Giới thiệu chung về phần mềm optisystem

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHẦN MỀM OPTISYSTEM Cùng với sự bùng nổ về nhu cầu thông tin, các hệ thống thông tin quang ngày càng trở nên phức tạp. Để phân tich, thiết kế các hệ thống này bắt buộc phải sử dụng các công cụ mô phỏng OptiSystem là phần mềm mô phỏng hệ thống thông tin quang. Phần mềm này có khả năng thiết kế, đo kiểm tra và thực hiện tối ưu hóa rất nhiều loại tuyến thông tin quang, dựa trên khả năng mô hình hóa các hệ thống thông tin quang trong thực tế. Bên cạnh đó, phần mềm này cũng có thể dễ dàng mở rộng do người sử dụng có thể đưa thêm các phần tử tự định nghĩa vào. Phần mềm có giao diện thân thiện, khả năng hiển thị trực quan. CÁC ỨNG DỤNG CỦA OPTISYSTEM Optisystem cho phép thiết kế tự động hầu hết các loại tuyến thông tin quang ở lớp vật lý, từ hệ thống đường trục cho đến các mạng LAN, MAN quang. Các ứng dụng cụ thể 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 mạng FTTx dựa trên mạng quang thụ động (PON) Thiết kế hệ thống ROF (radio over fiber) Thiết kế bộ thu, bộ phát, bộ khuếch đại quang Thiết kế sơ đồ tán sắc Đánh giá BER và penalty của hệ thông với các mô hình bộ thu khác nhau Tính toán BER và quĩ công suất tuyến của các hệ thống có sửng dụng khuếch đại quang. .. CÁC ĐẶC ĐIỂM CHÍNH CỦA OPTISYSTEM Thư viện các phần tử (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 thế bao gồm: Thư viện nguồn quang Thư viện các bộ thu quang Thư viện sợi quang Thư viện các bộ khuếch đại (quang, điện) 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. Các phần tử do người sử dụng tự định nghĩa (User-defined Components) 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. Các công cụ hiển thị Optisystem có đầy đủ các thiết bị đo quang, đo điện. Cho phép hiển thị tham số, dạng, chất lượng tín hiệu tại mọi điểm trên hệ thống. Thiết bị đo quang: Phân tích phổ (Spectrum Analyzer) Thiết bị đo công suất (Optical Power Meter) Thiết bị đo miền thời gian quang (Optical Time Domain Visualizer) Thiết bị phân tích WDM (WDM Analyzer) Thiết bị phân tích phân cực (Polarization Analyzer) Thiết bị đo phân cực (Polarization Meter)... Thiết bị đo điện: Oscilloscope Thiết bị phân tích phổ RF (RF Spectrum Analyzer) Thiết bị phân tích biểu đồ hình mắt (Eye Diagram Analyzer) Thiết bị phân tích lỗi bit (BER Analyzer) Thiết bị đo công suất (Electrical Power Meter) Thiết bị phân tích sóng mang điện (Electrical Carrier Analyzer)... 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. 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. 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. 2.7 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. 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 uu 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 BÀI THỰC HÀNH BÀI SỐ 1 Tên bài : Sử dụng phần mềm OptiSystem mô phỏng hệ thống đơn kênh quang Số tiết : 4 Thuộc môn học: Thực hành chuyên sâu Hệ đào tạo : Đại học MỤC ĐÍCH Làm quen với việc sử dụng công cụ mô phỏng OptiSystem Ứng dụng trong việc thiết kế hệ thống thông tin quang đơn kênh đơn giản NỘI DUNG THỰC HÀNH Bước 1: Xây dựng phương án thiết kế hệ thống thông tin quang đơn kênh với các thông số như sau: Tốc độ bit : 2.5Gbit/s Khoảng cách truyền dẫn: 100 km Bước 2: Sử dụng phần mềm Optisystem xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống thông tin quang đơn kênh theo phương án đã thiết kế. Lưu ý: các tham số toàn cục (global parameters để mô phỏng) được thiết lập như sau Tốc độ bit : 2.5 Gbit/s Chiều dài chuỗi : 128 bits Số mẫu trong 1 bit: 64 Bước 3: 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. Thiết bị đo công suất quang Thiết bị phân tích phổ quang Thiết bị đo BER Bước 4: Chạy mô phỏng Bước 5: Hiển thị kết quả mô phỏng bằng các thiết bị đo đặt trên tuyến Hình : Phổ trước và sau khi qua sợi quang Hình : Công suất đầu vào sợi quang Hình : Công suất đầu ra sợi quang Hình : Đồ thị BER của thiết bị đo BER Hình : Q-Factor + Eye Diagram ( biểu đồ mắt ) Bước 6: Lựa chọn một tham số nào đó của phần tử trong thiết kế để thực hiện quét tham số Lựa chọn tham số Công suất của laser quét tham số : Số lần quét : 15, Lựa chọn hiện thời quét : 10 \ Tham số quét : Power (dBm), Thực hiện quét từ -10 tới 10 (dBm) Report quan hệ giữa Công suất ( P ) và Min log of BER, P và Q-Factor Nhận xét : Khi công suất tăng thì Min log of BER giảm, và ngược lại với Q-Factor. Đúng với những khảo sát trên lý thuyết. Sự thay đổi công suất đầu vào và đầu ra của sợi quang, do ảnh hưởng của các yếu tố tán sắc và phi tuyến ( SPM,). Sự ảnh hưởng của công suất đầu vào với đồ thị BER có thể thấy rõ hơn nếu tăng khoảng giá trị quét của tham số công suất rộng hơn. Có thể thấy, ở một giá trị nào đó của công suất, Min log of BER sẽ tăng lên mà không giảm đi. Có thể dựa vào đồ thị ở phần report tìm ra được mức công suất phù hợp để hệ thống thiết kế đạt được BER như yêu cầu. ví dụ BER =10^-12 hoặc 10^- BÀI SỐ 2 Tên bài : Sử dụng phần mềm OptiSystem thiết kế hệ thống thông tin quang WDM Số tiết : 4 Thuộc môn học: Thực hành chuyên sâu Hệ đào tạo : Đại học MỤC ĐÍCH Giúp sinh viên sử dụng được công cụ mô phỏng Optisystem trong việc thiết kế tuyến thông tin quang WDM. NỘI DUNG THỰC HANH Bước 1: 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: 400 km Số lượng kênh bước sóng: 8 kênh Bước 2: Sử dụng phần mềm Optisystem xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống thông tin quang WDM theo phương án đã thiết kế. Lưu ý: các tham số toàn cục (global parameters để mô phỏng) được thiết lập như sau Tốc độ bit: 10 Gbit/s Chiều dài chuỗi: 128 bits Số mẫu trong 1 bit: 64 Bước 3: 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. Thiết bị đo công suất quang Thiết bị phân tích phổ quang Thiết bị đo BER Bước 4: Chạy mô phỏng Bước 5: Hiển thị kết quả mô phỏng bằng các thiết bị đo đặt trên tuyến Bước 6: Thay đổi các tham số của các phần tử trên tuyến để đạt được BER = 10-12 Từ bài thực hành 1. Lựa chọn tham số quét là Power , để có được đồ thị quan hệ giữa công suất và BER . Tương tự bài 1, ở đây, sử dụng quét 15 lần, quét từ -20 tới 20 (dBm). Như vậy ta có report như sau: Từ đó tìm được giá trị công suất tương ứng đạt được BER = 10-12 là P=19,4 dBm. Kết quả mô phỏng cho thấy với hệ thống WDM thì BER thu được thay đổi phức tạp hơn so với hệ thống đơn kênh. BÀI SỐ 3 Tên bài: Khảo sát ảnh hưởng của sợi quang đến chất lượng truyền dẫn của hệ thống WDM Số tiết: 4 Thuộc môn học: Thực hành chuyên sâu Hệ đào tạo: Đại học, Cao đẳng MỤC ĐÍCH Giúp sinh viên sử dụng được công cụ mô phỏng Optisystem trong việc khảo sát được ảnh hưởng của các của sợi quang đến chất lượng của hệ thống WDM. Cụ thể: Ảnh hưởng của suy hao Ảnh hưởng của tán sắc Ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến NỘI DUNG THỰC HANH Bước 1: Sử dụng phần mềm Optisystem xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống thông tin quang WDM với các thông số như sau: Tham số hệ thống Tốc độ bit: 2.5 Gbit/s / 10 Gbit/s Số lượng kênh: 8 Khoảng cách kênh: 100GHz/50 GHz Khoảng cách truyền dẫn: 100 km Các tham số toàn cục (global parameters để mô phỏng): Tốc độ bit: 2.5 Gbit/s / 10 Gbit/s Chiều dài chuỗi: 128 bits Số mẫu trong 1 bit: 64 Bước 2: 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. Thiết bị đo công suất quang Thiết bị phân tích phổ quang Thiết bị đo BER Bước 3: Chạy mô phỏng Bước 4: Hiển thị kết quả mô phỏng bằng các thiết bị đo đặt trên tuyến Hình : hiển thị kết quả của máy đo phổ, máy đo công suất, đo BER Bước 5: Thay đổi các tham số: Tốc độ truyền dẫn Thay đổi bước sóng sợi quang Sau khi thay đổi sợi quang sử dụng sợi có bước sóng, 1310 nm, sợi có suy hao lớn hơn sợi 1550nm như ta sử dụng trong hai bài thực hành trên, ta nhận thấy giá trị BER tăng lên Công suất nguồn phát Hoàn toàn tương tự khi ta thay đổi công suất nguồn phát. Dựa vào bài thực hành 2 ở trên. Thì ta thấy BER có mối quan hệ không tuyến tính với công suất nguồn phát. Vì thế khi thay đổi công suất phát, ta có thể nhận được 1 BER tương ứng có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn hệ thống ban đầu. Ví dụ ta chọn công suất phát là 10dBm. Ta được đồ thị BER như sau Tham số của sợi quang Thay đổi tham số sợi quang, thì ta có thể thay đổi tham số tán sắc sợi, chiều dài sợi, bước sóng sợi, tham số hiệu ứng phi tuyến ( SPM, XPM, CPM, FWM, .) ở đây, ta lựa chọn tham số tán sắc sợi, và ảnh hưởng của 2 hiệu ứng phi tuyến ( XPM và FWM) Xây dựng các kịch bản để khảo sát ảnh hưởng của suy hao, tán sắc và hiệu ứng phi tuyến (lựa chọn 2 trong các hiệu ứng phi tuyến để khảo sát) trong sợi quang đến chất lượng và khả năng truyền dẫn của hệ thống WDM. BÁO CÁO KẾT QUẢ THỤC HÀNH Mô hình mô phỏng Các tham số mô phỏng chi tiết Kết quả mô phỏng Kết quả mô phỏng hệ thống ban đầu Kết quả mô phỏng với các kịch bản đã được đưa ra nhằm khảo sát ảnh hưởng của suy hao, tán sắc và hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang đến chất lượng và khả năng truyền dẫn của hệ thống. Nhận xét, phân tích kết quả mô phỏng