VPI上机实验指导书-学生.pdf

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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熟悉VPITransmissionMaker仿真软件的基本操作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)、SignalAnalyzer、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:从Resources资源列表库中选择TCModulesOptical2SourceLaserCW.vtms,将LaserCW.vtms拖拉到工作区主界面中。选择TCModulesOpticalModulatorsModulatorDiffMz_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LinkComponents。选择TCModulesInformation&Coding,将PRBS.vtms和CoderDriver_OOK.vtms依次拖到工作区主界面下。连接各器件,并保存文件。搭建光传输系统的具体步骤如下:从Resources资源列表库中选择TCModulesTransmittersTx_OOK.vtmg,将Tx_OOK.vtmg拖拉到工作区主界面中。点击右键菜单lookinside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。)从Resources资源列表库中选择TCModulesFibersFiberNLS.vtms,将FiberNLS.vtms拖拉到工作区主界面中。从Resources资源列表库中选择TCModulesReceiversRx_OOK.vtmg,将Rx_OOK.vtmg拖拉到工作区主界面中。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10e92)时间窗口(TimeWindow):1024/10e9,其中BitRateDefault=10e93)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:FileHelpSimulationGuideChapter4SettingSimulationParameters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InitialAnalysisType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SignalAnalyzer_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AnalysisOSA,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(TimeWindow),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观察LD的光谱特性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、Signalanalyzer、Powermeter和NumericalAnalyzer1D等模块,仿真系统如图所示:图一、LD光谱特性仿真系统3.实验内容与步骤改变LaserCW_DSM模块中SidemodeSuppressionRatio,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1GHz,噪声大小为-50dBm,信号功率大小为-40dBW。1011实验三LD调制特性1.实验目的LD的P-I特性曲线LD的直接调制特性2.仿真模块与系统观测LD的P-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;改变驱动电源DC_Source模块中电流幅度Amplitude数值大小(0~0.03A),观察信号输出光谱。连续改变Ampli

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