(TIỂU LUẬN) báo cáo THỰC HÀNH CHUYÊN sâu khảo sát đặc tính bộ phát quang LD sử dụng điều chế trực tiếp

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA VIỄN THÔNG I BÁO CÁO THỰC HÀNH CHUYÊN SÂU Sinh viên thực hiện: Đặng Đức Nhật Lớp: D14VT2 Mã Sinh Viên B12DCVT261 Hà Nội, tháng năm 2018 THỰC HÀNH CHUYÊN SÂU MỤC LỤC MỤC LỤC BÀI THỰC TẬP CHUYÊN SÂU OPTISYSTEM .3 Bài 1: a Khảo sát đặc tính phát quang LD sử dụng điều chế trực tiếp b Khảo sát đặc tính phát quang LD sử dụng điều chế Nhận xét Bài 2: a Khảo sát độ nhạy thu quang sử dụng PIN b Khảo sát độ nhạy thu quang sử dụng APD 13 Bài 3: 17 a Khảo sát tuyến truyền dẫn sợi quang sử dụng sợi đơn mode chuẩn (SSMF) .18 b Khảo sát tuyến truyền dẫn sợi quang có sử dụng sợi bù tán sắc (DCF) 21 Bài 4: 24 Khảo sát hiệu hệ thống truyền dẫn quang WDM, xác định công suất phát tối ưu 24 a Khảo sát hiệu hệ thống truyền dẫn quang WDM xác định giới hạn khoảng cách truyền dẫn .27 b THỰC HÀNH CHUYÊN SÂU BÀI THỰC HÀNH CHUYÊN SÂU OPTISYSTEM Bài 1: Mục đích: Khảo sát so sánh đặc tính điều biến kỹ thuật điều biến khác sử dụng phát quang Yêu cầu: Xây dựng phát quang Laser diode sử dụng kỹ thuật điều biến trực tiếp khảo sát đặc tính Xây dựng phát quang Laser diode sử dụng kỹ thuật điều biến dùng điều chế Mach-Zehnder khảo sát đặc tính Nội dung: a Khảo sát đặc tính phát quang LD sử dụng điều chế trực tiếp - Xây dựng phát theo sơ đồ khối đây: OSA Chuỗi Bộ thu quang Rx PRBS OTDV OSA: Máy phân tích phổ quang OTDV: Máy sóng tín hiệu quang Mơ hình mơ phần mềm Optisystem: - Thiết lập tham số cho khối hoạt động tốc độ 2,5 Gbps, độ dài chuỗi bit (Sequence length): 32 bit, số mẫu bit (Samples per bit): 512 mẫu/1 bit THỰC HÀNH CHUYÊN SÂU Kiểm tra hiệu chỉnh tham số dòng kích thích laser trước chạy mơ - Sử dụng khối phân tích phổ quang (Optical Spectrum Analyzer), máy sóng tín hiệu quang (Optical Time Domain Visualizer) tín hiệu điện (Oscilloscope Visualizer) để quan sát phân tích tín hiệu - Chạy mơ thu thập kết cho phân tích đặc tính điều chế phát quang trường hợp dòng định thiên (bias) nhỏ lớn dòng ngưỡng laser + Trường hợp dòng Bias nhỏ dòng ngưỡng (18 mA 33.457 mA) Min BER = 10 + -6 Trường hợp dòng Bias lớn dòng ngưỡng (36 mA 33.457 mA) Min BER = 10 -44 THỰC HÀNH CHUYÊN SÂU - Có thể sử dụng thêm thu quang (Rx) khối phân tích mẫu mắt để quan sát biểu đồ mắt tín hiệu thu - Quan sát kết để phân tích nhận xét: phổ quang, dạng sóng chirp tần tín hiệu quang điều biến miền thời gian, so sánh với dạng sóng tín hiệu điện kích thích b Khảo sát đặc tính phát quang LD sử dụng điều chế Xây dựng phát sử dụng điều chế Mach-Zehnder theo sơ đồ khối đây: OSA Chuỗi PRBS Laser CW OSA: Máy phân tích phổ quang OTDV: Máy sóng tín hiệu quang MZM: Bộ điều chế Mach-Zehnder Bộ thu quang Rx MZM Máy sóng OTDV Mơ hình mơ phần mềm Optisystem: - Thiết lập tham số cho khối hoạt động tốc độ 2,5 Gbit/s, độ dài chuỗi bit 32 bit, số mẫu 32 mẫu/mỗi bít Kiểm tra hiệu chỉnh tham số điều chế MZM trước chạy mô - Sử dụng khối phân tích phổ quang máy sóng tín hiệu quang tín hiệu điện để quan sát phân tích tín hiệu THỰC HÀNH CHUYÊN SÂU - Chạy mô thu thập kết cho phân tích đặc tính điều chế phát quang trường hợp hệ số đối xứng (symmetry factor) -1 * Trường hợp Symmetry factor = - Dạng sóng - Phổ quang chirp THỰC HÀNH CHUYÊN SÂU * Trường hợp Symmetry factor = -1 - Dạng sóng: - Phổ quang chirp: THỰC HÀNH CHUYÊN SÂU Quan sát kết để phân tích nhận xét: phổ quang, dạng sóng chirp tần tín hiệu quang điều biến miền thời gian, so sánh với dạng sóng tín hiệu điện kích thích c Thu thập kết viết báo cáo Nhận xét  Dòng định thiên (Bias) ảnh hưởng tới BER tín hiệu thu được, hình ảnh mơ phía ta thấy dịng Bias > dòng ngưỡng lazer thu -44 -6 đc BER = 10 , dòng Bias < dòng ngưỡng thu BER ≈ 10 Như vậy, dịng Bias lớn BER giảm => Hệ thống tốt lên  Hệ số đối xứng MZD thay đổi ảnh hưởng tới chirp tần tín hiệu sau điều chế Bài 2: Mục đích: Khảo sát độ nhạy thu quang sử dụng thành phần diode thu quang khác Yêu cầu: Xây dựng thu quang sử dụng PIN khảo sát độ nhạy thu Xây dựng thu quang sử dụng APD khảo sát độ nhạy thu Nội dung: a Khảo sát độ nhạy thu quang sử dụng PIN - Xây dựng thu quang sử dụng diode thu quang PIN theo sơ đồ khối đây: Chuỗi PRBS Bộ lọc Bessel thông thấp Bộ phân tích BER Máy đo cơng suất quang Mơ hình mơ phần mềm Optisystem THỰC HÀNH CHUYÊN SÂU - Thiết lập tham số cho khối sơ đồ hoạt động tốc độ 2,5 Gbit/s 10 Gbit/s, độ dài chuỗi bit 128 bit, số mẫu 64 mẫu/mỗi bít - Kiểm tra hiệu chỉnh tham số suy hao suy hao trước chạy mô - Sử dụng máy đo công suất quang để đo công suất quang vào thu khối phân tích BER để quan sát biểu đồ mắt ước tính BER tín hiệu thu - Chạy mơ thu thập kết giá trị suy hao quang khác (Có thể sử dụng chế độ quét để quét giá trị suy hao) - Các tham số suy hao tham số hệ thống - Thực quét giá trị suy hao khác THỰC HÀNH CHUYÊN SÂU - Độ nhạy thu BER = 10 -10 tốc độ 10 Gbit/s Bài 3: Mục đích: Khảo sát tuyến truyền dẫn sợi quang đặc Yêu cầu: Xây dựng tuyến truyền dẫn sợi quang sử dụng sợi đơn mode chuẩn khảo sát tính Xây dựng tuyến truyền dẫn sợi quang có sử dụng sợi bù tán sắc khảo sát đặc tính 17 THỰC HÀNH CHUYÊN SÂU Nội dung: a Khảo sát tuyến truyền dẫn sợi quang sử dụng sợi đơn mode chuẩn (SSMF) - Xây dựng tuyến truyền dẫn sợi quang theo sơ đồ đây: chặng (span) OSA: Máy phân tích phổ quang Bộ thu quang Bộ phát quang SSMF EDFA x N lần Máy đo công suất quang Mơ hình mơ Optisystem Trong tuyến truyền dẫn quang bao gồm N chặng (span) có cấu hình giống Mỗi span gồm đoạn sợi quang đơn mode chuẩn cho truyền dẫn EDFA sử dụng để bù suy hao truyền dẫn sợi chặng Do cấu hình chặng giống nên sử dụng khối điều khiển vịng lặp (Loop Control) để thay đổi số chặng tuyến Các phát quang thu quang sử dụng cấu trúc xây dựng trước - Thiết lập tham số phù hợp cho khối sơ đồ, hệ thống hoạt động tốc độ 2,5 Gbit/s, độ dài chuỗi bit 128 bit, số mẫu 64 mẫu/mỗi bít Chiều dài sợi quang chặng 80 km Bộ khuyếch đại EDFA có hệ số nhiễu NF = dB - Kiểm tra hiệu chỉnh tham số vịng lặp trước chạy mơ 18 THỰC HÀNH CHUYÊN SÂU - Sử dụng máy đo cơng suất quang, máy sóng tín hiệu quang tín hiệu điện để giám sát tín hiệu điểm cần thiết hệ thống, khối phân tích BER để quan sát biểu đồ mắt ước tính BER tín hiệu thu được, máy phân tích phổ quang để đo phổ ước tính tham số OSNR điểm cuối tuyến truyền dẫn Tham số OSNR xác định qua phổ quang đo cho thấy hình độ rộng băng tần quang tham chiếu (độ phân giải phổ) 0,1 nm - Chạy mô thu thập kết khoảng cách tuyến truyền dẫn khác (bằng cách thay đổi số chặng hay số vòng lặp tuyến) - Tham số hệ thống vịng lặp Kết mơ khoảng cách truyền dẫn khác (thay đổi số vòng lặp) 19 THỰC HÀNH CHUYÊN SÂU - Vẽ đường cong BER tham số OSNR hàm khoảng cách truyền dẫn xác định giới hạn khoảng cách hệ thống mức BER = 10 Giới hạn khoảng cách hệ thống mức BER = 10 -10 -10 20 THỰC HÀNH CHUYÊN SÂU b Khảo sát tuyến truyền dẫn sợi quang có sử dụng sợi bù tán sắc (DCF) - Xây dựng tuyến truyền dẫn sợi quang theo sơ đồ đây: chặng (span) OSA: Máy phân tích phổ quang Bộ phát Bộ phân tích BER quang OSA Mơ hình mơ Optisystem Trong tuyến truyền dẫn quang bao gồm N chặng (span) có cấu hình giống Mỗi span gồm đoạn sợi quang đơn mode chuẩn cho truyền dẫn, đoạn sợi bù tán sắc hai EDFA sử dụng để bù suy hao truyền dẫn sợi chặng Do cấu hình chặng giống nên sử dụng khối điều khiển vịng lặp (Loop Control) để thay đổi số chặng tuyến Các phát quang thu quang sử dụng cấu trúc xây dựng trước - Thiết lập tham số phù hợp cho khối sơ đồ, hệ thống hoạt động tốc độ 2,5 Gbit/s 10 Gbit/s, độ dài chuỗi bit 128 bit, số mẫu 64 mẫu/mỗi bít Chiều dài sợi SSMF chặng 80 km, chiều dài sợi DCF 20 km cho phép bù 21 THỰC HÀNH CHUYÊN SÂU hoàn toàn tán sắc chặng Sợi DCF có hệ số suy hao cỡ 0,5 dB/km diện tích hiệu dụng 20m Bộ khuyếch đại EDFA có hệ số nhiễu NF = dB - Kiểm tra hiệu chỉnh tham số vòng lặp trước chạy mô - Sử dụng máy đo cơng suất quang, máy sóng tín hiệu quang tín hiệu điện để giám sát tín hiệu điểm cần thiết hệ thống, khối phân tích BER để quan sát biểu đồ mắt ước tính BER tín hiệu thu được, máy phân tích phổ quang để đo phổ ước tính tham số OSNR điểm cuối tuyến truyền dẫn - Chạy mô thu thập kết khoảng cách tuyến truyền dẫn khác (bằng cách thay đổi số chặng hay số vòng lặp tuyến) - Tham số hệ thống vịng lặp Kết mơ khoảng cách truyền dẫn khác (thay đổi số vòng lặp) 22 THỰC HÀNH CHUYÊN SÂU - Đồ thị đường cong BER tham số OSNR hàm khoảng cách truyền dẫn - Giới hạn khoảng cách truyền dẫn để đạt BER = 10 -10 23 THỰC HÀNH CHUYÊN SÂU - Vẽ đường cong BER tham số OSNR hàm khoảng cách truyền dẫn xác định giới hạn khoảng cách OSNR hệ thống mức BER = 10 -10 hai tốc độ khác - Đồ thị đường cong BER tham số OSNR hàm khoảng cách truyền dẫn - Giới hạn khoảng cách truyền dẫn để đạt BER = 10 -10 Nhận xét: Bài 4: Mục đích: Khảo sát hệ thống truyền dẫn quang ghép kênh theo bước sóng WDM Yêu cầu: Xây dựng hệ thống truyền dẫn quang WDM khảo sát hiệu hệ thống Nội dung: a Khảo sát hiệu hệ thống truyền dẫn quang WDM, xác định công suất phát tối ưu - Xây dựng hệ thống truyền dẫn WDM theo sơ đồ đây: 24 THỰC HÀNH CHUYÊN SÂU quang Bộ phát 4 x N lần SSMF EDFA DCF EDFA Bộ thu quang Bộ phân tích BER Bộ thu quang Bộ phân tích BER Bộtách bước sóng quang chặng (span) 1 Bộ ghép bước sóng 4x1 Bộ phát Mơ hình mơ Optisystem Trong tuyến truyền dẫn sợi quang có cấu hình xây dựng có sử dụng sợi DCF - Thiết lập tham số phù hợp cho khối sơ đồ, lựa chọn kiểu hệ thống WDM sau: + kênh bước sóng khoảng cách 50 GHz, kênh có tốc độ 10 Gbits/s + kênh bước sóng khoảng cách 100 GHz, kênh có tốc độ 20 Gbits/s + kênh bước sóng khoảng cách 200 GHz, kênh có tốc độ 40 Gbits/s Độ dài chuỗi bit 128 bit, số mẫu 64 mẫu/mỗi bít Sử dụng ghép bước sóng 4x1 tách bước sóng 1x4 (WDM Mux 4x1/Demux 1x4), ý thiết 25 THỰC HÀNH CHUYÊN SÂU lập tham số độ rộng băng tần quang ghép/tách cho phù hợp đảm bảo hiệu tốt cho hệ thống Các kênh bước sóng hoạt động băng tần C - Thiết lập số vòng lặp N = 10 hiệu chỉnh tham số công suất phát kênh trước chạy mô - Sử dụng máy đo công suất quang, máy sóng tín hiệu quang tín hiệu điện để giám sát tín hiệu điểm cần thiết hệ thống, khối phân tích BER để quan sát biểu đồ mắt ước tính BER tín hiệu thu được, máy phân tích phổ quang để đo phổ ước tính tham số OSNR điểm cuối tuyến truyền dẫn - Chạy mô thu thập kết mức công suất phát khác Min BER theo mức công suất: - Vẽ đường cong BER kênh tồi hàm công suất phát xác định mức công suất phát tối ưu cho hệ thống Đường cong BER kênh tồi nhất: 26 THỰC HÀNH CHUYÊN SÂU Mức công suất phát tối ưu hệ thống: -11.2 dBm b Khảo sát hiệu hệ thống truyền dẫn quang WDM xác định giới hạn khoảng cách truyền dẫn - Sử dụng cấu hình hệ thống tương tự phần trên, thiết lập công suất mức tối ưu hiệu chỉnh tham số vịng lặp trước chạy mơ - Chạy mô thu thập kết khoảng cách tuyến truyền dẫn khác (bằng cách thay đổi số chặng hay số vòng lặp tuyến) - Vẽ đường cong BER tham số OSNR hai kênh tốt tồi hàm khoảng cách truyền dẫn xác định giới hạn khoảng cách OSNR hệ thống mức BER = 10 -10 hai tốc độ khác Vẽ đường cong BER tham số OSNR hai kênh tốt tồi nhất: 27 THỰC HÀNH CHUYÊN SÂU ( Màu nâu Kênh tốt nhất, màu đỏ kênh tồi ) - Giải thích nhận xét kết thu hai trường hợp khảo sát 28 ... trực tiếp khảo sát đặc tính Xây dựng phát quang Laser diode sử dụng kỹ thuật điều biến dùng điều chế Mach-Zehnder khảo sát đặc tính Nội dung: a Khảo sát đặc tính phát quang LD sử dụng điều chế trực. ..THỰC HÀNH CHUYÊN SÂU MỤC LỤC MỤC LỤC BÀI THỰC TẬP CHUYÊN SÂU OPTISYSTEM .3 Bài 1: a Khảo sát đặc tính phát quang LD sử dụng điều chế trực tiếp b Khảo sát đặc. .. điều chế Bài 2: Mục đích: Khảo sát độ nhạy thu quang sử dụng thành phần diode thu quang khác Yêu cầu: Xây dựng thu quang sử dụng PIN khảo sát độ nhạy thu Xây dựng thu quang sử dụng APD khảo sát