WDM骨干网系统设计课程设计.doc

武汉工程大学课程设计论文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： 2011.1.1 至 2011.1.8 一、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 3、画出双光纤保护环的结构设计图 二、进度安排 1、2011.1.1-2011.1.2 熟悉软件 2、2011.1.3-2011.1.5 分析资料、提出设计方案 3、2011.1.6-2011.1.7 讨论、修改方案，写出初稿 4、2011.1.8 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.2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：人民邮电版社。20025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；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。The simulation model of the WDM based on the Optisystem is presented according to the above principleThe simulation results such as Q factor and BER are given and deeply analyzed，the exactness and the possibility of WDM are verifiedIn the end the corresponding conclusion is presented，Key words :optical fiber communication，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80%+答辩成绩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 它表示有源区单长度获得的增益，单位是1/m。式中，是由放大器泵浦电平决定的峰值增益，是入射信号光频，是介质原子跃迁频率，P 是正在放大的信号光频率，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 是输出信号功率，是输入信号功率。噪声指数（Fn）是对信噪比（SNR）是光放大前的信噪比，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TDMWDM、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AD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DA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（FDDI：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传来的信号一起耦合输入城市，城市由子系统City A outside和子系统City Ainside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。如图外环的传输方向是由城市依次经过城市、城市、城市。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。 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表示城市的外环线路设计，子系统City B outside表示城市的内环线路。 子系统Cityoutside表示城市的外环线路设计，子系统Cityoutside表示城市的内环线路。 子系统Cityoutside表示城市的外环线路设计，子系统Cityoutside表示城市的内环线路。其中子系统City A outside的内部结构如图，子系统City A inside的内部结构如图。其他的子系统内部结构与其类似。 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。 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