Việc truyền tớn hiệu t phớa phỏt tới phớa thu sẽ bị suy hao và mộo tớn hiệu , ừ đõy là hai yếu tố quan trọng, nú tỏc động vào toàn bộ quỏ trỡnh thụng tin, định cỡ về khoảng cỏch và tốc đ
Bộ giáo dục đào tạo Trờng Đại học Bách Khoa Hµ Néi - LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN QUANG TỐC ĐỘ CAO PHM TH HI L Luận Văn Thạc Sĩ Khoa Häc CHUN NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG Hµ Néi - 2005 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205091091000000 Bộ giáo dục đào tạo Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội - LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN QUANG TỐC CAO PHM TH HI L Luận Văn Thạc Sĩ Khoa Häc CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN PGS – TS ĐỖ XUÂN THỤ Hµ Néi - 2005 Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: SỢI DẪN QUANG DÙNG TRONG HỆ THỐNG QUANG TỐC ĐỘ CAO 1.1 Các sợi quang đơn mode dùng hệ thống quang tốc độ cao 1.2 Suy hao tín hiệu truyền sợi quang 1.2.1 Hấp thụ tín hiệu sợi dẫn quang 10 1.2.2 Suy hao tán xạ 11 1.2.3 Suy hao uốn cong sợi 12 1.3 Tán sắc tín hiệu truyền sợi quang .13 1.3.1 Tán sắc vật liệu 14 1.3.2 Tán sắc dẫn sóng 15 1.3.3 Tán sắc vận tốc nhóm 16 1.3.4 Tán sắc bậc cao 18 1.3.5.Tán sắc phân cực mode 19 CHƯƠNG NGUỒN PHÁT VÀ NGUỒN THU QUANG TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG TỐC ĐỘ CAO 21 2.1 Nguồn phát quang dùng cho hệ thống 40Gbit/s 21 2.1.1 Laser phản hồi phân tán DFB .22 2.1.2 Phương thức điều chế nguồn phát hệ thống 40Gb/s 23 2.2 Bộ thu quang dùng cho hệ thống quang 40Gbit/s .30 CHƯƠNG KHUẾCH ĐẠI QUANG SỢI EDFA DÙNG TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG TỐC ĐỘ CAO 33 3.1 Cấu trúc nguyên lý hoạt động 33 3.2 Các đặc tính EDFA 36 3.2.1 Nguồn bơm quang .36 3.3.2 Hệ số khuếch đại 39 3.3 Bão hoà hệ số khuếch đại .42 3.3.4 Hấp thụ xạ phần: .44 3.3.5 Các phương trình tốc độ hạt mang khuếch đại 45 3.3.6 Độ dài tối ưu EDFA: 47 3.3.7 Tạp âm hệ số tạp âm .48 3.5 Các ứng dụng EDFA 54 Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao 3.5.1 Bộ khuếch đại công suất (BA_Booster Amplifier): 54 3.5.2 Tiền khuếch đại (PA: Pre-Amplifier) 55 3.5.3 Khuếch đại đường dây(LA-Line Amplifier) 56 3.5.4 Lựa chọn hệ thống sử dụng EDFA 58 CHƯƠNG ẢNH HƯỞNG CỦA TÁN SẮC PHI TUYẾN ĐẾN CHẤT LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 40 Gb/s VÀ GIẢI PHÁP BÙ TÁN SẮC 59 4.1 Ảnh hưởng tán sắc đến hệ thống .59 4.1.1 Các xung Gaussian bị lệch tần (chirp) 59 4.1.2 Tán sắc giới hạn tốc độ truyền dẫn .61 4.1.3 Ảnh hưởng chirp tần số 63 4.2 Các kỹ thuật bù tán sắc 63 4.2.1 Bù tán sắc sợi tán sắc cao 65 4.2.2 Kỹ thuật bù trước 67 4.3 Ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến đến hệ thống thông tin quang .69 4.3.1 Các hiệu ứng liên quan đến hiệu ứng KERR 69 4.3.1.2 Hiệu ứng Cross-Phase Modulation (XPM) 72 4.3.1.3 Hiệu ứng Four-Wave Mixing (FWM) .74 4.3.2 Các hiệu ứng liên quan đến tán xạ 76 CHƯƠNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN QUANG 40 Gb/s 82 5.1 Sơ lược hệ thống 82 5.2 Phương pháp đánh giá hoạt động hệ thống 83 5.3 Hệ thống truyền dẫn 40Gb/s RZ tuyến có độ tán sắc quản lý (DM line) .84 5.3.1 Giải pháp xung ổn định (DM soliton) 84 5.3.2 Các đặc trưng truyền dẫn hệ thống 40Gb/s với giải pháp xung DM 88 5.4.Hệ thống truyền dẫn 40Gb/s RZ với điều chế đồng thông thường 90 5.4.1.Cấu trúc hệ thống 40Gb/s sử dụng giải pháp điều chế đồng thông thường 90 5.4.2 Đặc trưng hệ thống truyền dẫn 40Gb/s với điều chế đồng thông thường 92 5.5 Hệ thống truyền dẫn RZ 40Gb/s với điều chế đồng cải tiến 94 Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao 5.5.1 Cấu trúc hệ thống 40Gb/s sử dụng công nghệ điều chế đồng cải tiến 94 5.5.2 Đặc trưng truyền dẫn hệ thống 40Gb/s với điều chế đồng cải tiến 95 CHƯƠNG ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC DẠNG ĐIỀU CHẾ ĐẾN HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN QUANG TỐC ĐỘ CAO 99 6.1 Ảnh hưởng dạng điều chế sợi quang khác .99 6.1.1 Nguyên lý 99 6.1.2 Giản đồ hệ thống .99 6.1.3.Các kết mô 103 6.1.4 Tổng kết 106 6.2 Ảnh hưởng dạng điều chế hệ thống quang quản lý tán sắc 107 6.2.1 Nguyên lý 107 6.2.2 Thiết lập hệ thống mô hình tốn học 107 6.2.4 Kết mô thảo luận: .110 6.2.5 Ảnh hưởng nhiễu ASE .112 CHƯƠNG BÀI TỐN MƠ PHỎNG HỆ THỐNG 114 7.1 Sơ đồ thuật tốn chương trình 114 7.2 Các chức phần mềm: 115 7.3 Các form phần mềm: .115 7.4 Các hàm thiết kế chính: 120 KẾT LUẬN .128 CÁC TỪ VIẾT TẮT 129 TÀI LIỆU THAM KHẢO .131 Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao LỜI NÓI ĐẦU Trong năm vừa qua, với tiến vượt bậc công nghệ điện tử- viễn thông, công nghệ quang sợi thơng tin quang có tiến vượt bậc, giá thành không ngừng giảm xuống tạo điều kiện cho việc sử dụng ngày rộng rãi nhiều lĩnh vực Hiện nay, hệ thống thông tin quang lên hệ thống thông tin tiên tiến bậc Trong tương lai, cáp sợi quang sử dụng rộng rãi môi trường truyền dẫn lí tưởng Cảnh quang chung mạng quang qua giai đoạn sau: Thế hệ quang thứ thương mại hóa từ năm 1980, hoạt động bước sóng 800nm sử dụng laser bán dẫn GaAs Tốc độ liệu hệ thống khoảng 45Mb/s với khoảng lặp 10km Thế hệ quang thứ thương mại hóa từ sau năm 1980, hoạt động bước sóng gần 1.3µm, suy hao quang 1600nm Ngồi cịn có loại sợi NZ-DSF có hai điểm tán sắc không thuộc loại sợi tán sắc phẳng Tán sắc (ps/km.nm) 20 10 +NZ-DSF SMF -NZ-DSF -10 NZ-DSF phẳng -20 DSF 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 Bước sóng Hình 1.1: tán sắc loại sợi SMF, DSF NZ-DSF Ngoài ưu điểm suy hao tán sắc phân tích , sợi NZDSF cịn có đặc điểm mạnh khác khả giảm ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến giảm tán sắc phân cực mode Nhìn chung sợi quang thiết kế để dịch chuyển tán sắc thường có diện tích hiệu dụng Aeff khoảng 50-60 μm 2.Trong ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến lại tỉ lệ nghịch với Aeff hiệu ứng tán xạ Brillouin kích thích SBS( Stimulated Brillouin Scattering), tán xạ Raman kích thích SRS (Stimulate Raman