Tiểu luận Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem

N QUANG WDM ............ 8 1.1. Giới thiệu chung .................................................................................................... 8 1.2. Sơ đồ khối tổng quát ............................................................................................. 8 1.3 Phân loại hệ thống WDM ..................................................................................... 9 1.4 Các phần tử cơ bản trong hệ thống WDM ....................................................... 10 1.4.1 Bộ phát quang ................................................................................................ 10 1.4.2 Bộ thu quang .................................................................................................. 12 1.4.3 Sợi quang ........................................................................................................... 13 1.4.4. Bộ tách / ghép bước song: ( OMUX/ODEMUX) ............................................. 14 1.4.5. Bộ xen / rẽ bước sóng: ( OADM) ...................................................................... 15 1.4.6. Bộ nối chéo quang: (OXC) ............................................................................ 17 1.4.7. Bộ khuếch đại quang: (OA - Optical Amplifier): ......................................... 18 1.4.8. Bộ chuyển đổi bước song ............................................................................... 19 1.5. Các tham số cơ bản của gép kênh quang theo bƣớc sóng ............................... 20 1.5.1 Suy hao xen ......................................................................................................... 20 1.5.2. Xuyên kênh .................................................................................................... 20 1.5.3. Độ rộng kênh .................................................................................................. 22 1.5.4. Ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến .......................................................... 23 1.6. Cấu trúc mạng truyền tải quang ......................................................................... 24 1.6.1. Cấu trúc mạng Ring ........................................................................................... 24 1.6.2. Cấu trúc mạng Mesh .......................................................................................... 24 1.6.3. Cấu trúc mạng hình sao ..................................................................................... 25 1.6.4. Cấu trúc mạng Mesh và Ring hai lớp ................................................................ 26 1.7 Ƣu nhƣợc điểm của hệ thống WDM ................................................................. 27 1.8 Bộ khuếch đại quang EDFA .............................................................................. 27 1.8.1 Các cấu trúc EDFA ............................................................................................. 27 Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 1 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn 1.8.2 Lý thuyết khuếch đại trong EDFA...................................................................... 29 1.8.3 Yêu cầu đối với nguồn bơm................................................................................ 31 1.8.4 Phổ khuếch đại ................................................................................................... 33 1.8.5. Các tính chất của EDFA .................................................................................... 34 1.8.6. Nhiễu trong bộ khuếch đại ................................................................................. 36 1.8.7 Ưu khuyết điểm của EDFA ................................................................................ 38 CHƢƠNG II – MÔ PHỎNG TUYẾN THÔNG TIN QUANG WDM BẰNG PHẦN MỀM OPTISYSTEM ....................................................................................................... 39 2.1. Tổng quan về phần mềm Optisystem ................................................................... 39 2.1.1. Lợi ích ................................................................................................................ 39 2.1.2. Ứng dụng ........................................................................................................... 40 2.2. Đặc điểm và chức năng .......................................................................................... 40 2.2.1. Cấu tạo thư viện (Component Library) .............................................................. 40 2.2.2. Tích hợp với các công cụ phần mềm Optiwave ................................................ 41 2.2.3. Các công cụ hiển thị .......................................................................................... 42 2.3. Tóm tắt hƣớng dẫn sử dụng phần mềm optisystem ........................................... 42 2.3.1. Yêu cầu chung ................................................................................................... 42 2.3.2 Hướng dẫn sử dụng phần mềm optisystem ...................................................... 45 2.3.3 Tạo một dự án mới .............................................................................................. 50 2.3.4. Hiển thị và thay đổi tham số của các phần tử trong dự án................................. 52 2.3.5. Chạy mô phỏng .................................................................................................. 58 2.4. Mô hình mô phỏng ................................................................................................. 66 2.4.1 Yêu cầu thiết kế ................................................................................................... 66 2.4.2 Mô phỏng theo phương án thiết kế ..................................................................... 68 2.4.2.1 Tuyến phát quang: chọn cửa sổ truyền 1550nm EDFA ở băng C ............... 68 2.4.2.2 Tuyến truyền dẫn quang ............................................................................... 71 2.4.4.3 Tuyến thu của hệ thống WDM ...................................................................... 74 2.4.3 Kết quả mô phỏng theo yêu cầu thiết kế ............................................................ 75 2.4.4. Kết quả mô phỏng thay đổi các tham số để đạt BER=10-12 .............................. 79 Tài Liệu Tham Khảo .......................................................................................... 83 Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 2 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn THU T NG V TỪ VIẾT T T GVD Group velocity dispersion Nhóm hệ số tán sắc OADM Optical add/drop multiplexer Bộ xen rớt quang BER Bit error rate Tốc độ lỗi bit OTN Optical transport network Mạng truyền tải quang DCF Dispersion sompensating fiber Sợi bù tán sắc DEMUX Demultipplexer Bộ tách kênh SNR Signal to noise ratio Tỉ số tín hiệu trên nhiễu Khuếch đại quang sợi quang trộn EDFA Erbium doped fiber amplifier Erbium FWM Four wave mixing Hiệu ứng trộn bốn sóng Light amplication by stimulated Khuếch đại ánh sáng nhờ bức xạ LASER emission of radiation kích thích MUX Multiplexer Bộ ghép kênh NF Noise figure Nền nhiễu SBS Stimulated brillouin scattering Tán xạ do kích thích Brillouin CATV Cable television Cáp tivi OLT Optical line terminal Bộ đầu cuối đường quang OSC Optical supervisory channel Kênh giám sát đường quang Sợi quang pha ion đất hiếm EDF Erbium doped fiber Erbium OXC Optical cross connector Bộ kết nối chéo quang PMD Polarisation mode dispersion Hệ số tán sắc phân cực mode APS Automatic protection switching Chuyển mạch bảo vệ tự động PON Pass optical network Mạng quang thụ động WDM Wavelength devision Multiplexing Ghép kênh theo bước sóng SMF Single mode fiber Sợi đơn mode Bộ ghép kênh phân chia theo thời TDM Time division multiplexing gian SPM Self phase modulation Hiệu ứng tự điều chế dịch pha Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 3 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Danh mục hình vẽ Hình 1.1: Sơ đồ chức năng hệ thống WDM ............................................................ 6 Hình 1.2: Hệ thống ghép bước sóng đơn hướng và song hướng ...................................... 6 Hình 1.3 : Sơ đồ bộ điều chế ngoài ................................................................................... 8 Hình 1.4 : Sơ đồ khối bên thu ............................................................................................ 9 Hình 1.5 : Cấu trúc tổng quát sợi quang ........................................................................... 10 Hình 1.6. Sơ đồ khối bộ ghép/ tách kênh bước sóng ......................................................... 11 Hình 1.7 Cấu trúc song song ............................................................................................. 12 Hình 1.8 : Cấu trúc song song theo băng .......................................................................... 12 Hình 1.9 : Cấu trúc nối tiếp ............................................................................................... 13 Hình 1.10 : Cấu trúc xen rớt theo băng sóng .................................................................... 13 Hình 1.11 : Sơ đồ kết nối OXC .......................................................................................... 14 Hình 1.12 : Khuếch đại quang OLA .................................................................................. 15 Hình 1.13: Xuyên kênh ở bộ giải ghép .............................................................................. 18 Hình 1.14: Xuyên kênh ở bộ ghép hỗn hợp ....................................................................... 18 Hình 1.15 : Cấu trúc mạng Ring ....................................................................................... 21 Hình 1.16 : Cấu trúc mạng Mesh ...................................................................................... 21 Hình 1.17 : Cấu trúc mạng hình sao đơn .......................................................................... 22 Hình 1.18: Cấu trúc mạng hình sao kép ........................................................................... 22 Hình 1.19 : Cấu trúc mạng hình Ring hai lớp ................................................................... 23 Hình 1.20: Cấu trúc tổng quát của một bộ khuếch đại EDFA .......................................... 24 Hình 1.21: Mặt cắt ngang của một loại sợi quang pha ion Erbium ................................. 25 Hình 1.22: Giản đồ phân bố năng lượng của ion Er3+ trong sợi silica .......................... 26 Hình 1.23 Phổ hấp thụ ...................................................................................................... 27 Hình 1.24: Quá trình khuếch đại tín hiệu ......................................................................... 28 Hình 1.25: Cấu hình bộ khuếch đại EDFA được bơm kép [11]. ...................................... 30 Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 4 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Hình 1.26 Cấu hình của một bộ khuếch băng L ................................................................ 31 Hình 1.27: Đồ thị biểu diễn công suất ra bão hoà. .......................................................... 33 Hình 1.28 (a) Hệ số nhiễu FN và (b) Độ lợi của EDFA ................................................... 34 Hình 2.1: Thành phần trình diễn ....................................................................................... 42 Hình 2.2: Thư viện các phần tử ......................................................................................... 42 Hình 2.3: Giao diện thư viện ............................................................................................. 44 Hình 2.4. Giao diện người sử dụng ................................................................................... 44 Hình 2.5: Project Browser ................................................................................................. 45 Hình 2.6: Description ........................................................................................................ 45 Hình 2.7: Status bar ........................................................................................................... 46 Hình 2.8: Menu bar ........................................................................................................... 46 Hình 2.9: Pan window ....................................................................................................... 46 Hình 2.10: Tool bars ......................................................................................................... 47 Hình2.11. Cửa số Project layout ....................................................................................... 47 Hình 2.12. Đặt phần tử vào Main layout ........................................................................... 48 Hình 2.13: Kích hoạt kết nối tự động ................................................................................ 48 Hình 2.14:Hủy bỏ chế độ kết nối tự động ......................................................................... 48 Hình 2.15 :màn hình Parameters ..................................................................................... 49 Hình 2.16 :Chọn trường thay đổi tốc độ bít ...................................................................... 50 Hình 2.17 : Nhập tốc độ bít muốn thay đổi ...................................................................... 51 Hình2.18 : Thiết lập cửa sổ thời gian thực ....................................................................... 52 Hình 2.19 : Thay đổi công suất phát quang ...................................................................... 53 Hình 2.20: Giao diện màn hình chạy mô phỏng ........................................................... 55 Hình 2.21 : Chạy chương trình ........................................................................................ 56 Hình 2.22: Đo tỉ số BER của kênh .................................................................................... 57 Hình 2.23 : Kết quả mô phỏng ......................................................................................... 58 Hình 2.24: Thiết lập tham số quyét ................................................................................... 59 Hình 2.25: Chuyển đổi số lần quét. ................................................................................. 60 Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 5 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Hình 2.26: Hộp thoại chuyển sang chế độ quét cho tham số ........................................... 61 Hình 2.27: Chọn chế độ của tham số ............................................................................... 61 Hình 2.28:. Các bước để hiển thị kết quả mô phỏng quét tham số ................................... 63 Hình 2.29: Thiết lập tham số toàn cục .............................................................................. 65 Hình 2.30: Nguồn Laser phát CW Laser ........................................................................... 66 Hình 2.31: Bộ tạo xung RZ ................................................................................................ 66 Hình 2.32. Bộ tạo chuỗi bít ............................................................................................... 66 Hình 2.33: Bộ điều chế Mach-Zehnder ............................................................................. 67 Hình 2.34: Bộ ghép kênh MUX 4×1. ............................................................................... 67 Hình 2.35: Tuyến phát quang ............................................................................................ 68 Hình 2.36. Tuyến truyền dẫn quang .................................................................................. 68 Hình 2.37. Bộ lặp .............................................................................................................. 69 Hình 2.38. Thông số sợi bù tán sắc DCF .......................................................................... 70 Hình 2.39. Tuyến thu WDM ............................................................................................... 71 Hình 2.40. Thiết bị đo BER ............................................................................................... 71 Hình 2.41. Tuyến WDM thiết kế theo yêu cầu .................................................................. 72 Hình 2.42. Quang phổ tín hiệu phát .................................................................................. 73 Hình 2.43. Quang phổ tín hiệu đầu thu kênh thứ 3. ..................................................... 73 Hình 2.44. Tổng công suất phát ........................................................................................ 74 Hình 2.45. Công suất thu của kênh 4. ......................................................................... 74 Hình 2.46. Hiển thị mắt quang ......................................................................................... 75 Hình 2.47. BER của kênh thứ nhất là 10-13 ........................................................................................................... 75 Hình 2.48. Thay đổi công suất Laser phát ........................................................................ 76 Hình 2.49. Hệ số suy hao sợi quang thay đổi .................................................................... 76 Hình 2.50. BER của kênh thứ nhất đạt 10-12 ........................................................................................................ 77 Hình 2.51. BER đạt 10-12 khi thay đổi một số tham số ...................................................... 77 Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 6 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn 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. Ta có thể thấy mạng thông tin quang hiện nay vẫn còn một số hạn chế về chất lượng truyền dẫn do băng thông còn hẹp, khoảng cách truyền dẫn ngắn, vì thế yêu cầu đặt ra là phải tăng chất lượng cũng như cự ly đường truyền cho chế độ thông tin quang hiện nay. Giải pháp được đưa ra ở đây là công nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM, nó cho phép ghép nhiều bước sóng trên cùng một sợi quang do đó có thể tăng dung lượng đường truyền mà không cần tăng thêm sợi quang. 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. Chúng em xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo Th.s Cao Hồng Sơn, đã hướng dẫn, giúp đỡ nhóm em trong thời gian qua. 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! Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 7 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn CHƢƠNG 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 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: Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 8 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn 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 1.3 Phân loại hệ thống WDM Hình 1.2: Hệ thống ghép bước sóng đơn hướng và song hướng Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 9 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn 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. 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. 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 Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 10 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn 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). Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 11 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn - 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 Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 12 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn 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. 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 đơ... hệ thống thông tinquang WDM hiện nay. Dù vậy, nhiễu do bộ khuếch đại cũng làm giới hạn chất lượng các hệ thốngthông tin quang đường dài sử dụng nhiều bộ khuếch đại EDFA. Vấn đề nhiễu trở nên nghiêmtrọng khi hệ thống hoạt động trong vùng tán sắc không của sợi quang. Khi đó các hiệu ứng phituyến sẽ làm tăng nhiễu bộ khuếch đại và giảm phổ tín hiệu. Ngoài ra, nhiễu của bộ khuếch đạicũng gây nên rung pha định thời. Vần đề này sẽ được trình ở phần sau. Hình 1.28 (a) Hệ số nhiễu FN và (b) Độ lợi của EDFA Không chỉ giới hạn tỉ lệ SNR trong các hệ thống sử dụng các bộ khuếch đại quang, nhiễu ASE mà còn đặt ra những giới hạn khác lên các ứng dụng khác nhau của các bộ khuếch đại quang trong các tuyến thông tin sợi quang. Chẳng hạn, xem xét một vài bộ khuếch đại quang được ghép tầng dọc theo một khoảng truyền dẫn như các bộ lặp tuyến tính để bù suy hao sợi quang. Công suất nhiễu ASE Pnoise sẽ là một phần trong công suất đầu ra Pout của một bộ khuếch đại nào đó trong chuỗi khuếch đại và trở thành đầu vào của bộ khuếch đại tiếp theo. Do sự bão hoà độ lợi phụ thuộc vào tổng công suất đầu vào, nhiễu ASE từ đầu ra của các tầng trước trong chuỗi khuếch đại có thể lớn đến mức nó sẽ làm bão hoà các bộ khuếch đại phía sau. Nếu sự phản xạ tại đầu ra và đầu vào của bộ khuếch đại thấp, ASE được phát xạ theo hướng ngược về đầu vào từ các bộ khuếch đại thuộc các tầng sau cũng có thể vào các bộ khuếch đại ở phía trước, càng làm tăng sự bão hoà gây ra do ASE. Thêm vào sự suy giảm hoạt động về mặt công suất, sự lẫn tạp về pha của tín hiệu do phát xạ tự phát cũng gây ảnh hưởng như nhiễu tần số và nhiễu biên độ, đặc biệt là nhiễu pha do sự phản xạ tại các giao diện quang. Vì tín hiệu đến bộ khuếch đại quang cũng có một lượng nhiễu pha do sự trải rộng phổ của nguồn laser càng làm tăng cao nhiễu trong bộ khuếch đại. Điều này sẽ làm suy giảm hoạt động của các hệ thống thông tin quang. Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 37 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn 1.8.7 Ƣu 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. Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 38 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn CHƢƠNG 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 - 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 Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 39 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn - 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. " 2.2. Đặc điểm và chức năng 2.2.1. Cấu tạo thƣ 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) Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 40 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn - 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, OptiBPM, OptiGrating, WDM_Phasar và OptiFiber để thiết kế ở mức phần tử. 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. Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 41 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn 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) - 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. Tóm tắt hƣớng dẫn sử dụng phần mềm optisystem 2.3.1. Yêu cầu chung Trước khi cài đặt Optisystem, chắc chắn rằng các yêu cầu đối với hệ thống là phù hợp với các mô tả dưới đây.  Yêu cầu phần cứng và phần mềm  Optisystem yêu cầu cấu hình hệ thống thấp nhất là: - PC bộ vi xử lý pentium 3 hoặc tương đương. - Hệ điều hành microsoft windows XP hoặc Vista,32 hoặc 64 bit. - 400MB ổ cứng còn trống . - Độ phân giải đồ họa 1024x768,nhỏ nhất 65536 màu. Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 42 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn - Ram 128MB( gợi ý). - Internet explorer 5.5 hoặc cao hơn. - DirectX 8.1 hoặc cao hơn.  Key bảo vệ: Một key bảo vệ phần cứng được cung cấp kèm theo phần mềm Chú ý: Xin hãy chắc rằng key bảo vệ phần cứng không được kết nối trong suốt quá trình cài đặt Optisystem.  Để chắc chắn Optisystem vận hành một cách đúng đắn, kiểm chứng lại theo các bước sau: - Key bảo vệ kết nối đúng vào cổng song song /USB của máy tính. - Nếu bạn sử dụng nhiều hơn một key bảo vệ, chắc rằng không có sự xung đột giữa key bảo vệ Optisystem và các key kia. Chú ý: Dùng một hộp chuyển đổi để ngăn chặn sự xung đột key bảo vệ. Chắc rằng cáp giữa hộp chuyển đổi và máy tính là lớn nhất của dụng cụ đo.  Thư mục Optisystem  Thông thường, bộ cài Optisystem sẽ tạo ra một thư mục Optisystem trong ổ cứng của bạn. Thư mục Optisystem gồm một số thư mục con sau: - \bin – các tệp thực thi được,thư viện đường dẫn động, và tệp trợ giúp. - \components – tham số các phần tử của Optisystem từ nhà cung cấp. - \doc – tài liệu hỗ trợ Optisystem. - \libraries – thư viện phần tử Optisystem. - \samples – tệp ví dụ Optisystem. - \toolbox – tệp liên hệ MATLAB.  Cài đặt Optisystem có thể được cài đặt trên Windows XP hoặc Vista. Nên thoát hết các chương trình Windows trước khi cài đặt chương trình. Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 43 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Bảng 1: Các bước cài đặt Bước Thực hiện Đăng nhập vào với vai trò người quản trị hoặc đăng 1 nhập vào tài khoản với đặc quyền quản trị. 2 Cho CD Optisystem vào ổ CD ROM. Trên thanh công cụ,vào Start và chọn Run. 3 Hộp thoại Run hiện ra. Trong hộp thoại Run, gõ F:\setup.exe, F ở đây là ổ CD 4 ROM của bạn. Bấm OK và theo các hướng dẫn và dấu nhắc trên màn 5 hình 6 Khi cài đặt xong, khởi động lại máy tính. Trình diễn Optisystem bao gồm nhiều nhất là 15 kịch bản. Với cùng một tệp trình diễn như nhau bạn có thể có nhiều kịch bản với các phần tử khác nhau và tùy chọn các phần tử.  Khâu quét Mỗi kịch bản có thể có các tham số được gán sẵn trong chế độ quét. Bạn có thể tự gán số lần quét bằng cách thay đổi tham số lựa chọn. Giá trị tham số thay đổi theo mỗi lần quét lặp; tạo lên một loạt các kết quả tính toán khác nhau căn cứ trên sự thay đổi giá trị tham số. Quét tham số phụ thuộc vào yếu tố của một kịch bản: tham số và kết quả.  Tối ưu hóa Mỗi kịch bản có sự tối ưu hóa. Sử dụng tối ưu hóa để thay đổi giá trị của các tham số đã biết trong suốt quá trình tính toán vì vậy hệ thống của bạn cần đạt được nhiều điều kiện yêu cầu. Quá trình tối ưu hóa là độc lập với các lần quét tham số, nhưng có thể được sử dụng cho mỗi lần quét lặp tham số riêng biệt. Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 44 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Hình 2.1: Thành phần trình diễn 2.3.2 Hƣớng dẫn sử dụng phần mềm optisystem Thư viện các phần tử ( component library ) : Người dùng truy cập vào lấy các phần tử để thiết kế (Hình 1) Hình 2.2: Thư viện các phần tử Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 45 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn 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 Ngoài ra các phần tử được định nghĩa sẵn, Optisystem còn có - Các phần tử Measured components. Với các phần tử này, Optisystem cho phép nhập các tham số được đo tử các thiết bị thực của các nhà cung cấp khác nhau. - Các phần tử do người sử dụng tự định nghĩa ( User-defined Components) Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 46 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Hình 2.3: Giao diện thư viện Giao diện người sử dụng ( GUI ) - Project layout : phần mà để người sử dụng thiết kế Hình 2.4. Giao diện người sử dụng Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 47 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn - Dockers : bao gồm + Project Browser : truy nhập đến các tham số và kết quả của thiết kế (Hình 3) Hình 2.5: Project Browser + Description : đưa ra các thông tin để mô tả tóm tắt về thiết kế Hình 2.6: Description Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 48 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn + Status bar : hiển thị những gợi ý về việc sử dụng Optisystem Hình 2.7: Status bar + Menu bar : chứa các menu có sẵn trong Optisystem Hình 2.8: Menu bar + Pan window Hình 2.9: Pan window + Tool bars : các thanh công cụ có sẵn trên cửa sổ Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 49 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Hình 2.10: Tool bars 2.3.3 Tạo một dự án mới - Vào File menu, lựa chọn New, cửa sổ Project layout xuất hiện Hình2.11. Cửa số Project layout Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 50 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn - Vào Component Library, dùng chuột kéo phần tử cần sử dụng và thả vào Main Layout (Hình 10) Hình 2.12. Đặt phần tử vào Main layout - Việc kết nối giữa các phần tử trong thiết kế có thể được thực hiện một cách tự động hoặc bằng tay nhờ việc sử dụng các nút chức năng trong Layout Operations Hình 2.13: Kích hoạt kết nối tự động Hình 2.14:Hủy bỏ chế độ kết nối tự động Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 51 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn 2.3.4. Hiển thị và thay đổi tham số của các phần tử trong dự án 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 xuất hiện: Hình 2.15 :màn hình Parameters Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 52 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn * Thay đổi các tham số của các phần tử trong bài toán mô phỏng: - Thực hiện kích đúp vào phần tử cần thay đổi tham số hộp thoại về các tham số của phần tử xuất hiện . - Di chuyển con trỏ đến các giá trị thích hơp. - Nhập giá trị tham số mong muốn. Chú ý: Có ba chế độ của tham số là Norman, Script và Sweep: - Trong đó chế độ Scrip được thực hiện khi tham số này là tham số toàn cục, nó có liên quan đến tất cả các phần tử khác trong hệ thống. - Chế độ Sweep được sử dụng khi thực hiện quét tham số. - Tại mục Power cho phép ta nhập công suất phát quang có giá trị phù hợp với từng kênh. Tiếp theo tiến hành thay đổi tốc độ bit (Bit rate): Tại mục value chọn Set bit rate. Hình 2.16 :Chọn trường thay đổi tốc độ bít Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 53 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Tiến hành nhập tốc độ bit 10Gbit/s= 10000000000 (bít/s). Hình 2.17 : Nhập tốc độ bít muốn thay đổi Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 54 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn + Tiến hành thiết lập cửa sổ thời gian: tại Value chọn Set Time Window và nhập giá trị Hình2.18 : Thiết lập cửa sổ thời gian thực Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 55 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Hình 2.19 : Thay đổi công suất phát quang Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 56 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn + Kết thúc cài đặt tham số toàn cục bằng cách click OK các thông số toàn cục được hiển thị như sau: * Xóa các tham số mới khỏi dự án: thực hiện qua các bước: - Trong hộp thoại Layout Parameter, kích vào cột Value bên cạnh tham số bạn muốn thay đổi. - Kích Remove Par: Tham số đã được xóa. Chú ý: Bạn không thể chỉnh sửa hoặc xóa các tham số hệ thống. Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 57 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn 2.3.5. Chạy mô phỏng a. Chạy mô phỏng Ấn tổ hợp (Ctrl F5), hoặc click Colculatol trên thanh công cụ. Màn hình hiển thị: Hình 2.20: Giao diện màn hình chạy mô phỏng + Tiếp theo click vào nút Run để chạy chương trình: Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 58 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Hình 2.21 : Chạy chương trình + Sau khi chương trình chạy xong, để hiển thị giá trị của BER ta kích đúp vào thiết bị đo BER của kênh đầu tiên (CH1). Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 59 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Hình 2.22: Đo tỉ số BER của kênh + Thực hiện tương tự như vậy với các kênh còn lại để tìm các giải giá trị phù hợp. b. Hiển thị kết quả mô phỏng - Kích đúp chuột vào các phần tử hiển thị trong thiết kế để hiển thị đồ thị và các kết quả mà quá trình mô phỏng tạo ra. Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 60 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Hình 2.23 : Kết quả mô phỏng c. Để tiến hành thiết lập tham số quét ta thực hiện như sau: + Cách 1: ấn tổ hợp phím Ctrl +Home + Cách 2: Thực hiện 3 bước sau: Bước 1: Kích chuột vào nút Set Total Sweep Iterarion trên Layout Bar hộp thoại Total Parameter Sweep Iterations trên Layout Tool Bar xuất hiện trên hình: Bước 2: Nhập giá trị số lần quét . Bước 3: Click chuột OK Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 61 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Hình 2.24: Thiết lập tham số quyét d. Thay đổi số lần quét: Sau khi tính toán, để thay đổi số lần quét hiển thị trên bản thiết kế (layout), thực hiện các bước sau: - Bước 1: Lựa chọn Layout > Set Current Sweep Interation trên Menu toolbar. Hộp thoại Set Current Sweep Iterarion xuất hiên như trên hình 20 - Bước 2: Nhập vào số lần quét muốn hiển thị trên bản thiết kế - Bước 3: Kích chuột vào nút OK Hoặc sử dụng Previous Sweep Interarion hoặc Next Interation trên Layout Toolbal để chuyển đổi số lần quét. Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 62 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Hình 2.25: Chuyển đổi số lần quét. e. Thay đổi giá trị tham số quét: Sau khi đã chọn số lần quét thì chúng ta thực hiện nhập giá trị cần quét của tham số. Trước khi nhập tham số cần quét phải chuyển sang chế độ quét Sweep Mode. f. Để chuyển sang chế độ quét cho tham số thực hiện như sau: + Lựa chọn Layout -> Parameter Sweep trên Menu Toolbar . Hộp thoại về các tham số của các phần tử như hình vẽ. Chủ yếu thiết lập quét tham số cho nguồn lazer. + Kích đúp vào nguồn CW lazer Properies hộp thoại xuất hiện: Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 63 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Hình 2.26: Hộp thoại chuyển sang chế độ quét cho tham số + Tại Mode kích chuột chọn Sweep. Kết thúc bằng OK. Hình 2.27: Chọn chế độ của tham số + Sau đó tiến hành điền tham số quét bằng cách click chuột vào Parameter Sweep trong cột Value. Kết thúc bằng OK. + Sau khi đã thay đổi xong các tham số quét tiến hành bước tiếp theo. Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 64 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn g. Hiển thị kết quả mô quả mô phỏng quét tham số Sau khi chương trình chạy xong, để hiển thị giá trị của BER ta kích đúp vào thiết bị đo BER của kênh đầu tiên (CH1). Để hiển thị kết quả mô phỏng quét tham số (đối với thiết kế hệ thống, thường hiển thị sự thay đổi BER theo giá trị của tham số quét), thực hiện các bước sau: o Bước 1: Lựa chọn Report tab trong cửa sổ Project Layout o Bước 2: Kích chuột vào nút Opti2Dgraph trên Report toolbar o Bước 3: Trong Project Browser, lựa chọn tham số đã để ở Sweep Mode, kéo tham số này và thả vào trục X của đồ thị 2D o Bước 4: Trong Project Browser, lựa chọn tham số Min. Log of BER của thiết bị phân tích lỗi bit, kéo tham số này và thả vào trục Y của đồ thị 2D Kết quả thay đổi BER theo tham số quét sẽ hiển thị trên đồ thị 2D. Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 65 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Hình 2.28:. Các bước để hiển thị kết quả mô phỏng quét tham số 2.4. Mô hình mô phỏng 2.4.1 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: 300 km - Số lượng kênh bước sóng: 4 kênh Một số gợi ý khi thiết kế: - Loại sợi: Sợi quang đơn mode chuẩn (G.652) Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 66 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn - 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: 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 o Kết quả mô phỏng theo phương án thiết kế ban đầu hệ thống ban đầu o Sự thay đổi của các tham số thiết kế để đạt được BER = 10-12 - Nhận xét, phân tích kết quả mô phỏng . Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 67 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn 2.4.2 Mô phỏng theo phƣơng án thiết kế 2.4.2.1 Tuyến phát quang: chọn cửa sổ truyền 1550nm EDFA ở băng C 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: 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 Hình 2.29: Thiết lập tham số toàn cục Nguồn phát: Sử dụng nguồn CW Laser ( continous Wave Laser ) : nhằm giảm ảnh hưởng của tán sắc sợi. Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 68 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Hình 2.30: Nguồn Laser phát CW Laser Bộ tạo xung RZ Hình 2.31: Bộ tạo xung RZ Bộ tạo chuỗi bit Hình 2.32. Bộ tạo chuỗi bít Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 69 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Bộ điều chế ngoài Hình 2.33: Bộ điều chế Mach-Zehnder Bộ ghép kênh quang (ghép 4 kênh) Hình 2.34: Bộ ghép kênh MUX 4×1 Toàn tuyến phát 4 kênh quang Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 70 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Hình 2.35: Tuyến phát quang 2.4.2.2 Tuyến truyền dẫn quang Hình 2.36. Tuyến truyền dẫn quang Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 71 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn 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 Sloop 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. Hình 2.37. Bộ lặp 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=50km.  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=60km-50km=10km  Thì độ bù tán sắc D2= -D1×L1/L2.= -50×16.75/10= -83 ps/nm.km.  Độ dốc tán sắc : 0.375ps/nm^2.km. Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 72 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Hình 2.38. Thông số sợi bù tán sắc DCF 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 + L2=10km thì suy hao sợi là: 10×0.2=5dB Độ lợi của bộ khuếch đại EDFA là 5dB Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 73 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn 2.4.4.3 Tuyến thu của hệ thống WDM Hình 2.39. Tuyến thu WDM Thiết bị đo BER Hình 2.40. Thiết bị đo BER Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 74 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn 2.4.3 Kết quả mô phỏng theo yêu cầu thiết kế Tuyến WDM theo yêu cầu Hình 2.41. Tuyến WDM thiết kế theo yêu cầu Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 75 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Quang phổ tín hiệu phát Hình 2.42. Quang phổ tín hiệu phát Quang phổ tín hiệu thu Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 76 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Hình 2.43. Quang phổ tín hiệu đầu thu kênh thứ 3 Công suất tín hiệu phát Hình 2.44. Tổng công suất phát Công suất tín hiệu thu Hình 2.45. Công suất thu của kênh 4 Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 77 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Tỉ lệ lỗi bit BER  Mắt quang Hình 2.46. Hiển thị mắt quang  BER của một kênh Hình 2.47. BER của kênh thứ nhất là 10-13 Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông