【《基于光纤光栅的OADM仿真分析案例》3800字】

基于光纤光栅的OADM仿真分析案例1.1三波长可调型OADM系统1.1.1结构与原理大多数普通光纤光栅光分插复用器都难以实现随意多波长复用，因此设计三波长可调谐型OADM，它能够实现一组多波长信号在任意位置进行多波长灵活上传下载的功能。系统结构：三波长可调型OADM由光纤光栅、光环行器、可调谐光纤光栅和耦合器组成，图1.1为结构图。图1.1三波长可调OADM工作原理：从输入端输入波长为λ1、λ2、λ3的复合信号，通过环行器C1，然后被光纤布拉格光栅FBG1、FBG2和FBG3反射至可调谐光栅FBG4，设定FBG4中心谐振波长为λ1，复合信号中相应波长信号就会被反射，回路通过C1下载端完成下载，剩下波长的光通过FBG4到C2，假设这时在上传端口上传被反射的λ1信号，就能够实现λ1信号的复用。而重新组合的λ1、λ2、λ3复合信号经可调谐光栅FBG5，对应λ2信号完成反射，回路通过C2下载端完成下载；剩下λ1、λ3波长经FBG5到C3，假设这时在C3上传端口上传被反射的λ2信号，就能够实现λ2信号的复用。同理可知，经可调谐光栅FBG6能够实现λ3信号的下载及复用。由此可得，要想实现任意波长信号的下载复用，只需要调节可调谐光纤光栅FBG4、FBG5、FBG6的中心波长即可，同时，若无需下载复用，可以把FBG4、5、6中心波长调节至与传输波长不同。1.1.2仿真实验分析通过Optisystem对三波长可调型OADM系统进行仿真，系统仿真图如1.2。图1.2三波长可调OADM仿真参数设置：光发送机设置成0dBm，光发射端输入三路波长信号，分别为λ1是191.0THz，λ2是191.4THz，λ3是191.7THz。信号传输速率是10Gbit/s。光纤光栅反射率是0.99，环行器的插入损耗是0.5dB，其余器件参数默认。FBG1和FBG4的反射波长与λ1对应，也就是191.0THz，FBG2和FBG5的反射波长与λ2对应，也就是191.4THz，FBG3、6的反射波长与λ3对应，也就是191.7THz。运行仿真，频谱图如下：图1.3光输入端复合信号图1.4(a)C1下载的信号 图1.4(b)通过FBG4的信号图1.4(c)C2处耦合信号图1.4(d)C2下载的信号图1.4(e)通过FBG5的信号 图1.4(f)C3处耦合信号图1.4(g)C3下载的信号 图1.4(h)通过FBG6的信号图1.4(i)C4处耦合信号图1.4(j)输出端的信号图1.3是输入端λ1、λ2、λ3的频谱图，图1.4（a）是被FBG4反射之后于C1处下载的λ1，图1.4（b）是通过FBG4后的λ2、λ3，图1.4（c）再次上传λ1后耦合信号频谱。由此可见，设置FBG4的中心波长为λ1，可以轻松完成λ1的上下载。图1.4（d）是被FBG5反射之后于C2处下载的λ2，图1.4（e）是通过FBG5后的λ1、λ3，图1.4（f）是再次上传λ2后耦合信号频谱。由此可见，设置FBG5的中心波长为λ2，可以轻松完成λ2的上下载。图1.4（g）是被FBG6反射之后于C3处下载的λ3，图1.4（h）是通过FBG6后的λ1、λ2，图1.4（i）是再次上传λ3后的合路信号频谱。由此可见，设置FBG6的中心波长为λ3，可以轻松完成λ3的上下载。图1.4（j）为输出端频谱图，从图中得到，信号串扰约﹣24dB，并且没有失真，说明三波长可调型OADM系统性能良好，能够很好地还原信号。综上所述，使用三波长可调型OADM，能够完成随意多波长上下载和复用。1.2应用光纤光栅OADM的WDM网络带宽的需求在光网络的发展中日益增加，WDM即波分复用是一项能够改善带宽的重要手段，如果光分插复用器能够完全兼容WDM，其应用前景则会及其可观。1.2.1结构设计与仿真参数设置把光纤光栅OADM应用在传输速率为10Gbps的WDM光网络中，它的结构图如图1.5。图1.5应用光纤光栅OADM的WDM网络系统系统结构：应用光纤光栅OADM的WDM网络系统由光发射端口、密集波分复用系统（含复用耦合器和解复用器）、光纤光栅、环行器、光配线网络（含光分路器和光纤）和光接收单元构成。参数设置：光发送机设置成0dBm，输入三路信号，波长分别为λ1是191.0THz，λ2是191.4THz，λ3是191.7THz。传输速率：10Gbit/s，光纤长度：10km，衰减：0.25dB/km反射率：0.99，环行器的插入损耗：0.5dB。工作原理：信号经波分复用器耦合进入环行器输入端，与反射波长相同的信号则被反射至第一个环行器，进入下载端完成波长的下载，然而其余和反射波长不同的信号就不会受到影响，经过FBG后通过环行器输出。将光纤光栅的反射波长λn和波长λ1对应，即为191.0THz，则能够完成第一路信号的波长下载。同理可得，若将光纤光栅的反射波长与波长λ2和λ3对应时，那么就能完成第二路和第三路信号的波长下载。在OptiSystem中对应用光纤光栅OADM的WDM网络系统进行仿真，其仿真图如图1.6。图1.6应用光纤光栅OADM的WDM网络仿真1.2.2仿真结果分析利用Optisystem完成应用光纤光栅OADM的WDM网络的仿真后，得到以下分析图，通过它们可以验证应用光纤光栅OADM的WDM网络的兼容性和可行性。图1.7WDM耦合后的λ1、λ2、λ3信号图1.8(a)FBG反射后下载的λ3信号图1.8(b)通过FBG后的λ1、λ2信号图1.8(c)上载后通过环行器的λ1、λ2、λ3信号光纤光栅的反射波长λn是191.0THz，图1.7是三路信号经过WDM耦合后的λ1、λ2、λ3总信号光谱，图1.8（a）是反射后的λ3光谱，图1.8（b）是通过FBG的λ1、λ2光谱，图1.8（c）是上载对应波长后，经过第二个环行器的λ1、λ2、λ3信号光谱。由频谱分析图能够得出，该系统光网络中的OADM性能良好。在实现特定信号下载时，图1.8（a）中显示邻道串扰为-26dB，说明光纤光栅OADM的信号串扰水平能满足国际电信联盟电信标准分局对波分复用网络的实际要求。图1.9接收端误码率分析图1.9是光网络单元接收端的误码率分析图，从图中能够得出误码率是1.187*10-16，Q值是8.05265，可以看出系统性能较强，光纤光栅光分插复用器能够完全兼容系统，光分插复用器和WDM光网络之间的兼容性很好，助于光网络平滑升级。光分插复用器能够在WDM光网络中灵活完成频谱上下载功能，最终使得网络利用率以及波长灵活度得以增加。1.3基于组合型光纤光栅OADM的WDM网络基于光纤光栅OADM是光纤光栅和光环形器构成的，它具有工艺简单、插入损耗小等特点。虽然可以完成波长的上传下载，但多波长信号通过光纤光栅对应中心波长信号将被反射，则不能完成此信号波长的直通。于是提出基于光纤光栅和环行器的波长选择型OADM，它能够完成光纤光栅反射波长信号的直通。1.1.1结构设计与仿真参数设置系统结构：基于组合型光纤光栅OADM的结构图如图1.10，由两个光纤布拉格光栅和四个环行器组成。该系统中FBG1为固定中心波长，FBG2是可调谐型光纤布拉格光栅，其功能为选择波长，与普通光纤光栅OADM结构相似，拥有光射入、出射端，光信号上传、下载端四个端口。图1.10组合型光纤光栅光分插复用器工作原理：一路波长为λ1、λ2、λ1...λn的复合信号在光射入端进入。FBG1的中心谐振波长为λ1，、反射对应λ1的波长信号，之后回路在C1处完成下载。若设置FBG2的信号反射波长也为λ1，因为被FBG2反射，λ1信号不能继续传输，那么它则经过环行器C3并完成信号下载，同时在上传端上载波长为λ1的信号，然后经FBG2的反射，在C4上传，于FBG1被反射，最后从光出射端出射。若设置FBG2的信号反射波长与FBG1的中心谐振波长不同，那么由C1下载的λ1信号便能顺利通过FBG2，由C4上传，再次被FBG1反射，通过环行器C2，在输出端出射，若同时输入一个与FBG2相异的反射波长，那么该信号则顺利通过FBG2与C3，最后从光下载端口出射。把组合型光纤光栅OADM应用在10Gbps的WDM光网络中，其系统结构图如图1.11。图1.11基于组合型光纤光栅OADM的WDM网络系统在OptiSystem中对基于组合型光纤光栅OADM的WDM网络系统进行仿真，其仿真图如图1.12。参数设置：光发送机设置成0dBm，输出入三路信号，波长分别为λ1是191.0THz，λ2是191.4THz，λ3是191.7THz。传输速率：10Gbit/s，光纤长度：10km，衰减：0.25dB/km，反射率：0.99，环行器的插入损耗：0.5dB，FBG1的反射波长为191.0THz，与λ1对应。图1.12基于组合型光纤光栅OADM的WDM网络仿真1.1.2仿真结果分析利用Optisystem完成基于组合型光纤光栅OADM的WDM网络的仿真后，得到以下分析图，通过它们可以验证该系统是否兼容可行。（1）调节FBG2的反射波长与FBG1的反射波长相同调节反射波长为191.0THz，光上传端上传波长也设置成191.0THz，得到频谱分析图如下：图1.13WDM耦合后的λ1、λ2、λ3信号图1.14(a)FBG1反射后下载的λ1信号 图1.14(b)通过FBG1后的λ2、λ3信号图1.14(c)C2处上载后的λ1、λ2、λ3信号图1.14(d)FBG2反射后从C4输出的λ1信号FBG1、FBG2的反射波长和上传端上传波长都设置为191.0THz，图1.13是三路信号经过WDM耦合后的总信号光谱，图1.14（a）是FBG1反射后下载的信号光谱，图1.14（b）是经FBG1的光谱，图1.14（c）是上传波长后，经过C2的λ1、λ2、λ3信号光谱，图1.14（d）是FBG2反射后从C4下载端输出的λ1信号光谱。由频谱分析图能够得出，λ1波长信号被FBG1反射后通过C1下载，然后被FBG2再一次反射，从下载端输出，上传端上传的λ1波长信号在FBG2反射后被复用，和经过FBG1的λ2、λ3耦合，完成了信号的重载。（2）调节FBG2的反射波长与FBG1的反射波长不同调节反射波长为191.4THz，不等于FBG1的反射波长，上传波长调节为191.7THz，得到频谱图如下：图1.15(a)FBG1反射后下载信号图1.15(b)通过FBG1后的λ2、λ3信号图1.15(c)C2处上传后信号 图1.15(d)经FBG2后下载信号FBG1、2的反射和上传波长都相异，图1.15（a）是反射之后下载λ1信号，图1.15（b）是经FBG1的信号光谱，图1.15（c）是上载对应波长后，经过C2的λ1、λ2、λ3信号光谱，图1.15（d）是上传信号通过FBG2输出的λ3。由上图能够得出，λ1信号由FBG1反射，通过C1下载，然后信号通过FBG2，由环行器C4上传，和λ2、λ3耦合，完成了信号复用，λ3上传后经FBG2出射。图1.16误码率分析图1.16是接收端误码率图，从图中得到误码率是9.371*10-16，Q值为7.91563，性能和一般OADM应用于WDM网络中的参数