ĐÔ ÁN TÓT NGHIỆP TÌM HIỂU HỆ THÓNG THÔNG TIN QUANG WDM

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÌM HIỂU HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM Giảng viên hướng dẫn : Th.S ĐẶNG NGỌC KHOA Sinh viên thực : NGUYỄN THẾ ANH NGỌC Lớp : 08DD2N Khố : 08 TP Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2009 Lời cám ơn Trong trình thực đề tài đồ án tốt nghiệp, em tìm hiểu bao quát hết nhiệm vụ tìm hiểu mạng Hệ Thống Thông Tin Quang WDM Với hướng dẫn giúp đỡ nhiệt tình thầy Đặng Ngọc Khoa, thầy trường đóng góp ý kiến bạn khóa, nhóm thực chúng em hoàn thành luận văn tốt nghiệp thời gian quy định trường đề Em xin chân thành cảm ơn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Giáo viên hướng dẫn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN MỤC LỤC PHẦN 1: LÝ THUYẾT CHƯƠNG 1: MẠNG THÔNG TIN QUANG Trang 1.1 TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MẠNG 1.1.1 Mạng đường dài 1.1.2 Mạng truy nhập 1.1.3 Mạng đô thị .2 1.2 CÁC MẠNG QUANG .2 1.2.1 Định nghĩa .2 1.2.2 Sợi quang 1.2.3 Qúa trình đưa ánh sáng vào sợi quang 1.2.4 Các loại sợi quang .5 1.2.4.1 Sợi quang đa mode .5 1.2.4.1.1 Sợi đa mode chiết suất nhảy bậc SI 1.2.4.1.2 Sợi quang đa mode chiết suất giảm dần GI .6 1.2.4.2 Sợi đơn mode 1.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến truyền dẫn tín hiệu sợi quang 1.2.5.1 Các dạng suy hao 1.2.5.1.1 Suy hao hấp thụ 1.2.5.1.2 Suy hao tán xạ Rayleigh 1.2.5.1.3 Suy hao tán xạ cấu trúc sợi quang 10 1.2.5.1.4 Suy hao xạ gây nên bị uốn cong 10 1.2.5.1.5 Suy hao vi cong .10 1.2.5.1.6 Suy hao hàn nối .10 1.2.5.1.7 Suy hao ghép nối 11 1.2.5.2 Tán sắc 11 1.2.5.2.1 Tán sắc sắc thể 11 1.2.5.2.1.1 Tán sắc vật liệu .11 1.2.5.2.1.2 Tán sắc ống dẫn sóng .12 1.2.5.2.2 Tán sắc phân cực mode-PMD 13 1.2.5.3 Các hiệu ứng phi tuyến 13 1.2.5.3.1 Tán xạ kích thích Brillouin-SBS 14 1.2.5.3.2 Tán xạ kích thích Raman-SRS .15 1.2.5.3.3 Hiệu ứng trộn bốn bước sóng-FWM .16 1.2.5.3.4 Hiệu ứng tự điều pha-SPM .18 1.2.5.3.5 Điều chế xuyên pha-CPM 19 1.3 LỰA CHỌN KỸ THUẬT GHÉP KÊNH SDM, TDM, WDM 19 1.4 CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH TRONG MẠNG QUANG 21 1.4.1 Chuyển mạch-mạch quang 22 1.4.2 Chuyển mạch gói quang 23 1.4.3 Chuyển mạch chùm quang 24 CHƯƠNG 2: MẠNG QUANG WDM 2.1 NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG WDM 26 2.1.1 Định nghĩa .26 2.1.2 Mục đích 26 2.1.3 Hệ thống WDM .26 2.1.4 Chức hệ thống WDM .27 2.1.5 Ưu nhược điểm công nghệ WDM 29 2.2 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG WDM TRONG THỜI GIAN QUA 29 2.3 MẠNG QUANG THẾ HỆ THỨ HAI .30 2.4 TÍNH TRONG SUỐT VÀ CÁC MẠNG TỒN QUANG .32 CHƯƠNG 3: CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠNG WDM 3.1 BỘ GHÉP/TÁCH TÍN HIỆU 34 3.1.1 Định nghĩa .34 3.1.2 Nguyên lý hoạt động .34 3.1.3 Thông số 35 3.1.4 Phương pháp chế tạo .36 3.2 BỘ CÁCH LY-ISOLATOR / BỘ TRUYỀN-CIRCULATOR 38 3.2.1 Định nghĩa .38 3.2.2 Nguyên lý hoạt động Isolator 38 3.2.3 Ứng dụng .40 3.3 BỘ LỌC QUANG 40 3.3.1 Định nghĩa .40 3.3.1.1 Bộ lọc cách tử Bragg kiểu sợi quang 40 3.3.1.1.1 Định nghĩa .41 3.3.1.1.2 Nguyên lí hoạt động cách tử chu kỳ ngắn 41 3.3.1.1.3 Nguyên lí hoạt động cách tử chu kỳ dài .41 3.3.1.1.4 Phương pháp chế tạo 42 3.3.1.1.5 Ứng dụng lọc cách tử Bragg kiểu sợi quang 42 3.3.1.2 Bộ lọc Fabry-Perot .44 3.3.1.2.1 Định nghĩa .44 3.3.1.2.2 Nguyên lí hoạt động 44 3.3.1.2.3 Bô lọc Fabry-perot điều chỉnh 45 3.3.1.2.4 Ứng dụng lọc Fabry-Perot 46 3.3.1.3 Bộ lọc đa khoang màng mỏng TFMF 46 3.3.1.3.1 Định nghĩa .46 3.3.1.3.2 Nguyên lí hoạt động 47 3.3.1.3.3 Ứng dụng lọc TFMF 49 3.4 BỘ GHÉP/TÁCH KÊNH BƯỚC SÓNG 49 3.4.1 Định nghĩa .49 3.4.2 Đặc tính 50 3.4.3 Công nghệ chế tạo 51 3.4.4 Ghép tầng gương để tạo ghép kênh dung lượng cao 52 3.5 BỘ PHÁT QUANG 53 3.5.1 Định nghĩa .53 3.5.2.Yêu cầu 53 3.5.3 Nguyên lí hoạt động 53 3.5.4 Sơ đồ khối phát quang 55 3.5.5 Điều chế tín hiệu quang để phát 56 3.6 BỘ THU QUANG 58 3.6.1 Định nghĩa .58 3.6.2 Nguyên lí hoạt động 58 3.6.3 Yêu cầu 59 3.6.4 Các thông số 60 3.6.5 PIN 62 3.6.6 APD .62 3.6.7 So sánh PIN APD .63 3.6.8 Sơ đồ khối thu quang 63 3.7 BỘ KHUẾCH ĐẠI QUANG 64 3.7.1 Định nghĩa .64 3.7.2 Khuếch đại quang bán dẫn 65 3.7.3 Khuếch đại Raman 67 3.7.4 Bộ khuếch đại EDFA 68 3.7.4.1 Lựa chọn EDFA so với phương thức khuếch đại khác 70 3.7.4.2 Các thành phần EDFA 71 3.7.4.3 Đặc tính EDFA 72 3.7.4.3.1 Độ lợi EDFA .72 3.7.4.3.2 Công suất đầu EDFA 73 3.7.4.3.3 Nhiễu EDFA 74 3.7.5 Các phương thức bơm cho EDFA 74 3.7.5.1 Phương thức bơm .74 3.7.5.2 So sánh phương thức bơm .74 3.7.6 Ứng dụng .75 3.8 THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI-OLT 76 3.9 BỘ GHÉP KÊNH XEN /RỚT QUANG OADM 77 3.10 BỘ KẾT NỐI CHÉO QUANG-OXC 81 CHƯƠNG : NHỮNG VẤN ĐỀ KỸ THUẬT TRONG MẠNG WDM 4.1 SỐ KÊNH ĐƯỢC SỬ DỤNG VÀ KHOẢNG CÁCH CÁC KÊNH 84 4.1.1 Khả cơng nghệ có 84 4.1.2 Khoảng cách kênh 84 4.2.VẤN ĐỀ ỔN ĐỊNH BƯỚC SÓNG 85 4.2.1 Ổn định bước sóng nguồn quang 85 4.2.2 Yêu cầu độ rộng phổ nguồn phát 86 4.3 XUYÊN NHIỄU GIỮA CÁC KÊNH 86 4.4 SUY HAO, QUỸ CÔNG SUẤT 87 4.5 TÁN SẮC, BÙ TÁN SẮC 88 4.6 ẢNH HƯỞNG CÁC HIỆU ỨNG PHI TUYẾN .89 4.6.1 Phương hướng giải ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến .89 4.7 BỘ KHUẾCH ĐẠI EDFA VÀ MỘT SỐ VẤN ĐỀ KHI SỬ DỤNG .90 4.7.1 Tăng ích động điều chỉnh EDFA 90 4.7.2 Tăng ích phẳng EDFA .92 4.7.3 Tích luỹ tạp âm sử dụng khuếch đại EDFA .93 4.8 TIÊU CHUẨN KIỂM TRA, ĐÁNH GIÁ 93 4.8.1 Tỷ lệ lỗi-Ber 94 4.8.2 Tỷ lệ nhiễu quang-OSNR 95 4.8.3 Quan sát qua biểu đồ mắt 97 PHẦN 2: MÔ PHỎNG NGUYÊN LÝ GHÉP/TÁCH KÊNH QUANG CHƯƠNG 5:GIỚI THIỆU OPTIWAVE SOFTWARE 99 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT APD Avalanche Photodiode Diod tách sóng quang thác lũ APS Automatic Protection Switching Chuyển mạch tự động ASE Aplifier Spontaneous Emission Nhiễu tự phát khuếch đại BER Bite Error Rate Tốc độ lỗi bít DLE Dynmic Ligthpath Estabishment Thiết lập đường quang động EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier Bộ khuếch đại quang sợi có pha tạp Erbium IP Internet Protocol Giao thức internet ISI Inter Symbols Interference Nhiễu liên kí tự LD Diod Laser Diod Laser LED Light Emitting Diode Diod phát quang LP Lightpath Đường ánh sáng NA Numeric Apert Khẩu độ số OADM Optical Add/Drop Multipler Bộ ghép kênh xen/rớt quang OLT Optical Line Terminator Thiết bị đầu cuối quang OXC Optical Cross Connect Bộ kết nối chéo quang OBS Optical Burst Switching Chuyển mạch chùm quang OTN Optical Transport Network Mạng truyền tải quang OSNR Optical Signal Noise Ratio Tỷ lệ tín hiệu nhiễu quang PIN Positive Intrinsic Negative Diode tách sóng quang PIN RWA Routing & Wavelength Assignment Định tuyến gán bước sóng SOA Semiconductor Optical Amplifier Bộ khuếch đại quang bán dẫn SDM Space Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo không gian SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng SDH Synchronous Digital Hierachy Hệ thống số đồng SLE Static Lightpath Establishment Thiết lập đường quang tĩnh GVHD : Th.s Đặng Ngọc Khoa Kỹ Thuật WDM làm hẹp độ rộng phổ nguồn phát sử dụng số phương pháp bù tán sắc như: • Sử dụng sợi G.653 ( sợi có mức tán sắc nhỏ cửa sổ truyền dẫn 1550 nm) • Bù tán sắc sợi DCF (Dispersion Compensated Fiber) Ta có : Δt = 4R Δt = LTF DTF (λ )Δ(λ ) + LDCF DDCF (λ )Δ(λ ) R : tốc độ bít (Gbits) Δt : thời gian cho phép tán sắc lớn xảy (s) LTF , LDCF : chiều dài sợi quang sợi DCF (km) DTF (λ ).DDCF (λ ) : tán sắc sợi quang sợi DCF (ps/nm.km) Δ(λ ) : độ rông phổ nguồn phát (nm) Việc sử dụng kỹ thuật WDM phương pháp không làm tăng mức độ tán sắc hệ thống kỹ thuật WDM cho phép tăng dung lượng hệ thống mà tăng tốc độ truyền dẫn kênh tín hiệu Có loại tán sắc mà thường bỏ qua hệ thống tốc độ thấp, hệ thống tốc độ cao cần phải quan tâm đến ảnh hưởng nó, tán sắc mode phân cực 4.6 ẢNH HƯỞNG CÁC HIỆU ỨNG PHI TUYẾN Đối với hệ thống thông tin sợi quang, công suất quang không lớn, sợi quang có tính truyền dẫn tuyến tính, sau dùng EDFA, công suất quang tăng lên, điều kiện định sợi quang thể đặc tính truyền dẫn phi tuyến tính, hạn chế lớn tính khuếch đại EDFA hạn chế cự ly truyền dẫn dài khơng có trạm lặp 4.6.1 Phương hướng giải ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến Với xu phát triển công nghệ linh kiện quang học, hệ thống WDM tìm số phương pháp giải hữu hiệu để khắc phục ảnh hưởng SVTH: Nguyễn Thế Anh Ngọc Trang 89 GVHD : Th.s Đặng Ngọc Khoa Kỹ Thuật WDM hiệu ứng truyền dẫn, hệ thống WDM có số lượng kênh quang tương đối (nhỏ 16 kênh), tổng công suất truy nhập sợi quang thường không lớn +17 dBm, nhỏ nhiều so với trị số ngưỡng gây hiệu ứng SRS, khơng có ảnh hưởng SRS, sử dụng cơng nghệ điều chế ngồi kích quang cơng nghệ dao động tần số thấp khắc phục ảnh hưởng hiệu ứng băng hẹp SBS Hiệu suất trộn tần bốn sóng (FWM) có quan hệ lớn tán sắc sợi quang, sử dụng sợi quang G.655 khắc phục hiệu ứng FWM, giảm tán sắc sợi quang, lựa chọn tốt hệ thống WDM tốc độ cao, điều chế xuyên pha (CPM) thường phát sinh hệ thống WDM có nhiều 32 kênh tín hiệu, khắc phục phương pháp tăng tiết diện hữu dụng vùng lõi sợi quang G.652, tự điều pha (SPM) làm hẹp độ rộng xung quang truyền dẫn, ngược lại với hiệu ứng dãn xung tán sắc, mức độ định, lợi dụng SPM để bù dãn xung tán sắc 4.7 BỘ KHUẾCH ĐẠI EDFA VÀ MỘT SỐ VẤN ĐỀ KHI SỬ DỤNG EDFA (Ebrium Doped Fiber Amplifier) giới thiệu chương Tuy nhiên sử dụng EDFA mạng WDM cần lưu ý số vấn đề sau: 4.7.1 Tăng tính động điều chỉnh EDFA Hiện băng tần khuếch đại EDFA đạt 35 ~ 40 nm, độ phẳng tăng ích băng tần khơng hồn tồn lý tưởng, cơng suất truyền dẫn kênh tín hiệu biến đổi lên xuống, làm cho kênh tín hiệu ứng với bước sóng khác khuếch đại với mức độ khác Để đạt độ đồng phổ khuếch đại bước sóng cần khuếch đại, khuếch đại sử dụng lọc để làm suy giảm nhiều kênh bước sóng có mức sơng suất vào lớn hơn, nhằm đạt độ cân khuếch đại kênh Thế nhưng, công suất yêu cầu phải lớn cho toàn băng khuếch đại, phải u cầu có cơng suất bơm đủ lớn để đạt hài hoà độ phẳng khuếch đại kênh mức khuếch đại yêu cầu Vấn đề đặt làm phẳng đâu module khuếch đại Nếu đặt đầu khuếch đại có lãng SVTH: Nguyễn Thế Anh Ngọc Trang 90 GVHD : Th.s Đặng Ngọc Khoa Kỹ Thuật WDM phí cơng suất bơm, đặt đầu vào khuếch đại lại làm tăng hệ số tạp âm thiết bị Nếu số kênh bước sóng qua định tuyến, OADM cơng suất kênh khác với cơng suất kênh khác đầu vào khuếch đại Nhưng yêu cầu đầu khuếch đại công suất kênh khuếch đại phải xấp xỉ không phụ thuộc vào mức công suất vào kênh hay số kênh khuếch đại, để đảm bảo tỉ số S/N hệ thống Do đó, khuếch đại sử dụng hệ thống WDM cần phải có độ khuếch đại điều chỉnh mà không gây ảnh hưởng chéo lên kênh khác Nếu cơng suất kênh đưa vào biến đổi, chí hẳn cơng suất vài kênh công suất bơm (Pump) EDFA phân phối lại cho kênh cịn lại, dẫn đến tăng ích kênh đầu biến đổi nhảy vọt, cơng suất kênh cịn lại có giá trị lớn cơng suất ngưỡng thu lớn ( Pthu max ) thơng tin bị Cho nên EDFA hệ thống WDM phải có chức điều chỉnh tăng ích Điều địi hỏi khuếch đại quang phải có tính hệ số khuếch đại G hàm đa biến với biến số bước sóng cơng suất vào bước sóng Hàm thiết kế, điều khiển phần mềm, có đáp ứng thời gian thực thông số khuếch đại Khi tất kênh đầu vào có mức tín hiệu nhau, phần mềm “nhúng” khuếch đại tự đông nhận biết phát tín hiệu điều khiển để đạt mức khuếch đại khơng đổi Khi có đột biến mức tín hiệu đầu vào, phần mềm phải có đáp ứng điều khiển vài thơng số thiết bị để đạt hiệu chỉnh mức khuếch đại phù hợp, để đầu khuếch đại có độ phẳng đồng mức công suất Với gia tăng số bước sóng chuyển qua khuếch đại (đã lên tới 160 kênh) số bơm Laser cần thiết để đảm bảo yêu cầu công suất cho lượng lớn kênh nhiều, bơm Laser cần giám sát dòng bơm, nhiệt độ làm việc cần giám sát, hiệu chỉnh để đạt độ phẳng phổ khuếch đại SVTH: Nguyễn Thế Anh Ngọc Trang 91 GVHD : Th.s Đặng Ngọc Khoa Kỹ Thuật WDM 4.7.2 Tăng tính phẳng EDFA EDFA sử dụng vào hệ thống WDM có bước sóng kênh tín hiệu khác nhau, thay khuếch đại tín hiệu hệ thống khuếch đại quang sợi SONET/SDH trước đây, sợi khuếch đại quang Erbium phải chia sẻ cho tồn kênh bước sóng hệ thống truyền dẫn WDM Những kênh bước sóng độc lập với nhau, độc lập bị “tổn thương” “cạnh tranh” kênh bước sóng số lượng giới hạn photon bơm vào khuếch đại Kênh bước sóng kích thích nhiều photon từ mưc siêu bền xuống mức chúng đạt độ khuếch đại lớn Thế nhưng, kênh bước sóng gặp nhiều phức tạp như: xác suất kích thích photon kênh bước sóng khác, mức độ đảo ngược mật độ, cường độ tín hiệu, độ dài sợi Erbium Bình thường để tối ưu hoá tham số khó, hệ thống truyền dẫn WDM, thứ thực trở nên khó khăn Rõ ràng ứng dụng WDM, cần phải đạt độ khuếch đại mức tạp âm cho kênh bước sóng qua module khuếch đại Các module phải thiết kế cho đáp ứng phổ khuếch đại kênh bước sóng khơng bị ảnh hưởng đầu vào (cơng suất hay bước sóng) kênh bước sóng truyền dẫn sợi Nếu không, cần thay đổi kênh bước sóng dẫn đến ảnh hưởng mong muốn độ khuếch đại mức tạp âm NF kênh bước sóng cịn lại, hoạt động hệ thống có vấn đề Nói cách khác, tất kênh bước sóng phải khuếch đại độc lập đồng Với yêu cầu kỹ thuật này, module khuếch đại sợi quang hệ thống WDM phải thích ứng với tiêu kỹ thuật nghiêm ngặt độ phẳng phổ khuếch đại đa kênh, độ dốc đường đặc tuyến khuếch đại Do đặc tính khuếch đại khơng đều, hệ hệ thống truyền dẫn WDM phải lựa chọn hoạt động vùng băng C, xung quanh bước sóng từ 1530 nm đến 1565 nm Sự tăng nhu cầu số lượng bước sóng thúc đẩy SVTH: Nguyễn Thế Anh Ngọc Trang 92 GVHD : Th.s Đặng Ngọc Khoa Kỹ Thuật WDM nhà sản xuất “đặt” kênh bước sóng vào vùng “khó khăn” xung quanh bước sóng 1532 nm, mà khơng có mức tạp âm cao (tại vùng có tỉ số xạ, hấp thụ thấp), mà độ nhấp nhô phổ khuếch đại lớn nhiều so với vùng bước sóng cịn lại băng 4.7.3 Tích luỹ tạp âm sử dụng khuếch đại EDFA Hệ số tạp âm định nghĩa tỷ số tín hiệu tạp âm tín hiệu quang đầu vào/tỷ số tín hiệu tạp âm tín hiệu quang đầu ra, theo lý thuyết hệ số tạp âm EDFA khoảng 3dB, hệ số tạp âm tăng tỷ lệ theo số lượng khuếch đại sử dụng tuyến chênh lệch khoảng cách đoạn sợi quang khuếch đại, thường khống chế độ dài đoạn sợi quang hai khuếch đại liên tiếp 80 ~ 120 km, để đảm bảo tỷ lệ tín hiệu tạp âm Nhiễu tự phát khuếch đại ASE (Amplifier Spontaneous Emission) gây nên tạp âm lớn khuếch đại quang, đặc biệt trường hợp sử dụng nhiều EDFA liên tiếp đường truyền Tạp âm ASE khuếch đại quang phía trước khuếch đại khuếch đại quang thứ hai Sự khuếch đại tích lũy tạp âm làm cho tỷ số S/N bị giảm nghiêm trọng Nếu mức công suất tín hiệu vào thấp, tạp âm ASE làm cho tỷ số S/N bị giảm xuống mức cho phép Tuy nhiên, mức công suất tín hiệu vào q cao tín hiệu kết hợp với ASE gây nên tượng bão hoà khuếch đại 4.8 TIÊU CHUẨN KIỂM TRA, ĐÁNH GIÁ Để chọn tiêu chuẩn đánh giá chất lượng cho việc mô tả đặc điểm tuyến truyền dẫn quang, thể vấn đề then chốt cho hiệu thiết kế hệ thống tốc độ cao tương lai Tiêu chuẩn đánh giá cung cấp xác định xác phân chia giới hạn hệ thống chủ yếu, tạo vấn đề cốt yếu cho việc nén nhiễu truyền lan nâng cao hiệu xuất hoạt động Chúng cung cấp so sánh nghiên cứu thực nghiệm phương pháp số, sử dụng cho việc xác minh ứng dụng mô số Trong phần này, tiêu chuẩn đánh giá có từ cơng việc thực nghiệm phương pháp số gần giới thiệu diễn giải Tiêu chuẩn SVTH: Nguyễn Thế Anh Ngọc Trang 93 GVHD : Th.s Đặng Ngọc Khoa Kỹ Thuật WDM trình bày sử dụng cho nghiên cứu triển khai cải thiệt chất lượng hệ thống mục đích chương 4.8.1 Tỷ lệ lỗi bít-Ber Phương pháp Ber phương pháp trực tiếp đơn giản cho đánh giá hiệu xuất hoạt động sở đếm lỗi bít dịng bít thu Khi số lỗi biết, Ber xác định sau • Ber = Số bit lỗi/ Số bit truyền Hình 4.1: Tiêu chuẩn đánh giá Ber Đếm bit hệ thống thực tế trình dài, đặc biệt cho việc xác nhận giá trị Ber thấp (< 10 −12 ) Thực đánh gia Ber phức tạp tốn nhiều thời gian mô số giới hạn nguồn tính tốn Phương pháp cho tính tốn số giá trị thực BER biết phương pháp Monte Carlo, sử dụng lý thuyết thông tin cổ điển phương pháp mơ tả đặc tính xác suất kiện Trong khoảng mơ hình Monte Carlo xác định tính xác phương sai Ber tính Cho phương sai Ber 50% tại10 −9 xác suất lỗi 5% 23 10 bít mơ theo, chúng khơng thực tế với nguồn máy tính ngày Để khắc phục vấn đề tiêu tốn thời gian mô phỏng, vài giả thiết đặc biệt xem xét thống kê lỗi dấu khoảng cách phải đáp ứng để tính Ber với số bit giảm Vì Ber hiểu xác suất lỗi xảy ( PE ), chúng phụ thuộc vào xác suất lỗi dấu P(1) khoảng cách P(0) SVTH: Nguyễn Thế Anh Ngọc Trang 94 GVHD : Th.s Đặng Ngọc Khoa • Kỹ Thuật WDM Ber = PE = P (1) P (0 / 1) + P (0) P(1 / 0) Ở P(0 / 1) P(1 / 0) xác suất ước định cho phát bit truyền ngược lại, giả thiết xác suất xảy nhau, P(1) = P(0) = 0,5 • Ber = [ P(1) P(0 / 1) + P(0) P(1 / 0)] / Vì vậy, giá trị Ber toàn xác định xác suất ước định P(0 / 1) P(1 / 0) Xem xét đến ngưỡng định lý tưởng, định làm cách so sánh tín hiệu x vào mức ngưỡng ( I D ) Nếu x > I D phát trường hợp khác Xác suất ước định P(0 / 1) P(1 / 0) cho ID • P (0 / 1) = ∫ PDF1 ( x)dx • P(1 / 0) = ∫ PDF0 ( x)dx −∞ ∞ ID Ở đây: PDF1,0 hàm mật độ xác suất giá trị • Ber ≈ exp(−Q / 2) Q 2π 4.8.2 Tỷ lệ tín hiệu nhiễu-OSNR Tỷ lệ tín hiệu nhiễu quang thể tiêu chuẩn đánh giá sử dụng rộng rãi cho việc mô tả hiệu suất hoạt động hệ thống OSNR hiểu tỷ số cơng suất tín hiệu PS cơng suất nhiễu PN kênh quang • OSNR = PS PN Hình 4.2: Tỷ lệ tín hiệu nhiễu quang-OSNR SVTH: Nguyễn Thế Anh Ngọc Trang 95 GVHD : Th.s Đặng Ngọc Khoa Kỹ Thuật WDM Nhiễu quang xung quanh tín hiệu quang làm giảm khả thu để tách sóng trực tiếp tín hiệu giao thao nhiễu tín hiệu quang Hiệu ứng nén bổ xung lọc quang trước thu quang, băng tần quang lọc nhiễu ASE đủ lớn tín hiệu quang qua khơng bị nhiễu loạn, băng tần lọc quang nhỏ nhiều băng tần nhiễu ASE Phụ thuộc vào cấu trúc khuyếch đại sử dụng hệ truyền dẫn, giá trị OSNR tỷ lệ với số khuyếch đại quang phẳng độ lợi khuyếch đại tín hiệu Đặc biệt phẳng độ lợi vấn đề tới hạn hệ thống WDM, khơng đồng độ lợi hệ thống truyền dẫn nhiễu Span Nếu truyền lan vài kênh quang thông qua ghép nối tầng khuyếch đại quang, không đồng trong khuyếch đại đơn dẫn đến độ lợi khác bước sóng kênh khác Hình 4.2, dẫn đến OSNR thay đổi theo giới hạn giá trị OSNR kênh trường hợp xấu Hiệu ứng tránh cách sử dụng khuyếch đại cân độ lợi (Flat Gain) Nếu khuyếch đại cân độ lợi lý tưởng sử dụng giá trị OSNR tính sau • OSNR[dB] = Pin [dBm] − αL[dB] − F [dB] − 10 Log ( N )[dB] − 10 Log (hvBr )[dBm] Ở : Pin cơng suất tín hiệu phía thu, L chiều dài tuyến truyền dẫn, F cấu hình nhiễu EDFA, N số khuyếch đại Br băng tần phân dải sử dụng cho việc đo OSNR (điển hình 0,1 nm) Theo phương trình trên, thơng số giới hạn chủ yếu cho việc tính OSNR tổng chiều dài (số khuyếch đại) cấu hình nhiễu F, hai thơng số xác định nhiễu ASE tích luỹ khoảng cách Gía trị cấu hình nhiễu thấp khuyếch đại tín hiệu quang đưa đến giá trị OSNR hệ thống tốt Gỉa thiết khuyếch đại không cân độ lợi tuyến truyền dẫn, OSNR bị giới hạn thay đổi độ lợi bước sóng Nói chung, đo OSNR thực đo cơng suất tín hiệu khác tổng cơng suất đỉnh tín hiệu số lượng nhiễu Nhiễu đo xác định cấu hình nhiễu hai biên đỉnh tín hiệu Tuy nhiên, để SVTH: Nguyễn Thế Anh Ngọc Trang 96 GVHD : Th.s Đặng Ngọc Khoa Kỹ Thuật WDM phân tách đo cơng suất tín hiệu nhiễu khó thực thực tế, cơng suất nhiễu kênh quang bao hàm công suất tín hiệu Xác định cơng suất nhiễu hệ thống WDM làm phép nội suy công suất nhiễu kênh lân cận 4.8.3 Quan sát qua biểu đồ mắt Hình 4.3: Biến dạng xung tác động khác tuyến truyền dẫn quang Việc đánh giá số tiêu chuẩn chất lượng (BER, Q, OSNR) trình bày sử dụng công việc thực nghiệm thực tế Sử dụng tiêu chuẩn khó nhận dạng nguồn gốc khác làm suy yếu hệ thống đưa phương pháp thích hợp cải thiện hiệu suất hệ thống Phương pháp triển vọng cho việc phân tách hiệu ứng truyền dẫn khác công việc phương pháp số phân tích xác biểu đồ mắt tín hiệu tách sóng Biểu đồ mắt tạo nên đồng bit tách sóng/thu Hình 5.3 Nếu tín hiệu quang truyền lý tưởng qua tuyến truyền dẫn mà khơng có nhiễu loạn nào, biểu đồ mắt mở rộng quan sát phía thu Hình 4.3(a) Biểu đồ mắt cơng cụ hữu ích cho việc mơ tả giới hạn truyền dẫn, giới hạn khác gây méo đặc tính mẫu mắt Qua trình lọc băng SVTH: Nguyễn Thế Anh Ngọc Trang 97 GVHD : Th.s Đặng Ngọc Khoa Kỹ Thuật WDM hẹp tín hiệu quang gây ra, cho ví dụ : dãn rộng xung tín hiệu dẫn đến hiệu ứng ISI bit lân cận Hình 4.3(b) Nhiễu ASE gây ra, phụ thuộc vào tỷ lệ phân biệt (BER) tín hiệu, thăng giám mức tín hiệu mạnh Hình 4.3(c) Sự tích luỹ tán sắc truyền dẫn gây dãn rộng xung dẫn đến biến đổi mức tín hiệu hệ chồng chéo xảy bit liền kề Hình 4.3(d) Sự tương tác hiệu ứng tuyến tính (GVD) phi tuyến (SPM) phản ánh thăng giảm đối xứng cơng suất tín hiệu sườn lên sườn xuống (tại hai biên) xung tín hiệu Hình 4.3(e) Tương tác phi tuyến kênh liền kề (CPM) có mặt GVD, thăng giảm công suất không đối xứng xảy với không ổn định định thời biên độ biên xung Hình 4.3(f) Ở đây, giải thích biểu đồ mắt cho phép mô tả chọn lọc nén giới hạn truyền dẫn khác SVTH: Nguyễn Thế Anh Ngọc Trang 98 GVHD : Th.s Đặng Ngọc Khoa Kỹ Thuật WDM PHẦN : MÔ PHỎNG NGUYÊN LÝ GHÉP/TÁCH KÊNH QUANG CHƯƠNG :GiỚI THIỆU OPTIWAVE SOFTWARE Optiwave Softwave phần mềm hữu ích cho phép xây dựng thiết kế hệ thống thông tin quang đơn kênh hay nhiều kênh với tốc độ bít khác nhau, điển hệ thống thông tin quang WDM Địa tham khảo : www.optiwave.com Tham số kênh truyền Phổ kênh sau Demux Phổ tín hiệu sau EDFA Sợi quang Bộ EDFA Phổ tín hiệu sau Mux Open file Phổ tín hiệu trước Demux Run Các tham số điều khiển Hình 5.1 : Giao diện chương trình Optiwave Softwave SVTH: Nguyễn Thế Anh Ngọc Trang 99 GVHD : Th.s Đặng Ngọc Khoa Kỹ Thuật WDM Đầu tiên ta chọn nút Open file để mở file thiết kế, sau tùy chọn đặt cơng suất phát khoảng cách truyền ( mục tham số điều khiển ), tiếp chọn Run để chạy chương trình Sau chương trình chạy mơ hồn tất, ta kết mơ hệ thống ghép 8x10 Gbits Dựa vào đó, ta nhận xét hệ thống truyền tối ưu khơng tối ưu có điều chỉnh hợp lý để hoàn thiện hệ thống truyền dẫn Hình 5.2 : Phổ tín hiệu sau Mux Hình 5.3 : Phổ tín hiệu sau EDFA SVTH: Nguyễn Thế Anh Ngọc Trang 100 GVHD : Th.s Đặng Ngọc Khoa Kỹ Thuật WDM Hình 5.4 : Phổ tín hiệu sau sợi quang Bảng 5.5 : Tham số kênh SVTH: Nguyễn Thế Anh Ngọc Trang 101 GVHD : Th.s Đặng Ngọc Khoa Kỹ Thuật WDM Hình 5.6: Phổ tín hiệu kênh sau Demux Trong chương em trình bày nguyên lý ghép kênh tách kênh quang, điển hình hệ thống WDM kênh, qua ta hình dung ưu điểm hệ thống ghép kênh WDM SVTH: Nguyễn Thế Anh Ngọc Trang 102 GVHD : Th.s Đặng Ngọc Khoa Kỹ Thuật WDM KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Đề tài “Tìm hiểu hệ thống thơng tin quang WDM” thực đem lại cho em nhiều hiểu biết thơng tin sợi quang Khi tìm hiểu hệ thống thông tin sợi quang, chương trình bày cách khái quát hệ thống giúp cho em có tầm nhìn hệ thống thông tin sợi quang cách tổng quát Các chương tập trung vào trình bày cách then chốt vấn đề đặc điểm, cấu tạo chức năng, kỹ thuật cấu thành nên hệ thống Với ưu điểm kể việc sử dụng sợi quang làm phương tiện truyền dẫn cần thiết.Thế nhưng, sử dụng sợi quang thực tế điều đơn giản, chế ánh sáng lan truyền sợi quang độ tổn hao, tán sắc, phi tuyến yếu tố cần phải tính đến trước tiên chọn sợi quang làm phương tiện truyền dẫn tín hiệu Trong năm gần đây, nước phát triển giới Mỹ, Nhật Trung quốc, Đức…đang ngiên cứu để đưa công nghệ :WDM công nghệ truyền dẫn tốc độ cao vài trăm Gbits đến Tbits Dùng công nghệ WDM để mở rộng dung lượng công nghệ truyền dẫn siêu lớn Nó khơng mở rộng dung lượng, tiết kiệm số lượng lớn điểm lặp, tái sinh, giảm giá thành hệ thống Nó móng cho phát triển lâu dài tương lai, điển hình hệ thống FTTH phát triển SVTH: Nguyễn Thế Anh Ngọc Trang 103 ... λ2 - λ3 = 1550,92nm λ1 - λ2 + λ3 =155,52 nm λ2 + λ3 - λ1 = 1554,12 nm λ1 - λ2 + λ3 = 1552,52 nm 2λ1 - λ3 = 1550,12 nm 2λ2 - λ1 = 1553,32 nm λ2 + λ3λ1 = 1554,12 nm 2λ3 - λ1 = 1554,92 nm 2λ3 - λ2... Raman-SRS .15 1.2.5.3.3 Hiệu ứng trộn bốn bước sóng-FWM .16 1.2.5.3.4 Hiệu ứng tự điều pha-SPM .18 1.2.5.3.5 Điều chế xuyên pha-CPM 19 1.3 LỰA CHỌN KỸ THUẬT GHÉP KÊNH SDM,... lọc Fabry-Perot .44 3.3.1.2.1 Định nghĩa .44 3.3.1.2.2 Nguyên lí hoạt động 44 3.3.1.2.3 Bô lọc Fabry-perot điều chỉnh 45 3.3.1.2.4 Ứng dụng lọc Fabry-Perot