光孤子通信系统的实验设计与仿真.pdf

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1、第卷 第期实验科学与技术年月光孤子通信系统的实验设计与仿真杨东，李利平（黄河科技学院信息工程学院，郑州）摘要：利用 仿真软件提供的功能强大的元件库，结合光孤子通信系统的结构原理框图，搭建了光孤子通信系统的仿真模型，并在给定的参数下，实现了系统的仿真计算。通过仿真结果验证仿真模型方案的可行性，为光孤子通信系统的进一步改进提供参考和依据。关键词：仿真；光孤子通信；仿真模型；实验文献标志码：中图分类号：，（，）：，：；光通信系统仿真软件是一款集设计、测试及优化光网络物理层的虚拟光连接等功能于一身的创新型仿真软件。它提供从模拟真实光器件到传输系统在传输物理层的设计和运算，结合用户界面和虚拟仪器，结果呈

2、现出可视化的运算分析。通过 元件库，用户可以选择实际设备中的光器件，并通过修改参数来观测仿真结变。光纤的色散和非线性特性在单独起作用时会使光纤中的光信号产生脉冲展宽和压缩，损害系统的传输性能。然而，通过修改相关参数，使色散作用和非线性作用满足相互平衡时，可以使非线性影响抵消色散的影响。充分利用两种效应的相互制约，就可以使光脉冲经过长距离的传输而不发生畸变，从而形成光孤子通信。光孤子通信系统由光孤子源、脉冲信号源、调制器、掺铒光纤放大器、光隔离器、光纤传输系统和光孤子脉冲检测接收单元等组成，实验结构原理图如图所示。果，根据结果分析参数在传输系统中的影响。通过在光通信传输系统中对光器件各性能参数的

3、修改，分析其对整个传输系统性能产生的影响，为在工程应用中的光器件参数设置提供参考，为仿真软件在光通信领域的广泛使用打下基础。光孤子通信传输的工作原理是：在光纤的发送端口光孤子源产生一系列脉冲宽度很窄的光子流信号，通过调制器把脉冲源信号加载到光子流信号送 光孤子通信系统组成光孤子是一种特殊性质的短脉冲，经光纤长距入光纤进行传输；调制过的光孤子流信号经掺铒光纤放大器（）和光隔离器后，开始在光纤内进行传输；为抑制光纤损耗引起的光孤子信号的减弱，满足非线性效应和色散效应的平衡，在长距离的光纤传输系统线路中周期地插入掺铒光纤放大器，对光孤子信号进行能量放大恢复初始值，抑制离传输后能保持初始形状，即其幅度

4、和宽度保持不收稿日期：；修改日期：基金项目：郑州市重点建设实验室基金；黄河科技学院教学改革基金（、）。因光纤损耗产生的能量减弱，实现光孤子信号的稳定传输。在接收端经光电检测器和解调器还原光孤作者简介：杨东（一），男，硕士，讲师，主要从事光电传输方面的研究。子传输的信号信息。第卷 第期杨东，等：光孤子通信系统的实验设计与仿真光纤传输系统图光于遗佰糸貌的结构泉理图光孤子的传输特性光孤子在无损光纤中的传输在光纤输入端，假设单孤子的初始注入脉冲为 方程的解具有优美的形式。当：时，有：（丁）（）（）（）称为一阶孤子或基阶孤子，显然“（，）是始终保持形状不变的。当假设单孤子的初始注入脉冲为（下）（）时，通

5、过 软件模拟光孤子初始输入脉冲的波形，语言指令如下：一：；（，（）；（归一化时间，）（归一化强度）；根据嚣吉争 “在时的数值解，即式（），用 软件模拟单孤子在光纤中的演化，语言指令如下：，（一：，：）；（）（）；（，）；（归一化时间）；（归一化距离）；（强度）；由模拟结果显示一阶孤子在传输时，其包络不随传输的距离而改变，即，一阶孤子脉冲能够在无损耗光纤中保形传输。光孤子在有损光纤中的传输由前面的分析可知，即使在光纤存在色散的情况下，光孤子仍然能够保持其脉冲宽度不变进行传输，然而这是在忽略了光纤损耗的情况下才能出现刚旧考虑。光纤损耗的情况下，非线性薛定谔方程多了一项（一），其中，是光纤损耗系数，

6、此时该方程表示为：群 一 一 ，时，其近似解表示为：（，）（一，）一 （一 ）（）如果取损耗系数厂，初始输入脉冲宽度，使用 模拟孤子在有损耗光纤中的传输，语言指令如下：，（一：，：）；（一）（一（）（一（一）；（，）；（归一化时问，）（归一化距离）；（强度）；实验仿真结果分析：由于光纤损耗的存在导致光孤子的峰值功率沿光纤传输方向不断变小，降低了非线性效应，不能有效地抵消群速度色散效应，导致孤子在传输中被展宽。因此，要想实现孤子通信，使光孤子产生的色散效应和非线性效应保持平衡，必须克服光纤损耗的影响，在传输系统中周期地放大孤子脉冲的能量使其保持原始信号。光孤子通信系统的 实验设计与仿真设计光孤子

7、通信实验模型根据光孤子通信系统的组成结构，在 光通信系统仿真软件中设计光孤子传输的实验仿真模型，如图所示。实验科学与技术年月 电路中的电阻已知后，主要的未知参数就是比，如何求解则是衰减系数值修正的关键。零输入响应条件下电容初始储能通过回路振荡放电，电容能量释放可认为是被回路中的电阻、电感内阻、附加损耗电阻尺所消耗。因此可以得出以下能量损耗公式：老化和仪器读数的误差使修正后的值仍然存在不可避免的偏差。这种误差的减少就需要学生在实验中矫正自己所使用的仪器和设备，认真测量数据，将误差减少到最小，提高实验数据的分析能力。结束语通过上述分析，可知衰减系数的偏差主要由电感和电容存在的附加损耗电阻造成，通过

8、求解其损丢）出（）（），式中，乙 为电容的初始储能一可得：耗电阻可对衰减系数的理论值进行修正，其修正后的值与实验测得值大致接近，但仍然有一定的误差。这部分误差的存在，可能是因为测量仪器设备误差所致，也可能是因为阻尼振荡频率的升高导致的电感、电容交流损耗电阻的增大所致。这（）一一：锄 （）就需要我们在此基础上继续分析与研究，通过大量的实验数据来证明误差存在的进一步原因。参考文献一（）邱关源电路版北京：高等教育出版社，：了，。殷志坚电工实验与 仿真技术武汉：华中科技大学出版社，：吴明仁串联电路暂态过程衰减系数的能损法修正物理实验，（）：将实验数据，电容 ，电感，电感的直流内阻，电阻，激励信号源方波

9、（幅度为：，频率为，）代人式（）可得。因此可得 王宗篪，范言金串联电路暂态过程衰减系数的谐波分析大学物理，（）：杨茂宇，王俐，赵永红电工电子技术基础实验上海：华东理工大学出版社，修正后的衰减系数 相对偏差：其，李海燕，张榆锋，吴俊，等 电路：，其修正后设计与虚拟仿真 北京：电子工业出版社，误差减少近一半，实验测得的数据由于仪器设备的（上接第页参考文献王亚民，杨轩基于 紫外光通信系统性能研究光通信技术，（）：苗琳基于 的大气激光通信系统仿真研究 结束语由于光孤子传输具有高容量、长距离、低误码率、抗噪声强等特点，成为国内外关注的研究热点。充分利用 仿真软件提供的强大元件库，通过搭建光孤子通信系统实验仿真模型，设定中国科技博览，（）：郭丽，唐棣芳光孤子通信技术及其展望电子技术，（）：实验传输系统的仿真参数，实现了光孤子系统的仿真运算，验证了实验模型的正确性，为研究光孤子通信系统在长距离、大容量的波分复用（）系统中的应用提供了实验依据。梅琼，张江鑫光孤子传输及其系统的关键技术通信技术，（）：张晓燕，杨袢基于 软件的系统仿真现代电子技术，（）：周晓萍，孙琳高阶效应对中超短光孤子放大的影响通信技术，（）：