畢業(yè)設(shè)計(jì)論文-高速光纖通信系統(tǒng)傳輸特性研究（含外文翻譯）

1、<p>　　編 號(hào)： </p><p>　　審定成績(jī)： </p><p>　　重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　填表時(shí)間： 2012 年 月</p><p>　　重慶

2、郵電大學(xué)移通學(xué)院教務(wù)處制</p><p>　設(shè)計(jì)（論文）題目：高速光纖通信系統(tǒng)傳輸特性研究</p><p>　　重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書(shū)</p><p>　　設(shè)計(jì)(論文)題目 高速光纖通信系統(tǒng)傳輸特性研究 </p><p>　　學(xué)生姓名 系別 </p><

3、;p>　　專業(yè) 班級(jí) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 聯(lián)系電話 </p><p>　　教師單位 重慶郵電大學(xué) 下任務(wù)日期__2012_年_3_月18日</p><p>　　備注：此任務(wù)書(shū)由指導(dǎo)教師填寫(xiě)，并于畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)始前下達(dá)給學(xué)生。</p><p><b>

4、;　　摘 要</b></p><p>　　近年來(lái)，隨著新一輪的科技革命的到來(lái)，人類社會(huì)快速步入了信息時(shí)代，通信的方式也發(fā)生了質(zhì)的變化，人們對(duì)通信系統(tǒng)的性能的要求也日益提高，40Gb/s 高速光纖傳輸系統(tǒng)已成為近年來(lái)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。40Gb/s 高速光纖傳輸系統(tǒng)中有以下幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)是目前研究的重點(diǎn)：①低噪聲及寬帶寬的光放大器；②前向糾錯(cuò)碼（FEC ）技術(shù)；③高效的信號(hào)復(fù)用及解復(fù)用技術(shù)；④對(duì)光噪聲及光纖

5、的非線性效應(yīng)有著更高容忍度和更高光譜效率的碼型。[11]本文在本科階段所學(xué)通信有關(guān)知識(shí)基礎(chǔ)上，對(duì)高速光纖通信系統(tǒng)傳輸特性的一些方面作了討論，概括如下：</p><p>　?。?）在查閱國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，論述了40Gb/s 高速光纖傳輸系統(tǒng)涉及的關(guān)鍵技術(shù)以及發(fā)展的現(xiàn)狀。對(duì)碼型選擇的意義以及現(xiàn)今在高速光纖傳輸系統(tǒng)中主要使用的幾種碼型進(jìn)行了討論。</p><p>　?。?）簡(jiǎn)單介紹了常用的兩種

6、調(diào)制技術(shù)，并分析了采用外調(diào)制時(shí)所用到的馬赫- 澤德調(diào)制器（MZM）和電吸收調(diào)制器（EAM）的優(yōu)缺點(diǎn)。</p><p>　?。?）分析了非歸零碼（NRZ ）、歸零碼（RZ）和載波抑制歸零碼（CS-RZ ）及相應(yīng)差分相移鍵控碼（DPSK）幾種碼型的光譜，并且利用傅立葉變換的方法得到了各種碼型的光譜。</p><p>　?。?）利用Optisystem 軟件進(jìn)行模擬仿真，得到各種碼型的波形、眼圖

7、和光譜，NRZ格式由于光譜最窄,其色散容限最優(yōu)，RZ碼由于光譜最寬，其色散容限最低。所以在40Gb/s 的傳輸系統(tǒng)中采用RZ、CS-RZ 等調(diào)制格式，要求更為復(fù)雜的色散管理。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】高速 光纖通信 碼型 光譜 模擬仿真</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　In recent

8、years, with a new round of technological revolution, human society entered the information age, communication mode has undergone a qualitative change, the people to the performance of the communication system requirement

9、s are also increasing,40Gb / s high speed optical fiber transmission system has become a research hot topic in recent years. 40Gb / s high speed optical fiber transmission system has the following several key technology

10、is the focus of current research:</p><p>　?。?）Referring to domestic and foreign literatures, discusses the 40Gb / s high speed optical fiber transmission system relates to the key technology and development

11、status. On the significance and the code selection in high speed optical fiber transmission system mainly uses several code are discussed.</p><p>　　（2）Introduced a two modulation technique, and analyzed by u

12、sing external modulation used by Maher Zehnder modulator ( MZM ) and electric absorption modulator ( EAM ) advantages and disadvantages.</p><p>　　（3）This paper analyzes on the zero code (NRZ), zero code (RZ)

13、 and carrier inhibition to zero code (CS-RZ) and the corresponding difference phase shift keying code (DPSK) several MaXing spectra, and by use of the Fourier transform's method for all kinds of MaXing of the spectru

14、m.</p><p>　?。?）Use Optisystem software simulation, get all kinds of MaXing waveform, eye chart and spectrum, NRZ format because of the narrow spectrum, and the dispersion tolerance optimal, because the most

15、wide spectrum RZ code, its lowest dispersion tolerance. So in the 40 Gb/s transmission system by RZ, CS-RZ etc modulation format, demand more complex dispersion management.</p><p>　　【Key words】High speed Op

16、tical fiber communication Code type Spectrum Analog simulation</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前 言2</b></p><p>　　第一章 調(diào)制器及調(diào)制技術(shù)4</p><p>　　

17、第一節(jié) 調(diào)制器4</p><p>　　第二節(jié) 調(diào)制技術(shù)6</p><p>　　第三節(jié) 本章小結(jié)6</p><p>　　第二章 碼型光譜理論分析7</p><p>　　第一節(jié) 光譜分析理論基礎(chǔ)7</p><p>　　第二節(jié) ASK信號(hào)的光譜分析11</p><p>　　第三

18、節(jié) DPSK信號(hào)的光譜分析17</p><p>　　第四節(jié) 本章小結(jié)18</p><p>　　第三章 高速光纖通信系統(tǒng)的模擬仿真19</p><p>　　第一節(jié) Optisystem軟件相關(guān)介紹19</p><p>　　第二節(jié) 碼型仿真及其分析23</p><p>　　第三節(jié) 本章小結(jié)27<

19、;/p><p><b>　　結(jié) 論28</b></p><p><b>　　致 謝29</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)30</b></p><p><b>　　附 錄32</b></p><p><b&

20、gt;　　一、英語(yǔ)原文32</b></p><p><b>　　二、漢語(yǔ)譯文39</b></p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　自上世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著全球由工業(yè)化時(shí)代向著信息化時(shí)代的高速轉(zhuǎn)變，人們對(duì)于的信息的獲取已經(jīng)呈現(xiàn)出了越來(lái)越強(qiáng)烈的需求，而這一爆炸性需求的增長(zhǎng)，刺激了通

21、信行業(yè)的快速發(fā)展，近十年以來(lái)，人們之間的通信方式發(fā)生著質(zhì)的變化，早期時(shí)候，通信主要為話音業(yè)務(wù)，較晚些時(shí)期，人們?cè)诔浞直Ｕ显捯魳I(yè)務(wù)的同時(shí)逐漸接觸數(shù)據(jù)通信，而到了今天，隨著信息時(shí)代的來(lái)臨，數(shù)據(jù)通信已經(jīng)成為人們生活中不可或缺的重要的一部分。隨著經(jīng)濟(jì)全球化和社會(huì)信息化的進(jìn)一步深入，不斷涌現(xiàn)出了許多新的通信業(yè)務(wù)，例如視頻點(diǎn)播、視頻通信、傳感數(shù)據(jù)和科技數(shù)據(jù)的傳輸、遠(yuǎn)程視頻會(huì)議等，眾多的新一代通信的誕生的同時(shí)也對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的帶寬和傳輸速率都提出了嚴(yán)峻的

22、挑戰(zhàn)。有線電視服務(wù)提供商可以通過(guò)傳統(tǒng)的終端設(shè)備，如電視機(jī)、電腦、手機(jī)提供視頻服務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)和電話服務(wù)。以致各類終端設(shè)備之間的差別也開(kāi)始變得模糊不清，因?yàn)槿魏稳硕伎捎檬謾C(jī)閱讀電子郵件、拍照和打電話。最終用戶能夠在任何時(shí)間、任何地方使用各種服務(wù)。這些要求給傳統(tǒng)電信網(wǎng)帶來(lái)巨大沖擊，也給電信網(wǎng)提供了新的發(fā)展機(jī)遇，促使通信技術(shù)向?qū)拵Щ?、?shù)字化、綜合化、智能化、個(gè)人化和全球化的方向發(fā)展。</p><p>　　從電信的演進(jìn)歷

23、史來(lái)看，運(yùn)營(yíng)商對(duì)網(wǎng)絡(luò)容量和傳輸速率的需求一直以螺旋式向上提升。目前商用光纖傳輸系統(tǒng)速率已達(dá)到了10Gb/s，短短20年，它的增長(zhǎng)速度甚至超過(guò)了由摩爾定律定義的微電子技術(shù)集成度的增長(zhǎng)速度。盡管如此，10Gb/s的光傳輸系統(tǒng)帶寬仍然有限。人們對(duì)帶寬的追求是永無(wú)止境的，擴(kuò)大帶寬需求依然是光傳輸系統(tǒng)需要解決的主要任務(wù)之一。從10Gbit/s到40Gbit/s，信號(hào)速率提高了4倍，但是技術(shù)難度的增長(zhǎng)卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止4倍。40Gbit/s信號(hào)苛刻的傳輸性

24、能要求使得沿用10Gbit/s傳輸技術(shù)完成40Gbit/s信號(hào)的長(zhǎng)距離傳輸成為一項(xiàng)不可能完成的任務(wù)。我們假設(shè)都采用傳統(tǒng)的NRZ碼型：40Gbit/s信號(hào)的ONSR（光信噪比）要求比10Gbit/s信號(hào)高6dB，但是由于非線性效應(yīng)的影響，入纖功率又要低1～2dB，因此40Gbit/s信號(hào)的OSNR受限距離大約只有10Gbit/s信號(hào)的1/6；更嚴(yán)重的，40Gbit/s信號(hào)的色度色散和偏振模色散（PMD）受限距離只有10Gbit/s信號(hào)的1

25、/16。因此，40Gbit/sWDM傳輸需要一系列新技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)與10Gbit/sWDM傳輸大致相當(dāng)?shù)臒o(wú)電中</p><p>　　先進(jìn)的調(diào)制碼技術(shù)是光通信研究的熱點(diǎn)10Gb/s及以下速率的光通信系統(tǒng)通常使用的是NRZ碼,其實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單成本也較低但是對(duì)40Gb/s和更高速率系統(tǒng)NRZ</p><p>　　碼由于對(duì)噪聲、偏振模色散和非線性非常敏感，其傳輸能力受到限制。針對(duì)40Gb/s系統(tǒng)，人們提出很

26、多新型碼型如光雙二進(jìn)制 （ODB）、歸零碼（RZ）、 載波抑制歸零碼（CS-RZ）等。[11]</p><p>　　其中，高速光纖通信系統(tǒng)主要涉及到技術(shù)有如下光源、調(diào)制技術(shù)、放大技術(shù)、光纖技術(shù)、前向糾錯(cuò)技術(shù)（FEC）和色散管理技術(shù)。正是有了這么多技術(shù)的發(fā)展才使40Gb/s 高速光纖傳輸系統(tǒng)的實(shí)用化成為可能。</p><p>　　光源 40Gb/s 高速光纖傳輸系統(tǒng)中所用的光源，一般要求它

27、們發(fā)光波長(zhǎng)精確，所以在應(yīng)用時(shí)要有相應(yīng)的波長(zhǎng)監(jiān)測(cè)和穩(wěn)定技術(shù)。</p><p>　　2、調(diào)制技術(shù) 高速光纖通信系統(tǒng)所涉及到的調(diào)制技術(shù)主要有直接調(diào)制和外調(diào)制，其具體的區(qū)別將在下一章中予以詳細(xì)介紹。常用的調(diào)制器包括馬赫-澤德干涉儀型調(diào)制器（Mach-Zehnder）和電吸收（EA）調(diào)制器。</p><p>　　3、放大技術(shù) 限制光纖傳輸系統(tǒng)的兩個(gè)主要因素是損耗和色散，而光放大器的研制成功和應(yīng)用

28、，解決了損耗問(wèn)題。40Gb/s 高速光纖傳輸系統(tǒng)及其DWDM 技術(shù)這幾年之所以發(fā)展迅速，主要得益于光放大器的研制成功和應(yīng)用。</p><p>　　4、光纖技術(shù) 光纖技術(shù)的研究重點(diǎn)就是優(yōu)化色散系數(shù)、色散斜率、有效面積和工作波長(zhǎng)范圍以適應(yīng)DWDM系統(tǒng)的傳輸速率、信道間隔、工作波長(zhǎng)的不斷變化需要。</p><p>　　5、前向糾錯(cuò)技術(shù)（FEC） 前向糾錯(cuò)編碼（FEC）技術(shù)通過(guò)在傳輸碼列中加入

29、冗余糾錯(cuò)碼，在一定條件下，通過(guò)解碼可以自動(dòng)糾正傳輸誤碼，降低接收信號(hào)的誤碼率。</p><p>　　6、色散管理技術(shù) 目的是在同時(shí)考慮色散和非線性效應(yīng)時(shí)使系統(tǒng)帶寬最大化，從而使色散在光纖鏈路上具有最佳的分布。一般通過(guò)調(diào)整系統(tǒng)的傳輸鏈路，來(lái)實(shí)現(xiàn)色散管理。</p><p>　　本文針對(duì)目前對(duì)于高速光纖通信系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，主要著手于傳輸過(guò)程中傳輸</p><p>　　碼

30、型作一定的介紹，并分析其各個(gè)碼型的光譜特性。</p><p>　　第一章 調(diào)制器及調(diào)制技術(shù)</p><p><b>　　第一節(jié) 調(diào)制器</b></p><p>　　當(dāng)前高速光纖通信領(lǐng)域中，10Gb/s 系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用，40Gb/s 系統(tǒng)技術(shù)已基本成熟，更高速率ETDM 系統(tǒng)技術(shù)也已開(kāi)始實(shí)驗(yàn)研究。隨著碼速的提高，技術(shù)難度越來(lái)越大，需要解決的

31、問(wèn)題更多，調(diào)制解調(diào)是其中重要技術(shù)之一。超高速通信系統(tǒng)要求外調(diào)制器具有足夠的調(diào)制帶寬、低驅(qū)動(dòng)電壓和高飽和功率，此外高消光比、低啁啾、低插入損耗和低偏振相關(guān)性也是重要因素。適合40Gb/s 等超高速光纖通信系統(tǒng)使用的外調(diào)制器有馬赫-澤德（MZ）和電吸收（EA）調(diào)制器兩種類型。EAM 存在著動(dòng)態(tài)啁啾的問(wèn)題，它的啁啾和偏置電壓有一定的依賴關(guān)系。而且它還存在著偏振相關(guān)，插入損耗大等缺點(diǎn)。但它的驅(qū)動(dòng)電壓小，一般為3V。而且可以得到很好的消光比。產(chǎn)生

32、的光脈沖窄，最高達(dá)可到80GHz。但是EAM 存在啁啾，所以不能用于產(chǎn)生CS-RZ 和各種DPSK 碼型。MZM 可以控制啁啾，從而得到無(wú)啁啾狀態(tài)。而且既可用于強(qiáng)度調(diào)制也可用于相位調(diào)制，所以在一般的碼型產(chǎn)生中都采用MZM。</p><p>　　1、電吸收（EA）調(diào)制器</p><p>　　電吸收調(diào)制器EAM的基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)PIN結(jié)構(gòu)，其中N區(qū)部分是交替生長(zhǎng)的多層結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于光學(xué)增反膜堆。每

33、層的折射率和厚度根據(jù)中心波長(zhǎng)按光學(xué)增反膜堆設(shè)計(jì)，依靠應(yīng)變超晶格結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)與襯底間的晶格匹配。I區(qū)部分為多量子阱（MQW）結(jié)構(gòu)。它是利用量子限制的斯塔克效應(yīng)，人為制作出的一種性能獨(dú)特的吸收材料。主要表現(xiàn)為吸收邊陡峭，熱穩(wěn)定性良好，而且外加合適的反向電場(chǎng)時(shí)，激子吸收峰會(huì)明顯的向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，外電場(chǎng)取消后吸收光譜又能可逆的還原。這種材料是通過(guò)設(shè)計(jì)多量子阱結(jié)構(gòu)的阱和壘的組分和厚度以及周期數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這就是通常所說(shuō)的“能帶工程”。其賴以實(shí)施的手段是

34、補(bǔ)償應(yīng)變超晶格生長(zhǎng)。通常構(gòu)成塊狀異質(zhì)結(jié)的外延層必需保持與襯底材料的晶格匹配，而晶格匹配要求外延層有特定的組分，偏離此特定組分的生長(zhǎng)就會(huì)在外延層中形成晶格缺陷。量子阱結(jié)構(gòu)出現(xiàn)后，壓應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)可以有效地提高III-V族半導(dǎo)體激光器的性能，如較低的閾值和較高的輸出功率、高調(diào)制速率以及更好的溫度穩(wěn)定性等。在一定的應(yīng)變范圍內(nèi)，應(yīng)變力可以維持外延層內(nèi)不出現(xiàn)晶格缺陷，這就為選擇材料的組分以獲得更好的器件性能提供了新的自由度。但是應(yīng)變量子阱多層應(yīng)變

35、的積累厚度存在一個(gè)</p><p>　　EA調(diào)制器，由于其體積小、驅(qū)動(dòng)電壓低，便于與激光器、放大器和光檢測(cè)器等其它光器件集成在一起，是很有發(fā)展前途的一種光調(diào)制器。在40Gb/s 高速光傳輸信息系統(tǒng)中使用的EA 調(diào)制器，其結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品形式和性能特點(diǎn)因研發(fā)單位而異。文獻(xiàn)報(bào)道的器件既有單一的調(diào)制器，也有與激光器等光器件單片集成的產(chǎn)品；既有集總電極的常規(guī)EA 調(diào)制器，也有行波電極的EA 調(diào)制器。</p>&l

36、t;p>　　2、馬赫-澤德調(diào)制器（MZM）</p><p>　　馬赫-澤德調(diào)制器又即馬赫-澤德干涉儀型調(diào)制器，MZ 型光調(diào)制器有LiNbO3-MZ 調(diào)制器、GaAs-MZ 調(diào)制器和聚合物-MZ 調(diào)制器等幾種。LiNbO3 干涉型光調(diào)制器是目前得到廣泛應(yīng)用的高可靠性外調(diào)制器，已經(jīng)應(yīng)用于40Gb/s 信道速率的WDM 傳輸實(shí)驗(yàn)。用LiNbO3 材料制作的MZ 光調(diào)制器與分布反饋激光器組合應(yīng)用時(shí)，從原理上說(shuō)，波長(zhǎng)

37、啁啾可以為零，且容易滿足系統(tǒng)對(duì)調(diào)制帶寬的要求。但是，LiNbO3-MZ 調(diào)制器通常驅(qū)動(dòng)電壓比較高、對(duì)偏振敏感、且難與光源等光器件集成。結(jié)構(gòu)上的差異，使這3 種調(diào)制器具有不同的特點(diǎn)。單電極驅(qū)動(dòng)型的LiNbO3 調(diào)制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本相應(yīng)低廉，但這種方案存在波長(zhǎng)啁啾較大等問(wèn)題。雙電極驅(qū)動(dòng)的NRZ 信號(hào)調(diào)制，波長(zhǎng)啁啾可為零；使用兩對(duì)電極，調(diào)制器結(jié)構(gòu)較單電極的復(fù)雜一些，但是能夠使驅(qū)動(dòng)電壓降低至單電極驅(qū)動(dòng)型的1/2[11]。</p&g

38、t;<p>　　對(duì)于馬赫—澤德調(diào)制器，其有較好的啁啾特性，適合用于超長(zhǎng)距離的高速率傳輸。但插入損耗過(guò)大，不易與光源集成。對(duì)于電吸收（EA）調(diào)制器，其容易與光源集成，但其頻率啁啾相比馬赫—澤德調(diào)制器較大，并不適合距離較長(zhǎng)的海底光纜傳輸。</p><p><b>　　第二節(jié) 調(diào)制技術(shù)</b></p><p>　　光纖通信中的調(diào)制方式有兩種：直接調(diào)制和外調(diào)制

39、。直接調(diào)制簡(jiǎn)單方便，但對(duì)激光器直接調(diào)制時(shí)，其產(chǎn)生的啁啾與調(diào)制頻率成正比，在光纖色散的作用下，將導(dǎo)致脈沖展寬，直接限制了系統(tǒng)的中繼距離。傳輸速率2.5Gb/s 在常規(guī)單模光纖G.652 上，用直接調(diào)制色散受限距離僅為120km，而用外調(diào)制則可達(dá)600km, 其原因是采用外調(diào)制方法可以減小激光器的輸出啁啾。因此，在單個(gè)波長(zhǎng)上傳輸速率超過(guò)l0Gb/s的系統(tǒng)中，一般需要使用外調(diào)制方法。</p><p>　　直接調(diào)制 用

40、電信號(hào)直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器或發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電流，使</p><p>　　輸出光隨電信號(hào)變化而實(shí)現(xiàn)。對(duì)激光器直接調(diào)制時(shí)，其產(chǎn)生的啁啾與調(diào)制頻率成正比，在光纖色散的作用下，將導(dǎo)致脈沖展寬。</p><p>　　外調(diào)制 把激光器的產(chǎn)生和調(diào)制分開(kāi)，用獨(dú)立的調(diào)制器調(diào)制激光器的輸出</p><p>　　光而實(shí)現(xiàn)。采用外調(diào)制方法可以減小激光器的輸出啁啾。</p>

41、<p><b>　　如下圖所示：</b></p><p>　?。ㄖ苯诱{(diào)制） （外調(diào)制）</p><p>　　圖1-1直接調(diào)制與外調(diào)制</p><p>　　而對(duì)于外調(diào)制方式，有兩種相關(guān)的調(diào)制器，即上文所述馬赫-澤德干涉儀型調(diào)制器和電吸收（EA）調(diào)制器。</p><p>&

42、lt;b>　　第三節(jié) 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了高速光纖通信系統(tǒng)中所涉及到的主要調(diào)制技術(shù)以及在外調(diào)制方式下常用到的兩種調(diào)制器，即馬赫-澤德(MZ)調(diào)制器和電吸收（EA）調(diào)制器及其相關(guān)的結(jié)構(gòu)和工作原理的簡(jiǎn)單介紹，最后將兩種調(diào)制器簡(jiǎn)單加以對(duì)比。</p><p>　　第二章 碼型光譜理論分析</p><p>　　第一節(jié) 光

43、譜分析理論基礎(chǔ)</p><p>　　利用通信原理中對(duì)隨機(jī)信號(hào)進(jìn)行光譜分析的方法，得到各種碼型的光譜解析表達(dá)式，并進(jìn)行分析。</p><p>　　設(shè)任意隨機(jī)脈沖示意波形如下圖所示：</p><p>　　圖2-1 隨機(jī)脈沖示意圖</p><p>　　設(shè)二進(jìn)制的隨機(jī)脈沖序列如圖所示，其中 表示“0”碼， 表示“1”碼，和 在實(shí)際中可以是任意的脈沖

44、。</p><p>　　假設(shè) 和 出現(xiàn)的概率分別為 P 和 1-P，且統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，則</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p><b>　　其中</b></p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　

45、（2.2）</b></p><p>　　把 s(t)分解成穩(wěn)態(tài)波 v(t)和交變波 u(t)。所謂穩(wěn)態(tài)波，即是隨機(jī)序列 s(t)</p><p>　　的統(tǒng)計(jì)平均分量，即：</p><p><b>　?。?.3）</b></p><p>　　其波形顯然是一個(gè)周期為的周期函數(shù)。而交變波u(t)是s(t)與v(t)

46、之差，即：</p><p>　　u(t) = s(t) - v(t) </p><p><b>　　其中第n個(gè)碼元為：</b></p><p><b>　　于是 </b></p><p><b>　?。?.4）

47、</b></p><p><b>　　其中可表示為：</b></p><p><b>　　（2.5）</b></p><p><b>　　或者寫(xiě)成：</b></p><p><b>　?。?.6）</b></p><p>

48、;<b>　　其中：</b></p><p><b>　?。?.7）</b></p><p>　　顯然，u(t)是隨機(jī)脈沖序列。</p><p>　　下面分別討論穩(wěn)態(tài)項(xiàng)v(t)與交變項(xiàng)u(t)的功率譜：</p><p>　　穩(wěn)態(tài)項(xiàng)v(t)的功率譜</p><p>　　由于v(

49、t)是以為周期的周期信號(hào)，故：</p><p><b>　?。?.8）</b></p><p><b>　　式中</b></p><p><b>　?。?.9）</b></p><p>　　由于在（）范圍內(nèi)，v(t)=所以</p><p><b&g

50、t;　　（2.10）</b></p><p>　　又由于只存在范圍內(nèi)，所以</p><p><b>　?。?.11）</b></p><p><b>　　式中</b></p><p><b>　?。?.12）</b></p><p>　　再根

51、據(jù)周期信號(hào)功率譜密度與付氏系數(shù)C的關(guān)系式，有</p><p><b>　?。?.13）</b></p><p>　　可見(jiàn)穩(wěn)態(tài)波的功率譜是沖擊強(qiáng)度取決 的離散譜線。 </p><p>　　2、交變項(xiàng)的功率譜密度</p><p><b>　?。?.14）</b></p><p>

52、　　其中是u(t)的截短函數(shù)的頻譜函數(shù)；截取時(shí)間T是（2N+1）個(gè)碼元的長(zhǎng)度，即</p><p><b>　　（2.15）</b></p><p>　　式中，N為一個(gè)足夠大的數(shù)值，且當(dāng)時(shí)，意味著。 </p><p><b>　　故有</b></p><p><b>　?。?.17） <

53、;/b></p><p><b>　　則</b></p><p><b>　?。?.18）</b></p><p><b>　　式中</b></p><p><b>　　于是</b></p><p><b>　　（2

54、.20）</b></p><p><b>　　其統(tǒng)計(jì)平均為：</b></p><p><b>　　（2.21）</b></p><p><b>　　當(dāng)時(shí)</b></p><p><b>　?。?.22）</b></p><p

55、><b>　　所以</b></p><p><b>　　（2.23）</b></p><p><b>　　當(dāng)時(shí)</b></p><p><b>　?。?.24）</b></p><p><b>　　所以</b></p>

56、;<p><b>　　（2.25）</b></p><p>　　又 （2.27）</p><p>　　則可求得交變波的功率譜</p><p><b>　?。?.29）</b></p><p>　　可見(jiàn)，交變波的功率譜是連續(xù)譜

57、，它與和的頻譜以及出現(xiàn)的概率P有關(guān)。</p><p>　　3、s(t)=u(t)+v(t)的功率譜密度</p><p><b>　?。?.30）</b></p><p>　　如果寫(xiě)成單邊的，則有</p><p><b>　?。?.31）</b></p><p>　　由上式可知

58、，隨機(jī)脈沖序列的功率譜密度可能包含連續(xù)譜和離散譜。</p><p>　　由于因而總是存在的；而離散譜是否存在，取決和的波形及其出現(xiàn)的概率P。</p><p>　　第二節(jié) ASK信號(hào)的光譜分析</p><p>　　ASK指的是振幅鍵控方式。在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中每個(gè)符號(hào)只能表示0和1(+1或-1)。但在許多實(shí)際的數(shù)字傳輸系統(tǒng)中卻往往采用多進(jìn)制的數(shù)字調(diào)制方式。與二進(jìn)制數(shù)字

59、調(diào)制系統(tǒng)相比，多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)具有如下兩個(gè)特點(diǎn)： 第一：在相同的信道碼源調(diào)制中，每個(gè)符號(hào)可以攜帶log2M比特信息，因此，當(dāng)信道頻帶受限時(shí)可以使信息傳輸率增加，提高了頻帶利用率。但由此付出的代價(jià)是增加信號(hào)功率和實(shí)現(xiàn)上的復(fù)雜性。 第二，在相同的信息速率下，由于多進(jìn)制方式的信道傳輸速率可以比二進(jìn)制的低，因而多進(jìn)制信號(hào)碼源的持續(xù)時(shí)間要比二進(jìn)制的寬。加寬碼元寬度，就會(huì)增加信號(hào)碼元的能量，也能減小由于信道特性引起的碼間干擾的影響等。</p

60、><p>　　ASK這種調(diào)制方式是根據(jù)信號(hào)的不同，調(diào)節(jié)正弦波的幅度。幅度鍵控可以通過(guò)乘法器和開(kāi)關(guān)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。載波在數(shù)字信號(hào)1或0的控制下通或斷，在信號(hào)為1的狀態(tài)載波接通，此時(shí)傳輸信道上有載波出現(xiàn)；在信號(hào)為0的狀態(tài)下，載波被關(guān)斷，此時(shí)傳輸信道上無(wú)載波傳送。那么在接收端我們就可以根據(jù)載波的有無(wú)還原出數(shù)字信號(hào)的1和0。對(duì)于二進(jìn)制幅度鍵控信號(hào)的頻帶寬度為二進(jìn)制基帶信號(hào)寬度的兩倍。</p><p>　　

61、設(shè)S(t)頻譜為S(ω)， 頻譜為：</p><p><b>　?。?.32）</b></p><p>　　2ASK信號(hào)的頻譜是將數(shù)字基帶頻譜中心搬移到載頻處，帶寬為基帶帶寬的兩倍；又由 可知，基帶信號(hào)是由若干基本脈沖組成的，因而基帶信號(hào)的帶寬完全由基本脈沖帶寬決定。2ASK信號(hào)的帶寬取決于基帶基本脈沖的帶寬，是基本脈沖帶寬的兩倍。設(shè)矩形脈沖：</p>

62、<p><b>　　（2.33）</b></p><p>　　對(duì)其傅里葉變換得頻譜為：</p><p><b>　?。?.34）</b></p><p>　　由傅里葉變換位移性質(zhì)：</p><p><b>　　（2.35）</b></p><p&

63、gt;<b>　　功率譜：</b></p><p><b>　?。?.37）</b></p><p>　　在M元ASK調(diào)制中，信號(hào)序列表示為：</p><p><b>　　其中是信號(hào)碼型</b></p><p>　　若是等概率分布的，則有：</p><p&g

64、t;<b>　?。?.39）</b></p><p>　　假設(shè)信號(hào)碼型中則有：</p><p><b>　?。?.40）</b></p><p>　　在M元ASK傳輸中，符號(hào)率：</p><p>　　所以頻譜利用率為：,當(dāng)M=2是，</p><p>　　對(duì)于幅度調(diào)制信號(hào)，在波

65、形上，它的幅度隨基帶信號(hào)規(guī)律而變化；在頻譜結(jié)構(gòu)上，是在基帶信號(hào)頻譜基礎(chǔ)上做簡(jiǎn)單的線性搬移。</p><p><b>　　1、NRZ光譜分析</b></p><p>　　由于隨機(jī)脈沖序列的雙邊功率譜為</p><p><b>　　（2.41）</b></p><p>　　NRZ不歸零碼型即為</

66、p><p><b>　　其中，所以</b></p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　?。?.42）</b></p><p><b>　　其頻譜函數(shù)為</b></p><p><b>　　（2.43）

67、</b></p><p>　　當(dāng)，的取值情況：m=0,因此離散譜</p><p>　　中有直流分量；m為不等于0的整數(shù)時(shí)，離散譜均為0，</p><p><b>　　,因而無(wú)定時(shí)信號(hào)。</b></p><p><b>　　此時(shí)有</b></p><p><b

68、>　　（2.44）</b></p><p>　　NRZ信號(hào)的光譜為： </p><p>　　圖2-2 NRZ碼光功率譜示意圖</p><p>　　2、CS-RZ的光譜分析:</p><p>　　當(dāng)輸入的脈沖信號(hào)為其中為偏置電壓，</p><p>　　又MZM的輸出光場(chǎng)公式：</p&

69、gt;<p><b>　?。?.45）</b></p><p><b>　　輸出光強(qiáng)公式：</b></p><p><b>　　(2.46)</b></p><p>　　將條件代入上述公式有：</p><p><b>　　(2.47)</b>

70、</p><p><b>　　將其展開(kāi)得到：</b></p><p><b>　　(2.48)</b></p><p>　　則可得到表示“1”的波形為：</p><p><b>　　(2.49)</b></p><p>　　對(duì)其進(jìn)行傅氏變換得：</

71、p><p><b>　　(2.50)</b></p><p>　　得到CS-RZ的光譜為：</p><p><b>　　(2.51)</b></p><p><b>　　其光譜圖如圖所示：</b></p><p>　　圖2-3 CS-RZ碼光功率譜示意圖&

72、lt;/p><p>　　3、1/2RZ的光譜分析：</p><p>　　在上面的分析中，當(dāng)為占空比為1/2的矩形脈沖時(shí)，即脈沖寬度時(shí)，其頻譜函數(shù)為</p><p><b>　　(2.52)</b></p><p>　　當(dāng)，的取值情況：因此離散譜中有直流分量；m為奇數(shù)時(shí)，此時(shí)有離散譜，因而有定時(shí)信號(hào)；m為偶數(shù)時(shí)，此時(shí)無(wú)離散譜。

73、</p><p><b>　　此時(shí)，</b></p><p><b>　　(2.53)</b></p><p><b>　　其頻譜圖如下所示：</b></p><p>　　圖2-4 RZ碼功率譜示意圖</p><p>　　第三節(jié) DPSK信號(hào)的光譜分

74、析</p><p>　　正弦載波的相位隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)離散變化，則產(chǎn)生二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）信號(hào)，通常用以調(diào)信號(hào)載波的和分別表示“1”和“0”， 由于是以載波的不同相位直接表示相應(yīng)數(shù)字信息，被稱為絕對(duì)相移鍵控，而相對(duì)相移鍵控（2DPSK）是利用前后相鄰碼元的相對(duì)載波相位值去表示“0”和“1”。可規(guī)定為：前后有相位差 л 代表數(shù)字信息“1”，相位差為 0 代表數(shù)字信息“0”。雖然 DPSK和2PSK 所代表

75、的信息是不一樣的，但它們的波形是一樣的。從波形上看不出它們的差別，因此它們的光譜是一樣的。</p><p><b>　　令：</b></p><p><b>　　(2.54)</b></p><p><b>　　又</b></p><p><b>　　(2.55)&l

76、t;/b></p><p><b>　　故有：</b></p><p><b>　　(2.56)</b></p><p>　　由于為雙極性數(shù)字信號(hào)，即，代入基帶信號(hào)功率譜公式就有：</p><p><b>　　(2.57)</b></p><p>

77、　　當(dāng)取“0”和取“1”概率相等時(shí)，即P=1/2，結(jié)果就變成：</p><p><b>　　(2.58)</b></p><p>　　可知，DPSK信號(hào)的光譜與2ASK信號(hào)的連續(xù)譜基本一致，只是系數(shù)不一樣。</p><p><b>　　第四節(jié) 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章在本科階段所

78、學(xué)習(xí)的通信原理課程的基礎(chǔ)上首先介紹了光譜分析的理論基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)1/3RZ碼、NRZ碼、CS-RZ碼三種碼型的ASK、DPSK調(diào)制的光譜分別進(jìn)行了分析，并給出了各個(gè)碼型的光譜圖加以參考。</p><p>　　第三章 高速光纖通信系統(tǒng)的模擬仿真</p><p>　　第一節(jié) Optisystem軟件相關(guān)介紹</p><p>　　光通訊系統(tǒng)正在變得日益復(fù)雜。這些系統(tǒng)通常

79、包含多個(gè)信號(hào)通道、不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、非線性器件和非高斯噪聲源，對(duì)它們的設(shè)計(jì)和分析是相當(dāng)?shù)膹?fù)雜和需要高強(qiáng)度勞動(dòng)的。先進(jìn)的軟件工具使得這些系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析變得迅速而有效。 OptiSystem（光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件）是一款創(chuàng)新的光通訊系統(tǒng)模擬軟件包，它集設(shè)計(jì)、測(cè)試和優(yōu)化各種類型寬帶光網(wǎng)絡(luò)物理層的虛擬光連接等功能于一身，從長(zhǎng)距離通訊系統(tǒng)到 LANS和MANS都使用。一個(gè)基于實(shí)際光纖通訊系統(tǒng)模型的系統(tǒng)級(jí)模擬器，OptiSystem具有強(qiáng)大的模擬環(huán)境

80、和真實(shí)的器件和系統(tǒng)的分級(jí)定義。它的性能可以通過(guò)附加的用戶器件庫(kù)和完整的界面進(jìn)行擴(kuò)展，而成為一系列廣泛使用的工具。全面的圖形用戶界面控制光子器件設(shè)計(jì)、器件模型和演示。巨大的有源和無(wú)源器件的庫(kù)包括實(shí)際的、波長(zhǎng)相關(guān)的參數(shù)。參數(shù)的掃描和優(yōu)化允許用戶研究特定的器件技術(shù)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。因?yàn)槭菫榱朔舷到y(tǒng)設(shè)計(jì)者、光通訊工程師、研究人員和學(xué)術(shù)界的要求而設(shè)計(jì)的，OptiSystem滿足了急速發(fā)展的光子市場(chǎng)對(duì)一個(gè)強(qiáng)有力而易于使用的光系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具的需求

81、。它的廣泛應(yīng)用包括: 物理層的器件級(jí)到系統(tǒng)級(jí)的光通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)，CATV或者TDM</p><p>　　1. 器件庫(kù) 為了完全發(fā)揮效率，器件模塊應(yīng)該再現(xiàn)真實(shí)器件的實(shí)際的性能，確定由于選擇精度和效率引起的影響。OptiSystem器件庫(kù)中包括了超過(guò)200種的模型，為了給出那些與實(shí)際應(yīng)用相比較的結(jié)果，這些模塊都已被仔細(xì)的測(cè)試過(guò)了。 　　</p><p>　　2． 器件測(cè)量 OptiSyste

82、m能讓用戶進(jìn)入那些可以從實(shí)際的器件中測(cè)量的參數(shù)。 　　</p><p>　　3． 與Optiwave軟件工具的集成 在子系統(tǒng)級(jí)和器件級(jí)上，OptiSystem允許用戶將其它Optiwave軟件工具集成使用：OptiAmplifier，OptiBPM，OptiGrating和OptiFiber。 　　</p><p>　　4． 混合信號(hào)表示 在器件庫(kù)中，對(duì)于光信號(hào)和電信號(hào)，OptiSy

83、stem處理混合信號(hào)格式。OptiSystem將根據(jù)模擬所需的精度和效率來(lái)選擇合適的算法來(lái)計(jì)算。 　　5． 質(zhì)量和性能的算法 為了預(yù)測(cè)系統(tǒng)性能，OptiSystem將采用分析法，或者對(duì)于受中間信號(hào)串?dāng)_和噪聲所限制的系統(tǒng)采用半分析技術(shù)，分別計(jì)算出諸如BER和Q因子等參數(shù)。 　　</p><p>　　6． 高級(jí)的可視化工具 高級(jí)的可視化工具可以生成OSA頻譜、示波器和眼圖（EYE Diagram）。信號(hào)功率、

84、增益、噪聲系數(shù)以及OSNR也包含在WDM分析工具中。 　　</p><p>　　7． 數(shù)據(jù)監(jiān)視器 在模擬完成后，用戶可以選擇器件的端口的數(shù)據(jù)來(lái)存儲(chǔ)，并且顯示在監(jiān)視器上。這就使用戶可以在模擬完成后直接處理，而不必重新計(jì)算。在同一個(gè)端口，用戶可以在顯示器上打開(kāi)任意數(shù)目的觀察儀。 　　</p><p>　　8． 用子系統(tǒng)分級(jí)模擬 為了使模擬工具靈活和有效，那么在系統(tǒng)級(jí)、子系統(tǒng)級(jí)和器件級(jí)等

85、不同層次上，提供模型就是必需的。OptiSystem的特點(diǎn)是器件和系統(tǒng)的真正分級(jí)定義，是用戶在器件級(jí)的集成和光纖光學(xué)方面可以使用特殊的軟件工具，并且使模擬可以達(dá)到制定的精度要求。 　　</p><p>　　9． 自定義器件 用戶可以基于子系統(tǒng)和自定義庫(kù)，或者利用諸如Matlab之類的第三方軟件工具來(lái)聯(lián)合模擬，來(lái)創(chuàng)建新的器件。 　　</p><p>　　10．腳本語(yǔ)言 用戶可以輸入代

86、數(shù)表達(dá)式和設(shè)置在器件和子系統(tǒng)都可以使用的符號(hào)參數(shù)。 　　</p><p>　　11．狀態(tài)技術(shù)計(jì)算數(shù)據(jù)流 計(jì)算調(diào)度程序根據(jù)選擇的數(shù)據(jù)流模式，通過(guò)確定器件模塊的執(zhí)行等級(jí)來(lái)控制模擬過(guò)程。處理傳輸層模擬的主數(shù)據(jù)流模型是器件迭代數(shù)據(jù)流（CIDF）。CIDF域使用運(yùn)行調(diào)度法、支持條件、數(shù)據(jù)相關(guān)迭代和真循環(huán)。 　　12．復(fù)合方案圖 用戶可以使用相同的方案文件創(chuàng)建多個(gè)設(shè)計(jì)，每個(gè)方案文件允許用戶快速而有效的創(chuàng)建和修改自己的

87、設(shè)計(jì)。每個(gè)方案文件包含多個(gè)設(shè)計(jì)版本。這些設(shè)計(jì)版本的計(jì)算和修改是相互獨(dú)立的，但是不同的設(shè)計(jì)版本的計(jì)算結(jié)果可以合并起來(lái)。這就允許用戶可以比較這些設(shè)計(jì)。 　　</p><p>　　13．并行計(jì)算 如果能夠?qū)蓚€(gè)器件同時(shí)進(jìn)行計(jì)算，那么它們也能在不同的線程中更有效的被調(diào)度。根據(jù)可利用的計(jì)算資源，用戶可以控制線程的數(shù)目，加速計(jì)算的過(guò)程。 　　</p><p>　　14．圖形和結(jié)果管理器 直觀的

88、圖形管理使用戶可以用圖形表示出幾乎全部的設(shè)計(jì)中設(shè)置的參數(shù)。生成的圖形組成大小可調(diào)、可以移動(dòng)的圖形窗口，這些窗口可以形成一個(gè)可以保存和重新使用的結(jié)果圖。 　　</p><p>　　15．參數(shù)掃描和優(yōu)化 使用參數(shù)的迭代變化，模擬可以反復(fù)進(jìn)行。OptiSystem也能優(yōu)化任何參數(shù)，使任何結(jié)果最大或者最小，或者搜尋目標(biāo)結(jié)果。用戶可以多參數(shù)掃描和復(fù)合優(yōu)化。 　　</p><p>　　16． 發(fā)射

89、器 發(fā)射器件庫(kù)包括了所有與光信號(hào)產(chǎn)生和編碼相關(guān)的器件，例如半導(dǎo)體激光器、調(diào)制器、編碼器和比特序列發(fā)生器等。半導(dǎo)體激光器由于它在發(fā)射器中的重要角色而成為了最重要的發(fā)射器部件。使用OptiSystem，用戶可以輸入測(cè)量過(guò)的數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)估速率方程所需的那些參數(shù)。當(dāng)使用外調(diào)制的CW激光器時(shí)，對(duì)于啁啾和衰減來(lái)說(shuō)，MQW馬赫－曾德?tīng)栒{(diào)制器和電吸收調(diào)制器的模型是基于測(cè)量的，并且能使用戶優(yōu)化偏置和調(diào)制電壓，從而得到接收器靈敏度的最小退化。 對(duì)于隨即數(shù)字

90、發(fā)生器，編碼器和比特序列產(chǎn)生器允許用戶在不同的調(diào)制模式和算法之間進(jìn)行選擇。 　　</p><p>　　17． 光纖 光纖是主要的傳輸通道。對(duì)于任意的WDM信號(hào)，OptiSystem采用一種非線性色散傳播的單模光纖模型，用以說(shuō)明信號(hào)的振幅和相位受影響的現(xiàn)象和效果。在很大的條件范圍內(nèi)，這個(gè)模型都可以真實(shí)的預(yù)測(cè)波形的失真、眼圖的退化和信號(hào)的其它要素。 　　</p><p>　　18． 光放大

91、器 EDFA和拉曼放大器已經(jīng)成為光纖網(wǎng)絡(luò)所需的器件，從WDM網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)器到CATV接線放大器，都有著廣泛的應(yīng)用。OptiSystem能使用戶選擇不同的模型，例如自定義增益和噪聲系數(shù)的理想放大器，或者是基于測(cè)量或者速率方程靜態(tài)或者動(dòng)態(tài)的解的黑匣子模型。通過(guò)利用半導(dǎo)體激光器的多功能特性，可以完成放大和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。 　　</p><p>　　19． 接收器 用戶可以依據(jù)光探測(cè)器輸入端的混合信號(hào)來(lái)選擇不同的模型。如果

92、噪聲用概率密度函數(shù)（PSD）來(lái)描述，PIN或者APD將采用基于高斯近似的準(zhǔn)分析模型來(lái)計(jì)算噪聲的作用。如果噪聲是與信號(hào)混合在一起，那么使用適當(dāng)?shù)腜FD來(lái)描述光電子統(tǒng)計(jì)時(shí)，這個(gè)模型可以增加數(shù)字化噪聲。 電濾波器件的內(nèi)部庫(kù)包括實(shí)際的、頻率相關(guān)的參數(shù)。在這個(gè)庫(kù)中，用戶可以考慮不同濾波器形式來(lái)設(shè)計(jì)接收器。 　　</p><p>　　20． 網(wǎng)絡(luò)器件 復(fù)用器∕解復(fù)用器 ，上路∕下路 ，陣列波導(dǎo)光柵，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)，循環(huán)∕

93、環(huán)形元件，交叉連接，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。 　　</p><p>　　21． 無(wú)源器件 濾波器 ，調(diào)制器，耦合器 ，分波器，合波器，環(huán)形器 ，隔離器 ，偏振器件 ，光纖光柵。 　　</p><p>　　22． 觀察儀 客戶可以在任何器件使用觀察儀來(lái)打開(kāi)端口數(shù)據(jù)監(jiān)視器，并且存取結(jié)果。數(shù)據(jù)監(jiān)視器可以保存處理過(guò)的信號(hào)信息，而沒(méi)有必要預(yù)先確定觀察儀的類型。因此，一個(gè) OSA或WDM分析儀可以加在相同的

94、監(jiān)視器上，一旦一個(gè)計(jì)算完成，就不需要再次運(yùn)算。 庫(kù)中可以利用的觀察儀包括：光∕射頻頻譜分析儀、示波器∕光時(shí)域分析儀 、眼圖分析儀 、誤碼率分析儀、WDM分析儀 、功率計(jì)、 光學(xué)方案圖編輯器。這個(gè)界面可以讓用戶快速而有效的創(chuàng)建和修改自己的設(shè)計(jì)。每個(gè)OptiSystem方案文件可以包含足夠多的設(shè)計(jì)版本。這些設(shè)計(jì)版本可以相互獨(dú)立的被計(jì)算和修改，但是來(lái)自于不同版本的計(jì)算結(jié)果可以合并起來(lái)進(jìn)行比較。 圖形演示 ，OSA頻譜、示波器和眼圖，探針和可視

95、化工具列出信號(hào)功率、增益、噪聲系數(shù)和OSNR ，眼圖中超過(guò)70次的測(cè)量，圖形生成工具可以對(duì)任何參數(shù)掃描的任意結(jié)果進(jìn)行比較 ，直觀的圖形管理器使用戶可以畫(huà)出設(shè)計(jì)中使用的幾乎所用的參數(shù)的曲線，生成的圖形組尺寸可變、視角可變換，并將這些視圖轉(zhuǎn)變成可以保存和重新使用的結(jié)果方案圖 ，將復(fù)合圖合并成3D圖 OptiSystem的改進(jìn)這個(gè)軟件的新特性更好的滿足光系統(tǒng)和器件設(shè)</p><p>　　23．器件庫(kù) 在光源、調(diào)制器

96、、放大器、接收器、濾波器、色散補(bǔ)償、脈沖發(fā)生器、信號(hào)處理、工具以及光網(wǎng)絡(luò)庫(kù)中，加入了超過(guò)50種新單色器件。 　　</p><p>　　24．信號(hào)庫(kù) 數(shù)字化傳播噪聲從電信號(hào)中分離出來(lái)了。庫(kù)中所有的電子器件都支持這個(gè)功能。 　　</p><p>　　25．功率預(yù)算計(jì)算 在計(jì)算后，為每個(gè)器件端口的每個(gè)信號(hào)預(yù)測(cè)信號(hào)功率、噪聲和OSNR。與通道和通道跟蹤相結(jié)合，功率預(yù)算計(jì)算允許用戶在系統(tǒng)設(shè)計(jì)

97、過(guò)程中分配系統(tǒng)余量。 　　</p><p>　　26．庫(kù)管理器 啟動(dòng)和禁用系統(tǒng)庫(kù)來(lái)改善系統(tǒng)存儲(chǔ)器的使用。器件搜索功能為用戶提供了一個(gè)節(jié)省時(shí)間的工具，來(lái)找到特定的器件。將器件載入和保存為文件，使用戶可以使用自定義的工具。用密碼來(lái)保護(hù)器件以增加安全性。 　　</p><p>　　27．用戶界面 項(xiàng)目窗口中的同步符使得項(xiàng)目方案圖窗口中保持連貫性。拖動(dòng)的功能可以更容易和快速的建立連接和在圖

98、形窗口中加入圖形。 　　</p><p>　　28．圖形窗口 提供從簡(jiǎn)單的單個(gè)掃描迭代曲線到三維數(shù)據(jù)的3D圖形的一系列圖表。 　　</p><p>　　29．方案圖演示 當(dāng)光標(biāo)放置在輸出端口上時(shí)，在方案圖上將會(huì)持續(xù)（這個(gè)選項(xiàng)可以啟動(dòng)或者禁用）或者作為工具提示，演示這個(gè)端口的信號(hào)值。 　　</p><p>　　30．通道 很容易定義通過(guò)幾個(gè)器件的通道。每個(gè)

99、通道都有不同的顏色，這使得在方案圖中相交的通道很清楚地被區(qū)分開(kāi)。 　　</p><p>　　31．通道跟蹤 跟蹤一個(gè)通道地信號(hào)值，演示信號(hào)值變化的圖。 　　</p><p>　　32．參數(shù) 定義、瀏覽和繪出多維參數(shù)的掃描圖。 　　</p><p>　　33．報(bào)告生成器 以HTML或者RTF的格式生成完全的用戶定制的報(bào)告。這個(gè)報(bào)告包括詳細(xì)的OptiSyst

100、em方案文件的信息。 　　</p><p>　　34．軟件開(kāi)發(fā)工具包 使用VC＋＋語(yǔ)言，按照器件庫(kù)中的范例可以創(chuàng)建用戶自己的器件庫(kù)，用VC＋＋語(yǔ)言進(jìn)行添加和嵌入。 　　</p><p>　　第二節(jié) 碼型仿真及其分析</p><p>　　OptiSystem軟件仿真如下：</p><p>　　選取適當(dāng)?shù)脑M成如圖所示模塊：</p&

101、gt;<p>　　圖3-1 RZ產(chǎn)生模塊</p><p>　　圖3-2 NRZ產(chǎn)生模塊</p><p>　　圖3-3 CS-RZ產(chǎn)生模塊</p><p><b>　　仿真結(jié)果如下所示：</b></p><p>　　圖3-4 RZ光譜圖</p><p>　　圖3-5 NRZ光譜圖

102、</p><p>　　圖3-6 CS-RZ光譜分析元件1光譜圖</p><p>　　圖3-7 CS-RZ光譜分析元件2光譜圖</p><p>　　其中RZ,NRZ,CS-RZ三種碼型的眼圖如下所示：</p><p>　　圖3-8 RZ眼圖</p><p>　　圖3-9 NRZ眼圖</p><

103、p>　　圖3-10 CS-RZ眼圖</p><p>　　由上述光譜圖可知，NRZ 信號(hào)光譜，在一階邊帶和基帶上是最緊湊的，這就導(dǎo)致在 WDM系統(tǒng)里由波形變形和相干串?dāng)_所造成的眼圖張開(kāi)代價(jià)相對(duì)較小。RZ信號(hào)光譜在基帶和一階邊帶都有很明顯的線狀光譜，在信道間隔較小的 WDM系統(tǒng)中相鄰信道的一階邊帶會(huì)有重合。CS-RZ 就光譜形狀而言與 NRZ相比，其載波頻率成分被被抑制，但頻率相隔為一個(gè)比特率頻率的兩個(gè)線型光

104、譜線形光譜卻凸顯出來(lái)，且兩個(gè)線性光譜之間的間隔為一個(gè)比特頻率在此例中為 40G 。三種DPSK 信號(hào)光譜由自身性質(zhì)決定了在基帶和一階邊帶中不含有任何線型光譜成分,即光譜中沒(méi)有尖峰。</p><p>　　由Optisystem 軟件模擬所得的眼圖結(jié)果可知，從圖中可以看出 RZ 和CS-RZ 的眼圖差別很小，這是因?yàn)樗鼈兺瑸闅w零碼，區(qū)別在于兩者的占空比不同，CS-RZ 的占空比大于 RZ的。且 NRZ 的上端抖動(dòng)比較

105、厲害。</p><p><b>　　第三節(jié) 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章節(jié)主要介紹了Optisystem軟件的功能等，以及利用Optisystem軟件對(duì)RZ碼、NRZ碼、CS-RZ碼進(jìn)行了模擬仿真，得到了各個(gè)碼型的模擬光譜圖和相應(yīng)的眼圖，并加以簡(jiǎn)單分析得出結(jié)論。</p><p><b>　　結(jié) 論</b>

106、</p><p>　　本文的設(shè)計(jì)題目為高速光纖通信系統(tǒng)傳輸特性研究，在查閱了大量資料的前提下，了解了高速光纖通信的發(fā)展歷史，以及高速光纖通信系統(tǒng)對(duì)于人們工作生活的重要性，開(kāi)展了對(duì)影響光纖通信系統(tǒng)傳輸特性的幾個(gè)方面的研究，主要著手于RZ碼、NRZ碼、CS-RZ碼三種碼型的光譜分析和眼圖比較，并介紹了光譜分析涉及到的通信原理基礎(chǔ)知識(shí)，以及對(duì)于RZ碼、NRZ碼、CS-RZ碼模擬仿真時(shí)采用的OptiSystem仿真軟件的

107、應(yīng)用介紹，并對(duì)RZ碼、NRZ碼、CS-RZ碼三種碼型進(jìn)行了仿真得出光譜圖和眼圖，得出結(jié)論：NRZ格式由于光譜最窄,其色散容限最優(yōu)，RZ碼由于光譜最寬，其色散容限最低。所以在40Gb/s 的傳輸系統(tǒng)中采用RZ、CS-RZ 等調(diào)制格式，要求更為復(fù)雜的色散管理。今后將繼續(xù)開(kāi)展類似研究以拓展自己在這方面的知識(shí)面。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>

108、　　畢業(yè)設(shè)計(jì)完成了，在這個(gè)過(guò)程中我學(xué)到了很多東西。首先我要感謝我的導(dǎo)師，他在我完成論文的過(guò)程中，給予了我很大的幫助。在論文開(kāi)始的初期，我對(duì)于論文的結(jié)構(gòu)以及文獻(xiàn)選取等方面都有很多問(wèn)題，老師都給了我的詳細(xì)介紹，在寫(xiě)論文期間，老師時(shí)常監(jiān)督我的進(jìn)度，嚴(yán)格按時(shí)表進(jìn)行中期檢查，讓我能夠監(jiān)督自己跟上進(jìn)度，到了仿真之前的階段，老師又給我提供了仿真所用軟件，讓我有足夠的時(shí)間去學(xué)習(xí)軟件的使用。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，也讓我回顧了大學(xué)所學(xué)知識(shí)，讓我體驗(yàn)了一次做研究

109、的經(jīng)歷，鍛煉了我的能力，對(duì)我今后的學(xué)習(xí)工作有很大的幫助。感謝我的大學(xué)輔導(dǎo)員皮若蘭，在我大學(xué)四年期間給了我們很多關(guān)心和幫助，也要感謝大學(xué)期間給我上課的老師們，是他們傳授給了我很多知識(shí)和道理，讓我受益匪淺。我也要深深感謝我的父母，是他們給了我最大的勇氣來(lái)面對(duì)困難。最后衷心感謝所有關(guān)心和給我經(jīng)歷的人。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]

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116、 錄</b></p><p><b>　　一、英語(yǔ)原文</b></p><p>　　Optical fiber</p><p><b>　　Abstract:</b></p><p>　　An optical fiber (or optical fiber) is a flexible

117、, transparent fiber made of a pure glass (silica) not much thicker than a human hair. It functions as a waveguide, or “l(fā)ight pipe”[1], to transmit light between the two ends of the fiber.[2] The field of applied science

118、and engineering concerned with the design and application of optical fibers is known as fiber optics. Optical fibers are widely used in fiber-optic communications, which permits transmission over longer distances and at