基于OptiSystem的波分+时分复用混合光网络系统

案例目的：为了增加光通信系统通信容量，本案例设计了四路波分复用乘以四路时分复用混合光网络系统结构，通过OptiSystem软件进行仿真分析，研究信号传输效果。

系统设计：

该系统主要包括信源模块，时分复用模块，波分复用模块，光纤传输链路模块，解复用模块和信号接收模块六个主要部分。

1. 信源模块

调用Transmitters Library中光输入源库中的CW Laser（连续激光器）、Transmitters Library中的二进制序列发生器库中的Pseudo-Random Bit Sequence Generator（伪随机序列发生器）、还有Pulse Generators中的电发生器中的NRZ Pulse Generator（非归零脉冲发生器）和Optical Modulators中的MZ Modulator（马赫曾德调制器）。

图1. 信源模块

2. 时分复用模块

调用Passives Library中的Time Delay（时延器）和Power Combiners库中的Power Combiners 4×1（功率耦合器），按图所示连接。

图2. 时分复用模块

3. 波分复用模块

调用WDM Multiplexer Library中多路复用库中的WDM Mux 4×1(合波器)。

图3. 波分复用模块

4. 光纤传输链路模块

设置不同长度的光纤测试光传输效果，利用EDFA实现光信号放大。

图4. 光纤传输链路模块

5. 解复用模块

包括波分解复用和时分解复用。调用WDM Multiplexer Library中Demultiplexers（解复用器）中的WDM Demux 1×4(解复用器)。再调用Transmitters Library中的二进制序列发生器库中的User defined Bit Sequence Generator（自定义码发生器），改变Bit sequence的设置作为时钟Clock模块，调用Pulse Generators中的NRZ Pulse Generator（非归零脉冲发生器），Passives Library中的Electrical Signal Time Dalay(电信号时延器)和Optical Modulators中的Amplitude Modulator（光振幅调制器），作为解复用模块对信号进行解复用。

图5. 解复用模块

6. 信号接收模块

调用Receivers library中的Photodetector PIN(PIN光电探测器)，而为了更具体的表述该光纤系统的传输信号的准确性和可靠性，在整个光纤传输系统的接收模型后调用Receivers library中Regenerators中的3R Regenerator（3R再生器）和Visualizer library中Electrical中的BER analyzer（误码率分析仪），从而进行信号分析。

图6. 信号接收模块

结果分析：

波分复用模块将四个波长的信号光进行复用，随后进行波长解调输出。

图7. 波分复用与解复用

时分复用模块将四个不同时间的信号光进行复用，随后进行时间解调输出。

图8. 时分复用与解复用

为研究不同传输长度下，该混合传输光网络的信号质量，本案例设置Sweep模式，将光纤长度扫描范围设置为5~50 km，其中经过5 km传输后的眼图和误码率如图9所示，系统的误码率BER低至6.5e-120，Q值为23，说明光信号具有较好的传输质量。

图9. 信号传输后的眼图分析

观察不同光纤传输长度下的误码率变化曲线，如图10所示，随着传输距离的增加，误码率在上升。

图10. 不同光纤传输长度下的误码率变化曲线

总结展望：本案例设计并仿真了四路波分复用乘以四路时分复用混合光网络系统结构，分析了系统的波分复用以及时分复用特性，研究了信号光传输质量的影响因素。该系统具有将强的拓展性与灵活性，可根据客户需求，进行调制格式，通信速率和传输长度等方面的设计与完善。

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