Mô phỏng tuyến thông tin quang sử dụng ghép kênh WDM và kĩ thuật mã hóa kênh NRZ (file đính kèm)

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG
KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
------

BÁO CÁO
CHUYÊN ĐỀ VIỄN THÔNG

Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS Nguyễn Văn Tuấn
Sinh Viên

:

Trần Ngọc Đàn
Trịnh Ngọc Đạt
Huỳnh Phước Đức
Trần Tuấn Dũng
Trần Văn Dũng

Nhóm

:

38A

Lớp

:

08DT1

Đà Nẵng 2012

CHUYÊN ĐỀ VIỄN THÔNG
MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THÔNG
TIN QUANG SỬ DỤNG PHẦN MỀM
OPTI-SYSTEM 7
Đề tài 2: Mô phỏng tuyến thông tin quang sử dụng ghép
kênh WDM và kĩ thuật mã hóa kênh NRZ

Thành viên
Trần Ngọc Đàn
Trịnh Ngọc Đạt
Huỳnh Phước Đức
Trần Tuấn Dũng
Trần Văn Dũng

1.
-

Nhiệm vụ
Mô phỏng 1-2Gbs
Mô phỏng 3-4Gbs
Mô phỏng 5-6Gbs
Mô phỏng 7-8Gbs
Mô phỏng 9-10Gbs + Tổng
hợp + Matlab

Thông số kĩ thuật yêu cầu
Ghép 16 kênh (WDM)
Tốc độ Bit : thay đổi để khảo sát

Cự ly truyền dẫn 120km/loop

Đóng góp
100%
100%
100%
100%
100% (Nhóm trưởng)


-

SMF có độ dài 100km và DCF có độ dài 20km ( với bù tan sắc tương ứng)
Sử dụng 2 bộ EDFA được mắc như hình vẽ

2.

Sơ đồ mô phỏng

Phân tích hệ thống
Máy phát: Sử dụng diode laser phát quang ghép 16 bước sóng ( tương ứng 16 kênh ra)
với tốc độ bit có thể thay đổi để khao sát vùng hoạt động. 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.
Môi trường truyền dẫn : Thiết kế với 3 loop với độ dài mỗi loop là 120km => tuyến
thiết kế là 360km. Sử dụng sợi SMF có độ dài 100km/loop với độ suy hao là
0.25dB/km và độ tán sắc 17ps/nm/km và 1 sợi bù tán sắc DCF có độ dài 20km với độ

-

suy hao là 0.25dB/km và bù tán sắc -85ps/nm/km.
Máy thu : Trước khi vào bộ tách sóng quang thì đi qua bộ giải ghép kênh để tách các
kênh từ đầu phát đến ra từng kênh tương ứng nhờ vào Photodiode PIN để đưa đến bộ

đo tín hiệu BER.Theo thiết kế khảo sát 2 kênh gồm kênh 1 và kênh 8.
3. Mô phỏng
3.1.
BẢNG THỐNG KÊ (đính kèm file excel)
3.2.
Kết quả mô phỏng ứng với từng công suất phát và tốc độ bit


Kết quả tại kênh thu
1Gbs_-4dBm

2Gbs_-4dBm


3Gbs_-2dBm

4Gbs_-2dBm

5Gbs_-1dBm


6Gbs_-2dBm

7Gbs_-1dBm


8Gbs_-1dBm

9Gbs_-1dBm


10Gbs_-1dBm

3.3.

Sử dụng Matlab để vẽ biểu đồ trực quan
3.3.1. Sử dụng GUIDE trong Matlab tạo giao diện chung
- File mophong.m và mophong.figure đính kèm
- Giao diện thiết kế


- Dựa vào giao diện này, có thể thay đổi tốc độ bit và công suất phát để dễ dàng có
-

kết quả.
Các kết quả mô phỏng : đồ thị biểu diễn thay đổi công suất phát theo 1 tốc độ bit
 Tốc độ 1 Gbs

 Tốc độ 2 Gbs


 Tốc độ 3 Gbs

 Tốc độ 4 Gbs


 Tốc độ 5 Gbs

 Tốc độ 6 Gbs


 Tốc độ 7 Gbs

 Tốc độ 8 Gbs


 Tốc độ 9 Gbs

 Tốc độ 10 Gbs


-

Mối quan hệ giữa các thông số thu, tốc độ Bit và công suất phát (graph.m)
 PRx

-15

-16

-17

-18

PRx Gbs
1

PRx(dB)

-19

PRx 2Gbs
PRx 3Gbs
PRx Gbs

-20

4

PRx 5Gbs
PRx Gbs
6

-21

PRx Gbs
7

PRx Gbs
8

PRx Gbs

-22

9

PRx 0Gbs
1

-23

-24
-4

-3

-2

 Log(BER)

-1

0
PTx(dB)

1

2

3

4

0

-20

-40

-60

-80
BER Gbs
BER(dB)

1

BER Gbs
2

-100

BER3Gbs
BER Gbs
4

-120

BER Gbs
5

BER Gbs
6

BER Gbs

-140

7

BER Gbs
8

BER Gbs
9

-160

BER 0Gbs
1

-180

-200
-4

-3

-2

-1

0
PTx(dB)

1

2

3

4

-2

-1

0
PTx(dB)

1

2

3

4

 Q
30
Q Gbs

1

Q Gbs
2

Q Gbs
3

25

Q Gbs
4

Q Gbs
5

Q Gbs
6

Q Gbs
7

20

Q Gbs
8

Q Gbs
9

Q 0Gbs

Q

1

15

10

5

0
-4

-3

clc;
PTx=[-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4];
%% Thong so PRx
PRx_1Gbs=[-22.5 -22.137 -21.125 -20.1995 -19.257 -18.2555
-15.2715];
PRx_2Gbs=[-22.5 -22.1825 -21.236 -20.2695 -19.226 -18.211

-17.262

-16.2425

-17.2695

-16.222


-15.2445];
PRx_3Gbs=[-23.19 -22.207 -21.2175 -20.2295 -19.199 -18.2095 -17.2205 -16.194
-15.263];
PRx_4Gbs=[-23.149 -22.1435 -21.2045 -20.192 -19.1845 -18.187 -17.206 -16.238
-15.2175];
PRx_5Gbs=[-23.1095 -22.1345 -21.154 -20.175 -19.142 -18.1705 -17.1935 -16.205
-15.223];
PRx_6Gbs=[-23.057 -22.124 -21.144 -20.17 -19.1205 -18.146 -17.152 -16.189
-15.2365];
PRx_7Gbs=[-23.0475 -22.0765 -21.1285 -20.1605 -19.0795 -18.1095 -17.159
-16.1765 -15.2085];
PRx_8Gbs=[-23.0155 -22.0665 -21.1045 -20.1475 -19.17 -18.194 -17.188 -16.214
-15.2395];
PRx_9Gbs=[-22.971 -22.039 -21.0885 -20.1105 -19.156 -18.1675 -17.2035 -16.225
-15.245];
PRx_10Gbs=[-22.941 -22.003 -21.0475 -20.11 -19.1585 -18.177 -17.21 -16.2115
-15.2225];
figure(1);
title ('Moi quan he PTx-PRx-BitRate');
plot(PTx,PRx_1Gbs,'r--','LineWidth',2);
hold on;
plot(PTx,PRx_2Gbs,'g-o','LineWidth',2);
hold on;
plot(PTx,PRx_3Gbs,'b--','LineWidth',2);
hold on;
plot(PTx,PRx_4Gbs,'k-.','LineWidth',2);
hold on;

plot(PTx,PRx_5Gbs,'y-','LineWidth',2);
hold on;
plot(PTx,PRx_6Gbs,'m--','LineWidth',2);
hold on;
plot(PTx,PRx_7Gbs,'c:','LineWidth',2);
hold on;
plot(PTx,PRx_8Gbs,'r-v','LineWidth',2);
hold on;
plot(PTx,PRx_9Gbs,'b-.','LineWidth',2);
hold on;
plot(PTx,PRx_10Gbs,'g-x','LineWidth',2);
hold on;
xlabel('PTx(dB)');
ylabel('PRx(dB)');
legend
('PRx_1Gbs','PRx_2Gbs','PRx_3Gbs','PRx_4Gbs','PRx_5Gbs','PRx_6Gbs','PRx_7Gbs','
PRx_8Gbs','PRx_9Gbs','PRx_10Gbs');
grid on;
%% Thong so BER


BER_1Gbs=[-2.48E+01 -3.03E+01 -3.78E+01 -4.57E+01 -8.72E+01 -1.04E+02
-1.60E+02 -1.84E+02];
BER_2Gbs=[-2.21E+01 -2.72E+01 -3.26E+01 -3.86E+01 -4.54E+01 -5.39E+01
-7.74E+01 -1.07E+02];
BER_3Gbs=[-1.36E+01 -1.67E+01 -2.05E+01 -2.52E+01 -3.34E+01 -4.10E+01
-5.90E+01 -7.67E+01];
BER_4Gbs=[-9.66E+00 -1.21E+01 -1.48E+01 -1.81E+01 -2.39E+01 -2.89E+01
-4.36E+01 -5.64E+01];
BER_5Gbs=[-8.26E+00

-1.03E+01
-1.32E+01
-1.64E+01
-2.04E+01
-3.47E+01 -4.69E+01 -6.83E+01];
BER_6Gbs=[-9.28E+00 -1.19E+01 -1.46E+01 -1.82E+01 -2.21E+01 -2.84E+01
-4.87E+01 -6.41E+01];
BER_7Gbs=[-7.44E+00 -9.33E+00 -1.18E+01 -1.48E+01 -1.89E+01 -2.31E+01
-3.70E+01 -4.19E+01];
BER_8Gbs=[-7.28E+00 -9.03E+00 -1.12E+01 -1.34E+01 -1.63E+01 -1.96E+01
-2.38E+01 -2.95E+01];
BER_9Gbs=[-4.84E+00 -5.89E+00 -7.15E+00 -8.99E+00 -1.09E+01 -1.33E+01
-2.08E+01 -2.68E+01];
BER_10Gbs=[-5.69E+00
-6.85E+00
-8.27E+00
-9.75E+00
-1.18E+01
-1.66E+01 -2.03E+01 -2.45E+01];

-1.15E+02
-7.60E+01
-5.31E+01
-3.31E+01
-2.78E+01
-3.67E+01
-2.82E+01
-2.21E+01
-1.66E+01
-1.41E+01

figure(2);
title ('Moi quan he PTx-BER-BitRate');
plot(PTx,BER_1Gbs,'r--','LineWidth',2);
hold on;
plot(PTx,BER_2Gbs,'g-o','LineWidth',2);
hold on;
plot(PTx,BER_3Gbs,'b--','LineWidth',2);
hold on;
plot(PTx,BER_4Gbs,'k-.','LineWidth',2);
hold on;
plot(PTx,BER_5Gbs,'y-','LineWidth',2);
hold on;
plot(PTx,BER_6Gbs,'m--','LineWidth',2);
hold on;
plot(PTx,BER_7Gbs,'c:','LineWidth',2);
hold on;
plot(PTx,BER_8Gbs,'r-v','LineWidth',2);
hold on;
plot(PTx,BER_9Gbs,'b-.','LineWidth',2);
hold on;
plot(PTx,BER_10Gbs,'g-x','LineWidth',2);
hold on;
xlabel('PTx(dB)');
ylabel('BER(dB)');
legend
('BER_1Gbs','BER_2Gbs','BER_3Gbs','BER_4Gbs','BER_5Gbs','BER_6Gbs','BER_7Gbs','
BER_8Gbs','BER_9Gbs','BER_10Gbs');

grid on;
%% Thong so Q
%% Thong so BER
Q_1Gbs=[10.221345 11.320685 12.73265 13.832 19.175 20.698 22.23 24.8 26.35];
Q_2Gbs=[9.415075 10.745 11.78115 12.86 13.97435 15.1821 18.07965 18.22735
21.2067];
Q_3Gbs=[7.9275 8.325 9.2995 10.345 12.0616 13.4217 15.36125 16.19645 18.51535];
Q_4Gbs=[6.15 6.9849 7.81 8.69 10.10055 11.16865 11.94845 13.77365 15.6893];
Q_5Gbs=[5.5795 6.32 7.26 8.165 9.1935 10.80195 12.17385 14.1653 17.09035];
Q_6Gbs=[6.015 6.928 7.755 8.73 9.6894 11.051 12.53895 14.4072 16.4856];
Q_7Gbs=[5.295 6.035 6.905 7.81 8.925 9.945 11.05 12.66 13.3773];
Q_8Gbs=[5.2415 5.935 6.715 7.421 8.2335 9.095 9.7075 10.08 11.285];
Q_9Gbs=[4.6 4.565 5.135 5.873 6.56 7.323 8.295 9.37 10.71];
Q_10Gbs=[4.5 5.03 5.6115 6.17 6.85 7.559 8.2685 9.235 10.2325];
figure(3);
title ('Moi quan he PTx-Q-BitRate');
plot(PTx,Q_1Gbs,'r--','LineWidth',2);
hold on;
plot(PTx,Q_2Gbs,'g-o','LineWidth',2);
hold on;
plot(PTx,Q_3Gbs,'b--','LineWidth',2);
hold on;
plot(PTx,Q_4Gbs,'k-.','LineWidth',2);
hold on;
plot(PTx,Q_5Gbs,'y-','LineWidth',2);
hold on;
plot(PTx,Q_6Gbs,'m--','LineWidth',2);
hold on;
plot(PTx,Q_7Gbs,'c:','LineWidth',2);
hold on;

plot(PTx,Q_8Gbs,'r-v','LineWidth',2);
hold on;
plot(PTx,Q_9Gbs,'b-.','LineWidth',2);
hold on;
plot(PTx,Q_10Gbs,'g-x','LineWidth',2);
hold on;
xlabel('PTx(dB)');
ylabel('Q');
legend
('Q_1Gbs','Q_2Gbs','Q_3Gbs','Q_4Gbs','Q_5Gbs','Q_6Gbs','Q_7Gbs','Q_8Gbs','Q_9Gb
s','Q_10Gbs');
grid on;


-

-

-

Nhận xét :
- Kết quả mô phỏng ở 2 kênh ( kênh 1 và kênh 8) cho các kết quả khác nhau khi cùng
truyền đi trong cùng điều kiện truyền dẫn. Tuy nhiên để đơn giản trong quá trình thí
nghiệm và đánh giá kết quả ta lấy giá trị trung bình các thông số của 2 kênh này.
- Xét trong cùng 1 tốc độ bít :
+ 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.
- Xét tại cùng 1 công suất phát :
+ Nếu tốc độ bít càng tăng thì BER càng tăng, Q càng giảm.
+ Tốc độ phát càng tăng tuy nhiên công suất thu thay đổi khác nhau không đáng

kể(theo đồ thị giữa công suất thu và công suất phát ứng với các tốc độ bít khác
nhau) Sự thay đổi tốc độ bít ảnh hưởng chủ yếu đến BER và Q.
+ 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.
Xác định độ nhạy của máy thu tại BER =10^-12 tại từng tốc độ bít
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.
Mô hình tuyến thông tin quang trên phù hợp với tốc độ bit nằm trong khoảng từ 5Ghz
đến 7Ghz.
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.
Đối với việc thay đổi tốc độ bit cần xét cấu hình nào phù hợp với yêu cầu để đưa ra tốc
độ hợp lí vì nếu tốc độ bit lớn sẽ làm giảm chất lượng hệ thống, méo và giảm tín hiệu
tại đầu thu còn nếu truyền dẫn tốc độ bit thấp sẽ không tận dụng hết dung lượng của hệ
thống.