VPI上机实验指导书-学生.pdf(共74页)

1、VPI 光纤通信仿真实验指导书2014 4 20目 录实验一 光传输系统的组成2实验二 LD 的光谱与噪声特性10实验三 LD 调制特性12实验四 MZM 工作原理14实验五 ASK 信号调制16实验六 PSK 信号18实验七 光纤的损耗与色散20实验八 光纤的非线性效应23实验九 光纤中的受激散射25实验十 光接收机28实验十一 误码率与接收机灵敏度31实验十二 相干光接收机33实验十三 信号的损伤与补偿算法38实验十四 无源光网络的组成41实验十五 掺铒光纤放大器43实验十六 前向纠错码451实验一 光传输系统的组成1. 实验目的l 熟悉 VPI TransmissionMaker 仿真软

2、件的基本操作l 了解光纤通信系统的组成，各个部分的作用和基本特性。2. 仿真模块与系统仿真模块包括 Tx_OOK （内部包含 LaserCW、ModulatorDiffMz_DSM、PRBS 、CoderDriver_OOK）、Signal Analyzer、FiberNLS 和 Rx_OOK 等模块，仿真系统如图所示：图一、光发射机的组成（包含光信号分析仪）图二、光通信系统的组成（包含了信号分析仪）3. 实验内容与步骤3.1 搭建上述系统搭建光发射机的具体步骤如下：l 从 Resources 资 源 列 表 库 中 选 择 TC Modules Optical2SourceLaserCW.v

3、tms，将 LaserCW.vtms 拖拉到工作区主界面中。l 选择 TC Modules Optical Modulators ModulatorDiffMz_DSM.vtms，将 ModulatorDiffMz_DSM.vtms 拖到工作区主界面下。注意：一般情况下，VPI软件默认设置下，器件的端口之间的连接不会自动连接，需要手动对应的连 接起来。当然可以设置为自动连接：选择工具栏中的 Macros 下拉列表下的Link Components。l 选 择 TC Modules Information & Coding ， 将 PRBS.vtms 和 CoderDriver_OOK.vtms

4、 依次拖到工作区主界面下。l 连接各器件，并保存文件。 搭建光传输系统的具体步骤如下：l 从Resources 资源列表库中选择TC Modules TransmittersTx_OOK.vtmg， 将 Tx_OOK.vtmg 拖拉到工作区主界面中。点击右键菜单look inside 可以看 到其内部组成与图 1 相同。（注：有若干后缀名为 vtms 的元器件组成的子系统可以保存为后缀名为 vtmg 的子系统模块，以供直接使用。）l 从 Resources 资源列表库中选择 TC Modules FibersFiberNLS.vtms，将 FiberNLS.vtms 拖拉到工作区主界面中。l

5、从 Resources 资源列表库中选择 TC Modules ReceiversRx_OOK.vtmg，将 Rx_OOK.vtmg 拖拉到工作区主界面中。l 连接各器件，并保存文件3.2 查看和编辑全局变量的参数全局变量的参数设置是对所有的 VPI 仿真都相同，当你建立一个新的设计工程时，你必须定义全局仿真参数，这些全局参数对仿真是至关重要的，它们不仅在仿真中对与之相关的每个器件都有影响，而且它们在系统的设计阶段就能决定系统的工作速率、精度、内存需要量。双击工作区的空白区域，将出现全局参数设置对话框如下图所示：设置参数如下：1）比特率（BitRateDefault）: 10G，即 10e9

6、2）时间窗口（TimeWindow）: 1024/10e9，其中 BitRateDefault=10e9 3）采样速率（SampleRateDeafult）：16*10e93注意：这三个参数之间的关系为： 时间窗口=数据长度/比特速率 采样速率=每比特的采样点数*比特速率 采样速率=总采样数据点数/时间窗口 总采样数据点数=数据长度*每比特的采样点数另外，VPI 仿真软件中，所有的器件都共同享用时间窗口这一全局参数，也即是所有的器件都在同一时间窗口下工作，但是每个器件能工作在不同的采样速率下。更多全局变量参数的设置请查阅：FileHelpSimulation GuideChapter 4 Se

7、ttingSimulation Parameters图三、全局变量设置窗口3.3 查看和调整模块和信号分析仪参数在工作区界面下，双击器件和模块的图标，将弹出连续其的属性对话框。属性对话框中参数一般是按类组织放在一起的。如双击 Tx_OOK 模块，弹出的属4性对话框如下图所示，分别可以设置系统参数、laser、PRBS、coder 和 MZM 器件的参数。图四、光发射机参数设置窗口点击左侧三角符号可以展开所有具体参数，如下图所示。图五、光发射机参数设置窗口在工作区界面下，双击 SignalAnalyzer_vtms1 的图标也弹出属性编辑对话框此对话框。如下图所示，在 InitialAnalys

8、isType 中选择观察仪的功能如频谱仪、示波器、眼图等。5图六、信号分析仪设置窗口3.4 运行系统开始运行仿真最简单的方法是点击工具栏上的 Run 按钮，这将会按照当前的设置或默认的设置来运行仿真，包括运行次数、运行脚本等。为了更灵活地控制仿真，可以利用提交仿真工作对话框来启动运行，如图 9 所示，弹出该对话框有两种方法：键盘上的快捷键 F9 或选择 Run 按钮下的三角形中的下拉菜单中的run。本例中选择默认的运行次数 1 次，多次运行一般用于 sweep 模式中进行参数的优化。注意：需要停止或中断本次运行时，请点击中的 Stop 按钮或用工作管理器来终止仿真的运行。6图七、提交仿真工作对

9、话框1）首先观察电信号的时域波形：点击激活 SignalAnalyzer_vtms，使其成为当前窗口，选择菜单栏 AnalysisScope，或者直接点击工具栏上的 中时域波形的图标，得到电域波形结果如下：图八、电信号波形2）与 1 类似，设置 Sign alAnalyzer_vtms，查看光信号的时域波形，如下图所示：7图九、光信号波形3）查看光信号的光谱：点击激活 SignalAnalyzer_vtms，使其成为当前窗口，选择菜单栏 AnalysisO SA，或者直接点击工具栏上的中时域波 形的图标，得到调制后的光信号光谱图如下：图十、光信号光谱注意：修改右边的属性参数，可以更改图形的显示

10、字体，曲线颜色、显示区间等，如下图所示，类似的还可以调整光谱的显示分辨率。8图十一、显示设置窗口3.5 实验要求分别在全局参量和模块参量修改信号速率，激光器输出功率（laserPower），光纤长度等参数（请在相应的模块进行设置），观察记录激光器输出信号，电信号，光发射机输出信号，光纤输出端信号，和光接收机输出信号波形。4. 数据分析与讨论（说明：请按照实验内容和步骤对所获得的数据、图表进行分析和讨论，本部分为评分关键因素，请结合实验目的详细阐述你对结果的分析和理解。）5. 思考题1、谈谈你对 VPI 仿真系统的认识。2、在全局变量中调节比特率（BitRateDefault），时间窗口（Tim

11、eWindow),采样速率（SampleRateDeafult）产生不同速率，不同时间长度和采样速率的光信号，通过信号分析仪 SignalAnalyzer 观察信号速率，波形，频谱（包括频谱宽带和频谱分辨率）的变化。9实验二 LD 的光谱与噪声特性1. 实验目的l 观察 LD 的光谱特性l 分析边摸抑制比，线宽和相对强度噪声对信号质量的影2. 仿真模块与系统仿真模块包括 LaserCW _DSM、Photodiode 、Signal a nalyzer、Power meter 和 Nu mericalAnalyzer1D 等模块，仿真系统如图所示：图一、LD 光谱特性仿真系统3. 实验内容与步

12、骤改变 LaserCW _DSM 模块中 SidemodeSuppre ssionRatio， Linewidth 和 RIN 数值 大小，观察信号输出光谱，波形和相位变化。4. 数据分析与讨论（说明：请按照实验内容和步骤对所获得的数据、图表进行分析和讨论，本部分为评分关键因素，请结合实验目的详细阐述你对结果的分析和理解。）5. 思考题如何测量激光器 RIN 噪声？提示：射频频谱测量分辨率为 1GH z，噪声大小为-50dB m，信号功率大小为-40 dBW。1011实验三 LD 调制特性1. 实验目的l LD 的 P-I 特性曲线l LD 的直接调制特性2. 仿真模块与系统观测 LD 的 P

13、-I 特性曲线的仿真系统包括 DC_Source、LaserAnalogDSM、 Powermeter、SignalAnalyzer、Const 和 NumericalAnalyzer2D 等模块，仿真系统如图所示：图一、P-I 特性曲线仿真系统观测 LD 直接调制特性的仿真系统包括 PRBS，CoderNRZEl，LaserDriver， LaserSMRE，Photodiode 等模块，系统如下图所示：图二、LD 直接调制特性的仿真系统3. 实验内容与步骤121、双击 LaserAnalogDSM，设置 ThresholdCurrent 为 0.01A，LaserBias 为 0；改变驱动

14、电源 DC_Source 模块中电流幅度 Amplitude 数值大小（00.03A），观察信号输出光谱。连续改变 Amplitude 的数值（可以使用 sweep 方式），记录输出光功率与驱动电流的大小，绘制 P-I 特性曲线。2、设置数字信号的速率分别为 1，4，8Gb/s 观察输入电信号和输出光信号波形的变化，分析光信号波形畸变的原因。4. 数据分析与讨论（说明：请按照实验内容和步骤对所获得的数据、图表进行分析和讨论，本部分为评分关键因素，请结合实验目的详细阐述你对结果的分析和理解。）5. 思考题1、激光器在阈值电流以下是否发光，其机理是什么？2、高速直接调制下 LD 输出光信号波形为发

15、生那些畸变？13实验四 MZM 工作原理1. 实验目的l 了解 MZM 器件的工作原理，Vpi 电压，功率传输曲线，以及偏振点的选择 方法。2. 仿真模块与系统仿真模块包括 LaserCW、ModulatorDiffMZ_DSM、DC_Source、Fork_2、Power meter、Const 和 NumericalAnalyzer1D 等模块，仿真系统如图所示：图一、MZM 工作仿真系统3. 实验内容与步骤1、设置偏置电压为 0，运行 driver_sweep.vsm 在 02Vpi 扫描 MZM 驱动电压大小，绘制 MZM 的功率传输曲线。14图二、扫描设置窗口2、改变偏置电压 Bia

16、s，重新扫描输入电压大小，绘制 MZM 的功率传输曲线，分析偏置电压点选择对传输曲线的影响。4. 数据分析与讨论（说明：请按照实验内容和步骤对所获得的数据、图表进行分析和讨论，本部分为评分关键因素，请结合实验目的详细阐述你对结果的分析和理解。）5. 思考题1、功率传输曲线与Vpi 电压有何关系？MZM 消光比ExtinctionRatio 和电压偏置点对功率传输曲线有什么影响？2、MZM 在 push-pull 工作模式下驱动电压应该如何设置？15实验五 ASK 信号调制1.实验目的l 了解 ASK 信号调制格式 NRZ，CSRZ，50% RZ 和 33% RZl 波形的切割方法。2.仿真模块

17、与系统仿真模块包括 Tx_OOK（NRZ）、SignalAnalyzer、FuncSinEI、MZ-Modulator 等模块，仿真系统如图所示：图一、ASK 信号调制3.实验内容与步骤1、 设置用于波形切割调制器的驱动电信号的幅度，频率，相位以及偏振电压大小。2、 观察输出光信号波形和光谱变化，测量脉冲占空比大小以及光谱宽度。4. 数据分析与讨论（说明：请按照实验内容和步骤对所获得的数据、图表进行分析和讨论，本部分为评分关键因素，请结合实验目的详细阐述你对结果的分析和理解。）5. 思考题161、光信号脉冲占空比，数据传输速率与光谱宽度有何关系？2、在考虑光纤色散和损耗的条件下比较各种信号的传

18、输性能。17实验六 PSK 信号1. 实验目的了解 PSK 信号格式 BPSK 和 QPSK，以及波形的切割方法2. 仿真模块与系统1）仿真模块包括 Tx_DQPSK、Tx_BPSK、SignalAnalyzer、FuncSinEL、MZ-Modulator模块，仿真系统如图所示图一、PSK 信号格式仿真系统3. 实验内容与步骤1）将 DPSK 和 DQPSK 发射机中 MZM 工作方式调整成 push-pull 模式。2）观察 BPSK 和 QPSK 输出光信号波形和相位的变化，改变发射机模块中LaserAveragePower 和 LaserLinewidth 数值大小，分析其对信号波形和

19、相位的影响。3）将 FuncSinEL、MZ-Modulator 模块设为 active 激活状态，对波形进行切割，实现不同占空比；4. 数据分析与讨论（说明：请按照实验内容和步骤对所获得的数据、图表进行分析和讨论，本部分为评分关键因素，请结合实验目的详细阐述你对结果的分析和理解。）5. 思考题181、还可以用什么调制方式产生 BPSK 和 QPSK 信号？push-pull 模式下相位调制信号波形会有幅度变化，是什么原因造成的？19实验七 光纤的损耗与色散1. 实验目的l 研究光纤的损耗与色散特性l 了解色散和损耗对传输的限制l 什么是损耗受限系统和色散受限系统2. 仿真模块与系统模拟光纤损

20、耗谱的仿真模块包括 LaserCW、UniversalFiberFwd、Powermeter、 Add_2、Mpy_2、NumericalAnalyzer2D、Const 和 SignalAnalyzer 等模块，仿真系统如图所示：图一、损耗仿真系统模拟光纤色散的仿真模块包括 Tx_OOK、UniversalFiberFwd 和 SignalAnalyzer 等模块，仿真系统如图所示：20图二、色散仿真系统分辨损耗受限系统和色散受限系统仿真模块包括 Tx_OOK、FiberNLS、Signalanalyzer、Rx_OOK_BER、NumericalAnalyzer2D、和 Const 等模块

21、，仿真系统如图所示：图三、损耗受限系统和色散受限系统仿真系统3. 实验内容与步骤1、对损耗进行仿真时在 UniversalFiberFwd 中 AttenuationDescription 选择 AttenuationFile，Attfilenama 中导入标准单模光纤的损耗文件。色散仿真时同 理在 DispersionDescription 中选择 DispersionFile 导入色散文件。212、功率计 Powermeter 的输出 OutputUnits 设为 dBm，即为光纤 Pout；Pin 为激光器器输出功率 1mw=0dBm，第一个 Const 值即为-0。第二个 Const

22、值为光纤长度的负倒数，输出为-1/L*(Pout-Pin)，即为损耗系数。对激光器输出信号波长从 800nm 到 1600nm 扫描可以得到光纤的损耗谱。（定义激光器输出频率为 c/Wavelength，c 在全局变量中设置为光速，对 Wavelength 进行扫描） 3、色散仿真将三个发射机的频率设为 c/1310e-9、c/1460e-9、c/1550e-9，分别观察在不同的波长下眼图的变化，分析产生差异的原因。4、分辨损耗受限系统和色散受限系统仿真分以下两步：a) 双击空白处，设置系统信号速率为 2.5Gb/s（修改 BitRateDefault 为 2.5e9 ，SampleRateD

23、efault 为 10e9，TimeWindow 为 128/10e9），设置 FiberNLS 模块中 Attenuation 和 Dispersion 的数值大小分别为 0.2dB/km 和 0，以及 0 和 16ps/nm/km，对光纤长度在 10100km 范围内进行扫描，得到误码 率随光纤长度变化曲线。确定其为何种系统。b) 双击空白处，设置系统信号速率为 40Gb/s（修改 BitRateDefault 为 40e9 ，SampleRateDefault 为 160e9，TimeWindow 为 128/40e9），设置 FiberNLS 模块中 Attenuation 和 Dis

24、persion 的数值大小分别为 0.2dB/km 和 0，以及 0 和 16ps/nm/km，对光纤长度在 10100km 范围内进行扫描，得到误码 率随光纤长度变化曲线。确定其为何种系统。4. 数据分析与讨论（说明：请按照实验内容和步骤对所获得的数据、图表进行分析和讨论，本部分为评分关键因素，请结合实验目的详细阐述你对结果的分析和理解。）5. 思考题1、在不考虑光纤色散条件下增加光信号功率能否无限延长传输距离？2、有哪些方法可以提高色散和损耗受限系统的传输距离？请设计一个这样的系统。22实验八 光纤的非线性效应1. 实验目的观察 SPM，XPM 和 FWM 效应其对信号传输的影响。2. 仿

25、真模块与系统1） SPM 和 XPM 仿真系统包括 Tx_Pulse（分别强、弱脉冲）、WDM_MUX、 SignalAnalyzer、Loop、UniversalFiber、WDM_DEMUX 等模块，仿真系统如图 1 所示：图一、模拟 SPM、XPM 效应（Demo: SPM and XPM）2） FWM 仿真系统包括 TxExtModLaser、WDM_MUX、SignalAnalyzer、FiberNLS、Powermeter 等模块，仿真系统如图 2 所示：图二、模拟信道间 FWM 效应和串扰233. 实验内容与步骤3.1 SPM 和 XPM 效应1、设置两个光脉冲源的峰值功率分别为

26、 2mw 和 20mW，频率间隔分别为100GHz。2、将光纤环路的循环次数设为 10，总长度设为 80km，使得光信号每传输 8km后会输出到外部信号分析模块。将 UniversalFiber 模块中 SPM_EC、XPM_EC设为 No，关闭 SPM 和 XPM 效应，观察信号的波形和光谱的变化。3、 点击宏命令 Nonlinear.vda，打开光纤中 SPM、XPM 效应。运行程序，观察每传输 8km 后强弱脉冲光信号的波形和光谱的变化，分析 SPM、XPM 效应对信号传输影响；3.2 FWM 效应1、 设置四个光发射机速率为 10Gb/s，信道间隔为 50GHz，功率为 4mW，光纤

27、环路循环次数 50 次，光纤长度为 1km，色散系数为 0.2ps/nm/km（为色散位 移光纤），使得光信号每传输 1km 后会输出到外部信号分析模块。2、 将接收端解复用器设置为 18 输出，8 个输出信道间隔 50GHz，中间 4 个信 道对应 4 个光发射机频率。观察随传输距离增加 4 个信道眼图的变化，光纤 输出端光谱的变化和 FWM 新产生的信道的功率变化。3、 关闭第二个信道，测量其它三个信道 FWM 对该信道的串扰作用。4、 将光纤的色散系数从 0.2ps/nm/km 增加到 16ps/nm/km，重复上述步骤，并分 析结果的差异。4. 数据分析与讨论（说明：请按照实验内容和步

28、骤对所获得的数据、图表进行分析和讨论，本部分为评分关键因素，请结合实验目的详细阐述你对结果的分析和理解。）5. 思考题1、强脉冲主要受什么效应影响，弱脉冲呢？解释原因。2、采用哪些方法可以减少 FWM 效应，为什么？24实验九 光纤中的受激散射1. 实验目的1. 了解 SBS 和 SRS 效应的原理、SBS 和 SRS 阈值，以及 SBS 和 SRS 对信 号传输的影响。2. 观察比较两种效应作用下光纤输入和输出端信号的波形，眼图和光谱图。 观察误码率随传输距离的变化曲线。2. 仿真模块与系统1. SRS 效应仿真模块包括 LaserCW、FiberNLS、Powermeter、Numeric

29、alAnalyzer2D、 WDM_MUX_N_1_Ideal、FilterOpt 等。图一、 SBS 效应2. SBS 的阈值仿真模块包括 LaserCW、UniversalFiber、Powermeter、NumericalAnalyzer2D等。仿真系统如下图所示：图二、 SRS 效应3. SBS 对输出信号眼图的影响25仿真模块包括 Tx_OOK、UniversalFiber、Signal analyzer、AmpSysOpt、FilterOpt 、Rx_OOK_BER 和 NumericalAnalyzer1D 等，仿真系统如图所示：图三、SBS 对输出信号的影响3. 实验内容与步骤

30、1. SRS 效应1) 按照图 1 搭建仿真模块。2) 设置光纤长度为 1km，Raman coefficient 设置为 0.3，两个 cw 光源的中 心频率和功率如图 1 所示设置。运行模块。2. SBS 的阈值1) 按照图 2 搭建仿真模块。2) 将 UniversalFiber 中的 brillouinscattering 设为 yes，长度设为 15.0km。3) 扫描 CW 光源的光功率，运行 signalpowersweep.vsw。3. SBS 对输出信号的影响1) 按照图 3 所示搭建仿真模块，2) 将一个 UniversalFiber 中的 brillouinscatter

31、ing 设为 yes，另一个设为 no。光纤包括 SMF 和 DCF，其长度设为 80km 和 8km，色散被完全补偿。3) 运行 SignalPower_dBm.vsw 使得输入信号功率从-10dBm 变化到 10dBm，观察两个输出信号的眼图。扫描光纤长度 L，得到误码率随光纤长度变化的曲线。4. 数据分析与讨论（说明：请按照实验内容和步骤对所获得的数据、图表进行分析和讨论，本部分为评分关键因素，请结合实验目的详细阐述你对结果的分析和理解。）265. 思考题1、查阅相关文献，了解 SRS 增益谱和超宽带光纤拉曼放大器（FRA）的设计方法。 基于模块实现一个超宽带光纤拉曼放大器放大的 40G

32、b/s82channel500km WDM 光传输系统。要求给出详细的 WDM 和关键信道的信号光谱，眼图和误码率测试报告。提示：使用 UniversalFiber_vtms 模块和 input 目录下实际测量得到的单模光 纤的拉曼增益谱数据文件 RamanGain.dat。27实验十 光接收机1. 实验目的l 光接收机的组成l 热噪声与散粒噪声l PIN 与 APD 的对比2. 仿真模块与系统仿真系统包括 Tx_OOK、Rx_OOK 和 Signal analyzer 等模块，光接收机模块包括 Photodiode，AmpSysEl，FilterEl 仿真系统如图所示：图一、光接收机仿真系统

33、右键 Rx_OOK 选择 look inside 如下图所示，再加上两个 Signal analyzer 可分别观察前端以及线性通道的输出波形。图二、光接收内部结构将 Rx_OOK 替换为 Rx_OOK_BER，再加上一个 NumericalAnalyzer1D 可测得误 码率的数值：（Rx_OOK_BER 无法 look inside 测试接收机内部结构）28图三、可以测得误码率的仿真系统3. 实验内容与步骤1. 设置光接收机中光电二极管类型为 PIN，响应度 Responsivity 为 1A/W，线性通道带宽 Bandwidth_BE 为 0.75* BitRateDefault，观察输

34、入光信号， 光探测器输出电信号波形；改变 Responsivity、Bandwidth 的大小观察波 形和眼图变化。2. 将 Rx_OOK 模块中的 PhotodiodeModel 设为 PIN。在不同输入光信号功率 下打开和关闭热噪声观察输出信号眼图的变化（为了得到较明显的变化， 将 Rx_OOK_BER 中的 IncludeShotNoise 设为 NO，Responsivity 设为 0.1，发射机功率从 0.01mW 到 0.1mW 进行扫描）。在不同输入光信号功率下打开和关闭散粒噪声观察输出信号眼图的变化（为了得到较明显的变化，将 Rx_OOK_BER 中的 ThermalNoise

35、 设为 0，Responsivity 设为 0.1，发射机功率从 0.01mW 到 0.1mW 进行扫描）。同时打开两种噪声观察输出信号眼图变化，改变光接收机前端滤波器带宽观察眼图变化（将Rx_OOK_BER 中的 ThermalNoise 设为 10e-12，IncludeShotNoise 设为 YES ，Responsivity 设为 0.1，发射机功率从 0.01mW 到 0.1mW 进行扫描）。3. 将 Rx_OOK 模块中的 PhotodiodeModel 设为 APD。将雪崩增益系数AvalancheMult 设为一个大于一的值（此处我们设为 2），重复第二步， 对两次的结果进行

36、对比4. 数据分析与讨论（说明：请按照实验内容和步骤对所获得的数据、图表进行分析和讨论，本部分为评分关键因素，请结合实验目的详细阐述你对结果的分析和理解。）295. 思考题1、光接收机中响应度和线性通道带宽对信号有何影响？请找出最佳的线性通道带宽。2、光接收机中线性通道带宽是否越大越好，为什么？请画图表示。30实验十一 误码率与接收机灵敏度1. 实验目的掌握误码率和灵敏度的概念，了解误码率估计方法。2. 仿真模块与系统仿真系统包括 NRZ 光发射机、SSMF、DCF、OOK 光接收机和 SignalAnalyzer模块，仿真系统如图所示：图一、误码率仿真系统3. 实验内容与步骤1、设置 SSM

37、F 光纤长度为 90km，DCF 模块完全补偿 SSMF 色散，使得系统成为为功率受限传输系统。2、设置 OOK 光接收机中光探测类型为 PIN，响应度为 1A/W，IncludeShotNoise 为 Yes，Thermal noise 为 3.0e-12A/Hz1/2，设置 BER 的估计方法为“Gauss”（与教材上误码率计算模型抑制）。3、点击 Run，系统自动增加光发射机功率，同时计算接收机误码率大小，观察误码率随发射机功率的变化情况，以及接收机输出信号波形和眼图变化，记录 BER=1E-9 时的发射机功率大小。4. 数据分析与讨论（说明：请按照实验内容和步骤对所获得的数据、图表进行

38、分析和讨论，本部分为评分关键因素，请结合实验目的详细阐述你对结果的分析和理解。）5. 思考题31请比较分析 PIN 和 APD 接收机灵敏度的差异。32实验十二 相干光接收机1. 实验目的了解相干光接收工作原理，光学前端组成，平衡接收机，偏振/相位分集相干光接收机的典型结构，高级调制格式，星座图。2. 仿真模块与系统相干光接收机 Rx_mQAM_DSP_BER 内部结构如图 1 所示，包含 LaserCW （本振光源）、SplitterPol（光分束器）、Hybrid90deg（混频器）、Photodiode（光 电二极管，用于组成平衡接收机）、FilterEl（均衡滤波）、BER_mQAM_

39、DSP（ DSP 模块）等；图一、相干光接收机内部结构相干光通信系统的组成如图所示，包含 Tx_mQAM， FiberNLS，Rx_mQAM_DSP_BER 等模块。图二、相干光通信系统仿真333. 实验内容与步骤1）搭建相干光通信系统搭建相干光通信系统的具体步骤如下：l 从Resources 资源列表库中选择TC Modules TransmitterTx_mQAM.vtmg，将其拖拉到工作区主界面中。l 从 Resources 资源列表库中选择 TC Modules Fibers FiberNLS.vtms，将其拖拉到工作区主界面中。设置光纤长度，色散系数如下。l 从 Resources

40、资 源 列 表 库 中 选 择 TC Modules ReceiverRx_mQAM_DSP_BER.vtmg，将其拖拉到工作区主界面中，右键点击模块，选择 Look inside 观察接收机内部结构。l 在 全 局 变 量 中 设 置 BitRateDefault=56Gb/s ， SampleRateDefault=BitRateDefault*8，TimeWindow=8*1024/BitRateDefault， 光纤长度为 1000km，色散为 16ps/nm/km，OSNR=25dB，如下图所示。图三、全局变量设置窗口l 在 Rx_mQAM_DSP_BER 接收机 Local Osc

41、illator 模块参数中设置本振光频率 与信号光频率相同；DSP 模块参数中设置信号处理算法为基于 matlab 的色散 均衡算法，文件名为 Pre_S_DSP_CDFFT；打开 Enhanced，设置 Constellation为 ON。设置完成效果如下图所示。连接各器件，并保存文件。34图四、相干接收机参数设置2）设置光发射机模块 Tx_mQAM 中 ModulationFormat 为 mPSK、mQAM（如下图所示），BitPerSymbol 为 2，4，8 和 16，运行系统，观察接收机输出星座图的变化，解释其变化的原因。35图五、光发射机设置窗口3）在Rx_mQAM_DSP_BE

42、R 接收机关闭DSP 模块，将matlab 替换选择为none，重新运行系统，观察星座图变化，了解 DSP 算法对信号损伤补偿的作用。图六、光接收机设置窗口4. 数据分析与讨论（说明：请按照实验内容和步骤对所获得的数据、图表进行分析和讨论，本部分为评分关键36因素，请结合实验目的详细阐述你对结果的分析和理解。）5. 思考题1.高级调制格式中比特率速率和波特速率有和关系？请在相同比特率 112Gb/s 条件下采用 QPSK，16QAM 以及其它高级调制格式携载信号，比较和分析信号频谱和波形的变化并画出信号星座图。37实验十三 信号的损伤与补偿算法1. 实验目的l 信号线性和非线性损伤l 损伤的补

43、偿算法，及补偿前后信号波形图，星座图对比2. 仿真模块与系统2.1 线性损伤主要指模内色散（色度色散）和偏振模色散。本实验只进行色度色 散的补偿。仿真系统组成如图所示， 包含 Tx_mQAM ， FiberNLS ， Rx_mQAM_DSP_BER 等模块。图一、信号线性损伤仿真系统2.2 非线性损伤主要来源于 SPM，XPM 和 FWM。本实验只进行 SPM 引起的非线性相移的补偿。仿真系统组成如图所示，包含 Tx_mQAM，FiberNLS，Loop_vtmg ，Powermeter_vtms，Rx_mQAM_DSP_BER 等模块。图二、信号非线性损伤仿真系统3. 实验内容与步骤1）双击光发射机 Tx_mQAM 模块设置发射信号格式为 mPSK, BitsPerSymbol=238，即产生所谓 QPSK 信号 ，在全局参数中设置 BitRate=56Gb/s 、LinkLehgth=1000km、Dispersion=16e-6 s / m2 、Slope=80 s / m3 ；设置 DSP 补偿算法中参数，如下图所示。图三、光发射机设置窗口通过