1、問題描述：

設(shè)計高速遠距離色散補償光纖通信系統(tǒng)，對比不同結(jié)構(gòu)與參量下系統(tǒng)的信號傳輸效果。首先基于OptiSystem仿真軟件，設(shè)計一個傳輸300km、傳輸速率為40Gbit/s的光纖通信系統(tǒng)。隨后對比不同光纖長度、不同光波長、不同調(diào)試方式（直接調(diào)制和外調(diào)制）以及不同光探測器（PIN和APD）等方式下的信號傳輸效果。

2、系統(tǒng)設(shè)計：

為了使得整個系統(tǒng)得到最好的信噪比，并且保證系統(tǒng)誤碼率在可接受的范圍內(nèi)。本文選擇NRZ格式的外調(diào)制方式，調(diào)制速率為40Gbit/s。傳輸鏈路采用單模光纖進行信號傳輸，長度設(shè)置為300km。信號接收端采用PIN二極管進行光電轉(zhuǎn)換，采用Low pass Bessel filter進行濾波處理，為了實時地觀察系統(tǒng)的運行狀態(tài)，用BER分析儀進行信號的分析與評價。整個光纖通信系統(tǒng)的架構(gòu)如下圖示。

圖. 完整的光纖通信系統(tǒng)

3、參數(shù)設(shè)置

系統(tǒng)整體參數(shù)中的比特率Bit rate設(shè)置為40Gbit/s。序列發(fā)生器Pseudo-Random Bit Sequence Generator為偽隨機碼發(fā)生器，Bit rate為40Gbit/s。激光器的波長設(shè)置為1550nm，功率設(shè)置為0dBm，線寬為0.1MHz。單模光纖設(shè)置長度為50km，損耗為0.2dB/km，色散為16ps/nm/km，色散補償光纖長度為10km，損耗為0.5dB/km，色散為-80ps/nm/km。采用EDFA進行損耗補償，分別提供10dB和5dB的增益。光纖傳輸鏈路中采用Loop Control進行循環(huán)次數(shù)控制。探測部分PIN管的響應(yīng)度設(shè)定為1A/W。

4、結(jié)果分析

光纖傳輸鏈路中Loop Control設(shè)置為3，即信號經(jīng)過300km的光纖傳輸之后，由信號接收端進行接收，眼圖分析儀中展現(xiàn)了信號的眼圖，誤碼率為7.54e-58，Q值為15.96，表明該系統(tǒng)具有較好的傳輸特性。

為了研究不同傳輸距離下系統(tǒng)信號傳輸?shù)恼`碼率，設(shè)置Loop Control為0~10，即信號經(jīng)過0~600km的光纖傳輸，得到了圖中所示的誤碼率變化圖。經(jīng)過小于60km的光纖中傳輸后，光信號的誤碼率接近于0。而隨著光纖傳輸距離的增加，誤碼率逐漸上升，在600km傳輸后，信號的誤碼率為2.27e-15。

為了研究不同波長信號光傳輸?shù)恼`碼率，設(shè)置激光器的波長為1540~1560nm，在傳輸300km后，得到了圖中所示的誤碼率變化圖。經(jīng)過300km的傳輸距離后，1550nm波長的激光光信號具有最低的誤碼率。而隨著波長的增大或減小，誤碼率逐漸上升。說明1550nm波長的激光光信號具有最好的傳輸能力。

隨后進行外調(diào)制與直接調(diào)制的對比。設(shè)定40Gbit/s的傳輸速率，在同樣傳輸300km的距離后，得到了外調(diào)制的眼圖如下圖，誤碼率為7.54e-58。

直接調(diào)制的眼圖如下圖，誤碼率為1.04e-45。通過對比兩種調(diào)制方式，得到在較高速率情況下，外調(diào)制比直接調(diào)制有更好的信號傳輸表現(xiàn)。

進行PIN和APD探測的對比。其中APD設(shè)置如下圖，響應(yīng)度設(shè)定為1A/W，增益為3dB。

設(shè)定40Gbit/s的傳輸速率，在同樣傳輸300km的距離后，得到了PIN探測器系統(tǒng)中的眼圖如下圖，誤碼率為7.54e-58。

APD探測器系統(tǒng)中的眼圖如下圖，誤碼率為8.05e-46。表明在該系統(tǒng)中PIN探測器比APD探測器具有更佳的探測性能。

5、總結(jié)展望：

本案例設(shè)計了一套高速遠距離色散補償光纖通信系統(tǒng)，實現(xiàn)了傳輸距離300km、傳輸速率為40Gbit/s的光纖通信系統(tǒng)仿真。對比了不同結(jié)構(gòu)與參量下系統(tǒng)的信號傳輸效果。該案例具有靈活的可拓展性，可以根據(jù)客戶需求進行功能的豐富與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。

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