Bài tập lớn Tìm hiểu và thiết kế hệ thống thông tin quang WDM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG *** *** BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC: Thông tin quang Đề tài: “Tìm hiểu thiết kế hệ thống thông tin quang WDM” Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Hoàng Hải Nhóm Sinh Viên Thực Hiện: Nguyễn Xuân Phúc Nguyễn Việt Nam Lưu Huy Hoàn Phạm Phương Long Nguyễn Thành Đô 20093567 20091845 20091128 20091663 20090748 Hà Nội: 27/04/ 2013 ĐT 02 – K54 ĐT 03 – K54 ĐT 07 – K54 ĐT 03 – K54 ĐT 04 – K54 VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG MỤC LỤC VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Phần 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG WDM 1.1 Lịch sử phát triển • Năm 1977: Bắt đầu nghiên cứu hệ thống thông tin ghép bước sóng sợi quang • Đầu thập kỷ 80: Bắt đầu thương mại hóa hệ thống ghép bước sóng sợi quang, ghép bước sóng hai vùng cửa số khác Đây dạng đơn giản công nghệ ghép bước sóng quang, với việc truyền kênh vùng cửa sổ khác lúc • Những năm 1990: Hệ thống ghép bước sóng quang đa kênh đời, với khoảng cách kênh nhỏ 1nm Kỹ thuật ghép kênh WDM ghép nhiều bước sóng vùng cửa sổ, tiêu biểu 1550nm • Năm 1996: hệ thống WDM hoạt động với tổng dung lượng 40 Gb/s thương mại hóa • Năm 2001: triển khai nhiều hệ thống vượt biển tốc độ cao, tốc độ lên tới 100 Gb/s • Hiện này, với phát triển vượt bậc công nghệ hệ thống WDM ngày nâng cao tốc độ, dung lượng khoảng cách truyền dẫn… 1.2 Giới thiệu chung a) Khái niệm Ghép kênh theo bước sóng WDM (Wavelength Devision Multiplexing) công nghệ sợi quang đồng thời truyền dẫn nhiều bước sóng tín hiệu quang Ở đầu phát, nhiều tín hiệu quang có bước sóng khác tổ hợp lại (ghép kênh) để truyền sợi quang Ở đầu thu, tín hiệu tổhợp phân giải (tách kênh), khôi phục lại tín hiệu gốc đưa vào đầu cuối khác b) Đặc điểm Truyền dẫn ghép phân bước sóng WDM (Wavelength Devision Multiplexing): ghép thêm nhiều bước sóng để truyền sợi quang, không cần tăng tốc độ truyền dẫn bước sóng Công nghệ WDM mang đến giải pháp hoàn thiện điều kiện công nghệ Thứ giữ tốc độ xử lý linh kiện điện tử mức 10 Gbps, bảo đảm thích hợp với sợi quang Thay vào đó, công nghệ WDM tăng băng thông cách tận dụng cửa sổ làm việc sợi quang khoảng bước sóng 1260nm đến 1675nm Khoảng bước sóng chia làm nhiều băng sóng hoạt động Đầu tiên, hệ thống WDM hoạt động băng C (do EDFA hoạt động khoảng băng sóng này) Về sau, EDFA VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG có khả hoạt động băng C băng L nên hệ thống WDM dùng EDFA hoạt động băng C băng L Nếu theo chuẩn ITU-T, xét khoảng cách kênh bước sóng 100 Ghz (đảm bảo khả chống xuyên nhiễu kênh điều kiện công nghệ tại), có 32 kênh bước sóng hoạt động băng Như vậy, giữ nguyên tốc độ bit kênh truyền, dùng công nghệ WDM đủ làm tăng băng thông truyền sợi quang lên 64 lần Ưu điểm công nghệ WDM: • Tăng băng thông truyền sợi quang số lần tương ứng số bước sóng ghép vào để truyền sợi quang • Tính suốt: Do công nghệ WDM thuộc kiến trúc lớp mạng vật lý nên hỗ trợ định dạng số liệu thoại như: ATM, Gigabit Ethernet, ESCON, chuyển mạch kênh, IP • Khả mở rộng: Những tiến công nghệ WDM hứa hẹn tăng băng thông truyền sợi quang lên đến hàng Tbps, đáp ứng nhu cầu mở rộng mạng ởnhiều cấp độ khác • Hiện tại, chỉcó công nghệ WDM cho phép xây dựng mô hình mạng truyền tải quang OTN (Optical Transport Network) giúp truyền tải suốt nhiều loại hình dịch vụ, quản lý mạng hiệu quả, định tuyến linh động Nhược điểm công nghệ WDM: • Vẫn chưa khai thác hết băng tần hoạt động sợi quang (chỉ tận dụng băng C băng L) • Quá trình khai thác, bảo dưỡng phức tạp gấp nhiều lần so với hệ thống khác • Nếu hệ thống sợi quang sửdụng sợi DSF theo chuẩn G.653 khó triển khai WDM xuất hiện tượng trộn bốn bước sóng gay gắt c) Sơ đồ khối hệ thống VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Hình 1: Sơ đồ khối hệ thống WDM Chức khối: • Phát tín hiệu: Trong hệ thống WDM, nguồn phát quang dùng laser Hiện có số loại nguồn phát như: Laser điều chỉnh bước sóng (Tunable Laser), Laser đa bước sóng (Multiwavelength Laser) Yêu cầu nguồn phát laser phải có độ rộng phổ hẹp, bước sóng phát ổn định, mức công suất phát đỉnh, bước sóng trung tâm, độ rộng phổ phải nằm giới hạn cho phép • Ghép/tách tín hiệu: Ghép tín hiệu WDM kết hợp số nguồn sáng khác thành luồng tín hiệu ánh sáng tổng hợp đểtruyền dẫn qua sợi quang Tách tín hiệu WDM phân chia luồng ánh sáng tổng hợp thành tín hiệu ánh sáng riêng rẽ cổng đầu tách Hiện có tách/ghép tín hiệu WDM như: lọc màng mỏng điện môi, cách tử Bragg sợi, cách tử nhiễu xạ, linh kiện quang tổ hợp AWG, bộlọc FabryPerot Khi xét đến tách/ghép WDM, ta phải xét tham số như: khoảng cách kênh, độ rộng băng tần kênh bước sóng, bước sóng trung tâm kênh, mức xuyên âm kênh, tính đồng kênh, suy hao xen, suy hao phản xạ Bragg, xuyên âm đầu gần đầu xa • Truyền dẫn tín hiệu: Quá trình truyền dẫn tín hiệu sợi quang chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố: suy hao sợi quang, tán sắc, hiệu ứng phi tuyến, vấn đề liên quan đến khuếch đại tín hiệu Mỗi vấn đề kể phụ thuộc nhiều vào yếu tốsợi quang (loại sợi quang, chất lượng sợi ) mà ta xem xét phần sau • Khuếch đại tín hiệu: Hệ thống WDM chủ yếu sử dụng khuếch đại quang sợi EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier) Tuy nhiên khuếch đại Raman sử dụng thực tế Có ba chế độ khuếch đại: khuếch đại công suất, khuếch đại đường tiền khuếch đại Khi dùng khuếch đại EDFA cho hệ thống WDM phải đảm bảo yêu cầu VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG sau: Ðộ lợi khuếch đại đồng tất cảcác kênh bước sóng (mức chênh lệch không dB) Sự thay đổi số lượng kênh bước sóng làm việc không gây ảnh hưởng đến mức công suất đầu kênh Có khả phát chênh lệch mức công suất đầu vào để điều chỉnh lại hệ số khuếch đại nhằm đảm bảo đặc tuyến khuếch đại phẳng tất kênh • Thu tín hiệu: Thu tín hiệu hệ thống WDM sử dụng tách sóng quang hệ thống thông tin quang thông thường: PIN, APD d) Phân loại hệ thống WDM Phân loại theo hướng truyền dẫn: Theo cách phân loại hệ thống WDM chia làm hai loại: hệ thống đơn hướng song hướng minh họa hình hình Hệ thống WDM đơn hướng truyền theo chiều sợi quang Do vậy, để truyền thống tin hai điểm cần hai sợi quang Hệ thống WDM song hướng truyền hai chiều sợi quang nên cần sợi quang để trao đổi thông tin hai điểm Hình 2: Hệ thống WDM ghép đơn hướng Hình 3: Hệ thống WDM ghép kênh song hướng VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Cả hai hệ thống đơn hướng song hướng có ưu nhược điểm riêng Giả sử công nghệ cho phép truyền N bước sóng sợi quang, so sánh hai hệ thống ta thấy: • Xét dung lượng, hệ thống đơn hướng có khả cung cấp dung lượng cao gấp đôi so với hệ thống song hướng Ngược lại, số sợi quang cần dùng gấp đôi so với hệ thống song hướng • Khi cố đứt cáp xảy ra, hệ thống song hướng không cần đến chế chuyển mạch bảo vệ tự động APS (Automatic Protection-Switching) hai đầu liên kết có khả nhận biết cố cách tức thời • Đứng khía cạnh thiết kế mạng, hệ thống đơn hướng khó thiết kế phải xét thêm yếu tố như: vấn đề xuyên nhiễu có nhiều bước sóng sợi quang, đảm bảo định tuyến phân bố bước sóng cho hai chiều sợi quang không dùng chung bước sóng Các khuếch đại hệ thống song hướng thường có cấu trúc phức tạp hệ thống đơn hướng Tuy nhiên, số bước sóng khuếch đại hệ thống song hướng giảm ½ theo chiều nên hệ thống song hướng, khuếch đại cho công suất quang ngõ lớn so với hệ thống đơn hướng Phân loại theo phương pháp ghép kênh: Theo cách phân chia ta chia hệ thống WDM thành hai loại: hệ thống DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) hệ thống CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) • Hệ thống DWDM: Là hệ thống ghép kênh theo bước sóng với mật độ dày đặc Khoảng cách bước sóng kề hệ thống DWDM điển hình 0,8 nm hay tương đương với 100 GHz (ngoài có hệ thống DWDM khác với khoảng cách bước sóng kề 12,5 GHz, 25 Ghz 50 GHz) Dải bước sóng hoạt động hệ thống DWDM băng C (1530 nm – 1565 nm) băng L (1565 nm – 1625 nm) Với khoảng cách kênh 0,8 nm số kênh tối đa ghép theo lý thuyết 119 kênh Tốc độ điển hành kênh hệ thống DWDM 2,5 – 10 Gbps Như dung lượng hệ thống WDM lớn, lên đến cỡ VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Tbps Công nghệ WDM đạt dung lượng 5,12 Tbps với 32 kênh bước sóng, kênh có tốc độ 160 Gbps Tuy nhiên hệ thống tạo phòng thí nghiệm Trên thực tế hệ thống DWDM sử dụng rộng rãi thường mạng đường trục quốc gia tuyến cáp quang biển xuyên quốc gia đạt dung lượng cỡ hàng trăm Gbps Hiện nước ta công ty Truyền dẫn Viettel sử dụng hệ thống DWDM cho mạng mạng đường trục Bắc - Nam với dung lượng 40 Gbps (4 kênh bước sóng, tốc độ kênh 10 Gbps) nâng cấp lên 400 Gbps (ghép 40 bước sóng) • Hệ thống CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing): Là hệ thống ghép kênh theo bước sóng với mật độ thưa Khoảng cách bước sóng kề hệ thống CWDM điển hỡnh 20 nm Dải bước sóng hoạt động hệ thống CWDM băng O (1260 nm – 1360 nm), băng E (1360nm – 1460 nm), băng S (1460 nm – 1530 nm), băng C (1530 nm – 1565 nm) băng L (1565 nm – 1625 nm) Như hệ thống CWDM điển hỡnh cú thể ghộp tối đa 18 kênh bước sóng, nhiều so với hệ thống DWDM Mặt khác tốc độ kênh đơn sử dụng thấp (chỉ từ 50 Mbps – 2,5 Gbps) dung lượng hệ thống CWDM nhỏ so với hệ thống DWDM Tuy nhiên hệ thống CWDM lại có ưu điểm hệ thống DWDM chỗ sử dụng thiết bị đơn giản hơn, công suất tiêu thụ thấp hơn, chi phí triển khai, vận hành mở rộng Do hệ thống CWDM mang lại hiệu kinh tế cao yêu cầu dung lượng không lớn VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG 1.3 Nguyên lí hoạt động Hình 4: Nguyên lý ghép kênh theo bước sóng Nguyên lý ghép kênh theo bước sóng ghép tất bước sóng khác nguồn phát quang vào sợi dẫn quang nhờ ghép kênh MUX truyền dẫn bước sóng sợi quang Khi đến đầu thu, tách kênh quang phân tách để nhận lại bước sóng 1.4 Các thiết bị hệ thống WDM a) Bộ ghép/tách tín hiệu (Coupler) Bộ ghép/tách tín hiệu (Coupler) thiết bị quang dùng để kết hợp tín hiệu truyền đến từ sợi quang khác Nếu Coupler cho phép ánh sáng truyền qua theo chiều, ta gọi Coupler có hướng (directional coupler) Nếu cho phép ánh sáng theo chiều, ta gọi coupler song hướng (bidirectional coupler) Coupler linh kiện quang linh hoạt cho nhiều ứng dụng khác nhau: Bộ Coupler với tỉ số ghép α ≈ dùng để trích phần nhỏ tín hiệu quang, phục vụ cho mục đích giám sát Coupler phận để tạo nên thành phần quang khác, chẳng hạn như: Các chuyển mạch tĩnh, điều chế, giao thoa Mach-Zehnder MZI… MZI chế tạo hoạt động lọc, MUX/DEMUX, chuyển mạch chuyển đổi bước sóng Thực ghép/tách bước sóng sợi quang Nhờ điều chỉnh chiều dài ghép thích hợp chế tạo, coupler x ghép 50:50 phân bố công suất ánh sáng từ đầu vào làm hai phần hai ngõ Coupler gọi VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG coupler 3dB, ứng dụng phổ biến Từ coupler 3dB, tạo nên coupler n x n tín hiệu khác vào sợi quang b) Bộ lọc quang Bộ lọc thiết bị cho phép kênh bước sóng qua, khóa tất kênh bước sóng khác Nguyên lý lọc giao thoa tín hiệu, bước sóng hoạt động lọc cộng pha nhiều lần qua nó, kênh bước sóng khác, ngược lại bị triệt tiêu pha Tùy thuộc vào khả điều chỉnh kênh bước sóng hoạt động, người ta chia lọc làm hai loại: lọc cố định lọc điều chỉnh c) Bộ định tuyến bước sóng Thiết bị kết hợp chức ghép kênh hình với trình ghép kênh tách kênh Tín hiệu WDM vào từ cổng đầu vào chia thành N phần hướng phía cổng đẩu định tuyến Định tuyến thụ động cần phải có lượng điện Bộ ghép kênh NxN sử dụng định tuyến bước sóng Dùng ghép hình NxM cho M cổng đầu ghép hình nối với M cổng đầu vào ghép hình khác thông qua mảng M ống dẫn sóng cách tử dẫn sóng Thiết bị gọi định tuyến cách tử dẫn sóng WGR Bộ ghép hình NxM phân chia công suất N kênh vào cho M cổng Cách tử tạo từ M ống dẫn sóng tách kênh khác theo bước sóng Bộ ghép hình NxM thứ hai phân phối tín hiệu tách cho cổng đầu Kết tín hiệu WDM đầu đến từ N nút mạng khác định tuyến tới tập hợp khác N nút mạng khác Cách tử dẫn sóng phận quang nhât WGR thực tách kênh WGR WGR coi N giải ghép kênh làm việc song song với đặc tính sau Nếu tín hiệu WDM từ cổng đầu vào phân phối cho N cổng đầu theo thứ tự 1,2,3 ,N tín hiệu từ cổng thứ i phân phối cho N cổng đầu theo thứ tự N,1,2,3 ,N-1 WGR chế tạo hai công nghệ silica-silicon InGaAsP/InP, tạo thiết bị tích hợp Thực tế, mạng thông tin quang sử dụng tín hiệu quang cho việc truyền tải thông tin nút mạng, định tuyến điện, chuyển mạch điện Tốn thời gian, chi phí cho biến đổi điện quang Trong tương lai, đinh tuyến 10 VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Các có chức tựa chuyển mạch số điện tử mạng điện thoại Gồm N cổng vào, cổng thu tín hiệu WDM gồm M bước sóng Các giải ghép kênh tách tín hiệu thành bước sóng riêng rẽ phân phối bước sóng cho M chuyển mạch, chuyển mạch thu N tín hiệu đầu vào bước sóng Các chuyển mạch đưa đầu chúng tới N ghép kênh, phối hợp M đầu vào chúng để tạo thành tín hiệu WDM Cổng đầu vào đầu phụ thêm vào chuyển mạch cho phép tách xen vào kênh xác định Các chuyển mạch chuyển mạch không gian chúng hoạt động sở nội vùng không gian đầu vào chúng 1.5 Các yếu tố ảnh hưởng tới hệ thống WDM Có yếu tố sợi quang ảnh hưởng đế n khả hệ thống thông tin quang, bao gồm: • Suy hao • Tán sắc • Hiệu ứng phi tuyến Tuy nhiên hệ thống khác mức độ ảnh hưởng yếu tố khác nhau: • Đối với hệ thống cự li ngắn, dung lượng thấp yếu tố cần quan tâm suy hao • Đối với hệ thống tốc độ tương đối cao, cự li truyền dẫn tương đối xa yếu tố cần quan tâm suy hao tán sắc • Đối với hệ thống dung lượng lớn, cự li truyền dẫn xa hai yếu tố kể ta phải quan tâm tới ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến tới hệ thống a) Suy hao sợi quang Trong hệ thống thông tin quang vấn đề quan trọng phải đảm bảo tỉ số tín hiệu tạp âm S/N (Signal to Noise ratio) cho đầu thu thu tín hiệu với mức BER cho phép Giả sử, máy phát phát tín hiệu tới phía thu với mức công suất Pphát định, công suất tín hiệu bị suy giảm dần đường truyền nhiều nguyên nhân như: suy hao thân sợi quang gây suy hao thành phần quang thụ động Cự ly truyền dẫn dài công suất tín hiệu bị suy hao nhiều, suy hao lớn làm cho công suất tín hiệu đến máy thu nhỏ công suất ngưỡng thu nhỏ (Pthu min) thông tin truyền bị Để máy thu thu thông tin, công suất tín hiệu đến máy thu phải nằm giải công suất máy thu 14 VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Suy hao sợi quang đóng vai trò quan trọng việc thiết kế hệ thống thông tin quang, tham số xác định khoảng cách bên phát bên thu Ảnh hưởng tính sau: công suất ngõ Pout cuối sợi quang có chiều dài L liên hệ với công suất vào Pin sau: Pout = Pin Hình 5: Khái niệm suy hao sợi quang Các nguyên nhân gây suy hao hấp thụ, tán xạ tuyến tính, uốn cong Khi sử dụng khuếch đại WDM khắc phục hiệu tượng suy hao b) Hiện tượng tán sắc Trong sợi quang, tần số ánh sáng khác mode khác cần thời gian khác để truyền từ A tới B Hiện tượng gọi tán sắc gây nhiều ảnh hưởng khác Khi sử dụng EDFA tuyến vấn đề suy hao giải quyết, cự ly truyền dẫn nâng lên rõ rệt, tổng tán sắc tăng lên Do đó, lại yêu cầu phải giải vấn đề tán sắc, không, thực việc truyền thông tin tốc độ cao truyền dẫn cự ly dài Bây giờ, ảnh hưởng hiệu ứng tán sắc sợi quang lại yếu tố hạn chế chủ yếu, hệ thống tốc độ cao lại thể rõ rệt Tán sắc gây co giãn xung truyền dẫn quang, gây giao thoa kí tự, tăng lỗi bit máy thu gây giảm khoảng cách truyền dẫn Ví dụ, sợi quang G 652 tán sắc tốc độ 2,5 Gbit/s cự ly bị hạn chế khoảng 928 km, tốc độ tăng lên 10 Gbit/s cự ly truyền dẫn bị hạn chế 58 km Việc sử dụng lặp khắc phục tượng tán sắc 15 VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Hình 6: Tán sắc độ rộng xung ngõ tăng Độ tán sắc tổng cộng sợi quang kí hiệu Dt xác định: D= : Độ rộng xung vào (s) Dt: Đơn vị s Thường người ta quan tâm tới độ trải xung Km, có đơn vị [ns/km] [ps/km] Ngoài có đơn vị [ps/ns.km] để đánh giá độ tán sắc chất liệu chiều dài 1km sợi quang ứng với độ rộng phổ quang 1ns Có hai loại tán sắc : • Tán sắc mode: xảy sợi quang đa mode • Tán sắc sắc thể: xảy tất loại sợi quang Bao gồm hai loại là: tán vật liệu tán sắc ống dẫn sóng c) Hiệu ứng phi tuyến Hiệu ứng quang gọi phi tuyến tham số phụ thuộc vào cường độ ánh sáng (công suất) Các tượng phi tuyến bỏ qua hệ thống thông tin quang hoạt động mức công suất vừa phải (vài mW) với tốc độ bit lên đến 2.5Gbps Tuy nhiên, tốc độ bit cao 10Gbps cao hơn, hay mức công suất truyền dẫn lớn, việc xét hi ệu ứ ng phi tuyến quan trọng Trong hệ thống WDM, hiệu ứng phi tuyến trở nên quan trọng chí công suất tốc độ bit vừa phải Các hiệu ứng phi tuyến chia làm loại: • Loại thứ phát sinh tác động qua lại sóng ánh sáng với phonon (rung động phân tử ) môi trường silica Hai hiệu ứng 16 VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG loại tán xạ kích thích Brillouin (SBS) tán xạ kích thích Raman (SRS) • Loại thứ hai sinh phụ thuộc chiết suất vào cường độ điện trường hoạt động, tỉ lệ với bình phương biên độ điện trường Các hiệu ứng phi tuyến quan trọng loại hiệu ứ ng tự điều pha (SPM – Self - Phase Modulation), hiệu ứng điều chế xuyên pha (CPM – Cross Phase Modulation) hiệu ứng trộn bước sóng (FWM – Four - Wave Mixing) Loại hiệu ứng gọi hiệu ứng Kerr Các hiệu ứng tán xạ đặc trưng hệ số độ lợi g, đo m/w (meters per watt) độ rộng phổ Δf ( độ lợi tương ứ ng) công suất ngưỡng Pth ánh sáng tớ i - mức công suất mà suy hao tán xạ 3dB, tức nửa công suất toàn độ dài sợi quang Hệ số độ lợi đại lượng cường độ hiệu ứng phi tuyến 1.6 17 VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG PHẦN 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM 2.1 Tổng quan a) Bài toán thiết kế Xây dựng phương án thiết kế hệ thống thông tin quang WDM có sử dụng khuếch đại quang EDFA với yêu cầu thiết kế sau: • Tốc độ bit: 2.5 Gbit/s • Cựly truyền dẫn: 300 km • Số lượng kênh bước sóng: kênh • Loại sợi: Sợi quang đơn mode chuẩn (G.652) • Nguồn phát: Laser • Phương thức điều chế: điều chế • Bộ thu: Sử dụng PIN kết hợp với lọc thông thấp Bessel b) Phần mềm Optisystem Optisystem phần mềm mô hệ thống thông tin quang Phần mềm có khả thiết kế, đo đạc tính toán tối ưu kênh quang theo yêu cầu người sử dụng Phần mềm có giao diện thân thiện, người dùng thiết kế tuyến quang cách kéo thả thiết bị quang từ cửa sổ thư viện, đồng thời thay đổi thông số dễ dàng cho phù hợp với yêu cầu 2.2 Thiết kế hệ thống a) Phía phát • Thiết lập tham số toàn cục Chọn Layout -> Parameters để mở cửa sổ thiết lập thông số toàn cục 18 VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Hình 7: Thay đổi thông số toàn cục kênh truyền Các thông số toàn cục bao gồm thông số sau - Tốc độ bit (Bit rate): chọn 2.5 Gbits/s - Chiều dài chuỗi (Sequence length): chọn 128 bits - Số bit mẫu (Samples per bit): chọn 64 • Thiết kế tuyến phát Tuyến phát bao gồm kênh quang ghép lại ghép kênh WDM 8x1 Mỗi kênh bao gồm nguồn CW Laser bơm ánh sáng laser nhằm giảm ảnh hưởng tán sắc sợi, nguồn tạo chuỗi bit ngẫu nhiên tuần tự, qua mã hóa RZ Chuỗi bit điều chế với sóng mang sóng ánh sáng laser qua điều chế Mach – Zehnder Sau điều chế, kênh vào ghép kênh WDM truyền tới kênh truyền 19 VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Hình 8: Kênh truyền trước ghép kênh Hình 9: Sau điều chế, kênh truyền tới ghép kênh WDM 8x1 b) Tuyến truyền dẫn quang Tuyến truyền dẫn quang có chiều dài 300km, để thuận tiện, sử dụng lặp Loop control để lặp lại tuyến sau độ dài định Trong dùng loop, vòng loop có chiều dài 60km Sợi quang sử dụng để truyền dẫn sợi đơn mode G652 20 VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Do sợi quang có suy hao tán sắc nên sử dụng 10km 60km vòng loop để làm bù tán sắc DCF Thông số sợi quang đơn mode G652 sau: - Suy hao sợi: 0.2 dB/km Độ tán sắc: 16.75 ps/nm/km Độ dốc tán sắc 0.075 ps/nm^2/km Hình 10: Thông số sợi quang đơn mode G652 Thông số sợi bù tán sắc DCF sau: - Suy hao sợi 0.5db/km Độ bù tán sắc âm: - 50x16.75/10 = - 83 ps/mn/km Độ dốc tán sắc: 0.075x50/10 = 0.375 ps/nm^2/km 21 VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Hình 11: Thông số sợi bù tán sắc DCF Do suy hao sợi quang nên cần sử dụng khuếch đại EDFA để bù suy hao sợi Hệ số khuếch đại tính sau: G = 50x0.2 + 10x0.5 = 15 dB Hình 12: Thông số khuếch đại EDFA Toàn kênh truyền thiết kế sau: Hình 13: Tuyến truyền quang c) Tuyến thu 22 VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Sóng mang sau hết kênh truyền giải ghép kênh qua DEMUX WDM 1x8 Mỗi kênh sau giải ghép qua Photodetector kết hợp với lọc thông thấp Bessel Hình 14: Kênh thu tín hiệu 2.3 Kết mô theo yêu cầu a) Toàn hệ thống Hình 15: Toàn hệ thống quang WDM 23 VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG b) Kết đo Chọn công suất phát quang Laser -15.21 dBm, ta có giá trị đo sau Hình 16: Tỷ số BER kênh 24 VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Hình 17: Công suất phát sau ghép kênh WDM Hình 18: Phổ tín hiệu phát sau ghép kênh WDM Hình 19: Công suất tín hiệu thu sau truyền 25 VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Hình 20: Phố tín hiệu thu sau truyền c) Thay đổi thông số để tỉ lệ BER đạt 10-12 Ta thay đổi công suất phát, suy hao sợi, hệ số khuếch đại G EDFA, kết hợp cách để tỉ lệ BER đạt 10-12 Hình 21: Thay đổi công suất phát -7.21 dBm 26 VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Hình 22: Thay đổi hệ số khuếch đại EDFA 12.9 dB 27 VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Hình 23: Tỷ lệ BER sau thay đổi đạt Min 10-12 d) Kết luận Tỷ lệ BER tăng lên tăng công suất phát, đồng thời giảm hệ số khuếch đại EDFA 28 [...]... hiệu ứng phi tuyến 1.6 17 VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG PHẦN 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM 2.1 Tổng quan a) Bài toán thiết kế 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: 2.5 Gbit/s • Cựly truyền dẫn: 300 km • Số lượng kênh bước sóng: 8 kênh • Loại sợi: Sợi quang đơn mode chuẩn (G.652) • Nguồn phát: Laser... thu: Sử dụng PIN kết hợp với bộ lọc thông thấp Bessel b) Phần mềm Optisystem Optisystem là phần mềm mô phỏng hệ thống thông tin quang Phần mềm này có khả năng thiết kế, đo đạc và tính toán tối ưu các kênh quang theo yêu cầu của người sử dụng Phần mềm có giao diện thân thiện, người dùng có thể thiết kế tuyến quang bằng cách kéo thả các thiết bị quang từ cửa sổ thư viện, đồng thời thay đổi thông số dễ dàng... cho phép tách ra hoặc xen vào một kênh xác định Các chuyển mạch này là chuyển mạch không gian vì chúng hoạt động trên cơ sở nội bộ vùng không gian của đầu vào của chúng 1.5 Các yếu tố ảnh hưởng tới hệ thống WDM Có 3 yếu tố bản của sợi quang ảnh hưởng đế n khả năng của các hệ thống thông tin quang, bao gồm: • Suy hao • Tán sắc • Hiệu ứng phi tuyến Tuy nhiên đối với mỗi hệ thống khác nhau thì mức độ... ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Suy hao trong sợi quang đóng một vai trò rất quan trọng trong việc thiết kế hệ thống thông tin quang, là tham số xác định khoảng cách giữa bên phát và bên thu Ảnh hưởng của nó có thể được tính như sau: công suất ngõ ra Pout ở cuối sợi quang có chiều dài L liên hệ với công suất vào Pin như sau: Pout = Pin Hình 5: Khái niệm suy hao trong sợi quang Các nguyên nhân chính gây ra suy... khi đi hết kênh truyền sẽ được giải ghép kênh qua bộ DEMUX WDM 1x8 Mỗi kênh sau khi giải ghép sẽ qua một bộ Photodetector kết hợp với một bộ lọc thông thấp Bessel Hình 14: Kênh thu tín hiệu 2.3 Kết quả mô phỏng theo yêu cầu a) Toàn bộ hệ thống Hình 15: Toàn bộ hệ thống quang WDM 23 VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG b) Kết quả đo được Chọn công suất phát quang Laser bằng -15.21 dBm, ta có các giá trị đo được như... 2.2 Thiết kế hệ thống a) Phía phát • Thiết lập tham số toàn cục Chọn Layout -> Parameters để mở ra cửa sổ thiết lập thông số toàn cục 18 VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Hình 7: Thay đổi thông số toàn cục của kênh truyền Các thông số toàn cục bao gồm các thông số sau - Tốc độ bit (Bit rate): chọn 2.5 Gbits/s - Chiều dài chuỗi (Sequence length): chọn 128 bits - Số bit trên mẫu (Samples per bit): chọn 64 • Thiết. .. quảng bá Vai trò là kết hợp các tín hiệu quang vào từ các cổng đầu vào và chia đều nó giữa các cổng đầu ra Không có khả năng tách kênh riêng rẽ vì không chứa các phần tử chọn bước sóng Số lượng đầu ra và đầu vào không cần giống nhau Bộ ghép hình sao thụ động như vậy là bộ ghép hình sao quảng bá Nx N, N là số cổng vào và cổng ra Tiết kiệm sợi quang khi quảng bá ở vùng địa lý rộng lớn Loại đầu tiên là... mode: chỉ xảy ra ở sợi quang đa mode • Tán sắc sắc thể: xảy ra ở tất cả các loại sợi quang Bao gồm hai loại là: tán vật liệu và tán sắc ống dẫn sóng c) Hiệu ứng phi tuyến Hiệu ứng quang được gọi là phi tuyến nếu các tham số của nó phụ thuộc vào cường độ ánh sáng (công suất) Các hiện tượng phi tuyến có thể bỏ qua đối với các hệ thống thông tin quang hoạt động ở mức công suất vừa phải (vài mW) với tốc độ... hợp vào bộ đấu nối chéo OXC thì các kết nối có thể được thiết lập giữa nguồn và đích ngay cả khi trên tất cả tuyến truyền dẫn không có sẵn cùng một bước sóng Các bộ chuyển đổi bước sóng giúp loại trừ sự bắt buộc về tính liên tục của bước sóng Trong hệ thống WDM, bộ chuyển đổi bước sóng có ứng dụng sau: • Tín hiệu đi vào mạng với bước sóng không thích hợp khi truyền dẫn trong mạng WDM Các thiết bị WDM. .. tạo tín hiệu, tuy nhiên tính trong suốt bị hạn chế và tăng chi phí bảo trì hệ thống Kỹ thuật khuếch đại quang chiếm ưu thế hơn nhiều việc sử dụng bộ lặp.Bộ khuếch đại quang không phụ thuộc vào tốc độ bit và các định dạng tín hiệu, có băng thông lớn nên có thể khuếch đại đồng thời nhiều tín hiệu, chi phí bảo trì và nâng cấp thấp Có nhiều loại khuếch đại quang như: bộ khuếch đại SLA, Raman, Brillouin, EDFA…