8信道波分复用

目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1基本原理1\o"CurrentDocument"1.1光波分复用系统简介1\o"CurrentDocument"1.2光波分复用系统的结构1\o"CurrentDocument"2建立模型描述2\o"CurrentDocument"2.1掺铒光纤放大器EDFA2\o"CurrentDocument"2.2阵列波导光栅波分复用器（AWG）2\o"CurrentDocument"2.3系统框图3\o"CurrentDocument"3仿真结果及分析5\o"CurrentDocument"3.1系统的特点及数据5\o"CurrentDocument"3.2系统的评估与分析11\o"CurrentDocument"4调试过程及结论13\o"CurrentDocument"4.1调试过程及步骤13\o"CurrentDocument"4.2结果分析14\o"CurrentDocument"5心得体会14\o"CurrentDocument"6参考文献15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0.8pm到1.7pm，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。2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：ArrayedWaveguideGrating）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，该复用器的核心是人可6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AL，对波长为入的信号，每个波导中产生一个相对相移2nAL/X，因此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入，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。2.3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(UserDefinedBitSequenceGenerator)和非归零码产生器(NRZPulseGenerator)产生电信号。电信号进过直接激光调制器(DirectlyModulatedLaserMeasured)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(PhotdetectorPIN)，得到电信号。之后经过低通滤波器(LowPassBesselFilter)滤除带外噪声，还原出该路电信号。3彷真结果及分析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。OscilloscopeVisualizerOpti5OscilloscopeVisualizer_8DblClickOnObjectstoopenproperties.MoveObjectswithMouseDrag厂InvertColorsrColorGradep<Eras耳一」省Era」rad蚩ONSmOpticalSpectrumAnalyzer_1DblClickOnObjectsto-openproperties.MoveObjectswithMouseDrago-n—ISignalIndex:AutoSet|Wavelength一Units:|m二|AutomaticrangeCenter:1.55253e-006mStart:1.5497e-006mStop:|l.5553E；e-lXlE；mAmplitudeUnits:|dBm[**Automaticrange号频谱图成Min:|-105.232dBmResolutionBandwidthRes:|LI.131nmVInvertColorsWDMAnalyzerFrequency(THz)SignalPower(dBm)NoisePower(dBm)193.16.7199908-34.479923Signallndex:|0弓-FrequencyUnits:[THz—3-PowerUnits:|dBm三|ResolutionBandwidth图6频率为193.1THz输出光信nm功＜0000图6频率为193.1THz输出光信nmrrr\\AnalysisDetails/图出ON-HEBS豆SignalIndex:|uAutoSetmStart:1.5465e-006m1.55214e-006mI11.377GOpticalSpectrumAnalyzer_3DblClickOnObjectstoopenproperties.MoveObjectswrthMouseDrag匠AutomaticrangeCenter:1.54932e-006Wavelength-Units:|m=]pCD_dErasPCDZ&苞Era」£黑ONsAmplitudeWAutomaticrange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图10输出光信号功率OpticalSpectrumAnalyzer波分复用由图6,BtErasP置」*EB」W*ON9,OpticalSpectrumAnalyzerDbl波分复用由图6,BtErasP置」*EB」W*ON9,OpticalSpectrumAnalyzerDblClickOnObjectstoopenproperties.MoveObjectswrthMouseDragSignalIndex:AutoSet-WavelengthUnits:mzlWAutomaticrangeSenter:1.54978e-006Start:1.53851e-006Stop:1.5E106e-00Emmm-AmplitudeUnits:|dBmAAutomaticrangeMax:Min:dBm|-1U5.387dBmResolutionBandwidth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)

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。OpticalSpectrumAnalyzer■o置」CDEEEEd6OpticalSpectrumAnalyzer_2DblClickOnObjectstoopenproperties.MoveObjectsv/ithMouseDragSignalIndex:AutoSetWavelengthUnits:|m二|研AutomaticrangeCenter:1.5529e-006mStart:1.48618e-006mStop:p61961e-LHJH由版1"。tactorMin.BtREyeHeight1D号O0071S339Th*catioldOOO3B272BItlMl.O3S&44SI—InvertCal^rvI-Eolor^radaLPatternsPattern1Pattern21»-O11lar-OlO.Cir>.1PatternG1e--OOOEyeDiagramAnalyzerMax.QFactor105.683Min.BER0EyeHeight0.00715339Threshold0.00582728DecisionInst.0.356445■1|l2■3|ShowregionX10Y10X20Y20H.histogramrr¥histogramr图Statistics厂H：Mean0H.Stdi..Oev.0H.Range0V.Mean0V..Std.Dev.0V.Range0OscilloscopeVisualizerOscilloscopeVisualizerDblClickOnObjectstoopenproperties.MoveObjectswithMouse-Drag0.00876367ColorGraderaumscdson翌ON+-EBSsWAutomaticrange-6.3998e-0W1.34396e-008AmplitudeWAutomaticrange-0.000431224WDMAnalyzerFrequencyi^THz)SignalPower(dBm}NoisePower(dBm)193.15.7433137-52.SB3753193.2-36.871766-91.9S5542193.3-49.&87099-100193.4-57.S69183-100193.5-59.137019-1001936-62.964976-100193.7-66.255914-100193.8-69.1736S5-100，l_图17中心频率为193.1THZ输出光ResolutionBandwidth|\AnalysisDetails/PowerUnits:|dBm三]SignalIndex:)1-1FrequencyUnits:[THz~Res:|0.W000信号功率nmOpticalSpectrumAnalyzerpOJdEES虽-岳-ffiEE-IEd悬NOpticalSpectrumAnalyzer_4DblClickOnObjectstoopenproperties.MoveObjectswithMouseDragWavelengthraJOT::I图18中心频率193.5THz输出光1.49?1.52?1.55?1.58?1.61?WagleiiSh(皿，昌BtKAnalyzerDblClickOnObjectstoopenproperties.MoveObjectswithMouseDrag0罗，0.40.6口户1Amplitude—Units:|dE!mOAutomaticranger~InvertColorsAutoSet厂ShowEyeDiagramMax.QFactor88.7064Min.BER0EyeHeight0.00540755Threshold0.00302054DecisionInst.0.392578AnalysisI〜InvertColorsI~ColorGrade厂PatternsPattern1心仲Pattern21&-011Pattern31e-0WPattern41e-0091e-008BEKrniMax.QFactor88.7064Mln,BER0EyesHeight000540755Thresihalcl000302054DecisionInst.(339557SI-InvertColor?IColorGrsd@L"HiEtagramBERAnalyzerWDM□BERAnalyzerblClickOnObjectstoopenproperties.MoveObjectswithMouseDrag0.20.40.60.81E3■s□n0-'L，.J■U-I■IXIa/图21中心频率〈为1935TIrQ1F1,乃、ZJA.〃Q/\4yVno--o020.40.60.81Time{bitperiod)|\QFactorRMinBER)\ThresholdHeightBERPattern/SignalIndex:p习AutoSet厂ShowEyeDiagramAnalysisMax.QFactor88.7064Min.BER0EyeHeight000540755Threshold0.00302054DecisionInst.0.392578「InvertColors「ColorGrade厂PatternsCalculatePatternsJ1Pattern1心?2Pattern2Pattern31e-010好ttern41e-009fr^ttern5心跖PatternsOscilloscopeVisualizer_7DblClickOn0bjectstoopenp「operties.MoveObjectswithMouseDragsignalinaex:AutoSet-AmplitudeWAutomaticrange0.00517483■0.0002535283.2系统的评估与分析串扰计算通过对图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193.5THz信号产生的串扰：104.9dB；2）频率为193.5THz信号对频率为193.1THz信道的串扰由WDM分析仪测得的数据计算得出的串扰对193.1THz信号产生的串扰：109.5dB；求Q值：由图15，图21可知，不论频率为193.5THz还是193.1THz，除了跳变点Q值很低外，在正常工作时，系统的Q值维持在80左右，说明其Q值比较高，系统性能比较好。求误码率：由图13，图19可知，不论频率为193.5THz还是193.1THz，除了跳变点误码率很高之外，在正常工作时，系统的误码率比较低，系统性能比较好。眼图结果分析：由图14,图20可以看出：两个频率的眼图的线迹都较细，“眼睛张开得较大，所以接收信号中的噪声较小；仿真结果分析1）对插入损耗的分析：由于本次实验加入了较长的光纤，所以只能测量经光纤传输前的插入损耗，因此其是在Optisystem系统下的理想状态完成的，所以免除了人为造成的误差。实验测得的插入损耗普遍较小，均低于0.1dB。不过，由光谱仪测得的数据中，计算得出的对频率高于193.5THz的信号（包括193.5THz）的插入损耗都是绝对值较小的负值。插入损耗为负值的含义是输出信号比输入信号强，显然，在没有添加放大器的情况下是不太可能的。而由WDM分析仪测得的数据算得的各路信道的插损普遍稳定在0.05dB左右。所以可以判定，由光谱仪测得的数据存在的绝对误差虽然较小，但还是比WDM分析仪略大。另外，光谱仪测得的输入信号是在复用器之前，WDM分析仪测得的数据是在复用器之后，这也可能产生一定的差异。2）对串扰的分析：从已得的结果可以发现，由光谱仪测得数据算出的串扰和由WDM分析仪测得数据算出的串扰虽然存在一定的差异，但相差不大。此外，各个频率的信号对相隔较近信道产生的串扰值较小，对相隔较远的信道产生的串扰值较大。这说明，对频率间隔相近的信道干扰较大，对频率间隔较远的信道干扰较小。4调试过程及结论4.1调试过程及步骤在本次试验中，需要输入8路光波信号，所以我们把光的频率分别设为193.1THZ到193.8THZ,把它们经过波分复用系统后，8路信号就合为了一路信号，通过测量合成信号的光信号功率，我们就可以对波分复用系统的优劣进行评估，确定是否需要修改；接下来，将合成信号经光纤进行传输，在光纤末端加上功率谱分析仪后，可测得输出的信号的光功率，会发现输出功率明显变小，为了补偿功率的损失，我们在发现前端加入了EDFA光纤放大器。将输出信号接入光解波分复用系统后，就可以还原出原光谱信号。应用光谱分析仪以及WDM光功率分析仪，我们就能求出光波分复用和解波分复用系统的性能。而如何设计发光二极管的发光频率以及各频率之间的差值，如何设计光纤长度以及EDFA光纤发大器的长度，将会对整个系统产生很大的影响。如果想要得到更好的实验效果，我们还可以加入色散补偿光纤来进行色散补偿。为了较好的还原出基带电信号，需要将光电转换后的电信号通过低通滤波器来进行滤波处理，合理的设计低通滤波器的通频带也会对实验结果产生比较大的影响。在本次实验中，一些元器件的具体参数设置如下所示（1）比特发生器的比特率为2.5Gbit/s；（2）直接激光调制器的功率为10dBm，消光比（注11）为1