Đề tài: mô hình đo thử hệ thống băng rộng trên optisystem

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

4
BẢN TÓM TẮT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN
THIẾT LẬP MÔ HÌNH ĐO THỬ HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN QUANG BĂNG
RỘNG TRÊN PHẦN MỀM OPTISYSTEM.
Mã số:SV2016-36
1. Vấn đề nghiên cứu (vấn đề, tính cấp thiết)
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.
2. Mục đích nghiên cứu/mục tiêu nghiên cứu
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.
3. Nhiệm vụ/nội dung nghiên cứu/câu hỏi nghiên cứu
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.

5
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
5. Kết quả nghiên cứu (ý nghĩa của các kết quả) và các sản phẩm (Bài báo khoa
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.
 Là công cụ bổ trợ cho môn học Thông tin quang.

6
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

7
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 3.1. Thiết lập các thông số cho hệ thống.

8
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.

9
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 3.40. 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 3.45. 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 3.52. Sơ đồ hệ thống truyền dẫn RoF.
Hình 3.53. Mô hình hệ thống thiết kế.
Hình 3.54. Sơ đồ mô phỏng mạng truyền dẫn RoF.

10
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 3.60. Phổ tín hiệu tại đầu phát 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.

11
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
BER Bit Error Rate Tỉ số bit lỗi
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

12
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.

13
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.
3. Mục tiêu đề tài
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.

14
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.

15
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.

16
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

17
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.

18
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.
 Sợi quang.
 Bộ chuyển đổi tín hiệu ánh sáng quang sang tín hiệu điện, ký hiệu bộ thu quang
O/E.
Đường truyền dẫn quang trên mỗi sợi quang chỉ cho ánh sáng truyền theo một chiều, các
kênh thông tin liên lạc truyền tín hiệu theo hai chiều do đó trong mỗi tuyến truyền dẫn
quang cần có hai sợi quang được gọi là hệ thống truyền dẫn quang đơn hướng.
Video
Pacsimile
Telephone
Computer
Tổng đài thuê bao PABX
`
Tổng đài
điện tử A
Cáp
thuê bao
Cáp
thuê bao
Cáp
thuê bao
Video
Pacsimile
Telephone
Máy vi tính
`
Video
Pacsimile
Telephone
Computer
Tổng đài thuê bao PABX
`
Tổng đài B
Cáp
thuê bao
Cáp
thuê bao
Cáp
thuê bao
Video
Pacsimile
Telephone
Máy vi tính
`
E/O
O/E
E/O
O/E
B station
Cự ly đường truyền
dẫn quang, L(km)
MUX
DEM
A station
MUX
DEM
Nốt chuyển
mạch A
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.

19
Công suất
phát
Po(dBm)
E/O
O/E
MUX
DEM
A station
Công suất
Thu
PR(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
PR(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).

20
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

21
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
Cáp Sợi quang
MUX
&
DEM
E/O
O/E
E/O
O/E
B station
L2(km)
Repeater station C
Cáp Sợi quang
L1 (km)
Quang đoạn 1
E/O
O/E
A station
MUX
&
DEM
a. Sơ đồ cấu trúc hệ thống chuyển tiếp quang (quang-điện-quang)
E/O
O/E
Quang đoạn 2
Cáp Sợi
quang MU
X
&
DEM
E/O
O/E
B station
L2(km)
Cáp Sợi
quang
L1 (km)
Quang đoạn 1
A station
MU
X
&
DEM O-A
O-A
Repeater
station C
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

22
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

23
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.

24
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.

25
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
2.2.1. 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)

26
- 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.

27
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.
- Các phần tử do người sử dụng tự định nghĩa (User-defined Components)

28
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

29
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
b
L LT
R

Number of samples = Sequence length * Samples per bit
Sample rate = Number of samples / Time window

30
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.

31
- 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.
Hình 2.7. Hộp thoại OptiSystem Calculations

32
- 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

33
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:
Lựa chọn lần quét trên Set Current Iteration drop-down box
Hình 2.11. Hộp thoại Current Sweep Iteration

34
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

35
- 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.

36
- 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

37
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): _ 10out TXP   dBm.
- 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 0.2  dB/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.
(a) (b) (c)
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.

38
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.
Tx Rx
Tín hiệu thuTín 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.

39
(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.

40
(a) (b)
(c) (d)
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.

41
STT _out TXP (dBm) Max Q Min BER _in RXP (dBm)
1 -10 11.0515 1.07766e-028 -23.182
2 -5 34.25 2.17707e-257 -18.182
3 1 118.901 0 -12.183
4 5 215.895 0 -8.183
5 10 315.189 0 -3.182
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của công suất.
Nhận xét: Ta có thể thấy nếu công suất phát của nguồn quang càng lớn thì tỉ lệ lỗi bit
BER càng nhỏ và chất lượng Q càng lớn, công suất tại đầu vào máy thu càng lớn.
- Ảnh hưởng của cự ly truyền:
o Ta giữ nguyên các thông số ban đầu, chỉ thay đổi độ dài của sợi quang theo các
thông số : 20, 50, 100, 150.
STT L(km) Max Q Min BER _in RXP (dBm)
1 20 40.9367 0 -17.182
2 50 11.0515 1.07766e-028 -23.182
3 100 0 1 -33.183
4 150 0 1 -43.183
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của cự ly truyền dẫn.
Nhận xét: Cự ly càng xa, tỉ lệ lỗi bit BER càng tăng lên và chất lượng Q, công suất thu
tại đầu vào máy thu càng giảm, ảnh hưởng lớn đến tín hiệu truyền.
 Ảnh hưởng của tốc độ bit:

42
o Ta giữ nguyên các thông số ban đầu, chỉ thay đổi số liệu về tốc độ bit theo các
thông số như sau: 500, 1000, 1500, 2000. Giá trị được thể hiện ở bảng 1.3 bên
dưới.
STT Tốc độ bit bR (Mbps) Max Q Min BER _in RXP (dBm)
1 500 18.9634 1.71162e-080 -23.182
2 1000 13.5168 6.22463e-042 -23.182
3 1500 11.0515 1.07766e-028 -23.182
4 2000 9.41278 2.41586e-021 -23.182
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của tốc độ bit.
Nhận xét: Việc tăng tốc độ bit k làm giảm công suất tại đầu vào máy thu, nhưng nó làm
giảm chất lượng Q và làm tăng tỉ lệ lỗi bit BER. Chúng ta phải truyền tín hiệu ở một tốc
độ thích hợp để đạt được những thông số như mong muốn.
Kết luận: Hệ thống truyền dẫn quang luôn chịu ảnh hưởng bởi những thông số khác
nhau. Chính vì vậy để tạo ra một hệ thống ổn định, ta phải thiết lập, cài đặt thiết bị ở một
mức thích hợp nhằm đem lại hiệu quả cao nhất. Ngoài những yếu tố gây ảnh hưởng đến
chất lượng hệ thống như đã nêu ở trên, còn có những yếu tố khác như là chất lượng của
sợi quang, số mối nối trên sợi quang đều ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng hệ thống.
3.2. Thiết kế mạng và mô phỏng mạng WDM
Tx1(l1)
Tx1(l2)
Tx1(ln )
MUX DEMUX
Rx1(l1)
Rx1(l2)
Rx1(ln)
Truyền tín hiệu trên sợi quang
Phát tín hiệu Ghép tín hiệu
EDFA
khuếch đại tín hiệu
EDFA
khuếch đại tín hiệu
Tách tín hiệu
Hình 3.6. Sơ đồ khối hệ thống truyền dẫn quang WDM

43
Hệ thống truyền dẫn quang ghép kênh theo bước sóng WDM là trong một sợi quang đồng
thời truyền dẫn nhiều bước sóng tín hiệu quang, mỗi bước sóng mang một kênh dữ liệu
thành phần có thể có tốc độ là 10Gbit/s/ Ở đầu phát, nhiều tín hiệu quang có bước sóng
khác nhau được ghép lại thành kênh ánh sáng chung nhiều bước sóng để truyền đi trên
một sợi quang. Ở đầu thu, tín hiệu quang nhiều bước sóng thành phần được phân tách lọc
theo từng kênh ánh sáng có bước sóng thành phần khác nhau để đưa đến bộ tách sóng
quang. Khôi phục lại luồng tín hiệu gốc rồi đưa vào các thiết bị đầu cuối khác nhau. Tuy
nhiên, để tránh hiện tượng nhiễu xuyên kênh, giữa các kênh phải có khoảng cách nhất
định.
3.2.1. Các thông số thiết lập mang truyền dẫn đơn hướng WDM
- Phương thức mã hóa: NRZ.
- Công suất phát Pphát = 10dBm
- Tốc độ bit: 2,5Gbps.
- Độ rộng mỗi kênh: 10 MHz.
- Bước sóng: 1550 nm.
 Kênh truyền:
- Sợi đơn mode có chiều dài L = 100km.
- Suy hao: 0,2 dB/km.
- Độ tán sắc: 16,75 ps/nm/km.
 Các tham số toàn cục bao gồm:
- Tốc độ bit (Bit rate): 2,5 Gbps.

44
3.2.2. Sơ đồ hệ thống
Tx MUX DEMUX Rx
L = 100 km
α = 0,2 dB/km
P0 = -17dBm
l = 1550 nm
d(t) d(t)
A
Station
B
Station
Hình 3.7. Mô hình hệ thống thiết kế
Hình 3.8. Sơ đồ mô phỏng truyền dẫn WDM
Trong sơ đồ có các thành phần chính là:
- Optical Transmitter: Nguồn phát quang với công suất phát -17dBm.
- Optical Fiber: Chiều dài tuyến truyền dẫn là 100km, αo = 0,2 dB/km.
- Bộ thu quang: gồm có Photodiode có chức năng chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu
điện, bộ lọc Besel thu lại 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.

46
3.2.3. Kết quả mô phỏng
 Về công suất.
- Sử dụng thiết bị Optical Power Meter để đo công suất tại các điểm cần đo.
(e) (f)
Hình 3.9. Thiết lập thông số mô phỏng mạng truyền dẫn WDM. (a) Nguồn quang
1.(b) Nguồn quang 2.(c) Nguồn quang 3.(d) Nguồn quang 4.(e) Bộ khuếch đại quang.
(f) Sợi quang.
Hình 3.10. Thiết lập các thông số toàn cục

47
- Công suất đo tại đầu ra của nguồn phát quang khi Pphát = -17dBm có giá trị là
9.409.10-6
như hình 3.6.
Hình 3.11. Công suất đo tại đầu ra khi Pphát = -17dBm.
- Khi công suất đo tại đầu thu khi Pphát =-17 dBm, L = 100km và αo = 0,2dB/km có
giá trị 842.870.10-6
như hình 3.7.
Hình 3.12. Công suất đo tại đầu thu khi Pphát = -17dBm, tại khoảng cách 100km.
 Về tỉ lệ lỗi bit
Sử dụng thiết bị Ber Analyzer để đo BER, hệ số chất lượng Q và đồ thị mắt tại đầu thu.
BER Analyzer_1 BER Analyzer_2

48
Q Factor 1 Q Factor 2

49
Min Ber 1 Min Ber 2
Q Factor 3 Q Factor 4

50
Min Ber 3 Min Ber 4
Hình 3.16. Đồ thị Min BER tại đầu thu tuyến truyền dẫn
BER Pattern 1 BER Pattern 2

51
BER Pattern 3 BER Pattern 4
Hình 3.17. Đồ thị mắt tại đầu thu tuyến truyền dẫn.
Nhận xét: Sau khi mô phỏng, ta thấy chỉ có tín hiệu vào với tần số 193.3 THz thì thiết bị
BER Analyzer mới đo và phân tích các thông số được, còn những tần số khác thì không
thể phân tích được.
3.2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến tuyến truyền dẫn quang
Xét các yếu tố ảnh hướng đến hệ thống truyền dẫn quang như cự ly truyền dẫn L (km),
công suất phát Po (dBm), tốc độ bit (Bit rate), photodiode.
3.2.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ bit của kênh đại diện đầu tiên
STT Rb (Mbps) Max Q Min BER Pr (dBm)
1 155 0 1 -100
2 622 14.5546 2.49137e-048 -0.741
3 1244 10.5243 2.8995e-026 -0.741
4 2488 7.23596 2.02604e-013 0.742
Bảng 3.4. Bảng so sánh ảnh hưởng của tốc độ bit đến hệ thống.

52
Nhận xét: Theo khảo sát có thể nhận thấy tốc độ truyền ảnh hưởng đến chất lượng của
tín hiệu nhận. Khi mô phỏng với tốc độ 155MHz thì hệ thống lỗi không chạy, chỉ sử dụng
tốc độ từ 622MHz trở lên thì hệ thống mô phỏng mới hoạt động. Tốc độ càng cao thì tỉ lệ
lỗi bit BER càng nhiều và công suất máy thu nhận được thay đổi không đáng kể. Các hệ
thống tốc độ cao chịu nhiều ảnh hưởng của tán sắc và khi tốc độ bít càng cao thì băng
thông yêu cầu phải càng rộng làm cho các loại nhiễu đều tăng lên.
3.2.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của công suất phát Po
Thay đổi công suất phát giữ nguyên các thông số ban đầu
- Tốc độ bít Rb = 2500Mb/s
- Chiều dài tuyến = 100 km
- Hệ số khuếch đại G =20dB
- Bước sóng 1550nm
Từ đó rút ra các giá trị Min BER, Max Q và Pr tương ứng:
STT Pt (dBm) Max Q Min BER Pr (dBm)
1 -17 6.19565 2.33623e-010 -0.742
2 -5 22.0154 7.69632e-108 -0.076
3 1 30.1037 1.85981e-199 1.545
4 10 35.4108 4.42182e-275 7.442
Bảng 3.5. Bảng so sánh ảnh hưởng của công suất phát.
Nhận xét: Thông qua việc mô phỏng thì công suất phát càng lớn thì tỉ số lỗi bit Min BER
càng nhỏ và chất lượng Q càng lớn. Công suất phát từ 6dBm thì Min BER = 0.
3.2.4.3. Khảo sát ảnh hưởng của cự ly truyền dẫn L
STT L (km) Max Q Min BER Pr (dBm)
1 0 99.6479 0 21.341

53
2 50 39.4457 0 7.423
3 100 6.19565 2.33623e-010 -0.742
4 200 0 1 -3.757
Bảng 3.6. Bảng so sánh ảnh hưởng của cự ly truyền dẫn.
Nhận xét: Thông qua việc mô phỏng, khi cự ly truyền dẫn càng tăng lên thì tỉ số lỗi bit
Min BER càng lớn,chất lượng Q và công suất đầu thu càng giảm .
3.2.4.4. Khảo sát ảnh hưởng của photodiode
STT Photodiode Max Q Min BER
1 APD 7.46545 3.15874e-014
2 PIN 6.19565 2.33623e-010
Bảng 3.7. Bảng so sánh ảnh hưởng của Photodiode đến hệ thống
Photodetector PIN Photodetector APD
Hình 3.18. So sánh ảnh hưởng của Photodiode đến hệ thống
Nhận xét: Theo khảo sát trên cùng một công suất, cùng một hệ thống nhưng photodiode
APD nhận tín hiệu nhiễu ít hơn photodiode PIN.

54
3.3. Thiết kế bộ thu, bộ phát, bộ khuếch đại
3.3.1. Tổng quan về hệ thống
Khi tín hiệu truyền đi ở cự ly xa thì sẽ có suy hao, làm ảnh hưởng đến chất lượng của tín
hiệu. Để khắc phục điều này, ta sử dụng bộ khuếch đại để tăng công suất của tín hiệu. Vì
vậy ta có thể truyền dữ liệu ở cự ly xa hơn mà chất lượng của tín hiệu vẫn ổn định. Dưới
đây là hình ảnh về sơ đồ hệ thống thông tin quang gồm các thành phần chính: Bộ phát tín
hiệu quang, sợi quang, bộ khuếch đại quang và bộ thu tín hiệu quang.
RxTx
Tín hiệu phát Khuếch đại tín hiệu
EDFA
Tín hiệu thu
Sợi quang Sợi quang
Hình 3.19. Sơ đồ thiết kế bộ thu, bộ phát, bộ khuếch đại.
Hệ thống gồm có 4 thành phần chính:
- Bộ phát tín hiệu quang E/O: dùng để chuyển đổi tín hiệu điện sang tín hiệu quang để
truyền đi trong sợi quang.
- Sợi quang: dùng để truyền dữ liệu
- Bộ khuếch đại: chuyển tín hiệu quang sang tín hiệu điện, sau đó khuếch đại tín hiệu
và chuyển tín hiệu điện lại thành tín hiệu quang và tiếp tục việc truyền trong sợi
quang.

55
- Bộ thu tín hiệu quang O/E: dùng để thu tín hiệu quang và chuyển đổi thành tín hiệu
điện.
Như những số liệu so sánh ở phần 3.1.4 tại bảng 3.8 bên dưới, ta có thể thấy được rằng
cự ly càng xa thì chất lượng, công suất của tín hiệu càng giảm và tỉ lệ lỗi bit BER càng
tăng lên.
STT L(km) Max Q Min BER _in RXP (dBm)
1 20 40.9367 0 -17.182
2 50 11.0515 1.07766e-028 -23.182
3 100 0 1 -33.183
4 150 0 1 -43.183
Bảng 3.8. So sánh ảnh hưởng của cự ly truyền dẫn
Cho nên việc lắp thiết kế bộ khuếch đại quang là điều cần thiết cho những hệ thống cần
truyền đi xa.
3.3.2. Tiến hành mô phỏng, so sánh số liệu
Thiết lập hệ thống khi sử dụng bộ khuếch đại công suất quang:
 Công suất phát(Power): _out TXP = -10 dBm.
 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 = 0.2 dB/km.
 Chiều dài chuỗi bit (Sequence length): 256 bit.
 Số lượng mẫu trên mỗi bit (Number of samples per bit): 32.
 Độ lợi G = 20dB.

56
 Hệ số nhiễu 4 dB.
Tiến hành mô phỏng:
(a)
(b)
Hình 3.20.(a) Công suất tại đầu phát. (b) Công suất tại đầu thu.
Nhận xét: Công suất ở đầu vào bộ thu tăng lên do sử dụng bộ khuếch đại tín hiệu.
Hình 3.21 bên dưới thể hiện các thông số tại bộ BER Analyzer.
Hình 3.21.Thông số ở bộ BER Analyze
Những thông số thu được ở các bộ đo được thể hiện ở hình 3.22.

57
(a) (b)
(c) (d)
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.
So sánh ảnh hưởng của độ lợi trong bộ khuếch đại:
Lần lượt thay đổi các thông số về độ lợi của bộ khuếch đại thành: 5, 10, 15, 20. Ta
được các giá trị như bảng 3.9.
STT G(db) Max Q Min BER rP (dBm)
1 5 33.3876 1.03371e-244 -17.246

58
2 10 83.5964 0 -12.164
3 15 136.358 0 -7.318
4 20 160.763 0 -2.129
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của độ lợi đến hệ thống.
Nhận xét: khi độ lợi của bộ khuếch đại càng cao thì chất lượng và công suất thu ở đầu
vào máy thu càng tăng, tỉ lệ lỗi bit BER càng giảm.
Kết luận:
Dựa vào những phân tích ở trên, ta có thể thấy được rằng để thiết kế một hệ thống thông
tin quang, ta phải tính toán hợp lý những giá trị ở từng phần tử để kết quả đạt được như ta
mong muốn, giúp cho hệ thống đạt được hiệu quả tối ưu nhất.
Việc sử dụng bộ khuếch đại khi truyền ở cự ly xa là điều cần thiết vì nó đảm bảo cho tín
hiệu truyền có chất lượng tốt nhất có thể.
3.4. Thiết kế hệ thống mạng theo chuẩn GPON
3.4.1. Các thông số thiết lập mạng GPON
Bài toán 1: Thiết lập các thông số cho mạng GPON với hệ số tỉ lệ chia của bộ Splitter là
1:8 như sau:
 Download:
- Công suất phát Pphát =2 dBm.
- Tốc độ bit: 1244,16Mbps.
- Bước sóng đường download: 1490 nm.
 Kênh truyền:
- Sợi đơn mode có chiều dài L = 20km.

59
 Upload:
- Tốc độ bit: 1244,16Mbps.
- Bước sóng đường upload: 1310 nm.
- Công suất phát Pphát =-1 dBm.
Các tham số toàn cục bao gồm:
- Tốc độ bit (Bit rate): 1224.16 Mbps.
- Cửa sổ thời gian (Time windown) = chiều dài chuỗi bit  1/tốc độ bit.
=
1
256
1244160000

= 7
2.057613 10
 (s)
- Số lượng mẫu (Number of samples) = chiều dài chuỗi bít  số mẫu trên mỗi bit.
= 256 32
= 8192(mẫu)
- Tốc độ lấy mẫu (Samples rate) = Số lượng mẫu / cửa sổ thời gian
= 7
8912
2.057613 10

= 39813120000Hz

60
Hình 3.23. Thiết lập các thông số cho đường download
Hình 3.24. Thiết lập các thông số cho đường upload

61
Hình 3.25. Thiết lập các thông số toàn mạng
3.4.2. Sơ đồ hệ thống mạng GPON
Hình 3.26 Sơ đồ kết nối mạng theo chuẩn GPON
Trong sơ đồ hệ thống mạng GPON có các thành phần chính là:

62
 Thiết bị đầu cuối trạm/đài OLT: Đó chính là bộ ghép kênh phân chia theo bước
sóng. Ở đây các dữ liệu đã được điều chế lên các bước sóng thuộc cửa sổ quang
1490 nm. Sau khi điều chế các tín hiệu sẽ được đưa vào bộ ghép kênh theo bước
sóng WDM.
 Thiết bị Circulator: dùng để tách một bước sóng ra để phân tích tín hiệu trên
đường truyền quang.
 Sử dụng sợi quang đơn mode có chiều dài là 20 km tính từ phía OLT đến ONU.
 Splitter quang: Về bản chất, splitter quang là một bộ chia công suất. Có nhiều loại
splitter quang, có loại thì công suất ở các ngõ đầu ra bằng nhau nhưng cũng có loại
thì công suất đầu ra theo các tỉ lệ 1:2, 1:3… Hơn thế nữa, nó cũng là bộ chia băng
thông. Giả sử, tốc độ download là 1,244 Gbps, hệ số chia của splitter là 1:8 thì
băng thông tối đa dành cho các User đường download sẽ là 1,244 : 8 = 0.1555
Gbps hay là 155.5 Mbps.
 Thiết bị đầu cuối phía người sử dụng ONU/ONT: Nó có chức năng là biến đổi tín
hiệu quang thành tín hiệu điện. Số lượng ONU/ONT là 8.
Hình 3.27. Cấu trúc khối ONU

63
Cấu trúc bên trong của ONU được cụ thể như hình trên. Trong sơ đồ, ONU sẽ gồm 2
phần thu và phát.
- Phần thu: gồm có một bộ tách quang, một bộ lọc Bessel. Tín hiệu khi đến đầu
vào của ONU tín hiệu quang được chuyển sang tín hiệu điện nhờ Photodiode,
bộ lọc Besel thu lại tín hiệu có tần số thấp rồi qua bộ khôi phục tín hiệu và cuối
cùng đưa vào bộ phân tích tỉ lệ lỗi bit BER.
- Phần phát: gồm một bộ phát quang có các tham số đã được thiết lập như hình
vẽ. Tín hiệu quang được truyền qua các bộ Dynamic Select và đi theo đường
lên.
3.4.3. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng mạng quang
3.4.3.1. Tỉ số lỗi bit – BER
Định nghĩa: Là tỉ lệ bit bị lỗi trên tổng số bit truyền đi. Trong đó, xác suất lỗi bit là một
trong những cách hiệu quả để đánh giá hiệu năng hệ thống.
Tín hiệu quang đi đến ONU/ONT sẽ được chuyển sang tín hiệu điện. Tín hiệu điện được
đưa qua mạch khôi phục dữ liệu. Dựa vào mức ngưỡng để xác định bit “1” và bit “0”. Tỉ
lệ lỗi bit trong hệ thống thông tin quang thường là 10-9
. Cách tính BER với nhiễu biên độ
tuân theo hàm phân bố Gaussian.
Hình 3.28. Mối liên quan giữ tín hiệu nhận được và hàm phân bố xác suất.

64
Hình 3.6 (a) chỉ ra dạng tín hiệu nhận được. Giá trị dòng điện I dao động từ Io tới I1 và ID
là dòng ngưỡng. Nếu I > ID thì đó là bit “1” còn ngược lại đó là bit “0”. BER có thể được
tính theo xác xuất lỗi bit:
BER = P(1)P(0/1) + P(0)P(1/0)
Trong đó:
- P(1) và P(0) là xác suất nhận được bit 1 và 0.
- P(0/1) là xác suất lựa chọn bit 0 khi bit 1 được nhận.
- P(1/0) là xác suất lựa chọn bit 1 khi bit 0 được nhận.
Do có thể xảy ra trường hợp: P(1) = P(0) = 1/2.
Khi đó: BER=[P(0/1) + P(1/0)].
Hình 3.6 b) chỉ ra xác suất P(0/1) và P(1/0) phụ thuộc vào hàm mật độ xác suất P(1).
Dạng hàm P(I) phụ thuộc vào hàm thống kê nguồn nhiễu. Với nhiễu biên độ tuân theo
hàm phân bố Gaussian.
Mối quan hệ giữa BER và hệ số Q: Q giảm thì BER tăng và ngược lại. Có thể thấy rõ
điều đó thông qua đồ thị dưới đây:
Hình 3.29. Mối quan hệ giữa hệ số phẩm chất Q và tỉ lệ lỗi bit BER

65
3.4.3.2. Hệ số chất lượng tín hiệu Q
Định nghĩa: Hệ số chất lượng tín hiệu là tỉ số tương đương với tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu
(SNR) của tín hiệu điện ở bộ thu sau khi được khuếch đại. Hệ số này được tính dựa theo
công thức.
1 0
0 1
I I
Q
 



Hình 3.30. Hệ số Q tính theo biên độ
3.4.3.3. Đồ thị mắt
Định nghĩa: Biểu đồ mắt hay mẫu mắt là một hình ảnh cho thấy rất rõ mức độ méo của
tín hiệu số. Ở đầu ra phần băng gốc của hệ thống (sau khi lọc băng gốc, trước khi lấy mẫu
quyết định bit truyền là 1 hay 0), các hệ thống luôn có một điểm đo, từ đó dẫn tín hiệu
vào một Oscilloscope. Nếu tần số quét của Oscilloscope bằng với tốc độ bit của tín hiệu
thì trên màn hình hiển thị của Oscilloscope, các tín hiệu sẽ dừng lại trùng lên nhau. Nếu
xem mức tín hiệu dương là mí mắt bên trên, tín hiệu âm là mí mắt bên dưới, hình thành
một hình ảnh như một mắt người mở. Đó chính là mẫu mắt. Mẫu mắt với vô số tín hiệu đi
vào Oscillocscope thì chồng lên nhau. Những hình ảnh đó cho thấy mức độ méo của tín
hiệu và độ dự trữ tạp âm.
Gọi giá trị đỉnh dương của tín hiệu không méo lý tưởng là 1, còn giá trị đỉnh âm của tín
hiệu không méo lý tưởng là -1 thì độ mở của mẫu mắt lý tưởng sẽ là (2/2)x100% =

66
100%, trong thực tế thì độ mở mẫu mắt sẽ là khoảng trắng lớn nhất giữa các đường cong
tín hiệu âm và dương, chia 2 và tính theo phần trăm. Mẫu mắt càng mở (số % càng lớn )
thì chất lượng tín hiệu càng tốt. Ngược lại với độ mở mẫu mắt là độ đóng mẫu mắt
Mẫu mắt được gọi là mở nếu độ mở mẫu mắt lớn hơn 0. Mẫu mắt được gọi là đóng nếu
độ mở bằng 0. Mẫu mắt thường là từ 20% – 30%, tùy theo hệ thống có mã chống nhiễu
hay không. Mẫu mắt được xem là bình thường nếu ở khoảng lớn hơn 50%. Thực tế thì
yêu cầu lớn hơn, khoảng 75%.
3.4.3.4. Mối quan hệ giữa tỉ lệ lỗi bit – BER với đồ thị mắt
Đồ thị mắt thể hiện một cách trực quan các chuỗi bit “0” và “1” nhưng bỏ qua một số
thông số khác. Thông thường, đồ thị mắt là sự kết hợp của các mẫu điện áp hoặc thời
gian của các tín hiệu gốc. Một oscilloscope, có thể có tốc độ lấy mẫu là 10 Gbps. Điều đó
có nghĩa là phần lớn các mẫu mắt được tạo ra từ một số ít các mẫu tín hiệu. Nhưng một
vấn đề dễ gặp phải đó là khi số mẫu ít khi xuất hiện. Những kết quả này có thể có liên
quan đến nhau, nhiễu liên quan đến hoặc xuất phát từ các hiệu ứng khác như hiệu ứng
crosstalk và các hiệu ứng giao thoa. Nó có thể không xuất hiện trong đồ thị mắt nhưng nó
lại ngăn cản việc liên kết các mức tín hiệu (có thể hiểu ở đây là các mức điện áp đặc
trưng cho các bit “0” và “1”).
3.4.4. Phân tích các yếu tổ ảnh hưởng đến mạng quang
3.4.4.1. Đo kiểm các thông số cơ bản của mạng
Với các thông số đã được thiết lập trong bài toán 1, tiến hành đo và có những kết quả sau
đây:
 Công suất.
- Công suất đo tại đầu ra của OLT khi công suất đường xuống là Pphát =2 dBm

67
Hình 3.31. Công suất đo tại đầu ra của OLT khi Pphát = 2 dBm
 Công suất đo tại đầu vào ONU/ONT1 công suất đường xuống là Pphát =2
dBm.
Hình 3.32. Công suất đo tại đầu vào của ONU/ONT1 khi Pphát = 2 dBm
Sử dụng thiết bị Ber Analyzer để đo BER, hệ số chất lượng Q và đồ thị mắt tại phía
người sử dụng 1 có kết quả như sau:
Hình 3.33. Kết quả đo tại người sử dụng 1 trong bài toán 1

68
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

69
Hình 3.36. Đồ thị hệ số chất lượng Q tại người sử dụng 1 trong bài toán 1
3.4.4.2. Ảnh hưởng của khoảng cách
Bài toán 2 : Giữ nguyên các tham số của mạng trong bài toán 1 chỉ thay đổi khoảng cách
truyền dẫn là L = 10km. Tiến hành phân tích lại các thông số cơ bản tại phía người sử
dụng 1 để thấy chất lượng truyền dẫn trong mạng thay đổi như thế nào.
Trong bài toán 1 nêu trên với khoảng cách truyền dẫn là L = 20km, công suất phát tại
đường xuống là Pp = 2 dBm thu được các kết quả đo tại người sử dụng 1 như sau
Trong bài toán 2, với khoảng cách truyền dẫn là L = 10km, Pphát = 2 dBm thì kết quả đo
tại người sử dụng 1 như sau:
Hình 3.37. Kết quả đo tại người sử dụng 1 trong bài toán 2 với L = 10 km

70

71
Hình 3.40. Đồ thị hệ số phẩm chất Q tại người sử dụng 1 trong bài toán 2
Nhận xét: Qua các kết quả đo trên thì với khoảng cách càng ngắn thì tỉ lệ lỗi bit càng
giảm. Rõ ràng sự chênh lệch giữa hai khoảng cách này là rất lớn.Và độ mở mắt của đồ thị
mắt đã to hơn, chứng tỏ tín hiệu được truyền trong mạng đã tốt hơn, vì khoảng cách
truyền ngắn hơn nên tỉ lên lỗi bít cũng như các ảnh hưởng của môi trường truyền dẫn
như: suy hao, nhiễu,tán sắc.. đã ít hơn. Mạng đã truyền tốt hơn.
3.4.4.3. Ảnh hưởng của hệ số tỉ lệ chia Splitter
Bài toán 3: Giữ nguyên các tham số của mạng trong bài toán 1, chỉ thay đổi hệ số tỉ lệ
chia của bộ splitter là 1:16. Tiến hành thiết kế lại các thông số cơ bản tại phía người sử
dụng 1.
Trong bài toán 3, với khoảng hệ số tỉ lệ chia của bộ splitter là 1:16, Pphát = 2 dBm, L =
20km thì kết quả đo tại người sử dụng 1 như sau:
Hình 3.41. Kết quả đo tại người sử dụng 1 trong bài toán 3 với bộ chia 1:16

72

73
Hình 3.45. Công suất đo được tại đầu vào của bộ ONU/ONT1 với bộ chia 1:16
Nhận xét: Khi hệ số chia càng lớn thì công suất đầu ra của bộ chia cũng như công suất
đầu vào của ONU càng giảm dẫn tới độ mở của đồ thị mắt tại người sử dụng càng nhỏ, tỉ
lệ lỗi bit càng lớn. Với bộ chia 1:16 trong bài toán 3 này thì Min BER đo được tại phía
người sử dụng tăng lên rất nhiều so với bài toán 1. Tỉ lệ chia càng tăng thì tỉ lệ lỗi bít
càng lớn và ngược lại.
3.4.4.4. Ảnh hưởng của công suất phát
Bài toán 4: Giữ nguyên các tham số của mạng trong bài toán 1 chỉ tăng công suất phát
của đường xuống lên 5dBm, Pphát = 5dBm. Tiến hành thiết kế lại các thông số cơ bản tại
phía người sử dụng 1.
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
Nhận thấy khi tăng công suất phát Pphát = 5dBm tại đường xuống thì công suất tại đầu vào
ONU cũng tăng lên theo tỉ lệ thuận.

74
Kết quả thiết kế tại người sử dụng 1 là:
Hình 3.48. Kết quả đo được tại người sử dụng 1 trong bài toán 4 với Pphát = 5 dBm

75
Nhận xét: Qua những kết quả trên, khi tăng công suất phát lên Pphát = 5dBm thì tỉ lệ lỗi bit
tại phía người sử dụng giảm. Đồ thị mắt thu được đã gọn hơn và độ mở của mắt cũng lớn
hơn. Chất lượng mạng đã tăng lên.
3.4.4.5. Kết luận
Từ những kết quả thiết kế trên thì có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng truyền tải của
mạng GPON như là khoảng cách truyền dẫn, tỉ lệ bộ chia splitter hay công suất phát…
Để tăng chất lượng mạng cần phải xem xét tổng thể hệ thống và tùy điều kiện thực tế mà
lựa chọn nhóm các phương pháp phù hợp để tăng chất lượng mạng truy nhập GPON.
Việc đo kiểm các tham số trên mạng truy nhập như công suất phát, tỉ lệ lỗi bit, hệ số chất
lượng, v.v… có ý nghĩa rất quan trọng trong quá trình lắp đặt và bảo dưỡng để đáp ứng
được các yêu cầu về chất lượng dịch vụ cung cấp.
3.5. Thiết kế mạng truyền dẫn RoF
MUX
Add
And
Drop
DEMUX
Tx1(l1)
Tx2(l2)
Txn (ln )
Rx1(l1)
Rx2(l2)
Rxn (ln)
Ghép tín hiệu Thu tín hiệuTách tín hiệu
EDFA
khuếch đại tín
hiệu
EDFA
khuếch đại tín
hiệu
Truyền tín hiệu trên sợi quang
Hình 3.52. Sơ đồ hệ thống truyền dẫn RoF

76
3.5.1. Các thông số thiết lập mạng truyền dẫn RoF
- Công suất phát Pphát = 5 dBm
- Tốc độ bit: 2,5Gbps.
- Bước sóng: 1550 nm.
 Kênh truyền:
- Sợi đơn mode có chiều dài L = 50km có 2 tuyến.
 Các tham số toàn cục bao gồm:
- Tốc độ bit (Bit rate): 2,5 Gbps.
- Chiều dài chuỗi bit (Sequence length): 128 bit
3.5.2. Sơ đồ hệ thống
Tx MUX Add and Drop DEMUX Rx
P0 = 5dBm L = 50 km L = 50 km
α = 0,2 dB/kml = 1550nm
A
Station
B
Station
Hình 3.53. Mô hình hệ thống thiết kế

77
Hình 3.54. Sơ đồ mô phỏng mạng truyền dẫn RoF
Trong sơ đồ có các thành phần chính là:
 Optical Transmitter: Nguồn phát quang với công suất phát 5 dBm.
 Optical Fiber: Chiều dài mỗi tuyến truyền dẫn là 50km, αo = 0,2 dB/km.
 Bộ thu quang: gồm có Photodiode có chức năng chuyển tín hiệu quang thành tín
hiệu điện, bộ lọc Besel thu lại 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.

78
Hình 3.55. Thiết lập thông số mô phỏng mạng truyền dẫn RoF
Hình 3.56. Thiết lập các thông số toàn cục

79
3.5.3. Kết quả mô phỏng
 Về công suất.
- Công suất đo tại đầu ra của nguồn phát quang khi Pphát = 5dBm có giá trị là -
27,190 như hình 3.57.
Optical Power Meter_1
Hình 3.57. Công suất đo tại đầu ra khi Pphát = 5 dBm
- Khi công suất đo tại đầu thu khi Pphát = 5 dBm, L = 100km và αo = 0,2dB/km có
giá trị 11,511 dBm như hình 3.58.
Sử dụng thiết bị Ber Analyzer để đo BER, hệ số chất lượng Q và đồ thị mắt tại đầu thu.
Optical Power Meter_2
Hình 3.58. Công suất đo tại đầu thu khi Pphát = 5 dBm, tại khoảng cách 100km

80
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

81
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

82
Hình 3.65. Đồ thị BER pattern tại đầu thu tuyến truyền dẫn
3.5.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến tuyến truyền RoF
Xét các yếu tố ảnh hướng đến hệ thống truyền dẫn quang như cự ly truyền dẫn L
(km), công suất phát Po (dBm), tốc độ bit (Bit rate), photodiode.
3.5.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ bit của kênh đại diện đầu tiên
STT Rb (Mbps) Max Q Min BER Pr (dBm)
1 155 0 1 11,253
2 622 0 1 11,257
3 1244 0 1 11,315
4 2488 o 1 11,506
Bảng 3.10. Bảng so sánh ảnh hưởng của tốc độ bit đến hệ thống
Nhận xét: Theo khảo sát có thể nhận thấy tốc độ truyền ảnh hưởng đến chất lượng của tín
hiệu nhận. Tốc độ càng cao thì công suất thu càng tăng. Tỉ lệ hệ số phẩm chất Q và tỉ số
lỗi bit BER không đổi.
3.5.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của công suất phát Po
Thay đổi công suất phát giữ nguyên các thông số ban đầu
- Tốc độ bít bR = 2500Mb/s

83
- Chiều dài tuyến = 100 km
- Hệ số khuếch đại G1 =30dB, G2 = 25dB
- Bước sóng 1550nm
Từ đó rút ra các giá trị Min BER, Max Q và Pr tương ứng:
STT Pt (dBm) Max Q Min BER Pr (dBm)
1 -10 0 1 11,259
2 0 0 1 11,333
3 5 0 1 11,506
4 20 0 1 11,651
Bảng 3.11: Bảng so sánh ảnh hưởng của công suất phát đến hệ thống
Nhận xét: Thông qua việc mô phỏng thì tỉ lệ hế số phẩm chất Q và tỉ số lỗi bit BER là
không đổi. Công suất phát càng lớn thì công suất thu càng tăng.
3.5.4.3. Khảo sát ảnh hưởng của cự ly truyền dẫn L
STT L (km) Max Q Min BER Pr (dBm)
1 0 0 1 31,470
2 100 0 1 11,506
3 120 0 1 7,531
4 200 0 1 -8,140
Bảng 3.12: Bảng so sánh ảnh hưởng của cự ly truyền dẫn đến hệ thống
Nhận xét: Thông qua việc mô phỏng, khi cự ly truyền dẫn càng tăng lên thì công suất đầu
thu càng giảm . Tỉ lê hệ số phẩm chất Q và tỉ số lỗi bit BER không đổi.
3.5.4.4. Khảo sát ảnh hưởng của photodiode
STT Photodiode Max Q Min BER
1 APD 0 1
2 PIN 0 1
Bảng 3.13: Bảng so sánh ảnh hưởng của Photodiode đến hệ thống

84
Photodiode PIN Photodiode APD
Hình 3.66. So sánh ảnh hưởng của Photodiode đến hệ thống
Nhận xét: Theo khảo sát trên cùng một công suất, cùng một hệ thống thì Photodiode PIN
và Photodiode APD có ảnh hưởng gần như giống nhau.
Kết luận: Thông qua mô phỏng ta có thể thấy ảnh hưởng của các đại lượng đến tuyến
truyền dẫn rất nhỏ, tỉ số lỗi bit BER nhỏ gần như không thể đo được chính xác.

85
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN
1. Các kết quả đã nghiên cứu
Qua việc thiết kế và mô phỏng các hệ thống truyền dẫn quang, chúng tôi đã rút ra được
một số kết luận quan trong nhằm đáp ứng yêu cầu kiểm chứng các kết quả lý thuyết và
thực nghiệm. Từ đó cho thấy Optisystem là một công cụ mô phỏng quang khá mạnh, góp
phần quan trọng cho việc học tập và nghiên cứu các hệ thống truyền dẫn quang băng
rộng.
2. Kết luận
Trong giai đoạn hiện nay, khi mà các phương thức truyền dẫn ngày càng đa dạng và phức
tạp thì hệ thống truyền dẫn quang băng rộng cũng không nằm ngoài xu thế đó. Nhu cầu
sử dụng dịch vụ truyền dẫn quang tốc độ cao, băng thông rộng ngày càng tăng nhanh.
Kích thước và số lượng của các thiết bị đầu cuối ngày càng tinh gọn đồng thời cấu hình
và các giao thức ngày càng phức tạp. Các hệ thống truyền dẫn quang thế hệ trước đã
không còn đảm bảo được các nhu cầu đó. Vì thế đòi hỏi phải phát sinh thêm các hệ thống
truyền dẫn quang mới có tốc độ cao và chất lượng ổn định hơn. Nội dung của nghiên cứu
không nằm ngoài xu thế đó. Từ những yêu cầu trên chúng tôi đưa ra các hệ thống truyền
dẫn quang và kết hợp với các phép đo thử bằng phần mềm Optisystem.
OptiSystem có vai trò quan trọng trong việc mô phỏng thông tin quang. Đưa ra mô phỏng
hệ thống mạng quang theo chuẩn trên phần mềm OptiSystem và phân tích những ảnh
hưởng của một vài yếu tố tới chất lượng mạng quang như khoảng cách đường truyền, hệ
số tỉ lệ chia Splitter và công suất phát. Thông thường trong hệ thống thực tế ít quan tâm
đến các chỉ tiêu về tỉ lệ lỗi bit BER hay là đồ thị mắt… mà chủ yếu là quan tâm đến chất
lượng hệ thống dựa trên Budget của đường truyền. Tuy nhiên những kết quả khảo sát
phần nào đã phản ánh được chất lượng của mạng trong hệ thống viễn thông hiện nay. Từ
kết quả đo đạt chúng tôi đưa ra các nhận xét riêng cho từng hệ thống. Một kết luận chung
có thể dễ dàng nhận thấy là không có một hệ thống nào hoàn toàn đảm bảo được hai yếu
tốt là BER rất thấp và Capacity rất lớn. Do vậy tuỳ vào nhu cầu sử dụng mà người ta chỉ

86
quan tâm đến một trong hai yếu tố trên. Có thể rút ra kết luận chung rằng hệ thống truyền
dẫn quang băng rộng đã và đang trở thành xu thế chung của các phương thức truyền dẫn
hiện đại.
3. Hướng nghiên cứu tiếp theo
Hướng phát triển tiếp theo của chúng tôi là nghiên cứu và mô phỏng mạng quang theo
các chuẩn mới, nắm rõ hơn về hệ thống mạng viễn thông cũng như tìm hiểu rộng hơn các
chức năng của phần mềm Optisystem cũng như kiểm chứng các kết quả nghiên cứu trên
bằng phần mềm Mathlab. Để có cái nhìn toàn diện về các hệ thống truyền dẫn quang
băng rộng.

87
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu Tiếng Việt.
[1]. TS. Hồ Văn Cừu (2015), “Kỹ thuật thông tin quang”, Trường Đại học Sài Gòn.
[2]. TS. Hồ Văn Cừu (2016), “Bài giảng Mạng truyền dẫn quang bang rộng”, Trường
Đại học Sài Gòn.
[3]. Lê Thị Kim Thủy (2016), “Nghiên cứu kỹ thuật ứng dụng quang vô tuyến trong
mạng viễn thông băng rộng”, Trường Đại học Sài Gòn.
Tài liệu Tiếng Anh.
[1]. Optiwave Corporation, “OptiSys_Design”, Ottawa, Ontario, Canada.
[2]. Optiwave Corporation (2014), “OptiSystem Publication References”.
[3]. Optiwave Corporation, “OptiSystem Fundamental and Design Techiques”

Đề tài: mô hình đo thử hệ thống băng rộng trên optisystem

More Related Content

What's hot (20)

Similar to Đề tài: mô hình đo thử hệ thống băng rộng trên optisystem (20)

More from Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0909232620 (20)

Recently uploaded (20)

Đề tài: mô hình đo thử hệ thống băng rộng trên optisystem