NGHIÊN cúu ẢNH HƯỞNG của HIỆU ÚNG điêu CHÊ pha chéo lên hệ thông wdm

Ị PHA CHÉO LÊN HỆ THỐNG WDM 11 11 li ni KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ThS PHẠM ==£□ =====MẠNH TOÀN íi TRẦN VÕ HIẾU J í Ị Nguôi hướng dẫn : Sinh viên thưc hiên : TR ƯỜNG ĐẠI HỌC VINH 11 11 LỚP 49K - ĐTVT f 085 ì 080329 1 Mã sô sinh viên ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ^Đề tài: NGHIÊN cúu ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆU ÚNG ĐIÊU CHÊ Bộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TR ƯỜNG ĐẠI HỌC CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NA M Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐÓ ẢN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Trần Võ Hiếu 0851080329 Ngành: Điện tử - Viễn thông số hiệu sinh viên: Khoá: 49 Đầu để dồ án: Các sô liệu liệu han đâu: Nội dung phần thuyết minh tính toán: Các vẽ, đồ thị (ghi rõ loại kích thước vẽ): Họ tên giảng viên huớng ThS Phạm Mạnh Toàn dẫn: / /20 Ngày giao nhiệm vụ / /20 đồ án: Ngày tháng năm 2013 NGƯỜI HƯỚNG DẨN TRƯỞNG Bộ MÔN Sinh viên hoàn thành nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng CÁN Bộ PHẢN BIỆN NGHẸ AN -01/2013 năm 2013 Bộ GIẢO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH BẢN NHẬN XÉT ĐÔ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Trần Võ Hiếu số hiệu 0851080329 Ngành: Điện tử - Viễn thông Khoá: 49 Giảng viên hướng dẫn: ThS Phạm Mạnh Toàn Cán phản biện: sinh viên: Nội dung thiết kế tốt nghiệp: Nhận xét cản hộ phản hiện: Ngày tháng năm Cản phản biện (Ký, ghi rõ họ tên) MỤC L ỤC Trang LỜI NÓI ĐẤU i TÓM TẮT ĐÔ ÁN iii DANH MỤC CẢc HÌNH VẼ iv DA NH MỤC CẢc CHỮ VỈÉT TẮT .vi CHƯƠNG I TÔNG QUAN VÈ HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN WDM 1.1 Giới thiệu chương 1.2 Nguyên lý WDM 1.2.1 Khái niệm 1.2.2 Sơ đồ tổng quát hệ thống WDM 1.2.3 WDM DWDM 1.3 Các thành phần hệ thống WDM .5 1.3.1 Bộ phát quang 1.3.2 Bộ tách/ghép kênh quang 1.3.3 Bộ khuếch đại quang .10 1.3.4 Bộ thu quang 12 1.3.5 Sợi quang 13 1.4 Các tham số hệ thống truyền dẫn WDM 14 1.4.1 Các tham số tách ghép kênh .14 1.4.2 Các tham số sợi quang 19 1.4.3 Các tham số khuếch đại .26 1.5 Kết luận 28 CHƯƠNG II ĐIỀU CHÉ PHA CHÉO XPM 29 2.1 Giới thiệu chương 29 2.2 Tổng quan XPM 29 2.3 Một số tượng XPM gây .29 2.3.1 Ghép nối phi tuyến 29 2.3.2 Lưỡng chiết phi tuyến .36 2.3.3 Các hiệu ứng quang phổ thời gian 44 2.4 Quan hệ khoảng cách kênh tán sắc với XPM 51 2.4.1 Khoảng cách kênh 52 CHƯƠNG III ẢNH HƯỞNG CỦA XPM LÊN CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG WDM .57 3.1 Giới thiệu chương 57 3.2 Ảnh hưởng XPM lên chất lượng hệ thống WDM tổng quát 57 3.2.1 Giới hạn khoảng cách truyền dẫn 57 3.2.2 Méo cường độ XPM 63 3.2.3 Giảm hệ số phẩm chất Q 69 3.2.4 Xuyên kênh kênh có tốc độ bit khác .XPM 72 3.2.5 Ảnh hưởng XPM lên hệ thống WDM quảnlý tán sắc 75 3.3 Một số giải pháp khắc phục ảnh hưởng XPM hệ thống WDM 79 3.3.1 Dùng triệt XPM 79 3.3.2 Các sơ đồ bù tán sắc thích hợp 82 3.4 Kết luận 85 LỜI NÓI ĐẦU Trước nhu cầu thông tin ngày tăng tính đa dạng chất lượng dịch vụ người dùng Mạng hệ sau NGN (Next Generation Network) xu hướng phát triển viễn thông giới Trong cấu trúc NGN, mạng truyền tải lưu lượng khâu quan trọng có nhiệm vụ truyền thông suốt lưu lượng lớn mạng, mạng truyền dẫn xem huyết mạch Mạng truyền tải quang với công nghệ ghép kênh quang WDM (AVavelength Division Multiplex) có ưu điếm vượt trội xem tảng cho mạng NGN Trên thực tế, công nghệ ghép kênh quang WDM đánh giá công nghệ chín muồi có nhiều tiến thiết kế mạng viễn thông Công nghệ WDM cung cấp cho mạng lưới dung lượng 20Gb/s, 40Gb/s, 80Gb/s, 240Gb/s với nhiều kênh quang truyền đồng thời sợi, tốc độ kênh 2,5Gb/s, lOGv/s Đe đáp ứng nhu cầu dung lượng ngày tăng nay, xu hướng hệ thống thông tin quang hướng tới tốc độ khoảng cách không lặp lớn hơn, tăng số lượng kênh bước sóng sợi quang Tuy nhiên tiến đến giới hạn lớn tốc độ số đặc tính môi trường truyền dẫn trở nên quan trọng Hạn chế suy hao gây không vấn đề với hệ thống truyền dẫn WDM với xuất khuếch đại EDFA (Erbium Doped Fiber Ampliíier) hiệu ứng phi tuyến môi trường sợi Em xin trân trọng cảm ơn giảng viên hướng dẫn - Ths PHẠM MẠNH TOÀN, người tận tình bảo, bố sung kiến thức cho em, giúp em hoàn thành tốt đồ án Trân trọng cảm ơn các thầy cô Khoa Điện Tử Viễn thông tạo điều kiện giúp đỡ trong suốt thời gian học tập hoàn thành chương trình đào tạo Nghệ An, tháng 01 năm 2013 Sinh viên 11 TÓM TẮT ĐÔ ÁN Đồ án vào tìm hiếu tông quan công nghệ WDM,trình bày nguyên lý hoạt động hệ thống WDM, tìm hiểu thành phần hệ thống WDM, tham số ảnh hưởng đến tuyến tryền dẫn sử dụng công nghệ WDM Đồ án nghiên cứu ảnh hưởng hiệu ứng XPM, nghiên cứu số tượng XPM hệ thống WDM Đồ án sâu nghiên cứu ảnh hưởng XPM lên hệ thống truyền dẫn WDM giới hạn khoảng cách truyền ABSTRACT This thesis was studied an overview of WDM technology, presents the basic principle of operation of a WDM System, leam the basic components in WDM Systems, the parameters affecting Online tryenuse technology WDM Do project to study the effects of XPM effects, study a number of phenomena by XPM WDM System Do System project also studied in depth the effects of XPMWDM transmission System to limit the transmission distance, causing distortion intensity, DA NH MỤC CÁ c HÌNH VẼ Trang Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý ghép kênh theo bước sóng Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống WDM sử dụng hai sợi Hình 1.3: .Sơ đồ hệ thống WDM sử dụng sợi Hình 1.4: Tách kênh sử dụng lăng kính Hình 1.5: .Tách /ghép bước sóng cách tử nhiễu xạ Hình 1.6:.Bước sóng có tán sắc không, xo sườn tán sắc không, so 20 Hình 1.7: Tán sắc thay đổi hàm theo bước sóng với vật liệu cho trước .21 Hình 2.1: Minh hoạ chắn Kerr 36 Hình 2.2: Tp thay đổi theo hàm góc phân cực đầu vào với đỉnh công suất khác .41 Hình 2.3: Mức truyền sợi lưỡng chiết có độ dài L=LB 43 Hình 2.4: Dạng xung phổ xung bơm dò, nét đứt vị trí xung đầu vào 48 Hình 2.5: Nén xung XPM vùng tán sắc thường 50 Hình 2.6: Ket nối sợi quang mạng LEANET dùng thí nghiệm (a) iv Thuật ngừ ADM APD Tiếng Anh Tiêng Việt DBR DCF Add/Drop Multiplexer Bộ ghép xen/rẽ Avalanche PhotoDetector Photodiode thác Amplified Spontaneous Phát xạ tự phát khuếch Emission NHđại MỤCtheo CẢ cCHỮ TẤ T điện băng tần thu Arrayed WaveguideXuyên GratingDA kênh Cách tử ống dẫn sóng dạng mảng Xuyên kênh theođộ thấp băng tần điện thu Coarse WDM WDM mật Distributed Bragg Redector Laser phản xạ Bragg phân tán laser Dispersion Compensating XuyênFiber kênhSợi quang XPM bù phụ tán sắcthuộc vào tán sắc DFB Distributed FeedBack laser Laser phản hồi phân tán 77 DGD Differential Group Delay Trễ nhóm vi sai 78 DR Distributed Reflector Phản Hàm truyền đạt xạ sợiphân SMFtán theo sơ đồ bù tán sắc khác 78 Dispersion Shiíted Fiber 78 ASE AWG CWDM DSF DUT Sợi quang dịch tán sắc 73 74 74 76 77 Device Under Test Méo XPM theo Thiết kiểm tra sắc đo thử bị tỉ lệ bù tán khác với sơ đồ bù Dense WDM WDM mật độ cao truóc 79 Erbium Doped FiberMéo AmpliEier XPM vớiBộcác tỉ lệ bù khác với so đồ bù khuếch đạitán sợisắc quang pha 81 83 GVD sau tạp Erbium Four Wave Mixing Trộn bốn sóng Group Velocity Dispersion sắcsắc vậnkhác tốc nhóm Hai cấu hình Tán bù tán cho kết khác HDSF Half - Dispersion Shifted Fiber Sợi quang nửa tán sắc dịch 85 DWDM EDFA FWM ICI IFBG IL Inter-Channel Interference Nhiễu kênh lân cận Ảnh hưởng XPM thay đổi theo số chặng m Cách tử Bragg sợi In-Fiber Bragg Grating quang Insertion Loss Suy hao xen ITU International Liên minh Viễn thông quốc tế Telecommunications Union MFD MPI Mode Field Diameter MultiPath Interference Đường kính trường mode Giao thoa đa đường NF Noise Figure Hệ số tạp âm NZ-DSF Non-Zero Dispersion Shifted OADM ODMU X OMUX Fiber Optical Add/Drop Multiplexer Optical DeMultiplexer Sợi quang tán sắc dịch không không Bộ ghép xen/rẽ quang Bộ tách kênh quang Optical Multiplexer Bộ ghép kênh quang PDL Polarization Dependent Loss Suy hao phụ thuộc phân cực PMD Polarization Mode Dispersion Pseudo-Random Bit Sequence Relatively Intensity Noise Tán sắc mode phân cực PRBS RIN SBS SEL Stimulated Brillouin Scaterring Surface Emitting Laser Chuồi bit giả ngẫu nhiên Nhiễu cường độ tưong đối VI V kích thích Tán xạ Brillouin Laser phát xạ mặt 81 84 84 với điều hệ thống WDM lai ghép có tốc độ bit khác xen kẽ, chẳng hạn nhu kênh 1, 3, có tốc độ bit cao kênh 2, 4, có tốc độ bit thấp Các mức xuyên kênh XPM kênh tốc độ cao kênh tốc độ thấp tuơng tự nhu không cao mức xuyên kênh hệ thống có tốc độ bit thấp Tuy nhiên, khoảng cách kênh thấp, xuyên kênh XPM từ kênh đến kênh lớn xuyên kênh từ kênh có tốc độ bit thấp Tương tự hình 3.9, hình 3.10 biểu diễn mức xuyên kênh chuẩn hoá theo băng tần điện hệ thống dùng NZDSF năm chặng, OOkm chặng Tán sắc sợi quang 2,9 ps/nm/km công suất quang đưa vào chặng 8,5 dBm Tại có khác biệt nhỏ mức xuyên kênh hệ thống 10 Gb/s hệ thống 40 Gb/s Nguyên nhân hệ thống có tán sắc tích luỹ cao 73 Hình 3.10: Xuyên kênh theo băng tần điện thu Cần phải rằng, đế đơn giản hoá, hình 3.9 hình 3.10, công suất quang tín hiệu đuợc chọn lựa giống cho hệ thống có tốc độ bit khác nhau.Tuy nhiên, thực tế thường yêu cầu mức công suất cao hệ thống có tốc độ bit cao Việc tông quát hoá kết trường hợp có Hình 3.11: Xuyên kênh XPM phụ thuộc vào tán sắc Mặc dù xuyên kênh XPM thường coi nghiêm trọng sợi quang tán sắc thấp, hình 3.11 lại rõ ràng hệ thống không bù tán sắc, 74 giới hạn tán sắc hệ thống tán sắc cao tạo nhiều xuyên kênh hon Nói cách khác, hệ thống quang bù tán sắc, tán sắc nội cao hon giúp làm giảm điều chế pha XPM tán sắc hệ thống tích luỳ thấp làm giảm biến đôi nhiễu pha thành nhiễu cường độ 3.2.5 Anh hưởng XPM lên hệ thong WDM quản lý vể tán sắc Với hệ thống quản lý tán sắc, XPM có ảnh hưởng định Tuy nhiên, XPM phụ thuộc nhiều vào tán sắc sợi quang nên với so đồ quản lý tán sắc khác nhau, ảnh hưởng XPM khác Có mô hình nghiên cứu mặt lý thuyết [9] ảnh hưởng XPM đến chất lượng hệ thống WDM qua phân tích hàm truyền đạt lọc cường độ XPM gây Hàm truyền đạt so đồ quản lý tán sắc khác khác Từ nghiên cứu lý thuyết, số kết tính toán, kiểm chứng lại lý thuyết mở hướng khắc phục ảnh hưởng XPM quản lý tán sắc thích hợp Mô hình lý thuyết xem xét tia bơm mạnh tia dò tương đối yếu hệ thống gồm hai phần sợi quang có tán sắc khác D| D2 với chiều dài tương ứng L] L2 Tia dò cw tia bơm tín hiệu quang điều chế có biên độ biến đối chậm theo thời gian Công suất kênh bơm thay đối Pp(z,t) biến đối Fourier Pp(z,co) Tính đến suy hao kênh bơm walk-off kênh bơm kênh dò, bỏ qua SPM tia bơm dao động cường độ 75 Tần số (GHz) Hình 3.12: Hàm truyền đạt sọi SMF theo SO’ đồ bù tán sắc khác Trong hình 3.12 hàm truyền đạt 80 km sợi SMF (D=16 ps/nm/km) không bù có bù (trước sau) Hàm truyền cho thấy đặc điểm lọc thông cao Hình 3.13 hình 3.14 hàm truyền đạt với tỉ lệ bù tán sắc khác hệ thống bù trước bù sau Hình 3.15 so sánh hai cấu hình tán sắc khác hệ thống bù tán sắc hoàn toàn 80 km sợi DSF có tán sắc -2 ps/nm/km bù hoàn toàn sợi SMF có tán sắc 16 ps/nm/km; 80 km sợi SMF có tán sắc 16 ps/nm/km bù hoàn toàn sợi DCF có tán sắc 96 ps/nm/km Có thấy tán sắc nội sợi SMF lớn mà ảnh hưởng XPM bị loại bỏ, SMF lựa chọn tối ưu hệ thống WDM tốc độ cao Trong hệ thống đa chặng, ảnh hưởng XPM tích luỹ điếm cuối hệ thống Hình 3.16 khang định điều Trong chặng, sợi SMF bù hoàn toàn sợi DCF suy hao bù khuếch đại quang Như thấy hình, ảnh hưởng XPM lớn số chặng tăng lên Trong hình 3.17, sơ đồ bù thiếu bù thừa nghiên cứu hệ thống WDM năm chặng Có 76 cu Tần số (GHz) Hình 3.13: Méo XPM theo ti lệ bù tán sắc khác vói sơ đồ bù truức Tần số (GHz) Hình 3.14 Méo XPM vói tỉ lệ bù tán sắc khác vói SO’ đồ bù sau Nói tóm lại, hệ thống WDM quản lý tán sắc, ảnh hưởng XPM lọc cường độ với đặc điếm lọc thông cao, có nghĩa XPM hiệu ứng phi tuyến có tính trội hệ thống WDM tốc độ cao 77 co >> en p Q_ X o "ơ [...]... loại: WDM thông thường và DWDM (Dense WDM - ghép mật độ cao) Các hệ thống có trên 8 bước sóng tích cực trên một sợi quang thường được coi là DWDM còn các hệ thống có ít hơn 8 bước sóng tích cực trên một sợi quang được coi là WDM thông thường WDM theo chuẩn của ITU về thuật ngữ có nghĩa là hai (hoặc nhiều hơn) tín hiệu ghép trên cùng một sợi quang, trong đó một tín hiệu trong dải 1550 nm và một tín hiệu. .. phí cho các linh kiện WDM, xấp xỉ chi phí cho các linh kiện không WDM WDM cũng được sử dụng cho các mạng cáp TV, tại đó các bước sóng khác nhau được sử dụng cho các tín hiệu luồng lên và xuống Trong các hệ thống này, các bước sóng thường được phân chia rộng, chẳng hạn tín hiệu luồng xuống tại 1310 nm trong khi tín hiệu luồng lên tại 1550 nm DWDM - WDM mật độ cao, chỉ những tín hiệu quang được ghép trong... đến giá trị ngưỡng Đồng thời, các hiệu ứng phi tuyến cũng trở thành tất yếu sau khi các tín hiệu vượt qua một độ dài nào đó của sợi quang, phụ thuộc vào đặc điếm kỹ thuật của cấu trúc và các điều kiện hoạt động của sợi quang Trong thực tế, trường điện (E) của tín hiệu lan truyền tỉ lệ với công suất tín hiệu p lần hệ số phi tuyến n2 chia cho diện tích hiệu dụng Aett của lõi sợi theo công thức sau: E(z... chuẩn hoá hệ thống có khoảng 3 quang mới theo các khuyến nghị G.652 c và G.652.D đã gần như loại bỏ được một số đỉnh suy hao và cho phép hoạt động trên toàn bộ 20 kênh WDM của ĨTU trong các mạng nội thị Đặc điêm chính của WDM theo chuân ITU là các tín hiệu chưa có khoảng cách thích hợp cho khuếch đại bàng EDFA Nguyên nhân là do khoảng cách truyền hạn chế của WDM, chỉ khoảng 60 km với tín hiệu 2,5 Gb/s,... tách các tín hiệu có bước sóng ẤI(i = l,2, N,i* j) khác nhau thành các kênh riêng rẽ rồi đưa đến một máy thu Trên mỗi sợi quang, tín hiệu phát tại một đầu và thu tại một đầu, mang tính đơn hướng 2 OA: bộ khuếch đại quang ODMUX: bộ giải ghép kênh quang OMUX: bộ ghép kênh Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống WT)M sử dụng hai sợi Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống WDM sử dụng một sọi 1.2.3 WDMvàDWDM Các hệ thống WDM được chia... sóng 1550 nm, thích hợp sử dụng trong các hệ thống WDM thông thường Tuy nhiên do hiệu ứng trộn bốn sóng xảy ra mạnh nên nó không được sử dụng trong các hệ thống kênh mật độ dày đặc DWDM Trong các hệ thống DWDM người ta sử dụng sợi NZDSF (Non-zero DSF), loại sợi này có mức tán xạ thấp tại cửa sổ thứ ba Một loại sợi mới cũng đang được phát triến cho truyền dẫn WDM là sợi HDSF (Half-Dispersion shifted... và vượt ra ngoài pha dọc theo sợi Hiệu ứng này cùng với sự xuất hiện của PDL và chirp của bộ phát làm méo dạng và nới rộng xung tín hiệu và ảnh hưởng đến tỉ lệ lỗi trong các hệ thống số, đồng thời có thế gây ra méo hài nghiêm trọng trong các hệ thống tương tự như các mạng CATV Dưới điều kiện chiếm ưu thế trong các mạng quang, PMD tích luỹ thống kê theo hàm căn bậc hai của khoảng cách chứ không phải là... THÓNG TRUYỀN DẪN WDM 1.1 Giới thiệu ch ương Mạng truyền tải với công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng WDM với nhiều ưu điểm vượt trội đang là nền tảng của mạng thế hệ mới NGN WDM đã và đang cung cấp cho mạng lưới dung lượng 40Gb/s, 80Gb/s, 240Gb/s với nhiều bước sóng được truyền trên một sợi quang, tốc độ mỗi kênh 2,5Gb/s, lOGb/s Chương 1 trình bày khái niệm, nguyên lý cơ bản của WDM và các thành... rộng phố hẹp làm cho chúng dề bị ảnh hưởng bởi nhiễu do sự phản hồi từ các liên kết 1.3.2 Bộ tách/ghép kênh quang Chức năng bộ tách kênh quang là nhận tín hiệu từ sợi quang - một tia sáng bao gồm nhiều tần số sóng quang khác nhau Bộ tách kênh quang có nhiệm vụ tách tín hiệu nhận được thành các tín hiệu tại tần số khác nhau Nhiệm vụ của bộ ghép kênh quang thì ngược lại: nó nhận tín hiệu từ nhiều nguồn... tín hiệu trên tạp âm SONET Synchronous Optical NETwork Self Phase Modulation Mạng quang đồng bộ SPM SRS SSMF WDM Tự điều chế pha Stimulated Raman Scaterring Tán xạ Raman kích thích Sợi quang đon mode tiêu Standard Single Mode Fiber chuẩn Wavelength Division Ghép kênh phân chia theo Multiplex XPM Cross Phase Modulation bước Điều sóng chế pha chéo xs XPM Suppressor Bộ triệt XPM CHƯƠNG I TÔNG QUÁN VÈ HỆ ... động hệ thống WDM, tìm hiểu thành phần hệ thống WDM, tham số ảnh hưởng đến tuyến tryền dẫn sử dụng công nghệ WDM Đồ án nghiên cứu ảnh hưởng hiệu ứng XPM, nghiên cứu số tượng XPM hệ thống WDM Đồ... Sơ đồ hệ thống WT)M sử dụng hai sợi Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống WDM sử dụng sọi 1.2.3 WDMvàDWDM Các hệ thống WDM chia thành hai loại: WDM thông thường DWDM (Dense WDM - ghép mật độ cao) Các hệ thống... kênh kênh có tốc độ bit khác .XPM 72 3.2.5 Ảnh hưởng XPM lên hệ thống WDM quảnlý tán sắc 75 3.3 Một số giải pháp khắc phục ảnh hưởng XPM hệ thống WDM 79 3.3.1 Dùng triệt XPM 79 3.3.2