密集波分復(fù)用系統(tǒng)光信噪比的軟件仿真

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1、上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文第一章引言第一章引言1.1背景及問題的提出隨著通信網(wǎng)絡(luò)傳輸容量的不斷增長以及網(wǎng)絡(luò)日益突出的靈活性、可擴(kuò)展性的需求，密集波分復(fù)用（DWDM:DenseWavelengthDivisionMultiplex）技術(shù)得以迅速發(fā)展并被廣泛應(yīng)用。決定和影響密集波分復(fù)用系統(tǒng)傳輸質(zhì)量的參數(shù)有很多，如光信噪比（OSNR：OpticalSignaltoNoiseRatio，信號(hào)的功率和與信號(hào)一起傳輸?shù)脑肼暪β实谋戎礫01]）、誤碼率（BER：BitErrorRate，錯(cuò)誤比特與總傳輸比特的比值）、眼圖標(biāo)尺[02]（檢測由于碼間干擾和噪聲引起的信

2、號(hào)畸變[03]）和Q因數(shù)（用于度量脈沖的噪聲大小）等。其中光信噪比是衡量波分系統(tǒng)性能的最重要的指標(biāo)，由它可以推導(dǎo)出誤碼率進(jìn)而得到Q因數(shù)。光信噪比的理論計(jì)算冗長繁雜，如何求證密集波分復(fù)用系統(tǒng)的光信噪比是否達(dá)標(biāo)一直是困擾設(shè)計(jì)和測試人員的難題。最常見的解決方案是構(gòu)建實(shí)際網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)測試，雖然其結(jié)果接近真實(shí)情況，但設(shè)備投入大，配置改動(dòng)不靈活，取得結(jié)果的周期較長。如朗訊科技2008年初為其城域網(wǎng)密集波分復(fù)用系統(tǒng)--1830所建立的研發(fā)實(shí)驗(yàn)室，共9端系統(tǒng)（7端中繼設(shè)備，2端上下波終端設(shè)備，半配共20個(gè)波長），光硬件的內(nèi)部采購價(jià)就已達(dá)到了幾十萬美金,還需配備至少2名

3、測試工程師,一個(gè)版本的測試最快也要6～7周時(shí)間?？梢?，如果每次測試都采用真實(shí)系統(tǒng)，不僅成本高，周期長，有時(shí)由于參數(shù)設(shè)置不當(dāng)還需反工，難于及時(shí)查找和分析原因，因此，解決上述問題的最有效方法是采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真模擬，即通過建立波分系統(tǒng)基本構(gòu)成單元的數(shù)學(xué)模型，利用相應(yīng)的算法加以量化，借助計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算和處理能力，來完成對(duì)系統(tǒng)的性能分析和測試。國外雖然有多款仿真軟件可對(duì)密集波分系統(tǒng)進(jìn)行模擬，但先期軟件投資較大，且 由于商業(yè)軟件要支持多數(shù)廠商的系統(tǒng)，其設(shè)置一般比較繁瑣，許多結(jié)果無重要意義， 特別是當(dāng)系統(tǒng)的器件選型改變時(shí)，需要對(duì)軟件代碼重新編寫和集成。因此，迫切

4、需要 一款簡潔高效的軟件，它只需針對(duì)密集波分復(fù)用系統(tǒng)的主要參數(shù)--光信噪比進(jìn)行模擬 仿真，而且要求設(shè)置簡單靈活，特別是其參數(shù)庫模塊化以便在器件更換時(shí)進(jìn)行替換。6上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文第一章引言1.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前業(yè)界領(lǐng)先的密集波分復(fù)用仿真軟件的供應(yīng)商主要有2家，VPIsystems和OptiWave1．美國VPI(VirtualPhotonicsIncorporated)systems公司的光系統(tǒng)模擬設(shè)計(jì)軟件VPIOpticalSystems8.3（2009年8月推出）同時(shí)支持波分和接入系統(tǒng)的仿真，并能提供混合設(shè)計(jì)程序和結(jié)構(gòu)化模型。其中傳輸模

5、擬軟件TransmissionMaker提供了模塊化的仿真工具，它可將從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)的各單元抽象成一個(gè)個(gè)模塊，并提供了一系列的邏輯和數(shù)學(xué)運(yùn)算工具，以實(shí)現(xiàn)電域和光域的變換。該軟件支持多種光信號(hào)源的編碼方式，如傳統(tǒng)的非歸零碼（NRZ：non-return-to-zero)，載波抑制歸零碼（CS-RZ：CarriersuppressedReturntoZero）和針對(duì)40Gbit/s信號(hào)源的移相鍵控碼（DPSK：DifferentialPhaseShiftKeying）等。它對(duì)光放大器的模擬也可選擇參鉺放大器或拉曼放大器等類型。其仿真的結(jié)果包括光信噪比、誤

6、碼率和眼圖等。該軟件的應(yīng)用廠商較多，其中比較知名的有Huawei、Alcatel、Fujitsu和JDSU等。軟件基本售價(jià)在1.5萬美金左右。2．加拿大OptiWave公司于2009年5月推出的OptiSystem8.0軟件除了支持傳統(tǒng)的密集波分復(fù)用系統(tǒng)以外，還能支持無源光網(wǎng)絡(luò)（PON：passiveopticalnetwork），特別對(duì)光的非線性效應(yīng)（四波混頻、受激布里淵散射、自相位調(diào)制和交叉相位調(diào)制）能進(jìn)行很好的模擬，同時(shí)還包含了多種光纖類型的數(shù)據(jù)庫。其仿真結(jié)果包括光信噪比、誤碼率、眼圖和信號(hào)啁啾（chirp）等。該軟件的特點(diǎn)在于對(duì)光學(xué)器件性能的精

7、確仿真，因此在教學(xué)研究和生產(chǎn)制造中被廣泛采用。其軟件的基本售價(jià)在1萬美金以上，且不包含升級(jí)和技術(shù)支持費(fèi)用。上述兩種軟件，其價(jià)格都在人民幣5萬以上，加上不同的類庫還要額外費(fèi)用,特 別是如選擇新型器件,還得付費(fèi)委托軟件開發(fā)商編寫參數(shù)庫并集成。在當(dāng)前嚴(yán)峻的金 融形勢(shì)下，購買申請(qǐng)想要獲得批準(zhǔn)也可能要費(fèi)一番周折。國內(nèi)密集波分系統(tǒng)的仿真軟件與國外相比還有很大差距，至今尚無功能齊全、界 面友好的軟件被廣泛應(yīng)用[04]。因此，本課題擬在這方面作一些工作，希望能以較低的 成本來滿足密集波分系統(tǒng)光性噪比參數(shù)驗(yàn)證的需求。1.2研究的目標(biāo)及其主要的內(nèi)容為了開發(fā)出簡潔有效的針對(duì)

8、密集波分復(fù)用系統(tǒng)的主要參數(shù)--光信噪比的仿真軟件，首先要找到真實(shí)系統(tǒng)與仿真模型之間的聯(lián)系。這個(gè)