(LUẬN văn THẠC sĩ) nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn tín hiệu trong mạng cáp sợi quang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN ĐINH PHÚ KHÁNH NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU TRONG MẠNG CÁP SỢI QUANG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT VIỄN THƠNG Bình Định – Năm 2019 download by : skknchat@gmail.com BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN ĐINH PHÚ KHÁNH NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU TRONG MẠNG CÁP SỢI QUANG Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông Mã số : 8520208 Người hướng dẫn: TS Huỳnh Công Tú download by : skknchat@gmail.com LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn tín hiệu mạng cáp sợi quang” tơi tự tìm hiểu nghiên cứu hoàn thành hướng dẫn TS Huỳnh Cơng Tú Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm lời cam đoan Quy Nhơn, ngày tháng Học viên download by : skknchat@gmail.com năm 2019 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC CÁC BẢNG MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Tổng quan tình hình nghiên cứu Mục tiêu nội dung nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Bố cục luận văn Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 1.1 Hệ thống thơng tin quang điển hình 1.2 Sợi quang 1.2.1 Cấu tạo sợi quang 1.2.2 Phân loại sợi quang 1.2.3 Suy hao sợi quang 10 1.2.4 Tán sắc sợi quang 11 1.3 Nguồn phát quang 14 1.4 Bộ tách sóng quang 16 1.5 Ghép kênh quang phân chia theo bước sóng 18 1.5.1 Nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng 19 1.5.2 Ưu nhược điểm công nghệ WDM 21 1.6 Bộ khuếch đại sợi quang 22 1.6.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động EDFA 22 1.6.2 Khuếch đại quang sợi EDFA hệ thống WDM 25 download by : skknchat@gmail.com 1.7 Kết luận chương 27 CHƯƠNG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG DWDM 28 2.1 Giới thiệu hệ thống thông tin quang DWDM 28 2.2 Các thành phần hệ thống thông tin quang DWDM 29 2.2.1 Bộ phát đáp quang OTU 29 2.2.2 Bộ ghép kênh quang OMU 31 2.2.3 Bộ tách kênh quang ODU 32 2.2.4 Bộ ghép kênh xen rẽ quang OADM 33 2.2.5 Bộ khuếch đại OA 35 2.2.6 Khối giám sát kênh quang OSC 36 2.2.7 Khối bù tán sắc 37 2.3 Các vấn đề kỹ thuật cần quan tâm hệ thống DWDM 37 2.4 Tổng kết chương 37 CHƯƠNG CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU NĂNG CỦA HỆ THỐNG DWDM 39 3.1 Vấn đề quan tâm thiết kế tuyến DWDM 39 3.1.1 Số kênh theo bước sóng 39 3.1.2 Băng thông lọc tín hiệu 41 3.1.3 Độ rộng phổ nguồn phát 42 3.1.4 Quỹ công suất 44 3.2 Đánh giá lỗi đường truyền 45 3.2.1 Tỉ lệ lỗi bit 45 3.2.2 Xác suất bị lỗi bit nhận 47 3.2.3 Giám sát tỉ lệ lỗi bit 49 3.2.4 Sơ đồ mắt, BER SNR 49 3.3 Ảnh hưởng tham số phía máy thu đến hệ thống DWDM 51 3.3.1 Suy hao sợi quang 51 3.3.2 Nhiễu xuyên kênh 52 3.3.3 Cân bù tán sắc kênh quang 55 download by : skknchat@gmail.com 3.3.4 Các hiệu ứng quang phi tuyến 57 3.3.5 Nhiễu gây khuếch đại EDFA 62 3.4 Kết luận chương 63 CHƯƠNG MÔ PHỎNG CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG TRUYỀN DẪN TRONG HỆ THỐNG QUANG 65 4.1 Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng truyền tín hiệu sợi quang 65 4.1.1 Xác định tham số 65 4.1.2 Kết mô 66 4.2 Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng truyền tín hiệu hệ thống DWDM 70 4.2.1 Ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến 70 4.2.2 Nghiên cứu thông số hoạt động hệ thống DWDM 80 kênh 78 4.3 Kết luận chương 86 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO download by : skknchat@gmail.com DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Diễn giải Dịch nghĩa ADM Add/Drop Multiplexer Bộ ghép kênh xen/rẽ APD Avalanche Photo Diode Diode quang thác APS Automatic Protection Switching Chuyển mạch bảo vệ tự động ASE Amplifier Spontaneous Emission Nhiễu phát xạ tự phát BER Bit Error Ratio Tỷ số lỗi bit DCF Dispersion Compensated Fiber Sợi bù tán sắc DCM Dispersion Compensator Module Module bù tán sắc DEMUX Demultiplexer Thiết bị tách kênh DSF Dispersion Division Multiplexer Sợi dịch chuyển tán sắc DWDM Dense Wavelength Division Ghép kênh theo bước sóng mật độ Multiplexer cao EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier FWM Four Wave Mixing IP Internet Protocol LED Light Emitting Diode LD Laser diode MUX Multiplexer OADM Optical Add/Drop Mutplexer Bộ khuếch đại quang sợi pha trộn Erbium Hiệu ứng trộn bốn bước sóng Giao thức Internet Diode phát quang Diode laser Thiết bị ghép kênh Bộ xen/rẽ bước sóng quang OBA Optical Booster Amplifier Bộ khuếch đại công suất OLT Optical Line Terminator Bộ kết cuối đường quang OLA Optical Line Amplifier Bộ khuếch đại đường dây OPA Optical Pre-Amplifier Bộ tiền khuếch đại download by : skknchat@gmail.com OTN Optical Transport Network Mạng truyền tải quang OTU Optical Transponder Unit Khối thu phát quang OSC Optical Supervisor Channel Kênh giám sát quang OSNR Optical Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu tạp âm quang OXC Optical Cross Connect Khối kết nối chéo quang PMD Polarization Mode Dispersion Tán sắc mode phân cực SBS Stimulated Brillouin Scattering Tán xạ kích thích Brillouin SMF Single Mode Fiber Sợi đơn mode SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu tạp âm SOA Semiconductor Optical Amplifier Khuếch đại quang bán dẫn SONET Synchronous Optical Networrk Mạng quang đồng SPM Self Phase Modulation Điều chế tự dịch pha SRS Stimulated Raman Scattering Tán xạ kích thích Raman XPM Cross Phase Modulation Điều chế pha chéo WDM Wavelength Division Multiplexer Ghép kênh theo bước sóng download by : skknchat@gmail.com DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc đơn giản hệ thống thơng tin quang Hình 1.2 Cấu trúc đơn giản lặp tín hiệu Hình 1.3 Cấu trúc sợi quang Hình 1.4 Ánh sáng truyền sợi quang Hình 1.5 Mơ tả sợi quang đơn mode chiết suất bậc Hình 1.6 Mô tả sợi đa mode chiết suất bậc Hình 1.7 Miêu tả sợi quang chiết suất giảm dần 10 Hình 1.8 Sự tán sắc làm xung bị rộng 11 Hình 1.9 Nhiễu liên ký tự 12 Hình 1.10 Mode truyền sợi quang 12 Hình 1.11 Đồ thị tán sắc truyền dẫn sợi quang 14 Hình 1.12 Điều khiển dịng cơng suất đầu LED laser 16 Hình 1.13 Đáp ứng phổ tách sóng quang 16 Hình 1.14 Mạch khuếch đại tách sóng quang điển hình 17 Hình 1.15 Mơ tả tuyến thơng tin quang có ghép bước sóng 19 Hình 1.16 Mơ tả thiết bị ghép, tách kênh hỗn hợp (MUX-DEMUX) 20 Hình 1.17 Hệ thống ghép bước sóng theo hướng 20 Hình 1.18 Hệ thống ghép bước sóng theo hai hướng 21 Hình 1.19 Cấu trúc tổng quát khuếch đại EDFA 22 Hình 1.20 Mặt cắt ngang sợi quang ion Erbium 23 Hình 1.21.Quá trình khuếch đại tín hiệu xảy với bước sóng bơm 980nm 1480nm 24 download by : skknchat@gmail.com Hình 2.1 Tổng quan công nghệ DWDM 28 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý DWDM 29 Hình 2.3 Sơ đồ khối chức OTU 30 Hình 2.4 Sơ đồ khối chức ghép kênh quang 31 Hình 2.5 Sơ đồ khối chức tách kênh quang 33 Hình 2.6 Sơ đồ khối OADM 34 Hình 2.7 Vị trí khuếch đại EDFA 35 Hình 2.8 Sơ đồ khối giám sát kênh quang 36 Hình 3.1 Băng thơng tín hiệu quang 41 Hình 3.2 Phổ kênh tín hiệu sau qua khuếch đại sau qua nhiều khuếch đại 42 Hình 3.3 Sơ đồ mắt cung cấp thước đo định tính chất lượng tín hiệu máy thu 49 Hình 3.4 Biểu đồ thống kê để đánh giá độ lệch chuẩn, từ ước tính BER SNR 50 Hình 3.5 Mơ tả tượng xun kênh tuyến tính: (a) phổ kênh bước sóng trước qua phần tử có chức lọc (b) đặc tính truyền đạt lọc cho kênh thứ i (c) phổ tín hiệu cho kênh bước sóng thứ i 52 Hình 3.6 Biểu đồ mắt tín hiệu trường hợp: (a) khơng có xun kênh tuyến tính, (b) có xun kênh tuyến tính (c) có xun kênh tuyến tính kèm theo bù cơng suất kênh bị ảnh hưởng 54 Hình 3.7 (a)Tán sắc tổng cộng đoạn SMF DCF (b) tán sắc kênh bước sóng sau qua nhiều bù tán sắc 57 Hình 3.8 Hiệu ứng Raman hệ thống DWDM 59 download by : skknchat@gmail.com ... 63 CHƯƠNG MÔ PHỎNG CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG TRUYỀN DẪN TRONG HỆ THỐNG QUANG 65 4.1 Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng truyền tín hiệu sợi quang 65 4.1.1... Chương Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu hệ thống DWDM Phân tích thơng số ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu hệ thống thơng tin quang DWDM Chương Mô yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn hệ thống quang. .. DWDM - Các yếu tố ảnh hướng đến hiệu hệ thống truyền dẫn WDM DWDM b) Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống WDM DWDM - Tính tốn thiết kế tuyến truyền dẫn quang