Ghép kênh theo bước sóng WDM (Wavelength Devision Multiplexing)

MỤC LỤC NỘI DUNG CHƯƠNG I HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM 1.1 Khái niệm Ghép kênh theo bước sóng WDM (Wavelength Devision Multiplexing) công nghệ “trong 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 tổ hợp phân giải (tách kênh), khôi phục lại tín hiệu gốc đưa vào đầu cuối khác 1.2 Sơ đồ tổng quát 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, độ rộng chirp 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 để truyền 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, lọc Fabry-Perot 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 tố sợi quang (loại sợi quang, chất lượng sợi ) 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 sau: - Ðộ lợi khuếch đại đồng tất 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 Hình 1.1: Sơ đồ chức hệ thống WDM 1.3 Phân loại hệ thống WDM Hình 1.2: Hệ thống ghép bước sóng đơn hướng song hướng Hệ thống WDM chia làm hai loại: hệ thống đơn hướng song hướng minh hoạ hình 1.2 Hệ thống đơn hướng truyền theo chiều sợi quang Do vậy, để truyền thông tin hai điểm cần hai sợi quang Hệ thống WDM song hướng, ngược lại, truyền hai chiều sợi quang nên cần sợi quang để trao đổi thông tin điểm 1.4 Các phần tử hệ thống WDM 1.4.1 Bộ phát quang  Các nguồn quang sử dụng hệ thống thông tin cáp sợi quang Diode Laser (LD) Diode phát quang (LED)  Laser “ Light Amplication by Stimulated Emission of Radiation” Khuếch đại ánh sáng nhờ xạ kích thích.Hoạt động Laser dựa hai tượng : Hiện tượng xạ kích thích tượng cộng hưởng sóng ánh sáng lan truyền Laser  Tín hiệu quang phát từ LD LED có tham số biến đổi tương ứng với biến đổi tín hiệu điện vào Tín hiệu điện vào phát dạng số tương tự Thiết bị phát quang thực biến đổi tín hiệu điện vào thành tín hiệu quang tương ứng cách biến đổi dòng vào qua nguồn phát quang Bước sóng ánh sáng nguồn phát quang phụ thuộc chủ yếu vào vật liệu chế tạo phần tử phát Ví dụ GaalAs phát xạ vùng bước sóng 800 nm đến 900 nm, InGaAsP phát xạ vùng 1100 nm đến 1600 nm  Sử dụng điều biến để giảm chirp, tốc độ điều biến cao tạo định dạng tín hiệu quang khác (NRZ, RZ, CS-RZ, DPSK …) đảm bảo tín hiệu quang có độ rộng phổ hẹp bớc sóng xác theo tiêu chuẩn • Mô hình điều chế Hình 1.3 : Sơ đồ điều chế • Yêu cầu với nguồn quang: - Độ xác bước sóng phát: Đây yêu cầu kiên cho hệ thống WDM hoạt động tốt Nói chung, bước sóng đầu bị dao động yếu tố khác nhiệt độ, dòng định thiên, độ già hoá linh kiện Ngoài ra, để tránh xuyên nhiễu tạo điều kiện cho phía thu dễ dàng tách bước sóng thiết độ ổn định tần số phía phát phải thật cao - Độ rộng đường phổ hẹp: Độ rộng đường phổ định nghĩa độ rộng phổ nguồn quang tính cho bước cắt dB Để tăng nhiều kênh dải tần cho trước, cộng với yêu cầu khoảng cách kênh nhỏ độ rộng đường phổ hẹp tốt, không, xuyên nhiễu kênh lân cận xảy khiến lỗi bít tăng cao, hệ thống không đảm bảo chất lượng Muốn đạt điều nguồn phát laser phải nguồn đơn mode (như loại laser hồi tiếp phân bố, laser hai khoang cộng hưởng, laser phản hồi phân bố) - Dòng ngưỡng thấp: Điều làm giảm bớt vấn đề lãng phí công suất việc kích thích laser giảm bớt công suất không mang tin tránh cho máy thu chịu ảnh hưởng nhiễu (phát sinh có công suất lớn) - Khả điều chỉnh bước sóng: Để tận dụng toàn băng tần sợi quang, nguồn quang phải phát dải 100 nm Hơn nữa, với hệ thống lựa kênh động cần khả điều chỉnh bước sóng - Tính tuyến tính: Đối với truyền thông quang, không tuyến tính nguồn quang dẫn việc phát sinh sóng hài cao hơn, tạo xuyên nhiễu kênh - Nhiễu thấp: Có nhiều loại nhiễu laser bao gồm: nhiễu cạnh tranh mode, nhiễu pha, Nhiễu thấp quan trọng để đạt mức BER thấp truyền thông số, đảm bảo chất lượng dịch vụ tốt 1.4.2 Bộ thu quang Phần thu quang gồm tách sóng quang, kênh tuyến tính kênh phục hồi Nó tiếp nhận tín hiệu quang, tách lấy tín hiệu thu từ phía phát, biến đổi thành tín hiệu điện theo yêu cầu cụ thể Trong phần thường sử dụng photodiode PIN APD Yêu cầu quan trọng thu quang công suất quang phải nhỏ (độ nhạy quang) thu tốc độ truyền dẫn số ứng với t lệ lỗi bít (BER) cho phép Bộ thu quang hệ thống WDM Hình 1.4 : Sơ đồ khối bên thu 1.4.3 Sợi quang  Cấu tạo sợi quang Ứng dụng tượng phản xạ toàn phần, sợi quang chế tạo gồm có hai lớp: - Lớp có dạng hình trụ tròn, có đường kính d = 2a, làm thủy tinh có chiết suất n1, gọi lõi (core) sợi - Lớp thứ hai có dạng hình trụ bao quanh lõi nên gọi lớp bọc (cladding), có đường kính D = 2b, làm thủy tinh plastic, có chiết suất n2 < n1 Hình 1.5 : Cấu trúc tổng quát sợi quang  Phân loại sợi quang  Phân loại theo chiết suất: - Sợi quang chiết suất bậc SI (Step-Index) - Sợi quang chiết suất biến đổi GI (Graded-Index)  Phân loại theo mode - Sợi đơn mode (Single-Mode) - Sợi đa mode (Multi-Mode)  Sợi quang G652 Là sợi đơn mode sử dụng phổ biến mạng lưới viễn thông nhiều nước Nó làm việc cửa sổ: - Ở cửa sổ 1310nm: G652 có tán sắc nhỏ (xấp xỉ ps/nm.km) suy hao tương đối lớn - Ở cửa sổ 1550nm: G652 có suy hao truyền dẫn nhỏ hệ số tán sắc tương đối lớn (≤ 18ps/nm.km)  Sợi quang G655 Là chuẩn sợi quang đưa ITU-T có ưu điểm sau: - Sợi quang G655 thích hợp cho hệ thống DWDM, làm tăng dung lượng truyền dẫn - Sợi quang G655 thích hợp cho hệ thống truyền dẫn đường dài WDM dung lượng cao - Độ tán sắc dương sợi G655 tránh việc trộn lẫn bước sóng quang - Vùng hiệu dụng cao sợi G655 (vẫn nhỏ sợi SMF) làm giảm thiểu hiệu ứng phi tuyến - Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA) khuếch đại tín hiệu quang cửa sổ C, điều lý tưởng cho loại sợi quang NZDS (non-zero dispersion-shifted) 1.5 Ưu nhược điểm hệ thống WDM a Ưu điểm :  Hệ thống WDM có dung lượng truyền dẫn lớn nhiều so với hệ thống TDM  Không giống TDM phải tăng tốc độ số liệu lưu lượng truyền dẫn tăng, WDM cần mang vài tín hiệu, tín hiệu ứng với bước sóng riêng (kênh quang)  WDM cho phép tăng dung lượng mạng có mà không cần phải lắp đặt thêm sợi quang b Nhược điểm :  Dung lượng hệ thống nhỏ, chưa khai thác triệt để băng tần rộng lớn sợi quang  Chi phí cho khai thác, bảo dưỡng tăng có nhiều hệ thống hoạt động 1.6 Bộ khuếch đại quang EDFA 1.6.1 Các cấu trúc EDFA Hình 1.6: Cấu trúc tổng quát khuếch đại EDFA Cấu trúc khuếch đại quang sợi pha trộn Erbium EDFA (ErbiumDoped FiberAmplifier) Trong bao gồm: Sợi quang pha ion đất Erbium EDF (Erbium-Doped Fiber): nơi xảy quátrình khuếch đại (vùng tích cực) EDFA Hình 1.7: Mặt cắt ngang loại sợi quang pha ion Erbium Trong đó, vùng lõi trung tâm (có đường kính từ -6 μm) EDF pha trộn ionEr3+ nơi có cường độ sóng bơm tín hiệu cao Việc pha ion Er3+ trongvùng cung cấp chồng lắp lượng bơm tín hiệu với ion erbiumlớn dẫn đến khuếch đại tốt Lớp bọc (cladding) có chiết suất thấp hơnbao quanh vùng lõi.Lớp phủ (coating) bảo vệ bao quanh sợi quang tạo bán kính sợiquang tổng cộng 250 μm Lớp phủ có chiết suất lớn so với lớp bọc dùngđể loại bỏ ánh sáng không mong muốn lan truyền sợi quang Nếukhông kể đến chất pha erbium, cấu trúc EDF giống sợi đơn mode chuẩn trongviễn thông 1.6.2 Ưu khuyết điểm EDFA a) Ưu điểm: - Nguồn laser bơm bán dẫn có độ tin cậy cao, gọn công suất cao - Cấu hình đơn giản: hạ giá thành hệ thống - Cấu trúc nhỏ gọn: lắp đặt nhiều EDFA trạm, dễ vận chuyển vàthay - Công suất nguồn nuôi nhỏ: thuận lợi áp dụng cho tuyến thông tin quang vượtbiển - Không có nhiễu xuyên kênh khuếch đại tín hiệu WDM khuếch đại quangbán dẫn - Hầu không phụ thuộc vào phân cực tín hiệu b) Nhược điểm: - Phổ độ lợi EDFA không phẳng - Băng tần hiên bị giới hạn băng C băng L - Nhiễu tích lũy qua nhiều chặng khuếch đại gây hạn chế cự ly truyền dẫn 1.7 Các tham số gép kênh quang theo bước sóng 1.7.1 Suy hao xen Được xác định lượng công suất tổn hao tuyến truyền dẫn quang điểm ghép nối thiết bị WDM với sợi suy hao thân thiết bị ghép gây Vì vậy, thực tế thiết kế phải tính cho vài dB đầu Suy hao xen biểu diễn qua công thức sau (xét MUX-DEMUX) bị Khả để tách kênh khác diễn giải suy hao xuyên kênh tính dB sau: Trong giải ghép Ui(λk) lượng tín hiệu không mong muốn bước sóng λk bị dò cửa thứ i mà có tín hiệu bước sóng λi Hình 1.8: Xuyên kênh giải ghép Trong thiết bị tách hỗn hợp có loại xuyên âm kênh xuyên âm đầu gần xuyên âm đầu xa Hình 1.9: Xuyên kênh ghép hỗn - Xuyên kênh đầu gần kênh khác đầu vào sinh ra, ghép bên thiết bị Ui(λj) - Xuyên kênh đầu xa kênh khác ghép vào đường truyền gây ra, ví dụ Ii(λk) sinh Ui(λj) 1.7.3 Độ rộng kênh Một vấn đề quan trọng hệ thống WDM sử dụng bước việc phân chia bước sóng Hiện hệ thống viễn thông dùng sợi quang thường sủ dụng bước sóng 1550nm khuếch đại EDFA Băng thông cực đại khuếch đại sợi pha tạp EDFA khoản 30nm Nếu ta muốn xếp khoảng 16 kênh dải bước sóng độ rộng kênh 30nm/16 kênh hay 1,875nm Độ rộng kênh tiêu chuẩn miền tần số bước sóng Mối quan hệ tần số bước sóng: Trong đó: c vận tốc ánh sáng 3.108 m/s λ bước sóng hoạt động Vì 1,875nm tương đương với độ rộng kênh có tần số xấp xỉ 250GHz Vậy độ rộng kênh dải bước sóng mà định cho nguồn phát quang Dải bước sóng C khuếch đại EDFA 1530-1550nm Nếu nguồn phát thứ phát xạ 1530, nguồn phát thứ hai phải phát xạ 1531,875nm nguồn phát khác tương tự Nếu nguồn phát quang diode laser độ rộng kênh yêu cầu khoảng vài chục nm Đối với nguồn phát quang diode LED yêu cầu độ rộng kênh phải lớn từ 10 đến 20 lần LD độ rộng phổ loại nguồn rộng 1.7.4 Ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến Trong hệ thông thông tin quang, hiệu ứng phi tuyến xảy công suất tín hiệu sợi quang vượt giới hạn hệ thống WDM mức công suất thấp nhiều so với hệ thống đơn kênh Các hiệu ứng phi tuyến ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống WDM chia thành hai loại hiệu ứng tán xạ hiệu ứng Kerr (khúc xạ) a Hiệu ứng tán xạ: Bao gồm hiệu ứng SBS SRS: - Hiệu ứng SRS (Stimulated Raman Scrattering) tượng chiếu ánh sáng vào sợi quang gây dao động phân tử vật liệu sợi quang, điều chế tín hiệu quang đưa vào dẫn đến bước sóng ngắn hệ thống WDM suy giảm tín hiệu lớn, hạn chế số kênh hệ thống - Hiệu ứng SBS (Stimulated Brillouin Scrattering) cúng có tượng SRS gây dịch tần dải tần tăng ích nhỏ xuất hướng sau chiều tán xạ Ảnh hưởng càn lớn ngưỡng công suất thấp b Hiệu ứng Kerr: Gồm hiệu ứng SPM, XPM, FWM: - Hiệu ứng SPM (Self Phase Modulation) tượng cường độ quang đưa vào thay đổi, hiệu suất khúc xạ sợi quang thay đổi theo gây biến pha sóng quang Khi kết hợp với tán sắc sợi quang dẫn đến phổ tần dãn rộng tích lũy theo tăng lên chiều dài Sự biến đổi công suất quang nhanh biến đổi tần số quang lớn - Hiệu ứng XPM (Cross Phase Modulation), có nghĩa hệ thống nhiều bước sóng hiệu suất khúc xạ biến đổi theo cường độ đầu vào dẫn đến pha tín hiệu bị điều chế công suất kênh khác - Hiệu ứng FWM (Four Wave Mixing) xuất có nhiều tín hiệu quang truyền dẫn hồn hợp sợi quang làm xuất bước sóng gây nên xuyên nhiễu làm hạn chế số bước sóng sử dụng Việc nảy sinh hiệu ứng phi tuyến gây tượng xuyên âm kênh, suy giảm mức công suất tín hiệu kênh dẫn đến suy giảm t số S/N, ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống CHƯƠNG II THỰC HIỆN MÔ PHỎNG TUYẾN THÔNG TIN QUANG WDM BẰNG OPTISYSTEM 2.1 Tổng quan phần mêm Optisystem Cùng với bùng nổ nhu cầu thông tin, hệ thống thông tin quang ngày trở nên phức tạp Để phân tich, thiết kế hệ thống bắt buộc phải sử dụng công cụ mô OptiSystem phần mềm mô hệ thống thông tin quang Phần mềm có khả thiết kế, đo kiểm tra thực tối ưu hóa nhiều loại tuyến thông tin quang, dựa khả mô hình hóa hệ thống thông tin quang thực tế Bên cạnh đó, phần mềm dễ dàng mở rộng người sử dụng đưa thêm phần tử tự định nghĩa vào Phần mềm có giao diện thân thiện, khả hiển thị trực quan OptiSystem giảm thiểu yêu cầu thời gian giảm chi phí liên quan đến thiết kế hệ thống quang học, liên kết, thành phần Phần mềm OptiSystem sáng tạo, phát triển nhanh chóng, công cụ thiết kế hữu hiệu cho phép người dùng lập kế hoạch, kiểm tra, mô gần tất loại liên kết quang học lớp truyền dẫn quang phổ rộng mạng quang học từ mạng LAN, SAN, MAN tới mạng ultra-long-haul Nó cung cấp lớp truyền dẫn,thiết kế quy hoạch hệ thống thông tin quang từ thành phần tới mức hệ thống.Hội nhập với sản phẩm Optiwave khác công cụ thiết kế ngành công nghiệp điện tử hàng đầu phần mềm thiết kế tự động góp phần vào OptiSystem đẩy nhanh tiến độ sản phẩm thị trường rút ngắn thời gian hoàn vốn 2.1.1 Lợi ích - Cung cấp nhìn toàn cầu vào hiệu hệ thống - Đánh giá nhạy cảm tham số giúp đỡ việc thiết kế chi tiết kỹ thuật - Trực quan trình bày tùy chọn thiết kế dự án khách hàng tiềm - Cung cấp truy cập đơn giản để tập hợp rộng rãi hệ thống đặc tính liệu - Cung cấp tham số tự động quét tối ưu - Tích hợp với họ sản phẩm Optiwave 2.1.2 Ứng dụng Tạo để đáp ứng nhu cầu nhà khoa học nghiên cứu, kỹ sư viễn thông quang học, tích hợp hệ thống, sinh viên loạt người dùng khác, OptiSystem đáp ứng nhu cầu thị trường lượng tử ánh sáng phát triển mạnh mẽ dễ sử dụng công cụ thiết kế hệ thống quang học OptiSystem cho phép người dùng lập kế hoạch, kiểm tra, mô phỏng: - Thiết kế mạng WDM / TDM CATV - Thiết kế mạng vòng SONET / SDH - Thiết kế phát, kênh, khuếch đại, thu thiết kế đồ phân tán - Đánh giá BER penalty hệ thông với mô hình thu khác - Tính toán BER qũy công suất tuyến hệ thống có sửng dụng khuếch đại quang - Thay đổi hệ thống tham số BER tính toán khả liên kết “Khi hệ thống quang học trở nên nhiều phức tạp hơn, nhà khoa học kỹ sư ngày phải áp dụng phần mềm kĩ thuật mô tiên tiến, quan trọng hỗ trợ cho việc thiết kế Nguồn OptiSystem linh hoạt tạo điều kiện thuận lợi hiệu hiệu việc thiết kế nguồn sáng " Nhóm chọn phần mềm Optisystem 7.0 thể thực tập lớn 2.2 Yêu cầu thiết kế 1) Bài toán: 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 - Cự ly truyền dẫn: 300 km - Số lượng kênh bước sóng: kênh Một số gợi ý thiết kế: - Loại sợi: Sợi quang đơn mode chuẩn (G.652) - Nguồn phát: - Loại nguồn: Laser - Phương thức điều chế: điều chế - Bộ thu: Sử dụng PIN kết hợp với lọc thông thấp Bessel 2) Yêu cầu: a) Sử dụng phần mềm Optisystem xây dựng mô hình mô hệ thống thông tin quang WDM theo phương án thiết kế Lưu ý: tham số toàn cục (global parameters để mô phỏng) thiết lập sau - Tốc độ bit: 2.5 Gbit/s - Chiều dài chuỗi: 128 bits - Số mẫu bit: 64 b) Đưa thiết bị đo vào mô hình mô Các thiết bị đo tuyến đặt vị trí phù hợp để xác định chất lượng dạng tín hiệu điểm cần thiết tuyến Các thiết bị đo bản: - Thiết bị đo công suất quang - Thiết bị phân tích phổ quang - Thiết bị đo BER c) Chạy mô d) Hiển thị kết mô thiết bị đo đặt tuyến e) Thay đổi tham số phần tử tuyến để đạt BER = 10-12 3) Báo cáo kết thực hành - Mô hình mô - Các tham số mô chi tiết - Kết mô • Kết mô theo phương án thiết kế ban đầu hệ thống ban đầu • Sự thay đổi tham số thiết kế để đạt BER = 10-12 - Nhận xét, phân tích kết mô 2.3 Mô hình mô thiết kế 2.3.1 Tuyến phát quang Mỗi kênh quang bao gồm nguồn phát quang lazer CW lazer, phát xung RZ pulse genarator, phát bit điện pseudom-Radom Bit sequence Genarator, điều chế Mach-zehnder Tuyến phát quang gồm kênh quang tích hợp thông quang ghép kênh quang MUX Thiết lập tham số toàn cục Tốc độ bít: 2.5 GBps Chiều dài chuỗi: 128bits Số mẫu bít: 64 Số mẫu =Chiều dài chuỗi×Số mẫu trong bit=128×64=8192 Hình 2.1: Thiết lập thông số toàn cục Nguồn phát: Sử dụng nguồn CW Laser ( continous Wave Laser ) : nhằm giảm ảnh hưởng tán sắc sợi Một phát gồm CW, tạo xung RZ, tạo chuỗi bit điều chế Hình 2.2: Bộ phát quang Đầu vào WDM Mux 8x1 gồm phát với tần số cách 100GHz Hình 2.3: Bộ ghép kênh quang theo bước sóng 2.3.2 Tuyến truyền dẫn Hình 2.4: Tuyến truyền dẫn quang Sợi quang sử dụng G.652 có tham số: cửa sổ truyền 1550nm chọn giá trị mô sau: - Suy hao sợi: 0.2dB - Độ tán sắc (≤18 ps/nm/km): 16.75 ps/nm/km - Độ dốc tán sắc (≤0.092ps/nm2/k): 0.075ps/nm2/k Do khoảng cách đường truyền lớn để thuận tiện cho việc mô sử dụng Loop đóng vai trò nhân vòng lặp Chọn chiều dài sợi G.652 60km, số lặp là: 300km÷60km=5 Do sợi quang có suy hao tán sắc nên tuyến truyền dẫn sử dụng bù tán sắc, ta chọn phương pháp sợi bù tán sắc DCF Thông số bù tán sắc: - Giả sử sợi G652 có chiều dài L1=50km - Độ tán sắc : D1= 16.75 ps/nm/km - Chiều dài sợi bù tán sắc ( DCF) L2=60km-50km=10km - Thì độ bù tán sắc D2= -D1×L1/L2.= -50×16.75/10= -83.75 ps/nm/km - Độ dốc tán sắc : S2= S1×L1/L2 = -0.075x5 = -0.375ps/nm2/km Khuếch đại quang EDFA: Do suy hao sợi quang nên cần sử dụng khuếch đại EDFA để bù suy hao sợi - L1=50km suy hao sợi là: 50×0.2=10dB Độ lợi khuếch đại EDFA 10dB (Gain = 10 dB) - L2=10km suy hao sợi là: 10×0.5=5dB Độ lợi khuếch đại EDFA 5dB (Gain = 5dB) 2.3.3 Tuyến thu quang Một thu quang gồm PIN kết hợp lọc thông thấp Besser, thiết bị đo BER nối đầu Hình 2.5: Bộ thu quang Tuyến thu gồm thu nối đâu WDM DEMUX 2.3.4 Mô hình toàn hệ thống Hình 2.6: Mô hình hệ thống 2.4 Kết báo cáo 2.4.1 Kết theo phương án thiết kế ban đầu Công suất phát -18dBm, thông số sợi quang, khuếch đại trình bày Hình 2.7: Đo công suất phát 2 Hình 2.8: Phổ thu đầu WDM MUX 8x1 Hình 2.9: Phổ thu đầu WDM DEMUX chân 7, F= 193.7 THz Hình 2.10: Kết thu độ BER 2.4.2 Thay đổi tham số để đươc BER = 10-12 Ta thay đổi công suất phát suy hao sợi quang để điều chỉnh BER theo mong muốn Ở ta thay đổi công suất phát, kết ví dụ kênh Hình 2.11: Thay đổi công suất phát kênh Hình 2.12: Kết BER thu xấp xỉ 10-12 kênh Tại kênh khác ta làm tương tự thu kết mong muốn BER ≈ 10 -12 2.5 Nhận xét phân tích kết mô Kết mô phỏng, − − − − Phổ tín hiệu, công suất phát giống lựa chọn Tán sắc bù gần triệt để Suy hao đường truyền thấp Tỉ số BER đạt theo mong muốn thay đổi công suất phát tăng giảm BER tăng công suất giảm − Kết mô thỏa mãn yêu cầu đề [...]... ta muốn xếp khoảng 16 kênh trong dải bước sóng này thì độ rộng giữa các kênh là 30nm/16 kênh hay 1,875nm Độ rộng kênh là tiêu chuẩn trong miền tần số hơn là bước sóng Mối quan hệ giữa tần số và bước sóng: Trong đó: c là vận tốc ánh sáng 3.108 m/s λ là bước sóng hoạt động Vì vậy 1,875nm là tương đương với độ rộng của các kênh có tần số xấp xỉ 250GHz Vậy độ rộng kênh là dải bước sóng mà nó định ra cho... công suất quang ở một bước sóng tác động đến tán xạ và công suất quang, trong các bước sóng khác cũng như vậy Trong một bộ tách kênh sẽ không có sự dò công suất tín hiệu từ kênh thứ i có bước sóng λi sang kênh khác có bước sóng khác với bước sóng λ i Nhưng trong thực tế luôn tồn tại một mức xuyên kênh nào đó, làm giảm chất lượng truyền dẫn của một thiết 1 1 bị Khả năng để tách các kênh khác nhau được... suy hao xuyên kênh và được tính bằng dB như sau: Trong bộ giải ghép thì Ui(λk) là lượng tín hiệu không mong muốn ở bước sóng λk bị dò ở cửa ra thứ i mà đúng ra chỉ có tín hiệu ở bước sóng λi Hình 1.8: Xuyên kênh ở bộ giải ghép Trong các thiết bị tách hỗn hợp có 2 loại xuyên âm kênh là xuyên âm đầu gần và xuyên âm đầu xa Hình 1.9: Xuyên kênh ở bộ ghép hỗn - Xuyên kênh đầu gần là do các kênh khác ở đầu... tại bước sóng λi khi thiết bị được ghép xen vào tuyến truyền dẫn Các tham số này được các nhà chế tạo cho biết đối với từng kênh quang của thiết bị - Ii(λi), Oi(λi) tương ứng là tín hiệu có bước sóng λ i đi vào và đi ra cửa thứ i của bộ ghép - Ii(λi), Oi(λi) tương ứng là tín hiệu có bước sóng λ i đi vào và đi ra cửa thứ i của bộ tách 1.7.2 Xuyên kênh Xuyên kênh là sự có mặt của một kênh này trong kênh. .. đầu vào sinh ra, nó được ghép ở bên trong thiết bị như Ui(λj) - Xuyên kênh đầu xa là do các kênh khác được ghép đi vào đường truyền gây ra, ví dụ Ii(λk) sinh ra Ui(λj) 1.7.3 Độ rộng kênh Một vấn đề quan trọng đối với hệ thống WDM là có thể sử dụng bao nhiêu bước và việc phân chia bước sóng như thế nào 1 2 Hiện nay trong hệ thống viễn thông dùng sợi quang thường sủ dụng bước sóng 1550nm và các bộ khuếch... làm tăng nền nhiễu và giảm t số tín hiệu nhiễu của kênh đang xét Trong hệ thống ghép kênh quang, xuyên kênh xuất hiện do: - Các viền phổ của một kênh đi vào băng thông của bộ tách kênh và bộ lọc của kênh khác Khi sóng mang quang được điều chế bởi một tín hiệu, sự điều chế công suất trong các viền phổ của nó như là điều chế công suất trong băng bởi kênh kế cận - Xuất phát từ những giá trị hữu hạn thực... tín hiệu bị điều chế bởi công suất của kênh khác - Hiệu ứng FWM (Four Wave Mixing) xuất hiện khi có nhiều tín hiệu quang truyền dẫn hồn hợp trên sợi quang làm xuất hiện bước sóng mới gây nên xuyên nhiễu làm hạn chế số bước sóng được sử dụng Việc nảy sinh các hiệu ứng phi tuyến sẽ gây các hiện tượng xuyên âm giữa các kênh, suy giảm mức công suất tín hiệu của từng kênh dẫn đến suy giảm t số S/N, ảnh hưởng... khúc xạ của sợi quang cũng thay đổi theo gây ra sự biến pha của sóng quang Khi kết hợp với tán sắc của sợi quang sẽ dẫn đến phổ tần dãn rộng và tích lũy theo sự tăng lên của chiều dài Sự biến đổi công suất quang càng nhanh thì biến đổi tần số quang càng lớn - Hiệu ứng XPM (Cross Phase Modulation), có nghĩa là trong hệ thống nhiều bước sóng vì hiệu suất khúc xạ biến đổi theo cường độ đầu vào dẫn đến pha... ) : nhằm giảm ảnh hưởng của tán sắc sợi Một bộ phát gồm CW, bộ tạo xung RZ, bộ tạo chuỗi bit và bộ điều chế ngoài Hình 2.2: Bộ phát quang Đầu vào bộ WDM Mux 8x1 gồm 8 bộ phát như trên với tần số cách nhau 100GHz Hình 2.3: Bộ ghép 8 kênh quang theo bước sóng 1 9 2.3.2 Tuyến truyền dẫn Hình 2.4: Tuyến truyền dẫn quang Sợi quang sử dụng G.652 có các tham số: tại cửa sổ truyền 1550nm thì chọn giá trị mô... Optisystem 7.0 thể thực hiện bài tập lớn này 2.2 Yêu cầu thiết kế 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: 2.5 Gbit/s - Cự ly truyền dẫn: 300 km - Số lượng kênh bước sóng: 8 kênh Một số gợi ý khi thiết kế: - Loại sợi: Sợi quang đơn mode chuẩn (G.652) 1 6 - Nguồn phát: - Loại nguồn: Laser - Phương thức