波分复用光纤通信系统课程设计.doc

波分复用光纤通信系统课程设计

13
2020年4月19日
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湖南工业大学

课 程 设 计

资 料 袋
计算机与通信 学院（系、部） ~ 年第 2 学期
课程名称 数字光纤通信 指导教师 刘丰年 职称 副教授
学生姓名 张帝 专业班级 通信1104班 学号 11408 01
题 目 波分复用光纤通信系统
成 绩 起止日期 年 05 月 19 日～ 年 05 月 23 日

目 录 清 单
序号
材料名称
资料数量
备注
1
课程设计任务书
1

2
课程设计说明书
1

3
课程设计图纸

张
4
源代码

5

6

湖南工业大学
课程设计任务书
— 第 2学期

计算机与通信 学院 通信工程 专业 1104 班级
课程名称： 数字光纤通信
设计题目： 波分复用光纤通信系统
完成期限：自 年 5 月 19日至 年5月23 日共 1 周

内
容
及
任
务

一、设计的主要技术参数
使用波分复用器及解波分复用器以及1330nm和1550nm光端机，光端机的发射功率在300微瓦以上。
二、设计任务
主要内容：
设计一个波分复用光纤传输系统，实现光纤接入网中的波分复用传输。
主要任务：
1. 双模拟信号的波分复用。
2. 模拟信号/数字信号的波分复用。
3. 双数字信号的波分复用
三、设计工作量
1周完成
进
度
安
排
起止日期
工作内容
2104.5.19
分组、任务分配、课题理解
.5.20
功能分析、电路设计和实现
.5.21
实验验证和测试
.5.22
总结、书写实验报告
参
考
资
料
1. 杨祥林，光纤通信系统，国防工业出版社
2. Gerd Kerser, 光纤通信， 电子工业出版社
3. 光纤通信实验指导书，北京百科融创科技有限公司
4. 李履信，沈建华， 光纤通信系统，机械工业出版社
OptiSystem.exe软件

指导教师（签字）： 年 月 日
系（教研室）主任（签字）： 年 月 日

数字光纤通信
设计说明书

波分复用光纤通信系统

起止日期： 05 月 19 日 至 05 月 23 日

学生姓名
张帝
班级
通信工程1104
学号

成绩

指导教师(签字)

计算机与通信学院
05 月 23 日

课题名称
波分复用光纤通信系统
人数
3人
组长
张帝
组员
郭荣满、古丽先木

内
容
及
任
务

一、设计的主要技术参数
使用波分复用器及解波分复用器以及1330nm和1550nm光端机，光端机的发射功率在300微瓦以上。
二、设计任务
主要内容：
设计一个波分复用光纤传输系统，实现光纤接入网中的波分复用传输。
主要任务：
1. 双模拟信号的波分复用。
2. 模拟信号/数字信号的波分复用。
3. 双数字信号的波分复用
三、设计工作量
1周完成
进
度
安
排
起止日期
工作内容
2104.5.19
分组、任务分配、课题理解
.5.20
功能分析、电路设计和实现
.5.21
实验验证和测试
.5.22
总结、书写实验报告
参
考
资
料
1. 杨祥林，光纤通信系统，国防工业出版社
2. Gerd Kerser, 光纤通信， 电子工业出版社
3. 光纤通信实验指导书，北京百科融创科技有限公司
4. 李履信，沈建华， 光纤通信系统，机械工业出版社
OptiSystem.exe软件

指导教师（签字）： 年 月 日

系（教研室）主任（签字）： 年 月 日

波分复用光纤通信系统

一、设计原理
WDM技术就是为了充分利用单模光纤损耗带来的巨大带宽资源，根据每一信道光波的频率（或波长）不同能够将光纤的损耗窗口划分成若干个信道，把光波作为信号的载波，在发送端采用波分复用器（合波器）将不同规定波长的信号光载波合并起来送入一根光纤进行传输;在接收端，再油一波分复用器（合波器）将不同波长承载不同信号的光载波分开的复用方式。由于不用波长的光载波信号能够看作互相独立的（不考虑光纤非线性时），从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传播。波分复用系统原理图如图1所示。
图1 WDM原理图
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信道n
信道2
信道1
检波An
检波A2
检波A1
分波器
合波器
信道n
信道2
信道1
光源A1
光源A2
光源An

完整的WDM紫铜由以下两类比分组成：一类是WDM分波前后所需的元件，如EDFA、Mux/DeMux(Multiplexer/DeMultiplexer,合波/分波多工器)便属此类；一类是WDM的应用，如OADM(Optical Add/Drop Mulitiplexer,光塞取多工器)，OXC（Optical Cross Connects,光交换链接器）。
EDFA是WDM系统中最重要的元件之一，不需经光电转换便可放大光能量。在EDFA的制造上是以常规石英系光纤为母材掺进铒离子，由于铒离子的掺入，提供了一个1550nm的能带，使得原本的讯号和高功率泵浦激光（pumping laser,波长980nm或1480nm,功率10-1500mW）得到提高光讯号的强度，而不需将光讯号转化成电讯号后才得以放大。
Mux/DeMux是WDM系统使用中不可或缺的两种元件。也就是我们常说的复用、解复用器，DWDM使光导纤维网络能同时传送数个波长的讯号，而Mux则是负责将数个波长汇集至一起的元件；DeMux则是负责将汇集至一起的波长分开的元件。OADM是WDM系统中一个重要的应用元件，其作用是在一个光导纤维传送网络中塞入/取出（Add-Drop）多个波长信道；置OADM于网络的结点处，以控制不同波长信道的光讯号传至适当的位置。
OXC设置于网络上重要的汇接点，汇集各方不同波长的输入，再将各讯号以适当的波长输送至合适的光导纤维中。它可提供光导纤维切换（Fiber switching,连接不同光导纤维，波长不装换）、波长切换（Wave length switching,连接不同光导纤维，波长经转换）、及波长转换（Wave length conversion,输出至同一光导纤维，波长经转换）三种切换功能。OXC并提供路由恢复、波长管理、及话务弹性调度。单模光纤的传输谱分为四个窗口：①1280～1350nm，简单可称为1310nm窗口，也称第二波段；②1530～1560nm，简称为1550nm窗口，也称为第三波段或C波段；③1560～1620nm，简称为第四波段或L波段；④1350～1530nm，简称为第五波段。考虑到单模光纤在1310nm附近具有最低色散，且在1550nm波长处具有最低损耗。本实验实现方案是：波分复用系统的两个光载波的波长分别采用1310nm和1550nm,。实验原理框图如图2。

光纤
光发送器件
1310nm和1550nm光发送机部分
1550nm和1310nm光接收机部分
光接收器件
模拟信号输出端口
示波器
示波器
模拟信号输出端口
光接收器件
WDM
模拟信号
模拟信号输入端口
WDM
光发送器件
模拟信号输入端口
模拟信号源一
（A）双模拟信号的波分复用传输

光纤
光发送器件
1310nm和1550nm光发送机部分
1550nm和1310nm光接收机部分
光接收器件
模拟信号输出端口
示波器
示波器
模拟信号输出端口
光接收器件
WDM
数字信号
模拟信号输入端口
WDM
光发送器件
模拟信号输入端口
模拟信号源一
（B）模拟信号\数字信号的波分复用传输

光纤
光发送器件
1310nm和1550nm光发送机部分
1550nm和1310nm光接收机部分
光接收器件
模拟信号输出端口
示波器
示波器
模拟信号输出端口
光接收器件
WDM
数字信号
模拟信号输入端口
WDM
光发送器件
模拟信号输入端口
数字信号源一
（C）双数字信号的波分复用传输

图2 波分复用系统实验框图
二、设计步骤
注意：1.波分复用器属易损器件，应轻拿轻放。2.光器件连接时，注意要用力均匀。
第一部分：双模拟信号的波分复用（图2-A）：
1.电气实验导线的连接：关闭系统电源，将1310nm光端机的模拟信号源正弦波输出端与1310nm光发送模块的模拟信号输入端口（P203）连接；将1550nm光端机的模拟信号源正弦波输出端与1550nm光发送模块的模拟信号输入端口（P203）连接；分别将两个光发送模块的开关S200拨向模拟传输端。
2.光路部分的链接：
I.取下1310nm光发/光收端口上的红色橡胶保护套；
II.取一只波分复用器，取下其双光纤端的两根光纤的橡胶保护套；
III.将波分复用器的1310端与1310nm光发送端口（1310nm TX）的法兰盘对接，即：将光纤小心地插入法兰盘，在插入的同时保证光跳线的凸起部分与法兰盘凹槽完全吻合，然后拧紧固定帽即可；
IV.同时将波分复用器的1550端与1310nm光接送端口（1310nm RX）的法兰盘对接。
V.用同样的方法将另一只波分复用器与1550nm光端机的连接。
VI.取一只法兰盘，取下其两端的保护套，取下两只波分器单光纤端光纤的保护套，分别将它们与法兰盘连接好。
VII将光跳线的B端与光接收端口的法兰盘对接，方法同上。
3.开启系统电源，分别用示波器观察1310光端机的模拟信号输出端与1550nm光端机的模拟信号输入端的波形和1310光端机的模拟信号输入端与1550nm光端机的模拟信号输出端的波形，调整两个光接收机的可调电位器（R257、R242），使输出波形达到最好。
第二部分：模拟信号/数字信号的波分复用（图2-B）：
1.电气实验导线的连接：关闭系统电源，将1310nm光端机的模拟信号源正弦波输出端与1310nm光发送模块的模拟信号输入端口（P203）连接，将S200拨向模拟传输端；将1550nm光端机的固定频率信号源的BS输出端与1550nm光发送模拟的数字信号输入端口（P202）连接，将S200拨向数字传输端。
2.光路部分的连接，与第一部分的连接相同。
3.开启系统电源，分别用示波器观察1310光端机的数字信号输出端与1550nm光端机的数字信号输入端的波形和1310光端机的模拟信号输入端与1550nm光端机的模拟信号输出端的波形，调整两个光接收机的可调电位器（R257、R242），使输出波形达到最好。
第三部分：双数字信号的波分复用（图2-C）：
1.电气实验导线的连接：关闭系统电源，将1310nm光端机的固定速率信号源的FS输出端与1310nm光发送模块的数字信号输入端口（P202）连接，将S200拨向数字传输端；将1550nm光端机的固定速率信号源BS输出端与1550nm光发送模块的数字信号输入端口（P202）连接，将S200拨向数字传输端。
2.光路部分的连接，与第一部分的连接相同。
3.开启系统电源，分别用示波器观察1310光端机的数字信号输出端与1550nm光端机的数字信号输出端的波形和1310光端机的数字信号输入端与1550nm光端机的数字信号输出端的波形，调整两个光接收机的可调电位器（R257、R242），使输出波形达到最理想状态。

三、设计需要的实验仪器与设备
1.RC-GT-II光纤通信原理试验箱
2.双踪模拟示波器
3.FC-FC波分复用器两个
4.FC-FC法兰盘一个

四、结果分析
1. 双模拟信号的波分复用
按步骤实验将实验箱上1310nm光端机的TX端接入波分复用器1的1310端口，1550nm光端机的TX端接入同一复用器1的1550端口。实验箱上的1310nm光端机的RX端接入另一复用器2的1550端口，1550nm光端机的RX端接入复用器2的1310端口。再用光跳线将两波分复用器相连，实现一根光纤传输。测得的结果图为：
1310光端机的模拟信号输入端与1550nm光端机的模拟信号输出端的波形：

1310光端机的模拟信号输出端与1550nm光端机的模拟信号输入端的波形：

2. 模拟信号/数字信号的波分复用：
电气实验导线按步骤连接，1310nm光端机做数字传输，1550nm光端机做模拟传输。光路部分的连接是在第一部分的基础上将1310nm光端机的RX改接到复用器2的1310端口，1550nm光端机的RX该接到复用器2的1550nm端口。测得的结果图为：
1310nm光端机的数字信号输入端与输出端的波形：

1550nm光端机的模拟信号输入端与输出端的波形：

3. 双数字信号的波分复用：
只改变电气实验导线连接，按步骤连接。1310nm和1550nm光端机均做数字传输。测得的结果图为：
1310nm光端机的数字信号输入端与输出端的波形：

1550nm光端机的数字信号输入端与输出端的波形：

结果分析:从以上波形图能够看出,输入端波形与波分复用器相应端的输出波形是一样的,调节相应的增益调节两波形会同时变化.能够看出很好的实现了光纤通信系统的波分复用.

五、总结与心得
生活就是这样，汗水预示着结果也见证了收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。经过实习，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我才意识到老一辈电子设计为我们的社会付出。我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们能够，而且设计也是一个团队的任务，一起的工作能够让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里一年的相处还赶不上这十来天的合作，我感觉我和同学们之间的距离更近了;我想说，确实很累，但当我们看到自己所做的成果时，心中也不免产生兴奋; 正所谓“三百六十行，行行出状元”。我们同样能够为社会做出我们应该做的一切，这有什么不好?我们不断的反问自己。可能有人不喜欢这类的工作，可能有人认为设计的工作有些枯燥，但我们认为无论干什么，只要人生活的有意义就可。社会需要我们，我们也能够为社会而工作。既然如此，那还有什么必要失落呢?于是我们决定沿着自己的路，执着的走下去。
同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。
对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆!