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

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 1 MỤC LỤC MỤC LỤC 1 Danh mục hình vẽ...............................................................................................................4 LỜI NÓI ĐẦU.....................................................................................................................7 CHƢƠNG I : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN 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 https://thuthuatphanmem.vn/

2.2.3. Các công cụ hiển thị

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 https://thuthuatphanmem.vn/

2.3.1. Yêu cầu chung 42

..........................................................................................42

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

................................................41

2.3.2 Hướng dẫn sử dụng phần mềm optisystem ......................................................45

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 2 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

2.3. Tóm tắt hƣớng dẫn sử dụng phần mềm optisystem ...........................................42

2.3.3 Tạo một dự án mới..............................................................................................50

2.2.2. Tích hợp với các công cụ phần mềm Optiwave

Hiệu ứng trộn bốn sóng

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 3

Nhóm hệ số tán sắc

OXC Optical cross connector

Tỉ số tín hiệu trên nhiễu

CATV Cable television Cáp tivi

SBS Stimulated brillouin scattering

Bộ xen rớt quang

DEMUX Demultipplexer

OTN Optical transport network

GVD Group velocity dispersion

OLT Optical line terminal

Kênh giám sát đường quang

Tốc độ lỗi bit

Tán xạ do kích thích Brillouin

PMD Polarisation mode dispersion

EDFA Erbium doped fiber amplifier

PON Pass optical network

Ghép kênh theo bước sóng

NF Noise figure

OADM Optical add/drop multiplexer

Bộ tách kênh

Sợi quang pha ion đất hiếm Erbium

Mạng quang thụ động

Bộ ghép kênh

SMF Single mode fiber

Bộ ghép kênh phân chia theo thời gian

THU T NG V TỪ VIẾT T T

SNR Signal to noise ratio

Nền nhiễu

Bộ đầu cuối đường quang

EDF Erbium doped fiber

WDM Wavelength devision Multiplexing

https://thuthuatphanmem.vn/

OSC Optical supervisory channel

Khuếch đại quang sợi quang trộn Erbium

Hệ số tán sắc phân cực mode

FWM Four wave mixing

DCF Dispersion sompensating fiber

Sợi bù tán sắc

LASER Light amplication by stimulated emission of radiation Khuếch đại ánh sáng nhờ bức xạ kích thích

Mạng truyền tải quang

Bộ kết nối chéo quang

Sợi đơn mode

Hiệu ứng tự điều chế dịch pha

APS Automatic protection switching Chuyển mạch bảo vệ tự động

MUX Multiplexer

TDM Time division multiplexing

SPM Self phase modulation

BER Bit error rate

..........................

Hình 1.8 : Cấu trúc song song theo băng 12

Hình 1.16 : Cấu trúc mạng Mesh 21

Hình 1.13: Xuyên kênh ở bộ giải ghép 18

Hình 1.19 : Cấu trúc mạng hình Ring hai lớp 23

https://thuthuatphanmem.vn/

Hình 1.9 : Cấu trúc nối tiếp...............................................................................................13

Hình 1.2: Hệ thống ghép bước sóng đơn hướng và song hướng ......................................6

Hình 1.7 Cấu trúc song song.............................................................................................12

.........................................................................

Hình 1.20: Cấu trúc tổng quát của một bộ khuếch đại EDFA..........................................24

Hình 1.14: Xuyên kênh ở bộ ghép hỗn hợp .......................................................................18

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 4

Hình 1.21: Mặt cắt ngang của một loại sợi quang pha ion Erbium 25

Hình 1.1: Sơ đồ chức năng hệ thống WDM 6

Hình 1.3 : Sơ đồ bộ điều chế ngoài ...................................................................................8

Hình 1.10 : Cấu trúc xen rớt theo băng sóng 13 Hình 1.11 : Sơ đồ kết nối OXC 14

......................................................................................................

Hình 1.5 : Cấu trúc tổng quát sợi quang...........................................................................10

Hình 1.24: Quá trình khuếch đại tín hiệu 28

Hình 1.12 : Khuếch đại quang OLA..................................................................................15

Hình 1.15 : Cấu trúc mạng Ring .......................................................................................21

Hình 1.6. Sơ đồ khối bộ ghép/ tách kênh bước sóng 11

Hình 1.17 : Cấu trúc mạng hình sao đơn 22

Danh mục hình vẽ

Hình 1.18: Cấu trúc mạng hình sao kép ...........................................................................22

Hình 1.4 : Sơ đồ khối bên thu............................................................................................9

Hình 1.23 Phổ hấp thụ 27

Hình 1.25: Cấu hình bộ khuếch đại EDFA được bơm kép [11]. 30

Hình 1.22: Giản đồ phân bố năng lượng của ion Er3+ trong sợi silica 26

Hình 2.25: Chuyển đổi số lần quét. 60

Hình 2.13: Kích hoạt kết nối tự động................................................................................48

Hình 2.3: Giao diện thư viện 44

.........................................................................................

Hình 2.10: Tool bars .........................................................................................................47

Hình 1.28 (a) Hệ số nhiễu FN và (b) Độ lợi của EDFA ...................................................34

https://thuthuatphanmem.vn/

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 5

Hình 2.17 : Nhập tốc độ bít muốn thay đổi ......................................................................51

Hình 2.5: Project Browser 45

.................................................................................

Hình 2.12. Đặt phần tử vào Main layout 48

Hình 2.4. Giao diện người sử dụng ...................................................................................44

Hình 2.22: Đo tỉ số BER của kênh 57

Hình 2.19 : Thay đổi công suất phát quang ......................................................................53

Hình 2.16 :Chọn trường thay đổi tốc độ bít......................................................................50

Hình2.18 : Thiết lập cửa sổ thời gian thực 52

Hình 2.9: Pan window.......................................................................................................46

Hình 2.20: Giao diện màn hình chạy mô phỏng ...........................................................55

Hình 2.21 : Chạy chương trình 56

Hình 2.24: Thiết lập tham số quyét 59

Hình 2.2: Thư viện các phần tử 42

Hình 2.7: Status bar...........................................................................................................46

Hình 2.15 :màn hình Parameters 49

Hình 2.14:Hủy bỏ chế độ kết nối tự động .........................................................................48

Hình 1.27: Đồ thị biểu diễn công suất ra bão hoà...........................................................33

Hình2.11. Cửa số Project layout 47

Hình 1.26 Cấu hình của một bộ khuếch băng L 31

Hình 2.1: Thành phần trình diễn.......................................................................................42

Hình 2.8: Menu bar 46

Hình 2.6: Description 45

....................................................................................

Hình 2.23 : Kết quả mô phỏng 58

Nhóm

ử

Hình 2.34: Bộ ghép kênh MUX 4×1................................................................................67

Hình 2.28:. Các bước để hiển thị kết quả mô phỏng quét tham số ...................................63

WDM

Hình 2.30: Nguồn Laser phát CW Laser...........................................................................66

Hình 2.45. Công suất thu của kênh 4. ......................................................................... 74

ụ

Hình 2.31: Bộ tạo xung RZ 66

Hình 2.26: Hộp thoại chuyển sang chế độ quét cho tham số 61

ề

Thiết kế và mô

Hình 2.29: Thiết lập tham số toàn cục 65

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

Bộ môn Thông tin quang 2

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

https://thuthuatphanmem.vn/

...............................................................................

Hình 2.48. Thay đổi công suất Laser phát ........................................................................76

Hình 2.27: Chọn chế độ của tham số 61

Hình 2.35: Tuyến phát quang............................................................................................68

ầ

Hình 2.38. Thông số sợi bù tán sắc DCF ..........................................................................70

ệ

Hình 2.37. Bộ lặp 69

Hình 2.36. Tuyến truyền dẫn quang ..................................................................................68

Th.s Cao Hồng Sơn ph h thống thông tin quang 2 s d ng ph n m m Optisystem 6

Hình 2.33: Bộ điều chế Mach Zehnder .............................................................................67

ỏng

Hình 2.46. Hiển thị mắt quang 75 Hình 2.47. BER của kênh thứ nhất là 10 13 75

Hình 2.32. Bộ tạo chuỗi bít ...............................................................................................66

Thi ph hệ thống thông tin quang 2

Nhóm

LỜI NÓI ĐẦU

https://thuthuatphanmem.vn/

ết kế và mô

ỏng

WDM sử dụng phần mềm Optisystem 7

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.

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn

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!

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.

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

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 Ghép/táchphép.tín

ền 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:

1.2. Sơ đồ khối tổng quát

https://thuthuatphanmem.vn/

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 8

Truyxa...

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

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 9 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.

Hình 1.2: Hệ thống ghép bước sóng đơn hướng và song hướng

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.

1.3 Phân loại hệ thống WDM

https://thuthuatphanmem.vn/

Hình 1.1: Sơ đồ chức năng hệ thống WDM

Thi ph ng hệ thống thông tin quang 2 ng ph m Optisystem 10

Nhóm

 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.

-Khi sự cố đứt cáp xảy ra, hệ thống song hướng không cần đến cơ chế chuyển mạch

1.4 Các phần tử cơ bản trong hệ thống WDM

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:

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn

-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.

1.4.1 Bộ phát quang

ết kế và mô

 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

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.

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.

https://thuthuatphanmem.vn/

ần mề

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.

-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.

WDM sử dụ

ỏ

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).

https://thuthuatphanmem.vn/



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).

xạ vùng bước sóng 800 nm đến 900 nm, InGaAsP phát ra bức xạ ở vùng 1100 nm đến 1600 nm.

ngoàiHình

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 11



 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

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 12

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.B

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.

ộ thu quang trong hệ thống WDM

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.

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.

Hình

1.4 : Sơ đồ khối bên thu https://thuthuatphanmem.vn/

- Sợi đa mode (Multi Mode)

 Phân loại sợi quang

 Cấu tạo sợi quang

1.4.3 Sợi quang

Hình 1.5 : Cấu trúc tổng quát sợi quang

 Phân loại theo mode Sợi đơn mode (Single Mode)

- Sợi quang chiết suất biến đổi GI (Graded Index)

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 13

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.

Ở c

 Phân loại theo chiết suất:

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: ửa sổ 1310nm: G652 có tán sắc nhỏ nhất (xấp xỉ 0 ps/nm.km) và suy hao tương đố

- Sợi quang chiết suất bậc SI (Step Index)

i lớn. - Ở cửa sổ 1550nm: G652 có suy hao truyền dẫn nhỏ nhất và hệ số tán sắc tương đối lớn (xấp xỉ 20ps/nm.km)  Sợi quang G655 Là một chuẩn về sợi quang được đưa ra bởi ITU T có các ưu điểm sau: - Sợi quang G655 thích hợp cho hệ thống DWDM, làm tăng dung lượng truyền dẫn. https://thuthuatphanmem.vn/

 Sợi quang G652

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn

Vùng hiệu dụng cao của sợi G655 (vẫn nhỏ hơn sợi SMF) làm giảm thiểu các hiệu ứng phi tuyến.

Hình 1.6. Sơ đồ khối bộ ghép/ tách kênh bước sóng

(c) Các tham số đặc trưng của bộ MUX/ DEMUX

 Bộ ghép/ tách kênh bước sóng thường được mô tả theo những thông số sau:

(a) Sơ đồ khối bộ ghép kênh bước sóng (MUX)

https://thuthuatphanmem.vn/

Giá trị lớn nhất của suy hao xen Độ suy hao chen giữa các kênh

Số lượng kênh xử lý Bước sóng trung tâm Băng thông

Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 14

Suy hao xen

(b) Sơ đồ khối bộ tách kênh bước sóng (DEMUX)

Sợi quang G655 thích hợp cho hệ thống truyền dẫn đường dài WDM dung lượng cao.

 Ghép tầng để tạo bộ ghép kênh dung lượng cao: Ghép tầng nối tiếp đơn kênh Ghép một tầng

Độ tán sắc dương của sợi G655 tránh việc trộn lẫn 4 bước sóng quang.

Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang

1.4.4. Bộ tách / ghép bƣớc song: ( OMUX/ODEMUX)

 Định nghĩa :Bộ ghép/ tách kênh bước sóng, cùng với vộ kết nối chéo quang, là thiết bị quan trọng nhất cấu thành nên hệ thống WDM. Khi dùng kết hợp với bộ kết nối chéo quang OXC sẽ hình thành nên mạng truyền tải quang, có khả năng truyền tải đồng thời và trong suốt mọi loại hình dịch vụ, mà công nghệ hiện nay đang hướng tới.Bộ tách/ ghép kênh thực hiện ghép tách tín hiệu ở các bước sóng khác nhau.

- 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).

t k

- Cấu trúc song song theo băng ( theo modun) :tạo thành bằng cách thiết kế theo từng modun cho cấu trúc song song

1.4.5. Bộ xen / rẽ bƣớc sóng: ( OADM)  Khái niệm :

và

Ghép tầng theo từng băng sóng Ghép tầng đan xen chẵn lẻ

Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 15

Thiế ế mô phỏng hệ thống thông tin quang

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn

OADM ( Optical Add/Drop Multiplexer) thường được dùng trong các mạng quang đô thị và các mạng quang đường dài vì nó cho hiệu quả kinh tế cao, đặc biệt đối với cấu hình mạng tuyến tính, cấu hình mạng vòng.

OADM được cấu hình để xen/ rớt một số kênh bước sóng,các kênh bước sóng còn lại được cấu hình cho đi xuyên qua.  Các cấu trúc cho OADM :

Hình 1.7 Cấu trúc song song

https://thuthuatphanmem.vn/

Cấu trúc song song : tất cả các kênh tín hiệu đều được giải ghép kênh. Sau đó một số kênh tùy ý được cấu hình rớt, các kênh còn lại cấu hình cho đi xuyên qua một cách thích hợp.

https://thuthuatphanmem.vn/

Cấu trúc xen rớt theo băng sóng : trong cấu trúc này một nhóm cố định kênh bước sóng thực hiện xen/ rớt tại mỗi nút mạng OADM. Các kênh được thiết lập thực hiện xen/rớt là các kênh liên tiếp nhau trong một băng sóng, sẽ được lọc bởi một bộ lọc có băng thông là dải bước sóng. Sau đó chúng được đưa lên mức ghép kênh cao hơn và từ đó giải ghép kênh thành các kênh bước sóng riêng lẻ

Cấu trúc nối tiếp : Một kênh đơn được thực hiện rớt và xen từ tập hợp các kênh đi vào OADM.

Hình 1.8 : Cấu trúc song song theo băng

Hình 1.10 : Cấu trúc xen rớt theo băng sóng

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 16

Hình 1.9 : Cấu trúc nối tiếp

 Định nghĩa : OXC là thiết bị đáp ứng yêu cầu về khả năng linh động trong việc cung ứng dịch vụ, hay đáp ứng khả năng đáp ứng được sự tăng băng thông đột biến của các dịch vụ đa phương tiện

- Chuyển đổi bước sóng Ghép và nhóm tín hiệu

Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 17

1.4.6. Bộ nối chéo quang: (OXC)

Hình 1.11 : Sơ đồ kết nối OXC

https://thuthuatphanmem.vn/

 Các yêu cầu đối với OXC : Cung cấp dịch vụ

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn

- Bảo vệ Trong suốt đối với tốc độ truyền dẫn bit Giám sát chất lượng truyền dẫn

Hình 1.12: Khuếch đại quang OLA

+ Tăng độ nhạy của bộ thu + Nâng cao mức

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 18

ạn

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

ới

ền

tốc độ và đị

WDM đồng thời OADM Máy thuLaser Bơm Rama n LaserđộChặnglợi độChặnglợi Bộ bù tán sắc λO SC λO SC λ1 ,λ2 ,…,λW https://thuthuatphanmem.vn/

+ Độc lậ

ặp đắt

ất

thố

ị

dạ

ích:+Thay thế các bộ l ti trong hệ ng b gi h bởi suy hao công su phát p về nh ng kênh

 Lợi

tín hiệu, khuếch đại tín hiệu đa

 Trên thực tế hiện nay các tuyến thông tin tốc độ cao người ta sử dụng bộ khuếch đại quang làm các trạm lặp, chủ yếu là các bộ khuếch đại đường dây pha tạp Eribum (EDFA). Các bộ khuếch đại này có ưu điểm là không cần quá trình chuyển đổi O/E và E/O mà thực hiện khuếch đại trực tiếp tín hiệu quang.

+ Nâng cấp đơn giản

+ Bộ khuếch đại quang sợi pha tạp đất hiếm: khuếch đại xảy ra trong sợi quang pha tạp đất hiếm, phổ biến là bộ EDFA







+ Độ rộng băng tần khuếch đại lớn với hệ số khuếch đại không đổi

Phương pháp quang điện

 Đặc tính của 1 số bộ khuếch đại quang lý tưởng

 Bộ chuyển đổi bước sóng là thiết bị chuyển đổi tín hiệu có bước sóng này ở đầu vào ra thành tín hiệu có bước sóng khác ở đầu ra. Đối với hệ thống WDM, bộ chuyển đổi bước sóng cho nhiều ứng dụng hữu ích khác nhau : Tín hiệu có thể đi vào mạng với bước sóng không thích hợp khi truyền trong WDM Bộ chuyển đổi khi được trang bị trong các cấu hình nút mạng WDM giúp sử dụng tài nguyên bước sóng hiệu quả hơn, linh động hơn. Có 4 phương pháp chế tạo bộ chuyển đổi bước sóng:

Phân loại :

Phương pháp trộn bước sóng

Phương pháp cửa quang Phương pháp giao thoa

+ Nhiễu thấp

https://thuthuatphanmem.vn/

+ Không nhạy cảm với phân cực

+ Không gây xuyên kênh giữa các tín hiệu WDM

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 19

+ Vào : giống như laser bán dẫn nhưng được phân cực dưới ngưỡng

+ Hệ số khuếch đại và mức công suất đầu ra cao với hiệu suất chuyển đổi cao.

+ Ra : khuếch đại xảy ra trong sợi quang nhờ mức công suất bơm cao

+ Suy hao ghép nối với sợi quang thấp.

1.4.8. Bộ chuyển đổi bƣớc song

Ii(i), Oi(i) tương ứng là tín hiệu có bước sóng i đi vào và đi ra cửa thứ i của bộ ghép.

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn

Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 20

Ii(i), Oi(i) tương ứng là tín hiệu có bước sóng i đi vào và đi ra cửa thứ i của bộ tách.

Trong đó Li là suy hao tại bước sóng i 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.

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

1.5. Các tham số cơ bản của gép kênh quang theo bƣớc sóng 1.5.1 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 mô tả ở hình 2.7).

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     10log()(2.2) 10log()(2.1) dBDEMUX I O L dBMUX I O L ii i i ii i i       https://thuthuatphanmem.vn/

1.5.2. Xuyên kênh

ử

quang ở một bước sóng tác động đến tán xạ và công suất quang, trong các bước sóng khác cũng như vậy.

ệ

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 21

Trong một bộ tách kênh sẽ không có sự dò công suất tín hiệu từ kênh thứ i có bước sóng i sang kênh khác có bước sóng khác với bước sóng i. Nhưng trong thực tế luôn tồn tại một mức xuyên kênh nào đó, làm giảm chất lượng truyền dẫn của một thiết 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 các thiết bị tách hỗn hợp như hình 2.8b có 2 loại xuyên âm kênh là xuyên âm đầu gần và xuyên âm đầu xa.  dB I U D ik ik ii        () ()10log()   MUX Sợ quangi I(i) ...I(k) Oi(i) ...Ui(k) Hình 1.13: Xuyên kênh ở bộ giải ghép Ui(k)+Ui(j ) I(i)...I(k)Ii(i) Oi(j ) Sợi quang Hình 1.14: Xuyên kênh ở bộ ghép hỗn hợp https://thuthuatphanmem.vn/

Trong bộ giải ghép thì Ui(k) là lượng tín hiệu không mong muốn ở bước sóng k bị dò ở c a ra th i mà đúng ra chỉ có tín hi u ở bước sóng i, hình 2.8a.

ứ



Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn

ử

ỏ

Trong đó: c là vận tốc ánh sáng 3.108 m/s.

Thi mô ph ng hệ thống thông tin quang

22    cfc d df fc fc       (2.4) https://thuthuatphanmem.vn/

ết kế và

 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.

ụ

Nhóm 2 WDM s d ng phần m m Optisystem 22

Xuyên kênh đầu gần là do các kênh khác ở đầu vào sinh ra, nó được ghép ở bên trong thiết bị như Ui(j).

Mối quan hệ giữa tần số và bước sóng:

Xuyên kênh đầu xa là do các kênh khác được ghép đi vào đường truyền gây ra, ví dụ Ii(k) sinh ra Ui(j).

1.5.3. 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.

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.

ề

Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 23

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.

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn

1.5.4. Ảnh hƣởng của các hiệu ứng phi tuyến

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:

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.

https://thuthuatphanmem.vn/

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.

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.

Bao gồm các hiệu ứng SBS và SRS:

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

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.

Hình 1.16 : Cấu trúc mạng Mesh

Các node liên kết vật lý trực tiếp với tất cả node gần nó

https://thuthuatphanmem.vn/

1.6. Cấu trúc mạng truyền tải quang

1.6.2. Cấu trúc mạng Mesh

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.

Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 24

Cung cấp nhiều khả năng định tuyến Cấu trúc có độ tin cậy cao nhưng kết cấu phức tạp

1.6.1. Cấu trúc mạng Ring

Kết nối này thuận lợi cho việc bảo dưỡng, hiệu năng cao ,chi phí thấp, sử dụng phần tử mạng một cách hiệu quả

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn

Hình 1.15 : Cấu trúc mạng Ring

Các node chỉ liên kết vật lý trực tiếp với hai node gần nhau

Hình 1.18: Cấu trúc mạng hình sao kép

Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 25

a. Cấu trúc mạng hình sao đơn

1.6.3. Cấu trúc mạng hình sao

b. Cấu trúc mạng hình sao kép

https://thuthuatphanmem.vn/

Tương tự như mang sao đơn nhưng ngoài node trung tâm còn có các thiết bị đầu xa

Chọn một node làm trung tâm tín hiệu sẽ được truyền đến các node như hình trên Cấu trúc mạng đơn giản, cho phép truyền dung lượng lớn Node trung tâm phải có khả năng truyền và sử lý với dung lượng lớn

Hình 1.17 : Cấu trúc mạng hình sao đơn

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn

Thường được sử dung trong các mang đòi hỏi độ tin cậy cao

Cấu trúc kép cho phép sư dụng hiệu quả vì mỗi nhánh có thể có nhiều node con Cấu trúc này có nhược điểm do sử dụng thiết bị đấu cuối nên tăng chi phí lắp đặt Cấu hình phức tạp cũng làm giảm độ tin cậy. Khó phát triên dịch vụ băng thông rộng c. Cấu trúc mạng hình Ring hai lớp

Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 26

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn

Hình 1.19 : Cấu trúc mạng hình Ring hai lớp

Ứng dụng cấu trúc mạng ring hai lớp được sử dụng trên thực tế để kết nối giữa các cấu trúc ring riêng biệt tao thành một mang liên kết lớn Tốc độ giữa các node trong mang ring thì cao, ngược lại tốc độ giữa các mang ring tương đối chậm 1.6.4. Cấu trúc mạng Mesh và Ring hai lớp

https://thuthuatphanmem.vn/

 Chi phí cho khai thác, bảo dưỡng tăng do có nhiều hệ thống cùng hoạt động Bộ khuếch đại quang EDFA Các cấu trúc EDFA

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 27 Tương tự như mạng ring hai lớp mạng mesh và mang ring hai lớp tạo kết nối giữa mang nội bộ với các mang nội bộ khác 1.7 Ƣu nhƣợc điểm của hệ thống WDM a. Ƣu điểm :

 Hệ thống WDM có dung lượng truyền dẫn lớn hơn nhiều so với hệ thống TDM.

b. Nhƣợc điểm :

 Dung lượng hệ thống còn nhỏ, chưa khai thác triệt để băng tần rộng lớn của sợi quang.

1.8.1

 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)

Hình 1.20: Cấu trúc tổng quát của một bộ khuếch đại EDFA

 WDM cho phép tăng dung lượng của mạng hiện có mà không cần phải lắp đặt thêm sợi quang

https://thuthuatphanmem.vn/

1.8

Bộ môn Thông tin quang 2

Cao Hồng Sơn

WDM sử dụng

Cấu trúc của một bộ khuếch đại quang sợi pha trộn Erbium EDFA (Erbium Doped FiberAmplifier) được minh họa trên hình 2.9. 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.

https://thuthuatphanmem.vn/

ết kế và mô phỏng

ần mềm Optisystem 28

Th.s

Thi hệ thống thông tin quang Nhóm 2 ph

Hình 1.21: 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 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.

Thi ph ng hệ thống thông tin quang ng phầ m m Optisystem

Nhóm 2 WDM sử dụ

1.8.2 Lý thuyết khuếch đại trong EDFA

Vùng4I15/2 có mức năng lượng thấp nhất, được gọi là vùng nền (ground state band) Vùng 4I13/2 được gọi là vùng giả bền (mestable band) vì các ion Er3+có thời gian sống(lifetime) tại vùng này lâu (khoảng 10ms) trước khi chuyển xuống vùng nền. Thờigian sống này thay đổi tùy theo loại tạp chất được pha trong lõi của EDF.

ề

n

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn

ết kế và mô

29

https://thuthuatphanmem.vn/

ỏ

Hình 1.22: Giản đồ phân bố năng lượng của ion Er3+ trong sợi silica Giản đồ phân bố năng lượng của Er3+ trong sợi silica được minh họa trong hình trên. Theođó, các ion Er3+ có thể tồn tại ở nhiều vùng năng lượng khác nhau được ký hiệu: 4I15/2 , 4I13/2 , 4I11/2,4I9/2, 4F9/2, 4S9/2, 2H11/2. Trong đó:

a) Giản đồ phân bố năng luợng của Er3+:

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn

Vùng 4I11/2, 4I9/2, 4F9/2, 4S9/2, 2H11/2 là các vùng năng lượng cao, được gọi là vùng kíchthích hay vùng bơm (pumping band). Thời gian các ion Er3+ có trạng thái nănglượng trong các vùng này rất ngắn (khoảng 1 μs)

ần mề

b) Nguyên lý hoạt động của EDFA 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: Khi sử dụng nguồn bơm laser 980nm, các ion Er3+ ở vùng nền sẽ hấp thụ năng lượng từcác photon (có năng lượng Ephoton =1.27eV) và chuyển lên trạng thái năng lượng cao hơn ởvùng bơm (pumping band) (1). Tại vùng bơm, các ion Er3+ phân rã không bức xạ rất nhanh (khoảng 1μs) và chuyểnxuống vùng giả bền (2). Khi sử dụng nguồn bơm laser 1480nm, các ion Er3+ ở vùng nền sẽ hấp thụ năng lượng từcác photon (có năng lượng Ephoton =0.841eV) và chuyển sang trạng thái năng lượng cao hơn ởđỉnh của vùng giả bền (3)

ỏ

ết kế và

sử dụ

Thi mô ph ng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM ng ph m Optisystem 30

https://thuthuatphanmem.vn/

Phổ hấp thụ (absortion spectrum)và phổ độ lợi (gain spectrum) của EDFA có lõi pha Ge được biểu diễn trên hình 2.12 [2].

Hình 1.23: Phổ hấp thụ (absorption spectrum) và phổ độ lợi (gain spectrum) của EDFAcó lõi pha Ge [2].

Các ion Er3+ trong vùng giả bền luôn có khuynh hướng chuyển xuống vùng năng lượngthấp (vùng có mật độ điện tử cao) (4)

Trong EDFA, điều kiện để có khuếch đại tín hiệu là đạt được sự nghịch đảo nồng độ bằngcách sử dụng nguồn bơm để bơm các ion erbium lên trạng thái kích thích. Có hai cách thực hiệnquá trình này: bơm trực tiếp tại bước sóng 1480 nm hoặc bơm gián tiếp ở bước sóng 980 nm.

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 31

Hình 1.24: Quá trình khuếch đại tín hiệu xảy ra EDFA với hai bước sóng bơm 980 nmvà 1480nm [1].

1.8.3 Yêu cầu đối với nguồn bơm

Hiện nay, bơm bước sóng 1480 nm được sử dụng rộng rãi hơn vì chúng sẵn có hơn và độtin cậy cao hơn. Độ tin cậy là đặc điểm quan trọng đối với laser bơm vì nó dùng để bơm chokhoảng cách dài và để tránh làm nhiễu tín hiệu.

Sau khoảng thời gian sống (khoảng 10ms), nếu không được kích thích bởi các photon cónăng lượng thích hợp (phát xạ kích thích) các ion Er3+ sẽ chuyển sang trạng thái năng lượng thấphơn ở vùng nền và phát xạ ra photon (phát xạ tự phát) (5).

Với các vùng năng lượng được nêu trong phần 1.8.2.a, ánh sáng bơm có thể được sử dụngtại các bước sóng khác nhau 650 nm (4F9/2), 800 nm (4I9/2 ), 980 nm (4I11/2), 1480 nm (4I13/2). Tuynhiên, khi bước sóng bơm càng ngắn thì các ion Er3+ phải trải qua nhiều giai đoạn chuyển đổinăng lượng trước khi trở về vùng nền và phát xạ ra photon ánh sáng.

https://thuthuatphanmem.vn/

a) Bước sóng bơm

Một EDFA được bơm bằng một nguồn bơm có thể cung cấp công suất đầu ra cực đạikhoảng +16 dBm trong vùng bão hoà hoặc hệ số nhiễu từ 5 6 dB trong vùng tín hiệu nhỏ. Cả hai bước sóng bơm được sử dụng đồng thời có thể cung cấp công suất đầu ra cao hơn; một EDFA được bơm kép có thể cung cấp công suất ra tới +26 dBm trong vùng công suất bơm cao nhất cóthể đạt được. Hình dưới đây thể hiện một EDFA được bơm kép.Giá trị các đặc tính của bộ khuếch đại EDFA được trình bày trong bảng 2.2

Bảng 2.1: So sánh hai bước sóng bơm 980nm và 1480nm

Bộ khuếch đại EDFA có thể được bơm theo ba cách:

Bơm ngược (counterdirectional pumping): nguồn bơm được bơm ngược chiều với hướngtruyền tín hiệu.

Công suất bơm càng lớn thì sẽ có nhiều ion erbium bị kích thích để trao đổi năng lượngvới tín hiệu cần khuếch đại và sẽ làm cho hệ số khuếch đại tăng lên. Tuy nhiên, hệ số khuếch đạikhông thể tăng mãi theo công suất bơm vì số lượng các ion erbium được cấy vào sợi là có giới hạn. Ngoài ra, khi công suất bơm tăng lên thì hệ số nhiễu sẽ giảm. Điều này sẽ được trình bàytrong phần tính hệ số nhiễu của EDFA.

Bơm thuận (codirectional pumping): nguồn bơm được bơm cùng chiều với hướng truyềntín hiệu.

c) Hướng bơm

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 32

Bơm hai chiều (dual pumping): sử dụng hai nguồn bơm và được theo hai chiều ngượcnhau .

https://thuthuatphanmem.vn/

Bƣớc sóng bơm 980 nm 1480 nm Tính chất: Độ lợi Độ lợi công suất bơm Suy hao công suất bơm Hệ số nhiễu Cao hơn Thấp hơn Cao hơn Thấp hơn Thấp hơn Cao hơn Thấp hơn Cao hơn Ứng dụng Tiền khuếch đại Khuếch đại công suất

b) Công suất bơm

Độ

Cao

Bộ khuếch đại EDFA hoạt động ở băng C (1530 1565 nm). Tuy nhiên, độ lợi của sợi pha tạp có đuôi trải rộng đến khoảng 1605 nm. Điều này kích thích sự phát triển của các hệ thống hoạt động ở băng L từ 1565 đến 1625 nm. Nguyên lý hoạt động của EDFA băng L giống như EDFA băng C. Tuy nhiên, có sự khác nhau trong việc thiết kế EDFA cho băng C và băng L.

Hình 1.25: Cấu hình bộ khuếch đại EDFA được bơm kép [11].

1.8.4 Phổ khuếch đại Phổ độ lợi của EDFA được trình bày trong hình 2.12 là tính chất quan trọng nhất củaEDFA khi xác định các kênh tín hiệu được khuếch đại trong hệ thống WDM. Hình dạng của phổkhuếch đại phụ thuộc vào bản chất của sợi quang, loại tạp chất (Ge, Al) và nồng độ tạp chất được pha trong lõi của sợi quang.

• Thay đổi thành phần trộn trong sợi quang: dùng sợi quang trộn thêm nhôm, photphonhôm hay flo cùng với erbium sẽ tạo nên bộ khuếch đại có băng tần được mở rộng vàphổ khuếch đại bằng phẳng hơn.

Các phần tử bên trong bộ khuếch đại quang như bộ cách ly (isolator) và bộ ghép (coupler) phụthuộc vào bước sóng nên chúng sẽ khác nhau trong băng C và băng L. Sự so sánh các tính chấtcủa EDFA trong băng C và băng L được thể hiện trong bảng 2.2. Bảng 2.2: Bảng so sánh EDFA hoạt động trong băng C và băng L Tính chất Băng C Băng L lợi Phổ độ lợi Nhiễu ASE hơn bằng phẳng hơn Thấp hơn ỏ hơn khoảng 3 lần ằng phẳng hơn Cao hơn

Ít

Nh

B

https://thuthuatphanmem.vn/

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 33

• Công nghệ cân bằng độ lợi: dùng bộ cân bằng (equalizer) hấp thụ bớt công suất ởbước sóng có độ lợi lớn và bộ khuếch đại để tăng công suất của bước sóng có độ lợi nhỏ.

Một số biện pháp được sử dụng để khắc phục sự không bằng phẳng của phổ độ lợi:

Hình 1.25 trình bày cấu trúc của một bộ khuếch đại băng L làm bằng phẳng độ lợi trongkhoảng bước sóng 1570nm 1610nm với thiết kế hai tầng [3].

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 34

Hình 1.26 Cấu hình của một bộ khuếch băng L làm bằng phẳng độ lợi trong khoảng bướcsóng 1570nm 1610nm với thiết kế hai tầng.

Độ lợi của một bộ EDFA có thể được tính theo phương trình sau: G = exp[∫ (2.11)

1.8.5. Các tính chất của EDFA a) Độ lợi (Gain)

Trong đó: (z), (z): mật độ ion erbium ở trạng thái kích thích và ở trạng thái nền tại vị trí ztrong đoạn sợi quang pha erbium. L: chiều dài sợi pha erbium. (e)s σ , (a)s σ: tiết diện ngang hấp thụ và phát xạ của ion erbium tại bước sóng tín hiệu. Phương trình (2.11) cho thấy độ lợi liên quan đến sự nghịch đảo nồng độ trung bình. Gọi1 N , 2 N lần lượt là nồng độ ion Erbium ở mức năng lượng nền và mức năng lượng kích thíchtrung bình. Khi đó 1 N , 2 N sẽ được tính theo công thức sau:

Tầng đầu tiên được bơm ở bướcsóng 980nm và hoạt động như một bộ EDFA truyền thống (sợi quang dài 20-30nm) có khả năngcung cấp độ lợi trong khoảng bước sóng 1530 1570 nm. Ngược lại, tầng thứ hai có sợi quang dài 200m và được bơm hai chiều sử dụng laser 1480nm. Một bộ isolator được đặt giữa hai tầng nàycho phép nhiễu ASE truyền từ tầng thứ 1 sang tầng thứ 2 nhưng ngăn ASE truyền ngược về tầng thứ nhất. Với cấu trúc nối tiếp như vậy, khuếch đại hai tầng có thể cung cấp độ lợi phẳng trên mộtvùng băng thông rộng trong khi vẫn duy trì mức nhiễu thấp.

https://thuthuatphanmem.vn/

https://thuthuatphanmem.vn/

sσ σ : là tiết diện ngang hấp thụ và phát xạ tại bước sóng tín hiệu.

• Γs : hệ số chồng lắp tại bước sóng tín hiệu.

• N : mật độ ion erbium tổng cộng.

Trong phương trình(2.12), (2.13) có hai tham số N1(z) và N2(z) là hàm theo vị trí z dọc theo sợi quang được cho bởi: (2.15)

• Phụ thuộc vào nồng độ ion Er+3: Khi nồng độ Er+3 trong sợi quang của bộ EDFA tăng

Phương trình (2.11) có thể được viết lại một cách đơn giản hơn như sau:

G = exp[∫ (2.14)

• Ps(z): công suất của tín hiệu tại vị trí z trong sợi quang.

• fp : tần số bơm.

• A : diện tích tiết diện ngang hiệu dụng.

• Pp(z): công suất bơm tại vị trí z trong sợi quang.

pσ σ : là tiết diện ngang hấp thụ và phát xạ tại bước sóng bơm.

thì khả năng chúng được chuyển lên mức năng lượng cao hơn càng nhiều, do đó hệ số khuếch đại tăng. Nhưng nếu nồng độ Er+3 tăng quá cao sẽ gây tích tụ dẫn đến hiện tượng tiêu hao quang làm cho hệ số khuếch đại giảm.

• h : hằng số Planck; h = 6,625.10 34J.s.

Từ công thức (2.15) ta thấy hệ số khuếch đại của EDFA phụ thuộc vào các yếu tố sau:

b) Công suất ra bão hoà (Output saturation power)

Trong đó:

• fs : tần số tín hiệu.

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 35 = ∫ (2.12) = ∫ (2.13)

• τ : thời gian sống của ion erbium ở trạng thái kích thích 4I13/2.

• Γp : hệ số chồng lắp tại bước sóng bơm.

Hình.

Sự bão hoà xảy ra khi công suất tín hiệu vào EDFA lớn gây ra sự giảm hệ số khuếch đại. Sự bão hoà hệ số khuếch đại này xuất hiện khi công suất tín hiệu tăng cao và gây ra sự phát xạ kích thích ở một t lệ cao và do đó làm giảm sựnghịch đảo nồng độ. Điều đó có nghĩa là số các ion erbium ở trạng thái kích thích giảm một cách đáng kể. Hệ quả là, công suất tín hiệu ở ngõ ra bị hạn chế bởi sự bão hoà công suất. Công suất ra bão hòa Pout, được định nghĩa là tín hiệu ra mà ở đó hệ số khuếch đại bị giảm đi 3 dB so với khikhuếch đại tín hiệu nhỏ

Hình 2.17 biểu diễn sự thay đổi của NF và độ lợi tín hiệu theo chiều dài của sợi quang vớimột số giá trị của PP/Psat khi công suất tín hiệu ngõ vào 1mW tại bước sóng

Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 36

Trong đó, nsp = N2/(N2 N1) được gọi là hệ số phát xạ tự phát, N1, N2 là nồng độ ion Erbium ở mứcnăng lượng nền và mức năng lượng kích thích.

https://thuthuatphanmem.vn/

Như đã trình bày trong công thức (2.15) và (2.16), N1, N2 thay đổi dọc theo chiều dài củasợi quang và phụ thuộc vào công suất của nguồn bơm và công suất của tín hiệu. Do đó, hệ sốnhiễu NF của EDFA cũng phụ thuộc vào chiều dài của sợi quang L và công suất bơm PP, giốngnhư độ lợi tín hiệu của EDFA.

1.27: Đồ thị biểu diễn công suất ra bão hoà

1.8.6. Nhiễu trong bộ khuếch đại Nhiễu trong bộ khuếch đại là một yếu tố giới hạn quan trọng đối với hệ thống truyền dẫn.Đối với EDFA, ảnh hưởng của nhiễu ASE được tính thông qua thông số hệ số nhiễu NF được chobởi công thức [2]: NF = 2nsp (2.17)

Công suất ra bão hòa tăng tuyến tính theo công suất bơm vào tại bước sóng bơm 975 nm đối với bước sóng tín hiệu là 1555 nm và 1532 nm.

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn

https://thuthuatphanmem.vn/

ần mềm Optisystem 37

ỏ

Nhóm

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn

ết kế và mô

Thi ph ng hệ thống thông tin quang 2 ph

1,53 μm. Kết quả chothấy rằng FN có thể đạt gần bằng 3dB khi công suất của nguồn bơm PP >> Pp,sat.Với mức nhiễu tương đối thấp, EDFA là sự lựa chọn lý tưởng cho các 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.

WDM sử dụng

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.

Nguồn laser bơm bán dẫn có độ tin cậy cao, gọn và công suất cao.

https://thuthuatphanmem.vn/

- Cấu trúc nhỏ gọn: có thể lắp đặt nhiều EDFA trong cùng một trạm, dễ vận chuyển vàthay thế

Hầu như không phụ thuộc vào phân cực của tín hiệu.

Cấu hình đơn giản: hạ giá thành của hệ thống.

1.8.7 Ƣu khuyết điểm của EDFA

a) Ưu điểm:

Băng tần hiên nay bị giới hạn trong băng C và băng L.

Nhóm

Nhiễu được tích lũy qua nhiều chặng khuếch đại gây hạn chế cự ly truyền dẫn.

Khôngn. có nhiễu xuyên kênh khi khuếch đại các tín hiệu WDM như bộ khuếch đại quangbán dẫn.

b) nhược điểm: Phổ độ lợi của EDFA không bằng phẳng.

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn

Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 38

Công. suất nguồn nuôi nhỏ: thuận lợi khi áp dụng cho các tuyến thông tin quang vượtbiể

Phần mềm có giao diện thân thiện, khả năng hiển thị trực quan.

2.1.1. Lợi ích

Đánh giá sự nhạy cảm tham số giúp đỡ việc thiết kế chi tiết kỹ thuật

Cung cấp cái nhìn toàn cầu vào hiệu năng hệ thống

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 phỏ

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.

Cung cấp các tham số tự động quét và tối ưu hóa

https://thuthuatphanmem.vn/

OptiSystemnglà 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.

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 39 CHƢƠNG II MÔ PHỎNG TUYẾN THÔNG TIN QUANG WDM BẰNG PHẦN MỀM OPTISYSTEM 2.1. Tổng quan về phần mềm Optisystem

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

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn

Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 40

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. "

2.1.2. Ứng dụng

ết kế và

Tích hợp với họ các sản phẩm Optiwave

Thư viện nguồn quang -

Thư viện các bộ thu quang

OptiSystem cho phép người dùng lập kế hoạch, kiểm tra, và mô phỏng: - Thiết kế mạng WDM / TDM hoặc CATV

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:

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.

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

https://thuthuatphanmem.vn/

Thi mô phỏng hệ thống thông tin quang

Thư viện sợi quang

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

Thư viện các bộ khuếch đại (quang, điện)

Thiết kế mạng vòng SONET / SDH

Thư viện các thiết bị đo quang, đo điện

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.

Thư viện các phần tử mạng quang

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

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn

Thư viên các bộ lọc (quang, điện)

Miêu tả được tín hiệu pha trộn

Các công cụ trực quan nâng cao

Thư viện các phần tử truy nhập

Thư viện các bộ MUX, DEMUX

Thư viện các phần tử thụ động (quang, điện)

2.2.2. Tích hợp với các công cụ phần mềm Optiwave

- Thư viện các phần tử xử lý tín hiệu (quang, điện)

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 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.

https://thuthuatphanmem.vn/

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.

- Thư viện các phần tử FSO

Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 41

Thiết bị đo điện:

- Thiết bị đo công suất (Optical Power Meter)

 Yêu cầu phần cứng và phần mềm

Thiết bị phân tích WDM (WDM Analyzer)

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 .

- Thiết bị phân tích phân cực (Polarization Analyzer)

Độ phân giải đồ họa 1024x768,nhỏ nhất 65536 màu.

Thiết bị phân tích biểu đồ hình mắt (Eye Diagram Analyzer)

Thiết bị đo quang:

Thiết bị đo công suất (Electrical Power Meter)

Trước khi cài đặt Optisystem, chắc chắn rằng các yêu cầu đối với hệ thống là phù hợp với các mô tả dưới đây.

https://thuthuatphanmem.vn/

Thiết bị đo phân cực (Polarization Meter)...

Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 42

- Thiết bị phân tích lỗi bit (BER Analyzer)

 Optisystem yêu cầu cấu hình hệ thống thấp nhất là:

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 miền thời gian quang (Optical Time Domain Visualizer)

Phân tích phổ (Spectrum Analyzer)

2.3. Tóm tắt hƣớng dẫn sử dụng phần mềm optisystem

- Thiết bị phân tích sóng mang điện (Electrical Carrier Analyzer)...

- ThiOscilloscope ết bị phân tích phổ RF (RF Spectrum Analyzer)

2.3.1. Yêu cầu chung

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn

 Cài đặ

- \toolbox tệp liên hệ MATLAB.

 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:

có thể được cài đặt trên Windows XP hoặc Vista. Nên thoát hết các chương trình Windows trước khi cài đặt chương trình.

- \samples tệp ví dụ Optisystem.

 Để chắc chắn Optisystem vận hành một cách đúng đắn, kiểm chứng lại theo các bước sau:

- Internet explorer 5.5 hoặc cao hơn.

 Key bảo vệ: Một key bảo vệ phần cứng được cung cấp kèm theo phần mềm

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.

Chú ý: Xin hãy chắc rằng key bảo vệ phần cứng không được kết nối trong suốt quá trình cài đặt Optisystem.

- \components tham số các phần tử của Optisystem từ nhà cung cấp. \doc tài liệu hỗ trợ Optisystem. \libraries thư viện phần tử Optisystem.

 Thư mục Optisystem

Ram 128MB( gợi ý).

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.

- DirectX 8.1 hoặc cao hơn.

Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 43

- \bin các tệp thực thi được,thư viện đường dẫn động, và tệp trợ giúp.

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn

Optisystemt

https://thuthuatphanmem.vn/

- Key bảo vệ kết nối đúng vào cổng song song /USB của 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.

Thi mô ph ng hệ thống thông tin quang ng ph m m

Quét tham số phụ thuộc vào yếu tố của một kịch bản: tham số và kết quả.

Bấm OK và theo các hướng dẫn và dấu nhắc trên màn hình

ỏ

Bước Thực hiện

Nhóm 2 WDM sử dụ

Cho CD Optisystem vào ổ CD ROM.

4

6 Khi cài đặt xong, khởi động lại máy tính.

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn

Optisystem 44

ần

ề

 Khâu quét

2

ết kế và

Bảng 1: Các bước cài đặt

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.

 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.

https://thuthuatphanmem.vn/

Đăng nhập vào với vai trò người quản trị hoặc đăng nhập vào tài khoản với đặc quyền quản trị

Hộp thoại Run hiện ra.

Trong hộp thoại Run, gõ F:\setup.exe, F ở đây là ổ CD ROM của bạn.

Trên thanh công cụ,vào Start và chọn Run.

1

3

5

ết kế và

Nhóm

Người dùng truy cập vào lấy các phần tử để thiết kế (Hình 1)

Hình 2.2: Thư viện các phần tử

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn

ử

Hình 2.1: Thành phần trình diễn 2.3.2 Hƣớng dẫn sử dụng phần mềm optisystem Thư viện các phần tử ( component library ) :

https://thuthuatphanmem.vn/

Thi mô ph ng hệ thống thông tin quang 2 WDM s dụng phần mềm Optisystem 45

ỏ

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.

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 46

Thư viện các thiết bị đo quang, đo điện Ngoài ra các phần tử được định nghĩa sẵn, Optisystem còn có

- Thư viện các phần tử thụ động (quang, điện) - (passiver library)

Thư viện các phần tử:

Thư viện các bộ khuếch đại (quang, điện) (amplifier library)

Thư viện các phần tử xử lý tín hiệu (quang, điện) ( signal processing library)

Các phần tử do người sử dụng tự định nghĩa ( User defined Components)

Thư viện nguồn quang ( optical sources library )

- Thư viện các bộ lọc (quang, điện) - (filter library)

Thư viện các phần tử mạng quang (network library)

Thư viên các phần tử FSO ( free space optics library)

Thư viện các bộ MUX, DEMUX

Thư viện các phần tử truy nhập ( access library)

https://thuthuatphanmem.vn/

Thư viện các bộ thu quang (receivers library)

Thư viện sợi quang (optical fiber library)

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 47 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 https://thuthuatphanmem.vn/

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 48 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 https://thuthuatphanmem.vn/

Hình 2.7: Status bar

+ Tool bars : các thanh công cụ có sẵn trên cửa sổ

https://thuthuatphanmem.vn/

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 49 + Status bar : hiển thị những gợi ý về việc sử dụng Optisystem

Hình 2.9: Pan window

+ Menu bar : chứa các menu có sẵn trong Optisystem

Hình 2.8: Menu bar

+ Pan window

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 50 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 https://thuthuatphanmem.vn/

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 51 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 https://thuthuatphanmem.vn/

ết kế và

Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 52

Thi mô phỏng hệ thống thông tin quang

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 https://thuthuatphanmem.vn/

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

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn

Di chuyển con trỏ đến các giá trị thích hơp. Nhập giá trị tham số mong muốn.

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 https://thuthuatphanmem.vn/

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

* 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 .

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn 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 Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 54 Tiến hành nhập tốc độ bit 10Gbit/s= 10000000000 (bít/s). Hình 2.17 : Nhập tốc độ bít muốn thay đổi https://thuthuatphanmem.vn/

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 55 + 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 https://thuthuatphanmem.vn/

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 56 Hình 2.19 : Thay đổi công suất phát quang https://thuthuatphanmem.vn/

https://thuthuatphanmem.vn/

* 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.

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 57 + Kết thúc cài đặt tham số toàn cục bằng cách click OK các thông số toàn cục được hiển thị như sau:

- Kích Remove Par: Tham số đã được xóa. Chú ý: Bạn không thể chỉnh sửa hoặc xóa các tham số hệ thống.

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 58 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: https://thuthuatphanmem.vn/

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 59 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). https://thuthuatphanmem.vn/

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 60 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. https://thuthuatphanmem.vn/

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 61 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 https://thuthuatphanmem.vn/

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 62 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. https://thuthuatphanmem.vn/

https://thuthuatphanmem.vn/

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 63

Hình 2.25: Chuyển đổi số lần quét.

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:

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.

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 64 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. https://thuthuatphanmem.vn/

https://thuthuatphanmem.vn/

Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 65

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

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:

Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn

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.

o Bước 1: Lựa chọn Report tab trong cửa sổ Project Layout

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 66 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) https://thuthuatphanmem.vn/

Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 67

- Kết quả mô phỏng

- Nhận xét, phân tích kết quả mô phỏng .

3) Báo cáo kết quả thực hành Mô hình mô phỏng

https://thuthuatphanmem.vn/

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.

Nguồn phát: Loại nguồn: Laser.

- Số mẫu trong 1 bit: 64

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn

Phương thức điều chế: điều chế ngoài

Chiều dài chuỗi: 128 bits

Lưu ý: các tham số toàn cục (global parameters để mô phỏng) được thiết lập như sau

Thiết bị đo công suất quang

c) Chạy mô phỏng

- Bộ thu: Sử dụng PIN kết hợp với bộ lọc thông thấp Bessel

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

Thiết bị phân tích phổ quang

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:

- Tốc độ bit: 10 Gbit/s

Các tham số mô phỏng chi tiết

o Kết quả mô phỏng theo phương án thiết kế ban đầu hệ thống ban đầu

- Thiết bị đo BER

o Sự thay đổi của các tham số thiết kế để đạt được BER = 10 12

Tốc độ bít: 10GBps

ử dụ

Thi ng hệ ống thông tin quang 2 s ng ph m m Optisystem

Số mẫu =Chiều dài chuỗi×Số mẫu trong một trong một bit=128×64=8192

Nguồn phát: Sử dụng nguồn CW Laser ( continous Wave Laser ) : nhằm giảm ảnh hưởng của tán sắc sợi.

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn

68

2.4.2.1 Tuyến phát quang: chọn cửa sổ truyền 1550nm EDFA ở băng C

ến phát quang gồm 4 kênh quang được tích hợp thông quang bộ ghép kênh quang MUX.

th

ết kế và mô phỏ

ề

Nhóm

Chiều dài chuỗi: 128bits

Thiết lập tham số toàn cục

Số mẫu trong một bít: 64

2.4.2 Mô phỏng theo phƣơng án thiết kế

Hình 2.29: Thiết lập tham số toàn cục

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 Machzehnder.Tuy

https://thuthuatphanmem.vn/

WDM

ần

Hình 2.30: Nguồn Laser phát CW Laser ộ tạo xung RZ

Hình 2.31: Bộ tạo xung RZ o chuỗi bit

ạ

https://thuthuatphanmem.vn/

Bộ tạ

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 69

B

Hình 2.32. Bộ t o chuỗi bít

https://thuthuatphanmem.vn/

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 70

Bộ điều chế ngoài

Bộ ghép kênh quang (ghép 4 kênh)

Toàn tuyến phát 4 kênh quang

Hình 2.33: Bộ điều chế Mach Zehnder

Hình 2.34: Bộ ghép kênh MUX 4×1

https://thuthuatphanmem.vn/

2.4.2.2 Tuyến truyền dẫn quang Hình 2.36. Tuyến truyền dẫn quang

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 71

Hình 2.35: Tuyến phát quang

Do sợi quang có suy hao tán sắc nên trong tuyến truyền dẫn sẽ sử dụng bộ bù tán sắc DCF.







 Độ

https://thuthuatphanmem.vn/



 Độ

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn

 Thì

Độ tán sắc: 0.335 ps/nmkm

Suy hao sợi: 0.2dB



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.

Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 72

 Độ

Độ dốc tán sắc (≤0.092ps/nm^2/k): 0.075ps/nm^2/k.

Thông số của bộ bù tán sắc: Giả sử sợi G652 có chiều dài là L1=50km. tán sắc là : D1= 16.75 ps/nm.km. dốc tán sắc : 0.075ps/nm^2.km. Chiều dài sợi bù tán sắc ( DCF) là L2=60km 50km=10km độ bù tán sắc D2= D1×L1/L2.= 50×16.75/10= 83 ps/nm.km. dốc tán sắc : 0.375ps/nm^2.km.

Chọn chiều dài sợi G.652 là 60km, số bộ lặp là: 300km÷60km=5 bộ.

Hình 2.37. Bộ lặp

Sợi quang sử dụng G.652 có các tham số: tại cửa sổ truyền 1550nm thì:

Độ lợi của bộ khuếch đại EDFA là 5dB

Độ lợi của bộ khuếch đại EDFA là 10dB + L2=10km thì suy hao sợi là: 10×0.2=5dB

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

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 73

https://thuthuatphanmem.vn/

Hình 2.38. Thông số sợi bù tán sắc DCF

Thiết bị đo BER

2.40. Thiết bị đo BER https://thuthuatphanmem.vn/

Hình 2.39. Tuy

ến thu WDM

Hình

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 74 2.4.4.3 Tuyến thu của hệ thống WDM

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 75 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 https://thuthuatphanmem.vn/

Quang ph phát

https://thuthuatphanmem.vn/

ổ tín hiệu

ệ

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 76

Quang phổ tín hi u thu

Hình 2.42. Quang phổ tín hiệu phát

2.44. Tổng công suất phát Công suất tín hiệu thu

Hình

2.43. Quang phổ tín hiệu đầu thu kênh thứ 3 Công suất tín hiệu phát

Hình

2.45. Công suất thu của kênh 4 https://thuthuatphanmem.vn/

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 77

Hình

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 78 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 https://thuthuatphanmem.vn/

sợi

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 79 2.4.4. Kết quả mô phỏng thay đổi các tham số để đạt BER=10 12 Khi thay đổi một trong các tham số hệ thống thì tỉ số lỗi bít BER se thay đổi theo.  Thay đổi công suất Laser phát

ệ số

đổi

Hình 2.48. Thay đổi công suất Laser phát ặc thay hệ số suy hao sợi quang lên thành 0.2025dB

 Ho

Hình 2.49. H suy hao quang thay

đổi https://thuthuatphanmem.vn/

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 80 BER thay đổi + BER của kênh thứ nhất thay đổi Hình 2.50. BER của kênh thứ nhất đạt 10 12 + Mắt quang:Hình 2.51. BER đạt 10 12 khi thay đổi một số tham số https://thuthuatphanmem.vn/

Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO



Tài liệu:khuếch đại quang sợi và khả năng ứng dụng vào mạng viễn thông- Dương Đức Tuệ Hệ thống ghép kênh theo bước sóng quang Học viện công nghệ bưu chính viễn thông, NXB Bưu Điện, Hà Nội 5-2001

https://thuthuatphanmem.vn/





Kevin H. Liu, IP over WDM, John Wiley & Sons, Inc, 2002



TS. Vũ Văn San, “Hệ thống thông tin quang sử dụng kỹ thuật WDM”, tạp chí bưu chính viễn thông số 9-1999

Giáo trình “Kỹ thuật thông tin quang 2” (dùng cho sinh viên hệ đào tạo đại học từ xa)_Ths. Đỗ Văn Việt Em.

