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通信与信息技术公共实验中心光通讯与光信息技术与系统实验平台实验指导说明书（三）实验名称：光通信链路系统仿真实验2005.6一、实验名称：光通信链路系统仿真实验二、实验类型：综合性三、实验学时：2学时四、实验对象：研究生五、实验目的：了解和掌握构成一个WDM光链路系统所需的基本组成部分；了解光系统中关键功能模块的基本功能与构成；了解光通讯系统性能的评判方法；了解光纤等特性对传输系统性能的影响六、实验内容：建立一个由光发射、接收、放大器等构成的长距离WDM光通信系统，并对其特性进行仿真；调节传输距离、光纤色散等参数，对系统传输性能进行仿真并分析其影响。七、实验设备：PC机；OptiSystem4.0八、实验原理：1、系统组成该系统包括发射机、信道和接收机三部分，发射机为连续波长发生器阵列；在信道链路里，八个波长的光信号通过波分复用器复用并通过一条光纤传输，经过一定距离的传输和放大，再用解复用器将各信号分别接收；最后对八个信号进行光电转换和滤波。发射机复用器光纤光放大器光放大器光纤解复用接收机2、影响系统性能的主要因素A、放大器噪声积累放大器噪声是系统的最终限制因素，一般用噪声指数来度量。在长距离多放大器级联通信链路系统中，每个放大器的自发辐射噪声通过剩下的传输线路传送，与信号一起被后面的放大器放大，放大后的自发辐射噪声在到达接收机之前累积达到最大。B、放大器增益不平坦。实验采用的EDFA（掺铒光纤放大器）的增益带宽内的增益并不是完全相等的，对不同波长光的放大增益不同，这样经多级循环放大后，各信道的功率、误码率等系统性能将有明显差异。在WDM系统的应用中，对EDFA性能的要求是相当苛刻的，这是因为单个放大器增益的较小变化，将引起级联放大器总增益的很大变化，这在实际中是不能接受的TXXXTXXXRXXXRXXXRXXXTXXXC、非线性效应的影响光纤非线性对系统性能的影响取决于光纤中传输的光功率密度（光功率/光纤有效芯径面积）和传输距离。非线性效应可能引起信道间串扰，即一个信道的光强和相位受到其他相邻信道的影响，形成非线性串扰。显然光功率越大，光纤越长，非线性影响就越严重。对于光纤长度固定的系统，要减小非线性效应对系统性能影响，就希望光功率密度尽可能小。但是光功率太小，传输速率就受到限制，不足以维持期望的误码率。在WDM系统中，要求每个信道发射进入光纤的功率要足够大，以使系统经过传输后不产生误码（BER10-11），但是每个信道的光功率也不能任意大，否则光纤的非线性也会使系统的性能下降。在小功率系统中与其他因素相比，非线性的影响是次要的，当复用信道数目小于10时，信道功率主要受FWM（四波混频）和SBS（布里渊散射）限制，在本实验中主要观察FWM效应。FWM产生的新频率分量的强弱影响与各波长相互之间的间距、强度、光纤色散、折射率指数、光纤长度等有关。九、实验步骤与结果：1、基本系统的搭建因为系统比较复杂，所以这里分发射机、光纤链路和接收机三部分搭建系统。双击空白页面，将BitRate设置为10Gb/s。1．）发射机所用器件为：1.TransmittersLibrary/Bitsequencegenerators/Pseudo-RandomBitSequenceGenerator;2.TransmittersLibrary/Pulsegenerators/Electrical/RZPulseGenerator;3.TransmittersLibrary/Opticalmodulators/Mach-ZehnderModulator;4.TransmittersLibrary/Opticalsources/CWLaserArrayES;将CWLaserArrayES的参数FrequencySpacing改为50GHz。图3.2发射机部分如图3.2，搭建8个调制设备，分别调制CWLaserArrayES端口输出的8个连续波光源。频率分别为193.1-193.45THz。2.)光纤链路所用器件有:1.WDMMultiplexersLibrary/Multiplexers/WDMMuxES（复用）;2.Toolslibrary/LoopControl（循环控制器）;3.Opticalfiberslibrary/OpticalFiber;4.Amplifierslibrary/Optical/EDFA/EDFAIdeal;5.WDMMultiplexersLibrary/Demultiplexers/WDMDemuxES图3.3光纤链路部分将WDMMuxES和WDMDemuxES的频率间隔FrequencySpacing均改为50GHz；LoopControl的参数NumberOfLoops暂取1；第一段光纤的长度Length改为80km；第二段光纤为色散补偿光纤，将其参数对话框中的Label改为DCF，参数长度Length改为16.75km，色散Dispersion改为-80ps/nm/km，衰减attenuation改为0.6dB/km；EDFAIdeal的参数Gain改为27dB。3.)接收机所用器件为：1.Receiverslibrary/PhotodetectorPIN;2.Filterslibrary/Electrical/LowPassBesselFilter;图3.4接收机部分根据实验需要，将两组接收机连接到信道1和信道5。除此之外，系统中还包括以下观测器件：1.VisualizerLibrary/Optical/OpticalSpectrumAnalyzer1.0（光谱分析仪）;2.VisualizerLibrary/Optical/OpticalTimeDomainVisualizer1.0;3.VisualizerLibrary/Electrical/BERAnalyzer1.0(误码率);4.VisualizerLibrary/Optical/WDMAnalyzer;图3.4WDM整体系统图2、噪声累积分析(1)改变LoopControl参数Loop，分别取1，5，9。观察解复用器前的光频谱观测仪，记录噪声功率的变化情况；循环次数159噪声功率（dBm）(2)在循环次数Loop取1和9时，用BERAnalyzer观察信道1(193.1THz)的Q值曲线和最小误码率曲线，并观察眼图，记录以下各值。Loop眼图高度误码率最小值Q最大值193、放大器增益频谱分析(1)将原先的光放大器模块替换为新的放大器模块：Amplifierslibrary/Optical/EDFA/EDFAMeasured，点击放大器参数设置对话框的GainAndNoiseFigureFileName选项中的按钮，设置路径调用提供的GainAndNF.dat文件；LoopControl的参数Loop设置为4；CWLaserArrayES、WDMMuxES和WDMDemuxES的参数Frequency和FrequencySpacing分别设为1550nm和2nm。A.通过频谱分析仪对比传输前和经过级联放大的信号频谱功率，并把频谱图记录下来B.通过WDM分析仪比较输出各信道功率大小：信道波长(nm)功率(dBm)C.解复用后，观察分析信道1与信道5的眼图和BER、Q值的不同。眼图高度最大Q值最小误码率信道1(1550nm)信道5(1542nm)4、非线性效应分析采用原先的光放大器模块EDFAIdeal，CWLaserArrayES的参数功率Power设为9dBm，复用信号间隔为100GHz，也就是将CWLaserArrayES、WDMMuxES和WDMDemuxES的参数FrequencySpacing设为100GHz；循环次数Loop设为1；为了更加明显的观察FWM，调节两段光纤色散值Dispersion皆为0，观察复用信道的频谱。调整复用信号间隔至200GHz，观察频谱脉冲峰值，注意频谱数量和功率的变化。当复用信号间隔为100GHz，记录如下数据：当复用信号间隔为200GHz，记录如下数据：大于噪声功率的新增频率分量(nm)功率(dBm)大于噪声功率的新增频率分量(nm)功率(dBm)十、实验思考题：1、请根据观测到的增益不平坦度的变化趋势分析其与单个放大器的不平坦度的关系2、请根据观测到的四波混频强度的变化趋势分析其与信道间隔之间的关系，是否与理论相符