đồ-án-5tuyến-quangWDM-and-DWDM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ _ ĐỒ ÁN Đề tài: THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG TUYẾN QUANG WDM & DWDM 32 20 GB/S SỬ DỤNG CÁC ĐIỀU CHẾ NRZ VÀ RZ Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Mã số sinh viên: Lớp: PGS.TS NGUYỄN THỊ QUỲNH HOA TRẦN VĂN QUÂN 135D5202070059 54K2 - KT ĐTTT Nghệ An, 1/2018 MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU DANH MỤC HÌNH VẼ .2 DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT .6 1.1 Tổng quan ghép kênh DWDM 1.1.1.Giới thiệu hệ thống thông tin quang 1.1.2 Định nghĩa hệ thống thông tin DWDM 1.1.3 Cấu trúc 1.2 Các tham số DWDM 10 1.2.1 Suy hao 11 1.2.2 Tán sắc 12 1.2.3 Dải bước sóng làm việc 14 1.2.4 Số kênh bước sóng 15 1.2.5 Độ rộng phổ nguồn phát 17 1.2.5 Suy hao- quỹcông suất 18 1.2.6 Hiệu ứng phi tuyến 20 1.2.7 Ưu, nhược điểm DWDM 20 CHƯƠNG THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG TUYẾN THÔNG TIN QUANG DWDM .22 2.1 Thiết kế tuyến truyền dẫn quang sử dụng công nghệ DWDM .22 2.1.1 Thiết kế sơ đồ hệ thống 23 2.1.2 Khảo sát ảnh hưởng công suất phát lên BER Q- factor với phương pháp điều chế RZ NRZ 29 2.1.3 Khảo sát ảnh hưởng khoảng cách kênh lên BER Q- factor với phương pháp điều chế RZ NRZ 36 2.1.4 Khảo sát ảnh hưởng tốc độ Bit lên BER Q_fator với phương pháp điều chế RZ NRZ 42 KẾT LUẬN 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 LỜI MỞ ĐẦU Trong giai đoạn này, chứng kiến phát triển chưa có nhu cầu sử dụng băng thơng truyền dẫn, điều sản sinh lượng thơng tin lớn truyền tải mạng tạo nhiều áp lực cho mạng Băng tần truyền dẫn trở thành tài nguyên quý giá hết Để đáp ứng yêu cầu trên, sợi quang xem môi trường lý tưởng cho việc truyền tải lưu lượng cực lớn Khi tốc độ đạt tới hàng trăm Gbps, thân mạch điện tử khơng thể đáp ứng xung tín hiệu hẹp, thêm vào chi phí cho giải pháp trở nên tốn cấu hoạt động q phức tạp địi hỏi cơng nghệ cao Để nâng cao tốc độ truyền dẫn, khắc phục hạn chế mà mạch điện chưa khắc phục được, công nghệ ghép kênh quang phân chia theo bước sóng mật độ cao DWDM đời DWDM ghép số lượng lớn bước sóng vùng bước sóng 1550nm để nâng dung lượng hệ thống lên hàng trăm Gbps Với ưu công nghệ đặc biệt, ghép kênh theo bước sóng mật cao DWDM trở thành phương tiện tối ưu kỹ thuật kinh tế để mở rộng dung lượng sợi quang cách nhanh chóng quản lý hiệu hệ thống DWDM đáp ứng hoàn toàn yêu cầu phát triển dịch vụ băng rộng mạng ngày ứng dụng rộng rãi nhiều nước giới Với nhiều ưng dụng công nghệ DWDM chúng em chọn công nghệ ghép kênh quang phân chia theo bươc sóng DWDM để thực đề tài:ʺThiết kế đánh giá chất lượng tuyến quang WDM & DWDM 32× 20 Gb/s sử dụng điều chế NRZ RZ”.Bằng việc tìm hiểu tuyến thông tin quang DWDM cách sữ dụng phần mềm mô Otisystem thiết kế khảo sát tuyến nhằm thực yêu cầu đề Bên cạnh nhóm cịn nhiều thiếu sót hạn chế kiến thức Nhóm thực đề tài mong nhận đóng góp q thấy bạn sinh viên DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Hệ thống DWDM Hình 1.2: Cấu trúc hệ thống DWDM Hình 1.3: Hệ thống ghép bước sóng quang đơn hướng Hình 1.4: Hệ thống ghép bước sóng quang song hướng 10 Hình 1.5:Suy hao sợi quang 11 Hình 1.6: Tán sắc làm độ rộng xung ngõ tăng 12 Hình 1.7: Các loại tán sắc thông tin quang 13 Hình 1.8: Các bước sóng làm việc hệ thống DWDM 15 Hình 2.1: Sơ đồ khối tồn hệ thống 23 Hình 2.2: Mơ hình quang hệ thống máy phát ngồi 24 Hình 2.3: Mơ hình phát quang kênh Laser 24 Hình 2.4: Khối phát 25 Hình 2.5: Sơ đồ khối truyền dẫn 26 Hình 2.6: Khối thu 26 Hình 2.7: Đồ thị mắt số kênh mã NRZ 27 Hình 2.8: Đồ thị mắt số kênh mã RZ 27 Hình 2.9: Đồ thị BER theo cơng suất phát số kênh 33 Hình 2.10: Đồ thị Q- factor theo công suất phát số kênh 36 Hình 2.1.1 Đồ thị BER theo khoảng cách kênh số kênh 39 Hình 2.13: Đồ thị BER theo tốc độ Bit số kênh 44 Hình 2.14: Đồ thị Q- factor theo tốc độ Bit số kênh 46 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Phân chia băng tần quang 14 Bảng 1.2: Độ rộng phổ kênh 17 Bảng 2.1 Bảng thơng số cài đặt chung tồn hệ thống 22 Bảng 2.2:Thông số cục BER Q-factor toàn hệ thống 28 Bảng 2.3a: Khảo sát ảnh hưởng công suất phát lên BER hệ thống với phương pháp điều chế RZ NRZ - Kênh đến 29 Bảng 2.3b: Khảo sát ảnh hưởng công suất phát lên BER hệ thống với phương pháp điều chế RZ NRZ - Kênh đến 30 Bảng 2.3c: Khảo sát ảnh hưởng công suất phát lên BER hệ thống với phương pháp điều chế RZ NRZ - Kênh đến 12 30 Bảng 2.3d: Khảo sát ảnh hưởng công suất phát lên BER hệ thống với phương pháp điều chế RZ NRZ - Kênh 13 đến 16 31 Bảng 2.3e: Khảo sát ảnh hưởng công suất phát lên BER hệ thống với phương pháp điều chế RZ NRZ - Kênh 17 đến 20 31 Bảng 2.3f: Khảo sát ảnh hưởng công suất phát lên BER hệ thống với phương pháp điều chế RZ NRZ - Kênh 21 đến 24 32 Bảng 2.3g: Khảo sát ảnh hưởng công suất phát lên BER hệ thống với phương pháp điều chế RZ NRZ - Kênh 25 đến 28 32 Bảng 2.3h: Khảo sát ảnh hưởng công suất phát lên BER hệ thống với phương pháp điều chế RZ NRZ - Kênh 29 đến 32 33 Hình 2.9: Đồ thị BER theo công suất phát số kênh 33 Bảng 2.4b: Khảo sát ảnh hưởng công suất phát lên hệ số Q hệ thống với phương pháp điều chế RZ NRZ - Kênh đến 16 34 Bảng 2.4c: Khảo sát ảnh hưởng công suất phát lên hệ số Q hệ thống với phương pháp điều chế RZ NRZ - Kênh 17 đến 24 35 Bảng 2.4d: Khảo sát ảnh hưởng công suất phát lên hệ số Q hệ thống với phương pháp điều chế RZ NRZ - Kênh 25 đến 32 35 Bảng 2.5a: Khảo sát ảnh hưởng khoảng cách kênh lên BER hệ thống với phương pháp điều chế RZ NRZ - Kênh đến 36 Bảng 2.5b: Khảo sát ảnh hưởng khoảng cách kênh lên BER hệ thống với phương pháp điều chế RZ NRZ - Kênh đến 37 Bảng 2.5c: Khảo sát ảnh hưởng khoảng cách kênh lên BER hệ thống với phương pháp điều chế RZ NRZ - Kênh đến 12 37 Bảng 2.5d: Khảo sát ảnh hưởng khoảng cách kênh lên BER hệ thống với phương pháp điều chế RZ NRZ - Kênh 13 đến 16 37 Bảng 2.5e: Khảo sát ảnh hưởng khoảng cách kênh lên BER hệ thống với phương pháp điều chế RZ NRZ - Kênh 17 đến 20 38 Bảng 2.5f: Khảo sát ảnh hưởng khoảng cách kênh lên BER hệ thống với phương pháp điều chế RZ NRZ - Kênh 21 đến 24 38 Bảng 2.5g: Khảo sát ảnh hưởng khoảng cách kênh lên BER hệ thống với phương pháp điều chế RZ NRZ - Kênh 25 đến 28 38 Bảng 2.5f: Khảo sát ảnh hưởng khoảng cách kênh lên BER hệ thống với phương pháp điều chế RZ NRZ - Kênh 29 đến 32 39 Bảng 2.6a: Khảo sát ảnh hưởng khoảng cách kênh lên hệ số Q hệ thống với phương pháp điều chế RZ NRZ - Kênh đến 40 Bảng 2.6b: Khảo sát ảnh hưởng khoảng cách kênh lên hệ số Q hệ thống với phương pháp điều chế RZ NRZ - Kênh 9đến 16 40 Bảng 2.6c: Khảo sát ảnh hưởng khoảng cách kênh lên hệ số Q hệ thống với phương pháp điều chế RZ NRZ - Kênh 17 đến 24 40 Bảng 2.7a: Khảo sát ảnh hưởng tốc độ bit lên BER hệ thống với phương pháp điều chế RZ NRZ – Kênh đến 42 Bảng 2.7c: Khảo sát ảnh hưởng tốc độ bit lên BER hệ thống với phương pháp điều chế RZ NRZ – Kênh 9đếnkênh 12 42 Bảng 2.7d: Khảo sát ảnh hưởng tốc độ bit lên BER hệ thống với phương pháp điều chế RZ NRZ - Kênh 13đếnkênh 16 43 Bảng 2.7e: Khảo sát ảnh hưởng tốc độ bit lên BER hệ thống với phương pháp điều chế RZ NRZ - Kênh 17đếnkênh 20 43 Bảng 2.7f: Khảo sát ảnh hưởng tốc độ bit lên BER hệ thống với phương pháp điều chế RZ NRZ - Kênh 21đếnkênh 24 43 Bảng 2.7g: Khảo sát ảnh hưởng tốc độ bit lên BER hệ thống với phương pháp điều chế RZ NRZ - Kênh 25đếnkênh 28 44 Bảng 2.7h: Khảo sát ảnh hưởng tốc độ bit lên BER hệ thống với phương pháp điều chế RZ NRZ - Kênh 29đếnkênh 32 44 Bảng 2.8a: Khảo sát ảnh hưởng tốc độ bit lên Q hệ thống với phương pháp điều chế RZ NRZ – Kênh đến 45 Bảng 2.8b: Khảo sát ảnh hưởng tốc độ bit lên Q hệ thống với phương pháp điều chế RZ NRZ – Kênh 9đến 16 45 Bảng 2.8c: Khảo sát ảnh hưởng tốc độ bit lên Q hệ thống với phương pháp điều chế RZ NRZ – Kênh 17 đến 24 45 Bảng 2.8d: Khảo sát ảnh hưởng tốc độ bit lên Q hệ thống với phương pháp điều chế RZ NRZ – Kênh 25 đến 32 45 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt WDM DWDM Từ đầy đủ Tiếng việt Wavelenght DivisionMultiplexing Ghép kênh quang theo bước sóng Dense Wavelenght Division Ghép kênh quang theo bước sóng Multiplexing với mật độ dày Optical Time Division OTDM Ghép kênh quang theo thời gian Multiplexing Optical Frequency OFDM Ghép kênh quang theo tần số DivisionMultiplexing Multiplexer Thiết bị ghép kênh Demultiplexer Thiết bị tách kênh Automatic Protection- Switching Self Phase Modulation chuyển mạch bảo vệ tự động Hiệu ứng tự điều pha Dispersion Compensated Fiber Sợi quang bù tán sắc Single Mode Fiber Sợi đơn mode SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier MUX DEMUX APS SPM DCF SMF International Telecommunication ITU - T Union Khuếch đại quang sợi có pha tạp Erbium Ủy ban viễn thơng quốc tế SRS SBS XPM FWM Stiumulatted Raman Scattering Stimulatted Brilouin Scattering Cross- Phase Modulation Four – Wave Mixing NRZ Non- return to zero RZ PIN Return to zero Positive Intrinsic Negative tán xạ kích thích Raman tán xạ kích thích Brillouin Điều chế pha chéo Trộn bốn bước sóng Mã đường dây khơng trở lại khơng Mã đường dây trở lại không Cấu trúc PIN BER Bit Error Ratio Tỷ số lỗi bit CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1.Tổng quan ghép kênh DWDM 1.1.1 Giới thiệu hệ thống thông tin quang Ngồi loại thơng tin sử dụng mơi trường truyền dẫn tương ứng dây dẫn không gian (gọi thơng tin hữu tuyến hay vơ tuyến) cịn có loại thơng tin truyền thơng qua sợi quang (được gọi thơng tin quang) Điều có nghĩa thơng tin chuyển thành ánh sáng sau ánh sáng truyền qua sợi quang Tại nơi nhận, lại biến đổi thành thơng tin ban đầu a Lịch sử phát tiển ngành thông tin quang - 1960: T.H.Maiman phát minh lasser - 1966: K.C.Kao G.A.Hockham phát mih sợi quang - 1970: K.P.Kapron chế tạo sợi quang suy hao 20dB/km bước sóng 1µm GaAs larser: chế tạo thành công - 1980- 1990: hệ thống thông tin quang sử dụng rộng rãi WDM băng rộng kênh 1310nm 1550nm - Từ năm 1990 trở đi: + WDM thụ động từ 2- kênh, khoảng cách kênh 100-200 GHz + DWDM 16- 40 kênh, khoảng cách kênh 100- 200 GHz + DWDM 64- 160 kênh khoảng cách kênh 25- 50 GHz b Các ưu, nhược điểm hệ thống thông tin cáp sợi quang - Ưu điểm  Suy hao truyền dẫn thấp băng thông rộng  Khơng chịu ảnh hưởng sóng điện từ  Xun âm sợi dây không đáng kể  Trách chập mạch điện hay bị nối đất, sấm sét  Độ an tồn bảo mật thơng tin cao, tuổi thọ dài khả đề kháng với mơi trường  Trọng lượng nhẹ kích thước nhỏ  Vật liệu chế tạo có nhiều thiên nhiên có giá thành rẻ - Nhược điểm  Đầu nối khó khơng trun tải lượng điện kích thước sợi nhỏ nên việc hàn mối gặp nhiều khó khăn, mối hàn cần có thiết bị chuyên dụng  Dòn, dễ gãy sợi quang sử dụng viễn thông chế tạo từ thủy tinh  Công tác sửa chữa phức tạp 1.1.2.Định nghĩa hệ thống thơng tin DWDM Kỹ thuật ghép bước sóng quang ghép kênh quang đời nhằm mục đích tận dụng triệt để băng tần lớn sợi quang, tăng dung lượng kênh, đồng thời xây dựng tuyến truyền dẫn tốc độ cao mà hệ thống ghép kênh điện đáp ứng Các kỹ thuật ghép kênh quang sử dụng là: Ghép kênh quang theo bước sóng WDM, ghép kênh quang theo thời gian OTDM ghép kênh quang theo tần số OFDM Tuy nhiên phương pháp ghép kênh quang theo bước sóng WDM sử dụng rộng rãi Khi cần tăng dung lượng hệ thống cần thay đổi thiết bị đầu cuối mà không cần tăng tốc độ bit đường truyền không thêm sợi quang, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thiết kế mạng, làm sở cho việc phát triển nhiều loại hình dịch vụ viễn thơng tương lai Qua q trình phát triển cơng nghệ, khái niệm WDM thay khái niệm DWDM (Dense Wavelenght Division Multiplexing) Về ngun lý khơng có khác biệt hai khái niệm nói Ghép kênh theo bước sóng mật độ cao DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) công nghệ “trong sợi quang đồng thời truyền dẫn nhiều bước sóng tín hiệu quang độc lập riêng rẻ” Mỗi bước sóng biểu thị cho kênh quang sợi, sử dụng bước sóng ánh sáng để truyền dẫn số liệu song song theo bit nối ký tự Những kênh quang hệ thống DWDM thường nằm cửa sổ bước sóng chủ yếu 1550nm mơi trường ứng dụng hệ thống mạng đường trục, cự ly truyền dẫn dài dung lượng lớn Công nghệ cho phép chế tạo phần tử hệ thống DWDM 80 kênh với khoảng cách nhỏ 0,5nm Ở đầu thu tín hiệu tổ hợp phân giải (tách kênh), khơi phục lại tín hiệu gốc đưa vào đầu cuối khác Hình 1.1: Hệ thống DWDM 1.1.3.Cấu trúc Cấu trúc hệ thống DWDM gồm thành phần sau: Khối phát đáp quang, khối thu quang, phần truyền dẫn quang Hình 1.2: Cấu trúc hệ thống DWDM Trong đó: + Khối phát đáp quang: gồm N phát quang tương ứng với N bước sóng: nhiều tín hiệu quang có bước sóng khác tổ hợp lại (ghép kênh) để truyền sợi + Khối thu quang: gồm tách kênh bước sóng N thu quang để thu N kênh bước sóng riêng biệt: tín hiệu tổ hợp phân giải (tách kênh) khơi phục lại tín hiệu gốc đưa vào đầu cuối khác + Phần truyền dẫn quang: gồm đoạn sợi quang khuếch đại, sợi quang dùng hệ thống thường sợi đơn mode tiêu chuẩn Có hai phương án thiết lập hệ thống truyền dẫn sử dụng ghép bước sóng quangDWDM a Phương pháp truyền dẫn ghép bước sóng quang đơn hướng