Bộ môn Hệ thống viễn thông

PGS.TS Vũ Văn Yêm

MỤC LỤC

PHẦN I. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 Tên đề tài
Đề tài: Mô phỏng thiết kế hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước
sóng mật độ cao.Sử dụng tool công cụ Optisystem của gói phần mềm
Optiware Software.
1.2 Giới thiệu chung.
Ngày nay,hệ thống tin sợi quang đã và đang được sử dụng rộng rãi trong
thông tin liên lạc. Bởi lẽ đây là hệ thống đáp ứng được yêu cầu sử dụng băng
thông cũng như quỹ công suất thu phát và cự ly thông tin tốt nhất hiện nay.
So với thông tin dùng cáp đồng (ADSL) thì tốc độ tối đa đạt được của hệ
thống thông tin sợi quang(FTTH) gấp 50 lần. Không những thế hệ thống
thông tin cáp sợi quang còn có độ bảo mật rất cao do tính đóng kín hệ thống
truyền dẫn và sử dụng tín hiệu ánh sáng thay cho tín hiệu điện. Do vậy nhóm
chúng em đã chọn đề tài bài tập lớn môn Hệ thống viễn thông với mục đích
nghiên cứu và tìm hiểu về hệ thống thông tin cáp sợi quang.
Trong quá trình làm Bài tập lớn chúng em đã vận dụng được rất nhiều kiến
thức đã học được trên lớp và đó cũng là mục tiêu của nhóm chúng em đề ra.
Cuối cùng, Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Vũ Văn Yêm đã tận tình
hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình để Nhóm chúng em hoàn thành
được kết quả như mong đợi.

PHẦN II : LÝ THUYẾT

Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao Page 1


Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao Page 2


Bộ môn Hệ thống viễn thông

PGS.TS Vũ Văn Yêm

2.1.2.1 Bộ phát quang .

Như vậy cấu trúc cơ bản của bộ phát quang bao gồm:
+) Nguồn quang.
+) Bộ ghép tín hiệu quang.
+) Mạch điều chế tín hiệu.
+) Mạch điều khiển.
2.1.2.2 Môi trường truyền dẫn .
Môi trường truyền dẫn là sợi quang có suy hao thấp, sao hao đều theo các
bước sóng.

Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao Page 3


Bộ môn Hệ thống viễn thông

PGS.TS Vũ Văn Yêm

- Phân loại sợi quang

+) Theo chiết suất:
- Sợi quang chiết suất bậc SI(Step-Index)

nhiều lại hình dịch vụ, quản lý mạng hiệu quả, định tuyến linh động….
• Nhược điểm của công nghệ WDM :
- Vẫn chưa khai thác hết băng tần hoạt động có thể của sợi quang ( chỉ mới

tận dụng được bang C và băng L) .
- Quá trình khai thác, bảo dưỡng phức tạp hơn nhiều lần .
- Nếu hệ thống sợi quang là sợi DSF theo chuẩn G.653 thì rất khó triển khai
WDM vì xuất hiện hiện tượng trộn bốn bước sóng khá khó khăn .

2.2 Hệ thống ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao DWDM
2.2.1 Giới thiệu.
DWBM (Dense Wavelength Division Multiplex) - Công nghệ ghép kênh theo
bước sóng mật độ cao, là một trong những công nghệ quan trọng nhất trong
sự phát triển công nghệ truyền hình tín hiệu quang. DWDM thực hiện ghép
kênh theo bước sóng với mật độ rất cao, có khi lên tới hàng nghìn kênh, cung
cấp dung lượng rất lớn phục vụ truyền dữ liệu, tải phim ảnh, âm nhạc, trò
chơi ngày càng phát triển. DWDM hiện nay thường dùng cho mạng back
bone như hệ thống cáp quang biển ngày nay hay hệ thống xuyên lục địa, cũng
có thể cung cấp trong phạm vi một nước hay khu vực do chi phí triển khai rất
cao, khoảng cách không dùng bộ lặp hay khuếch đại lên tới vài nghìn km.
Ưu điểm:
- Tốc độ truyền cao, có thể lên đến 400Gb/s, suy hao thấp, khoảng cách truyền
xa.

Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao Page 5


Bộ môn Hệ thống viễn thông

PGS.TS Vũ Văn Yêm

Bộ ghép kênh chứa các bộ transponder(bộ tách sóng) chuyển đổi bước sóng
cho từng bước sóng mang tín hiệu. Các transponder này nhận tín hiệu quang
đầu vào, chuyển chúng thành các tín hiệu điện và truyền lại bằng laser ở dải
băng 1550nm. Các bộ ghép kênh đầu cuối này còn có cả bộ ghép kênh tín hiệu
quang, chúng sẽ ghép các tín hiệu trong băng 1550nm vào một sợi cáp (SMF28fiber). Bộ ghép kênh đầu cuối có thể hoặc không hỗ trợ bộ khuếch đại
quang EDFA nội bộ đối với tín hiệu quang đa bước sóng .
2.2.2.2 Các bộ lặp quang tức thời
Mỗi khoảng 80-100km lại đặt một bộ để giảm suy hao công suất quang khi
truyền trên đường dây. Tín hiệu sẽ được khuếch đại bởi EDFA .
2.2.2.3 Đầu cuối quang tức thời (bộ ADM)
Là phần địa điểm bộ khuếch đại từ xa mà khuếch đại các tín hiệu đa bước
sóng đã truyền lên đến 140km hoặc hơn thế trước khi tới trạm remote sites.
Phân tích và đo đạc tín hiệu quang được thực hiện tại các site, để cho phép
định vị bất cứ sự đứt gãy hoặc suy giảm tín hiệu nào. Trong các hệ thống
phức tạp các tín hiệu vượt ra ngoài tín hiệu đa bước sóng có thể được loại bỏ
ở từng phần .
2.2.2.4 Thiết bị đầu cuối phân kênh DWDM
Chuyển tín hiệu đa bước sóng trở về từng tín hiệu đơn như trước đo, đưa
trả về các sợi khác nhau trong hệ thống client-layer(như SONET/SDH). Cơ
bản phần phân kênh này được thực hiện hoàn toàn thụ động trừ một vài
phép đo, hầu hết các hệ thống SONET đầu nhận các tín hiệu bước sóng
SONET đều nhận các tín hiệu bước sóng 1550nm. Tuy nhiên để chuyển đến hệ
thống client-layer, để đảm bảo tính toàn vẹn tín hiệu số các tín hiệu phân
kênh này thông thường sẽ được gửi sàng các transponder đầu ra O/E/O
trước khi chuyển đến hệ thống client-layer.
2.2.2.5 Kênh giám sát quang optical supervisory channel(OSC)
Truyền các thông tin về tín hiệu quang đa bước sóng cũng như điều kiện
remote tại các điểm đầu cuối .
2.2.2.6. Giao diện DWDM
Phần lớn các hệ thống DWDM hỗ trợ chuẩn giao tiếp với SONET/SDH. Bên

thông số như khoảng cách tần số, dung sai bước sóng, công suất phát laser.
Các tín hiệu quang cần được khuếch đại để tăng khoảng cách truyền cũng
như giảm nhiễu .
2.2.3.4 Phân kênh tín hiệu
Tín hiệu được phân kênh được nhận bởi thiết bị thu quang như
photodetector, thêm nữa một hệ thống DWDM cần được trang bị giao diện
phía người dùng để nhận tín hiệu phía đầu vào, chức năng này được thực
hiện bởi các transponder. Về mặt DWDM sẽ là các giao diện quang liên kết
vởi hệ thống DWDM .
2.2.4 Các thông số ảnh hưởng đến hệ thống DWDM
 Suy hao.
Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao Page 8


Bộ môn Hệ thống viễn thông







PGS.TS Vũ Văn Yêm

Số kênh bước sóng.
Độ rộng phổ của nguồn phát.
Quỹ công suất.
Tán sắc.
Hiệu ứng phi tuyến.
Dải bước sóng làm việc của hệ thống.


Hình 2. Hệ thống DWDM tích hợp

Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao
10

Page


Bộ môn Hệ thống viễn thông

PGS.TS Vũ Văn Yêm

2.2.6 Ứng dụng DWDM tại các lớp mạng
- Mạng đường trục (back-bone)
Các hệ thống DWDM khoảng cách xa (long-haul) được ứng dụng trong
mạng đường trục để truyền tải thông tin với lưu lượng lớn giữa các vùng
trong một quốc gia. Đặc điểm của các hệ thống này là dung lượng rất lớn và
sử dụng các công nghệ sửa lỗi FEC, khuyếch đại Raman, định dạng xung CRZ
cùng với các trạm lặp để tăng cường về khoảng cách. Hệ thống mạng đường
trục được xây dựng dưới dạng hình vòng hoặc hình lưới để tăng khả năng
bảo vệ lưu lượng.
- Mạng nội vùng (Metropolitan)
Sử dụng các hệ thống DWDM khoảng cách trung bình để kết nối giữa các
điểm tập trung lưu lượng trong một vùng. Các mạng metro cũng được xây
dựng dạng hình vòng hoặc hình lưới để tăng khả năng bảo vệ lưu lượng.

PHẦN III. PHẦN MỀM OPTISYSTEM

3.1. Tổng quan về phần mềm Optisystem

gian hoàn vốn.
3.1.1. Lợi ích
- Cung cấp cái nhìn toàn cầu vào hiệu năng hệ thống
- Đánh giá sự nhạy cảm tham số giúp đỡ việc thiết kế chi tiết kỹ thuật
- Trực quan trình bày các tùy chọn thiết kế và dự án khách hàng tiềm
năng
- Cung cấp truy cập đơn giản để tập hợp rộng rãi các hệ thống đặc tính
dữ liệu
- Cung cấp các tham số tự động quét và tối ưu hóa
- Tích hợp với họ các sản phẩm Optiwave
3.1.2. Ứng dụng
Tạo ra để đáp ứng nhu cầu của các nhà khoa học nghiên cứu, kỹ sư viễn
thông quang học, tích hợp hệ thống, sinh viên và một loạt các người dùng
khác, OptiSystem đáp ứng các nhu cầu của thị trường lượng tử ánh sáng
phát triển mạnh mẽ nhưng vẫn dễ sử dụng công cụ thiết kế hệ thống quang
học.
OptiSystem cho phép người dùng lập kế hoạch, kiểm tra, và mô phỏng:
- Thiết kế mạng WDM / TDM hoặc CATV
- Thiết kế mạng vòng SONET / SDH
- Thiết kế bộ phát, kênh, bộ khuếch đại, và bộ thu thiết kế bản đồ phân tán
Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao
12

Page


Bộ môn Hệ thống viễn thông

PGS.TS Vũ Văn Yêm


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.
3.2.3. Các công cụ hiển thị
Optisystem có đầy đủ các thiết bị đo quang, đo điện. Cho phép hiển thị tham
số, dạng, chất lượng tín hiệu tại mọi điểm trên hệ thống.
 Thiết bị đo quang:
 Phân tích phổ (Spectrum Analyzer)


Thiết bị đo công suất (Optical Power Meter)



Thiết bị đo miền thời gian quang (Optical Time Domain Visualizer)



Thiết bị phân tích WDM (WDM Analyzer)



Thiết bị phân tích phân cực (Polarization Analyzer)
Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao
14

Page


Bộ môn Hệ thống viễn thông


3.2.4. Mô phỏng phân cấp với các hệ thống con (subsystem)
Để việc mô phỏng được thực hiện một cach 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.
3.2.5. 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 thế tạo ra sửa đổi các thiết kế một cách nhanh chóng và
hiệu quả. Mỗi file dự án thiết kế của Optisystem có thế chứa nhieuf 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 thế được kết hợp lại, cho
phép so sánh các phiên bản thiết kế một cách dễ dàng.
3.2.6. 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
3.2.7 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
Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao
15

Page


Bộ môn Hệ thống viễn thông

Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao
16

Page


Bộ môn Hệ thống viễn thông

PGS.TS Vũ Văn Yêm

Giao diện người sử dụng:
- Project layout : phần mà để người sử dụng thiết kế

Hình 2.2. Giao diện người sử dụng

- Dockers : bao gồm
• Project Browser : truy nhập đến các tham số và kết quả của thiết kế (Hình

Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao
17

Page


Bộ môn Hệ thống viễn thông

PGS.TS Vũ Văn Yêm

Hình 2.3: Project Browser
• Description : đưa ra các thông tin để mô tả tóm tắt về thiết kế

Bài toán: Xây dựng phương án thiết kế hệ thống thông tin quang DWDM có
sử dụng khuếch đại quang EDFA với các yêu cầu thiết kế như sau:
Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao
19

Page


Bộ môn Hệ thống viễn thông

PGS.TS Vũ Văn Yêm

+ Tốc độ bit:
10 Gbit/s
+ Cự ly truyền dẫn: 240 km
+ Số lượng kênh bước sóng: 32 kênh
-Một số gợi ý khi thiết kế:
+Loại sợi:
Sợi quang đơn mode chuẩn (G.655)
+Nguồn phát: - Loại nguồn: Laser.
- Phương thức điều chế: điều chế ngoài
Bộ thu: Sử dụng PIN kết hợp với bộ lọc thông thấp Bessel
Yêu cầu:
Sử dụng phần mềm Optisystem xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống
thông tin quang DWDM 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:

4.2.1.Tuyến phát quang: chọn cửa sổ truyền 1550nm EDFA ở băng C
-Tuyến phát quang gồm 32 kênh quang được tích hợp thông quang bộ ghép
kênh quang MUX.
-Thiết lập thông số toàn cục
+ Tốc độ bít
10GBps
+ Chiều dài chuỗi:
128bits
+ Số mẫu trong một bít: 64
Số mẫu =Chiều dài chuỗi×Số mẫu trong một trong một bit=128×64=8192

Hình 4.1: Thiết lập tham số toàn cục
Hình
 Bộ ghép kênh quang (ghép

4.2:Nguồn phát
32 kênh)

Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao
21

Page


Bộ môn Hệ thống viễn thông

PGS.TS Vũ Văn Yêm

Hình 4.3: Bộ ghép kênh MUX 32×1
 Toàn tuyến phát 32 kênh quang


Bộ môn Hệ thống viễn thông

PGS.TS Vũ Văn Yêm

- Do sợi quang có suy hao tán sắc nên trong tuyến truyền dẫn sẽ sử dụng bộ
bù tán sắc DCF. Thông số của bộ bù tán sắc:
Giả sử sợi G655 có chiều dài là L1=50km.
+Độ tán sắc là : D1= 16.75 ps/nm.km.
+Độ dốc tán sắc : 0.075ps/nm^4.km.
+Chiều dài sợi bù tán sắc ( DCF) là L2=60km-50km=10km
=>Thì độ bù tán sắc D2= -D1×L1/L4.= -50×16.75/10= -83 ps/nm.km.
=>Độ dốc tán sắc : 0.375ps/nm^4.km.

Hình 4.7. Thông số sợi bù tán sắc DCF
 Khuếch đại quang EDFA: Do suy hao sợi quang nên cần sử dụng bộ

khuếch đại EDFA để bù suy hao sợi.
+ L1=50km thì suy hao sợi là: 50×0.2=10dB Độ lợi của bộ khuếch đại
EDFA
là 10dB.
+ L2=10km thì suy hao sợi là: 10×0.2=5dB Độ lợi của bộ khuếch đại EDFA
là 5dB.
4.2.3 Tuyến thu của hệ thống DWDM

Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao
24

Page