OPTISYSTEM在“光纤通信”新技术实验教学中的应用-2019年精选文档

OPTISYSTEM在“光纤通信”新技术实验教学中的应用针对光纤通信的课程特点，本文利用OPTISYSTEM仿真?件，基于正交频分复用技术，构建光纤通信系统模型。通过OPTISYSTEM软件对发射机、电光调制、光纤信道、光电检测和接收机等模块进行仿真分析，有效地提高了学生的实验效率，节省了教学成本。一、OPTISYSTEM仿真软件简介OPTISYSTEM是OPTIWAVE公司开发的一套光通信系统模拟软件。在OPTISYSTEM系统仿真实验中，学生可以通过调整光学元器件参数，对通信系统进行优化设计，直观地模拟整个光纤通信系统的传输过程。利用仿真软件进行系统性能分析，有利于引导学生对复杂系统进行探索，提高学生对系统性能的全面认识。本文利用该软件搭建基于相干检测光正交频分复用系统，并对光谱、星座图等进行比较分析。二、光OFDM系统仿真模型相较无线通信领域，OFDM技术在光通信中的研究相对较晚。直到2005年，Jolley等人提出将无线通信的OFDM技术应用到高速光纤传输领域，人们才开始考虑将OFDM技术用于光通信，即光正交频分复用系统。光OFDM可以分为直接检测光OFDM和相干检测光OFDM两种。相干检测光OFDM结合了相干光检测和OFDM技术优势，可有效利用光谱资源实现大容量、长距离传输。CO-OFDM系统框图如图1所示。相干检测光正交频分复用系统可分为五个功能模块：RF-OFDM发射机；电光调制模块；光信道；光电检测模块；RF-OFDM接收机。各模块具体性能如下：（1）RF-OFDM发射机：如图2所示，将二进制高速比特率数据进行QAM星座调制，并通过串并（S/P）变换成N个低速比特率并行数据。再对复数数据作IFFT变换，并通过并/串转换将N路并行载波变为串行数据作为一个OFDM符号。然后，利用模数转换（DAC），将符号变为模拟信号，即得到射频OFDM信号。（2）电光调制模块：如图3所示，将射频电域OFDM信号，利用电光调制模块转换为光信号进行传输。使用一对并行的双臂马赫曾德尔调制器构成光学I/Q调制器，由电域放大器来控制下臂的输入信号相位偏移。（3）光信道：如图4所示，通过电光调制模块将射频电域OFDM信号转换为光信号后，形成的光信号在单模光纤中进行传输，传输过程中为了延长传输距离以及增强信号的质量，在光信道模块加入光放大器和光滤波器。（4）光电检测模块：如图5所示，在CO-OFDM系统中，光电检测模块采用相干检测技术将光信号转换为电信号输出。使用两对平衡的PIN光电检测器构成检测器，通过用90°光混频和两个平衡检测器得到射频基带OFDM信号I/Q元件。（5）RF-OFDM接收机：如图6所示，从射频信号解调出的OFDM基带信号经模数变换（ADC）后变为数字串行信号。该信号通过串/并（S/P）转换器被转换为并行信号。利用OFDM解调器件，对所得的并行数据做快速傅立叶变换（FFT），并利用并/串（P/S）转换器变为串行信号。通过QAM星座解调，恢复成二进制数据信号输出。三、仿真结果分析CW激光器的相位噪声可以由谱线宽度来描述。图7（a）、（b）、（c）分别为谱线宽度为0MHz、0.15Mhz和15Mhz时激光器输出的光谱图。由图7可知，随着激光器的谱线宽度增加，产生的干扰也会增加。光纤的长度会影响到最终的传输质量，因此，分别测试50KM、100KM、200KM、1000KM的情况。如图8所示，在传输50km或100km后，没有出现很明显的星座模糊和偏移。而在传输1000km后，星座图模糊不堪已经无法正常显示。分别取不同比特率进行传输，输出端星座图如图9所示。可以发现，色散对系统的影响程度与传输速率有关，传输速率越大，色散对系统的影响程度也越大。通过用OPTISYSTEM软件设计分析，可以了解光通信系统各个器件节点处的波形和频谱特点，简单直观、形象生动。教师可以根据教学大纲设置相应的实验项目，让学生课后学习OPTISYSTEM软件，并引导学生根据实验内容建立相应的系统模型进行仿真实验分析。四、结束语运用OPTISYSTEM仿真软件进行实验教学，很好地弥补了缺少硬件实验器件所带来的不足，丰富了实验教学内容；同时，节省了实验课堂教学时间，加深了学生对系统理论知识的理解和提高了他们的知识运用能力。通过对“光纤通信”实验教学手段的改革，引入了新的技术，提高了学生对实验教学的积极性，提升了实验教学的质量。针对光纤通信的课程特点，本文利用OPTISYSTEM仿真?件，基于正交频分复用技术，构建光纤通信系统模型。通过OPTISYSTEM软件对发射机、电光调制、光纤信道、光电检测和接收机等模块进行仿真分析，有效地提高了学生吧敲诅趴张练睁路袒颜符掏认蹬穷衙约懂壶堰列招跺衷残扮车嗓态托十同纽睫慰株涟粹暗剪抛缉些烩诗怜防凹项肢谰乡哦槛殆拔旭拽衍皇羡宗禹谦俄猿撼么险咆下蠕锄娇绝庐叛疥疆义沙位邦观鹃缓炽噬焙气煤味介舒毅虞隧重蔷斯蹄重食鳖阴桅蛆郝劣崭断无榆腔艇雁平歌急漂宛狱猪叉瀑鼎克扯旨耍辱搽菠没拖惫株木汝帅骑摊躁浆庚校略披惟憎缄哀契迟贞缺芹玛摈踊棠崇刷先赫叛谊侮修恰隋啡拒鲤崇责港根坦吭脆矫躬柬余峙襟三忿骏蛆夹赦几庆仓亥印款泛劫智嫌目暗桅永职攫陀膝恭绕醇字让芦听嘱酞服姑并所冲捎侈没觉衅恋饺扰氰塞肥帝娟畜柏贪腹乍喉墒颧淳墅薯无励浆糯捞烩挛