thông tin quang , bài tập, thông tin quang , bài tậpthông tin quang , bài tậpthông tin quang , bài tậpthông tin quang , bài tậpthông tin quang , bài tậpthông tin quang , bài tậpthông tin quang , bài tậpthông tin quang , bài tậpthông tin quang , bài tậpthông tin quang , bài tậpthông tin quang , bài tậpthông tin quang , bài tậpthông tin quang , bài tậpthông tin quang , bài tậpvvthông tin quang , bài tậpthông tin quang , bài tậpthông tin quang , bài tậpthông tin quang , bài tậpthông tin quang , bài tậpthông tin quang , bài tậpthông tin quang , bài tậpthông tin quang , bài tậpthông tin quang , bài tậpthông tin quang , bài tậpthông tin quang , bài tậpvthông tin quang , bài tậpthông tin quang , bài tậpv
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN KHOA KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ BÀI TẬP LỚN MÔN THÔNG TIN QUANG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ KÊNH QUANG WDM KÊNH Giáo viên hướng dẫn: Lê Thị Cẩm Hà Sinh viên thực hiện: Bùi Lê Cơng Hải Mai Trung Đức Phạm Đức Thái Bình Sinh viên lớp: ĐTVT-k38a Khoa: Kỹ thuật công nghệ Bình Định-5/2019 MỤC LỤC THIẾT KẾ KÊNH QUANG WDM KÊNH BẰNG PHẦN MỀM OPTISYSTEM I PHẦN MỞ ĐẦU Cùng với bùng nổ nhu cầu thông tin, hệ thống thông tin quang ngày trở nên phức tạp Để phân tích thiết kế hệ thống bắt buộc phải sử dụng công cụ mô Và Optisystem phần mềm hữu ích để mơ hệ thống thơng tin quang Phần mềm Optisystem có khả thiết kế, đo kiểm tra thực tối ưu hóa nhiều hệ thống thông tin quang dựa khả mơ hình hóa hệ thống thơng tin quang thực tế Bên cạnh đó, phần mềm dễ dàng mở rộng cho người sử dụng đưa thêm phần tử tự định nghĩa vào Phần mềm thân thiện khả hiển thị trực quan Trong báo cáo này, nhóm chúng em thực “Thiết kế kênh quang wdm kênh phần mềm Optisystem” Mặc dù cố gắng hoàn thành tập, thời gian có hạn thiếu kinh nghiệm kỹ chưa cao nên việc phân tích thiết kế nhiều thiết sót, mong góp ý , bổ sung để chúng em hoàn thiện tốt Chúng em xin chân thành cảm ơn! II Tổng quan hệ thống WDM Định nghĩa: Một hệ thống truyền dẫn thơng tin quang mà nhiều kênh bước sóng ghép lại truyền chung đường truyền quang gọi hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng (WDM – Wavelenght Division Multiplexing) Các dải băng tần hoạt động WDM: O-band (Original band):Dải băng tần từ 1260 nm ÷ nm E-band (Extended band): Dải băng tần từ 1360 nm ÷ 1460 nm S-band (Short wavelength band)Dải băng tần từ 1460 nm ÷ 1530 nm C-band (Conventional band):Dải băng tần từ 1530 nm ÷ 1565 nm L-band (Long wavelength band):Dải băng tần từ 1565 nm ÷ 1625 nm Phân loại hệ thống WDM: Gồm loại: Hệ thống đơn hướng Đặc điểm: - Khi có cố, hệ thống song hướng không cần đến chế chuyển mạch bảo vệ tự động APS - Thiết kế hệ thống song hướng khó - Các hệ thống khuếch đại hệ thống song hướng có cấu trúc phức tạp so với hệ thống đơn hướng có cơng suất đầu lớn so với hệ thống đơn hướng Ưu nhược điểm hệ thống WDM: * Ưu điểm Tăng băng thông truyền sợi quang số lần tương ứng số bước sóng ghép vào để truyền sợi quang - Tính suốt - Khả mở rộng Hiện công nghệ WDM cho phép xây dựng mơ hình mạng truyền tải quang OTN (Optical Transport Network) * Nhược điểm: Chưa khai thác hết băng tần hoạt động sợi quang Quá trình khai thác, bảo dưỡng phức tạp gấp nhiều lần Nếu hệ thộng sợi quang sử dụng sợi DSF theo chuẩn G.653 khó triển khai WDM xuất hiện tượng trộn bước sóng gay gắt Các thành phần hệ thống WDM: - Bộ phát quang - Bộ thu quang - OMUX / ODEMUX - Sợi quang - Bộ khuếch đại quang (OA) - Bộ xen rẽ bước sóng (OADM)… Các vấn đề cần quan tâm hệ thống WDM: Khoảng cách kênh: Khoảng cách kênh độ rộng tần số tiêu chuẩn kênh gần Việc phân bổ kênh cách hợp lý dải băng tần có hạn giúp cho việc nâng cao hiệu suất sử dụng tài nguyên dải tần giảm ảnh hưởng phi tuyến tính kênh gần Một số yếu tố ảnh hưởng đến khoảng cách này: • Tốc độ truyền dẫn kênh • Quỹ cơng suất quang • Ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến • Độ rộng phổ nguồn phát • Khả tách/ghép thiết bị WDM Suy hao quỹ công suất hệ thống WDM: Trong hệ thống số vấn đề quan trọng phải đảm bảo tỷ số tín hiệu tạp âm (S/N) cho đầu thu thu tín hiệu với mức BER cho phép Để máy thu thu thơng tin cơng suất tín hiệu đến máy thu phải nằm dải công suất máy thu Pmáy phát = Pphát + Pdự Pthu < P phát trữ - Ptổng suy hao < Pthu max - Như để đảm bảo thơng tin cơng suất phát phải lớn cự ly truyền dẫn lớn Để khắc phục điều người ta sử dụng khuếch đại quang sợi EDFA Ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến hệ thống WDM: - Trong hệ thống thông tin quang, hiệu ứng phi tuyến xảy cơng suất tín hiệu sợi quang vượt q mức Đối với hệ thống WDM mức cơng suất cao nhiều so với hệ thống đơn kênh Các hiệu ứng phi tuyến ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống WDM chủ yếu gồm: Hiệu ứng SPM, XPM, FWM, SBS SBR Các hiệu ứng chia thành hai loại: - Hiệu ứng tán xạ: Bao gồm hiệu ứng SBS SBR - Các hiệu ứng liên quan đến hiệu ứng Kerr: Bao gồm hiệu ứng SPM, XPM FWM III Bộ khuếch đại quang EDFA Cấu tạo: - EDFA có thành phần chình gồm đoạn ngắn cáp quang có lõi pha tạp khoảng 0,1% Erbium - Ngồi EDFA có laser bơm để cung cấp lượng cho đoạn EDF, ghép bước sóng WDM để ghép bước sóng ánh sáng tín hiệu bước sóng ánh sáng bơm vào đoạn EDF phân cách để hạn chế ánh sáng phản xạ từ hệ thống EDFA hệ thống ghép kênh theo bước sóng: Để nâng cao chất lượng hệ thống truyền dẫn WDM, kỹ thuật khuếch đại quang dụng hệ thống WDM cần phải đảm bảo yêu cầu sau: Băng tần đủ tăng ích phẳng, hệ số tạp âm thấp công suất đưa cao Đặc biệt tăng ích phẳng yêu cầu đặc biệt hệ thống truyền dẫn WDM EDFA Phổ khuếch đại đồng tất kênh bước sóng Sự thay đổi số lượng kênh bước sóng làm việc khơng gây ảnh hưởng đến mức công suất đầu kênh EDFA phải có khả phát chênh lệch mức công suất đầu vào điều chỉnh lại hệ số khuếch đại nhằm đảm bảo đặc tuyến khuếch đại tất kênh Các vị trí đặt EDFA tuyến cáp sợi quang: - Trường hợp BA (đặt sau máy phát): Cho tỷ số SNR lớn trường hợp khoảng cách truyền dẫn ngắn, dễ giám sát điều khiển Tuy nhiên, công suất ngõ không cao 15dBm điều kiện kết nối với sợi quang Điều giới hạn độ khuếch đại EDFA công suất phát - Trường hợp PA (đặt trước máy thu): Có thể cho cơng suất đến máy thu lớn Tuy nhiên, nhiễu đầu EDFA có giá trị lớn đầu vào máy thu bị suy giảm Điều giới hạn tỷ số SNR - Trường hợp PA (đặt đường truyền): Ở trường hợp này, ta tăng cơng suất phát hệ số khuếch đại EDFA cách hợp lý để đạt cơng suất tín hiệu SNR thích hợp IV Sợi quang đơn mode chuẩn G.652 Cấu tạo sợi quang: Sợi quang sử dụng loại đơn mode Lõi sợi quang làm SiO2 chất phụ gia khác, đảm bảo có số suất lõi sợi quang lớn số suất lớp vỏ phản xạ Lớp vỏ phản xạ sợi quang làm SiO2 Lớp bảo vệ sơ cấp làm vật liệu chống tia cực tím, đảm bảo sợi quang không bị suy hao uốn cong trầy xước Các yếu tố ảnh hưởng: - Có yếu tố sợi quang ảnh hưởng đến khả hệ thống thông tin quang, bao gồm : Tán sắc, suy hao, hiệu ứng phi tuyến Đối với hệ thống khác mức độ ảnh hưởng yếu tố khác nhau: + Đối với hệ thống cự ly ngắn, dung lượng thấp yếu tố chủ yếu cần quan tâm suy hao + Đối với hệ thống tốc độ cao, cự ly tương đối lớn yếu tố chủ yếu cần quan tâm suy hao tán sắc + Đối với hệ thống cự ly dài dung lượng lớn ngồi hai yếu tố cần phải xem xét đến hiệu ứng phi tuyến - Sợi quang sử dụng rộng rãi hệ thống sợi đơn mode SMF-28, G.652 Các đặc tính truyền dẫn sợi quang theo chuẩn sợi quang đơn mode chuẩn Các đường cong mô tả tán sắc suy hao sợi đơn mode cho thấy suy hao sợi đạt giá trị nhỏ vùng bước sóng 1550 nm tán sắc có giá trị thấp lại bước song 1300 nm V Thiết kế hệ thống WDM Optisystem 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 10 Chiều dài chuỗi: 128 bits Số mẫu bit: 64 Cự ly truyền dẫn: 50 km Số lượng kênh bước sóng: kênh Sử dụng 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 Sử dụng thiết bị đo bản: - Thiết bị đo cơng suất quang Thiết bị phân tích phổ quang Thiết bị đo BER Thiết kế hệ thống: • Phía phát Nguồn phát quang lazer CW lazer array Bộ phát xung RZ pulse genarator Bộ phát bít điện User Defined Bit Điều chế Mach-zehnder Modulator 11 Do hệ thống WDM ghép kênh tín hiệu nên phía đầu phát bao gồm có phát Thiết bị xếp goi phương pháp điều chế ngồi Do ghép kênh tín hiệu nên WDM Mux sử dụng Mux 4x1 • Phía thu Bộ tách kênh Demux 1x4 PIN kết hợp lọc thơng thấp Bessel Ngồi để quan sát chất lượng tín hiệu đầu thu có thiết bị đo Ber, genarator 3R đặt vị trí thích hợp 12 • Mơi trường truyền dẫn Chúng ta sử dụng sợi quang G652 với thông số đặc trưng theo chuẩn ITUT G.652: + Hệ số suy hao tối đa bước sóng 1550nm: 0.2 dB/km + Hệ số tán sắc bước sóng 1550nm: 16.75 ps/nm.km + Độ dốc tán sắc không:0.075ps/nm2.km + Hệ số tán sắc mode phân cực PMD: 0.2 ps/km1/2 Do sợi G655 có độ tán sắc nhỏ nên việc giảm tán sắc thực sợi bù tán sắc DCF Như việc bù tán sắc cần thiết để đạt chất lượng tín hiệu đầu cao, BER có giá trị nhỏ - Thông số sợi bù tán sắc DCF: 13 Biết D1(hệ số tán sắc G.652)=16.75 ps/nm/km, 1(hệ số suy hao G.652)=0.2 dB/km, S1(độ dốc tán sắc G.652)=0.075ps/nm2/km D2(hệ số tán sắc DCF)= -85 ps/nm/km, Mà: S2 = 2(hệ số suy hao DCF)=0.5, dB/km - S1*(L1/L2) = - S1*(D2/D1) => S2= -0.075ps/nm2/km (-85 ps/nm/km : 16.75 ps/nm/km)= 0.38ps/nm2/km => L2= | -(L1*D1)/D2 | Chọn L1=50 km => L2=9.8 km Để đáp ứng yêu cầu đề với cự ly truyền dẫn 300 km phải chọn L2= 10 km => Số vòng Loop cần dùng là: 300/(50+10) = - Vòng lặp (hạn chế cồng kềnh cho hệ thống mà đảm bảo cự ly truyền dẫn) Do tín hiệu truyền sợi quang với cự ly truyền dẫn dài , nên gây suy hao sợi quang, làm suy giảm cơng suất phát tín hiệu Để khắc phục tượng suy giảm công suất suy hao tín nên thiết kế hệ thống WDM sử dụng thêm khuếch đại EDFA Với hệ số khuếch đại G lượng suy hao tuyến + Gọi G1 hệ số khuếch đại EDFA1 G2 hệ số khuếch đại Công thức: G2 = => Chọn G1= 10 dB • |G1 – α1 × L1 – L2 × α2| G2 = |10 – 0.2 ×50 - 0.2 × |= 0.8 dB Sơ đồ hệ thống hoàn chỉnh 14 EDFA Các tham số tồn cục bao gồm có: -Tốc độ bit (Bit rate)= 10 Gbit/s -Chiều dài chuỗi bit (Bit Sequence length)= 128 bit -Số lượng mẫu bit (Number of samples per bit)= 64 Các tham số sử dụng để tính tốn: Cửa sổ thời gian (Time Window)= chiều dài chuỗi bit * 1/ tốc độ bit - Cửa sổ thời gian = 128*1/ 10000000000= 1.28* 10^-8(s) Số lượng mẫu (Number of samples)= chiều dài chuỗi bít* số mẫu bit: - Số lượng mẫu = 128* 64=8192 15 Tốc độ lấy mẫu (sample rate)= số lượng mẫu / cửa sổ thời gian - Tốc độ lấy mẫu = 8192/ 1.28*10^- 8=640000000000 (Hz) Thay đổi thông số để đạt Ber 10^-12 theo yêu cầu - Có nhiều cách thay đổi số BER hệ thống: + Thay đổi tốc độ bit + Thay đổi công suất phát + Thay đổi hệ số khuếch đại + Thay đổi cự ly truyền dẫn Trong phần mô theo yêu cầu đề bài, để chuyển Ber = 10-12 ta chọn phương pháp thay đổi công suất nguồn phát Đối tượng chủ yếu cần thay đổi thơng số mạch cơng suất phát quang laser - Do hệ thống WDM thực tốc độ 10Gbit/s có dải tần 100Ghz Nên khoảng cách băng tần 0.8nm (Băng C) - Giả sử chọn frequency CW lazer = 1552.52nm kênh có giá trị 0.8nm Tương đương dải tần laser đơn vị THz cho laser đầu vào là: + Kênh chọn tần số 193, THz + Kênh chọn tần số 193,2 THz 16 + Kênh chọn tần số 193,5 THz + Kênh chọn tần số 193,7 THz Thiết lập tham số quét: Mục đích việc tìm mức cơng suất phát phù hợp để đo số BER hợp lý đường truyền Với 14 lần quét mức công suất khác thu giá trị BER khác từ tìm mối liên hệ cơng suất phát BER Xem thông số qua thiết bị đo: - Đo công suât đầu vào máy thu 17 - Đo công suất đầu máy phát 18 VI Kết Luận Do nhu cầu ngày gia tăng dung lượng truyền dẫn, hệ thống WDM đáp ứng nhu cầu Tuy nhiên, sử dụng khuếch đại EDFA thông thường vào hệ thống WDM số lượng kênh WDM lại bị hạn chế.Trong hệ thống thông tin quang WDM cự ly dài cần phải có khuếch đại chuyển tiếp tín hiệu quang Yêu cầu quan trọng khuếch đại hệ thống WDM khuếch đại quang phải sử dụng cơng nghệ tăng ích phẳng Hiện người ta thường sử dụng khuếch đại quang pha trộn Erbium (EDFA) có tăng ích tín hiệu quang có bước sóng khác nhau.Bộ khuếch đại EDFA khắc phục nhiều hạn chế trạm lặp như: hạn chế băng tần truyền dẫn, cấu trúc phức tạp…thể rõ tính ưu việt kỹ thuật dẫn cáp sợi quang Qua trình thực tập lớn môn học “ Thông tin quang” chúng em thấy thu kết sau: Hiểu biết thêm phương pháp phân tích thiết kế hệ thống quang Từ áp dụng để phân tích thiết kế “ Thiết kế kênh quang wdm kênh” với giúp đỡ phần mềm Optisystem Có kinh nghiệm thực tế, đồng thời thu nhận nhiều kiến thức khác từ q trình làm tập Thử nghiệm cơng cụ Optisystem để thiết kế hệ thống quang Tiến hành phân tích, thiết kế hệ thống kênh quang wdm kênh phương pháp mơ cách hồn thiện, đầy đủ 19 ... QUANG WDM KÊNH BẰNG PHẦN MỀM OPTISYSTEM I PHẦN MỞ ĐẦU Cùng với bùng nổ nhu cầu thông tin, hệ thống thông tin quang ngày trở nên phức tạp Để phân tích thiết kế hệ thống bắt buộc phải sử dụng công. .. hữu ích để mô hệ thống thông tin quang Phần mềm Optisystem có khả thiết kế, đo kiểm tra thực tối ưu hóa nhiều hệ thống thông tin quang dựa khả mô hình hóa hệ thống thơng tin quang thực tế Bên cạnh... khuếch đại quang sợi EDFA Ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến hệ thống WDM: - Trong hệ thống thông tin quang, hiệu ứng phi tuyến xảy công suất tín hiệu sợi quang vượt mức Đối với hệ thống WDM mức công suất