基于Optisystem的WDM系统设计

1、课程设计说明书课程设计名称： 光纤通信课程设计 课程设计题目： 基于Optisystem的WDM系统设计 学 院 名 称： 理学院 专 业 班 级： 光通 学 生 学 号： 学 生 姓 名： 学 生 成 绩： 指 导 教 师： 张庆堂 课程设计时间： 2016.6.8 至 2016.6.16 格式说明（打印版格式，手写版不做要求）（1）任务书三项的内容用小四号宋体，1.5倍行距。（2）目录（黑体，四号，居中，中间空四格），内容自动生成，宋体小四号。（3）章的标题用四号黑体加粗（居中排）。（4）章以下的标题用小四号宋体加粗（顶格排）。（5）正文用小四号宋体，1.5倍行距；段落两端对齐，每个段落首

2、行缩进两个字。（6）图和表中文字用五号宋体，图名和表名分别置于图的下方和表的上方，用五号宋体（居中排）。（7）页眉中的文字采用五号宋体，居中排。页眉统一为：武汉工程大学本科课程设计。（8）页码：封面、扉页不占页码；目录采用希腊字母、排列，正文采用阿拉伯数字1、2、3排列；页码位于页脚，居中位置。（9）标题编号应统一，如：第一章，1，1.1，；论文中的表、图和公式按章编号，如：表1.1、表1.2；图1.2、图1.2；公式（1.1）、公式（1.2）。课程设计任务书一、 课程设计的任务和基本要求要求：1、具备独立查阅相关文献和资料；能提出并较好地的实施方案；具有收集、加工各种信息及获得新知识的能力。

3、2、具备独立设计的能力，能对基本应用系统的进行研究、分析及比较的能力。3、具备采用计算机软件进行数值计算、仿真、绘图等能力。4、工作努力，遵守纪律，工作作风严谨务实，按期圆满完成规定的任务。5、综述简练完整，立论正确，论述充分，结论严谨合理；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确。6、工作中有创新意识，对前人工作有一定改进或独特见解。7、内容不少于3000字，图和计算结果可以打印。任务：1、学会使用OptiSysterm7.0软件 2、简述自愈环的原理和应用 3、画出双光纤保护环的结构设计图二、进度安排 1、2011.1.1-2011.1.2 熟悉软件

4、2、2011.1.3-2011.1.5 分析资料、提出设计方案 3、2011.1.6-2011.1.7 讨论、修改方案，写出初稿 4、2011.1.8 定稿交稿三、参考资料或参考文献1杨祥林. 光纤通信系统. 国防工业出版社，2000年.2郑小歪. OptiSystem 7入门讲义.3孙学康，张众蔡光纤通信技术【M】北京：人民邮电出版社，2004。4张宝富，刘忠英，万谦现代光纤通信与网络教程【M】北京：人民邮电出版社。20025刘增基，周洋溢，胡辽林。等光纤通信MI西安：西安电子科技火学出 版社2004. 6王延恒，王黎明. 光纤通信系统与光纤网. 天津大学出版社，2007年. 7李维民. 全

5、光通信网技术. 北京邮电大学出版社，2009年. 8张宝福. 全光网络. 人民邮电出版社，2002年.四、课程设计摘要（中文）摘要：分析了波分复用（WDM）系统的基本原理和技术要求，利用Optisystem软件强大的仿真功能进行系统设计和仿真，在此基础上，给出了基于Optisystem的链路仿真模型，分析了该通信系统的传输性能及Q因子、误码率、眼图等参数，通过对电域补偿和光域补偿（DCF、FBG）进行比较分析讨论，验证了波分复用系统的正确性和设计方案的可行性，进而得出相关结论。关键词：波分复用（WDM），Optisystem，Q因子、误码率、眼图五、课程设计摘要（英文）Abstract : T

6、he basic principle and technical requirements for wavelength division multiplexing (WDM) systems, the use of powerful software simulation function Optisystem system design and simulation, on this basis, based on the link given Optisystem simulation model, analyzes the communication transmission perf

7、ormance of the system and Q factor, BER, eye and other parameters, by the electrical domain and optical domain compensation compensation (DCF, FBG) comparative analysis discussed possible to verify the correctness and WDM system design scheme resistance, and then draw conclusions.Key words : Wavelen

8、gth Division Multiplexing (WDM), Optisystem, Q factor, BER, eye本科生课程设计成绩评定表姓名专业班级学号课程设计题目：课程设计答辩记录：（手写）成绩评定依据：项目得分比例考勤记录设计结果报告撰写答辩成绩备注：成绩评定依据的项目内容和项目分值比例可以由老师按指导的专业进行调整，但成绩评定依据的项目数不得少于3项。最终评定成绩： 指导教师签名： 年 月 日目 录一、基本设计要求二、基本原理2.1引言2.2波分复用（WDM）原理2.3波分复用(WDM)系统的技术要求2.4波分复用（WDM）的结构及仿真模型三、系统设计3.1基本设计思路3.

9、2系统外部结构图3.3节点内部图3.4系统性能分析3.5色散补偿分析四、总结五、参考文献一、基本设计要求1.1设计一多信道四节点大型WDM城域网（FDDI）系统，并进行色散补偿仿真，对电域补偿和光域补偿(DCF,FBG)进行比较分析讨论，得到相应的结论与建议，并考虑非线性、比特率以及其他因素的改变对系统的影响；1.2设计所需器件参数采用主流商品器件参数；1.3采用optisystem进行仿真设计；1.4格式按照给定课设标准格式二、基本原理2.1引言随着社会的发展，在整个世界范围内，Internet业务和其它数据通信业务得到了广泛的应用。但与此同时也出现了光纤耗尽现象和对带宽的无限要求。而波分复

10、用技术(WDM)则很好的解决了这些问题，它可以在节省3050的成本下，极大的提升光纤的传输容量。2.2波分复用（WDM）原理 波分复用（WDM）的原理是将光纤的低损耗窗口可使用的光谱带宽分割为若干子带宽，然后将待传递的电信号调制到各个子带宽的中心波长光载波上同时传输，是一种能在一根光纤中同时实现多波长信道传输的扩容技术。 波分复用（WDM）系统基于器件的波长选择机制，将从不同输入端进入的不同波长信号组合在一起从共同输出端输出。WDM系统中的分插复用器（ADM）实现信号的分流与插入，在多信道通信的城域环形网中起着不可或缺的作用。在光纤网络的节点上，ADM可以把某个波长的光信号从传输系统中分出来，

11、或是把某个波长的光信号插进该传输系统的节点进行传输。2.3波分复用(WDM)系统的技术要求 2.3.1光纤/光缆 在传输WDM特别是DWDM多信道信号时，为避免1550nm处的高色散产生的色散展宽和非线性四波混频FWM效应引起的信道间串扰，不宜采用G.652和G.653光纤，而应采用非零色散位移光纤，即G.655光纤。2.3.2光发送和接收机技术性能 为在实际掺铒光纤放大器EDFA35nm或更宽的波谱宽度的增益谱宽内减小信道间隔，增加复用波长通道数，光发送机的发光波长要可调，稳定性要高，谱线要窄，消光比要高，输出功率可调。光接收机的信噪比OSNR和灵敏度药膏，动态范围和电带宽要宽。2.3.3光

12、放大器的技术性能 对于目前应用较多的C波段(1530nm1565nm)复用系统中，应采用宽带EDFA，对于L波段(1570nm1610nm)的复用系统则采用增益移位的GS-EDFA，而对于S波段(1490nm1530nm)的复用系统可采用增益移位掺铥光纤放大器GS-TDFA，亦可以采用分布式超宽带喇曼放大器RFA。不管使用哪一类OA，均要求有良好的增益平坦特性，低的噪声指数，并具有增益锁定和自定增益控制功能。2.3.4复用和解复用技术 复用和解复用也称为合波和分波技术是波分复用系统的核心技术，其性能好坏直接影响复用系统的性能，必须选用性能优良的波分复用和解复用器来完成复用和解复用功能。如多层介

13、质薄膜谐振式多腔型TFMF-WDM器；多级马赫-曾德干涉型WDM器，阵列波导光栅等。2.3.5监控和管理技术 WDM大容量多信道光波通信系统结构复杂，而且实际运行时可能承载各类业务，所以对WDM系统进行实时有效的监控和管理，减少发生故障的概率和故障修复时间，增强系统生存性，降低运营维护成本，是系统正常安全可靠运行的重要保证。2.4波分复用（WDM）的结构及仿真模型 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都使用。本次课程设计WDM系统采用Optisystem软件搭构模型及仿

14、真。 WDM系统中的关键组件一般包括：（1)光发射机、接收机：信号在发射端经过光发射机进行AD转换、编码并调制到特定的波长转换为光信号完成信号的调制。在接收端接收到的光信号经接收机进行DA转换、解码并转换电信号，完成解调过程。 (2)滤波器：在WDM系统中进行信道选择，只让特定波长的光通过并阻碍其它光波长通过。可调谐光滤波器能从众多的波长中选出某个波长让其通过。在WDM系统的光接收机中为了选择所需的波长，一般都需依赖于其前端的可调谐滤渡器。要求其有较宽的谱宽以传输需要的全部信号谱成分，且带宽要窄以减小信道间隔。 (3)复用器解复用器（MUX/DEMUX）：将多个光波长信号耦合到一路信道中或使混

15、合的信号分离成单个波长供光接收机处理。一般，复用/解复用器都可以进行互易其结构基本是相同的。实际上即是一种波长路由器，用来使某个波长从指定的输入端口到一个指定的输出端口。三、系统设计 本次课程设计中采用FDDI（光纤分布式数据接口），使用双环令牌，两个环上的流量在相反方向上传输。双环由主环和备用环组成。在正常情况下，主环用于数据传输，备用环闲置。使用双环的特点是能够提供较高的可靠性和健壮性。3.1基本设计思路 四个城市A,B,C,D分别作为四个节点，组成内外双环结构，外环流量设计为ABCD顺时针顺序，内环作为备用环，流量方向相反。城市由子系“城市A_outside”和子系统“城市A_insid

16、e”两部分组成。所有的外环结构组成了外环传输线路，所有的内环结构组成了内环传输线路。外环的传输方向是由城市依次经过城市、城市、城市。内环的传输方向与外环的传输方向相反。当外环两节点不能顺利传输时，就通过内环进行传输信号。本次设计通信共使用七个波长作为通信波长，具体如下表：表一Drop AddA125123B146145C127126D1341473.2系统外部结构图图13.3节点内部图 如图，以A节点为例，其他节点内部结构与A类似，节点由四个部分组成，包含两个WDM Add and Drop，一个WDM Drop，一个WDM Add以及其他光发送机及光接收机器件。其中光发送机光源选择CW la

17、ser （连续激光器），使用Mach-Zehnder调制器对信号进行外调制。光接收部分使用PIN光接收机，后接低通贝塞尔滤波器（Low Pass Bessel Filter）。图2四、系统性能分析 光信号在光纤线路中传输时由于损耗和色散的存在，当线路距离达到80120km以上时，需要在光纤线路中添加光放大器以保证光信号的传输。本次设计系统为环形，选用Ring Control（环控制器）进行环路控制。 系统性能的判定方法有很多，一般有：（1）功率代价法，（2）信噪比(SNR)法，（3）系统Q因子法。 本次课程设计采用系统眼图和Q因子法，该仿真模型中用眼图来分析码间串扰和噪声对系统性能的影响，BE

18、R是衡量光路性能的重要指标之一。通常，作为一个品质因数，采用信号的Q因子来衡量信号的质量，并由它来表征系统的误码率BER。4.1系统眼图 系统眼图分析以A,B城市为例，如下图3由眼图可以看出，Q因子随眼图的张开程度作如下变化：越靠近眼图张开最大处，其Q因子越大，对应的BER就越小。眼图的张开宽度决定了接收信号的抽样间隔，在此间隔内抽样能抵挡码间串扰不发生误码；接收波形的最佳抽样时间在眼睛张开的最大处。由于数据信号的失真，眼睛张开的高度会降低，眼睛张开的顶端与信号电平的最大值之间的垂直距离表示了最大失真，眼睛越小，鉴别能力越差。上面的初始设计由于AB城市之间距离太远，色散等因素使信号传输情况不太理想，导致Q值过小。4.2系统频谱图外环两个节点分别发送和接收的频谱图如下图4图5从频谱分析图中可以看出，发送和接受的频率很接近，即在外环中实现了两个节点的通信。4.3色散补偿分析电域补偿：图6图74.4光域补偿：4.4.1利用DCF进行色散补偿图8图9A,B城市之间距离由初始25km增加到接近300km，但经过DCF补偿，眼图与初始比较没有变差，并且有一定提升，证明DCF补偿效果很好。理想色散补偿元件的色散补偿：（FBG）图10补偿前后光谱图：图11图12补偿前后光时域图图13图14四、总结 本次课程设计历时一周，这次的课程设计，对我来说是个