基于Optisystem環(huán)回型光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真

李桂枝　董艷春　王恩亮　史道玲

【摘 要】本文通過Optisystem軟件對所設(shè)計(jì)的光纖通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真，驗(yàn)證系統(tǒng)可行性，并得出本系統(tǒng)最遠(yuǎn)傳輸距離為20km。該系統(tǒng)能夠降低光纖通信的成本并且能夠提高接收機(jī)靈敏度，對未來光纖通信技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】光纖通信;相位調(diào)制;環(huán)回型結(jié)構(gòu)

中圖分類號： TN929.11文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）18-0008-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.18.004

0 引言

隨著科技信息的發(fā)展，光纖通信技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛。為了降低干擾，保證通信質(zhì)量，光纖通信傳輸鏈路通常采用雙纖通信模式，即兩根光纖分別傳輸上、下行信號。這種通信模式的信道利用率低，傳輸距離越長成本越高。為了提高光纖遠(yuǎn)距離傳輸?shù)男诺览寐省⒔档统杀?，本文設(shè)計(jì)了基于相位調(diào)制的環(huán)回型光纖通信系統(tǒng)，即單纖雙向傳輸通信系統(tǒng)。

1 環(huán)回型光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了減少本振光源和光纖資源，保障遠(yuǎn)距離通信質(zhì)量，環(huán)回型光纖通信系統(tǒng)采用波分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)光信號的雙向?qū)ΨQ傳輸，使用同一根光纖傳輸上行和下行兩路光信號，并且在信號接收端不需要額外增加本振光源。系統(tǒng)主要由信號發(fā)送端、傳輸鏈路、信號接收端三部分組成。信息發(fā)送端主要是由發(fā)送光源、光調(diào)制器組成，其作用主要是調(diào)制功能，將信息調(diào)制成可供傳輸?shù)墓庑盘?。傳輸鏈路通過環(huán)形器引導(dǎo)單向光改變方向，并且在每個光端口都可輸出相同參數(shù)的光信號，實(shí)現(xiàn)將上行傳輸載波作為下行傳輸載波的功能。信息接收端是由光電探測器，隔直器組成。環(huán)回型光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示。

信息接收端的窄線寬光源發(fā)出的光波通過耦合器1被分為兩路，其中1路作為上行信號相干接收的本振光，其作用與普通光纖通信系統(tǒng)中用于接收信息的本振光源作用相同，對此條線路上的光信號不做任何調(diào)制，將光信號直接送入到耦合器2中，耦合器1中的另一路光信號作為上行載波，經(jīng)過環(huán)行器1、通用單模光纖、再經(jīng)過環(huán)行器2進(jìn)入到PM相位調(diào)制器中，調(diào)制所需要發(fā)送的下行信號，再經(jīng)過環(huán)行器2沿原路返回。到達(dá)環(huán)行器1，經(jīng)環(huán)行器1的3端口接入到耦合器2中，耦合器2將下行載波和本振光耦合，進(jìn)行混頻，此時信號的相干解調(diào)完成。然后再經(jīng)過光電探測器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，連接示波器觀察所解調(diào)的結(jié)果，此時便可以觀測到原始下行信號。

該光纖通信系統(tǒng)發(fā)射端的窄線寬激光器發(fā)出的光被分為兩路，一路作為光載波，用于之后承載信息，即上行載波，另一路作為相干接收的本振光，作用等同于普通光纖通信系統(tǒng)的本振光源。這樣在信息接收端就不需要額外再提供一個本振光源，從而節(jié)約系統(tǒng)成本。

1.2 系統(tǒng)各功能模塊

環(huán)回型光纖通信系統(tǒng)按照功能分為三個模塊，即調(diào)制模塊、傳輸模塊、解調(diào)模塊。

1.2.1 調(diào)制模塊

本文選用頻率穩(wěn)定性較好的激光光源，根據(jù)相干光通信技術(shù)，采用的調(diào)制方式為相位調(diào)制。激光光源發(fā)出連續(xù)光信號，將載波光信號送入調(diào)制器，與所需送入的信號進(jìn)行調(diào)制，用來得到可在光纖中傳輸?shù)挠杏霉庑盘?，此調(diào)制方法不會影響到光源參數(shù)。

1.2.2 傳輸模塊

傳輸鏈路所使用的光纖為單模光纖，根據(jù)本設(shè)計(jì)所要求的雙向傳輸，環(huán)形器是實(shí)現(xiàn)此功能的關(guān)鍵器件。光纖環(huán)形器是一種單向傳輸光信號的組件，其功能是將光信號從一個端口依次引導(dǎo)至下一個端口，其作用還有可以實(shí)現(xiàn)光信號在光纖中雙向傳輸?shù)墓δ堋－h(huán)形器擁有插入損耗低，對輸入和反射回的光具有非常強(qiáng)的隔離度等優(yōu)良特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代光纖通信系統(tǒng)中。

1.2.3 解調(diào)模塊

信號經(jīng)過下行通路的傳輸，到達(dá)接收端，需要提取所需要的信號，即進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。為了實(shí)現(xiàn)可靠的遠(yuǎn)距離光纖通信系統(tǒng)，本文采用APD光電探測器。得到電信號后，去除其中的直流部分，再根據(jù)需要添加低通或者帶通濾波器，獲取所需要的電信號即有用信息，完成下行信號解調(diào)。

2 仿真與分析

2.1 仿真及參數(shù)

系統(tǒng)選用CW Laser連續(xù)激光光源，連接四端口耦合器，輸出載波信號，通過信號發(fā)生器發(fā)送一個頻率為108Hz，幅度為0.5v的正弦波到相位調(diào)制器作為調(diào)制信號，同時連接示波器以觀察輸入信號;傳輸部分選用長度為20km的通用單模光纖，在發(fā)送端和接收端各放置一個三端口環(huán)形器，并用Optical Null堵住環(huán)形器不需要的接口，防止光泄露。解調(diào)部分采用APD光電檢測器連接DC_Block隔直器，通過示波器觀察解調(diào)信號。系統(tǒng)Optisystem仿真中全局變量參數(shù)設(shè)置如表1所示。

2.2 仿真結(jié)果分析

系統(tǒng)采用常用的高功率可調(diào)諧激光器，線寬值為400KHz，波長設(shè)置分辨率為0.1pm。調(diào)制信號為頻率為108Hz，幅度為0.5v的正弦波，波形圖如圖2所示。

通過仿真驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的環(huán)回型光纖通信系統(tǒng)的最大傳輸距離。系統(tǒng)仿真得到傳輸距離為18km、20km、22km的解調(diào)信號波形分別為如圖3（a）、（b）、（c）所示。

將圖3調(diào)制信號波形與圖3解調(diào)信號波形進(jìn)行對比分析，當(dāng)傳輸距離為18km和20km時，解調(diào)信號均可較好的還原調(diào)制信號;當(dāng)傳輸距離為22km時，解調(diào)信號在波峰和波谷都有較明顯的毛刺，信號失真。

3 結(jié)論

本文通過仿真得出當(dāng)系統(tǒng)傳輸距離在20km以內(nèi)，環(huán)回型通信系統(tǒng)信息傳輸質(zhì)量較好。針對目前雙纖通信模式下光纖通信系統(tǒng)存在的光纖資源緊張、成本較高等問題，環(huán)回型光纖通信系統(tǒng)具有較高的實(shí)用價(jià)值。在后期工作中，可對系統(tǒng)進(jìn)一步研究，通過調(diào)整光源和耦合器的參數(shù)，降低噪聲干擾，從而增加傳輸距離。

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