基于光纖網的通信傳輸技術應用研究

熊婷婷

（安徽工業經濟職業技術學院電氣工程學院，合肥 230051）

0 引言

載波為光波、傳輸介質為光導纖維的通信方式稱為光纖通信。光導纖維在傳輸信號過程中具有傳輸損耗低、傳輸帶寬大且抗干擾能力強的特點，故而應用廣泛。光纖通信技術因其獨特的優點，一直在通信建設方面占有主導的地位。通信技術影響著人們生活的方方面面，隨著科學技術的發展，光纖通信的容量不斷增大，通信距離越來越遠，光纖通信系統作為多學科交叉滲透的綜合技術，受到越來越廣泛的重視。然而，繁冗的計算一直是研究中不可逾越的技術障礙，無論是設計新系統還是探索新體制，龐大的計算量都無法避免。

為解決這一問題，本文提出了一種新型光纖通信的系統仿真模型，利用此模型可大大提高光纖系統性能的研究效率。此仿真系統是基于加拿大Optiwave公司出品的OptiSystem軟件進行編寫及封裝的。

1 系統設計

光纖通信系統主要由光發射機和接收器組成。光發射機部件包括光源、驅動器（電脈沖發生器）以及調制器。光發射機中，光源的選擇最為重要。光發射機的主要功能是將輸入的電信號轉換成可通過光纖的光信號，且將轉換后的光信號最大限度地傳輸到光纖線路中。光接收機的功能是將接受到的光信號轉換成電信號，并將轉換后的電信號進行放大和去噪等處理。光信號在傳輸中會產生衰減和畸變，為保證信號不失真，光接收器的處理必不可少。光接收機內部由放大器、光電探測器以及相關電路共同組成。光電探測器決定了光接收機的接受性能，具有噪聲小、響應度高、響應速度快等優點。光電探測器采用PIN光電二極管和APD雪崩二極管作為主要部件。較長距離傳輸時，系統中還需加入中繼器，當光信號傳輸到中繼器時，中繼器會對光信號進行放大、去噪、去畸變等處理，并再生成一段具有一定強度的信號作為繼續傳輸的信號，以保證光信號的質量和傳輸過程的穩定。光通信系統如圖1。

圖1 光通信系統

2 仿真模型的構造

本文設計的仿真系統基于由加拿大Optiwave公司出品的Optisystem軟件進行編寫，分光發射機、光接收機和光纖通道三部分對光通信系統進行描述。具體光通信系統的仿真模型如圖2。

3 高速光纖傳輸特性分析與仿真

3.1 傳輸特性

高速光纖傳輸系統中，直接調制半導體激光器時，激光場內的張弛振蕩頻率必須大于調制頻率。激光場的張弛振蕩頻率由光子和載流子壽命決定。理論上，載流子濃度與光增益具有線性相關性，張弛振蕩頻率表達式為：

圖2 光纖網仿真系統

當激光器腔長為300μm時，載流子壽命約為τδp=1ns，光子壽命τph≥2ps，若注入兩倍于閾值電流的電流時，調制頻率約為3.56GHz。

模型參數：載流子壽命τδp=1ns，光子壽命τph=2ps，閾值電流Iτh=38mA，偏置電流IB=76mA，調制峰值電流I=76mA，根據公式計算出振蕩頻率fγδτ=3.56GHz。以序列長度128 b，抽樣數512每比特，信息速率分別設為10 Gb/s和3.56 Gb/s作為仿真系統的相關數字參數。其他參數均不改變，運行仿真系統，所得到的結果如圖3（a）。根據圖中信息不難發現當激光場張弛振蕩頻率小于調制頻率時，系統性能會產生不可逆轉的損壞。其他參數不變，將信息頻率改為3.56 Gb/s，偏置電流改為IB=25mA，運行仿真系統，結果如圖3（b）所示。比較圖3（a）、圖3（b）發現，只改變信息頻率和偏置電流兩個參量時，系統性能會隨之發生改變，閾值電流低于偏置電流時，系統性能會好于閾值電流高于偏置電流的情況，與理論分析結果相一致。

圖3 頻率調制曲線

3.2 光纖損耗及色散分析

作為信號的傳輸介質，光纖電路的主要作用是把由光發射機發射出的光信號盡量完整地傳輸到光接收機中。光信號在光纖中傳輸時主要會產生損耗和色散，他們導致光纖通信難以高速且大容量地發展，如何在良好的機械特性和環境特性下減小損耗和色散，是當前研究的重點問題。本文所設計的仿真系統，當只改變光纖長度時，可以觀察電腦接收到的眼圖，從而分析損耗和色散對系統產生的影響。在其他參數不改變的條件下，系統性能隨光纖長度的增長而降低，主要原因是光信號在傳輸過程中產生了損耗和色散，觀察結果與理論分析結果一致。

4 結論

本文通過設計光纖通信系統并進行仿真研究，系統描述了光發射機、光接收機和光纖線路對光通信系統的影響，得到了光纖通信系統特性與偏置電流和調制頻率之間的關系，以及損耗和色散對光通信系統的影響結果。基于此仿真軟件，可靈活地設計出滿足相關條件的光通信系統，在對相關參數進行修改時，也非常便利，節省了大量的時間、精力和經費，非常適合進行理論研究。