VPI 光纤通信仿真实验指导书2014‐ 4‐ 20目录实验一光传输系统的组成 (2)实验二LD的光谱与噪声特性 (10)实验三LD调制特性 (12)实验四MZM工作原理 (14)实验五ASK信号调制 (16)实验六PSK信号 (18)实验七光纤的损耗与色散 (20)实验八光纤的非线性效应 (23)实验九光纤中的受激散射 (25)实验十光接收机 (28)实验十一误码率与接收机灵敏度 (31)实验十二相干光接收机 (33)实验十三信号的损伤与补偿算法 (38)实验十四无源光网络的组成 (41)实验十五掺铒光纤放大器 (43)实验十六前向纠错码 (45)1实验一光传输系统的组成1.实验目的●熟悉VPI TransmissionMaker仿真软件的基本操作●了解光纤通信系统的组成，各个部分的作用和基本特性。
2.仿真模块与系统仿真模块包括Tx_OOK（内部包含LaserCW、ModulatorDiffMz_DSM、PRBS、CoderDriver_OOK）、Signal Analyzer、FiberNLS和Rx_OOK等模块，仿真系统如图所示：图一、光发射机的组成（包含光信号分析仪）图二、光通信系统的组成（包含了信号分析仪）3. 实验内容与步骤3.1 搭建上述系统搭建光发射机的具体步骤如下：● 从 Resources 资源列表库中选择 TC Modules >Optical2Source>LaserCW.vtms，将 LaserCW.vtms 拖拉到工作区主界面中。
●选择TC Modules >Optical Modulators >ModulatorDiffMz_DSM.vtms，将ModulatorDiffMz_DSM.vtms拖到工作区主界面下。
注意：一般情况下，VPI 软件默认设置下，器件的端口之间的连接不会自动连接，需要手动对应的连接起来。
当然可以设置为自动连接：选择工具栏中的Macros下拉列表下的Link Components。
●选择TC Modules >Information & Coding，将PRBS.vtms和CoderDriver_OOK.vtms 依次拖到工作区主界面下。
●连接各器件，并保存文件。
搭建光传输系统的具体步骤如下：●从Resources资源列表库中选择TC Modules >Transmitters>Tx_OOK.vtmg，将Tx_OOK.vtmg拖拉到工作区主界面中。
点击右键菜单>look inside可以看到其内部组成与图1相同。
（注：有若干后缀名为vtms的元器件组成的子系 统可以保存为后缀名为vtmg的子系统模块，以供直接使用。
）●从Resources资源列表库中选择TC Modules >Fibers>FiberNLS.vtms，将FiberNLS.vtms 拖拉到工作区主界面中。
●从Resources资源列表库中选择TCModules >Receivers>Rx_OOK.vtmg，将Rx_OOK.vtmg 拖拉到工作区主界面中。
●连接各器件，并保存文件3.2 查看和编辑全局变量的参数全局变量的参数设置是对所有的VPI仿真都相同，当你建立一个新的设计工程时，你必须定义全局仿真参数，这些全局参数对仿真是至关重要的，它们不仅在仿真中对与之相关的每个器件都有影响，而且它们在系统的设计阶段就能决定系统的工作速率、精度、内存需要量。
双击工作区的空白区域，将出现全局参数设置对话框如下图所示：设置参数如下：1）比特率（BitRateDefault）: 10G，即 10e9 2）时间窗口（TimeWindow）: 1024/10e9，其中 BitRateDefault=10e9 3）采样速率（SampleRateDeafult）：16*10e93注意：这三个参数之间的关系为：➢时间窗口=数据长度/比特速率➢采样速率=每比特的采样点数*比特速率➢采样速率=总采样数据点数/时间窗口➢总采样数据点数=数据长度*每比特的采样点数另外，VPI仿真软件中，所有的器件都共同享用时间窗口这一全局参数，也即是所有的器件都在同一时间窗口下工作，但是每个器件能工作在不同的采样速率下。
更多全局变量参数的设置请查阅：File>Help>Simulation Guide>Chapter 4 Setting Simulation Parameters图三、全局变量设置窗口3.3 查看和调整模块和信号分析仪参数在工作区界面下，双击器件和模块的图标，将弹出连续其的属性对话框。
属性对话框中参数一般是按类组织放在一起的。
如双击Tx_OOK模块，弹出的属4性对话框如下图所示，分别可以设置系统参数、laser、PRBS、coder和MZM器件的参数。
图四、光发射机参数设置窗口点击左侧三角符号可以展开所有具体参数，如下图所示。
图五、光发射机参数设置窗口在工作区界面下，双击SignalAnalyzer_vtms1的图标也弹出属性编辑对话框此对话框。
如下图所示，在InitialAnalysisType中选择观察仪的功能如频谱仪、示波器、眼图等。
5图六、信号分析仪设置窗口3.4 运行系统开始运行仿真最简单的方法是点击工具栏上的Run按钮，这将会按照当前的设置或默认的设置来运行仿真，包括运行次数、运行脚本等。
为了更灵活地控制仿真，可以利用提交仿真工作对话框来启动运行，如图9所示，弹出该对话框有两种方法：键盘上的快捷键F9或选择Run按钮下的三角形中的下拉菜单中的run。
本例中选择默认的运行次数 1 次，多次运行一般用于 sweep 模式中进行参数的优化。
注意：需要停止或中断本次运行时，请点击中的Stop按钮或用工作管理器来终止仿真的运行。
6图七、提交仿真工作对话框1）首先观察电信号的时域波形：点击激活SignalAnalyzer_vtms，使其成为当前窗口，选择菜单栏Analysis>Scope，或者直接点击工具栏上的中时域波形的图标，得到电域波形结果如下：图八、电信号波形2）与 1 类似，设置Sign alAnalyzer_vtms，查看光信号的时域波形，如下图所示：7图九、光信号波形3）查看光信号的光谱：点击激活SignalAnalyzer_vtms，使其成为当前窗口，选择菜单栏Analysis>O SA，或者直接点击工具栏上的中时域波形的图标，得到调制后的光信号光谱图如下：图十、光信号光谱注意：修改右边的属性参数，可以更改图形的显示字体，曲线颜色、显示区间等，如下图所示，类似的还可以调整光谱的显示分辨率。
8图十一、显示设置窗口3.5 实验要求分别在全局参量和模块参量修改信号速率，激光器输出功率（laserPower），光纤长度等参数（请在相应的模块进行设置），观察记录激光器输出信号，电信号，光发射机输出信号，光纤输出端信号，和光接收机输出信号波形。
4. 数据分析与讨论（说明：请按照实验内容和步骤对所获得的数据、图表进行分析和讨论，本部分为评分关键因素，请结合实验目的详细阐述你对结果的分析和理解。
）5. 思考题1、谈谈你对 VPI 仿真系统的认识。
2、在全局变量中调节比特率（BitRateDefault），时间窗口（TimeWindow),采样速率（SampleRateDeafult）产生不同速率，不同时间长度和采样速率的光信号，通过信号分析仪SignalAnalyzer观察信号速率，波形，频谱（包括频谱宽带和频谱分辨率）的变化。
9实验二LD的光谱与噪声特性1.实验目的●观察LD的光谱特性●分析边摸抑制比，线宽和相对强度噪声对信号质量的影2.仿真模块与系统仿真模块包括LaserCW_DSM、Photodiode、Signal a nalyzer、Power meter 和Nu mericalAnalyzer1D 等模块，仿真系统如图所示：图一、LD光谱特性仿真系统3.实验内容与步骤改变LaserCW_DSM模块中SidemodeSuppre ssionRatio，Linewidth和RIN 数值大小，观察信号输出光谱，波形和相位变化。
4.数据分析与讨论（说明：请按照实验内容和步骤对所获得的数据、图表进行分析和讨论，本部分为评分关键因素，请结合实验目的详细阐述你对结果的分析和理解。
）5. 思考题如何测量激光器RIN噪声？提示：射频频谱测量分辨率为1GH z，噪声大小为-50dB m，信号功率大小为-40 dBW。
1011实验三LD调制特性1.实验目的●LD 的 P-I 特性曲线●LD 的直接调制特性2.仿真模块与系统观测LD的P-I特性曲线的仿真系统包括DC_Source、LaserAnalogDSM、Powermeter、SignalAnalyzer、Const 和 NumericalAnalyzer2D 等模块，仿真系统如图所示：图一、P-I特性曲线仿真系统观测LD直接调制特性的仿真系统包括PRBS，CoderNRZEl，LaserDriver，LaserSMRE，Photodiode 等模块，系统如下图所示：图二、LD直接调制特性的仿真系统3. 实验内容与步骤121、双击 LaserAnalogDSM，设置 ThresholdCurrent 为 0.01A，LaserBias 为 0；改变驱动电源DC_Source模块中电流幅度Amplitude数值大小（0~0.03A），观察信号输出光谱。
连续改变Amplitude的数值（可以使用sweep方式），记录输出光功率与驱动电流的大小，绘制P-I特性曲线。
2、设置数字信号的速率分别为 1，4，8Gb/s 观察输入电信号和输出光信号波形的变化，分析光信号波形畸变的原因。
4. 数据分析与讨论（说明：请按照实验内容和步骤对所获得的数据、图表进行分析和讨论，本部分为评分关键因素，请结合实验目的详细阐述你对结果的分析和理解。
）5. 思考题1、激光器在阈值电流以下是否发光，其机理是什么？2、高速直接调制下 LD 输出光信号波形为发生那些畸变？13实验四MZM工作原理1.实验目的●了解MZM器件的工作原理，Vpi电压，功率传输曲线，以及偏振点的选择方法。
2.仿真模块与系统仿真模块包括LaserCW、ModulatorDiffMZ_DSM、DC_Source、Fork_2、Power meter、Const 和 NumericalAnalyzer1D 等模块，仿真系统如图所示：图一、MZM工作仿真系统3. 实验内容与步骤1、设置偏置电压为 0，运行 driver_sweep.vsm 在 0～2Vpi 扫描 MZM 驱动电压大小，绘制MZM的功率传输曲线。