasibility study, Can save a lot of time and funding, while in the analysis parameters can be changed at any time, for theoretical research. To establish a convenient and reliable optical fiber communication system simulation platform, the system depends on the physical characteristics of each module is derived and summarized, and establish a system of mathematical models of each module. Modeling the basic principle is not only describes the characteristics of the device, have a certain precision, and also take into account the complexity of calculating, a relatively fast pace of. At the same time, according to research purposes should also be different, adjust the model selected. In the optical fiber communication systems analysis, based on the use Optisystem simulation software, a high-speed large-capacity optical fiber systems simulation model, be a high-speed optical fiber communication system with the characteristics of the laser frequency modulation and bias current relationship, fiber The loss and dispersion, and other parameters of the simulation results. And the transmission rate of 10 Gb / s fiber-optic communication systems design and simulation analysis.
Key Words  optical fiber  simulation  optisystem  Model  BER  Channel

光纤通信技术是一门多学科专业交叉渗透的综合技术。它涉及到通信基础理论(如数字通信技术) , 微波技术(如光纤信道的电磁场分析) 以及电路设计与微电子技术(如A 2S IC 专用集成电路) 等。因此, 无论是系统的规划与设计, 还是新型传输系统与体制的探索与研究, 都要遇到冗长繁杂的计算。此外,为了验证其性能是否合乎要求, 还需反复进行实验研究与测试。如果每次都直接用真实系统进行实验, 不仅耗资昂贵, 费工费时, 有时甚至难于找到问题症结所在, 因此, 解决上述问题的有效方法是采用计算机仿真技术,即通过建立器件、部件乃至系统的模型, 并用模型在计算机上做实验,利用计算机的高速运算处理能力, 完成对光纤通信设备与系统的分析、设计以及性能优化与评估测试。显然, 建立光纤通信系统的计算机仿真平台, 既能提高设计的一次成功率, 大大缩短新产品研制周期和节省投资费用, 还能极大地促进光纤通信的基础理论研究, 并为相关工程技术人员的技术培训提供理想的实验手段。
　光纤通信系统的计算机仿真, 是对此类系统进行规划设计、可行性论证以及研制新型系统的重要手段,可用于对已设计的光纤传输系统在硬件实现之前进行性能评估和可行性论证, 可节约大量时间和经费; 同时在分析中可随时改动参数值, 便于理论研究.要建立一个方便可靠的光纤通信系统的仿真平台, 有赖于对系统各模块物理特性进行推导和归纳, 建立起系统各模块的数学模型. 建模的基本原则是既要能描述器件的特性, 具有一定的精确度, 同时又要兼顾计算的复杂度, 要有较快的分析速度.同时, 还应能根据研究目的的不同, 调整模型的选取.
为此，本文设计了光通信系统的仿真模型，并利用这些模型来研究光通信系统的性能。基于加拿大Optiwave公司的Optisystem是一款创新的光通讯系统模拟软件包，它集设计、测试和优化各种类型宽带光网络物理层的虚拟光连接等功能于一身，从长距离通信系统到LANS和MANS都能使用。为此，设计光通信系统的仿真模型，并利用这些模型来研究光通信系统的性能，可以用OptiSystem这一仿真软件来实现。

光纤通信系统概述
光纤通信系统是以光为载波，利用纯度极高的玻璃拉制成极细的光导纤维作为传输媒介，通过光电变换，用光来传输信息的通信系统。随着国际互联网业务和通信业的飞速发展，信息化给世界生产力和人类社会的发展带来了极大的推动。光纤通信作为信息化的主要技术支柱之一，必将成为21世纪最重要的战略性产业。光纤通信技术和计算机技术是信息化的两大核心支柱，计算机负责把信息数字化，输入网络中去；光纤则是担负着信息传输的重任。当代社会和经济发展中，信息容量日益剧增，为提高信息的传输速度和容量，光纤通信被广泛的应用于信息化的发展，成为继微电子技术之后信息领域中的重要技术。

本文中在对光纤通信系统分析的基础上，利用Optisystem仿真软件，建立了高速大容量光纤系统的仿真模型，验证光纤通信系统的各个器件的某些参数与高速光纤通信系统特性的关系。具体包括光源器件的激光器调制频率和偏置电流与系统特性的关系，光纤的损耗和色散以及光放大器对系统特性的影响，接收机的光电检测器与系统性能的关系，再有对波分复用进行仿真分析。
在本仿真设计中，首先，对光纤通信系统性能与其部分参数关系的验证。得到如下结论：在其他参数相同的情况下，光偏置电流低于阈值电流时，系统的性能降低了。在一般情况下，传输速率较低时，光纤通信系统的性能就越好；但在速率非常低时，系统的误码率并不会降低而会上升，而且系统的有效性会降低。光纤的长度，色散和损耗都对系统性能有一定的影响，光纤信道长度增加会使系统信号变弱。色散和损耗都是光纤的固有特性，在长度一定时，它们的参数是一定的。但系数的大小就决定着信号传输长度和传输质量。在光纤传输信道中加入光放大器，可以使信号能量增加，但也会使信道噪声随之增加。光检测器是光纤通信系统接收端的重要器件，为了提高光电检测器的响应速度和光电转换效率，设计出了PIN光电二极管，为使光电检测器有较大的输出电流，利用半导体的雪崩倍增效应制成了APD雪崩二极管。这两者各有各的优点，应用于不同的领域。对波分复用器进行了仿真。复用器又称合波器，其功能是将多个单通路光信号合成为一路合波信号，然后耦合进同一根光纤传输。解复用器又称分波器，它的作用是在收端将一根光纤传输的合波信号再还原成单路波长光信号，然后分别耦合进不同的光纤信道中。
其次在对光纤通信系统分析的基础上，在Optisystem光仿真软件中对传输速率为10Gb/s，传输距离为40Km的单模光纤通信系统进行仿真，设计了光纤通信系统的仿真模型。通过前部分对系统各器件的部分参数与系统性能影响的验证，对系统的各项参数进行调试，并最终得出高速光纤通信系统特性，以及一组比较优化的系统参数，使误码率达到10-9以下。











目   录
1  绪论………………………………………………………………………………1
1.1  光纤通信系统概述………………………………………………………………2
1.2  系统仿真原理………………………………………………………………………2
2   光纤通信系统及其构成…………………………………………………4
2.1  发射端机 ……………………………………………………………………5
2.2  接收端机 ……………………………………………………………………6
2.3  光纤信道 ………………………………………………………………………7
2.4  光放大器 ………………………………………………………………………8
3   光纤通信系统仿真软件 ………………………………………………………9
4   数字模型建立与性能仿真分析 ……………………………………………11
4.1  发射系统模型的建立…………………………………………………………12
4.2  传输系统模型的建立…………………………………………………………15
4.3  接收系统模型的建立………………………………………………………25
4.4  波分复用系统仿真分析 ………………………………………………………28
5   光纤通信系统仿真实验 …………………………………………………………30
5.1  10Gb/s光纤通信系统模型的建立…………………………………………30
5.2  仿真结果分析 …………………………………………………………………31
(优秀毕业设计 www.2bysj.cn)
结论……………………………………………………………………………………38
致谢……………………………………………………………………………………40
参考文献………………………………………………………………………………41

21000字
参 考 文 献
1  李玉权,崔敏.光纤通信系统.第三版.北京:电子工业出版社,2002
2  胡章芳,席兵.光纤通信系统的计算机仿真.电脑开发与应用, 2005(9):11~12
3  张明德,孙小菡.光纤通信原理与系统.福建:东南大学出版社,2003
4  王金梅.光纤通信系统仿真.光线与电缆及其应用技术, 2001(2):26~28
5  邓大鹏.光纤通信原理. 北京:人民邮电出版社,2003
6  杨林.光纤通信系统.湖南:湖南大学出版社:2002
7  李玲,黄永清.光纤通信基础.北京:国防工业出版社:1999
    8  朱林,王国忠,夏历,谢世钟. 光纤通信系统的计算机仿真.光电子激光,2001(12): 1276~1279
10  袁国良. 光纤通信原理. 北京：清华大学出版社，2005
11  刘增基，周洋溢，胡辽林，周绮丽等. 光纤通信. 西安：西安电子科技大学出版社，2004
12  张宝富，刘忠英，万谦.现代光纤通信与网络教程. 北京：人民邮电出版社，2002
12  朱林，王国忠，夏历，谢世钟. 光纤通信系统的计算机仿真.光电子激光，
13  张明德，孙小菡. 光纤通信原理与系统(第三版). 南京：东南大学出版社，2003
14  T YU,W M Reimer,V S Grigoryan A M ean field approach for simulating wavelength- division multiplexed systems[J].IEEE photon Technol L ett,2002,12(4).443-445