Opticsystems

1. Bài thực hành về phần mềm Optisystem
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHẦN MỀM OPTISYSTEM
Cùng với sự bùng nổ về nhu cầu thông tin, các hệ thống thông tin quang ngày càng trở nên phức
tạp. Để phân tich, thiết kế các hệ thống này bắt buộc phải sử dụng các công cụ mô phỏng
OptiSystem là phần mềm mô phỏng hệ thống thông tin quang. Phần mềm này có khả năng thiết kế,
đo kiểm tra và thực hiện tối ưu hóa rất nhiều loại tuyến thông tin quang, dựa trên khả năng mô
hình hóa các hệ thống thông tin quang trong thực tế. Bên cạnh đó, phần mềm này cũng có thể dễ
dàng mở rộng do người sử dụng có thể đưa thêm các phần tử tự định nghĩa vào.
Phần mềm có giao diện thân thiện, khả năng hiển thị trực quan.
1. CÁC ỨNG DỤNG CỦA OPTISYSTEM
Optisystem cho phép thiết kế tự động hầu hết các loại tuyến thông tin quang ở lớp vật lý, từ hệ
thống đường trục cho đến các mạng LAN, MAN quang. Các ứng dụng cụ thể bao gồm:
- Thiết kế hệ thống thông tin quang từ mức phần tử đến mức hệ thống ở lớp vật lý
- Thiết kế mạng TDM/WDM và CATV
- Thiết kế mạng FTTx dựa trên mạng quang thụ động (PON)
- Thiết kế hệ thống ROF (radio over fiber)
- Thiết kế bộ thu, bộ phát, bộ khuếch đại quang
- Thiết kế sơ đồ tán sắc
- Đánh giá BER và penalty của hệ thông với các mô hình bộ thu khác nhau
- Tính toán BER và quĩ công suất tuyến của các hệ thống có sửng dụng khuếch đại quang.
- …..
2. CÁC ĐẶC ĐIỂM CHÍNH CỦA OPTISYSTEM
2.1 Thư viện các phần tử (Component Library)
Optisystem có một thư viện các phần tử phong phú với hàng trăm phần tử được mô hình hóa để
có đáp ứng giống như các thiết bị trong thực tế. Cụ thế bao gồm:
- Thư viện nguồn quang

2. - 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)
2.2Khả 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.
2.3Các 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)

3. - 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)...
2.4Mô 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.
2.5Ngôn 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.
2.6Thiết 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.
2.7Trang báo cáo (report page)
Trang báo cáo của Optisystem cho phép hiển thị tất cả hoặc một phần các tham số cũng như các
kết quả tính toán được của thiết kế tùy theo yêu cầu của người sử dụng. Các báo cáo tạo ra
được tổ chức dưới dạng text, dạng bảng tinh, đồ thị 2D và 3D. Cũng có thể kết xuất báo cáo
dưới dạng file HTML hoặc dưới dạng các file template đã được định dạng trước.
2.7 Quét tham số và tối ưu hóa (parameter sweeps and optimizations)

4. Quá trình mô phỏng có thể thực hiện lặp lại một cách tự động với các giá trị khác nhau của
tham số để đưa ra các phương án khác nhau của thiết kế. Người sử dụng cũng có thể sử dụng
phần tối uu hóa của Optisystem để thay đổi giá trị của một tham số nào đó để đạt được kết quả
tốt nhất, xấu nhât hoặc một giá mục tiêu nào đó của thiết kế
BÀI THỰC HÀNH
BÀI SỐ 1
Tên bài : Sử dụng phần mềm OptiSystem mô phỏng hệ thống đơn kênh quang
Số tiết : 4
Thuộc môn học: Thực hành chuyên sâu
Hệ đào tạo : Đại học
1. MỤC ĐÍCH
- Làm quen với việc sử dụng công cụ mô phỏng OptiSystem
- Ứng dụng trong việc thiết kế hệ thống thông tin quang đơn kênh đơn giản
2. NỘI DUNG THỰC HÀNH
Bước 1: Xây dựng phương án thiết kế hệ thống thông tin quang đơn kênh với các thông số như
sau:
- Tốc độ bit : 2.5Gbit/s
- Khoảng cách truyền dẫn: 100 km

5. Bước 2: Sử dụng phần mềm Optisystem xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống thông tin quang
đơn kênh theo phương án đã thiết kế.
Lưu ý: các tham số toàn cục (global parameters để mô phỏng) được thiết lập như sau
- Tốc độ bit : 2.5 Gbit/s
- Chiều dài chuỗi : 128 bits
- Số mẫu trong 1 bit: 64
Bước 3: Đưa các thiết bị đo vào mô hình mô phỏng. Các thiết bị đo trên tuyến được đặt tại các vị
trí phù hợp để xác định được chất lượng và dạng tín hiệu tại các điểm cần thiết trên tuyến.
- Thiết bị đo công suất quang

6. - Thiết bị phân tích phổ quang
- Thiết bị đo BER
-
Bước 4: Chạy mô phỏng
Bước 5: Hiển thị kết quả mô phỏng bằng các thiết bị đo đặt trên tuyến
Hình : Phổ trước và sau khi qua sợi quang

7. Hình : Công su¾t đ¾u vào s¾i quang
Hình : Công su¾t đ¾u ra s¾i quang
Hình : Đ¾ th¾ BER c¾a thi¾t b¾ đo BER

8. Hình : Q-Factor + Eye Diagram ( biểu đồ mắt )
Bước 6: Lựa chọn một tham số nào đó của phần tử trong thiết kế để thực hiện quét tham số
Lựa chọn tham số Công suất của laser quét tham số :
Số lần quét : 15, L¾a ch¾n hi¾n th¾i quét : 10

9. Tham s¾ quét : Power (dBm), Th¾c hi¾n quét t¾ -10 t¾i 10 (dBm)
Report quan hệ giữa Công suất ( P ) và Min log of BER, P và Q-Factor

10. Nh¾n xét :
1. Khi công su¾t tăng thì Min log of BER gi¾m, và ng¾¾c l¾i v¾i Q-Factor. Đúng v¾i nh¾ng kh¾o sát
trên lý thuy¾t. S¾ thay đ¾i công su¾t đ¾u vào và đ¾u ra c¾a s¾i quang, do ¾nh h¾¾ng c¾a các y¾u
t¾ tán s¾c và phi tuy¾n ( SPM,…).
2. S¾ ¾nh h¾¾ng c¾a công su¾t đ¾u vào v¾i đ¾ th¾ BER có th¾ th¾y rõ h¾n n¾u tăng kho¾ng giá tr¾
quét c¾a tham s¾ công su¾t r¾ng h¾n. Có th¾ th¾y, ¾ m¾t giá tr¾ nào đó c¾a công su¾t, Min log of
BER s¾ tăng lên mà không gi¾m đi.
3. Có th¾ d¾a vào đ¾ th¾ ¾ ph¾n report tìm ra đ¾¾c m¾c công su¾t phù h¾p đ¾ h¾ th¾ng thi¾t k¾
đ¾t đ¾¾c BER nh¾ yêu c¾u. ví d¾ BER =10^-12 ho¾c 10^-

11. BÀI SỐ 2
Tên bài : Sử dụng phần mềm OptiSystem thiết kế hệ thống thông tin quang WDM
Số tiết : 4
Thuộc môn học: Thực hành chuyên sâu
Hệ đào tạo : Đại học
1. MỤC ĐÍCH
Giúp sinh viên sử dụng được công cụ mô phỏng Optisystem trong việc thiết kế tuyến thông tin
quang WDM.
2. NỘI DUNG THỰC HANH
Bước 1: Xây dựng phương án thiết kế hệ thống thông tin quang WDM có sử dụng khuếch đại
quang EDFA với các yêu cầu thiết kế như sau:
- Tốc độ bit: 10 Gbit/s
- Cự ly truyền dẫn: 400 km
- Số lượng kênh bước sóng: 8 kênh

12. Bước 2: Sử dụng phần mềm Optisystem xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống thông tin quang
WDM theo phương án đã thiết kế.
Lưu ý: các tham số toàn cục (global parameters để mô phỏng) được thiết lập như sau
- Tốc độ bit: 10 Gbit/s
- Chiều dài chuỗi: 128 bits
- Số mẫu trong 1 bit: 64
Bước 3: Đưa các thiết bị đo vào mô hình mô phỏng. Các thiết bị đo trên tuyến được đặt tại các vị
trí phù hợp để xác định được chất lượng và dạng tín hiệu tại các điểm cần thiết trên tuyến.
- Thiết bị đo công suất quang
- Thiết bị phân tích phổ quang
- Thiết bị đo BER
Bước 4: Chạy mô phỏng

13. Bước 5: Hiển thị kết quả mô phỏng bằng các thiết bị đo đặt trên tuyến
Bước 6: Thay đổi các tham số của các phần tử trên tuyến để đạt được BER = 10-12
Từ bài thực hành 1. Lựa chọn tham số quét là Power , để có được đồ thị quan hệ giữa công suất và
BER . Tương tự bài 1, ở đây, sử dụng quét 15 lần, quét từ -20 tới 20 (dBm). Như vậy ta có report
như sau:

14. T¾ đó tìm đ¾¾c giá tr¾ công su¾t t¾¾ng ¾ng đ¾t đ¾¾c BER = 10-12
là P=19,4 dBm.
K¾t qu¾ mô ph¾ng cho th¾y v¾i h¾ th¾ng WDM thì BER thu đ¾¾c thay đ¾i ph¾c t¾p h¾n so v¾i h¾ th¾ng đ¾n
kênh.

15. BÀI SỐ 3
Tên bài:
Khảo sát ảnh hưởng của sợi quang đến chất lượng truyền dẫn của hệ thống
WDM
Số tiết: 4
Thuộc môn học: Thực hành chuyên sâu
Hệ đào tạo: Đại học, Cao đẳng
1. MỤC ĐÍCH
Giúp sinh viên sử dụng được công cụ mô phỏng Optisystem trong việc khảo sát được ảnh hưởng
của các của sợi quang đến chất lượng của hệ thống WDM. Cụ thể:
- Ảnh hưởng của suy hao
- Ảnh hưởng của tán sắc
- Ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến
2. NỘI DUNG THỰC HANH
Bước 1: Sử dụng phần mềm Optisystem xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống thông tin quang
WDM với các thông số như sau:
- Tham số hệ thống
o Tốc độ bit: 2.5 Gbit/s / 10 Gbit/s
o Số lượng kênh: 8
o Khoảng cách kênh: 100GHz/50 GHz
o Khoảng cách truyền dẫn: 100 km
- Các tham số toàn cục (global parameters để mô phỏng):
o Tốc độ bit: 2.5 Gbit/s / 10 Gbit/s
o Chiều dài chuỗi: 128 bits
o Số mẫu trong 1 bit: 64

16. Bước 2: Đưa các thiết bị đo vào mô hình mô phỏng. Các thiết bị đo trên tuyến được đặt tại các vị
trí phù hợp để xác định được chất lượng và dạng tín hiệu tại các điểm cần thiết trên tuyến.
- Thiết bị đo công suất quang
- Thiết bị phân tích phổ quang
- Thiết bị đo BER

17. -
Bước 3: Chạy mô phỏng
Bước 4: Hiển thị kết quả mô phỏng bằng các thiết bị đo đặt trên tuyến

18. Hình : hi¾n th¾ k¾t qu¾ c¾a máy đo ph¾, máy đo công su¾t, đo BER
Bước 5: Thay đổi các tham số:
- Tốc độ truyền dẫn
Thay đổi bước sóng sợi quang

19. Sau khi thay đ¾i s¾i quang s¾ d¾ng s¾i có b¾¾c sóng, 1310 nm, s¾i có suy hao l¾n h¾n s¾i 1550nm
nh¾ ta s¾ d¾ng trong hai bài th¾c hành trên, ta nh¾n th¾y giá tr¾ BER tăng lên
- Công suất nguồn phát
Hoàn toàn tương tự khi ta thay đổi công suất nguồn phát. Dựa vào bài thực hành 2 ở trên.
Thì ta thấy BER có mối quan hệ không tuyến tính với công suất nguồn phát. Vì thế khi thay
đổi công suất phát, ta có thể nhận được 1 BER tương ứng có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn hệ
thống ban đầu. Ví dụ ta chọn công suất phát là 10dBm.
Ta được đồ thị BER như sau

20. - Tham số của sợi quang
Thay đổi tham số sợi quang, thì ta có thể thay đổi tham số tán sắc sợi, chiều dài sợi, bước
sóng sợi, tham số hiệu ứng phi tuyến ( SPM, XPM, CPM, FWM, ….)
ở đây, ta lựa chọn tham số tán sắc sợi, và ảnh hưởng của 2 hiệu ứng phi tuyến ( XPM và
FWM)

21. Xây dựng các kịch bản để khảo sát ảnh hưởng của suy hao, tán sắc và hiệu ứng phi tuyến (lựa chọn
2 trong các hiệu ứng phi tuyến để khảo sát) trong sợi quang đến chất lượng và khả năng truyền
dẫn của hệ thống WDM.
3. BÁO CÁO KẾT QUẢ THỤC HÀNH
- Mô hình mô phỏng
- Các tham số mô phỏng chi tiết
- Kết quả mô phỏng
o Kết quả mô phỏng hệ thống ban đầu
o Kết quả mô phỏng với các kịch bản đã được đưa ra nhằm khảo sát ảnh hưởng của
suy hao, tán sắc và hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang đến chất lượng và khả năng
truyền dẫn của hệ thống.
- Nhận xét, phân tích kết quả mô phỏng