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

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
-----  -----

Báo Cáo Bài Tập Lớn
Đề tài : Xây dựng phương án thiết kế hệ thống thông tin quang WDM
có sử dụng khuếch đại quang EDFA
Giảng viên hướng dẫn : TS.Nguễn Hoàng Hải
Nhóm sinh viên thực hiện :
Nguyễn Văn Bằng

ĐT 4

20090203

Chu Thế Hiệu

ĐT 4

20091089

1


LỜI NÓI ĐẦU
Với sự phát triển vô cùng mạnh mẽ của công nghệ thông tin nói chung
và kỹ thuật viễn thông nói riêng. Nhu cầu dịch vụ viễn thông phát triển rất
nhanh tạo ra áp lực ngày càng cao đối với tăng dung lượng thông tin. Cùng với
sự phát triển của kỹ thuật chuyển mạch, kỹ thuật truyền dẫn cũng không ngừng
đạt được những thành tựu to lớn, đặc biệt là kỹ thuật truyền dẫn trên môi trường
cáp sợi quang. Tương lai cáp sợi quang được sử dụng rộng rãi trên mạng viễn

thông và được coi như là một môi trường truyền dẫn lý tưởng mà không có một
môi trường truyền dẫn nào có thể thay thế được. Các hệ thống thông tin quang
với ưu điểm băng thông rộng, cự ly xa, không ảnh hưởng của nhiễu và khả
năng bảo mật cao ,phù hợp với các tuyến thông tin xuyên lục địa đường trục và
có tiềm năng to lớn trong việc thực hiện các chức năng của mạng nội hạt với
các cấu trúc linh hoạt và đáp ứng mọi loại hình dịch vụ hiện tại và tương lai.
Với bài toán: “xây dựng phương án thiết kế hệ thống thông tin quang
WDM có sử dụng khuếch đại quang EDFA.” Nhóm em xin trình bày tổng quan
về hệ thống thông tin quang WDM có sử dụng khuếch đại EDFA , xây dựng mô
hình mô phỏng hệ thống thông tin quang WDM theo phương án đã thiết kế.
Mặc dù đã cố gắng rất nhiều, nhưng do trình độ còn hạn chế nên sẽ không
tránh khỏi những thiếu xót. Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của
thầy, các bạn để bài tập của chúng em được hoàn thiện hơn.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

2


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................................................................2
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM............................................................4
1.1. Giới thiệu chung................................................................................................................................4
1.2. Sơ đồ khối tổng quát.........................................................................................................................4
1.3. Phân loại hệ thống WDM...................................................................................................................6
1.4. Các phần tử cơ bản trong hệ thống WDM.........................................................................................8
1.4.1 Bộ phát quang..............................................................................................................................8
1.4.2 Bộ thu quang.............................................................................................................................10
1.4.3 Sợi quang...................................................................................................................................10
1.4.4. Bộ tách / ghép bước sóng: ( OMUX/ODEMUX).........................................................................11

1.4.5. Bộ khuếch đại quang: (OA - Optical Amplifier):........................................................................12
1.5 Ưu nhược điểm của hệ thống WDM.................................................................................................13
1.6 Bộ khuếch đại quang EDFA...............................................................................................................14
1.6.1 Các cấu trúc EDFA......................................................................................................................14
1.6.2 Ưu khuyết điểm của EDFA..........................................................................................................15
CHƯƠNG II – MÔ PHỎNG TUYẾN THÔNG TIN QUANG WDM BẰNG PHẦN MỀM OPTISYSTEM..................16
2.1. Tổng quan về phần mềm Optisystem...............................................................................................16
2.1.1. Lợi ích.......................................................................................................................................16
2.1.2. Ứng dụng..................................................................................................................................17
2.2. Đặc điểm và chức năng....................................................................................................................18
2.2.1. Cấu tạo thư viện (Component Library)......................................................................................18
2.2.2. Tích hợp với các công cụ phần mềm Optiwave.........................................................................18
2.2.3. Các công cụ hiển thị..................................................................................................................19
2.3. Mô hình mô phỏng..........................................................................................................................20

3


2.3.1. Yêu cầu thiết kế :.......................................................................................................................20
2.3.2.Phân tích yêu cầu.......................................................................................................................21
2.3.4.Kết quả mô phỏng.....................................................................................................................25
2.3.5.Thay đổi các tham số hệ thống để đạt được BER=10-12............................................................29

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG
WDM

1.1. 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), khôi phục lại tín hiệu gốc rồi đưa vào các đầu
cuối khác nhau.

1.2. Sơ đồ khối 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 công 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
4


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: Quá 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 không quá 1 dB).
- Sự thay đổi số lượng kênh bước sóng làm việc không được gây ảnh
hưởng
đến mức công suất đầu ra của các kênh.
- Có khả năng phát hiện sự chênh lệch mức công suất đầu vào để điều
5


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 thông tin quang thông thường: PIN, APD.

Sơ đồ chức năng hệ thống WDM
1.3. Phân loại hệ thống WDM

Phân loại hệ thống WDM

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
6

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 thông tin giữa 2 điểm.
Cả hai hệ thống đều có những ưu nhược điểm riêng. Giả sử rằng công nghệ
hiện tại chỉ cho phép truyền N bước sóng trên một sợi quang, so sánh hai hệ
thống ta thấy:
-Xét về dung lượng, hệ thống đơn hướng có khả năng cung cấp dung lượng
cao gấp đôi so với hệ thống song hướng. Ngược lại, số sợi quang cần dùng
gấp đôi so với hệ thống song hướng.
-Khi sự cố đứt cáp xảy ra, hệ thống song hướng không cần đến cơ chế
chuyển mạch bảo vệ tự động APS (Automatic Protection-Switching) vì cả hai
đầu của
liên kết đều có khả năng nhận biết sự cố một cách tức thời.
-Ðứng về khía cạnh thiết kế mạng, hệ thống song hướng khó thiết kế hơn vì
còn phải xét thêm các yếu tố như: vấn đề xuyên nhiễu do có nhiều bước sóng
hơn trên một sợi quang, đảm bảo định tuyến và phân bố bước sóng sao cho
hai chiều trên sợi quang không dùng chung một bước sóng.
-Các bộ khuếch đại trong hệ thống song hướng thường có cấu trúc phức tạp
hơn trong hệ thống đơn hướng. Tuy nhiên, do số bước sóng khuếch

đại

trong hệ thống song hướng giảm ½ theo mỗi chiều nên ở hệ thống song
hướng, các bộ khuyếch đại sẽ cho công suất quang ngõ ra lớn hơn so với ở hệ
thống đơn hướng.

7


1.4. Các phần tử cơ bản trong hệ thống WDM

1.4.1 Bộ phát quang

Các nguồn quang cơ bản sử dụng trong hệ thống thông 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 dòng 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.
• Mô hình điều chế ngoài

8

Sơ đồ bộ điều chế ngoài
• Yêu cầu với nguồn quang:
- Độ chính xác của bước sóng phát: Đây là yêu cầu kiên quyết cho một
hệ thống WDM hoạt động tốt. Nói chung, bước sóng đầu ra luôn bị dao động
do các yếu tố khác nhau như nhiệt độ, dòng định thiên, độ già hoá

linh kiện...

Ngoài ra, để tránh xuyên nhiễu cũng như tạo điều kiện cho phía thu dễ dàng tách
đúng bước sóng thì nhất thiết độ ổn định tần số phía phát phải thật cao.
- Độ rộng đường phổ hẹp: Độ rộng đường phổ được định nghĩa là độ rộng
phổ của nguồn quang tính cho bước cắt 3 dB. Để có thể tăng nhiều kênh trên
một dải tần cho trước, cộng với yêu cầu khoảng cách các kênh nhỏ cho nên độ
rộng đường phổ càng hẹp càng tốt, nếu không, xuyên nhiễu kênh lân cận xảy ra
khiến lỗi bít tăng cao, hệ thống không đảm bảo chất lượng. Muốn đạt được
điều này thì nguồn phát laser phải là nguồn đơn mode (như các loại laser hồi
tiếp phân bố, laser hai khoang cộng hưởng, laser phản hồi phân bố).
- Dòng ngưỡng thấp: Điều này làm giảm bớt vấn đề lãng phí công suất
trong việc kích thích laser cũng như giảm bớt được công suất nền không mang
tin và tránh cho máy
thu chịu ảnh hưởng của nhiễu nền (phát sinh do có công suất nền lớn).
- Khả năng điều chỉnh được bước sóng: Để tận dụng toàn bộ băng tần sợi
quang, nguồn quang phải có thể phát trên cả dải 100 nm. Hơn nữa, với hệ thống
lựa kênh động càng cần khả năng có thể điều chỉnh được bước sóng.
- Tính tuyến tính: Đối với truyền thông quang, sự không tuyến tính của
nguồn quang sẽ dẫn việc phát sinh các sóng hài cao hơn, tạo ra các xuyên nhiễu
giữa các kênh.
- Nhiễu thấp: Có rất nhiều loại nhiễu laser bao gồm: nhiễu cạnh tranh
9

mode, nhiễu pha,... Nhiễu thấp rất quan trọng để đạt được mức BER thấp trong
truyền thông số, đảm bảo chất lượng dịch vụ tốt.

1.4.2 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 tỉ lệ lỗi bít (BER) cho phép.
1.4.3 Sợi quang

•

Cấu tạo sợi quang

Ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần, sợi quang được chế tạo cơ bản gồm có
hai lớp:
- Lớp trong cùng có dạng hình trụ tròn, 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.
•

Phân loại sợi quang

o

Phân loại theo chiết suất:

- Sợi quang chiết suất bậc SI (Step-Index)
- Sợi quang chiết suất biến đổi GI (Graded-Index)
o

Phân loại theo mode

- Sợi đơn mode (Single-Mode)
10


- Sợi đa mode (Multi-Mode)
 Sợi quang G652
Là sợi đơn mode được sử dụng phổ biến trên mạng lưới viễn thông nhiều
nước hiện nay. Nó có thể làm việc ở 2 cửa sổ:
- Ở cửa sổ 1310nm: G652 có tán sắc nhỏ nhất (xấp xỉ 0 ps/nm.km) và suy
hao tương đối lớn.
- Ở cửa sổ 1550nm: G652 có suy hao truyền dẫn nhỏ nhất và hệ số tán sắc
tương đối lớn (xấp xỉ 20ps/nm.km)
 Sợi quang G655
Là một chuẩn về sợi quang được đưa ra bởi ITU-T có các ưu điểm sau:
- Sợi quang G655 thích hợp cho hệ thống DWDM, làm tăng dung lượng
truyền dẫn. Sợi quang G655 thích hợp cho hệ thống truyền dẫn đường dài
WDM dung lượng cao.
- Độ tán sắc dương của sợi G655 tránh việc trộn lẫn 4 bước sóng quang.
- Vùng hiệu dụng cao của sợi G655 (vẫn nhỏ hơn sợi SMF) làm giảm thiểu
các hiệu ứng phi tuyến.
- Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA) khuếch đại các tín hiệu quang trong

cửa sổ C, điều này lý tưởng cho loại sợi quang NZDS (non-zero dispersionshifted).

1.4.4. Bộ tách / ghép bước sóng: ( OMUX/ODEMUX)

• Định nghĩa :Bộ ghép/ tách kênh bước sóng, cùng với vộ kết nối chéo
quang, là thiết bị quan trọng nhất cấu thành nên hệ thống WDM. Khi dùng
kết hợp với bộ kết nối chéo quang OXC sẽ hình thành nên mạng truyền tải
11


quang, có khả năng truyền tải đồng thời và trong suốt mọi loại hình dịch vụ,
mà công nghệ hiện nay đang hướng tới.Bộ tách/ ghép kênh thực hiện ghép
tách tín hiệu ở các bước sóng khác nhau.
• Bộ ghép/ tách kênh bước sóng thường được mô tả theo những thông số
sau:
- Suy hao xen
- Số lượng kênh xử lý
- Bước sóng trung tâm
- Băng thông
- Giá trị lớn nhất của suy hao xen
- Độ suy hao chen giữa các kênh
• Ghép tầng để tạo bộ ghép kênh dung lượng cao:
- Ghép tầng nối tiếp đơn kênh
- Ghép một tầng
- Ghép tầng theo từng băng sóng
- Ghép tầng đan xen chẵn lẻ

1.4.5. Bộ khuếch đại quang: (OA - Optical Amplifier):

•

Trên thực tế hiện nay các tuyến thông tin tốc độ cao người ta sử

dụng bộ khuếch đại quang làm các trạm lặp, chủ yếu là các bộ khuếch đại
đường dây pha tạp Eribum (EDFA). Các bộ khuếch đại này có ưu điểm là
không cần quá trình chuyển đổi O/E và E/O mà thực hiện khuếch đại trực tiếp
tín hiệu quang.
•

Lợi ích:

+ Thay thế các bộ lặp đắt tiền trong hệ thống bị giới hạn bởi suy hao
12


+ Tăng độ nhạy của bộ thu
+ Nâng cao mức công suất phát
+ Độc lập về tốc độ và định dạng tín hiệu, khuếch đại tín hiệu đa kênh WDM
đồng thời
+ Nâng cấp đơn giản.
•

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 đối cao.
+ 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.

1.5 Ưu nhược điểm của hệ thống WDM
a. 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)
13


• WDM cho phép tăng dung lượng của mạng hiện có mà không cần phải
lắp đặt thêm sợi quang
b. 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
1.6 Bộ khuếch đại quang EDFA
1.6.1 Các cấu trúc EDFA

Cấu trúc tổng quát của một bộ khuếch đại EDFA
Cấu trúc của một bộ khuếch đại quang sợi pha trộn Erbium

bao gồm:
Sợi quang pha ion đất hiếm Erbium EDF (Erbium-Doped Fiber): là
nơi xảy ra quátrình khuếch đại (vùng tích cực) của EDFA.
Trong đó, vùng lõi trung tâm (có đường kính từ 3 -6 μm) của EDF
được pha trộn ion Er3+ là nơi có cường độ sóng bơm và tín hiệu cao nhất.
Việc pha các ion Er3+ trongvùng này cung cấp sự chồng lắp của năng
lượng bơm và tín hiệu với các ion erbiumlớn nhất dẫn đến sự khuếch đại
tốt hơn. Lớp bọc (cladding) có chiết suất thấp hơnbao quanh vùng lõi.Lớp
phủ (coating) bảo vệ bao quanh sợi quang tạo bán kính sợiquang tổng
cộng là 250 μm. Lớp phủ này có chiết suất lớn hơn so với lớp bọc dung để
loại bỏ
14


bất kỳ ánh sáng không mong muốn nào lan truyền trong sợi quang. Nếu
không kể đến chất pha erbium, cấu trúc EDF giống như sợi đơn mode
chuẩn trong viễn thông.
1.6.2 Ưu 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 và thay thế.
- Công suất nguồn nuôi nhỏ: thuận lợi khi áp dụng cho các tuyến thông tin
quang vượt biển.
- 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.
- Nhiễu được tích lũy qua nhiều chặng khuếch đại gây hạn chế cự ly truyền
dẫn.

15


CHƯƠNG 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
16


- 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
- 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.

17


2.2. Đặc điểm và chức năng
2.2.1. Cấu tạo thư viện (Component Library)

Thư viện OptiSytem bao gồm hàng trăm các thành phần cho phép bạn có
thể nhập các 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
- 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

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,

WDM_Phasar và OptiFiber để thiết kế ở mức phần tử.
18

OptiBPM,

OptiGrating,


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.
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.
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)
19


- 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. Mô hình mô phỏng

2.3.1. Yêu cầu thiết kế :

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: 400 km
- Số lượng kênh bước sóng: 6 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
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.
20


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
+ Kết quả mô phỏng theo phương án thiết kế ban đầu hệ thống ban đầu
+ Sự thay đổi của các tham số thiết kế để đạt được BER = 10-12
- Nhận xét, phân tích kết quả mô phỏng .

2.3.2.Phân tích yêu cầu

1.Tuyến phát quang
Chọn cửa sổ truyền 1550nm EDFA ở băng C
Mỗi kênh quang bao gồm nguồn phát quang lazer CW lazer (nhằm giảm ảnh
21

hưởng của tán sắc sợi), bộ phát xung RZ pulse genarator, bộ phát bit điện
pseudom-Radom Bit sequence Genarator, bộ điều chế Mach-zehnder.
Tuyến phát quang gồm 6 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
Toàn tuyến phát 6 kênh quang:

22


2.Tuyến truyền dẫn quang
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 Loop đóng vai trò như một bộ nhân các vòng lặp.
Chọn chiều dài sợi G.652 là 40km, số bộ lặp là: 400km÷40km=10 bộ.
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=30km.
• 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=40km-30km=10km
• Thì độ bù tán sắc D2= -D1×L1/L2.= -30×16.75/10= -50.25 ps/nm.km.

• Độ dốc tán sắc : 0.225ps/nm^2.km.
Khuếch đại quang EDFA: Do suy hao sợi quang nên cần sử dụng bộ khuếch
đại
EDFA để bù suy hao sợi.
+ L1=30km thì suy hao sợi là: 30×0.2=6dB
Độ lợi của bộ khuếch đại EDFA là 6dB
+ L2=10km thì suy hao sợi là: 10×0.2=2dB
Độ lợi của bộ khuếch đại EDFA là 2dB
Toàn tuyến truyền dẫn quang:
23


3.Tuyến thu của hệ thống

24


2.3.4.Kết quả mô phỏng

Quang phổ tín hiệu phát

25