基于光纖光柵的OADM仿真分析案例1.1三波長(zhǎng)可調(diào)型OADM系統(tǒng)1.1.1結(jié)構(gòu)與原理大多數(shù)普通光纖光柵光分插復(fù)用器都難以實(shí)現(xiàn)隨意多波長(zhǎng)復(fù)用，因此設(shè)計(jì)三波長(zhǎng)可調(diào)諧型OADM，它能夠?qū)崿F(xiàn)一組多波長(zhǎng)信號(hào)在任意位置進(jìn)行多波長(zhǎng)靈活上傳下載的功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：三波長(zhǎng)可調(diào)型OADM由光纖光柵、光環(huán)行器、可調(diào)諧光纖光柵和耦合器組成，圖1.1為結(jié)構(gòu)圖。圖1.1三波長(zhǎng)可調(diào)OADM工作原理：從輸入端輸入波長(zhǎng)為λ1、λ2、λ3的復(fù)合信號(hào)，通過(guò)環(huán)行器C1，然后被光纖布拉格光柵FBG1、FBG2和FBG3反射至可調(diào)諧光柵FBG4，設(shè)定FBG4中心諧振波長(zhǎng)為λ1，復(fù)合信號(hào)中相應(yīng)波長(zhǎng)信號(hào)就會(huì)被反射，回路通過(guò)C1下載端完成下載，剩下波長(zhǎng)的光通過(guò)FBG4到C2，假設(shè)這時(shí)在上傳端口上傳被反射的λ1信號(hào)，就能夠?qū)崿F(xiàn)λ1信號(hào)的復(fù)用。而重新組合的λ1、λ2、λ3復(fù)合信號(hào)經(jīng)可調(diào)諧光柵FBG5，對(duì)應(yīng)λ2信號(hào)完成反射，回路通過(guò)C2下載端完成下載；剩下λ1、λ3波長(zhǎng)經(jīng)FBG5到C3，假設(shè)這時(shí)在C3上傳端口上傳被反射的λ2信號(hào)，就能夠?qū)崿F(xiàn)λ2信號(hào)的復(fù)用。同理可知，經(jīng)可調(diào)諧光柵FBG6能夠?qū)崿F(xiàn)λ3信號(hào)的下載及復(fù)用。由此可得，要想實(shí)現(xiàn)任意波長(zhǎng)信號(hào)的下載復(fù)用，只需要調(diào)節(jié)可調(diào)諧光纖光柵FBG4、FBG5、FBG6的中心波長(zhǎng)即可，同時(shí)，若無(wú)需下載復(fù)用，可以把FBG4、5、6中心波長(zhǎng)調(diào)節(jié)至與傳輸波長(zhǎng)不同。1.1.2仿真實(shí)驗(yàn)分析通過(guò)Optisystem對(duì)三波長(zhǎng)可調(diào)型OADM系統(tǒng)進(jìn)行仿真，系統(tǒng)仿真圖如1.2。圖1.2三波長(zhǎng)可調(diào)OADM仿真參數(shù)設(shè)置：光發(fā)送機(jī)設(shè)置成0dBm，光發(fā)射端輸入三路波長(zhǎng)信號(hào)，分別為λ1是191.0THz，λ2是191.4THz，λ3是191.7THz。信號(hào)傳輸速率是10Gbit/s。光纖光柵反射率是0.99，環(huán)行器的插入損耗是0.5dB，其余器件參數(shù)默認(rèn)。FBG1和FBG4的反射波長(zhǎng)與λ1對(duì)應(yīng)，也就是191.0THz，F(xiàn)BG2和FBG5的反射波長(zhǎng)與λ2對(duì)應(yīng)，也就是191.4THz，F(xiàn)BG3、6的反射波長(zhǎng)與λ3對(duì)應(yīng)，也就是191.7THz。運(yùn)行仿真，頻譜圖如下：圖1.3光輸入端復(fù)合信號(hào)圖1.4(a)C1下載的信號(hào) 圖1.4(b)通過(guò)FBG4的信號(hào)圖1.4(c)C2處耦合信號(hào)圖1.4(d)C2下載的信號(hào)圖1.4(e)通過(guò)FBG5的信號(hào) 圖1.4(f)C3處耦合信號(hào)圖1.4(g)C3下載的信號(hào) 圖1.4(h)通過(guò)FBG6的信號(hào)圖1.4(i)C4處耦合信號(hào)圖1.4(j)輸出端的信號(hào)圖1.3是輸入端λ1、λ2、λ3的頻譜圖，圖1.4（a）是被FBG4反射之后于C1處下載的λ1，圖1.4（b）是通過(guò)FBG4后的λ2、λ3，圖1.4（c）再次上傳λ1后耦合信號(hào)頻譜。由此可見(jiàn)，設(shè)置FBG4的中心波長(zhǎng)為λ1，可以輕松完成λ1的上下載。圖1.4（d）是被FBG5反射之后于C2處下載的λ2，圖1.4（e）是通過(guò)FBG5后的λ1、λ3，圖1.4（f）是再次上傳λ2后耦合信號(hào)頻譜。由此可見(jiàn)，設(shè)置FBG5的中心波長(zhǎng)為λ2，可以輕松完成λ2的上下載。圖1.4（g）是被FBG6反射之后于C3處下載的λ3，圖1.4（h）是通過(guò)FBG6后的λ1、λ2，圖1.4（i）是再次上傳λ3后的合路信號(hào)頻譜。由此可見(jiàn)，設(shè)置FBG6的中心波長(zhǎng)為λ3，可以輕松完成λ3的上下載。圖1.4（j）為輸出端頻譜圖，從圖中得到，信號(hào)串?dāng)_約﹣24dB，并且沒(méi)有失真，說(shuō)明三波長(zhǎng)可調(diào)型OADM系統(tǒng)性能良好，能夠很好地還原信號(hào)。綜上所述，使用三波長(zhǎng)可調(diào)型OADM，能夠完成隨意多波長(zhǎng)上下載和復(fù)用。1.2應(yīng)用光纖光柵OADM的WDM網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求在光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展中日益增加，WDM即波分復(fù)用是一項(xiàng)能夠改善帶寬的重要手段，如果光分插復(fù)用器能夠完全兼容WDM，其應(yīng)用前景則會(huì)及其可觀。1.2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真參數(shù)設(shè)置把光纖光柵OADM應(yīng)用在傳輸速率為10Gbps的WDM光網(wǎng)絡(luò)中，它的結(jié)構(gòu)圖如圖1.5。圖1.5應(yīng)用光纖光柵OADM的WDM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：應(yīng)用光纖光柵OADM的WDM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由光發(fā)射端口、密集波分復(fù)用系統(tǒng)（含復(fù)用耦合器和解復(fù)用器）、光纖光柵、環(huán)行器、光配線網(wǎng)絡(luò)（含光分路器和光纖）和光接收單元構(gòu)成。參數(shù)設(shè)置：光發(fā)送機(jī)設(shè)置成0dBm，輸入三路信號(hào)，波長(zhǎng)分別為λ1是191.0THz，λ2是191.4THz，λ3是191.7THz。傳輸速率：10Gbit/s，光纖長(zhǎng)度：10km，衰減：0.25dB/km反射率：0.99，環(huán)行器的插入損耗：0.5dB。工作原理：信號(hào)經(jīng)波分復(fù)用器耦合進(jìn)入環(huán)行器輸入端，與反射波長(zhǎng)相同的信號(hào)則被反射至第一個(gè)環(huán)行器，進(jìn)入下載端完成波長(zhǎng)的下載，然而其余和反射波長(zhǎng)不同的信號(hào)就不會(huì)受到影響，經(jīng)過(guò)FBG后通過(guò)環(huán)行器輸出。將光纖光柵的反射波長(zhǎng)λn和波長(zhǎng)λ1對(duì)應(yīng)，即為191.0THz，則能夠完成第一路信號(hào)的波長(zhǎng)下載。同理可得，若將光纖光柵的反射波長(zhǎng)與波長(zhǎng)λ2和λ3對(duì)應(yīng)時(shí)，那么就能完成第二路和第三路信號(hào)的波長(zhǎng)下載。在OptiSystem中對(duì)應(yīng)用光纖光柵OADM的WDM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，其仿真圖如圖1.6。圖1.6應(yīng)用光纖光柵OADM的WDM網(wǎng)絡(luò)仿真1.2.2仿真結(jié)果分析利用Optisystem完成應(yīng)用光纖光柵OADM的WDM網(wǎng)絡(luò)的仿真后，得到以下分析圖，通過(guò)它們可以驗(yàn)證應(yīng)用光纖光柵OADM的WDM網(wǎng)絡(luò)的兼容性和可行性。圖1.7WDM耦合后的λ1、λ2、λ3信號(hào)圖1.8(a)FBG反射后下載的λ3信號(hào)圖1.8(b)通過(guò)FBG后的λ1、λ2信號(hào)圖1.8(c)上載后通過(guò)環(huán)行器的λ1、λ2、λ3信號(hào)光纖光柵的反射波長(zhǎng)λn是191.0THz，圖1.7是三路信號(hào)經(jīng)過(guò)WDM耦合后的λ1、λ2、λ3總信號(hào)光譜，圖1.8（a）是反射后的λ3光譜，圖1.8（b）是通過(guò)FBG的λ1、λ2光譜，圖1.8（c）是上載對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)后，經(jīng)過(guò)第二個(gè)環(huán)行器的λ1、λ2、λ3信號(hào)光譜。由頻譜分析圖能夠得出，該系統(tǒng)光網(wǎng)絡(luò)中的OADM性能良好。在實(shí)現(xiàn)特定信號(hào)下載時(shí)，圖1.8（a）中顯示鄰道串?dāng)_為-26dB，說(shuō)明光纖光柵OADM的信號(hào)串?dāng)_水平能滿足國(guó)際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)分局對(duì)波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際要求。圖1.9接收端誤碼率分析圖1.9是光網(wǎng)絡(luò)單元接收端的誤碼率分析圖，從圖中能夠得出誤碼率是1.187*10-16，Q值是8.05265，可以看出系統(tǒng)性能較強(qiáng)，光纖光柵光分插復(fù)用器能夠完全兼容系統(tǒng)，光分插復(fù)用器和WDM光網(wǎng)絡(luò)之間的兼容性很好，助于光網(wǎng)絡(luò)平滑升級(jí)。光分插復(fù)用器能夠在WDM光網(wǎng)絡(luò)中靈活完成頻譜上下載功能，最終使得網(wǎng)絡(luò)利用率以及波長(zhǎng)靈活度得以增加。1.3基于組合型光纖光柵OADM的WDM網(wǎng)絡(luò)基于光纖光柵OADM是光纖光柵和光環(huán)形器構(gòu)成的，它具有工藝簡(jiǎn)單、插入損耗小等特點(diǎn)。雖然可以完成波長(zhǎng)的上傳下載，但多波長(zhǎng)信號(hào)通過(guò)光纖光柵對(duì)應(yīng)中心波長(zhǎng)信號(hào)將被反射，則不能完成此信號(hào)波長(zhǎng)的直通。于是提出基于光纖光柵和環(huán)行器的波長(zhǎng)選擇型OADM，它能夠完成光纖光柵反射波長(zhǎng)信號(hào)的直通。1.1.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：基于組合型光纖光柵OADM的結(jié)構(gòu)圖如圖1.10，由兩個(gè)光纖布拉格光柵和四個(gè)環(huán)行器組成。該系統(tǒng)中FBG1為固定中心波長(zhǎng)，F(xiàn)BG2是可調(diào)諧型光纖布拉格光柵，其功能為選擇波長(zhǎng)，與普通光纖光柵OADM結(jié)構(gòu)相似，擁有光射入、出射端，光信號(hào)上傳、下載端四個(gè)端口。圖1.10組合型光纖光柵光分插復(fù)用器工作原理：一路波長(zhǎng)為λ1、λ2、λ1...λn的復(fù)合信號(hào)在光射入端進(jìn)入。FBG1的中心諧振波長(zhǎng)為λ1，、反射對(duì)應(yīng)λ1的波長(zhǎng)信號(hào)，之后回路在C1處完成下載。若設(shè)置FBG2的信號(hào)反射波長(zhǎng)也為λ1，因?yàn)楸籉BG2反射，λ1信號(hào)不能繼續(xù)傳輸，那么它則經(jīng)過(guò)環(huán)行器C3并完成信號(hào)下載，同時(shí)在上傳端上載波長(zhǎng)為λ1的信號(hào)，然后經(jīng)FBG2的反射，在C4上傳，于FBG1被反射，最后從光出射端出射。若設(shè)置FBG2的信號(hào)反射波長(zhǎng)與FBG1的中心諧振波長(zhǎng)不同，那么由C1下載的λ1信號(hào)便能順利通過(guò)FBG2，由C4上傳，再次被FBG1反射，通過(guò)環(huán)行器C2，在輸出端出射，若同時(shí)輸入一個(gè)與FBG2相異的反射波長(zhǎng)，那么該信號(hào)則順利通過(guò)FBG2與C3，最后從光下載端口出射。把組合型光纖光柵OADM應(yīng)用在10Gbps的WDM光網(wǎng)絡(luò)中，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1.11。圖1.11基于組合型光纖光柵OADM的WDM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在OptiSystem中對(duì)基于組合型光纖光柵OADM的WDM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，其仿真圖如圖1.12。參數(shù)設(shè)置：光發(fā)送機(jī)設(shè)置成0dBm，輸出入三路信號(hào)，波長(zhǎng)分別為λ1是191.0THz，λ2是191.4THz，λ3是191.7THz。傳輸速率：10Gbit/s，光纖長(zhǎng)度：10km，衰減：0.25dB/km，反射率：0.99，環(huán)行器的插入損耗：0.5dB，F(xiàn)BG1的反射波長(zhǎng)為191.0THz，與λ1對(duì)應(yīng)。圖1.12基于組合型光纖光柵OADM的WDM網(wǎng)絡(luò)仿真1.1.2仿真結(jié)果分析利用Optisystem完成基于組合型光纖光柵OADM的WDM網(wǎng)絡(luò)的仿真后，得到以下分析圖，通過(guò)它們可以驗(yàn)證該系統(tǒng)是否兼容可行。（1）調(diào)節(jié)FBG2的反射波長(zhǎng)與FBG1的反射波長(zhǎng)相同調(diào)節(jié)反射波長(zhǎng)為191.0THz，光上傳端上傳波長(zhǎng)也設(shè)置成191.0THz，得到頻譜分析圖如下：圖1.13WDM耦合后的λ1、λ2、λ3信號(hào)圖1.14(a)FBG1反射后下載的λ1信號(hào) 圖1.14(b)通過(guò)FBG1后的λ2、λ3信號(hào)圖1.14(c)C2處上載后的λ1、λ2、λ3信號(hào)圖1.14(d)FBG2反射后從C4輸出的λ1信號(hào)FBG1、FBG2的反射波長(zhǎng)和上傳端上傳波長(zhǎng)都設(shè)置為191.0THz，圖1.13是三路信號(hào)經(jīng)過(guò)WDM耦合后的總信號(hào)光譜，圖1.14（a）是FBG1反射后下載的信號(hào)光譜，圖1.14（b）是經(jīng)FBG1的光譜，圖1.14（c）是上傳波長(zhǎng)后，經(jīng)過(guò)C2的λ1、λ2、λ3信號(hào)光譜，圖1.14（d）是FBG2反射后從C4下載端輸出的λ1信號(hào)光譜。由頻譜分析圖能夠得出，λ1波長(zhǎng)信號(hào)被FBG1反射后通過(guò)C1下載，然后被FBG2再一次反射，從下載端輸出，上傳端上傳的λ1波長(zhǎng)信號(hào)在FBG2反射后被復(fù)用，和經(jīng)過(guò)FBG1的λ2、λ3耦合，完成了信號(hào)的重載。（2）調(diào)節(jié)FBG2的反射波長(zhǎng)與FBG1的反射波長(zhǎng)不同調(diào)節(jié)反射波長(zhǎng)為191.4THz，不等于FBG1的反射波長(zhǎng)，上傳波長(zhǎng)調(diào)節(jié)為191.7THz，得到頻譜圖如下：圖1.15(a)FBG1反射后下載信號(hào)圖1.15(b)通過(guò)FBG1后的λ2、λ3信號(hào)圖1.15(c)C2處上傳后信號(hào) 圖1.15(d)經(jīng)FBG2后下載信號(hào)FBG1、2的反射和上傳波長(zhǎng)都相異，圖1.15（a）是反射之后下載λ1信號(hào)，圖1.15（b）是經(jīng)FBG1的信號(hào)光譜，圖1.15（c）是上載對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)后，經(jīng)過(guò)C2的λ1、λ2、λ3信號(hào)光譜，圖1.15（d）是上傳信號(hào)通過(guò)FBG2輸出的λ3。由上圖能夠得出，λ1信號(hào)由FBG1反射，通過(guò)C1下載，然后信號(hào)通過(guò)FBG2，由環(huán)行器C4上傳，和λ2、λ3耦合，完成了信號(hào)復(fù)用，λ3上傳后經(jīng)FBG2出射。圖1.16誤碼率分析圖1.16是接收端誤碼率圖，從圖中得到誤碼率是9.371*10-16，Q值為7.91563，性能和一般OADM應(yīng)用于WDM網(wǎng)絡(luò)中的參數(shù)