Sử dụng phần mềm optisystem để khảo sát ảnh hưởng của sợi quang đến hệ thống thông tin quang

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN HỆ THỐNG VIỄN THÔNG Bài mô phỏng số 1: Sử dụng phần mềm Optisystem để khảo sát ảnh hưởng của sợi quang đến hệ thống thông tin quang. Giảng viên: Tô Thị Tuyết Nhung Hà Nội, tháng 9, năm 2020 MỤC LỤC PHẦN I. LÝ THUYẾT VỀ THÔNG TIN QUANG 1 1. Ưu điểm của hệ thống truyền dẫn thông tin quang 1 2. Nhược điểm của hệ thống thông tin quang 2 PHẦN II. THỰC HÀNH 4 1.Sơ đồ hệ thống 4 2. Xây dựng hệ thống thông và kết quả. 4 2.1 Yêu cầu thiết kế 4 2.2 Mô phỏng theo phương án thiết kế 5 2.3 Kết quả mô phỏng theo yêu cầu thiết kế 11 3, Tổng kết 27 NHẬN XÉT 28   DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2 1: Thiết lập tham số toàn cục 5 Hình 2 2: Nguồn Laser phát CW Laser 6 Hình 2 3: Bộ tạo xung NRZ 7 Hình 2 4: Bộ tạo chuỗi bít 7 Hình 2 5: Bộ điều chế MachZehnder 8 Hình 2 6: Tuyến truyền dẫn quang 8 Hình 2 7: Bộ lặp 9 Hình 28: Thông số sợi bù tán sắc DCF 10 Hình 2 9: Độ lợi của bộ khuếch đại 10 Hình 2 10: Tuyến thu của hệ thống 11 Hình 2 11: BER Analyzer 11 Hình 2 12: Hệ thống quang đơn kênh theo yêu cầu 12 Hình 213: Đặt các thiết bị đo vào vị trí phù hợp 12 Hình 2 14: Tổng công suất phát 13 Hình 215: Công suất thu của kênh 13 Hình 2 16: Quang phổ tín hiệu phát 13 Hình 2 17: Quang phổ tín hiệu đầu thu 14 Hình 2 18: Phổ miền thời gian quang phía phát 14 Hình 219: Phổ miền thời gian quang phía thu 15 Hình 2 20: BER của kênh là 0.09 15 Hình 2 21: Hiển thị mắt quang 16 Hình 2 22: Thay đổi công suất phát quang 16 Hình 2 23: Đo tỉ số BER của kênh 17 Hình 2 24: Thay đổi bước sóng sợi quang 17 Hình 225: Đo tỉ số BER của kênh 18 Hình 2 26: Điều chỉnh số vòng lặp 18 Hình 2 27: Giữ bước sóng 1550nm 19 Hình 2 28: Đồ thị BER 19 Hình 2 29: Q Factor + Eye Diagram 20 Hình 2 30: Thực hiện nhập số lần quét 20 Hình 2 31: Chuyển chế độ cho Power để nhập giá trị quét 21 Hình 2 32: Chọn Linear để nhập tham số quét tự động 21 Hình 2 33: Đồ thị BER 22 Hình 2 34: Mắt quang 22 Hình 2 35: Power 23 Hình 236: Min log of BER 24 Hình 2 37: Q Factor at User define decision Instant 24 Hình 2 38: Nhập lại giá trị công suất phát 25 Hình 2 39: Hiển thị BER 25 Hình 240: Hiển thị mắt quang 26   LỜI NÓI ĐẦU Với sự phát triển vô cùng mạnh mẽ của công nghệ thông tin nói chung và kỹ thuật viễn thông nói riêng. Nhu cầu dịch vụ viễn thông phát triển rất nhanh tạo ra áp lực ngày càng cao đối với tăng dung lượng thông tin. Cùng với sự phát triển của kỹ thuật chuyển mạch, kỹ thuật truyền dẫn cũng không ngừng đạt được những thành tựu to lớn, đặc biệt là kỹ thuật truyền dẫn trên môi trường cáp sợi quang. Tương lai cáp sợi quang được sử dụng rộng rãi trên mạng viễn thông và được coi như là một môi trường truyền dẫn lý tưởng mà không có một môi trường truyền dẫn nào có thể thay thế được. Các hệ thống thông tin quang với ưu điểm băng thông rộng, cự ly xa, không ảnh hưởng của nhiễu và khả năng bảo mật cao, phù hợp với các tuyến thông tin xuyên lục địa đường trục và có tiềm năng to lớn trong việc thực hiện các chức năng của mạng nội hạt với các cấu trúc linh hoạt và đáp ứng mọi loại hình dịch vụ hiện tại và tương lai. Cùng với sự bùng nổ về nhu cầu thông tin, các hệ thống thông tin quang ngày càng trở nên phức tạp. Để phân tích, 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. Với bài toán: “Khảo sát ảnh hưởng của sợi quang đến thông tin quang”, em xin trình bày về một hệ thống thông tin quang đơn kênh đơn giản để làm rõ sự ảnh hưởng của sợi quang đến chất lượng của hệ thống thông tin quang sử dụng phần mền OptiSystem. Mặc dù đã cố gắng rất nhiều, nhưng do trình độ còn hạn chế nên sẽ không tránh khỏi những thiếu xót. Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của cô, các bạn để bài tập của em được hoàn thiện hơn.

HỌC VIỆN KỸ THUẬT MẬT MÃ KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG - BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN HỆ THỐNG VIỄN THƠNG Bài mơ số 1: Sử dụng phần mềm Optisystem để khảo sát ảnh hưởng sợi quang đến hệ thống thông tin quang Giảng viên: Tô Thị Tuyết Nhung Hà Nội, tháng 9, năm 2020 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH LỜI NĨI ĐẦU Với phát triển vô mạnh mẽ công nghệ thông tin nói chung kỹ thuật viễn thơng nói riêng Nhu cầu dịch vụ viễn thông phát triển nhanh tạo áp lực ngày cao tăng dung lượng thông tin Cùng với phát triển kỹ thuật chuyển mạch, kỹ thuật truyền dẫn không ngừng đạt thành tựu to lớn, đặc biệt kỹ thuật truyền dẫn môi trường cáp sợi quang Tương lai cáp sợi quang sử dụng rộng rãi mạng viễn thông coi mơi trường truyền dẫn lý tưởng mà khơng có mơi trường truyền dẫn thay Các hệ thống thông tin quang với ưu điểm băng thông rộng, cự ly xa, không ảnh hưởng nhiễu khả bảo mật cao, phù hợp với tuyến thơng tin xun lục địa đường trục có tiềm to lớn việc thực chức mạng nội hạt với cấu trúc linh hoạt đáp ứng loại hình dịch vụ tương lai Cùng với bùng nổ nhu cầu thông tin, hệ thống thông tin quang ngày trở nên phức tạp Để phân tích, 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 Với tốn: “Khảo sát ảnh hưởng sợi quang đến thông tin quang”, em xin trình bày hệ thống thơng tin quang đơn kênh đơn giản để làm rõ ảnh hưởng sợi quang đến chất lượng hệ thống thông tin quang sử dụng phần mền OptiSystem Mặc dù cố gắng nhiều, trình độ cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu xót Rất mong nhận ý kiến đóng góp cơ, bạn để tập em hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! PHẦN I LÝ THUYẾT VỀ THÔNG TIN QUANG Ưu điểm hệ thống truyền dẫn thông tin quang - Độ rộng băng thơng lớn (khoảng 15THz bước sóng nm) cho phép hệ thống WDM dung lượng lớn phát triển - Dung lượng tải cao sợi quang mỏng cáp đồng, nhiều sợi quang bó vào với đường kính cho cáp đồng Điều cho phép nhiều kênh qua cáp - Suy giảm tín hiệu nên tín hiệu bị cáp quang cáp đồng Suy hao truyền dẫ sợi quang nhỏ đặc biệt vùng bước song 1300nm 1500nm - Không giống tín hiệu điện cáp đồng, tín hiệu ánh sáng từ sợi quang không bị nhiễu với sợi khác cáp Điều làm cho chất lượng tín hiệu tốt Ví dụ BER sóng viba từ 10-3 10-5 BER sợi quang thấp từ 10-9 10-11 - Tốc độ truyền tín hiệu cao với tốc độ truyền ánh ánh sáng 3.10 m/s - Đường kính nhỏ, trọng lượng bé sợi quang làm giảm khoảng khơng q trình lắp đặt cáp - Có khả điều chế tốc độ cao nên sử dụng truyền dẫn tín hiệu tốc độ cao băng rộng - Cho phép suy hao giữ máy phát máy thu lớn linh kiện có khả phản xạ công suất quang lớn độ nhạy máy thu cao đảm bảo chất lượng truyền dẫn Thơng tin quang cịn cho phép truyền dẫn tín hiệu có bước sóng khác - Độ tin cậy cao tín hiệu truyền sợi quang khơng bị ảnh hưởng mơi trường bên ngồi, khơng gây nhiễu ngoài, xuyên âm sợi quang không chịu ảnh hưởng từ yếu tố bên ngồi sóng điện từ, gió, sấm sét, … sợi thủy tinh - Môi trường truyền dẫn điện môi nên không gây tượng đánh lửa, có tính cách điện cao, nên khơng có nguy hỏa hoạn xảy - An tồn thơng tin cao việc lấy cắp thoogn tin từ tín hiệu quang đường truyền vơ khó khăn - Chức xen/rẽ kênh đơn giản, vật liệu chế tạo sợi quang có sẵn tự nhiên, có băng thơng lớn, tổn hao nhỏ, kích thước rọng lượng nhỏ nhẹ, phí hệ thống quang có chi phí thấp - Làm tảng nhiều dịch vụ tương lai - Kết nối dễ dàng với hệ thống khác - Công nghệ ghép kênh phân chia theo bước sóng DWDM sẵn sàng sử dụng thay cho SDH - Từ mạng LAN văn phịng trở thành mạng LAN quy mô nhà máy, khu công nghiệp, cao ốc… - Không lo sét đánh lan truyền hay trực tiếp tác động đến hệ thống - Không suy hao theo thời gian, công việc bảo hành, khắc phục cố gọn nhẹ, nhanh chóng Nhược điểm hệ thống thơng tin quang - Cơng nghệ chế tạo khó, hàn nối phức tạp, yêu cầu cáp phải thẳng tốt, không gập - Không thể truyền mã lưỡng cực - Cáp nhanh hỏng bị nước hay lọt vào, mối hàn nhanh chóng lão hóa làm tổn hao q trình truyền dẫn - Chi phí hàn nối thiết bị đầu cuối cao so với cáp đồng - Dễ gãy dứt khó khan việc thi cơng địa hình phức tạp - Khơng truyền dẫn nguồn lượng có cơng suất lớn, hạn chế mức công suất cỡ vài miliwat - Tín hiệu truyền bị suy hao giãn rộng, điều làm hạn chế cự li hệ thống truyền dẫn Thiết bị đầu cuối sợi quang có giá thành cao so với hệ thống dung cap kim loại - Hệ thống thông tin quang yêu cầu cấu tạo linh kiện tinh vi đòi hỏi độ xác tuyệt đối vệc hàn nối - Việc cấp nguồn điện cho trạm trung gian khó khơng lợi dụng ln đường truyền hệ thống thông tin điện PHẦN II THỰC HÀNH 1.Sơ đồ hệ thống Bộ phát quang Sợi SMF Bộ khuếch đại Bộ thu quang BER Sơ đồ hệ thống mô tả hình trên, bao gồm:     Bộ phát quang Một chặng (span) bao gồm sợi SMF khuếch đại Bộ thu quang Thiết bị hiển thị BER Xây dựng hệ thống thông kết 2.1 Yêu cầu thiết kế Bài toán: Sử dụng phần mềm optisystem mô hệ thống thông tin quang đơn kênh với thơng số sau: Tham số tồn cục: • Tốc độ bít 2,5Gbps • Chiều dài chuỗi 128bits • Số mẫu bít 64 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 phân tích phổ quang • Thiết bị đo cơng suất quang • Thiết bị đo BER Chạy mơ phần mềm OptiSystem Hiển thị kết mô thiết bị đo đặt tuyến Thay đổi tham số • Bước sóng sợi quang 10 • Cơng suất nguồn phát • Chiều dài sợi quang 2.2 Mơ theo phương án thiết kế Kênh quang bao gồm nguồn phát quang Lazer CW lazer, phát xung NRZ Pulse Genarator, phát bit điện Pseudom-Radom Bit Sequence Genarator, điều chế Machzehnder Thiết lập tham số toàn cục Bit rate = 2.5e + 009 bit/s = 2,5Gbps Bit sequence length = 128 bits Samples per bit = 64 Số mẫu = Chiều dài chuỗi × Số mẫu trong bit = 128×64=8192 Hình 2-1: Thiết lập tham số tồn cục 20 Hình 2-19: Phổ miền thời gian quang phía thu Tỉ lệ lỗi bit BER  BER kênh Hình 2-20: BER kênh 0.09 21 BER kênh lớn nên không hiển thị đồ thị BER  Mắt quang Hình 2-21: Hiển thị mắt quang Khi thay đổi tham số hệ thống tỉ số lỗi bít BER thay đổi theo Thay đổi tham số  Công suất phát Hình 2-22: Thay đổi cơng suất phát quang 22 Hình 2-23: Đo tỉ số BER kênh  Bước sóng sợi quang Với tham số cơng suất, tần số nguồn phát, tốc độ bit trên, thay đổi bước song sợi quang từ 1550nm xuống 1330nm Hình 2-24: Thay đổi bước sóng sợi quang 23 Hình 2-25: Đo tỉ số BER kênh  Chiều dài sợi quang Hình 2-26: Điều chỉnh số vịng lặp 24 Hình 2-27: Giữ bước sóng 1550nm Hình 2-28: Đồ thị BER 25 Hình 2-29: Q Factor + Eye Diagram Thay đổi tham số phần tử tuyến để đạt BER mong muốn Thực quét tham số để hệ thống có BER = 10-12 Lựa chọn tham số quét Power, để có đồ thị quan hệ công suất BER Sử dụng quét 10 lần, quét từ 0.17 tới 0.172 (dBm) Hình 2-30: Thực nhập số lần quét 26 Hình 2-31: Chuyển chế độ cho Power để nhập giá trị quét Hình 2-32: Chọn Linear để nhập tham số quét tự động 27 Hình 2-33: Đồ thị BER Hình 2-34: Mắt quang Report quan hệ Công suất (P) Min log of BER, P Q-Factor 28 Hình 2-35: Power 29 Hình 2-36: Min log of BER Hình 2-37: Q Factor at User define decision Instant Từ tìm giá trị công suất tương ứng đạt BER = 10-12 P= 0.1708dBm Kiểm tra lại 30 Hình 2-38: Nhập lại giá trị cơng suất phát Hình 2-39: Hiển thị BER 31 Hình 2-40: Hiển thị mắt quang NHẬN XÉT  Sau thay đổi sợi quang sử dụng sợi có bước sóng, 1310 nm, sợi có suy hao lớn sợi 1550nm, ta nhận thấy giá trị BER tăng lên  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  Khi cơng suất tăng khoảng Min log of BER giảm, ngược lại với Q-Factor Đúng với khảo sát lý thuyết Sự thay đổi công suất đầu vào đầu sợi quang, ảnh hưởng yếu tố tán sắc phi tuyến (SPM,…) 32  Sự ảnh hưởng công suất đầu vào với đồ thị BER thấy rõ tăng khoảng giá trị qt tham số cơng suất rộng Có thể thấy, giá trị cơng suất, Min log of BER tăng lên mà không giảm  Có thể dựa vào đồ thị phần report tìm mức cơng suất phù hợp để hệ thống thiết kế đạt BER yêu cầu 3, Tổng kết Sau thực hành, kiến thức em nhận là:  Biết thêm ưu điểm nhược điểm thơng tin quang, từ thấy lợi ích tầm quan trọng thơng tin quang  Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống quang nguồn gốc chúng  Sử dụng tìm hiểu nhiều tính có ích phần mềm OptiSystem, từ ứng dụng với kiến thức để có nhìn rõ hệ thống quang yếu tố tác động 33 NHẬN XÉT ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… 34 ... nhu cầu thông tin, hệ thống thông tin quang ngày trở nên phức tạp Để phân tích, 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... thơng tin quang, dựa khả mơ hình hóa hệ thống thơng tin quang thực tế Với tốn: ? ?Khảo sát ảnh hưởng sợi quang đến thông tin quang? ??, em xin trình bày hệ thống thơng tin quang đơn kênh đơn giản để. .. thơng tin quang  Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống quang nguồn gốc chúng  Sử dụng tìm hiểu nhiều tính có ích phần mềm OptiSystem, từ ứng dụng với kiến thức để có nhìn rõ hệ thống quang