Đề tài xây dựng phương án thiết kế hệ thống thông tin quang wdm có sử dụng khuếch đại quang edfa

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN -ĐIỆN TỬ BÁO CÁO 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: PGS TS Nguyễn Hồng Hải Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm Họ tên MSSV Nguyễn Đức Anh 20182346 Phạm Đức Thắng 20182782 Nguyễn Văn Hiệp 20192838 Nguyễn Thành Đạt 20192749 Hoàng Thị Thu Hiền 20182495 Hà Nội, 1-2023 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU i DANH MỤC HÌNH VẼ ii DANH MỤC BẢNG iii CHƯƠNG MÔ PHỎNG DWDM BẰNG PHẦN MỀM OPTISYSTEM .1 1.1 Yêu cầu thiết kế .1 1.2 Cấu tạo hệ thống Thiết bị phát 1.2.1 EDFA sợi quang 1.2.2 Bộ thu .5 1.2.3 Một số máy đo sử dụng: 1.3 Điều chỉnh tham số toàn cục: 1.4 Kết mô tạm thời: 1.5 Thiết kế hệ thống để đạt BER = 10-12 KẾT LUẬN 11 TÀI LIỆU THAM KHẢO 12 LỜI NĨI ĐẦU Với phát triển vơ mạnh mẽ cơng nghệ thơng tin nói chung kỹ thuật viễn thơng nói riêng Nhu cầu dịch vụ viễn thông phát triển nhanh tạo áp lực ngày cao tăng dung lượng thông tin Cùng với phát triển kỹ thuật chuyển mạch, kỹ thuật truyền dẫn không ngừng đạt thành tựu to lớn, đặc biệt kỹ thuật truyền dẫn môi trường cáp sợi quang Tương lai cáp sợi quang sử dụng rộng rãi mạng viễn thông coi môi trường truyền dẫn lý tưởng mà khơng có mơi trường truyền dẫn thay Các hệ thống thông tin quang với ưu điểm băng thông rộng, cự ly xa, không ảnh hưởng nhiễu khả bảo mật cao, phù hợp với tuyến thông tin xuyên lục địa đường trục có tiềm to lớn việc thực chức mạng nội hạt với cấu trúc linh hoạt đáp ứng loại hình dịch vụ tương lai Với toán: “Xây dựng phương án thiết kế hệ thống thơng tin quang DWDM có sử dụng khuếch đại quang EDFA.” Nhóm em xin trình bày tổng quan hệ thống thơng tin quang DWDM có sử dụng khuếch đại EDFA, xây dựng mơ hình mơ hệ thống thông tin quang DWDM theo phương án thiết kế Nhóm chúng em xin trân trọng cảm ơn PGS TS Nguyễn Hoàng Hải tận tâm hướng dẫn giúp đỡ chúng em để hồn thiện đề tài DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mơ hình mơ tả hệ thống Hình 1.2 Cấu tạo đầu vào Hình 1.3 Kết nối Transmission với lặp Hình 1.4 Bộ thu quang Hình 1.5 Máy phân tích WDM .7 Hình 1.6 Bảng giá trị tham số thiết lập WDM Hình 1.7 Máy phân tích quang phổ Hình 1.8 Đồ thị phân tích quang phổ Máy đo tỉ lệ lỗi bit Hình 1.9 Máy đo tỉ lệ lỗi bit Hình 1.10 Đồ thị BER Hình 1.11 Điều chỉnh tham số toàn cục .9 Hình 1.12 Quang phổ tín hiệu phát 10 Hình 1.13 Quang phổ tín hiệu thu 10 Hình 1.14 Bảng kết 10 lần quét với cơng suất -9.5 dBm đến -10.5 dBm 11 Hình 1.15 Thông số lựa chọn cuối 11 DANH MỤC BẢNG Bảng 1-1 Thông số sợi G.625 .7 Bảng 1-2 Thông số sợi bù DCF CHƯƠNG CHƯƠNG MÔ PHỎNG DWDM BẰNG PHẦN MỀM OPTISYSTEM 2.1 Yêu cầu thiết kế a) Bài toán: xây dựng phương án thiết kế hệ thống thơng tin quang DWDM có sử dụng khuếch đại quang EDFA với yêu cầu thiết kế sau:     Cự ly truyền dẫn: 103 km + 65 km Số lượng kênh bước sóng: 32 kênh Loại sợi: Sợi quang dịch tán sắc khác không (G.625) Nguồn phát: - Loại nguồn: Laser - Phương thức điều chế: Điều chế - Sử dụng PIN kết hợp lọc thông thấp Bessel b) Yêu cầu:     Tốc độ bit: 10 Gbit/s Chiều dài chuỗi: 128bits Số mẫu bit: 64 𝐵𝐸𝑅 = 10-12 2.2 Cấu tạo hệ thống Hình 1.1 Mơ hình mơ tả hệ thống Thiết bị phát Hình 1.2 Cấu tạo đầu vào Đầu vào bao gồm hay nhiều phát (kênh) giống (Hình 1.2), bao gồm: CW Laser, điều chế Match-Zehnder, tạo dãy bit giả ngẫu nhiên Pseudo-Random Bit Sequence Generator tạo xung RZ Pulse Generator 1.0 Tất phát truyền qua WDM Mux ES thể kênh ghép nhiều tần số Sau qua khuyếch đại EDFA để khuếch đại công suất phát Giá trị tần số vào kênh nhập vào cách nhấn đúp vào CW Laser nhập giá trị tần số Để đơn giản hố ta sử dụng Nhóm tham số như: Tốc độ bit, tần số, phiên, lượng… 2.2.1 EDFA sợi quang 2.2.1.1 Bù tán sắc sợi quang Thông số Giá trị Hệ số tán sắc (D1) 17 ps/nm/km Antenuation 0.4 dB/km Độ dốc tán sắc (S1) 0.09 ps/nm2/km Bảng 1-1 Thông số sợi G.625 Thông số Giá trị Hệ số tán sắc (D2) -50 ps/nm/km Antenuation 0.5 dB/km Bảng 1-2 Thơng số sợi bù DCF Ta có: Độ dốc tán sắc sợi DCF S2 = S1 * (D2/D1) = -0.265 ps/nm2/km Chiều dài sợi DCF: L2 = |-(L1*D1)/D2| Chọn L1 = 40 km => L2 = 14 km Vòng lặp: Hạn chế cồng kềnh cho hệ thống mà đảm bảo cự ly truyền dẫn Ta có số vòng lặp (Loop) cần dùng là: vòng chặng đầu tiên, chặng thứ không cần sử dụng vịng lặp Ngồi ra, đường truyền, truyền dây có suy hao cơng suất, ta cần khuếch đại quang để khôi phục cơng suất tín hiệu Ta dễ dàng tính tốn suy hao đoạn sợi công thức: Suy hao đoạn sợi = Suy hao km * Tổng độ dài tính km Dựa vào đó, ta có khuếch đại với tăng ích 16 dB, dB, 16 dB, dB để bù công suất cho đoạn sợi 2.2.1.2 Mô sợi quang OptiSystem Hình 1.3 Kết nối Transmission với lặp 2.2.2 Bộ thu Hình 1.4 cấu trúc thu Sau tín hiệu quang đến đầu thu gặp demux trước tiên Bộ demux có tác dụng tách kênh Sau photodetector, khuyếch đại điện lọc Bessel cho kênh sau tách Hình 1.4 Bộ thu quang 10 2.2.3 Một số máy đo sử dụng: 2.2.3.1 Máy phân tích WDM Máy phân tích WDM (Hình 1.5) hệ thống WDM với nhiều kênh tần số, cho phép thiết lập tham số với giá trị tuyến tính cho kênh Hình 1.5 Máy phân tích WDM Hình 1.6 Bảng giá trị tham số thiết lập WDM 2.2.3.2 Máy phân tích quang phổ Tín hiệu quang quan sát miền tần số sử dụng máy phân tích quang phổ (OSA), mơ Hình 1.7 Vì OptiSys_Design sử dụng tín hiệu trộn tượng trưng, người dùng quan sát tín hiệu tuỳ vào tín hiệu tượng trưng Mỗi thẻ tương ứng cho tín hiệu tượng trưng như: tín hiệu lấy mẫu, tín hiệu biểu diễn tham số bao nhiễu, biểu diễn tất đồ thị Hình 1.8 Hình 1.7 Máy phân tích quang phổ 11 Hình 1.8 Đồ thị phân tích quang phổ Máy đo tỉ lệ lỗi bit 2.2.3.3 Máy đo tỉ lệ lỗi bit Hình 1.9 Máy đo tỉ lệ lỗi bit 12 Hình 1.10 Đồ thị BER 2.3 Điều chỉnh tham số tồn cục: Tốc độ bít (Bit rate) = 10 Gbit/s Chiều dài chuỗi bit (Bit Sequence length) = 128 bit Số lượng mẫu bit (Number of samples per bit) = 64 Các tham số sử dụng để tính tốn: - Cửa sổ thời gian = 128*1/10000000000 = 12.8 * 10−9 (s) Số lượng mẫu (Number of samples) = chiều dài chuỗi bít * số mẫu bit Số lượng mẫu = 128 * 64 = 8192 Tốc độ lấy mẫu (sample rate) = số lượng mẫu / cửa sổ thời gian Tốc độ lấy mẫu = 8192/12.8 * 10−9 = 6.4*1011 (Hz) 13 Hình 1.11 Điều chỉnh tham số tồn cục 14 2.4 Kết mơ tạm thời: Hình 1.12 Quang phổ tín hiệu phát 15 Hình 1.13 Quang phổ tín hiệu thu 16 Hình 1.14 Kết BER 2.5 Thiết kế hệ thống để đạt BER = 10-12 Khảo sát BER với khoảng cách tần số kênh = 100 GHz - Thiết lập tham số qt: Mục đích việc tìm mức công suất phát phù hợp để đo số BER hợp lí đường truyền Ở nhóm thực quét lần đối công suất Laser phát 17 Hình 1.15 Bảng kết 10 lần quét với công suất -9.5 dBm đến -10.5 dBm Nhận xét kết quả:  Chỉ số BER thoả mãn yêu cầu thiết kế, dao động khoảng ~ 10-11 đến 10-14  Đồ thị mắt BER chưa đẹp Hình 1.16 Thông số lựa chọn cuối 18 KẾT LUẬN Do nhu cầu ngày gia tăng dung lượng truyền dẫn, hệ thống WDM đáp ứng nhu cầu Tuy nhiên sử dụng khuếch đại EDFA thơng thường vào hệ thống WDM số lượng kênh WDM lại bị hạn chế Trong hệ thống thơng tin quang WDM cự li dài cần phải có khuếch đại chuyển tiếp tín hiệu quang Yêu cầu quan trọng khuếch đại hệ thống WDM khuếch đại quang phải sử dụng cơng nghệ tăng ích phẳng Hiện người ta sử dụng khuếch đại quang pha trộn Erbium (EDFA) có tăng ích tín hiệu quang có bước sóng khác Bộ khuếch đại EDFA khắc phục nhiều hạn chế trạm lặp như: hạn chế băng tần truyền dẫn, cấu trúc phức tạp… thể rõ tính ưu việt kĩ thuật dẫn cáp sợi quang Trong q trình làm báo cáo, nhóm em cố gắng trình độ cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận ý kiến đóng góp thầy, bạn để báo cáo chúng em hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giáo trình mơn học Thơng tin quang, thầy Nguyễn Hoàng Hải [2] https://luattrongtay.vn/ViewFullText/Id/4596593d-0375-461a-9cb2-e9ad91a5026c [3] https://optiwave.com/resources/applications-resources/optical-system-lesson-3optical-systems-wdm-design/ [4] https://www.itu.int/rec/dologin_pub.asp?lang=e&id=T-REC-G.655-200911-I!!PDFE&type=items [5] https://en.yofc.com/view/1443 20