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北京郵電大學(xué)光通信與光波技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京（100876）李俊儒，王遠(yuǎn)鴻

摘 要：本文在WDM 光網(wǎng)絡(luò)原子功能模型的基礎(chǔ)上，提出了一種光網(wǎng)絡(luò)模擬軟件中復(fù)用器/解復(fù)用器的實(shí)現(xiàn)方法，并通過軟件仿真對(duì)其性能進(jìn)行了分析。仿真結(jié)果表明，該方法能夠充分模擬實(shí)際的物理設(shè)備，各項(xiàng)指標(biāo)均能夠達(dá)到性能要求，為WDM 光網(wǎng)絡(luò)仿真提供了必要條件。
關(guān)鍵詞：WDM 光網(wǎng)絡(luò)，原子功能模型，復(fù)用器/解復(fù)用器
中圖分類號(hào)：TN929.18

1. 引言
90 年代中期以來(lái)，光通信領(lǐng)域獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展，各種新興技術(shù)、新型器件、新式系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)出來(lái)。隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的爆炸式增長(zhǎng)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸容量的需求也不斷增大，WDM光傳送網(wǎng)絡(luò)以其大容量、高速率日益成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。在研究過程中，由于硬件網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)平臺(tái)存在著網(wǎng)絡(luò)成本高、靈活性差、效率低、很難支持光信號(hào)的在線監(jiān)測(cè)等問題，從而使軟件仿真平臺(tái)日益成為光通信系統(tǒng)和光網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、規(guī)劃的重要工具。另一方面，由于目前的WDM 光網(wǎng)絡(luò)是架構(gòu)在全光器件的基礎(chǔ)上，干線上信號(hào)的交換和分叉復(fù)用都是在光域內(nèi)完成，而光分叉復(fù)用與交叉連接設(shè)備都離不開對(duì)單波長(zhǎng)的操作，因此復(fù)用器/解復(fù)用器便成了這些設(shè)備中*的關(guān)鍵器件。本文在文獻(xiàn)[1]中提出的光網(wǎng)絡(luò)原子功能模型的基礎(chǔ)上，詳細(xì)研究了復(fù)用器/解復(fù)用器的設(shè)計(jì)原理，在我們開發(fā)的模擬軟件中提出了一種具體的實(shí)現(xiàn)方法，并將仿真結(jié)果與實(shí)際的物理設(shè)備參數(shù)進(jìn)行了分析比較。

2. 復(fù)用器/解復(fù)用器原子功能模型的建立
為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，便于擴(kuò)展，我們?cè)谲浖_發(fā)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(wǎng)元設(shè)備對(duì)光信號(hào)的響應(yīng)模型。這種在功能上將光網(wǎng)絡(luò)中各種復(fù)雜的網(wǎng)元設(shè)備進(jìn)行細(xì)化和抽樣得到的設(shè)備zui小功能單位就成稱為原子功能。這樣，光網(wǎng)絡(luò)中任何復(fù)雜的網(wǎng)元設(shè)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(wǎng)絡(luò)中，與之對(duì)應(yīng)的原子器件分別是理想衰減器、光濾波器、信號(hào)復(fù)制器、理想合路器和理想光開關(guān)[2]。這樣，復(fù)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(fù)用信號(hào)復(fù)振幅， 表示輸出信號(hào)的復(fù)振幅。我們可以很容易地得到輸出信號(hào) 為：

式中 hi' 為復(fù)用器中濾波器的傳遞函數(shù)，β 為理想衰減器的衰減系數(shù)（單位dB）。由此可以看出，當(dāng)輸入信號(hào)E_in-i包含同、異頻串?dāng)_時(shí)，復(fù)用器通過濾波器后，輸入信號(hào)的異頻串?dāng)_分量被大大削減，但同頻串?dāng)_量卻無(wú)法去除，因此在其后又增加了理想合路器和理想衰減器來(lái)抑制同頻串?dāng)_的影響。

解復(fù)用器可以看作是復(fù)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(hào)輸出為：

3.復(fù)用器/解復(fù)用器在軟件中的實(shí)現(xiàn)
3.1 復(fù)用器/解復(fù)用器的設(shè)計(jì)流程
根據(jù)復(fù)用器/解復(fù)用器的原子功能模型，在軟件設(shè)計(jì)中我們就可以把它考慮成一個(gè)宏器件，其內(nèi)部由各種基本的原子器件搭成[3][4]。例如n 路復(fù)用器可以看作是由n 個(gè)濾波器、一個(gè)理想合路器和一個(gè)理想衰減器搭成。考慮到大型OADM，OXC 是由多個(gè)復(fù)用器/解復(fù)用器組成，如果*從基本的原子器件來(lái)搭，則可能過于繁復(fù)。因此，在軟件中我們便把復(fù)用器/解復(fù)用器也做成了一個(gè)原子器件。由于解復(fù)用器可以看成是復(fù)用器的反向工作，因此，在下面的討論中，我們以復(fù)用器為例予以詳細(xì)說(shuō)明。根據(jù)上述的原子功能模型，我們把復(fù)用器的仿真流程設(shè)計(jì)如下：

其中，理想合路器和理想衰減器可以分別用一個(gè)加法器和乘法器實(shí)現(xiàn)，下面我們重點(diǎn)討論濾波器的實(shí)現(xiàn)過程。
3.2 濾波器的實(shí)現(xiàn)過程
濾波器是復(fù)用器/解復(fù)用器中的核心器件，它的設(shè)計(jì)好壞直接影響著復(fù)用器/解復(fù)用器的zui終性能。復(fù)用器/解復(fù)用器中的濾波器要求輸入信號(hào)波長(zhǎng)必須地與ITU –T 標(biāo)準(zhǔn)頻率匹配，并且具有低損耗、低串?dāng)_和寬通帶。實(shí)際使用的濾波器有多種，根據(jù)其傳遞函數(shù)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(shù)可表示為：

式中f_c是濾波器的中心波長(zhǎng)，△f_3dB是3dB 帶寬，Nn （p）是分母多項(xiàng)式，Bn （p）是貝塞爾多項(xiàng)式。貝塞爾濾波器的頻譜特性如下：

這樣我們就可以根據(jù)濾波器的原子功能模型得出輸出信號(hào)

式中 FFT[ ??]表示對(duì)信號(hào)作傅立葉變換，IFFT[ ??]表示對(duì)信號(hào)作傅立葉反變換。在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，我們還考慮了ASE 噪聲和串?dāng)_的影響。仿真流程圖如下：

3.3 復(fù)用器/解復(fù)用器的仿真參數(shù)
zui后，我們?yōu)?a rel="nofollow">復(fù)用器/解復(fù)用器提供了如下一些參數(shù)供用戶仿真時(shí)設(shè)置。

4.復(fù)用器/解復(fù)用器的模擬仿真
我們配置的仿真測(cè)試系統(tǒng)如圖6 所示，四個(gè)單信道光發(fā)射機(jī)的中心頻率分別為193 THz，193.1 THz，193.2 THz 和193.3 THz，信號(hào)線寬為50MHz，復(fù)用器的四個(gè)濾波器的中心頻率分別與該路輸入信號(hào)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?dāng)_信道數(shù)為0。由光譜儀的觀測(cè)結(jié)果如圖7 所示。

由于各路入射信號(hào)均在該路濾波器的通帶范圍內(nèi)，從圖中可以看到通過四路復(fù)用器后信號(hào)被全部復(fù)用在了一起。由圖8 可見，復(fù)用后的信號(hào)頻譜特性較好，復(fù)用器的濾波性能也基本合乎要求。
5. 結(jié)論
本文在WDM 光網(wǎng)絡(luò)原子功能模型的基礎(chǔ)上，研究并提出了一種復(fù)用器/解復(fù)用器在模擬軟件中的實(shí)現(xiàn)方法，并給出了仿真結(jié)果，為進(jìn)一步進(jìn)行WDM 光網(wǎng)絡(luò)仿真提供了必要條件。利用原子功能模型進(jìn)行WDM 模擬軟件的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，便于擴(kuò)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(xiàn)
[1] 程曉飛，林綿峰，張杰，顧畹儀. 波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)模擬軟件中的原子器件[J]. 電子學(xué)報(bào), 2001 年，第11期：1-3.
[2] 顧畹儀，張杰. 《全光通信網(wǎng)》[M] 北京：北京郵電大學(xué)出版社，1999 年.
[3] 程曉飛，許濤，羅來(lái)榮，顧畹儀. WDM 光傳送網(wǎng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件開發(fā)[J].光通信研究，2001 年：36-39.
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[5] 程佩清.《數(shù)字信號(hào)處理教程》[M] 第二版北京：清華大學(xué)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

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