Bài thực hành chuyên sâu PTIT

Bài thực hành phần mềm Optisystem GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHẦN MỀM OPTISYSTEM Cùng với bùng nổ nhu cầu thông tin, hệ thống thông tin quang ngày trở nên phức tạp Để phân tich, thiết kế hệ thống bắt buộc phải sử dụng công cụ mô OptiSystem phần mềm mô hệ thống thơng tin quang Phần mềm có khả thiết kế, đo kiểm tra thực tối ưu hóa nhiều loại tuyến thơng tin quang, dựa khả mơ hình hóa hệ thống thơng tin quang thực tế Bên cạnh đó, phần mềm dễ dàng mở rộng người sử dụng đưa thêm phần tử tự định nghĩa vào Phần mềm có giao diện thân thiện, khả hiển thị trực quan CÁC ỨNG DỤNG CỦA OPTISYSTEM Optisystem cho phép thiết kế tự động hầu hết loại tuyến thông tin quang lớp vật lý, từ hệ thống đường trục mạng LAN, MAN quang Các ứng dụng cụ thể bao gồm: - Thiết kế hệ thống thông tin quang từ mức phần tử đến mức hệ thống lớp vật lý - Thiết kế mạng TDM/WDM CATV - Thiết kế mạng FTTx dựa mạng quang thụ động (PON) - Thiết kế hệ thống ROF (radio over fiber) - Thiết kế thu, phát, khuếch đại quang - Thiết kế sơ đồ tán sắc - Đánh giá BER penalty hệ thơng với mơ hình thu khác - Tính tốn BER quĩ cơng suất tuyến hệ thống có sửng dụng khuếch đại quang - … CÁC ĐẶC ĐIỂM CHÍNH CỦA OPTISYSTEM 2.1 Thư viện phần tử (Component Library) Optisystem có thư viện phần tử phong phú với hàng trăm phần tử mơ hình hóa để có đáp ứng giống thiết bị thực tế Cụ 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 Ngoài phần tử định nghĩa sẵn, Optisystem cịn có: - Các phần tử Measured components Với phần tử này, Optisystem cho phép nhập tham số đo từ thiết bị thực nhà cung cấp khác - Các phần tử người sử dụng tự định nghĩa (User-defined Components) 2.2 Khả kết hợp với công cụ phần mềm khác Optiwave Optisystem cho phép người dùng sử dụng kết hợp với công cụ phần mềm khác Optiwave OptiAmplifier, OptiBPM, OptiGrating, WDM_Phasar OptiFiber để thiết kế mức phần tử 2.3 Các công cụ hiển thị Optisystem có đầy đủ thiết bị đo quang, đo điện Cho phép hiển thị tham số, dạng, chất lượng tín hiệu điểm 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 phân cấp với hệ thống (subsystem) Để việc mô thực cách linh hoạt hiệu quả, Optisystem cung cấp mơ hình mơ mức khác nhau, bao gồm mức hệ thống, mức hệ thống mức phần tử 2.5 Ngôn ngữ Scipt mạnh Người sử dụng nhập biểu diễn số học tham số tạo tham số toàn cục Các tham số toàn cục dùng chung cho tât phần tử hệ thống hệ thống nhờ sử dụng chung ngôn ngữ VB Script 2.6 Thiết kế nhiều lớp (multiple layout) Trong file dự án, Optisystem cho phép tạo nhiều thiết kế, nhờ người sử dụng tạo sửa đổi thiết kế cách nhanh chóng hiệu Mỗi file dự án thiết kế Optisystem chứa nhiều phiên thiết kế Mỗi phiên tính tốn thay đổi cách độc lập kết tính tốn phiên khác kết hợp lại, cho phép so sánh phiên thiết kế cách dễ dàng 2.7 Trang báo cáo (report page) Trang báo cáo Optisystem cho phép hiển thị tất phần tham số kết tính tốn thiết kế tùy theo u cầu người sử dụng Các báo cáo tạo tổ chức dạng text, dạng bảng tinh, đồ thị 2D 3D Cũng kết xuất báo cáo dạng file HTML dạng file template định dạng trước 2.7 Quét tham số tối ưu hóa (parameter sweeps and optimizations) Q trình mơ thực lặp lại cách tự động với giá trị khác tham số để đưa phương án khác thiết kế Người sử dụng sử dụng phần tối uu hóa Optisystem để thay đổi giá trị tham số để đạt kết tốt nhất, xấu nhât giá mục tiêu thiết kế BÀI THỰC HÀNH BÀI SỐ Tên : Sử dụng phần mềm OptiSystem mô hệ thống đơn kênh quang Số tiết : Thuộc môn học: Thực hành chuyên sâu Hệ đào tạo Đại học : MỤC ĐÍCH - Làm quen với việc sử dụng công cụ mô OptiSystem - Ứng dụng việc thiết kế hệ thống thông tin quang đơn kênh đơn giản NỘI DUNG THỰC HÀNH Bước 1: Xây dựng phương án thiết kế hệ thống thông tin quang đơn kênh với thông số sau: - Tốc độ bit - Khoảng cách truyền dẫn: : 2.5Gbit/s 100 km Bước 2: Sử dụng phần mềm Optisystem xây dựng mơ hình mơ hệ thống thơng tin quang đơn kênh theo phương án thiết kế Lưu ý: tham số tồn cục (global parameters để mơ phỏng) thiết lập sau - Tốc độ bit : 2.5 Gbit/s - Chiều dài chuỗi : 128 bits - Số mẫu bit: 64 Bước 3: Đưa thiết bị đo vào mơ hình mơ Các thiết bị đo tuyến đặt vị trí phù hợp để xác định chất lượng dạng tín hiệu điểm cần thiết tuyến - Thiết bị đo công suất quang - Thiết bị phân tích phổ quang - Thiết bị đo BER Bước 4: Chạy mô Bước 5: Hiển thị kết mô thiết bị đo đặt tuyến Hình : Phổ trước sau qua sợi quang Hình : Cơng su¾t đ¾u vào s¾i quang Hình : Cơng su¾t đ¾u s¾i quang Hình : Đ¾ th¾ BER c¾a thi¾t b¾ đo BER Hình : Q-Factor + Eye Diagram ( biểu đồ mắt ) Bước 6: Lựa chọn tham số phần tử thiết kế để thực quét tham số Lựa chọn tham số Công suất laser quét tham số : Số lần quét : 15, L¾a ch¾n hi¾n th¾i quét : 10 \ Tham s¾ quét : Power (dBm), Th¾c hi¾n quét t¾ -10 t¾i 10 (dBm) Report quan hệ Công suất ( P ) Min log of BER, P Q-Factor Nh¾n xét : Khi cơng su¾t tăng Min log of BER gi¾m, ng¾¾c l¾i v¾i Q-Factor Đúng v¾i nh¾ng kh¾o sát lý thuy¾t S¾ thay đ¾i cơng su¾t đ¾u vào đ¾u c¾a s¾i quang, ¾nh h¾¾ng c¾a y¾u t¾ tán s¾c phi tuy¾n ( SPM,…) S¾ ¾nh h¾¾ng c¾a công su¾t đ¾u vào v¾i đ¾ th¾ BER có th¾ th¾y rõ h¾n n¾u tăng kho¾ng giá tr¾ qt c¾a tham s¾ cơng su¾t r¾ng h¾n Có th¾ th¾y, ¾ m¾t giá tr¾ c¾a cơng su¾t, Min log of BER s¾ tăng lên mà khơng gi¾m Có th¾ d¾a vào đ¾ th¾ ¾ ph¾n report tìm đ¾¾c m¾c cơng su¾t phù h¾p đ¾ h¾ th¾ng thi¾t k¾ đ¾t đ¾¾c BER nh¾ yêu c¾u ví d¾ BER =10^-12 ho¾c 10^- BÀI SỐ Tên Số tiết : Sử dụng phần mềm OptiSystem thiết kế hệ thống thông tin quang WDM : Thuộc môn học: Thực hành chuyên sâu Hệ đào tạo Đại học : MỤC ĐÍCH Giúp sinh viên sử dụng công cụ mô Optisystem việc thiết kế tuyến thông tin quang WDM NỘI DUNG THỰC HANH Bước 1: Xây dựng phương án thiết kế hệ thống thơng tin quang WDM có sử dụng khuếch đại quang EDFA với yêu cầu thiết kế sau: - Tốc độ bit: 10 Gbit/s - Cự ly truyền dẫn: 400 km - Số lượng kênh bước sóng: kênh Bước 2: Sử dụng phần mềm Optisystem xây dựng mơ hình mơ hệ thống thơng tin quang WDM theo phương án thiết kế Lưu ý: tham số tồn cục (global parameters để mơ phỏng) thiết lập sau - Tốc độ bit: - Chiều dài chuỗi: - Số mẫu bit: 10 Gbit/s 128 bits 64 Bước 3: Đưa thiết bị đo vào mơ hình mơ Các thiết bị đo tuyến đặt vị trí phù hợp để xác định chất lượng dạng tín hiệu điểm cần thiết tuyến - Thiết bị đo công suất quang - Thiết bị phân tích phổ quang - Thiết bị đo BER Bước 4: Chạy mô Bước 5: Hiển thị kết mô thiết bị đo đặt tuyến Bước 6: Thay đổi tham số phần tử tuyến để đạt BER = 10 -12 Từ thực hành Lựa chọn tham số quét Power , để có đồ thị quan hệ công suất BER Tương tự 1, đây, sử dụng quét 15 lần, quét từ -20 tới 20 (dBm) Như ta có report sau: T¾ tìm đ¾¾c giá tr¾ cơng su¾t t¾¾ng ¾ng đ¾t đ¾¾c BER = 10-12 P=19,4 dBm K¾t qu¾ mơ ph¾ng cho th¾y v¾i h¾ th¾ng WDM BER thu đ¾¾c thay đ¾i ph¾c t¾p h¾n so v¾i h¾ th¾ng đ¾n kênh BÀI SỐ Tên bài: Khảo sát ảnh hưởng sợi quang đến chất lượng truyền dẫn hệ thống WDM Số tiết: Thuộc môn học: Thực hành chuyên sâu Hệ đào tạo: Đại học, Cao đẳng MỤC ĐÍCH Giúp sinh viên sử dụng công cụ mô Optisystem việc khảo sát ảnh hưởng của sợi quang đến chất lượng hệ thống WDM Cụ thể: - Ảnh hưởng suy hao - Ảnh hưởng tán sắc - Ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến NỘI DUNG THỰC HANH Bước 1: Sử dụng phần mềm Optisystem xây dựng mơ hình mơ hệ thống thông tin quang WDM với thông số sau: - Tham số hệ thống o Tốc độ bit: 2.5 Gbit/s / 10 Gbit/s o Số lượng kênh: - o Khoảng cách kênh: 100GHz/50 GHz o Khoảng cách truyền dẫn: 100 km Các tham số toàn cục (global parameters để mô phỏng): o Tốc độ bit: 2.5 Gbit/s / 10 Gbit/s o Chiều dài chuỗi: o Số mẫu bit: 128 bits 64 Bước 2: Đưa thiết bị đo vào mơ hình mơ Các thiết bị đo tuyến đặt vị trí phù hợp để xác định chất lượng dạng tín hiệu điểm cần thiết tuyến - Thiết bị đo công suất quang - Thiết bị phân tích phổ quang - Thiết bị đo BER Bước 3: Chạy mô Bước 4: Hiển thị kết mô thiết bị đo đặt tuyến Hình : hi¾n th¾ k¾t qu¾ c¾a máy đo ph¾, máy đo cơng su¾t, đo BER Bước 5: Thay đổi tham số: - Tốc độ truyền dẫn Thay đổi bước sóng sợi quang Sau thay đ¾i s¾i quang s¾ d¾ng s¾i có b¾¾c sóng, 1310 nm, s¾i có suy hao l¾n h¾n s¾i 1550nm nh¾ ta s¾ d¾ng hai th¾c hành trên, ta nh¾n th¾y giá tr¾ BER tăng lên - Cơng suất nguồn phát Hồn tồn tương tự ta thay đổi công suất nguồn phát Dựa vào thực hành Thì ta thấy BER có mối quan hệ khơng tuyến tính với cơng suất nguồn phát Vì thay đổi cơng suất phát, ta nhận BER tương ứng lớn nhỏ hệ thống ban đầu Ví dụ ta chọn cơng suất phát 10dBm Ta đồ thị BER sau - Tham số sợi quang Thay đổi tham số sợi quang, ta thay đổi tham số tán sắc sợi, chiều dài sợi, bước sóng sợi, tham số hiệu ứng phi tuyến ( SPM, XPM, CPM, FWM, ….) đây, ta lựa chọn tham số tán sắc sợi, ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến ( XPM FWM) Xây dựng kịch để khảo sát ảnh hưởng suy hao, tán sắc hiệu ứng phi tuyến (lựa chọn hiệu ứng phi tuyến để khảo sát) sợi quang đến chất lượng khả truyền dẫn hệ thống WDM BÁO CÁO KẾT QUẢ THỤC HÀNH - Mơ hình mơ - Các tham số mô chi tiết - Kết mô o Kết mô hệ thống ban đầu o Kết mô với kịch đưa nhằm khảo sát ảnh hưởng suy hao, tán sắc hiệu ứng phi tuyến sợi quang đến chất lượng khả truyền dẫn hệ thống - Nhận xét, phân tích kết mô ... thiết kế, nhờ người sử dụng tạo sửa đổi thiết kế cách nhanh chóng hiệu Mỗi file dự án thiết kế Optisystem chứa nhiều phiên thiết kế Mỗi phiên tính tốn thay đổi cách độc lập kết tính tốn phiên... Hình : hi¾n th¾ k¾t qu¾ c¾a máy đo ph¾, máy đo cơng su¾t, đo BER Bước 5: Thay đổi tham số: - Tốc độ truyền dẫn Thay đổi bước sóng sợi quang Sau thay đ¾i s¾i quang s¾ d¾ng s¾i có b¾¾c sóng, 1310... nguồn phát Hồn tồn tương tự ta thay đổi công suất nguồn phát Dựa vào thực hành Thì ta thấy BER có mối quan hệ khơng tuyến tính với cơng suất nguồn phát Vì thay đổi cơng suất phát, ta nhận BER tương