CN104467977B - 针对光通信系统模拟软件中的光调制器频率响应的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种针对光通信系统模拟软件中的光调制器频率响应的建模，属于光电子技术领域，它包括设置光调制器的调制带宽，获取微波调制信号并对输入的微波调制信号做傅里叶变换，将时域的微波信号转换到频域上，以提取微波调制信号对应的频率信息，并反馈作用于对光信号的幅度调制，当微波调制信号是在(f1~f2)区间的扫频信号时，得到一个随着调制频率变化的输出光功率的变化曲线，即光调制器的频率响应曲线。本发明解决了目前光通信系统模拟软件中的光调制器无法自动识别微波调制信号的频率信息的难题，建立了光通信系统模拟软件中光调制器频率响应的模型，仿真结果更加真实，在光通信系统模拟软件中具有广泛应用的前景。

Description

针对光通信系统模拟软件中的光调制器频率响应的方法
技术领域
本发明涉及光电技术领域，具体涉及一种针对光通信系统模拟软件中的光调制器频率响应的建模，建立光通信系统模拟软件中光调制器频率响应的模型，因而光调制器兼有调制带宽特性，使仿真结果更加真实。
背景技术
光通信系统模拟软件可以帮助用户规划、测试和模拟传输层所有的光纤系统，也提供了从组件到系统各个层面的传输层光通信系统设计和规划，并且可以与其他软件产品、工业设计工具和电子自动化设计软件的整合，有助于其用户的产品迅速地推向市场，并缩短投资回收期，例如Optiwave公司推出的Optisystem光通信系统仿真软件。
Optisystem是一款常用的光通信系统模拟软件包，它集设计、测试和优化各种类型宽带光网络物理层的虚拟光连接等功能于一身，已成为一个强有力的、易于使用的光系统设计工具。Optisystem已广泛使用在激光器、调制器、光放大器、色散光纤、波分复用、光纤无线电等方面的研究(见文献O.Boukari,L.Hassine,O.Latry,M.Ketata,H.Bouchriha.Characterization of the chirp in semiconductor laser undermodulation[J].Materials Science&Engineering,2008,28(5-6):671-675和Li Guang,Huang Xu-guang.Achieving ultra high frequency RoF communication based onrestraining zero rank central band with EO-FM modulation[J].Acta PhotonicSinica,2008,37(10):1966-1969.)，为光学系统的设计提供了非常大的便利。
然而，我们注意到目前此类光通信系统模拟系列软件中的光调制器模块，都没有自动识别微波调制信号的频率信息的功能，只能完成对光信号的强度、幅度、相位、频率信息的改变，没有频率响应的特性，即没有适用频率范围的限定。实际上，所有的光调制器都是有一定的适用频率范围，即调制带宽，在微波调制信号频率超出调制带宽时，经过调制器输出的光信号会严重恶化。因而，为了在光通信系统模拟仿真中得到更加真实的结果，光调制器能兼有调制带宽特性是非常必要的。
发明内容
针对上述现有技术，本发明的目的在于改善光通信系统模拟软件的仿真结果的真实性，解决现有光通信系统模拟系列软件中的光调制器模块没有自动识别微波调制信号的频率信息功能，只能完成对光信号的强度、幅度、相位、频率信息的改变，没有频率响应的特性的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种针对光通信系统模拟软件中的光调制器频率响应的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，分析光调制器的频率响应特性，得到光调制器在频率为f的微波调制信号时的频率响应传递函数：
步骤二，设置光调制器的调制带宽值f3dB；
步骤三，获取输入光调制器中的微波调制信号X(t)，对微波信号做傅里叶变换X(ω)＝fft(X(t))，将时域的微波信号转化到频域上；
步骤四，分析微波信号的频谱信息，找到频谱幅度最大值的位置所对应的频率值，即为输入微波调制信号相对应的频率值f；
步骤五，将设置的光调制器的调制带宽值f3dB和微波调制信号的频率值f带入步骤一的频率响应传递函数中，并将此传递函数作用于光信号的处理，完成具有频率响应特性的光调制器的模型；
步骤六，将步骤五的光调制器导入光通信系统模拟软件中进行测试。
所述步骤二中，光调制器的调制带宽值f3dB值可以根据不同需求，设置为不同的值。
所述步骤四中，寻找频谱幅度最大值的位置通过代码指令实现自动、快速寻找。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明在光通信模拟软件系统中定义了具有调制带宽特性的光调制器，解决了目前光通信系统模拟软件中光调制器没有频率响应特性的难题，在涉及含有光调制器的光学系统仿真时，仿真结果更加接近实际光调制的效果，将在基于光通信系统模拟软件中具有广泛应用的前景。
附图说明
图1是本发明实施例中光强度调制器等效电路模型图。
图2是本发明实施例中光强度调制器频率响应仿真模型图。
图3是本发明实施例中测试在10GHz微波调制信号时，光强度调制器得到的输出光信号频谱图。
图4是本发明实施例中测试在40GHz微波调制信号时，光强度调制器得到的输出光信号频谱图。
图5是本发明实施例中光强度调制器的频率响应曲线和OptiSystem7.0系统中光强度调制器的频率响应情况的对比图。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的描述。
一种针对光通信仿真软件中的光调制器频率响应的方法，包括对光调制器的电学特性做理论推导，分析光调制器对微波调制信号的频率响应特性，得到光调制器在微波信号调制下的频率响应传递函数
设置光调制器的3dB调制带宽f3dB；目前光通信仿真软件中的光调制器无法自动识别输入的微波调制信号的频率信息，故而对微波调制信号X(t)做傅里叶变换X(ω)＝fft(X(t))，将时域的微波信号转化到频域上，在微波信号的频谱图中，只有微波信号对应的频率值f所对应的频谱幅度值是最大的，即max(X(ω))＝X(ω＝f)，所以可以通过分析微波信号的频谱信息，找到频谱幅度最大值的位置所对应的频率值，即为输入微波调制信号相对应的频率值f，从而完成光调制器对微波信号频率信息的识别；将设置的光调制器的调制带宽值f3dB和识别到的微波调制信号的频率值f带入频率响应传递函数中作用于对光信号的处理，完成具有频率响应特性的光调制器的模型；将此光调制器模型导入光通信系统模拟软件中进行测试。测试内容包括光调制器是否完成了目前光通信系统模拟软件中的光调制器已有的功能、光调制器是否具有频率响应的特性。
实施例
本实施例中光通信系统模拟软件为OptiSystem7.0，光调制器为光强度调制器。利用OptiSystem7.0中Matlab语言接口将建立的具有频率响应特性的光强度调制器模型导入OptiSystem7.0中，并对此光强度调制器模型做仿真测试。
图1是本发明实光强度调制器等效电路模型图。其中Vs和Rs分别表示调制电压和外部电路电阻，C0和R0分别为光调制器的等效电容和电阻，V0是作用到波导晶体上的有效电压。以Vs作输入相量，V0作输出相量，等效电路的网络函数，即光学调制器的本征频率响应传递函数可以写为：
一般有R0>>Rs，所以R0+Rs≈R0，ω＝2πf是微波调制信号的角频率，光强度调制器的3dB调制带宽可以表示为f3dB＝1/(2πC0Rs)，上式可以改写为：
对于强度调制，这里只关心幅度的变化。
图2是本发明光强度调制器在OptiSystem7.0软件系统中的频率响应仿真模型图。设置光强度调制器的3dB调制带宽为f3dB＝40GHz。目前光通信仿真软件中的光调制器无法自动识别输入的微波调制信号的频率信息，因而对微波信号做傅里叶变换X(ω)＝fft(X(t))，将时域的微波信号转化到频域上，采用matlab代码指令[a,b]＝max(X(ω))找到微波信号频谱幅度最大值a＝X(ω＝f)所在的位置b，然后用find语句f＝find(b)找到b位置相对应的频率值f，即为微波调制信号对应的频率值，从而完成光调制器对微波信号频率信息的自动、快速地识别；将设置的光调制器的调制带宽值f3dB和识别到的微波调制信号的频率值f带入频率响应传递函数中作用于对光信号的处理，完成具有频率响应特性的光调制器的模型；将此光调制器模型用matlab语言描述并导入OptiSystem7.0软件系统中进行测试。图2中Matlab component即为matlab语言所描述的光强度调制器，光源是功率为0dBm、波长为1550nm的连续激光器(CW Lazer)，Matlab component输出端口接入光功率计(OpticalPower Meter)和光谱分析仪(Optical Spectrum Analyzer)以检测输出光信号。
图3是本发明实测试在10GHz微波调制信号时，光强度调制器的输出光信号频谱图。其测试模型如图2所示，输入光信号波长为1550nm，微波信号源的频率设置为10GHz，光谱分析仪探测到的光强度调制器的输出光信号频谱图表明，光信号与微波信号在光强度调制器中拍频产生谐波，输出光信号的频谱信息显示相邻谐波之间的频率差为10GHz，即为微波调制信号的频率值，与实际现象非常吻合。
图4是本发明实测试在40GHz微波调制信号时，光强度调制器的输出光信号频谱图。其测试模型如图2所示，将微波信号频率设置为40GHz，光谱分析仪探测到的频谱图显示相邻谐波之间的频率差为40GHz，即为微波调制信号的频率值，但较之图3结果，其功率值整体上有所下降，与实际现象非常吻合。
图5是本发明光强度调制器的频率响应曲线和OptiSystem7.0系统中光强度调制器的频率响应情况的对比图。仿真模型如图4所示，设置微波信号源为0～100GHz区间的扫频信号，扫频间隔为1GHz，用光功率计分别记录各个频率下光强度调制器输出的光功率P0；再用OptiSystem7.0自带的光强度调制器替换Matlab component，用光功率计分别记录各个频率下光强度调制器输出的光功率P1。图5结果显示，OptiSystem7.0自带的光强度调制器输出光功率不受调制频率改变的影响，而本发明光强度调制器具有频率响应特性，显示3dB衰减对应的频率带宽为40GHz，与光调制器设置的40GHz的3dB带宽一致。
以上内容是结合优选技术方案对本发明所作的进一步详细说明，不能认定发明的具体实施仅限于这些说明。对本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思前提下，还可以做出简单的推演及替换，都应当视为在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种针对光通信系统模拟软件中的光调制器频率响应的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，分析光调制器的频率响应特性，得到光调制器在频率为f的微波调制信号时的频率响应传递函数：
步骤二，设置光调制器的调制带宽值f3dB；
步骤三，获取输入光调制器中的微波调制信号X(t)，对微波调制信号做傅里叶变换X(ω)＝fft(X(t))，将时域的微波调制信号转化到频域上；
步骤四，分析微波调制信号的频谱信息，找到频谱幅度最大值的位置所对应的频率值，即为输入微波调制信号相对应的频率值f；
步骤五，将设置的光调制器的调制带宽值f3dB和微波调制信号的频率值f代入步骤一的频率响应传递函数中，并将此传递函数作用于光信号的处理，完成具有频率响应特性的光调制器的模型；
步骤六，将步骤五的光调制器导入光通信系统模拟软件中进行测试。
2.根据权利要求1所述的针对光通信系统模拟软件中的光调制器频率响应的方法，其特征在于，所述步骤四中，寻找频谱幅度最大值的位置通过代码指令实现自动、快速寻找。
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