基于optisystem的波分复用系统研究

1、基于optisystem的波分复用系统研究 本科学生毕业论文(设计)题目中 文:基于optisystem的波分复用系统研究英 文:Simulation of WDM Based on the Optisystem 姓名王泽才学号202106002309院(系)电子工程系专业、年级电子信息工程 2021级指导教师周玲2021年 5 月 8 日湖南科技学院本科毕业论文(设计)诚信声明 本人郑重声明:所呈交的本科毕业论文(设计),是本人在指导老师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果,成果不存在知识产权争议,除文中已经注明引用的内容外,本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的

2、研究做出重要奉献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承当。 本科毕业论文(设计)作者签名:二0一 三年月日 毕业论文(设计)任务书课题名称:基于optisystem的波分复用系统研究学生姓名:王泽才系 别:电子工程系专 业:电子信息工程指导教师:周玲2021 年 11 月 30 日1、主题词、关键词:光纤通信、WDM、Q因子、误码率、Optisystem毕业论文(设计)内容要求:查阅和整理波分复用系统的相关资料;在optisystem仿真软件的运行环境下,进行仿真研究;仿真过程中要充分考虑到系统传输性能,即系统传输的可靠性,系统的插入损耗,多信道的串扰等问

3、题;进行眼图的分析,加深WDM原理的认识。3、文献查阅指引:1孙学康,张金菊.光纤通信技术M. 北京:人民邮电出版社,20042袁国良,李元元.光纤通信简明教程M.北京:清华大学出版社,20213孙强,周虚.光纤通信系统及其应用M.北京:清华大学出版社,北方交通大学出版社,20044王秉钧,王少勇.光纤通信系统M.北京:电子工业出版社,20025刘增基,周洋溢,胡辽林等.光纤通信M.西安:西安电子科技大学出版社,2004.6李叶芳,王晓旭,柳华.波分复用器在光纤通信中的应用J.物理与工程,2007,1:10-15.7顾畹仪.波分复用系统的开展和应用J.电信科学,2001,2:27-32.8张立

4、东.波分复用技术及其应用现状与开展前景J.牡丹江师范学院学报(自然科学版,2021,1:22-25.9M.I. Hayee,and /.lner. NRZ Versus RZ in 10-40-Gb/s Dispersion managed WDM transmission systems. IEEE PhotonJ. Technol. Lett. Vol. 11:991-993,1999.10刘印平,郭淑琴,鲍卫兵.波分复用光传输系统中非线性效应研究D.浙江大学学报,2021.4、毕业论文(设计)进度安排: 1 第7学期的寒假,通过学习?光纤通信简明教程?(清华大学出版),了解光纤技术和光纤

5、的物理结构及光纤通信原理; 2 第8学期的第1周,查文献学习WDM技术的原理及实现方法, 3 熟悉Optisystem仿真软件的的使用; 4 第2-3周,完成Optisystem仿真软件中模拟元件的查询、选取以及放置方法; 5 第4周,基于Optisstem完成一个点-点的8信道WDM系统图的设计; 6 第5周,在Optisystem上进行仿真,观察仿真结果 7 第6周,进行多方面因素的调制,选取最正确的仿真截图,写论文; 8 第7周,填写中期检查表;进一步补充毕业论文内容 9 第8周,进行WDM系统的结果的进一步测试,修改系统图并进一步完善毕业论文内; 10 第9周完成毕业论文初稿 11 第

6、10周定稿,填写相关表格; 12 第11周毕业论文装订,准备辩论 教研室意见: 负责人签名: 湖南科技学院本科毕业论文(设计)开题报告书 论文(设计)题目基于optisystem的波分复用系统研究 作 者 姓 名王泽才所属系、专业、年级 电子工程系 电子信息工程 专业 2021 年级指导教师姓名、职称 周玲 讲师预计字数10000开题日期2021-12-24选题的根据:1)说明本选题的理论、实际意义2)综述国内外有关本选题的研究动态和自己的见解1)本选题的理论、实际意义 选择本课题的意义在于波分复用技术满足了点对点系统中光纤耗尽现象,它可以在节省30%50%的本钱情况下,极大地提供光纤中的传输

7、容量。利用波分复用技术对网络的升级、开展宽带新业务、充分挖掘和利用光纤宽带能力,特别是在实现超高速通信具有十分重要的意义。2)国内外有关本选题的研究动态和自己的见解 国外有过对于海底光纤传输的WDM研究,本人觉得WDM系统在信息高速兴旺和传输的时代有着至关重要的作用,研究WDM系统的最正确优化对于信息传输有着重要的意义。主要内容: 绪论2.WDM系统的关键技术a.光放大技术b.光色散补偿c.非线性效应 3. WDM系统的结构及模型4. 系统的仿真结果分析 结论研究方法:根据增益系数、信噪比系数和色散条件选取适宜的光纤模型通过计算进行系统参数的设计。查阅国内外最新资料,开拓视野,对已有的成果加以

8、分析利用。虚心向导师和同学学习,不断积累知识,再运用所学知识,完成论文。1第7学期的寒假,通过学习?光纤通信简明教程?(清华大学出版),了解光纤技术和光纤的物理结构及光纤通信原理;(2)第8学期的第1周,查文献学习WDM技术的原理及实现方法,熟悉Optisystem仿真软件的的使用;(3)第2-3周,完成Optisystem仿真软件中模拟元件的查询、选取以及放置方法;()第4周,基于Optisstem完成一个点-点的8信道WDM系统图的设计;(5)第5周,在Optisystem上进行仿真,观察仿真结果第(6)6周,进行多方面因素的调制,选取最正确的仿真截图,写论文;(7)第7周,填写中期检查表

9、;进一步补充毕业论文内容(8)第8周,进行WDM系统的结果的进一步测试,修改系统图并进一步完善毕业论文内;(9)第9周完成毕业论文初稿;(10)第10周定稿,填写相关表格;(11)第11周毕业论文装订,准备辩论。 2、采取的主要措施: 1密切联系本组设计成员及毕业设计指导导师,寻求有关毕业设计信息,确定设计课题方向与设 计内容;2充分利用图书馆和网络查阅相关资料,广泛获取必要的知识,了解最新研究动态。3虚心向老师请教和同学进行学习交流,保障毕业设计的顺利完成。主要参考资料:1孙学康,张金菊.光纤通信技术M. 北京:人民邮电出版社,20042袁国良,李元元.光纤通信简明教程M.北京:清华大学出版

10、社,20213孙强,周虚.光纤通信系统及其应用M.北京:清华大学出版社,北方交通大学出版社,20044王秉钧,王少勇.光纤通信系统M.北京:电子工业出版社,20025刘增基,周洋溢,胡辽林等.光纤通信M.西安:西安电子科技大学出版社,2004.6李叶芳,王晓旭,柳华.波分复用器在光纤通信中的应用J.物理与工程,2007,1:10-15.7顾畹仪.波分复用系统的开展和应用J.电信科学,2001,2:27-32.8张立东.波分复用技术及其应用现状与开展前景J.牡丹江师范学院学报(自然科学版,2021,1:22-25.9M.I. Hayee,and /.lner. NRZ Versus RZ in

11、10-40-Gb/s Dispersion managed WDM transmission systems. IEEE PhotonJ. Technol. Lett. Vol. 11:991-993,1999.10刘印平,郭淑琴,鲍卫兵.波分复用光传输系统中非线性效应研究D.浙江大学学报,2021.指导教师意见: 指导教师签名: 教研室意见: 签 名:年月 日开 题 报 告 会 纪 要时间 2021年12月24日地点三教517与会人员姓 名职务(职称)姓 名职务(职称)姓 名职务(职称)陈泽顺副教授刘志壮教授张文昭副教授刘爱林副教授徐晓副教授周玲讲师会议记录摘要:为什么会想到选择WDM系统的

12、仿真设计呢? 刘爱林老师 答:波分复用技术满足了点对点系统中光纤耗尽现象,它可以在节省30%50%的本钱情况下,极大地提供光纤中的传输容量。利用波分复用技术对网络的升级、开展宽带新业务、充分挖掘和利用光纤宽带能力,特别是在实现超高速通信具有十分重要的意义。2.对于你选择的这个研究你做了哪些准备呢?(张文昭老师) 答:我首先向周玲老师请教WDM系统的有关原理知识,然后自学optisystem软件的运用,最后在设计好系统参数了以后,进行WDM系统的仿真验证。3.你觉得你应该从哪些渠道来收集设计所需的专业知识呢?(周玲老师) 答:第一:我从学校图书馆的期刊室内收集近些年来对于WDM这方面的研究成果;

13、第二:在指导老师的帮助下学习相关的理论知识,做到心中有数;第三:对于该设计需要屡次测试和仿真才能实现,而且每次仿真所需时间较长,应该要有耐心慢慢调试。 会议主持人: 记 录 人: 年 月日指导小组意见负责人签名: 年月日系部 意 见负责人签名:年月日湖南科技学院毕业论文(设计)中期检查表毕业论文(设计)题 目基于optisystem的波分复用系统研究学生姓名王泽才学 号202106002309系 别电子工程系专 业电子信息工程指导教师检查情况记载及修改意见: 已经完成的工作: 1、学习光纤通信的原理,学习的WDM技术的应用; 2、学习Optisystem软件的使用; 3、完成了点-点的8信道W

14、DM系统图的初步框架;4、根本完成了系统根本参数的设计,并进行了相关元件的选取和放置; 5、论文大局部内容已经完成。 下一步的工作: 1、进一步完善点-点的8信道WDM系统框图; 2、完成了WDM系统的仿真,并根据仿真结果进行调试; 3、进行调试,对于任意给出的一个光信号,能够对其进行波分复用技术并显示出仿真的眼图来; 4、排除一些干扰因素,屡次进行调试,并观察Q因子及误码率与眼图的关系,记录下来; 5、同时继续论文的写作工作,找出错误,完善论文; 签名:湖南科技学院毕业设计(论文)指导过程记录表毕业论文设计题目基于optisystem的波分复用系统研究学生姓名王泽才学号20210600230

15、9专业班级电信0903指导教师周玲职称讲师系(教研室)电子工程系(信息教研室)指导过程记录指导内容记录一指导学习?光纤通信简明教程?(清华大学出版社),布置寒假假收集了解相关资料 学 生 签 名: 2021 年 1月10 日 指导教师签名: 2021 年 1月10 日指导内容记录二指导学习WDM技术的原理及实现方法,学习Optisystem仿真软件的使用学 生 签 名:2021 年 2月 20 日指导教师签名:2021 年2月 20 日指导内容记录(三讲解一个点-点的8信道WDM系统框图的设计思路学 生 签 名:2021年3 月 10 日指导教师签名: 2021年3 月 10 日指导内容记录四

16、讲解系统中的元件的选取和参数的设计学 生 签 名: 2021年 3 月 23 日指导教师签名: 2021年 3 月 23 日指导过程记录指导内容记录五初步开始论文文字局部(原理)的写作,指导完成WDM系统的Optisystem仿真。 学 生 签 名: 2021年4 月 3日指导教师签名: 2021年4 月 3日指导内容记录六讨论设计中Q因子及误码率与眼图的关系。 学 生 签 名:2021年4 月12 日 指导教师签名:2021年4月12日指导内容记录七排除多方面因素的进行调试,选取最正确的仿真截图,继续完成论文 学 生 签 名: 2021年 4 月 25 日指导教师签名:2021年 4 月 2

17、5 日指导内容记录八论文初步定稿。 学 生 签 名: 2021年 5 月 6 日指导教师签名:2021年5 月 6 日辩论小组组长意见对情况是否属实做出意见组长签名:年月 日注:本表与毕业论文一起装订存档。湖南科技学院本科毕业论文(设计)评审表论文题目基于optisystem的波分复用系统研究作者姓名王泽才所属系、专业、年级电子工程系 电子信息工程专业 2021年级指导老师 中文摘要 随着Intemet网络与通讯的飞速开展,网络用户数量的急剧增长,用户对网络的需求也有显著的变化。在这种情况下,WDM光网络结构的出现成为一种必然趋势。 本文首先分析了波分复用(WDM)技术及系统的设计原理,介绍了

18、Optisystem软件强大的仿真功能。然后对波分复用系统的关键技术做了介绍,包括光放大技术、色散补偿技术以及非线性效应的抑制技术,在此根底上,给出了基于Optisystem 的波分复用光传输链路仿真模型的搭建,对复用及解复用后的光信号进行仿真得出光谱图,对链路传输性能及Q 因子 误码率眼图的等参数进行分析,并验证了波分复用系统的正确性和设计方案的可行性,近而得出相关结论。关键词 光纤通信WDMQ 因子 误码率Optisystem英文摘要 As the rapid development of Internet and telecommunications, and the sharp inc

19、rement of the network users, the requirement of the users to networks has also changed markedly. Under this background, WDM optical networks appearFirstly, the design principle of WDM is given and analyzed, and the powerful simulation function of the Optisystem software is described in this paper. S

20、econdly, it introduces the key technology of WDM system, including optical amplification technology, dispersion compensator technology and suppression technique of nonlinear effects. Then, the simulation model of the WDM based on the Optisystem is presented according to the above principleThe simula

21、tion results such as Q factor and BER are given and deeply analyzed, the exactness and the possibility of WDM are verified. In the end the corresponding conclusion is presented 关键词Optical fiber communicationWDMQ factorBEROptisystem 指导教师评定成绩评审基元评审要素评审内涵总分值指导教师实评分选题质量25%目的明确符合要求选题符合专业培养目标,表达学科、专业特点和教学

22、方案的根本要求,到达毕业论文(设计)综合训练的目的。10理论意义或实际价值符合本学科的理论开展,有一定的学术意义;对经济建设和社会开展的应用性研究中的某个理论或方法问题进行研究,具有一定的实际价值。10选题恰当题目规模适当,难易度适中;有一定的科学性。5能力水平40%查阅文献资料能力能独立查阅相关文献资料,归纳总结本论文所涉及的有关研究状况及成果。10综合运用知识能力能运用所学专业知识阐述问题;能对查阅的资料进行整理和运用;能对其科学论点进行论证。10研究方案的设计能力整体思路清晰;研究方案合理可行。5研究方法和手段的运用能力能运用本学科常规研究方法及相关研究手段(如计算机、实验仪器设备等)进

23、行实验、实践并加工处理、总结信息。10外文应用能力能阅读、翻译一定量的本专业外文资料、外文摘要和外文参考书目(特殊专业除外)表达一定的外语水平。5论文质量35%文题相符较好地完成论文选题的目的要求。5写作水平论点鲜明;论据充分;条理清晰;语言流畅。15写作标准符合学术论文的根本要求。用语、格式、图表、数据、量和单位、各种资料引用标准化、符合标准。10论文篇幅10000字左右。5 实评总分成绩等级指导教师评审意见: 指导教师签名: 说明:评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级,实评总分90?100分记为优秀,80?89分记为良好,70?79分记为中等,60?69分记为及格,60分以下

24、记为不及格评阅教师评定成绩评审基元评审要素评审内涵总分值评阅教师实评分选题质量25%目的明确符合要求选题符合专业培养目标,表达学科、专业特点和教学方案的根本要求,到达毕业论文(设计)综合训练的目的。10理论意义或实际价值符合本学科的理论开展,有一定的学术意义;对经济建设和社会开展的应用性研究中的某个理论或方法问题进行研究,具有一定的实际价值。10选题恰当题目规模适当,难易度适中;有一定的科学性。5能力水平40%查阅文献资料能力能独立查阅相关文献资料,归纳总结本论文所涉及的有关研究状况及成果。10综合运用知识能力能运用所学专业知识阐述问题;能对查阅的资料进行整理和运用;能对其科学论点进行论证。1

25、0研究方案的设计能力整体思路清晰;研究方案合理可行。5研究方法和手段的运用能力能运用本学科常规研究方法及相关研究手段(如计算机、实验仪器设备等)进行实验、实践并加工处理、总结信息。10外文应用能力能阅读、翻译一定量的本专业外文资料、外文摘要和外文参考书目(特殊专业除外)表达一定的外语水平。5论文质量35%文题相符较好地完成论文选题的目的要求。5写作水平论点鲜明;论据充分;条理清晰;语言流畅。15写作标准符合学术论文的根本要求。用语、格式、图表、数据、量和单位、各种资料引用标准化、符合标准。10论文篇幅10000字左右。5 实评总分成绩等级评阅教师评审意见: 评阅教师签名: 说明:评定成绩分为优

26、秀、良好、中等、及格、不及格五个等级,实评总分90?100分记为优秀,80?89分记为良好,70?79分记为中等,60?69分记为及格,60分以下记为不及格。湖南科技学院本科毕业论文(设计)辩论记录表论文题目基于optisystem的波分复用系统研究作者姓名王泽才所属系、专业、年级电子工程系 电子信息工程专业 2021年级指导教师姓名、职称周玲 讲师答 辩 会 纪 要时间2021年5月18日地点三教709答辩小组成员姓 名职务(职称)姓 名职务(职称)姓 名职务(职称)陈泽顺副教授刘志壮教授张文昭副教授刘爱林副教授徐晓副教授周玲讲师辩论中提出的主要问题及答复的简要情况记录:1.如何实现不同宽带

27、的波分复用? 答:在波分复用器中可以进行参数的设定信道的宽带,从而来实现不同宽带的波分复用。 2.在波分复用中可以实现多少的信道? 答:理论上,波分复用可以实现多个波分复用的。Optisystem中提供了一种的理想的波分复用器,那是任意信道的。但是实际上,信道越多,串扰越明显,损耗越大,最终会导致信号失真。 3.什么叫做眼图以及通过眼图你能得到什么? 答:眼图其实就是把多种信号的波形叠加起来,整合到一起所形成的的类似人眼的图形,因为是波形叠,所以眼图可以用来观察信号在传输中是否存在失真。眼睛张开得较大,接收信号中的噪声越小,失真越小。 会议主持人: 记 录 人: 年 月 日答辩小组意见评语:评

28、定等级:负责人(签名): 年月 日系学位委员会意见评语:论文(设计)最终评定等级:负责人(签名): 系部(公章) 年月日校学位委员会意见评语:评定等级: 负责人(签名):年月日目 录绪论11 WDM技术简介31.1光纤通信原理31.2 WDM技术简介41.3 WDM的关键技术41.3.1 光放大技术51.3.2色散补偿61.3.3 非线性效应62 Optisystem软件的简介72.1 独特优势72.2 应用领域72.3功能说明83 WDM系统的一般组件123.1 光发射机、接收机123.2 滤波器123.3 复用器 / 解复用器 (MUX/DEMUX)124 WDM系统的原理图134.1 系

29、统参数的设计134.1.1 发射器的局部134.1.2 输出线路局部144.1.3 信号接收局部144.2 点-点8信道的WDM系统框图设计145 仿真结果及分析165.1 光谱仪图片及数据165.1.1 复用器之前的各路光谱仪图片及数据165.1.2 解复用器之后的各路光谱仪仿真结果及数据175.2双向WDM分析仪数据185.3 串扰计算185.3.1 频率为193.1THz信号对各信道的串扰185.3.2 频率为193.3THz的信号对各信道的串扰195.4 仿真结果分析195.4.1对串扰的分析195.4.2 对光谱仪与WDM分析仪测得数据的分析196 延伸拓展206.1复用器与解复用器

30、带宽对信号的影响206.1.1复用器带宽为5GHz,解复用器带宽为5GHz206.1.2复用器带宽为100GHz,解复用器带宽为100GHz216.2 眼图分析226.3 眼图结果分析22结论23参考文献24致谢25基于optisystem的波分复用系统研究摘 要 随着Intemet网络与通讯的飞速开展,网络用户数量的急剧增长,用户对网络的需求也有显著的变化。在这种情况下,WDM光网络结构的出现成为一种必然趋势。 本文首先分析了波分复用(WDM)技术及系统的设计原理,介绍了Optisystem软件强大的仿真功能。然后对波分复用系统的关键技术做了介绍,包括光放大技术、色散补偿技术以及非线性效应的

31、抑制技术,在此根底上,给出了基于Optisystem 的波分复用光传输链路仿真模型的搭建,对复用及解复用后的光信号进行仿真得出光谱图,对链路传输性能及Q 因子 误码率眼图的等参数进行分析,并验证了波分复用系统的正确性和设计方案的可行性,近而得出相关结论。【关键词】:光纤通信 WDM Q 因子 误码率 OptisystemSimulation of WDM based on the optisystemAbstract As the rapid development of Internet and telecommunications, and the sharp increment of t

32、he network users, the requirement of the users to networks has also changed markedly. Under this background, WDM optical networks appearFirstly, the design principle of WDM is given and analyzed, and the powerful simulation function of the Optisystem software is described in this paper. Secondly, it

33、 introduces the key technology of WDM system, including optical amplification technology, dispersion compensator technology and suppression technique of nonlinear effects. Then, the simulation model of the WDM based on the Optisystem is presented according to the above principle. The simulation resu

34、lts such as Q factor and BER are given and deeply analyzed, the exactness and the possibility of WDM are verified. In the end the corresponding conclusion is presented【Key words】Optical fiber communication WDM Q factor BER Optisystem绪论 1970年,美国康宁玻璃公司研制出损耗为20dB的石英光纤,证明光纤作为通信的传输媒介是大有希望的。同年,半导体激光器实现了室温

35、下的连续工作,为光纤通信提供了理想的官员。从此,便开始了光纤通信快速开展的时代。在80年代,光纤通信得到极大地开展,波分复用技术、相干光纤通信系统、光纤放大器等技术已经受到人们的重视,并得到快速开展1。 光纤通信之所以得到如此迅速的开展,与光纤通信的优越性是分不开的,它的主要优点有: 1.传输损耗低; 2.尺寸小,重量请,有利于敷设和运输; 3.抗电磁干扰性能好,适合应用于有强电干扰和电磁辐射的环境中 ; 4.光纤之间的串话小(又称“串音。通信线路上信号杂散耦合到其他通信线路造成干扰的现象); 5.制造光纤的主要原料是二氧化硅,是地球上蕴涵最丰富的物质,取之不尽,用之不竭2; 一个根本的光纤通

36、信系统是由发送机,传输介质(光纤),接收机三局部构成的。其中发送端包括光源、脉冲发射器、解调器等;传输局部包括传输光纤、光纤放大器、色散补偿光纤等;接收端包括PIN/APD光、放大器、低通滤波器、解调器等。 波分复用WDM是将两种或多种不同波长的光载波信号携带各种信息在发送端经复用器亦称合波器,Multiplexer集合在一起,并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术;在接收端,经解复用器亦称分波器或称去复用器,Demultiplexer将各种波长的光载波别离,然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术,称为波分复用。 随着光纤技术的进步

37、和业务的开展,WDM技术正从长途传输领域向城域网领域扩展。适用于城域网领域的WDM系统称为城域网WDM系统6。低本钱是城域网WDM系统最重要的特点,按每波长计其本钱必须明显低于长途网用的WDM系统。由于城域网的范围传输距离通常不超过100km,因而不必使用长途网必须用的外调制器和光放大器。由于没有光放大器,也就不需要任何形式的通路均衡,从而减少了分波器和合波器的复杂性,也不会遭受与光放大器有关的非线性损伤。光放大段的设计仅仅是光损耗的设计,十分简单明了3。最后,由于没有光放大器,波长数的增加和扩展也不再受光放大器频带的限制,容许使用波长间隔较宽、波长精度和稳定度要求较低的光源、合波器、分波器和

38、其他元件,使元器件,特别是无源器件的本钱大幅度下降,从而降低了整个系统的本钱。 虽然WDM技术问世时间不长,但由于具有许多显著的优点而表现出 强大的生命力,从而迅速得到推广应用,并向全光网络的方向开展。从开展的角度看,今后全光技术的开展可能表现在一下几个方面: 光分插复用器(OADM); 光交叉连接设备; 可变波长激光器; 全光再生器; 目前最引人瞩目的WDM全光通信,它是在传送网中加上光层,在光上进行交叉连接和分叉复用,从而减轻电交换节点的压力,大大提高整个网络的传输容量和机电的吞吐容量,成为网络升级的首选方案,这也是当前光纤通信的研究热点。 全光网络是未来信息传送网的开展方向,它可以直接对

39、光信号进行处理,不仅大大简化了网络结构,降低了本钱,而且极大地提高了网络的稳定性与可靠性,因此,二十一世纪的信息传输将会是全新的光网络时代。 本文研究的是基于Optisystem软件的WDM仿真,首先分析和设置元件参数,然后通过软件画出原理图,再进行仿真,最后分析仿真图谱来验证波分复用的原理,以便为以后WDM工程提供理论依据。 1 WDM技术简介 光纤即为光导纤维的简称。光纤通信是以光波作为信息载体,以光纤作为传输媒介的一种通信方式。从原理上看,构成光纤通信的根本物质要素是光纤、光源和光检测器。光纤除了按制造工艺、材料组成以及光学特性进行分类外,在应用中,光纤常按用途进行分类,可分为通信用光纤

40、和传感用光纤4。传输介质光纤又分为通用与专用两种,而功能器件光纤那么指用于完成光波的放大、整形、分频、倍频、调制以及光振荡等功能的光纤,并常以某种功能器件的形式出现。 光纤通信的原理是:在发送端首先要把传送的信息(如话音)变成电信号,然后调制到激光器发出的激光束上,使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化,并通过光纤发送出去;在接收端,检测器收到光信号后把它变换成电信号,经解调后恢复原信息。 光纤通信是现代通信网的主要传输手段,它的开展历史只有一二十年,已经历三代:短波长多模光纤、长波长多模光纤和长波长单模光纤。采用光纤通信是通信史上的重大变革,美、日、英、法等20多个国家已宣布不再建设电缆

41、通信线路,而致力于开展光纤通信。中国光纤通信已进入实用阶段。 光纤通信的诞生和开展是电信史上的一次重要革命与卫星通信、移动通信并列为20世纪90年代的技术5。进入21世纪后,由于因特网业务的迅速开展和音频、视频、数据、多媒体应用的增长,对大容量(超高速和超长距离)光波传输系统和网络有了更为迫切的需求。通信的开展过程是以不断提高载波频率来扩大通信容量的过程,光频作为载频已达通信载波的上限,因为光是一种频率极高的电磁波,因此用光作为载波进行通信容量极大,是过去通信方式的千百倍,具有极大的吸引力,光通信是人们早就追求的目标,也是通信开展的必然方向。光纤通信与以往的电气通信相比,主要区别在于有很多优点

42、:它传输频带宽、通信容量大;传输损耗低、中继距离长;线径细、重量轻,原料为石英,节省金属材料,有利于资源合理使用;绝缘、抗电磁干扰性能强;还具有抗腐蚀能力强、抗辐射能力强、可绕性好、无电火花、泄露小、保密性强等优点,可在特殊环境或军事上使用。1.2 WDM技术简介 WDM(Wavelength Division Multiplexing,波分多路复用)是利用多个激光器在单条光纤上同时发送多束不同波长激光的技术。每个信号经过数据(文本、语音、视频等)调制后都在它独有的色带内传输。WDM能使 公司和其他运营商的现有光纤根底设施容量大增。制造商已推出了WDM系统,也叫DWDM(密集波分复用)系统。D

43、WDM可以支持150多束不同波长的光波同时传输,每束光波最高到达10Gb/s的数据传输率。这种系统能在一条比头发丝还细的光缆上提供超过1Tb/s的数据传输率6。 波分复用WDM是将两种或多种不同波长的光载波信号携带各种信息在发送端经复用器亦称合波器,Multiplexer集合在一起,并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术;在接收端,经解复用器亦称分波器或称去复用器,Demultiplexer将各种波长的光载波别离,然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术,称为波分复用。 WDM本质上是光域上的频分复用FDM技术。每个波长通路通过频域的

44、分割实现,每个波长通路占用一段光纤的带宽。WDM系统采用的波长都是不同的,也就是特定标准波长,为了区别于SDH系统普通波长,有时又称为彩色光接口,而称普通光系统的光接口为“白色光口或“白光口。 通信系统的设计不同,每个波长之间的间隔宽度也有不同。按照通道间隔的不同,WDM可以细分为CWDM稀疏波分复用和DWDM密集波分复用。CWDM的信道间隔为20nm,而DWDM的信道间隔从0.2nm 到1.2nm,所以相对于DWDM,CWDM称为稀疏波分复用技术。 WDM是一种在光域上的复用技术,形成一个光层的网络既“全光网,将是光通讯的最高阶段。建立一个以WDM和OXC光交叉连接为根底的光网络层,实现用户

45、端到端的全光网连接,用一个纯粹的“全光网消除光电转换的瓶颈,将是未来的趋势。现在WDM技术还是基于点到点的方式,但点到点的WDM技术作为全光网通讯的第一步,也是最重要的一步,它的应用和实践对于全光网的开展具有十分重要的意义7。1.3 WDM的关键技术 WDM技术的关键技术包括光放大技术、色散补偿技术、非线性效应等。下文具体给出:1.3.1 光放大技术 由于各种损耗因素的存在,因此对系统信号的放大是必不可少的。光放大器通过受激发射放大入射光信号,其机理与激光器相同,其核心是当放大器被光或电泵浦时,使粒子数反转获得光增益。对于两能级系统增益介质模型,增益系数可以表示成: (1.1) 它表示有源区单

46、长度获得的增益,单位是1/m。式中gw,是由放大器泵浦电平决定的峰值增益,是入射信号光频,是介质原子跃迁频率,P 是正在放大的信号光频率,g0为饱和光功率,对于光放大器,有两个主要技术指标?增益和噪声指数8。增益是对放大器对信号的放大能力的一个衡量参数,定义为输出信号功率与输入信号功率之比,即 (1.2) Pout是输出信号功率,Pin是输入信号功率。噪声指数(Fn)是对信噪比(SNR)下降程度的一个描述。 (1.3) (SNR)in是光放大前的信噪比,(SNR)out表示放大后光电流信噪比。目前光放大器主要有掺铒光纤放大器EDFA、拉曼光纤放大器 FRA 和半导体光放大器(SOA)EDFA

47、主要用作功率放大器线路放大器以及前置放大器,其优点是输出功率高泵浦效率高对偏振不敏感等,缺点是放大带宽窄。目前,对EDFA 的优化主要是:放大增益平坦化动态增益均衡宽带EDFA 等分布式光纤拉曼放大器(DRA)利用系统中的传输光纤作为它的增益介质,泵浦波长决定其增益频谱,而与掺杂物的能级电平无关,所以只要泵浦波长适宜,就可以在任意波长获得信号的光增益。因此,其增益频谱较宽,这是它最大的优点其主要缺点是具有偏振相关性,存在较大的相对强度噪声,以及本钱较高。 色散是目前光纤通信系统中最大的限制性因素,它限制了系统的带宽和距离,尤其是长距离通信,因此对色散进行补偿是必不可少的9。目前常用的色散补偿技

48、术有电子色散补偿、前补偿技术、负色散光纤补偿光滤波器补偿等,其中色散补偿光纤最为常用,但其损耗较大,有效面积比拟小而会带来非线性效应而DCG 具有损耗小无非线性等特点,但是配置较为固定,补偿带宽有限,灵活性较低。1.3.3 非线性效应 光纤的非线性效应包括受激拉曼散射(SRS)、受激布里渊散射(SBS)、交叉相位调制(XPM)以及四波混频(FWM)等。光纤非线性对系统的影响取决于光纤中传输的光功率密度和传输距离,将导致串音的产生,即一个信道的光强和相位将受到其他相邻信道的影响,形成非线性串话,光纤功率密度越大和光纤长度越长,非线性影响也越严重。光纤非线性一般很难补偿,所以在实际的工程中,要合理

49、设置入纤功率,尽量使用分布反应光放大器,同时结合色散管理,最大限度地降低非线性效应10。 2 Optisystem软件的简介 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,对它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光通信系统设计软件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都使用。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。在本钱效力和生产效率对于成功至关重要