- 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. Đe 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 kiếm 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 thế dễ dàng mở rộng do người sử dụng có thể đưa thêm các phần tủ’ tự định nghĩa vào.
- Các ứng dụng của phần mền Optisystem
Optisystem cho phép thiết kế tự động hầu hết các loại tuyến thông tin quang ở lớp vật lý, từ hệ thống đường trục cho đến các mạng LAN, MAN quang. Các ứng dụng cụ thể bao gồm:
+ Thiết kế hệ thống từ mức phần tử đến mức hệ thống ở lớp vật lý + Thiết kế mạng TDMAVDM và CATV
+ Thiết kế mạng FTTx dựa trên mạng quang thụ động (PON) + Thiết kế hệ thống ROF (radio over fíber)
+ Thiết kế bộ thu, bộ phát, bộ khuếch đại quang + Thiết kế sơ đồ tán sắc
+ Đánh giá BER và penalty của hệ thống các mô hình bộ thu khác nhau +Tính toán BER và quĩ công suất tuyến có sửng dụng khuếch đại quang. - Các đặc điểm chỉnh của OPTỈSYSTEM
Optisystem có một thư viện các phần tử phong phú với hàng trăm phần tử được mô hình hóa đế có đáp ứng giống như các thiết bị trong thực tế 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 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
+ 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-defĩned Components) Optisystem cho phép người dùng sử dụng kết hợp các công cụ phần mềm
khác của Optiwave như OptiAmplifíer, OptiBPM, OptiGrating, WDM_Phasar và OptiFiber đế thiết kế ở mức phần tử.
Thiết bị đo quang:
Phân tích phô (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 biếu 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)... + Mô phỏng phân cấp với các hệ thống con (subsystem)
- Ngôn ngừ Scipt mạnh
Người sử dụng có thế nhập các biếu 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.
- Thiết kế nhiều lớp (multiple ỉayout)
Trong một file dự án, Optisystem cho phép tạo ra nhiều thiết kế, nhờ đó người sử dụng có thế tạo ra và sửa đối các thiết kế một cách nhanh chóng và hiệu quả. Mỗi file dự án thiết kế của Optisystem có thế chứa nhiều phiên bản thiết kế. Mồi 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 họp lại, cho phép so sánh các phiên bản thiết kế một cách dễ dàng.
- Trang hảo cảo (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 tô 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 fíle template đã được định dạng trước
- Quét tham sô và tôi ưu hóa (parameter sweeps and optimừations)
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 phưong án khác nhau của thiết kế. Người
sử dụng cũng có thể sử dụng phần tối ưu hóa của Optisystem để thay đổi giá trị của một tham số nào đó đế đạt được kết quả tốt nhất, xấu nhât hoặc một giá mục tiêu nào đó của thiết kế [17].
3.3.5. Mô hình tham chiếu hệ thong WDM và tỉnh toán các thông số kỷ thuật
3.4. Thiết kế tuyến thông tin quang DWDM sử dụng phần mềm Optiwave
3.4.1. Bài toán
Thiết kế tuyến thông tin quang, sử dụng công nghệ DWDM với thông số : + Chiều dài tuyến : 300 Km
+ Dung lượng tuyến : 80Gb/s
+ Khoảng cách kênh bước sóng : 0,8 nm(100Ghz) + Chiều dài chuỗi: 128 bit/s
+ Số mẫu trong 1 bit: 64
3.4.2. Phân tích bài toán3.4.2.1. Tiến trình 3.4.2.1. Tiến trình
Tử thông số đã cho, ta tiến hành lựa chọn các thiết bị phát, thiết bị thu, các thông số thiết bị của từng kênh quang; lựa chọn sợi, chiều dài, số bộ lặp... Sau đó tiến hành mô phỏng, thực hiện đo công suất, phân tích phố, phân tích BER và hiệu chỉnh tham số đề BER đạt ngưỡng 10‘12.
3.4.2.2. Phân tích
- Thiết bị phát
Khối tạo chuỗi bit ngẫu nhiên, chuỗi này đưa tới bộ tạo xung NRZ.
Nguồn laze phát: Chọn laze đơn mode, phương pháp điều chế gián tiếp phù hợp với hệ thống có tốc độ lớn hơn lOGb/s, khoảng cách lớn hơn 300Km. Chọn khoảng cách kênh bước sóng 100Ghz (0,8nm).
+ Kênh 1 chọn tần số 193.1 THz tương ứng với bước sóng 1552.52nm + Kênh 2 chọn tần số 193.2 THz tương ứng với bước sóng 1551.72nm + Kênh 3 chọn tần số 193.3 THz tương ứng với bước sóng 1550.92nm + Kênh 4 chọn tần số 193.4 THz tương ứng với bước sóng 1550.12nm + Kênh 1 chọn tần số 193.5 THz tương ứng với bước sóng 1549.32nm + Kênh 2 chọn tần số 193.6 THz tương ứng với bước sóng 1548.5 lnm + Kênh 3 chọn tần số 193.7 THz tương ứng với bước sóng 1547.72nm + Kênh 4 chọn tần số 193.8 THz tương ứng với bước sóng 1546.82nm Chọn bộ điều chế : Mach-Zehnder Modulator
- Phần truyền dẫn
Do cự ly truyền dẫn lớn, tốc độ cao (mỗi kênh lOGb/s ) nên hệ thống cần sử dụng các bộ khuếch đại EDFA nhằm đảm bảo chất lượng đường truyền, giảm suy hao. ơ đây ta chọn sợi quang G655 phù hợp với hệ thống DWDM có dung lượng lớn và cự ly xa và hạn chế được hiệu ứng phi tuyến của sợi quang. Đặc tính suy hao của sợi này tương tự' như sợi đơn mode thông thường với tán sắc 0,lps/nm.km < D < 6ps/nm.km trong vùng bước sóng 1530 nm - 1565 nm nhưng không được
bằng không tại vùng cửa số 1550 nm . Đe đơn giản cho mô hình thiết kế, ta sử
dụng bộ Loop nhằm giảm bớt độ cồng kềnh của hệ thống mà vẫn đảm bảo được cự ly truyền dẫn. Chọn chiều dài sợi G.655 là 60km, số bộ lặp là: 300km^60km=5 bộ.
Thông sô của hộ hù tán sắc:
+ Giả sử sợi G655 có chiều dài là Ll=50km. + Độ tán sắc là : Dl= 0.3 ps/nm.km.
+ Độ dốc tán sắc : 0.075ps/nmA2.km.
+ Chiều dài sợi bù tán sắc ( DCF) là L2=60km-50km=10km + Thì độ bù tán sắc D2= -DlxLl/L2.= -50x0.3/10= -1.5 ps/nm.km. + Độ dốc tán sắc : 0.375ps/nmA2.km.
Khuếch đại quang EDFA: Do suy hao sợi quang nên cần sử dụng bộ khuếch đại EDFA để bù suy hao sợi.
Ll=50km thì suy hao sợi là: 50x0.2=1 OdB. Nên độ lợi của bộ khuếch đại EDFA là lOdB.
L2=10km thì suy hao sợi là: 10x0.2=5dB. Nên độ lợi của bộ khuếch đại EDFA là 5dB.
- Phía thu
+ Chọn bộ giải điều chế : WDM demux 1x8 + Bộ thu quang : Photoditector PIN
+ Chọn bộ lọc thông thấp : Low Pass Bessel Filter - Thiết bị đo
+ Sử dụng máy đo OPM đế đo công suất đầu ra máy phát và đầu vào máy thu.
3.4.3. Tiến hành môphỏng phỏng
Chạy phần mềm Optisystem
Việc xây dựng thiết kế hệ thống thông tin quang được thực hiện trên cửa sô này. Lấy các thiết bị ở Component Library:
- Kích đúp vào biểu tượng Deíault, danh mục các thư viện hiện ra:
Một số thư viện cơ bản:
+ Visualizer Library: thư viện hiến thị ( hiến thị các kết quả đo) + Transmitters Library: thư viện khối phát
+ WDM Multiplexer Library: thư viện ghép kênh + Optical Fibers Library: thư viện sợi quang + Amplitier Library: thư viện khuếch đại + Filters Library: thư viện bộ lọc
+ Passives Library: thư viện phần tử thụ động + Network Library: thư viện mạng
+ Receivers Library: thư viện khối thu + Tool Library: thư viện công cụ
Để lấy khối tạo chuỗi bit ngẫu nhiên kích đúp vào biểu tượng Transmitters Library > Bit Sequence Generators >Pseudo-Random Bit Sequence. Kéo biểu tượng ra màn hình Layout:
Đe lấy khối tạo xung NRZ kích đúp vào biểu tượng để trở về danh
mục thư viện vào Transmitters Library>Pulse Generators > Electrical > NRZ Pulse Generator. Kéo biểu tượng ra màn hình Layout
i • Opti System - [Project2]
File Edit Vievv Layout Tools Report Script Add-Ins VVindovv Help D â; y # X 1 fi| >0 ►
Jx)
_ (3 X
llnsmitters Library/Pulse GeneratorsỊ
H9
RZ Pulse
Generator
Trlangle Pulse Saw-Up Pulse Generator Generator \m A Saw-Down PulseG... Ui Impulse Generator □ Layout □ Rẹpọ< <? Sc-p: Ị Project2
Đe lấy khối điều chế quang: Ta vào Transmitters Library>Optical Modulator>Mach-Zehnder Modulator. Kéo biếu tuợng ra màn hình Layout.
Đe lấy khối Lazer phát: Trở về danh mục thư viện, kích đúp vào Transmitters Library> Optical Sources >cw Laser. Kéo thả ra màn hình Layout:
■ Opti System - [Project2]
Fĩle Edit Vievv Layout Tools Report Script Add-Ins Windovv Help ►o
Jx]
_ s X
Pump Laser Pump Laser Array Lsyout: Layout ' < „11 \ Main Layout / n Layout I D = .txr. & Sc*0‘ j~ É* 1 Prpject2 I
Thực hiện tương tự với các kênh còn lại.
Ket quả:
Đe khai báo thông số cho nguồn Laser phát: Kích đúp chuột vào biếu tượng cw Laser => xuất hiện hộp thoại cw Laser Properties. Khai báo các thông số như trên hình.
Các tín hiệu quang đầu ra được đưa tới khối ghép kênh quang (Mux 8x1). Đê lấy khối này ta trở về danh mục thư viện, kích đúp vào WDM Multiplexers Library > Multiplexers > WDM Mux 8x1. Kéo thả biếu tượng ra ngoài Layout:
Đe lấy sợi quang trở về danh mục thư viện, kích đúp vào Optical Fibers Library > Optical Fiber. Kéo thả biếu tượng ra màn hình Layout.
Chọn bộ khuếch đại kích đúp vào biếu tượng Ampliíĩer Library >Optical >Optical Ampliíier. Kéo thả biểu tượng ra màn hình Layout.
Chọn vòng Loop kích đúp vào Tools Library > Loop Control. Kéo thả biểu tượng ra ngoài màn hình. Đặt số vòng loop là 5 theo yêu cầu thiết kế.
Khai báo các tham số của các thiết bị sợi quang, khuếch đại EDFA và Loop Control như trên.
Đe lấy khối giải điều chế ta chọn WDM Multiplexers Library > Demultiplexers >WDM Demux 1x8.
m.
arvrth 2 10 Iriíi fWira A rr ri I • -
OctĩS F:«'
Length= 50 knr Oct Sil Amol ‘ v Lergth = 10 knr Oot 33 Ars' 'ỉ
Gain = 10 :E Gsin = 5 dB I "
Nurrisr 0; 0005 = f
Chọn khối thu quang ta vào Receivers library > Photoditector > Photoditector PIN.
Chọn bộ lọc thông thấp ta kích đúp vào Filters Library> Electrical> Low Pass Bessel Filter. Kéo thả biểu tượng ra màn hình Layout.
^
5N»toiíet«ct0f PIN LOA' P355 ===== Fĩtsr
11010. /u\.
Ịsimulaỉion Spatial etĩects Signaltracing
N meạ Value Un tsỉ Mode Simuhtion window Reíeience bitrate 9 10000000000 ì 2ẵ&-00ằ $40000000000 Sequencelength m Samples |>ei bít $4 llumbet of samples 8192
Làm tương tự với 7 kênh còn lại, như hình dưới đây:
Trở về danh mục thư viện lấy thiết bị phát xung chuẩn như sau: Default>Receivers library>Regenerators>3R Regenerator.
+ Chọn thiết bị đo công suất vào: Default> Visualizer Library> Optical> Optical Power Meter.
+ Chọn thiết bị đo phô tín hiệu vào: Default> Visualizer Library> Optical> Optical Spectrum.
Đo Ber: Default> Visualizer Libraiy> Electrical > BER Analyser:
km Ootisal Ampliííer 1
Nose itttitt - 4
OB
Opt sal Speotmm Aralyzef '
WDM Demux 1x,
+ *—-A
Cutoff frsQu«ncy « 0.75 * Brt rals Hz
+ "■—".1
Photodatector PIN Low Pass ===== F Iter •
■■' equency s 0.75 * Bit rate Hz
rtỉotooetector PIN LƠ.V Pas
'yỉỊk -c ■
Phetodete=tor PIN Lơ.v Pa=
Photođetector PIN Ịcm Pass Besse F;,t=r 2
‘ 'Kuê^sy = 2 '5 * B t '3 te -z
í- ---p- -t>
Photodêtector PIN Lj.v Pass ===== p tsr 2
■■ ■ equency * 0.75 * B't f3te Hz ^2^ -c---t>- Ị-t>
otoretsstor PIN Lơ.v Pa=s ===== Filter 4
hotoaetector PIN Lơ.. • requency = 0.75 * Bit r=t= Hz
Chọn bộ phát xung chuẩn,thiết bị đo BER.
Default>Receivers library>Regenerators>3R Regenerator Default>Visualizer library>Electrical>BER analyzer
Đe khai báo tham số toàn cục: từ cửa sổ Project Layout, kích đúp chuột lên màn hình, hộp thoại Layout 1 Parameters hiện ra. Các thông số được khai báo như trên hình:
40-“0L
p*"otođet®ctor PIN LON. = 555 ==::= p te
Lcw =555 Eesse F tt*r 3R Cuto** frecuency = 0.75 * E't r3te Hz
3R R=-:«-«r5tor JUI. ĨE3- ■AA. - Photođetector PIN Lo.. =3 2R Rese^erator 1
_______ =T»otocetectof PIN.LOA =35
—^4}—
Photođeteotor PlN.Lor. =55
^—*---c=---o- \
WDW D-err.yx 1x 1 _ V
Photođetector PIN Lov. =355 E«S5« Filter_ 4
-H~É JUL..^3- J~U~L. - J1IL ạẸ3'“ /ƯÌ-. - £ Eesse F Iter 4 requ*ncy = 0.75 • Bu rate 2R R«ger®ratof_4 iin. ±E3- AA-. Ẹĩ - Photođetector PIN Lov. =55 5 Eesse p ter f
—‘{|Ị PhAKvlet»ntnr PIM -... -5; 15« = Iter 5 2R Regerverator 5 JUI. ±=-3 - Aa.l^n- Photođetector PIN LOA =555 E=55= F
ỆỆy-Aú r«Ler cy * 0.75 * Bit ra te ĨIĨL ±Ej-
AA.]
Photodeteotor PIN Lov. =355 ===== p5 E=556' p.iter 7 2'R requency « 0.75 * Bit rate Hz
Eye Dtagram Anatyaar
Eye Diagram Ar 3 yzer *
Eye D133 ram Analyzer_2
Eye Dtagrarr Analyz»r_4
=y*Caj'S~ Ar5 i=ĩ-_5
Eye c agram Aralyzer_5
Eye Diagram Aratyz*r_7
Cài đặt tham sô toàn cục .abel: Layouí 1
Add Parar iemo
Đe chạy mô phỏng vào File> Calculate. Hiện ra cửa sổ. Kích vào biểu
Sau khi chạy mô phỏng:
3.4.3. Kết quả
Đo công suất đầu ra máy phát: kích đúp vào thiết bị đo công suất OPM.
Đo phô tín hiệu: kích đúp vào thiêt bị đo phô tín hiệu
Kênh 7:
Đe thay đổi chỉ số BER của hệ thống ta có thế hiệu chỉnh công suất phát và hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại: để BER đạt giá trị 10'12 ở đây ta chọn phương pháp thay đối công suất, theo phuơng pháp tối ưu hóa tham số công suất của nguồn Laser.
Mục đích của việc này là tìm ra mức công suất phát phù hợp với chỉ số BER yêu cầu, với 21 lần quét các mức công suất khác nhau sẽ thu được các giá trị BER khác nhau và từ đó tìm ra mối lien hệ giữa công suất phát và BER.
- Kích đúp vào thiết bị cw Laser của kênh cần đo. Tại mục Mode của tham số Power chọn Sweep
Lobcl: |cw Laser Cost$: I 0.00 I
E valụate Load . SaveAs... I SecutHy... I Help
Max. 0 Factor 6.70904