Mô phỏng tuyến thông tin quang sử dụng ghép kênh WDM và kĩ thuật mã hóa kênh NRZ

MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG SỬ
DỤNG PHẦN MỀM OPTI-SYSTEM 7
Đề tài: Mô phỏng tuyến thông tin quang sử dụng ghép kênh WDM và kĩ thuật mã
hóa kênh NRZ
Nhiệm vụ
Mô phỏng 2.5dBm -> 4dBm
+ 1->2 Gbs
Mô phỏng 0.5dBm -> 2dBm
+3->4 Gbs
Mô phỏng -1dBm -> 0dBm
+5->6 Gbs
Mô phỏng -2.5dBm -> -1.5dBm
+7->8 Gbs
Mô phỏng -4dBm -> -3dBm
+9->10 Gbs

Đóng góp
100%
100%
100%
95%
95%

1. Thông số kĩ thuật yêu cầu
- Ghép 16 kênh (WDM)
- Cự ly truyền dẫn 132km/loop
- SMF1 có độ dài 30km,SMF có độ dài 80km và DCF có độ dài 22km ( với bù tan sắc
tương ứng)
- Sử dụng 3 bộ EDFA được mắc như hình vẽ

2.Sơ đồ mô phỏng:

1


Phân tích hệ thống:
Máy phát: Dùng diode laser phát quang ghép 16 bước sóng ( tương ứng với 16
kênh ra) với tốc độ bit 10Gbs . Công suất phát PTx thay đổi từ -4dBm->4dBm để
khảo sát. 16 kênh được đưa vào 16 khối điều chế để mã hóa kênh NRZ. Sau đó
được đưa vào bộ ghép kênh rồi đưa vào sợi quang truyền đi.

2


Môi trường truyền dẫn: - SMF có độ dài 80km, suy hao 0.2dB/km, độ tán sắc
17ps/nm.km. SMF1 có độ dài 30km suy hao 0.2dB/km, độ tán sắc 17ps/nm.km. DCF có
độ dài 22km ( với bù tan sắc tương ứng) suy hao 0.5dB/km, độ tán sắc -85ps/nm.km.
- Sử dụng 3 bộ EDFA. EDFA G=10dB, EDFA1 G=11dB, EDFA2 G=8dB

Máy thu: Trước khi vào bộ tách sóng mang thì đi qua bộ giải ghép kênh để tách
các kênh từ đầu phát đến ra từng kênh tương ứng nhờ vào phototodiode PIN để
đưa đến bộ đo tín hiệu BER.
3.

Kết quả mô phỏng:

3.1

Khảo sát theo công suất phát PTX
Với tốc độ bit 10Gbps
Kết quả mô phỏng:

PTX=-2dBm, kênh 1, kênh 3.

3


4


PTX=-2dBm, kênh 5, kênh 7

5


PTX=-2dBm, kênh 10, kênh 12

6


7


PTX=-2dBm, kênh 14, kênh 16

8


9

Bảng thống kê:
Kênh 1: 191.7 THz
PTX(dbm)
-4
-3.5
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
Kênh 3:192.1 THz
PTX(dbm)
-4
-3.5
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5

0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4

PRX(dbm)
-20.735
-20.454
-20.139
-19.823
-19.488
-19.149
-18.807
-18.434
-18.042
-17.677
-17.272
-16.861
-16.434
-16.001
-15.603
-15.180
-14.728

BER

1.76E-7
2.625E-8
2.09E-9
2.3E-10
1.5E-11
7.2E-13
8.555E-15
4.644E-16
3.595E-18
3.69E-20
7.595E-22
6.683E-25
7.03E-27
5.13E-30
4.24E-35
3.05E-39
7.769E-44

Q
5.009
5.36
5.798
6.15
6.57
7.0072
7.603
7.969
8.547
9.059
9.472

10.18
10.61
11.266
12.255
13.006
13.79

PRX(dbm)
-20.615
-20.312
-20.007
-19.680
-19.344
-18.991
-18.631
-18.265
-17.886
-17.474
-17.060
-16.691
-16.251
-15.836
-15.400
-14.932
-14.484

BER
6.51E-8
6.035E-9
5.919E-10

2.56E-11
1.085E-12
3.524E-14
5.700E-16
3.515E-18
1.753E-20
4.78E-23
1.44E-26
2.010E-30
6.304E-34
4.899E-37
1.877E-43
5.26E-49
2.964E-53

Q
5.206
5.630
6.017
6.507
6.963
7.43
7.955
8.56
9.15
9.766
10.556
11.359
12.043
12.620

13.74
14.634
15.285

10


Kênh 5:192.5 THz
PTX(dbm)
-4
-3.5
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
Kênh 7:192.9THz
PTX(dbm)
-4
-3.5

-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4

PRX(dbm)
-20.402
-20.093
-19.789
-19.456
-19.112
-18.756
-18.407
-17.999
-17.617
-17.220
-16.825
-16.401
-15.978

-15.550
-15.077
-14.640
-14.224

BER
6.545E-10
1.444E-11
6.219E-13
7.800E-15
1.037E-17
3.922E-20
4.04E-23
1.101E-28
8.963E-32
1.817E-37
1.313E-44
3.412E-49
1.072E-57
1.348E-67
7.059E-78
9.585E-75
1.259E-76

Q
6.031
6.619
7.068
7.651
8.46

9.08
9.807
11.026
11.648
12.717
13.943
14.676
15.950
17.315
18.63
18.236
18.471

PRX(dbm)
-20.126
-19.814
-19.489
-19.147
-18.788
-18.424
-18.038
-17.642
-17.250
-16.843
-16.462
-16.011
-15.585
-15.163
-14.705
-14.249

-13.801

BER
2.889E-9
1.431E-10
7.038E-12
1.323E-13
9.722E-16
7.046E-14
1.370E-20
2.571E-23
1.008E-26
2.394E-30
3.099E-35
9.142E-38
3.14E-48
1.142E-48
1.166E-56
1.120E-64
1.209E-63

Q
5.782
6.267
6.719
7.274
7.910
8.501
9.197
9.847

10.607
11.359
12.303
12.764
14.521
14.588
15.795
16.918
16.776

11


Kênh 9:193.3THz
PTX(dbm)
-4
-3.5
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3

3.5
4

PRX(dbm)
-20.033
-19.725
-19.376
-19.030
-18.672
-18.309
-17.923
-17.531
-17.132
-16.749
-16.331
-15.485
-15.458
-15.019
-14.574
-14.151
-13.684

BER
3.814E-05
1.116E-5
3.314E-6
7.859E-7
1.165E-7
2.403E-8
2.728E-9

2.023E-10
5.325E-12
3.574E-13
2.468E-15
7.801E-18
3.266E-21
8.086E-23
2.636E-28
4.061E-34
6.203E-43

Q
3.874
4.161
4.429
4.728
5.100
5.389
5.767
6.190
6.740
7.121
7.777
8.477
9.339
9.723
10.937
12.092
13.661

PRX(dbm)
-20.316
-19.996
-19.666
-19.340
-18.992
-18.619
-18.253
-17.867
-17.478
-17.092
-16.682
-16.283
-15.846
-15.419
-14.955
-14.491
-14.085

BER
6.508E-7
8.929E-8
1.578E-8
1.339E-9
1.148E-10
8.953E-12
5.589E-13
2.280E-14
3.216E-16
2.997E-18

1.482E-19
5.924E-23
3.97E-25
2.046E-29
1.602E-33
3.254E-39
1.153E-44

Q
4.777
5.161
5.474
5.894
6.286
6.669
7.064
7.494
8.033
8.588
8.824
9.753
10.247
11.161
11.971
13.012
13.939

Kênh 11:193.7 THz
PTX(dbm)
-4

-3.5
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4

12


Kênh 13:194.1 THz
PTX(dbm)
-4
-3.5
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5

0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4

PRX(dbm)
-20.494
-20.196
-19.881
-19.560
-19.204
-18.850
-18.491
-18.124
-17.728
-17.341
-16.946
-16.537
-16.108
-15.695
-15.244
-14.841
-14.343

BER

3.084E-8
3.764E-9
5.344E-10
2.706E-11
8.371E-13
1.259E-14
1.263E-15
4.275E-18
1.778E-21
2.543E-23
2.108E-25
2.258E-27
1.370E-38
1.482E-41
1.464E-49
1.568E-58
3.198E-65

Q
5.343
5.709
6.030
6.493
6.996
7.560
7.852
8.535
9.392
9.827
10.298

10.724
12.897
13.412
14.716
16.052
16.981

PRX(dbm)
-20.588
-20.283
-19.967
-19.668
-19.327
-18.987
-18.629
-18.263
-17.882
-17.472
-17.069
-16.650
-16.241
-15.823
-15.386
-14.956
-14.472

BER
3.616E-10
2.229E-11
9.751E-13

7.722E-14
3.340E-15
3.199E-17
6.941E-19
6.525E-21
4.615E-23
1.787E-24
5.878E-28
1.204E-30
4.206E-33
1.019E-35
8.195E-39
1.567E-42
2.368E-43

Q
6.114
6.541
6.993
7.337
7.744
8.313
8.754
9.263
9.776
10.199
10.857
11.408
11.889
12.381

12.938
13.581
13.717

Kênh 15:194.5 THz
PTX(dbm)
-4
-3.5
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4

13


Kết quả biểu diễn bằng matlab:
1. Công suất Phát:

BER và PTX

Biểu diễn tỉ lệ lỗi bit của các kênh 1,5,9,13,15
2. Công suất thu:
BER và PRX

14


3. Hệ số phẩm chất:

Q và PTX

15


3.2

Khảo sát theo bit rate:
-

Khảo sát lần lượt các tốc độ bit từ 1Gbps-10Gbps
Kết quả:

+ Công suất phát -4dBm:
16


Bit
rate(Gbs)

10

PRX
-20.738

9

20.645

8

-20.595

7

20.632

6

-20.63

5

-20.582

4

-20.573

3

-20.622

2

-20.554

1

-20.557

Kênh2
BER
1.76E07
1.06E11
2.72E09
5.80E09
7.80E15
6.49E21
4.03E13
3.18E21
9.06E28
3.45E60

Bit rate(Gbs)
10
9
8
7
6

5
4
3
2
1

PRX
-20.316
-20.332
-20.283
-20.328
-20.318
-20.283
-20.269
-20.303
-20.264
-20.247

Q
5.009

PRX
-20.402

6.652

-20.451

5.78

-20.396

5.633

-20.424

7.644

-20.421

9.285

-20.382

7.096

-20.372

9.343

-20.408

10.817

-20.392

16.298

-20.361

Kênh 11
BER
6.51E-07
8.85E-09
1.39E-09
2.33E-09
3.20E-11
3.33E-19
8.69E-14
2.09E-29
8.59E-28
4.01E-49

Kênh 5
BER
6.55E10
4.25E07
4.50E07
2.39E12
2.32E14
2.65E24
1.37E16
1.43E23
2.91E27
1.25E76

Q
4.777
5.57
5.9

5.81
6.488
8.864
7.328
11.18
10.836
14.661

17

Q
6.032

PRX
-20.127

4.846

-20.164

4.84

-20.113

6.879

-20.147

7.513

-20.136

10.083

-20.107

8.154

-20.098

9.911

-20.117

10.725

-20.069

18.474

-20.059

PRX
-20.587
-20.627
-20.565
-20.617
-20.603
-20.557
-20.551

-20.593
-20.525
-20.544

Kênh 8
BER
1.39E07
2.39E09
3.51E08
1.14E10
7.14E13
9.38E11
1.95E18
7.75E31
2.05E30
3.15E82

Kênh 14
BER
2.01E-09
1.63E-09
4.61E-12
2.98E-10
1.02E-14
1.68E-25
8.88E-21
1.91E-39
6.43E-34
5.81E-51

Q
5.098
5.819
5.346
6.299
7.053
6.337
8.66
11.477
11.385
19.166

Q
5.836
5.87
6.786
6.133
7.605
10.342
9.247
13.072
12.056
14.94


+ Công suấ t phát 0dBm
18


Bit

rate(Gbs)
10

PRX
-17.892

9

-17.896

8

-17.487

7

-17.892

6

-17.864

5

-17.849

4

-17.861

3

-17.889

2

-17.837

1

-17.829

Kênh2
BER
3.51E21
4.47E40
6.00E25
5.08E20
1.01E45
4.21E53
1.34E33
1.43E58
1.88E76
5.19E207

Bit rate(Gbs)
10
9
8
7

6
5
4
3
2
1

PRX
-17.478
-17.52
-17.44
-17.486
-17.474
-17.432
-17.479
-17.457
-17.462
-17.479

Q
9.31

PRX
-17.617

13.173

-17.644

10.208

-17.606

9.028

-17.614

14.116

-17.619

15.27

-17.611

11.976

-17.637

16.062

-17.421

18.438

-17.601

31.66

-17.533

Kênh 11
BER
3.21E-16
3.33E-21
2.98E-22
2.19E-28
4.99E-30
1.07E-37
3.29E-36
4.51E-84
5.54E-76
1.84E-105

Q
8.033
9.336
9.592
10.953
11.29
13.282
12.479
19.376
18.388
21.758

19

Kênh 5
BER

8.96E32
5.27E16
9.37E17
1.50E33
3.09E42
3.84E60
2.49E46
3.12E62
2.63E66
3.40E215

Q
11.648

PRX
-17.265

7.96

-17.289

8.175

-17.228

11.989

-17.257

13.545

-17.246

16.295

-17.182

14.217

-17.199

16.583

-17.215

17.137

-17.164

31.274

-17.234

PRX
-17.869
-17.887
-17.855
-17.863
-17.858
-17.84

-17.84
-17.869
-17.825
-17.818

Kênh 14
BER
5.42E-24
1.33E-28
4.29E-41
1.83E-25
7.80E-43
8.28E-53
3.19E-58
4.23E-111
1.31E-95
1.78E-146

Kênh 8
BER
1.38E19
8.05E24
4.75E21
2.53E26
1.51E38
2.21E31
7.49E49
2.70E80
2.47E86
3.72E174

Q
9.994
10.998
13.351
10.316
13.639
15.218
16.02
22.35
20.69
25.727

Q
8.944
9.963
9.308
10.516
12.909
11.567
14.624
18.926
19.762
28.103


+ Công suất phát 4dBm
Bit
rate(Gbs)
10

9
8
7
6
5
4
3
2
1

PRX
-14.509
-14.515
-14.519
-14.511
-14.502
-14.486
-14.513
-14.47
-14.456
-14.531

Kênh2
BER
6.68E-67
5.07E-88
2.43E-58
6.98E-53
1.10E-129
1.13E-69

1.23E-181
1.59E-185
4.38E-218
0.00E+00

Q
17.209
19.835
16.029
15.224
24.18
17.57
28.69
29.009
31.48
44.96

PRX
-4.224
-14.197
-14.192
-14.197
-14.172
-14.178
-14.185
-14.17
-14.203
-14.17

20

Kênh 5
BER
1.26E-59
1.76E-54
6.18E-53
3.83E-55
2.93E-130
1.34E-105
1.71E-133
1.04E-164
1.72E-163
0.00E+00

Q
18.47
15.465
15.236
15.568
24.23
21.77
24.54
27.308
27.2
43.22

PRX
-13.813
-13.813
-13.761

-13.776
-13.785
-13.801
-13.713
-13.756
-13.721
-13.736

Kênh 8
BER
3.60E-37
7.41E-39
6.18E-65
9.58E-61
5.22E-104
1.10E-112
6.20E-103
9.09E-171
8.55E-254
0.00E+00

Q
15.8
12.9
16.
16.
21.
22.
21.
27.

34.0
43.


Bit rate(Gbs)
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1

PRX
-14.224
-14.098
-14.051
-14.066
-14.036
-14.067
-14.043
-14.041
-14.002
-14.006

Kênh 11
BER

1.15E-44
9.44E-53
3.36E-38
2.88E-87
1.54E-99
5.69E-67
8.97E-107
2.03E-176
1.25E-274
0.00E+00

Q
13.939
15.212
12.83
19.745
21.158
17.23
21.898
28.28
35.38
39.92

21

PRX
-14.513
-14.495
-14.493
-14.462

-14.494
-14.419
-14.507
-14.474
-14.506
-14.347

Kênh 14
BER
7.10E-59
2.39E-50
1.66E-83
9.68E-68
1.79E-96
1.06E-92
4.80E-100
1.14E-220
1.42E-200
0.00E+00

Q
16.106
14.837
19.3
17.319
20.78
20.369
21.174
31.67
30.17

51.59


Nhận xét :
- Với tốc độ bit không thay đổi
+ Khi công suất phát càng tăng thì công suất thu càng tăng, Q càng tăng và BER càng
giảm -> chất lượng tín hiệu càng tốt.
- Với cùng 1 công suất phát :
+ Nếu tốc độ bít càng tăng thì BER càng tăng, Q càng giảm.
+ Khi 1 công suất đến đầu vào máy thu, sự sai khác của các công suất này là rất ít tuy
nhiên kết quả đầu ra (BER va Q) lại khác nhau rất đáng kể. Điều này cho thấy các máy
thu hoạt động trong các hệ thống thông tin sợi quang có độ nhạy rất tốt.
- Từ kết quả ta thấy muốn máy thu hoạt động tốt ở BER xác định thì công suất thu cũng
phải xác định. Khi yêu cầu tốc độ bít tăng lên mà vẫn đảm bảo yêu cầu BER đó thì công
suất đầu vào của nó phải đủ lớn.
- Vì vậy khi thay đổi công suất phát thì giới hạn thay đổi đến một mức nào đó thỏa yêu
cầu đề bài tăng chất lượng hệ thống, nếu tăng quá lớn thì sẽ làm tăng thành phần nhiễu
trong hệ thống cũng như khuếch đại công suất đầu vào máy thu quá lớn làm cháy
photodiode.

22