WDM

目录1主要任务.....................................................................................................................................21.1主要任务..........................................................................................................................21.2技术要求..........................................................................................................................22基本原理..................................................................................................................................22.1应用背景..........................................................................................................................22.2波分复用基本原理..........................................................................................................32建立模型描述..........................................................................................................................33.1系统总述..........................................................................................................................33.2器件选择..........................................................................................................................43.3带宽预算..........................................................................................................................53.4功率预算..........................................................................................................................63仿真结果及分析......................................................................................................................64.1频谱分析..........................................................................................................................64.2探测器输出电信号分析..................................................................................................84.3眼图分析..........................................................................................................................94.4各种参数对Q因子的影响.............................................................................................94调试过程及结论....................................................................................................................105心得体会................................................................................................................................136参考文献................................................................................................................................13武汉理工大学《专业课程设计（四）》课程设计说明书2基于OptiSystem的8信道WDM系统的设计与分析1主要任务1.1主要任务(1)查阅相关资料，学习OptiSystem软件；(2)利用OptiSystem软件进行模型仿真，程序调试使其达到设计指标要求及分析仿真结果；(3)撰写设计说明书，进行答辩。1.2技术要求熟悉WDM系统的组成及基本工作原理，设计一个单通道速率为2.5Gb/s的8信道WDM系统，信道的中心频率分别为193.1THz-193.8THz，对复用和解服用后的光信号进行仿真得出光谱图，并对误码率、Q因子和眼图等进行分析，验证波分复用系统的正确性和设计方案的可行性。2基本原理2.1应用背景本文以设计实用8信道波分复用系统为目标，考虑到普通城市距离在160Km左右，所以本文设计和优化也是针对这个距离的。信道的中心频率分别为193.1THz-193.8THz，频率间隔为100GHz，波长间隔约为0.8nm，属于密集波分复用。密集波分复用具有高容量、低成本、透明性、波长路由等优点。可以充分利用光纤的巨大带宽资源，使传输容量比单波长传输增加几倍至几千倍，而据最新报道2013年7月，由武汉邮电科学研究院、光纤通信和网络国家重点实验室和烽火通信在国内首次实现一根普通单模光纤中C+L波段368路，每路183.3Gb/s的超大容量超密集波分复用传输160公里，传输总容量达到67.44Tb/s。在大容量长途传输时可以节约大量光纤和再生器，大大降低传输成本。不仅如此，波长路由对未来光联网具有重要意义。可见密集波分复用在光通信中扮演着重要的角色，本文旨在武汉理工大学《专业课程设计（四）》课程设计说明书3设计对光纤和传输系统要求不高，比较实用的8信道波分复用系统，希望能够起到抛砖引玉的作用，同时也作为对自己所学的光纤通信课程实践检验和举一反三的过程。2.2波分复用基本原理光波分复用是将多个不同波长的光载波信号，在发送端经复用器把这些光载波信号汇合在一起，并耦合到一根光纤中进行传输；在接收端经解复用器将各种波长的光载波进行分离，然后由光接收机作相应的处理恢复信号。其基本框图如图1所示。图1光波分复用构成原理图2建立模型描述3.1系统总述色散损耗及光功率是影响光通信传输系统性能的主要因素，由于参数分散性，以往的工程设计均采用加大系统富余度的办法来保证光系统的可靠性进而加大了投资成本，实际既不经济也不合理，采用optisystem7.0仿真软件对实际系统设计进行仿真，通过仿真可对系统总体方案设计，系统模型搭建，最终方案确定等环节得出一个准确合理的方案，还能避免一些不必要的错误，以及由此造成的巨大经济损失。由于价格随市场有变化，本文没有考虑到价格预算，但是使用原件所有参数都尽量保持默认值，总的来说尽量避免系统对器件要求苛刻。也就是说，使用的都是市场上能够买到常用期件，使用这些普通器件从一方面来说可以节约资金开销。信道1信道l信道n光源λ1光源λl光源λn复用器解复用器光检测器λ1光检测器λl光检测器λn信道1信道l信道nλ1~λ𝑛λ放大λ1~λ𝑛λ1武汉理工大学《专业课程设计（四）》课程设计说明书43.2器件选择要实现8信道WDM系统需要的主要器件包括调制器、复用器、光纤、光放大器、解调器、光电二极管、滤波器等器件，只有合理使用各种器件才能实现在传输160km下满足实际应用所需的技术指标。整个系统采用(IM/DD)强度调制直接检测的方法。对于调制器，由于通信速率不高，可以选择的强度调制方案有直接调制和外调制，而外调制器又有电致吸收波导调制器和电光调制器。直接强度调制器是利用信号直接对激光进行调制，由于通常可以将垂直腔表面发射激光器集成在调制器上，具有低成本优点，但是由于激光的驰豫振荡和码形效应难免会引入噪声，其性能相对较差；电致吸收调制器是利用多量子阱对光子的吸收进行调制，具有较多优点，其主要缺点是较大的频率啁啾和消光比不高。电光调制器性能优良，也是其他先进调制方式的基础[1]，他可以利用一个马赫曾德尔干涉仪制作。缺点是体型大，调制电压高。由于系统的最要矛盾是信噪比，所以本系统采用马赫曾德尔干涉仪原理的电光调制器。对于复用器和解复用器，在实际应用中可以使用AWG制作性能优良的复用器和解复用器，还可以实现分叉复用以及波长路由，使网络更加灵活。在本系统中，为简化实验分析，采用optisystem7.0提供的复用器和解复用器。对于光纤，选择第二代的G.652光纤，主要是因为其技术成熟，成本小。且能够满足本系统所要求的技术参数。对于光放大器，可以选择SOA、DRA、EDFA等进行放大，由于SOA的噪声较大，不采用；虽然DRA作为新型光放大器其性能接近EDFA，但是还是考虑到EDFA作为成熟的器件，尤其在价格上还有稳定性上都能得到一定的保证，所以选择EDFA作为光信号的放大器。光电二激管可以使用APD管和PIN管，ADP具有前置放大的功能，但是其热噪声较大，PIN管成本相对较低，所以选择PIN管作为光电二极管。其附加驱动电路在本文中不进行讨论，采用optisystem7.0的默认参数，使用合理的实际电路是可以实现仿真效果的。滤波器的选择需要结合实际系统的特点进行选择，因为传输的信号对滤波器有影响，如低频分量较多的信号，和高频分量较多的信号对滤波器具有不同的要求。总之不能一刀切，本文也会针对随机信号对滤波器的性能进行讨论。武汉理工大学《专业课程设计（四）》课程设计说明书53.3带宽预算考虑信号源的上升时间为0.05T，T为非归零码的周期，这个值对于普通信号源不难达到，这也是optisystem7.0中NRZ脉冲发生器的默认值，对于𝛥𝜈=2.5GHz的信号源，其信号源的上升时间为：τ𝑡𝑟=0.05/𝛥𝜈=20ps根据ITU-T对G.652单模光纤的规定，1.55um波长的光在光纤中传输的颜色色散系数典型值为D𝑐=20ps/(nm∗km)，偏振模式色散系数为D𝑝=0.5ps/(km−1/2)，光源采用连续光激光器发出的连续光作为光源，考虑其它各种因素光源产生的加宽为10MHz，这是optisystem7.0中CW-Laser的默认值，相比于调