Mô Phỏng Tuyến Thông Tin Quang Wdm Bằng Phần Mềm Optisystem

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 Vũ Khắc Thùy Uông Thế Cường Đào Văn Khánh Phạm Văn Dũng Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Hoàng Hải Page 20092655 20092663 20090442 20091430 20090563 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 MỤC LỤC Page I Tổng quan phần mềm Optisystem II Đặc điểm chức III Mô theo yêu cầu Yêu cầu thiết kế Phương án thiết kế Page Page I Tổng quan phần mềm Optisystem Thông tin quang ngày phát triển, hệ thống thông tin quang ngày trở nên phức tạp Cũng hệ thống thông tin khác thông tin vô tuyến, thông tin vệ tinh… để thiết kế, phân tích hệ thống thông tin quang bắt buộc phải sử dụng công cụ phần mềm mô Optisystem đáp ứng điều này, hần mềm có khả thiết kế, đo kiểm tra thực tối ưu hóa nhiều loại tuyến thông tin quang, dựa khả mô hình hóa hệ thống thông tin quang thực tế Phần mềm dễ dàng mở rộng người sử dụng đưa thêm phần tử tự định nghĩa vào Phần mềm công cụthiết kế hữu hiệu cho phép người dùng lập kếhoạch, kiểm tra, mô gần tất loại liên kết quang học lớp truyền dẫn quang phổ rộng mạng quang học mạng LAN, SAN, MAN Lợi ích - Cung cấp nhìn tổng quan vào hiệu hệ thống - Đánh giá nhạy cảm tham số giúp đỡ việc thiết kếchi tiết kỹ thuật - Trình bày trực quan tùy chọn thiết kế dự án khách hàng tiềm - Cung cấp truy cập đơn giản để tập hợp rộng rãi hệ thống đặc tính liệu - Cung cấp tham số tối ưu hóa - Tích hợp với họ sản phẩm Optiwave Ứng dụng Đáp ứng nhu cầu nhà khoa học nghiên cứu, kỹ sư viễn thông quang học, tích hợp hệ thống, sinh viên nhiều người dùng khác OptiSystem cho phép người dùng lập kế hoạch, kiểm tra, mô phỏng: - Thiết kế mạng WDM / TDM CATV - Thiết kế mạng vòng SONET / SDH - Thiết kế phát, kênh, khuếch đại, thu thiết kế đồ phân tán - Đánh giá BER penalty hệ thông với mô hình thu khác Page - Tính toán BER qũy công suất tuyến hệ thống có sử dụng khuếch đại quang - Thay đổi hệ thống tham số BER tính toán khả liên kết hệ thống quang học trở nên nhiều phức tạp hơn, nhà khoa học kỹ sư ngày phải áp dụng phần mềm kĩ thuật mô tiên tiến, quan trọng hỗtrợ cho việc thiết kế.Nguồn OptiSystem linh hoạt tạo điều kiện thuận lợi hiệu hiệu việc thiết kế nguồn sáng II Đặc điểm chức Thư viện phần tử Thư viện OptiSytem bao gồm nhiều thành phần cho phép bạn nhập thông số đo từ thiết bị thực tế Nó tích hợp với thiết bị đo lường từcác nhà cung cấp khác Người sử dụng kết hợp thành phần mới, sử dụng mô với công cụ bên thứ ba chẳng hạn MATLAB SPICE Thư viện bao gồm: - Thư viện nguồn quang - Thư viện thu quang - Thư viện sợi quang - Thư viện khuếch đại (quang, điện) - Thư viện MUX, DEMUX - Thư viên lọc (quang, điện) - Thư viện phần tử FSO - Thư viện phần tử truy nhập - Thư viện phần tử thụ động (quang, điện) - Thư viện phần tử xử lý tín hiệu (quang, điện) - Thư viện phần tử mạng quang - Thư viện thiết bị đo quang, đo điện Tích hợp với công cụ phần mềm optiware Optisystem cho phép người dùng sử dụng kết hợp với công cụ phần mềm khác Optiwave OptiAmplifier, OptiBPM, OptiGrating, WDM_Phasar OptiFiber đểthiết kế Các công cụ hiển thị Optisystem có đầy đủ thiết bị đo quang, đo điện cho phép hiển thị tham số, dạng tín hiệu, chất lượng tín hiệu điểm hệ thống Thiết bị đo quang: Page - 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 theo yêu cầu 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 yêu cầu thiết kế sau: - Tốc độ bit: 40 Gbit/s - Cự ly truyền dẫn: 400 km - Số lượng kênh bước sóng: kênh Một số gợi ý thiết kế: - Loại sợi: Sợi quang đơn mode chuẩn (G.652) - Nguồn phát: Loại nguồn: Laser - Phương thức điều chế: điều chế - Bộ thu: Sử dụng PIN kết hợp với lọc thông thấp Bessel 1.2 Yêu cầu a) Sử dụng phần mềm Optisystem xây dựng mô hình mô hệ thống thông tin quang WDM theo phương án thiết kế Lưu ý: tham số toàn cục (global parameters để mô phỏng) thiết lập sau - Tốc độ bit: 40 Gbit/s - Chiều dài chuỗi: 128 bits - Số mẫu bit: 64 b) Đưa thiết bị đo vào mô hình mô Các thiết bị đo tuyến đặt vị trí phù hợp để xác định chất lượng dạng tín hiệu điểm cần thiết tuyến Các thiết bị đo bản: - Thiết bị đo công suất quang Page - Thiết bị phân tích phổ quang - Thiết bị đo BER c) Chạy mô d) Hiển thị kết mô thiết bị đo đặt tuyến e) Thay đổi tham số phần tử tuyến để đạt BER = 10-12 1.3 Báo cáo kết thực hành - Mô hình mô - Các tham số mô chi tiết - Kết mô - Kết mô theo phương án thiết kế ban đầu hệ thống ban đầu - Sự thay đổi tham số thiết kế để đạt BER = 10-12 - Nhận xét, phân tích kết mô Xây dựng phương án thiết kế 2.1 Tuyến phát quang Chọn cửa sổ truyền 1550nm EDFA băng C Mỗi kênh quang bao gồm nguồn phát quang lazer CW lazer, phát xung RZ pulse genarator, phát bit điện pseudom-Radom Bit sequence Genarator, điều chế Mach-zehnder Tuyến phát quang gồm kênh quang tích hợp thông quang ghép kênh quang MUX 4x1 Thiết lập tham số toàn cục: Page Tốc độ bít: 40GBps Chiều dài chuỗi: 128bits Số mẫu bít: 64 Page Số mẫu =Chiều dài chuỗi×Số mẫu trong bit=128×64=8192 Nguồn phát: Sử dụng nguồn CW Laser ( continous Wave Laser ) : nhằm giảm ảnh hưởng tán sắc sợi Bộ tạo xung RZ Bộ tạo chuỗi bit Bộ điều chế Page 10 Bộ ghép kênh quang (ghép kênh) Toàn tuyến phát kênh quang Page 11 2.2 Tuyến truyền dẫn Page 12 Sợi quang sử dụng G.652 có tham số 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 sử dụng Sloop đóng vai trò nhân vòng lặp Chọn chiều dài sợi G.652 60km, số lặp là: lặp Do sợi quang có suy hao tán sắc nên tuyến truyền dẫn sử dụng bù tán sắc DCF Thông số bù tán sắc: - Giả sử sợi G652 có chiều dài L1=50km - Độ tán sắc : D1= 16.75 ps/nm.km - Độ dốc tán sắc : 0.075ps/nm^2.km - Chiều dài sợi bù tán sắc ( DCF) 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 Page 13 Khuếch đại quang EDFA: Do suy hao sợi quang nên cần sử dụng khuếch đại EDFA để bù suy hao sợi - L1=50km suy hao sợi là: 50×0.2=10dB Độ lợi khuếch đại EDFA 10dB - L2=10km suy hao sợi là: 10×0.5=5dB Độ lợi khuếch đại EDFA 5dB 2.3 Tuyến thu quang Page 14 Thiết bị đo BER Kết mô Quang phổ tín hiệu phát Page 15 Quang phổ tín hiệu thu Page 16 Công suất tín hiệu phát Công suất tín hiệu thu kênh Tỉ lệ lỗi bit BER • Mắt quang Page 17 • BER kênh thứ Thay đổi tham số để đạt BER = 10-12 theo yêu cầu đề Page 18 Khi thay đổi giá trị công suất phát tỉ số lỗi bit BER thay đổi theo BER kênh thứ thay đổi Page 19 Kết luận: thay đổi số tham số công suất phát, hệ số suy hao quang… tỉ số lỗi bit BER thay đổi theo Như ta thay đổi công suất phát tăng lên BER thay đổi từ 10 -8 giảm xuống 10-15 Khi tăng công suất phát BER giảm xuống nhiên đến công suất phát BER lại tăng lên Page 20 [...]...Bộ ghép kênh quang (ghép 4 kênh) Toàn tuyến phát 4 kênh quang Page 11 2.2 Tuyến truyền dẫn Page 12 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... Page 13 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 Page 14 Thiết bị đo BER 3 Kết quả mô phỏng Quang phổ tín hiệu phát Page 15 Quang phổ tín hiệu thu Page 16 Công suất tín... 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 Page 13 Khuếch đại quang. .. Công suất tín hiệu thu kênh 1 Tỉ lệ lỗi bit BER • Mắt quang Page 17 • BER của kênh thứ nhất 4 Thay đổi tham số để đạt BER = 10-12 theo yêu cầu đề bài Page 18 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 Page 19 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... 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 Page 20