基于OptiSystem的高速远距离光纤通信系统研究
时间：2022-09-23 09:30:00
1.问题描述:
设计高速远距离色散补偿光纤通信系统，比较系统在不同结构和参数下的信号传输效果。首先基于OptiSystem传输3000的仿真软件设计km、传输速率为40Gbit/s的光纤通信系统。然后比较不同的光纤长度、不同的光波长、不同的调试方法（直接调制和外部调制）和不同的光探测器（PIN和APD）信号传输效果等。
2、系统设计：
为使整个系统获得最佳的信噪比，并保证系统误码率在可接受范围内。本文选择NRZ外部调制格式，调制速率40Gbit/s。传输链路采用单模光纤，长度设置为300km。采用信号接收端PIN二极管进行光电转换，采用Low pass Bessel filter进行滤波处理，实时观察系统的运行状态BER分析仪分析和评估信号。整个光纤通信系统的架构如下图所示。
图. 光纤通信系统完整
3、参数设置
系统总参数中的比特率Bit rate设置为40Gbit/s。序列发生器Pseudo-Random Bit Sequence Generator伪随机码发生器，Bit rate为40Gbit/s。激光器的波长设置为1550nm，功率设置为0dBm，线宽为0.1MHz。单模光纤设置长度为50km，损耗为0.2dB/km，色散为16ps/nm/km，色散补偿光纤长度为10km，损耗为0.5dB/km，色散为-80ps/nm/km。采用EDFA赔偿损失分别提供10dB和5dB的增益。采用光纤传输链路Loop Control控制循环次数。探测部分PIN管道的响应度设置为1A/W。
4、结果分析
在光纤传输链路中Loop Control设置为3，即信号通过3000km光纤传输后，信号接收端接收，信号眼图显示在眼图分析仪中，误码率为7.54e-58，Q值为15.96表明该系统具有良好的传输特性。
为研究系统信号传输在不同传输距离下的误码率，设置Loop Control为0~10，即信号经过0~600km光纤传输得到图中显示的误码率变化图。小于60km在光纤中传输后，光信号的误码率接近0。随着光纤传输距离的增加，误码率逐渐上升，为600km传输后，信号误码率为2.27e-15。
激光器的波长为1540~1560nm，在传输300km之后，我得到了图中显示的误码率变化图。km传输距离后，1550nm波长激光信号误码率最低。随着波长的增加或减少，误码率逐渐上升。说明1550nm波长激光信号具有最佳的传输能力。
然后比较外部调制和直接调制。设置40Gbit/s同样传输3000的传输速率km距离后，外调眼图如下图所示，误码率为7.54e-58。
直接调制的眼图如下图所示，误码率为1.04e-45.通过比较两种调制方法，外调制比直接调制具有更好的信号传输性能。
进行PIN和APD对比检测APD设置如下图所示，响应度设置为1A/W，增益为3dB。
设定40Gbit/s同样传输3000的传输速率km距离后，得到了PIN探测器系统中的眼图如下图所示，误码率为7.54e-58。
APD探测器系统中的眼图如下图，误码率为8.05e-46.表示在系统中PIN探测器比APD探测器具有更好的探测性能。
5.总结展望:
本案设计了高速远距离色散补偿光纤通信系统km、传输速率为40Gbit/s的光纤通信系统仿真。对比了不同结构与参量下系统的信号传输效果。该案例具有灵活的可拓展性，可以根据客户需求进行功能的丰富与系统结构的优化。
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