OPTISYSTEM在“光纤通信”新技术实验教学中的应用

1、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 OPTIS YSTE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OPTIS YSTE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、OPTISYSTE仿真软件简介OPTISYSTE是OPTIWAV公司开发的一套光通信系统模拟软件。在OPTISYSTE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

2、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OFDMT以分为直接检测光OFDM和相干检测光OFDM两种 相干检测光OFD晞合了相干光检测和 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-OFDI系统框图如图1 所示。相干检测光正交频分复用系统

3、可分为五个功能模块：RF-OFDK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OFDMt号。（2）电光调制模块：如图3所示，将射频电域 OFDMt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

4、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-OFDI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

5、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 QAM1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、 100KM200KM 1000KM的情况。如图8所示，在传输50km或100km 后，没有出现很明显

6、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OPTISYSTE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OPTIS YSTE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OPTISYSTE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