Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao

Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao

Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm MỤC LỤC PHẦN I. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Tên đề tài Đề tài: Mô phỏng thiết kế hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao.Sử dụng tool công cụ Optisystem của gói phần mềm Optiware Software. 1.2 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 Vũ Văn Yêm đã tận tình hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình để Nhóm chúng em hoàn thành được kết quả như mong đợi. PHẦN II : LÝ THUYẾT Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao Page 1 Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm 2.1 Hệ thống thông tin quang ghép theo bước sóng 2.1.1 Giới thiệu. Thế kỷ 21 là thế kỷ của công nghệ thông tin truyền thông. Sự bùng nổ của các loại hình dịch vụ thông tin, đặc biệt là sự phát triển nhanh chóng của mạng internet làm gia tăng không ngừng nhu cầu về dung lượng cao. Công nghệ ghép kênh theo bước sóng quang (WDM) là một giải pháp hoàn hảo cho phép tận dụng hữu hiệu băng thông rộng lớn của sợi quang, nâng cao rõ rệt dung lượng truyền dẫn đồng thời hạ giá thành sản phẩm. Sự phát triển của hệ thống WDM cùng với công nghệ chuyển mạch quang sẽ tạo nên một mang thông tin thế hệ mới, đó là mạnh thông tin quang trong suốt . 2.1.2 Sơ đồ chung của hệ thống thông tin quang . Ghép kênh quang theo bước sóng WDM (Wavelength Devision Multiplexing) là công nghệ “trong một sợi quang truyền dẫn nhiều bước sóng tín hiệu quang”. Ở đầu phát, nhiều tín hiệu quang có bước sóng khác nhau được tổ hợp lại(ghep kênh) để truyền đi trên một sợi quang. Ở đầu thu tín hiệu tổ hợp đó được phân giải ra(tách kênh), khôi phục các tín hiệu gốc rồi đưa vào đầu cuối khác nhau . Gồm 3 phần: +) Bộ phát quang. +) Môi trường truyền dẫn: Sợi quang. +) Bộ thu quang.  Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao Page 2 Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm 2.1.2.1 Bộ phát quang . Như vậy cấu trúc cơ bản của bộ phát quang bao gồm: +) Nguồn quang. +) Bộ ghép tín hiệu quang. +) Mạch điều chế tín hiệu. +) Mạch điều khiển. 2.1.2.2 Môi trường truyền dẫn . Môi trường truyền dẫn là sợi quang có suy hao thấp, sao hao đều theo các bước sóng. Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao Page 3 Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm - Phân loại sợi quang +) Theo chiết suất: - Sợi quang chiết suất bậc SI(Step-Index) - Sợi quang chiết suất biến đổi GI (Graded-Index) +) Theo số mode - Sợi đơn mode (Single-Mode) - Sợi đa mode (Multi-Mode) 2.1.2.3 Bộ thu quang. Bộ thu quang gồm các phần : +) Bộ tách sóng quang . +) Bộ tiền khuếch đại điện . +) Các phần tử xử lý tín hiệu điện . Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao Page 4 Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm  Đặc điểm: • Ưu điểm của công nghệ WDM: - Tăng băng thông truyền trên sợi quang số lần tương ứng số bước sóng được ghép vào để truyền trên một sợi quang . - Tính trong suốt: do công nghệ WDM thuộc kiến trúc lớp mạng vật lý nên nó có thể hỗ trợ các định dạng số liệu và thoại như : ATM, Gigabit Ethernet, ESCON, chuyển mạch kênh, IP… - Khả năng mở rộng : Những tiến bộ trong công nghệ WDM hứa hẹn tăng băng thông trên sơi quang lên đến hang Tbps, đáp ứng nhu cầu mở rộng mạng nhiều cấp độ khác nhau . - Hiện tại chỉ có duy nhất công nghệ WDM là cho phép xây dựng mô hình mạng truyền tải quang OTN(Optical Transport Network) giúp truyền tải trong suốt nhiều lại hình dịch vụ, quản lý mạng hiệu quả, định tuyến linh động…. • Nhược điểm của công nghệ WDM : - Vẫn chưa khai thác hết băng tần hoạt động có thể của sợi quang ( chỉ mới tận dụng được bang C và băng L) . - Quá trình khai thác, bảo dưỡng phức tạp hơn nhiều lần . - Nếu hệ thống sợi quang là sợi DSF theo chuẩn G.653 thì rất khó triển khai WDM vì xuất hiện hiện tượng trộn bốn bước sóng khá khó khăn . 2.2 Hệ thống ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao DWDM 2.2.1 Giới thiệu. DWBM (Dense Wavelength Division Multiplex) - Công nghệ ghép kênh theo bước sóng mật độ cao, là một trong những công nghệ quan trọng nhất trong sự phát triển công nghệ truyền hình tín hiệu quang. DWDM thực hiện ghép kênh theo bước sóng với mật độ rất cao, có khi lên tới hàng nghìn kênh, cung cấp dung lượng rất lớn phục vụ truyền dữ liệu, tải phim ảnh, âm nhạc, trò chơi ngày càng phát triển. DWDM hiện nay thường dùng cho mạng back bone như hệ thống cáp quang biển ngày nay hay hệ thống xuyên lục địa, cũng có thể cung cấp trong phạm vi một nước hay khu vực do chi phí triển khai rất cao, khoảng cách không dùng bộ lặp hay khuếch đại lên tới vài nghìn km. Ưu điểm: - Tốc độ truyền cao, có thể lên đến 400Gb/s, suy hao thấp, khoảng cách truyền xa. Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao Page 5 Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm - Đa giao thức: giao thức DWDM không phụ thuộc vào tốc độ truyền dữ liệu, vì thế các giao thức IP, ATM, SONET/SDH có thể truyền với tốc đọ từ 100Mbps đến 2,5Gbps. - DWDM có thể truyền nhiều dạng tín hiệu khác nhau trên cùng một kênh. Nhược điểm: - Giá thành đắt, chi phí lắp đặt triển khai đắt hơn so với mạng cũ WDM. Sự phát triển công nghệ DWDM. Đầu những năm 1990, thời kỳ của hệ thống WDM thế hệ 2 chuyển từ sử dụng 2 kênh lên 8 kênh, nhữn kênh này đặt cách nhau một khoảng 400GHz ở miền 1550nm. Giữa những năm 1990, hệ thống DWDM nổi lên mạnh mẽ với sử dụng 16-40 kênh và khoảng cách tần số 100-200GHz. Cuối những năm 1990 hệ thống DWDM đã phát triển lên mức 64-100 kênh song song, mật độ đóng gói lên đến khoảng cách tần số 50 hay thậm chí 25GHz . Sự tăng cường mật độ kênh do ứng dụng công nghệ DWDM đã ảnh hưởng mạnh mẽ lên dung lượng mang tín hiêu của sợi quang. Năm 1995, khi những hệ thống 10Gbps đầu tiên được triển khai, tốc độ tăng dung lượng từ 4 lần mỗi năm . Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao Page 6 Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm 2.2.2. Thành phần mạng DWDM 2.2.2.1 Bộ ghép kênh đầu cuối DWDM Bộ ghép kênh chứa các bộ transponder(bộ tách sóng) chuyển đổi bước sóng cho từng bước sóng mang tín hiệu. Các transponder này nhận tín hiệu quang đầu vào, chuyển chúng thành các tín hiệu điện và truyền lại bằng laser ở dải băng 1550nm. Các bộ ghép kênh đầu cuối này còn có cả bộ ghép kênh tín hiệu quang, chúng sẽ ghép các tín hiệu trong băng 1550nm vào một sợi cáp (SMF28fiber). Bộ ghép kênh đầu cuối có thể hoặc không hỗ trợ bộ khuếch đại quang EDFA nội bộ đối với tín hiệu quang đa bước sóng . 2.2.2.2 Các bộ lặp quang tức thời Mỗi khoảng 80-100km lại đặt một bộ để giảm suy hao công suất quang khi truyền trên đường dây. Tín hiệu sẽ được khuếch đại bởi EDFA . 2.2.2.3 Đầu cuối quang tức thời (bộ ADM) Là phần địa điểm bộ khuếch đại từ xa mà khuếch đại các tín hiệu đa bước sóng đã truyền lên đến 140km hoặc hơn thế trước khi tới trạm remote sites. Phân tích và đo đạc tín hiệu quang được thực hiện tại các site, để cho phép định vị bất cứ sự đứt gãy hoặc suy giảm tín hiệu nào. Trong các hệ thống phức tạp các tín hiệu vượt ra ngoài tín hiệu đa bước sóng có thể được loại bỏ ở từng phần . 2.2.2.4 Thiết bị đầu cuối phân kênh DWDM Chuyển tín hiệu đa bước sóng trở về từng tín hiệu đơn như trước đo, đưa trả về các sợi khác nhau trong hệ thống client-layer(như SONET/SDH). Cơ bản phần phân kênh này được thực hiện hoàn toàn thụ động trừ một vài phép đo, hầu hết các hệ thống SONET đầu nhận các tín hiệu bước sóng SONET đều nhận các tín hiệu bước sóng 1550nm. Tuy nhiên để chuyển đến hệ thống client-layer, để đảm bảo tính toàn vẹn tín hiệu số các tín hiệu phân kênh này thông thường sẽ được gửi sàng các transponder đầu ra O/E/O trước khi chuyển đến hệ thống client-layer. 2.2.2.5 Kênh giám sát quang optical supervisory channel(OSC) Truyền các thông tin về tín hiệu quang đa bước sóng cũng như điều kiện remote tại các điểm đầu cuối . 2.2.2.6. Giao diện DWDM Phần lớn các hệ thống DWDM hỗ trợ chuẩn giao tiếp với SONET/SDH. Bên trong hệ thông DWDM, transponder chuyển tín hiệu quang của client từ tín hiệu điện gửi trả. Những tín hiệu này được sử dụng cho đầu vào laser. Mỗi transponder trong hệ thống sẽ chuyển tín hiệu của client của nó thành một bước sóng khác nhau. Các bước sóng khác nhau của tất cả các client qua transponder sẽ được ghép kênh quang lại. Và ở bên phía đầu thu của hệ Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao Page 7 Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm thống DWDM sẽ diễn ra quá trình ngược lại. Các bước sóng đơn lẻ sẽ được tách ra từ bộ tách sóng, chuyển đến từng transponder tương ứng, mà tại đó tín hiệu sẽ được chuyển lại thành tín hiệu điện và giao diện chuẩn trả về cho client. 2.2.3 Chức năng hệ thống Hệ thống gồm các chức năng chính sau : 2.2.3.1 Tạo tín hiệu Nguồn tín hiêu laser phát sáng ổn định, băng hẹp mang tín hiệu số được điều chế dạng tín hiệu tương tự . 2.2.3.2 Ghép kênh tín hiệu Hệ thống DWDM triển khai ghép kênh để tổng hợp tín hiệu. Có nhiễu xảy ra ở các quá trình tách và ghép kênh, nhiễu này phụ thuộc vào số kênh được truyền nhưng có thể được tổi thiểu bằng các bộ lọc quang- sẽ cải thiện tất cả các tín hiệu quang mà không cần chuyển sang tín hiệu điện . 2.2.3.3 Truyền tín hiệu Dưới tác động nhiễu xuyên và suy hao tín hiệu quang gây sauy hao, tổn thất do truyền tín hiệu trong sợi quang. Giảm các suy hao này bằng điều khiển các thông số như khoảng cách tần số, dung sai bước sóng, công suất phát laser. Các tín hiệu quang cần được khuếch đại để tăng khoảng cách truyền cũng như giảm nhiễu . 2.2.3.4 Phân kênh tín hiệu Tín hiệu được phân kênh được nhận bởi thiết bị thu quang như photodetector, thêm nữa một hệ thống DWDM cần được trang bị giao diện phía người dùng để nhận tín hiệu phía đầu vào, chức năng này được thực hiện bởi các transponder. Về mặt DWDM sẽ là các giao diện quang liên kết vởi hệ thống DWDM . 2.2.4 Các thông số ảnh hưởng đến hệ thống DWDM  Suy hao. Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao Page 8 Bộ môn Hệ thống viễn thông       PGS.TS Vũ Văn Yêm Số kênh bước sóng. Độ rộng phổ của nguồn phát. Quỹ công suất. Tán sắc. Hiệu ứng phi tuyến. Dải bước sóng làm việc của hệ thống. 2.2.5 Các kiểu mạng DWDM -DWDM có hai kiểu ứng dụng: kiểu mạng mở và mạng tích hợp. Kiểu mạng DWDM mở hoạt động với mọi loại giao diện quang đầu cuối. Hệ thống này sử dụng công nghệ chuyển đổi bước sóng để chuyển đổi tín hiệu quang từ bước sóng của luồng tín hiệu cần truyền sang bước sóng quy chuẩn trong hệ thống. Các tín hiệu quang từ các thiết bị đầu cuối khác nhau sau khi được chuyển đổi thành các bước sóng khác nhau phù hợp hệ thống theo khuyến nghị ITU-T được đưa tới bộ ghép để ghép thành tín hiệu DWDM. Hình 1. Hệ thống DWDM mở -Hệ thống DWDM tích hợp không sử dụng công nghệ chuyển đổi bước sóng. Hệ thống DWDM tích hợp được thiết kế để hoạt động cùng với một số mạng khác như SDH, Ethernet, ... Các giao diện quang từ thiết bị thuộc các mạng được tích hợp phải có bước sóng chuẩn hóa DWDM và được kết nối trực tiếp vào bộ tách ghép kênh của hệ thống DWDM. Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao Page 9 Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm Hình 2. Hệ thống DWDM tích hợp Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao 10 Page Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm 2.2.6 Ứng dụng DWDM tại các lớp mạng - Mạng đường trục (back-bone) Các hệ thống DWDM khoảng cách xa (long-haul) được ứng dụng trong mạng đường trục để truyền tải thông tin với lưu lượng lớn giữa các vùng trong một quốc gia. Đặc điểm của các hệ thống này là dung lượng rất lớn và sử dụng các công nghệ sửa lỗi FEC, khuyếch đại Raman, định dạng xung CRZ cùng với các trạm lặp để tăng cường về khoảng cách. Hệ thống mạng đường trục được xây dựng dưới dạng hình vòng hoặc hình lưới để tăng khả năng bảo vệ lưu lượng. - Mạng nội vùng (Metropolitan) Sử dụng các hệ thống DWDM khoảng cách trung bình để kết nối giữa các điểm tập trung lưu lượng trong một vùng. Các mạng metro cũng được xây dựng dạng hình vòng hoặc hình lưới để tăng khả năng bảo vệ lưu lượng. PHẦN III. PHẦN MỀM OPTISYSTEM 3.1. Tổng quan về phần mềm Optisystem Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao 11 Page Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm 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. 3.1.1. Lợi ích - 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 3.1.2. Ứng dụng 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 Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao 12 Page Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm - 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. " 3.2. 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. Cụ thế bao gồm:  Thư viện nguồn quang  Thư viện các bộ thu quang  Thư viện sợi 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 Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao 13 Page Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm 3.2.2. Tích hợp với các công cụ phần mềm 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.  Thiết bị đo quang:  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 kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao 14 Page Bộ môn Hệ thống viễn thông  PGS.TS Vũ Văn Yêm Thiết bị đo phân cực (Polarization Meter)...  Thiết bị đo điện:  Oscilloscope  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. 3.2.6. Trang báo cáo (report page) 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 Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao 15 Page Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm 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. 3.3 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 (Hình 1) Hình 2.1: 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) Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao 16 Page Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm Giao diện người sử dụng: - Project layout : phần mà để người sử dụng thiết kế Hình 2.2. Giao diện người sử dụng - Dockers : bao gồm • Project Browser : truy nhập đến các tham số và kết quả của thiết kế (Hình Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao 17 Page Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm Hình 2.3: Project Browser • Description : đưa ra các thông tin để mô tả tóm tắt về thiết kế Hình 2.4: Description • Status bar : hiển thị những gợi ý về việc sử dụng Optisystem Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao 18 Page Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm Hình 2.5: Status bar • Menu bar : chứa các menu có sẵn trong Optisystem Hình 2.6: Menu bar • Tool bars : các thanh công cụ có sẵn trên cửa sổ Hình 2.7: Tool bars PHẦN IV. MÔ PHỎNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG MẬT ĐỘ CAO 4.1 Yêu cầu thiết kế Bài toán: Xây dựng phương án thiết kế hệ thống thông tin quang DWDM có sử dụng khuếch đại quang EDFA với các yêu cầu thiết kế như sau: Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao 19 Page Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm + Tốc độ bit: 10 Gbit/s + Cự ly truyền dẫn: 240 km + Số lượng kênh bước sóng: 32 kênh -Một số gợi ý khi thiết kế: +Loại sợi: Sợi quang đơn mode chuẩn (G.655) +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 xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống thông tin quang DWDM theo phương án đã thiết kế. Lưu ý: các tham số toàn cục (global parameters để mô phỏng) được thiết lập như sau: +Tốc độ bit: 10 Gbit/s + Chiều dài chuỗi: 128 bits +Số mẫu trong 1 bit: 64 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 Chạy mô phỏng - Hiển thị kết quả mô phỏng bằng các thiết bị đo đặt trên tuyến - Thay đổi các tham số của các phần tử trên tuyến để đạt được BER = 10 -12 - Báo cáo kết quả thực hành - Mô hình mô phỏng - Các tham số mô phỏng chi tiết - Kết quả mô phỏng + Kết quả mô phỏng theo phương án thiết kế ban đầu hệ thống ban đầu + Sự thay đổi của các tham số thiết kế để đạt được BER = 10 -12 -Nhận xét, phân tích kết quả mô phỏng . 4.2.Mô phỏng theo phương án thiết kế Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao 20 Page Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm 4.2.1.Tuyến phát quang: chọn cửa sổ truyền 1550nm EDFA ở băng C -Tuyến phát quang gồm 32 kênh quang được tích hợp thông quang bộ ghép kênh quang MUX. -Thiết lập thông số toàn cục + Tốc độ bít 10GBps + Chiều dài chuỗi: 128bits + Số mẫu trong một bít: 64 Số mẫu =Chiều dài chuỗi×Số mẫu trong một trong một bit=128×64=8192 Hình 4.1: Thiết lập tham số toàn cục Hình  Bộ ghép kênh quang (ghép 4.2:Nguồn phát 32 kênh) Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao 21 Page Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm Hình 4.3: Bộ ghép kênh MUX 32×1  Toàn tuyến phát 32 kênh quang Hình 4.4: Toàn tuyến phát quang Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao 22 Page Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm 4.2.2 Tuyến truyền dẫn quang Hình 4.5:Tuyến truyền dẫn quang. -Sợi quang sử dụng G.655 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 loop đóng vai trò như một bộ nhân các vòng lặp.Chọn chiều dài sợi G.655 là 60km, số bộ lặp là: 240km÷60km=4 bộ. Hình 4.6. Bộ lặp Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao 23 Page Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm - Do sợi quang có suy hao tán sắc nên trong tuyến truyền dẫn sẽ sử dụng bộ bù tán sắc DCF. Thông số của bộ bù tán sắc: Giả sử sợi G655 có chiều dài là L1=50km. +Độ tán sắc là : D1= 16.75 ps/nm.km. +Độ dốc tán sắc : 0.075ps/nm^4.km. +Chiều dài sợi bù tán sắc ( DCF) là L2=60km-50km=10km =>Thì độ bù tán sắc D2= -D1×L1/L4.= -50×16.75/10= -83 ps/nm.km. =>Độ dốc tán sắc : 0.375ps/nm^4.km. Hình 4.7. Thông số sợi bù tán sắc DCF  Khuếch đại quang EDFA: Do suy hao sợi quang nên cần sử dụng bộ khuếch đại EDFA để bù suy hao sợi. + L1=50km thì suy hao sợi là: 50×0.2=10dB Độ lợi của bộ khuếch đại EDFA là 10dB. + L2=10km thì suy hao sợi là: 10×0.2=5dB Độ lợi của bộ khuếch đại EDFA là 5dB. 4.2.3 Tuyến thu của hệ thống DWDM Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao 24 Page Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm Hình 4.8. Tuyến thu DWDM Thiết bị đo BER Hình 4.9. 4.3.Kết quả mô phỏng Thiết bị đo BER theo yêu cầu  thiết kế Tuyến DWDM theo yêu cầu Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao 25 Page Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm Hình 4.10. Tuyến DWDM thiết kế theo yêu cầu  Quang phổ tín hiệu phát Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao 26 Page Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm Hình 4.11: Quang phổ tín hiệu phát  Quang phổ tín hiệu thu Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao 27 Page Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm Hình 4.12: Quang phổ tín hiệu thu của kênh 1  Công suất tín hiệu phát Hình 4.13:Tổng công suất phát  Công suất tín hiệu thu Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao 28 Page Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm Hình 4.14:Công suất thu của kênh 1  Tỉ lệ lỗi bít BER - Mắt quang Hình 4.15:Hiển thị mắt quang Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao 29 Page Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm Hình 4.16: BER cuả kênh thứ nhất 10 PHẦN V: KẾT LUẬN DWDM với những ưu thế về mặt công nghệ đã trở thành một phương tiện tối ưu về kỹ thuật cũng như kinh tế để mở rộng dung lượng sợi quang một cách nhanh chóng và quản lý hiệu quả hệ thống. DWDM đã đáp ứng được hoàn toàn các dịch vụ băng rộng trên mạng và là tiền đề để xây dựng mạng toàn quang trong tương lai. Các cơ chế bảo vệ và khôi phục dữ liệu trên hệ thống DWDM chủ yếu dựa trên nền tảng WDM. Nhưng trong thực tế không phải thiết bị trên hệ thống DWDM cũng giống hoàn toàn với thiết bị trên hệ thống WDM, do vậy ta phải chú ý trong quá trình xây dựng các cơ chế bảo vệ và khôi phục dữ liệu trên hệ thống WDM. Khi áp dụng các cơ chế bảo vệ và khôi phục dữ liệu cho tuyến quang trục dựa trên nền tảng hệ thống DWDM ta phải chú ý đến đặc điểm của tuyến quang trục truyền với cự ly rất xa và khả năng xảy ra các sự cố như sự cố đứt cáp và hỏng hoàn toàn một nút nào đó, cho nên khi xây dựng các cơ chế bảo vệ và khôi phục tín hiệu trên tuyến phải chú ý tới hiệu quả kinh tế và khả năng phục hồi ở bất cứ trường hợp sự cố nào vì chi phí đầu tư là rất lớn và độ tin cậy của hệ thống. Hy vọng trong tương lai gần chúng ta có thể xây Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao 30 Page Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm dựng các cơ chế bảo vệ và khôi phục dữ liệu có độ tin cậy cao đồng thời chi phí đầu tư thiết bị ở mức hợp lý. Sau khi thực hiện xong đề tài chúng em đã tiếp thu được kinh nghiệm làm việc theo nhóm, cùng với những kiến thức vô cùng bổ ích về hệ thống thông tin quang cũng như cách thức mô phỏng hệ thống băng phần mềm optisystem. Tuy đã rất cố gắng nhưng do kiến thức hiểu biết còn hạn hẹp nên còn nhiều vấn đề chưa được giải quyết và còn một số lỗi nhỏ. Chúng em rất mong nhận được sự trợ giúp của các thầy để giúp mình hoàn thiện kiến thức hơn nữa. Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy. Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao 31 Page [...]... thu DWDM Thiết bị đo BER Hình 4.9 4.3.Kết quả mô phỏng Thiết bị đo BER theo yêu cầu  thiết kế Tuyến DWDM theo yêu cầu Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao 25 Page Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm Hình 4.10 Tuyến DWDM thiết kế theo yêu cầu  Quang phổ tín hiệu phát Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao 26 Page... và kết quả của thiết kế (Hình Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao 17 Page Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm Hình 2.3: Project Browser • Description : đưa ra các thông tin để mô tả tóm tắt về thiết kế Hình 2.4: Description • Status bar : hiển thị những gợi ý về việc sử dụng Optisystem Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng. .. Optisystem Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao 11 Page Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm 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. .. thiết kế ban đầu hệ thống ban đầu + Sự thay đổi của các tham số thiết kế để đạt được BER = 10 -12 -Nhận xét, phân tích kết quả mô phỏng 4.2 .Mô phỏng theo phương án thiết kế Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao 20 Page Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm 4.2.1.Tuyến phát quang: chọn cửa sổ truyền 1550nm EDFA ở băng C -Tuyến phát quang gồm 32 kênh quang. .. 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 Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao 12 Page Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm -... Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm Hình 4.11: Quang phổ tín hiệu phát  Quang phổ tín hiệu thu Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao 27 Page Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm Hình 4.12: Quang phổ tín hiệu thu của kênh 1  Công suất tín hiệu phát Hình 4.13:Tổng công suất phát  Công suất tín hiệu thu Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang. .. thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao 28 Page Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm Hình 4.14:Công suất thu của kênh 1  Tỉ lệ lỗi bít BER - Mắt quang Hình 4.15:Hiển thị mắt quang Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao 29 Page Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm Hình 4.16: BER cuả kênh thứ nhất 10 PHẦN V: KẾT LUẬN DWDM với những... hợp thông quang bộ ghép kênh quang MUX -Thiết lập thông số toàn cục + Tốc độ bít 10GBps + Chiều dài chuỗi: 128bits + Số mẫu trong một bít: 64 Số mẫu =Chiều dài chuỗi×Số mẫu trong một trong một bit=128×64=8192 Hình 4.1: Thiết lập tham số toàn cục Hình  Bộ ghép kênh quang (ghép 4.2:Nguồn phát 32 kênh) Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao 21 Page Bộ môn Hệ thống. .. sóng mật độ cao 18 Page Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm Hình 2.5: Status bar • Menu bar : chứa các menu có sẵn trong Optisystem Hình 2.6: Menu bar • Tool bars : các thanh công cụ có sẵn trên cửa sổ Hình 2.7: Tool bars PHẦN IV MÔ PHỎNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG MẬT ĐỘ CAO 4.1 Yêu cầu thiết kế Bài toán: Xây dựng phương án thiết kế hệ thống thông tin quang. .. thống thông tin quang DWDM có sử dụng khuếch đại quang EDFA với các yêu cầu thiết kế như sau: Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao 19 Page Bộ môn Hệ thống viễn thông PGS.TS Vũ Văn Yêm + Tốc độ bit: 10 Gbit/s + Cự ly truyền dẫn: 240 km + Số lượng kênh bước sóng: 32 kênh -Một số gợi ý khi thiết kế: +Loại sợi: Sợi quang đơn mode chuẩn (G.655) +Nguồn phát: - Loại