Báo Cáo Bài Tập Lớn 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
MÔN THÔNG TIN QUANG
(ĐỀ TÀI 3)
Giảng viên hướng dẫn:

TS. Nguyễn Hoàng Hải

Mã lớp

:

54681

Sinh viên thực hiện

:

Nhóm 4

Nguyễn Xuân Sơn

20092265 ĐTVT 12 – K54

Nguyễn Văn Cường

20090430 ĐTVT 12 – K54

Nguyễn Quang Tuấn

20093004 ĐTVT 01 – K54

Trần Công Nam

20091851 ĐTVT 01 – K54

Hà Nội, 5/2013


Báo cáo bài tập lớn môn học Thông Tin Quang

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự bùng nổ về nhu cầu thông tin, các hệ thống thông tin quang ngày
càng trở nên phức tạp. Nhu cầu trao đổi thông tin của con người ngày càng lớn với chất
lượng dịch vụ càng cao, đòi hỏi phải có công nghệ mạng viễn thông tiên tiến, tốc đô
truyền dẫn lớn, băng thông rông, đô tin cậy và bảo mật cao, đáp ứng mọi nhu cầu thực
tiễn của con người. Sự phát triển của hệ thống WDM cùng với công nghệ ghép kênh
theo bước sóng DWDM chính là môt giải pháp hoàn hảo, tạo nên môt mạng thông tin
thế hệ mới- mạng thông tin toàn quang. Để phân tich, thiết kế các hệ thống này phải sử
dụng các công cụ mô phỏng ưu việt. Trong nôi dung môn học thông tin quang, chúng
em được phân công mô phỏng 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 và xây dựng mô
hình mô phỏng hệ thống thông tin quang WDM theo phương án đã thiết kế trên phần
mềm Optisystem.
Cuối cùng, chúng em xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy giáo

Nguyễn Hoàng Hải, đã hướng dẫn tận tình, giúp đỡ nhóm chúng em trong thời gian
qua để chúng em có thể hoàn thành được đề tài này.

2
Nhóm 4


Báo cáo bài tập lớn môn học Thông Tin Quang

I.

HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM

1. Giới thiệu chung

Ghép kênh theo bước sóng WDM (Wavelength Devision Multiplexing) là công nghệ
“trong môt 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 môt 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.
Các dải băng tần hoạt đông trong WDM
O-band (Original band):Dải băng tần từ 1260 nm ÷ 1360 nm.
E-band (Extended band): Dải băng tần từ 1360 nm ÷ 1460 nm.
S-band (Short wavelength band)Dải băng tần từ 1460 nm ÷ 1530 nm.
C-band (Conventional band):Dải băng tần từ 1530 nm ÷ 1565 nm
L-band (Long wavelength band):Dải băng tần từ 1565 nm ÷ 1625 nm
U-band (Ultra-long wavelength band):Dải băng tần từ 1625 nm ÷ 1675 nm
2. Sơ đồ khối tổng quát và chức năng các khối
a. Sơ đồ khối tổng quát

Hình 1: Sơ đồ chức năng hệ thống WDM
b. Chức năng các khối
 Phát tín hiệu:

Trong hệ thống WDM, nguồn phát quang được dùng là laser. Hiện tại đã có môt số loại
nguồn phát như: Laser điều chỉnh được bước sóng (Tunable Laser), Laser đa bước
3
Nhóm 4


Báo cáo bài tập lớn môn học Thông Tin Quang

sóng (Multiwavelength Laser)... Yêu cầu đối với nguồn phát laser là phải có đô rông
phổ hẹp, bước sóng phát ra ổn định, mức công suất phát đỉnh, bước sóng trung tâm, đô
rông phổ, đô rông chirp phải nằm trong giới hạn cho phép.
 Ghép/tách tín hiệu:
Ghép tín hiệu WDM là sự kết hợp môt số nguồn sáng khác nhau thành môt
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 bô tách. Hiện tại đã có các bô tách/ghép tín hiệu WDM như: bô lọc màng
mỏng điện môi, cách tử Bragg sợi, cách tử nhiễu xạ, linh kiện quang tổ hợp AWG, bô
lọc Fabry-Perot... Khi xét đến các bô tách/ghép WDM, ta phải xét các tham số như:
khoảng cách giữa các kênh, đô rông 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 thuôc 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 bô khuếch đại quang sợi EDFA
(Erbium-Doped Fiber Amplifier).Tuy nhiên bô khuếch đại Raman hiện nay cũng đã
được sử dụng trên thực tế.Có ba chế đô khuếch đại là khuếch đại công suất, khuếch đại
đường và tiền khuếch đại. Khi dùng bô khuếch đại EDFA cho hệ thống WDM phải
đảm bảo các yêu cầu sau:
- Ðô 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 chỉnh lại các hệ
số khuếch đại nhằm đảm bảo đặc tuyến khuếch đại là bằng phẳng đối với tất cả các
kênh.
4
Nhóm 4


Báo cáo bài tập lớn môn học Thông Tin Quang
 Thu tín hiệu:

Thu tín hiệu trong các hệ thống WDM cũng sử dụng các bô tách sóng quang
như trong hệ thống thông tin quang thông thường: PIN, APD
3. Các thành phần cơ bản của hệ thống WDM
a. Bộ phát

Phần phát quan trọng nhất là laser diode.Yêu cầu nguồn quang trong hệ thống WDM là
phải có đô rông phổ hẹp, ổn định tần số.Tuy nhiên laser diode có khoang công hưởng
Fabry Perot có nhiều ưu điểm hẳn so với LED nhưng chưa thật sự là các nguồn đơn
mode. Vẫn còn các mode khác ngoài mode cơ bản trong nguồn này. Trong hệ thống

WDM nhất là hệ thống ghép bước sóng có mật đô cao DWDM cần có những laser đơn
mode tạo ra môt mode dọc chính, còn lại các mode bên cần được loại bỏ. Laser đơn
mode có nhiều loại, điển hình là laser hồi tiếp phân tán (DFB )và laser phản xạ Bragg
phân tán (DBR)
b. Bộ thu

Bô thu quang của hệ thống WDM cũng tương tự như bô thu quang ở hệ thống đơn
kênh. Chúng thực chất là các photodiode (PD), thực hiện chức năng cơ bản là biến đổi
tín hiệu quang thu được thành tín hiệu điện. Bô thu quang phải đảm bảo yêu cầu về tốc
đô lớn, đô nhạy thu cao và bước sóng hoạt đông thích hợp. Hai loại photodiode được
sử dụng rông rãi trong bô thu quang là photodiode PIN và photodiode thác APD.

5
Nhóm 4


Báo cáo bài tập lớn môn học Thông Tin Quang

c. Sợi quang

Các mạng quang đều sử dụng môi trường truyền dẫn là các sợi quang.Sợi quang
có đặc tính là suy hao và tán sắc thấp và là môi trường phi dẫn. Sợi quang đơn mode
chuẩn cũng như sợi dịch tán sắc, hoặc sợi tán sắc phẳng đã được ITU-T chuẩn hoá.
d. Trạm lặp

Trạm lặp là bô chuyển đổi tần số quang điện cơ bản bao gồm môt bô thu quang và
bô phát quang. Bô thu quang chuyển đổi tín hiệu quang đầu vào thành tín hiệu điện và
được khuếch đại, sửa dạng xung, định thời lại. Tín hiệu này sau đó được chuyển thành
tín hiệu quang nhờ laser phát.
e. Bù tán sắc

Bên cạnh suy hao của sợi là môt hiệu ứng tán sắc mà giới hạn chính của khoảng
cách các trạm lặp trong tuyến thông tin quang.Trễ nhóm là môt hiệu ứng chính gây ra
bởi tán sắc. Trong truyền dẫn quang hiệu ứng tán sắc tăng tuyến tính với đô dài và đô
rông phổ nguồn quang và là nguyên nhân làm méo xung và nhiễu giữa các kí tự.
f.

Khuếch đại quang OA (EDFA)
Khuếch đại quang sợi pha Erbium là chìa khoá xây dựng nên hệ thống WDM. Hệ

thống này có đặc tính: tính tăng ích cao, băng tần rông, tạp âm thấp. Đặc tính tăng ích
không có quan hệ với phân cực, trong suốt với tốc đô số và khuôn dạng. Đây là các đặc
tính rất có lợi trong thông tin quang nói chung và WDM nói riêng. Tăng ích được tính
toán như là tỷ số công suất ra trên công suất vào bô khuếch đại. Giá trị này xác định
trực tiếp suy hao tối đa cho phép giữa hai bô EDFA liên tiếp.Nó phụ thuôc vào số kênh
và đô dài của tuyến.Trong các tuyến thực tế giá trị này biến đổi từ dưới 20 dB đến
30dB.Công suất đầu ra của bô khuếch đại khi đầu vào công suất cao. Hiện nay đã được
thương mại hóa các bô khuếch đại EDFA với dải đầu vào từ 13 – 17 dB cho đầu ra
công suất tới 30 dBm.

6
Nhóm 4


Báo cáo bài tập lớn môn học Thông Tin Quang
g. Bộ lọc quang

Trong kỹ thuật WDM có nhiều loại bô lọc quang được sử dụng, nhưng phổ biến
nhất là bô lọc màng mỏng điện môi (TFF). TFF làm việc theo nguyên tắc phản xạ tín
hiệu ở môt dải phổ nào đó và cho phần dải phổ còn lại đi qua. Bô lọc này thuôc loại bô

lọc bước sóng cố định. Cấu trúc của nó gồm môt khoang công hưởng bằng điện môi
trong suốt, hai đầu khoang có các gương phản xạ được chiết suất thấp (MgF2 có n =
1,35 hoặc SiO2 có n = 1,46) xen kẽ nhau. Mỗi lớp có bề dày ne = λ0/4 (đối với bô lọc
bậc 0) hoặc ne = 3λ0/4 (đối với bô lọc bậc 1), với λ0 là bước sóng trung tâm.
h. Bộ xen rẽ quang OADM

Thiết bị ODAM thực hiện chức năng thêm vào và tách ra môt kênh tín hiệu từ tín
hiệu WDM mà không gây ra nhiễu với những kênh khác trong sợi.
i.

Bộ nối chéo quang OXC
OXC có hai chức năng chính :
•

Chức năng nối chéo của kênh quang

•

Chức năng ghép tách đường tại chỗ

Chuyển mạch không gian
Các ma trận chuyển mạch không gian được sử dụng trong các thiết bị OADM và
j.

OXC. Các thiết bị này dựa vào hoạt đông cơ học bao gồm motor, điện tử tĩnh hoặc áp
điện làm lệch các vi gương cho chuyển mạch các tín hiệu quang. Do yêu cầu chuyển
đông cơ học của phần tử chuyển mạch thời gian đạt được dải khá rông từ 30ms đến
500ms. Thiết bị dẫn sóng tạo tác dụng của nhiệt năng hoặc hiệu ứng quang- điện là có
thời gian chuyển mạch tương đối nhanh, bảng 1.1 bao gồm các đặc tính của các ma
trận chuyển mạch khác nhau.

4. Đặc điểm của hệ thống WDM

Thực tế nghiên cứu và triển khai WDM đã rút ra được những ưu nhược điểm của công
nghệ WDM như sau:

7
Nhóm 4


Báo cáo bài tập lớn môn học Thông Tin Quang

 Ưu điểm:
- Tăng băng thông truyền trên sợi quang số lần tương ứng số bước sóng được
-

ghép vào để truyền trên môt sợi quang
Tính trong suốt: Do công nghệ WDM thuôc kiến trúc lớp mạng vật lý nên nó có
thể hỗ trợ các định dạng số liệu và thoại như: ATM, Gigabit Ethernet, ESCON,

-

chuyển mạch kênh, IP …
Khả năng mở rông : những tiến bô trong công nghệ WDM hứa hẹn tăng băng
thông truyền trên sơi quang lên đến hàng Tbps, đáp ứng nhu cầu mở rông mạng

-

ở nhiều cấp đô khác nhau
Hiện tại chỉ có duy nhất công nghệ WDM là cho phép xây dựng mô hình mạng
truyền tải quang OTN (Optical Transport Network) giúp truyền tải trong suốt

nhiều loại hình dịch vụ, quản lý mạng hiệu quả, định tuyến linh đông …
 Nhược điểm:
- Dung lượng hệ thống còn nhỏ, chưa khai thác triệt để băng tần rông lớn của sợi
-

quang (chỉ mới tận dụng được băng C và băng L).
Chi phí cho khai thác, bảo dưỡng tăng do có nhiều hệ thống cùng hoạt đông

8
Nhóm 4


Báo cáo bài tập lớn môn học Thông Tin Quang

II.
BỘ KHUẾCH ĐẠI QUANG SỢI PHA TRỘN ERBIUM (EDFA)
1. Cấu trúc EDFA

Hình 2 : Cấu trúc tổng quát bô khuếch đại EDFA
Cấu trúc của môt bô khuếch đại quang sợi pha trôn Erbium EDFA (Erbium-Doped
Fiber Amplifier) được minh họa trên hình 2. Trong đó 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.
Laser bơm (pumping laser): cung cấp năng lượng ánh sáng để tạo ra trạng

tháinghịch đảo nồng đô trong vùng tích cực. Laser bơm phát ra ánh sáng có

-

bước sóng980nm hoặc 1480nm
WDM Coupler: Ghép tín hiệu quang cần khuếch đại và ánh sáng từ laser bơm
vàotrong sợi quang. Loại coupler được sử dụng là WDM coupler cho phép ghép

-

các tín hiệu có bước sóng 980/1550nm hoặc 1480/1550nm.
Bô cách ly quang (Optical isolator): ngăn không cho tín hiệu quang được
khuếch đại phản xạ ngược về phía đầu phát hoặc các tín hiệu quang trên đường
truyền phản xạ ngược về EDFA.

2. Nguyên lý hoạt động

9
Nhóm 4


Báo cáo bài tập lớn môn học Thông Tin Quang

Nguyên lý khuếch đại của EDFA được dựa trên hiện tượng phát xạ kích thích.Quá
trình khuếch đại tín hiệu quang trong EDFA có thể được thực hiện theo các bước như
hình dưới đây.

Hình 3.Quá trình khuếch đại tín hiệu xảy ra EDFA
với hai bước sóng bơm 980 nm và 1480 nm
- Khi sử dụng nguồn bơm laser 980nm, các ion Er3+ ở vùng nền sẽ hấp thụ năng lượng

tử từ các photon (có năng lượng E photon = 1.27eV) và chuyển sang trạng thái năng
lượng cao hơn ở vùng bơm (pumping band) (1)
-

Tại vùng bơm các Er3+ phân rã không bức xạ rất nhanh (khoảng 1micro s) và
chuyển xuống vùng giả bền (2)

-

Khi sử dụng nguồn bơm laser 1480 nm, các ion Er 3+ ở vùng nền sẽ hấp thụ năng
lượng từ các photon (có năng lượng E photon = 0.841 eV) và chuyển sang trạng thái
năng lượng cao hơn ở đỉnh của vùng giả bền (3)

-

Các ion Er trong vùng giả bền luôn có khuynh hướng chuyển xuống vùng năng
lượng thấp (vùng có mật đô điện tử cao) (4)
10

Nhóm 4


Báo cáo bài tập lớn môn học Thông Tin Quang
-

Sau khoảng thời gian sống (khoảng 10ms), nếu không được kích thích bởi các
photon có năng lượng thích hợp (phát xạ kích thích) các ion Er 3+ sẽ chuyển sang
trạng thái năng lượng thấp hơn ở vùng nền và phát xạ ra photon (phát xạ tự phát)(5)

Khi cho tín hiệu ánh sáng đi vào EDFA, sẽ xảy ra đồng thời hai hiện tượng sau:
-

Các photon tín hiệu bị hấp thụ bởi các ion Er ở vùng nền (6). Tín hiệu ánh sáng bị
suy hao

-

Các photon tín hiệu kích thích các ion Er3+ ở vùng giả bền (7). Hiện tượng phát xạ
kích thích xảy ra. Khi đó, các ion Er 3+ bị kích thích sẽ chuyển sang trạng thái năng
lượng từ mức năng lượng cao ở vùng giả bền xuống mức năng lượng thấp ở vùng
nền và phát xạ photon mới có cùng hướng truyền, cùng phân cực, cùng pha và cùng
bước sóng. Tín hiệu ánh sáng được khuếch đại.
Đô rông giữa vùng giả bền và vùng nền cho phép sự phát xạ kích thích xảy ra trong

khoảng bước sóng 1530 nm – 1565nm.Đây cũng là vùng bước sóng hoạt đông
củaEDFA. Đô lợi khuếch đại giảm nhanh chóng tại các bước sóng lớn hơn 1565 nm và
bằng 0 dB tại bước sóng 1616 nm.

III.
PHẦN MỀM OPTISYSTEM
1. Giới thiệu chung

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 rông 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
môt 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
11
Nhóm 4


Báo cáo bài tập lớn môn học Thông Tin Quang

lớp truyền dẫn của môt quang phổ rông của các mạng quang học.Nó cung cấp lớp
truyền dẫn,thiết kế và quy hoạch hệ thống thông tin quang từ các thành phần tới mức
hệ thống.Hôi 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 đông góp phần vào
OptiSystem đẩy nhanh tiến đô sản phẩm ra thị trường và rút ngắn thời gian hoàn vốn.

2. Ứng dụng

Optisystem được ạo 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 môt loạt các người dùng khác,
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 bô phát, kênh, bô khuếch đại, và bô thu thiết kế bản đồ phân tán
- Đánh giá BER và penalty của hệ thông với các mô hình bô 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. "

3. Đặc điểm

OptiSytem có môt thư viện khổng lồ 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

12
Nhóm 4


Báo cáo bài tập lớn môn học Thông Tin Quang

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 môt công cụ của bên thứ ba chẳng hạn như
MATLAB hoặc SPICE.
Cụ thế bao gồm:
- Thư viện nguồn quang
- Thư viện các bô thu quang
- Thư viện sợi quang
- Thư viện các bô khuếch đại (quang, điện)
- Thư viện các bô MUX, DEMUX
- Thư viên các bô lọc (quang, điện)
- Thư viện các phần tử FSO
- Thư viện các phần tử truy nhập
- Thư viện các phần tử thụ đông (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.

IV.
1.
I.1.

MÔ PHỎNG HỆ THỐNG WDM BẰNG OPTISYSTEM
ĐỀ BÀI : Đề tài 3
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 đô bit:
2.5 Gbit/s
Cự ly truyền dẫn:
600Km
Số lượng kênh bước sóng: 8 kênh

Một số gợi ý khi thiết kế :
•
•

Loại sợi:
Nguồn phát:

Sợi quang dịch tán sắc khác không (G.655)

- Loại nguồn: Laser.
- Phương thức điều chế : điều chế ngoài

•

Bô thu:

Sử dụng PIN kết hợp với bô lọc thông thấp Bessel

13
Nhóm 4


Báo cáo bài tập lớn môn học Thông Tin Quang
I.2.

a.

Yêu cầu

Sử dụng phần mềm Optisystem xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống thông tin

quangWDM theo phương án đã thiết kế.
Lưu ý: các tham số toàn cục (global parameters để mô phỏng) được thiết lập như sau:
Tốc đô bit:
Chiều dài chuỗi:
Số mẫu trong 1 bit:

2.5 Gbit/s
128 bits

64

b.Đưa các thiết bị đo vào mô hình mô phỏng. Các thiết bị đo trên tuyến được đặt tại
các vịtrí phù hợp để xác định được chất lượng và dạng tín hiệu tại các điểm cần thiết
trên tuyến. Các thiếtbị 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 = .
Báo cáo kết quả mô phỏng :
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 đẩu.
o Thay đổi các tham số để đạt được BER = .
Nhận xét, phân tích kết quả mô phỏng.
I.3.
•
•
•

•

2. THIẾT KẾ TUYẾN WDM
2.1.

Thiết kế bộ phát
• Khối điều chế ngoàiTa thiết kế mỗi môt kênh bao gồm các phần tử sau :

- Nguồn phát quang lazer CW lazer :
Default > Transmitters Library > Optical Sources>CW laser
- Bô phát xung NRZ pulse genarator :
Default > Transmitters >Pulse Generator > Electrical > NRZ Pulse Generator
- Bô phát bít điện pseudom-Radom Bit sequence Genarator :
Default > Transmitters Library > Bit Sequence Generators>Pseudo-Random Bit
Sequence Generator
14
Nhóm 4


Báo cáo bài tập lớn môn học Thông Tin Quang

- Bô điều chế Mach-zehnderModulator :
Default > Transmitters > Optical Modulators>Mach-Zehnder Modulator
Ghép nối các phần tử này theo sơ đồ hình 1 sau ta được bô chế ngoài :
Ở đây ta chỉ quan tâm đến các tham số sau của CW laser
Ví dụ : như hình 2
- Tần số (Frequency) 193.1 Hz
- Công suất (Power) : -5 dBm
- Đô rông phổ (Linewidth) : 10Mhz
- Pha ban đầu (Intial phase) : 0

Hình 2: Khối điều chế ngoài

Hình 3 : Các tham số của CW Laser
•

Bộ MUX :Với yêu cầu đề bài ghép 8 kênh, ta phải sử dụng bô MUX 8 – 1 :

Default > WDM Multiplexers Library >Multiplexers > WDM Mux 8 – 1

15
Nhóm 4


Báo cáo bài tập lớn môn học Thông Tin Quang

Với 8 kênh ta chọn khoảng cách giữa các kênh là 100GHz, bắt đầu từ 193.1 THz ->
193.8 THz.
2.2.
Thiết kế bộthu
• Bộ DEMUX : Ta sử dụng bô DEMUX 8 – 1 để tách 8 kênh

Default > WDM Multiplexers Library >Multiplexers > WDM Mux 8 – 1
•
•

Bô tách kênh Demux 1x4
PIN kết hợp bô lọc thông thấp Bessel

Ngoài ra để quan sát chất lượng tín hiệu đầu thu c.n có thiết bị đo Ber, genarator 3R
được đặt ở vị trí thích hợp. Như hình 3.

Hình 4: Bô thu quang
2.3. Thiết kế tuyến truyền dẫn
* Sợi G655

16
Nhóm 4


Báo cáo bài tập lớn môn học Thông Tin Quang

Do môi trường truyền dẫn sử dụng sợi quang G655 ( sợi quang dịch tán sắc khác
không)như vậy cần phải thiết kế sợi quang G655 với các thông số đặc trưng.
Truy nhập thư viện :Defaults > optical fibers library > optical fibers. Kích đúp vào
sợicáp và thay đổi các thông số của sợi.
Khi kích đúp vào sợi quang thì xuất hiện bảng:
Mục Main
-Label : cho phép ta thay đổi tên của sợi quang (Đặt là NZ – DSF G655).
-Length : cho phép thay đổi chiều dài của sợi quang (L = 50 km)
-Attenuation: cho phép thay đổi suy hao sợi quang : với sợi này tại cửa sổ 1550 có
suy hao là 0.2dB/km.
Mục Disp cho thay đổi giá trị của tán sắc và đô dốc tán sắc .
- Dispersion: Nhập giá trị 6 ps/nm/km
- Dispersion Slope: Nhập giá trị đô dốc tán sắc chọn giá trị 0.09 ps/nm2/km.
Mục PMD
- Hệ số tán sắc mode phân cực có giá trị lớn nhất là 0.1ps/km1/2
* Sợi bù tán sắc:
Do sợi G655 có đô tán sắc nhỏ nên việc giảm tán sắc được thực hiện bằng sợi bù
tánsắc DCF.Theo tính toán tính chất của sợi bù tán sắc ta thấy cứ 1km sợi DCF có thể
bù tán sắccho 5km sợi SMF.
- Vậy với sợi có L = 50km suy ra chọn sợi DCF có chiều dài là 50/5 =10km.
- Đô tán sắc của sợi bù tán sắc là : D2 = - D1 = - 6 = -30 ps/nm/km
Các thông số còn lại giữ nguyên giống sợi G655
* Sử dụng bộ tạo lặp Loop Control
Do khoảng cách đường truyền lớn để thuận tiện cho việc mô phỏng chúng ta sử

dụng bô Sloop đóng vai trò như môt bô nhân các vòng lặp.
Truy nhập thư viện :Default > Tool Library > Loop Control.
Với cự ly truyền dẫn là 600 km, mỗi sợi G655 là 50km như vậy ta cần phải lặp lại là:
600/50 = 12 (lần)

17
Nhóm 4


Báo cáo bài tập lớn môn học Thông Tin Quang

Hình5 :

Hình6 : Khối truyền dẫn
* Khuếch đại tín hiệu (EDFA):
Vào thư viện: Defaults-> Amplifiers otipcal-> EDFA ->Optical Amplifier
Đô lợi (Hệ số khuếch đại) của EDFA phải bù được suy hao trên sợi quang
EDFA thứ nhất có đô lợi là Gain = 50[km] . 0.2 [dB/km] = 10 [dB]
EDFA thứ nhất có đô lợi là Gain = 10[km] . 0.2 [dB/km] = 2 [dB]

18
Nhóm 4


Báo cáo bài tập lớn môn học Thông Tin Quang

(Lưu ý : Chúng ta cũng có thể gôp chung 2 bô EDFA trên thành 1 bô EDFA có Gain =
12 dB).
Hình 5 là sơ đồ khối truyền dẫn
2.4

Mô hình mô phỏng toàn hệ thống :

Hình 7 : Sơ đồ khối toàn hệ thống
* Thiết lập các tham số toàn cục :
Các tham số toàn cục bao gồm có:
• Tốc đô bít ( bít rate)= 2.5 Gbit/s
• Chiều dài chuỗi bít (Bít Sequence length)= 128 bít.
• Số lượng mẫu trên mỗi bít ( Number of samples per bit)= 64.
Các thông số toàn cục này sẽ ảnh hưởng tới tất cả các thành phần trong thiết kế có sử
dụng. Các tham số trên được sử dụng để tính toán :
• Cửa sổ thời gian (Time Window)= chiều dài chuỗi bít × 1/ tốc đô bít= -> cửa sổ thời
gian = 128×1/ 2500000000= 5.12×(s).
19
Nhóm 4


Báo cáo bài tập lớn môn học Thông Tin Quang

• Số lượng mẫu (Number of samples)= chiều dài chuỗi bít* số mẫu trên môt bít
Số lượng mẫu = 128×64=8192.
• Tốc đô lấy mẫu (sample rate)= số lượng mẫu / cửa sổ thời gian.
Tốc đô lấy mẫu = 8192/ 5.12×=160000000000(Hz).
Để thay đổi tham số toàn cục, ta kích đúp vào màn hình Layout và thiết lập thông số
như hình 7

Hình 8

3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
3.1.

Theo phương án thiết kế ban đầu

20
Nhóm 4


Báo cáo bài tập lớn môn học Thông Tin Quang

Bảng 1:
Kênh
1
2
3
4
5
6
7
8

Tần số
(THz)
193.1
193.2
193.3
193.4
193.5
193.6
193.7
193.8

Công suất phát
(dBm)
-4
-4
-4
-4
-4
-4
-4
-4

Công suất thu
(dBm)
- 19.228
- 19.263
- 19.272
- 19.234
- 19.113
- 19.156
- 19.207
- 19.273

BER

1 số hình ảnh kết quả trên các thiết bị đo :
 Kết quả tại máy phân tích quang phổ tại đầu ra bô MUX

Hình 9
 Kết quả tại máy phân tích WDM tại đầu ra bô MUX

21
Nhóm 4


Báo cáo bài tập lớn môn học Thông Tin Quang

Hình 10
 Kết quả tại máy phân tích phổ tại kênh 1 ở bô thu:

Hình 11
 Công suất thu ở kênh 1:

22
Nhóm 4


Báo cáo bài tập lớn môn học Thông Tin Quang

Hình 12
 Tỉ lệ lỗi bit BER ở kênh 1:

Hình 13
Các kết quả ở các kênh còn lại như trong bảng 1:
3.2.

Theo phương án đã thay đổi

Để đạt được BER = . Ta thực hiện tăng công suất phát của nguồn ở các kênh lên
Sau đây là kết quả sau khi đã tăng công suất phát lên:
Bảng 2

Kênh

Tần số

Công suất phát

Công suất thu

BER
23

Nhóm 4


Báo cáo bài tập lớn môn học Thông Tin Quang

1
2
3
4
5
6
7
8

(THz)
193.1
193.2
193.3
193.4

193.5
193.6
193.7
193.8

(dBm)
- 3,4
- 3.2
- 3.15
- 3.15
- 3.25
- 3.2
- 3.5
- 3.4

(dBm)
- 18.602
- 18.499
- 18.420
- 18.434
- 18.379
- 18.351
- 18.727
- 19.664

 Tỉ lệ lỗi bit BER ở kênh 1:

Hình 14

 Công suất thu ở kênh 1:

24
Nhóm 4


Báo cáo bài tập lớn môn học Thông Tin Quang

Hình 15
Tương tự cho các kênh còn lại ta được kết quả như bảng 2
* Nhận xét : Muốn giảm tỉ lệ lỗi bít BER xuống thì ta tăng công suất của nguồn phát
lên.

25
Nhóm 4