光纤通信系统的仿真分析.doc

毕业设计(论文)光纤通信系统的仿真分析电子科技大学中山学院教务处制发I光纤通信系统的仿真分析摘 要光纤通信系统是以光为载波，利用纯度极高的玻璃制成极细的光导纤维作为传输媒介，通过光电变换，用光来传输信息的通信系统光纤通信系统的计算机仿真，是对此类系统进行规划设计、可行性论证以及研制新型系统的重要手段，可用于对已设计的光纤传输系统在硬件实现之前进行性能评估和可行性论证，可节约大量时间和经费; 同时在分析中可随时改动参数值，便于理论研究 本文对光纤通信系统的仿真进行了深入的探讨，首先介绍了光纤通信系统的特点及构成，接着对光纤通信系统仿真软件Optisystem的简单介绍并对传输速率为10Gb/s的光纤通信系统进行仿真设计和分析，详细介绍了仿真的流程和分析后的结果并作出总结 关键词：光纤通信系统；Optisystem；仿真Simulation Analysis of Optical Fiber Communication System AbstractOptical fiber communication system used optical wave as carrier，and very fine optical fiber made of high purity glass as transmission medium. It can transmit information through photoelectric conversion.Optical fiber communication systems computer simulation is of such systems planning and design，feasibility study and development of new types of systems important means can be used to have been designed optical transmission systems in hardware prior to the performance evaluation and feasibility study，Can save a lot of time and funding，while in the analysis parameters can be changed at any time，for theoretical research. The paper discusses in depth the simulation of optical fiber communication system，firstly the characteristics and structure of Optical fiber communication system was introduced, then the simulation software (Optisystem) was simply presented, and an optical fiber communication system with transfer rate of 10 Gb/s was simulated and designed, the process and result of simulation was detailed and the summary was made.Keywords: Optical fiber communication system; Optisystem; simulation目 录1 绪论 11.1 光纤通信概述 11.1.1 光纤通信的优点 11.1.2 光纤通信的缺点 21.1.3 光纤通信的应用 31.2 系统仿真原理 32 光纤通信系统及其构成 52.1 光发送机 52.2 光纤线路 52.3 光接收机 62.4 光中继器 63 光纤通信系统仿真软件 74 数字模型建立与性能仿真分析 94.1 发射系统模型的建立 94.1.1 数字模型建立 94.1.2 光源与系统性能关系的仿真分析 94.2 传输系统模型的建立 114.2.1 数字模型建立 114.2.2 传输速率与光纤传输系统特性的关系 124.2.3 光纤信道参数与光纤传输系统特性的关系 144.2.4 光放大器对系统性能的影响 184.3 接收系统模型的建立 204.3.1 数字模型建立 204.3.2 光电检测器与系统性能关系的仿真分析 214.4 波分复用系统仿真分析 235 光纤通信系统仿真实验 265.1 10Gb/s光纤通信系统模型的建立 265.2 仿真结果分析 275.3 光纤通信技术的发展现状及趋势 295.3.1 光纤通信技术的现状 296 结论 30致 谢 31参考文献 3241 绪论1.1 光纤通信概述通信是指两个或多个实体之间交换信息的过程，而通信系统是该过程的具体实现。

一个世纪的通信系统包括信息的采集、格式变换、传输和交换的过程所涉及的所有实体光通信是指利用某种特定波长频率的光波信号承载信息，并将此光信号通过光纤或者大气信道传送到对方，然后在还原出原始信息的过程广义上的光通信包括光纤通信和大气光通信两大类，目前在通信领域内主要采用的是光纤通信方式1977年，美国西屋电气公司在亚特兰大成功地进行了世界上第一个光纤通信的现场实验，系统采用GaAlAs（镓铝砷）半导体激光器作光源，多模光纤作传输介质，速率为44.736Mbit/s，传输110km使光纤通信向实用化迈出了一步光纤通信作为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网中，起着举足轻重的作用，本章将概述国内外光纤通信技术的历史，现状和前景光纤即光导纤维的简称光纤通信是以光为载频，以光导纤维为传输媒质的一种通信方式光纤与以往的铜导线相比，具有损耗低，频带宽，无电磁感应等传输特点因此，人们希望将光纤作为灵活性强，经济的优质传输介质，广泛地应用于数字传输方式和图像通信方式中，这种通信方式在今后非话业务的发展中是不可缺少的由于光纤通信具有一系列优异的特点，因此，光纤通信技术近几年来发展速度之快，应用面之广是通信史上罕见的。

可以说，这种新兴技术，是世界新技术革命的重要标志又是未来信息社会中各种信息网的主要传输工具光纤与以往的铜导线相比，有本质的区别，因此，在传输理论，制造技术，连接方法，测试方法等方面，基本上都不能采用铜质电缆的理论与方法1.1.1 光纤通信的优点 （1）容许频带宽，传输容量大光是频率极高的电磁波，传输中可以获得极高的信号频谱在光纤中传输的激光属于近红外线的范围，波长在0.75到2.5，其中仅仅十分之一作为传输所用的频带，就可传送约路的所以光纤在单位面积上有着很大的信号传输能力，也就是说光纤传输在单位面积上的信息密度很高，传输容量很大2）传输损耗小，中继距离长目前单模光纤在1310nm波长窗口衰减系数约为0.35dB/km，1550nm窗口衰减系数约为0.2dB/km，而且在相当宽的频带内特性几乎一致，因此用光纤比用同轴电缆或波导管的终极距离长得多工作波长为1550nm的色散位移单模光纤通信系统，若传输速率为2.5Gbit/s则中继距离可达150km；若传输速率为102.5Gbit/s，则中继距离可达100km；若采用光纤放大器和色散补偿光纤等，中继距离还可增加3）泄露小，保密性好由于光纤传输的特殊机理，在光线中传输的光向外泄露的能量很微弱，难以被截取或窃听。

因此与其他无线、有线通信方式相比有很好的保密性，信息在光纤中传输非常安全，单根光缆内部署多根光纤也不会引入串扰4）节省了大量的有色金属制造普通的电缆会消耗大量的铅、铜等有色金属以同轴电缆为例，1km的四管中同轴电缆大约需要460kg的铜，但制造1km的光纤，则仅仅需要几十克的石英而制造光纤的石英（是要成为为SiO）原料便宜而又丰富，基本上属于取之不竭5）抗电磁干扰的性能好光纤主要是由石英材料制成，它不易受外界各种电磁场干扰强电或者雷击等对光纤的传输性能影响也不大甚至是在核辐射等极端环境中，光纤通信仍然能正常进行，这是普通电缆通信所不能做到的因此，光纤通信在电力输配、雷击多发地区、核试验、电气化铁路等恶劣环境中应用更能体现它的优越性6）重量轻，可挠性好，敷设方便在传输相同的信息量时，光缆的重量通常比其他通信电缆的重量要轻很多因为每根光纤的直径都很小，所以制成光缆后可充分利用地下管道有些二次套塑制材料的光纤，即使以几厘米的曲率半径将它弯曲也不会折断，在施工时可以采用与其他电缆类似的敷设技术来进行敷设，通信设备的重量通常很轻而且体积也很小，对军事和航空航天等在特殊应用环境下使用具有非常重要的意义。

1.1.2 光纤通信的缺点（1） 抗拉强度低光纤的理论抗拉强度大于钢的抗拉强度但是，由于光纤在生产过程中表面存在获产生微裂痕，光纤受拉时应力全部加于此，从而使光纤的实际抗拉强度非常低，这就是裸光纤很容易折断的原因2） 光纤连接困难要使光纤的连接损耗小，两根光纤的纤芯比喻严格对准由于光纤的纤芯很细，加之石英的熔点很高，因此连接很困难，余姚有昂贵的专用工具3） 光线怕水水进入光缆中会使得信道损耗增大，甚至使通信中断；会造成光缆中的金属构件氧化，使金属构件腐蚀，导致光缆强度降低1.1.3 光纤通信的应用光纤可以传输数字信号，也可以传输模拟信号光纤在通信网、广播电视与计算机网，以及其他数据传输系统中都得到了广泛的应用光纤通信单位应用概括如下：（1） 通信网，主要用于遍及全球的电信网和Internet中作语音、数据通信包括全球通信网（国家和国家间的光缆干线）、各国的公共电信网（如我过的国家一级干线、省级干线及县以下的支线和市话中继通信系统）、专用网（如电力、铁路、国防通信等的光缆系统）和特殊的通信网络（如石油、化工、煤矿等易燃易爆环境下使用的光缆通信系统）2） 计算机网络，如局域网、存储局域网（SAN）等网络中的交换机、路由器和服务器等之间的高速传输链路。

3） 有线电视网，如有线电视的干线和分配网、工业电视系统的监控和自动控制系统的数据传输等4） 综合业务的光纤接入网，可实现、数据、视频及媒体业务的接入网络1.2 系统仿真原理系统仿真是20世纪40年代末至今一直伴随着计算机技术发展而逐步形成的一门新兴学科仿真（Optisystem）就是通过软件建立实际系统模型并且利用这些模型对实际系统进行实验研究的过程最初，仿真技术主要用于航空航天、原子反应堆等价格昂贵、周期长、危险性大、且实际系统实验难以实现的少数领域，后来逐步发展到石油、电力、冶金、化工、机械等一些主要工业部门，并进一步扩大到经济系统、社会系统、交通运输系统以及生态系统等一些非工程系统领域可以说，现代仿真技术和综合性仿真系统已经成为任何复杂系统的重要手段其应用范围在不断扩大，应用效益也日益显著仿真分为系统仿真和电路仿真系统仿真是利用数字公式或者传输函数来模拟器件的外部特性电路仿真就是用电阻、电感、电容等常用元器件组成等效电路模型来模拟原器件的一些特性系统仿真实质上就是对其真实系统的一种模仿这种模仿是对系统某一层次抽象属性的模拟我们通常将这种过程称为建模人们利用所建立的模型进行一些相关的试验，从中获得我们所想要的信息，然后对其进行深入的认识、分析以及理解其在真实系统中。