Ghép kênh theo bước sóng WDM (Wavelength Devision Multiplexing)

MỤC LỤC

1


NỘI DUNG
CHƯƠNG I. HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
1.1. Khái niệm
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 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 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

2


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 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.

Hình 1.1: Sơ đồ chức năng hệ thống WDM

3


1.3 Phân loại hệ thống WDM

Hình 1.2: 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 thông tin giữa 2 điểm.
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
4


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

Hình 1.3 : 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).

5


- 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 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 t lệ lỗi
bít (BER) cho phép.
Bộ thu quang trong hệ thống WDM

Hình 1.4 : Sơ đồ khối bên thu
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:

6


- 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.

Hình 1.5 : 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)
 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 (≤ 18ps/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.

7


- 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 dispersion-shifted).

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)
 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

8


1.6 Bộ khuếch đại quang EDFA
1.6.1 Các cấu trúc EDFA

Hình 1.6: 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). 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.

Hình 1.7: Mặt cắt ngang của một loại sợi quang pha ion Erbium
Trong đó, vùng lõi trung tâm (có đường kính từ 3 -6 μm) của EDF được pha
trộn ionEr3+ 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

9


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
dùngđể loại bỏ bất kỳ ánh sáng không mong muốn nào lan truyền trong sợi quang.
Nếukhông kể đến chất pha erbium, cấu trúc EDF giống như sợi đơn mode chuẩn
trongviễn 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 vàthay thế.
- Công suất nguồn nuôi nhỏ: thuận lợi khi áp dụng cho các tuyến thông tin
quang vượtbiển.
- 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.
1.7. Các tham số cơ bản của gép kênh quang theo bước sóng
1.7.1 Suy hao xen
Được xác định là lượng công suất tổn hao trong tuyến truyền dẫn quang do các
điểm ghép nối các thiết bị WDM với sợi và suy hao do bản thân các thiết bị ghép gây
ra. Vì vậy, trong thực tế thiết kế phải tính cho vài dB ở mỗi đầu. Suy hao xen được

biểu diễn qua công thức sau (xét bộ MUX-DEMUX).

1
0


Trong đó Li là suy hao tại bước sóng λi khi thiết bị được ghép xen vào tuyến
truyền dẫn. Các tham số này được các nhà chế tạo cho biết đối với từng kênh quang
của thiết bị.
- Ii(λi), Oi(λi) tương ứng là tín hiệu có bước sóng λ i đi vào và đi ra cửa thứ i của
bộ ghép.
- Ii(λi), Oi(λi) tương ứng là tín hiệu có bước sóng λ i đi vào và đi ra cửa thứ i của
bộ tách.
1.7.2. Xuyên kênh
Xuyên kênh là sự có mặt của một kênh này trong kênh kế cận làm tăng nền
nhiễu và giảm t số tín hiệu nhiễu của kênh đang xét.
Trong hệ thống ghép kênh quang, xuyên kênh xuất hiện do:
- Các viền phổ của một kênh đi vào băng thông của bộ tách kênh và bộ lọc của
kênh khác. Khi sóng mang quang được điều chế bởi một tín hiệu, sự điều chế công suất
trong các viền phổ của nó như là điều chế công suất trong băng bởi kênh kế cận.
- Xuất phát từ những giá trị hữu hạn thực tế về độ chọn lọc và độ cách ly của
các bộ lọc.
- Tính phi tuyến trong sợi quang ở mức công suất cao trong các hệ thống đơn
mode. Cơ chế của nó là tán xạ Raman, là hiệu ứng tán xạ kích thích phi tuyến làm cho
công suất
quang ở một bước sóng tác động đến tán xạ và công suất quang, trong các bước sóng
khác cũng như vậy.
Trong một bộ tách kênh sẽ không có sự dò công suất tín hiệu từ kênh thứ i có
bước sóng λi sang kênh khác có bước sóng khác với bước sóng λ i. Nhưng trong thực tế
luôn tồn tại một mức xuyên kênh nào đó, làm giảm chất lượng truyền dẫn của một thiết

1
1


bị. Khả năng để tách các kênh khác nhau được diễn giải bằng suy hao xuyên kênh và
được tính bằng dB như sau:

Trong bộ giải ghép thì Ui(λk) là lượng tín hiệu không mong muốn ở bước sóng
λk bị dò ở cửa ra thứ i mà đúng ra chỉ có tín hiệu ở bước sóng λi.

Hình 1.8: Xuyên kênh ở bộ giải ghép
Trong các thiết bị tách hỗn hợp có 2 loại xuyên âm kênh là xuyên âm đầu gần và
xuyên âm đầu xa.

Hình 1.9: Xuyên kênh ở bộ ghép hỗn
- Xuyên kênh đầu gần là do các kênh khác ở đầu vào sinh ra, nó được ghép ở
bên trong thiết bị như Ui(λj).
- Xuyên kênh đầu xa là do các kênh khác được ghép đi vào đường truyền gây ra,
ví dụ Ii(λk) sinh ra Ui(λj).
1.7.3. Độ rộng kênh
Một vấn đề quan trọng đối với hệ thống WDM là có thể sử dụng bao nhiêu bước
và việc phân chia bước sóng như thế nào.

1
2


Hiện nay trong hệ thống viễn thông dùng sợi quang thường sủ dụng bước sóng
1550nm và các bộ khuếch đại EDFA. Băng thông cực đại của bộ khuếch đại sợi pha

tạp EDFA khoản 30nm. Nếu ta muốn xếp khoảng 16 kênh trong dải bước sóng này thì
độ rộng giữa các kênh là 30nm/16 kênh hay 1,875nm. Độ rộng kênh là tiêu chuẩn trong
miền tần số hơn là bước sóng.
Mối quan hệ giữa tần số và bước sóng:

Trong đó: c là vận tốc ánh sáng 3.108 m/s.
λ là bước sóng hoạt động.
Vì vậy 1,875nm là tương đương với độ rộng của các kênh có tần số xấp xỉ
250GHz. Vậy độ rộng kênh là dải bước sóng mà nó định ra cho từng nguồn phát
quang. Dải bước sóng C của các bộ khuếch đại EDFA là 1530-1550nm. Nếu nguồn
phát thứ nhất phát xạ tại 1530, thì nguồn phát thứ hai phải phát xạ tại 1531,875nm và
các nguồn phát khác tương tự. Nếu nguồn phát quang là các diode laser thì độ rộng
kênh yêu cầu khoảng vài chục nm. Đối với nguồn phát quang là diode LED yêu cầu độ
rộng kênh phải lớn hơn từ 10 đến 20 lần LD vì độ rộng phổ của loại nguồn này rộng
hơn.
1.7.4. Ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến
Trong hệ thông thông tin quang, các hiệu ứng phi tuyến sẽ xảy ra khi công suất
tín hiệu trong sợi quang vượt quá một giới hạn của hệ thống WDM thì mức công suất
này thấp hơn nhiều so với các hệ thống đơn kênh.
Các hiệu ứng phi tuyến ảnh hưởng đến chất lượng của hệ thống WDM có thể
chia thành hai loại là hiệu ứng tán xạ và hiệu ứng Kerr (khúc xạ).
a. Hiệu ứng tán xạ:

1
3


Bao gồm các hiệu ứng SBS và SRS:
- Hiệu ứng SRS (Stimulated Raman Scrattering) là hiện tượng chiếu ánh sáng
vào sợi quang sẽ gây ra dao động phân tử trong vật liệu của sợi quang, nó điều chế tín

hiệu quang đưa vào dẫn đến bước sóng ngắn trong hệ thống WDM suy giảm tín hiệu
quá lớn, hạn chế số kênh của hệ thống.
- Hiệu ứng SBS (Stimulated Brillouin Scrattering) cúng có hiện tượng như SRS
nhưng gây ra dịch tần và dải tần tăng ích rất nhỏ và chỉ xuất hiện ở hướng sau chiều tán
xạ. Ảnh hưởng càn lớn thì ngưỡng công suất càng thấp.
b. Hiệu ứng Kerr:
Gồm các hiệu ứng SPM, XPM, FWM:
- Hiệu ứng SPM (Self Phase Modulation) là hiện tượng khi cường độ quang đưa
vào thay đổi, hiệu suất khúc xạ của sợi quang cũng thay đổi theo gây ra sự biến pha của
sóng quang. Khi kết hợp với tán sắc của sợi quang sẽ dẫn đến phổ tần dãn rộng và tích
lũy theo sự tăng lên của chiều dài. Sự biến đổi công suất quang càng nhanh thì biến đổi
tần số quang càng lớn.
- Hiệu ứng XPM (Cross Phase Modulation), có nghĩa là trong hệ thống nhiều
bước sóng vì hiệu suất khúc xạ biến đổi theo cường độ đầu vào dẫn đến pha của tín
hiệu bị điều chế bởi công suất của kênh khác.
- Hiệu ứng FWM (Four Wave Mixing) xuất hiện khi có nhiều tín hiệu quang
truyền dẫn hồn hợp trên sợi quang làm xuất hiện bước sóng mới gây nên xuyên nhiễu
làm hạn chế số bước sóng được sử dụng. Việc nảy sinh các hiệu ứng phi tuyến sẽ gây
các hiện tượng xuyên âm giữa các kênh, suy giảm mức công suất tín hiệu của từng
kênh dẫn đến suy giảm t số S/N, ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống.

1
4


CHƯƠNG II. THỰC HIỆN MÔ PHỎNG TUYẾN THÔNG TIN QUANG WDM
BẰNG OPTISYSTEM
2.1. Tổng quan về phần mêm 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
- 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
1
5


- 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 qũy 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. "
Nhóm đã chọn phần mềm Optisystem 7.0 thể thực hiện bài tập lớn này.
2.2. 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: 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)
1
6


- 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.
Lưu ý: các tham số toàn cục (global parameters để mô phỏng) được thiết lập như sau
- Tốc độ bit: 2.5 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 .
1
7


2.3. Mô hình mô phỏng và thiết kế
2.3.1. Tuyến phát quang
Mỗi kênh quang bao gồm nguồn phát quang lazer CW lazer, bộ phát xung RZ
pulse genarator, bộ phát bit điện pseudom-Radom Bit sequence Genarator, bộ điều chế
Mach-zehnder.
Tuyến phát quang gồm 4 kênh quang được tích hợp thông quang bộ ghép kênh
quang MUX.
Thiết lập tham số toàn cục
Tốc độ bít: 2.5 GBps
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

Hình 2.1: Thiết lập thông số toàn cục

1
8


Nguồn phát: Sử dụng nguồn CW Laser ( continous Wave Laser ) : nhằm giảm
ảnh hưởng của tán sắc sợi. Một bộ phát gồm CW, bộ tạo xung RZ, bộ tạo chuỗi bit và
bộ điều chế ngoài.

Hình 2.2: Bộ phát quang
Đầu vào bộ WDM Mux 8x1 gồm 8 bộ phát như trên với tần số cách nhau 100GHz.

Hình 2.3: Bộ ghép 8 kênh quang theo bước sóng
1
9


2.3.2. Tuyến truyền dẫn

Hình 2.4: Tuyến truyền dẫn quang
Sợi quang sử dụng G.652 có các tham số: tại cửa sổ truyền 1550nm thì chọn giá trị
mô phỏng như sau:
- Suy hao sợi: 0.2dB
- Độ tán sắc (≤18 ps/nm/km): 16.75 ps/nm/km
- Độ dốc tán sắc (≤0.092ps/nm2/k): 0.075ps/nm2/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 60km, số bộ lặp là: 300km÷60km=5 bộ.
Do sợi quang có suy hao tán sắc nên trong tuyến truyền dẫn sẽ sử dụng bộ bù
tán sắc, ở đây ta chọn phương pháp sợi bù tán sắc DCF.
Thông số của bộ bù tán sắc:
- Giả sử sợi G652 có chiều dài là L1=50km.

2
0


- Độ tán sắc là : D1= 16.75 ps/nm/km.
- Chiều dài sợi bù tán sắc ( DCF) là L2=60km-50km=10km

- Thì độ bù tán sắc D2= -D1×L1/L2.= -50×16.75/10= -83.75 ps/nm/km.
- Độ dốc tán sắc : S2= S1×L1/L2 = -0.075x5 = -0.375ps/nm2/km.
Khuếch đại quang EDFA: Do suy hao sợi quang nên cần sử dụng bộ khuếch đại
EDFA để bù suy hao sợi.
- L1=50km thì suy hao sợi là: 50×0.2=10dB
Độ lợi của bộ khuếch đại EDFA là 10dB (Gain = 10 dB)
- L2=10km thì suy hao sợi là: 10×0.5=5dB
Độ lợi của bộ khuếch đại EDFA là 5dB (Gain = 5dB)
2.3.3. Tuyến thu quang
Một bộ thu quang gồm PIN kết hợp bộ lọc thông thấp Besser, thiết bị đo BER
nối ở đầu ra.

Hình 2.5: Bộ thu quang
Tuyến thu gồm 8 bộ thu nối ở đâu ra bộ WDM DEMUX
2.3.4. Mô hình toàn hệ thống

2
1


Hình 2.6: Mô hình hệ thống
2.4. Kết quả báo cáo
2.4.1. Kết quả theo phương án thiết kế ban đầu
Công suất phát -18dBm, thông số sợi quang, khuếch đại như đã trình bày ở trên.

Hình 2.7: Đo công suất phát
2
2

Hình 2.8: Phổ thu được tại đầu ra bộ WDM MUX 8x1

2
3


Hình 2.9: Phổ thu được tại đầu ra bộ WDM DEMUX tại chân 7, F= 193.7 THz

2
4


Hình 2.10: Kết quả thu được ở bộ độ BER
2.4.2. Thay đổi tham số để đươc BER = 10-12
Ta có thể thay đổi công suất phát hoặc suy hao sợi quang để điều chỉnh BER
theo mong muốn. Ở đây ta thay đổi công suất phát, kết quả ví dụ ở kênh 1.

Hình 2.11: Thay đổi công suất phát kênh 1

2
5