TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
Giới thiệu chung
Ghép kênh theo bước sóng WDM (Wavelength Division Multiplexing) là công nghệ cho phép truyền dẫn nhiều bước sóng tín hiệu quang trong một sợi quang Tại đầu phát, nhiều tín hiệu quang với bước sóng khác nhau được ghép lại để truyền đi, trong khi ở đầu thu, tín hiệu tổ hợp này được phân giải và khôi phục lại tín hiệu gốc, sau đó phân phối đến các đầu cuối khác nhau.
Sơ đồ tổng quát
Trong hệ thống WDM, nguồn phát quang chủ yếu sử dụng laser, với các loại phổ biến như Laser điều chỉnh được bước sóng và Laser đa bước sóng Yêu cầu đối với nguồn phát laser bao gồm độ rộng phổ hẹp, bước sóng phát ra ổn định, công suất phát đỉnh, bước sóng trung tâm, độ rộng phổ và độ rộng chirp phải nằm trong giới hạn cho phép.
Ghép tín hiệu WDM là quá trình kết hợp nhiều nguồn sáng thành một luồng tín hiệu ánh sáng tổng hợp để truyền qua sợi quang, trong khi tách tín hiệu WDM là phân chia luồng ánh sáng này thành các tín hiệu riêng lẻ tại các cổng đầu ra Hiện nay, có nhiều loại 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 và bộ lọc Fabry-Perot Khi lựa chọn bộ tách/ghép WDM, cần xem xét các tham số quan trọng như khoảng cách giữa các kênh, độ rộng băng tần, bước sóng trung tâm, mức xuyên âm, tính đồng đều của kênh, cũng như suy hao xen và suy hao phản xạ Bragg.
Quá trình truyền dẫn tín hiệu trong sợi quang bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như suy hao sợi quang, tán sắc, hiệu ứng phi tuyến và các vấn đề liên quan đến khuếch đại tín hiệu Mỗi yếu tố này đều phụ thuộc vào loại sợi quang và chất lượng của chúng, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất truyền dẫn tín hiệu.
Hệ thống WDM hiện nay chủ yếu sử dụng bộ khuếch đại quang sợi EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier), bên cạnh bộ khuếch đại Raman cũng đang được ứng dụng thực tế Có ba chế độ khuếch đại chính: khuếch đại công suất, khuếch đại đường và tiền khuếch đại Khi sử dụng bộ khuếch đại EDFA cho hệ thống WDM, cần đảm bảo đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật cụ thể.
- 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, hệ thống sẽ tự động điều chỉnh các hệ số khuếch đại Điều này đảm bảo rằng đặc tuyến khuếch đại duy trì sự đồng đều và bằng phẳng cho tất cả các kênh.
Trong các hệ thống WDM, việc thu tín hiệu được thực hiện thông qua các bộ tách sóng quang, tương tự như trong các hệ thống thông tin quang thông thường, bao gồm các thiết bị như PIN và APD.
Hình 2.1: Sơ đồ chức năng hệ thống WDM
Phân loại hệ thống WDM
Hình 2.2: Hệ thống ghép bước sóng đơn hướng và song hướng
Hệ thống WDM được chia thành hai loại chính: hệ thống đơn hướng và hệ thống song hướng Hệ thống đơn hướng chỉ cho phép truyền thông tin theo một chiều trên sợi quang, vì vậy cần hai sợi quang để kết nối hai điểm Ngược lại, hệ thống WDM song hướng cho phép truyền thông tin hai chiều trên một sợi quang, chỉ cần một sợi quang duy nhất để trao đổi thông tin giữa hai 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, which stands for "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation," operates based on two primary phenomena: stimulated emission and the resonance of light waves as they propagate within the laser.
Tín hiệu quang từ LD hoặc LED thay đổi theo tín hiệu điện vào, có thể ở dạng số hoặc tương tự Thiết bị phát quang chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang thông qua việc điều chỉnh dòng vào qua các nguồn phát quang Bước sóng ánh sáng của nguồn phát quang chủ yếu phụ thuộc vào vật liệu chế tạo phần tử phát; ví dụ, GaalAs phát ra bức xạ ở khoảng 800 nm đến 900 nm, trong khi InGaAsP phát ra bức xạ trong khoảng 1100 nm đến 1600 nm.
Sử dụng bộ điều biến ngoài giúp giảm chirp và tăng tốc độ điều biến, đồng thời tạo ra các định dạng tín hiệu quang đa dạng như NRZ, RZ, CS-RZ và DPSK Điều này đảm bảo rằng tín hiệu quang có độ rộng phổ hẹp và đạt được bước sóng chính xác theo tiêu chuẩn.
Phần thu quang bao gồm các bộ tách sóng quang, kênh tuyến tính và kênh phục hồi, có chức năng tiếp nhận tín hiệu quang và tách tín hiệu thu được từ phía phát Tín hiệu này sau đó được chuyển đổi thành tín hiệu điện theo yêu cầu cụ thể Trong phần thu quang, thường sử dụng photodiode PIN hoặc APD Yêu cầu quan trọng nhất đối với bộ thu quang là công suất quang phải đạt mức tối thiểu (độ nhạy quang) để có thể thu được tín hiệu ở tốc độ truyền dẫn số nhất định, tương ứng với tỷ lệ lỗi bít (BER) cho phép.
Bộ thu quang trong hệ thống WDM
Hình 2.3: Sơ đồ khối bên thu
2.4.3 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, được gọi là lõi (core) sợi.
Lớp thứ hai, được gọi là lớp bọc (cladding), có hình dạng hình trụ bao quanh lõi với đường kính D = 2b Lớp bọc này được làm từ thủy tinh hoặc nhựa, có chỉ số khúc xạ n2 nhỏ hơn n1.
Hình 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)
- 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
Hình 2.5: Sơ đồ khối bộ ghép/ tách kênh bước sóng
2.4.5 Bộ xen rẽ bước sóng(OADM) Khái niệm :
OADM (Optical Add/Drop Multiplexer) là thiết bị quan trọng trong các mạng quang đô thị và mạng quang đường dài, mang lại hiệu quả kinh tế cao Thiết bị này đặc biệt hữu ích cho các cấu hình mạng tuyến tính và mạng vòng, giúp tối ưu hóa việc quản lý băng thông và nâng cao hiệu suất truyền tải dữ liệu.
- 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 cho phép tất cả các kênh tín hiệu được giải ghép đồng thời Sau đó, một số kênh có thể được cấu hình để rớt tùy ý, trong khi các kênh còn lại được thiết lập để đi xuyên qua một cách hợp lý.
Hình 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
Hình 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.
2.4.6 Bộ nối chéo quang (OXC)
OXC là thiết bị được thiết kế để đáp ứng linh hoạt nhu cầu cung cấp dịch vụ, đặc biệt là khả năng xử lý tăng băng thông đột biến cho các dịch vụ đa phương tiện.
Các yêu cầu đối với OXC :
- Trong suốt đối với tốc độ truyền dẫn bit
- Giám sát chất lượng truyền dẫn
Hình 2.8: Cấu trúc nối tiếp
Hình 2.9: Sơ đồ kết nối OXC
- Ghép và nhóm tín hiệu
2.4.7 Bộ khuếch đại quang: (OA - Optical Amplifier):
Chặng Chặng độ lợi độ lợi
Hình 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 với bước sóng đầu vào thành tín hiệu có bước sóng khác ở đầu ra Trong hệ thống WDM, bộ chuyển đổi bước sóng mang lại 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 yêu cầu tăng tốc độ dữ liệu khi lưu lượng truyền dẫn tăng, trong khi WDM chỉ cần mang một số tín hiệu riêng biệt, mỗi tín hiệu tương ứng với một bước sóng quang học riêng biệt.
- 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
Hình 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)
- N 1 (z), N 2 (z): mật độ ion erbium ở trạng thái kích thích và ở trạng thái nền tại vị trí ztrong đoạn sợi quang pha erbium.
- 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 trong EDFA xảy ra khi công suất tín hiệu vào quá lớn, dẫn đến giảm hệ số khuếch đại Khi công suất tín hiệu tăng cao, sự phát xạ kích thích xảy ra với tỷ lệ cao, làm giảm nghịch đảo nồng độ của ion erbium ở trạng thái kích thích Kết quả là, công suất tín hiệu ở ngõ ra bị hạn chế do sự bão hoà công suất Công suất ra bão hòa Pout được định nghĩa là tín hiệu ra mà tại đó hệ số khuếch đại giảm 3 dB so với khi khuếch đại tín hiệu nhỏ.
Hình 2.12: Phổ hấp thụ (absorption spectrum) và phổ độ lợi (gain spectrum) của
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
Với sự gia tăng nhu cầu thông tin, các hệ thống thông tin quang ngày càng phức tạp hơn Để phân tích và thiết kế hiệu quả cho các hệ thống này, việc sử dụng các công cụ mô phỏng là điều cần thiết.
OptiSystem là phần mềm mạnh mẽ chuyên mô phỏng hệ thống thông tin quang, cho phép thiết kế, đo kiểm tra và tối ưu hóa nhiều loại tuyến thông tin quang Với khả năng mô hình hóa chính xác các hệ thống thông tin quang thực tế, OptiSystem giúp người dùng dễ dàng mở rộng bằng cách thêm các phần tử tự định nghĩa, mang lại sự linh hoạt và tiện lợi trong quá trình sử dụng.
Phần mềm có giao diện thân thiện, khả năng hiển thị trực quan.
OptiSystem là phần mềm thiết kế quang học tiên tiến, giúp giảm thiểu thời gian và chi phí cho việc thiết kế hệ thống quang học, liên kết và các thành phần Công cụ này cho phép người dùng lập kế hoạch, kiểm tra và mô phỏng nhiều loại liên kết quang học trong các mạng quang từ LAN, SAN, MAN đến ultra-long-haul OptiSystem cung cấp giải pháp toàn diện cho lớp truyền dẫn, thiết kế và quy hoạch hệ thống thông tin quang, từ các thành phần đến toàn bộ hệ thống Sự tích hợp của nó với các sản phẩm khác của Optiwave và các công cụ thiết kế hàng đầu trong ngành điện tử giúp tăng tốc độ đưa 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
OptiSystem được phát triển nhằm phục vụ nhu cầu của các nhà khoa học, kỹ sư viễn thông quang học, và sinh viên, cùng nhiều người dùng khác Đây là công cụ thiết kế hệ thống quang học dễ sử dụng, đáp ứng hiệu quả cho thị trường lượng tử ánh sáng đang phát triển mạnh mẽ.
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.
Khi hệ thống quang học trở nên phức tạp hơn, việc thay đổi hệ thống tham số BER và tính toán khả năng liên kết trở nên cần thiết Các nhà khoa học và kỹ sư ngày càng áp dụng phần mềm mô phỏng kỹ thuật tiên tiến để hỗ trợ thiết kế OptiSystem là một nguồn tài nguyên linh hoạt, giúp tối ưu hóa hiệu quả trong việc thiết kế nguồn sáng.
3.2 Đặc điểm và chức năng 3.2.1 Cấu tạo thư viện( Component Library )
Thư viện OptiSytem cung cấp hàng trăm thành phần cho phép người dùng nhập thông số đo từ thiết bị thực tế, tích hợp với các thử nghiệm và thiết bị đo lường từ nhiều nhà cung cấp khác nhau Người sử dụng có khả năng kết hợp các thành phần mới dựa trên hệ thống con và định nghĩa chúng trong thư viện, hoặc sử dụng mô phỏng kết hợp với công cụ bên thứ ba 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 tích hợp với các phần mềm khác của Optiwave như OptiAmplifier, OptiBPM, OptiGrating, WDM_Phasar và OptiFiber, giúp thiết kế ở cấp độ phần tử một cách hiệu quả.
Miêu tả được tín hiệu pha trộn
OptiSystem xử lý các định dạng tín hiệu hỗn hợp cho tín hiệu quang và điện trong
Thư viện OptiSystem cung cấp các thuật toán tối ưu để tính toán và xử lý tín hiệu, đảm bảo đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về mô phỏng một cách chính xác và hiệu quả.
Để dự đoán hiệu suất hệ thống, OptiSystem tính toán các thông số quan trọng như BER và Q-Factor Quá trình này được thực hiện thông qua phân tích số và bán phân tích kỹ thuật, giúp xác định các giới hạn của hệ thống do nhiễu và tiếng ồn gây ra.
Các công cụ trực quan nâng cao
Các công cụ trực quan tiên tiến cung cấp phổ OSA, xung tín hiệu, biểu đồ mắt, phân cực trạng thái và các sơ đồ hợp thành Ngoài ra, chúng cũng bao gồm các công cụ nghiên cứu WDM, danh sách tín hiệu nguồn, hình ảnh tiếng ồn và OSNR cho từng kênh.
Theo dõi, giám sát dữ liệu
Sau khi kết thúc mô phỏng, bạn có thể lựa chọn các cổng thành phần để lưu trữ dữ liệu và kết nối màn hình Điều này giúp bạn xử lý dữ liệu mà không cần thực hiện tính toán lại Bạn cũng có thể tự do gắn nhiều hiện hình vào 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)
Optisystem cho phép người sử dụng tạo ra nhiều thiết kế trong một file dự án, giúp việc sửa đổi các thiết kế trở nên nhanh chóng và hiệu quả Mỗi file dự án có thể chứa nhiều phiên bản thiết kế, với khả năng tính toán và thay đổi độc lập Kết quả tính toán của các phiên bản khác nhau có thể được kết hợp, tạo điều kiện thuận lợi cho việc so sánh các thiết kế.
Trang báo cáo của Optisystem cho phép người dùng tùy chỉnh hiển thị các tham số và kết quả tính toán của thiết kế Các báo cáo được tổ chức dưới dạng văn bản, bảng tinh và đồ thị 2D hoặc 3D Ngoài ra, người dùng có thể xuất báo cáo dưới định dạng file HTML hoặc các file template đã được định dạng sẵn.
3.2.7 Quét tham số và tối ưu hóa (parameter sweeps and optimizations)
Quá trình mô phỏng có thể tự động lặp lại với các giá trị tham số khác nhau, giúp tạo ra nhiều phương án thiết kế đa dạng.
Một số giao diện phần mềm
Người dùng truy cập vào lấy các phần tử để thiết kế
Hình 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
Optisystem hỗ trợ người dùng nhập các tham số đo được từ các thiết bị thực tế của nhiều nhà cung cấp khác nhau thông qua các phần tử Measured components.
- 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
Hình 3.2: Giao diện người sử dụng
Project Browser : truy nhập đến các tham số và kết quả của thiết kế
Description : đưa ra các thông tin để mô tả tóm tắt về thiết kế
Status bar : hiển thị những gợi ý về việc sử dụng Optisystem
Menu bar : chứa các menu có sẵn trong Optisystem
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 sử dụng phần mềm Optisystem để xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống thông tin quang WDM theo phương án thiết kế đã định.
Lưu ý: các tham số toàn cục (global parameters để mô phỏng) được thiết lập như sau
Trong mô hình mô phỏng, có 64 mẫu trong 1 bit Các thiết bị đo cần được đưa vào mô hình và được đặt tại các vị trí thích hợp để xác định chất lượng và dạng tín hiệu tại các điểm quan trọng trên tuyến Các thiết bị đo cơ bản sẽ đảm bảo việc thu thập dữ liệu chính xác.
- Thiết bị đo công suất quang
- Thiết bị phân tích phổ quang
Thiết bị đo BER được sử dụng để chạy mô phỏng và hiển thị kết quả mô phỏng thông qua các thiết bị đo đặt trên tuyến Bằng cách thay đổi các tham số của các phần tử trên tuyến, mục tiêu đạt được là BER = 10^−12.
Mô phỏng theo phương án thiết kế
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
Tốc độ bít: 2.5Gbps Chiều dài chuỗi: 128bits
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.
Hình 4.1: Nguồn Laser phát CW Laser
Hình 4.2: Bộ tạo xung NRZ
Hình 4.3: Bộ tạo chuỗi bít
Hình 4.4: Tuyến truyền dẫn quang Sợi quang sử dụng G.652 có các tham số: tại cửa sổ truyền 1550nm thì:
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:300km÷60km=5 bộ.
Do sợi quang có suy hao tán sắc nên trong tuyến truyền dẫn sẽ sử dụng bộ bù tán sắc DCF.
Hình 4.6: Thông số sợi bù tán sắc DCF
4.2.3 Tuyến thu của hệ thống WDM
Hình 4.7: Tuyến thu WDM Thiết bị đo BER
Hình 4.8: Thiết bị đo BER
Kết quả mô phỏng theo yêu cầu
Hình 4.9: Tuyến WDM thiết kế theo yêu cầu
Quang phổ tín hiệu phát
Hình 4.10: Quang phổ tín hiệu phát
Quang phổ tín hiệu thu
Hình 4.11: Quang phổ tín hiệu đầu thu
Công suất tín hiệu phát
Hình 4.12: Tổng công suất phát
Công suất tín hiệu thu
Tỉ lệ lỗi bit BER ban đầu
Hình 4.14: Hiển thị mắt quang+BER của một kênh
Hình 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, tỷ số lỗi bít (BER) sẽ bị ảnh hưởng Việc điều chỉnh công suất phát của các kênh là một trong những yếu tố quan trọng cần xem xét.
Thực hiện quét tham số công suất phát của các kênh với giá trị từ -21dBm tới -18dBm với sweeps=5
Hình 4.16: Giá trị quét công suất phát
Hình 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
Hình 4.19: Thay đổi công suất Laser phát
Kết quả sau khi thay đổi
+ BER của kênh thứ ba
Hình 4.20: BER của kênh thứ ba đạt 10 -12
Hình 4.21: BER đạt 10 -12 khi thay đổi công suất phát