基于OPTISYSTEM的光發送機調制方式仿真分析

孫曉蕓+陳建飛+丁松峰+李炳琦

【摘要】 光發送機是光通信系統中的重要組成部分。光發送機的性能直接影響系統的傳輸性能，光發送機的設計也以優化其光接口指標為目的。本文簡述了光發送機兩種調制方式的原理，并使用OptiSystem搭建光纖通信系統模型，研究了兩種調制方式對光纖通信系統光源的光譜特性及對系統誤碼的影響。

【關鍵詞】 光發送機 調制 平均發送光功率 消光比

一、引言

光發送機的作用是在發射端將電信號轉變為適合在光纖中傳輸的光信號。光源（LED或LD）是光發送機的主要部件，本文簡述了光發送機內調制和外調制方式的原理，使用OptiSystem分別搭建兩種調制光發送機的光纖通信系統模型，研究了兩種調制方式對光纖通信系統光源的光譜特性及對系統誤碼的影響。

二、光發送機的兩種調制方式

光纖通信系統中，信息由LED，或LD發出的光波攜帶，光波就是載波。把信息加載到光波上的過程就叫調制，光載波經過光纖傳輸后到接收端通過解調把光信號轉回為電信號。從調制與光源的關系來分通常分為兩類：直接調制（內調制）和間接調制（外調制）。

內調制僅適用于半導體光源（LED和LD），這種方法是把要傳送的信息轉變為電流信號注入LD或LED，從而獲得相應的光信號，即采用電源調制方法。直接調制后的光波電場振幅的平方比例于調制信號，是一種光強度調制（IM）的方法。

外調制是利用晶體的電光效應、磁光效應、聲光效應等性質來實現對激光輻射的調制，該調制方式既適用于半導體激光器，也適用于其他類型激光器。[1]間接調制常用方式是外調制，在激光形成后加載調制信號。具體方法是在激光器諧振腔外的光路上放置調制器，在調制器上加調制電壓，使調制器的某些物理特性發生相應變化，當激光通過它時，得到調制。[2]

三、內與外調制的光譜特性仿真分析

搭建Optisystem模擬軟件搭建的內調制光發送機系統模塊和用M-Z調制器做外調制的光發送機系統模塊。在光輸出口分別連接系統模塊器件光譜儀及光功率計。

仿真模型內調制和外調制光發送機參數的設置相同：激光光源工作波長193.1THz，傳輸信號為碼元速率為2.5Gb/s，碼型為NRZ碼。觀察光譜儀和光功率計仿真輸出信號，結果表明：內調制光發送機的光譜整體較分散，中心波長兩邊較毛躁；而外調制發送機光譜平滑且功率分布集中在中心波長位置。另外內調制達到的最大光功率為1.0398 dBm， 外調制達到的最大光功率為-1.2981dBm。外調制光發送機具有更佳的光譜特性，因此它比內調制光發送機適宜在長距離傳輸系統中使用。

四、內與外調制方式對通信誤碼率影響仿真分析

光發送機內、外調制形式的不同會對整個光纖通信系統接收端的誤碼率大小有影響。

內調制光發送機對系統誤碼率影響測試框圖系統圖搭建：順序連接用戶自定義比特率發生器，NRZ碼脈沖發生器，連續激光，50KM常規單模光纖，光電二極管，電放大器和濾波器。再分別在比特率發生器、NRZ碼發生器和輸出濾波器后連接誤碼分析儀。外調制僅改變光發送機仿真結構，通信系統結構類似。不同調制方式仿真系統中，分別設定系統的調制速率為1Gb/s、2.5Gb/s和5Gb/s，觀察誤碼分析儀輸出信號圖。結果表明：在較低速率1Gb/s時，內調制與外調制光發送機均顯示出良好的傳輸性能，Optisystem模擬軟件中的誤碼分析儀檢測最小誤碼率為0，外調制的誤碼率底端平整，且0誤碼段較長，由些可見，外調制誤碼率曲線優于內調制曲線。當調制速率提高到2.5Gb/s時，誤碼分析儀檢測到內調制光發送機的系統誤碼率為1.24*10-27；外調制光發送機仍然顯示出良好的傳輸性能，檢測誤碼率為0。當系統調制速率為5Gb/s時，外調制光發送機明顯表現出較好的傳輸性能，測得最小誤碼率為6.98*10-10，而內調制光發送機的系統測得誤碼率為9.9*10-5。而在光纖通信系統中，要求系統誤碼率不得高于10-9，系統才能正常運行。

五、結論

比較分析結果可以得出，光源直接調制的優點是結構簡單，適合碼元速率不高的通信系統；外調制方式需要調制器，結構復雜，但從根本上克服了接調制遇到的頻率調制效應，可以獲得優良的調制性能，適合高速率下運用。究其原因，外調制方式中，激光發生和調制可分別進行，二者均可選擇最優化設計，激光器的設計主要在光譜特性、輸出光功率、穩定性和相對強度噪聲等方面，外調制器的設計則更多考慮信號帶寬、驅動方式、功率損耗大小等方面。

參 考 文 獻

[1]張明德，孫小菡 .光纖通信原理與系統[M].南京：東南大學出版社，2003：2，70-75，105.

[2]顧畹儀，李國瑞.光纖通信系統[M].北京：北京郵電大學出版社，2006：110.