Thiết kế tuyến thông tin quang

Thiết kế tuyến thông tin quang

NỘI DUNG BÁO CÁO

1 Bài toán

2 Yêu cầu

3 Phương án thiết kế

4.Thiết kế mạng DWDM

4.1.Thiết kế phía phát:

4.2.Thiết kế bộ thu quang:

4.3 Thiết kế môi trường truyền dẫn:

4.4 Thiết kế sợi bù tán sắc:

4.5 Thiết lập thông số toàn cục

5 Kết quả mô phỏng………

1 Bài toán.

Xây dựng phương án thiết kế hệ thống thông tin quang WDM có sử dụng khuếch đại

quang EDFA, với các yêu cầu thiết kế như sau:

• Tốc độ bit: 10 Gbit/s

• Cự ly truyền dẫn 600Km

• Số lượng kênh bước sóng: 4 kênh

2 Yêu cầu

b Sử dụng phần mềm Optisystem xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống thông tin quang

WDM theo phương án đã thiết kế

Lưu ý: các tham số toàn cục (global parameters để mô phỏng) được thiết lập như

sau

• Tốc độ bit: 10 Gbit/s

• Chiều dài chuỗi: 128 bits

• Số mẫu trong 1 bit: 64

b Đưa các thiết bị đo vào mô hình mô phỏng Các thiết bị đo trên tuyến được đặt tại các

vị trí phù hợp để xác định được chất lượng tín hiệu tại các điểm cần thiết trên tuyến Các thiết bị đo cơ bản:

- Thiết bị đo công suất quang

- Thiết bị phân tích phổ quang

- Thiết bị đo BER

d Hiển thị kết quả mô phỏng bằng các thiết bị đo đặt trên tuyến

e Thay đổi các tham số của các phần tử trên tuyến để đạt được BER = 10-12

3 Phương án thiết kế

• Loại sợi: Sợi quang dịch tán sắc khác không (G.655)

• Nguồn phát: - Loại nguồn: Laser.

-Phương thức điều chế: điều chế ngoài

• Bộ thu: Sử dụng PIN kết hợp với bộ lọc thông thấp Bessel

4.Thiết kế mạng DWDM

4.1.Thiết kế phía phát:

• Nguồn phát quang lazer CW lazer

• Bộ phát xung NRZ pulse genarator

• Bộ phát bít điện pseudom-Radom Bit sequence Genarator, điều chế Mach-zehnder Modulator

Do hệ thống WDM ghép 4 kênh tín hiệu nên phía đầu phát sẽ bao gồm có 4 bộ phát Thiết bị được xắp xếp như trên được gọi là phương pháp điều chế ngoài

Do ghép 4 kênh tín hiệu nên bộ WDM Mux sử dụng là Mux 4x1

4.2.Thiết kế bộ thu quang:

- Bộ tách kênh Demux 1x4

- PIN kết hợp bộ lọc thông thấp Bessel

Ngoài ra để quan sát chất lượng tín hiệu đầu thu còn có thiết bị đo Ber, genarator 3R được đặt ở vị trí thích hợp

4.3 Thiết kế môi trường truyền dẫn:

Do môi trường truyền dẫn sử dụng sợi quang G655 ( sợi quang dịch tán sắc khác không) như vậy cần phải thiết kế sợi quang G655 với các thông số đặc trưng.

Truy nhập thư viện : Defaults-> optical fibers library-> optical fibers Kích đúp vào

sợi cáp và thay đổi các thông số của sợi

Khi kích đúp vào sợi quang thì xuất hiện bảng:

Mục Main

• Label : cho phép ta thay đổi tên của sợi quạng (Đặt là G655)

• Length : cho phép thay đổi chiều dài của sợi quang

• Attenuation: cho phép thay đổi suy hao sợi quang : với sợi này tại cửa sổ 1550 có suy hao là 0.35dB/km

Mục Disp cho thay đổi giá trị của tán sắc và độ dốc tán sắc

• Dispersion: Nhập giá trị 6 ps/nm/km

• Dispersion Slope: Nhập giá trị độ dốc tán sắc chọn giá trị 0.09 ( hoặc 0.07, 0.05 tùy ta dùng sợi dịch tán săc nào) ps/nm2/km

Thường thì ta chọn giá trị là 0.09ps/nm2/km

Mục PMD hệ số tán sắc mode phân cực có giá trị lớn nhất là 0.1ps/km1/2

Nhập giá trị này và tích vào mục Disp, kết thúc bằng OK.

• Ta đi tính chiều dài cực đại của từng chặng theo phương pháp tinh thời gian tăng của xung

Ta có thời gian tăng sườn xung của laser diode là t LD = 0,1ns

Thời gian tăng sườn xung của diode tách quang là tPS = 0,2ns

STM – 4= 622,08 Mb/s = 0.62208 Mb/s

Sợi G655 sử dụng mã NRZ

tNRZ = 0,7/ 0,62208 = 1,125 ns

Giả sử chọn Lmax = 60km

ttb = D∑ = D * Lmax * ∆λ

( Theo bài ra sử dụng sợi G655 hoạt động tại λ = 1550nm có hệ số tán sắc tổng

D = 20 ps/(nm.km)

Suy ra ttb = 20 ps/(nm.km) * 60km * 1nm = 1200 ps = 1,2 ns

tht = (t2

LD + t2

PS + t2

tb) = ( 0,12 + 0.22 + 1.22) = 1,22 ns Suy ra tht > tNRZ không thỏa mãn

Chọn Lmax = 50km khi đó ttb = 20 ps/(nm.km) * 50km * 1nm = 1000 ps = 1ns

tht = (t2

LD + t2

PS + t2

tb) = ( 0,12 + 0.22 + 1 2) = 1,014 ns

tht < tNRZ thỏa mãn

Vậy chiều dài cực đại là Lmax = 50km

• Thiết kế sợi bù tán sắc:

Do sợi G655 có độ tán sắc nhỏ nên việc giảm tán sắc được thực hiện bằng sợi bù tán sắc DCF

Theo tính toán tính chất của sợi bù tán sắc ta thấy cứ 1km sợi DCF có thể bù tán sắc cho 5km sợi SMF Vậy với sợi có Lmax = 50km suy ra chọn sợi DCF có chiều dài là 50/5 = 10km

+ Tính toán thông số của sợi bù tán sắc:

• Sợi G655 có chiều dài là L1= 50km

• Độ tán sắc là : D1= 4.4 ps/nm.km

• Độ dốc tán sắc : 0.05ps/nm^2.km

• Chiều dài sợi bù tán sắc ( DCF) là L2 =10km

• Thì độ bù tán sắc D2= -D1×L1/L2.= -70×4.4/10=-30.8 ps/nm.km

• Độ dốc tán sắc : 0.075ps/nm^2.km.

Do khoảng cách đường truyền lớn để thuận tiện cho việc mô phỏng chúng ta sử dụng bộ Sloop đóng vai trò như một bộ nhân các vòng lặp

Việc thay đổi giá trị Loop cho phép ta thay đổi số vòng lặp tùy theo chiều dài của sợi sử dụng, và nếu như hệ thống truyền tốc độ cao có sự suy hao tán sắc thì cần dùng thêm bộ bù tán sắc DCF hợp lý Với cụ ly truyền dẫn là 600km: Nếu ta chọn Sợi G655 dài 50Km, sợi DCF dài 10km thì ta sẽ Loop= 600/(50 + 10)=10 lần Việc thay đổi Loop

cũng được thực hiện bởi việc kích đúp Loop control và thay đổi thông số, kết thúc

bằng OK.

+ Khuếch đại tín hiệu (EDFA): Defaults-> Amplifiers otipcal-> EDFA -> Optical Amplifier.

Do tín hiệu được truyền trên sợi quang với cự ly truyền dẫn dài , nên gây ra suy hao sợi quang, và suy giảm công suất phát tín hiệu Để khắc phục hiện tượng suy giảm công suất

và suy hao tín hiện đối với hệ thống WDM sử dụng bộ khuếc đại EDFA Với hệ số khuếch đại G đúng bằng lượng suy hao trên tuyến

Trong hệ thống G=

4.4 Mô hình mô phỏng toàn hệ thống

4.5 Thiết lập thông số toàn cục

Các tham số toàn cục bao gồm có:

• Tốc độ bít ( bít rate)= 10Gbit/s

• Chiều dài chuỗi bít (Bít Sequence length)= 128 bít

• Số lượng mẫu trên mỗi bít ( Number of samples per bit)= 64

Các thông số toàn cục này sẽ ảnh hưởng tới tất cả các thành phần trong thiết kế có sử dụng Các tham số trên được sử dụng để tính toán :

• Cửa sổ thời gian (Time Window)= chiều dài chuỗi bít × 1/ tốc độ bít= -> cửa sổ thời gian = 128×1/ 10000000000= 12.8×10-9(s)

• Số lượng mẫu (Number of samples)= chiều dài chuỗi bít* số mẫu trên một bít

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=640000000000(Hz)

Cách Thiết lập thông số toàn cục

- Để thiết lập thông số toàn cục thực hiện như sau:

• Cách 1: kích đúp vào màn hình Layout

• Cách 2:Layout -> Parameters từ công cụ Menu

Khi đó màn hình parameters xuất hiện:

Thay đổi các thông số của các phần tử trong dự án

• Thực hiện kích đúp vào phần tử cần thay đổi tham số -> hộp thoại về các tham số của phần tử xuất hiện

• Di chuyển con trỏ đến các giá trị thích hơp

• Tiến hành nhập giá trị cần thay đổi

Quan tâm tới ba chế độ của tham số là Norman, Script và Sweep:

+ Trong đó chế độ Scrip được thực hiện khi tham số này là tham số toàn cục, nó có liên quan đến tất cả các phần tử khác trong hệ thống

+ Chế độ Sweep được sử dụng khi thực hiện quét tham số

• Hệ thống sử dụng có băng tần:∆f= 100 Ghz.

• Bước sóng trung tâm sử dụng: λ=1552.52 nm

• Vận tốc ánh sáng : C=3*10 8m/s

• Khoảng cách các bước sóng: ∆λ=( ∆f ˣλ2 )/ C= 0.8nm

Giả sử chọn frequency của CW lazer = 1552 nm

Thì các kênh tiếp theo có giá trị hơn kém nhau là 0.8nm

Tại mục Power cho phép ta nhập công suất phát quang có giá trị phù hợp với từng kênh

Quy tắc thay đổi giá trị của các tham số hệ thống

Thông số quan tâm đó là :

• Chiều dài sợi G655 L1(Km), độ tán sắc D1(Ps/nm.km), Độ dốc tán sắc S1(ps/nm2.km), và hệ số tán sắc mode phân cực (PMD ) <= 0,2 ps/km1/2

Để bù tán sắc cho một kênh thì yêu cầu là :

D1×L1 + D2×L2=0

D2=-(L1×D1)/L2

Để bù tán sắc cho nhiều kênh thì yêu cầu là:

D1( λn)L1 +D2(λ2)L2= 0

Trong đó : λ(n) là bước sóng của kênh n

Nếu dùng DCF cho tất cả các kênh thì đường bao tán sắc S2 nên có “ giá trị âm”

S2= -S1(L1/L2)=-S1(D2/D1)

5 Kết quả thực hành

5.1 Các tham số mô phỏng chi tiết

Thông số nguồn Laser

 Thông số bộ ghép kênh quang WDM:

 Thông số sợi quang:

 Thông số bộ khuếch đại EDFA:

5.2 Kết quả mô phỏng

5.2.1 Kết quả mô phỏng theo phương án thiết kế ban đầu

 Quang phổ tín hiệu phát:

 Quang phổ tín hiệu thu:

 Công suất tín hiệu phát:

 Công suất tín hiệu thu:

 Tỉ lệ lỗi bit BER:

• Kênh 1

• Kênh 2

Kênh 3

Kênh 4

5.2.2 Sự thay đổi của các tham số để đạt được BER = 10-12:

Kết luận:Bài báo cáo chúng em xin được kết thúc tại đây.Mặc dù rất cố gắng

trong quá trình thiết kế,tuy nhiên vẫn còn một số hạn chế và thiếu sót,rất mong được sự góp ý của thầy giáo và các bạn

Em xin chân thành cảm ơn!