【正文】 ，來找到特定的器件。庫中所有的電子器件都支持這個功能。這些設(shè)計版本可以相互獨立的被計算和修改，但是來自于不同版本的計算結(jié)果可以合并起來進(jìn)行比較。因此，一個 OSA或WDM分析儀可以加在相同的監(jiān)視器上，一旦一個計算完成，就不需要再次運算。 　　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)和動態(tài)開關(guān)，循環(huán)∕環(huán)形元件，交叉連接，波長轉(zhuǎn)換。如果噪聲用概率密度函數(shù)（PSD）來描述，PIN或者APD將采用基于高斯近似的準(zhǔn)分析模型來計算噪聲的作用。 　　18． 光放大器 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。 對于隨即數(shù)字發(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。 　　16． 發(fā)射器 發(fā)射器件庫包括了所有與光信號產(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。生成的圖形組成大小可調(diào)、可以移動的圖形窗口，這些窗口可以形成一個可以保存和重新使用的結(jié)果圖。這就允許用戶可以比較這些設(shè)計。CIDF域使用運行調(diào)度法、支持條件、數(shù)據(jù)相關(guān)迭代和真循環(huán)。 　　9． 自定義器件 用戶可以基于子系統(tǒng)和自定義庫，或者利用諸如Matlab之類的第三方軟件工具來聯(lián)合模擬，來創(chuàng)建新的器件。這就使用戶可以在模擬完成后直接處理，而不必重新計算。 　　5． 質(zhì)量和性能的算法 為了預(yù)測系統(tǒng)性能，OptiSystem將采用分析法，或者對于受中間信號串?dāng)_和噪聲所限制的系統(tǒng)采用半分析技術(shù)，分別計算出諸如BER和Q因子等參數(shù)。 　　2． 器件測量 OptiSystem能讓用戶進(jìn)入那些可以從實際的器件中測量的參數(shù)。因為是為了符合系統(tǒng)設(shè)計者、光通訊工程師、研究人員和學(xué)術(shù)界的要求而設(shè)計的，OptiSystem滿足了急速發(fā)展的光子市場對一個強有力而易于使用的光系統(tǒng)設(shè)計工具的需求。它的性能可以通過附加的用戶器件庫和完整的界面進(jìn)行擴(kuò)展，而成為一系列廣泛使用的工具。這些系統(tǒng)通常包含多個信號通道、不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、非線性器件和非高斯噪聲源，對它們的設(shè)計和分析是相當(dāng)?shù)膹?fù)雜和需要高強度勞動的。從波形上看不出它們的差別，因此它們的光譜是一樣的。此時有 （）NRZ信號的光譜為： 圖22 NRZ碼光功率譜示意圖CSRZ的光譜分析:當(dāng)輸入的脈沖信號為其中為偏置電壓，又MZM的輸出光場公式： （）輸出光強公式： ()將條件代入上述公式有： ()將其展開得到： ()則可得到表示“1”的波形為： ()對其進(jìn)行傅氏變換得： ()得到CSRZ的光譜為： ()其光譜圖如圖所示： 圖23 CSRZ碼光功率譜示意圖1/2RZ的光譜分析：在上面的分析中，當(dāng)為占空比為1/2的矩形脈沖時，即脈沖寬度時，其頻譜函數(shù)為 ()當(dāng)，的取值情況：因此離散譜中有直流分量；m為奇數(shù)時，此時有離散譜，因而有定時信號；m為偶數(shù)時，此時無離散譜。設(shè)S(t)頻譜為S(ω)， 頻譜為： （）2ASK信號的頻譜是將數(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，基帶信號是由若干基本脈沖組成的，因而基帶信號的帶寬完全由基本脈沖帶寬決定。幅度鍵控可以通過乘法器和開關(guān)電路來實現(xiàn)。但由此付出的代價是增加信號功率和實現(xiàn)上的復(fù)雜性。第二節(jié) ASK信號的光譜分析ASK指的是振幅鍵控方式。 交變項的功率譜密度 （）其中是u(t)的截短函數(shù)的頻譜函數(shù)；截取時間T是（2N+1）個碼元的長度，即 （）式中，N為一個足夠大的數(shù)值，且當(dāng)時，意味著。假設(shè) 和 出現(xiàn)的概率分別為 P 和 1P，且統(tǒng)計獨立，則 （）其中= （）把 s(t)分解成穩(wěn)態(tài)波 v(t)和交變波 u(t)。如下圖所示： （直接調(diào)制） （外調(diào)制）圖11直接調(diào)制與外調(diào)制而對于外調(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。 直接調(diào)制 用電信號直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器或發(fā)光二極管的驅(qū)動電流，使輸出光隨電信號變化而實現(xiàn)。第二節(jié) 調(diào)制技術(shù)光纖通信中的調(diào)制方式有兩種：直接調(diào)制和外調(diào)制。雙電極驅(qū)動的NRZ 信號調(diào)制，波長啁啾可為零；使用兩對電極，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)動電壓降低至單電極驅(qū)動型的1/2[11]。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，從原理上說，波長啁啾可以為零，且容易滿足系統(tǒng)對調(diào)制帶寬的要求。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)品形式和性能特點因研發(fā)單位而異。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。這種材料是通過設(shè)計多量子阱結(jié)構(gòu)的阱和壘的組分和厚度以及周期數(shù)來實現(xiàn)的，這就是通常所說的“能帶工程”。每層的折射率和厚度根據(jù)中心波長按光學(xué)增反膜堆設(shè)計，依靠應(yīng)變超晶格結(jié)構(gòu)實現(xiàn)與襯底間的晶格匹配。但是EAM 存在啁啾，所以不能用于產(chǎn)生CSRZ 和各種DPSK 碼型。而且它還存在著偏振相關(guān)，插入損耗大等缺點。隨著碼速的提高，技術(shù)難度越來越大，需要解決的問題更多，調(diào)制解調(diào)是其中重要技術(shù)之一。色散管理技術(shù) 目的是在同時考慮色散和非線性效應(yīng)時使系統(tǒng)帶寬最大化，從而使色散在光纖鏈路上具有最佳的分布。放大技術(shù) 限制光纖傳輸系統(tǒng)的兩個主要因素是損耗和色散，而光放大器的研制成功和應(yīng)用，解決了損耗問題。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)的實用化成為可能。其中先進(jìn)調(diào)制碼型是40Gbit/sWDM傳輸使能技術(shù)中最突出的代表。從10Gbit/s到40Gbit/s，信號速率提高了4倍，但是技術(shù)難度的增長卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止4倍。從電信的演進(jìn)歷史來看，運營商對網(wǎng)絡(luò)容量和傳輸速率的需求一直以螺旋式向上提升。有線電視服務(wù)提供商可以通過傳統(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)。所以在40Gb/s 的傳輸系統(tǒng)中采用RZ、CSRZ 等調(diào)制格式，要求更為復(fù)雜的色散管理。對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。 進(jìn) 度 計 劃3月15日3月20日，開題報告的完成3月21日4月1日，主要完成理論知識的學(xué)習(xí)和消化4月21日4月30日，主要學(xué)習(xí)軟件的操作5月1日5月20日，論文的初稿完成，以及軟硬件方面的實現(xiàn)5月21日6月1日，論文的定稿，完成論文 主 要 參 考 文 獻(xiàn)[1]　都福強．光纖通信的發(fā)展與未來［J］．機(jī)械與電子．2009，13(5)：470[2]　袁國良，李元元．光纖通信簡明教程［M］．北京：清華大學(xué)出版社，2010．[3]　蘇翼凱．高速光纖傳輸系統(tǒng)［M］．上海：上海交通大學(xué)出版社，2009．[4]　毛幼菊，朱繼光．光纖通信新技術(shù)［M］．重慶：光通信研究所，2004．[5]　孫雪霞．光纖的傳輸原理與特性［J］．中國傳媒科技．1997，6(3)：1219[6]　王光全，王海軍，程保等．40Gb/s長途W(wǎng)DM系統(tǒng)以及應(yīng)用前景［J］．電信科學(xué)．2003，6(4)：4853[7]　李俊杰．40Gb/s高速光傳輸技術(shù)的應(yīng)用［J］．電信科學(xué)．2009，12(2)：3078[8]　伍浩成，羅青松．40Gb/sDWDM傳送使能技術(shù)進(jìn)展分析（上）．［J］[20050214]． ．[9]　袁建國，李秋俊，劉宇，葉文偉．光通信系統(tǒng)中前向糾錯（FEC）碼型的理論分析［J］．壓電與聲光．2009，2(2)：3859．[10]　趙文玉，張海懿．碼型選擇：40Gb/s WDM系統(tǒng)應(yīng)用焦點［J］．[20081210]　　 ．[11]　徐曉庚．高速光纖通信系統(tǒng)傳輸特性的研究［D］．武漢：華中科技大學(xué)，2006．[12]　黃艷華，強世錦，40Gb/s光通信不同碼型傳輸性能分析［J］．光通信技術(shù)，2010，7(4)：4889．[13]　陳瑋瑋．高速光纖通信系統(tǒng)中碼型技術(shù)的研究［D］．南京：南京郵電大學(xué)，2005．[14]　田祥慶．光纖通信系統(tǒng)中碼型調(diào)制和性能檢測技術(shù)的研究．［D］．上海：上海交通大學(xué)，2007．[15]　徐曉庚，張新亮，劉德明，黃德修．40Gb/s光纖通信系統(tǒng)中不同碼型傳輸特性的研究［J］．中國激光，2005（10）：13711375[16] 廖述燕．40Gb/s新型碼調(diào)制傳輸特性與仿真研究［D］．上海：同濟(jì)大學(xué)，2007．指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日教研室主任簽字： 年 月 日備注：此任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫，并于畢業(yè)設(shè)計(論文)開始前下達(dá)給學(xué)生。研究方法： 研究的方法主要是利用相關(guān)的軟件條件之下，結(jié)合理論資料的分析和設(shè)計法來完成。（2）比較和分析NRZ（非歸零碼）、RZ（歸零碼）、CSRZ（載波抑制歸零碼）等三種不同碼型特性。主要的研究內(nèi)容如下：（1）查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)有關(guān)高速光纖傳輸系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識、發(fā)展近況以及影響其傳輸特性的一些因素。在此基礎(chǔ)上設(shè)計一個高速光纖傳輸系統(tǒng)，搭配不同的碼型以及光纖，得到仿真結(jié)果，再在仿真的理論技術(shù)上分析性能較好的碼型。2. 然后在理論的基礎(chǔ)上，利用軟件來仿真系統(tǒng)，要求學(xué)會使用軟件，了解分析設(shè)計的原理以及實際操作仿真出相應(yīng)的結(jié)果。[11]本文在本科階段所學(xué)通信有關(guān)知識基礎(chǔ)上，對高速光纖通信系統(tǒng)傳輸特性的一些方面作了討論，概括如下：（1）在查閱國內(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。（4）利用Optisystem 軟件進(jìn)行模擬仿真，得到各種碼型的波形、眼圖和光譜，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。隨著經(jīng)濟(jì)全球化和社會信息化的進(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)程視頻會議等，眾多的新一代通信的誕生的同時也對通信網(wǎng)絡(luò)的帶寬和傳輸速率都提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。這些要求給傳統(tǒng)電信網(wǎng)帶來巨大沖擊，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、個人化和全球化的方向發(fā)展。人們對帶寬的追求是永無止境的，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。因此，40Gbit/sWDM傳輸需要一系列新技術(shù)來實現(xiàn)與10Gbit/sWDM傳輸大致相當(dāng)?shù)臒o電中繼傳輸距離。[11] 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)、前向糾錯技術(shù)（FEC）和色散管理技術(shù)。常用的調(diào)制器包括馬赫澤德干涉儀型調(diào)制器（MachZehnder）和電吸收（EA）調(diào)制器。前向糾錯技術(shù)（FEC） 前向糾錯編碼（FEC）技術(shù)通過在傳輸碼列中加入冗余糾錯碼，在一定條件下，通過解碼可以自動糾正傳輸誤碼，降低接收信號的誤碼率。第一章 調(diào)制器及調(diào)制技術(shù)第一節(jié) 調(diào)制器當(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)也已開始實驗研究。EAM 存在著動態(tài)啁啾的問題，它的啁啾和偏置電壓有一定的依賴關(guān)系。產(chǎn)生的光脈沖窄，最高達(dá)可到80GHz。電吸收（EA）調(diào)制器電吸收調(diào)制器EAM的基本結(jié)構(gòu)是一個PIN結(jié)構(gòu)，其中N區(qū)部分是交替生長的多層結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于光學(xué)增反膜堆。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時，激子吸收峰會明顯的向長波方向移動，外電場取消后吸收光譜又能可逆的還原。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IIIV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。 EA調(diào)制器，由于其體積小、驅(qū)動電壓低，便于與激光器、放大器和光檢測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。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 傳輸實驗。單電極驅(qū)動型的LiNbO3 調(diào)制器結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本相應(yīng)低廉，但這種方案存在波長啁啾較大等問題。對于電吸收（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，并不適合距離較長的海底光纜傳輸。因此，在單個波長上傳輸速率超過l0Gb/s的系統(tǒng)中，一般需要使用外調(diào)制方法。采用外調(diào)制方法可以減小激光器的輸出啁啾。設(shè)任意隨機(jī)脈沖示意波形如下圖所示：圖21 隨機(jī)脈沖示意圖設(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 在實際中可以是任意的脈沖。下面分別討論穩(wěn)態(tài)項v(t)與交變項u(t)的功率譜： 穩(wěn)態(tài)項v(t)的功率譜