2. Tutorial OptiSystem

2.1. Considerações IniciaisEste capítulo tem como objetivo fazer uma apresentação, de forma simples e

resumida, do programa OptiSystem. Aqui serão apresentadas as principais ferramentas do software, onde um sistema de comunicação óptica será simulado, desde a transmissão até a recepção do sinal.

Conhecendo o OptiSystem

O OptiSystem é um pacote de comunicação óptica que permite aos usuários planejar, testar e simular enlaces ópticos na camada física de redes ópticas modernas.

O software, da empresa canadense Optwave Corp, possui uma extensa biblioteca, com mais de 400 dispositivos passivos e ativos, no domínio elétrico e óptico, além de ferramentas de visualização gráfica que permitem analisar o desempenho do sistema, como: analisadores de espectro, osciloscópios, medidores de potência, analisadores de BER e diagrama de olho.

Este software tem como benefícios:a. Permitir a simulação de protótipos de baixo custo;b. Permitir uma visão global do desempenho do sistema;c. Acesso direto a extensivas configurações de dados que caracterizam o sistema;d. Realizar a varredura de parâmetros visando analisar o efeito de especificações de

dispositivos sobre o desempenho do sistema.

Ao abrir o programa, uma janela semelhante a Figura 1 irá aparecer:

Figura 1: Interface Gráfica do Usuário

Para criar um novo projeto, na barra de ferramentas, clica-se em File e depois em New. Os componentes utilizados no projeto estão localizados na Biblioteca de Componentes.

2.1.1. Biblioteca de Componentes

A Biblioteca de Componentes OptiSystem consiste de quatro sub-bibliotecas:

1. Default: Não se pode adicionar ou alterar parâmetros dos componentes.2. Custom: Permite adicionar novos componentes e expandir a biblioteca.3. Favorites: Onde se pode adicionar os componentes mais frequentemente usados.4. Recently used: Componentes usados em projetos recentes são adicionados

automaticamente a essa biblioteca.

Figura 2: Biblioteca de Componentes

Na sub-biblioteca Default, os componentes estão organizados conforme sua utilidade, como ilustrado na Figura 3.

Figura 3: Biblioteca Default

2.2. Transmissor Óptico Este item tem como objetivo abordar um exemplo de projeto de transmissor

óptico, com modulador Mach-Zehnder, utilizando o Optisystem e seus diversos dispositivos e ferramentas de visualização gráfica.

Após criado o novo arquivo, o primeiro passo é definir os parâmetros de transmissão do projeto. Isso é feito ao clicar em Layout, na barra de ferramentas, e depois em Parameters, ou, simplesmente, ao clicar duas vezes na área de trabalho. A taxa de transmissão do sistema, ou taxa de bit, pode então ser definida como mostrado na Figura 4. No exemplo, a taxa é de 10Gbps.

Figura 4: Parâmetros de Transmissão

Os componentes que serão usados nesse projeto estão na pasta Transmitters Library da biblioteca Default. Para selecionar o componente basta clicar sobre ele e arrasta-lo até a área de trabalho. Na pasta Optical Sources escolhe-se o CW Laser, na pasta Optical Modulators escolhe-se o Mach-Zehnder Modulator, na pasta Bit Sequence Generators escolhe-se o Pseudo-Random Bit Sequence Generator e na pasta Pulse Generator/Electrical escolhe-se o NRZ Pulse Generator. Após escolhidos os componentes, eles são conectados como na Figura 5.

Figura 5: Transmissor-1

Parâmetros específicos de cada componente podem ser alterados clicando-se duas vezes sobre o componente e modificando o dado desejado, por exemplo: a frequência de operação do laser, ou a taxa de transmissão do gerador de sequência.

Após criado, salva-se o projeto.

2.2.1. Visualizando ResultadosNa Visualizer Library da sub-biblioteca Default há dois tipos de componentes de

medida que se dividem pela sua natureza: ou elétrica, ou óptica. Na pasta Optical seleciona-se o Optical Spectrum Analyser (Analisador de Espectro Óptico) e o Optical Time Domain Visualizer (Analisador Óptico no Domínio do tempo) e na pasta Electrical seleciona-se Oscilloscope Visualizer (Osciloscópio). Para analisar o transmissor construído no exemplo, conectam-se os componentes como na Figura 6.

Figura 6: Transmissor-2

Antes de visualizar os resultados é preciso clicar em File e depois em Calculate.

Figura 7: Calculate

Após o programa fazer os cálculos do projeto, pode-se visualizar os resultados dando dois cliques sobre os componentes de leitura. Os gráficos são apresentados na Figura 8.

Figura 8: Transmissor, Resultado

2.3. WDMEste item tem como objetivo simular um sistema WDM de 8 canais, cada canal

transmitindo a uma taxa de 2,5Gbps.Primeiramente, cria-se oito transmissores semelhantes ao do exemplo anterior.

Após criados, altera-se a frequência de operação de cada canal, em Parameter Groups, como mostrado na Figura 9 . A separação entre cada canal é de 0,1THz, ou de 0,8036nm.

Figura 9: WDM: frequência dos canais

O Optisystem permite criar subsistemas, assim como também permite adicionar novos componentes à biblioteca. Para criar um subsistema WDM basta selecionar todos os oito transmissores, clicar com o botão direito do mouse e depois clicar em Create Subsystem na caixa de diálogo que irá aparecer. É necessário definir quais e quantas são as saídas do sistema, no caso as saídas são os oito transmissores. Depois de criado e editado, o novo componente, que representa um sistema WDM de oito canais, ficará como na Figura 10.

Figura 10: subsistema WDM

2.3.1. Analisando o sistema WDM

Figura 11: WDM

A Figura 11 mostra os oito canais de transmissão, um multiplexador (8x1) da WDM Multiplexers Library, um analisador de espectro e um analisador de WDM da Visualizer Library/Optical.

Figura 12: WDM, resultados

Pelos resultados mostrados na Figura 12, nota-se que o espaçamento entre os canais é suficiente para que não haja ICI, além disso, há uma perda de inserção quando o sinal passa pelo modulador e pelo multiplexador, pois a potência do sinal está em torno de -3.7dBm sendo que a potência fornecida pelo laser é de 0dBm.

Pode-se simular uma transmissão à longa distância, com as atenuações e distorções que o sinal sofre, montando-se um circuito como o da Figura 13.

Figura 13: WDM- Canal Óptico

No esquema montado, temos um loop que representa 240 Km de fibra óptica com atenuação de 0,2 dB/Km da Optical Fibers Library, a cada 80 Km é colocado um amplificador dopado a Érbio (EDFA) da Amplifiers Library, os últimos 100 Km representam a Rede Óptica Passiva (PON) que não possui amplificadores. Para verificar a qualidade do sinal que chega ao receptor, utiliza-se o analisador de espectro e o analisador de WDM na saída do primeiro canal do demultiplexador, os gráficos da leitura são apresentados na Figura 14.

Figura 14:WDM, Resultados-2

Pelos resultados da Figura 14, nota-se que a potência do sinal do primeiro canal é muito maior que a potência dos sinais dos outros canais, isso se deve a filtragem feita pelo demultiplexador. Além disso, a potência do sinal diminui devido aos efeitos de propagação pela fibra. A potência do canal 1 na transmissão era de -3,70 dBm, a potência recebida foi de -10,11 dBm, o que implica que o sinal sofreu uma atenuação de 6,41 dB ao passar pelo canal óptico.

2.4. ReceptorNeste item o objetivo é simular a qualidade do sinal recebido por um receptor

PIN, localizado na Receivers Library na pasta Photodetectors, tomando como base a BER e o diagrama de olho do sinal.

Pode-se representar o receptor por um detector PIN e um filtro de Bessel passa-baixas, localizado na Filters Library na pasta Electrical, com frequência de corte igual a 75% do valor da taxa de bits, como mostrado na Figura 15.

Figura 15: Receptor

Para verificar a qualidade do sinal, utiliza-se o analisador de BER, localizado na Visualizer Library na pasta Electrical. Deve-se conecta-lo na saída do filtro passa-baixa e na referência do transmissor, como ilustrado na fig.

Figura 16: Analisador de BER