BÁO cáo bài tập lớn THÔNG TIN QUANG sợi
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.2 MB, 40 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
THÔNG TIN QUANG SỢI
Giảng viên hướng dẫn:
Học kỳ:
20211
Nhóm:
1
PSG.TS Nguyễn Hồng Hải
Nguyễn Đăng Thế Anh
20172405
Đỗ Ngọc Thắng
20163826
Phạm Thái Trung
20172876
Trịnh Ngọc Đông
20172474
Hồ Hùng Minh
20172697
Hà Nội, 1/2022
MỤC LỤC
PHẦN 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI.............................................................................5
1.1 Tên đề tài.........................................................................................................5
1.2 Giới thiệu chung.............................................................................................5
PHẦN 2 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM........6
2.1 Giới thiệu chung.............................................................................................6
2.2 Sơ đồ tổng quát...............................................................................................6
2.3 Phân loại hệ thống WDM..............................................................................8
2.4 Các phần tử cơ bản trong hệ thống WDM...................................................8
2.4.1 Bộ phát quang...........................................................................................8
2.4.2 Bộ thu quang.............................................................................................9
2.4.3 Sợi quang...................................................................................................9
2.4.4 Bộ tách ghép bước sóng( OMUX/ODEMUX)......................................10
2.4.5 Bộ xen rẽ bước sóng(OADM)................................................................11
2.4.6 Bộ nối chéo quang (OXC)......................................................................12
2.4.7 Bộ khuếch đại quang: (OA - Optical Amplifier):................................13
2.4.8 Bộ chuyển đổi bước sóng.......................................................................13
2.5 Ưu nhước điểm của hệ thống WDM...........................................................14
2.6 Bộ khuếch đại quang EDFA........................................................................14
2.6.1 Cấu trúc EDFA.......................................................................................14
2.6.2 Các tính chất của EDFA........................................................................15
2.6.3 Ưu khuyết điểm của EDFA...................................................................16
CHƯƠNG 3: PHẦN MỀM OPTISYSTEM........................................................17
3.1 Tổng quan về phần mềm Optisystem.........................................................17
3.1.1 Lợi ích......................................................................................................17
3.1.2 Ứng dụng.................................................................................................17
3.2 Đặc điểm và chức năng................................................................................18
3.2.1 Cấu tạo thư viện( Component Library )..............................................18
3.2.2 Tích hợp với các cơng cụ phần mêm Optiwave...................................19
3.2.3 Các công cụ hiển thị...............................................................................20
3.2.4 Mô phỏng phân cấp với các hệ thống con (subsystem).......................20
3.2.5. Thiết kế nhiều lớp(Multiple Layout)...................................................20
3.2.6. Trang báo cáo........................................................................................21
3.2.7 Quét tham số và tối ưu hóa (parameter sweeps and optimizations)..21
3.3 Một số giao diện phần mềm.........................................................................21
PHẦN 4: MÔ PHỎNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG
GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG MẬT ĐỘ CAO........................................25
4.1 Yêu cầu thiết kế............................................................................................25
4.2 Mô phỏng theo phương án thiết kế.............................................................26
4.2.1. Tuyến phát quang: chọn cửa sổ truyền 1550nm EDFA ở băng C....26
4.2.2 Tuyến truyền dẫn quang.......................................................................27
4.2.3 Tuyến thu của hệ thống WDM..............................................................29
4.3 Kết quả mô phỏng theo yêu cầu..................................................................30
4.4 Kết quả mô phỏng thay đổi các tham số để đạt BER= 10−12...................35
PHẦN 5: KẾT LUẬN............................................................................................40
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1: Sơ đồ chức năng hệ thống WDM..........................................................7
Hình 2.2: Hệ thống ghép bước sóng đơn hướng và song hướng.........................8
Hình 2.3: Sơ đồ khối bên thu..................................................................................9
Hình 2.4: Cấu trúc tổng quát sợi quang..............................................................10
Hình 2.5: Sơ đồ khối bộ ghép/ tách kênh bước sóng..........................................10
Hình 2.6: Cấu trúc song song...............................................................................11
Hình 2.7: Cấu trúc song song theo băng..............................................................11
Hình 2.8: Cấu trúc nối tiếp...................................................................................12
Hình 2.9: Sơ đồ kết nối OXC................................................................................12
Hình 2.10: Khuếch đại quang OLA.....................................................................13
Hình 2.11: Cấu trúc tổng quát của một bộ khuếch đại EDFA..........................15
Hình 2.12: Phổ hấp thụ (absorption spectrum) và phổ độ lợi (gain spectrum)
của...........................................................................................................................16
EDFAcó lõi pha Ge................................................................................................16
Hình 3.1: Thư viện các phần tử............................................................................21
Hình 3.2: Giao diện người sử dụng......................................................................22
Hình 3.3: Project Browser....................................................................................23
Hình 3.4: Description............................................................................................23
Hình 3.5: Status bar..............................................................................................23
Hình 3.6: Menu bar...............................................................................................23
Hình 3.7: Pan window...........................................................................................24
Hình 3.8: Tool bars................................................................................................24
Hình 4.1: Nguồn Laser phát CW Laser...............................................................26
Hình 4.2: Bộ tạo xung NRZ..................................................................................27
Hình 4.3: Bộ tạo chuỗi bít.....................................................................................27
Hình 4.4: Tuyến truyền dẫn quang......................................................................27
Hình 4.5: Bộ lặp.....................................................................................................28
Hình 4.6: Thông số sợi bù tán sắc DCF...............................................................29
Hình 4.7: Tuyến thu WDM...................................................................................30
Hình 4.8: Thiết bị đo BER....................................................................................30
Hình 4.9: Tuyến WDM thiết kế theo yêu cầu.....................................................31
Hình 4.10: Quang phổ tín hiệu phát....................................................................32
Hình 4.11: Quang phổ tín hiệu đầu thu...............................................................33
Hình 4.12: Tổng công suất phát...........................................................................33
Hình 4.13: Công suất thu......................................................................................34
Hình 4.14: Hiển thị mắt quang.............................................................................34
Hình 4.15: BER của kênh thứ nhất......................................................................35
Hình 4.16: Giá trị quét công suất phát................................................................36
Hình 4.17: Quét các kênh......................................................................................36
Hình 4.18: Giá trị min log of ber của các kênh khi quét công suất phát..........36
Hình 4.19: Thay đổi công suất Laser phát..........................................................37
Hình 4.20: BER của kênh thứ ba đạt 10-12...........................................................38
Hình 4.21: BER đạt 10-12 khi thay đổi công suất phát........................................39
PHẦN 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1 Tên đề tài
Đề tài: 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: 2.5 Gbit/s
-Cự ly truyền dẫn: 300 km
-Số lượng kênh bước sóng: 8 kênh
1.2 Giới thiệu chung
Ngày nay,hệ thống tin sợi quang đã và đang được sử dụng rộng rãi trong
thông tin liên lạc. Bởi lẽ đây là hệ thống đáp ứng được yêu cầu sử dụng băng thông
cũng như quỹ công suất thu phát và cự ly thông tin tốt nhất hiện nay. So với thơng
tin dùng cáp đồng (ADSL) thì tốc độ tối đa đạt được của hệ thống thông tin sợi
quang(FTTH) gấp 50 lần. Không những thế hệ thống thông tin cáp sợi quang cịn
có độ bảo mật rất cao do tính đóng kín hệ thống truyền dẫn và sử dụng tín hiệu ánh
sáng thay cho tín hiệu điện. Do vậy nhóm chúng em đã chọn đề tài bài tập lớn mơn
Hệ thống viễn thơng với mục đích nghiên cứu và tìm hiểu về hệ thống thơng tin
cáp sợi quang.
Trong quá trình làm Bài tập lớn chúng em đã vận dụng được rất nhiều kiến
thức đã học được trên lớp và đó cũng là mục tiêu của nhóm chúng em đề ra.
Cuối cùng, chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Hồng Hải đã tận
tình hướng dẫn chúng em trong suốt q trình để nhóm chúng em hồn thành được
kết quả như mong đợi.
PHẦN 2 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG
WDM
2.1 Giới thiệu chung
Ghép kênh theo bước sóng WDM (Wavelength Devision Multiplexing) là
công nghệ “trong một sợi quang đồng thời truyền dẫn nhiều bước sóng tín hiệu
quang”. Ở đầu phát, nhiều tín hiệu quang có bước sóng khác nhau được tổ hợp lại
(ghép kênh) để truyền đi trên một sợi quang. Ở đầu thu, tín hiệu tổ hợp đó được
phân giải ra (tách kênh), khơi phục lại tín hiệu gốc rồi đưa vào các đầu cuối khác
nhau.
2.2 Sơ đồ tổng quát
Phát tín hiệu: Trong hệ thống WDM, nguồn phát quang được dùng là laser.
Hiện tại đã có một số loại nguồn phát như: Laser điều chỉnh được bước sóng
(Tunable Laser), Laser đa bước sóng (Multiwavelength Laser)... Yêu cầu đối với
nguồn phát laser là phải có độ rộng phổ hẹp, bước sóng phát ra ổn định, mức cơng
suất phát đỉnh, bước sóng trung tâm, độ rộng phổ, độ rộng chirp phải nằm trong
giới hạn cho phép.
Ghép/tách tín hiệu: Ghép tín hiệu WDM là sự kết hợp một số nguồn sáng
khác nhau thành một luồng tín hiệu ánh sáng tổng hợp để truyền dẫn qua sợi
quang. Tách tín hiệu WDM là sự phân chia luồng ánh sáng tổng hợp đó thành các
tín hiệu ánh sáng riêng rẽ tại mỗi cổng đầu ra bộ tách. Hiện tại đã có các bộ
tách/ghép tín hiệu WDM như: bộ lọc màng mỏng điện môi, cách tử Bragg sợi,
cách tử nhiễu xạ, linh kiện quang tổ hợp AWG, bộ lọc Fabry-Perot... Khi xét đến
các bộ tách/ghép WDM, ta phải xét các tham số như: khoảng cách giữa các kênh,
độ rộng băng tần của các kênh bước sóng, bước sóng trung tâm của kênh, mức
xuyên âm giữa các kênh, tính đồng đều của kênh, suy hao xen, suy hao phản xạ
Bragg, xuyên âm đầu gần đầu xa...
Truyền dẫn tín hiệu: Q trình truyền dẫn tín hiệu trong sợi quang chịu sự
ảnh hưởng của nhiều yếu tố: suy hao sợi quang, tán sắc, các hiệu ứng phi tuyến,
vấn đề liên quan đến khuếch đại tín hiệu ... Mỗi vấn đề kể trên đều phụ thuộc rất
nhiều vào yếu tố sợi quang (loại sợi quang, chất lượng sợi...).
Khuếch đại tín hiệu: Hệ thống WDM hiện tại chủ yếu sử dụng bộ khuếch đại
quang sợi EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier). Tuy nhiên bộ khuếch đại
Raman hiện nay cũng đã được sử dụng trên thực tế. Có ba chế độ khuếch đại:
khuếch đại công suất, khuếch đại đường và tiền khuếch đại. Khi dùng bộ khuếch
đại EDFA cho hệ thống WDM phải đảm bảo các yêu cầu sau:
- Ðộ lợi khuếch đại đồng đều đối với tất cả các kênh bước sóng (mức chênh
lệch khơng q 1 dB).
- Sự thay đổi số lượng kênh bước sóng làm việc khơng được gây ảnh hưởng
đến mức công suất đầu ra của các kênh.
- Có khả năng phát hiện sự chênh lệch mức cơng suất đầu vào để điều chỉnh
lại các hệ số khuếch đại nhằm đảm bảo đặc tuyến khuếch đại là bằng phẳng đối với
tất cả các kênh.
Thu tín hiệu: Thu tín hiệu trong các hệ thống WDM cũng sử dụng các bộ tách sóng
quang như trong hệ thống thơng tin quang thông thường: PIN, APD.
Hình 2.1: Sơ đồ chức năng hệ thống WDM
2.3 Phân loại hệ thống WDM
Hình 2.2: Hệ thống ghép bước sóng đơn hướng và song hướng
Hệ thống WDM về cơ bản chia làm hai loại: hệ thống đơn hướng và song
hướng như minh hoạ trên hình 1.2. Hệ thống đơn hướng chỉ truyền theo một chiều
trên sợi quang. Do vậy, để truyền thông tin giữa hai điểm cần hai sợi quang. Hệ
thống WDM song hướng, ngược lại, truyền hai chiều trên một sợi quang nên chỉ
cần 1 sợi quang để có thể trao đổi thơng tin giữa 2 điểm.
2.4 Các phần tử cơ bản trong hệ thống WDM
2.4.1 Bộ phát quang
Các nguồn quang cơ bản sử dụng trong hệ thống thơng tin cáp sợi quang có
thể là Diode Laser (LD) hoặc Diode phát quang (LED).
Laser “ Light Amplication by Stimulated Emission of Radiation” Khuếch
đại ánh sáng nhờ bức xạ kích thích.Hoạt động của Laser dựa trên hai hiện tượng
chính là : Hiện tượng bức xạ kích thích và hiện tượng cộng hưởng của sóng ánh
sáng khi lan truyền trong Laser.
Tín hiệu quang phát ra từ LD hoặc LED có các tham số biến đổi tương ứng
với biến đổi của tín hiệu điện vào. Tín hiệu điện vào có thể phát ở dạng số hoặc
tương tự. Thiết bị phát quang sẽ thực hiện biến đổi tín hiệu điện vào thành tín hiệu
quang tương ứng bằng cách biến đổi dịng vào qua các nguồn phát quang. Bước
sóng ánh sáng của nguồn phát quang phụ thuộc chủ yếu vào vật liệu chế tạo phần
tử phát. Ví dụ: GaalAs phát ra bức xạ vùng bước sóng 800 nm đến 900 nm,
InGaAsP phát ra bức xạ ở vùng 1100 nm đến 1600 nm.
Sử dụng bộ điều biến ngoài để giảm chirp, tốc độ điều biến cao và tạo các
định dạng tín hiệu quang khác nhau (NRZ, RZ, CS-RZ, DPSK …) và đảm bảo tín
hiệu quang có độ rộng phổ hẹp tại bớc sóng chính xác theo tiêu chuẩn.
2.4.2 Bộ thu quang
Phần thu quang gồm các bộ tách sóng quang, kênh tuyến tính và kênh phục
hồi. Nó tiếp nhận tín hiệu quang, tách lấy tín hiệu thu được từ phía phát, biến đổi
thành tín hiệu điện theo yêu cầu cụ thể. Trong phần này thường sử dụng các
photodiode PIN hoặc APD. Yêu cầu quan trọng nhất đối với bộ thu quang là công
suất quang phải nhỏ nhất (độ nhạy quang) có thể thu được ở một tốc độ truyền dẫn
số nào đó ứng với t lệ lỗi bít (BER) cho phép.
Bộ thu quang trong hệ thống WDM
Hình 2.3: Sơ đồ khối bên thu
2.4.3 Sợi quang
Cấu tạo sợi quang
Ứng dụng hiện tượng phản xạ tồn phần, sợi quang được chế tạo cơ bản
gồm có hai lớp:
Lớp trong cùng có dạng hình trụ trịn, có đường kính d = 2a, làm bằng
thủy tinh có chiết suất n1, được gọi là lõi (core) sợi.
- Lớp thứ hai cũng có dạng hình trụ bao quanh lõi nên được gọi là lớp bọc
(cladding), có đường kính D = 2b, làm bằng thủy tinh hoặc plastic, có
chiết suất n2< n1
-
Hình 2.4: Cấu trúc tổng quát sợi quang
Phân loại sợi quang
Phân loại theo chiết suất:
Sợi quang chiết suất bậc SI (Step-Index)
- Sợi quang chiết suất biến đổi GI (Graded-Index)
Phân loại theo mode
- Sợi đơn mode (Single-Mode)
- Sợi đa mode (Multi-Mode)
2.4.4 Bộ tách ghép bước sóng( OMUX/ODEMUX)
Bộ ghép/ tách kênh bước sóng thường được mơ tả theo những
thơng số sau:
- Suy hao xen
- Số lượng kênh xử lý
- Bước sóng trung tâm
- Băng thơng
- Giá trị lớn nhất của suy hao xen
- Độ suy hao chen giữa các kênh
-
Hình 2.5: Sơ đồ khối bộ ghép/ tách kênh bước sóng
2.4.5 Bộ xen rẽ bước sóng(OADM)
Khái niệm :
OADM ( Optical Add/Drop Multiplexer) thường được dùng trong các mạng
quang đô thị và các mạng quang đường dài vì nó cho hiệu quả kinh tế cao,
đặc biệt đối với cấu hình mạng tuyến tính, cấu hình mạng vịng.
- OADM được cấu hình để xen/ rớt một số kênh bước sóng,các kênh bước
sóng cịn lại được cấu hình cho đi xun qua.
-
Các cấu trúc cho OADM :
-
Cấu trúc song song : tất cả các kênh tín hiệu đều được giải ghép kênh. Sau đó
một số kênh tùy ý được cấu hình rớt, các kênh cịn lại cấu hình cho đi xun
qua một cách thích hợp.
Hình 2.6: Cấu trúc song song
-
Cấu trúc song song theo băng ( theo modun) :tạo thành bằng cách thiết kế
theo từng modun cho cấu trúc song song
Hình 2.7: Cấu trúc song song theo băng
-
Cấu trúc nối tiếp : Một kênh đơn được thực hiện rớt và xen từ tập hợp các
kênh đi vào OADM.
Hình 2.8: Cấu trúc nối tiếp
2.4.6 Bộ nối chéo quang (OXC)
Định nghĩa : OXC là thiết bị đáp ứng yêu cầu về khả năng linh động
trong việc cung ứng dịch vụ, hay đáp ứng khả năng đáp ứng được sự tăng băng
thông đột biến của các dịch vụ đa phương tiện
Hình 2.9: Sơ đồ kết nối OXC
Các yêu cầu đối với OXC :
Cung cấp dịch vụ
-
Bảo vệ
-
Trong suốt đối với tốc độ truyền dẫn bit
-
Giám sát chất lượng truyền dẫn
-
Chuyển đổi bước sóng
Ghép và nhóm tín hiệu
2.4.7 Bộ khuếch đại quang: (OA - Optical Amplifier):
-
,…,λW
OADM
Laser
Bơm
Rama
n
λO
λO
SC
SC
Máy
thu
Chặng
độ lợi
Chặng
độ lợi
Laser
Hình 2.10: Khuếch đại quang OLA
Đặc tính của 1 số bộ khuếch đại quang lý tưởng
- Hệ số khuếch đại và mức công suất đầu ra cao với hiệu suất chuyển đổi
- Độ rộng băng tần khuếch đại lớn với hệ số khuếch đại không đổi
- Không nhạy cảm với phân cực
- Nhiễu thấp
- Không gây xuyên kênh giữa các tín hiệu WDM
- Suy hao ghép nối với sợi quang thấp.
Phân loại :
- Vào : giống như laser bán dẫn nhưng được phân cực dưới ngưỡng
- Bộ khuếch đại quang sợi pha tạp đất hiếm: khuếch đại xảy ra trong sợi
quang pha tạp đất hiếm, phổ biến là bộ EDFA
- Ra : khuếch đại xảy ra trong sợi quang nhờ mức công suất bơm cao
2.4.8 Bộ chuyển đổi bước sóng
Bộ chuyển đổi bước sóng là thiết bị chuyển đổi tín hiệu có bước sóng này ở
đầu vào ra thành tín hiệu có bước sóng khác ở đầu ra. Đối với hệ thống WDM, bộ
chuyển đổi bước sóng cho nhiều ứng dụng hữu ích khác nhau :
Tín hiệu có thể đi vào mạng với bước sóng khơng thích hợp khi truyền trong
WDM
Bộ chuyển đổi khi được trang bị trong các cấu hình nút mạng WDM giúp sử
dụng tài nguyên bước sóng hiệu quả hơn, linh động hơn.
Có 4 phương pháp chế tạo bộ chuyển đổi bước sóng:
-
Phương pháp quang điện
-
Phương pháp cửa quang
-
Phương pháp giao thoa
-
Phương pháp trộn bước sóng
2.5 Ưu nhước điểm của hệ thống WDM
Ưu điểm :
Hệ thống WDM có dung lượng truyền dẫn lớn hơn nhiều so với hệ thống
TDM.
- Không giống như TDM phải tăng tốc độ số liệu khi lưu lượng truyền dẫn
tăng, WDM chỉ cần mang vài tín hiệu, mỗi tín hiệu ứng với mỗi bước sóng
riêng (kênh quang)
- WDM cho phép tăng dung lượng của mạng hiện có mà khơng cần phải lắp
đặt thêm sợi quang
Nhược điểm :
-
Dung lượng hệ thống còn nhỏ, chưa khai thác triệt để băng tần rộng lớn của
sợi quang.
- Chi phí cho khai thác, bảo dưỡng tăng do có nhiều hệ thống cùng hoạt động
-
2.6 Bộ khuếch đại quang EDFA
2.6.1 Cấu trúc EDFA
Hình 2.11: Cấu trúc tổng quát của một bộ khuếch đại EDFA
Cấu trúc của một bộ khuếch đại quang sợi pha trộn Erbium EDFA (ErbiumDoped FiberAmplifier) được minh họa trên hình 2.9. Trong đó bao gồm:
Sợi quang pha ion đất hiếm Erbium EDF (Erbium-Doped Fiber): là nơi xảy
ra quá trình khuếch đại (vùng tích cực) của EDFA.
2.6.2 Các tính chất của EDFA
a) Độ lợi (Gain)
L
G = exp[∫ (N (z)a(e)− N1(z)a(a)rsdz]
Trong đó:
- N1(z), N2(z): mật độ ion erbium ở trạng thái kích thích và ở trạng thái nền
tại vị trí ztrong đoạn sợi quang pha erbium.
- L: chiều dài sợi pha erbium.
- (e)s σ , (a)s σ: tiết diện ngang hấp thụ và phát xạ của ion erbium tại bước
sóng tín hiệu.
b) Cơng suất bão hịa( Output saturation power)
Sự bão hồ xảy ra khi cơng suất tín hiệu vào EDFA lớn gây ra sự giảm hệ số
khuếch đại. Sự bão hoà hệ số khuếch đại này xuất hiện khi công suất tín hiệu tăng
cao và gây ra sự phát xạ kích thích ở một t lệ cao và do đó làm giảm sựnghịch đảo
nồng độ. Điều đó có nghĩa là số các ion erbium ở trạng thái kích thích giảm một
cách đáng kể. Hệ quả là, cơng suất tín hiệu ở ngõ ra bị hạn chế bởi sự bão hồ cơng
suất. Cơng suất ra bão hịa Pout, được định nghĩa là tín hiệu ra mà ở đó hệ số
khuếch đại bị giảm đi 3 dB so với khikhuếch đại tín hiệu nhỏ.
Hình 2.12: Phổ hấp thụ (absorption spectrum) và phổ độ lợi (gain spectrum) của
EDFAcó lõi pha Ge
2.6.3 Ưu khuyết điểm của EDFA
a)
-
dẫn.
Ưu điểm:
Nguồn laser bơm bán dẫn có độ tin cậy cao, gọn và cơng 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 xun 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.
Nhiễu được tích lũy qua nhiều chặng khuếch đại gây hạn chế cự ly truyền
CHƯƠNG 3: PHẦN MỀM OPTISYSTEM
3.1 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
thơng tin quang, dựa trên khả năng mơ hình hóa các hệ thống thơng 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, cơng 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 hồn vốn.
3.1.1 Lợi ích
-
Cung cấp cái nhìn tồn 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 qt và tối ưu hóa
-
Tích hợp với họ các sản phẩm Optiwave
3.1.2 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 mơ hình bộ thu khác nhau
-
Tính tốn BER và quĩ cơng suất tuyến của các hệ thống có sửng dụng
khuếch đại quang.
Thay đổi hệ thống tham số BER và tính tốn 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.
3.2 Đặc điểm và chức năng
3.2.1 Cấu tạo thư viện( Component Library )
-
Thư viện OptiSytem bao gồm hàng trăm các thành phần cho phép bạn có thể
nhập các thơng 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
-
Thư viện các bộ khuếch đại (quang, điện)
-
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
3.2.2 Tích hợp với các cơng cụ phần mêm 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 tốn các tín hiệu đang sử dụng thích
hợp các thuật tốn có liên quan đến các u cầu mơ phỏng chính xác và hiệu quả.
Chất lượng và thực hiện các thuật tốn
Để dự đốn hiệu suất hệ thống, OptiSystem tính tốn 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.
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.Ngồi ra,bao gồm
các cơng 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 mơ phỏng mà
khơng cần tính tốn lại , Bạn có thể tùy ý đính kèm một số hiện hình tới màn hình
tại cùng một cổng.
3.2.3 Các cơng 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)...
3.2.4 Mơ phỏng phân cấp với các hệ thống con (subsystem)
-
Để việc mô phỏng được thực hiện một cach linh hoạt và hiệu quả,
Optisystem cung cấp mơ hình mơ phỏng tại các mức khác nhau, bao gồm mức hệ
thống, mức hệ thống con và mức phần tử.
3.2.5. Thiết kế nhiều lớp(Multiple Layout)
Trong một file dự án, Optisystem cho phép tạo ra nhiều thiết kế, nhờ đó
người sử dụng có thế tạo ra sửa đổi các thiết kế một cách nhanh chóng và hiệu quả.
Mỗi file dự án thiết kế của Optisystem có thế chứa nhieuf phiên bản thiết kế. Mỗi
phiên bản được tính toán và thay đổi một cách độc lập nhưng kết quả tính tốn của
các phiên bản khác nhau có thế được kết hợp lại, cho phép so sánh các phiên bản
thiết kế một cách dễ dàng.
3.2.6. Trang báo cáo
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 tổ 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 file template đã được định dạng trước.
3.2.7 Quét tham số và tối ưu hóa (parameter sweeps and optimizations)
Q trình mơ phỏng có thể thực hiện lặp lại một cách tự động với các giá trị
khác nhau của tham số để đưa ra các phương 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 để đạt được kết quả tốt nhất, xấu nhât hoặc một
giá mục tiêu nào đó của thiết kế.
3.3 Một số giao diện phần mềm
Thư viện các phần tử ( component library ) :
Người dùng truy cập vào lấy các phần tử để thiết kế
Hình 3.1: Thư viện các phần tử
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 cịn có
-
Các phần tử Measured components. Với các phần tử này, Optisystem cho
phép nhập các tham số được đo tử các thiết bị thực của các nhà cung cấp
khác nhau.
-
Các phần tử do người sử dụng tự định nghĩa ( User-defined Components)
Giao diện người sử dụng
-
Project layout : phần mà để người sử dụng thiết kế
Hình 3.2: Giao diện người sử dụng
-
Dockers : bao gồm
Project Browser : truy nhập đến các tham số và kết quả của thiết kế
Hình 3.3: Project Browser
Description : đưa ra các thông tin để mô tả tóm tắt về thiết kế
Hình 3.4: Description
Status bar : hiển thị những gợi ý về việc sử dụng Optisystem
Hình 3.5: Status bar
Menu bar : chứa các menu có sẵn trong Optisystem
Hình 3.6: Menu bar
Pan window
Hình 3.7: Pan window
Tool bars : các thanh cơng cụ có sẵn trên cửa sổ
Hình 3.8: Tool bars
PHẦN 4: MÔ PHỎNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÔNG TIN
QUANG GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG MẬT ĐỘ CAO
4.1 Yêu cầu thiết kế
Bài toán: Xây dựng phương án thiết kế hệ thống thơng tin quang WDM có sử
dụng khuếch đại quang EDFA với các yêu cầu thiết kế như sau:
-
Tốc độ bit: 2.5 Gbit/s
-
Cự ly truyền dẫn: 300 km
-
Số lượng kênh bước sóng: 8 kênh
Một số gợi ý khi thiết kế:
-
Loại sợi: Sợi quang đơn mode chuẩn (G.652)
-
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
Yêu cầu:
a) Sử dụng phần mềm Optisystem xây dựng mơ 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
