Xây dựng phương án thiết kế hệ thống thông tin quang WDM có sử dụng khuếch đại quang EDFA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
----------

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

THÔNG TIN QUANG
Đề tài: Xây dựng phương án thiết kế
hệ thống thông tin quang WDM
Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Hoàng Hải.
Sinh viên thực hiện:

Hà Nội, 5 - 2013

Thiết kế và mô phỏng hệ thống WDM

Page 1


Báo Cáo Bài Tập Lớn
Thành viên nhóm:
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: 10Gbit/s có khả năng nâng cấp 40Gbit/s trong tương lai
- Cự ly truyền dẫn: 300 km
- Số lượng kênh bước sóng: 4 kênh
- Chiều dài chuỗi: 128 bits
- Số mẫu trong 1 bit: 64
Một số gợi ý khi thiết kế:
- Loại sợi: Sợi quang đơn mode chuẩn (G.652)

- Nguồn phát: Laser.
- Phương thức điều chế: Nhóm thiết kế tự đề xuất
- Bộ thu: Nhóm thiết kế tự đề xuất

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.
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

Thiết kế và mô phỏng hệ thống WDM

Page 2

•
•

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. "

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)..

Thư viện các phần tử ( component library ) :

Thiết kế và mô phỏng hệ thống WDM

Page 3


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

Giao diện người sử dụng ( GUI )

Thiết kế và mô phỏng hệ thống WDM

Page 4


Tạo một dự án mới
- Vào File menu, lựa chọn New, cửa sổ Project layout xuất hiện

Hiển thị và thay đổi tham số của các phần tử trong dự án

Thiết kế và mô phỏng hệ thống WDM

Page 5


Khi tạo một thiết kế mới trên Optisystem, phải thiết lập các tham số toàn cục. Các tham số
này sẽ liên quan đến tốc độ, độ chính xác và yêu cầu về bộ nhớ cho việc thực hiện mô phỏng
thiết kế. Các tham số này được gọi là tham số toàn cục vì nó ảnh hưởng đến tất cả các thành
phần trong thiết kế có sử dụng các tham số này. Trong Optisystem, các tham số này bao gồm:
• Tốc độ bit (bit rate)
• Chiều dài chuỗi bit (Bit sequence length)
• Số mẫu trên một bit (Number of samples per bit).
Để thiết lập thông số toàn cục ta thực hiện như sau:
• Cách 1: Kích đúp vào màn hình Layout.
•

Cách 2: Layout -> Parameters từ công cụ Menu. Khi đó màn hình Parameters

Thay đổi công suất phát
Thiết kế và mô phỏng hệ thống WDM

Page 6


Chạy mô phỏng
Ấn tổ hợp (Ctrl F5), hoặc click Colculatol trên thanh công cụ. Màn hình hiển thị

Tiếp theo click vào nút Run để chạy chương trình:

Thiết kế và mô phỏng hệ thống WDM

Page 7


Mô hình thiết kế bằng phần mềm optisystem:

Các tham số mô phỏng chi tiết:
• Tham số toàn cục:
− Tốc độ bit: 10Gbit/s có khả năng nâng cấp 40Gbit/s trong tương lai
− Cự ly truyền dẫn: 300 km
− Số lượng kênh bước sóng: 4 kênh
− Chiều dài chuỗi: 128 bits
Thiết kế và mô phỏng hệ thống WDM

Page 8


−
•
−
•
−
−
−
−
•
−

−
−
−
•
−
−

Số mẫu trong 1 bit: 64
Bộ phát quang Laser:
Công suất phát: -6 dBm
Tham số của sợi quang:
Chiều dài: L1 = 50 km
Độ tán sắc: D1 = 16.75 ps/nm/km
Độ dốc tán sắc: 0.075 ps/nm^2.km
Suy hao: 0.2 dB/km
Tham số của sợi bù tán sắc:
Chiều dài: L2 = 10 km
Độ tán sắc: D2 = -D1×L1/L2.= -50×16.75/10= -83 ps/nm.km
Độ dốc tán sắc: 0.375ps/nm^2.km
Suy hao: 0.5 dB/km
Tham số bộ khuếch đại EDFA:
Gain: 15 dB
Noise figure: 4 dB

Kết quả mô phỏng theo thiết kế ban đầu:
• Quang phổ tín hiệu phát:

•

Quang phổ tín hiệu thu:

Thiết kế và mô phỏng hệ thống WDM

Page 9


•

Công suất tín hiệu phát:

•

Công suất tín hiệu thu:

•

Tỉ lệ lỗi bit BER:

Thiết kế và mô phỏng hệ thống WDM

Page 10


Sự thay đổi của các tham số để đạt được BER = 10-12 :
• Bộ phát quang Laser:
− Công suất phát của 4 nguồn laser lần lượt là :
-1.5dBm, -1.5dBm, -0.2dBm, -3.5dBm
• Tham số của sợi quang:
− Chiều dài: L1 = 50 km
− Độ tán sắc: D1 = 16.75 ps/nm/km

− Độ dốc tán sắc: 0.075 ps/nm^2.km
− Suy hao: 0.1955 dB/km
• Tham số của sợi bù tán sắc:
− Chiều dài: L2 = 10 km
− Độ tán sắc: D2 = -D1×L1/L2.= -50×16.75/10= -83 ps/nm.km
− Độ dốc tán sắc: 0.375ps/nm^2.km
− Suy hao: 0.5 dB/km
• Tham số bộ khuếch đại EDFA:
− Gain: 20 dB
− Noise figure: 4 dB
Kết quả mô phỏng đạt được BER = 10-12
• Quang phổ tín hiệu phát:

Thiết kế và mô phỏng hệ thống WDM

Page 11


•

Quang phổ tín hiệu thu:

Thiết kế và mô phỏng hệ thống WDM

Page 12


•

Công suất tín hiệu phát:

•

Công suất tín hiệu thu:

•

Tỉ lệ lỗi bit BER:

Thiết kế và mô phỏng hệ thống WDM

Page 13


Thiết kế và mô phỏng hệ thống WDM

Page 14


Thiết kế và mô phỏng hệ thống WDM

Page 15