Giảm chi phí cho WDM PON bằng nguồn tự phát xạ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN HỮU TRUNG GIẢM CHI PHÍ CHO WDM-PON BẰNG NGUỒN TỰ PHÁT XẠ Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện Tử Mã số: 605270 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2012 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA………… ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: MSHV: Ngày, tháng, năm sinh: Nơi sinh: Chuyên ngành: Mã số : I TÊN ĐỀ TÀI: II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : (Ghi theo QĐ giao đề tài) IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (Ghi theo QĐ giao đề tài) V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): Tp HCM, ngày tháng năm 20 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA….……… (Họ tên chữ ký) Lời cảm ơn i TĨM TẮT LUẬN VĂN Sự bùng nổ loại hình dịch vụ thông tin, đặc biệt phát triển nhanh chóng Internet World Wide Web làm gia tăng không ngừng nhu cầu dung lượng mạng Ðiều đòi hỏi phải xây dựng phát triển mạng quang dung lượng cao Công nghệ ghép kênh theo bước sóng quang DWDM giải pháp hồn hảo cho phép tận dụng hữu hiệu băng thông rộng lớn sợi quang, nâng cao rõ rệt dung lượng truyền dẫn đồng thời hạ giá thành sản phẩm Sự phát triển hệ thống WDM với công nghệ chuyển mạch quang tạo nên mạng thông tin hệ mạng thơng tin tồn quang Để làm giảm chi phí sử dụng nguồn phát laser đắt tiền Tuneable Laser, Fabry-Perịt laser diodes… thay nguồn phát xạ tự phát khuếch đại thiết bị quang khuếch đại quang bán dẫn, khuếch đại sợi quang pha tạp chất Erbium Đây hướng nghiên cứu gần đây, hệ thống mạng quang không sử dụng nguồn phát quang trước đây, mà sử dụng nguồn phát xạ tự phát nhiễu ngẫu nhiên thiết bị gây ra, khuếch đại lên thành nguồn phát quang cho thiết bị đầu cuối gọi “self seeding” “Due to the outburst of the information services, especially the rapidlly development of Internet and World Wide Web, the needs of network's capacity increase day by day So, building and developing new high capacity optical network become an urgent requirement Wavelength-division multiplexing technology (DWDM) is a perfect solution for effecially taking advantage of optical fiber's broad bandwidth, obviously increase transmission's capacity as well as decrease the price of services The development of WDM systems and optical switching technology will create a new generation of information network - optical information network There is a solution to decrease the cost of using expensive optical source (Tuneable Laser, Fabry-Perot Laser diodes): using spontaneous emission source, which is amplified in the optical equipments as semiconductor optical amplifier SOA, doped optical (Erbium) amplifier This is a new research direction recently, optical network, which doesn't use traditional optical source, but use spontaneous emission source (that's noise which is emmitted by equipment, amplified and used as optical source for terminal equipment) is called "self seeding" ii LỜI CAM KẾT Tôi xin cam đoan: Bản luận văn tốt nghiệp cơng trình nghiên cứu thực cá nhân, thực sở cứu lý thuyết, kiến thức học trường, nghiên cứu khảo sát, mô hệ thống hướng dẫn khoa học Tiến sĩ: Phạm Quang Thái Các số liệu kết luận văn trung thực, chưa cơng bố hình thức trước trình, bảo vệ Một lần nữa, tơi xin khẳng định trung thực lời cam kết iii MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN i TÓM TẮT LUẬN VĂN ii LỜI CAM KẾT iii MỤC LỤC iv DANH MỤC HÌNH VẼ vi BẢNG DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii GIỚI THIỆU 1.1 MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG 1.2 GIỚI HẠN VÀ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1.3 SƠ LƯỢC LUẬN VĂN 1.4 ĐÓNG GÓP TỔNG QUAN 2.1 CẤU TRÚC HỆ THỐNG QUANG THỤ ĐỘNG 2.1.1 Nguồn laser điều chỉnh bước sóng 2.1.2 Dùng nguồn phát dải rộng phân chia 2.1.3 Cơ chế phản xạ 2.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG NGUỒN PHÁT XẠ TỰ PHÁT 14 2.2.1 Cấu trúc phản xạ sử dụng lọc băng thông BPF 14 2.2.2 Cấu trúc phản xạ RSOA sử dụng gương phản xạ 15 2.2.2.1 Sử dụng gương thường 15 2.2.2.2 Sử dụng gương Faraday 15 2.2.3 Cấu trúc phản xạ FP-LD sử dụng gương phản xạ 16 2.3 GIỚI THIỆU BỘ KHUẾCH ĐẠI BÁN DẪN 17 2.3.1 NGUYÊN LÝ KHUẾCH ĐẠI QUANG 17 2.3.2 PHÂN LOẠI KHUẾCH ĐẠI QUANG 19 2.3.3 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT 20 2.3.3.1 Độ lợi 20 2.3.3.2 Băng thông độ lợi 21 2.3.3.3 Cơng suất ngõ bão hịa 21 2.3.3.4 Hệ số nhiễu 22 2.3.4 BỘ KHUẾCH ĐẠI QUANG BÁN DẪN 24 2.3.4.1 Cấu trúc nguyên lý hoạt động 24 2.3.4.2 Đặc tính khuếch đại FPA TWA 27 2.3.4.3 Sự khác độ lợi FPA TWA 29 2.3.4.4 Sự khác băng thông FPA TWA 30 iv 2.3.4.5 Ưu khuyết điểm ứng dụng SOA 31 2.4 BỘ ĐIỀU CHẾ MACH-ZEHNDER 33 2.5 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHẦN MỀM OPTISYSTEM 34 2.5.1 CÁC ỨNG DỤNG CỦA OPTISYSTEM 34 2.5.2 NHỮNG CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ TÍN HIỆU QUANG 34 2.5.2.1 Đồ thị mắt (Eye Diagram) 34 2.5.2.2 Xác suất lỗi bit (BER) 36 2.5.2.3 Hệ số chất lượng tín hiệu (Q factor) 37 GIẢM CHI PHÍ CHO HỆ THỐNG DÙNG NGUỒN TỰ PHÁT XẠ 38 3.1 HỆ THỐNG GHÉP KÊNH QUANG SỬ DỤNG SOA VÀ MZM 38 3.1.1 Quá trình hình thành khe cộng hưởng 38 3.1.2 Sơ đồ khối toàn hệ thống phần mềm Opticsystem 7.0 39 3.1.3 Kết phổ tín hiệu thu hệ thống hoạt động 42 3.1.4 Kết tỉ lệ bit lỗi 44 3.2 HỆ THỐNG GHÉP KÊNH QUANG SỬ DỤNG NGUỒN TRỰC TIẾP 50 3.2.1 Mô tả hệ thống 50 3.2.2 Kết tỉ lệ bit lỗi 52 3.3 NHẬN XÉT CHUNG 58 3.4 SO SÁNH GIÁ CỦA MỘT SỐ THIẾT BỊ QUANG 58 KẾT LUẬN 59 Tài liệu tham khảo 60 v DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ PON Hình 1.2: Sơ đồ WDM-PON Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc phản xạ WDM-PON Hình 2.2: Cấu trúc WDM-PON với nguồn laser điều chỉnh bước sóng ONU Hình 2.3: Cấu trúc WDM-PON với nguồn quang phổ uplink ONU Hình 2.4: Cấu trúc WDM-PON với Injection locked FP phát ONU Hình 2.5: Sơ đồ phát laser Fabry-Perot Hình 2.6: Cấu trúc WDM-PON với RSOA phân cực đơn phát ONU 10 Hình 2.7: WDM-PON với RSOA độc lập phân cực phát ONU 11 Hình 2.8: Cấu trúc phản xạ sử dụng REAM 11 Hình 2.9: Cấu trúc WDM-PON điều chế trực tiếp luồng liệu sử dụng nguồn phát xạ tự phát RSOA đầu ONU 14 Hình 2.10: Cấu trúc WDM-PON sử dụng gương thường đầu xa RN 15 Hình 2.11: Cấu trúc WDM-PON sử dụng gương Faraday thường đầu xa RN 15 Hình 2.12: Cấu trúc WDM sử dụng nguồn self-seeding thiết bị FP-LD 16 Hình 2.13: Trạng thái phân cực ánh sáng qua gương Faraday 16 Hình 2.14: Các tượng biến đổi quang điện 17 Hình 2.15: Mơ hình tổng quát khuếch đại quang 19 Hình 2.16: Biểu diễn mối quan hệ độ lợi công suất 22 Hình 2.17: Nhiễu phát xạ tự phát ASE 22 Hình 2.18: Bộ khuếch đại quang bán dẫn 24 Hình 2.19: Cấu trúc khuếch đại quang bán dẫn SOA 25 Hình 2.20: Fabry-Perot Amplifier Traveling wave amplifier 26 Hình 2.21: Q trình khuếch đại tín hiệu xảy FPA 28 Hình 2.22: Băng thơng củaFPA TWA 30 Hình 2.23: Độ lợi FPA thay đổi theo tần số với R = 0.3; R=0.03 R=0 31 Hình 2.24: Bộ điều chế MACH-ZEHNDER 33 Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống ghép kênh quang sử dụng SOA MZM 38 Hình 3.2: Sơ đồ hệ thống sử dụng SOA+MZM 39 Hình 3.3: Khối phát quang Upstream đầu ONU 40 Hình 3.4: Khối phát quang Downstream đầu OLT 40 Hình 3.5: Khối tách ghép kênh quang WDM 41 Hình 3.6: Khối thu quang 41 Hình 3.7: Phổ nhiễu phát xạ tự phát ASE 42 Hình 3.8: Phổ trình khuếch đại 43 vi Hình 3.9: Phổ tín hiệu đạt đến trạng thái bảo hịa 44 Hình 3.10: Bảng thống kê kết luồng Upstream Kênh 45 Hình 3.11: Bảng thống kê kết luồng Upstream Kênh 46 Hình 3.12: Bảng thống kê kết luồng Downstream Kênh 47 Hình 3.13: Bảng thống kê kết luồng Downstream Kênh 48 Hình 3.14: Sơ đồ tổng quát hệ thống 50 Hình 3.15: Sơ đồ hệ thống Opticsystem 50 Hình 3.16: Khối Downstream 51 Hình 3.17: Khối Upstream 51 Hình 3.18: Bảng thống kê kết luồng Downstream Kênh 52 Hình 3.19: Bảng thống kê kết luồng Downstream Kênh 53 Hình 3.20: Bảng thống kê kết luồng Upstream Kênh 54 Hình 3.21: Bảng thống kê kết luồng Upstream Kênh 55 Bảng 2.1: So sánh cấu trúc Upstream WDM-PON 12 Bảng 3.1: Giá thiết bị quang phát quang 56 vii GIẢM CHI PHÍ CHO WDM-PON BẰNG NGUỒN TỰ PHÁT XẠ GVHD: TS PHẠM QUANG THÁI khoảng cách lên đến 25 km tốc độ bit Gbps với khoảng cách lên đến 20 km, tốc độ bit 7,5 Gbps với khoảng cách lên đến 15 km 1.25 Gb/s 2.5 Gb/s Gb/s 10 Gb/s 1.00E-01 1.00E-03 1.00E-05 1.00E-07 1.00E-09 1.00E-11 BER 10 Km 1.00E-13 BER 15 Km 1.00E-15 BER 20 Km 1.00E-17 BER 25 Km 1.00E-19 1.00E-21 1.00E-23 1.00E-25 1.00E-27 Nguồn tự phát xạ BER 10 Km BER 15 Km BER 20 Km BER 25 Km 1.25 Gb/s 1.00E-27 1.00E-25 1.00E-22 1.00E-19 2.5 Gb/s 1.00E-21 1.00E-17 1.00E-14 1.00E-10 Gb/s 1.00E-19 1.00E-15 1.00E-10 1.00E-08 10 Gb/s 1.00E-05 1.00E-05 1.00E-04 1.00E-02 Hình 3.11 Bảng thống kê kết luồng Upstream Kênh Nhận xét:  Khi khoảng cách tăng lên tỉ lệ lỗi bit tăng lên, tín hiệu bị suy hao tượng tán sắc tạp chất sợi quang  Qua bảng thống kê tỉ lệ lỗi bit so với điều kiện thực tế (từ 10-11 đến 10-9) mức tỉ lệ bit lỗi tín hiệu chấp nhận được: tốc độ bit 3.5 Gbps với HVTH: Trần Hữu Trung Trang - 46 - GIẢM CHI PHÍ CHO WDM-PON BẰNG NGUỒN TỰ PHÁT XẠ GVHD: TS PHẠM QUANG THÁI khoảng cách lên đến 25 km tốc độ bit Gbps với khoảng cách lên đến 20 km, tốc độ bit 7,5 Gbps với khoảng cách lên đến 15 km Luồng Downstream 1.25 Gb/s 2.5 Gb/s Gb/s 10 Gb/s 1.00E+00 1.00E-01 1.00E-02 1.00E-03 1.00E-04 1.00E-05 BER 10 Km 1.00E-06 BER 15 Km 1.00E-07 BER 20 Km 1.00E-08 BER 25 Km 1.00E-09 1.00E-10 1.00E-11 1.00E-12 1.00E-13 1.00E-14 Nguồn tự phát xạ BER 10 Km BER 15 Km BER 20 Km BER 25 Km 1.25 Gb/s 1.00E-14 1.00E-12 1.00E-09 1.00E-07 2.5 Gb/s 1.00E-12 1.00E-10 1.00E-07 1.00E-05 Gb/s 1.00E-09 1.00E-08 1.00E-06 1.00E-04 10 Gb/s 1.00E-04 1.00E-03 1.00E-03 1.00E-01 Hình 3.12 Bảng thống kê kết luồng Downstream Kênh Nhận xét:  Khi khoảng cách tăng lên tỉ lệ lỗi bit tăng lên, bị suy hao tượng tán sắc tạp chất sợi quang  Qua bảng thống kê tỉ lệ lỗi bit so với điều kiện thực tế (từ 10-11 đến 10-9) mức tỉ lệ lỗi bit tín hiệu chấp nhận được: tốc độ bit 1.25 Gbps với HVTH: Trần Hữu Trung Trang - 47 - GIẢM CHI PHÍ CHO WDM-PON BẰNG NGUỒN TỰ PHÁT XẠ GVHD: TS PHẠM QUANG THÁI khoảng cách 20 km, tốc độ bit 2.5 Gbps khoảng lên đến 15km, tốc độ bit 5Gps khoảng cách lên đến10 km  So sánh tỉ lệ lỗi bit downstream cao so với luồng upstream công suất phát thấp (chỉ khuếch đại lần) tượng bị điều chế lại tín hiệu luồng upstream Thay tín hiệu điều chế nguồn tín hiệu quang liên tục, tín hiệu điều chế sử dụng lại nguồn quang từ tín hiệu điều chế rồi, gọi tượng “crosstalk” 1.00E+00 1.25 Gb/s 2.5 Gb/s Gb/s 10 Gb/s 1.00E-01 1.00E-02 1.00E-03 1.00E-04 BER 10 Km BER 15 Km 1.00E-05 BER 20 Km 1.00E-06 BER 25 Km 1.00E-07 1.00E-08 1.00E-09 1.00E-10 Nguồn tự phát xạ BER 10 Km BER 15 Km BER 20 Km BER 25 Km 1.25 Gb/s 1.00E-10 1.00E-09 1.00E-08 1.00E-08 2.5 Gb/s 1.00E-09 1.00E-08 1.00E-07 1.00E-06 Gb/s 1.00E-08 1.00E-07 1.00E-05 1.00E-04 10 Gb/s 1.00E-04 1.00E-04 1.00E-03 1.00E-01 Hình 3.13 Bảng thống kê kết luồng Downstream Kênh HVTH: Trần Hữu Trung Trang - 48 - GIẢM CHI PHÍ CHO WDM-PON BẰNG NGUỒN TỰ PHÁT XẠ GVHD: TS PHẠM QUANG THÁI Nhận xét:  Khi khoảng cách tăng lên tỉ lệ lỗi bit tăng lên, bị suy hao tượng tán sắc tạp chất sợi quang  Qua bảng thống kê tỉ lệ lỗi bit so với điều kiện thực tế (từ 10-11 đến 10-9) mức tỉ lệ bit lỗi tín hiệu chấp nhận được: tốc độ bit 1.25 Gbps với khoảng cách lên đến 15 km tốc độ bit 2.5 Gbps với khoảng cách lên đến 10 km HVTH: Trần Hữu Trung Trang - 49 - GIẢM CHI PHÍ CHO WDM-PON BẰNG NGUỒN TỰ PHÁT XẠ GVHD: TS PHẠM QUANG THÁI 3.2 HỆ THỐNG GHÉP KÊNH QUANG DÙNG NGUỒN TRỰC TIẾP 3.2.1 Mô tả hệ thống Một nguồn phát laser bước sóng tách ghép kênh đưa qua điều chế MZM thành tín hiệu luồng downstream, phát phía OLT điều chế lại thông qua khuếch đại phản xạ bán dẫn RSOA, trở thành luồng upstream phát ngược trở lại ONU DATA CW MZM λ1 km RX TX ONU 1 Bidirectional Mux RX 10-25 km λn ONU N km Feeder TX n RX REMOTE NODE OLT Bidirectional Mux Hình 3.14 Sơ đồ tổng quát hệ thống Hình 3.15 Sơ đồ hệ thống Opticsystem HVTH: Trần Hữu Trung Trang - 50 - GIẢM CHI PHÍ CHO WDM-PON BẰNG NGUỒN TỰ PHÁT XẠ GVHD: TS PHẠM QUANG THÁI Các thành phần khối hệ thống: Hình 3.16 Khối Downstream Hình 3.17 khối Upstream HVTH: Trần Hữu Trung Trang - 51 - GIẢM CHI PHÍ CHO WDM-PON BẰNG NGUỒN TỰ PHÁT XẠ GVHD: TS PHẠM QUANG THÁI 3.2.2 Kết tỉ lệ bit lỗi Luồng Downstream 1.25 Gb/s 2.5 Gb/s Gb/s 10 Gb/s 1.00E+00 1.00E-10 1.00E-20 1.00E-30 1.00E-40 1.00E-50 1.00E-60 1.00E-70 1.00E-80 1.00E-90 1.00E-100 1.00E-110 1.00E-120 1.00E-130 1.00E-140 1.00E-150 1.00E-160 1.00E-170 1.00E-180 BER 10 Km BER 15 Km BER 20 Km BER 25 Km Nguồn trực tiếp BER 10 Km BER 15 Km BER 20 Km BER 25 Km 1E-180 1E-124 1E-81 1E-59 1.25 Gb/s 2.5 Gb/s Gb/s 1E-150 1E-91 1E-70 1E-42 1E-82 1E-48 1E-35 1E-22 1E-8 1E-7 1E-6 1E5 Hình3.18: Bảng thống kê kết luồng Downstream Kênh Nguồn tự phát xạ BER 10 Km BER 15 Km BER 20 Km BER 25 Km 10 Gb/s 1.25 Gb/s 1.00E-30 1.00E-27 1.00E-25 1.00E-18 2.5 Gb/s 1.00E-25 1.00E-20 1.00E-15 1.00E-11 Gb/s 1.00E-20 1.00E-15 1.00E-09 1.00E-07 10 Gb/s 1.00E-06 1.00E-04 1.00E-03 1.00E-01 HVTH: Trần Hữu Trung Trang - 52 - GIẢM CHI PHÍ CHO WDM-PON BẰNG NGUỒN TỰ PHÁT XẠ 1.25 Gb/s 2.5 Gb/s Gb/s GVHD: TS PHẠM QUANG THÁI 10 Gb/s 1.00E-02 1.00E-12 1.00E-22 1.00E-32 1.00E-42 1.00E-52 1.00E-62 1.00E-72 1.00E-82 1.00E-92 1.00E-102 1.00E-112 1.00E-122 1.00E-132 1.00E-142 1.00E-152 1.00E-162 1.00E-172 1.00E-182 Nguồn trực tiếp BER 10 Km BER 15 Km BER 20 Km BER 25 Km BER 10 Km BER 15 Km BER 20 Km BER 25 Km 1.25 Gb/s 1E-182 1E-122 1E-79 1E-51 2.5 Gb/s 1E-160 1E-90 1E-73 1E-41 Gb/s 1E-80 1E-49 1E-40 1E-21 10 Gb/s 1E-8 1E-6 1E-6 1E-5 Hình3.19: Bảng thống kê kết luồng Downstream Kênh Nguồn tự phát xạ BER 10 Km BER 15 Km BER 20 Km BER 25 Km 1.25 Gb/s 1.00E-27 1.00E-25 1.00E-22 1.00E-19 2.5 Gb/s 1.00E-21 1.00E-17 1.00E-14 1.00E-10 Gb/s 1.00E-19 1.00E-15 1.00E-10 1.00E-08 10 Gb/s 1.00E-05 1.00E-05 1.00E-04 1.00E-02 HVTH: Trần Hữu Trung Trang - 53 - GIẢM CHI PHÍ CHO WDM-PON BẰNG NGUỒN TỰ PHÁT XẠ GVHD: TS PHẠM QUANG THÁI Nhận xét :  Khi khoảng cách tăng lên tỉ lệ lỗi bit tăng lên, bị suy hao tượng tán sắc tạp chất sợi quang  Do tín hiệu luồng downstream nguồn phát laser nên tỉ lệ lỗi bit tốt tốc độ bit Gb/s khoảng cách lên đến 25 km, tốc độ bit 10 Gb/s tỉ lệ lỗi bit cao (> 10-9)  Tỉ lệ lỗi bit BER nguồn trực tiếp tốt so với nguồn tự phát xạ tín hiệu laser nguồn trực tiếp phát cao ổn định hơn, khơng bị nhiễu, thấy qua hai bảng thống kê kết đo BER  Tỉ lệ bit lỗi hai kênh tương đối giống Luồng Upstream 1.25 Gb/s 2.5 Gb/s Gb/s 10 Gb/s 1.00E+00 1.00E-02 1.00E-04 1.00E-06 1.00E-08 1.00E-10 1.00E-12 1.00E-14 1.00E-16 BER 10 Km BER 15 Km BER 20 Km BER 25 Km 1.00E-18 1.00E-20 1.00E-22 1.00E-24 1.00E-26 1.00E-28 1.00E-30 HVTH: Trần Hữu Trung Trang - 54 - GIẢM CHI PHÍ CHO WDM-PON BẰNG NGUỒN TỰ PHÁT XẠ Nguồn trực tiếp BER 10 Km GVHD: TS PHẠM QUANG THÁI BER 15 Km BER 20 Km BER 25 Km 1.25 Gb/s 1E-30 1E-22 1E-16 1E-6 2.5 Gb/s 1E-11 1E-7 1E-5 1E-5 1E-4 1 1 1 Gb/s 10 Gb/s Hình3.20: Bảng thống kê kết luồng Upstream Kênh Nguồn tự phát xạ BER 10 Km BER 15 Km BER 20 Km BER 25 Km 1.25 Gb/s 1.00E-14 1.00E-12 1.00E-09 1.00E-07 2.5 Gb/s 1.00E-12 1.00E-10 1.00E-07 1.00E-05 Gb/s 1.00E-09 1.00E-08 1.00E-06 1.00E-04 10 Gb/s 1.00E-04 1.00E-03 1.00E-03 1.00E-01 HVTH: Trần Hữu Trung Trang - 55 - GIẢM CHI PHÍ CHO WDM-PON BẰNG NGUỒN TỰ PHÁT XẠ 1.25 Gb/s 1.00E+00 2.5 Gb/s Gb/s GVHD: TS PHẠM QUANG THÁI 10 Gb/s 1.00E-02 1.00E-04 1.00E-06 1.00E-08 1.00E-10 1.00E-12 BER 10 Km 1.00E-14 BER 15 Km BER 20 Km 1.00E-16 BER 25 Km 1.00E-18 1.00E-20 1.00E-22 1.00E-24 1.00E-26 1.00E-28 Nguồn trực tiếp BER 10 Km BER 15 Km BER 20 Km BER 25 Km 1.25 Gb/s 1E-28 1E-20 1E-16 1E-5 2.5 Gb/s 1E-10 1E-6 1E-4 1E-5 1E-4 1 1 1 Gb/s 10 Gb/s Hình3.21: Bảng thống kê kết luồng Upstream Kênh Nguồn tự phát xạ BER 10 Km BER 15 Km BER 20 Km BER 25 Km 1.25 Gb/s 1.00E-10 1.00E-09 1.00E-08 1.00E-08 2.5 Gb/s 1.00E-09 1.00E-08 1.00E-07 1.00E-06 Gb/s 1.00E-08 1.00E-07 1.00E-05 1.00E-04 10 Gb/s 1.00E-04 1.00E-04 1.00E-03 1.00E-01 HVTH: Trần Hữu Trung Trang - 56 - GIẢM CHI PHÍ CHO WDM-PON BẰNG NGUỒN TỰ PHÁT XẠ GVHD: TS PHẠM QUANG THÁI Nhận xét:  Tỉ lệ lỗi bit BER nguồn trực tiếp tốt so với nguồn tự phát xạ tín hiệu laser nguồn trực tiếp phát cao Trong phát nguồn trực tiếp sử dụng khuếch đại bán dẫn phản xạ RSOA nên tốc độ điều chế bit 1.25 Gbps khoảng cách lên đến 20 Km  So sánh tỉ lệ lỗi bit luồng upstream cao so với luồng downstream công suất phát thấp tượng bị điều chế lại tín hiệu luồng upstream HVTH: Trần Hữu Trung Trang - 57 - GIẢM CHI PHÍ CHO WDM-PON BẰNG NGUỒN TỰ PHÁT XẠ GVHD: TS PHẠM QUANG THÁI 3.3 NHẬN XÉT CHUNG Sau phân tích kết hai hệ thống sử dùng thiết bị SOA MZM hệ thống sử dùng nguồn phát laser trực tiếp, tỉ lệ lỗi bit hệ thống trực tiếp tốt sử dụng nguồn phát laser trực tiếp giá thành cao hệ thống sử dụng SOA MZM nhiều lần Tuy nhiên tỉ lệ bit lỗi hệ thống sử dụng SOA MZM đáp ứng yêu cầu thực tế truyền liệu (là từ 10-9 đến 10-11) Đối với luồng upstream mức tỉ lệ bit lỗi tín hiệu chấp nhận được: tốc độ bit 3.5 Gbps với khoảng cách lên đến 25 km tốc độ bit Gbps với khoảng cách lên đến 20 km, tốc độ bit 7,5 Gbps với khoảng cách lên đến 15 km Đối với luồng downstream mức tỉ lệ bit lỗi tín hiệu chấp nhận được: tốc độ bit 1.25 Gbps với khoảng cách lên đến 15 km tốc độ bit 2.5 Gbps với khoảng cách lên đến 10 km 3.4 SO SÁNH GIÁ CỦA MỘT SỐ THIẾT BỊ QUANG Trong cấu trúc hệ thống quang, thiết bị quang sử dụng chung tách ghép kênh theo bước sóng WDM, sợi quang, thu quang Cịn có phát quang thay đổi cấu trúc thiết bị bên trong, có giá thành sau: Bảng 3.1: Giá thiết bị quang phát quang Thiết bị quang Giá tiền Nguồn Tunable Laser làm nguồn phát trực tiếp 15,000 $ Nguồn Fabry-Perot Laser làm nguồn phát 8,000 $ Nguồn SOA+MZM kết hợp gương phản xạ 2,000 $ + 2,000 $ + 2*150 $=4,300 $ Giá thiết bị quang tham khảo web http://www.thorlabs.com/ Nhận xét :  Giá hệ thống nguồn laser trực tiếp cao gấp ba lần so với hệ thống dùng SOA MZM  Giá hệ thống sử thiết bị Fabry-Perot Laser cao gần gấp đối so với hệ thống dùng SOA MZM HVTH: Trần Hữu Trung Trang - 58 - GIẢM CHI PHÍ CHO WDM-PON BẰNG NGUỒN TỰ PHÁT XẠ GVHD: TS PHẠM QUANG THÁI KẾT LUẬN Hệ thống quang sử dụng nguồn tự phát xạ tiết kiệm chí phí giá thành nguồn phát quang đáp ứng yêu cầu truyền liệu bit với mức tỉ lệ lỗi bit chấp nhận thấp 10-9 Đối với luồng upstream mức tỉ lệ bit lỗi tín hiệu chấp nhận được: tốc độ bit 3.5 Gbps với khoảng cách lên đến 25 km tốc độ bit Gbps với khoảng cách lên đến 20 km, tốc độ bit 7,5 Gbps với khoảng cách lên đến 15 km Đối với luồng downstream mức tỉ lệ bit lỗi tín hiệu chấp nhận được: tốc độ bit 1.25 Gbps với khoảng cách lên đến 15 km tốc độ bit 2.5 Gbps với khoảng cách lên đến 10 km Hạn chế luận văn: Do chi phí phần cứng thiết bị quang cao nên hệ thống đưa thực chương trình mơ Opticsystem 7.0 Hệ thống quang không xét đến ảnh hưởng tác động tượng, thay đổi nhiệt độ làm thay đổi đặc tính tín hiệu nhiễu phát xạ tự phát, tính phân cực phổ ngẫu nhiên tín hiệu phát xạ tự phát tạo khuếch đại bán dẫn Các tác động tượng phi tuyến đường truyền cáp quang… Hướng phát triển luận văn: phát triển nguồn nhiễu phát xạ tự phát thiết bị khuếch đại quang tạp chất EDFA Cải thiện tỉ lệ bit lỗi hệ thống tốc độ 10 Gps, xét đến yếu tố phụ thuộc phân cực, nhiệt độ… HVTH: Trần Hữu Trung Trang - 59 - GIẢM CHI PHÍ CHO WDM-PON BẰNG NGUỒN TỰ PHÁT XẠ GVHD: TS PHẠM QUANG THÁI Tài liệu tham khảo: 1) 2) 3) WDM-PON technologies, white paper, CIP Technology, Huawei Ethernet over WDM-PON technology overview, position paper, Nortel Elaine Wong, Member, Ka Lun Lee, Member, and Trevor B Anderson, “Directly Modulated Self-Seeding Reflective Semiconductor Optical Amplifiers as Colorless Transmitters in Wavelength Division Multiplexed Passive Optical Networks,” Journal Of Lightwave Technology, vol 25, no 1, pp 67-74, 2007 4) Marco Presi and Ernesto Ciaramella, “Stable self-seeding of R-SOAs for WDMPONs,” Optical Society of America, Los Angeles, CA, pp 1-3, 2011 5) Marco Presi, Andrea Chiuchiarelli and Ernesto Ciaramella, “Polarization Independent self-seeding of Fabry-Peròt laser diodes for WDM-PONs,” Optical Society of America, pp 1-3, 2012 6) Đỗ Văn Việt Em, Kỹ thuật thông tin quang 2, Hà Nội, Học viện công nghệ bưu viễn thơng, 2007,pp 98-108 7) Ziad A El-Sahn, Walid Mathlouthi, Habib Fathallah, Sophie LaRochelle, Leslie A Rusch “A Novel FBG-Based Self-Seeded RSOA Transmitter with Noise Mitigation for Dense SS-WDM PONs” Journal Of Photon Technol, pp.349-350, 2010 8) Min Zhu, Shilin Xiao, Zhao Zhou, Wei Guo, Lilin Yi, He Chen, Jie Shi and Weisheng Hu “Upstream Multi-Wavelength Shared PON with Wavelength-Tunable Self-seeding Fabry-Perot Laser Diode”, Optical Society of America, pp.1-3, 2011 9) Chien Hung Yeh, Fu Yuan Shih, Chia Hsuan Wang, Chi Wai Chow, and Sien Chi “Cost-effective wavelength-tunable fiber laser using self-seeding Fabry-Perot laser diode,” OSA, Optics Express, Vol 16, No , pp 435-439, 2008 10) Zhaowen Xu, Yang Jing Wen, Wen-De Zhong, Chang-Joon Chae, Xiao-Fei Cheng, Yixin Wang, Chao Lu, and Jaya Shankar, “High-speed WDM-PON using CW injection-locked Fabry-Pérot laser diodes,” OSA, Optics Express, Vol 15, No 6, pp 2953-2962, 2007 11) Elaine Wong “Current and Next-Generation Broadband Access Technologies” OSA/OFC/NFOEC, pp 1-24, 2011 12) Optical Communication System Design Software Manual Version 7.0, Optiware, 2007 HVTH: Trần Hữu Trung Trang - 60 - ... mục tiêu tiết giảm chi phí việc thay nguồn phát quang nguồn phát xạ tự phát Chương hai giới thiệu tổng quan cấu trúc sử dụng nguồn phát quang tình hình nghiên cứu nguồn phát xạ tự phát, trình bày... NGUỒN PHÁT XẠ TỰ PHÁT Theo giới thiệu hệ thống WDM-PON cấu trúc phản xạ điều sử dụng nguồn phát xạ tự phát thường đặt đầu nguồn trung tâm central office (CO) OLT, để tận dụng khả phát xạ tự phát. .. 2.17: nhiễu phát xạ tự phát ASE Giống khuếch đại điện, khuếch đại quang tạo nhiễu Nguồn nhiễu khuếch đại quang phát xạ tự phát Vì phát xạ tự phát kiện ngẫu nhiên, pha photon phát xạ tự phát ngẫu