VPI大作业讲解.docx
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VPI大作业讲解
《光纤通信技术》课程
《密集波分复用系统设计与性能优化》
VPI软件仿真分析报告
个人信息已经删除了,拿出来给学弟学妹参考，觉得好的话，麻烦给学长一个好评！
谢谢啦~
华科光纤通信的大作业，选的是DWDM系统的仿真。
光纤通信系统仿真软件VPI，学弟学妹们可以参考，但是不要完全抄袭，VPI的联系还是很重要的！
一、背景知识
1、NRZ—OOK
NRZ—OOK指的是载波非归零码，调制类型是二进制开关键控。
在VPI仿真中有专门的产生NRZ—OOK这种码型的光发射机，所以实际情况下，我们用的该模块产生的就是NRZ—OOK的码型
2、ITU标准
ITU标准是国际电信联盟标准。
这是关于电信领域一系列的标准。
其中有关WDM和DWDM的内容比较重要的如下：
a.ITU-T已建议以193.1THz（即1552.52nm）值作为WDM参考频率,在此频率两侧安排复用信道.（仿真实验中，我们采取的就是以193.1THz为中心频率来安排信道）
b.ITU－TG.692对DWDM系统中每通道的波长的选取及波长最大偏移都初步进行了规定，即各通道间隔为100GHZ（0.8nm/1550nm波段）的整数倍，并且每个通道的工作波长与ITU--T规定的波长的偏移量小于1/5通道间隔。
（结合题目要求，最终我们选定的信道间隔为100GHz,偏移量的变化范围为0-20GHz）
3、2R再生装置
2R再生装置是光纤通信系统中一个常见的概念。
是在“3R再生系统”上的一个简化。
3R指的是“Reamplifing”、“Reshaping”、“Retiming”。
对应在2R再生系统中的就是“再放大”、“再整形”。
根据题目要求，“再放大”由EDFA实现，EDFA要补偿传输过程中DCF和SMF带来的损失。
“再整形”由色散补偿光纤实现。
二、仿真系统设计
1、整体框图
图1.系统一（观察光谱用系统30*40Gbit/s）
图2.系统二（主要仿真用系统4*40Gbit/s）
2、各组成部分简介（以系统二为主）
1.光发射机
图3.光发射机
我们一共用了四个NRZ—OOK的发射机，产生四路信号
2.复用器
图4.复用器
选用的理想的MUX_4_1。
把四路光合一。
3.环路器
图5.环路器
用来产生1000km的跨距，用环路器会简化构造。
4.DCF
图6.色散补偿光纤模块
用来补偿SMF带来的脉冲展宽，其色散系数乘以距离应该等于SMF的色散系数乘以距离的负值。
5.EDFA
图7.EDFA
用来补偿由于DCF和SMF传输过程中的损失。
其增益系数（dB）等于DCF和SMF的损耗总和。
6.解复用器
图8.解复用器
7.测误码率接收机
图9.测误码率接收机
用四个测误码率接收机来分别检测四个信道的误码率的情况。
三、主要功能模块参数设置
1、全局参数设置
2、
图10.全局配置
其中比较重要的参数都已经标出来。
信号速率40Gbit/s。
中心频率为193.1THz.对应的TimeWindow为1024/40e9.还有设置的自定义变量（用于扫描）。
有信道间隔（channel_space），解复用器滤波器带框（filter_bandwidth），解复用器滤波器信道间隔（filter_channelspace），四个信道的偏移量（drift1-4），串扰（crosstalk）（查阅了一下，crosstalk就是指的串扰）。
3、关键模块参数设置
1.复用器
图11.复用器配置
复用器的四个滤波器的中心频率和发射机的四个中心频率想对应。
2.DCF与SMF
DCF的色散系数为-0.016s/m^2损耗为0.4e-3dB/m（因为实际DCF的损耗要大于一般的单模光纤）。
SMF的损耗为0.2e-3dB/m色散为16e-6s/m^2.
3.解复用器
图12.解复用器的配置
还有截图中没有显示的是，接复用器的滤波器带宽赋值的是filter_bandwidth。
其隔离度赋值的是crosstalk。
四、运行结果分析与讨论
1、30个信道的功率谱
图13.30信道的功率谱
分析：
从图中可以清楚看到30个信道的谱线，信号在前面，噪声主要在后面，这个图用于定性感受DWDM的系统。
2、改变解复用器的滤波器带宽。
变化从0-40GHz（默认DEMUX的串扰为off,四个信道移动为12GHz、12GHz、11GHz、11GHz）
图14.改变滤波器带宽后的误码率曲线
图15.改变滤波器带宽后眼图的变化
分析：
1.滤波器带宽如果太小，会对信号本身有影响，会损失信号的高频分量，误码率会增加。
2.滤波器带宽如果太大，会带入更多的噪声，误码率也会增加
3.所以最后曲线为一个U型曲线，在工程实践中，我们叫这个曲线为“浴盆曲线”
4.实际工程中的滤波器带宽大概取为0.8*信号速率。
在这个实验中测得最佳为35GHz，也基本和工程实践相吻合。
3、改变发射机偏移量（0-20GHz）（默认DEMUX串扰设置为off,滤波器带宽为37GHz）
图16.改变发射机偏移量之后的误码率曲线
图17.改变偏移量之后的眼图变化
分析：
1.从图中可以看出随着发射机的偏移量的增加，反而误码率开始会呈现一个下降的趋势，再上升。
2.这是由于DWDM系统中存在的非线性效应会使频率发生偏移。
一般工程上，把接收端的滤波器的中心波长适当“红移”，会得到更好的误码率。
3.在这个图中，由于我是加的发射机的中心频率，相当于对发射波长“蓝移”，相对的来说，就是相当于接收机中心波长的“红移”（发射波长减小，接受滤波器的波长不变化，则是相对的接收端的“红移”）。
这样误码率的下降就可以解释了。
4.这个图反应了为什么工程上，我们使用的接收端滤波器的中心波长要相对发射端红移。
4、改变DEMUX的隔离度（crosstalk）（1-20dB）（默认DEMUX的滤波器带宽为37GHz,四个信道偏移为12GHz、12GHz、11GHz、11GHz）
图18.改变解复用器串扰之后的误码率曲线
图19.改变串扰之后的眼图变化
分析：
随着DEMUX的串扰的增加，信道误码率明显上升。
眼图的开合情况也变恶化。
这个也是和实际情况相符的，串扰大，误码率就打。
五、心得与体会
1.对于不熟悉性能的变量可以用扫描的方式寻找最佳值。
VPI的操作比较简单，但是对于每个器件的性能的把握需要多次的尝试才可以比较顺手。
比如实验中我们用到了DEMUX的那个模块，其中有个参数（OperatingFrequencyRange）设置，开始时候的default值是200THz到300THz,但是仿真出来的效果很差，后来查了论文才知道，这个参数的设置很重要，要贴近你的工作频率。
最后多次实验，取得是193THz-194THz.
2.每个模块的参数设置真的十分重要，不应该急于仿真。
要查英文，知道没一项的含义，然后看一看对于系统的影响，再去调节幅值。
这样思考之后才是有意义的。
而不是一味地做一个模块的搬运工，这点我和自己的组员也说过。
3.注意全局变量和局部变量的关系一定要想明白，有的时候出来的仿真的结果不好，就是因为这两者之间的幅值有问题的。
还有就是慎用default值，不一定对的，有的时候就是default会导致你的仿真结果很差的。
4.这次软件课设学到的最多的就是关于VPI的操作，对以后更加深入的学习，不管是毕业设计还是研究生阶段都打下了基础，而且所有的系统的搭建、仿真、调试自己都是主要完成。
所以锻炼的很多的。
但是时间有限，不免没有做到最好，望以后继续努力。
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