Nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu ứng điều chế pha chéo liên hệ thống WDM

TRNG I HC VINH KHOA IN T VIN THễNG ===== ===== đồ án tốt nghiệp đại học Đề t à i : nghiên cứu ảnh hởng của hiệu ứng điều chế pha chéo lên hệ thống wdm Ngi h ng dõ n : ThS. Phạm mạnh toàn Sinh viờn th c hiờ n : trần võ hiếu L p : 49K - ĐTVT Mó s sinh viờn : 0851080329 NGHỆ AN - 01/2013 2 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Trần Võ Hiếu Số hiệu sinh viên: 0851080329 Ngành: Điện tử - Viễn thông Khoá: 49 1. Đầu đề đồ án: . . 2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu: . . . . 3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: . . . . 4. Các bản vẽ, đồ thị (ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ): . . . . Họ tên giảng viên hướng dẫn: ThS. Phạm Mạnh Toàn 1. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: / /20 2. Ngày hoàn thành đồ án: / /20 Ngày tháng năm 2013 TRƯỞNG BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm 2013 CÁN BỘ PHẢN BIỆN 4 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH --------------------------- BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Trần Võ Hiếu Số hiệu sinh viên: 0851080329 Ngành: Điện tử - Viễn thông Khoá: 49 Giảng viên hướng dẫn: ThS. Phạm Mạnh Toàn Cán bộ phản biện: 1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp: 2. Nhận xét của cán bộ phản biện: Ngày tháng năm Cán bộ phản biện (Ký, ghi rõ họ và tên) MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU i TÓM TẮT ĐỒ ÁN .iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN WDM 1 1.1. Giới thiệu chương 1 1.2. Nguyên lý cơ bản về WDM .1 Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý ghép kênh theo bước sóng .2 1.2.2. Sơ đồ tổng quát hệ thống WDM .2 Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống WDM sử dụng hai sợi .3 Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống WDM sử dụng một sợi 3 Hình 1.4: Tách kênh sử dụng lăng kính 8 Hình 1.5: Tách /ghép các bước sóng bằng cách tử nhiễu xạ 8 Hình 1.6: Bước sóng có tán sắc bằng không, λ0 và sườn tại tán sắc không, S0 .20 Hình 1.7: Tán sắc thay đổi như một hàm theo bước sóng với một vật liệu cho trước .21 Hình 2.1: Minh hoạ một lá chắn Kerr .36 Hình 2.2: Tp thay đổi theo hàm của góc phân cực đầu vào θ với các đỉnh công suất khác nhau 41 Hình 2.3: Mức truyền của sợi lưỡng chiết có độ dài L=LB .43 Hình 2.4: Dạng xung và phổ của các xung bơm và dò, nét đứt là vị trí xung đầu vào [6] 48 Hình 2.5: Nén xung do XPM trong vùng tán sắc thường .50 2.4. Quan hệ giữa khoảng cách kênh và tán sắc với XPM .51 2.4.1. Khoảng cách kênh 51 Hình 2.6: Kết nối sợi quang của mạng LEANET dùng trong thí nghiệm (a) và sơ đồ khối thí nghiệm (b) [7] .52 Hình 2.7: Sự phụ thuộc của méo XPM vào khoảng cách kênh [7] 54 2.4.2. Tán sắc trong sợi quang 54 Hình 2.8: Sơ đồ khối của thí nghiệm [8] 55 2.5. Kết luận .56 CHƯƠNG III. ẢNH HƯỞNG CỦA XPM LÊN CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG WDM 57 3.2. Ảnh hưởng của XPM lên chất lượng hệ thống WDM tổng quát .57 3.2.1. Giới hạn khoảng cách truyền dẫn 57 Hình 3.1: Méo xung do XPM 58 Hình 3.2: Sơ đồ thí nghiệm nghiên cứu XPM trong [8] .58 Hình 3.3: XPM và SPM với các kênh được điều chế tại 2,5 Gb/s, sợi DSF, có độ trễ ban đầu khác nhau [8] .59 Hình 3.4: Méo XPM cho kênh dò (a) sợi DSF, (b) sợi SSMF [8] .59 Hình 3.5: Công suất giảm sau các chặng thay đổi khi thay đổi số lượng chặng [9] .61 Hình 3.6: Phổ của kênh 2 sau 12 chặng bù trước trong thí nghiệm (a) và mô phỏng (b) [9] 62 3.2.2. Méo cường độ do XPM 63 3.2.3. Giảm hệ số phẩm chất Q 69 Hình 3.7: Hệ số Q theo tán sắc dư 70 Hình 3.8: Sự phụ thuộc của WM vào số lượng kênh .71 3.2.4. Xuyên kênh giữa các kênh có tốc độ bit khác nhau do XPM .72 Hình 3.9: Xuyên kênh theo băng tần điện thu 73 Hình 3.10: Xuyên kênh theo băng tần điện thu 74 Hình 3.11: Xuyên kênh XPM phụ thuộc vào tán sắc .74 3.2.5. Ảnh hưởng của XPM lên hệ thống WDM được quản lý về tán sắc 75 Hình 3.12: Hàm truyền đạt của sợi SMF theo các sơ đồ bù tán sắc khác nhau .76 Hình 3.13: Méo XPM theo các tỉ lệ bù tán sắc khác nhau với sơ đồ bù trước .77 Hình 3.14 Méo XPM với các tỉ lệ bù tán sắc khác nhau với sơ đồ bù sau 77 Hình 3.15: Hai cấu hình bù tán sắc khác nhau cho kết quả khác nhau 78 Hình 3.16: Ảnh hưởng của XPM thay đổi theo số chặng m 78 Hình 3.17: Ảnh hưởng của tỉ lệ bù trong hệ thống năm chặng 78 3.3. Một số giải pháp khắc phục ảnh hưởng của XPM trong hệ thống WDM .79 3.3.1. Dùng bộ triệt XPM 79 Hình 3.18: Thí nghiệm với 10 kênh có và không có XS [11] 80 Hình 3.19: Suy giảm độ nhạy cho kênh 6 .81 Hình 3.20: So sánh suy giảm khi có và không có XS .82 3.3.2. Các sơ đồ bù tán sắc thích hợp 82 Hình 3.21: Xuyên kênh thay đổi theo bù tán sắc 83 Hình 3.22: Hệ số mx tích luỹ sau các chặng .84 Hình 3.23: Hệ số mx tăng theo khoảng cách 84 Hình 3.24: Dạng sóng sau 6 chặng .85 3.4. Kết luận 85 KẾT LUẬN 86 7 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 8 LỜI NÓI ĐẦU Trước nhu cầu thông tin ngày càng tăng về tính đa dạng và chất lượng dịch vụ của người dùng. Mạng thế hệ sau NGN (Next Generation Network) đang là xu hướng phát triển của viễn thông trên thế giới. Trong cấu trúc NGN, mạng truyền tải lưu lượng là khâu quan trọng nhất có nhiệm vụ truyền thông suốt lưu lượng lớn trên mạng, trong đó mạng truyền dẫn được xem là huyết mạch chính. Mạng truyền tải quang với công nghệ ghép kênh quang WDM (Wavelength Division Multiplex) có những ưu điểm vượt trội được xem là nền tảng cho mạng NGN. Trên thực tế, công nghệ ghép kênh quang WDM được đánh giá là một công nghệ đã chín muồi và có nhiều tiến bộ trong thiết kế mạng viễn thông. Công nghệ WDM đã và đang cung cấp cho mạng lưới dung lượng 20Gb/s, 40Gb/s, 80Gb/s, 240Gb/s… với nhiều kênh quang truyền đồng thời trên một sợi, tốc độ mỗi kênh là 2,5Gb/s, 10Gv/s… Để đáp ứng nhu cầu dung lượng ngày càng tăng hiện nay, xu hướng của các hệ thống thông tin quang là hướng tới tốc độ và khoảng cách không lặp lớn hơn, cũng như tăng số lượng kênh bước sóng trên một sợi quang. Tuy nhiên khi tiến đến các giới hạn lớn về tốc độ như vậy thì một số đặc tính của môi trường truyền dẫn trở nên càng quan trọng. Hạn chế do suy hao gây ra không còn là vấn đề với các hệ thống truyền dẫn WDM với sự xuất hiện của các bộ khuếch đại EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) nhưng các hiệu ứng phi tuyến trong môi trường sợi quang vẫn là một vấn đề lớn thách thức các nhà thiết kế. Trong đó, điều chế pha chéo XPM (Cross Phase Modulation) là hiệu ứng phi tuyến có ảnh hưởng lớn nhất đến chất lượng hệ thống WDM Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu ứng điều chế pha chéo lên hệ thống WDM” tập trung nghiên tìm hiểu về những hạn chế và các giải pháp khắc phục mà XPM gây ra đối với một hệ thống truyền dẫn WDM tổng quát, gồm 3 chương: Chương I. Tổng quan về hệ thống truyền dẫn WDM Chương II. Điều chế pha chéo XPM Chương III. Ảnh hưởng của XPM lên chất lượng hệ thống WDM Do hạn chế năng lực nên đồ án không tránh được những sai sót. Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của quý thầy, cô và các bạn để bổ sung và hoàn thiện đồ án. i Em xin trân trọng cảm ơn giảng viên hướng dẫn - Ths. PHẠM MẠNH TOÀN, người đã hết sức tận tình chỉ bảo, bổ sung kiến thức cho em, giúp em hoàn thành tốt đồ án. Trân trọng cảm ơn các các thầy cô trong Khoa Điện Tử Viễn thông đã tạo điều kiện giúp đỡ trong trong suốt thời gian học tập và hoàn thành chương trình đào tạo. Nghệ An, tháng 01 năm 2013 Sinh viên Trần Võ Hiếu ii