Nhiễu trong bộ khuếch đại là một yếu tố giới hạn quan trọng đối với hệ thống truyền dẫn.Đối với EDFA, ảnh hưởng của nhiễu ASE được tính thông qua thông số hệ số nhiễu NF được chobởi công thức [2]:
NF = 2nsp (2.17)
Trong đó, nsp = N2/(N2-N1) được gọi là hệ số phát xạ tự phát, N1, N2 là nồng độ ion Erbium ở mứcnăng lượng nền và mức năng lượng kích thích.
Như đã trình bày trong công thức (2.15) và (2.16), N1, N2 thay đổi dọc theo chiều dài củasợi quang và phụ thuộc vào công suất của nguồn bơm và công suất của tín hiệu. Do đó, hệ sốnhiễu NF của EDFA cũng phụ thuộc vào chiều dài của sợi quang L và công suất bơm PP, giốngnhư độ lợi tín hiệu của EDFA.
Hình 2.17 biểu diễn sự thay đổi của NF và độ lợi tín hiệu theo chiều dài của sợi quang vớimột số giá trị của PP/Psat khi công suất tín hiệu ngõ vào 1mW tại bước sóng
Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 37
1,53 μm. Kết quả chothấy rằng FN có thể đạt gần bằng 3dB khi công suất của nguồn bơm PP >> Pp,sat.Với mức nhiễu tương đối thấp, EDFA là sự lựa chọn lý tưởng cho các hệ thống thông tinquang WDM hiện nay. Dù vậy, nhiễu do bộ khuếch đại cũng làm giới hạn chất lượng các hệ thốngthông tin quang đường dài sử dụng nhiều bộ khuếch đại EDFA. Vấn đề nhiễu trở nên nghiêmtrọng khi hệ thống hoạt động trong vùng tán sắc không của sợi quang. Khi đó các hiệu ứng phituyến sẽ làm tăng nhiễu bộ khuếch đại và giảm phổ tín hiệu. Ngoài ra, nhiễu của bộ khuếch đạicũng gây nên rung pha định thời. Vần đề này sẽ được trình ở phần sau.
Hình 1.28 (a) Hệ số nhiễu FN và (b) Độ lợi của EDFA
Không chỉ giới hạn tỉ lệ SNR trong các hệ thống sử dụng các bộ khuếch đại quang, nhiễu ASE mà còn đặt ra những giới hạn khác lên các ứng dụng khác nhau của các bộ khuếch đại quang trong các tuyến thông tin sợi quang. Chẳng hạn, xem xét một vài bộ khuếch đại quang được ghép tầng dọc theo một khoảng truyền dẫn như các bộ lặp tuyến tính để bù suy hao sợi quang. Công suất nhiễu ASE Pnoise sẽ là một phần trong công suất đầu ra Pout của một bộ khuếch đại nào đó trong chuỗi khuếch đại và trở thành đầu vào của bộ khuếch đại tiếp theo. Do sự bão hoà độ lợi phụ thuộc vào tổng công suất đầu vào, nhiễu ASE từ đầu ra của các tầng trước trong chuỗi khuếch đại có thể lớn đến mức nó sẽ làm bão hoà các bộ khuếch đại phía sau. Nếu sự phản xạ tại đầu ra và đầu vào của bộ khuếch đại thấp, ASE được phát xạ theo hướng ngược về đầu vào từ các bộ khuếch đại thuộc các tầng sau cũng có thể vào các bộ khuếch đại ở phía trước, càng làm tăng sự bão hoà gây ra do ASE.
Thêm vào sự suy giảm hoạt động về mặt công suất, sự lẫn tạp về pha của tín hiệu do phát xạ tự phát cũng gây ảnh hưởng như nhiễu tần số và nhiễu biên độ, đặc biệt là nhiễu pha do sự phản xạ tại các giao diện quang. Vì tín hiệu đến bộ khuếch đại quang cũng có một lượng nhiễu pha do sự trải rộng phổ của nguồn laser càng làm tăng cao nhiễu trong bộ khuếch đại. Điều này sẽ làm suy giảm hoạt động của các hệ thống thông tin quang.
Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 38
1.8.7 Ƣu khuyết điểm của EDFA
a) Ưu điểm:
- Nguồn laser bơm bán dẫn có độ tin cậy cao, gọn và công suất cao. - Cấu hình đơn giản: hạ giá thành của hệ thống.
- Cấu trúc nhỏ gọn: có thể lắp đặt nhiều EDFA trong cùng một trạm, dễ vận chuyển vàthay thế.
- Công suất nguồn nuôi nhỏ: thuận lợi khi áp dụng cho các tuyến thông tin quang vượtbiển.
- Không có nhiễu xuyên kênh khi khuếch đại các tín hiệu WDM như bộ khuếch đại quangbán dẫn.
- Hầu như không phụ thuộc vào phân cực của tín hiệu.
b) nhược điểm:
- Phổ độ lợi của EDFA không bằng phẳng.
- Băng tần hiên nay bị giới hạn trong băng C và băng L.
Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 39
CHƢƠNG II – MÔ PHỎNG TUYẾN THÔNG TIN QUANG WDM BẰNG PHẦN MỀM OPTISYSTEM
2.1. Tổng quan 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.
OptiSystem có thể giảm thiểu các yêu cầu thời gian và giảm chi phí liên quan đến thiết kế của các hệ thống quang học, liên kết, và các thành phần. Phần mềm OptiSystem là một sáng tạo, phát triển nhanh chóng, công cụ thiết kế hữu hiệu cho phép người dùng lập kế hoạch, kiểm tra, và mô phỏng gần như tất cả các loại liên kết quang học trong lớp truyền dẫn của một quang phổ rộng của các mạng quang học từ mạng LAN, SAN, MAN tới mạng ultra-long-haul. Nó cung cấp lớp truyền dẫn,thiết kế và quy hoạch hệ thống thông tin quang từ các thành phần tới mức hệ thống.Hội nhập của nó với các sản phẩm Optiwave khác và các công cụ thiết kế của ngành công nghiệp điện tử hàng đầu phần mềm thiết kế tự động góp phần vào OptiSystem đẩy nhanh tiến độ sản phẩm ra thị trường và rút ngắn thời gian hoàn vốn.
2.1.1. Lợi ích
- Cung cấp cái nhìn toàn cầu vào hiệu năng hệ thống
- Đánh giá sự nhạy cảm tham số giúp đỡ việc thiết kế chi tiết kỹ thuật - Trực quan trình bày các tùy chọn thiết kế và dự án khách hàng tiềm năng - Cung cấp truy cập đơn giản để tập hợp rộng rãi các hệ thống đặc tính dữ liệu - Cung cấp các tham số tự động quét và tối ưu hóa (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 40
- Tích hợp với họ các sản phẩm Optiwave
2.1.2. Ứng dụng
Tạo ra để đáp ứng nhu cầu của các nhà khoa học nghiên cứu, kỹ sư viễn thông quang học, tích hợp hệ thống, sinh viên và một loạt các người dùng khác, OptiSystem đáp ứng các nhu cầu của thị trường lượng tử ánh sáng phát triển mạnh mẽ nhưng vẫn dễ sử dụng công cụ thiết kế hệ thống quang học.
OptiSystem cho phép người dùng lập kế hoạch, kiểm tra, và mô phỏng: - Thiết kế mạng WDM / TDM hoặc CATV
- Thiết kế mạng vòng SONET / SDH
- Thiết kế bộ phát, kênh, bộ khuếch đại, và bộ thu thiết kế bản đồ phân tán - 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. - Thay đổi hệ thống tham số BER và tính toán khả năng liên kết “Khi hệ thống quang học trở nên nhiều hơn và phức tạp hơn, các nhà khoa học và kỹ sư ngày càng phải áp dụng các phần mềm kĩ thuật mô phỏng tiên tiến, quan trọng hỗ trợ cho việc thiết kế. Nguồn OptiSystem và linh hoạt tạo điều kiện thuận lợi hiệu quả và hiệu quả trong việc thiết kế nguồn sáng. "
2.2. Đặc điểm và chức năng
2.2.1. Cấu tạo thƣ viện (Component Library)
Thư viện OptiSytem bao gồm hàng trăm các thành phần cho phép bạn có thể nhập các thông số được đo từ các thiết bị thực sự. Nó tích hợp với các thử nghiệm và thiết bị đo lường từ các nhà cung cấp khác nhau. Người sử dụng có thể kết hợp các thành phần mới dựa trên hệ thống con và người sử dụng và định nghĩa là thư viện, hoặc sử dụng mô phỏng cùng với một công cụ của bên thứ ba chẳng hạn như MATLAB hoặc SPICE.
Cụ thế bao gồm:
- Thư viện nguồn quang
- Thư viện các bộ thu quang
- Thư viện sợi quang
Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 41
- 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
2.2.2. Tích hợp với các công cụ phần mềm 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.
Miêu tả được tín hiệu pha trộn
OptiSystem xử lý các định dạng tín hiệu hỗn hợp cho tín hiệu quang và điện trong Hợp phần Thư viện. OptiSystem tính toán các tín hiệu đang sử dụng thích hợp các thuật toán có liên quan đến các yêu cầu mô phỏng chính xác và hiệu quả.
Chất lượng và thực hiện các thuật toán
Để dự đoán hiệu suất hệ thống, OptiSystem tính toán các thông số chẳng hạn như BER và Q-Factor bằng cách sử dụng phân tích số hoặc bán phân tích kỹ thuật của hệ thống giới hạn bởi biểu tượng nhiễu và tiếng ồn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Các công cụ trực quan nâng cao
Các công cụ trực quan tiên tiến tạo ra phổ OSA ,xung tín hiệu,biểu đồ mắt,phân cực trạng thái,các sơ đồ hợp thành và nhiều hơn nữa.Ngoài ra,bao gồm các công cụ nghiên cứu WDM các danh sách tín hiệu nguồn,hình ảnh tiếng ồn và OSNR cho mỗi kênh.
Theo dõi, giám sát dữ liệu
Bạn có thể chọn các cổng thành phần lưu dữ liệu và gắn màn hình sau khi mô phỏng kết thúc. Điều này cho phép bạn xử lý dữ liệu sau khi mô phỏng mà không cần tính toán lại , Bạn có thể tùy ý đính kèm một số hiện hình tới màn hình tại cùng một cổng.
Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 42
2.2.3. 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)...
2.3. Tóm tắt hƣớng dẫn sử dụng phần mềm optisystem2.3.1. Yêu cầu chung 2.3.1. Yêu cầu chung
Trước khi cài đặt Optisystem, chắc chắn rằng các yêu cầu đối với hệ thống là phù hợp với các mô tả dưới đây.
Yêu cầu phần cứng và phần mềm
Optisystem yêu cầu cấu hình hệ thống thấp nhất là:
- PC bộ vi xử lý pentium 3 hoặc tương đương.
- Hệ điều hành microsoft windows XP hoặc Vista,32 hoặc 64 bit.
- 400MB ổ cứng còn trống .
Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 43
- Ram 128MB( gợi ý). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Internet explorer 5.5 hoặc cao hơn.
- DirectX 8.1 hoặc cao hơn.
Key bảo vệ: Một key bảo vệ phần cứng được cung cấp kèm theo phần mềm Chú ý: Xin hãy chắc rằng key bảo vệ phần cứng không được kết nối trong suốt quá trình cài đặt Optisystem.
Để chắc chắn Optisystem vận hành một cách đúng đắn, kiểm chứng lại theo các bước sau:
- Key bảo vệ kết nối đúng vào cổng song song /USB của máy tính.
- Nếu bạn sử dụng nhiều hơn một key bảo vệ, chắc rằng không có sự xung đột giữa key bảo vệ Optisystem và các key kia.
Chú ý: Dùng một hộp chuyển đổi để ngăn chặn sự xung đột key bảo vệ. Chắc rằng cáp giữa hộp chuyển đổi và máy tính là lớn nhất của dụng cụ đo.
Thư mục Optisystem
Thông thường, bộ cài Optisystem sẽ tạo ra một thư mục Optisystem trong ổ cứng của bạn. Thư mục Optisystem gồm một số thư mục con sau:
- \bin – các tệp thực thi được,thư viện đường dẫn động, và tệp trợ giúp.
- \components – tham số các phần tử của Optisystem từ nhà cung cấp.
- \doc – tài liệu hỗ trợ Optisystem.
- \libraries – thư viện phần tử Optisystem.
- \samples – tệp ví dụ Optisystem.
- \toolbox – tệp liên hệ MATLAB. Cài đặt
Optisystem có thể được cài đặt trên Windows XP hoặc Vista. Nên thoát hết các chương trình Windows trước khi cài đặt chương trình.
Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 44
Bảng 1: Các bước cài đặt Bước Thực hiện
1 Đăng nhập vào với vai trò người quản trị hoặc đăng nhập vào tài khoản với đặc quyền quản trị.
2 Cho CD Optisystem vào ổ CD ROM.
3
Trên thanh công cụ,vào Start và chọn Run. Hộp thoại Run hiện ra.
4 Trong hộp thoại Run, gõ F:\setup.exe, F ở đây là ổ CD ROM của bạn.
5 Bấm OK và theo các hướng dẫn và dấu nhắc trên màn hình
6 Khi cài đặt xong, khởi động lại máy tính.
Trình diễn Optisystem bao gồm nhiều nhất là 15 kịch bản. Với cùng một tệp trình diễn như nhau bạn có thể có nhiều kịch bản với các phần tử khác nhau và tùy chọn các phần tử.
Khâu quét
Mỗi kịch bản có thể có các tham số được gán sẵn trong chế độ quét. Bạn có thể tự gán số lần quét bằng cách thay đổi tham số lựa chọn. Giá trị tham số thay đổi theo mỗi lần quét lặp; tạo lên một loạt các kết quả tính toán khác nhau căn cứ trên sự thay đổi giá trị tham số.
Quét tham số phụ thuộc vào yếu tố của một kịch bản: tham số và kết quả. Tối ưu hóa
Mỗi kịch bản có sự tối ưu hóa. Sử dụng tối ưu hóa để thay đổi giá trị của các tham số đã biết trong suốt quá trình tính toán vì vậy hệ thống của bạn cần đạt được nhiều điều kiện yêu cầu. Quá trình tối ưu hóa là độc lập với các lần quét tham số, nhưng có thể được sử dụng cho mỗi lần quét lặp tham số riêng biệt. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 45
Hình 2.1: Thành phần trình diễn
2.3.2 Hƣớng dẫn sử dụng phần mềm optisystem
Thư viện các phần tử ( component library ) :
Người dùng truy cập vào lấy các phần tử để thiết kế (Hình 1)
Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 46
Thư viện các phần tử:
- Thư viện nguồn quang - ( optical sources library )
- Thư viện các bộ thu quang - (receivers library)
- Thư viện sợi quang - (optical fiber library)
- Thư viện các bộ khuếch đại (quang, điện) - (amplifier library)
- Thư viện các bộ MUX, DEMUX
- Thư viện các bộ lọc (quang, điện) - (filter library)
- Thư viên các phần tử FSO - ( free space optics library)
- Thư viện các phần tử truy nhập - ( access library)
- Thư viện các phần tử thụ động (quang, điện) - (passiver library)
- Thư viện các phần tử xử lý tín hiệu (quang, điện) -( signal processing library)
- Thư viện các phần tử mạng quang (network library)
- Thư viện các thiết bị đo quang, đo điện
Ngoài ra các phần tử được định nghĩa sẵn, Optisystem còn có
- Các phần tử Measured components. Với các phần tử này, Optisystem cho phép nhập các