Bài Tập Lớn Thông Tin Quang

Bài Tập Lớn Thông Tin Quang, Bài Tập Lớn Thông Tin Quang, Bài Tập Lớn Thông Tin Quang

HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG HÀNG KHÔNG BÁO CÁO TIỂU LUẬN TÊN ĐỀ TÀI: THƠNG TIN QUANG GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TS TRỊNH HỒNG DUY SINH VIÊN: LÊ KHÁNH DUY MSSV: 1853020009 LỚP: 18ĐHĐT01 Thành phố Hồ Chí Minh – 12/2021 HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO TIỂU LUẬN TÊN ĐỀ TÀI: THÔNG TIN QUANG GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TS TRỊNH HOÀNG DUY SINH VIÊN: LÊ KHÁNH DUY MSSV: 1853020009 LỚP: 18ĐTĐT01 Thành phố Hồ Chí Minh - 12/2021 HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIẸT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ BÁO CÁO TIỂU LUẬN Họ tên sinh viên: Lê Khánh Duy MSSV: 1853020009 Lớp: 18ĐHĐT01 Nhiệm vụ tiểu luận: Làm Bài Tập Lớn Thông Tin Quang Ngày giao tiểu luận: ……/……/…… Ngày hoàn thành tiểu luận: ……/……/…… Họ tên người hướng dẫn: TS Trịnh Hồng Duy T/p Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20… GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Phần đánh giá:  Ý thức thực hiện:  Nội dụng thực hiện:  Hình thức trình bày:  Tổng hợp kết quả: Điểm số: Điểm chữ: (Quy định thang điểm lấy điểm tròn theo quy định Học viện) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20… GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) TS TRỊNH HOÀNG DUY CHƯƠNG II : Sợi Quang Bài 1: Độ tán sắc vật liệucáp thủy tinh cho a Xác định thông số tán sắc vật liệu bước sóng 0,85 độ dãn xung hiệu dụng Kilomet nguồn LED có độ rơng hiệu dụng 20 b Cho độ rộng xung tương đối 0,0012 bước sóng 0,85 định dãn xung hiệu dụng Tóm Tắt: λ=0,85 μm 𝜎𝜆=20nm = 0,0012 λ =0,85 μm a, M=? σ m=? b, σ m=? Giải Câu a) Thông số tán sắc vật liệu bước sóng 0,85 M= | | | | 2 λ d n1 d n = λ c d λ2 cλ d λ2 là: Xác  M= 0.025 =98,1 (ps/nm.km) 2.998 ×105 ×850 Độ dãn xung hiệu dụng km là: σ m ≈ σ λ LM  σ m=20 ×10 −12 ×1 ×98,1=1.96( ns ) km Câu b) Ta có độ rộng xung tương đối: = 0,0012 => σ λ =0.0012 × λ=0.0012 ×0,85 10−6 =1.02(nm) Độ dãn xung hiệu dụng km là: σ m ≈ σ λ LM  σ m=1.02 ×10 −12 ×1× 98,1=0,10( ns ) km Bài 2: a Xây dựng biểu thức độ tán sắc mode b Áp dụng cho tuyến cáp quang Km chiết suất bước đa mode với chiết suât lõi 1,5 tủ số chiết suất tương đối 1% Tính: (i) Thời gian trễ mode nhanh mode chậm đầu cáp quang (ii) Độ dãn xung hiệu dụng tán sắc mode tuyến cáp quang (iii) Tốc độ bit tối đa mà đạt (giả sử có tán sắc mode) c So sánh với độ dãn xung hiệu dụng cho cáp quang chiết suất cong parabole với chiết suất lõi tỷ số tương đối Tóm tắt: L=6 Km n1=1,5 ∆=1 Giải Câu a) Nguyên nhân xuất tán sắc mode phóng ánh sáng vào sợi đa mode, lượng ánh sáng phân thành nhiều mode Mỗi mode lan truyền với vận tốc nhóm khác nên thời gian lan truyền chúng sợi khác Chính khác thời gian lan truyền mode nên gây tán sắc mode Xây dựng biểu thức độ tán sắc mode: Trong sợi đa mode SI tia sáng với vận tốc: v= c n1 Để xác định độ tán sắc mode sợi đa mode SI, ta xét độ chênh lệch thời gian lan truyền hai mode ngắn dài sợi quang dài L(km) Đó tia tia hình r Tia 1( tia ngắn nhất) trùng với trục sợi quang + Độ dài lan truyền: d 1=L + Thời gian lan truyền: T 1= d1 L n1 L = = =T v c c ( ) n1 Tia 2( tia dài nhất) tia ứng với góc tới (bằng góc tới hạnθc L + Độ dài lan truyền: d 2= cosθ L d cosθ L n1 + Thời gian lan truyền: T 1= v = c = c cosθ =T max n1 ( ) Áp dụng đinh luật khúc xạ điểm A ta có: sin θc = n2 =cosθ n1 Ln  T 2=T max= c n2 Do thời gian chênh lệch tia là: ∆ T mode (SI)=T max −T = L n1 L n1 L n1 (n1−n2) − = × c n2 c c n2 Độ chênh lệch tán sắc mode: D mode (SI )=∆ T mode (SI ) ≈ với : n 1−n2 2n ≈ L n1 × ∆(Khi ∆ ≪1) c n1−n (Vì ∆≪ 1) n2 Bên cạnh tính độ tán sắc mode theo độ số: NA =n1 √ ∆ ¿> ∆=¿¿ Do đó: D mode (SI )=T mode (SI ) ≈ L ( NA ) c n1 Câu b) Thời gian chênh lệch mode nhanh mode chậm là: L n1 ∆ × 103 × 1.5 ×0.01 ∆ T mode ( SI )= = c 2.998× 108 ¿ 300(n m) Độ dãn xung hiệu dụng tán sắc mode tuyến cáp quang là: σ mode(SI ) = L n1 ∆ 2√3 c = 6.103 ×1 ×0.01 =86,603(ns) √ 3× ×108 Tốc độ bit tối đa mà đạt (giả sử có tán sắc mode) là: Bt ( max ) = 0,2 0,2 = =2,3094(Mps ) σ mode (SI) 86,603 ×10−9 Câu c) Độ dãn xung hiệu dụng tán sắc mode tuyến cáp quang với chiết suất cong Parabol là: CHƯƠNG III: Bài 1: Một tuyến cáp quang DIM chiều dài Km sử dụng đèn LED có cơng suấtt quang trung bình -10dBm phóng vào cáp quang đa mode Cáp quang suy hao 3,5dB/Km suy hao đầu chia 0,7dB/Km Suy hao đầu nối đầu thu 1,6 dB Đầu thu Diode quang loại PIN có độ nhạy -25dBm SNR 50dB với hệ số điều chế 0,5 Cho độ dự trữ an toàn 4dB a Thực quỹ công suất quang cho hệ thống mà bảo đảm độ tồn b Xác định chiều dài tuyến tăng thêm trường hợp tăng độ dự trữ an toàn cáp quang lên thành 7dB Giải Câu a) Ta có: + LED có cơng suất quang trung bình: −10dBm + Cơng suất trung bình cần thiết diode quang PIN có độ nhạy: − 25dBm + Tỷ lệ tín hiệu – nhiễu SNR: 50dB + Hệ số điều chế: 0,5 + Tổng biên độ hệ thống: 15 dB + Suy hao đầu nối đầu thu: 1,6dB + Độ dự trữ an toàn: 4dB + Tổng cộng tổn hao hệ thống: 14dB + Công suất biên vượt mức: 1dB + Suy hao tổng cáp quang 3,5 = 7dB + Suy hao mối nối 0,7 = 1,4dB 10 Vậy thực quỹ công suất quang cho hệ thống với kiện mà đảm bảo độ tồn Câu b) Theo giả thuyết đề thì: + Cơng suất trung bình cần thiết diode quang PIN có độ nhạy: Po =¿− 25dBm + Suy hao đầu nối đầu thu: α cr =¿ 1,6dB + Suy hao tổng cáp quang M a=¿ 3,5 = 7dB + Suy hao đầu chia α j =¿0,7dB/Km + Suy hao cáp quang α fc =¿3,5dB/Km Trường hợp tăng độ dự trữ an toàn cáp quang lên thành 7dB, ta có: Pi=P o+ ( α fc +α j ) L+α cr + M a Pi−P o=( α fc + α j ) L+ α cr + M a (dB) dBm − (−25 dBm) = ( 3,5+0,7 ) L + 1.6 + 7.0 25 = 4,2 L + 8,6 L = (25 – 8,6) ÷ 4,2 ≅ 3,904 km Vậy trường hợp tăng độ dự trữ an toàn cáp quang lên thành 7dB chiều dài tuyến tăng thêm ∆ L=¿3,904 – = 1,904 km 11 Bài 2: Đường truyền cáp quang đơn mode đường dài hoạt đơng bước sóng Có cơng suất trung bình từ phát -3dBm.; Suy hao sợi cáp 0,4dB/Km Suy hao mối nối 0,1 dB/Km Suy hao so kết nối đầu thu nhận 1dB/đầu Cơng suất trung bình đầu thu APD hoạt động tốc độ 35Mbits/s ( ) -55dBm tốc độ 400Mbits/s ( ) -44dBm Độ dự trữ an toàn 7dB Xác định: (a) Chiều dài tuyến cáp tối đa mà không dung lập tốc độ 35MBits/s (b) Chiều dài tuyến cáp tối đa mà không dùng lập tốc độ 400MBits/s Giải Câu a) Tỷ số chiết suất tương đối %= 100 =0.03 Độ chênh lệch chiết suất tương đối: ∆= n =n −2 ∆ n 2 2 n1−n 2 n1 n =1,5 −2 0,03 1,5 2 2 n =2,115 2 Vậy bán kính cong tới hạn cáp quang đa mode là: n1 λ Rc ≅ 2 π (n¿ ¿1 −n2) ¿ Rc ≅ 1,52 0,82 10−6 π (2,25−2,115) R ≅ 8,879 10 c −6 μm Câu b) 12 Tỷ số chiết suất tương đối 0,3 %= 100 =0,003 Độ chênh lệch chiết suất tương đối: ∆= n =n −2 ∆ n 2 2 n1−n 2 n1 n =1,5 −2 0,003 1,5 2 2 n =2,2365 2 Vậy n2 =√2,2365 ≅1,495 Bước sóng cắt sợi quang đơn mode là: λ c = Trong đó, số bước sóng: V c =2,405 πa n1 (2 ∆) Vc (II) πa n1 (2 ∆) Thay (II) vào công thức (I), ta có: λ c = 2,405 −6 π 10 1,5 λ c= (2 0,003)2 2,405 λ ≅ 1,214 μm c Vậy bán kính cong tới hạn cáp quang đơn mode là: Rcs ≅ 20 λ ( n 1−n2 ) R cs R cs ≅ ( 2,748−0,996 −6 20 1,55 10 ( 1,5−1,495 ) ( λ λc ) −3 −6 1,55 10 2,748−0,996 −6 1,214 10 ≅ 0,027 m=27 mm 13 ) −3 (I) CHƯƠNG IV: Bài 1: Tuyến cáp quang số có tổng chiều dài 7Km hoạt động 20 Mbits/s sử dụng mã RZ Đèn LED hoạt động 0,85 có khả cho cơng suất quang trung bình 100 (bao gồm suy hao đầu mối) phóng vào cáp quang chiết suất bước GI với đường kính 50 Các suy hao mối nối quang có độ suy hao 2,6dB/Km suy hao chẻ nhánh 0,5dB/Km cho đầu chẻ Suy hao đầu nối nơi thu 1,5dB Công suất quang tới đầu thu -41dBm với BER Độ dự trữ an toàn 6dB Hãy xác định độ tồn hệ thống Giải Ta có: Cơng suất quang trung bình từ máy phát: Pi=100 μW =10 log ( 10 10−6 1000 ) =−10 dBm Công suất quang tới đầu thu 20 Mbit/s (BER 10−10 ) : Po =−41 dBm  Tổng chênh lệch hệ thống: Pi−P o=−10 dBm−(−41 dBm)=31 dB dB Suy hao sợi quang: 2,6 km =18,2 dB Suy hao mối nối: 0,5 dB=3 dB Suy hao máy thu: 1,5 dB=1,5 dB Đô dự trữ: 6dB  Tổng suy hao kênh hệ thống: 18,2dB + 3dB + 1,5dB + 6dB = 28,7dB  Năng lượng tồn sử dụng hệ thống: 31dB - 28,7dB = 2,3dB  Dựa số liệu đưa ra, hệ thống khả thi cung cấp lượng cơng suất vượt q 2,3 dB Điều cung cấp thêm lượng an toàn phép mối nối xảy tương lai chúng khơng tính đến biên độ an toàn ban đầu 14 Bài 2: Đường truyền cáp quang đơn mode đường dài hoạt đơng bước sóng Có cơng suất trung bình từ phát -3dBm.; Suy hao sợi cáp 0,4dB/Km Suy hao mối nối 0,1 dB/Km Suy hao so kết nối đầu thu nhận 1dB/đầu Công suất trung bình đầu thu APD hoạt động tốc độ 35Mbits/s ( ) -55dBm tốc độ 400Mbits/s ( Độ dự trữ an toàn 7dB Xác định: ) -44dBm a Chiều dài tuyến cáp tối đa mà không dung lập tốc độ 35MBits/s b Chiều dài tuyến cáp tối đa mà không dùng lập tốc độ 400MBits/s Giải Ta có: + Cơng suất trung bình từ phát Pi=¿ –3dBm + Suy hao sợi cáp α fc =¿ 0,4dB/Km + Suy hao mối nối α j =¿0,1dB/Km + Suy hao kết nối đầu thu nhận 1dB/đầu nên α cr =2 dB=2 dB + Độ dự trữ an toàn M a=¿ 7dB Câu a) Ở tốc độ 35MBits/s, ta có: Pi=P o1 + ( α fc +α j ) L+ α cr + M a Pi−P o1 =( α fc + α j ) L+α cr + M a (dB) (I) Thay Pi=¿ –3dBm ; Po 1=¿ –55dBm vào phương trình (I), có: –3dBm – (–55dBm) = ( α fc + α j ) L+ α cr + M a 52dB = ( α fc + α j ) L+ α cr + M a ( α fc + α j ) L=¿52 – (α ¿ ¿ cr + M a )¿ ( 0,4+ 0,1 ) L=52−(2+ 7) 0,5 L=43 L=43 ÷0,5=86 (km) Vậy chiều dài tuyến cáp tối đa mà không dung lập tốc độ 35MBits/s 86 km 15 Câu b) Ở tốc độ 400MBits/s, ta có: Pi=P o2 + ( α fc +α j ) L+ α cr + M a Pi−P o2 =( α fc + α j ) L+α cr + M a (dB) (II) Thay Pi=¿ –3dBm ; Po 2=¿ – 44dBm vào phương trình (I), có: –3dBm – (–44dBm) = ( α fc + α j ) L+ α cr + M a 41dB = ( α fc + α j ) L+ α cr + M a ( α fc + α j ) L=¿41 – (α ¿ ¿ cr + M a )¿ ( 0,4+ 0,1 ) L=41−(2+7) 0,5 L=32 L=32 ÷ 0,5=64 (km) Vậy chiều dài tuyến cáp tối đa mà không dung lập tốc độ 400MBits/s 64 km 16