Thiết lập mô hình đo thử hệ thống truyền dẫn quang băng rộng trên phần mềm optisystem

Tính cấp thiết của đề tài Sử dụng phần mềm Optisystem để mô phỏng hoạt động các hệ thống truyền dẫn quang, thực hiện các phép đo thử trong hệ thống truyền dẫn quang là rất quan trọng, g

MỤC LỤC

BẢN TÓM TẮT 4

DANH MỤC BẢNG 6

DANH MỤC HÌNH 7

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 11

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 12

MỞ ĐẦU 13

1 Lý do chọn đề tài 13

2 Tính cấp thiết của đề tài 13

3 Mục tiêu đề tài 13

4 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu 14

5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 14

6 Phương pháp nghiên cứu 14

7 Nội dung và bố cục của đề tài 14

8 Kết luận 15

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 16

1.1 Sơ lược về lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống thông tin quang 16

1.2 Giới thiệu các đặc điểm cơ bản của một hệ thống thông tin quang hiện nay 18

1.2.1 Sơ đồ khối cơ bản của hệ thống truyền dẫn quang 18

1.2.2 Chức năng của các phần tử trong hệ thống truyền dẫn quang 19

1.2.3 Các thành phần cơ bản của WDM 22

1.2.4 Ưu điểm của hệ thống thông tin quang 23

1.2.5 Nhược điểm của hệ thống thông tin quang 24

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM OPTISYSTEM 25

2.1 Tổng quan về optisystem 25

2.1.1 Optisystem 25

2.1.2 Khả năng kết hợp với các công cụ phần mềm khác của Optiwave 25

2.1.3 Mô phỏng phân cấp với các hệ thống con (subsystem) 25

2.1.4 Ngôn ngữ Scipt mạnh 25

2.2 Các đặc tính cơ bản của Optisystem 25

2.2.1 Các công cụ hiển thị 25

2.2.2 Thiết kế nhiều lớp (multiple layout) 26

2.2.3 Trang báo cáo (report page) 26

2.2.4 Quét tham số và tối ưu hóa (parameter sweeps and optimizations) 27

2.3 Component Library 27

2.4 Các bước thiết kế một project trên Optisystem 28

2.4.1 Mở một Project có sẵn 28

2.4.2 Tạo một Project mới 28

2.4.3 Thiết lập các tham số toàn cục (global parameters) của Project 29

2.4.4 Hiển thị và thay đổi tham số của các phần tử trong Project 30

2.4.5 Chạy mô phỏng 31

2.4.6 Thực hiện quét tham số (Parameter Sweep) 32

CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG CÁC PHÉP ĐO THỬ TRÊN TUYẾN TRUYỀN DẪN QUANG 37

3.1 Thiết kế và mô phỏng hệ thống truyền dẫn quang 37

3.1.1 Thông số thiết lập hệ thống 37

3.1.2 Sơ đồ hệ thống mạng truyền dẫn quang 38

3.1.3 Tiến hành mô phỏng và kết quả mô phỏng 38

3.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu truyền dẫn 40

3.2 Thiết kế mạng và mô phỏng mạng WDM 42

3.2.1 Các thông số thiết lập mang truyền dẫn đơn hướng WDM 43

3.2.2 Sơ đồ hệ thống 44

3.2.3 Kết quả mô phỏng 46

3.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tuyến truyền dẫn quang 51

3.2.4.1 Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ bit của kênh đại diện đầu tiên 51

3.2.4.2 Khảo sát ảnh hưởng của công suất phát Po 52

3.2.4.3 Khảo sát ảnh hưởng của cự ly truyền dẫn L 52

3.2.4.4 Khảo sát ảnh hưởng của photodiode 53

3.3 Thiết kế bộ thu, bộ phát, bộ khuếch đại 54

3.3.1 Tổng quan về hệ thống 54

3.3.2 Tiến hành mô phỏng, so sánh số liệu 55

3.4 Thiết kế hệ thống mạng theo chuẩn GPON 58

3.4.1 Các thông số thiết lập mạng GPON 58

3.4.2 Sơ đồ hệ thống mạng GPON 61

3.4.3 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng mạng quang 63

3.4.3.1 Tỉ số lỗi bit – BER 63

3.4.3.2 Hệ số chất lượng tín hiệu Q 65

3.4.3.3 Đồ thị mắt 65

3.4.3.4 Mối quan hệ giữa tỉ lệ lỗi bit – BER với đồ thị mắt 66

3.4.4 Phân tích các yếu tổ ảnh hưởng đến mạng quang 66

3.4.4.1 Đo kiểm các thông số cơ bản của mạng 66

3.4.4.2 Ảnh hưởng của khoảng cách 69

3.4.4.3 Ảnh hưởng của hệ số tỉ lệ chia Splitter 71

3.4.4.4 Ảnh hưởng của công suất phát 73

3.4.4.5 Kết luận 75

3.5 Thiết kế mạng truyền dẫn RoF 75

3.5.1 Các thông số thiết lập mạng truyền dẫn RoF 76

3.5.2 Sơ đồ hệ thống 76

3.5.3 Kết quả mô phỏng 79

3.5.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tuyến truyền RoF 82

3.5.4.1 Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ bit của kênh đại diện đầu tiên 82

3.5.4.2 Khảo sát ảnh hưởng của công suất phát Po 82

3.5.4.3 Khảo sát ảnh hưởng của cự ly truyền dẫn L 83

3.5.4.4 Khảo sát ảnh hưởng của photodiode 83

Hiện nay, các phần mềm mô phỏng hệ thống thông tin quang có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với ngành điện tử viễn thông nói riêng và các ngành kỹ thuật khác nói chung

Nó cho phép người sử dụng tiến hành các thao tác mô phỏng một quy trình đã có trong thực tế hoặc thiết kế một quy trình mới nhờ có thư viện dữ liệu phong phú và chính xác với từng loại tham số kênh tuyến khác nhau Một trong số đó là phần mềm mô phỏng OptiSystem – một 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

Mục đích nghiên cứu: Thúc đẩy phong trào thực hiện nghiên cứu khoa học trong sinh

viên, tạo môi trường học thuật để sinh viên phát huy khả năng tự học, tự nghiên cứu Giúp sinh viên vận dụng những kiến thức lý thuyết đã học vào thực tiễn

Mục tiêu nghiên cứu: Thực hiện việc mô phỏng hoạt động của các hệ thống truyền

dẫn quang Thực hiện các phép đo thử trong hệ thống truyền dẫn quang như đo công suất, đo suy hao, đo chất lượng hệ thống truyền dẫn bằng phần mềm Optisystem

Tìm hiểu các sơ đồ, phương pháp mô phỏng thích hợp đồng thời phân tích, đánh giá: Các kết quả đo đạt bằng phần mềm Optisystem với kết quả thực nghiệm đã được học Giải quyết câu hỏi lớn: “Giữa kết quả mô phỏng và kết quả đo đạt thực nghiệm có trùng khớp hay không? Nếu không hoàn toàn trùng khớp thì sai lệch có đáng kể hay không? Làm thế nào để tối ưu hoá hai thông số đặc trưng Q và BER trong một hệ thống? Từ đó, đưa ra các nhận xét và kết luận cho một hệ thống cụ thể

4 Phương pháp nghiên cứu:

 Nghiên cứu lý thuyết về hệ thống truyền dẫn quang để phân tích các đặc tính của hệ thống

 Đo thử và ghi nhận các kết quả

 Phân tích đánh giá hệ thống

học, phần mềm máy tính, quy trình công nghệ, mẫu, sáng chế…)(nếu có)

 Đóng góp vào danh mục tài liệu phục vụ công tác nghiên cứu thực tiễn và giảng dạy, học tập tại Trường Đại học Sài Gòn

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Bảng phân chia các băng sóng vô tuyến

Bảng 3.1 Ảnh hưởng của công suất

Bảng 3.2.Ảnh hưởng của cự ly truyền dẫn

Bảng 3.3 Ảnh hưởng của tốc độ bit

Bảng 3.4 Bảng so sánh ảnh hưởng của tốc độ bit đến hệ thống

Bảng 3.5 Bảng so sánh ảnh hưởng của công suất phát đến hệ thống

Bảng 3.6 Bảng so sánh ảnh hưởng của cự ly truyền dẫn đến hệ thống

Bảng 3.7.Bảng so sánh ảnh hưởng của Photodiode đến hệ thống

Bảng 3.8 So sánh ảnh hưởng của cự ly truyền dẫn

Bảng 3.9 Ảnh hưởng của độ lợi đến hệ thống

Bảng 3.10 Bảng so sánh ảnh hưởng của tốc độ bit đến hệ thống

Bảng 3.11 Bảng so sánh ảnh hưởng của công suất phát đến hệ thống

Bảng 3.12 Bảng so sánh ảnh hưởng của cự ly truyền dẫn đến hệ thống

Bảng 3.13 Bảng so sánh ảnh hưởng của Photodiode đến hệ thống

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 a Truyền dẫn với sợi quang đơn hướng

Hình 1.1 b Truyền dẫn với sợi quang song hướng

Hình 1.2 Sơ đồ cấu trúc hệ thống chuyển tiếp thông tin quang

Hình 1.3 Truyền lan ánh sáng từ môi trường 1 sang môi trường 2

Hình 1.4 Mô hình phân cực sóng ánh sáng truyền trong sợi quang

Hình 1.5 Đồ thị phân chia phổ sóng điện từ theo tần số hoặc bước sóng

Hình 1.6 Sơ đồ mức năng lượng nguyên tử

Hình 1.7 Hình Hệ thống WDM cơ bản

Hình 2.1 Cửa số Project layout

Hình 2.2 Đặt phần tử vào Main layout

Hình 2.3 Kích hoạt kết nối tự động

Hình 2.4 Hủy bỏ chế độ kết nối tự động

Hình 2.5 Hộp thoại Layout parameters

Hình 2.6 File menu

Hình 2.7 Hộp thoại OptiSystem Calculations

Hình 2.8 Ví dụ kết quả hiển thị trên thiết bị phân tích phổ

Hình 2.9 Hộp thoại Total Parameter Iteration

Hình 2.10 Truy nhập qua Layout - Set Total Sweep Iterations

Hình 2.11 Hộp thoại Current Sweep Iteration

Hình 2.12 Set Current Iteration drop-down box

Hình 2.13 Sweep mode

Hình 2.14 Tham số của phần tử - Tham số ở chế độ Sweep mode

Hình 2.15 Các giá trị tham số cần quét của phần tử trên thiết kế

Hình 2.16 Các bước để hiển thị kết quả mô phỏng quét tham số

Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống mạng truyền dẫn quang

Hình 3.3 Giá trị công suất ngõ ra tại đầu phát và thu

Hình 3.4 Thông số ở bộ Ber Analyzer

Hình 3.5 Những đồ thị thu được

Hình 3.6 Sơ đồ khối hệ thống truyền dẫn quang WDM

Hình 3.7 Mô hình hệ thống thiết kế

Hình 3.8 Sơ đồ mô phỏng truyền dẫn WDM

Hình 3.9 Thiết lập thông số mô phỏng mạng truyền dẫn WDM

Hình 3.10 Thiết lập các thông số toàn cục

Hình 3.11 Công suất đo tại đầu ra khi Pphát = -17dBm

Hình 3.12.Công suất đo tại đầu thu khi Pphát = -17dBm, tại khoảng cách 100km

Hình 3.13 Kết quả đo tại đầu thu

Hình 3.14 Phổ tín hiệu tại đầu thu tuyến truyền dẫn

Hình 3.15 Đồ thị Q-Factor tại đầu thu tuyến truyền dẫn

Hình 3.16 Đồ thị Min BER tại đầu thu tuyến truyền dẫn

Hình 3.17 Đồ thị mắt tại đầu thu tuyến truyền dẫn

Hình 3.18 So sánh ảnh hưởng của Photodiode đến hệ thống

Hình 3.19 Sơ đồ thiết kế bộ thu, bộ phát, bộ khuếch đại

Hình 3.20.(a) Công suất tại đầu phát (b) Công suất tại đầu thu

Hình 3.21 Thông số ở bộ BER Analyze

Hình 3.22 (a) Đồ thị Q Factor (b) Đồ thị Min BER (c) Biểu đồ phổ tín hiệu tại đầu

vào máy thu (d) Đồ thị Eye

Hình 3.23 Thiết lập các thông số cho đường download

Hình 3.24 Thiết lập các thông số cho đường upload

Hình 3.25 Thiết lập các thông số toàn mạng

Hình 3.26 Sơ đồ kết nối mạng theo chuẩn GPON

Hình 3.27 Cấu trúc khối ONU

Hình 3.28 Mối liên quan giữ tín hiệu nhận được và hàm phân bố xác suất

Hình 3.29 Mối quan hệ giữa hệ số phẩm chất Q và tỉ lệ lỗi bit BER

Hình 3.30 Hệ số Q tính theo biên độ

Hình 3.31 Công suất đo tại đầu ra của OLT khi Pphát = 2 dBm

Hình 3.32 Công suất đo tại đầu vào của ONU/ONT1 khi Pphát = 2 dBm

Hình 3.33 Kết quả đo tại người sử dụng 1 trong bài toán 1

Hình 3.34 Đồ thị Min BER tại người sử dụng 1 trong bài toán 1

Hình 3.35 Đồ thị mắt tại người sử dụng 1 trong bài toán 1

Hình 3.36 Đồ thị hệ số chất lượng Q tại người sử dụng 1 trong bài toán 1

Hình 3.37 Kết quả đo tại người sử dụng 1 trong bài toán 2 với L = 10 km

Hình 3.38 Đồ thị Min BER tại người sử dụng 1 trong bài toán 2

Hình 3.39 Đồ thị mắt tại người sử dụng 1 trong bài toán 2

Hình 3.40 Đồ thị hệ số phẩm chất Q tại người sử dụng 1 trong bài toán 2

Hình 3.41 Kết quả đo tại người sử dụng 1 trong bài toán 3 với bộ chia 1:16

Hình 3.42 Đồ thị Min BER tại người sử dụng 1 trong bài toán 3

Hình 3.43 Đồ thị mắt tại người sử dụng 1 trong bài toán 3

Hình 3.44 Đồ thị hệ số phẩm chất Q tại người sử dụng 1 trong bài toán 3

Hình 3.45 Công suất đo được tại đầu vào của bộ ONU/ONT1 với bộ chia 1:16

Hình 3.46 Công suất đo được tại đầu ra của bộ OLT khi Pphát = 5 dBm

Hình 3.47 Công suất đo được tại đầu vào của bộ ONU1 khi Pphát = 5 dBm

Hình 3.48 Kết quả đo được tại người sử dụng 1 trong bài toán 4 với Pphát = 5 dBm Hình 3.49 Đồ thị Min BER tại người sử dụng 1 trong bài toán 4

Hình 3.50 Đồ thị mắt tại người sử dụng 1 trong bài toán 4

Hình 3.51 Đồ thị hệ số phẩm chất Q tại người sử dụng 1 trong bài toán 4

Hình 3.52 Sơ đồ hệ thống truyền dẫn RoF

Hình 3.53 Mô hình hệ thống thiết kế

Hình 3.55 Thiết lập thông số mô phỏng mạng truyền dẫn RoF

Hình 3.56 Thiết lập các thông số toàn cục

Hình 3.57 Công suất đo tại đầu ra khi Pphát = 5 dBm

Hình 3.58 Công suất đo tại đầu thu khi Pphát = 5 dBm, tại khoảng cách 100km

Hình 3.59 Kết quả đo tại đầu thu

Hình 3.60 Phổ tín hiệu tại đầu phát tuyến truyền dẫn

Hình 3.61 Phổ tín hiệu tại đầu thu tuyến truyền dẫn

Hình 3.62 Đồ thị Q-Factor tại đầu thu tuyến truyền dẫn

Hình 3.63 Đồ thị Power tại đầu thu tuyến truyền dẫn

Hình 3.64 Đồ thị Amplitude tại đầu thu tuyến truyền dẫn

Hình 3.65 Đồ thị BER pattern tại đầu thu tuyến truyền dẫn

Hình 3.66 So sánh ảnh hưởng của Photodiode đến hệ thống

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

CATV Community Access Television Truyền hình cáp

GPON Gigabit – Passive Optical

Network

Mạng quang thụ động tốc

độ Gigabit GUI Graphical User Interface Giao diện đồ họa người

dùng MUX -

DEMUX Multiplexer - Demultiplexer Ghép kênh – Phân kênh NRZ Non Return to Zero Phương thức mã hóa bit OLT Optical Line Termination Thiết bị đầu cuối đài/trạm

ONT Optical Network Terminal Thiết bị đầu cuối mạng

quang ONU Optical Network Unit Thiết bị mạng quang

OSNR Optical Signal to Noise Ratio Chỉ số tương đối của tín

hiệu so với nhiễu

SONET/SDH

Synchronous Optical Networking / Synchronous Digital Hierarchy

Công nghệ truyền dẫn

WDM/TDM

Wavelength Division Multiplexing / Time Division

Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo bước sóng / thời gian

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Chương 1: Sơ lược về lịch sử hình thành hệ thống truyền dẫn quang, các ưu nhược điểm

của hệ thống truyền dẫn quang Chương này còn trình bày các kiến thức cơ bản về quang hình học, lý thuyết về sóng điện từ nhầm làm rõ đặc tính “Lưỡng tính sóng hạt” của sóng điện từ Từ những kiến thức nên tảng đó, chương 1 tiếp tục phát triển thêm lý thuyết Ghép kênh đa bước sóng WDM nhầm hỗ trợ cho việc mô phỏng của các hệ thống được trình bày cụ thể trong chương 3

Chương 2: Giới thiệu cụ thể về một công cụ mô phỏng, được sử dụng hết sức rông rãi

trong việc mô phỏng và đo đạc các tuyến truyền dẫn quang, phần mềm mô phỏng quang Optisystem v7.0 Toàn bộ nội dung chương 2 sẽ trình bày về Optisystem Các nội dung chính gồm: Tổng quan về Optisystem và các đặc tính của nó, Component Library Hướng

đến việc hướng dẫn xây dựng một project cụ thể

Chương 3: Sau khi đã nắm rõ về các lý thuyết trong thông tin quang và cách sử dụng

phần mềm Optisystem Chương này tiếp tục cụ thể hoá các trọng tâm của nghiên cứu bằng việc xây dựng các phép đo thử trên một hệ thống truyền dẫn quang cụ thể Các hệ thống truyền dẫn quang đó bao gồm:

- Thiết kế hệ thống thông tin quang từ mức phần tử đến mức hệ thống ở lớp vật lý

- Thiết kế mạng TDM/WDM và CATV

- Thiết kế hệ thống ROF (radio over fiber)

- Thiết kế bộ thu, bộ phát, bộ khuếch đại quang

- Thiết kế hệ thống mạng theo chuẩn GPON

Từ việc mô phỏng trên báo cáo còn đưa ra các nhận xét và đánh giá cụ thể cho từng hệ thống Thông qua việc đo đạt BER và hệ số Q sẽ cho ta cái mình tổng quan hơn về hiệu quả sử dụng của từng hệ thống Từ đó, giúp đưa ra phương án tối ưu để chọn lựa một hệ thống phù hợp với nhu cầu sử dụng

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong thời đại ngày nay, cùng với sự bùng nổ về nhu cầu thông tin, sự phát triển không ngừng của các tiến bộ khoa học kỹ thuật, việc ứng dụng các phần mềm chuyên dụng vào trong các lĩnh vực kỹ thuật khác nhau cũng đã trở nên rất phổ biến và hữu ích Nhờ có sự xuất hiện của các công cụ đắc lực này mà việc điều khiển, vận hành các quy trình công nghệ ngày càng hiện đại và tối ưu hơn Bên cạnh đó, các phần mềm chuyên dụng này còn giúp các nhà thiết kế cũng như vận hành có thể tiến hành tính toán, thiết kế

và tối ưu các thông số của quá trình Các hệ thống thông tin quang ngày càng trở nên phức tạp Để phân tích, thiết kế các hệ thống này bắt buộc phải sử dụng các công cụ mô phỏng Đó chính là nhờ sự ra đời của các phần mềm mô phỏng Optisystem

Hiện nay, các phần mềm mô phỏng hệ thống thông tin quang có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với ngành điện tử viễn thông nói riêng và các ngành kỹ thuật khác nói chung Nó cho phép người sử dụng tiến hành các thao tác mô phỏng một quy trình đã có trong thực tế hoặc thiết kế một quy trình mới nhờ có thư viện dữ liệu phong phú và chính xác với từng loại tham số kênh tuyến khác nhau Một trong số đó là phần mềm mô phỏng OptiSystem – một 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

Chính vì những lý do trên mà chúng tôi quyết định chọn đề tài: Thiết lập mô hình đo thử

hệ thống truyền dẫn quang băng rộng trên phần mềm Optisystem làm nội dung

nghiên cứu chính trong báo cáo Nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2017

2 Tính cấp thiết của đề tài

Sử dụng phần mềm Optisystem để mô phỏng hoạt động các hệ thống truyền dẫn quang, thực hiện các phép đo thử trong hệ thống truyền dẫn quang là rất quan trọng, giúp cho người học hiểu rõ các vấn đề kỹ thuật liên quan đến hệ thống thông tin quang

4 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu

Mục đích:

Thúc đẩy phong trào thực hiện nghiên cứu khoa học trong sinh viên, tạo môi trường học thuật để sinh viên phát huy khả năng tự học, tự nghiên cứu Giúp sinh viên vận dụng những kiến thức lý thuyết đã học vào thực tiễn

Nhiệm vụ:

- Cung cấp các kiến thức cơ bản về hệ trống truyền dẫn quang

- Giới thiệu về công cụ mô phỏng hệ thống truyền dẫn quang Optisystem

- Tiến hành mô phỏng và phân tích kết quả của một số tuyến truyền dẫn quang

- Tạo nên mộ công cụ hỗ trợ cho việc giảng dạy môn học Thông tin quang ở khoa Điện tử Viễn thông

5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Phần mềm mô phỏng hệ thống thông tin quang Opisystem

- Phạm vi nghiên cứu: Các hệ thống truyền dẫn quang được sử dụng rộng rãi hiện nay như: hệ thống thông tin quang từ mức phần tử đến mức hệ thống ở lớp vật lý, mạng TDM/WDM và CATV, hệ thống ROF (radio over fiber), bộ thu, bộ phát, bộ khuếch đại quang, hệ thống mạng theo chuẩn GPON

6 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết về hệ thống truyền dẫn quang để phân tích các đặc tính của hệ thống

- Đo thử và ghi nhận các kết quả

- Phân tích đánh giá hệ thống

7 Nội dung và bố cục của đề tài

Nội dung đề tài được tổ chức thành các phần chính như sau:

Phần mở đầu: Trình bày lý do và mục tiêu thiết lập mô hình đo thử hệ thống truyền dẫn quang băng rộng trên phần mềm Optisystem

Chương 1: Tổng quan về hệ thống truyền dẫn quang

Chương 2: Giới thiệu phần mềm Optisystem

Chương 3: Mô phỏng các phép đo thử trên tuyến truyền dẫn quang

Chương 4: Phần kết luận và khuyến nghị

8 Kết luận

- Phần mềm mô phỏng Optisystem giúp giải quyết việc mô phỏng tuyến truyền dẫn

quang, đo kiểm các thông số, thiết kế hệ thống một cách tối ưu nhất

- Nội dung đề tài giúp sinh viên có thêm những kiến thức mới và bổ ích trong việc tìm hiểu phần mềm mô phỏng OptiSystem, nắm rõ hơn về hệ thống mạng viễn thông, rèn luyện cho sinh viên kỹ năng tư duy, sáng tạo Cụ thể, sinh viên có thể tự mình tiến hành

mô phỏng kết hợp với các kiến thức cơ bản để điều chỉnh quá trình mô phỏng thiết kế

hệ thống truyền dẫn quang theo ý muốn Hơn nữa, sinh viên còn được rèn luyện kỹ năng

tư duy thuật toán, khả năng thích ứng với xã hội thông tin trong tương lai để giúp ích cho công việc sau này của bản thân Nâng cao tính độc lập, tự chủ kiên trì, cần cù và chăm chỉ, gây hứng thú cho sinh viên, làm cho sinh viên yêu thích môn học, tạo tiền đề

cho việc định hướng nghề nghiệp sau này

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

1.1 Sơ lược về lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống thông tin quang

Trong quá trình phát triển của xã hội, con người đã biết sử dụng cờ hiệu, ánh lửa để làm dấu hiệu thông tin với nhau, con người đã dùng ánh đèn hiệu với nhiều màu sắc khác nhau để truyền đi các thông tin theo quy định trước, theo từng khoảng cách có cự ly xa,

hệ thống thông tin bằng đèn hiệu đã có hiệu quả rất lớn trong các cuộc chiến tranh ngày xưa

Vào những năm 1790s, nhà khoa học Claude Chappe phụ trách nhóm kỹ sư người Pháp,

đã thiết kế và tổ chức xây dựng hệ thống truyền dẫn quang báo, cấu trúc của hệ thống truyền dẫn được tổ chức theo nhiều đoạn, mỗi đoạn được xây dựng một cột tháp cao, có các đèn báo hiệu treo trên đỉnh tháp, lúc đầu người ta báo hiệu thông tin theo độ cao của đèn và sau đó thì dùng màu sắc để phân biệt các trạng thái thông tin, tin tức này được truyền qua chặng đường 200 km trong vòng 15 phút

Năm 1854, nhóm kỹ sư người Anh do ông John Tyndall phụ trách đã chứng minh bằng thực nghiệm về lý thuyết ánh sáng có thể truyền qua một môi trường điện môi trong suốt

và đã chứng minh được rằng ánh sáng có thể truyền dẫn được trong các vòi nước uốn cong dựa vào nguyên lý phản xạ toàn phần của Snell

Năm 1934, nhóm kỹ sư người Mỹ do ông Norman R.French phụ trách đã thiết kế chế tạo

và được cấp bằng sáng chế về hệ thống truyền dẫn quang, trong đó dùng đèn để phát ra ánh sáng có cường độ sáng biến đổi theo dạng tín hiệu tin tức, dùng tế bào quang điện để tái tạo tín hiệu tin tức tại đầu thu và phương tiện truyền dẫn ánh sáng là ống thủy tinh trong suốt

Cuối thập niên 1930s, đã xuất hiện sự bùng nổ về phát triển khoa học công nghệ, nhu cầu thông tin liên lạc của con người tăng cao, trong khi đó công nghệ truyền thông vô tuyến còn nhiều hạn chế về chất lượng, phát minh của ông Norman R.French đã mở rộng con đường nghiên cứu phát triển hoàn thiện hệ thống truyền dẫn quang để ứng dụng trong thực tế, các lĩnh vực nghiên cứu chính trong thông tin quang là tập trung vào việc nghiên

cứu chế tạo sợi quang của nhóm Brian O’Brien, Harry Hopkins và Nariorger Kapany, nghiên cứu chế tạo các linh kiện phát quang LED, LASER và linh kiện thu tín hiệu ánh sáng là tế bào quang điện, photodiode PIN của nhóm Charles H.Townes, các kết quả nghiên cứu này được tiếp tục cho đến năm 1970 hãng chế tạo thiết bị viễn thông Corning Glass Works đã chế tạo thành công sợi quang chiếc suất nhảy bậc SI có suy hao nhỏ hơn

20 dB/Km tại bước sóng ánh sáng truyền là 633 nm và sau đó 2 năm đã chế tạo thành công sợi quang chiếc suất giảm dần GI với độ suy hao khoảng 4dB/km tại bước sóng ánh sáng truyền là 800nm

Năm 1983, hãng chế tạo thiết bị viễn thông BELL của Mỹ đã hoàn thiện quy trình sản xuất chế tạo sợi quang đơn mode SM (Single Mode), có độ suy hao thấp hơn 4dB/km tại bước sóng ánh sáng truyền là 850nm và sau đó 5 năm công ty chế tạo thiết bị điện tử viễn thông NEC của Nhật Bản đã thiết lập tuyến truyền dẫn quang đường dài có tốc độ truyền

dữ liệu cao 10 Gbit/s trên chiều dài gần 100 km, kết quả này đã tạo nên sự bùng nổ mới trong hệ thống truyền dẫn số

Hiện nay, truyền dẫn sợi quang đã trở thành hệ thống truyền dẫn chính cho mọi mạng viễn thông của các nước và mạng viễn thông toàn cầu, công nghệ chế tạo sợi quang và cáp sợi quang ngày càng phát triển, sợi quang có suy hao rất thấp, có thể nhỏ hơn 0,2 dB/km ở bước sóng 1550 nm, nhiều linh kiện thu quang APD có độ nhạy cao, linh kiện phát quang LASER có công suất phát lớn, cho phép chúng ta thiết lập được các đường truyền dẫn cự ly xa, tốc độ truyền dữ liệu cao, kết nối vào mạng viễn thông toàn cầu Đặc biệt là trong những năm gần đây, công nghệ sản xuất cáp sợi quang đã hoàn thiệt, chi phí sản xuất thấp, cho phép các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông triển khai chương trình cáp quang hóa đến các thuê bao để cung cấp đầy đủ các dịch vụ viễn thông tích hợp và băng thông rộng và trong tương lai không xa cáp sợi quang sẽ thay thế truyền dẫn cáp đồng trong mạng tiếp cận thuê bao người dùng

1.2 Giới thiệu các đặc điểm cơ bản của một hệ thống thông tin quang hiện nay

1.2.1 Sơ đồ khối cơ bản của hệ thống truyền dẫn quang

Cấu trúc cơ bản của một hệ thống truyền dẫn quang trên một sợi quang theo một chiều truyền dẫn từ điểm A đến điểm B gồm có có 3 phần tử cơ bản:

 Bộ chuyển đổi tín hiệu điện sang tín hiệu quang, ký hiệu bộ phát tín hiệu quang E/O

Cáp thuê bao

Cáp thuê bao

Video Pacsimile

Nốt chuyển mạch B

Hình 1.1 (a) Truyền dẫn với sợi quang đơn hướng

Trong trường hợp sử dụng 1 sợi cáp quang để truyền tín hiệu ánh sáng song song theo hai hướng, mỗi hướng truyền ánh sáng theo một bước sóng khác nhau, được gọi là hệ thống truyền dẫn quang song hướng

Công suất phát Po(dBm)

E/O O/E

MUX

DEM

A station

Công suất Thu

P R (dBm)

Bước sóng λ1(nm)

Cự ly đường truyền dẫn quang, L(km)

Bước sóng λ2(nm) Suy hao Lo(dB)

Bộ phân hướng ánh sáng

E/O O/E

B station

MUX

DEM

Công suất phát Po(dBm)

Công suất Thu

P R (dBm)

Hình 1.1 (b) Truyển dẫn với sợi quang song hướng

Hình 1.1, minh họa cấu trúc cơ bản của một hệ thống truyền dẫn quang, trong đó tại đầu phát, tín hiệu điện từ các thiết bị đầu cuối như máy điện thoại, máy Fax, máy tính cá nhân, tổng đài nội bộ, tín hiệu trung kế của các mạng điện thoại khác, v.v, được ghép lại thành kênh tín hiệu băng rộng để đưa đến bộ phát quang E/O Bộ phát quang sẽ chuyển tín hiệu điện thành tín hiệu ánh sáng có công suất phát là P0(dBm) và ghép vào sợi quang truyền đến đầu thu, khi truyền qua sợi quang, công suất tín hiệu ánh sáng giảm dần do sự hấp thụ ánh sáng của sợi quang, gọi là suy hao của sợi quang, ký hiệu là L0(dB) Tại đầu thu tín hiệu ánh sáng quang được đưa vào bộ biến đổi quang điện O/E để tái tạo và khôi phục lại tín hiệu điện như đầu phát, ánh sáng truyền trong sợi quang bị tán xạ gây ra hiện tượng độ rộng xung tín hiệu thu bị trải rộng ra làm giảm chất lượng truyền dẫn, tham số này được gọi là độ tán xạ, ký hiệu là Dt(s)

1.2.2 Chức năng của các phần tử trong hệ thống truyền dẫn quang

Bộ chuyển đổi tín hiệu điện-ánh sáng E/O: khối chuyển đổi tín hiệu điện sang tín hiệu

ánh sáng còn gọi là bộ phát tín hiệu quang có nhiệm vụ nhận tín hiệu điện đưa đến để điều khiển phần tử phát quang Phát ra các tín hiệu quang tương ứng với mức tín hiệu điện đưa vào Sau đó mỗi tín hiệu quang được ghép vào đường truyền sợi quang Nguồn quang sử dụng phổ biến nhất là LED và LASER Công suất phát quang là P0(dBm)

Bộ chuyển đổi tín hiệu ánh sáng-điện O/E: khối chuyển đổi tín hiệu ánh sáng sang tín

hiệu điện còn gọi bộ thu tín hiệu quang Khi tín hiệu quang truyền trên sợi quang đến đầu thu thì tín hiệu quang được thu nhận có cường độ khác nhau khi tác động vào cathode của linh kiện thu quang sẽ tạo ra dòng bức xạ điện tử, hình thành dòng tín hiệu điện như ở đầu phát, theo nguyên lý tín hiệu quang nhận được có cường độ ánh sáng thay đổi thì dạng tín hiệu điện khôi phục cũng có độ lớn khác nhau Các linh kiện được sử dụng trong

bộ thu quang là tế bào quang điện, diode thu quang PIN , hoặc diode thu quang hiệu ứng thác điện tử APD và thường được gọi chung là linh kiện tách sóng quang (photo-detector)

Sợi quang: Sợi quang là sợi thủy tinh Si02 trong suốt cho phép ánh sáng truyền trong lõi sợi và không bị khúc xạ ra bên ngoài nhờ lớp bọc, và lớp vỏ bảo vệ lõi có chiếc suất thấp hơn lõi sợi Đặc điểm của sợi quang là khi truyền ánh sáng qua sợi quang, công suất tín hiệu ánh sáng bị suy giảm dần do sợi quang hấp thụ ánh sánh và độ rộng xung ánh sáng

bị rộng ra, do sự tán xạ ánh sáng trong sợi quang, do đó, cự ly truyền dẫn quang phụ thuộc vào các tham số của bộ phát quang, bộ thu quang và suy hao, độ tán sắc của sợi quang Trong những tuyến truyền dẫn cự ly xa, khi tín hiệu ánh sáng truyền trên sợi quang, công suất tín hiệu quang bị suy yếu dần do sợi quang có độ suy hao, nếu cự ly thông tin quá dài thì tín hiệu quang này có thể không đến được đầu thu hoặc đến đầu thu với công suất còn rất thấp, đầu thu không nhận biết được, lúc này ta phải sử dụng thêm

bộ khuếch đại chuyển tiếp tín hiệu quang hay còn gọi là trạm lặp quang Hai thông số kỹ thuật của sợi quang là mức suy hao của sợi quang được biểu diễn theo dạng mức suy hao trên 1 km cáp quang, ký hiệu là L0(dB/km), thông số về độ tán xạ được xác định theo bước sóng, trên chiều dài cự ly 1 km, ký hiệu là dt(ps.nm.km)

Trạm khuếch đại chuyển tiếp tín hiệu quang (trạm lặp quang): Trạm khuếch đại chuyển

tiếp tín hiệu quang hay còn gọi là trạm lặp tín hiệu quang, được sử dụng trong các tuyến truyền dẫn quang cự ly xa, như hình 1.2, có hai loại trạm chuyển tiếp quang, loại thứ nhất

là chuyển tiếp quang- điện- quang, chức năng chính của trạm là thu nhận tín hiệu quang, chuyển đổi thành tín hiệu điện, sửa dạng tín hiệu điện, khuếch đại tín hiệu điện, chuyển

đổi tín hiệu điện đã khuếch đại thành tín hiệu quang có công suất cao hơn và ghép tín hiệu quang lên đường truyền dẫn sợi quang để truyền tiếp tục đến đầu thu, loại trạm lặp thứ hai là khuếch đại trực tiếp tín hiệu quang hay còn gọi là bộ khuếch đại quang, tín hiệu vào là ánh sáng có công suất thấp được khuếch đại trực tiếp thành tín hiệu quang có công suất cao hơn, như vậy, tín hiệu ở ngõ vào và ngõ ra của trạm lặp đều ở dạng quang

E/O

O/E

Hệ thống truyền dẫn Quang đoạn 2

Hệ thống truyền dẫn Quang đoạn 1

Hệ thống truyền dẫn Quang đoạn 2

Cáp Sợi quang

MU X

&

DEM

E/O O/E

B station

L2(km) Cáp Sợi

quang L1 (km)

Hệ thống truyền dẫn Quang đoạn 1

b Sơ đồ cấu trúc hệ thống khuếch đại quang trực tiếp Hình 1.2 Sơ đồ cấu trúc hệ thống chuyển tiếp thông tin quang

Bộ ghép và phân kênh (MUX/DEMUX): Bộ ghép và phân kênh có chức năng tổ chức

ghép và phân chia tín hiệu điện của các kênh thuê bao người dùng, mỗi kênh thuê bao tùy theo yêu cầu của người dùng có thể được gắn với một loại thiết bị đầu cuối dạng tương tự hoặc số, tương ứng như máy điện thoại, máy Fax, máy tính cá nhân, tổng đài nội bộ, tín hiệu trung kế của các mạng điện thoại khác, để hình thành đường tín hiệu băng thông rộng có nhiều người dùng đồng thời Hai hệ thống ghép kênh số thường dùng là hệ thống

ghép cận đồng bộ số PDH theo chuẩn Châu Âu từ E1 đến E4 và hệ thống ghép kênh đồng

bộ số SDH từ luồng STM1 đến STM16

1.2.3 Các thành phần cơ bản của WDM

Hình 1.7 Hình Hệ thống WDM cơ bản

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: khuếch đại công suất, khuếch đại đường và tiền khuếch đại

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

1.2.4 Ưu điểm của hệ thống thông tin quang

Suy hao thấp: Suy hao ánh sáng truyền trong sợi quang thấp, suy hao ánh sáng truyền trong sợi cáp quang thay đổi theo bước sóng, thích hợp cho các mạng truyền dẫn quang

cự ly dài

Dải thông rộng: Sợi quang có dải thông rộng cho phép thiết lập hệ thống truyền dẫn các luồng dữ liệu số tốc độ cao, dải thông của sợi quang có thể lên đến 100GHz và trong tương lai có thể tăng lên hàng chục THz

Trọng lượng nhẹ: Cáp sợi quang có kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ, cho phép lắp đặt dễ dàng hơn, giảm được nhiều các chi phí thiết kế, thi công và lắp đặt

Chất lượng truyền tín hiệu: Tín hiệu truyền trong sợi quang là tín hiệu ánh sáng, không bị can nhiễu sóng điện từ và điện công nghiệp nên chất lượng thông tin rất tốt, sai số lỗi bít BER rất thấp

Tính bảo mật: Tín hiệu truyền trong sợi quang là tín hiệu ánh sáng, sợi quang là sợi thủy tinh, không bức xạ năng lượng điện từ, không thể trích ánh sáng để lấy trộm thông tin bằng các phương tiện như thông tin điện, rất khó trích lấy thông tin ở dạng tín hiệu quang

1.2.5 Nhược điểm của hệ thống thông tin quang

Chế tạo phức tạp: Sợi quang sử dụng trong viễn thông được chế tạo từ thủy tinh có độ

tinh khiết cao, kích thước lõi sợi rất nhỏ nên dòn và dễ gẫy, cần phải có lớp bảo vệ đặc biệt, kích thước sợi quang nhỏ nên việc hàn nối gặp nhiều khó khăn Muốn hàn nối cần

có thiết bị chuyên dụng Linh kiện phát quang, thu quang, khuếch đại tín hiệu quang đều

là dạng bức xạ ánh sáng nên khó chế tạo, việc ghép ánh sáng trong hệ thống quang cần có công nghệ hội tụ ánh sáng hiện đại, chính xác cao

Công suất phát quang thấp: Công suất phát quang của bộ E/O là LED hoặc LASER đều

ở mức thấp, do đó, cự ly truyền dẫn quang bị hạn chế Muốn tăng cự ly truyền dẫn quang thì cần sử dụng thêm bộ khuếc đại quang

Bảo dưỡng phức tạp: Các quy trình sửa chữa, bảo dưỡng thiết bị và mạng truyền dẫn

quang rất phức tạp, đòi hỏi cần phải có một đội ngũ kỹ thuật viên được đào tạo kỹ về chuyên môn, được trang thiết bị đầy đủ các thiết bị chuyên dụng có độ chính xác cao, trong quá trình thi công cần có thái độ làm việc thận trọng, tỉ mỹ, nếu không rất dễ gây sự

cố

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM OPTISYSTEM 2.1 Tổng quan về optisystem

2.1.1 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 mạng thông tin quang Trong thực tế, dựa trên bài toán xây dựng mô hình hóa các hệ thống thông tin Bên cạnh đó, phần mềm này cũng cho phép người sử dụng có thể đưa thêm các phần tử mới thiết kế bổ sung vào thư viện ứng

dụng

2.1.2 Khả năng kết hợp với các công cụ phần mềm khác của 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

2.1.3 Mô phỏng phân cấp với các hệ thống con (subsystem)

Để việc mô phỏng được thực hiện một cách linh hoạt và hiệu quả, Optisystem cung cấp

mô hình mô phỏng tại các mức khác nhau, bao gồm mức hệ thống, mức hệ thống con và mức phần tử

2.1.4 Ngôn ngữ Scipt mạnh

Người sử dụng có thể nhập các biểu diễn số học của tham số và tạo ra các tham số toàn cục Các tham số toàn cục này sẽ được dùng chung cho tât cả các phần tử và hệ thống con của hệ thống nhờ sử dụng chung ngôn ngữ VB Script

2.2 Các đặc tính cơ bản của Optisystem

- 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)

2.2.2 Thiết kế nhiều lớp (multiple layout)

Trong một file dự án, Optisystem cho phép tạo ra nhiều thiết kế, nhờ đó người sử dụng có thể tạo ra và sửa đổi các thiết kế một cách nhanh chóng và hiệu quả Mỗi file dự án thiết

kế của Optisystem có thể chứa nhiều phiên bản thiết kế Mỗi phiên bản được tính toán và thay đổi một cách độc lập nhưng kết quả tính toán của các phiên bản khác nhau có thể được kết hợp lại, cho phép so sánh các phiên bản thiết kế một cách dễ dàng

2.2.3 Trang báo cáo (report page)

Trang báo cáo của Optisystem cho phép hiển thị tất cả hoặc một phần các tham số cũng như các kết quả tính toán được của thiết kế tùy theo yêu cầu của người sử dụng Các báo cáo tạo ra được tổ chức dưới dạng text, dạng bảng tinh, đồ thị 2D và 3D Cũng có thể kết xuất báo cáo dưới dạng file HTML hoặc dưới dạng các file template đã được định dạng trước

2.2.4 Quét tham số và tối ưu hóa (parameter sweeps and optimizations)

Quá trình mô phỏng có thể thực hiện lặp lại một cách tự động với các giá trị khác nhau của tham số để đưa ra các phương án khác nhau của thiết kế Người sử dụng cũng có thể

sử dụng phần tối ưu hóa của Optisystem để thay đổi giá trị của một tham số nào đó để đạt được kết quả tốt nhất, xấu nhât hoặc một giá mục tiêu nào đó của thiết kế

2.3 Component Library

Optisystem có một thư viện các phần tử phong phú với hàng trăm phần tử được mô hình hóa để có đáp ứng giống như các thiết bị trong thực tế Cụ thể bao gồm:

- Thư viện nguồn quang

- Thư viện các bộ thu quang

- Thư viện sợi quang

- Thư viện các bộ khuếch đại (quang, điện)

- 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

Ngoài các phần tử đã 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 từ các thiết bị thực của các nhà cung cấp khác nhau

2.4 Các bước thiết kế một project trên Optisystem

2.4.1 Mở một Project có sẵn

- Vào File menu, lựa chọn Open

- Lựa chọn đường dẫn trong File name để lấy được file mong muốn

2.4.2 Tạo một Project mới

Vào File menu, lựa chọn New, cửa sổ Project layout xuất hiện

Hình 2.1 Cửa số Project layout

Vào Component Library, dùng chuột kéo phần tử cần sử dụng và thả vào Main Layout

Hình 2.2 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 2.3.Kích hoạt kết nối tự động

Hình 2.4 Hủy bỏ chế độ kết nối tự động

2.4.3 Thiết lập các tham số toàn cục (global parameters) của Project

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)

Các tham số này được sử dụng để tính toán Time window (cửa sổ thời gian), Sample

rate (tốc độ lấy mẫu) và Number of samples (số lượng mẫu) như sau:

Time window = Sequence length * 1/Bit rate = 1 b

OptiSystem dùng chung tham số Time window cho tất cả các thành phần trong thiết kế, tức là tất cả các thành phần đều có Time window giống nhau nhưng có thể có Sample

rates hoặc Number of samples là khác nhau

Để thiết lập tham số toàn cục của Project, thực hiện các bước sau:

- Nhấp đúp chuột vào cửa sổ Project layout

- Hoặc Lựa chọn Layout > Parameters từ thanh công cụ Menu

Hình 2.5 Hộp thoại Layout parameters

2.4.4 Hiển thị và thay đổi tham số của các phần tử trong Project

- Nhấp đúp chuột vào phần tử cần thay đổi tham số

- Di chuyển con trỏ đến các giá trị tham số cần thay đổi

- Nhập giá trị tham số mong muốn

- Lưu ý: Có 3 chế độ của tham số là Normal, Script và Sweep

- Chế độ Normal là tham số sử dụng chung cho các hệ thống

- Chế độ Script được sử dụng khi tham số này là tham số toàn cục, có ảnh hưởng đến

tất cả các phần tử khác của hệ thống

- Chế độ Sweep được sử dụng khi thực hiện quét tham số

2.4.5 Chạy mô phỏng

- Từ File menu, lựa chọn Calculate

Hộp thoại OptiSystem Calculations xuất hiện

Hình 2.6 File menu

- Trong hộp thoại OptiSystem Calculations, nhấp chuột vào nút Run

- Nhấp 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

Hình 2.8 Ví dụ kết quả hiển thị trên thiết bị phân tích phổ

2.4.6 Thực hiện quét tham số (Parameter Sweep)

Trong mỗi bản thiết kế sẽ có một số các tham số nhất định có thể đưa vào chế độ quét

(sweep mode) Người thiết kế có thể định nghĩa số lần quét được thực hiện trên mỗi tham

số Giá trị của tham số sẽ thay đổi qua mỗi lần quét Quá trình này sẽ cho các kết quả thiết kế khác nhau tùy theo sự thay đổi giá trị của tham số

Để thực hiện quét tham số, tiến hành các bước như sau:

a) Thiết lập số lần quét:

- Bước 1: Nhấp chuột vào nút Set Total Sweep Iterarions trên Layout toolbar

- Bước 2: Nhập vào số lần quét

- Bước 3: Nhấp chuột vào nút Ok

Hình 2.9 Hộp thoại Total Parameter Iteration

Hoặc:

- Bước 1: Lựa chọn Layout > Set Total Sweeps Iterations trên Menu toolbar

- Bước 2: Nhập vào số lần quét

- Bước 3: Nhấp chuột vào nút OK

Hình 2.10 Truy nhập qua Layout - Set Total Sweep Iterations

b) Thay đổi số lần quét

Sau khi tính toán, dể 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

- Bước 2: Nhập vào số lần quét muốn hiển thị trên bản thiết kế

- Bước 3: Nhấp chuột vào nút OK

- Sử dụng nút Previous Sweep Iterarion hoặc Next Sweep Iteration trên Layout

toolbar để chuyển giữa các lần quét

Hoặc:

Hình 2.11 Hộp thoại Current Sweep Iteration

Hình 2.12 Set Current Iteration drop-down box

c) Thay đổi giá trị tham số quét:

Sau khi lựa chọn số lần quét tham số, phải thực hiện nhập các giá trị cần quét của tham

số Trước khi nhập, tham số cần quét phải được chuyển sang chế độ Sweep mode

 Lựa chọn Sweep mode

Để chuyển sang Sweep mode cho tham số cần quét, thực hiện các bước sau:

- Bước 1: Lựa chọn Layout > Parameter Sweep trên Menu toolbar

- Ở trong cột Mode, lựa chọn chế độ Sweep mode

Hình 2.13 Sweep mode

Hình 2.14 Tham số của phần tử - Tham số ở chế độ Sweep mode

- Nhấp chuột vào nút Parameter Sweep trong cột Value của tham số cần quét (đã ở Sweep Mode) (như minh họa trên hình là tham số Power)

 Nhập giá trị tham số quét:

Để nhập các giá trị cần quét của tham số, thực hiện các bước sau:

- Bước 1: Lựa chọn Layout > Parameter trên Menu toolbar

- Bước 2: Nhấp chuột vào nút Parameter Sweep trên cột Value của tham số

- Bước 3: Nhập dữ liệu bằng tay hoặc sử dụng công cụ Spread Tool để nhập dữ liệu

d) Chạy mô phỏng

e) Hiển thị kết quả mô phỏng quét tham số: 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:

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

- Bước 2: Nhấp chuột vào nút Opti2Dgraph trên Report toolbar

- 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

Hình 2.15 Các giá trị tham số cần quét của phần tử trên thiết kế

- 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 2

f) Đưa kết quả mô phỏng vào báo cáo

Để đưa kết quả mô phỏng vào báo cáo có thể sử dụng kỹ thuật chụp màn hình Các bước thực hiện như sau:

- Bấm tổ hợp phím Alt + Print Screen SyRq để lưu tạm thời cửa sổ màn hình muốn chụp vào Clipboard

- Bấm vào Start > Programs > Accessories > Paint để khởi động chương trình Paint

- Vào menu Edit trong Paint rồi bấm chọn Paste (hoặc tổ hợp Ctrl + V) để dán cửa sổ màn hình đã chụp từ Clipboard vào cửa sổ làm việc của Paint

- Sử dụng các công cụ Select trong Paint để lấy phần thông tin muốn sao chụp lại theo ý muốn

- Bấm vào Menu File > Save As để đặt tên cho tấm hình vào chọn nơi lưu tấm hình đã

chụp vào máy tính Có thể lưu dưới dạng *.bmp, *.jpg, *.jpeg hoặc *.dib Hoặc “dán”

ngay vào trong file báo cáo (sử dụng phím Ctrl + V)

Hình 2.14 Các bước để hiển thị kết quả mô phỏng quét tham số

CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG CÁC PHÉP ĐO THỬ TRÊN TUYẾN TRUYỀN DẪN

QUANG

3.1 Thiết kế và mô phỏng hệ thống truyền dẫn quang

3.1.1 Thông số thiết lập hệ thống

Trong hệ thống, ta áp dụng phương thức mã hóa NRZ và thiết lập các thông số như sau:

- Công suất phát(Power): P out TX_  10dBm

- Tốc độ bit(Bit rate): 1500 Mbps

- Độ rộng mỗi kênh(Linewidth): 10 MHz

- Bước sóng(Wavelength): 1550 nm

- Sợi quang đơn mode có L = 50km, suy hao 0 0.2dB/km

- Chiều dài chuỗi bit (Sequence length): 256 bit

- Số lượng mẫu trên mỗi bit (Number of samples per bit): 32

Quá trình thiết lập các thông số trên phần mềm mô phỏng được minh họa như hình 3.1

Hình 3.1 Thiết lập các thông số cho hệ thống (a) Thông số nguồn phát (b) Thông số sợi quang

(c) Thông số toàn cục

3.1.2 Sơ đồ hệ thống mạng truyền dẫn quang

Hệ thống truyền dẫn quang được mô tả khái quát theo hình 3.2

Tín hiệu thu Tín hiệu phát

Sợi quang

Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống mạng truyền dẫn quang

Trong sơ đồ trên có 3 thành phần chính:

- Nguồn phát quang(Optical transmitter): công suất phát -10 dBm

- Sợi quang(Optical fiber): có chiều dài là 50 km và suy hao 0.2 dB/km

- Bộ thu quang(Optical receiver): gồm Photodiode, chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện và bộ lọc Besel thu tín hiệu có tần số thấp rồi qua bộ khôi phục tín hiệu 3R Regenerator và cuối cùng đưa vào bộ phân tích tỉ lệ lỗi bit BER

3.1.3 Tiến hành mô phỏng và kết quả mô phỏng

- Về công suất: ta sử dụng khối thiết bị Optical power meter để đo đạc.Công suất tại đầu ra của bộ phát và bộ thu như hình 3.3

(a)

(b)

Hình 3.3 Giá trị công suất ngõ ra tại đầu phát và thu (a) Giá trị tại đầu phát

(b) Giá trị tại đầu thu

Nhận xét: Tại đầu thu của hệ thống, giá trị công suất nhỏ hơn ở đầu phát do bị suy hao trên đường truyền

- Thông số đo được ở đầu thu như hình 3.4

Hình 3.4 Thông số ở bộ Ber Analyzer

Các thông số đánh giá chất lượng ở ngõ ra

(a) (b)

Hình 3.5 Các thông số ngõ ra (a) Phổ của tín hiệu (b) Đồ thị Q Factor (c) Đồ thị Min

BER (d) Đồ thị Eye

3.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu truyền dẫn

Trong hệ thống, có nhiều yếu tố gây ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu đường truyền như công suất phát, cự ly truyền dẫn, tốc độ bit,…

- Ảnh hưởng của công suất:

o Ta giữ nguyên các thông số ban đầu, chỉ thay đổi công suất phát theo các thông số: -10, -5, 1, 5 10 Kết quả được mô tả như bảng 3.1