基于OptiSystem的WDM环形网的设计与分析

武汉工程大学（课程设计论文）课题名称：基于OptiSystem的WDM环形网的设计与分析专业班级：07光信02班学生学号：0709020218学生姓名：马妮学生成绩：指导教师：张庆堂课题工作时间：2010年06月28至2010年07月08四、课程设计摘要（中文）摘要介绍了波分复用（WDM）城域环形网的设计思路，阐述了OptiSystem软件对该系统的仿真结果，并分析了该通信网络的传输特性及Q因子、误码率等参数，验证了该网络的正确性及可行性，进而得出相关结论。关键词：OptiSystem；WDM；Q因子；误码率五、课程设计摘要（英文）AbstractIntroducedthewavelengthdivisionmultiplying(WDM)theMANringsystem'sdesignmentality,elaboratedtheOptiSystemsoftwaretothissystem'ssimulationresult,andhasanalyzedthisparameters,thecommunicationnetworktransmissioncharacteristic,Qfactor,BER,hasconfirmedthisnetworkaccuracyandthefeasibility,thendrawstherelatedconclusion.Keywords:OptiSystem；WDM；Qfactor；BER六、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：年月日七、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×80%+答辩成绩×20%）基于OptiSystem的WDM环形网的设计与分析0引言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都适用。OptiSystem具有强大的模拟环境和系统的分级定义，是一个基于实际光纤通讯系统模型的系统级模拟器。文中利用OptiSystem软件成功模拟出了一个4节点2信道的WDM(波分复用)城域环形网络，同时实现了在不同节点同一信道间的通信。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，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。波分复用技术(WDM)满足了点对点系统中光纤耗尽现象,它可以在节省30％～50％的成本情况下极大地提供光纤中的传输容量。利用WDM技术对网络的升级、发展宽带业务、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]。1系统设计思路一个4节点2信道的WDM环形网，其主干网上传输1551.0nm和1551.8nm两个信号，节点1与节点3之间在信道一（1551.0nm）通信，节点2与节点4之间在信道二（1551.8nm）通信。这4个节点可以分别用4个ADM实现两信号的引出与插入。利用一根光纤可以同时传输多个不同波长的光载波，而每个光载波可以通过频分多路复用（FDM）或时分多路复用（TDM）方式，各自承载多路模拟或多路数字信号，从而实现主干网中的两个不同信号同时传输。其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来（复用），并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输[2]。用波分复用器（WDM）将1551.0nm和1551.8nm的两信号耦合进主干网传输，由于环形网络无介入端口，可利用一个Initialzer将1551.0nm和1551.8nm的两信号诸如主干网络中。此时应用光谱仪检测，环形网络中的任意点都有两个信号在传输。但是外接的信号输入使ADM端本地输入端口输入的信号没有了意义，也无法实现节点1与3或节点2与4之间的通信无法实现了。基于这样的分析，就无需外接信号输入了。在节点1和3处，通过ADM的一个本地输出端口将波长为1551.0nm的信号引出，同时另一本地端口插入经调制后的同一波长的信号，从而实现节点1与3之间在信道一（155.0nm）通信。节点2与4在信道二（1551.8nm）通信的原理与此相同。在传输器件库中选用了连续激光器（CWLaser）作为光源，应用马赫-曾德尔调制器对信号进行调制，将调制后的信号插入ADM；在观察仪器库中，选用光谱分析仪来跟踪观测光路中各点的光谱特性。为评价所建仿真系统模型的综合性能，在两个信道间接入了眼图分析仪，分析Q因子及误码率等系统性能参数。整个环行通信系统由环路控制器（RingController）控制，通过设定环路控制器的循环数，控制环形网络数据传输的次数，再此过程中实现网络信息传输及不同节点同一信道间的通信。循环结束后，控制器端口断开，断开处无信号。2系统结构文中利用OptiSystem成功模拟出了4节点2信道的WDM城域环形网络。节点1与3处的激光器经外调制后产生1551.0nm的光载波信号，再通过ADM的本地输入端口耦合进色散补偿光纤（DCF）进行传输，途中使用掺铒光纤放大器（EDFA）进行中继放大。节点2与节点4传输的1551.8nm信号同理。系统结构如图1所示。图1系统结构图其中xindao1.3和xindao2.4为：Subsystem2和Subsystem3为：整个主干环形通信系统由4个ADM，4组DCF和EDFA，1个环路控制器构成。3系统的仿真结果分析针对该环形网络中存在的典型现象进行分析，主要涉及环形主干网中的两路信号同时传输的检测、节点1与3之间或节点2与4之间传输信号的检测、系统的眼图、Q因子及BER分析。3.1信号检测该环形网络中采用Mach-Zehnder（马赫-曾德尔）外调制其对CWLaser激光器光源进行调制，分别产生中心频率为1551.0nm和1551.8nm波长的光载波。这两种信号通过ADM从不同节点插入后在同一根光纤中传输，如图2所示。图2主干网络中的两路信号通过ADM从系统中引出信号，实现同一信道两节点间的通信。节点1与3之间传输的信号如图3所示，节点2与4之间传输的信号如图4所示。图3节点1与3之间传输的信号中心波长图4节点2与4之间传输的信号中心波长3.2系统眼图为了综合评价整个系统的传输性能[3]，在节点1与3之间以及节点2与4之间接入了BER，通过眼图分析此通信系统的Q因子及误码率。节点1与3之间的眼图如图5所示，节点2与4之间的眼图如图6所示。图5节点1与3之间（1551.0nm信道）的眼图图6节点2与4之间（1551.8nm信道）的眼图在光通信系统中，特别是WDM系统中，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因子来衡量系统传输的质量，并由它来表征系统的BER，Q因子被定义为在最佳判决点信号与噪声的比值[4]。从眼图上可以观察出码间串扰的强弱。由眼图可知，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。图4、图5先示，在眼图张开最大时刻其Q因子分别达到了6.26054、6.2421。因为当Q=6时，BER约为10-9；当Q=7时，对应的BER约为10-12。因此该系统的性能不算太差。4结束语通过对WDM城域环形通信系统的仿真，得到了较为理想的系统眼图和Q因子曲线，从而验证了WDM系统的正确性和设计方案的可行性。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。该系统可作进一步的改进，在仿真模型的设计中考虑系统各个部分的损耗及色散等的影响，从而对系统参数进行优化设置，可以达到改善系统的目的，使系统更具有实际应用价值。【参考文献】[1]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，2004.[2]B.Mukherjee.WDMopticalcommunicationnetworks:progressandchallenges[J].IEEEJournalSelectedAreasinCommunications,2000,18(10):1810~1824[3]张宝富，刘忠英，万谦．现代光纤通信与网络教程[M]．北京：人名邮电出版社，2002.[4]张成良．光通信系统Q因子测量和原理[J]．电信工程技术与标准化，2001，(4)．