BÁO CÁO 3 BÀI THÍ NGHIỆM HƯỚNG DẪN
Báo cáo bài thí nghiệm số 1
*Tên bài: Mô phỏng hệ thống đơn kênh quang
Bước 1: Xây dựng phương án thiết kế hệ thống thông tin quang đơn kênh với các thông số như sau:
- Khoảng cách truyền dẫn: 100 km
Hình 1.1.1: Xây dựng hệ thống đơn kênh quang
+ Pseudo-Random Bit Sequence: bộ tạo tín hiệu digital
+ NRZ pulse Generator: bộ tạo xung NRZ
+ CW Laser: nguồn sáng liên tục Continous Wave
+ Mach-Zehnder Modulator: bộ điều chế
+ Optical Fiber: dây cáp quang dài 100km
+ Photodetector PIN: bộ thu quang
+ Low Pass Bessel Fiber: bộ lọc thông thấp
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
Hình 1.1.2: Thiết lập thông số cho hệ thống đơn kênh quang
Bước 3: Đưa các thiết bị đo vào mô hình mô phỏng, với việc đặt chúng ở các vị trí hợp lý nhằm xác định chất lượng và dạng tín hiệu tại những điểm quan trọng trên tuyến.
- Thiết bị đo công suất quang
- Thiết bị phân tích phổ quang
Bước 5: Hiển thị kết quả mô phỏng bằng các thiết bị đo đặt trên tuyến
Hình 1.1.3: Phổ trước và sau khi qua sợi quang
Hình 1.1.4: Công suất đầu vào và đầu ra sợi quang
Hình 1.1.5: Đồ thị BER của thiết bị đo BER Analyzer
Hình 1.1.6: Biểu đồ mắt của thiết bị đo BER
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:
Total iteration: 15 và Current iteration: 10
Hình 1.1.7: Lựa chọn số lần quét
Hình 1.1.8: Thực hiện quét từ -10dBm đến 10dBm
Report giữa công suất P và Min log of BER, P và Q-Factor:
Hình 1.1.9: P và Min log of BER
Hệ thống hoạt động dựa trên việc sử dụng nguồn phát laser CW và bộ tạo bit ngẫu nhiên, qua máy phát xung NRZ, sau đó điều chế bằng Mach-Zehnder Modulator và truyền qua sợi quang Tín hiệu được thu nhận tại Photodiode Pin, tiếp theo được lọc qua bộ lọc thông thấp Low Pass Bessel Filter Cuối cùng, tín hiệu BER được đo tại BER Analyzer để phân tích đồ thị bit lỗi của hệ thống Đồng thời, máy đo phổ được sử dụng để đo công suất tại đầu phát và đầu thu, nhằm đánh giá ảnh hưởng của đường truyền đến công suất nguồn và sự biến đổi của phổ tín hiệu.
Nhận xét và kết luận cho thấy rằng sau khi truyền qua sợi quang, phổ tín hiệu giảm 20 dBm do suy hao đường truyền, dẫn đến công suất tín hiệu giảm tương ứng Q Factor, một chỉ số đo lường chất lượng tín hiệu liên quan đến nhiễu, tỉ lệ nghịch với BER; nghĩa là Q Factor cao đồng nghĩa với BER thấp, giúp tín hiệu trở nên rõ nét hơn Cuối cùng, khi công suất tín hiệu tăng, Min Log of BER giảm và Q Factor tăng lên, xác nhận các kết quả khảo sát đã trình bày.
Báo cáo bài thí nghiệm số 2
*Tên bài: Thiết kế hệ thống thông tin quang WDM
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:
- Cự ly truyền dẫn: 400 km
- Số lượng kênh bước sóng: 8 kênh
Hình 1.2.1: Xây dựng hệ thống thông tin quang WDM
+ WDM Transmitter: nguồn phát WDM với 8 kênh
+ WDM Mux 8x1: bộ ghép kênh phân chia theo tần số WDM
+ Optical Fiber: dây cáp quang dài 400km
+ WDM Demux 1x8: bộ thu và giải ghép kênh WDM
+ Optical Receiver: bộ thu tín hiệu quang
Hình 1.2.2: Tần số các kênh trong bộ ghép kênh WDM
Hình 1.2.3: Tần số các kênh trong bộ tách kênh WDM
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:
Đưa các thiết bị đo vào mô hình mô phỏng là bước quan trọng trong quá trình này Các thiết bị đo cần được đặt tại các vị trí hợp lý để có thể xác định chính xác chất lượng và dạng tín hiệu tại những điểm cần thiết trên tuyến.
- Thiết bị đo công suất quang
- Thiết bị phân tích phổ quang
Bước 5: Hiển thị kết quả mô phỏng bằng các thiết bị đo đặt trên tuyến
Hình 1.2.4: Phổ của tín hiệu trước khi truyền
Hình 1.2.5: Phổ của tín hiệu sau khi truyền
Hình 1.2.6: Đồ thị BER của thiết bị đo BER
Bước 6: Thay đổi các tham số của các phần tử trên tuyến để đạt được BER −12
Trong bài thực hành 1, chúng ta chọn tham số quét là Power để phân tích mối quan hệ giữa công suất và BER Tương tự như bài 1, quá trình quét được thực hiện 15 lần, với dải công suất từ -20 đến 20 dBm Kết quả thu được sẽ được báo cáo chi tiết.
Hình 1.2.7: Thực hiện quét từ -20dBm đến 20dBm
Hình 1.2.8: Min log of BER sau khi quét
*Nguyên lý của hệ thống:
Tại đây, công nghệ Wavelength Division Multiplexing (WDM) được sử dụng để truyền tín hiệu qua WDM Mux 8x1, sau đó tín hiệu được chuyển qua sợi quang đến bộ tách kênh WDM Demux 1x8, nhằm phân phối tín hiệu đến bộ nhận Optical Receiver Để theo dõi hiệu suất, máy đo BER được đặt để giám sát đồ thị BER của từng bộ nhận Ngoài ra, bộ đo công suất cũng được lắp đặt tại đầu phát WDM transmitter và hai máy đo tại đầu ghép kênh Mux 8x1 cùng phía cuối đường truyền sợi quang để quan sát phổ.
Cự ly truyền dẫn là yếu tố quan trọng trong truyền thông tin quang Đối với cự ly ngắn và dung lượng thấp, cần chú ý đến suy hao Trong khi đó, cự ly tương đối và tốc độ cao yêu cầu quan tâm đến cả suy hao và tán sắc Đối với truyền cự ly dài và dung lượng lớn, cần xem xét suy hao, tán sắc và các hiệu ứng phi tuyến.
Báo cáo bài thí nghiệm số 3
*Tên bài: Khảo sát ảnh hưởng của sợi quang đến chất lượng truyền dẫn của hệ thống WDM
Bước 1: Thiết kế hệ thống WDM với 8 kênh bước sóng.
Các thành phần cấu nên hệ thống bao gồm:
Tốc độ bit: 2.5 Gbit/s / 10 Gbit/s
Khoảng cách kênh: 100GHz/50 GHz
Khoảng cách truyền dẫn: 100 km
- Các tham số toàn cục (global parameters để mô phỏng):
Tốc độ bit: 2.5 Gbit/s / 10 Gbit/s
- Hệ thống sau khi thiết lập
Hình 1.3.1: Sơ đồ hệ thống
+ WDM Mux 8x1: ghép kênh theo bước sóng
+ Dây quang Optical Fiber 100km
+ WDM Demux 1x8: giải ghép cân WDM
+ Optical Receiver: máy thu quang, đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện
- Thiết lập thông số theo đề bài
Hình 1.3.2: Thông số truyền dẫn
Thông số toàn cục bao gồm : Tốc độ bit: 2.5 Gbit/s - Chiều dài chuỗi: 128 bits Số mẫu trong 1 bit: 64
Hình 1.3.3: Tần số các kênh trong bộ ghép kênh WDM
Thông số hệ thống bao gồm:
- Khoảng cách truyền dẫn: 100 km
Bước 2: Đưa các thiết bị đo vào mô phỏng
Hình 1.3.4: Các thiết bị đo
- Optical Power Meter: Thiết bị đo công suất quang đầu vào hệ thống
- Optical Spectrum Analyzer : Thiết bị đo phổ quang đầu vào hệ thống
- Optical Spectrum Analyzer 1: Thiết bị đo phổ quang lúc chưa truyền
- Optical Spectrum Analyzer 2: Thiết bị đo phổ quang sau khi truyền
- Ber Analyzer: Thiết bị đo BER
Nhấn vào biểu tượng trên thanh công cụ hoặc nhấn tổ hợp phím Ctrl+ F5 để bắt đầu chạy mô phỏng
Bước 4: Hiển thị kết quả mô phỏng
Hình 1.3.6: Hiển thị công suất quang
Hình 1.3.7: Phân tích phổ quang trước và sau truyền
Hình 1.3.8: Phân tích BER= 10^-12 tại bước sóng 1550nm
Bước 5: Thay đổi các tham số:
- Thay đổi bước sóng sợi từ 1550nm sang 1310nm
Hình 1.3.9: Thiết lập bước sóng 1310nm
Sau khi thay đổi giá trị sợi quang thì đồ thị BER dã thay đổi như sau:
Hình 1.3.10: Phân tích BER= 10^-12 tại bước sóng 1310nm
Chọn công suất phát là 10dBm , ta được đồ thị BER như sau:
Lựa chọn tham số quét là Power sau khi thay đổi bước sóng
Trên thanh công cụ chọn Layout-> Set Total Sweep Iteration ( Ctrl+Home) để thiết lập số lần quét ( 10 lần)
*Nguyên lý của hệ thống: (Tương tự bài 2, thay đổi thông số toàn cục)
Sử dụng công nghệ Wavelength Division Multiplexing (WDM) để truyền tín hiệu, quá trình bắt đầu với WDM Mux 8x1, sau đó tín hiệu được truyền qua sợi quang đến bộ tách kênh WDM Demux 1x8, nơi tín hiệu được phân phối đến các bộ nhận Optical Receiver Để theo dõi hiệu suất, máy đo BER được đặt tại từng bộ nhận để ghi nhận đồ thị BER Ngoài ra, bộ đo công suất cũng được lắp đặt tại đầu phát WDM transmitter và hai máy đo tại đầu ghép kênh Mux 8x1 cùng phía cuối đường truyền sợi quang nhằm quan sát phổ tín hiệu.
Với tốc độ bit lên tới 10Gbit/s và công suất truyền dẫn lớn, hiện tượng phi tuyến trở thành yếu tố quan trọng cần xem xét Hiệu ứng phi tuyến không chỉ làm giảm chất lượng tỷ lệ lỗi bit (BER) mà còn tăng tỷ lệ lỗi bit của hệ thống và kênh truyền.
Trong thí nghiệm, việc thay đổi các tham số hệ thống như tốc độ bit, khoảng cách các kênh, cửa sổ sợi quang và công suất phát đã cho thấy rõ ràng ảnh hưởng của phi tuyến, dẫn đến sự giảm sút dung lượng và cự ly truyền dẫn.
Khi lựa chọn giữa cửa sổ 1310nm và 1550nm cho sợi quang, cửa sổ 1550nm cho thấy suy hao thấp nhất, trong khi cửa sổ 1310nm có suy hao cao hơn nhưng tán sắc lại nhỏ hơn.
BÁO CÁO 2 BÀI THÍ NGHIỆM TỰ CHỌN
Báo cáo bài thí nghiệm mô phỏng tín hiệu số bằng cáp quang
*Tên bài: Mô phỏng liên kết tín hiệu số bằng cáp quang
Bước 1: Xây dựng phương án thiết kế hệ thống truyền tín hiệu số với các thông số như sau:
Hình 2.1.1: Xây dựng hệ thống truyền tín hiệu số bằng cáp quang
+ Pseudo-Random Bit Sequence: bộ tạo tín hiệu digital
+ NRZ pulse Generator: bộ tạo xung NRZ
+ CW Laser: nguồn sáng liên tục Continous Wave
+ Mach-Zehnder Modulator: bộ điều chế
+ Optical Fiber: dây cáp quang dài 0.0005km
+ Photodetector PIN: bộ thu quang
Bước 2: Sử dụng phần mềm Optisystem xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống truyền tín hiệu số theo phương án đã thiết kế.
Lưu ý: các tham số toàn cục (global parameters để mô phỏng) được thiết lập như sau
Hình 2.1.2: Thiết lập thông số cho hệ thống truyền tín hiệu số
Bước 3: Triển khai các thiết bị đo vào mô hình mô phỏng, với vị trí lắp đặt hợp lý nhằm xác định chất lượng và dạng tín hiệu tại các điểm quan trọng trên tuyến.
- Thiết bị đo phổ quang
- Thiết bị phân tích tín hiệu quang
Bước 5: Hiển thị kết quả mô phỏng bằng các thiết bị đo đặt trên tuyến
Hình 2.1.3: Phổ trước và sau khi qua sợi quang
Hình 2.1.4: Tín hiệu đầu vào và đầu ra sợi quang
Hệ thống hoạt động dựa trên nguồn phát laser CW và bộ tạo bit ngẫu nhiên, truyền tín hiệu qua máy phát xung NRZ và điều chế bằng Mach-Zehnder Modulator trước khi gửi qua sợi quang Tín hiệu được thu nhận tại Photodiode Pin, cho phép chúng ta nhận được tín hiệu số giống như tín hiệu đầu vào Đồng thời, việc đo phổ và dạng sóng tín hiệu tại cả đầu phát và đầu thu giúp phân tích ảnh hưởng của đường truyền đến sự biến đổi của dạng sóng và phổ tín hiệu.
Cự ly truyền dẫn là yếu tố quan trọng trong truyền thông tin quang Đối với cự ly ngắn và dung lượng thấp, cần chú ý đến suy hao tín hiệu Trong trường hợp cự ly tương đối và tốc độ cao, cả suy hao và tán sắc đều cần được xem xét Khi truyền ở cự ly dài với dung lượng lớn, ngoài suy hao và tán sắc, các hiệu ứng phi tuyến cũng cần được quan tâm để đảm bảo chất lượng tín hiệu.
Báo cáo bài thí nghiệm mô phỏng mã hóa và giải mã Manchester
*Tên bài: Mô phỏng mã hóa và giải mã Manchester
Bước 1: Xây dựng phương án thiết kế hệ thống mã hóa và giải mã Manchester
Hình 2.2.1: Xây dựng hệ thống mã hóa và giải mã Manchester
+ User Defined Bit Sequence Generator: Bộ tạo tín hiệu digital
+ RZ/NRZ Pulse Generator: Bộ tạo xung vuông
+ Electrical XOR: Cổng logic XOR
- Bộ điều chế tín hiệu quang
+ CW Laser: nguồn sáng liên tục Continous Wave
+ Mach-Zehnder Modulator: bộ điều chế
+ Optical Fiber: dây cáp quang dài 0,01 km
+ Photodetector PIN: bộ thu quang
+ Optical Fiber: Bộ khuếch đại tín hiệu quang
+ User Defined Bit Sequence Generator: Bộ tạo tín hiệu digital
+ RZ/NRZ Pulse Generator: Bộ tạo xung vuông
+ Electrical XOR: Cổng logic XOR
Bước 2: Sử dụng phần mềm Optisystem xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống mã hóa và giải mã Manchester
Lưu ý: các tham số toàn cục (global parameters để mô phỏng) được thiết lập như sau
Hình 2.2.2: Thiết lập thông số cho hệ thống mã hóa và giải mã
Đưa các thiết bị đo vào mô hình mô phỏng là bước quan trọng để xác định chất lượng và dạng tín hiệu tại các điểm cần thiết trên tuyến Các thiết bị này cần được đặt ở vị trí phù hợp nhằm tối ưu hóa việc thu thập dữ liệu.
- Thiết bị phân tích tín hiệu quang
Bước 5: Hiển thị kết quả mô phỏng bằng các thiết bị đo đặt trên tuyến
Hình 2.2.3: Tín hiệu xung clock và digtal trước khi mã hóa
Hình 2.2.4: Tín hiệu digital sau khi mã hóa
Hình 2.2.5: Tín hiệu digital trước và sau khi được qua bộ giải mã
Hệ thống hoạt động dựa trên nguyên lý tạo ra tín hiệu xung vuông từ bộ User defined bit 1 và tín hiệu xung Clock từ bộ User defined bit 2 Hai tín hiệu này được truyền đến bộ XOR, hoạt động như bộ mã hóa MANCHESTER Sau khi giải mã, tín hiệu tương đương được kết hợp với nguồn quang để truyền qua sợi quang Do suy hao đường truyền, bộ khuếch đại với độ lợi 30dB là cần thiết Tại đầu thu, bộ tách sóng quang Photodetector PIN chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện, tiếp tục truyền qua cổng XOR để so sánh với tín hiệu xung Clock, hoàn thành quá trình giải mã MANCHESTER và tái tạo tín hiệu giống với hình dạng ban đầu.
Qua bài mô phỏng, chúng ta nhận thấy rằng quá trình mã hóa và giải mã tín hiệu qua sợi quang bằng phương pháp MANCHESTER giữ nguyên hình dạng sóng ban đầu, đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy trong việc truyền tải thông tin.
