Báo cáo bài tập lớn môn thông tin quang sợi

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN THÔNG TIN QUANG SỢI Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Hồng Hải Học : kì 20222 Nhóm : Thành viên Hán Ngọc Du 20192762 Nguyễn Chí Kiên 20192952 Phạm Quang Trung 20193155 Hồng Cơng Việt 20193193 : Hà Nội, 7-2023 Mục lục Danh mục hình vẽ Danh mục từ viết tắt .4 CHƯƠNG Yêu cầu thiết kế CHƯƠNG Thiết kế hệ thống DWDM .6 2.1 Thiết kế thơng số tồn cục 2.2 Thiết kế phát .6 2.3 Thiết kế thu 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 Thiết kế môi trường truyền dẫn sợi quang Thiết kế sợi G.652 .9 Thiết kế sợi bù tán sắc DCF Khuếch đại tín hiệu .9 Tổng quan hệ thống 10 CHƯƠNG Kết 11 CHƯƠNG Thay đổi tham số để đạt yêu cầu 15 CHƯƠNG Kết luận 20 Danh mục hình vẽ Hình 2-1 Bộ phát Hình 2-2 Thơng số MUX Hình 2-3: Bộ MUX .7 Hình 2-4 Thông số Demux .8 Hình 2-5 Bộ thu quang Hình 2-6 Thiết kế chặng 10 Hình 2-7 Bộ tách kênh DEMUX MUX 11 Hình 2-8 Subsystem 11 Hình 2-9 Thiết kế chặng 11 Hình 2-10 Máy đo cơng suất, phân tích phổ quang WDM analyzer 12 Hình 2-11 Máy đo BER .12 Hình 2-12 Hệ thống DWDM .13 Hình 3-1 Đồ thị mắt BER kênh 14 Hình 3-2 Đồ thị mắt BER kênh 12 14 Hình 3-3 Đồ thị mắt BER kênh 24 15 Hình 3-4 Đồ thị mắt BER kênh 32 15 Hình 3-5 OSNR kênh phát .16 Hình 3-6 OSNR phía thu .17 Hình 3-7 Quang phổ tín hiệu bên phát 18 Hình 3-8 Quang phổ tín hiệu sau chặng 18 Hình 3-9 Quang phổ tín hiệu phát lại cho chặng 19 Hình 3-10 Quang phổ tín hiệu sau chặng 19 Hình 4-1 Bảng giá cơng suất phát sau thay đổi (1) .20 Hình 4-2 Bảng giá cơng suất phát sau thay đổi (2) .20 Hình 4-3 Đồ thị mắt BER kênh thay đổi công suất phát 21 Hình 4-4 Đồ thị mắt BER kênh 12 thay đổi cơng suất phát 21 Hình 4-5 Đồ thị mắt BER kênh 24 thay đổi cơng suất phát 22 Hình 4-6 Đồ thị mắt BER kênh 32 thay đổi công suất phát 22 Danh mục từ viết tắt BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi Bit OSNR Optical signal-to-noise ratio Tỷ lệ tín hiệu nhiễu quang EDFA Erbium-Doped Fiber Amplifier Bộ khuếch đại sợi quang pha tạp Erbi DCF Dispersion compensation fiber Sợi bù tán sắc DWDM Dense-Wave Division Multiplexing Phân chia đa bước sóng mật độ cao THIẾT KẾ HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG SỬ DỤNG EFDA CHƯƠNG Yêu cầu thiết kế Bài toán: Xây dựng phương án thiết kế hệ thống thơng tin quang DWDM có sử dụng khuếch đại quang (EDFA Rainman) với yêu cầu thiết kế sau:  Chiều dài chuỗi: 128 bits  Số mẫu bit: 64  Tốc độ bit: 10 Gbit/s  Cự ly truyền dẫn: 122+38 (Km)  Số lượng kênh bước sóng: 32 kênh  Loại sợi: Sợi quang đơn mode G652  Connector loss : 0.4 dB  Fiber loss : 0.39 dB/Km  Nguồn phát: loại nguồn: laser; Phương thức điều chế: điều chế  Bộ thu: Sử dụng PIN kết hợp với lọc thông thấp Bessel CHƯƠNG Thiết kế hệ thống DWDM 2.1 Thiết kế thơng số tồn cục Các thơng số tồn cục gồm có:  Tốc độ bit (Bit rate): 10 Gbit/s  Chiều dài chuỗi (Sequence length): 128 bits  Số mẫu bit (Sample per bit): 64 Các thông số ảnh hưởng tới tất thành phần thiết kế có sử dụng Các tham số sử dụng để tính tốn:  Cửa sổ thời gian: (Time Window) = chiều dài chuỗi * 1/tốc độ bit Cửa sổ thời gian = 128 * = 1.28 * 10−8(s) 10000000000  Số lượng mẫu (Number of Samples) = chiều dài chuỗi bit * số mẫu/bit Số lượng mẫu = 128 * 64 = 8192 (mâu)  Tốc độ lấy mẫu (Sample rate) = số lượng mẫu / cửa sổ thời gian Tốc độ lấy mẫu = 8192 = 6.4 ⋅10 11 (Hz) −8 1.28⋅10 2.2 Thiết kế phát  Bộ phát quang CW laser  Bộ tạo bit mã giả pseudo-random bit sequence generator  Bộ tạo xung NRZ  Bộ điều chế Mach-Zehnder Modulator  Bộ phát CW lazer phát tín hiệu quang đưa vào đầu điều chế MachZehnder Do hệ thống có 32 kênh nên đầu phát có 32 phát, đồng thời Mux Mux 32x1 Hình 2-1 Bộ phát Hình 2-2 Thơng số MUX Hình 2-3: Bộ MUX 2.3 Thiết kế thu  Bộ tách kênh Demux 1x32  Bộ thu quang Photodetector (PIN)  Bộ lọc thông thấp (Bessel)  Các máy đo Ber Hình 2-4 Thơng số Demux Hình 2-5 Bộ thu quang 2.2 Thiết kế mơi trường truyền dẫn sợi quang Tổng cự ly truyền dẫn hai chặng 122km + 38km, nhóm chúng em định sử dụng sợi quang đơn mode G.652/17ps/nm/km 2.2.1 Thiết kế sợi G.652 Nhóm chúng em tách chặng 122km thành hai chặng 50km, bù tán sắc 11km với số vòng loop  Chặng 1: Length : = 50 km Dispersion: 17 ps/nm/km Dispersion Slope: 0.075 ps/nm2/km Attenuation: 0.39 dB/km  Chặng 2: Length : L2=30 km Dispersion: 17 ps/nm/km Dispersion Slope: 0.075 ps/nm2/km Attenuation: 0.39 dB/km 2.2.2 Thiết kế sợi bù tán sắc DCF Do sợi G652 có độ tán sắc nhỏ nên giảm tán sắc thực sợi bù tán sắc DCF  Chặng 1: Length: L1 ' =11km Dispersion: D1 '=−77.27 ps /nm/km Dispersion Slope: −0.34 ps /n m2 /km Attenuation: 0.39 dB/km  Chặng 2: Length: L1 ' =8 km Dispersion: D1 '=−63.75 ps /nm/km Dispersion Slope: −0.28125 ps /n m2 /km Attenuation: 0.39 dB/km 10 Hình 2-7 Bộ tách kênh DEMUX MUX Hình 2-8 Subsystem  Chặng Hình 2-9 Thiết kế chặng  Các thiết bị đo 12 Các thiết bị đo cơng suất quang, phân tích phổ quang, WDM analyzer, máy đo BER Hình 2-10 Máy đo cơng suất, phân tích phổ quang WDM analyzer Hình 2-11 Máy đo BER Dưới hình ảnh tổng quan hệ thống DWDM: 13 Hình 2-12 Hệ thống DWDM 14 CHƯƠNG Kết Hình 3-13 Đồ thị mắt BER kênh 15 Hình 3-14 Đồ thị mắt BER kênh 12 Hình 3-15 Đồ thị mắt BER kênh 24 16 Hình 3-16 Đồ thị mắt BER kênh 32 17 Hình 3-17 OSNR kênh phát 18 Hình 3-18 OSNR phía thu 19 Hình 3-19 Quang phổ tín hiệu bên phát Hình 3-20 Quang phổ tín hiệu sau chặng 20