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1、武汉工程大学课程设计课题名称：基于Optisystem的WDM骨干网系统设计专业班级：学生学号：学生姓名：学生成绩：指导教师：张老师课题工作时间：201111 至 2011.1.8、课程设计的任务和要求要求：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。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
2、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、进度安排1、2011.1.1-2011.1.22、2011.1.3-2011.1.53、2011.1.6-2011.1.74、2011.1.83、画出双光纤保护环的结构设计图熟悉软件分析资料、提出设计方案讨论、修改方案，写出初稿定稿交稿三、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.郑小歪.OptiSystem 7入门讲义.3孙学康，张众蔡.光纤通信技术【M
3、】.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：人民邮电版 社。2002.5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.指导教师签字：张庆堂年 月日教研室主任签字：年 月日四、课程设计摘要（中文）摘要：分析了波分复用（WDM）技术与系统的设计原理，介绍了 Optisystem软件强 大的仿真功能。在此基础上，给出了基于Optisyste
4、m的波分复用光链路仿真模型的搭 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， 进而得出相关结论。关键词: 光纤通信；WDM； Q因子；Optisystem五、课程设计摘要（英文）Abstract :The design principle of WDM is given and analyzed， and the powerful simulation function of the Optisystem software is described o The simulation mo
5、del of the WDM based on the Optisystem is presented according to the above principle. The simulation 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，Key W0rds ：optical fiber co
6、mmunication， WDM， Q factor， BER， optisystem指导教师评分评价内容具 体 要 求权重得分调查论证能独立查阅文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课 题的实施方案；有收集、加工各种信息及获得新知识的能力。10实践能力独立设计、计算、绘图的能力（课程设计）能正确选择研究（实验）方法，独立进行研究的能力（学年论文）15分析解决问题能力能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题（课程设计）；或能对课题进行理论分析，得出有价值的结论（学年论文）。15工作量、工作态度按期圆满完成规定的任务，工作量饱满，难度较大，工作 努力，遵守纪律；工作作风严谨务实。10质量综述简练
7、完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨 合理（或设计过程完整，设计内容完全）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；论文（设计）结果有参考价值。40外语和计算机应用能力在课程设计或学年论文中，能够体现外语和计算机的应用 能力。5创新工作中有创新意识；对前人工作有改进或独特见解。5综合评语指导教师签字：年 月 日答辩记录记录人（签字）：年 月 日答辩意见及答辩成绩答辩小组教师（签字）：年 月 日课程设计总评成绩：（指导教师评分X 80%+答辩成绩X 20% ）基于 Optisystem的WDM骨干网系统设计摘要：分析了波分复用(WDM)技术与系统的
8、设计原理，介绍了 Optisystem软件强大的仿真功能。在此基础上，给出了基于Optisystem的波分复用光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，进而得出相关结论。关键词:光纤通信；WDM； Q因子；Optisystem0.引言随着Internet的迅猛发展.因特网业务和其它新型数据通信业务在整个世界范围内得到了 极大应用.这就对整个通信骨干网的传送带宽提出了很大的要求，并出现了光纤耗尽现象和对 带宽的无限渴求。波分复用技术(WDM)满足了点对点系统中光纤耗尽
9、现象.它可以在节省30% 到50%的成本情况下，极大的提供光纤中的传输容量。利用波分复用技术对网络的升级、发 展宽带新业务、充分挖掘和利用光纤带宽能力。特别是在实现超高速通信具有十分重要的意义。1. 波分复用(WDM)技术的关键1.1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g(w ) =g 01 + (一气)2 T22 + PP它表示有源区单长度获得的增益，单位是1/m。式中g)，是由放大器泵浦电平决定的峰
10、值 增益，是入射信号光频，0是介质原子跃迁频率，P是正在放大的信号光频率，P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。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G (dB )=10 lgPoutPinP是输出信号功率，P是输入信号功率。噪声指数（Fn）是对信噪比（SNR） F = 油七outinn （SNB）out（SNB）讯是光放大前的信噪比，（SNB）&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主要用作功率放大器、线路放大器以及前置放大
11、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 波长合适，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，以及成本较高。1.2色散补偿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，目前常用的色散补偿技术有电子色散
12、补偿、前补 偿技术、负色散光纤补偿、光滤波器补偿等，其中是色散补偿光纤最为常用，但其损耗较大， 有效面积比较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。光纤非线般很难补 偿，所以在实际的工程中，要合理设置
13、入纤功率，尽量使用分布反馈光放大器，同时结合色散 管理。最大限度地降低非线性效应2、波分复用(WDM)的结构及仿真模型Optisystem是 一个创新的光通信系统仿真软件.可在光网络物理层上对光学链路进行从器 件到系统的设计、测试和优化。如TDM / WDM SDH光孤子通信等。本系统采用Optisystem 软件搭构模型及仿真。在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A / D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D/A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
14、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.使某个波长从指定的输入端口 l到一个指定的输 出端口。3. 实验设计3.1基本思路该系统中采用光纤分布式数据接口(FD
15、DI： Fiber Distributed Data Interface):使用 双环令牌，传输速率可以达到100Mbps。由于支持高宽带和远距离通信网络，FDDI通常用作 骨干网。使用双环架构，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。使用双环的用意是能够提供较高的可靠性和健 壮性。图 1 双环结构，superior reliability and robustness3.2设计过程如图2是采用FDDI双环结构的4个城市之间的光纤传输线路，其中采用了多分复用技 术。外部输入信号与城市D传来的信号一起耦合输入城市A，城市A由子系统Ci
16、ty A outside 和子系统City A inside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。如图2外环的传输方向是由城市A依次经过城市B、城市C、城市D。 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。Crty B ins-idsCity A ins deMLaDh-ZehradlerI DutpLrt: 口ptiwl 汕wl |Grty G insdeCtry D outsideSwitch SSelect kJ n = 1CW LaserFrequervcv = 193.1 THzPower =
17、0 dBmPseLtixj-Raradbm Eit Sa邛mnse GcNRZ PuIes Gensrator Brt rate = Brt rateOptical Rirxi Controller Number of bops = 1Ctry 0 ins ideCrty B eurts应Crty G outside图2、四个城市之间的光纤传输线路子系统City A outside表示城市A的外环线路设计，子系统City A inside表示城市A的内环线路。子系统City B outside表示城市B的外环线路设计，子系统City B outside表示城市B的内 环线路。子系统CityCo
18、utside表示城市C的外环线路设计，子系统CityCoutside表示城市C的内 环线路。子系统City Doutside表示城市D的外环线路设计，子系统City Doutside表示城市D的内 环线路。其中子系统City A outside的内部结构如图3,子系统City A inside的内部结构如图4。其 他的子系统内部结构与其类似。Sife&efn:A oJEldeSssnjTi Maljzer网eRanttam Bl SecuNIRZ Aulse raEe-BR rane 土&岫CW Laser 1FTeoxj - 1932 THzFOwer-Q (EmRx ID.mIvWbZeh
19、TtterModJlarar 1cmQ的leal Fiber 1Length -23 时cfLDFfli ioeai 1Lenglh -10 时 Power -10 d3nNoise T&jre - 1 -15*jr晅。|恒1 receterserani 跌 rojoh irecpency a.75 - se 面理 Hzixiai Fiber- kn EDr ideal Power- 1Q con Noi&e T&jre - 1 asLoco CorlrulNkrnser of looos- 16-七口irt口顷：Optioml i口囱 IIii【deal MjaSwtdiSeles bn -
20、 1图3子系统City A outside的内部结构图4子系统City A inside的内部结构4,性能评估系统性能的判定方法有很多，一般有这样几种：（1）功率代价法，（2）信噪比（SNR）法，(3) 系统Q因子法。本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，BER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.系统眼图由这四个城市的系统仿真可得到如图5所示的眼图，这是城市D的外环接收到的信号的眼 图。图5系统眼图可以看出Q因子随着眼图的张开程度大小做如下变化：越靠近
21、眼图张开最大处，其Q因 子越大，对应的BER就越小。如图5所示的Q因子及比特率显示该系统的性能总体来说良好。4.2.系统频谱图由这四个城市的系统仿真可得到如图6所示的眼图，这是城市D的外环接收到的信号的频 谱图。5 Optical Spectrum Analyzer_3Dbl Click On Objects to open poperties. Move Objects with Mouse DragSignal Index: 0Auto Set盘2一已 aluraCT3dWavelengtli 皿Units: |m二|行 Automatic rangeCenter:Start:1.5524
22、5e-006 m1.48623e-006 mStop:1.61867e-006 mWavelengthAmplitude Power Power X Power Y /Automatic range Maw: |-11-6401 Min: |-104.203| dBmdBmdBmI- Resolution BandwidthRes: |001 nmInvert ColorsOptical Spectrum Analyzer图6系统频谱图5.结论本文用OptiSystem软件对双光线保护换结构实现了最简单、基础的传输路径。通过对WDM系统的仿真， 验证了其工作原理。并得到了较为理想的系统眼图昶因
23、子曲线，从而验证TWDM系统的正确性和设计方案 的可行性0 WDM系统提高了信道的利用率。极大地影响了整个通信网络的性能.因此波分复用的研发具有极 其可贵的应用价值。参考文献1杨祥林.光纤通信系统.国防工业出版社，2000年.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：人民邮电版礼2002.5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.
