UNIVERSIDAD DE VALLADOLID

Transcripción

1 UNIVERSIDAD DE VALLADOLID Dpto. de Teoría de la Señal y Comunicaciones e Ingeniería Telemática Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación Ingeniero en Electrónica SISTEMAS DE TELECOMUNICACIÓN II Práctica 4 Introducción a Optsim Noemí Merayo Álvarez

2 GUIA APRENDIZAJE 4 INTRODUCCIÓN A OPTSIM Índice o Objetivo de la práctica o Desarrollo de la práctica: Trabajando con Optsim o Introducción a Optsim o Primer ejemplo: Sistema MI/DD con modulación externa para la transmisión a 10Gb/s en 1550 nm Transmisión a través de fibra SMF Transmisión a través de fibra DSF o Segundo ejemplo: Sistema MD/DD con modulación directa para la transmisión a 10 Gb/s en 1550 nm o Ejecuciones paramétricas o Componentes compuestos o Cuestiones que deben responderse con la práctica

3 Práctica 4 Objetivos La finalidad de esta práctica es la de servir como una introducción al simulador óptico OptSim. Para ello se plantearán una serie de ejemplos sencillos que permitirán al alumno comenzar a manejar esta herramienta. OptSim es un simulador de sistemas ópticos desarrollado por ARTIS Software Corporation. Contiene una gran cantidad de herramientas de medida (analizadores de espectro, diagramas de ojo, estimadores de BER...), componentes empleados en el diseño de sistemas electro-ópticos (amplificadores, láser, distintos tipos de fibra, moduladores, filtros, gratings, splitters, multiplexores, módulos que implementan funciones lógicas, etc.), así como una ayuda en línea en formato HTML. El usuario también puede definir sus propios bloques. Trabajando con OptSim Introducción A continuación describiremos los fundamentos básicos necesarios para poder realizar simulaciones con OptSim. Veremos también el impacto que produce variar los diversos parámetros de un componente. Para comenzar a trabajar con el simulador, puesto que estamos bajo el sistema operativo Linux, abra un terminal y teclee optsim después de iniciar una sesión de laboratorio. Tras ello aparecerá un cuadro de diálogo en el que se pregunta al usuario lo que desea hacer (crear un nuevo proyecto, crear un nuevo componente compuesto o abrir un proyecto o componente compuesto existente). Creación de un nuevo proyecto: 1. Pulse el botón create a new project 1 en la ventana de diálogo de OptSim. 1 De ahora en adelante nos referiremos a los componentes, botones y comandos relacionados con OptSim con letra cursiva y en negrita. -1-

4 2. Teclee el nombre del fichero (sin extensión) y elija el lugar donde desea almacenarlo. Presione OK. El nuevo proyecto ya está creado y aparecerá una nueva ventana con los parámetros de simulación. Antes de dibujar el sistema han de definirse una serie de parámetros de simulación. En esta primera sesión de trabajo no será necesario cambiar los que vienen dados por defecto. De todas formas, siempre es posible modificar estos parámetros pulsando el botón Simulation Parameters en la barra de herramientas. Para obtener mayor información puede consultar la ayuda pulsando en Help. Así: OptSim distingue los distintos tipos de componentes y conexiones con colores. Los enlaces y componentes ópticos son rojos. Los enlaces y componentes eléctricos son azules. Los enlaces y señales digitales son negros. Primer ejemplo: Sistema MI/DD con modulación externa para la transmisión a 10Gb/s en 1550 nm. El primer sistema que vamos a construir un sistema muy sencillo con el que se verán los efectos de la dispersión y de la longitud de la fibra en la señal recibida. Para ello, montaremos un enlace como el observado en la Figura (en principio no es necesario colocar los splitters antes y después del modulador). Tampoco es necesario colocar a la salida el estimador Q. El transmisor estará formado por una fuente de datos digitales (Datasource), un driver eléctrico (Driver), un láser (Laser Diode) y un modulador (Amplitude Modulator). Para introducir los componentes en el modelo ha de pulsar sus respectivos símbolos y, posteriormente, volver a pinchar en la zona de dibujo. Para inicializar cada componente o cambiar los parámetros asignados por defecto, haga doble clic sobre su símbolo. -2-

5 Enlace óptico utilizando modulación externa y detección directa En este ejemplo utilizaremos un láser CW (CW Lorentzian) emitiendo de forma continua en la longitud de onda de 1550 nm (tercera ventana). No cambiaremos los parámetros asignados por defecto por OptSim. La fuente de datos y el driver eléctrico han de unirse con un enlace lógico. El driver y el modulador deben enlazarse con una conexión eléctrica mientras que, éste y el láser han de unirse con fibra ideal (enlace óptico). Los splitters permiten realizar una división ideal de un enlace para poder introducir medidores. Si los coloca junto con el medidor adecuado (Electrical Scope, Optical Spectrum Analyzer), será capaz de visualizar el espectro de las señales y el diagrama de ojos asociado a la señal moduladora. En recepción tendremos un bloque receptor al que conectaremos un medidor eléctrico (Electrical Probe) para estimar la BER, el diagrama de ojos y el espectro de la señal recibida. El receptor está formado por un fotodetector, que convierte la señal óptica en una fotocorriente, y un filtro posterior. El bloque transmisor y el receptor se conectarán mediante fibra óptica. Seleccione el enlace óptico y haga clic en los dos elementos. Por defecto OptSim crea un enlace óptico ideal. Para trabajar con una fibra óptica real, haga doble clic sobre el enlace. Así aparecerá una ventana que le permitirá seleccionar la fibra deseada y sus principales parámetros. -3-

6 Transmisión a través de fibra SMF Inicialmente vamos a comprobar qué sucede cuando se transmite la señal modulada a través de 80 Km. de fibra óptica monomodo estándar (Standard_SM). La dispersión es nula en la segunda ventana, pero con el láser estamos transmitiendo en la tercera. Por ello se producen errores adicionales a los derivados de la atenuación propia de la fibra. Simule la transmisión de datos con este tipo de fibra. Para ello compruebe si su esquemático tiene errores con el botón run VBS Check. Caso de no tenerlos puede simular el comportamiento del circuito pulsando el botón VBS. Una vez que la simulación haya terminado puede obtener el diagrama de ojos a la salida del receptor, así como la probabilidad de error de bit con el mismo medidor. Cumpliría este circuito el requisito de que la BER fuese inferior a 10-9? Contraste los resultados obtenidos con el comportamiento teórico de este tipo de fibras, justifique los resultados. Transmisión a través de fibra DSF Repita la simulación con los dos tipos de fibra de dispersión desplazada (DS_Normal y DS_Anomalous) y una longitud de 80 Km. Dónde se localiza en cada una de ellas el nulo de dispersión? Simule el comportamiento del sistema y obtenga la probabilidad de error de bit a la salida del receptor. Se cumpliría el requisito mencionado en el apartado anterior? Repita las simulaciones anteriores (fibras SMF y de dispersión desplazada) con una longitud de fibra de 160 Km. Se cumple en este caso el requisito de la BER? Divida posteriormente la fibra en dos fragmentos de 80 Km. cada uno, con un amplificador óptico entre medias (con los parámetros que vienen dados por defecto). Cómo varía la probabilidad de error de bit? Se cumple ahora el citado requisito impuesto a la probabilidad de error de bit? -4-

7 Segundo ejemplo: Sistema MD/DD con modulación directa para la transmisión a 10 Gb/s en 1550 nm En el anterior apartado se estudio el esquema de una modulación externa. Existe otro tipo de modulación llamada modulación directa. La idea básica de este tipo de modulación, es que un láser emitirá potencia si se inyecta una corriente mayor de un umbral. Por lo tanto, el driver tendrá que generar una corriente mayor que dicho umbral si se desea transmitir un 1 o menor que el umbral si queremos transmitir un 0 (lo que quiere decir que usamos el mismo tipo de señales NRZ, RZ, etc para modular el láser, pero en este caso serán señales de corriente). Un esquema de dicho tipo de modulación se presenta en la Figura Cabe destacar que este tipo de modulación presenta un pequeño problema, puesto que al modular directamente al láser con una corriente de intensidad, pequeños cambios en la corriente inyectada en el láser, provocarán cambios en el índice de refracción del semiconductor. Esto puede ser un problema puesto que este fenómeno puede inducir una modulación en frecuencia, conocida como chirp que provoca que los pulsos transmitidos a la salida del modulador se hagan más anchos Transmisor utilizando modulación directa En este apartado, vamos a construir un transmisor basado en la modulación directa, de modo que podamos comparar los resultados obtenidos con ambos tipos de modulación. El esquema del sistema completo será el mismo que el del apartado anterior, salvo que tenemos que sustituir el transmisor por el presentado en la Figura Los parámetros serán más o menos los mismos que en el caso anterior, resumidos a continuación: Fuente de datos a una tasa de 10 Gbps. Driver: Se debe cambiar el tipo de señal. Usar una señal NRZ en vez de una NRZ: Raised Cosine. -5-

8 Láser Rate Equation (Rate Equation Laser): Usar los parámetros por defecto, esto es, emitiendo en la longitud de onda de 1550 nm (tercera ventana) y transmitiendo con una potencia de 1 mw (0 dbm). Splitters: Son ideales, no introducen por lo tanto atenuación. Optical and Electrical Scopes: usar los parámetros por defecto. Cmprobar qué sucede cuando se transmite la señal modulada a través de 50Km. de fibra óptica monomodo estándar (Standard_SM). Comparar los diagramas de ojos antes y después de la propagación a través de los 50 km de fibra SMF, comparando ambas modulaciones y sacar conclusiones sobre dichos comportamientos. Componentes compuestos Finalmente, resulta muy interesante la opción que proporciona OptSim al usuario de definir sus propios componentes, con parámetros configurables. Dado que el transmisor se repite constantemente en los sistemas WDM (con diferente frecuencia central), veremos cómo crear una estructura que aprovecharemos en prácticas posteriores. Creación de un componente compuesto: 1. Elija la opción de create a new compound component. 2. Dibuje un transmisor y fije como parámetros la frecuencia central de emisión y la potencia del láser. Asigne un valor nulo por defecto. 3. Una la salida del modulador con una fibra ideal a una señal óptica. Pregunte al profesor si tiene dudas. 4. Dé un nombre a la señal óptica, por ejemplo transmisor. Éste será el nombre del componente compuesto. Una vez creado el bloque transmisor, podrá utilizarlo en cualquier sistema sin más que presionar el botón Compound Component y seleccionarlo en el directorio -6-

9 correspondiente. Haciendo doble clic sobre el componente puede asignar valores a los parámetros variables definidos al crearlo. Probar este componente para un caso de la práctica. Bibliografía [1] ARTIS Software Corporation. OptSim User Manual. The Optical and Electrical Transmission Systems Design & Simulation Environment, [2] R. Ramaswami, K. N. Sivarajan. Optical Networks: A Practical Perspective, Second Edition. Morgan Kaufmann Publishers, [3] P.E. Green, Jr. Fiber Optic Networks. Prentice-Hall, [4] G.P. Agrawal. Fiber Optic Communication Systems (2 nd ed.). John Wiley & Sons,