Đang tải... (xem toàn văn)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN BỘ MÔN THÔNG TIN QUANG ĐỀ TÀI 7 XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM CÓ SỬ DỤNG KHUẾCH ĐẠI QUANG EDFA Gi.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG ĐỀ TÀI XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM CĨ SỬ DỤNG KHUẾCH ĐẠI QUANG EDFA Giảng viên hướng dẫn: T.s Thầy Nguyễn Hồng Hải Mã lớp: 129295 Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 14 Tên MSSV Khóa Nguyễn Bá Huy 20182582 ĐTVT-K63 Đỗ Xuân Long 20182650 ĐTVT-K63 Nguyễn Thế Tuấn 20164388 ĐTVT-K61 Nguyễn Xuân Tùng 20172907 ĐTVT-K62 Trần Đình Khải 20172616 ĐTVT-K62 Hà Nội, 12-2021 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU PHÂN TÍCH NHÂN LỰC VÀ PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I: HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM I Giới thiệu chung II Sơ đồ khối tổng quát và chức khối Sơ đồ khối tổng quát Chức khối Các thành phần của hệ thống WDM 11 Đặc điểm của hệ thống WDM 12 CHƯƠNG II: BỘ KHUẾCH ĐẠI QUANG SỢI PHA TRỘN ERBIUM (EDFA) 14 I Cấu trúc EDFA 14 II Nguyên lý hoạt động 14 CHƯƠNG III: PHẦN MỀM OPTISYSTEM 17 I Giới thiệu chung 17 II Ứng dụng 17 III Đặc điểm 18 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG WDM BẰNG OPTISYSTEM 19 I ĐỀ TÀI : ĐỀ TÀI 19 Bài toán 19 Yêu cầu 19 Báo cáo kết thực hành 19 II THIẾT KẾ TUYẾN WDM 20 Thiết kế phát 20 Thiết kế thu 21 Thiết kế tuyến truyền dẫn 22 Mơ hình mơ tồn hệ thớng 25 III KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 27 Theo phương án thiết kế ban đầu 27 Theo phương án thay đổi 31 KẾT LUẬN 32 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO: 39 DANH MỤC HÌNH ẢNH Trang Hình 1: Sơ đờ chức hệ thớng WDM Hình 2: Cấu trúc tởng qt khuếch đại EDFA 10 Hình 3: Quá trình khuếch đại tín hiệu xảy EDFA với hai bước sóng bơm 980 nm 1480 nm 11 Hình 4: Khới điều chế ngồi 15 Hình 5: Các tham sớ của CW Laser 16 Hình 6: Bộ thu quang 17 Hình 7: Thơng sớ lặp 18 Hình 8: Khới truyền dẫn 19 Hình 9: Sơ đờ khới tồn hệ thớng 20 Hình 10: Tham sớ cục 21 Hình 11: Phở đầu MUX 22 Hình 12: Phân tích WDM tại đầu MUX 23 Hình 13: Kết máy phân tích phở quang tại đầu vào DEMUX 24 Hình 14: Kết tại máy phân tích WDM tại đầu vào DEMUX 25 Hình 15: Phở tại kênh thu 25 Hình 16: Cơng suất thu kênh 26 Hình 17: Tỷ lệ lỗi bit BER 26 Hình 18: Tỷ lệ lỗi bit BER sau thay đởi cơng suất phát 27 Hình 19: Cơng suất thu kênh sau thay đổi công suất phát 28 Hình 20: Tuyến truyền dẫn sử dụng sợi G655 32 Hình 21: Phân tích WDM tại đầu MUX 33 Hình 22: Phân tích WDM tại đầu vào DEMUX 34 Hình 23: Phân tích WDM tại đầu MUX sau tới ưu 35 Hình 24: Phân tích WDM tại đầu vào DEMUX sau tới ưu 35 Hình 25: Phở đầu MUX 36 Hình 26: Phở đầu vào DEMUX 36 DANH MỤC BẢNG BIỂU STT Bảng Trang Bảng 1: Công suất thu Tỷ số BER theo phương án thiết kế ban đầu 21 Bảng 2: Công suất thu tỷ số BER theo phương án 27 Bảng 3: Công suất thu hệ số BER sợi G655 32 Bảng 4: Công suất phát, công suất thu hệ số BER của sợi G655 33 PHÂN TÍCH NHÂN LỰC VÀ PHÂN CƠNG NHIỆM VỤ MSSV Họ tên Nhiệm vụ Đánh giá 20182582 Nguyễn Bá Huy Mơ phỏng, tìm hiểu Optisystem, phân cơng cơng việc Hoàn thành 20182650 Đỗ Xuân Long Làm báo cáo, deadline, theo dõi mơ Hồn thành 20164388 Nguyễn Thế Tuấn Làm báo cáo, mơ phần mềm Hồn thành 20172907 Nguyễn Xuân Tùng Làm slides, Tìm tài liệu, Làm mơ Hồn thành 20172616 Trần Đình Khải Làm slides, Tìm tài liệu, tìm hiểu Optisystem Hồn thành LỜI NĨI ĐẦU Cùng với bùng nở nhu cầu thông tin, hệ thống thông tin quang ngày trở nên phức tạp Nhu cầu trao đổi thông tin của người ngày lớn với chất lượng dịch vụ cao, đòi hỏi phải có cơng nghệ mạng viễn thông tiên tiến, tốc độ truyền dẫn lớn, băng thông rộng, độ tin cậy bảo mật cao, đáp ứng nhu cầu thực tiễn của người Sự phát triển của hệ thống WDM với cơng nghệ ghép kênh theo bước sóng DWDM giải pháp hồn hảo, tạo nên mạng thơng tin hệ mới- mạng thơng tin tồn quang Để phân tich, thiết kế hệ thống phải sử dụng công cụ mô ưu việt Trong nội dung môn học thông tin quang, chúng em phân cơng mơ tốn: “Xây dựng phương án thiết kế hệ thớng thơng tin quang WDM có sử dụng khuếch đại quang EDFA.” Nhóm em xin trình bày tởng quan hệ thớng thơng tin quang WDM có sử dụng khuếch đại EDFA xây dựng mơ hình mơ hệ thống thông tin quang WDM theo phương án thiết kế phần mềm Optisystem Cuối cùng, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo Nguyễn Hoàng Hải, hướng dẫn tận tình, giúp đỡ nhóm chúng em thời gian qua để chúng em có thể hồn thành đề tài Nhóm em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG I: HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM I Giới thiệu chung Ghép kênh theo bước sóng WDM (Wavelength Devision Multiplexing) công nghệ “trong sợi quang đồng thời truyền dẫn nhiều bước sóng tín hiệu quang” Ở đầu phát, nhiều tín hiệu quang có bước sóng khác tổ hợp lại (ghép kênh) để truyền sợi quang Ở đầu thu, tín hiệu tở hợp phân giải (tách kênh), khơi phục lại tín hiệu gốc rồi đưa vào đầu cuối khác Các dải băng tần hoạt động WDM: • • • • • • O-band (Original band): Dải băng tần từ 1260 nm 1360 nm E-band (Extended band): Dải băng tần từ 1360 nm 1460 nm S-band (Short wavelength band) Dải băng tần từ 1460 nm 1530 nm C-band (Conventional band): Dải băng tần từ 1530 nm 1565 nm L-band (Long wavelength band): Dải băng tần từ 1565 nm 1625 nm U-band (Ultra-long wavelength band): Dải băng tần từ 1625 nm 1675 nm II Sơ đồ khối tổng quát và chức khối Sơ đồ khối tổng quát Hình 1: Sơ đồ chức hệ thống WDM Chức khối ➢ Phát tín hiệu: Trong hệ thớng WDM, ng̀n phát quang dùng laser Hiện tại có số loại nguồn phát như: Laser điều chỉnh bước sóng (Tunable Laser), Laser đa bước sóng (Multiwavelength Laser) u cầu đới với ng̀n phát laser phải có độ rộng phở hẹp, bước sóng phát ởn định, mức cơng suất phát đỉnh, bước sóng trung tâm, độ rộng phổ, độ rộng chirp phải nằm giới hạn cho phép ➢ Ghép/tách tín hiệu: Ghép tín hiệu WDM kết hợp số nguồn sáng khác thành l̀ng tín hiệu ánh sáng tởng hợp để truyền dẫn qua sợi quang Tách tín hiệu WDM phân chia l̀ng ánh sáng tởng hợp thành tín hiệu ánh sáng riêng rẽ tại cởng đầu tách Hiện tại có tách/ghép tín hiệu WDM như: lọc màng mỏng điện môi, cách tử Bragg sợi, cách tử nhiễu xạ, linh kiện quang tổ hợp AWG, lọc Fabry-Perot Khi xét đến tách/ghép WDM, ta phải xét tham số như: khoảng cách kênh, độ rộng băng tần của kênh bước sóng, bước sóng trung tâm của kênh, mức xuyên âm kênh, tính đờng của kênh, suy hao xen, suy hao phản xạ Bragg, xuyên âm đầu gần đầu xa ➢ Truyền dẫn tín hiệu: Q trình truyền dẫn tín hiệu sợi quang chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố: suy hao sợi quang, tán sắc, hiệu ứng phi tuyến, vấn đề liên quan đến khuếch đại tín hiệu Mỗi vấn đề kể phụ thuộc nhiều vào yếu tố sợi quang (loại sợi quang, chất lượng sợi ) ➢ Khuếch đại tín hiệu: Hệ thống WDM tại chủ yếu sử dụng khuếch đại quang sợi EDFA (ErbiumDoped Fiber Amplifier) Tuy nhiên khuếch đại Raman sử dụng thực tế Có ba chế độ khuếch đại khuếch đại công suất, khuếch đại đường tiền khuếch đại Khi dùng khuếch đại EDFA cho hệ thống WDM phải đảm bảo yêu cầu sau: - Ðộ lợi khuếch đại đồng đối với tất kênh bước sóng (mức chênh lệch khơng q dB) - Sự thay đởi sớ lượng kênh bước sóng làm việc không gây ảnh hưởng đến mức công suất đầu của kênh - Có khả phát chênh lệch mức công suất đầu vào để điều chỉnh lại hệ số khuếch đại nhằm đảm bảo đặc tuyến khuếch đại phẳng đối với tất kênh ➢ Thu tín hiệu: Thu tín hiệu hệ thớng WDM sử dụng tách sóng quang hệ thớng thơng tin quang thơng thường: PIN, APD 10 Mơ hình mơ toàn hệ thống Hình 9: Sơ đồ khối toàn hệ thống * Thiết lập tham số toàn cục: Các tham sớ tồn cục bao gờm có: • Tốc đợ bít (bit rate) = 10 Gbit/s • Chiều dài chuỗi bít (Bít Sequence length) = 128 bit • Số lượng mẫu bít (Number of samples per bit) = 64 Các thơng sớ tồn cục ảnh hưởng tới tất thành phần thiết kế có sử dụng Các tham sớ sử dụng để tính tốn: • Cửa sở thời gian (Time Window) = chiều dài chuỗi bít × 1/ tốc đợ bít= -> cửa sở thời gian = 128×1/ 10000000000= 1.28× 10−8 (s) • Số lượng mẫu (Number of samples) = chiều dài chuỗi bít* số mẫu mợt bít Số lng mu = 128ì64=8192 ã Tc ụ lõy mu (sample rate) = số lượng mẫu / cửa sổ thời gian Tốc đợ lấy mẫu = 8192/ 1.28×10−8 =6.4×1011 (Hz) Để thay đởi tham sớ tồn cục, ta kích đúp vào hình Layout thiết lập thơng sớ hình 10 25 Hình 10: Tham số cục bợ 26 III KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Theo phương án thiết kế ban đầu Kênh Bảng 1: Công suất đầu thu và hệ số BER Tần số Công suất phát Công suất thu (THz) (dBm) (dBm) 193.1 - 9.225 193.2 - 9.108 193.3 - 9.164 193.4 - 9.136 193.5 - 9.201 193.6 - 9.387 sớ hình ảnh kết thiết bị đo: ❖ Kết tại máy phân tích quang phở tại đầu MUX Hình 11: Phổ đầu bộ MUX 27 BER 2,57.10−19 9,67.10−19 1,14.10−17 6,42.10−20 1,84.10−19 1,01.10−16 ❖ Kết tại máy phân tích WDM tại đầu MUX Hình 12: Phân tích WDM đầu bợ MUX ❖ Kết máy phân tích phở quang tại đầu vào DEMUX: Hình 13: Kết máy phân tích phở quang đầu vào bộ DEMUX 28 ❖ Kết tại máy phân tích WDM tại đầu vào DEMUX: Hình 14: Kết máy phân tích WDM đầu vào bợ DEMUX ❖ Kết tại máy phân tích phở tại kênh thu: Hình 15: Phở kênh bộ thu 29 ❖ Công suất thu kênh 1: Hình 16: Cơng śt thu kênh ❖ Tỉ lệ lỗi bit BER kênh 1: Hình 17: Tỷ lệ lỗi bit BER Các kết kênh còn lại bảng 30 Theo phương án thay đổi Để đạt BER = 10−12 Ta thực tăng công suất phát của nguồn kênh lên Sau kết sau tăng công suất phát lên: Bảng 2: Công suất phát, công suất thu và hệ số BER Kênh Tần số (THz) 193.1 193.2 193.3 193.4 193.5 193.6 Công suất phát (dBm) - 7.667 - 6.541 - 5.974 - 7.679 - 6.626 - 5.776 Công suất thu (dBm) - 16.851 - 15.615 - 15.130 - 16.800 - 15.834 - 15.109 ❖ Tỉ lệ lỗi bit BER kênh 1: Hình 18: Tỷ lệ lỗi bit BER sau thay đổi công suất phát 31 BER 3,27.10−12 1,30.10−12 3,34.10−12 1,17.10−12 1,33.10−12 1,29.10−12 ❖ Cơng suất thu kênh 1: Hình 19: Cơng śt thu kênh sau thay đổi công suất phát Tương tự cho kênh còn lại ta kết bảng Nhận xét: • Hồn thành mục tiêu tốn đề • Kết tương đới tớt với tỉ lệ lỗi bit nhỏ • Đạt tỉ lệ BER = 10−12 tối ưu cách tăng công suất tốt Ⅳ ĐỀ XUẤT Sử dụng sợi G655 thay cho sợi G652 - Nhóm sử dụng sợi G655 để thay cho sợi G652 sử dụng tuyến truyền dẫn - Thông số của tuyến truyền dẫn sử dụng sợi G655 sau: Hình 20: Tuyến truyền dẫn sử dụng sợi G655 32 Ta có bảng kết cơng suất đầu vào dBm: Bảng 3: Công suất thu và hệ số BER sợi G655 Kênh Tần số (THz) 193.1 193.2 193.3 193.4 193.5 193.6 Công suất phát (dBm) 0 0 0 Công suất thu (dBm) -9.235 -9.083 -9.182 -9.170 -9.237 -9.371 ❖ Kết tại máy phân tích WDM tại đầu MUX: Hình 21: Phân tích WDM đầu bộ MUX 33 BER 8,23.10−19 9,08.10−19 3,13.10−19 1,27.10−19 4,17.10−16 2,53.10−18 ❖ Kết tại máy phân tích WDM tại đầu vào DEMUX: Hình 22: Phân tích WDM đầu vào bộ DEMUX Sau tối ưu Bảng 4: Công suất phát, công suất thu và hệ số BER của sợi G655 Kênh Tần số (THz) 193.1 193.2 193.3 193.4 193.5 193.6 Công suất phát (dBm) -6.956 -7.600 -7.024 -7.823 -4.676 -7.031 34 Công suất thu (dBm) -16.164 -16.666 -16.178 -16.948 -13.898 -16.359 BER 2,50.10−12 1,15.10−12 1,74.10−12 1,33.10−12 1,83.10−12 1,34.10−12 ❖ Kết tại máy phân tích WDM tại đầu MUX sau tới ưu: Hình 23: Phân tích WDM đầu bộ MUX sau tối ưu ❖ Kết tại máy phân tích WDM tại đầu vào DEMUX sau tới ưu: Hình 24: Phân tích WDM đầu vào bộ DEMUX sau tối ưu 35 ❖ Kết tại máy phân tích quang phở tại đầu MUX: Hình 25: Phở đầu bợ MUX ❖ Kết máy phân tích phở quang tại đầu vào DEMUX: Hình 26: Phở đầu vào bợ DEMUX 36 Nhận xét • Dựa vào kết mơ sau tới ưu ta có thể thấy để thu tỉ lệ BER = 10−12 theo yêu cầu đề sợi G655 cần cơng suất phát sợi G652 • Với việc truyền cơng suất thấp giúp tăng tuổi thọ sử dụng của nguồn phát Laser • Đới với khoảng cách xa sợi G655 thể ưu của khả phân tán thấp khắc phục hiệu ứng phi tuyến 37 KẾT LUẬN Tóm lại, với việc làm tập lớn giúp chúng em có thêm nhiều kiến thức bở ích, phục vụ tớt cho việc học lớp Một lần chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Hồng Hải hướng dẫn tận tình để chúng em có thể hồn thành đề tài Mặc dù cớ gắng nhiều trình độ còn hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót Nhóm em mong nhận ý kiến đóng góp quý báu của thầy, bạn để chúng em có thể hồn thiện Bài báo cáo nhóm em đến kết thúc Nhóm em xin chân thành cảm ơn! -Hết - 38 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1] [2] [3] Giáo trình thơng tin quang: T.s Nguyễn Hồng Hải – Trường ĐHBK Hà Nội [4] https://www.youtube.com/watch?v=rwFehc-MAGA Báo cáo thiết kế hệ thống thông tin quang – k54 Trường đại học Bách Khoa HN Getting started with OptiSystem for beginners || tutorial series from basic to advanced 39 ... án thiết kế hệ thống thông tin quang WDM có sử dụng khuếch đại quang EDFA. ” Nhóm em xin trình bày tởng quan hệ thớng thơng tin quang WDM có sử dụng khuếch đại EDFA xây dựng mơ hình mơ hệ. .. viện thiết bị đo quang, đo điện 18 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG WDM BẰNG OPTISYSTEM I ĐỀ TÀI: ĐỀ TÀI Bài toán Xây dựng phương án thiết kế hệ thống thông tin quang WDM có sử dụng khuếch đại quang. .. thông tin hệ mới- mạng thơng tin tồn quang Để phân tich, thiết kế hệ thống phải sử dụng công cụ mô ưu việt Trong nội dung môn học thông tin quang, chúng em phân cơng mơ tốn: ? ?Xây dựng phương án
