GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Tên đề tài
Đề tài: Xây dựng phương án thiết kế hệ thống thông tin quang WDM có sử dụng khuếch đại quang EDFA với các yêu cầu thiết kế như sau: -Tốc độ bit: 2.5 Gbit/s
-Cự ly truyền dẫn: 300 km
-Số lượng kênh bước sóng: 8 kênh
Giới thiệu chung
Ngày nay,hệ thống tin sợi quang đã và đang được sử dụng rộng rãi trong thông tin liên lạc Bởi lẽ đây là hệ thống đáp ứng được yêu cầu sử dụng băng thông cũng như quỹ công suất thu phát và cự ly thông tin tốt nhất hiện nay So với thông tin dùng cáp đồng (ADSL) thì tốc độ tối đa đạt được của hệ thống thông tin sợi quang(FTTH) gấp 50 lần Không những thế hệ thống thông tin cáp sợi quang còn có độ bảo mật rất cao do tính đóng kín hệ thống truyền dẫn và sử dụng tín hiệu ánh sáng thay cho tín hiệu điện Do vậy nhóm chúng em đã chọn đề tài bài tập lớn môn
Hệ thống viễn thông với mục đích nghiên cứu và tìm hiểu về hệ thống thông tin cáp sợi quang.
Trong quá trình làm Bài tập lớn chúng em đã vận dụng được rất nhiều kiến thức đã học được trên lớp và đó cũng là mục tiêu của nhóm chúng em đề ra.
Cuối cùng, chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Hoàng Hải đã tận tình hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình để nhóm chúng em hoàn thành được kết quả như mong đợi.
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
Giới thiệu chung
Ghép kênh theo bước sóng WDM (Wavelength Devision Multiplexing) là công nghệ “trong một sợi quang đồng thời truyền dẫn nhiều bước sóng tín hiệu quang” Ở đầu phát, nhiều tín hiệu quang có bước sóng khác nhau được tổ hợp lại(ghép kênh) để truyền đi trên một sợi quang Ở đầu thu, tín hiệu tổ hợp đó được phân giải ra (tách kênh), khôi phục lại tín hiệu gốc rồi đưa vào các đầu cuối khác nhau.
Sơ đồ tổng quát
Phát tín hiệu: Trong hệ thống WDM, nguồn phát quang được dùng là laser. Hiện tại đã có một số loại nguồn phát như: Laser điều chỉnh được bước sóng (Tunable Laser), Laser đa bước sóng (Multiwavelength Laser) Yêu cầu đối với nguồn phát laser là phải có độ rộng phổ hẹp, bước sóng phát ra ổn định, mức công suất phát đỉnh, bước sóng trung tâm, độ rộng phổ, độ rộng chirp phải nằm trong giới hạn cho phép.
Ghép/tách tín hiệu: Ghép tín hiệu WDM là sự kết hợp một số nguồn sáng khác nhau thành một luồng tín hiệu ánh sáng tổng hợp để truyền dẫn qua sợi quang Tách tín hiệu WDM là sự phân chia luồng ánh sáng tổng hợp đó thành các tín hiệu ánh sáng riêng rẽ tại mỗi cổng đầu ra bộ tách Hiện tại đã có các bộ tách/ghép tín hiệu WDM như: bộ lọc màng mỏng điện môi, cách tử Bragg sợi, cách tử nhiễu xạ, linh kiện quang tổ hợp AWG, bộ lọc Fabry-Perot Khi xét đến các bộ tách/ghép WDM, ta phải xét các tham số như: khoảng cách giữa các kênh, độ rộng băng tần của các kênh bước sóng, bước sóng trung tâm của kênh, mức xuyên âm giữa các kênh, tính đồng đều của kênh, suy hao xen, suy hao phản xạ Bragg, xuyên âm đầu gần đầu xa
Truyền dẫn tín hiệu: Quá trình truyền dẫn tín hiệu trong sợi quang chịu sự ảnh hưởng của nhiều yếu tố: suy hao sợi quang, tán sắc, các hiệu ứng phi tuyến, vấn đề liên quan đến khuếch đại tín hiệu Mỗi vấn đề kể trên đều phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố sợi quang (loại sợi quang, chất lượng sợi ).
Khuếch đại tín hiệu: Hệ thống WDM hiện tại chủ yếu sử dụng bộ khuếch đại quang sợi EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier) Tuy nhiên bộ khuếch đại Raman hiện nay cũng đã được sử dụng trên thực tế Có ba chế độ khuếch đại: khuếch đại công suất, khuếch đại đường và tiền khuếch đại Khi dùng bộ khuếch đại EDFA cho hệ thống WDM phải đảm bảo các yêu cầu sau:
- Ðộ lợi khuếch đại đồng đều đối với tất cả các kênh bước sóng (mức chênh lệch không quá 1 dB).
- Sự thay đổi số lượng kênh bước sóng làm việc không được gây ảnh hưởng đến mức công suất đầu ra của các kênh.
- Có khả năng phát hiện sự chênh lệch mức công suất đầu vào để điều chỉnh lại các hệ số khuếch đại nhằm đảm bảo đặc tuyến khuếch đại là bằng phẳng đối với tất cả các kênh.
Thu tín hiệu: Thu tín hiệu trong các hệ thống WDM cũng sử dụng các bộ tách sóng quang như trong hệ thống thông tin quang thông thường: PIN, APD.
Hinh 2.1: Sơ đồ chức năng hệ thống WDM
Phân loại hệ thống WDM
Hinh 2.2: Hệ thống ghép bước sóng đơn hướng và song hướng
Hệ thống WDM về cơ bản chia làm hai loại: hệ thống đơn hướng và song hướng như minh hoạ trên hình 1.2 Hệ thống đơn hướng chỉ truyền theo một chiều trên sợi quang Do vậy, để truyền thông tin giữa hai điểm cần hai sợi quang Hệ thống WDM song hướng, ngược lại, truyền hai chiều trên một sợi quang nên chỉ cần 1 sợi quang để có thể trao đổi thông tin giữa 2 điểm.
Các phần tử cơ bản trong hệ thống WDM
Các nguồn quang cơ bản sử dụng trong hệ thống thông tin cáp sợi quang có thể là Diode Laser (LD) hoặc Diode phát quang (LED).
Laser “ Light Amplication by Stimulated Emission of Radiation” Khuếch đại ánh sáng nhờ bức xạ kích thích.Hoạt động của Laser dựa trên hai hiện tượng chính là : Hiện tượng bức xạ kích thích và hiện tượng cộng hưởng của sóng ánh sáng khi lan truyền trong Laser.
Tín hiệu quang phát ra từ LD hoặc LED có các tham số biến đổi tương ứng với biến đổi của tín hiệu điện vào Tín hiệu điện vào có thể phát ở dạng số hoặc tương tự Thiết bị phát quang sẽ thực hiện biến đổi tín hiệu điện vào thành tín hiệu quang tương ứng bằng cách biến đổi dòng vào qua các nguồn phát quang Bước sóng ánh sáng của nguồn phát quang phụ thuộc chủ yếu vào vật liệu chế tạo phần tử phát Ví dụ: GaalAs phát ra bức xạ vùng bước sóng 800 nm đến 900 nm,InGaAsP phát ra bức xạ ở vùng 1100 nm đến 1600 nm.
Sử dụng bộ điều biến ngoài để giảm chirp, tốc độ điều biến cao và tạo các định dạng tín hiệu quang khác nhau (NRZ, RZ, CS-RZ, DPSK …) và đảm bảo tín hiệu quang có độ rộng phổ hẹp tại bớc sóng chính xác theo tiêu chuẩn.
Phần thu quang gồm các bộ tách sóng quang, kênh tuyến tính và kênh phục hồi Nó tiếp nhận tín hiệu quang, tách lấy tín hiệu thu được từ phía phát, biến đổi thành tín hiệu điện theo yêu cầu cụ thể Trong phần này thường sử dụng các photodiode PIN hoặc APD Yêu cầu quan trọng nhất đối với bộ thu quang là công suất quang phải nhỏ nhất (độ nhạy quang) có thể thu được ở một tốc độ truyền dẫn số nào đó ứng với t lệ lỗi bít (BER) cho phép.
Bộ thu quang trong hệ thống WDM
Hinh 2.3: Sơ đồ khối bên thu
Cấu tạo sợi quang Ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần, sợi quang được chế tạo cơ bản gồm có hai lớp:
- Lớp trong cùng có dạng hình trụ tròn, có đường kính d = 2a, làm bằng thủy tinh có chiết suất n1, được gọi là lõi (core) sợi.
- Lớp thứ hai cũng có dạng hình trụ bao quanh lõi nên được gọi là lớp bọc(cladding), có đường kính D = 2b, làm bằng thủy tinh hoặc plastic, có chiết suất n2< n1
Hinh 2.4: Cấu trúc tổng quát sợi quang
Phân loại theo chiết suất:
- Sợi quang chiết suất bậc SI (Step-Index)
- Sợi quang chiết suất biến đổi GI (Graded-Index) Phân loại theo mode
- Sợi đơn mode (Single-Mode)
- Sợi đa mode (Multi-Mode)
2.4.4 Bộ tách ghép bước sóng( OMUX/ODEMUX)
Bộ ghép/ tách kênh bước sóng thường được mô tả theo những thông số sau:
- Số lượng kênh xử lý
- Giá trị lớn nhất của suy hao xen
- Độ suy hao chen giữa các kênh
Hinh 2.5: Sơ đồ khối bộ ghép/ tách kênh bước sóng
2.4.5 Bộ xen rẽ bước sóng(OADM)
- OADM ( Optical Add/Drop Multiplexer) thường được dùng trong các mạng quang đô thị và các mạng quang đường dài vì nó cho hiệu quả kinh tế cao, đặc biệt đối với cấu hình mạng tuyến tính, cấu hình mạng vòng.
- OADM được cấu hình để xen/ rớt một số kênh bước sóng,các kênh bước sóng còn lại được cấu hình cho đi xuyên qua.
Các cấu trúc cho OADM :
- Cấu trúc song song : tất cả các kênh tín hiệu đều được giải ghép kênh Sau đó một số kênh tùy ý được cấu hình rớt, các kênh còn lại cấu hình cho đi xuyên qua một cách thích hợp.
Hinh 2.6: Cấu trúc song song
- Cấu trúc song song theo băng ( theo modun) :tạo thành bằng cách thiết kế theo từng modun cho cấu trúc song song
Hinh 2.7: Cấu trúc song song theo băng
- Cấu trúc nối tiếp : Một kênh đơn được thực hiện rớt và xen từ tập hợp các kênh đi vào OADM.
Hinh 2.8: Cấu trúc nối tiếp
2.4.6 Bộ nối chéo quang (OXC)
Định nghĩa : OXC là thiết bị đáp ứng yêu cầu về khả năng linh động trong việc cung ứng dịch vụ, hay đáp ứng khả năng đáp ứng được sự tăng băng thông đột biến của các dịch vụ đa phương tiện
Hinh 2.9: Sơ đồ kết nối OXC
Các yêu cầu đối với OXC :
- Trong suốt đối với tốc độ truyền dẫn bit
- Giám sát chất lượng truyền dẫn
- Ghép và nhóm tín hiệu
2.4.7 Bộ khuếch đại quang: (OA - Optical Amplifier):
Chặng Chặng độ lợi độ lợi Laser
Hinh 2.10: Khuếch đại quang OLA
Đặc tính của 1 số bộ khuếch đại quang lý tưởng
- Hệ số khuếch đại và mức công suất đầu ra cao với hiệu suất chuyển đổi
- Độ rộng băng tần khuếch đại lớn với hệ số khuếch đại không đổi
- Không nhạy cảm với phân cực
- Không gây xuyên kênh giữa các tín hiệu WDM
- Suy hao ghép nối với sợi quang thấp.
- Vào : giống như laser bán dẫn nhưng được phân cực dưới ngưỡng
- Bộ khuếch đại quang sợi pha tạp đất hiếm: khuếch đại xảy ra trong sợi quang pha tạp đất hiếm, phổ biến là bộ EDFA
- Ra : khuếch đại xảy ra trong sợi quang nhờ mức công suất bơm cao
2.4.8 Bộ chuyển đổi bước sóng
Bộ chuyển đổi bước sóng là thiết bị chuyển đổi tín hiệu có bước sóng này ở đầu vào ra thành tín hiệu có bước sóng khác ở đầu ra Đối với hệ thống WDM, bộ chuyển đổi bước sóng cho nhiều ứng dụng hữu ích khác nhau :
Tín hiệu có thể đi vào mạng với bước sóng không thích hợp khi truyền trong WDM
Bộ chuyển đổi khi được trang bị trong các cấu hình nút mạng WDM giúp sử dụng tài nguyên bước sóng hiệu quả hơn, linh động hơn.
Có 4 phương pháp chế tạo bộ chuyển đổi bước sóng:
- Phương pháp trộn bước sóng
Ưu nhước điểm của hệ thống WDM
- Hệ thống WDM có dung lượng truyền dẫn lớn hơn nhiều so với hệ thống TDM.
- Không giống như TDM phải tăng tốc độ số liệu khi lưu lượng truyền dẫn tăng, WDM chỉ cần mang vài tín hiệu, mỗi tín hiệu ứng với mỗi bước sóng riêng (kênh quang)
- WDM cho phép tăng dung lượng của mạng hiện có mà không cần phải lắp đặt thêm sợi quang
- Dung lượng hệ thống còn nhỏ, chưa khai thác triệt để băng tần rộng lớn của sợi quang.
- Chi phí cho khai thác, bảo dưỡng tăng do có nhiều hệ thống cùng hoạt động
Bộ khuếch đại quang EDFA
Hinh 2.11: Cấu trúc tổng quát của một bộ khuếch đại EDFA
Cấu trúc của một bộ khuếch đại quang sợi pha trộn Erbium EDFA (Erbium- Doped FiberAmplifier) được minh họa trên hình 2.9 Trong đó bao gồm:
Sợi quang pha ion đất hiếm Erbium EDF (Erbium-Doped Fiber): là nơi xảy ra quá trình khuếch đại (vùng tích cực) của EDFA.
2.6.2 Các tính chất của EDFA a) Độ lợi (Gain)
- 1 (z), 2(z): mật độ ion erbium ở trạng thái kích thích và ở trạng thái nền trí ztrong đoạn sợi quang pha erbium. tại vị N
- L: chiều dài sợi pha erbium.
- (e)s σ , (a)s σ: tiết diện ngang hấp thụ và phát xạ của ion erbium tại bước sóng tín hiệu. b) Công suất bão hòa( Output saturation power)
Sự bão hoà xảy ra khi công suất tín hiệu vào EDFA lớn gây ra sự giảm hệ số khuếch đại Sự bão hoà hệ số khuếch đại này xuất hiện khi công suất tín hiệu tăng cao và gây ra sự phát xạ kích thích ở một t lệ cao và do đó làm giảm sựnghịch đảo nồng độ Điều đó có nghĩa là số các ion erbium ở trạng thái kích thích giảm một cách đáng kể Hệ quả là, công suất tín hiệu ở ngõ ra bị hạn chế bởi sự bão hoà công suất Công suất ra bão hòa Pout, được định nghĩa là tín hiệu ra mà ở đó hệ số khuếch đại bị giảm đi 3 dB so với khikhuếch đại tín hiệu nhỏ.
Hinh 2.12: Phổ hấp thụ (absorption spectrum) và phổ độ lợi (gain spectrum) của EDFAcó lõi pha Ge
2.6.3 Ưu khuyết điểm của EDFA a) Ưu điểm:
- Nguồn laser bơm bán dẫn có độ tin cậy cao, gọn và công suất cao.
- Cấu hình đơn giản: hạ giá thành của hệ thống.
- Cấu trúc nhỏ gọn: có thể lắp đặt nhiều EDFA trong cùng một trạm, dễ vận chuyển vàthay thế.
- Công suất nguồn nuôi nhỏ: thuận lợi khi áp dụng cho các tuyến thông tin quang vượtbiển.
- Không có nhiễu xuyên kênh khi khuếch đại các tín hiệu WDM như bộ khuếch đại quangbán dẫn.
- Hầu như không phụ thuộc vào phân cực của tín hiệu. b) nhược điểm:
- Phổ độ lợi của EDFA không bằng phẳng.
- Băng tần hiên nay bị giới hạn trong băng C và băng L.
- Nhiễu được tích lũy qua nhiều chặng khuếch đại gây hạn chế cự ly truyền dẫn.
PHẦN MỀM OPTISYSTEM
Tổng quan về phần mềm Optisystem
Cùng với sự bùng nổ về nhu cầu thông tin, các hệ thống thông tin quang ngày càng trở nên phức tạp Để phân tich, thiết kế các hệ thống này bắt buộc phải sử dụng các công cụ mô phỏng
OptiSystem là phần mềm mô phỏng hệ thống thông tin quang Phần mềm này có khả năng thiết kế, đo kiểm tra và thực hiện tối ưu hóa rất nhiều loại tuyến thông tin quang, dựa trên khả năng mô hình hóa các hệ thống thông tin quang trong thực tế Bên cạnh đó, phần mềm này cũng có thể dễ dàng mở rộng do người sử dụng có thể đưa thêm các phần tử tự định nghĩa vào.
Phần mềm có giao diện thân thiện, khả năng hiển thị trực quan.
OptiSystem có thể giảm thiểu các yêu cầu thời gian và giảm chi phí liên quan đến thiết kế của các hệ thống quang học, liên kết, và các thành phần Phần mềm OptiSystem là một sáng tạo, phát triển nhanh chóng, công cụ thiết kế hữu hiệu cho phép người dùng lập kế hoạch, kiểm tra, và mô phỏng gần như tất cả các loại liên kết quang học trong lớp truyền dẫn của một quang phổ rộng của các mạng quang học từ mạng LAN, SAN, MAN tới mạng ultra-long-haul Nó cung cấp lớp truyền dẫn,thiết kế và quy hoạch hệ thống thông tin quang từ các thành phần tới mức hệ thống.Hội nhập của nó với các sản phẩm Optiwave khác và các công cụ thiết kế của ngành công nghiệp điện tử hàng đầu phần mềm thiết kế tự động góp phần vào OptiSystem đẩy nhanh tiến độ sản phẩm ra thị trường và rút ngắn thời gian hoàn vốn.
- Cung cấp cái nhìn toàn cầu vào hiệu năng hệ thống
- Đánh giá sự nhạy cảm tham số giúp đỡ việc thiết kế chi tiết kỹ thuật
- Trực quan trình bày các tùy chọn thiết kế và dự án khách hàng tiềm năng
- Cung cấp truy cập đơn giản để tập hợp rộng rãi các hệ thống đặc tính dữ liệu
- Cung cấp các tham số tự động quét và tối ưu hóa
- Tích hợp với họ các sản phẩm Optiwave
Tạo ra để đáp ứng nhu cầu của các nhà khoa học nghiên cứu, kỹ sư viễn thông quang học, tích hợp hệ thống, sinh viên và một loạt các người dùng khác, OptiSystem đáp ứng các nhu cầu của thị trường lượng tử ánh sáng phát triển mạnh mẽ nhưng vẫn dễ sử dụng công cụ thiết kế hệ thống quang học.
OptiSystem cho phép người dùng lập kế hoạch, kiểm tra, và mô phỏng:
- Thiết kế mạng WDM / TDM hoặc CATV
- Thiết kế mạng vòng SONET / SDH
- Thiết kế bộ phát, kênh, bộ khuếch đại, và bộ thu thiết kế bản đồ phân tán
- Đánh giá BER và penalty của hệ thông với các mô hình bộ thu khác nhau
- Tính toán BER và quĩ công suất tuyến của các hệ thống có sửng dụng khuếch đại quang.
- Thay đổi hệ thống tham số BER và tính toán khả năng liên kết “Khi hệ thống quang học trở nên nhiều hơn và phức tạp hơn, các nhà khoa học và kỹ sư ngày càng phải áp dụng các phần mềm kĩ thuật mô phỏng tiên tiến, quan trọng hỗ trợ cho việc thiết kế Nguồn OptiSystem và linh hoạt tạo điều kiện thuận lợi hiệu quả và hiệu quả trong việc thiết kế nguồn sáng.
Đặc điểm và chức năng
3.2.1 Cấu tạo thư viện( Component Library )
Thư viện OptiSytem bao gồm hàng trăm các thành phần cho phép bạn có thể nhập các thông số được đo từ các thiết bị thực sự Nó tích hợp với các thử nghiệm và thiết bị đo lường từ các nhà cung cấp khác nhau Người sử dụng có thể kết hợp các thành phần mới dựa trên hệ thống con và người sử dụng và định nghĩa là thư viện, hoặc sử dụng mô phỏng cùng với một công cụ của bên thứ ba chẳng hạn như MATLAB hoặc SPICE.
- Thư viện các bộ thu quang
- Thư viện các bộ khuếch đại (quang, điện)
- Thư viện các bộ MUX, DEMUX
- Thư viên các bộ lọc (quang, điện)
- Thư viện các phần tử FSO
- Thư viện các phần tử truy nhập
- Thư viện các phần tử thụ động (quang, điện)
- Thư viện các phần tử xử lý tín hiệu (quang, điện)
- Thư viện các phần tử mạng quang
- Thư viện các thiết bị đo quang, đo điện
3.2.2 Tích hợp với các công cụ phần mêm Optiwave
Optisystem cho phép người dùng sử dụng kết hợp với các công cụ phần mềm khác của Optiwave như OptiAmplifier, OptiBPM, OptiGrating, WDM_Phasar và OptiFiber để thiết kế ở mức phần tử.
Miêu tả được tín hiệu pha trộn
OptiSystem xử lý các định dạng tín hiệu hỗn hợp cho tín hiệu quang và điện trong
Hợp phần Thư viện OptiSystem tính toán các tín hiệu đang sử dụng thích hợp các thuật toán có liên quan đến các yêu cầu mô phỏng chính xác và hiệu quả.
Chất lượng và thực hiện các thuật toán Để dự đoán hiệu suất hệ thống, OptiSystem tính toán các thông số chẳng hạn như BER và Q-Factor bằng cách sử dụng phân tích số hoặc bán phân tích kỹ thuật của hệ thống giới hạn bởi biểu tượng nhiễu và tiếng ồn.
Các công cụ trực quan nâng cao
Các công cụ trực quan tiên tiến tạo ra phổ OSA ,xung tín hiệu,biểu đồ mắt,phân cực trạng thái,các sơ đồ hợp thành và nhiều hơn nữa.Ngoài ra,bao gồm các công cụ nghiên cứu WDM các danh sách tín hiệu nguồn,hình ảnh tiếng ồn và OSNR cho mỗi kênh.
Theo dõi, giám sát dữ liệu
Bạn có thể chọn các cổng thành phần lưu dữ liệu và gắn màn hình sau khi mô phỏng kết thúc Điều này cho phép bạn xử lý dữ liệu sau khi mô phỏng mà không cần tính toán lại , Bạn có thể tùy ý đính kèm một số hiện hình tới màn hình tại cùng một cổng.
3.2.3 Các công cụ hiển thị
Optisystem có đầy đủ các thiết bị đo quang, đo điện Cho phép hiển thị tham số, dạng, chất lượng tín hiệu tại mọi điểm trên hệ thống.
- Phân tích phổ (Spectrum Analyzer)
- Thiết bị đo công suất (Optical Power Meter)
- Thiết bị đo miền thời gian quang (Optical Time Domain Visualizer)
- Thiết bị phân tích WDM (WDM Analyzer)
- Thiết bị phân tích phân cực (Polarization Analyzer)
- Thiết bị đo phân cực (Polarization Meter)
- Thiết bị phân tích phổ RF (RF Spectrum Analyzer)
- Thiết bị phân tích biểu đồ hình mắt (Eye Diagram Analyzer)
- Thiết bị phân tích lỗi bit (BER Analyzer)
- Thiết bị đo công suất (Electrical Power Meter)
- Thiết bị phân tích sóng mang điện (Electrical Carrier Analyzer)
3.2.4 Mô phỏng phân cấp với các hệ thống con (subsystem) Để việc mô phỏng được thực hiện một cach linh hoạt và hiệu quả, Optisystem cung cấp mô hình mô phỏng tại các mức khác nhau, bao gồm mức hệ thống, mức hệ thống con và mức phần tử.
3.2.5 Thiết kế nhiều lớp(Multiple Layout)
Trong một file dự án, Optisystem cho phép tạo ra nhiều thiết kế, nhờ đó người sử dụng có thế tạo ra sửa đổi các thiết kế một cách nhanh chóng và hiệu quả.Mỗi file dự án thiết kế của Optisystem có thế chứa nhieuf phiên bản thiết kế Mỗi phiên bản được tính toán và thay đổi một cách độc lập nhưng kết quả tính toán của các phiên bản khác nhau có thế được kết hợp lại, cho phép so sánh các phiên bản thiết kế một cách dễ dàng.
Trang báo cáo của Optisystem cho phép hiển thị tất cả hoặc một phần các tham số cũng như các kết quả tính toán được của thiết kế tùy theo yêu cầu của người sử dụng Các báo cáo tạo ra được tổ chức dưới dạng text, dạng bảng tinh, đồ thị 2D và 3D Cũng có thể kết xuất báo cáo dưới dạng file HTML hoặc dưới dạng các file template đã được định dạng trước.
3.2.7 Quét tham số và tối ưu hóa (parameter sweeps and optimizations)
Quá trình mô phỏng có thể thực hiện lặp lại một cách tự động với các giá trị khác nhau của tham số để đưa ra các phương án khác nhau của thiết kế.
Người sử dụng cũng có thể sử dụng phần tối ưu hóa của Optisystem để thay đổi giá trị của một tham số nào đó để đạt được kết quả tốt nhất, xấu nhât hoặc một giá mục tiêu nào đó của thiết kế.
Một số giao diện phần mềm
Thư viện các phần tử ( component library ) :
Người dùng truy cập vào lấy các phần tử để thiết kế
Hinh 3.1: Thư viện các phần tử Thư viện các phần tử:
- Thư viện nguồn quang - ( optical sources library )
- Thư viện các bộ thu quang - (receivers library)
- Thư viện sợi quang - (optical fiber library)
- Thư viện các bộ khuếch đại (quang, điện) - (amplifier library)
- Thư viện các bộ MUX, DEMUX
- Thư viện các bộ lọc (quang, điện) - (filter library)
- Thư viên các phần tử FSO - ( free space optics library)
- Thư viện các phần tử truy nhập - ( access library)
- Thư viện các phần tử thụ động (quang, điện) - (passiver library)
- Thư viện các phần tử xử lý tín hiệu (quang, điện) -( signal processing library)
- Thư viện các phần tử mạng quang (network library)
- Thư viện các thiết bị đo quang, đo điện
Ngoài ra các phần tử được định nghĩa sẵn, Optisystem còn có
- Các phần tử Measured components Với các phần tử này, Optisystem cho phép nhập các tham số được đo tử các thiết bị thực của các nhà cung cấp khác nhau.
- Các phần tử do người sử dụng tự định nghĩa ( User-defined Components)
Giao diện người sử dụng
- Project layout : phần mà để người sử dụng thiết kế
Hinh 3.2: Giao diện người sử dụng
Project Browser : truy nhập đến các tham số và kết quả của thiết kế
Hinh 3.3: Project Browser Description : đưa ra các thông tin để mô tả tóm tắt về thiết kế
Hinh 3.4: Description Status bar : hiển thị những gợi ý về việc sử dụng Optisystem
Hinh 3.5: Status barMenu bar : chứa các menu có sẵn trong Optisystem
Hinh 3.6: Menu bar Pan window
Hinh 3.7: Pan window Tool bars : các thanh công cụ có sẵn trên cửa sổ
MÔ PHỎNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG MẬT ĐỘ CAO
Yêu cầu thiết kế
Bài toán: Xây dựng phương án thiết kế hệ thống thông tin quang WDM có sử dụng khuếch đại quang EDFA với các yêu cầu thiết kế như sau:
- Cự ly truyền dẫn: 300 km
- Số lượng kênh bước sóng: 8 kênh Một số gợi ý khi thiết kế:
- Loại sợi: Sợi quang đơn mode chuẩn (G.652)
- Nguồn phát: - Loại nguồn: Laser.
- Phương thức điều chế: điều chế ngoài
- Bộ thu: Sử dụng PIN kết hợp với bộ lọc thông thấp Bessel Yêu cầu: b) Sử dụng phần mềm Optisystem xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống thông tin quang WDM theo phương án đã thiết kế.
Lưu ý: các tham số toàn cục (global parameters để mô phỏng) được thiết lập như sau
- Số mẫu trong 1 bit: 64 b) Đưa các thiết bị đo vào mô hình mô phỏng Các thiết bị đo trên tuyến được đặt tại các vị trí phù hợp để xác định được chất lượng và dạng tín hiệu tại các điểm cần thiết trên tuyến Các thiết bị đo cơ bản:
- Thiết bị đo công suất quang
- Thiết bị phân tích phổ quang
- Thiết bị đo BER c) Chạy mô phỏng d) Hiển thị kết quả mô phỏng bằng các thiết bị đo đặt trên tuyến e) Thay đổi các tham số của các phần tử trên tuyến để đạt được BER = 10 −12
Mô phỏng theo phương án thiết kế
4.2.1 Tuyến phát quang: chọn cửa sổ truyền 1550nm EDFA ở băng C
Mỗi kênh quang bao gồm nguồn phát quang lazer CW lazer, bộ phát xung
RZ pulse genarator, bộ phát bit điện pseudom-Radom Bit sequence Genarator, bộ điều chế Mach- zehnder.
Tuyến phát quang gồm 4 kênh quang được tích hợp thông quang bộ ghép kênh quang MUX.
Thiết lập tham số toàn cục
Số mẫu trong một bít: 64
Số mẫu =Chiều dài chuỗi×Số mẫu trong một trong một bit8×6492
Nguồn phát: Sử dụng nguồn CW Laser ( continous Wave Laser ) : nhằm giảm ảnh hưởng của tán sắc sợi.
Hinh 4.1: Nguồn Laser phát CW Laser
Hinh 4.2: Bộ tạo xung NRZ
Hinh 4.3: Bộ tạo chuỗi bít
Hinh 4.4: Tuyến truyền dẫn quang Sợi quang sử dụng G.652 có các tham số: tại cửa sổ truyền 1550nm thì:
Suy hao sợi: 0.2dB Độ tán sắc: 16.75 ps/nmkm Độ dốc tán sắc (≤0.092ps/nm^2/k): 0.075ps/nm^2/k.
Do khoảng cách đường truyền lớn để thuận tiện cho việc mô phỏng chúng ta sử dụng bộ Sloop đóng vai trò như một bộ nhân các vòng lặp.
Chọn chiều dài sợi G.652 và sợi bù tán sắc là 60km, số bộ lặp là:
Do sợi quang có suy hao tán sắc nên trong tuyến truyền dẫn sẽ sử dụng bộ bù tán sắc DCF.
Hinh 4.6: Thông số sợi bù tán sắc DCF
4.2.3 Tuyến thu của hệ thống WDM
Hinh 4.7: Tuyến thu WDM Thiết bị đo BER
Hinh 4.8: Thiết bị đo BER
Kết quả mô phỏng theo yêu cầu
kế tuyến WDM theo yêu cầu
Hinh 4.9: Tuyến WDM thiết kế theo yêu cầu Quang phổ tín hiệu phát
Hinh 4.10: Quang phổ tín hiệu phát Quang phổ tín hiệu thu
Hinh 4.11: Quang phổ tín hiệu đầu thu Công suất tín hiệu phát
Hinh 4.12: Tổng công suất phát
Công suất tín hiệu thu
Tỉ lệ lỗi bit BER ban đầu
Hinh 4.14: Hiển thị mắt quang+BER của một kênh
Hinh 4.15: BER của kênh thứ nhất
Kết quả mô phỏng thay đổi các tham số để đạt BER= 10−12
Khi thay đổi một trong các tham số hệ thống thì tỉ số lỗi bít BER sẽ thay đổi theo Ta thực hiện thay đổi công suất phát của các kênh
Thực hiện quét tham số công suất phát của các kênh với giá trị từ -21dBm tới - 18dBm với sweeps=5
Hinh 4.16: Giá trị quét công suất phát
Hinh 4.18: Giá trị min log of ber của các kênh khi quét công suất phát Điều chỉnh công suất các kênh để được BER yêu cầu Kênh 3
Hinh 4.19: Thay đổi công suất Laser phát
Kết quả sau khi thay đổi
+ BER của kênh thứ ba
Hinh 4.20: BER của kênh thứ ba đạt 10 -12
Hinh 4.21: BER đạt 10-12 khi thay đổi công suất phát
