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基于OPTISYSTEM的光发送机调制方式仿真分析
作者：孙晓芸 陈建飞 丁松峰 李炳琦 来源：《中国新通信》2016年第22期
【摘要】 光发送机是光通信系统中的重要组成部分。光发送机的性能直接影响系统的传输性能，光发送机的设计也以优化其光接口指标为目的。本文简述了光发送机两种调制方式的原理，并使用OptiSystem搭建光纤通信系统模型，研究了两种调制方式对光纤通信系统光源的光谱特性及对系统误码的影响。
【关键词】 光发送机 调制 平均发送光功率 消光比 一、引言
光发送机的作用是在发射端将电信号转变为适合在光纤中传输的光信号。光源（LED或LD）是光发送机的主要部件，本文简述了光发送机内调制和外调制方式的原理，使用OptiSystem分别搭建两种调制光发送机的光纤通信系统模型，研究了两种调制方式对光纤通信系统光源的光谱特性及对系统误码的影响。 二、光发送机的两种调制方式
光纤通信系统中，信息由LED，或LD发出的光波携带，光波就是载波。把信息加载到光波上的过程就叫调制，光载波经过光纤传输后到接收端通过解调把光信号转回为电信号。从调制与光源的关系来分通常分为两类：直接调制（内调制）和间接调制（外调制）。
内调制仅适用于半导体光源（LED和LD），这种方法是把要传送的信息转变为电流信号注入LD或LED，从而获得相应的光信号，即采用电源调制方法。直接调制后的光波电场振幅的平方比例于调制信号，是一种光强度调制（IM）的方法。
外调制是利用晶体的电光效应、磁光效应、声光效应等性质来实现对激光辐射的调制，该调制方式既适用于半导体激光器，也适用于其他类型激光器。[1]间接调制常用方式是外调制，在激光形成后加载调制信号。具体方法是在激光器谐振腔外的光路上放置调制器，在调制器上加调制电压，使调制器的某些物理特性发生相应变化，当激光通过它时，得到调制。[2] 三、内与外调制的光谱特性仿真分析
搭建Optisystem模拟软件搭建的内调制光发送机系统模块和用M-Z调制器做外调制的光发送机系统模块。在光输出口分别连接系统模块器件光谱仪及光功率计。
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仿真模型内调制和外调制光发送机参数的设置相同：激光光源工作波长193.1THz，传输信号为码元速率为2.5Gb/s，码型为NRZ码。观察光谱仪和光功率计仿真输出信号，结果表明：内调制光发送机的光谱整体较分散，中心波长两边较毛躁；而外调制发送机光谱平滑且功率分布集中在中心波长位置。另外内调制达到的最大光功率为1.0398 dBm， 外调制达到的最大光功率为-1.2981dBm。外调制光发送机具有更佳的光谱特性，因此它比内调制光发送机适宜在长距离传输系统中使用。
四、内与外调制方式对通信误码率影响仿真分析
光发送机内、外调制形式的不同会对整个光纤通信系统接收端的误码率大小有影响。 内调制光发送机对系统误码率影响测试框图系统图搭建：顺序连接用户自定义比特率发生器，NRZ码脉冲发生器，连续激光，50KM常规单模光纤，光电二极管，电放大器和滤波器。再分别在比特率发生器、NRZ码发生器和输出滤波器后连接误码分析仪。外调制仅改变光发送机仿真结构，通信系统结构类似。不同调制方式仿真系统中，分别设定系统的调制速率为1Gb/s、2.5Gb/s和5Gb/s，观察误码分析仪输出信号图。结果表明：在较低速率1Gb/s时，内调制与外调制光发送机均显示出良好的传输性能，Optisystem模拟软件中的误码分析仪检测最小误码率为0，外调制的误码率底端平整，且0误码段较长，由些可见，外调制误码率曲线优于内调制曲线。当调制速率提高到2.5Gb/s时，误码分析仪检测到内调制光发送机的系统误码率为1.24*10-27；外调制光发送机仍然显示出良好的传输性能，检测误码率为0。当系统调制速率为5Gb/s时，外调制光发送机明显表现出较好的传输性能，测得最小误码率为6.98*10-10，而内调制光发送机的系统测得误码率为9.9*10-5。而在光纤通信系统中，要求系统误码率不得高于10-9，系统才能正常运行。 五、结论
比较分析结果可以得出，光源直接调制的优点是结构简单，适合码元速率不高的通信系统；外调制方式需要调制器，结构复杂，但从根本上克服了接调制遇到的频率调制效应，可以获得优良的调制性能，适合高速率下运用。究其原因，外调制方式中，激光发生和调制可分别进行，二者均可选择最优化设计，激光器的设计主要在光谱特性、输出光功率、稳定性和相对强度噪声等方面，外调制器的设计则更多考虑信号带宽、驱动方式、功率损耗大小等方面。 参 考 文 献
[1]张明德，孙小菡 .光纤通信原理与系统[M].南京：东南大学出版社，2003：2，70-75，105.
[2]顾畹仪，李国瑞.光纤通信系统[M].北京：北京邮电大学出版社，2006：110.