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2012-12-18 閱讀(3377)
北京郵電大學光通信與光波技術教育部重點實驗室，北京（100876）李俊儒，王遠鴻
摘 要：本文在WDM 光網絡原子功能模型的基礎上，提出了一種光網絡模擬軟件中復用器/解復用器的實現方法，并通過軟件仿真對其性能進行了分析。仿真結果表明，該方法能夠充分模擬實際的物理設備，各項指標均能夠達到性能要求，為WDM 光網絡仿真提供了必要條件。
關鍵詞：WDM 光網絡，原子功能模型，復用器/解復用器
中圖分類號：TN929.18
1. 引言
90 年代中期以來，光通信領域獲得了長足的發展，各種新興技術、新型器件、新式系統不斷涌現出來。隨著數據業務的爆炸式增長，對網絡傳輸容量的需求也不斷增大，WDM光傳送網絡以其大容量、高速率日益成為人們關注的焦點。在研究過程中，由于硬件網絡試驗平臺存在著網絡成本高、靈活性差、效率低、很難支持光信號的在線監測等問題，從而使軟件仿真平臺日益成為光通信系統和光網絡設計、規劃的重要工具。另一方面，由于目前的WDM 光網絡是架構在全光器件的基礎上，干線上信號的交換和分叉復用都是在光域內完成，而光分叉復用與交叉連接設備都離不開對單波長的操作，因此復用器/解復用器便成了這些設備中*的關鍵器件。本文在文獻[1]中提出的光網絡原子功能模型的基礎上，詳細研究了復用器/解復用器的設計原理，在我們開發的模擬軟件中提出了一種具體的實現方法，并將仿真結果與實際的物理設備參數進行了分析比較。
2. 復用器/解復用器原子功能模型的建立
為了簡化設計，便于擴展，我們在軟件開發中采用了原子功能模型的建模方法。所謂的原子功能模型是指WDM 光網元設備對光信號的響應模型。這種在功能上將光網絡中各種復雜的網元設備進行細化和抽樣得到的設備zui小功能單位就成稱為原子功能。這樣，光網絡中任何復雜的網元設備在功能上都可以看成原子功能的組合。基本的原子功能包括：適配功能、連接功能和終端功能。在光網絡中，與之對應的原子器件分別是理想衰減器、光濾波器、信號復制器、理想合路器和理想光開關[2]。這樣，復用器的原子功能模型便可以表示為：
圖中，
表示輸入的第i 路復用信號復振幅，
表示輸出信號的復振幅。我們可以很容易地得到輸出信號
為：
式中 hi' 為復用器中濾波器的傳遞函數，β 為理想衰減器的衰減系數（單位dB）。由此可以看出，當輸入信號Ein-i包含同、異頻串擾時，復用器通過濾波器后，輸入信號的異頻串擾分量被大大削減，但同頻串擾量卻無法去除，因此在其后又增加了理想合路器和理想衰減器來抑制同頻串擾的影響。
解復用器可以看作是復用器的逆過程，因此其原子功能模型可以這樣表示：
同樣可以得到第i 路信號輸出為：
3.復用器/解復用器在軟件中的實現
3.1 復用器/解復用器的設計流程
根據復用器/解復用器的原子功能模型，在軟件設計中我們就可以把它考慮成一個宏器件，其內部由各種基本的原子器件搭成[3][4]。例如n 路復用器可以看作是由n 個濾波器、一個理想合路器和一個理想衰減器搭成。考慮到大型OADM，OXC 是由多個復用器/解復用器組成，如果*從基本的原子器件來搭，則可能過于繁復。因此，在軟件中我們便把復用器/解復用器也做成了一個原子器件。由于解復用器可以看成是復用器的反向工作，因此，在下面的討論中，我們以復用器為例予以詳細說明。根據上述的原子功能模型，我們把復用器的仿真流程設計如下：
其中，理想合路器和理想衰減器可以分別用一個加法器和乘法器實現，下面我們重點討論濾波器的實現過程。
3.2 濾波器的實現過程
濾波器是復用器/解復用器中的核心器件，它的設計好壞直接影響著復用器/解復用器的zui終性能。復用器/解復用器中的濾波器要求輸入信號波長必須地與ITU –T 標準頻率匹配，并且具有低損耗、低串擾和寬通帶。實際使用的濾波器有多種，根據其傳遞函數的不同可分為高斯濾波器，貝塞爾濾波器，矩形濾波器等等。在軟件中，我們采用了貝塞爾型濾波器，它的傳遞函數可表示為：
式中fc是濾波器的中心波長，△f3dB是3dB 帶寬，Nn （p）是分母多項式，Bn （p）是貝塞爾多項式。貝塞爾濾波器的頻譜特性如下：
這樣我們就可以根據濾波器的原子功能模型得出輸出信號
式中 FFT[ ??]表示對信號作傅立葉變換，IFFT[ ??]表示對信號作傅立葉反變換。在具體實現時，我們還考慮了ASE 噪聲和串擾的影響。仿真流程圖如下：
3.3 復用器/解復用器的仿真參數
zui后，我們為復用器/解復用器提供了如下一些參數供用戶仿真時設置。
4.復用器/解復用器的模擬仿真
我們配置的仿真測試系統如圖6 所示，四個單信道光發射機的中心頻率分別為193 THz，193.1 THz，193.2 THz 和193.3 THz，信號線寬為50MHz，復用器的四個濾波器的中心頻率分別與該路輸入信號的中心頻率相同，每路濾波器的3dB 帶寬為20GHz，有效帶寬為500GHz，串擾信道數為0。由光譜儀的觀測結果如圖7 所示。
由于各路入射信號均在該路濾波器的通帶范圍內，從圖中可以看到通過四路復用器后信號被全部復用在了一起。由圖8 可見，復用后的信號頻譜特性較好，復用器的濾波性能也基本合乎要求。
5. 結論
本文在WDM 光網絡原子功能模型的基礎上，研究并提出了一種復用器/解復用器在模擬軟件中的實現方法，并給出了仿真結果，為進一步進行WDM 光網絡仿真提供了必要條件。利用原子功能模型進行WDM 模擬軟件的設計，實現簡單，便于擴展，用戶使用上也很方便、靈活，因此具有重要的研究意義。
參考文獻
[1] 程曉飛，林綿峰，張杰，顧畹儀. 波分復用光網絡模擬軟件中的原子器件[J]. 電子學報, 2001 年，第11期：1-3.
[2] 顧畹儀，張杰. 《全光通信網》[M] 北京：北京郵電大學出版社，1999 年.
[3] 程曉飛，許濤，羅來榮，顧畹儀. WDM 光傳送網計算機輔助設計軟件開發[J].光通信研究，2001 年：36-39.
[4] Marco Tacca, Isabella Cerutti, Luca Valcarenghi CAD tools in optical nerwork design [J]. Optical NetworksMagazing, 2000, 1（2）: 59-73.
[5] 程佩清.《數字信號處理教程》[M] 第二版北京：清華大學出版社，2001年
The Study and Implementation of the Multiplexer/
Demultiplexer in the WDM Simulation Software
Li Junru, Wang Yuanhong
Advanced Optical Network Lab of Beijing University of Posts and ecommunications,
Beijing, China （100876） Abstract
In this paper, a method for the implementation of the multiplexer/demultiplexer in the WDM
simulation software is presented, based on the atomic functional models of the optical network. It is analysed throuth a simulator and the result shows that it could fully simulate the real equipment and all the performance parameters are eligible. It provides a necessary qualification for the further simulation of the WDM network.
Keywords: WDM network, atomic functional model, multiplexer/demultiplexer
