李桂枝　董艳春　王恩亮　史道玲

【摘 要】本文通过Optisystem软件对所设计的光纤通信系统进行仿真，验证系统可行性，并得出本系统最远传输距离为20km。该系统能够降低光纤通信的成本并且能够提高接收机灵敏度，对未来光纤通信技术的发展具有重要意义。

【关键词】光纤通信;相位调制;环回型结构

中图分类号： TN929.11文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）18-0008-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.18.004

0 引言

随着科技信息的发展，光纤通信技术的应用非常广泛。为了降低干扰，保证通信质量，光纤通信传输链路通常采用双纤通信模式，即两根光纤分别传输上、下行信号。这种通信模式的信道利用率低，传输距离越长成本越高。为了提高光纤远距离传输的信道利用率、降低成本，本文设计了基于相位调制的环回型光纤通信系统，即单纤双向传输通信系统。

1 环回型光纤通信系统设计

1.1系统框架结构设计

为了减少本振光源和光纤资源，保障远距离通信质量，环回型光纤通信系统采用波分复用技术实现光信号的双向对称传输，使用同一根光纤传输上行和下行两路光信号，并且在信号接收端不需要额外增加本振光源。系统主要由信号发送端、传输链路、信号接收端三部分组成。信息发送端主要是由发送光源、光调制器组成，其作用主要是调制功能，将信息调制成可供传输的光信号。传输链路通过环形器引导单向光改变方向，并且在每个光端口都可输出相同参数的光信号，实现将上行传输载波作为下行传输载波的功能。信息接收端是由光电探测器，隔直器组成。环回型光纤通信系统设计如图1所示。

信息接收端的窄线宽光源发出的光波通过耦合器1被分为两路，其中1路作为上行信号相干接收的本振光，其作用与普通光纤通信系统中用于接收信息的本振光源作用相同，对此条线路上的光信号不做任何调制，将光信号直接送入到耦合器2中，耦合器1中的另一路光信号作为上行载波，经过环行器1、通用单模光纤、再经过环行器2进入到PM相位调制器中，调制所需要发送的下行信号，再经过环行器2沿原路返回。到达环行器1，经环行器1的3端口接入到耦合器2中，耦合器2将下行载波和本振光耦合，进行混频，此时信号的相干解调完成。然后再经过光电探测器进行光电转换，将光信号转换为电信号，连接示波器观察所解调的结果，此时便可以观测到原始下行信号。

该光纤通信系统发射端的窄线宽激光器发出的光被分为两路，一路作为光载波，用于之后承载信息，即上行载波，另一路作为相干接收的本振光，作用等同于普通光纤通信系统的本振光源。这样在信息接收端就不需要额外再提供一个本振光源，从而节约系统成本。

1.2 系统各功能模块

环回型光纤通信系统按照功能分为三个模块，即调制模块、传输模块、解调模块。

1.2.1 调制模块

本文选用频率稳定性较好的激光光源，根据相干光通信技术，采用的调制方式为相位调制。激光光源发出连续光信号，将载波光信号送入调制器，与所需送入的信号进行调制，用来得到可在光纤中传输的有用光信号，此调制方法不会影响到光源参数。

1.2.2 传输模块

传输链路所使用的光纤为单模光纤，根据本设计所要求的双向传输，环形器是实现此功能的关键器件。光纤环形器是一种单向传输光信号的组件，其功能是将光信号从一个端口依次引导至下一个端口，其作用还有可以实现光信号在光纤中双向传输的功能。环形器拥有插入损耗低，对输入和反射回的光具有非常强的隔离度等优良特点，广泛应用于现代光纤通信系统中。

1.2.3 解调模块

信号经过下行通路的传输，到达接收端，需要提取所需要的信号，即进行光电转换。为了实现可靠的远距离光纤通信系统，本文采用APD光电探测器。得到电信号后，去除其中的直流部分，再根据需要添加低通或者带通滤波器，获取所需要的电信号即有用信息，完成下行信号解调。

2 仿真与分析

2.1 仿真及参数

系统选用CW Laser连续激光光源，连接四端口耦合器，输出载波信号，通过信号发生器发送一个频率为108Hz，幅度为0.5v的正弦波到相位调制器作为调制信号，同时连接示波器以观察输入信号;传输部分选用长度为20km的通用单模光纤，在发送端和接收端各放置一个三端口环形器，并用Optical Null堵住环形器不需要的接口，防止光泄露。解调部分采用APD光电检测器连接DC_Block隔直器，通过示波器观察解调信号。系统Optisystem仿真中全局变量参数设置如表1所示。

2.2 仿真结果分析

系统采用常用的高功率可调谐激光器，线宽值为400KHz，波长设置分辨率为0.1pm。调制信号为频率为108Hz，幅度为0.5v的正弦波，波形图如图2所示。

通过仿真验证所设计的环回型光纤通信系统的最大传输距离。系统仿真得到传输距离为18km、20km、22km的解调信号波形分别为如图3（a）、（b）、（c）所示。

將图3调制信号波形与图3解调信号波形进行对比分析，当传输距离为18km和20km时，解调信号均可较好的还原调制信号;当传输距离为22km时，解调信号在波峰和波谷都有较明显的毛刺，信号失真。

3 结论

本文通过仿真得出当系统传输距离在20km以内，环回型通信系统信息传输质量较好。针对目前双纤通信模式下光纤通信系统存在的光纤资源紧张、成本较高等问题，环回型光纤通信系统具有较高的实用价值。在后期工作中，可对系统进一步研究，通过调整光源和耦合器的参数，降低噪声干扰，从而增加传输距离。

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