HomeWork 1 các thành phần cơ bản của hệ thống thông tin sợi quang

Báo Cáo Giữa Kì Môn Thông Tin Sợi Quang GVHD Nguyễn Tấn Hưng Sinh Viên Tôn Thất Thắng MSSV 106180049 Lớp 18DT1 HomeWork 1 Các Thành Phần Cơ Bản Của Hệ Thống Thông Tin Sợi Quang I Sơ đồ tổng quát của h[.]

Báo Cáo Giữa Kì Mơn: Thơng Tin Sợi Quang GVHD: Nguyễn Tấn Hưng Sinh Viên: Tôn Thất Thắng MSSV: 106180049 Lớp: 18DT1 HomeWork Các Thành Phần Cơ Bản Của Hệ Thống Thông Tin Sợi Quang I Sơ đồ tổng quát hệ thống thông tin quang:  Gồm phần chính: - Optical Transmitter: Chuyển đổi liệu điện thành dòng bit quang để truyền liệu thông qua máy phát quang - Communication Channel: Các sợi quang sử dụng để truyền dòng bit quang liệu tới máy thu quang để thu tín hiệu liệu - Optical Receiver: Chuyển đổi dịng bit quang lại tín hiệu điện ban đầu 1 Optical Transmitter: - Nguồn phát quang thường dùng để cung cấp sóng mang quang Led Lazer - Có số nguồn phát quang Lazer thường dùng: Lazer điều chỉnh bước sóng (Tunable Laser), Laser đa bước sóng (Multiwavelength Laser) - Yêu cầu nguồn phát lazer phải có độ rộng phổ hẹp, bước sóng phát ổn định, mức cơng suất phát đỉnh, bước sóng trung tâm, độ rộng phổ, độ rộng chip phải nằm giới hạn cho phép - Tần số sóng mang quang thay đổi từ 185 - 200 (THZ) (1520 -`1620 nm) Băng tần C: 1530 – 1570 (nm), Băng tần L: 1570 – 1610 (nm) Modulator Optical: Bộ điều chế quang tạo dòng bit quang cách điều chế tín hiệu liệu điện sóng mang quang để truyền Optical Receiver: - - Trong máy thu quang có tách sóng quang ( Photodetector ) giống máy thu thông thường, tách sóng quang sử dụng để chuyển đổi tín hiệu quang thành liệu tín hiệu điện Electrical Demodulator: Bộ giải điều chế máy thu quang chế tạo lại dịng bit liệu điện Thơng tin quang có nhiễu q trình truyền máy thu nên dẫn đến lỗi bit Tỷ lệ lỗi bit BER yêu cầu phải bé Communication Channal  Trong q trình truyền dẫn tín hiệu quang bị ảnh hưởng nhiều yếu tố: - Suy hao sợi quang - Tán sắc - Các hiệu ứng phi tuyến - Các vấn đề liên quan đến khuếch đại - Vấn đề sợi quang như: vật liệu, chất lượng, … II Nguyên lí hoạt động hệ thống thơng tin sợi quang: - Tại phía phát tín hiệu thơng tin cần truyền qua biến đổi thành tín hiệu điện, sau vào phát quang Sau điệu chế với tín hiệu sóng mang quang với tín hiệu liệu điện tạo thành dịng bit quang điều chế sóng mang quang để truyền tín hiệu quang đến máy thu quang - Có nhiều phương pháp điều chế: Điều chế trực tiếp cường độ ánh sáng, Điều chế gián tiếp, … - Sau điều chế tín hiệu quang từ máy phát quang đưa vào sợi quang để truyền xa Khi truyền tín hiệu xa tín hiệu quang bị suy hao tín hiệu, tán sắc,… Ta dùng khuếch đại trạm lặp để khơi phục lại tín hiệu bị suy hao, mát - Tín hiệu thu từ máy thu quang đưa vào thu quang tiếp nhận biến đổi tín hiệu quang tín hiệu liệu điện ban đầu, sau xử líthành tín hiệu lan truyền  Nguyên lí hoạt động cáp quang: - Sợi quang học sợi thủy tinh tinh khiết mỏng, hoạt động ống dẫn sóng hình trụ tròn cho phép ánh sáng truyền với khoảng cách xa - Sợi quang dùng phương pháp phản xạ toàn phần hai mơi trường có chiết xuất n1 n2 - n1; n2: Chiết xuất môi trường nước khơng khí HomeWork Transmitter: Thiết Lập Máy Phát 10Gb/s, NRZ I Sơ đồ mạch ngun lí mơ Optisystem: - Chọn  f = 180.3 (THz) - II Chọn Power = 15(dBm) Kết mô máy phát 10Gb/s: Dạng phổ tín hiệu điện:  Nhận xét: o Khi tần số tăng đồ thị phổ có cơng suất giảm dần âm o Phổ tín hiệu hiển thị theo búp lượng, tần số cao búp lượng có cơng suất giảm âm Dạng phổ búp lượng 10G:  Nhận xét: o Búp lượng 10G búp lượng nhỏ dần có hình dạng phổ giống nhau, búp lương 10G tần số cao cơng suất giảm o Các búp lượng 10G khơng có tính đối xứng, búp lượng giảm dần tần số tăng dần o Tần số cao búp lượng 10G có công suất thấp 3 Dạng phổ búp lượng tín hiệu quang:  Nhận xét: o Dạng phổ có tính dối xứng bước sóng: => f = 180.3 (THz) o Càng xa tần số trung tâm, mức lượng búp giảm dần o Các búp lượng đối xứng xung quanh tần số f = 180.3 (THz) o Mức lượng tần số trung tâm f = 180.3 (THz) cao HomeWork Group Velocity  Tìm cơng thức vận tốc nhóm Vg:  Xét sóng phát có tần số góc số truyền số bước sóng  Ta có:  Mà:    , ; tần số , , ;  ; ,  Như hình ta thấy sóng chồng chập hai sóng ban đầu điều chế biên độ hình sin biến đổi chậm tần số  Chọn điểm biên điều chế nơi có pha khơng thay đổi  Ta có: Với m =     Vậy vận tốc nhóm là:  Có: Là sóng mang tần số cao di chuyển với vận tốc pha  Có: Là sóng điều chế di chuyển với vận tốc nhóm HomeWork Dispersion I Mối liên hệ vận tốc nhóm chiết xuất nhóm:  Cơng thức liên hệ:   Với: Là chiết suất nhóm   Giải thích mối liên hệ vận tốc nhóm chiết suất nhóm: - Vận tốc nhóm vận tốc ánh sáng c chia cho chiết suất nhóm Ng - Chiết suất nhóm Ng hàm phụ thuộc vào chiết xuất n bước sóng lamda - Vậy chiết suất nhóm Ng phụ thuộc vào bước sóng lamda II Mối liên hệ chiết suất nhóm tán sắc:  Chiết suất nhóm Ng hàm phụ thuộc vào bước sóng lamda chiết xuất n, mà bước sóng lamda phụ thuộc vào tần số f chiết suất nhóm Ng phụ thuộc vào tần số f  VD: Xét thay đổi chiết suất nhóm Ng theo bước sóng silica nóng chảy  Nhận xét: - Chiết suất nhóm Ng thay đổi theo hai hướng âm dương - Với chiết suất nhóm dương, ta xét nhóm xung ánh sáng có bước sóng - - III bé vận tốc nhóm lớn Với chiết suất nhóm dương bước sóng tăng vận tốc nhóm giảm Với chiết suất nhóm âm, ta xét nhóm xung ánh sáng có bước sóng - , chiết xuất nhóm bước sóng , chiết xuất nhóm bước sóng lớn vận tốc nhóm bé Với chiết suất nhóm âm bước sóng tăng vận tốc nhóm tăng Chính thay đổi chiết xuất nhóm làm thay đổi vận tốc nhóm nên tạo tượng không mong muốn tán sắc làm cho tín hiệu dễ bị nhiễu xuyên âm, nhiễu liên kí tự Vậy chiết suất nhóm có mối liên hệ mật thiết với tán sắc Định nghĩa tán sắc:  Đây tượng xung ánh sáng bị dãn rộng mặt thời gian sau truyền với khống cách sợ cáp quang gọi tượng tán sắc  Ở sợi quang, tần số ánh sáng khác mode khác có vận tốc nhóm truyền khác nên cần khoảng thời gian khác để truyền khoảng cách tạo dãn xung ánh sáng theo thời gian truyền tín hiệu  Hiện tượng tán sắc làm cho tín hiệu truyền khoảng cách với khoảng thời gian khác gây chậm trễ tín hiệu truyền gây nên tượng méo tín hiệu, nhiễu xuyên âm,… IV Phương pháp bù tán sắc:  Ba phương pháp bù tán sắc:  Electronic Dispersion Compensation  Fiber Bragg Grating  Dispersion Compensation Fiber Electronic Dispersion Compensation: - Là phương pháp bù tán sắc điện tử sử dụng lọc điện tử để đạt bù tán sắc liên kết thông tin quang - Là thực mã hóa lọc từ kênh truyền thơng để bù cho suy giảm tín hiệu mơi trường truyền dẫn gây Fiber Bragg Grating: - Là thiết bị phản xạ bao gồm sợi quang điều chỉnh chiết suất lõi khoảng thời gian định - Khi xung ánh sáng truyền qua thiết bị này, xung ánh sáng có bước sóng thỏa mãn điều chế bị phản xạ xung lại qua cách tử tiếp tục truyền Dispersion Compensation Fiber: - Ta bù thêm sợi có độ tán sắc âm tán sắc dương vào sợi thông thường - Sợi quang thơng thường có giá trị tán sắc lớn, độ tán sắc D dương, cách thêm sợi bù tán sắc âm vào đảm bảo tổng độ phân tán tồn đường sợi quang xấp xỉ khơng - Đây phương pháp học chương trình thông tin quang - Tổng suy hao HomeWork Khảo sát Q Factor (dB) theo Residual Dispersion I Sơ đồ ngun lí mơ Optisystem: - Cơng suất phát: II Kết mơ Optisystem Tính tốn hệ số tán sắc: - Ta chọn:  Kết mô phỏng: - Ta quét Dispersion: Chạy từ -100 đến 100 (ps/nm/km) với 20 điểm quét  Nhận xét: - Khi ta thay đổi tán sắc bù từ -100(dB) đến 100(dB) với 20 điểm quét hệ số Q Factor(Trục Y) thay đổi theo thay đổi từ – 52 - Khi ta bù tán sắc âm quét từ -100 hệ số Q Factor đạt đỉnh Q xấp xỉ 43,6 sau giảm dần đến - Khi bù tán sắc dương quét từ đến 100 hệ số Q Factor giảm Q xấp xỉ 8.4 - Khi Dispersion = 36,8 (ps/nm/km) hệ số Q Factor Max lớn với Q gần 43,6 có giá trị Q = 8.4 Dispersion = 26.3 (ps/nm/km) - Vậy để hệ số Q Factor max ta nên bù tán sắc âm để với Dispersion = 36.8 (ps/nm/km)  ... thu quang đưa vào thu quang tiếp nhận biến đổi tín hiệu quang tín hiệu liệu điện ban đầu, sau xử l? ?thành tín hiệu lan truyền  Nguyên lí hoạt động cáp quang: - Sợi quang học sợi thủy tinh tinh... lí hoạt động hệ thống thơng tin sợi quang: - Tại phía phát tín hiệu thơng tin cần truyền qua biến đổi thành tín hiệu điện, sau vào phát quang Sau điệu chế với tín hiệu sóng mang quang với tín... L: 15 70 – 16 10 (nm) Modulator Optical: Bộ điều chế quang tạo dòng bit quang cách điều chế tín hiệu liệu điện sóng mang quang để truyền Optical Receiver: - - Trong máy thu quang có tách sóng quang