光纤数字传输系统的仿真

光纤数字传输系统的仿真 龙 雷 ,张 驰 ,周正利 ,宋 宁 ()上海交通大学 区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室 ,上海 200030 摘要 :文章提出了一种仿真单模光纤数字传输系统的方法 ,在模型中分别对信号模型 、光纤模型和器件模型逐一进行了分析 , 并分析了评价系统性能的误码率和眼图两个参数 。 关键词 :光纤 ;仿真 ;误码率 ;眼图 () 中图分类号 : TN914文献标识码 :A文章编号 :1005 - 8788 200406 - 0035 - 02 Simulat ion of opt ical f ibr digital transmission system LO NG Lei , ZHA NG Chi , ZHO U Zheng2l i , SO NG Ning ( Natio nal L aboratory o n Local Fiber2op tic Co mmunicatio n Net wor ks & Advanced Op tical Co mmunicatio n System , )Shanghai J iaoto ng U niversit y , Shanghai 200030 ,China Abstract :In t his paper a solutio n about simulatio n of single2mode digital light wave co mmunicatio n links is given. The model of signal , model of fiber and model of co mpo nent s are analysed respectiverly , f urt hermore t he B ER and eye diagram for evaluateio n of t he per2 formances of system are analyzed. Key words :op tical fiber ; simulatio n ;B ER ;eye diagram 随着光纤传输系统的传输速率不断提高 ,仅凭应用最为广泛的光纤通信系统的仿真技术之一 。模 ,使仿真更精确 ,而且仿真 型参数能够从测量中获得 经验采用传统的方法进行系统设计将越来越困难 ,能够同时考虑许多复杂的影响 ,但是蒙特卡洛仿真 甚至变得不可能 。由于高速光纤数据传输系统的研 要达到误码率比较低则需要非常长的输入序列 。如 制成本大幅上升 ,应用数字模拟技术来实现系统的 - 9 果应用蒙特卡洛方法对误码率为 10 的光纤链路 优化设计就变得日益重要 。光纤通信系统的模拟和进行仿真 ,则计算上效率很低而且浪费时间 。 仿真既可在硬件设计实现之前进行性能评估和可行 两者结合的方法既克服了蒙特卡洛方法计算的性论证 ,节约大量时间和经费 ,又可以在分析中随时 改变参数设置 ,为系统设计提供了极大的灵活性 ,因 限制 ,又克服了完全用近似分析方法的不精确性 。 此在实际系统的设计中获得了广泛的应用 。 时域上的仿真对光源 、光纤 、光电检测器和接收机进 本文首先介绍了目前光通信系统模拟和仿真的 行建模 ,而为了减少计算时间 ,分析则用来考虑某些 常用方法 , 针对目前 WDM + ED FA 光通信系统中 基于统计上的现象 ,例如热噪声等 ,因而两者结合的 1 非线性效应对系统性能的影响越来越大 ,本文给出 方法更为可行。 了一种光纤通信系统的数学模拟方法 。 2 光纤系统的模拟模型 1 光通信系统的模拟本文给出了一种基于两者结合的方法对光纤通 ( 信系统进行仿真的基本方法 。光通信系统 像所有 光通信系统的模拟可分为 3 类 :分析计算 、时域 ) 通信系统一样由发射机 、通信信道和接收机连接而 中的蒙特卡洛仿真和两种方法的结合 。 成 。图 1 是光纤通信系统模拟的基本结构图 。 1 分析计算的方法假定传输系统是线性的 ,而 且假定噪声为高斯噪声 。通过这样的假设来计算误 码率 、眼图和功率恶化 。分析计算的优点是计算非 常快 ,缺点是在应用中有很多限制 ,这是因为分析时 需要建模的物理现象只是必要的假设和近似 。 1 时 域中蒙特卡洛仿真是目前比较可行 、并且 图 1 光纤通信系统的基本结构图 收稿日期 :2004205211 ( )基金项目 :上海光科技专项资助项目036105005 ( ) 作者简介 :龙雷1980 - ,男 ,山东滕州人 ,硕士 ,主要研究方向为光纤通信。 35 光纤通信系统的模型主要包括 3 个部分 : 信号或者曼彻斯特码 。 2 . 2 光纤模型 模型 、光纤模型和系统器件模型 。 2 . 1 信号模型 光纤模型中描述的光纤的参数主要包括衰减 、 各种各样的信号产生器和信道编码器被用来模 色散 、非线性等 。其中非线性效应又包括自相位调 ( ) ( ) ( ) 制SPM 、交叉相位调制 XPM 、受激拉曼散射 拟光源 。当前在光通信系统中 ,非归零 N RZ码 、归 ( ) 零RZ码和曼彻斯特码都是最主要的编码 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。 ( ) ( ) ( ) SRS、受激布里渊散射 SB S和四波混频 FWM。在光纤通信系统的仿真过程中 ,信号模型通常利用 ( ) XPM 和 FWM 只在波分复用 WDM系统中出现 。 2 统计的方法产生 ,通过变换 ,转换成 N RZ 码 、RZ 码 描述光纤特性的方程如下: 2 x 3 x x x α 5 5A 5A A 5 A 1 i 1 i j i i i x x y ββA ( ΛΛ) + + + - = N A ; A , 2 i3 iix jj2 3 ν5 z 5 t 262 5 5 t t gi y 2 y 3 y y α 5 5 A 5A 5A A 1 1 i i i i i j y x y ββA ( ΛΛ) + + - = N A ; A , + 2 i3 iiy jj2 3 ν5 z 5 t 2 2t 6t 5 5 gi x y , I 是注入电流 ; N 是载体密度 ; N 是光子密式中 式中 , A , A 分别是第 i 个信道中 x 方向和 y 方向上i i p νβ的偏振包络幅度;是群速度 ;是二次弥散系 υη ;是光相位 ;是电流注入效率 ; q 是电子电荷 ;度gi 2 i i βλ数;是三次弥散系数 , 可由中心波长 求出其 τΓβ V 是腔体 ;是光子寿命 ;是禁闭因子 ;是自发3 i i p sp ′ααε值;是 频 率 相 关 衰 减 系 数 。非 线 性 响 应 由 辐射耦合系数;是线宽增加因子 ;是改进增益饱 和i xyxy( ) ( ) 因子 ; RN 是辐射复合 ; R N 是非辐射复 sp n r ( ΛΛ) ( ΛΛ) N A ; A 和 N A ; A 给出 。x j j y j j ( ) 合; G N , N 是激光器增益 。 p 考虑的模型是单模光纤功率域模型 ,它的基带 2 . 3 . 2 光电探测器和接收机3 传输函数如下 :接收机的第 1 个器件是光电探测器 ,它是把光 + ?- jωl T (λ) ( ) (λ) (λ) λH f = S L e d, 信号转化为电信号的器件 。衡量探测器性能的参数 ? - ? 包括响应度 、响应速度 、带宽和噪声 ,其中最重要的 (λ) λ 式中 , S 是光源频谱对应于波长 的函数 ; l 是 参数是响应度 ,它是光电二极管灵敏度的一个量度 , πλ) (光纤的长度 ; w = 2f ; L 是长度为 l 的光纤的 λλ) (衰减对应于波长的函数 ; T 是每单位长度的光 5 定义如下: λ纤群时延对应于波长的函数 。 I pηe ,R = = 0 2 . 3 器件模型 hf P r 光纤通信系统中的器件包括光器件和电器件 。 式中 , I 为探测器电流 ; P为输入光功率 ; hf 是频 p r 光器件主要包括光源 、光电探测器 、调制器 、光放大 率为 f 的光子能量 ; h 为普朗克常数; e 为电子电荷 ;器和光滤波器 。电器件主要包括电滤波器 、判决电 η为量子效率 。路和时钟恢复电路等 。下面主要介绍一下光源和光 3 系统性能分析电探测器 。 2 . 3 . 1 光源光通信系统中沿着光电探测器的光子能量首先 在光通信系统中 ,两种最主要的光源是发光二 被增大 ,形成输出信号 ,然后进入判决电路 。定时信 () 极管 L ED和激光器 。激光器的性能参数包括波 息从输入信号抽取 ,用来驱动判决电路 。定时抖动 长 、输出功率和线宽 。一个激光器的实际模型是含 也是影响系统性能下降的重要因素 ,特别是对于串 4 有一个维纳过程的随机相位噪声的连续波源。 联的接收机来说 。然而评价系统性能最有用的参数 就是误码率 。 激光器的线宽则依赖于相位噪声 。 3 . 1 误码率 这里的模型假定光源是由电信号直接调制的半 导体激光器 ,其速率方程如下 : 计算误码率比较常用的方法是 Q 因子方法 。Q 因子方法是基于判决点上的信号失真为高斯分布的 ηI d N i ( ) ( )( )- G N , N ?N , RN - R N = - sp n r p p d t qV6 假设 , 由 Q 因子得出的误码率表达式如下 : d N N pp 2 Γβ( ) Γ( ) = - + RN + G N , N ?N ,sp sp p p Q τ d t - p 2 Q 1 e B E R = erfc?, ′ 2 εN 2 α pυ 1 π d Q 2( ) Γ= ? G N , N - +, p ττ d t 2 ( ) p下转第 43 页p 36 () 5网络管理,缺乏大规模现场应用的经验 ,特别换技术尚不成熟 ( 目前以应用最广的“简单网络管理 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 SN2是多厂家互操作问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 、实时业务的 Qo S 保障问题 、 ) M P”作为软交换的网管协议 , 但 SN M P 以静态管 网络的有效管理问题以及业务生成和业务应用收入 能力等 。这些问题仍然需要进一步研究和解决 。 理为主 ,管理的实时性较差 ,并且它以 UD P 作为承 载方式 ,不能保证信息的可靠传送 。所以网管系统 参考文献 :仍需进一步拓展才能满足要求 。 1 赵慧玲 ,叶华 。以软交换为核心的下一代网络 M 。 10 结束语 北京 :人民邮电出版社 ,2002 。 韦乐平 。下一代网络战略性思考 J 。信息网络 , 2 以上扼要地介绍了 N GN 技术的情况 , 着重叙 () 2003 7:126 。 述了软交换技术 。N GN 是业务驱动型网络 ,是以软 万晓榆 。下一代网络技术应用 M 。北京 : 人民邮电 3 交换为核心的网络 。由于业务与控制分离的提出 , 出版社 ,2003 。 它能以最快的速度独立于网络提供各种新的增值业 包东智 。下一代网络及其发展策略 J 。信息网络 , 务 ,符合固定网络和移动网络融合的趋势 。它提供 4 () 2003 7:16221 。 的话音 、数据 、视频业务和多媒体融合业务 ,能够满 足通信个性化 、移动化和随时随地获取信息的发展 5 曹晓钓 ,周天戎 。下一代网络的核心 ———软交换 J 。目标 。然而 ,与任何一种新型技术一样 ,软交换技术 () 江西通信科技 ,2004 1:22224 。 的分层结构使原有封闭系统中的内部接口变为开放 San ramo n. Internatio nal sof t switch co nsortium : refer2 6 ence architect ure EB/ OL . ht t p/ / : www . sof t switch. org/ ,2002207/ 10210 . ( ) 上接第 36 页 的仿真模型是针对电信号直接调制的半导体激光器 I - I 1 0= ,Q σσ + 1 0 的单模光纤系统 。通过解决薛定谔方程 ,模型可以 ( ) 式中 , erfc x 是补余误差函数 ,定义为进一步调整仿真 WDM 系统来研究多信道传输问 ?2 2 题 。 - y ( ) erfc x = e d y 。 ?x π 3 . 2 眼图 参考文献 : Duff D G. Co mp uter2aided design of digital light wave 1 眼图是衡量系统性能的一个参数 ,同时也是研 systems J . I EEE J . Select . Areas Co mmun. , 1984 , 究判断码间干扰的一个依据 。眼图是通过在彼此的 () SAC22 1:1712185 . 顶端重叠比特流中 2,3 个比特长度的电序列而产nd 2 Agrawal G P. No nlinear fiber op tics M . 2 Editio n , 生的 ,图 2 表示了一个理想的眼图和一个由于噪声 Academic Press , San Diego , CA , 1995 . 和时间抖动导致眼部分关闭的退化的眼图 。 Elrefaie A F , Townsend J K , Ro meiser M B , et al . 3 Co mp uter simulatio n of digital light wave links J . I EEE Journal o n Selected Areas in Co mmunicatio ns , () 1988 ,6 1:942105 . Agrawal G P , Dut ta N K. Semico nductor L asers M . 4 2nd. ed. Van Nost rand Reinhold , New Yor k , 1993 . Franz J H , J ain V K. Op tical Co mmunicatio ns Co mpo2 5 图 2 N RZ 格式的理想眼图和退化眼图 nent s and Systems M . Narosa Publishin g House , 结束语 2000 . 4 Govind P. Agrawal . fiber2op tic co mmunicatio ns systems 6 本文提出了一种将分析计算和时域中蒙特卡洛 M . Third Editio n , Co p yright @2002 Jo hn Wiley & 仿真两者结合的方法来仿真光纤通信系统 。所建立So ns , Inc. 43