MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH HỆ THỐNG WDMPON SỬ DỤNG LASER ĐA MODE

Hệ thống sử dụng laser đa mode FabryPerot kết hợp sử dụng bộ khuếch đại RSOA để điều chế tín hiệu hướng xuống và sử dụng bộ khuếch đại WSOA kết hợp với bộ điều chế EAM để điều chế tín hiệu hướng lên mục đích giảm chi phí so với cấu trúc WDMPON truyền thống.Hệ thống sử dụng laser đa mode FabryPerot kết hợp sử dụng bộ khuếch đại RSOA để điều chế tín hiệu hướng xuống và sử dụng bộ khuếch đại WSOA kết hợp với bộ điều chế EAM để điều chế tín hiệu hướng lên mục đích giảm chi phí so với cấu trúc WDMPON truyền thống.

Trang 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HỒ CHÍ MINHTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN VIỄN THÔNG

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH HỆ THỐNG WDM-PON SỬ DỤNG LASER ĐA MODE

GVHD: TS Phạm Quang Thái

SVTH: Lê Quang Phan An 41100009Dương Nguyễn Thành Thái 41103164

Tp.Hồ Chí Minh, 05/01/2016 1

Trang 3

Giới thiệu đề tài

Nhu cầu về tốc độ cũng như băng thông của hệ thống thông tin ngày càng

Công nghệ truyền dẫn hiện

tại là TDM-PON đã đạt đến giới

Cần phải nghiên cứu thiết kế ra hệ thống thông tin sử dụng công

nghệ truyền dẫn mới

WDM-PON là một giải pháp hoàn hảo nhờ dung lượng lớn, tính

bảo mật cao và rất linh hoạt Tuy nhiên vẫn còn khó khăn và thách thức trong việc

triển khai

Trang 4

Hệ thống sử dụng laser đa mode Fabry-Perot kết hợp sử dụng bộ khuếch đại RSOA để điều chế tín hiệu hướng xuống và sử dụng bộ khuếch đại WSOA kết hợp với bộ điều chế EAM để điều chế tín hiệu hướng lên mục đích giảm chi phí so với cấu trúc WDM-PON truyền thống.

Hình 1: sơ đồ hệ thống

Trang 5

Phân tích sự ảnh hưởng của chiều dài, tốc độ

downstream, tốc độ upstream lên BER dùng phương pháp Factorial.

5

Trang 6

Hệ thống WDM-PONLaser Fabry-perot

SOA

Trang 7

Hệ thống WDM-PON

● Sự kết hợp của công nghệ WDM và PON

● Mỗi ONU sẽ sử dụng một bước sóng riêng cho cả uplink và downlink.

Hình 2: Hệ thống WDM-PON

Trang 9

n: Chiết suất lớp tích cực L: Chiều dài hốc cộng hưởng

Hình 3: Cấu tạo laser Fabry Perot

Trang 10

Laser Fabry perot

● Đặc tính phổ

○ Ánh sáng ở ngõ ra của laser Fabry-Perot chỉ giới hạn trong các mode nằm trong độ rộng phổ của đường cong khuếch đại

Hình 4:Phổ của Laser Fabry Perot

Trang 11

● Cấu trúc và nguyên lý hoạt động:

○ Tương tự như laser bán dẫn

Hình 5: Cấu trúc của SOA

Trang 12

RSOA: Có cấu trúc tương tự như SOA nhưng 1 mặt của lớp tích

cực có phủ chất làm tăng hệ số phản xạ tương tự như ở laser Fabry Perot.

Đ c tính khu ch đ i:ặc tính khuếch đại:ếch đại:ại:

Hình 6: Đặc tính khuếch đại của RSOA

Trang 13

Đ c tính đ l i ph thu c vào đi n áp đi u khi n:ặc tính độ lợi phụ thuộc vào điện áp điều khiển:ộ lợi phụ thuộc vào điện áp điều khiển: ợi phụ thuộc vào điện áp điều khiển:ụ thuộc vào điện áp điều khiển:ộ lợi phụ thuộc vào điện áp điều khiển:ện áp điều khiển:ều khiển:ển:

Hình 7: Đặc tính độ lợi của RSOA

Trang 14

o Kết quả mô phỏng với 1 trường hợp cụ thể

 Phân tích đáp ứng của hệ thống WDM-PON 2 kênh sử dụng mã NRZ

o Thu thập số liệu

o Mô hình toán của hệ thống

o Tối ưu hệ thống

Trang 16

Hệ thống WDM-PON 2 channel

● Sơ đồ nguyên lý

Hình 9: Sơ đồ nguyên lý

Trang 18

● Sơ đồ mô phỏng

Hình 11: Sơ đồ mô phỏng

Trang 19

RSOA: suy hao đầu vào=3dB, suy hao đầu ra=3dB

WSOA:dòng tiêm 0.09A, suy hao đầu vào=3dB, suy hao đầu ra =3dB

19

Trang 20

● Kết quả phân tích với một trường hợp cụ thể:

Hệ thống mô phỏng dùng mã đường truyền NRZ, tốc độ

downlink là 2.5Gbps, tốc độ uplink là 1.25Gbps chiều dài cáp là 20km.(GPON ITU-T G.984)

20

Trang 24

• Tín hiệu downlink channel 2 nhận được tại

ONU so sánh với tín hiệu dowlink 2 trước khi điều chế:

Hình 15: Tín hiệu channel 2 sau bộ RSOA và tín hiệu thu được bên ONU

Trang 29

Phân tích đáp ứng của hệ thống PON 2 kênh sử dụng mã NRZ

WDM-•Bảng số liệu

29

Trang 30

• Ở đây luận văn sẽ xét BER đến 10 đây lu n văn sẽ xét BER đ n 10ận văn sẽ xét BER đến 10 ến 10 -3 d a theo tiêu chu n ựa theo tiêu chuẩn ẩn International TelecommunicationUnion -

TelecommunicationnStandardization Sector (ITU -T), G.709: Interfaces for the optical transport network, 2012[11]

• Trong chương trình Optisystem, ở mỗi lần mô phỏng ta sẽ mô ng trình Optisystem, m i l n mô ph ng ta sẽ mô ở mỗi lần mô phỏng ta sẽ mô ỗi lần mô phỏng ta sẽ mô ần mô phỏng ta sẽ mô ỏng ta sẽ mô ph ng chu i bit có chi u dài 1024 bit V i m t b y u t đ u ỏng ta sẽ mô ỗi lần mô phỏng ta sẽ mô ều khiển: ới một bộ yếu tố đầu ộ lợi phụ thuộc vào điện áp điều khiển: ộ lợi phụ thuộc vào điện áp điều khiển: ến 10 ố đầu ần mô phỏng ta sẽ mô vào (Lengh, BitrateDown, BitrateUp) ta sẽ ch y 10 l n và sau ạy 10 lần và sau ần mô phỏng ta sẽ mô đó l y trung bình, do đó trong quá trình mô ph ng n u chu i ấy trung bình, do đó trong quá trình mô phỏng nếu chuỗi ỏng ta sẽ mô ến 10 ỗi lần mô phỏng ta sẽ mô bit thu đượi phụ thuộc vào điện áp điều khiển:c b sai 1 bit so v i chu i bit truy n (tị sai 1 bit so với chuỗi bit truyền (tương ứng ới một bộ yếu tố đầu ỗi lần mô phỏng ta sẽ mô ều khiển: ương trình Optisystem, ở mỗi lần mô phỏng ta sẽ mô ng ng ứng v i BER thu đới một bộ yếu tố đầu ượi phụ thuộc vào điện áp điều khiển:c là 10-3) thì đ tin c y c a k t qu BER là ộ lợi phụ thuộc vào điện áp điều khiển: ận văn sẽ xét BER đến 10 ủa kết quả BER là ến 10 ả BER là r t cao (kho ng 95%) Còn n u giá tr BER thu đấy trung bình, do đó trong quá trình mô phỏng nếu chuỗi ả BER là ến 10 ị sai 1 bit so với chuỗi bit truyền (tương ứng ượi phụ thuộc vào điện áp điều khiển:c nh h n ỏng ta sẽ mô ơng trình Optisystem, ở mỗi lần mô phỏng ta sẽ mô 10-3 thì đ tin c y c a BER th p Do đó đ đ m b o tính th c ộ lợi phụ thuộc vào điện áp điều khiển: ận văn sẽ xét BER đến 10 ủa kết quả BER là ấy trung bình, do đó trong quá trình mô phỏng nếu chuỗi ển: ả BER là ả BER là ựa theo tiêu chuẩn

t , các giá tr BER nh h n 10ến 10 ị sai 1 bit so với chuỗi bit truyền (tương ứng ỏng ta sẽ mô ơng trình Optisystem, ở mỗi lần mô phỏng ta sẽ mô -4 ta đ u quy v 10ều khiển: ều khiển: -4 30

Trang 31

WDM-Mô hình toán của hệ thống

Việc thực hiện mô hình toán để đưa ra 1 hàm số tương quan giữa BER từng kênh và sự phụ thuộc của nó dưa vào 3 biến là: tốc độ down, tốc độ up và chiều dài của cáp tương ứng:

BERchannel = f (BitrateUp,Bitratedown, L)

Dựa vào phương trình và mục tiêu BER của từng kênh mà ta có thể dung hòa và tìm được tốc độ bit và chiều dài tốt nhất.

Việc thực hiên mô hình toán dựa trên chương trình

Trang 32

WDM-•Mô hình toán của hệ thống•Downlink channel 1

Trang 33

WDM-•Mô hình toán của hệ thống

•Downlink channel 1

Thể hiện những yếu tố ảnh hưởng đáng kể đến BERdown1:

WDM-Hình 20: những yếu tố ảnh hưởng lên BER down1

Trang 34

Phân tích đáp ứng của hệ thống WDM-PON 2 kênh sử dụng mã NRZ

•Mô hình toán của hệ thống

Trang 35

Trang 36

•Mô hình toán của hệ thống•Downlink channel 2

Với tất cả các dữ liệu đầu vào thì BER của Downlink

channel 2 có giá trị nhỏ hơn 10-4 Mà ở phân tích trên ta đã nói các giá trị BER nhỏ hơn 10-4 có độ tin cậy thấp nên ta quy về 10-4 Do đó trong trường hợp này, ta coi như BER Downlink channel 2 luôn thỏa mãn điều kiện khảo sát với mọi sự thay đổi của yếu tố đầu vào trong khoảng khảo sát.

36

Trang 37

Trang 38

Trang 39

•Tối ưu hệ thống

Việc tối ưu hệ thống ở đây tương tự như việc kiểm tra lại phương trình ta đã xây dưng lại có chính xác hay không bằng cách ta sẽ dưa vào chương trình minitab tính toán thông số BERchannel= 10-3 (theo tiêu chuẩn International Telecommunication Union -Telecommunication

Standardization Sector (ITU -T), G.709 : Interfaces for the optical transport network, 2012)thì các yếu tố bitrateup,

bitratedown và length sẽ là bao nhiêu rồi sau đó ta lấy giá trị của 3 thông số mô phỏng lại trên optisystem Nếu BER ta nhận được gần bằng 10-3 thì có nghĩa là phương trình ta đã

Trang 40

Trang 41

-3,075+0,112.L+0,436.D-0,005.U-41

Trang 42

Trang 43

-2,459+0,055.L+0,114.D+0,131.U-43

Trang 44

Trang 45

=-3,012+0,007.L+0,281.D-0,007.U-45

Trang 46

Nội dung

Giới thiệu đề tàiLý thuyết

Hệ thống WDM-PON sử dụng laser đa mode

Kết luận - Hướng phát triển

46

Trang 47

Kết luận

➢ Đề xuất, phân tích một phương pháp thiết kế một mạng WDM-PON mới bằng việc thực hiện laser đa mode kết hợp với bô lọc Bessel => hệ thống hoàn toàn có thể thay thế hệ thống TDM-PON hiện nay.

➢ Giúp nhà cung cấp có thể tìm được tốc độ bit và chiều dài tương ứng thông qua phương trình tối ưu của từng kênh.

➢ Cho thấy được với từng kênh và từng luồng tín hiệu thì yếu tố nào sẽ ảnh hưởng lớn nhất hay nhỏ nhất lên hệ thống

Ưu điểm:

47

Trang 50

TÀI LI U THAM KH OỆU THAM KHẢOẢO

[1] N Ansari and J Zhang, Media Access Control and Resource Allocation: For Next

Generation Passive Optical Networks, SpringerBriefs in Applied Sciences

and Technology, DOI 10.1007/978-1-4614-3939-4 2, 2013.

[2] High Performance, Low Cost, Colorless ONU for WDM-PON, Ryohei Urata, Cedric Lam, Hong Liu, and Chris Johnson.

[3] Quang Minh, “Công nghệ và chuẩn hóa mạng quang thụ động”, 2006.

[4] Cedric F Lam, “Passive optical networks: principles and practice”, Academic Press, ISBN-13: 978-0-12-373853-0, 2007.

[5] Đỗ Sinh Trường, Luận văn thạc sĩ khoa học ngành “Xử lý thông tin và truyền thông

chất lượng dịch vụ trong mạng IP trên WDM”, 2008.

[6] Kỹ thuật thông tin quang 1, TS Lê Quốc Cường, THS Đổ Văn Việt Em, THS Phạm Quốc Hợp.

[7] KEYMILE International GmbH, “White Paper AON vs PON – A comparison of two optical access network technologies and the different impact on operations”, Europaring F15 202 2345 Brunn am Gebirge, Austria, 2008-05-26.

[8] Arrayed Waveguide Gratings- Research Centre for Microtechnology.[9] Electroabsorption Modulators-R.Sankaralingam EE 698.

[10] Franz Keldysh effect C Kittel, "Introduction to Solid State Physics", Wiley (1996).[11] A G.709 Optical Transport Network Tutorial by Guylain Barlow

50

Trang 51