OPTISYSTEM在“光纤通信”新技术实验教学中的应用

陈琳　徐悦婷　朱武　初凤红

摘要：光纤通信是当今最主要的有线通信方式，在现代通信网中起着举足轻重的作用。本文根据“光纤通信”课程技术更新快的特点，引入OPTISYSTEM，将软件仿真应用于光纤通信新技术的教学，有效地提高了实验教学的效果，为培养创新型人才打下了坚实的基础。

关键词：光纤通信；实验教学；Optisystem；光OFDM

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）05-0257-02

针对光纤通信的课程特点，本文利用OPTISYSTEM仿真軟件，基于正交频分复用技术，构建光纤通信系统模型。通过OPTISYSTEM软件对发射机、电光调制、光纤信道、光电检测和接收机等模块进行仿真分析，有效地提高了学生的实验效率，节省了教学成本。

一、OPTISYSTEM仿真软件简介

OPTISYSTEM是OPTIWAVE公司开发的一套光通信系统模拟软件。在OPTISYSTEM系统仿真实验中，学生可以通过调整光学元器件参数，对通信系统进行优化设计，直观地模拟整个光纤通信系统的传输过程。利用仿真软件进行系统性能分析，有利于引导学生对复杂系统进行探索，提高学生对系统性能的全面认识。本文利用该软件搭建基于相干检测光正交频分复用系统，并对光谱、星座图等进行比较分析。

二、光OFDM系统仿真模型

相较无线通信领域，OFDM技术在光通信中的研究相对较晚。直到2005年，Jolley等人提出将无线通信的OFDM技术应用到高速光纤传输领域，人们才开始考虑将OFDM技术用于光通信，即光正交频分复用系统。

光OFDM可以分为直接检测光OFDM和相干检测光OFDM两种。相干检测光OFDM结合了相干光检测和OFDM技术优势，可有效利用光谱资源实现大容量、长距离传输。CO-OFDM系统框图如图1所示。

相干检测光正交频分复用系统可分为五个功能模块：RF-OFDM发射机；电光调制模块；光信道；光电检测模块；RF-OFDM接收机。各模块具体性能如下：

（1）RF-OFDM发射机：如图2所示，将二进制高速比特率数据进行QAM星座调制，并通过串并（S/P）变换成N个低速比特率并行数据。再对复数数据作IFFT变换，并通过并/串转换将N路并行载波变为串行数据作为一个OFDM符号。然后，利用模数转换（DAC），将符号变为模拟信号，即得到射频OFDM信号。

（2）电光调制模块：如图3所示，将射频电域OFDM信号，利用电光调制模块转换为光信号进行传输。使用一对并行的双臂马赫曾德尔调制器构成光学I/Q调制器，由电域放大器来控制下臂的输入信号相位偏移。

（3）光信道：如图4所示，通过电光调制模块将射频电域OFDM信号转换为光信号后，形成的光信号在单模光纤中进行传输，传输过程中为了延长传输距离以及增强信号的质量，在光信道模块加入光放大器和光滤波器。

（4）光电检测模块：如图5所示，在CO-OFDM系统中，光电检测模块采用相干检测技术将光信号转换为电信号输出。使用两对平衡的PIN光电检测器构成检测器，通过用90°光混频和两个平衡检测器得到射频基带OFDM信号I/Q元件。

（5）RF-OFDM接收机：如图6所示，从射频信号解调出的OFDM基带信号经模数变换（ADC）后变为数字串行信号。该信号通过串/并（S/P）转换器被转换为并行信号。利用OFDM解调器件，对所得的并行数据做快速傅立叶变换（FFT），并利用并/串（P/S）转换器变为串行信号。通过QAM星座解调，恢复成二进制数据信号输出。

三、仿真结果分析

CW激光器的相位噪声可以由谱线宽度来描述。图7（a）、（b）、（c）分别为谱线宽度为0MHz、0.15Mhz和15Mhz时激光器输出的光谱图。由图7可知，随着激光器的谱线宽度增加，产生的干扰也会增加。

光纤的长度会影响到最终的传输质量，因此，分别测试50KM、100KM、200KM、1000KM的情况。如图8所示，在传输50km或100km后，没有出现很明显的星座模糊和偏移。而在传输1000km后，星座图模糊不堪已经无法正常显示。

分别取不同比特率进行传输，输出端星座图如图9所示。可以发现，色散对系统的影响程度与传输速率有关，传输速率越大，色散对系统的影响程度也越大。

通过用OPTISYSTEM软件设计分析，可以了解光通信系统各个器件节点处的波形和频谱特点，简单直观、形象生动。教师可以根据教学大纲设置相应的实验项目，让学生课后学习OPTISYSTEM软件，并引导学生根据实验内容建立相应的系统模型进行仿真实验分析。

四、结束语

运用OPTISYSTEM仿真软件进行实验教学，很好地弥补了缺少硬件实验器件所带来的不足，丰富了实验教学内容；同时，节省了实验课堂教学时间，加深了学生对系统理论知识的理解和提高了他们的知识运用能力。通过对“光纤通信”实验教学手段的改革，引入了新的技术，提高了学生对实验教学的积极性，提升了实验教学的质量。

参考文献：

[1]周雪芳，王天枢.仿真软件在《光纤通信》实验教学中的应用研究[J].实验科学与技术，2011，9（5）：53-56.

[2]李书旗，朱昌平，陈小刚.光纤通信实验教学的改革与探索[J].中国电力教育，2010，（36）：132-133.