1、實驗一光通訊系統WDM系統設計一.實驗目的 1.了解光通訊系統WDM系統的組成； 2.學會掌握使用optisystem仿真軟件；二.實驗原理（1）WDM系統的基本構成 WDM系統的基本構成主要分雙纖單向傳輸和單纖雙向傳輸兩種方式。單向WDM是指所有光通路同時在一根光纖上沿同一方向傳送，在發送端將載有各種信息的具有不同波長的已調光信號通過光延長用器組合在一起，并在一根光纖中單向傳輸，由于各信號是通過不同波長的光攜帶的，所以彼此間不會混淆，在接收端通過光的復用器將不同波長的光信號分開，完成多路光信號的傳輸，而反方向則通過另一根光纖傳送。雙向WDM是指光通路在一要光纖上同時向兩個不同的方向傳輸，所用

2、的波長相互分開，以實現彼此雙方全雙工的通信聯絡。（2）雙纖單向WDM系統的組成 以雙纖單向WDM系統為例，一般而言，WDM系統主要由以下5部分組成：光發射機、光中繼放大器、光接收機、光監控信道和網絡管理系統。 1.光發射機 光發射機是WDM系統的核心，除了對WDM系統中發射激光器的中心波長有特殊的要求外，還應根據WDM系統的不同應用（主要是傳輸光纖的類型和傳輸距離）來選擇具有一定色度色散容量的發射機。在發送端首先將來自終端設備輸出的光信號利用光轉發器把非特定波長的光信號轉換成具有穩定的特定波長的信號，再利用合波器合成多通路光信號，通過光功率放大器（BA）放大輸出。 2.光中繼放大器 經過長距離

3、（80120km）光纖傳輸后，需要對光信號進行光中繼放大，目前使用的光放大器多數為摻鉺光纖光放大器（EDFA）。在WDM系統中必須采用增益平坦技術，使EDFA對不同波長的光信號具有相同的放大增益，并保證光信道的增益競爭不影響傳輸性能。 3.光接收機 在接收端，光前置放大器（PA）放大經傳輸而衰減的主信道信號，采用分波器從主信道光信號中分出特定波長的光信道，接收機不但要滿足對光信號靈敏度、過載功率等參數的要求，還要能承受一定光噪聲的信號，要有足夠的電帶寬性能。 4.光監控信道 光監控信道的主要功能是監控系統內各信道的傳輸情況。在發送端插入本節點產生的波長為s（1550nm）的光監控信號，與主信道

4、的光信號合波輸出。在接收端，將接收到的光信號分波，分別輸出s（1550nm）波長的光監控信號和業務信道光信號。幀同步字節、公務字節和網管使用的開銷字節都是通過光監控信道來傳遞的。5.網絡管理系統 網絡管理系統通過光監控信道傳送開銷字節到其他節點或接收來自其他節點的開銷字節對WDM系統進行管理，實現配置管理、故障管理、性能管理、安全管理等功能。（3）OptiSystem是一款創新的光通訊系統模擬軟件包，它集設計、測試和優化各種類型寬帶光網絡物理層的虛擬光連接等功能于一身，從長距離通訊系統到 LANS和MANS都使用。一個基于實際光纖通訊系統模型的系統級模擬器，OptiSystem具有強大的模擬環

5、境和真實的器件和系統的分級定義。它的性能可以通過附加的用戶器件庫和完整的界面進行擴展，而成為一系列廣泛使用的工具。全面的圖形用戶界面控制光子器件設計、器件模型和演示。巨大的有源和無源器件的庫包括實際的、波長相關的參數。參數的掃描和優化允許用戶研究特定的器件技術參數對系統性能的影響。因為是為了符合系統設計者、光通訊工程師、研究人員和學術界的要求而設計的，OptiSystem滿足了急速發展的光子市場對一個強有力而易于使用的光系統設計工具的需求。 優點 投資風險大幅度降低，快速投入市場 快速、低成本的原型設計 系統性能的全面認識 輔助設計容差參數的參數靈敏性評估 面向用戶的直觀的設計選項和腳本 直接

6、存取大規模的系統特征數據 自動的參數掃描和優化 應用 OptiSystem允許對物理層任何類型的虛擬光連接和寬帶光網絡的分析，從遠距離通訊到MANS和LANS都適用。三.系統設計思路 一個4節點2信道的WDM環形網，其主干網上傳輸1551.0nm和1551.8nm兩個信號，節點1與節點3之間在信道一（1551.0nm）通信，節點2與節點4之間在信道二（1551.8nm）通信。 這4個節點可以分別用4個ADM實現兩信號的引出與插入。利用一根光纖可以同時傳輸多個不同波長的光載波，而每個光載波可以通過頻分多路復用（FDM）或時分多路復用（TDM）方式，各自承載多路模擬或多路數字信號，從而實現主干網中

7、的兩個不同信號同時傳輸。其基本原理是在發送端將不同波長的光信號組合起來（復用），并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進行傳輸2。 用波分復用器（WDM）將1551.0nm和1551.8nm的兩信號耦合進主干網傳輸，由于環形網絡無介入端口，可利用一個Initialzer將1551.0nm和1551.8nm的兩信號諸如主干網絡中。此時應用光譜儀檢測，環形網絡中的任意點都有兩個信號在傳輸。但是外接的信號輸入使ADM端本地輸入端口輸入的信號沒有了意義，也無法實現節點1與3或節點2與4之間的通信無法實現了。基于這樣的分析，就無需外接信號輸入了。 在節點1和3處，通過ADM的一個本地輸出端口將波長為1551.

8、0nm的信號引出，同時另一本地端口插入經調制后的同一波長的信號，從而實現節點1與3之間在信道一（155.0nm）通信。節點2與4在信道二（1551.8nm）通信的原理與此相同。 在傳輸器件庫中選用了連續激光器（CW Laser）作為光源，應用馬赫-曾德爾調制器對信號進行調制，將調制后的信號插入ADM；在觀察儀器庫中，選用光譜分析儀來跟蹤觀測光路中各點的光譜特性。為評價所建仿真系統模型的綜合性能，在兩個信道間接入了眼圖分析儀，分析Q因子及誤碼率等系統性能參數。 整個環行通信系統由環路控制器（Ring Controller）控制，通過設定環路控制器的循環數，控制環形網絡數據傳輸的次數，再此過程中實

9、現網絡信息傳輸及不同節點同一信道間的通信。循環結束后，控制器端口斷開，斷開處無信號。四.系統結構利用OptiSystem成功模擬出了4節點2信道的WDM城域環形網絡。節點1與3處的激光器經外調制后產生1551.0nm的光載波信號，再通過ADM的本地輸入端口耦合進色散補償光纖（DCF）進行傳輸，途中使用摻鉺光纖放大器（EDFA）進行中繼放大。節點2與節點4傳輸的1551.8nm信號同理。系統結構如圖1所示。圖1 系統結構圖五.系統的仿真結果分析針對該環形網絡中存在的典型現象進行分析，主要涉及環形主干網中的兩路信號同時傳輸的檢測、節點1與3之間或節點2與4之間傳輸信號的檢測、系統的眼圖、Q因子及B

10、ER分析。 信號檢測該環形網絡中采用Mach-Zehnder（馬赫-曾德爾）外調制其對CW Laser激光器光源進行調制，分別產生中心頻率為1551.0nm和1551.8nm波長的光載波。這兩種信號通過ADM從不同節點插入后在同一根光纖中傳輸，如圖2所示。系統眼圖為了綜合評價整個系統的傳輸性能3，在節點1與3之間以及節點2與4之間接入了BER，通過眼圖分析此通信系統的Q因子及誤碼率。節點1與3之間的眼圖如圖5所示，節點2與4之間的眼圖如圖6所示。圖5 節點1與3之間（1551.0nm信道）的眼圖圖6 節點2與4之間（1551.8nm信道）的眼圖 在光通信系統中，特別是WDM系統中，BER是衡量

11、光路性能的重要指標之一。通常，作為一個品質因數，采用信號的Q因子來衡量系統傳輸的質量，并由它來表征系統的BER，Q因子被定義為在最佳判決點信號與噪聲的比值4。從眼圖上可以觀察出碼間串擾的強弱。由眼圖可知，Q因子隨眼圖的張開程度作如下變化：越靠近眼圖張開最大處，其Q因子越大，對應的BER就越小。圖4、圖5先示，在眼圖張開最大時刻其Q因子分別達到了6.26054、6.2421。因為當Q=6時，BER約為10-9；當Q=7時，對應的BER約為10-12。因此該系統的性能不算太差。六.實驗感想通過對WDM城域環形通信系統的仿真，得到了較為理想的系統眼圖和Q因子曲線，從而驗證了WDM系統的正確性和設計方

12、案的可行性。WDM系統提高了信道的利用率，極大地影響了整個通信網絡的性能，因此波分復用的研發具有極其可貴的應用價值。實驗二EDFA+WDM通信系統實驗一.實驗目的1. 了解摻鉺光纖放大器的主要性能。2. 使用OptiSystem模擬仿真EDFA+WDM系統的各項性能參數，并進行分析。 二.實驗原理EDFA是英文“Erbium-doped Optical Fiber Amplifer”的縮寫,意即摻鉺光纖放大器，是一種對信號光放大的一種有源光器件。摻餌光纖放大器的誕生是光纖通信領域革命性的突破，它使長距離、大容量、高速率的光纖通信成為可能，是DWDM系統及未來高速系

13、統、全光網絡不可缺少的重要器件。其研發和應用，對光纖通信的發展有著重要的意義。在我國，武漢郵科院研制開發的EDFA系列產品，是目前唯一的國產商用化產品，并已大量應用到工程中。三.實驗步驟八組外部調變激光、WDM Mux8X1(八對一的分波多任務器)、Mach-zehnder modulator馬赫輪德爾調變器光纖、摻鉺光纖放大器EDFA、控制循環LOOP control、WDM demux 1x8一對八的分波解多任務器，使用光時域觀測器和分波多任務分析儀獲取每個信道的信號頻譜和總功率。步驟：1 從組件庫中選擇Default >Optical Fibers Library2 把Optica

14、l Fiber 拖曳到Main layout3 從組件庫中選擇Default > Amplifiers Library > Optical > EDFA4 把EDFA Ideal拖曳到Main layout5 把EDFA參數中的Optical Mode改成Power Control6 把Optical Fiber 輸出端和EDFA Ideal輸入端相連7 從組件庫中選擇Default > Tools library8 把Loop control拖曳到Main layout9 把WDM Mux8X1輸出端連到Loop control輸入端10 把EDFA Ideal輸出端

15、連到Loop control第二個輸入端，并把Optical Fiber輸出端連到EDFA Ideal輸入端11 從組件庫中選擇Default >Optical Fibers Library12 把Optical Fiber 拖曳到Main layout13 從組件庫中選擇Default > WDM Multiplexers Library > Demultiplexers14 把WDM DeMux8X1拖曳到Main layout15 把Loop control輸出端連到WDM DeMux8X1輸入端16 從組件庫中選擇Default > Visualizer Library > Optical17 把Optical spectrum analyzer拖曳到Main layout18 把Optical time domain visualizer拖曳到Main layout19 把WDM Analyzer拖曳到Main layout20 把每個觀測的輸入端連到WDM DeMux8X1的第一個輸出端21 執行模擬：點擊calculate 按鈕，點擊 Run 按鈕22 雙擊