Mô Phỏng Tuyến Thông Tin Quang Wdm Bằng Phần Mềm Optisystem

Cũng như các hệ thống thông tin khác như thông tin vô tuyến, thông tin vệ tinh… để thiết kế, phân tích hệ thống thông tin quang bắt buộc phải sử dụng các công cụ phần mềm mô phỏng.. Opti

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

BÀI TẬP LỚN

MÔN: THÔNG TIN QUANG

Đề tài:

MÔ PHỎNG TUYẾN THÔNG TIN QUANG WDM BẰNG PHẦN MỀM OPTISYSTEM

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Quang Thủy 20092655

Vũ Khắc Thùy 20092663 Uông Thế Cường 20090442 Đào Văn Khánh 20091430 Phạm Văn Dũng 20090563

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Hoàng Hải

BÀI TẬP LỚN

MÔN: THÔNG TIN QUANG

Đề tài:

MÔ PHỎNG TUYẾN THÔNG TIN QUANG WDM BẰNG PHẦN MỀM

OPTISYSTEM

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Quang Thủy 20092655

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Hoàng Hải

MỤC LỤC

I Tổng quan về phần mềm Optisystem 3

II Đặc điểm và chức năng 4

III Mô phỏng theo yêu cầu 5

1 Yêu cầu thiết kế 5

2 Phương án thiết kế 7

I Tổng quan về phần mềm Optisystem.

Thông tin quang ngày càng phát triển, hệ thống thông tin quang ngày càng trở nên phức tạp Cũng như các hệ thống thông tin khác như thông tin vô tuyến, thông tin vệ tinh… để thiết kế, phân tích hệ thống thông tin quang bắt buộc phải sử dụng các công cụ phần mềm mô phỏng Optisystem đáp ứng được điều này, hần mềm 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 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 là công cụthiết kế hữu hiệu cho phép người dùng lập kếhoạch, 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 mạng LAN, SAN, MAN

1 Lợi ích.

- Cung cấp cái nhìn tổng quan vào hiệu năng hệ thống

- Đánh giá sự nhạy cảm tham số giúp đỡ việc thiết kếchi tiết kỹ thuật

- Trình bày trực quan 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 tối ưu hóa

- Tích hợp với họ các sản phẩm Optiwave

2 Ứng dụng

Đáp ứng nhu cầu của các nhà khoa học nghiên cứu, kỹ sư viễn thông quang học, tích hợp hệ thống, sinh viên và nhiều người dùng khác 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 qũy công suất tuyến của các hệ thống có sử 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 hỗtrợ 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

II Đặc điểm và chức năng.

1 Thư viện phần tử.

Thư viện OptiSytem bao gồm rất nhiều các thành phần cho phép bạn

có thể nhập các thông số được đo từ các thiết bị thực tế Nó tích hợp với các thiết bị đo lường từcác nhà cung cấp khác nhau Người sử dụng

có thể kết hợp các thành phần mới, hoặc sử dụng mô phỏng cùng với một công cụ của bên thứ ba chẳng hạn như MATLAB hoặc SPICE Thư viện bao gồm:

- Thư viện các 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

2 Tích hợp với các công cụ phần mềm optiware.

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 đểthiết kế

3 Các công cụ hiển thị.

Optisystem có đầy đủ các thiết bị đo quang, đo điện cho phép hiển thị tham số, dạng tín hiệu, 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 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)

III Mô phỏng theo yêu cầu.

1 Yêu cầu thiết kế.

1.1 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:

- Tốc độ bit: 40 Gbit/s

- Cự ly truyền dẫn: 400 km

- Số lượng kênh bước sóng: 4 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

1.2 Yêu cầu

a) 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

- Tốc độ bit: 40 Gbit/s

- Chiều dài chuỗi: 128 bits

- 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

1.3 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

2 Xây dựng phương án thiết kế.

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 4x1

Thiết lập tham số toàn cục:

Tốc độ bít: 40GBps

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

Nguồn phát: Sử dụng nguồn CW Laser ( continous Wave Laser ) :

nhằm giảm ảnh hưởng của tán sắc sợi

Bộ tạo xung RZ

Bộ tạo chuỗi bit

Bộ điều chế ngoài

Bộ ghép kênh quang (ghép 4 kênh)

Toàn tuyến phát 4 kênh quang

2.2 Tuyến truyền dẫn.

Sợi quang sử dụng G.652 có các tham số tại cửa sổ truyền 1550nm:

- Suy hao sợi: 0.2dB

- Độ tán sắc: 16.75 ps/nmkm

- Độ dốc tán sắc: 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 là 60km, số bộ lặp là: 7 bộ lặp

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 G652 có chiều dài là L1=50km

- Độ tán sắc là : D1= 16.75 ps/nm.km

- Độ dốc tán sắc : 0.075ps/nm^2.km

- Chiều dài sợi bù tán sắc ( DCF) là L2=60km-50km=10km

- Thì độ bù tán sắc D2= -D1×L1/L2.= -50×16.75/10= -83 ps/nm.km

- Độ dốc tán sắc : 0.375ps/nm^2.km

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: 10×0.5=5dB

Độ lợi của bộ khuếch đại EDFA là 5dB

2.3 Tuyến thu quang.

Thiết bị đo BER

3 Kết quả mô phỏng.

Quang phổ tín hiệu phát

Quang phổ tín hiệu thu

Công suất tín hiệu phát

Công suất tín hiệu thu kênh 1

Tỉ lệ lỗi bit BER

• Mắt quang

• BER của kênh thứ nhất

4 Thay đổi tham số để đạt BER = 10 -12 theo yêu cầu đề bài.

Khi thay đổi giá trị công suất phát thì tỉ số lỗi bit BER cũng sẽ thay đổi

theo

BER của kênh thứ nhất thay đổi

Kết luận: khi thay đổi một số tham số như công suất phát, hệ số suy

hao quang… thì tỉ số lỗi bit BER thay đổi theo Như ở trên ta thay đổi công suất phát tăng lên thì BER thay đổi từ 10-8 giảm xuống 10-15 Khi tăng công suất phát BER sẽ giảm xuống tuy nhiên đến một công suất phát nào đó thì BER lại tăng lên và bằng 1