外调制光纤通信系统设计

1、课 程 设 计 题目:外调制光纤通信系统设计学 院:信息科学与工程学院年级专业:09级光电子 1班学 号:xxxxxxxx学生姓名:xxxxx指导教师:xxx一、设计要求设计 10Gpb 速率的外调制光纤链路,保证链路能正常通信,误码率 BER 小 于 10-12,对应的品质因数 Q 大于 7二、设计技术参数1 DFB-LD (SLM ,光源中心波长 0=1552.5nm(193.1Thz ,谱线宽度 =0.1 nm(12.5GHz2 光纤传输距离 120km3 光发射机发射光功率范围:10dBm 13dBm ,可取 10dBm4APD 光接收机灵敏度范围:-25dBm -9dBm ,可取 -

2、18dBm5 G.652标准单模光纤,光纤的衰减系数 =0.2dB/km,色散系数 D=17ps/nm/km6 色散补偿光纤衰减系数 =0.5dB/km, 色散系数 D=-100ps/(nm.km7 线路编码为 NRZ8 连接器损耗 =1dB/个二、设计要点链路采用外调制的模式,系统通过电信号(NRZ 码控制光调制器产生光 信号。产生的光信号通过光纤传输至信号接收端,经光电探测器转换为电信号, 完成链路的传输。衰减 :在实际工作中,光纤有一个衰减系数,光信号会随着传输而衰减。为 了使光信号传输到探测器时, 信号的功率在光电探测器的灵敏度范围之内, 链路 设计放大模块将信号放大。色散 :不同频率

3、的光波在光纤中传播的速度不同, 频率较小的光传播速度快, 频率较大的光传播速度慢。 由于链路采用的光源激光器存在一定的带宽, 因而光 信号在传输过程中会产生色散, 传输距离越长, 色散现象越严重。 针对色散问题, 链路设计了色散补偿光纤来消除色散。因此, 设计链路所需要解决的主要问题是色散和衰减。 通过改变色散光纤的 长度和放大器的放大方法来消除传输中带来的色散问题和衰减问题。 另外, 在设 计时,系统的噪声因素也应考虑在内。三、链路设计1. 根据要求设计链路通信链路由信号源、线路编码器、光源、连接器、光纤、必要补偿单元、连 接器、光接收机组成。设计时,使用伪随机码发生器充当信号源,用连续波激

4、光 器和 M-Z 调制器组成外调制型光源,用 1dB 衰减器充当连接器,使用不同参数 的光纤分别充当传输光纤和色散补偿光纤,使用 7dB 衰减器充当系统衰减富余 量, 使用眼图分析仪来观察链路传输的眼图、 分析链路的误码率和品质因数。 设 计链路,初始时不添加色散光纤(色散光纤长度为 0和增益,检测系统的眼图 和品质因数。如下图所示: 图 1 链路连接图和眼图由眼图可以看到,此时眼图无规则形状,误码率为 1,品质因数为 0。要想 使链路能正常工作,必须添加色散补偿模块和功率放大模块。本链路采用色散光纤来消除色散, 当链路引入色散光纤时, 光信号的传输距 离会加长, 信号衰减会增大, 色散光纤就

5、成为了信号衰减的元素之一; 采用光放 大器增加信号功率,光放大器是独立的器件,不会影响光的色散。所以,应先消 除链路的色散,再设计功率的放大。2. 色散补偿光在光纤中传输会产生色散,传输光纤中的色散系数为 17ps/nm/km,为了 消除色散,链路增加了色散系数为 -100 ps/nm/km的色散补偿光纤。根据色散补 偿公式:D E L E +DC L C =0 可计算出需要的色散补偿光纤长度为 20.4km 。为了调 试系统的色散补偿,可以先将传输光纤和色散补偿光纤的衰减因数设置为 0,即 不考虑光纤的衰减, 再选取不同长度的色散补偿光纤进行调试, 找出实际中最佳 的长度。色散光纤长度与Q值

6、3.53.63.73.83.944.14.24.34.420.821色散光纤长度/kmQ 值图 2 色散光纤长度对 Q 值的影响如图 2所示, 为测试得到的色散光纤长度对品质因数的影响。 由图可见, 当 色散光纤长度为 20.4km 时, Q 值最高,此时链路的色散达到最小,并且此时的 色散补偿光纤长度与计算出的理论值相同,故我们可以将色散补偿光纤设置为 20.4km ,来消除链路的色散。此时系统眼图如下: 图 3 色散补偿后眼图将图 3与图 1对比可以发现, 链路经过色散补偿以后, 眼图已经出现规则的 形状。但是眼图“上眼皮”仍是比较杂乱,这主要是由于光在光纤传输过程无衰 减(前面设置的而造

7、成噪声的积累。当给光纤加上衰减系数后,噪声会得到衰 减,我们再适当的添加增益,系统会将噪声的影响减小,眼图得到改善。3. 功率补偿色散补偿后,恢复光纤的衰减系数,运行该工程,得到如图 4 所示眼图:图 4 光纤加入衰减后眼图可以看到, 由于光在光纤传输的衰减, 使得光信号功率在接收端低于光接收 机的灵敏度,导致系统不能正常工作,误码率为 1,品质因数为 0,因此,链路 需要添加增益模块来提高信号的功率。光放大有三种:前置放大、 功率放大和在线放大。 前置放大是在光接收机前 加一光放大器, 来增加信号的功率。 这种放大方式往往需要较大增益的放大器功 率, 并且放大出的信号噪声较大。 功率放大是在

8、光信号发送端加一光放大器, 通 过提高链路光信号初始功率来进行传输。 这种方式初始功率较大, 损耗功率较大, 使得整个链路拥有较高的损耗。在线放大是在光信号传输中途对光信号进行中 继。 优点是光功率在整个链路中分布相对比较均匀, 缺点是需要的中继器比较多, 引入噪声也较多。本链路的光源光功率为 10dBm ,无需功率放大,只需一个在线放大器在光 纤 60km 处中继一次, 再用一个前置放大器在信号接收端放大光信号就可以得到 比较理想的结果。 将前置放大器和在线放大器的放大系数同时变化, 得到如下图: 图 5 放大器增益与品质因数关系由图 5 可以看出，放大器增益为 6-12 期间，Q 值会随着放大倍数的增加而 增加。当放大器增益为 9dB 时，取得的 Q 值为 6.64，再微调前置放大器的放大 增益，使得 Q 值大于 7。实验测得，当前置放大器的放大倍数为 10dB 时，