基于MATLAB的光纤通信系统仿真.doc_PNC-OFDRmatlab

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1. 绪论

1.1 光纤通信的发展

光纤通信是指一种利用光与光纤传递资讯的一种方式。属于有线通信的

一种。光经过调变后便能携带资讯。自  年代起，光纤通讯系统对于电信

工业产生了革命性的作用，同时也在数位时代里扮演非常重要的角色。光纤

通信具有传输容量大，保密性好等许多优点。光纤通信现在已经成为当今最

主要的有线通信方式。将需传送的信息在发送端输入到发送机中，将信息叠

加或调制到作为信息信号载体的载波上，然后将已调制的载波通过传输媒质

传送到远处的接收端，由接收机解调出原来的信息

[1]

。

目前，光纤通信的发展方向是：

一是超大容量、超长距离传输技术波分复用技术极大地提高了光纤传输系

统的传输容量,在未来跨海光传输系统中有广阔的应用前景。近年来波分复用系

统发展迅猛,目前  的  系统已经大量商用,同时全光传输距离也在大

幅扩展。提高传输容量的另一种途径是采用光时分复用技术,与 

通过增加单根光纤中传输的信道数来提高其传输容量不同, 技术是通过提

高单信道速率来提高传输容量 ,其实现的单信道最高速率达 。仅靠

 和  来提高光通信系统的容量毕竟有限,可以把多个  信号进

行波分复用,从而大幅提高传输容量。偏振复用技术可以明显减弱相邻信

道的相互作用。由于归零编码信号在超高速通信系统中占空较小,降低了对

色散管理分布的要求,且  编码方式对光纤的非线性和偏振模色散的适

应能力较强,因此现在的超大容量  通信系统基本上都采用  编码

传输方式。M 混合传输系统需要解决的关键技术基本上都包括在

 和  通信系统的关键技术中

[2]

。

二是光孤子通信。光孤子是一种特殊的  数量级的超短光脉冲,由于它在光

纤的反常色散区,群速度色散和非线性效应相互平衡,因而经过光纤长距离传输

后,波形和速度都保持不变。光孤子通信就是利用光孤子作为载体实现长距离无

畸变的通信,在零误码的情况下信息传递可达万里之遥。光孤子技术未来的前景

是:在传输速度方面采用超长距离的高速通信,时域和频域的超短脉冲控制技术

以及超短脉冲的产生和应用技术使现行速率  提高到  以上;

在增大传输距离方面采用重定时、整形、再生技术和减少 ,光学滤波使传输

距离提高到  以上;在高性能 ! 方面是获得低噪声高输出 !。

当然实际的光孤子通信仍然存在许多技术难题,但目前已取得的突破性进展使人

们相信,光孤子通信在超长距离、高速、大容量的全光通信中,尤其在海底光通

信系统中,有着光明的发展前景。

三是全光网络。未来的高速通信网将是全光网。全光网是光纤通信技术发

展的最高阶段,也是理想阶段。传统的光网络实现了节点间的全光化,但在网络

结点处仍采用电器件,限制了目前通信网干线总容量的进一步提高,因此真正的

全光网已成为一个非常重要的课题。全光网络以光节点代替电节点,节点之间

也是全光化,信息始终以光的形式进行传输与交换,交换机对用户信息的处理不

再按比特进行,而是根据其波长来决定路由。从现代通信的发展趋势来看,光纤

通信也将成为未来通信发展的主流。人们期望的真正的全光网络的时代也会在

不远的将来到来

[3]

。

1.2 光纤通信系统的仿真

系统仿真是近二十年发展起来的一门新兴技术科学。所谓计算机仿真就是

在计算机上利用模型对实际系统进行实验研究的过程。利用计算机仿真可以多

次重复模拟客观世界的同一现象，从而得以找出其内在规律。尤其对含有随机

变量和随机过程，难以建立数学模型的客观事物的研究，计算机仿真方法具有

突出的优点，已成为分析、研究和设计各种系统的重要手段。把计算机仿真技

术应用到通信领域就是其中的一项重要分支。随着通信技术的发展，通信网络

的数量和复杂度的迅速增长，在通信系统设计中运用计算机仿真技术已成为新

系统设计时缩短设计周期、提高设计可靠性和已有系统性能改进的不可缺少的

工具

[4]

。

光纤通信系统是以光为载波，利用纯度极高的玻璃拉制成极细的光导纤

维作为传输媒介，通过光电变换，用光来传输信息的通信系统。最基本的光

纤通信系统由数据源、光发送端、光学信道和光接收机组成。任何一种现代

通信系统，从本质上说，都包含了若干子系统。现代通信理论的发展已经对常

规通信系统及其子系统建立了比较合理的数学模型。由于任一子系统本身描述

的是信号处理与变换过程，也是一个运算过程，因而可以采用计算机进行相应

的运算来模拟信号在实际通信系统中各部件中的处理与变换过程，这就是通信

系统计算机仿真的实质。

计算机仿真是将实际系统抽象描述为数学模型，再转化成计算机求解的仿

真模型，然后编制程序，上机运行，进行仿真实验并显示结果，其一般过程为

：系统的数学模型是系统本身固有特性以及在外界作用下动态响应的数学描述

形态。它有多种表达形式，如连续系统的微分方程、离散系统的差分方程、复

杂系统的传递函数以及机械制造系统中对各种离散事件的系统分析模型等。要

注意的是，仿真所需建立的数学模型应与优化设计等其它设计方法中建立的数

学模型相协调。某种情况下，二者是统一的，即使不统一，也不应相互矛盾、

相互违背。：在建立数学模型的基础上，设计一种求解数学模型的算法，即选

择仿真方法，建立仿真模型。如果仿真模型与假设条件偏离系统模型，或者仿

真方法选择不当，则将降低仿真结果的价值和可信度。一般而言，仿真模型对

实际系统描述得越细致，仿真结果就越真实可信，但同时，仿真实验输入的数

据集就越大，仿真建模的复杂度和仿真时间都会增加。因此，需要在可信度、

真实度与复杂度之间认真加以权衡。"：根据仿真模型，画出仿真流程图，再使

用通用高级语言或专用仿真语言编制计算机程序。：选择并输入仿真所需要的

全部数据，在计算机上运行仿真程序，进行仿真实验，以获得实验数据，并动

态显示仿真结果。通常是以时间为序，按时间间隔计算出每个状态结果，在屏

幕上轮流显示，以便直观形象地观察到实验全过程。#：对仿真实验结果数据进

行统计分析，对照设计需求和预期目标，综合评价仿真对象。：对仿真模型的

适用范围、可信度，仿真实验的运行状态、费用等进行总结

[5]

。

根据不同的仿真软件需求进行不同仿真工具的选择。对于网络层次的建模

和仿真问题，有$%$等软件平台可供选用。对于链路层次的仿真问题

&'& (')，*+ ,+-，.'&以及/%/00语言都可以根据仿真目标的不

同来选择。对于电路实现层次的仿真问题，.+常用于模拟电子电路的建模与

仿真中，而123语言则常用于数字系统的仿真与实现。本文研究的是通信系

统链路层次的仿真问题，以&'& (')作为仿真平台。

计算机仿真技术是作为分析和研究系统运行行为、揭示系统动态过程和运

动规律的一种重要手段和方法。它是一种描述性技术，是一种定量分析方法。

通过建立某一过程和某一系统的模式，来描述该过程或该系统，然后用一系

列有目的、有条件的计算机仿真实验来刻画系统的特征，从而得出数量指标，

为决策者提供有关这一过程或系统得定量分析结果，作为决策的理论依据。

随着计算机技术和网络技术、多媒体技术、人工智能、知识工程、自动程序设

计、神经网络、自动化、建模技术、系统理论、材料科学、通信技术、空间技

术等的迅速发展给计算机仿真这个领域带来了生机与活力，出现了许多新的仿

真技术。其中关键技术有：面向对象的仿真、分布交互仿真、智能仿真、人机

和谐仿真

[6]

。

1.3 本文的主要工作

本文在全面的分析单模数字光纤通信系统特性的基础上，完成了系统的计算

机仿真。大致工作如下：

.首先建立了单模数字光纤通信系统各部分的数字模块组，包括伪随机序

列发生器、线路编码、光源、光纤通道、光电检测器、高斯白噪声、滤波器、

判决电路，并对各部分进行模拟分析。

.利用所建模型，运用&'&编程实现了整个系统的功能仿真，生成了仿

真系统的性能进行评估的模拟测试系统，可以进行眼图分析、信号波形分析，

给出眼开度、误码率评价，从而建立了一个可用于评估光纤通信系统性能及作

理论研究的实验平台。

".对评价系统性能的主要技术指标灵敏度和误码率的计算方法进行总结。

.对影响系统灵敏度和误码率的参数进行仿真实验分析讨论。

2.光纤通信系统建模

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dannyfeng666

2020-12-28

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changzhanyou

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