Khảo sát hệ thống thông tin quang sử dụng DCF để bù tán sắc

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: “Khảo sát hệ thống thông tin quang sử dụng DCF để bù tán sắc.” Người hướng dẫn : Sinh viên thực : Lớp : ThS NGUYỄN THỊ THU NGA PHẠM THỊ HƯỜNG D10VT5 Khoá : 2010 - 2015 Hệ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY Hà Nội, tháng 11/2014 : Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục hình vẽ MỞ ĐẦU Cuộc cách mạng khoa học kĩ thuật diễn cách mạnh mẽ toàn cầu Cuộc cách mạng đưa nhân loại tiến sang kỉ nguyên mới, kỉ nguyên văn minh dựa sở công nghiệp trí tuệ Khoa học kĩ thuật góp phần thúc đẩy kinh tế phát triển tiến sang giai đoạn kinh tế tri thức Trong viễn thông ngành công nghiệp tương lai đóng vai trò vô quan trọng mặt đời sống xã hội Mạng truyền dẫn quang đời đáp ứng nhu cầu người sử dụng dịch vụ viễn thông băng thông lớn , chất lượng tín hiệu đảm bảo Điều dẫn đến phát triển tất yếu mạng truyền dẫn quang Nó nhanh chóng phát triển trở thành mạng đường trục tốc độ lớn với nhiều công nghệ đời phục vụ cho mạng WDM hay EDFA… Cùng với phát triển mạng truyền dẫn quang công nghệ chế tạo thiết bị quang ngày phát triển Các thiết bị đời nhằm tăng tốc độ chất lượng truyền dẫn cho mạng khắc phục nhược điểm cố hữu mạng quang tán sắc, suy hao, khuyếch đại công suất … Hệ thống thông tin quang có nhiều ưu điểm, ứng dụng rộng rãi giới bên cạnh tồn nhược điểm Nhược điểm hệ thống ảnh hưởng tán sắc Tán sắc làm tín hiệu truyền dẫn sợi quang bị suy hao biến dạng dẫn đến hạn chế cự ly truyền dẫn tốc độ truyền dẫn, làm giảm dung lượng chất lượng hệ thống Vấn đề đặt việc khắc phục nhược điểm Vậy nên đồ án em tập trung vào vấn đề nêu tượng tán sắc phương pháp bù tán sắc mà đó, việc sử dụng sợi quang bù tán sắc DCF phương pháp mang lại hiệu cao Vì vậy, em lựa chọn đề tài: “Khảo sát hệ thống thông tin quang sử dụng DCF để bù tán sắc” Nội dung đồ án gồm ba chương: Chương – Tán sắc ảnh hưởng tán sắc lên hệ thống thông tin quang Chương giới thiệu tổng quát hệ thống thông tin quang tốc độ cao giai đoạn phát triển, ưu nhược điểm hệ thống mà tán sắc nhược điểm lớn Đưa khái niệm tán sắc, loại tán sắc ảnh hưởng tán sắc đến hệ thống thông tin quang tốc độ cao Chương – Các phương pháp bù tán sắc Nội dung chương nói phương pháp bù tán sắc hệ thống thông tin quang như: giải pháp bù trước, giải pháp bù sau số kỹ thuật bù quang Chương – Khảo sát hệ thống thông tin quang sử dụng DCF để bù tán sắc Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5 Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục hình vẽ Chương giới thiệu hệ thống thông tin quang sử dụng sợi DCF để bù tán sắc, tổng quan phần mềm Optisystem sử dụng phần mềm để khảo sát hệ thống thông tin quang WDM sử dụng sợi bù tán sắc DCF Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5 Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời cảm ơn LỜI CẢM ƠN Để thực hoàn thành tốt đồ án em nhận giúp đỡ hướng dẫn tận tình thầy cô bạn bè khoa Điện tử Truyền thông trường Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông Em xin gửi lời chân thành cảm ơn tới thầy cô cung cấp cho em kiến thức vô quý báu cần thiết suốt thời gian học tập trường, đặc biệt cô giáo ThS Nguyễn Thị Thu Nga tận tình hướng dẫn giúp đỡ em suốt thời gian thực đồ án Tuy nhiên giới hạn mặt thời gian kiến thức nên đồ án chắn không tránh khỏi sai sót Em mong nhận cảm thông đóng góp Hội đồng bảo vệ để em hoàn thiện Em trân trọng cám ơn! Hà Nội, ngày 26 tháng 11 năm 2014 Sinh viên thực Phạm Thị Hường MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT A AM Amplitude Modulation Điều chế biên độ ASE Applications Service Element Phần tử dịch vụ ứng dụng Sinh viên: Phạm Thị Hường - D10VT5 Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời cảm ơn C CD Chromatic Dispersion Tán sắc đơn sắc CDMA Code Division Multiple Access Ghép kênh đa truy nhập phân chia theo mã CMD Channel Muxer & Demuxer Thiết bị điều chế giải điều chế CW Call Waiting Cuộc gọi chờ D DCF Dispersion Compensation Fiber Sợi bù tán sắc DCM Dispersion Compensation Module Khối bù tán sắc DFB Distributed Feedback Hồi tiếp phân tán DGD Differential Group Delay Trễ nhóm vi sai DSF Dispersion Shifted Fiber Sợi quang đơn mode tán sắc dịch DSP Digital Signal Processing Xử lý tín hiệu số DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo bước sóng mật độ cao E EDFA Bộ khuếch đại quang sợi Erbium Erbium Doped Fiber Amplifier F FP Fabry Perot Khoang cộng hưởng FOM Figure of Merit Hệ số giá trị FSK Frequency Shift Keying Điều chế dịch tần FWHM Full Width at Half Maximum Độ rộng toàn phần nửa lớn FWM Four Waving Mixing Phương pháp trộn bước sóng G GVD Group – Velocity Dispersion Bù tán sắc vận tốc nhóm I ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số tích hợp dịch vụ IL Insertion Loss Suy hao xen L LA Local Application Ứng dụng nội M Sinh viên: Phạm Thị Hường - D10VT5 Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời cảm ơn MFD Mode Field Diameter Đường kính trường mode MMF Multi Mode Optical Fiber Sợi quang đa mode N NRZ NonReturn to Zero Không trở không NZ-DSF Non Zero Dispersion Shifted Fiber Sợi tán sắc dịch không không O OA Optical Amplifier Bộ khuếch đại quang OC Operation Channel Kênh hoạt động OCDM A Orthogonal CDMA CDMA trực giao OPC Originating Point Code Mã điểm phát sinh OSNR Optical Signal Noise Rate Tỷ lệ tín hiệu tạp âm quang OTDM Orthogonal TDM TDM trực giao P PDL Polarization Dependent Loss Suy hao phụ thuộc phân cực PMD Polarization Mode Dispersion Tán sắc mode phân cực R RDS Relative Dispersion Slope Tỉ lệ độ dốc tán sắc RH Multiple HDLC Receive Nhận đa HDLC Rx Receiver/Receive Nhận S SBS Stimulated Brillouin Scattering Tán xạ kích thích Brillouin SC-DCF Slope Compensating and Dispersion Compensating Fiber Độ dốc tán sắc sợi bù tán sắc SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng SMF Single Mode Fiber Sợi quang đơn mode SNR Signal to Noise Ratio Tỉ số tín hiệu nhiễu SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng SPM Hiệu ứng tự điều chế pha SRS Stimulated Raman Scattering Tán xạ kích thích Raman S-SMF Standard Single Mode Fiber Sợi quang đơn mode tiêu chuẩn STM Synchronous Transmission Mode Chế độ chuyển giao đồng Sinh viên: Phạm Thị Hường - D10VT5 Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời cảm ơn T TDM Time Division Multiplex Ghép kênh khe thời gian Tx Transmitter/Transmit Truyền W WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng X XPM Cross Phase Modulation Hiệu ứng điều chế xuyên pha DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG Sinh viên: Phạm Thị Hường - D10VT5 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương – Tán sắc ảnh hưởng tán sắc lên hệ thống TTQ CHƯƠNG – TÁN SẮC VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA TÁN SẮC LÊN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 1.1 Tổng quan hệ thống thông tin quang Hệ thống thông tin quang hệ thống thông tin ánh sáng sử dụng sợi quang để truyền thông tin Hệ thống thông tin truyền thông tin từ nơi đến nơi khác mà khoảng cách nơi từ vài trăm mét tới hàng trăm km chí đến hàng chục nghìn km 1.1.1 Sự phát triển thông tin quang Khởi đầu thông tin quang khả nhận biết người chuyển động hình dáng màu sắc thông qua đôi mắt Tiếp hệ thống thông tin, điều chế đơn giản xuất cách sử dụng đèn hải đăng đèn tín hiệu Kế tiếp đời máy điện báo quang Thiết bị sử dụng khí môi trường truyền dẫn chịu ảnh hưởng điều kiện thời tiết để giải vấn đề người ta chế tạo máy điện báo vô tuyến dùng để liên lạc hai người cách xa Vào năm 1960 nhà nghiên cứu chế tạo thành công lazer đến năm 1966 chế tạo sợi quang có độ tổn thất thấp (1000dB/Km) Bốn năm sau Karpon chế tạo cáp sợi quang suốt có độ suy hao truyền dẫn khoảng 20dB/Km Từ thành công rực rỡ nhà nghiên cứu khắp giới bắt đầu tiến hành nghiên cứu, phát triển kết công nghệ giảm suy hao truyền dẫn, tăng dải thông, lazer bán dẫn phát triển thành công vào năm 70 Sau giảm độ tổn hao xuống 0,18dB/Km lazer bán dẫn có khả thực giao động liên tục nhiệt độ khai thác chế tạo, tuổi thọ kéo dài 100 năm Cho tới nay, sợi dẫn quang đạt tới mức suy hao nhỏ, giá trị suy hao 0,154dB/Km cho thấy phát triển mạnh mẽ công nghệ sợi quang gần ba thập niên qua Dựa công nghệ sợi quang lazer bán dẫn gửi khối lượng lớn tín hiệu âm liệu đến địa cách xa hàng trăm Km sợi quang có độ dày sợi tóc không cần tái tạo Điều có nghĩa thông tin chuyển thành ánh sáng sau ánh sáng truyền qua sợi quang Tại nơi nhận lại biến đổi trờ lại thành thông tin ban đầu Hiện nay, nhà hoạt động nghiên cứu tiến hành nghiên cứu lĩnh vực gọi photon học, lĩnh vực tối quan trọng thông tin quang, có khả phát xử lý trao đổi, truyền dẫn thông tin phương tiện ánh sáng Photon học có khả ứng dụng rộng rãi lĩnh vực điện tử viễn thông tương lai Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương – Tán sắc ảnh hưởng tán sắc lên hệ thống TTQ 1.1.2 Cấu trúc hệ thống thông tin quang Hình biểu thị cấu hình hệ thống thông tin quang Tín hiệu điện từ thiết bị đầu cuối như: điện thoại, điện báo, fax số liệu… sau mã hóa đưa đến thiết bị phát quang Tại đây, tín hiệu điện chuyển đổi sang tín hiệu quang Trong thực tế tín hiệu suốt trình truyền sợi quang bị suy hao đường truyền người ta đặt trạm lặp nhằm khôi phục lại Hình 1.1 Cấu hình đơn giản hệ thống thông tin quang Chức phận hệ thống thông tin quang: Bộ biến đổi điện – quang (E/O): Dùng để biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang để truyền mội trường cáp quang (biến đổi xung điện thành xung quang) Yêu cầu thiết bị E/O biến đổi trung thực (tức ánh sáng bị điều biến theo quy luật tín hiệu điện) Cáp quang: Là môi trường dùng để truyền dẫn tín hiệu ánh sáng, chế tạo chất điện môi có khả truyền ánh sáng như: sợi thạch anh, sợi thủy tinh, sợi nhựa… Yêu cầu: Tổn hao lượng nhỏ, độ rộng băng tần lớn, không bị ảnh hưởng nguồn sáng lạ (không bị nhiễu) Bộ biến đổi quang – điện (O/E): Thu tín hiệu quang bị suy hao méo dạng đường truyền bị tán xạ, tán sắc, suy hao cự ly để biến đổi thành tín hiệu điện trở thành nguồn tin ban đầu Yêu cầu: Độ nhạy máy thu cao, thời gian đáp ứng nhanh, nhiễu nhỏ, tiêu thụ lượng điện Ngoài có trạm lặp sử dụng khoảng cách truyền dẫn lớn Trạm lặp biến đổi tín hiệu quang thu thành tín hiệu điện để khuếch đại Tín hiệu khuếch đại biến đổi thành tín hiệu quang để tiếp tục truyền tuyến cáp sợi quang Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương – Tán sắc ảnh hưởng tán sắc lên hệ thống TTQ 1.1.3 Ưu nhược điểm ứng dụng hệ thống thông tin quang 1.1.3.1 Ưu điểm Trong thông tin sợi quang, ưu điểm sợi quang sử dụng cách hiệu độ suy hao truyền dẫn thấp băng thông lớn Thêm vào đó, chúng sử dụng để thiết lập đường truyền dẫn nhẹ mỏng, xuyên âm với đường sợi quang bên cạnh không chịu ảnh hưởng nhiễm cảm ứng sóng điện tử Trong thực tế sợi quang phương tiện truyền dẫn thông tin hiệu kinh tế có Với ưu điểm là: • Suy hao thấp: Suy hao thấp cho phép khoảng cách lan truyền dài Nếu so sánh với cáp đồng mạng, khoảng cách lớn cáp đồng khuyến cáo 100m cáp quang khoảng cách 2000m Trong cáp đồng có suy hao tăng theo tần số tín hiệu Điều có nghĩa tốc độ liệu cao dẫn đến tăng suy hao công suất giảm khoảng cách truyền lan thực tế Đối với cáp quang suy hao không thay đổi theo tần số tín hiệu • Băng thông rộng: Băng thông rộng nên truyền khối lượng thông tin lớn tín hiệu âm thanh, liệu tín hiệu hỗn hợp thông qua hệ thống có cự ly đến 100GHz/Km Tương ứng, cách sử dụng sợi quang, khối lượng lớn tín hiệu âm thanh, hình ảnh truyền đến địa điểm cách xa hàng trăm km mà không cần đến tái tạo Hiện nay, băng tần sợi quang lên đến hàng THz • Dễ lắp đặt: Do sợi quang có kích thước trọng lượng nhỏ nên chúng lắp đặt dễ dàng cáp đồng, thuận lợi cho thiết kế mạng chật hẹp không gian lắp đặt cáp • Không bị can nhiễu: sóng điện từ điện công nghiệp • Tính an toàn: Vì sợi quang chất điện môi nên không dẫn điện, có độ an toàn cao • Tính bảo mật: Sợi quang khó trích tín hiệu không xạ lượng điện từ nên lấy trộm thông tin phương tiện điện thông thường dẫn điện bề mặt hay cảm ứng điện từ • Tính linh hoạt: Các hệ thống thông tin quang khả dụng cho hầu hết dạng thông tin số liệu, thoại video Nhờ ưu điểm này, sợi quang sử dụng rộng rãi hệ thống viễn thông ngày 1.1.3.2 Nhược điểm Hệ thống thông tin quang có nhược điểm như: • Vấn đề biến đổi quang điện: Trước đưa tín hiệu thông tin điện vào sợi quang, tín hiệu pải biến đổi thành sóng ánh sáng Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5 10 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương – Khảo sát hệ thống TTQ sử dụng DCF để bù tán sắc 3.1.2 Cơ sở toán học Xét trường hợp xung quang truyền qua hai thành phần sợi: phần thứ qua sợi đơn mode, phần thứ qua sợi bù tán sắc Phương trình truyền sóng sợi quang là: (3.5) Trong đó: • biến đổi Fourier biên độ xung • L = L1 + L2 β2j hệ số GVD đổi với thánh phần có chiều dài sợi Lj (j = 1, 2) • L1 (km) chiều dài sợi quang đơn mode SMF • L2 (km) chiều dài sợi DCF Nếu sợi bù tán sắc chọn cho số hạng pha có chứa ω2 biến xung khôi phục thành hình dạng ban đầu cuối sợi bù tán sắc Vậy điều kiện để bù tán sắc hoàn thành hay Vậy từ phương trình ta thấy sợi bù tán sắc phải có tán sắc vận tốc nhóm GVD bước sóng 1,55μm D2 phải nhỏ D1 sợi đơn mode chuẩn lớn Và chiều dài sợi bù tán sắc phải thỏa mãn: (3.6) L2 phải nhỏ tốt nên suy D2 có giá trị tuyệt đối lớn tốt 3.1.3 Phương pháp sử dụng DCF để bù tán sắc Một giải pháp cho việc nâng cấp hệ thống quang cách sử dụng sợi chuẩn cộng thêm DCF (~10km) khuếch đại đặt cách 50 đến 60km DCF bù tán sắc vận tốc nhóm khuếch đại bù suy hao Đây xem kỹ thuật quản lý tán sắc chu kỳ Ngụ ý kỹ thuật trộn lẫn GVD âm dương chu kỳ cho tán sắc tổng cộng chu kỳ gần Mạch đơn giản sử dụng sợi có tán sắc đối nghịch chiều dài tán sắc trung bình (3.7) Trong đó: • D1 hệ số tán sắc sợi SMF • D2 hệ số tán sắc sợi DCF • L1 chiều dài sợi SMF • L2 chiều dài sợi DCF • Lm = L1 + L2 chu kỳ bù tán sắc Nếu gần tán sắc bù hoàn toàn chu kỳ, Chiều dài Lm thường chọn khoảng cách khuếch đại Chiều dài DCF chọn thỏa điều kiện L2 = D1L1/D2 để việc bù tán sắc hoàn toàn (D = 0) Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5 50 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương – Khảo sát hệ thống TTQ sử dụng DCF để bù tán sắc Trong thực tế, để nâng cấp hệ thống thông tin quang sử dụng sợi chuẩn có, người ta thêm vào đoạn sợi bù tán sắc (với chiều dài từ đến km sợi bù tán sắc) khuếch đại quang đặt cách 60 đến 80km Sợi bù tán sắc bù tán sắc vận tốc nhóm (GVD), khuếch đại đảm đương nhiệm vụ bù suy hao cho sợi Kỹ thuật hay có hai vấn đề cần quan tâm là: suy hao xen đoạn sợi bù tán sắc thường 5dB (6 đến 8km sợi bù tán sắc) Suy hao xen bù nhờ việc tăng độ lợi khuếch đại, ta phải trả giá việc tăng nhiễu tự phát khuếch đại (ASE); thứ hai đường kính mode sợi bù tán sắc lớn hiệu ứng phi tuyến tăng đáng kể Có hai cách thức để thiết kế DCF: Cách thứ sử dụng DCF hỗ trợ mode đơn, nhiên thiết kế có giá trị tham số sợi V tương đối nhỏ, mode giới hạn V ≈ Khi phân đoạn lớn mode lan truyền bên lớp bọc, số khúc xạ nhỏ hơn, tác động ống dẫn sóng GVD khác nhau, giá trị theo D ≈ –100 ps/(km-nm) Thiết kế theo kiểu vỏ lệch thường ứng dụng thực tiễn để tạo DCF Nhưng DCF có độ hụt tương đương cao tổn hao uốn cong có chiều hướng tăng lên (α = 0,4 – 0,6 dB/km) Tỷ lệ |D|/α sử dụng hệ số chất lượng Q DCF Đến năm 1997, DCF với Q > 250 ps/(nm-dB) đời Những vấn đề gặp phải sợi bù tán sắc ta giải cách dùng sợi hai mode thiết kế với giá trị V cao 2,5 Các sợi có suy hao giống sợi đơn mode hệ số tán sắc D mode bậc cao có giá trị âm lớn hơn, D = -770ps/nm.km đo sợi có lõi ellip Một km sợi bù tán sắc bù tán sắc vận tốc nhóm GVD qua 40km sợi truyền dẫn, suy hao thêm tích cho toàn tuyến nhỏ (vì chiều dài sợi bù tán sắc cần nhỏ hơn) Việc sử dụng sợi bù tán sắc có hai mode cần phải có thiết bị chuyển đổi mode, thiết bị có khả chuyển lượng từ mode sang mode bậc cao Nhiều thiết bị phát triển có tính tương hợp với mạng Hơn lại có suy hao xen vào nhỏ Một yêu cầu chuyển đổi mode phải không nhạy cảm cới phân cực phải hoạt động với băng thông rộng Hầu hết thiết bị chuyển đổi mode thực tế dùng sợi hai mode với cách tử sợi để ghép hai mode Chu kỳ cách tử chọn tương tứng với khác số mode hai mode sau: (3.8) Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5 51 Cách tử gọi cách tử sợi chu kỳ dài Hình 3.24 Phổ tán sắc sợi DCF Hệ số tán sắc D có giá trị -420ps/nm.km bước sóng 1550nm thay đổi nhiều bước sóng khác Đây đặc tính quan trọng cho phép bù tán sắc băng rộng Nói cách tổng quát sợi DCF thiết kế để D tăng theo bước sóng Sự phụ thuộc vào bước sóng hệ số tán sắc D đặc tính quan trọng để DCF hoạt động hệ thống WDM Người ta thường sử dụng sợi DCF kết hợp với khuếch đại OA (thường sử dụng EDFA) để bù tán sắc tuyến quang, tùy vào vị trí đặt DCF mà có kiểu bù sau: Hình 3.25 Bù tán sắc trước Hình 3.26 Bù tán sắc sau Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5 52 Hình 3.27 Bù tán sắc đan xen 3.2 Sử dụng phầm mềm Optisystem khảo sát hệ thống thông tin quang sử dụng DCF để bù tán sắc 3.2.1 Tổng quan phần mềm 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 3.2.1.1 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 hóa - Tích hợp với họ sản phẩm Optiwave 3.2.1.2 Ứng dụng Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5 53 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 quĩ công suất tuyến hệ thống có sử 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 3.2.2 Mô hình khảo sát Truyền dẫn dung lượng cao theo hướng sử dụng công nghệ WDM có sức hút mạnh với nhà cung cấp dịch vụ viễn thông Bởi chi phí đầu tư tính ổn định công nghệ WDM hẳn so với ghép kênh truyền thống TDM, nhu cầu dung lượng ngày cao Chính thế, phần em sử dụng mô hình hệ thống thông tin quang WDM để thực mô 3.2.2.1 Bài toán thiết kế a) Bài toán: Thiết kế hệ thống thông tin quang WDM sử dụng sợi bù tán sắc với kỹ thuật bù trước, bù sau Các yêu cầu thiết kế sau: - Tốc độ bit: 10Gbit/s Cự ly truyền dẫn: 120km Số lượng kênh bước sóng: kênh Sử dụng sợi quang đơn mode chuẩn G.625 Nguồn phát Laser Phương thức điều chế Bộ thu sử dụng PIN kết hợp lọc thông thấp Bessel b) Yêu cầu đặt ra: - Sử dụng phần mềm Optisystem xây dựng mô hệ thống thông tin quang WDM theo phương án thiết kế - Đưa thiết bị đo vào mô hình mô phỏng: thiết bị đô tuyến đặt vị trí phù hợp để xác định chất lượng dạng tín hiệu điểm cần thiết tuyến Các thiết bị đo như: thiết bị đo công suất quang, thiết bị phân tích phổ quang, thiết bị đo BER - Chạy mô phỏng, hiển thị kết mô Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5 54 c) Báo cáo - Thay đổi tham số phần tử tuyến đánh giá kết Mô hình mô Các tham số mô chi tiết Kết mô Đánh giá, kết luận 3.2.2.2 Tiến hành mô theo phương án thiết kế  Tuyến phát: chọn cửa sổ truyền 1550nm EDFA băng C Mỗi kênh bao gồm nguồn phát quang lazer CW lazer, phát xung NRZ pulse generator, phát bit điện pseudom-Radom Bit sequence Genarator, điều chế Mach-zehder Tuyến phát quang gồm kênh quang tích hợp thông qua ghép kênh quang MUX Hình 3.28 Thiết lập tham số hệ thống Các tham số: - Tốc độ bit: 10GBps Chiều dài chuỗi 128bits Số mẫu bit: 64 Số mẫu = 128x64 = 8192 • Nguồn phát: • Bộ tạo xung NRZ: Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5 55 • Bộ tạo chuỗi bit: • Bộ điều chế ngoài: • Bộ ghép kênh quang (ghép kênh):  Tuyến truyền dẫn quang • Sử dụng sợi quang G.625 có tham số (tại cửa sổ truyền 1550nm): - Hệ số tán sắc: 16.75ps/nm.km - Hệ số suy hao: 0.2dB - Đường bao tán sắc: 0.075ps/nm^2/km • Do khoảng cách đường truyền lớn, để thuận lợi cho việc mô sử dụng Sloop đóng vai trò nhân vòng lặp • Khuếch đại quang EDFA  Tuyến thu Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5 56 Sử dụng thiết bị đo BER  Thông số sợi bù tán sắc DCF - Hệ số tán sắc: 80ps/nm.km - Hệ số suy hao: 0.65dB - Đường bao tán sắc: 0.175ps/nm^2.km - Chiều dài sợi DCF tính theo công thức: L2 = -L1.D1/D2 = 120.16,75/83 = 24,21km 3.2.2.3 Kết mô theo yêu cầu thiết kế a) Sơ đồ hệ thống WDM bù tán sắc: Hình 3.29 Hệ thống WDM chưa có bù tán sắc Hình 3.30 Quang phổ tín hiệu phát Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5 57 Hình 3.31 Quang phổ tín hiệu thu Biểu đồ mắt tỉ lệ lỗi bit BER kênh 3: b) Sơ đồ hệ thống WDM sử dụng sợi DCF để bù tán sắc:  Kỹ thuật bù trước Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5 58 Hình 3.32 Hệ thống WDM bù tán sắc trước Kết quả: Sơ đồ mẫu mắt tỉ lệ BER kênh  Kỹ thuật bù sau Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5 59 Hình 3.33 Hệ thống WDM bù tán sắc sau Kết quả: Sơ đồ mẫu mắt tỷ lệ BER kênh  Kỹ thuật bù đan xen Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5 60 Hình 3.34 Hệ thống WDM bù tán sắc đan xen Kết quả: Biều đồ mẫu mắt tỷ lệ BER kênh 3.2.2.4 Đánh giá, kết luận Trong hệ thống truyền dẫn quang, tỷ lệ tín hiệu tạp âm quang (OSNR) xác định hiệu hệ thống cách xác, đặc biệt hệ thống WDM Do đó, ta quan tâm đến hệ số chất lượng Q tham số quan trọng để đo hiệu mạng tỷ lệ lỗi bít BER Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5 61 Qua khảo sát hệ thống thông tin quang WDM ta thấy tác động bù tán sắc tốt Chất lượng tín hiệu cao, hình dạng mẫu mắt tốt biên đồ thị rõ ràng đối xứng Đường cong hệ số chất lượng Q thay đổi với độ mở biểu đồ mắt sau: Khi tiếp cận điểm lớn biểu đồ mắt mở ra, hệ số Q lớn tương ứng BER nhỏ Khi chưa có sợi bù tán sắc DCF xung ánh sáng bị dãn rộng ra, gây méo tín hiệu, làm tăng tỉ lệ lỗi bít Ber, gây ảnh hưởng lớn đến tốc độ truyền dẫn bên thu thu tín hiệu khác tín hiệu bên phát Khi cho sợi bù tán sắc DCF vào hệ thống sau ánh sáng truyền qua sợi quang, xung ánh sáng bị dãn rộng đến truyền qua sợi DCF sợi DCF có hệ số vận tốc nhóm nhỏ (ngược lại so với sợi SMF) nên xung ánh sáng bị co lại, tín hiệu không bị méo, tỉ lệ lỗi bít Ber giảm dẫn đến bên thu thu tín hiệu tương tự tín hiệu bên phát Qua ta thấy, sử dụng DCF với mô hình đan xen cho hiệu cao nhất, với tỷ số BER thấp Q cao so với mô hình bù trước bù sau Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5 62 Đồ án tốt nghiệp Đại học Kết luận KẾT LUẬN Đồ án em giới thiệu tổng quan hệ thống thông tin quang, tìm hiểu tượng tán sắc ảnh hưởng đến hệ thống thông tin quang, phương pháp bù tán sắc bù trước, bù sau hay bù quang tập trung khảo sát hệ thống WDM sử dụng sợi DCF để bù tán sắc Qua ta thấy với việc bù tán sắc cho tuyến quang sử dụng sợi DCF có vài khuyết điểm như: đường kính trường mode sợi DCF nhỏ, mật độ công suất sợi lớn nguyên nhân hiệu ứng phi tuyến, đồng thời suy hao DCF lớn việc sử dụng kết hợp với khuếch đại OA truyền tuyến quang đường dài làm tăng nhiễu ASE nhược điểm lớn DCF cần bù lượng tán sắc lớn phải cần chiều dài sợi tỉ lệ thuận với lượng tán sắc đó, dẫn đến cồng kềnh khó khăn cho việc thi công, lắp đặt Tuy nhiên phương pháp DCF sử dụng phổ biến tính đơn giản Trên thực tế có giải pháp để khắc phục nhược điểm sợi DCF cách sử dụng kiểu bù tán sắc hỗn hợp, thay đổi độ dài sợi DCF đường truyền hợp lý để đạt hệ số chất lượng Q cao, thay sợi DCF thông thường mô-đun SC-DCF suy hao thấp mô-đun SC-DCF nén Đó hướng phát triển cho đồ án em Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5 63 Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục tài liệu tham khảo DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] “ Bài giảng Mạng truyền tải quang”, Học viên công nghệ bưu viễn thông, 2011 [2] Giáo trình “ Kỹ thuật thông tin quang 2” – Học viện công nghệ bưu viễn thông, 2012 [3] D07VTA2, D09VTA3, “Phương pháp bù tán sắc DCF”, Chuyên đề thông tin quang, Học viện công nghệ bưu viễn thông Hồ Chí Minh, Tháng năm 2011 [4] John Wiley and Sons, “Fiber – Optic Communication Systems”,1997 [5] Principles and Practice, “Optical Fiber Communications”, 1993 [6] BO-NING HU, WANG JING, WANG WEI, RUI-MEI ZHAO, “Analysis on Dispersion Compensation with DCF based on OptiSystem”, 2nd International Conference on Industrial and Information Systems, 2010 Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5 64 [...]... các hệ thống thông tin quang Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5 34 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2 – Các phương pháp bù tán sắc CHƯƠNG 2 – CÁC PHƯƠNG PHÁP BÙ TÁN SẮC Để tránh ảnh hưởng không đáng có của hiện tượng tán sắc lên hệ thống thông tin quang, chúng ta cần phải có những giải pháp khắc phục hiệu quả Sau đây em sẽ trình bày một số giải pháp bù tán sắc hiện nay được sử dụng như: giải pháp bù. .. được: (1.18) Nếu sử dụng điều kiện ngưỡng của tần số chuẩn thị hệ số D có thể viết được dưới dạng: D = DM + DW (1.19) Trong đó DM và DW tương ứng là hệ số tán sắc vật liệu và tán sắc ống dẫn sóng Tán sắc vật liệu và tán sắc ống dẫn sóng có một mối liên quan phức tạp với nhau vì các đặc tính phân tán của chỉ số chiết suất cũng tạo ra tán sắc dẫn sóng 1.2.2.3 .Tán sắc sắc thể Tán sắc sắc thể là nguyên... xung bé nhất thông qua chọn loại sợi hoặc chọn các tham số cấu trúc tối ưu của sợi 1.2.2 Phân loại tán sắc Trong thông tin quang người ta chia tán sắc thành 3 loại: • Tán sắc mode • Tán sắc mode phân cực • Tán sắc sắc thể Hình 1.5 Sơ đồ các loại tán sắc trong sợi quang Khi sợi truyền dẫn đa mode (có thể truyền cùng lúc nhiều mode sóng khác nhau trong lõi) thì ta có tất cả các loại tán sắc nói trên... sợ quang (đơn vị là s) Độ tán sắc qua mỗi km sợi quang được tính bằng ns/km hoặc ps/km Đối với loại tán sắc phụ thuộc vào bề rộng phổ của nguồn quang thì đơn vị của hệ số tán sắc D được tính là ps/km.ns Tán sắc tỉ lệ thuận với chiều dài sợi quang và độ rộng phổ của nguồn quang Xung quang ở cuối sợi quang sẽ bị dãn ra một lượng: (1.2) Trong đó là độ rộng phổ nguồn quang (nm), L là chiều dài sợi quang. .. đến 1,66μm, tán sắc vật liệu có thể được tính xấp xỉ bằng biểu thức: Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5 20 (1.22) Bước sóng có tán sắc bằng 0 (λZD) của sợi quang cũng phụ thuộc vào bán kính lõi a và bước nhảy chiết suất ∆ của sợi quang 1.2.2.3.2 Tán sắc ống dẫn sóng Trong sợi đa mode, tán sắc ống dẫn sóng là một phần nhỏ trong tán sắc tổng, do đó thường thấy thuật ngữ tán sắc sắc thể và tán sắc vật liệu... cự ly xa của các hệ thống thông tin sợi quang hoạt động trên các khoảng cách dài ở những tốc độ bit lớn Ngoài ra, trong một số trường hợp tán sắc phân cực có thể làm xuống cấp nghiêm trọng đặc tính hệ thống do dãn xung quá mức Đồng thời những hiệu ứng trễ và tán sắc phân cực bậc cao ảnh hưởng tới tốc độ truyền bit cao (40 Gbps hoặc lớn hơn) 1.2.3 Ảnh hưởng của tán sắc đến hệ thống Tán sắc gây ra những... các lazer có bước sóng λZD là không dễ dàng Trong các hệ thống thông tin quang có bước sóng tại vùng 1550 nm đã sử dụng loại nguồn phát lazer DFB, đây là các hệ thống đang được khai thác phổ biến trên thế giới Tham số tán sắc sợi D của hệ thống này vào khoảng 17 và đã hạn chế đáng kể đặc tính hệ thống khi mà tốc độ vượt quá 2.5 Gbps Đối với các hệ thống điều chế trực tiếp lazer DFB thì cự ly truyền dẫn... của hệ thống Ngoài ra, tín hiệu truyền dẫn trong hệ thống thông tin quang tốc độ cao bị tán sắc dẫn tới hiện tượng méo, dãn xung tín hiệu Xung tín hiệu dãn gây ra hiện tượng chồng lấn các xung kề nhau xuất hiện lỗi tín hiệu, giới hạn khả năng truyền dẫn Ở những phần sau, em sẽ đề cập đến ảnh hưởng của tán sắc và các phương pháp được sử dụng để khắc phục ảnh hưởng của tán sắc hiện nay 1.1.3.3 Ứng dụng. .. giảm và chất lượng hệ thống giảm Hình dưới đây minh họa cho sự mở rộng xung do tán sắc: Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5 11 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1 – Tán sắc và ảnh hưởng của tán sắc lên hệ thống TTQ Hình 1.2 Minh họa sự mở rộng xung do tán sắc Tán sắc là hiện tượng các sóng ánh sáng có tần số khác nhau truyền dẫn với tốc độ khác nhau trong cùng môi trường Đơn vị đo tán sắc: ps/nm/km Ý nghĩa... hưởng của tán sắc đến hệ thống Hiện tượng một xung ánh Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5 27 sáng bị dãn rộng ra về mặt thời gian sau một quãng đường truyền nhất định trong sợi cáp quang được gọi là hiện tượng tán sắc trong sợi cáp quang Đối với các bước sóng trong phạm vi 1550nm thì tán sắc vật liệu là nguyên nhân chính gây nên hiện tượng tán sắc Tán sắc vật liệu sinh ra là do trong một sợi cáp quang,