波分復用光纖通信系統(tǒng)課程設計

1、湖南工業(yè)大學課 程 設 計資 料 袋 計算機與通信 學院（系、部） 2015 2016 學年第 2 學期 課程名稱 數(shù)字光纖通信 指導教師 劉豐年 職稱 教授 學生姓名 張永 專業(yè)班級 通信1301班 學號 題 目 波分復用光纖通信系統(tǒng)設計 成 績 起止日期 2016 年 06月 5 日 2016 年 06 月 18 日目 錄 清 單序號材料名稱資料數(shù)量備注1課程設計任務書12課程設計說明書13課程設計圖紙張4 56 湖南工業(yè)大學課程設計任務書20152016學年第 2學期 計算機與通信 學院 通信工程 專業(yè) 1301 班級課程名稱： 數(shù)字光纖通信 設計題目： 波分復用光纖通信系統(tǒng)設計 完成期

2、限：自 2016 年 06 月 5日至 2016 年06月18 日共 2 周內(nèi)容及任務一、設計的主要技術(shù)參數(shù)使用波分復用器及解波分復用器以及1330nm和1550nm光端機，光端機的發(fā)射功率在400微瓦以上。二、設計任務 主要內(nèi)容：設計一個波分復用光纖傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)光纖接入網(wǎng)中的波分復用傳輸。 主要任務：1. 雙模擬信號的波分復用。2. 模擬信號/數(shù)字信號的波分復用。3. 雙數(shù)字信號的波分復用三、設計工作量1周完成進度安排起止日期工作內(nèi)容分組、任務分配、課題理解功能分析、電路設計和實現(xiàn)實驗驗證和測試總結(jié)、書寫實驗報告以及答辯參考資料1. 楊祥林，光纖通信系統(tǒng)，國防工業(yè)出版社2. Gerd Ke

3、rser, 光纖通信， 電子工業(yè)出版社3. 光纖通信實驗指導書，北京百科融創(chuàng)科技有限公司4. 李履信，沈建華， 光纖通信系統(tǒng)，機械工業(yè)出版社OptiSystem.exe軟件指導教師（簽字）： 年 月 日系（教研室）主任（簽字）： 年 月 日數(shù)字光纖通信設計說明書 波分復用光纖通信系統(tǒng)設計起止日期： 2016年 06 月 05 日 至 2016年 06 月 18 日學生姓名張永班級通信工程1301學績指導教師(簽字)計算機與通信學院2016年 06 月 16 日課題名稱波分復用光纖通信系統(tǒng)人數(shù)5人組長何獻組員蔣夢舟、林佩卿、張永、王鵬飛內(nèi)容及任務一、設計的主要技術(shù)參數(shù)使

4、用波分復用器及解波分復用器以及1330nm和1550nm光端機，光端機的發(fā)射功率在400微瓦以上。二、設計任務 主要內(nèi)容：設計一個波分復用光纖傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)光纖接入網(wǎng)中的波分復用傳輸。 主要任務：1. 雙模擬信號的波分復用。2. 模擬信號/數(shù)字信號的波分復用。3. 雙數(shù)字信號的波分復用三、設計工作量1周完成具體任務查找資料、弄清原理并給組員分配任務時間安排與完成情況時間安排 1、組織動員與分組，分組討論，1天。 2、資料查閱，功能分析，1天。 3、電路設計和實現(xiàn)，1天。 4、實驗驗證和測試，2天。 5、總結(jié)，分組討論，1天。 6、書寫課程設計說明書，1天。 完成情況 全部任務按時完成波分復用光

5、纖通信系統(tǒng)一、設計原理WDM技術(shù)就是為了充分利用單模光纖損耗帶來的巨大帶寬資源，根據(jù)每一信道光波的頻率（或波長）不同可以將光纖的損耗窗口劃分成若干個信道，把光波作為信號的載波，在發(fā)送端采用波分復用器（合波器）將不同規(guī)定波長的信號光載波合并起來送入一根光纖進行傳輸;在接收端，再油一波分復用器（合波器）將不同波長承載不同信號的光載波分開的復用方式。由于不用波長的光載波信號可以看作互相獨立的（不考慮光纖非線性時），從而在一根光纖中可實現(xiàn)多路光信號的復用傳播。波分復用系統(tǒng)原理圖如圖1所示。圖1 WDM原理圖.信道n信道2信道1檢波An檢波A2檢波A1分波器合波器信道n信道2信道1光源A1光源A2光源A

6、n完整的WDM紫銅由以下兩類比分組成：一類是WDM分波前后所需的元件，如EDFA、Mux/DeMux(Multiplexer/DeMultiplexer,合波/分波多工器)便屬此類；一類是WDM的應用，如OADM(Optical Add/Drop Mulitiplexer,光塞取多工器)，OXC（Optical Cross Connects,光交換鏈接器）。EDFA是WDM系統(tǒng)中最重要的元件之一，不需經(jīng)光電轉(zhuǎn)換便可放大光能量。在EDFA的制造上是以常規(guī)石英系光纖為母材摻進鉺離子，由于鉺離子的摻入，提供了一個1550nm的能帶，使得原本的訊號和高功率泵浦激光（pumping laser,波長98

7、0nm或1480nm,功率10-1500mW）得到提高光訊號的強度，而不需將光訊號轉(zhuǎn)化成電訊號后才得以放大。Mux/DeMux是WDM系統(tǒng)使用中不可或缺的兩種元件。也就是我們常說的復用、解復用器，DWDM使光導纖維網(wǎng)絡能同時傳送數(shù)個波長的訊號，而Mux則是負責將數(shù)個波長匯集至一起的元件；DeMux則是負責將匯集至一起的波長分開的元件。OADM是WDM系統(tǒng)中一個重要的應用元件，其作用是在一個光導纖維傳送網(wǎng)絡中塞入/取出（Add-Drop）多個波長信道；置OADM于網(wǎng)絡的結(jié)點處，以控制不同波長信道的光訊號傳至適當?shù)奈恢?。OXC設置于網(wǎng)絡上重要的匯接點，匯集各方不同波長的輸入，再將各訊號以適當?shù)牟ㄩL

8、輸送至合適的光導纖維中。它可提供光導纖維切換（Fiber switching,連接不同光導纖維，波長不裝換）、波長切換（Wave length switching,連接不同光導纖維，波長經(jīng)轉(zhuǎn)換）、及波長轉(zhuǎn)換（Wave length conversion,輸出至同一光導纖維，波長經(jīng)轉(zhuǎn)換）三種切換功能。OXC并提供路由恢復、波長管理、及話務彈性調(diào)度。單模光纖的傳輸譜分為四個窗口：12801350nm，簡單可稱為1310nm窗口，也稱第二波段；15301560nm，簡稱為1550nm窗口，也稱為第三波段或C波段；15601620nm，簡稱為第四波段或L波段；13501530nm，簡稱為第五波段?？紤]

9、到單模光纖在1310nm附近具有最低色散，且在1550nm波長處具有最低損耗。本實驗實現(xiàn)方案是：波分復用系統(tǒng)的兩個光載波的波長分別采用1310nm和1550nm,。實驗原理框圖如圖2。光纖光發(fā)送器件1310nm和1550nm光發(fā)送機部分1550nm和1310nm光接收機部分光接收器件模擬信號輸出端口示波器示波器模擬信號輸出端口光接收器件WDM模擬信號模擬信號輸入端口WDM光發(fā)送器件模擬信號輸入端口模擬信號源一（A）雙模擬信號的波分復用傳輸光纖光發(fā)送器件1310nm和1550nm光發(fā)送機部分1550nm和1310nm光接收機部分光接收器件模擬信號輸出端口示波器示波器模擬信號輸出端口光接收器件WD

10、M數(shù)字信號模擬信號輸入端口WDM光發(fā)送器件模擬信號輸入端口模擬信號源一（B）模擬信號數(shù)字信號的波分復用傳輸光纖光發(fā)送器件1310nm和1550nm光發(fā)送機部分1550nm和1310nm光接收機部分光接收器件模擬信號輸出端口示波器示波器模擬信號輸出端口光接收器件WDM數(shù)字信號模擬信號輸入端口WDM光發(fā)送器件模擬信號輸入端口數(shù)字信號源一（C）雙數(shù)字信號的波分復用傳輸 圖2 波分復用系統(tǒng)實驗框圖二、設計步驟 注意：1.波分復用器屬易損器件，應輕拿輕放。 2.光器件連接時，注意要用力均勻。 第一部分：雙模擬信號的波分復用（圖2-A）：1.電氣實驗導線的連接：關(guān)閉系統(tǒng)電源，將1310nm光端機的模擬信號

11、源正弦波輸出端與1310nm光發(fā)送模塊的模擬信號輸入端口（P203）連接；將1550nm光端機的模擬信號源正弦波輸出端與1550nm光發(fā)送模塊的模擬信號輸入端口（P203）連接；分別將兩個光發(fā)送模塊的開關(guān)S200撥向模擬傳輸端。2.光路部分的鏈接：I.取下1310nm光發(fā)/光收端口上的紅色橡膠保護套；II.取一只波分復用器，取下其雙光纖端的兩根光纖的橡膠保護套；III.將波分復用器的1310端與1310nm光發(fā)送端口（1310nm TX）的法蘭盤對接，即：將光纖小心地插入法蘭盤，在插入的同時保證光跳線的凸起部分與法蘭盤凹槽完全吻合，然后擰緊固定帽即可；IV.同時將波分復用器的1550端與131

12、0nm光接送端口（1310nm RX）的法蘭盤對接。V.用同樣的方法將另一只波分復用器與1550nm光端機的連接。VI.取一只法蘭盤，取下其兩端的保護套，取下兩只波分器單光纖端光纖的保護套，分別將它們與法蘭盤連接好。VII將光跳線的B端與光接收端口的法蘭盤對接，方法同上。3.開啟系統(tǒng)電源，分別用示波器觀察1310光端機的模擬信號輸出端與1550nm光端機的模擬信號輸入端的波形和1310光端機的模擬信號輸入端與1550nm光端機的模擬信號輸出端的波形，調(diào)整兩個光接收機的可調(diào)電位器（R257、R242），使輸出波形達到最好。第二部分：模擬信號/數(shù)字信號的波分復用（圖2-B）： 1.電氣實驗導線的連

13、接：關(guān)閉系統(tǒng)電源，將1310nm光端機的模擬信號源正弦波輸出端與1310nm光發(fā)送模塊的模擬信號輸入端口（P203）連接，將S200撥向模擬傳輸端；將1550nm光端機的固定頻率信號源的BS輸出端與1550nm光發(fā)送模擬的數(shù)字信號輸入端口（P202）連接，將S200撥向數(shù)字傳輸端。 2.光路部分的連接，與第一部分的連接相同。 3.開啟系統(tǒng)電源，分別用示波器觀察1310光端機的數(shù)字信號輸出端與1550nm光端機的數(shù)字信號輸入端的波形和1310光端機的模擬信號輸入端與1550nm光端機的模擬信號輸出端的波形，調(diào)整兩個光接收機的可調(diào)電位器（R257、R242），使輸出波形達到最好。第三部分：雙數(shù)字信

14、號的波分復用（圖2-C）：1.電氣實驗導線的連接：關(guān)閉系統(tǒng)電源，將1310nm光端機的固定速率信號源的FS輸出端與1310nm光發(fā)送模塊的數(shù)字信號輸入端口（P202）連接，將S200撥向數(shù)字傳輸端；將1550nm光端機的固定速率信號源BS輸出端與1550nm光發(fā)送模塊的數(shù)字信號輸入端口（P202）連接，將S200撥向數(shù)字傳輸端。2.光路部分的連接，與第一部分的連接相同。3.開啟系統(tǒng)電源，分別用示波器觀察1310光端機的數(shù)字信號輸出端與1550nm光端機的數(shù)字信號輸出端的波形和1310光端機的數(shù)字信號輸入端與1550nm光端機的數(shù)字信號輸出端的波形，調(diào)整兩個光接收機的可調(diào)電位器（R257、R24

15、2），使輸出波形達到最理想狀態(tài)。三、設計需要的實驗儀器與設備1.RC-GT-II光纖通信原理試驗箱2.雙蹤模擬示波器3.FC-FC波分復用器兩個4.FC-FC法蘭盤一個四、結(jié)果分析1. 雙模擬信號的波分復用按步驟實驗將實驗箱上1310nm光端機的TX端接入波分復用器1的1310端口，1550nm光端機的TX端接入同一復用器1的1550端口。實驗箱上的1310nm光端機的RX端接入另一復用器2的1550端口，1550nm光端機的RX端接入復用器2的1310端口。再用光跳線將兩波分復用器相連，實現(xiàn)一根光纖傳輸。測得的結(jié)果圖為： 1310光端機的模擬信號輸入端與1550nm光端機的模擬信號輸出端的波

16、形：1310光端機的模擬信號輸出端與1550nm光端機的模擬信號輸入端的波形：2. 模擬信號/數(shù)字信號的波分復用： 電氣實驗導線按步驟連接，1310nm光端機做數(shù)字傳輸，1550nm光端機做模擬傳輸。光路部分的連接是在第一部分的基礎上將1310nm光端機的RX改接到復用器2的1310端口，1550nm光端機的RX該接到復用器2的1550nm端口。測得的結(jié)果圖為： 1310nm光端機的數(shù)字信號輸入端與輸出端的波形： 1550nm光端機的模擬信號輸入端與輸出端的波形：3. 雙數(shù)字信號的波分復用： 只改變電氣實驗導線連接，按步驟連接。1310nm和1550nm光端機均做數(shù)字傳輸。測得的結(jié)果圖為： 1

17、310nm光端機的數(shù)字信號輸入端與輸出端的波形： 1550nm光端機的數(shù)字信號輸入端與輸出端的波形：結(jié)果分析:從以上波形圖可以看出,輸入端波形與波分復用器相應端的輸出波形是一樣的,調(diào)節(jié)相應的增益調(diào)節(jié)兩波形會同時變化.可以看出很好的實現(xiàn)了光纖通信系統(tǒng)的波分復用.五、光纖通信系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖光纖8波長復用分析結(jié)果計算結(jié)果: 輸出眼圖 總結(jié)與心得 通過這次課程設計，我不僅加深了對數(shù)字光纖通信的理解，將理論很好地應用到實際當中去，而且我還學會了如何去培養(yǎng)我們的創(chuàng)新精神，從而不斷地戰(zhàn)勝自己，超越自己。我覺得做課程設計同時也是對課本知識的鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課間的學習并不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設計過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在