1、点击右键菜单look inside 可以看到其内部组成与图可以看到其内部组成与图 1 相同。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 FibersFiberNLS.vtms，将FiberNLS.vtms 拖拉到工作区主界面中。从 Resources 资源列表库中选择 TC Modules ReceiversRx_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
2、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*10e9 4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
3、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：FileHelpSimulation GuideChapter 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
4、双击 Tx_OOK 模块，弹出的属5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。6 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
5、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。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。1）2）首先观察电电窗口，选择中时域波形与 1 类似，电电信号的信号的时时择菜单栏 An形的图标，设置 Signa图七、提时时域波形域波形：点nalysisSco得到电域波图alAnalyzer_提交仿真工作点击激活 Siope，或者直波
6、形结果如图八、电信号_vtms，查看作对话框 ignalAnaly直接点击工如下：号波形 看光信号光信号的的zer_vtms，工具栏上的的的时域波形时域波形，使其成为当如下图所示7 当前 示：3）注注意意如下查看光信光信号号择菜单栏 A形的图标，意意：修改右边下图所示，号号的光谱的光谱：AnalysisO得到调制边的属性参类似的还可图点击激活 SOSA，或者后的光信号图十参数，可以更可以调整光图九、光信号SignalAnal者直接点击工号光谱图如十、光信号光更改图形的显光谱的显示分号波形 lyzer_vtms工具栏上的如下：光谱 显示字体，分辨率。，使其成为的曲线颜色、为当前窗口，中时域 显示
7、区间等8，选域波等，9 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（
8、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。1.实验 2.仿真仿真Num3.实验改变大小4.数据（说因素5.思考如何提示-40d验目的 观察 LD 的分析边摸抑真模块与系真模块包括mericalAnal验内容与步变 LaserCW小，观察信据分析与讨说明：请按照素，请结合实实考题 何测量激光示：射频频dBW。实实的光谱特性抑制比，线系统 括 LaserCWlyzer1D 等模步骤 W_DSM 模块号输出光谱讨论 实验内容和实验内容和实实验目的验目的详细
9、光器 RIN 噪声频谱测量分辨实实验二验二 LD性 线宽和相对强W_DSM、P模块，仿真图一、L块中 Sidem谱，波形和步骤步骤对所获得细阐述你对结声？辨率为 1GHD 的光谱的光谱强度噪声对Photodiode、真系统如图LD 光谱特性仿modeSuppres和相位变化。得的数据、图果的分析和理 Hz，噪声大与噪声与噪声特特对信号质量、Signal an所示：仿真系统 ssionRatio，图表进行分析理解。）大小为-50dB特特性性 的影 nalyzer、Po Linewidt析和讨论，本Bm，信号功ower meter th 和 RIN 数本部分为评分功率大小为10r 和数值关键为11
10、 12实验三实验三 LD 调制特性调制特性 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
11、容与步骤 131、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（00.03A），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。）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
12、些畸变？14实验四实验四 MZM 工作原理工作原理 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 02Vpi 扫描 MZM 驱动电压大小，绘制 MZM 的功率传输曲线。15图二、扫描设置窗口 2、改变偏置电
13、压 Bias，重新扫描输入电压大小，绘制 MZM 的功率传输曲线，分析偏置电压点选择对传输曲线的影响。）5.思考题 1、功率传输曲线与Vpi电压有何关系？MZM消光比ExtinctionRatio和电压偏置点对功率传输曲线有什么影响？2、MZM 在 push-pull 工作模式下驱动电压应该如何设置？16实验五实验五 ASK 信号调制信号调制 1.实验目的 了解 ASK 信号调制格式 NRZ，CSRZ，50%RZ 和 33%RZ 波形的切割方法。2.仿真模块与系统 仿真模块包括 Tx_OOK（NRZ）、SignalAnalyzer、FuncSinEI、MZ-Modulator 等模块，仿真系统
14、如图所示：图一、ASK 信号调制 3.实验内容与步骤 1、设置用于波形切割调制器的驱动电信号的幅度，频率，相位以及偏振电压大小。2、观察输出光信号波形和光谱变化，测量脉冲占空比大小以及光谱宽度。）5.思考题 171、光信号脉冲占空比，数据传输速率与光谱宽度有何关系？2、在考虑光纤色散和损耗的条件下比较各种信号的传输性能。18实验六实验六 PSK 信号信号 1.实验目的 了解 PSK 信号格式 BPSK 和 QPSK，以及波形的切割方法 2.仿真模块与系统 1）仿真模块包括 Tx_DQPSK、Tx_BPSK、SignalAnalyzer、FuncSinEL、MZ-Modulator模块，仿真系统
15、如图所示 图一、PSK 信号格式仿真系统 3.实验内容与步骤 1）将 DPSK 和 DQPSK 发射机中 MZM 工作方式调整成 push-pull 模式。2）观察 BPSK 和 QPSK 输出光信号波形和相位的变化，改变发射机模块中LaserAveragePower 和 LaserLinewidth 数值大小，分析其对信号波形和相位的影响。3）将 FuncSinEL、MZ-Modulator 模块设为 active 激活状态，对波形进行切割，实现不同占空比；）5.思考题 191、还可以用什么调制方式产生 BPSK 和 QPSK 信号？push-pull 模式下相位调制信号波形会有幅度变化，是
16、什么原因造成的？20实验七实验七 光纤的损耗与色散光纤的损耗与色散 1.实验目的 研究光纤的损耗与色散特性 了解色散和损耗对传输的限制 什么是损耗受限系统和色散受限系统 2.仿真模块与系统 模拟光纤损耗谱的仿真模块包括 LaserCW、UniversalFiberFwd、Powermeter、Add_2、Mpy_2、NumericalAnalyzer2D、Const 和 SignalAnalyzer 等模块，仿真系统如图所示：图一、损耗仿真系统 模拟光纤色散的仿真模块包括 Tx_OOK、UniversalFiberFwd 和 SignalAnalyzer 等模块，仿真系统如图所示：21 图二、
17、色散仿真系统 分辨损耗受限系统和色散受限系统仿真模块包括 Tx_OOK、FiberNLS、Signal analyzer、Rx_OOK_BER、NumericalAnalyzer2D、和 Const 等模块，仿真系统如图所示：图三、损耗受限系统和色散受限系统仿真系统 3.实验内容与步骤 1、对损耗进行仿真时在 UniversalFiberFwd 中 AttenuationDescription 选择AttenuationFile，Attfilenama 中导入标准单模光纤的损耗文件。色散仿真时同理在 DispersionDescription 中选择 DispersionFile 导入色散文件
18、。222、功率计 Powermeter 的输出 OutputUnits 设为 dBm，即为光纤 Pout；Pin 为激光器器输出功率 1mw=0dBm，第一个 Const 值即为-0。第二个 Const 值为光纤长度的负倒数，输出为-1/L*（Pout-Pin），即为损耗系数。对激光器输出信号波长从 800nm 到 1600nm 扫描可以得到光纤的损耗谱。（定义激光器输出频率为 c/Wavelength，c 在全局变量中设置为光速，对 Wavelength 进行扫描）3、色散仿真将三个发射机的频率设为 c/1310e-9、c/1460e-9、c/1550e-9，分别观察在不同的波长下眼图的变化
19、，分析产生差异的原因。4、分辨损耗受限系统和色散受限系统仿真分以下两步：a）双击空白处，设置系统信号速率为 2.5Gb/s（修改 BitRateDefault 为 2.5e9，SampleRateDefault 为 10e9，TimeWindow 为 128/10e9），设置 FiberNLS模块中 Attenuation 和 Dispersion 的数值大小分别为 0.2dB/km 和 0，以及0 和 16ps/nm/km，对光纤长度在 10100km 范围内进行扫描，得到误码率随光纤长度变化曲线。确定其为何种系统。b）双击空白处，设置系统信号速率为 40Gb/s（修改 BitRateDef
20、ault 为 40e9，SampleRateDefault 为 160e9，TimeWindow 为 128/40e9），设置 FiberNLS模块中 Attenuation 和 Dispersion 的数值大小分别为 0.2dB/km 和 0，以及0 和 16ps/nm/km，对光纤长度在 10100km 范围内进行扫描，得到误码率随光纤长度变化曲线。）5.思考题 1、在不考虑光纤色散条件下增加光信号功率能否无限延长传输距离？2、有哪些方法可以提高色散和损耗受限系统的传输距离？请设计一个这样的系统。23实验八实验八 光纤的非线性效应光纤的非线性效应 1.实验目的 观察 SPM，XPM 和 F
21、WM 效应其对信号传输的影响。2.仿真模块与系统 1）SPM 和 XPM 仿真系统包括 Tx_Pulse（分别强、弱脉冲）、WDM_MUX、SignalAnalyzer、Loop、UniversalFiber、WDM_DEMUX 等模块，仿真系统如图 1 所示：图一、模拟 SPM、XPM 效应（Demo:SPM and XPM）2）FWM 仿真系统包括 TxExtModLaser、WDM_MUX、SignalAnalyzer、FiberNLS、Powermeter 等模块，仿真系统如图 2 所示：图二、模拟信道间 FWM 效应和串扰 243.实验内容与步骤 3.1 SPM 和 XPM 效应 1
22、、设置两个光脉冲源的峰值功率分别为 2mw 和 20mW，频率间隔分别为100GHz。2、将光纤环路的循环次数设为 10，总长度设为 80km，使得光信号每传输 8km后会输出到外部信号分析模块。将 UniversalFiber 模块中 SPM_EC、XPM_EC设为 No，关闭 SPM 和 XPM 效应，观察信号的波形和光谱的变化。3、点击宏命令 Nonlinear.vda，打开光纤中 SPM、XPM 效应。运行程序，观察每传输 8km 后强弱脉冲光信号的波形和光谱的变化，分析 SPM、XPM 效应对信号传输影响；3.2 FWM 效应 1、设置四个光发射机速率为 10Gb/s，信道间隔为 5
23、0GHz，功率为 4mW，光纤环路循环次数 50 次，光纤长度为 1km，色散系数为 0.2ps/nm/km（为色散位移光纤），使得光信号每传输 1km 后会输出到外部信号分析模块。2、将接收端解复用器设置为 18 输出，8 个输出信道间隔 50GHz，中间 4 个信道对应 4 个光发射机频率。观察随传输距离增加 4 个信道眼图的变化，光纤输出端光谱的变化和 FWM 新产生的信道的功率变化。3、关闭第二个信道，测量其它三个信道 FWM 对该信道的串扰作用。4、将光纤的色散系数从 0.2ps/nm/km 增加到 16ps/nm/km，重复上述步骤，并分析结果的差异。）5.思考题 1、强脉冲主要受
24、什么效应影响，弱脉冲呢？解释原因。2、采用哪些方法可以减少 FWM 效应，为什么？25实验九实验九 光纤中的受激散射光纤中的受激散射 1.实验目的 1.了解 SBS 和 SRS 效应的原理、SBS 和 SRS 阈值，以及 SBS 和 SRS 对信号传输的影响。2.观察比较两种效应作用下光纤输入和输出端信号的波形，眼图和光谱图。观察误码率随传输距离的变化曲线。2.仿真模块与系统 1.SRS 效应 仿真模块包括 LaserCW、FiberNLS、Powermeter、NumericalAnalyzer2D、WDM_MUX_N_1_Ideal、FilterOpt 等。图一、SBS 效应 2.SBS
25、的阈值 仿真模块包括 LaserCW、UniversalFiber、Powermeter、NumericalAnalyzer2D等。仿真系统如下图所示：图二、SRS 效应 3.SBS 对输出信号眼图的影响 26仿真模块包括 Tx_OOK、UniversalFiber、Signal analyzer、AmpSysOpt、FilterOpt、Rx_OOK_BER 和 NumericalAnalyzer1D 等，仿真系统如图所示：图三、SBS 对输出信号的影响 3.实验内容与步骤 1.SRS 效应 1）按照图 1 搭建仿真模块。2）设置光纤长度为 1km，Raman coefficient 设置为
26、0.3，两个 cw 光源的中心频率和功率如图 1 所示设置。运行模块。2.SBS 的阈值 1）按照图 2 搭建仿真模块。2）将 UniversalFiber 中的 brillouinscattering 设为 yes，长度设为 15.0km。3）扫描 CW 光源的光功率，运行 signalpowersweep.vsw。3.SBS 对输出信号的影响 1）按照图 3 所示搭建仿真模块，2）将一个 UniversalFiber 中的 brillouinscattering 设为 yes，另一个设为 no。光纤包括 SMF 和 DCF，其长度设为 80km 和 8km，色散被完全补偿。3）运行 Sig
27、nalPower_dBm.vsw 使得输入信号功率从-10dBm 变化到 10dBm，观察两个输出信号的眼图。扫描光纤长度 L，得到误码率随光纤长度变化的曲线。）275.思考题 1、查阅相关文献，了解 SRS 增益谱和超宽带光纤拉曼放大器（FRA）的设计方法。基于模块实现一个超宽带光纤拉曼放大器放大的 40Gb/s82 channel500km WDM 光传输系统。要求给出详细的 WDM 和关键信道的信号光谱，眼图和误码率测试报告。提示：使用 UniversalFiber_vtms 模块和 input 目录下实际测量得到的单模光纤的拉曼增益谱数据文件 RamanGain.dat。28实验十实验十 光接收机光接收机 1.实验目的 光接收机的组成 热噪声与散粒噪声 PIN 与 APD 的对比 2.仿真模块与系统 仿真系统包括 Tx_OOK、Rx_OOK 和 Signal analyzer 等模块，光接收机模块包括Photodiode，AmpSysEl，FilterEl 仿真系统如图所示：图一、光接收机仿真系统 右键 Rx_OOK 选择 look inside 如下图所示，再加上两个 Signal analyzer 可分别观察前端以及线性通道的输出波形。图二、光接收内部结构 将 Rx_OOK
