kl le hoang bien 060525d

NG LIÊN OÀN LAO TR NG VI T NAM NG I H C TÔN C TH NG KHOA NNT LU N V N T T NGHI P TÀI: NGHIÊN C U VÀ MÔ PH NG H TH NG WDM (Wavelength Division Multiplexer) GVHD : Th.S NG LÊ KHOA SVTH : LÊ HOÀNG BIÊN MSSV : 060525D HU NH KH NG DUY MSSV : 060538D P : 06DD2D KHÓA : 10 Tp.H Chí Minh Tháng 01 n m 2011 IC M N u tiên, chúng em xin phép c g i l i c m n sâu s c n th y giáo ng Lê Khoa ã t n tình h ng d n, cung c p tài li u, ng th i ng viên th i gian chúng em nghiên u tài Chúng em xin c m n t t c th y cô giáo khoa n- n T tr ng H Tôn c Th ng ã nhi t tình d y d , cung c p trang b cho chúng em nh ng ki n th c q báu q trình gi ng d y, cám n gia ình ã ng viên chúng em su t th i gian v a qua, cám n b n ã góp nh ng ý ki n chân thành góp ph n giúp chúng em hồn thành lu n v n t nghi p t l n n a chúng em xin chân thành cám n! NH N XÉT C A GIÁO VIÊN H NG D N ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… TP.H Chí Minh, ngày…….tháng…….n m 2011 NH N XÉT C A GIÁO VIÊN PH N BI N ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… TP.H Chí Minh, ngày…….tháng…….n m 2011 DANH SÁCH CÁC T VI T T T AOTF Acousto- Optic Turnable Fitter B l c quang âm u ch nh APD Avalanche Photo – Diode Photodiode thác l APS Automatic Protection Switching chuy n m ch b o v t ASE Amplified Spontaneous Emission Phát x t phát BW Bandwidth r ng d i thông CPM Cross phase Modulation u ch xuyên pha CR Coupler Ratio CW Continous Wave Sóng quang liên t c CWDM Coarse Wavelength Division Ghép kênh theo b c ng c khu ch i s ghép c sóng “thơ” Multiplexing DC directonal Coupler Coupler nh h ng DD Direct detection Tách sóng tr c ti p DEMUX Demultiplexer tách kênh DFA Doped-Fiber Amplifier khu ch i quang s i pha t p ch t DWDM Dese Wavelength Division Ghép kênh theo b Muliplexer dày EDF Erbium Doped Fiber EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier c sóng quang c i quang tr n Erbium khu ch i quang s i tr n Erbium FWM Four Wave Mixing IF Intermediate Frequency IL Insersion Loss ITU International Telecommunication Union Tr n b n b c sóng n s trung t n Suy hao xen ch c vi n thông qu c t thu c Liên hi p qu c MUX Multiplexer ghép kênh MZF Mach- Zehnder Filter l c Mach – Zehnder Filter MZI Mach – Zehnder Interferometer giao thoa Mach – Zehnder Interferometer NF Noise Figure s t p âm OADM Optical Add – Drop Multiplexer xen/r t kênh quang OFA Optical Fiber Amplifier khu ch OSNR Optcal Signal to Noise Ratio s tín hi u t p âm quang OTDM Optical Time Devision Multiplexer i quang Ghép kênh quang phân chia theo th i gian PDH Plesiochronous Digital Hierachi Phân c p s ng b RA Raman Amplifier REG Regenarator Tr m l p SBS Stimulated Brilouin Scaterring Tán x kích thích Brillouin SDH Synchronouns Digital Hierachi Phân c p s SNR Signal to Noisy Ratio s tín hi u nhi u SOA Semiconductor Optical Amplifier khu ch SONET Synchronous Optical Network ng quang SPM Self Phase Modulation SRS Stimulated Raman Scaterring Tán x b kích thích Raman TDM Time Division Multiplexer Ghép kênh theo th i gian TE Terminal Equipement Thi t b WC Wavelength Converted WDM Wavelength Division Multiplexer khu ch i Raman ng b i quang bán d n ng b u pha chuy n u cu i ib Ghép kênh theo b c sóng c sóng DANH M C CÁC B NG BI U ng 2.1 T n s trung tâm c a h th ng WDM có 16 kênh kênh 23 ng 2.2 C ly b h n ch b i tán s c khơng có tr m l p (tr s lý thuy t) 27 ng 2.3 So sánh b ng 2.4 B ng so sánh EDFA ho t ng 5.1 H s ph m ch t Q Min BER thay ng 5.2 H s ph m ch t Q Min BER c a kênh 1, 16 84 c sóng b m 980nm va 1480 nm 41 ng b ng C b ng L 43 i theo chi u dài 83 DANH SÁCH CÁC HÌNH V Hình 1.1 Các thành ph n c b n c a h th ng thơng tin quang Hình 1.2 Suy hao s i quang theo b Hình 2.1 S kh i h th ng quang WDM 11 Hình 2.2 S truy n d n hai chi u hai s i quang 12 Hình 2.3 S truy n d n hai chi u m t s i quang 13 Hình 2.4 Mơ t thi t b ghép/tách h n h p (MUX – DEMUX) 14 Hình 2.5 C u t o Coupler FBT 2x2 15 Hình 2.6 (a) S kh i b circulator c a; (b) S a; (c) S Hình 2.7 S kh i c a b circulator kh i c a b Isolator 16 kh i c a b l c (a) b l c c ch nh b Hình 2.8 c sóng c sóng c kho ng (a) thơng s nh k (b) b l c có th u 18 c tr ng c a b l c; (b) g n sóng c a b l c; b) Thông s c b n 19 Hình 2.9 B tách/ghép b c sóng quang (a) S sóng (MUX); (b) S thơng s kh i b ghép kênh b kh i b tách kênh b c c sóng (DEMUX) Các c tr ng b MUX/DEMUX 20 Hình 2.10 Mơ hình t ng quát c a m t b khu ch Hình 2.11 C u trúc t ng quát c a b khu ch i quang 34 i EDFA 35 Hình 2,12 M t c t ngang c a m t lo i s i quang pha ion Erbium 36 Hình 2.13 Gi n n ng l ng c a ion Er3+ s i silica 37 Hình 2.14 Ph h p th (absorption spectrum) l i (gain spectrum) c a EDFA có lõi pha Ge 38 Hình 2.15 Quá trình khu ch i tín hi u x y EDFA v i hai b c sóng b m 980 nm 1480 nm 39 Hình 2.16 C u hình b khu ch i EDFA Hình 2.17 C u hình c a m t b khu ch c sóng 1570 c b m kép 42 i b n L làm b ng ph ng kho ng n 1610 nm v i thi t k hai t ng 44 Hình 2.18 Quan h P( )/Pmax ph thu c vào Hình 2.19 c tính suy hao theo b Hình 2.20 L ib c sóng 46 i v i d ng suy hao 50 c sóng theo ITU 51 Hình 3.1 Path toward Optisystem 53 Hình 3.2 Main window of Optisystem 53 Hình 3.3 S Hình 3.4 Ch nh s a tham s CW Laser 58 Hình 3.5 Ch nh s a tham s Optical Fiber Channel 58 Hình 3.6 CW Laser Power Meter 59 Hình 3.7 Optical Power Meter Hình 3.8 Màn hình hi n th Spectrum Analyzer 60 kh i h th ng phát quang n gi n c a ví d 3.1 58 cu i c a kênh quang 20 km 59 Hình 3.9-a Thi t k c a ví d 3.2, t t c kh i thi t k ph n l n n m bên trái a vùng làm vi c 61 Hình 3.9-b Thi t k c a ví d 3.2, nh ng kh i n m gi a vùng làm vi c thi t 62 Hình 3.9-c Thi t k c a ví d 3.2, nh ng kh i n m bên ph i c a vùng làm vi c thi t k 63 Hình 3.10 Quang ph c a kênh c ghép 65 Hình 3.11 C a s phân tích WDM 66 Hình 3.12 Chi ti t v BER gi n Hình 3.13 Gi n m t m t 66 c ch b i b phân tích 67 Hình 4.1 H th ng thông tin quang n gi n 68 Hình 4.2 S t ng quát WDM 69 Hình 4.3 S t ng quát WDM ch Hình 4.4 S t ng quát kh i Transmitter 70 Hình 4.5 S t ng quát kh i Transmitter ch Hình 4.6 Kh i WDM Transmitter 71 Hình 4.7 S ng trình mơ ph ng 69 ng trình mơ ph ng 70 Optical span 71 Hình 4.8 S Optical span ch ng trình mơ ph ng 72 Hình 4.9 S Receiver 72 Hình 4.10 S Receiver ch Hình 4.11 S h th ng WDM kênh ch ng trình mơ ph ng 73 Hình 4.12 S h th ng WDM 16 kênh ch ng trình mơ ph ng 75 Hình 5.1 S h th ng WDM 16 kênh có s n ch Hình 5.2 S m t (eye diagram) h s ph m ch t Q c a h th ng 77 Hình 5.3 S h th ng WDM 16 kênh t thi t k 78 Hình 5.4 S m t (eye diagram) h s ph m ch t Q c a h th ng 79 Hình 5.5 S h th ng kênh t c Hình 5.6 S m t (eye diagram) h s ph m ch t Q c a h th ng 80 Hình 5.7 S m t (eye diagram) h s ph m ch t Q c a h th ng 81 Hình 5.8 S m t (eye diagram) h s ph m ch t Q c a h th ng 82 Hình 5.9 S m t (eye diagram) h s ph m ch t Q c a h th ng 83 Hình 5.10 Bi u ng trình mơ ph ng 72 ng trình mơ ph ng 76 40 Gb/s mã hóa NRZ 80 h s ph m ch t Q c a h th ng WDM kênh tr ng p 84 Hình 5.11 Bi u h s ph m ch t Q gi a h th ng WDM 85 Nghiên c u mô ph ng h th ng WDM n s kênh 2: 192.7 THz n s kênh 3: 192.9 THz n s kênh 4: 193.1 THz n s kênh 5: 193.3 THz n s kênh 6: 193.5 THz n s kênh 7: 193.7 THz n s kênh 8: 193.9 THz kh i Optical span, ta có chi u dài dây cáp quang SMF 50 km có tán s c D g n b ng là: 16.3 ps/km.nm tính tốn chi u dài s quang DCF có tán s c D n b ng: -81 ps/km.nm, ta dùng công th c: D+l+ + D- l - = i: D+l+ tán s c chi u dài c a s i SMF D- l - tán s c chi u dài c a s i DCF Dl 16.3 * 50 l -= D = 81 10 km Ta tính c s i DCF c n có chi u dài 10 km th a công th c Chi u dài s i SMF 50 km v i suy hao 0.2 dB/km ta t b EDFA có i 10 dB bù suy hao T ng t v i s i DCF dài 10 km có suy hao 0.5 dB/km EDFA ph i có l i dB Hình 4.11 S h th ng WDM kênh ch ng trình mơ ph ng 4.4 Thi t k h th ng WDM 16 kênh kh i Transmitter, v i t n s danh nh 193.1 THz c quy nh khuy n ngh ITU-G.692 V i kho ng cách c a kênh 200 GHz Ta tính tốn c t n s phát c a m i kênh là: n s kênh 1: 191.5 THz n s kênh 2: 191.7 THz SVTH: Lê Hoàng Biên –Hu nh Kh ng Duy 73 Nghiên c u mô ph ng h th ng WDM ns ns ns ns ns ns ns ns ns ns ns ns ns ns kênh 3: 191.9 THz kênh 4: 192.1 THz kênh 5: 192.3 THz kênh 6: 192.5 THz kênh 7: 192.7 THz kênh 8: 192.9 THz kênh 9: 193.1 THz kênh 10: 193.3 THz kênh 11: 193.5 THz kênh 12: 193.7 THz kênh 13: 193.9 THz kênh 14: 194.1 THz kênh 15: 194.3 THz kênh 16: 194.5 THz kh i Optical span, ta có chi u dài dây cáp quang SMF 50 km có tán s c D g n b ng là: 16.3 ps/km.nm tính tốn chi u dài s quang DCF có tán s c D n b ng: -81 ps/km.nm, ta dùng công th c: D+l+ + D- l - = i: D+l+ tán s c chi u dài c a s i SMF D- l - tán s c chi u dài c a s i DCF Dl 16.3 * 50 l -= D = 81 10 km Ta tính c s i DCF c n có chi u dài 10 km th a công th c trên.Chi u dài s i SMF 50 km v i suy hao 0.2 dB/km ta t b EDFA có l i 10 dB bù suy hao T ng t v i s i DCF dài 10 km có suy hao 0.5 dB/km EDFA ph i có l i dB SVTH: Lê Hoàng Biên –Hu nh Kh ng Duy 74 Nghiên c u mô ph ng h th ng WDM Hình 4.12 S h th ng WDM 16 kênh ch SVTH: Lê Hoàng Biên –Hu nh Kh ng Duy ng trình mơ ph ng 75 Nghiên c u mô ph ng h th ng WDM CH NG ÁNH GIÁ K T QU MÔ PH NG 5.1 ánh giá k t qu gi a h th ng WDM 16 kênh t thi t k v i h th ng có n ch ng trình th ng WDM 16 kênh có s n ch ng trình Hình 5.1 S is h th ng WDM 16 kênh có s n ch hình 5.1 ta mơ ph ng SVTH: Lê Hồng Biên –Hu nh Kh ng trình mơ ph ng c k t qu nh sau: ng Duy 76 Nghiên c u mơ ph ng h th ng WDM Hình 5.2 S m t (eye diagram) h s ph m ch t Q c a h th ng th ng WDM 16 kênh t thi t k : SVTH: Lê Hoàng Biên –Hu nh Kh ng Duy 77 Nghiên c u mơ ph ng h th ng WDM Hình 5.3 S is h th ng WDM 16 kênh t thi t k hình 5.3 ta mơ ph ng SVTH: Lê Hoàng Biên –Hu nh Kh c k t qu nh sau: ng Duy 78 Nghiên c u mơ ph ng h th ng WDM Hình 5.4 S m t (eye diagram) h s ph m ch t Q c a h th ng H th ng t thi t k có BER t t h n h th ng ví d có s n ch trình Chúng ta có th hồn tồn t thi t k h th ng WDM 5.2 ánh giá k t qu gi a h th ng WDM h th ng phát quang kênh th ng phát kênh v i t c SVTH: Lê Hoàng Biên –Hu nh Kh ng 40 Gb/s NRZ: ng Duy 79 Nghiên c u mô ph ng h th ng WDM Hình 5.5 S is h th ng kênh t c hình 5.5 ta mơ ph ng Hình 5.6 S 40 Gb/s mã hóa NRZ c k t qu nh sau: m t (eye diagram) h s ph m ch t Q c a h th ng SVTH: Lê Hoàng Biên –Hu nh Kh ng Duy 80 Nghiên c u mô ph ng h th ng WDM Khi so sánh k t qu h s ph m ch t Q c a h th ng kênh h th ng WDM 16 kênh h s Q c a WDM 16 kênh l n h n r t nhìu so v i h th ng kênh thông th ng Nh v y thông tin quang n u s d ng h th ng WDM v a có dung ng l n h n v a l i bit h n so v i cách truy n kênh thông th ng 5.3 ánh giá k t qu gi a h th ng WDM kênh nh ng v i kho ng cách chi u dài khác d ng s h th ng WDM kênh (hình 4.9) nh ng ta thay loop control t o kho ng cách khác 5.3.1 th ng WDM kênh v i loop contol Chi u dài c a n cáp (50+10)*6 = 360 Km t qu mô ph ng: Hình 5.7 S i thơng s m t (eye diagram) h s ph m ch t Q c a h th ng 5.3.2 th ng WDM kênh v i loop control Chi u dài c a n cáp (50+10)*7 = 420 Km t qu mô ph ng: SVTH: Lê Hoàng Biên –Hu nh Kh ng Duy 81 Nghiên c u mô ph ng h th ng WDM Hình 5.8 S m t (eye diagram) h s ph m ch t Q c a h th ng 5.3.3 th ng WDM kênh v i loop control Chi u dài c a n cáp (50+10)*8 = 480 Km t qu mô ph ng: SVTH: Lê Hoàng Biên –Hu nh Kh ng Duy 82 Nghiên c u mô ph ng h th ng WDM Hình 5.9 S m t (eye diagram) h s ph m ch t Q c a h th ng 5.3.4 So sánh ánh giá k t qu th ng s thu thông s thu c ta có b ng s li u sau ây: c ng 5.1 H s ph m ch t Q Min BER thay i theo chi u dài s ph m ch t Q Min BER c a h th ng Loop control 29.831 4.3402e-196 Loop control 22.2757 1.1749e-110 Loop control 21.3747 6.1903e-102 SVTH: Lê Hoàng Biên –Hu nh Kh ng Duy 83 Nghiên c u mô ph ng h th ng WDM Hình 5.10 Bi u h s ph m ch t Q c a h th ng WDM kênh tr p t lu n: cho vòng l p nhi u (kho ng cách t ng) ch t l th ng s gi m theo 5.4 ánh giá k t qu gi a h th ng WDM v i thông s c a hình 5.4, 5.6 5.7 ta thu c b ng s li u d ng 5.2 H s ph m ch t Q Min BER c s ph m ch t Q Ghép kênh 19.5534 Ghép kênh 29.831 Ghép 16 kênh 34.9729 SVTH: Lê Hoàng Biên –Hu nh Kh ng Duy ng ng c a h i ây a kênh 1, 16 Min BER c a h th ng 1.65834e-85 4.3402e-196 1.58407e-268 84 Nghiên c u mô ph ng h th ng WDM Hình 5.11 Bi u h s ph m ch t Q gi a h th ng WDM t lu n: Ta th y h s Q Min BER c a h th ng l n mơ ph ng khơng có nh ng suy hao v m i n i hàn, suy hao s i quang b u n cong,… Tuy nhiên có th th y r ng h th ng WDM 16 kênh t t nh t t c 40 Gb/s SVTH: Lê Hoàng Biên –Hu nh Kh ng Duy 85 Nghiên c u mô ph ng h th ng WDM CH T LU N VÀ H NG NG PHÁT TRI N 6.1 t lu n ánh giá k t qu thu c ch ng 5, ta có th th y h th ng WDM có kh n ng áp ng c dung l ng m ng l n t c truy n t i cao h n so v i truy n b c sóng theo cách thơng th ng WDM có th ng d ng m ng vi n thông ng tr c qu c t WDM cho phép ta t ng dung l ng kênh mà không c n ng t c bit c a ng truy n c ng không dùng thêm s i d n quang Ngày công ng thông tin quang ngày phát tri n h th ng WDM m t ph n không th thi u 6.2 ng phát tri n Hi n v i t c phát tri n nhanh chóng c a khoa h c k thu t Ng i ta ti p c phát tri n WDM lên m t t m cao m i ó DWDM DWDM vi t t t c a t Dense Wavelength Division Multiplexing: ây công ngh ghép kênh theo b c sóng v i m t r t cao, có lên t i hàng nghìn, cung c p dung l ng r t l n Khi mà d ch v v truy n d li u, t i phim nh, âm nh c, trị ch i ngày phát tri n, vi c tri n khai WDM nói chung c n thi t m b o vi c cung c p d i thông c ng nh t c cho vi c truy n d n DWDM hi n th ng c dùng cho h th ng cáp quang bi n hay h th ng xuyên l c a, nhiên, c ng có th cung p ph m vi m t n c hay m t khu v c chi phí vi c tri n khai r t cao Kho ng cách không dùng b l p hay b khu ch i lên n vài nghìn km Nh ã nói bên trên, tránh cho vi c nh h ng l n gi a b c sóng ghép kênh truy n s i quang, kho ng cách c chu n hóa gi a b c sóng 0.8nm hay t ng ng v i 100GHz Cịn m t cơng ngh n a ó CWDM (Coarse WDM) c thơng qua n m 2002, công ngh theo lý thuy t ghép c t i a 18 b c sóng, v i kho ng cách b c sóng kho ng 20nm vào m t kênh, dung l ng t c c m b o nh DWDM, kho ng cách ko dùng b l p ho ch khu ch i kho ng vài ch c cho t i vài tr m km u m c a CWDM có chi phí th p h n tri n khai DWDM kho ng 30-50% Do v y, CWDM c u tiên tri n khai h th ng m ng c a thành ph ho c c a khu v c SVTH: Lê Hoàng Biên –Hu nh Kh ng Duy 86 Nghiên c u mô ph ng h th ng WDM TÀI LI U THAM KH O Ti ng Vi t [1] V V n San, 2008, H Th ng Thông Tin Quang t p 1, 2, Nhà Xu t B n B u n, , Hà N i [2] Lê Qu c C ng, V n Vi t Em, Ph m Qu c H p, 2009, K Thu t Thông Tin Quang 1, H c Vi n Công Ngh B u Chính Vi n Thơng ,Hà N i [3] V n Vi t Em, 2007, K Thu t Thông Tin Quang 2, H c Vi n Công Ngh B u Chính Vi n Thơng, Hà N i Ti ng Anh [1] G P Agrawal, 1997, Fiber-Optic Communication Systems, Second Edition, John Wiley & Sons, New York, USA [2] OptiSystem Tutorials - Volume 1, 2, Optiwave Internet [1] www.google.com.vn [2] http://www.docstoc.com [3] www.optiwave.com SVTH: Lê Hoàng Biên –Hu nh Kh ng Duy 87