thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang wdm sử dụng phần mềm optisystem

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 1 MC LC MC LC 1 Danh mc hình v 4 LU 7 NG QUAN V H THNG THÔNG TIN QUANG WDM 8 1.1. Gii thiu chung 8 1.2.  khi tng quát 8 1.3 Phân loi h thng WDM 9 1.4 Các phn t n trong h thng WDM 10 1.4.1 B phát quang 10 1.4.2 B thu quang 12 1.4.3 Si quang 13 1.4.4. B c song: ( OMUX/ODEMUX) 14 1.4.5. B xen / r c sóng: ( OADM) 15 1.4.6. B ni chéo quang: (OXC) 17 1.4.7. B khui quang: (OA - Optical Amplifier): 18 1.4.8. B chuyc song 19 1.5. Các tham s n cc sóng 20 1.5.1 Suy hao xen 20 1.5.2. Xuyên kênh 20 1.5.3.  rng kênh 22 1.5.4. ng ca các hiu ng phi tuyn 23 1.6. Cu trúc mng truyn ti quang 24 1.6.1. Cu trúc mng Ring 24 1.6.2. Cu trúc mng Mesh 24 1.6.3. Cu trúc mng hình sao 25 1.6.4. Cu trúc mng Mesh và Ring hai lp 26 1.7 m ca h thng WDM 27 1.8 B khui quang EDFA 27 1.8.1 Các cu trúc EDFA 27 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 2 1.8.2 Lý thuyt khui trong EDFA 29 1.8.3 Yêu ci vi ngu 31 1.8.4 Ph khui 33 1.8.5. Các tính cht ca EDFA 34 1.8.6. Nhiu trong b khui 36 m ca EDFA 38  MÔ PHNG TUYN THÔNG TIN QUANG WDM BNG PHN MM OPTISYSTEM 39 2.1. Tng quan v phn mm Optisystem 39 2.1.1. Li ích 39 2.1.2. ng dng 40 m và ch 40 2.2.1. Cu tn (Component Library) 40 2.2.2. Tích hp vi các công c phn mm Optiwave 41 2.2.3. Các công c hin th 42 2.3. Tóm tt hng dn s dng phn mm optisystem 42 2.3.1. Yêu cu chung 42 ng dn s dng phn mm optisystem 45 2.3.3 To mt d án mi 50 2.3.4. Hin th i tham s ca các phn t trong d án 52 2.3.5. Chy mô phng 58 2.4. Mô hình mô phng 66 2.4.1 Yêu cầu thiết kế 66 2.4.2 Mô pht k 68 2.4.2.1 Tuyến phát quang: chọn cửa sổ truyền 1550nm EDFA ở băng C 68 2.4.2.2 Tuyến truyền dẫn quang 71 2.4.4.3 Tuyến thu của hệ thống WDM 74 2.4.3 Kt qu mô phng theo yêu cu thit k 75 2.4.4. Kt qu mô phi các tham s  t BER=10 -12 79 Tài Liu Tham Kho 83 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 3  GVD Group velocity dispersion Nhóm h s tán sc OADM Optical add/drop multiplexer B xen rt quang BER Bit error rate T li bit OTN Optical transport network Mng truyn ti quang DCF Dispersion sompensating fiber Si bù tán sc DEMUX Demultipplexer B tách kênh SNR Signal to noise ratio T s tín hiu trên nhiu EDFA Erbium doped fiber amplifier Khu i quang si quang trn Erbium FWM Four wave mixing Hiu ng trn bn sóng LASER Light amplication by stimulated emission of radiation Khu i ánh sáng nh bc x kích thích MUX Multiplexer B ghép kênh NF Noise figure Nn nhiu SBS Stimulated brillouin scattering Tán x do kích thích Brillouin CATV Cable television Cáp tivi OLT Optical line terminal B u cung quang OSC Optical supervisory channel ng quang EDF Erbium doped fiber S    t him Erbium OXC Optical cross connector B kt ni chéo quang PMD Polarisation mode dispersion H s tán sc phân cc mode APS Automatic protection switching Chuyn mch bo v t ng PON Pass optical network Mng quang th ng WDM Wavelength devision Multiplexing Ghép kênh c sóng SMF Single mode fiber S TDM Time division multiplexing B ghép kênh phân chia theo thi gian SPM Self phase modulation Hiu ng t u ch dch pha Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 4 Danh mc hình v Hình 1.1: Sơ đồ chức năng hệ thống WDM 6 Hình 1.2: Hệ thống ghép bước sóng đơn hướng và song hướng 6 Hình 1.3 : Sơ đồ bộ điều chế ngoài 8 Hình 1.4 : Sơ đồ khối bên thu 9 Hình 1.5 : Cấu trúc tổng quát sợi quang 10 Hình 1.6. Sơ đồ khối bộ ghép/ tách kênh bước sóng 11 Hình 1.7 Cấu trúc song song 12 Hình 1.8 : Cấu trúc song song theo băng 12 Hình 1.9 : Cấu trúc nối tiếp 13 Hình 1.10 : Cấu trúc xen rớt theo băng sóng 13 Hình 1.11 : Sơ đồ kết nối OXC 14 Hình 1.12 : Khuếch đại quang OLA 15 Hình 1.13: Xuyên kênh ở bộ giải ghép 18 Hình 1.14: Xuyên kênh ở bộ ghép hỗn hợp 18 Hình 1.15 : Cấu trúc mạng Ring 21 Hình 1.16 : Cấu trúc mạng Mesh 21 Hình 1.17 : Cấu trúc mạng hình sao đơn 22 Hình 1.18: Cấu trúc mạng hình sao kép 22 Hình 1.19 : Cấu trúc mạng hình Ring hai lớp 23 Hình 1.20: Cấu trúc tổng quát của một bộ khuếch đại EDFA 24 Hình 1.21: Mặt cắt ngang của một loại sợi quang pha ion Erbium 25 Hình 1.22: Giản đồ phân bố năng lượng của ion Er3+ trong sợi silica 26 Hình 1.23 Phổ hấp thụ 27 Hình 1.24: Quá trình khuếch đại tín hiệu 28 Hình 1.25: Cấu hình bộ khuếch đại EDFA được bơm kép [11]. 30 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 5 Hình 1.26 Cấu hình của một bộ khuếch băng L 31 Hình 1.27: Đồ thị biểu diễn công suất ra bão hoà. 33 Hình 1.28 (a) Hệ số nhiễu FN và (b) Độ lợi của EDFA 34 Hình 2.1: Thành phần trình diễn 42 Hình 2.2: Thư viện các phần tử 42 Hình 2.3: Giao diện thư viện 44 Hình 2.4. Giao diện người sử dụng 44 Hình 2.5: Project Browser 45 Hình 2.6: Description 45 Hình 2.7: Status bar 46 Hình 2.8: Menu bar 46 Hình 2.9: Pan window 46 Hình 2.10: Tool bars 47 Hình2.11. Cửa số Project layout 47 Hình 2.12. Đặt phần tử vào Main layout 48 Hình 2.13: Kích hoạt kết nối tự động 48 Hình 2.14:Hủy bỏ chế độ kết nối tự động 48 Hình 2.15 :màn hình Parameters 49 Hình 2.16 :Chọn trường thay đổi tốc độ bít 50 Hình 2.17 : Nhập tốc độ bít muốn thay đổi 51 Hình2.18 : Thiết lập cửa sổ thời gian thực 52 Hình 2.19 : Thay đổi công suất phát quang 53 Hình 2.20: Giao diện màn hình chạy mô phỏng 55 Hình 2.21 : Chạy chương trình 56 Hình 2.22: Đo tỉ số BER của kênh 57 Hình 2.23 : Kết quả mô phỏng 58 Hình 2.24: Thiết lập tham số quyét 59 Hình 2.25: Chuyển đổi số lần quét. 60 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 6 Hình 2.26: Hộp thoại chuyển sang chế độ quét cho tham số 61 Hình 2.27: Chọn chế độ của tham số 61 Hình 2.28:. Các bước để hiển thị kết quả mô phỏng quét tham số 63 Hình 2.29: Thiết lập tham số toàn cục 65 Hình 2.30: Nguồn Laser phát CW Laser 66 Hình 2.31: Bộ tạo xung RZ 66 Hình 2.32. Bộ tạo chuỗi bít 66 Hình 2.33: Bộ điều chế Mach-Zehnder 67 Hình 2.34: Bộ ghép kênh MUX 4×1. 67 Hình 2.35: Tuyến phát quang 68 Hình 2.36. Tuyến truyền dẫn quang 68 Hình 2.37. Bộ lặp 69 Hình 2.38. Thông số sợi bù tán sắc DCF 70 Hình 2.39. Tuyến thu WDM 71 Hình 2.40. Thiết bị đo BER 71 Hình 2.41. Tuyến WDM thiết kế theo yêu cầu 72 Hình 2.42. Quang phổ tín hiệu phát 73 Hình 2.43. Quang phổ tín hiệu đầu thu kênh thứ 3. 73 Hình 2.44. Tổng công suất phát 74 Hình 2.45. Công suất thu của kênh 4. 74 Hình 2.46. Hiển thị mắt quang 75 Hình 2.47. BER của kênh thứ nhất là 10 -13 75 Hình 2.48. Thay đổi công suất Laser phát 76 Hình 2.49. Hệ số suy hao sợi quang thay đổi 76 Hình 2.50. BER của kênh thứ nhất đạt 10 -12 77 Hình 2.51. BER đạt 10 -12 khi thay đổi một số tham số 77 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 7 LU Vi s phát trin vô cùng mnh m ca công ngh thông tin nói chung và k thut vin thông nói riêng. Nhu cu dch v vin thông phát trin rt nhanh to ra áp li vng thông tin. Cùng vi s phát trin ca k thut chuyn mch, k thut truyn dc nhng thành tu to lc bit là k thut truyn dng cáp si c s dng rng rãi trên mng ving truyn dng mà không có mng truyn dn nào có th thay th c. Các h thng thông tin quang v     ng, c ly xa, không nh ng ca nhiu và kh o mt cao ,phù hp vi các tuyn thông tin xuyên lc ng trc và có tin trong vic thc hin các cha mng ni ht vi các cu trúc linh hong mi loi hình dch v hin t lai. Ta có th thy mng thông tin quang hin nay vn còn mt s hn ch v cht ng truyn dp, khong cách truyn dn ngn, vì th yêu cu t ra là ph ng truyn cho ch  thông tin quang hin nay. Gi  c sóng WDM, nó cho phép ghép nhic sóng trên cùng mt s  ng truyn mà không ci quang. Vt k h thng thông tin quang WDM có s dng khu   ng quan v h thng thông tin quang WDM có s dng khui EDFA , xây dng mô hình mô phng h tht k. c gi li ci thy giáo Th.s Cao Hng , ng d nhóm em trong thi gian qua. M gng rt nhi còn hn ch nên s không tránh khi nhng thiu xót. Rt mong nhc nhng ý kia thy, các bn  bài tp cc hoàn thi. Chúng Em xin chân thành cảm ơn! Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 8 I : TNG QUAN V H THNG THÔNG TIN QUANG WDM 1.1. Gii thiu chung c sóng WDM (Wavelength Devision Multiplexing) là công ngh t sng thi truyn dn nhic sóng tín hi  u phát, nhiu tín hic t hp li (ghép  truyt si quang.  u thu, tín hiu t hc phân gii ra (tách kênh), khôi phc li tín hiu gc ru cui khác nhau. 1.2.  khi tng quát Phát tín hiu: Trong h thng WDM, nguc dùng là laser. Hin t   t s loi ngu    u ch  c sóng c sóng (Multiwavelength Laser) Yêu ci vi ngun phát laser là ph rng ph hc sóng phát ra nh, mc công su rng ph rng chirp phi nm trong gii hn cho phép. Ghép/tách tín hiu: Ghép tín hiu WDM là s kt hp mt s ngun sáng khác nhau thành mt lung tín hiu ánh sáng tng h truyn dn qua si quang. Tách tín hiu WDM là s phân chia lung ánh sáng tng hu ánh sáng riêng r ti mi cu ra b tách. Hin t tách/ghép tín hi lc màng mn môi, cách t Bragg si, cách t nhiu x, linh kin quang t hp AWG, b lc Fabry-n các b tách/ghép WDM, ta phi xét các tham s ng cách gi rn cc sóng trung tâm ca kênh, mc xuyên âm gia các u ca kênh, suy hao xen, suy hao phn x u gu xa Truyn dn tín hiu: Quá trình truyn dn tín hiu trong si quang chu s nh ng ca nhiu yu t: suy hao si quang, tán sc, các hiu ng phi tuyn, v n khui tín hiu Mi v k u ph thuc rt nhiu vào yu t si quang (loi si quang, chng si ). Khui tín hiu: H thng WDM hin ti ch yu s dng b khui quang si EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier). Tuy nhiên b khu i Raman hi    c s dng trên thc t. Có ba ch  khu i: Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 9 khui công sut, khung và tin khui. Khi dùng b khuch i EDFA cho h thng WDM phm bo các yêu cu sau: - Ð li khui vi tt c c sóng (mc chênh lch không quá 1 dB). - S i s c sóng làm vic gây ng n mc công suu ra ca các kênh. - Có kh n s chênh lch mc công su u chnh li các h s khui nhm bc tuyn khui là bng phng i vi tt c các kênh. Thu tín hiu: Thu tín hiu trong các h th dng các b tách  thng: PIN, APD.  ch thng WDM 1.3 Phân loi h thng WDM Hình 1.2: H thng Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 10 H thng WDM v n chia làm hai loi: h th minh ho trên hình 1.2. H thng ch truyn theo mt chiu trên si quang. Do v truyn thông tin gim cn hai si quang. H thng, c li, truyn hai chiu trên mt si quang nên ch cn 1 s có th i thông tin gim. C hai h thu có nhm riêng. Gi s rng công ngh hin ti ch cho phép truyc sóng trên mt si quang, so sánh hai h thng ta thy: - Xét v ng, h thng có kh ng cao gp i h thc li, s si quang cn dùng gi h thng. - Khi s c t cáp xy ra, h thng không c chuyn mch bo v t ng APS (Automatic Protection-Switching) vì c u ca liên ku có kh n bit s c mt cách tc thi. - Ðng v khía cnh thit k mng, h thng song ng khó thit k i xét thêm các yu t  xuyên nhiu do có nhit si  m b nh tuyn và phân b c sóng sao cho hai chiu trên si quang không dùng chung mc sóng. - Các b khui trong h thng có cu trúc phc t h th  ng. Tuy nhiên, do s c sóng khu  i trong h thng song ng gim ½ theo mi chiu nên  h thng, các b khuyi s cho công sut quang ngõ ra li  h thng. 1.4 Các phn t n trong h thng WDM 1.4.1 B phát quang  Các ngun s dng trong h thng thông tin cáp si quang có th là Diode Laser (LD) hoc Diode phát quang (LED).            i ánh sáng nh bc x kích thích.Hong ca Laser da trên hai hing chính là : Hing bc x kích thích và hing cng ca sóng ánh sáng khi lan truyn trong Laser.  Tín hiu quang phát ra t LD hoc LED có các tham s bing vi bii ca tín hin vào. Tín hin vào có th phát  dng s ho. Thit b phát quang s thc hin bii tín hin vào thành tín hing bng cách bii dòng vào qua các ngun phát quc sóng ánh sáng ca ngun phát quang ph thuc ch yu vào vt liu ch to phn t [...]... trúc mạng Mesh và Ring hai lớp Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang WDM sử dụng phần mềm Optisystem 26 Nhóm 2 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Tương tự như mạng ring hai lớp mạng mesh và mang ring hai lớp tạo kết nối giữa mang nội bộ với các mang nội bộ khác 1.7 Ƣu nhƣợc điểm của hệ thống WDM a Ƣu điểm :  Hệ thống WDM có dung lượng truyền dẫn lớn hơn nhiều so với hệ thống TDM  Không... ps/nm.km) và suy hao tương đối lớn - Ở cửa sổ 1550nm: G652 có suy hao truyền dẫn nhỏ nhất và hệ số tán sắc tương đối lớn (xấp xỉ 20ps/nm.km)  Sợi quang G655 Là một chuẩn về sợi quang được đưa ra bởi ITU-T có các ưu điểm sau: - Sợi quang G655 thích hợp cho hệ thống DWDM, làm tăng dung lượng truyền dẫn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang WDM sử dụng phần mềm Optisystem 13 Nhóm 2 Bộ môn Thông tin quang. .. suất nền không mang tin và tránh cho máy thu chịu ảnh hưởng của nhiễu nền (phát sinh do có công suất nền lớn) Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang WDM sử dụng phần mềm Optisystem 11 Nhóm 2 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn - Khả năng điều chỉnh được bước sóng: Để tận dụng toàn bộ băng tần sợi quang, nguồn quang phải có thể phát trên cả dải 100 nm Hơn nữa, với hệ thống lựa kênh động... quang trong hệ thống WDM Hình 1.4 : Sơ đồ khối bên thu Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang WDM sử dụng phần mềm Optisystem 12 Nhóm 2 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn 1.4.3 Sợi quang  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,... bước sóng 1480 nm được sử dụng rộng rãi hơn vì chúng sẵn có hơn và đ tin cậy cao hơn Độ tin cậy là đặc điểm quan trọng đối với laser bơm vì nó dùng để bơm chokhoảng cách dài và để tránh làm nhiễu tín hiệu Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang WDM sử dụng phần mềm Optisystem 31 Nhóm 2 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Bảng 2.1: So sánh hai bước sóng bơm 980nm và 1480nm Bƣớc sóng bơm... Ghép và nhóm tín hiệu Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang WDM sử dụng phần mềm Optisystem 17 Nhóm 2 Th.s Cao Hồng Sơn Bộ môn Thông tin quang 2 1.4.7 Bộ khuếch đại quang: (OA - Optical Amplifier): Bộ bù tán sắc λ1 ,λ2 ,…,λW OADM λO SC Laser Bơm Rama n λO SC Máy thu Chặng độ lợi Chặng độ lợi Laser Hình 1.12: Khuếch đại quang OLA  Trên thực tế hiện nay các tuyến thông tin tốc độ cao người ta sử. .. pháp quang điện Phương pháp cửa quang Phương pháp giao thoa Phương pháp trộn bước sóng Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang WDM sử dụng phần mềm Optisystem 19 Nhóm 2 Th.s Cao Hồng Sơn Bộ môn Thông tin quang 2 1.5 Các tham số cơ bản của gép kênh quang theo bƣớc sóng 1.5.1 Suy hao xen Được xác định là lượng công suất tổn hao trong tuyến truyền dẫn quang do các điểm ghép nối các thiết bị WDM với... tượng tiêu hao quang làm cho hệ số khuếch đại giảm b) Công suất ra bão hoà (Output saturation power) Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang WDM sử dụng phần mềm Optisystem 35 Nhóm 2 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn 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... Mesh Hình 1.16 : Cấu trúc mạng Mesh Các node liên kết vật lý trực tiếp với tất cả node gần nó Cung cấp nhiều khả năng định tuyến Cấu trúc có độ tin cậy cao nhưng kết cấu phức tạp Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang WDM sử dụng phần mềm Optisystem 24 Nhóm 2 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thường được sử dung trong các mang đòi hỏi độ tin cậy cao 1.6.3 Cấu trúc mạng hình sao a Cấu trúc... tín hiệu, khuếch đại tín hiệu đa kênh WDM đồng thời Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang WDM sử dụng phần mềm Optisystem 18 Nhóm 2 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn + Nâng cấp đơn giản  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 cao + Độ rộng băng tần khuếch đại lớn với hệ số khuếch đại không đổi + Không nhạy . Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 8 I : TNG QUAN V H THNG THÔNG TIN QUANG WDM. Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 4 Danh mc hình v Hình 1.1: Sơ đồ chức năng hệ thống WDM. B khui quang EDFA 27 1.8.1 Các cu trúc EDFA 27 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 2