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OptiSystem仿真在光纤通信实验教学中的应用
ISSN1672—4305CN12—1352/N实验室科学LABORATORYSCIENCE第
18卷第1期2015年2月Vol.18No.仆eb.2015
OptiSystem仿真在光纤通信实验教学中的应用
王秋光，张亚林，胡彩云，赵莹琦
（广州大学松田学院电气与汽车工程系,广东广州511370
摘
要：
介绍了光纤通信实验教学中的光纤色散实验、激光器调制频率特性实
验、掺铒光纤放大器实验、光
接收机实验与WDM系统实验5个OptiSystem仿真实验，给出了每个实验项目的仿真模型及模型中的参数设置，简要分析了仿真实验结果。
OptiSystem仿真实验可以反复观察练习，节省较高的实验费用，有利于学生对光纤通信课程教学中抽象的理论知识的理解，在光纤通信实验教学中取得了较好效果。
关键
词:
OptiSystem;光纤通信；仿真；实验教学中图分类号：
TN929.11;TP391.9
文献标识码:
A
doi:
10.3969/j.issn.1672—4305.2015.01.008
ApplicationofOptiSystemsimulationinexperiment
teachingofopticalfibercommunication
WANGQiu—guang,ZHANGYa—lin,HUCai—yun,ZHAOYing—qi
（DepartmentofElectrical&AutomotiveEngineering,GuangzhouUniversity
SontianCollege,Guang-zhou511370,China
Abstract:
IntroducesfiveOptiSystemsimulationexperiments,suchasthefiberdispersionexperi-ment,modulationfrequencycharacteristicsofthelaser,erbiumdopedfiberamplifier,opticalreceiverexperimentandWDMexperiment,simulationmodelandmodelparameterssettingsofeachexperimen-talitemandabriefanalysisofthesimulationresultsaregivenOptiSystemsimulationcanberepeated-lyobservedinpractice,savehighexperimentalcost,andconducivetothestudentsonthecourseofopticalfibercommunicationstounderstandabstracttheoreticalknowledge,haveachievedgoodresultsintheexperimentalteachingofopticalfibercommunication
Keywords:
OptiSystem;opticalfibercommunications;simulation;experimentalteaching基金项目：
广州大学松田学院院级特色专业建设项目。
光纤通信是一门理论性和实践性都很强的电子信息类专业课程，涉及光学、
电磁场及通信等多方面理论基础知识和光纤光缆、光器件光端机、光纤通信系统设计及网络等实践应用问题。
光纤通信实验一方面可以帮助学生直观形象地理解抽象繁冗的理论教学内容，另一方面可以提高学生的实际工作技能，为从事实践技术工作奠定必要的基础。
光纤通信实验的内容通常有：
光纤接续；OTDR测量光纤参数；LD（LED光谱特性测量；光纤接收发送系统实验等
[1-2]
O从帮助学生理解理论教学内容的角度看，采用OptiSystem仿真技术更具优势
[3-4]
oOptiSystem是一款创新的、
发展迅速的强大软件设计工具，用户可使用该工具对从LAN、
SAN、MAN到超长距离等众多光网络的广谱物理层中的几乎所有光学链路
行规划、测试仿真。
它可以提供从元件到系统级别的传输层光通信系统设计和规划，并且能够直观地呈现分析和方案，可以最大程度地降低时间要求和光学
系统、链路及元件的设计相关成本
[5]
。
lOptiSystem仿真实验
为配合光纤通信课程教学内容的学习，我们选
取了光纤的色散[6]
激光器的调制频率特性、掺铒光纤放大器、光接收机及WDM系统⑸
等5个Opti-System仿真实验。
1.1
光纤的色散实验
光纤介质的非线性使接收的光脉冲包络的形状会发生变化，引起传输波形的展宽，本实验用以考察
王秋光，等：
OptiSystem仿真在光纤通信实验教学中的应用
光纤的群速度色散（GVD对高斯脉冲传播的影响
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仿真模型如图1所示。
在仿真模型中：
Bitrate=40Gb/s.OpticalFiber参数：
length=2.812km,Refer-eneewavelength=1550nm,Beta2=20（ps2/km
图1光纤色散仿真模型
仿真结果
输出脉冲宽度T（z随传播方向z按公式（1增加,输出峰值功率按公式（2变化。
T（z=
1+（zLD
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光纤的群速度色散（GVD对高斯脉冲传播的
而峰值下降
仿真结果如图2所示。
可以看出输出脉冲比输入脉冲展宽了了。
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GVD对高斯脉冲传播的影响
1.2激光器的调制频率特性实验
在高速光纤传输系统中，当对半导体激光器进
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朋5¥力£-心
行直接调制时，调制频率必须小于激光场的弛豫频率,而弛豫频率随半导体激
光器的偏置电流的增大而增高。
通过这一实验可以观察当偏置电流变化从而改变弛豫频率时，高速光纤传输系统的性能变化
情况[7]
。
仿真模型如图3所示。
在仿真模型中：
lth=33.45mA,tsp=1ns,tph
=3ps,I0=lB=40mA,Se-queneelength128bits,Samplesperbit512
仿真结果，
在直接光强度调制下弛豫频率与有源区内的电子寿命和谐振腔内的光子寿命
的关系如公式（3。
fres
=12n
1Tsp
tph（01th
—1（3
图3激光器的调制频率特性仿真模型
根据仿真模型设定的参数可以得到弛豫频率
fres?
3GH。
图4给出了系统性能与调制频率的关系,调制频率为
1.3GH时如图4（a所示
调制频率
为5GH时如图4（b所示,从眼图看出当调制频率咼于弛豫频率后,系统性能严重变坏。
（a（b
图4
调制频率对系统性能的影响
1.3掺铒光纤放大器（EDFA实验
EDFA在各种光纤通信系统中得到广泛应用,
如副载波CATV系统、WDM或OFDM系统、相干光
通信及孤子通信系统等。
本实验用于分析EDFA的
频率特性和噪声性能
仿真模型如图5所示
仿真模型中掺铒光纤参数：
Length7m,Coreradius2.2"m,Ermetastable
lifetime10ms,Erdopingradius
m,Eriondensity1e+025m3,Numericalaperture024。
图5EDFA实验仿真模型
仿真结果如图6所示，
（a是CW激光器的频率与EDFA增益的关系曲线
（b是信号输入功率7
2
与EDFA增益曲线,（c是功率噪声曲线。
1.4光接收机实验
光接收机主要的性能指标是灵敏度和动态范
围，本实验的目的是了解光接收机灵敏度与误码率
的关系及灵敏度与最小输入功率的关系[9]
仿真模型如图7所示
（a
（b
（c
图6
EDFA
实验仿真结果
图7光接收机实验仿真模型
实际光接收机灵敏度的计算非常复杂，可粗略表示为公式（4
vPmin>=
QA
p
（4
仿真结果如图8所示，
（a是衰减与Q因子的关系曲线
科科
AllrightsAllrights
AawE■，丘JIAAtJ■
（b是衰减与误码率曲线。
（a（b
图8
光接收机实验仿真结果
1.5WDM系统实验
波分复用是光纤通信系统扩大传输容量，提高传输速率的主要途径之一。
仿真模型如图9所示,利用Mach—Zehnder调制器进行外调制,
16路复用,光发射器参数:
Bitrate40Gb/s。
线路由50km单模光纤与10km色散补偿光纤构成循环单元,采用掺铒光纤放大器。
解复用器参数:
Bandwidth8e+010HZ,Depth100dB,FiltertypeBessel,Filterorder6图10为WDM系统实验仿真结果，
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ChinaAcademicJournalElectronitPublishingHuusc.
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给出了解复用器
之前光纤线路之后的光谱图，图中较低的部分为噪
声部分。
图9
WDM系统实验仿真模型
2结语
根据光纤通信课程的理论教学内容选出了上述
5个仿真实验作为实验教学项目,实践表明,Opti-System仿真实验直观明了,可以反复观察练习，提高了学生的学习兴趣，有利于学生对抽象的光纤通信理论教学内容的理解，同时可以节省较高的实验费用
科科
在光纤通信实验教学中取得了较好效果
科科
8
科
2
王秋光,等：
OptiSystem
1.5?
1.55?
Wavelength（m）
05s.（E8P）」aMod
-------0T00L・
1.5?
or
Ob’09,
（E8p）』MAOd
s«00
1.55?
Wavelength（m）
仿真在光纤通信实验教学中的应用（a
（b
（c
图10
WDM系统实验仿真结果
参考文献（References:
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J].光通信技术,2009（1:
10-11.收稿日期:
2014—02—18修改日期:
2014—04—29
作者简介：
王秋光（1949—,男,黑龙江哈尔滨人,学士,教
授,主要研究方向为信息网络欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍
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（上接第25页
3结语
（1通过单因素实验和Box—Behnken实验设
计建立了提取核桃饼粕原花色素的优化回归数学模
型,该模型在本实验条件范围内能准确预测核桃饼粕原花色素提取率。
（2通过方差分析可知，各因素对核桃饼粕原花色素提取率的影响由大到小依次为：
提取时间、酸度和乙醇体积分数。
（3通过优化提取原花色素的最佳工艺参数为乙醇体积分数80%、提取时间83min、酸度0.04mmol/L。
在此条件下实际测得的提取率为18.16mg/g,与预测值相比，其相对误差仅为0.55%。
表明采用响应面法优化得到的提取条件参数准确、可靠，具有一定的实用价值。
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100.
收稿日期：
2014—02—18修改日期:
2014—04—22
作者简介：
赵国建（1972—,男,山西临汾人,博士,副教授,
研究方向为农产品加工及其综合利用。
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