Thực hành môn mạng truyền tải quang

CÁC ĐẶC ĐIỂM CHÍNH CỦA OPTISYSTEM 2.1 Thư viện các phần tử Component Library Optisystem có một thư viện các phần tử phong phú với hàng trăm phần tử được mô hình hóa để có đáp ứng giống

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHẦN MỀM OPTISYSTEM

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

- Thiết kế mạng FTTx dựa trên mạng quang thụ động (PON)

- Thiết kế hệ thống ROF (radio over fiber)

- Thiết kế bộ thu, bộ phát, bộ khuếch đại quang

- Thiết kế sơ đồ tán sắc

- 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

- …

2 CÁC ĐẶC ĐIỂM CHÍNH CỦA OPTISYSTEM

2.1 Thư viện các phần tử (Component Library)

Optisystem có một thư viện các phần tử phong phú với hàng trăm phần tử được mô hình hóa để có đáp ứng giống như các thiết bị trong thực tế 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

Ngoài các phần tử đã 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 từ các thiết bị thực của các nhà cung cấp khác nhau

- Các phần tử do người sử dụng tự định nghĩa (User-defined Components)

2.2 Khả năng kết hợp với các công cụ phần mềm khác của 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

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 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)

2.4 Mô phỏng phân cấp với các hệ thống con (subsystem)

Để việc mô phỏng được thực hiện một cách 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

2.5 Ngôn ngữ Scipt mạnh

Người sử dụng có thể nhập các biểu diễn số học của tham số và tạo ra các tham số toàn cục Các tham số toàn cục này sẽ được dùng chung cho tât cả các phần tử và hệ thống con của hệ thống nhờ sử dụng chung ngôn ngữ VB Script

2.6 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 thể tạo ra và sửa đổi các thiết kế một cách nhanh chóng và hiệu quả Mỗi file dự án thiết kế của Optisystem có thể chứa nhiều 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 thể được kết hợp lại, cho phép so sánh các phiên bản thiết kế một cách dễ dàng

2.7 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

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 uu hóa của Optisystem để 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 GIAO DIỆN NGƯỜI SỬ DỤNG (GUI)

Các phần chính của GUI bao gồm (xem hình 1) :

- Project layout: là nơi mà người sử dụng thể hiện thiết kế

- Dockers, bao gồm:

o Thư viện các phần tử (Component Library): người sử dụng truy nhập vào đây lấy các phần tử

để tạo ra thiết kế hệ thông

o Project Browser: sử dụng project browser cho phép truy nhập đến các tham số và kết quả của thiết kế một cách thuận tiện

o Description: nơi sử dụng có thể đưa các thông tin để môt tả tóm tắt về thiết kế

- Menu bar (xem hình 2): chứa các menu có trong Optisystem

Hình 1 Giao diện người sử dụng của Optisystem

Hình 2 Menu bar của Optisystem

Thực hiện chức năng cho phép hoặc loại bỏ docker trong main layout

Chạy, tạo ra, lưu giữ hoặc tải các file script

4 TÓM TẮT HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG MỘT SỐ CHỨC NĂNG CƠ BẢN CỦA OPTISYSTEM

4.1 M ở một dự án có sẵn:

- Vào File menu, lựa chọn Open

- Lựa chọn đường dẫn trong File name để lấy được file mong muốn

4.2 T ạo một dự án mới

- Vào File menu, lựa chọn New, cửa sổ Project layout xuất hiện (hình 3)

Hình 3 Cửa số Project layout

- Vào Component Library, dùng chuột kéo phần tử cần sử dụng và thả vào Main Layout (xem hình 4)

Hình 4 Đặt phần tử vào Main layout

- Việc kết nối giữa các phần tử trong thiết kế có thể được thực hiện một cách tự động hoặc bằng tay nhờ việc sử dụng các nút chức năng trong Layout Operations (xem hình 5, 6)

Hình 5 Kích hoạt kết nối tự động

Hình 6 Hủy bỏ chế độ kết nối tự động

4.3 Thi ết lập các tham số toàn cục (global parameters) của dự án

Khi tạo một thiết kế mới trên Optisystem, phải thiết lập các tham số toàn cục Các tham số này sẽ liên quan đến tốc độ, độ chính xác và yêu cầu về bộ nhớ cho việc thực hiện mô phỏng thiết kế Các tham số này được gọi là tham số toàn cục vì nó ảnh hưởng đến tất cả các thành phần trong thiết kế có sử dụng các tham số này Trong Optisystem, các tham số này bao gồm:

- Tốc độ bit (bit rate)

- Chiều dài chuỗi bit (Bit sequence length)

- Số mẫu trên một bit (Number of samples per bit)

Các tham số này được sử dụng để tính toán Time window (của sổ thời gian), Sample rate (tốc độ lấy mẫu) và Number of samples (số lượng mẫu) như sau:

- Time window = Sequence length * 1/Bit rate

- Number of samples = Sequence length * Samples per bit

- Sample rate = Number of samples / Time window

Optisystem dùng chung tham số Time window cho tất cả các thành phần trong thiết kế, tức là tất cả các thành phần đều có Time window giống nhau nhưng có thể có Sample rates hoặc Number of samples là

khác nhau

Để thiết lập tham số toàn cục của dự án, thực hiện các bước sau

- Kích đúp chuột vào cửa sổ Project layout

- Hoặc Lựa chọn Layout > Parameters từ thanh công cụ Menu

Hộp thoại Layout parameters xuất hiện (xem hình 7)

Hình 7 Hộp thoại Layout parameters

4.4 Hi ển thị và thay đổi tham số của các phần tử trong dự án

- Kích đúp chuột vào phần tử cần thay đổi tham số

Hộp thoại về các tham số của phần tử xuất hiện

- Di chuyển con trỏ đến các giá trị tham số cần thay đổi

- Nhập giá trị tham số mong muốn

Lưu ý: Có 3 chế độ của tham số là Norman, Script và Sweep:

- Chế độ Script được sử dụng khi tham số này là tham số toàn cục, có ảnh hưởng đến tất cả các phần

tử khác của hệ thống

- Chế độ Sweep được sử dụng khi thực hiện quét tham số

Hình 8 Hộp thoại về các tham số của Laser Measured

4.5 Ch ạy mô phỏng

- Từ File menu, lựa chọn Calculate Hộp thoại Optisystem Calculations xuất hiện (hình 9)

Hình 9 File menu

- Trong hộp thoại Optisystem Calculations (hình 10), kích chuột vào nút Run

Hình 10 Hộp thoại Optisystem Calculations

4.6 Hi ển thị kết quả mô phỏng

- Kích đúp chuột vào các phần tử hiển thị trong thiết kế để hiển thị đồ thị và các kết quả mà quá trình

mô phỏng tạo ra

Hình 11 Kết quả hiển thị trên thiết bị phân tích phổ (ví dụ)

4.7 Th ực hiện quét tham số (Parameter Sweep)

Trong mỗi bản thiết kế sẽ có một số các tham số nhất định có thể đưa vào chế độ quét (sweep mode) Người thiết kế có thể định nghĩa số lần quét được thực hiện trên mỗi tham số Giá trị của tham số sẽ thay đổi qua mỗi lần quét Quá trình này sẽ cho các kết quả thiết kế khác nhau tùy theo sự thay đổi giá trị của tham số

Để thực hiện quét tham số, tiến hành các bước như sau:

a Thiết lập số lần quét:

- Bước 1: Kích chuột vào nút Set Total Sweep Iterarions trên Layout tool bar

Hộp thoại Total Parameter Sweep Iteration xuất hiện giá trị hiện tại (ví dụ như trên hình 12)

- Bước 2: Nhập vào số lần quét

- Bước 3: Kích chuột vào nút OK

Hình 12 Hộp thoại Total Parameter Iteration

Hoặc:

- Bước 1: Lựa chọn Layout > Set Total Sweeps Iterations trên Menu toolbar (xem hình 13)

Hộp thoại Total Parameter Sweep Iteration xuất hiện giá trị hiện tại (ví dụ như trên hình 12)

- Bước 2: Nhập vào số lần quét

- Bước 3: Kích chuột vào nút OK

Hình 13 Truy nhập qua Layout - Set Total Sweep Iterations

b Thay đổi số lần quét

Sau khi tính toán, dể thay đổi số lần quét hiển thị trên bản thiết kế (layout), thực hiện các bước sau:

- Bước 1: Lựa chọn Layout > Set Current Sweep Interation trên Menu toolbar

Hộp thoại Set Current Sweep Iterarion xuất hiên như trên hình 14

- Bước 2: Nhập vào số lần quét muốn hiển thị trên bản thiết kế

- Bước 3: Kích chuột vào nút OK

Hình 14 Hộp thoại Current Sweep Iteration

Sử dụng nút Previous Sweep Iterarion hoặc Next Sweep Iteration trên Layout toolbar để chuyển giữa các lần quét

Hoặc: Lựa chọn lần quét trên Set Current Iteration drop-down box như trên hình 15 dưới đây

Hình 15 Set Current Iteration drop-down box

c Thay đổi giá trị tham số quét:

Sau khi lựa chọn số lần quét tham số, phải thực hiện nhập các giá trị cần quét của tham số Trước khi nhập, tham số cần quét phải được chuyển sang chế độ Sweep Mode

 L ựa chọn Sweep mode

Để chuyển sang Sweep mode cho tham số cần quét, thực hiện các bước sau:

o Bước 1: Lựa chọn Layout > Parameter Sweep trên Menu toolbar

Hộp thoại về các tham số của phần tử xuất hiện như trên hình 17

o Ở trong cột Mode, lựa chọn chế độ Sweep mode (xem hình 16)

Hình 16 Sweep mode

Hình 17 Tham số của phần tử - Tham số ở chế độ Sweep mode

o Kích chuột vào nút Parameter Sweep trong cột Value của tham số cần quét (đã ở Sweep

Mode) (như minh họa trên hình là tham số Power) Hộp thoại Parameter Sweeps xuất hiện

như trên hình 18 dưới đây

Hình 18 Các giá trị tham số cần quét của phần tử trên thiết kế

 Nh ập giá trị tham số quét:

Để nhập các giá trị cần quét của tham số, thực hiện các bước sau:

o Bước 1: Lựa chọn Layout > Parameter trên Menu toolbar

o Bước 2: Kích chuột vào nút Parameter Sweep trên cột Value của tham số

o Bước 3: Nhập dữ liệu bằng tay hoặc sử dụng công cụ Spread Tool để nhập dữ liệu

(Tham khảo thêm trong tài liệu về việc sử dụng Spread Tool)

d Chạy mô phỏng (thực hiện tương tự như phần 4.6)

e Hiển thị kết quả mô phỏng quét tham số:

Để hiển thị kết quả mô phỏng quét tham số (đối với thiết kế hệ thống, thường hiển thị sự thay đổi BER theo giá trị của tham số quét), thực hiện các bước sau:

o Bước 1: Lựa chọn Report tab trong cửa sổ Project Layout

o Bước 2: Kích chuột vào nút Opti2Dgraph trên Report toolbar

o Bước 3: Trong Project Browser, lựa chọn tham số đã để ở Sweep Mode, kéo tham số này

và thả vào trục X của đồ thị 2D

o Bước 4: Trong Project Browser, lựa chọn tham số Min Log of BER của thiết bị phân tích lỗi

bit, kéo tham số này và thả vào trục Y của đồ thị 2D

Kết quả thay đổi BER theo tham số quét sẽ hiển thị trên đồ thị 2D

Hình 19 Các bước để hiển thị kết quả mô phỏng quét tham số

4.8 Đưa kết quả mô phỏng vào báo cáo

Để đưa kết quả mô phỏng vào báo cáo có thể sử dụng kỹ thuật chụp màn hình Các bước thực hiện như sau:

- Bấm tổ hợp phím Alt + Print Screen SyRq để lưu tạm thời cửa sổ màn hình muốn chụp vào

Clipboard

- Bấm vào Start > Programs > Accessories > Paint để khởi động chương trình Paint

- Vào menu Edit trong Paint rồi bấm chọn Paste (hoặc tổ hợp Ctrl + V) để dán cửa sổ màn hình đã

chụp từ Clipboard vào cửa sổ làm việc của Paint

- Sử dụng các công cụ Select trong Paint để lấy phần thông tin muốn sao chụp lại theo ý muốn

- Bấm vào menu File > Save As để đặt tên cho tấm hình vào chọn nơi lưu tấm hình đã chụp vào máy tính Có thể lưu dưới dạng *.bmp, *.jpg, *.jpeg hoặc *.dib Hoặc “dán” ngay vào trong file báo cáo (sử dụng phím Ctrl + V)

BÀI THỰC HÀNH

BÀI SỐ 1

Tên bài: Sử dụng phần mềm OptiSystem mô phỏng hệ thống đơn kênh quang

Số tiết:

Thuộc môn học: Mạng truyền tải quang

Hệ đào tạo: Đại học

1 MỤC ĐÍCH

- Giúp sinh viên làm quen với việc sử dụng công cụ mô phỏng OptiSystem

- Ứng dụng trong việc thiết kế hệ thống thông tin quang đơn kênh đơn giản

2 NỘI DUNG THỰC HANH

Bước 1: Sử dụng phần mềm Optisystem xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống thông tin quang đơn kênh đơn giản với các thông số như sau:

o Chiều dài chuỗi: 128 bits

o Số mẫu trong 1 bit: 64

- Bộ thu: Photodetector PIN kết hợp với bộ lọc thông thấp Bessel

- 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

o Thiết bị đo công suất quang

o Thiết bị phân tích phổ quang

o Thiết bị phân tích BER

Bước 2: Chạy mô phỏng

Bước 3: Hiển thị kết quả mô phỏng bằng các thiết bị đo đặt trên tuyến

Bước 4: Lựa chọn một tham số nào đó của phần tử trong thiết kế để thực hiện quét tham số

3 BÁO CÁO K ẾT QUẢ THỤC HÀNH

BÀI SỐ 2

Tên bài: Sử dụng phần mềm OptiSystem thiết kế hệ thống thông tin quang WDM

Số tiết:

Thuộc môn học: Mạng truyền tải quang

Hệ đào tạo: Đại học

1 MỤC ĐÍCH

Giúp sinh viên sử dụng được công cụ mô phỏng Optisystem trong việc thiết kế tuyến thông tin quang WDM

2 NỘI DUNG THỰC HANH

Bước 1: 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: 400 km

- Số lượng kênh bước sóng: 8 kênh

- Nguồn phát: Dùng điều chế ngoài

- Bộ thu: Sử dụng PIN kết hợp với bộ lọc thông thấp Bessel

Bước 2: 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

- Chiều dài chuỗi: 128 bits

- Số mẫu trong 1 bit: 64

Bước 3: 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

- Thiết bị đo công suất quang

- Thiết bị phân tích phổ quang

- Thiết bị đo BER

Bước 4: Chạy mô phỏng

Bước 5: Hiển thị kết quả mô phỏng bằng các thiết bị đo đặt trên tuyến

Bước 6: Thay đổi các tham số của các phần tử trên tuyến để đạt được BER = 10-12