光纤通信optisystem实验
光纤通信optisystem实验
光纤通信大作业1、选择一个您认为合适的方案供选方案:NRZ、RZ调制格式,直接调制或者外调制,APD管或者PIN管,low pass rectangular filter或者low pass gauss filter。
请选择您认为实际中可实现的通信性能最好的一组方案。
并给出相应的理由。
答:选择NRZ调制格式,直接调制,APD管,low pass gauss filter。
选择这个方案的理由就是:为了使得整个系统得到最好的信噪比,并且保证系统误码率在可接受的范围内。
具体理由分析如下:选择NRZ调制格式,因为经NRZ调制的光信号具有紧凑的频谱特性,调制与调解结构简单,在10G与一部分40G系统中得到广泛应用,一直被作为中短距离光纤通信系统中的主要调制格式,通过色散管理与终端可调色散补偿技术,NRZ调制格式在终端传输距离普通光纤获得良好的光传输性能。
选择直接调制,因为直接强度调制就是用信号直接调制激光器的驱动电流,使其输出功率随信号变化、这种方式设备相对简单,研究较早,现已成熟并商品化、外调制则常用于要求较高的通信系统。
选择APD管,因为由书上的P264页的图8、3可知,PIN管接收灵敏度适用于低数据速率光纤通信,当系统通信数据速率为10G时,PIN灵敏度管不适于应用,我们优选ADP管。
选择low pass gauss filter(低通高斯响应滤波器),因为low pass rectangular filter(低通矩形响应滤波器)就是理想的低通滤波器的模型,在幅频特性曲线上呈现矩形。
在现实中,如此理想的特性就是无法实现的,所有的设计只不过就是力图逼近矩形滤波器的特性而已。
而low pass gauss filter(低通高斯响应滤波器)采用时域法测量有效带宽,具有直观、简便的优点,而采用时域法能够显著缩短有效带宽测量时间。
实验过程:本次实验中,由NRZ调制格式、直接调制、APD管与low pass gauss filter构成的光纤通信系统。
OptiSystem在光纤通信课堂教学中的应用——以光纤传输特性为例
OptiSystem在光纤通信课堂教学中的应用——以光纤传输特性为例王学勤*(枣庄学院光电工程学院 山东枣庄 277160)摘要：为了提高学生的学习兴趣，帮助学生理解、掌握知识点，提升光纤通信课程的教学效果，将OptiSys‐tem软件引入光纤通信课堂教学。
该文以光纤传输特性部分的教学内容为例，针对光纤的损耗、色散和非线性效应三项光纤的传输特性，搭建OptiSystem仿真模型，演示光纤的传输特性对光纤中传输信号的影响，进而分析对光纤通信系统性能的影响。
通过仿真演示，使学生更直观地理解光信号在光纤中传输时的时域、频域变化特征，掌握光纤传输特性对光纤通信系统的影响机理。
关键词：光纤通信 OptiSystem软件 光纤传输特性 课堂教学中图分类号：G642.0文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2023)09-0140-05 Application of OptiSystem in the Classroom Teaching ofFiber-optic Communications—Taking Fiber-optic Transmission Characteristics as an ExampleWANG Xueqin*(School of Optoelectronic Engineering, Zaozhuang University, Zaozhuang, Shandong Province, 277160 China) Abstract:In order to improve students' interest in learning, help students understand and master knowledge points, and improve the teaching effect of Fiber-optic Communications, OptiSystem software is introduced to the class‐room teaching of Fiber-optic Communications. Taking the teaching content of fiber-optic transmission character‐istics as an example, aiming at three fiber-optic transmission characteristics: the loss, dispersion and nonlinear effectof optical fibers, this paper builds the OptiSystem simulation model to demonstrate the impact of fiber-optic trans‐mission characteristics on transmission signals in optical fibers, and then analyze the impact on the performance of the fiber-optic communication system. Through the simulation demo, students can more intuitively understand the time-domain and frequency-domain variation characteristics of optical signals when they are transmitted in optical fibers, and master the influence mechanism of fiber-optic transmission characteristics on the fiber-optic communi‐cation system.Key Words: Fiber-optic Communications; OptiSystem software; Fiber-optic transmission characteristic; Classroom teachingOptiSystem是一种光通信系统仿真程序包，具有丰富的组件库，可用于光纤通信系统的建模仿真[1]。
光通信技术实验报告
光通信技术实验报告实验一光通讯系统WDM系统设计实验目的1.熟悉Optisystem实验环境，练习使用元件库中的常用元件组建光纤通信系统。
2.使用OptiSystem模拟仿真WDM系统的各项性能参数，并进行分析。
实验原理光波分复用系统简介光波分复用是指将两种或多种各自携带有大量信息的不同波长的光载波信号，在发射端经复用器汇合，并将其耦合到同一根光纤中进行传输，在接收端通过解复用器对各种波长的光载波信号进行分离，然后由光接收机做进一步的处理，使原信号复原，这种复用技术不仅适用于单模或多模光纤通信系统，同时也适用于单向或双向传输。
波分复用系统的工作波长可以从0.8μm到1.7μm，由此可见，它可以适用于所有低衰减、低色散窗口，这样可以充分利用现有的光纤通信线路，提高通信能力，满足急剧增长的业务需求。
WDM光通信结构组成1)滤波器：在WDM系统中进行信道选择，只让特定波长的光通过，并组织其他光波长通过。
可调谐光滤波器能从众多的波长中选出某个波长让其通过。
在WDM系统的光接收机中，为了选择所需的波长，一般都需依赖于其前端的可调谐滤波器。
要求其有宽的谱宽以传输需要的全部信号谱成分，且带宽要窄以减小信道间隔。
2)复用器/解复用器（MUX/DEMUX）：将多个光波长信号耦合到一路信道中，或使混合的信号分离成单个波长供光接收机处理。
一般，复用/解复用器都可以进行互易，其结构基本是相同的。
实际上即是一种波长路由器，使某个波长从指定的输入端口到一个指定的输出端口。
实验软件介绍OptiSystem是一款创新的光通讯系统模拟软件包，它集设计、测试和优化各种类型宽带光网络物理层的虚拟光连接等功能于一身，从长距离通讯系统到LANS和MANS都使用。
一个基于实际光纤通讯系统模型的系统级模拟器，OptiSystem具有强大的模拟环境和真实的器件和系统的分级定义。
它的性能可以通过附加的用户器件库和完整的界面进行扩展，而成为一系列广泛使用的工具。
optiSystem操作指导书
3．OptiSystem快速入门3.1OptiSystem简介OptiSystem是一款创新的光通讯系统模拟软件包，它集设计、测试和优化各种类型宽带光网络物理层的虚拟光连接等功能于一身，从长距离通讯系统到LANS和MANS都适用。
OptiSystem有一个基于实际光纤通讯系统模型的系统级模拟器，并具有强大的模拟环境和真实的器件和系统的分级定义。
它的性能可以通过附加的用户器件库和完整的界面进行扩展，从而成为一系列广泛使用的工具。
全面的图形用户界面提供光子器件设计、器件模型和演示。
丰富的有源和无源器件库，包括实际的、波长相关的参数。
参数扫描和优化允许用户研究特定的器件技术参数对系统性能的影响。
OptiSystem满足了急速发展的光子市场对于一个强有力而易于使用的光系统设计工具的需求，深受系统设计者、光通信工程师、研究人员的青睐。
OptiSystem软件允许对物理层任何类型的虚拟光连接和宽带光网络的分析，从远距离通讯到MANS和LANS都适用。
它可广泛应用下列场合：1．物理层的器件级到系统级的光通讯系统设计；2．CATV或者TDM⁄WDM网络设计；3．SONET⁄SDH的环形设计；4．传输装置、信道、放大器和接收器的设计；5．色散图设计；6．不同接受模式下误码率（BER）和系统代价（Penalty）的评估；7．放大系统的BER和连接预算计算。
3.2OptiSystem的简单操作下面简单介绍如何利用OptiSystem3.0进行系统设计仿真。
本指导书中出现元件库目录及元件名均以OptiSystem3.0为例，后续版本的元件库结构等有些变化，但总体上变化不大。
3.2.1 OptiSystem用户图形界面当你打开Optisystem时，你会看到图3.1。
图3.1 软件用户图形界面图形界面的主要部分软件图形界面包含有以下主要窗口：·项目图层·Dockers元件库项目浏览器说明·条形状态栏项目图层这是你插入元器件到图层，编辑元件，建立元件之间联系的主要操作区（见图3.2）。
OPTISYSTEM在“光纤通信”新技术实验教学中的应用4页word
OPTISYSTEM在“光纤通信”新技术实验教学中的应用针对光纤通信的课程特点，本文利用OPTISYSTEM仿真?件，基于正交频分复用技术，构建光纤通信系统模型。
通过OPTISYSTEM软件对发射机、电光调制、光纤信道、光电检测和接收机等模块进行仿真分析，有效地提高了学生的实验效率，节省了教学成本。
一、OPTISYSTEM仿真软件简介OPTISYSTEM是OPTIWAVE公司开发的一套光通信系统模拟软件。
在OPTISYSTEM系统仿真实验中，学生可以通过调整光学元器件参数，对通信系统进行优化设计，直观地模拟整个光纤通信系统的传输过程。
利用仿真软件进行系统性能分析，有利于引导学生对复杂系统进行探索，提高学生对系统性能的全面认识。
本文利用该软件搭建基于相干检测光正交频分复用系统，并对光谱、星座图等进行比较分析。
二、光OFDM系统仿真模型相较无线通信领域，OFDM技术在光通信中的研究相对较晚。
直到2005年，Jolley等人提出将无线通信的OFDM技术应用到高速光纤传输领域，人们才开始考虑将OFDM技术用于光通信，即光正交频分复用系统。
光OFDM可以分为直接检测光OFDM和相干检测光OFDM两种。
相干检测光OFDM结合了相干光检测和OFDM技术优势，可有效利用光谱资源实现大容量、长距离传输。
CO-OFDM系统框图如图1所示。
相干检测光正交频分复用系统可分为五个功能模块：RF-OFDM发射机；电光调制模块；光信道；光电检测模块；RF-OFDM接收机。
各模块具体性能如下：（1）RF-OFDM发射机：如图2所示，将二进制高速比特率数据进行QAM星座调制，并通过串并（S/P）变换成N个低速比特率并行数据。
再对复数数据作IFFT变换，并通过并/串转换将N路并行载波变为串行数据作为一个OFDM符号。
然后，利用模数转换（DAC），将符号变为模拟信号，即得到射频OFDM信号。
（2）电光调制模块：如图3所示，将射频电域OFDM信号，利用电光调制模块转换为光信号进行传输。
基于OptiSystem的相干光纤通信系统仿真研究
研制开发的相干光纤通信系统仿真研究姜波波（安徽长安专用汽车制造有限公司，安徽相干光纤通信系统因其具有灵敏度高、中继距离长、通信容量大以及可以采用多种调制方式等特点，成采用相干光纤通信是目前光纤通信发展的主要趋势。
光信号的幅度、频率以及相位都可以被调制，从而可以大幅提高系统的传输效率，因此多适用于宽带视频、多媒体相干光纤通信；振幅；频率；相位Simulation Research of Coherent Optical Fiber Communication System Based on OptiSystemJIANG BoboAnhui Changan Special-Purpose Vehicle Manufacturing Co.communication system has thevarious modulation modes.Coherentbecome the focus in the high数字信号发生器CW激光器CW激光器极化波幅度调制器随机脉冲发生器光纤耦合器误码率分析仪光接收器眼图分析仪图1 振幅调制光路图改变光纤通信参数，选出振幅调制中的最优传输方案。
光纤通信中使用的有3个低损耗波长分别为850 nm、1310 nm和1550 nm。
本次仿真中分别对这个参数进行比较，眼图仿真结果如图2所示。
图2的横坐标表示周期，纵坐标表示幅度，从图中可以看出，波长为1550 nm的系统的传输性能明显比850 nm和1330 nm的性能好，故在本次设计中波长采用1550 nm。
在波长为1550 nm的基础上，变光纤参数中的色散值，设计了3 ps/nm·km、 ps/nm·km以及7 ps/nm·km共3个色散值，眼图仿真结果如图3所示。
可以看出，色散为5 ps/nm·km的系统的性能比振幅/m时间/位周期0.0030.0020.0010.5100.510.51时间/位周期时间/位周期21.71.41.10.80.50.0020.00170.00140.00110.00080.00050.5100.5100.510.51振幅/m时间/位周期21.71.41.10.80.50.5100.51振幅/m322171400.5100.5100.51时间/位周期0.0030.00200.51时间/位周期 2020年9月25日第37卷第18期Telecom Power TechnologyＳｅｐ． ２５，２０２０，Ｖｏｌ． ３７ Ｎｏ． １８ 姜波波：基于OptiSystem 的 相干光纤通信系统仿真研究结果看，设计的光电路振幅调制所展现的眼图的仿真效果比另两种调制方式更理想。
optisystem实验报告
Optisystem软件Lesson1:实验目的：本课介绍如何创建一个发射器使用外部调制激光器。
您将熟悉组件库，主要布局，组件参数和展示台。
实验步骤：启动：启动这个软件，然后选择Programs > Optiwave Software > OptiSystem 3.0 >OptiSystem 3.0.Project layout：在主要运行区可以插入需要的元素，并且建立连接如下图Description：状态栏：在这里可以得到关于使用这个软件的有用的提示，它位于Project layou窗口的下方。
菜单栏：包含了这个软件可用的菜单。
使用元件库：在主菜单中选文件->新建出来一个空的Main Layout窗口。
从Component Library选择Default > Transmitters Library > Optical Sources把CW laser拖进窗口，如图：从Component Library选Default > Transmitters > 把Mach-Zehnder Modulator拖进Main layou自动连接设置：1、要取消自动连接，在Layout Operations工具栏里点击Auto Connect on Drop和Auto Connect on Move按钮。
如图：2、要开启自动连接：在Layout Operations工具栏中点击Auto Connect on Drop按钮和Auto Connect on Move按钮，按钮变成如下图所示的：手动连接元件：1、把光标放在第一个元件上，指针变成链状2、把指针拖到要连接的元件上即可。
操作：a .把Pseudo-Random Bit Sequence Generator的输出端口和NRZ Pulse Generator Bit Sequence的输入端口连接。
如图：b.把NRZ Pulse Generator的输出端口和Mach- Zehnder Modulator的输入端口连接。
(完整word)光纤通信optisystem实验
光纤通信Zemax、optisystem实验程佑梁实验一 Zemax仿真设计实验目的1．熟悉Zemax实验环境，练习使用元件库中的常用元件组建光学系统。
2．利用Zeamx的优化功能设计光学系统并使其系统的各项性能参数达到最优.实验原理启用Zemax，如何键入wavelength，lens data，产生ray fan，OPD，spot diagrams，定义thickness solve以及variables,执行简单光学设计最佳化,即分为以下两个部分。
1、lens data editor首先叫出ZEMAX的lens data editor(LDE），什么是LDE呢?它是你要的工作场所，譬如你决定要用何种镜片，几个镜片,镜片的radius,thickness,大小，位置……等。
然后选取你要的光,在主选单system下，圈出wavelengths，依喜好键入你要的波长，同时可选用不同的波长等。
现在在第一列键入0.486，以microns为单位，此为氢原子的F-line光谱。
在第二、三列键入0。
587及0.656，然后在primary wavelength上点在0。
486的位置，primary wavelength主要是用来计算光学系统在近轴光学近似（paraxial optics,即first—order optics)下的几个主要参数，如focal length，magnification,pupil sizes等。
再来我们要决定透镜的孔径有多大。
既然指定要F/4的透镜,所谓的F/＃是什么呢？F/＃就是光由无限远入射所形成的effective focal length F跟paraxial entrance pupil的直径的比值.所以现在我们需要的aperture就是100/4=25(mm）。
于是从system menu上选general data，在aper value上键入25，而aperture type被default为Entrance Pupil diameter。
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光纤通信大作业
1.选择一个你认为合适的方案
供选方案：NRZ、RZ调制格式，直接调制或者外调制，APD管或者PIN管，low pass rectangular filter或者low pass gauss filter。
请选择你认为实际中可实现的通信性能最好的一组方案。
并给出相应的理由。
答：选择NRZ调制格式，直接调制，APD管，low pass gauss filter。
选择这个方案的理由是：为了使得整个系统得到最好的信噪比，并且保证系统误码率在可接受的范围内。
具体理由分析如下：
选择NRZ调制格式，因为经NRZ调制的光信号具有紧凑的频谱特性，调制和调解结构简单，在10G和一部分40G系统中得到广泛应用，一直被作为中短距离光纤通信系统中的主要调制格式，通过色散管理和终端可调色散补偿技术，NRZ调制格式在终端传输距离普通光纤获得良好的光传输性能。
选择直接调制，因为直接强度调制是用信号直接调制激光器的驱动电流，使其输出功率随信号变化.这种方式设备相对简单，研究较早，现已成熟并商品化.外调制则常用于要求较高的通信系统。
选择APD管，因为由书上的P264页的图8.3可知，PIN管接收灵敏度适用于低数据速率光纤通信，当系统通信数据速率为10G时，PIN灵敏度管不适于应用，我们优选ADP管。
选择low pass gauss filter（低通高斯响应滤波器），因为low pass rectangular filter（低通矩形响应滤波器）是理想的低通滤波器的模型，在幅频特性曲线上呈现矩形。
在现实中，如此理想的特性是无法实现的，所有的设计只不过是力图逼近矩形滤波器的特性而已。
而low pass gauss filter（低通高斯响应滤波器）采用时域法测量有效带宽，具有直观、简便的优点，而采用时域法能够显著缩短有效带宽测量时间。
实验过程：
本次实验中，由NRZ调制格式、直接调制、APD管和low pass gauss filter构成的光纤通信系统。
1）.根据实验要求，连接实验电路。
同时为了实时地观察系统的运行状态，必须在系统外围增加监测及显示装置，将系统运行结果显示出来，便于观察和分析。
因此，在系统中加入了Eye Diagram Analyzer、BER Analyzer、Optical Time Domain Visualizer、Optical Power Meter、Optical Spectrum Analyzer、Oscilloscope Visualizer。
通过这些监测及显示器件，可以较为直观地观察到入纤光功率、调制前后的光信号频谱与时域波形、解调后的信号波形、信号眼图及误码率等系统的运行状态和运行结果。
整个光纤通信系统的架构如下图示：
完整的光纤通信系统
2）设置相关参数。
整体参数：User Defined Bit Sequence Generator “1001011010010110”，系统10G，入纤功率10dBm。
APD管与PIN管的响应度设定为1A/W。
整体参数设置：系统传输速率10G. ，如下图
发送序列设置：1001011010010110 ，如下图
入纤功率设置：10dBm，如下图
APD管的响应度设置：1A/W，如下图
光纤长度设置：50Km，如下图
在OptiSystem软件中进行仿真，运行的结果如下：（1）实际入纤光功率为5.471E-3 W，7.381dBm，如下图
图1
（2）调制前信号时域波形，如下图
图2 （3）调制后光信号时域波形，如下图
图3
（4）调制后光信号频谱，如下图
图4 (5)信号眼图，如下图
图5 （6）误码率，如下图
图6
2.观察入纤光功率，并对比调制前后的光信号频谱与时域波形，以及做相应的分析
答：由图1可知实际入纤光功率；根据图2、3、，通过对比调制前后的光信号时域波形；根据图4知调制后光信号频谱，调制后的光信号具有紧凑的频谱特性。
3.解调后的信号信号波形，信号眼图，及误码率等分析
答：调解后的信号信号波形为像眼图的波形（如图5），
眼图分析，如下图：
眼图的张开宽度决定了接收信号的抽样间隔，在此间隔内抽样能抵挡码间串扰不发生误码；接收波形的最佳抽样时间在眼睛张开的最大处。
由于数据信号的失真，眼睛张开的高度会降低，眼睛张开的顶端与信号电平的最大值之间的垂直距离表示了最大失真，眼睛越小，鉴别信号1和0就越难。
在抽样时间上，眼睛张开的高度表示噪声容限或抗噪声能力。
眼图斜边的斜率决定系统对定时误差的敏感程度，当斜率较小时，定时误差的可能性增加。
在光纤系统中由于接收机噪声和光纤的脉冲畸变，会产生时间抖动。
如果取样时间正好在信号与判断门限值相交的时刻的中点，判断门限值电平失真量T1，定时抖动=T1/Tb×100%，Tb为1bit 的时间间隔。
误码率分析：实验误码率分析如图6；定时抖动越大，说明码间干扰所引起的误码率越大。
上升、下降时间越长，说明色散严重，脉冲展宽明显，也更容易导致出现码间干扰。
4.测量你所选用系统的距离带宽积（BL），并解释滤波器作用
答：距离带宽积（BL）：实验中光通信系统的距离为50Km，带宽为10G，因此距离带宽积=距离*带宽=50Km*10G=500Km.G。
系统接收端的low pass gauss filter（高斯低通滤波器）的作用是：滤除带外噪声，进一步提高信噪比，改善光通信系统的性能。
低通高斯响应滤波器采用时域法测量有效带宽，具有直观、简便的优点，而采用时域法能够显著缩短有效带宽测量时间。