VPI大作业题目

1、验证型题目（10题，每题只能有一组学生选择，组内不同学生设置参数要有差异）1. 基于直接探测和相干探测装置的光发射机指标参数测量系统设计（第二章）说明与要求：搭建直接探测和相干探测装置，对光发射机的重要指标如激光器线宽、强度噪声、调制后信号的啁啾大小等进行测量。根据光谱仪、射频频谱分析仪获得的测量结果，估计测量误差大小并提出改进方法。注：线宽的测量主要针对窄线宽激光器（100kHz左右）进行。参考例程：Chirp and Transfer Function Measurement；RIN Measurement Methods Self-Heterodyne Linewidth Measure

2、ment。难度等级：B2. 相同速率（比特率）不同调制格式的光信号时频域特征研究与抗色散性能分析（第三章）说明与要求：信号速率固定为100Gbps。分析脉冲占空比分别为100%， 66%和33%的OOK，DPSK，QPSK和16QAM的光信号。研究不同调制格式时域波形和光谱形状的差别；研究不同调制格式随标准单模光纤色散值变化而引起的脉冲展宽变化规律，比较其色散容限大小。参考例程：Differential Phase Shift Keying (DPSK) vs. Non Return-to-Zero (NRZ) for 40 Gbit/s over 5*90 km Terrestrial Sy

3、stem。BER vs. Accumulated Dispersion for ASK, DPSK and DQPSK modulation formats；BER vs OSNR for ASK, DPSK and DQPSK Modulation Formats。难度等级：A3. 光纤中受激布里渊散射效应的研究（第三章）说明与要求：通过测量背向散射功率获得不同有效面积光纤的SBS阈值，构建相关变化规律曲线；讨论使用标准单模光纤时, SBS效应对相同速率不同调制格式（如OOK，BPSK，QPSK等）光信号的传输损伤。参考例程：Stimulated Brillouin Scattering i

4、n Optical Fibers: estimating the Brillouin threshold；Eye Opening Degradation due to Stimulated Brillouin Scattering in Optical Fibers。难度等级：B4. 光纤色散与光源啁啾对光脉冲宽度的共同影响。（第三章）说明与要求：构建一个单波长光纤通信系统，工作速率和调制格式分别为10Gbps和33%-RZ-OOK。在使用标准单模光纤(G.652)且不考虑光纤非线性效应作用的情况下，研究分析随传输距离的变化、光纤色散与光源啁啾对光脉冲宽度的共同作用效果。参考例程：5400 k

5、m 10 Gbps Chirped Return-to-Zero Submarine Link。难度等级：B5. 基于光纤中交叉相位调制效应的光控光开关结构设计与性能仿真（第三章）说明与要求：利用光纤中的交叉相位调制效应并结合Sagnac光纤环结构，设计一个光控光开关，实现直流探测光（probe light）随着交流泵浦光（pump light）强度变化而相对应的通断功能。仿真分析泵浦光功率取值对开关操作后信号光（探测光）消光比的影响；在此基础上进一步讨论泵浦光波长或偏振态变化对开关性能的作用效果（选做）。参考例程：Kerr-induced Polarization Modulation。难度

6、等级：A+6. 背靠背系统中造成光接收机灵敏度劣化的主要因素分析。（第四章）说明与要求：建立基于OOK的单波长背靠背传输系统（不包含光纤），讨论如光发射机消光比、相对强度噪声、光接收机热噪声、散粒噪声等劣化因素对接收机灵敏度的影响。通过眼图描述不同因素的作用效果；通过扫描确定Q=6或BER=10-9对应的接收机灵敏度；在此基础上，优化选择线性通道中低通滤波器的线型与带宽。参考例程：BER for Various LP Filters；Extinction Ratio；BER vs. Jitter；Setting the Sensitivity of a Receiver。难度等级：A7. 传输

7、线路中对光接收机灵敏度造成劣化的主要因素分析。（第四章)说明与要求：建立基于OOK的光传输系统（包含光纤，可以部分忽略发射机和接收机中的劣化因素），选择NRZ/CSRZ/33%RZ等调制格式，讨论如色散、光放大器噪声、非线性效应、光滤波器造成的光谱损伤等因素对接收机灵敏度的影响；通过眼图描述不同因素的作用效果；通过扫描确定Q=6或BER=10-9对应的接收机灵敏度；从理论或仿真结果证明所提性能改进方案的有效性。参考例程：Bandwidth Limitation；Reducing FWM Effect Using Different Channel Spacing。难度等级：A8. 基于数字相干

8、光接收机的SPM相位噪声补偿算法性能研究。（第四章）说明与要求：搭建基于QPSK的相干光传输系统，研究SPM对QPSK信号传输的影响。分析信号星座图与接收机输出误码率（用Symbol error rate表示）随信号输入功率和传输距离的变化。评估SPM非线性相位噪声补偿算法的作用效果。注：色散补偿可用色散补偿光纤实现。参考例程：Nonlinear Phase Noise Mitigation with DSP。难度等级：A+9. 使用不同调制格式的光纤通信系统接收机灵敏度性能对比。（第四章）说明与要求：以OOK和DPSK为例，对比分析在信号功率相同的条件下，考虑光放大器产生的ASE噪声、光接收

9、机的噪声时，两种调制格式产生的接收机灵敏度差异。DPSK的接收与解调采用直接探测方式，通过延时干涉将相位信息转换为幅度信息。在此基础上进一步讨论造成DPSK接收机灵敏度劣化的相关因素影响（如激光器频率漂移、延时的不稳定性等）。 参考例程：DPSK 40Gbps - Laser Drift and MZI Delay。难度等级：A10. 密集波分复用系统设计与性能优化。（第六章）说明与要求：搭建30通道、每通道速率为 40 Gbps、调制格式为NRZ-OOK、通道间隔为100 GHz的ITU标准波长密集波分复用系统，设计基于色散补偿光纤和掺铒光纤放大器的2R再生装置，对光信号在G.652光纤中所

10、受传输损伤进行补偿。假定系统的跨距（span）为100km，传输距离为1000km，比较接收端各个信道信号质量，分析接收机性能随发射机波长与偏移、波分解复用器滤波带宽与隔离度等参数变化之间的对应关系。参考例程：Simple WDM System using Auxilliary Modules and Dispersion Managed Sections in a Loop。难度等级：A+设计性题目（方案自选题）（5题，每题可以有2组选择，不同小组的方案设计要有差异）11、在WDM光通信系统中各个信道需要使用不同的波长来避免信道间的干扰，但是某些时候外来信道的波长可能与系统原来使用的波长冲突

11、，此时就要进行波长转换。传统的波长转换可以采用光-电-光的方法，但其成本和复杂度较高。请设计一个全光波长转换器件。（第三章）说明与要求：信号格式类型可以分为ASK信号和PSK信号。转换器所支持的信号格式类型，转换效率（=输出信号功率/输入信号功率），转换后信号的质量（误码率），能耗以及方案的合理性将作为评分主要依据。在报告中须说明器件指标参数选择的来源或依据。可以采用的技术手段（事先不告诉学生）：可以基于SOA的XGM/XPM和光纤中的FWM等非线性效应。难度等级：A+12、在长距离传输系统中需要采用光放大器对信号光进行放大以补偿光纤的传输损耗。常用的EDFA工作波长只有覆盖了C波段30nm左

12、右的范围，这导致S和L波段信号光无法得到放大。请设计一个超宽带光放大器，能够覆盖多个波段（指S/C/L），且其增益谱应尽量平坦以保证不同信道得到相同的放大。（第三章）说明与要求：需要考虑光放大器的实际增益谱形状。光放大器的带宽，增益谱的平坦性，泵浦效率（=增益/泵浦功率），噪声指数大小以及方案的合理性将作为评分主要依据。在报告中须说明器件指标参数选择的来源或依据。可以采用的技术手段（事先不告诉学生）：可以采用C波段和L波段EDFA，EDFA+光纤拉曼放大器，或者全光纤拉曼放大器等技术。难度等级：A+13、我们知道光纤低损耗窗口内能够容纳的信道数量是有限的，提高单个信道的谱效率（=比特率/占用频

13、谱宽度），可以在频谱资源受限的条件下提高系统的传输容量。设计一个高谱效率的光纤通信系统，OSNR设置为20dB，误码率小于1e-3时，谱效率应尽可能高。（第四章）说明与要求：谱效率和收发机设计方案的合理性将作为评分主要依据。考虑激光器线宽（相位噪声），采用相干探测方式，要通过误码率和星座图说明信号可以被正常接收。在报告中须说明器件指标参数选择的来源或依据。可以采用的技术手段（事先不告诉学生）：QPSK/QAM调制，偏振复用技术，超窄线宽光源，Nyquist-WDM和OFDM技术等。难度等级：A14、在光通信系统中相干光接收机能获取信号光场信息，兼容各种调制格式光信号，并且能够通过数字信号处理（

14、DSP）技术补偿光纤信道的线性和非线性损伤，以及光收发机中激光器的相位噪声和频率偏移。请设计和开发能够用于各种损伤补偿和信号恢复的DSP算法程序，通过输入和输出信号的星座图或误码率说明算法效果。（第四章）说明与要求：至少选择包括光纤色散在内的两种损伤。需要针对具体损伤大小（如色散大小和激光器线宽大小）对算法中关键参数的设置进行优化，并说明其过程。算法效果（星座图或误码率衡量），最大损伤补偿范围，适用格式类型数量和算法计算量大小将作为评分主要依据。可以采用的技术手段（事先不告诉学生）：色散的时域和频域均衡算法，Viterbi-Viterbi算法，数字反向传输算法等。难度等级：A+15、在岛屿、近海石油探井与大陆之间，以及荒漠、森林、沼泽等环境恶劣地区光纤传输链路中不能使用电源供电，为此请设计一个无中继的传输系统，单信道传输速率为10Gb/s，传输距离应尽可能长。（第六章