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1、武汉理工大学专业课程设计 4课程设计说明书目录1 基本原理 .11.1 光波分复用系统简介 .11.2 光波分复用系统的结构 .12 建立模型描述 .22.1 掺铒光纤放大器 EDFA .22.2 阵列波导光栅波分复用器（AWG） .22.3 系统框图 .33 仿真结果及分析 .53.1 系统的特点及数据 .53.2 系统的评估与分析 .114 调试过程及结论 .134.1 调试过程及步骤 .134.2 结果分析 .145 心得体会 .146 参考文献 .15武汉理工大学专业课程设计 4课程设计说明书0基于 OptiSystem 的 8 信道 WDM 系统的设计与分析1 基本原理 1.1 光波
2、分复用系统简介 光波分复用是指将两种或多种各自携带有大量信息的不同波长的光载波信号，在发射端经复用器汇合，并将其耦合到同一根光纤中进行传输，在接收端通过解复用器对各种波长的光载波信号进行分离，然后由光接收机做进一步的处理，使原信号复原，这种复用技术不仅适用于单模或多模光纤通信系统，同时也适用于单向或双向传输。波分复用系统的工作波长可以从 0.8m 到1.7m，由此可见，它可以适用于所有低衰减、低色散窗口，这样可以充分利用现有的光纤通信线路，提高通信能力，满足急剧增长的业务需求。1.2 光波分复用系统的结构 光波分复用系统一般有单向和双向两种结构，这里出一个单向 8 信道 WDM点-点通信系统的
3、示意图 1。8 个光发送机发送 8 个不同波长的光信号按一定的间隔排列，在复用器（MUX）中复合在一起送入到传输光纤信道中。在光接收机端，这 8 个波长光信号由解复用器（DEMUX）分离后送到相应的可调谐的光接收机。传输信道中间包括了诸如 EDFA、光纤等各种元件。图 1 波分复用系统武汉理工大学专业课程设计 4课程设计说明书12 建立模型描述 2.1 掺铒光纤放大器 EDFA图 2 给出了双向 EDFA 的原理性光图，其主体是泵浦源和掺铒光纤（EDF） 。泵浦源用来提供能量；EDF 作为有源介质，提供反转粒子；波分复用器（WDM)的作用是将泵浦光合信号光混合，然后送入 EDF 中，对它的要求
4、是能将信号有效地混合而损耗最小；光隔离器（ISO）的作用是防止反射光对 EDFA的影响，保证系统稳定工作；滤波器的作用是滤除 EDFA 的噪声，提高系统的信噪比（SNR）,在练级宽带 EDFA 中，它还起到增益平坦的作用。图 22.2 阵列波导光栅波分复用器（AWG）阵列波导光栅（AWG ：Arrayed Waveguide Grating）波分复用器由输入输出波导、两个 N-N 平面波导星形耦合器及 AWG 构成，集成制造在 Si 或 InP 衬底上，该复用器的核心是 AWG，它是一系列规则排列的波导，相邻波导 间有一恒定的光程差 L，对波长为 的信号，每个波导中产生一个相对相移2L/，因此
5、 AWG 相当于一个相位光栅，所以可以进行波长选择。 N-N 平面波导星形耦合器将所有输入波导中的光辐射到中间的自由空间区域，然后再将它们耦合到所有的输出波导中。自由空间区域的形状用天线理论和傅立叶光学原理设计。在 AWG 波分复用器中，输入光信号先辐射进第一个平面波导区，然后激励阵列波导，传输通过阵列波导后，光束在第二个平面波导区的焦点上产生相长性干涉，焦点位置决定于信号波长 ，结果在特定的端口输出。当波长不同时，焦点位置不同，输出的端口也不同。武汉理工大学专业课程设计 4课程设计说明书22.3 系统框图设计一个八路内调制 WDM 光纤传输系统。可以先用比特发生器（User Defined
6、Bit Sequence Generator）和非归零码产生器（ NRZ Pulse Generator）产生电信号。电信号进过直接激光调制器（Directly Modulated Laser Measured）调制产生光信号。复用器将八路光信号复合为一路光信号后，经光纤传输。由于经光纤传播后会有光损耗，故需要加 EDFA 进行光功率补偿。解复用器接收光信号，并将该路光信号分解为多路光信号。各路光信号经过 PIN 管光电检测器（Photdetector PIN）,得到电信号。之后经过低通滤波器（Low Pass Bessel Filter）滤除带外噪声，还原出该路电信号。武汉理工大学专业课程设
7、计 4课程设计说明书3武汉理工大学专业课程设计 4课程设计说明书43 仿真结果及分析 3.1 系统的特点及数据由于总共有 8 路信号，如果对其一一进行分析太过于麻烦，所以我选取了中心频率为 193.1THz 和中心频率为 193.5THz 这两路信号进行分析，通过分析可以知道系统的性能，同时也减少了工作量。在经波分复用器之前各路光谱信号是相互独立的，他们具有不同的频率以及相同的频率间隔，可以用光谱仪和 WDM 分析仪对各个信道的特性进行测量，同时可以测得输入信号的波形图，可以和输出波形作比较，从而可以估测系统的合理性。图 4 频率为 193.1THz 输出光信号频谱图图 5 频率为 193.1
8、THz 输入电信号频谱图武汉理工大学专业课程设计 4课程设计说明书5图 6 频率为 193.1THz 输出光信号功率图 7 频率为 193.5THz 输入电信号频谱图图 8 频率为 193.5THz 输出光信号频谱图图 9 频率为 193.5THz 输出光信号功率武汉理工大学专业课程设计 4课程设计说明书6经波分复用器之后，各个不同频率的光就进行了复合，为了测量其信道特性，可以用光谱仪和 WDM 分析仪对各个信道的功率进行测量，同时运用眼图及 Q因子的特性可以对系统的误差及特性进行评估。图 10 输出光信号功率图 11 输出光信号频谱图波分复用器的插入损耗计算由图 6，图 9，图 10，我们可
9、以求出波分复用器的插入损耗：1）对频率为 193.1THz 的信号来说用 WDM 分析仪测得数据算得的插损为：1.27E-2(dB)2）对频率为 193.5THz 的信号来说用 WDM 分析仪测得数据算得的插损为:1.4E-2(dB)武汉理工大学专业课程设计 4课程设计说明书7经波分解复用器之后，各个不同频率的光就进行了分离，为了测量其信道特性，可以用光谱仪和 WDM 分析仪对各个信道的功率进行测量，同时运用眼图及 Q 因子的特性可以对系统的误差及特性进行评估。图 12 中心频率为 193.1THZ 输出光信号频谱图图 13 中心频率为 193.1THZ 误码率 BER图 14 中心频率为 1
10、93.1THZ 眼图武汉理工大学专业课程设计 4课程设计说明书8图 15 中心频率为 193.1THZQ 因子图 16 中心频率为 193.1THZ 输出电信号频谱图图 17 中心频率为 193.1THZ 输出光信号功率武汉理工大学专业课程设计 4课程设计说明书9图 18 中心频率为 193.5THz 输出光信号频谱图图 19 中心频率为 193.5THz 误码率 BER图 20 中心频率为 193.5THz 眼图武汉理工大学专业课程设计 4课程设计说明书10图 21 中心频率为 193.5THzQ 因子图 22 中心频率为 193.5THz 输出电信号频谱图图 23 中心频率为 193.5THz 输出光信号功率3.2 系统的评估与分析串扰计算武汉理工大学专业课程设计 4课程设计说明书11通过对图 10,17,23 的图谱的分析及计算，我们可以求出频率为 193.1THZ 和频率为 193,5THZ 的信道串扰：1）频率为 193.1THz 信号对频率为 193.5THz 信道的串扰 由 WDM 分析仪测得的数据计算得出的串扰对 193.
