1) Bài toán: 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:
- Tốc độ bit: 10 Gbit/s
- Cự ly truyền dẫn: 300 km
- Số lượng kênh bước sóng: 4 kênh Một số gợi ý khi thiết kế:
Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 67
- Nguồn phát: - Loại nguồn: Laser.
- Phương thức điều chế: điều chế ngoài
- Bộ thu: Sử dụng PIN kết hợp với bộ lọc thông thấp Bessel
2) Yêu cầu:
a) 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
- Tốc độ bit: 10 Gbit/s
- Chiều dài chuỗi: 128 bits
- Số mẫu trong 1 bit: 64
b) 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. Các thiết bị đo cơ bản:
- Thiết bị đo công suất quang
- Thiết bị phân tích phổ quang
- Thiết bị đo BER c) Chạy mô phỏng
d) Hiển thị kết quả mô phỏng bằng các thiết bị đo đặt trên tuyến
e) Thay đổi các tham số của các phần tử trên tuyến để đạt được BER = 10-12
3) Báo cáo kết quả thực hành
- Mô hình mô phỏng
- Các tham số mô phỏng chi tiết
- Kết quả mô phỏng
o Kết quả mô phỏng theo phương án thiết kế ban đầu hệ thống ban đầu o Sự thay đổi của các tham số thiết kế để đạt được BER = 10-12
Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 68
2.4.2 Mô phỏng theo phƣơng án thiết kế
2.4.2.1 Tuyến phát quang: chọn cửa sổ truyền 1550nm EDFA ở băng C
Mỗi kênh quang bao gồm nguồn phát quang lazer CW lazer, bộ phát xung RZ pulse genarator, bộ phát bit điện pseudom-Radom Bit sequence Genarator, bộ điều chế Mach- zehnder.
Tuyến phát quang gồm 4 kênh quang được tích hợp thông quang bộ ghép kênh quang MUX.
Thiết lập tham số toàn cục
Tốc độ bít: 10GBps Chiều dài chuỗi: 128bits Số mẫu trong một bít: 64
Số mẫu =Chiều dài chuỗi×Số mẫu trong một trong một bit=128×64=8192
Hình 2.29: Thiết lập tham số toàn cục
Nguồn phát: Sử dụng nguồn CW Laser ( continous Wave Laser ) : nhằm giảm ảnh hưởng của tán sắc sợi.
Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 69
Hình 2.30: Nguồn Laser phát CW Laser
Bộ tạo xung RZ
Hình 2.31: Bộ tạo xung RZ
Bộ tạo chuỗi bit
Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 70
Bộ điều chế ngoài
Hình 2.33: Bộ điều chế Mach-Zehnder
Bộ ghép kênh quang (ghép 4 kênh)
Hình 2.34: Bộ ghép kênh MUX 4×1
Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 71
Hình 2.35: Tuyến phát quang
2.4.2.2 Tuyến truyền dẫn quang
Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 72
Sợi quang sử dụng G.652 có các tham số: tại cửa sổ truyền 1550nm thì:
Suy hao sợi: 0.2dB
Độ tán sắc: 0.335 ps/nmkm
Độ dốc tán sắc (≤0.092ps/nm^2/k): 0.075ps/nm^2/k.
Do khoảng cách đường truyền lớn để thuận tiện cho việc mô phỏng chúng ta sử dụng bộ Sloop đóng vai trò như một bộ nhân các vòng lặp.
Chọn chiều dài sợi G.652 là 60km, số bộ lặp là: 300km÷60km=5 bộ.
Hình 2.37. Bộ lặp
Do sợi quang có suy hao tán sắc nên trong tuyến truyền dẫn sẽ sử dụng bộ bù tán sắc DCF.
Thông số của bộ bù tán sắc:
Giả sử sợi G652 có chiều dài là L1=50km.
Độ tán sắc là : D1= 16.75 ps/nm.km.
Độ dốc tán sắc : 0.075ps/nm^2.km.
Chiều dài sợi bù tán sắc ( DCF) là L2=60km-50km=10km
Thì độ bù tán sắc D2= -D1×L1/L2.= -50×16.75/10= -83 ps/nm.km.
Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 73
Hình 2.38. Thông số sợi bù tán sắc DCF
Khuếch đại quang EDFA: Do suy hao sợi quang nên cần sử dụng bộ khuếch đại EDFA để bù suy hao sợi.
+ L1=50km thì suy hao sợi là: 50×0.2=10dB Độ lợi của bộ khuếch đại EDFA là 10dB + L2=10km thì suy hao sợi là: 10×0.2=5dB Độ lợi của bộ khuếch đại EDFA là 5dB
Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 74
2.4.4.3 Tuyến thu của hệ thống WDM
Hình 2.39. Tuyến thu WDM
Thiết bị đo BER
Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 75
2.4.3 Kết quả mô phỏng theo yêu cầu thiết kếTuyến WDM theo yêu cầu Tuyến WDM theo yêu cầu
Hình 2.41. Tuyến WDM thiết kế theo yêu cầu
Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 76
Quang phổ tín hiệu phát
Hình 2.42. Quang phổ tín hiệu phát
Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 77
Hình 2.43. Quang phổ tín hiệu đầu thu kênh thứ 3
Công suất tín hiệu phát
Hình 2.44. Tổng công suất phát
Công suất tín hiệu thu
Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 78
Tỉ lệ lỗi bit BER
Mắt quang
Hình 2.46. Hiển thị mắt quang
BER của một kênh
Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 79
2.4.4. Kết quả mô phỏng thay đổi các tham số để đạt BER=10-12
Khi thay đổi một trong các tham số hệ thống thì tỉ số lỗi bít BER se thay đổi theo.
Thay đổi công suất Laser phát
Hình 2.48. Thay đổi công suất Laser phát
Hoặc thay đổi hệ số suy hao sợi quang lên thành 0.2025dB
Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 80
BER thay đổi
+ BER của kênh thứ nhất thay đổi
Hình 2.50. BER của kênh thứ nhất đạt 10-12 + Mắt quang:
Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TS. Vũ Văn San, “Hệ thống thông tin quang sử dụng kỹ thuật WDM”, tạp chí bưu chính viễn thông số 9-1999
Giáo trình “Kỹ thuật thông tin quang 2” (dùng cho sinh viên hệ đào tạo đại học từ xa)_Ths. Đỗ Văn Việt Em.
Kevin H. Liu, IP over WDM, John Wiley & Sons, Inc, 2002
Tài liệu:khuếch đại quang sợi và khả năng ứng dụng vào mạng viễn thông- Dương Đức Tuệ
Hệ thống ghép kênh theo bước sóng quang - Học viện công nghệ bưu chính viễn thông, NXB Bưu Điện, Hà Nội 5-2001