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OptiSystem仿真指导书.doc

发布时间：2022-06-13 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：5.20M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    OptiSystem 7 入门讲义 （中文） 此讲义仅适用于 OptiSystem 光通信仿真软件的初学者。
    第一课 软件操作入门（Getting started）（上） Optisystem 光通信仿真软件简识 OptiSystem (光通信系统设计软件)，什么是 Optisystem？光通讯系统正在变得日 益复杂。这些系统通常包含多个信号通道、不同的拓扑结构、非线性器件和非高斯噪 声源，对们的设计和分析是相当的复杂和需要高强度劳动的。先进的软件工具使得这 些系统的设计和分析变得迅速而有效。 OptiSystem 是一款创新的光通讯系统模拟 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，从长距离通讯系统到 LANS 和 MANS 都适用。一个基于实际光纤通讯系统模型 的系统级模拟器，OptiSystem 具有强大的模拟环境和真实的器件和系统的分级定义。 它的性能可以通过附加的用户器件库和完整的界面进行扩展，而成为一系列广泛使用 的工具。全面的图形用户界面控制光子器件设计、器件模型和演示。巨大的有源和无 源器件的库包括实际的、波长相关的参数。参数的扫描和优化允许用户研究特定的器 件技术参数对系统性能的影响。因为是为了符合系统设计者、光通讯工程师、研究人 员和学术界的要求而设计的，OptiSystem 满足了急速发展的光子市场对一个强有力 而易于使用的光系统设计工具的需求。 优点 ·投资风险大幅度降低，快速投入市场 ·快速、低成本的原型设计 ·系统性能的全面认识 ·辅助设计容差参数的参数灵敏性 评估 ·面向用户的直观的设计选项和脚本 ·直接存取大规模的系统特征数据 ·自动的
    参数扫描和优化 应用 OptiSystem 允许对物理层任何类型的虚拟光连接和宽带光网 络的分析，从远距离通讯到 MANS 和 LANS 都适用。它的广泛应用包括: 物理层的 器件级到系统级的光通讯系统设计 ·CATV 或者 TDM⁄WDM 网络设计 ·SONET⁄SDH 的环形设计，Radio over Fiber 系统，自由空间光通信系统（FSO） ·传输器、信 道、放大器和接收器的设计 ·色散图设计 ·不同接受模式下误码率（BER）和系统代 价（penalty）的评估 ·放大的系统 BER 和连接预算计算主要特点. 1． 器件库 为了完全发挥效率，器件模块应该再现真实器件的实际的性能，确 定由于选择精度和效率引起的影响。OptiSystem 器件库中包括了超过 200 种的模型， 为了给出那些与实际应用相比较的结果，这些模块都已被仔细的测试过了。 2． 器件测量 OptiSystem 能让用户进入那些可以从实际的器件中测量的参数。 3． 与 Optiwave 软件工具的集成 在子系统级和器件级上，OptiSystem 允许用 户将其它 Optiwave 软件工具集成使用：OptiAmplifier，OptiBPM，OptiGrating 和 O ptiFiber。 4． 混合信号表示 在器件库中，对于光信号和电信号，OptiSystem 处理混合信 号格式。OptiSystem 将根据模拟所需的精度和效率来选择合适的算法来计算。 5． 质量和性能的算法 为了预测系统性能，OptiSystem 将采用分析法，或者对 于受中间信号串扰和噪声所限制的系统采用半分析技术，分别计算出诸如 BER 和 Q 因子等参数。 6． 高级的可视化工具 高级的可视化工具可以生成 OSA 频谱、示波器和眼图（E YE Diagram）。信号功率、增益、噪声系数以及 OSNR 也包含在 WDM 分析工具中。 7． 数据监视器 在模拟完成后，用户可以选择器件的端口的数据来存储，并且 显示在监视器上。这就使用户可以在模拟完成后直接处理，而不必重新计算。在同一 个端口，用户可以在显示器上打开任意数目的观察仪。 8． 用子系统分级模拟 为了使模拟工具灵活和有效，那么在系统级、子系统级 和器件级等不同层次上，提供模型就是必需的。OptiSystem 的特点是器件和系统的 真正分级定义，是用户在器件级的集成和光纤光学方面可以使用特殊的软件工具，并 且使模拟可以达到制定的精度要求。 9． 自定义器件 用户可以基于子系统和自定义库，或者利用诸如 Matlab 之类的 第三方软件工具来联合模拟，来创建新的器件。 10．脚本语言 用户可以输入代数表达式和设置在器件和子系统都可以使用的符 号参数。 11．状态技术计算数据流 计算调度程序根据选择的数据流模式，通过确定器件 模块的执行等级来控制模拟过程。处理传输层模拟的主数据流模型是器件迭代数据流 （CIDF）。CIDF 域使用运行调度法、支持条件、数据相关迭代和真循环。 12．复合方案图 用户可以使用相同的方案文件创建多个设计，每个方案文件允 许用户快速而有效的创建和修改自己的设计。每个方案文件包含多个设计版本。这些 设计版本的计算和修改是相互独立的，但是不同的设计版本的计算结果可以合并起 来。这就允许用户可以比较这些设计。
    13．并行计算 如果能够对两个器件同时进行计算，那么它们也能在不同的线程 中更有效的被调度。根据可利用的计算资源，用户可以控制线程的数目，加速计算的 过程。 14．图形和结果管理器 直观的图形管理使用户可以用图形表示出几乎全部的设 计中设置的参数。生成的图形组成大小可调、可以移动的图形窗口，这些窗口可以形 成一个可以保存和重新使用的结果图。 15．参数扫描和优化 使用参数的迭代变化，模拟可以反复进行。OptiSystem 也 能优化任何参数，使任何结果最大或者最小，或者搜寻目标结果。用户可以多参数扫 描和复合优化。 16． 发射器 发射器件库包括了所有与光信号产生和编码相关的器件，例如半导 体激光器、调制器、编码器和比特序列发生器等。半导体激光器由于它在发射器中的 重要角色而成为了最重要的发射器部件。使用 OptiSystem，用户可以输入测量过的 数据来评估速率方程所需的那些参数。当使用外调制的 CW 激光器时，对于啁啾和衰 减来说，MQW 马赫－曾德尔调制器和电吸收调制器的模型是基于测量的，并且能使 用户优化偏置和调制电压，从而得到接收器灵敏度的最小退化。 对于随即数字发生 器，编码器和比特序列产生器允许用户在不同的调制模式和算法之间进行选择。 17． 光纤 光纤是主要的传输通道。对于任意的 WDM 信号，OptiSystem 采用 一种非线性色散传播的单模光纤模型，用以说明信号的振幅和相位受影响的现象和效 果。在很大的条件范围内，这个模型都可以真实的预测波形的失真、眼图的退化和 信号的其它要素。 18． 光放大器 EDFA 和拉曼放大器已经成为光纤网络所需的器件，从 WDM 网 络转发器到 CATV 接线放大器，都有着广泛的应用。OptiSystem 能使用户选择不同 的模型，例如自定义增益和噪声系数的理想放大器，或者是基于测量或者速率方程静 态或者动态的解的黑匣子模型。通过利用半导体激光器的多功能特性，可以完成放大 和波长转换。 19． 接收器 用户可以依据光探测器输入端的混合信号来选择不同的模型。如果 噪声用概率密度函数（PSD）来描述，PIN 或者 APD 将采用基于高斯近似的准分析 模型来计 算噪声的作用。如果噪声是与信号混合在一起，那么使用适当的 PFD 来描 述光电子统计时，这个模型可以增加数字化噪声。 电滤波器件的内部库包括实际的、 频率相关的参数。在这个库中，用户可以考虑不同滤波器形式来设计接收器。 20． 网络器件 复用器⁄解复用器 ·上路⁄下路 ·阵列波导光栅 ·静态和动态开关 ·循环⁄环形元件 ·交叉连接 ·波长转换。 21． 无源器件 滤波器 ·调制器 ·耦合器 ·分波器 ·合波器 ·环形器 ·隔离器 ·偏 振器件 ·光纤光栅。 22． 观察仪 客户可以在任何器件使用观察仪来打开端口数据监视器，并且存 取结果。数据监视器可以保存处理过的信号信息，而没有必要预先确定观察仪的类型。 因此，一个 OSA 或 WDM 分析仪可以加在相同的监视器上，一旦一个计算完成，就 不需要再次运算。 库中可以利用的观察仪包括：光⁄射频频谱分析仪 ·示波器⁄光时域
    分析仪 ·眼图分析仪 ·误码率分析仪 ·WDM 分析仪 ·功率计 光学方案图编辑器这个 界面可以让用户快速而有效的创建和修改自己的设计。每个 OptiSystem 方案文件可 以包含足够多的设计版本。这些设计版本可以相互独立的被计算和修改，但是来自于 不同版本的计算结果可以合并起来进行比较。 图形演示 ·OSA 频谱、示波器和眼图 ·探针和可视化工具列出信号功率、增益、噪声系数和 OSNR ·眼图中超过 70 次的 测量 ·图形生成工具可以对任何参数扫描的任意结果进行比较 ·直观的图形管理器使 用户可以画出设计中使用的几乎所用的参数的曲线 ·生成的图形组尺寸可变、视角可 变换，并将这些视图转变成可以保存和重新使用的结果方案图 ·将复合图合并成 3D 图 OptiSystem 的改进这个软件的新特性更好的满足光系统和器件设计者的需要，并 且反映了 Optiwave 于客户之间紧密的联系。 23．器件库 在光源、调制器、放大器、接收器、滤波器、色散补偿、脉冲发生 器、信号处理、工具以及光网络库中，加入了超过 50 种新单色器件。 24．信号库 数字化传播噪声从电信号中分离出来了。库中所有的电子器件都支 持这个功能。 25．功率预算计算 在计算后，为每个器件端口的每个信号预测信号功率、噪声 和 OSNR。与通道和通道跟踪相结合，功率预算计算允许用户在系统设计过程中分配 系统余量。 26．库管理器 启动和禁用系统库来改善系统存储器的使用。器件搜索功能为用 户提供了一个节省时间的工具，来找到特定的器件。将器件载入和保存为文件，使用 户可以使用自定义的工具。用密码来保护器件以增加安全性。 27．用户界面 项目窗口中的同步符使得项目方案图窗口中保持连贯性。拖动的 功能可以更容易和快速的建立连接和在图形窗口中加入图形。 28．图形窗口 提供从简单的单个扫描迭代曲线到三维数据的 3D 图形的一系列 图表。 29．方案图演示 当光标放置在输出端口上时，在方案图上将会持续（这个选项 可以启动或者禁用）或者作为工具提示，演示这个端口的信号值。 30．通道 很容易定义通过几个器件的通道。每个通道都有不同的颜色，这使得 在方案图中相交的通道很清楚地被区分开。 31．通道跟踪 跟踪一个通道地信号值，演示信号值变化的图。 32．参数 定义、浏览和绘出多维参数的扫描图。 33．报告生成器 以 HTML 或者 RTF 的格式生成完全的用户定制的报告。这个报 告包括详细的 OptiSystem 方案文件的信息。 34．软件开发工具包 使用 VC＋＋语言，按照器件库中的范例可以创建用户自 己的器件库，用 VC＋＋语言进行添加和嵌入。 5/14/2008，Optiwave 系统公司推出 OptiSystem 7.0 版本软件。该版本产品支 持一些激动人心的新功能，包括 OCDMA-PON 网络的模拟等。OCDMA-PON 被认为 是高性价比的传输，支持多协议应用的技术平台。此外 7.0 版本软件还采用 64 位操
    作系统技术，支持复杂的计算模拟。其优化的软件结构可以改善计算性能和提高存储 器的利用率。这些特点可以让软件支持更大规模的网络模拟。新版软件还可以支持包 括反射式半导体光放大器 RSOA 在内的新器件。 快速入门 此部分 我们将了解如何载入文件，运行仿真，编辑局部变量，全局变量，和获取仿真结果。 进一步的熟悉和运用此软件解决相关问题，将在接下来的课时中利用举例练习的方法，逐渐 让大家熟知。 若运行 Optisystem，执行以下操作 #开始——程序——Optiwave Software——OptiSystem7——OptiSystem 此时 OptiSystem 软件将被加载，用户端操作界面如 Figure 1 所示 用户端操作界面（GUI）的主要组成部分 GUI 主要由以下几个主窗口组成： *任务区（Project layout）
    *泊坞窗（Dockers） ——器件库（Component Library） ——任务浏览器（Project Browser） ——描述栏（Description） *状态栏（Status Bar） 任务区（Project layout） Project layout，顾名思义，是我们进行主要仿真工作的操作界面，相当于你的试验平台，在 这里我们可以完成插入器件，编辑器件，连接器件等工作（见 Figure 2） 泊坞窗（Dockers） Dockers 相当于’试验平台’Project Layout 周边的工具箱 调试器 以及 记录本 负责主窗口的 器件载入，当前操作任务的新近及历史信息显示： ——器件库（Component Library） ——任务浏览器（Project Browser） ——描述栏（Description） 器件库（Component Library） Component Library 内存有搭建光通信系统的几乎所有光学以及电学器件，观测设备，以 及 Matlab 和 Optiwave 公司其他软件的导入模块，是 Optisystem 软件拥有强悍的仿真功能 的关键所在。我们可以通过 Component Library 来实现器件的选择、导入和构搭。（如 Figure3
    所示） 任务浏览器（Project Browser） 实现对当前任务更有效的操作、管理、以及结果实现，同时也能实现对当前任务的脉络导航。 （这点类似于 Win 操作系统中资源管理器的侧栏）（见 Figure4）
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