Phân tíh, thiết kế bộ hia ông suất quang dựa trên bộ ghép giao thoa đa mốt ho mạng quang thụ động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Trần Quang Minh Phân tích, thiết kế chia công suất quang dựa ghép giao thoa đa mốt cho mạng quang thụ động LUẬN VĂN THẠC SỸ NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN: ĐÀO NGỌC CHIẾN HÀ NỘI – 2010 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131674341000000 LỜI CAM ĐOAN Luận văn hoàn thành sau thời gian tơi nghiên cứu tìm hiểu nguồn tài liệu học, sách báo chuyên ngành thơng tin Internet mà theo tơi hồn tồn tin cậy Tơi xin cam đoan luận văn khơng giống với cơng trình nghiên cứu hay luận văn trước mà biết Hà Nội, tháng 10 năm 2010 Người thực Trần Quang Minh MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .1 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .8 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ LỜI MỞ ĐẦU 10 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ .11 MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG 11 1.1 Giới thiệu mạng quang thụ động 11 1.1.1 Công nghệ PON 11 1.1.2 Kiến trúc mạng PON 11 1.1.3 Một số đặc điểm mạng PON .15 1.1.4 So sánh PON AON 16 1.2 Các thành phần mạng PON 19 1.2.1 Các đầu cuối mạng PON 19 1.2.2 Mạng phân phối quang (ODN) 23 1.2.3 Bộ chia công suất quang thụ động (Splitter) .23 1.3 Phân loại PON 25 1.3.1 A-PON/B-PON 26 1.3.2 E-PON 27 1.3.3 G-PON 29 1.3.4 WDM-PON 29 1.3.5 CDMA-PON 30 1.3.6 So sánh số chuẩn công nghệ PON 31 1.4 Tình hình triển khai mạng PON Việt Nam 32 1.5 Kết luận chương 33 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MMI 34 2.1 Lý trường điện từ 34 2.1.1 Hệ Phương trình Maxwell 34 2.1.2 Các phương trình 35 a Trường phụ thuộc thời gian biến đổi nhanh 35 b Trường cân 36 c Trường tĩnh gần tĩnh 38 2.1.3 Các điều kiện biên .38 2.1.4 Phương trình sóng 40 2.2 Ống dẫn sóng quang 40 2.2.1 Giới thiệu .40 2.2.2 Phân tích trường điện từ ống dẫn sóng phẳng 42 2.2.3 Vector sóng dọc 43 2.2.4 Những giá trị đặc trưng ống dẫn sóng phẳng 44 2.2.5 Ống dẫn sóng đối xứng 46 2.2.6 Phương pháp số hiệu .47 2.2.7 Vật liệu 48 2.3 Nguyên lý hoạt động MMI .48 2.3.1 Giới thiệu .48 2.3.2 Nguyên lý tự nhân hình ảnh 49 2.3.3 Ống dẫn sóng đa mốt 49 2.3.4 Hằng số truyền 50 2.3.5 Số lượng chế độ dẫn ống dẫn sóng 52 2.3.6 Phân bố trường bên ống dẫn sóng 53 2.3.7 Giao thoa tổng 54 2.3.8 Giao thoa đối xứng 56 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG BỘ CHIA CÔNG SUẤT QUANG DỰA TRÊN PHẦN MỀM OPTIBPM 57 3.1 Phân tích, thiết kế 57 3.1.1 Cấu trúc chia 57 3.1.2 Xác định thông số vật lý chia 58 3.2 Mô 60 3.2.1 Dữ liệu đầu vào 60 3.2.2 Kết mô 62 a Các mốt dẫn miền đa mốt 62 b Phân bố trường Splitter 1:4 66 c Công suất cổng đầu 68 d Mô Splitter 1:8 71 KẾT LUẬN .75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 PHỤ LỤC 77 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU  Hệ số truyền  Hệ số từ thẩm khơng gian tự  Bước sóng  Vận tốc ánh sáng không gian tự  Hệ số suy giảm  Vector sóng ngang  Điện trường  Từ trường  Cơng suất truyền ống dẫn sóng  Chỉ số khúc xạ lớp lõi  Chỉ số khúc xạ lớp đế  Chỉ số khúc xạ lớp vỏ  Chỉ số khúc xạ hiệu dụng  Vector sóng chân khơng  Tần số góc  Độ rộng hiệu dụng miền đa mốt  Độ rộng vật lý miền đa mốt  Chiều dài nhịp chế độ thấp miền đa mốt DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dẫn không đồng APON ATM Passive Optical Network Chuẩn APON AlGaAs Aluminium Gallium Arsenide Aluminium Gallium Arsenide BPM Beam Propagation Method Phương pháp lan truyền tia BPON Broadband Passive Optical Chuẩn BPON Network CDMA Code Division Multiple Access CDMA - CDMA Passive Optical Network Đa truy nhập phân chia theo mã Chuẩn CDMA-PON PON CO Central Office Tổng đài trung tâm DBA Dynamic Bandwidth Allocation Phân cấp băng thông động EMS Element Management System Hệ thống quản lý thiết bị EIM Effective index method Phương pháp số hiệu EPON Ethernet Passive Optical Network Chuẩn EPON FSAN Full Service Access Network Mạng truy nhập đầy đủ dịch vụ FTTH Fiber to the home Cáp quang đến thuê bao GaAs Gallium arsenide Gallium arsenide GEM GPON Encapsulation Method Phương thức đóng gói GPON GPON Gigabit Passive Optical Network Chuẩn GPON GTC GPON Transmission Conversion InGaAsP Indium Gallium Arsenide Cấu trúc khung truyền GPON Indium Gallium Arsenide Phosphide Phosphide InP Indium Phosphide Indium Phosphide MAC MMI Medium Access Control Multi-mode interference Điều khiển truy nhập theo địa Giao thoa đa mốt ODN Optical Distribution Network Mạng phân phối quang OLT Optical Line Terminal Thiết bị kết cuối kênh quang ONU Optical Network Unit Thiết bị kết cuối mạng quang Physical Layer Operation Tế bào quản lý vận hành lớp Administration and Maintenance vật lý PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động SiO2 Silica- Silicon Dioxide Silica- Silicon Dioxide TDMA Time Division Multiple Access Đa chia nhập phân chia theo PLOAM thời gian TE Transverse Electric Điện ngang TM Transverse Magnetic Từ ngang VDSL Very-High-Speed Digital Đường dây thuê bao số tốc độ Subscriber Line cao VPI/VCI Virtual Path Identifier/ Virtual Circuit Identifier Nhận dạng đường ảo/Nhận dạng kênh ảo WDM- Wavelength Divisions Multiplex - PON Passive Optical Network Chuẩn WDM-PON DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1: Suy hao chia Splitter 25 Bảng 2: So sánh số chuẩn công nghệ TDMA PON 31 Bảng 3: Phân loại ống dẫn sóng quang 41 Bảng 4: Chỉ số khúc xạ số vật liệu thông dụng 48 Bảng 5: Số lượng chế độ dẫn hỗ trợ ống dẫn sóng .52 Bảng 6: Khoảng cách ống dẫn sóng độ lớn cơng suất khớp nối .58 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1: Topo hình .12 Hình 2: Topo dạng Bus .13 Hình 3: Topo dạng vịng 14 Hình 4: Topo hình kết hợp đường tải phụ 14 Hình 5: Topo hình kết hợp topo dạng vịng 15 Hình 6: Topo dạng vòng kết hợp 15 Hình 7: Mạng quang tích cực AON 18 Hình 8: Mạng quang thụ động PON 18 Hình 9: Cấu trúc chung mạng quang thụ động (PON) .19 Hình 10: Sơ đồ khối chức OLT 20 Hình 11: Sơ đồ khối chức ONU 21 Hình 12: Cấu tạo chung Splitter 1:N 24 Hình 13: Một số loại Splitter .25 Hình 14: Cấu trúc chung chuẩn ABON/BPON 27 Hình 15: Cấu trúc chung E-PON 28 Hình 16: Cấu trúc chung WDM-PON .30 Hình 17: Ống dẫn sóng phẳng 42 Hình 18: Điện ngang (TE) Từ ngang (TM) 42 Hình 19: Vector sóng dọc (β) vector sóng ngang (k) 43 Hình 20: Phân bố điện trường ngang ống dẫn phẳng 44 Hình 21: Ống dẫn sóng đối xứng 46 Hình 22: Mô tả phương pháp số hiệu 47 Hình 23: Ống dẫn sóng đa mốt số bước 50 Hình 24: Ví dụ chuẩn hóa biên độ trường ngang  54 Hình 25: Mơ tả trường đầu vào , ống dẫn sóng đa mốt 56 Hình 26: Cấu trúc chung chia công suất quang 1:N 57 Hình 27: Cấu trúc mơ chia cơng suất quang 1:4 .59 Hình 28: Thiết lập thông số vùng bán dẫn 60 Hình 29: Thiết lập thông số lớp dẫn 60 Hình 30: Thiết lập thơng số lớp vỏ 61 Hình 31: Chọn chế độ mơ 61 Hình 32: Thiết lập thơng số chạy mơ 62 Hình 33: mốt sóng vùng MMI Splitter 1:4 63 Hình 34: Mốt sóng từ – vùng MMI Splitter 1:4 63 Hình 35: Mốt sóng từ – 11 vùng MMI Splitter 1:4 64 Hình 36: Mốt sóng từ 12 – 15 vùng MMI Splitter 1:4 64 Hình 37: Mốt sóng từ 16 – 19 vùng MMI Splitter 1:4 65 Hình 38: Mốt sóng từ 20 – 23 vùng MMI Splitter 1:4 65 Hình 39: Mốt sóng từ 24 – 27 vùng MMI Splitter 1:4 66 Hình 40: Phân bố trường Splitter 1:4 chế độ TE 67 Hình 41: Mơ Splitter 1:4 chế độ TM 68 Hình 42 (a) (b): Cơng suất cổng đầu Splitter 1:4 70 Hình 43: Mơ Splitter 1:8 chế độ TE .71 Hình 44: Mô Splitter 1:8 chế độ TE .71 Hình 45 (a), (b): Cơng suất cổng đầu Splitter 1:8 73