光纤通信系统的仿真设计与系统分析

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毕业设计论文中文摘要
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，可以节约大量的时间和经费，同时在分析中可随时改动参数值，便于理论研究。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。通过对系统的改进以及对各项参数进行调试，得到传输速率为10Gb/s，传输距离为40km，误码率在10-9以下的光纤通信系统仿真模型，得到一组比较优化的系统参数。
关键词 光纤通信，计算机仿真，系统分析，色散，损耗
 
毕业设计论文外文摘要
Title The simulation analysis of the optical fiber    communication system                         
Abstract
The optical fiber communications of system computer simulation is with which this kind of system carried on the plan design and proofed the feasible and been the important method of developing the new system .
It may used to appraisal performance and proof the feasible for the optical fiber transmission system designed before carries on the performance appraisal with the hardware realization.This may save a lot of time and the funds.And simultaneously may modify the parameter value as necessary in the analysis,that is advantageous for the fundamental research. Based on the optical fiber communications of system analysis foundationin, uses Optisystem simulation software, has established the highspeed large capacity optical fiber system simulation model, obtained the relations of between the high speed optical fiber communications of system performance and the laser modulation frequency and the bias electric current, obtained the optical fiber loss and the chromatic dispersion and all that parameters simulation results. And to design simulation and analyze the optical fiber communications of system which the speed of transmition is the 10Gb/s .
Through carries on improvement of the system and the debugging of
each parameter, obtains the optical fiber communications of system simulation model which the transmission speed is 10Gb/s, thetransmitting range is 40km, the error rate in 10-9 below, as well as a group compares the system parameter which optimizes.
Keywords   Optical fiber communication,Computer simulation,System analysis,Dispersion,Loss

光纤通信是以光波为载波，以光导纤维为传输媒质的一种通信方式。由于光纤媒质所具有的传输带宽大、传输损耗低，抗干扰能力强等特点，使光纤通信技术始终在通信基础网络建设中占据着主导地位。在“信息高速公路”的概念被提出以后，光纤通信技术在加大容量和延长通信距离方面取得了突飞猛进的发展。
1.1  光纤通信系统仿真研究的目的及意义
光纤通信系统[1]是一门多学科专业交叉渗透的综合技术。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，都会遇到冗长繁杂的计算。此外，为了验证其性能是否符合要求，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，既能提高设计的成功率，大大缩短新产品研制周期和节省投资费用，且极大地促进光纤通信的基础理论研究。
仿真分为电路仿真和系统级仿真。电路级仿真就是由电阻、电容、电感等组成等效的电路模型来模拟器件的外特性。系统级仿真是利用传输函数或数字公式来模拟器件的外特性的模拟。国外已有一些光纤通信系统仿真软件，用于电路分析时，其侧重点不同，例如Boss是一种界面友好的光链路仿真软件，它包括光纤器件模型，但只适用于单一波长系统。SCOPE（Super Compact Optoelectronic Simulation）是一种把系统的光电器件和光器件用两端口网络模型来模拟的非线性微波仿真软件，其主要用途是对在微波频率的IM/DD光通信系统进行仿真。DEX SOLUS（Simulation of Light Using Spice）是基于Spice电路仿真软件的专用于光通信领域的信号分析软件，它采用等效电路模型来模拟光电器件，这些模型的光功率在仿真中用电压来表征。还有其它电路级的仿真软件如iSMILE和MISIM等。IBM的OLAP（Optical Link Analysis Program）是一个把SYSTID和低级的光器件仿真软件综合起来应用的软件。还有一些新的仿真软件如iFROST（illinois FibeR-optic and Optoelectronic Systems Toolkit）等，用户可调用其他仿真软件来提供混合级的仿真环境。
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。

本文对光纤通信系统进行了仿真研究，描述了光纤通信系统的发展现状，发展趋势以及意义；光纤通信系统的光发射机，光纤线路，光放大器和光接收机；以及光纤通信系统仿真软件Optisystem的优点和各器件的功能运用。
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：
1）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。
2）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。
3）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。
4）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。
然后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。
OptiSystem光纤系统仿真软件很适合对光纤通信系统进行仿真，并且可以很好地实现对其系统参数的测试。在该系统发展迅速的当前，对其进行仿真是减少经费开支和试验时间最好的途径。此外，利用此仿真软件，还可以非常灵活地设计满足需要的仿真系统，并且可以非常方便地对光纤通信系统的仿真模型的各个参数进行修改，可节约大量时间和经费，便于理论研究。
本次设计到此暂时结束，但是设计中仍存在着很多瑕疵和不足，由于时间仓促以及作者能力有限，没能做到尽







目       录
1  绪论………………………………………………………………………………1
1.1  光纤通信系统仿真研究的目的及意义 ………………………………………1
1.2  设计要求及预期结果 …………………………………………………………2
2  光纤通信系统 ……………………………………………………………………2
2.1  光发射系统 ……………………………………………………………………3
2.2  光接收系统 ……………………………………………………………………4
2.3  光纤信道 ………………………………………………………………………6
2.4  光放大器 ………………………………………………………………………7
3   光纤通信系统仿真软件 ………………………………………………………8
4   高速光纤传输系统性能仿真分析 ……………………………………………9
(毕业设计)
4.1  光源与系统性能关系的仿真分析 ……………………………………………11
4.2  光纤信道与系统性能关系的仿真分析 ………………………………………12
4.3  光电检测器与系统性能关系的仿真分析 ……………………………………20
4.4  波分复用系统仿真分析 ………………………………………………………22
5  传输速率为10Gb/s光纤通信系统仿真分析……………………………………24
5.1  光纤通信系统模型的建立 ……………………………………………………24
5.2  仿真结果分析 …………………………………………………………………25
5.3  光纤通信系统模型模型的改进及系统性能分析 ……………………………26
结论……………………………………………………………………………………32
致谢……………………………………………………………………………………34
参考文献………………………………………………………………………………35

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