---

Математическое моделирование устройств и систем
Лабораторная работа №1
Проектирование волоконно-оптического передатчика.
Цель работы: Создание передатчика, используя модулированное лазерное
излучение. Ознакомление с библиотекой компонентов, основной планировкой,
параметрами компонентов и средств измерения.
Для запуска OptiSystem, выполните следующие действия:
Основные части графического интерфейса пользователя.
OptiSystem GUI содержит следующие основные окна:
• Макет проекта
• Библиотека компонентов
• Браузер проекта
• Описание
• Панель состояния
Макет проекта
Основная рабочая область, где вы можете вставить компоненты в разметку,
отредактировать компоненты, а также создавать связи между компонентами.
Библиотека компонентов
Компоненты доступа для создания системы проектирования (смотри рисунок 3)
Браузер проекта
Организовать проект для более эффективного достижения результатов, а также
перемещаться по текущему проекту (см. рисунок 4).
Рисунок 4: Окно браузера проекта
Описание
Показать подробную информацию о текущем проекте (см рисунок 5).
Рисунок 5: Окно описания
Строка состояния
Отображает полезные советы об использовании OptiSystem и другую помощь.
Расположен под окном макета проекта.
Рисунок 6: Строка состояния
Строка меню
Содержит меню, которые доступны в OptiSystem (рисунок 7). Многие из этих
пунктов меню также доступны в виде кнопок на панели инструментов или из других
списков.
Рисунок 7: Строка меню
Использование библиотеки компонентов
В следующем примере, вы проектируете модель передатчика, используя
модулированное лазерное излучение. Вы будете выбирать компоненты из
библиотеки компонентов и помещать их в основное окно.
Примечание: OptiSystem предоставляет набор встроенных компонентов по
умолчанию.
Чтобы использовать библиотеку компонентов, выполните следующую процедуру.
Рисунок 8: Добавление непрерывного лазера в основное окно
Рисунок 9: Добавление компонентов в основном окне
Автоподключение
По умолчанию, AutoConnect активен. Есть два способа, когда компоненты могут
использовать автоподключение:
1) Когда вы размещаете компонент из библиотеки компонентов в основном окне,
входной порт компонента автоматически подключается к ближайшему
выходному порту другого компонента.
2) При перемещении компонента в основном окне, входной порт компонента
автоматически подключается к ближайшему выходному порту другого
компонента.
Включение/выключения функции автоподключения.
Чтобы включить функцию автоподключения, выполните следующую процедуру.
Подключение компонентов вручную
Единственные соединяемые порты являются те, которые имеют тот же тип сигнала,
передаваемого между ними.
Исключением из этого правила является порты, которые могут быть добавлены к
подсистемам и некоторых компонентов в библиотеке, которые имеют порты,
которые поддерживают любой тип сигнала (например, Forks).
Примечание: Вы можете подключить только выход к входным портам и наоборот.
Рисунок 12: Rubber Band Cursor
Rubber Band Cursor появляется, когда вы поместите курсор на порт.
Для подключения компонентов с помощью инструмента компоновки, выполните
следующую процедуру.
Рисунок 13: Символ подключения компонентов
Рисунок 14: Подключение портов
Рисунок 15: Подключение компонентов
Для подключения компонентов, нажмите на порт одного компонента и перетащите
подключение к порту совместимого компонента (см рисунок 16).
а) Подключите выходной порт генератора псевдослучайной последовательности
битов в NRZ генератор импульсов.
б) Подключите выходной порт NRZ генератора импульсов в доступный порт
модулятора Маха-Цендера.
в) Подключите выходной порт CW лазера к входному порту модулятора МахаЦендера.
Рисунок 16: Подключение компонентов
Результаты измерения
OptiSystem позволяет визуализировать результаты моделирования в ряде
направлений. Папка Visualizer library в библиотеке компонентов позволяет
размещать, обрабатывать и отображать результаты моделирования. Компонент
измерения классифицируется как электрический или оптический, в зависимости от
типа входного сигнала.
Например, чтобы визуализировать электрический сигнал, генерируемый
импульсным генератором NRZ во временной области, используйте Осциллограф.
Для измерения результатов, выполните следующие процедуры.
Рисунок 17: Компоненты измерения в основном окне
Подключение компонентов измерения
Для того, чтобы визуализировать сигнал от одного компонента системы,
необходимо подключить выходной порт компонента системы к входному порту
компонента измерения.
Вы можете подключить более одного компонента измерения к одному выходному
порту компонента. В результате, вы можете иметь несколько компонентов
измерения, присоединенные к тому же выходному порту компонента.
Для подключения компонента измерения, выполните следующие действия.
Для подключения компонента системы и компонента измерения, нажмите на
выходной порт компонента и перетащите его к входному порту компонента
измерения (см рисунок 18).
Примечание: Вы можете подключить только один компонент к входному порту
компонента измерения.
а) Подключите выход NRZ генератора импульсов на входной порт
Осциллографа.
б) Подключите выход модулятора Маха-Цендера к входному порту оптического
анализатора спектра и к входному порту оптического Time Domain Visualizer.
Рисунок 18: Подключение компонентов системы к компонентам измерения
Компоненты измерения и мониторы данных
При подключении компонента измерения к выходному порту компонента системы,
OptiSystem устанавливает монитор данных по умолчанию для порта вывода
компонента системы. Затем можно подключить компонент системы к компоненту
измерения.
Примечание: Компоненты измерения всегда подключаются к мониторам. Вы
можете иметь несколько компонентов измерения, присоединенные к тому же
выходному порту компонента системы, потому что на самом деле они
прикреплены к монитору, а не к компоненту (см модулятор Маха-Цандера с
подключением к OTDV и OSA на рисунке 19). Мониторы данных представлены в
виде прямоугольника вокруг порта вывода компонента (см рисунок 19 для примеров
мониторов на компонентах).
Рисунок 19: Компоненты измерения и мониторы
Подключение монитора к порту
Вы можете подключить монитор к порту без подключения к компоненту измерения,
и монитор будет сохранять данные после завершения моделирования. Если вставить
монитор в порт до начала моделирования, вы можете подключить компонент
измерения к этому монитору после того, как моделирование законтится без запуска
моделирования снова.
Для подключения монитора к порту, выполните следующую процедуру.
Параметры компонентов
Свойства компонента. Просмотр и редактирование.
Для просмотра свойств компонента, выполните следующие действия.
В главном окне дважды щелкните CW Laser. Появится диалоговое окно CW Laser
Properties (рисунок 20).
Параметры компонента организованы по категориям. CW Laser имеет пять
категорий параметров.
• Главные - включает в себя параметры для доступа лазера (частота, мощность,
ширина линии, начальная фаза)
• Поляризация
• Моделирование
• Шум
• Случайные числа
Рисунок 20: Параметры компонентов
Каждая категория имеет набор параметров. Параметры имеют следующие свойства:
• Отображение
• Имя
• Значение
• Единицы
• Режим
Параметр отображения в окне.
Первое свойство параметра отображения. При выборе этого свойства, имя
параметра, значение и единица измерения отображаются в главном окне. Например,
если вы выбрали отображения частоты и мощности, эти параметры отображаются в
главном окне (см рисунок 21).
Рисунок 21: Отображение параметров в основном окне
Параметр единицы измерения
Некоторые параметры, такие как частота и мощность, может иметь несколько
единиц. Частота может быть в Гц, ТГц или нм, а мощность может быть в Вт, мВт
или дБм (см рисунок 22). Преобразование происходит автоматически.
Примечание: Вы должны нажать Enter или щелкнуть в другой ячейке, чтобы
обновить значения.
Рисунок 22: Блоки параметров
Изменение режима параметров: арифметические выражения
Каждый параметр может иметь три режима: Normal, Sweep и Script. Режим Script
позволяет вводить арифметические выражения и получить доступ к параметрам,
которые определены в глобальном масштабе.
Для изменения режима параметров, выполните следующую процедуру.
Рисунок 23: Script параметры
Доступ к параметрам компонентов измерения
Для того, чтобы получить доступ к параметрам для компонента измерения,
выполните следующую процедуру.
Примечание: Вы должны щелкнуть правой кнопкой мыши на компоненте измерения
для доступа к параметрам. Двойной щелчок на компоненте измерения вызывает
диалоговое окно для визуализации графики и результаты, полученные в ходе
моделирования, а не параметров.
Рисунок 24: Контекстное меню
Рисунок 25: Окно параметров компонентов измерения
Запуск моделирования
OptiSystem позволяет контролировать расчеты в соответствии с тремя различными
способами:
• Подсчет всего проекта: все итерации для нескольких окон
• Вычисление всех итераций в активном окне: все итерации для текущего окна
• Расчет текущей итерации: текущей итерации для текущего окна
По умолчанию, вы будете вычислять весь проект, так как в настоящее время нет
несколько окон и никаких итераций.
Для запуска моделирования, выполните следующую процедуру.
Рисунок 26: Запуск моделирования
Сохранение результатов моделирования
OptiSystem позволяет сохранять данные от мониторов. Это позволяет сохранить
файл проекта с сигналами от мониторов. В следующий раз вы загрузите файл, то
компоненты измерений пересчитают графики и результаты от мониторов.
Для сохранения результатов моделирования, выполните следующую процедуру.
Рисунок 27: Параметры диалогового окна – Выбор сохранения данных мониторов
Рисунок 28: Сохранить как проект
Отображение результатов от компонента измерения
Для отображения результатов компонента измерения, выполните следующие
действия. Дважды щелкните компонент измерения для просмотра графиков и
результатов, что генерирует моделирование.
Примечание : Дважды щелкните еще раз, чтобы закрыть диалоговое окно.
Осциллограф
Для визуализации электрических сигналов во временной области с помощью
осциллографа (см Рисунок 29), выполните следующие действия. Дважды щелкните
Осциллограф. Появится диалоговое окно.
Так как OptiSystem может разделять сигнал и шум по отдельности, вы можете
визуализировать результаты измерений отдельно. Используйте вкладки на левой
стороне графика, чтобы выбрать представление, которое вы хотите просмотреть.
• Сигнал
• Шум
• Сигнал + шум
• Все
Рисунок 29: Осциллограф
Оптический анализатор спектра
Для визуализации оптических сигналов в частотной области с анализатором спектра
оптического сигнала (см Рисунок 30), выполните следующие действия.
Дважды щелкните анализатор спектра оптического сигнала. Появляется диалоговое
окно оптического анализатора спектра.
Так как OptiSystem использует смешанное представление сигнала, вы можете
визуализировать сигнал в соответствии с представлением. Используйте вкладки на
левой стороне графика, чтобы выбрать представление, которое вы хотите
просмотреть.
• Sampled
• Параметризованная
• Шум
• Все
Для получения доступа к поляризации оптического сигнала, с помощью вкладок в
нижней части графика.
Мощность: Суммарная мощность
Мощность X: Мощность от поляризации X
Мощность Y: Мощность от поляризации Y
Рисунок 30: OSA
Optical Time Domain Visualizer
Для визуализации оптических сигналов в временной области (см Рисунок 31),
выполните следующую процедуру.
Дважды щелкните Optical Time Domain Visualizer. Появится диалоговое окно.
В временной области, OptiSystem переводит оптический сигнал и спектральную
плотность мощности шума для численного шума во временной области.
Используйте вкладки в нижней части графика, чтобы выбрать представление,
которое вы хотите просмотреть.
• Мощность: Суммарная мощность
• Мощность X: Мощность от поляризации X
• Мощность Y: Мощность от поляризации Y
Примечание: При выборе поляризации X или Y, вы можете также выбрать для
отображения фазы или чирпа сигнала для данной поляризации.
Рисунок 31: Optical Time Domain Visualizer
Info-Window
При открытии окна информации, оно появляется в рабочей области компонента
измерения. По умолчанию, окно информации отображает текущее положение (в
координатах базы данных) курсора. При увеличении масштаба, панорамирования,
или отслеживания графика, координат в изменении окна информации, чтобы
отразить координаты курсора.
Чтобы получить доступ к окну информации, выполните следующую процедуру.
Рисунок 32: График инструментов
Масштабирование, панорамирование и инструменты трассировки
Zoom, Pan, и инструменты трассировки помогают анализировать и извлекать
информацию из графиков.
Изменение масштаба в графике
Для того, чтобы увеличить масштаб графика, выполните следующую процедуру.
Перемещение графика
Для перемещения графика и просмотра определенной области, выполните
следующую процедуру.
Трассировка графика
Для того, чтобы проследить график и получить значения для каждой точки на
графике, выполните следующую процедуру.
Сохранение графиков
Вы можете получить таблицу точек со значениями для каждой точки на графике, а
затем сохранить это как текстовый файл. Скопируйте график в буфер обмена в виде
битового массива, или экспортируйте график в различных форматах - например,
метафайл или растровое изображение.
Чтобы сохранить график, выполните следующую процедуру.
Рисунок 33: Диалоговое окно Graph
Рисунок 34: Окно экспорта данных
Отчет должен содержать:
1) ФИО каждого студента в подгруппе, номер группы.
2) Название, цель работы.
3) Ответы на контрольные вопросы
4) Поясняющие рисунки и графики
5) Выводы по работе
Контрольные вопросы:
1) Опишите основные части графического пользовательского интерфейса.
2) Опишите добавление компонента в основное окно.
3) Опишите процессы автоподключения компонентов.
4) Опишите процесс подключения компонентов вручную.
5) Опишите процесс подключения компонентов измерения. Какие особенности
подключения данный компонентов?
6) Опишите назначение мониторов.
7) Опишите основные параметры и категории параметров компонентов.
8) Опишите процесс доступа к параметрам компонентов измерения.
9) Опишите варианты запуска моделирования.
10) Опишите процесс сохранения результатов моделирования. Какие варианты
сохранения возможны?