Đang tải... (xem toàn văn)
Ghép kênh theo bước sóng WDM (Wavelength Devision Multiplexing) là công nghệ “trong một sợi quang đồng thời truyền dẫn nhiều bước sóng tín hiệu quang”. Ở đầu phát, nhiều tín hiệu quang có bước sóng khác nhau được tổ hợp lại (ghép kênh) để truyền đi trên một sợi quang. Ở đầu thu, tín hiệu tổ hợp đó được phân giải ra (tách kênh), khôi phục lại tín hiệu gốc rồi đưa vào các đầu cuối khác nhau.
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Khoa Điện Tử Viễn Thơng ======o0o====== BÀI TẬP LỚN THƠNG TIN QUANG Đề tài:2 “Xây dựng phương án thiết kế hệ thống thông tin quang WDM có sử dụng khuếch đại quang EDFA” Nhóm thực : Trần Văn Đơ Đt 11-K54 20090751 Nguyễn Văn Bình Đt 11-K54 20090243 Dương Văn Sinh Đt 11-K54 20092219 Nguyễn Bá Nguyên Đt 11-K54 20091932 LỜI NÓI ĐẦU Bước sang kỉ 21 chứng kiến bùng nổ mạnh mẽ công nghệ thông tinđiện tử viễn thơng, đặc biệt lĩnh vực viễn thơng thực cách mạng lớn thay đổi sống toàn nhân loại Cùng với phát triển kĩ thuật chuyển mạch , kỹ thuật truyền dẫn không ngừng phát triển đạt thành tựu vô to lớn,và tất nhiên phải kể đến kỹ thuật truyền dẫn cáp sợi quang Tương lai cáp sợi quang coi môi trường truyền dẫn lý tưởng mà không môi trường truyền dẫn thay Các hệ thống thơng tin quang có ưu điểm bật như: băng thông rộng, cự ly xa , không ảnh hưởng nhiễu khả bảo mật cao, phù hợp với tuyến thông tin xuyên lục địa đường trục có tiềm to lớn việc thực chức mạng nội hạt với cấu trúc linh hoạt đáp ứng loại hình dịch vụ tương lai Tuy nhiên băng thơng quang lớn nên hao phí dùng cho ứng dụng đơn lẻ Vì yêu cầu đặt phải ghép nhiều kênh đường truyền quang Những kỹ thuật ghép kênh quan tâm ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM) ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) Tuy nhiên khn khổ tập lớn chúng em tập trung sâu vào hai kỹ thuật ghép kênh chúng em chọn đề tài “xây dựng phương án thiết kế hệ thống thông tin quang WDM có sử dụng khuếch đại quang EDFA” Nhóm em xin trình bày tổng quan hệ thống kết mô đạt sử dụng topology để thiết kế hệ thống Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Ts.Nguyễn Hoàng Hải tận tình bào giúp đỡ chúng em thời gian qua để hoàn thiện đề tài CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM 1.1 Giới thiệu tổng quan Ghép kênh theo bước sóng WDM (Wavelength Devision Multiplexing) cơng nghệ “trong sợi quang đồng thời truyền dẫn nhiều bước sóng tín hiệu quang” Ở đầu phát, nhiều tín hiệu quang có bước sóng khác tổ hợp lại (ghép kênh) để truyền sợi quang Ở đầu thu, tín hiệu tổ hợp phân giải (tách kênh), khơi phục lại tín hiệu gốc đưa vào đầu cuối khác 1.2 Sơ đồ khối tổng quát Phát tín hiệu: Trong hệ thống WDM, nguồn phát quang dùng laser Hiện có số loại nguồn phát như: Laser điều chỉnh bước sóng (Tunable Laser), Laser đa bước sóng (Multiwavelength Laser) Yêu cầu nguồn phát laser phải có độ rộng phổ hẹp, bước sóng phát ổn định, mức cơng suất phát đỉnh, bước sóng trung tâm, độ rộng phổ, độ rộng chirp phải nằm giới hạn cho phép Ghép/tách tín hiệu: Ghép tín hiệu WDM kết hợp số nguồn sáng khác thành luồng tín hiệu ánh sáng tổng hợp để truyền dẫn qua sợi quang Tách tín hiệu WDM phân chia luồng ánh sáng tổng hợp thành tín hiệu ánh sáng riêng rẽ cổng đầu tách Hiện có tách/ghép tín hiệu WDM như: lọc màng mỏng điện mơi, cách tử Bragg sợi, cách tử nhiễu xạ, linh kiện quang tổ hợp AWG, lọc Fabry-Perot Khi xét đến tách/ghép WDM, ta phải xét tham số như: khoảng cách kênh, độ rộng băng tần kênh bước sóng, bước sóng trung tâm kênh, mức xuyên âm kênh, tính đồng kênh, suy hao xen, suy hao phản xạ Bragg, xuyên âm đầu gần đầu xa Truyền dẫn tín hiệu: Q trình truyền dẫn tín hiệu sợi quang chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố: suy hao sợi quang, tán sắc, hiệu ứng phi tuyến, vấn đề liên quan đến khuếch đại tín hiệu Mỗi vấn đề kể phụ thuộc nhiều vào yếu tố sợi quang (loại sợi quang, chất lượng sợi ) Khuếch đại tín hiệu: Hệ thống WDM chủ yếu sử dụng khuếch đại quang sợi EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier) Tuy nhiên khuếch đại Raman sử dụng thực tế Có ba chế độ khuếch đại: khuếch đại cơng suất, khuếch đại đường tiền khuếch đại Khi dùng khuếch đại EDFA cho hệ thống WDM phải đảm bảo yêu cầu sau: - Ðộ lợi khuếch đại đồng tất kênh bước sóng (mức chênh lệch không dB) - Sự thay đổi số lượng kênh bước sóng làm việc khơng gây ảnh hưởng đến mức công suất đầu kênh - Có khả phát chênh lệch mức công suất đầu vào để điều chỉnh lại hệ số khuếch đại nhằm đảm bảo đặc tuyến khuếch đại phẳng tất kênh Thu tín hiệu: Thu tín hiệu hệ thống WDM sử dụng tách sóng quang hệ thống thông tin quang thông thường: PIN, APD 1.3 Phân loại hệ thống WDM Hệ thống WDM chia làm hai loại: hệ thống đơn hướng song hướng hình minh hoạ hình 1.2 Hệ thống đơn hướng truyền theo chiều sợi quang Do đó, để truyền thơng tin hai điểm cần hai sợi quang Hệ thống WDM song hướng, ngược lại, truyền hai chiều sợi quang nên cần sợi quang để trao đổi thông tin điểm Cả hai hệ thống có ưu nhược điểm riêng Giả sử cơng nghệ cho phép truyền N bước sóng sợi quang, so sánh hai hệ thống ta thấy: - Xét dung lượng, hệ thống đơn hướng có khả cung cấp dung lượng cao gấp đôi so với hệ thống song hướng Ngược lại, số sợi quang cần dùng gấp đôi so với hệ thống song hướng - Khi cố đứt cáp xảy ra, hệ thống song hướng không cần đến chế chuyển mạch bảo vệ tự động APS (Automatic Protection-Switching) hai đầu liên kết có khả nhận biết cố cách tức thời 1.4 Các phần tử hệ thống WDM 1.4.1 Bộ phát quang Các nguồn quang sử dụng hệ thống thơng tin cáp sợi quang có thể Diode Laser (LD) Diode phát quang (LED) Laser “ Light Amplication by Stimulated Emission of Radiation” Khuếch đại ánh sáng nhờ xạ kích thích.Hoạt động Laser dựa hai tượng : Hiện tượng xạ kích thích tượng cộng hưởng sóng ánh sáng lan truyền Laser Tín hiệu quang phát từ LD LED có tham số biến đổi tương ứng với biến đổi tín hiệu điện vào Tín hiệu điện vào phát dạng số tương tự Thiết bị phát quang thực biến đổi tín hiệu điện vào thành tín hiệu quang tương ứng cách biến đổi dịng vào qua nguồn phát quang Bước sóng ánh sáng nguồn phát quang phụ thuộc chủ yếu vào vật liệu chế tạo phần tử phát Ví dụ GaalAs phát bứcxạ vùng bước sóng 800 nm đến 900 nm, InGaAsP phát xạ vùng 1100 nm đến 1600 nm Sử dụng điều biến để giảm chirp, tốc độ điều biến cao tạo định dạng tín hiệu quang khác (NRZ, RZ, CS-RZ, DPSK …) đảm bảo tín hiệu quang có độ rộng phổ hẹp bớc sóng xác theo tiêu chuẩn Yêu cầu với nguồn quang: - Độ xác bước sóng phát: Đây u cầu kiên cho hệ thống WDM hoạt động tốt Nói chung, bước sóng đầu ln bị dao động yếu tốkhác nhiệt độ, dòng định thiên, độ già hố linh kiện Ngồi ra, để tránh xuyên nhiễu tạo điều kiện cho phía thu dễ dàng tách bước sóng thiết độổn định tần số phía phát phải thật cao - Độ rộng đường phổ hẹp: Độ rộng đường phổ định nghĩa độ rộng phổ nguồn quang tính cho bước cắt dB Để tăng nhiều kênh dải tần cho trước, cộng với yêu cầu khoảng cách kênh nhỏ độ rộng đường phổ hẹp tốt, không, xuyên nhiễu kênh lân cận xảy khiến lỗi bít tăng cao, hệ thống không đảm bảo chất lượng Muốn đạt điều nguồn phát laser phải nguồn đơn mode (như loại laser hồi tiếp phân bố, laser hai khoang cộng hưởng, laser phản hồi phân bố) - Dòng ngưỡng thấp: Điều làm giảm bớt vấn đề lãng phí cơng suất việc kích thích laser giảm bớt công suất không mang tin tránh cho máy thu chịu ảnh hưởng nhiễu (phát sinh có cơng suất lớn) - Khả điều chỉnh bước sóng: Để tận dụng tồn băng tần sợi quang, nguồn quang phải phát dải 100 nm Hơn nữa, với hệ thống lựa kênh động cần khả điều chỉnh bước sóng - Tính tuyến tính: Đối với truyền thơng quang, khơng tuyến tính nguồn quang dẫn việc phát sinh sóng hài cao hơn, tạo xuyên nhiễu kênh - Nhiễu thấp: Có nhiều loại nhiễu laser bao gồm: nhiễu cạnh tranh mode, nhiễu pha, Nhiễu thấp quan trọng để đạt mức BER thấp truyền thông số, đảm bảo chất lượng dịch vụ tốt 1.4.2 Bộ thu quang Phần thu quang gồm tách sóng quang, kênh tuyến tính kênh phục hồi Nó tiếp nhận tín hiệu quang, tách lấy tín hiệu thu từ phía phát, biến đổi thành tín hiệu điện theo yêu cầu cụ thể Trong phần thường sử dụng photodiode PIN APD Yêu cầu quan trọng thu quang công suất quang phải nhỏ (độ nhạy quang) thu tốc độ truyền dẫn số ứng với t lệ lỗi bít (BER) cho phép Bộ thu quang hệ thống WDM 1.4.3 Sợi quang Cấu tạo sợi quang Ứng dụng tượng phản xạ toàn phần, sợi quang chế tạo gồm có hai lớp: - Lớp có dạng hình trụ trịn, có đường kính d = 2a, làm thủy tinh có chiết suất n1, gọi lõi (core) sợi - Lớp thứ hai có dạng hình trụ bao quanh lõi nên gọi lớp bọc (cladding), có đường kính D = 2b, làm thủy tinh plastic, có chiết suất n2 < n1 Sợi quang G652 Là sợi đơn mode sử dụng phổ biến mạng lưới viễn thông nhiều nước Nó làm việc cửa sổ: - Ở cửa sổ 1310nm: G652 có tán sắc nhỏ (xấp xỉ ps/nm.km) suy hao tương đối lớn - Ở cửa sổ 1550nm: G652 có suy hao truyền dẫn nhỏ hệ số tán sắc tương đối lớn (xấp xỉ 20ps/nm.km) 1.4.4 Bộ tách / ghép bƣớc song: ( OMUX/ODEMUX) Định nghĩa :Bộ ghép/ tách kênh bước sóng, với vộ kết nối chéo quang, thiết bị quan trọng cấu thành nên hệ thống WDM Khi dùng kết hợp với kết nối chéo quang OXC hình thành nên mạng truyền tải quang, có khả truyền tải đồng thời suốt loại hình dịch vụ, mà cơng nghệ hướng tới.Bộ tách/ ghép kênh thực ghép tách tín hiệu bước sóng khác Bộ ghép/ tách kênh bước sóng thường mơ tả theo thông số sau: - Suy hao xen - Số lượng kênh xử lý - Bước sóng trung tâm - Băng thông - Giá trị lớn suy hao xen - Độ suy hao chen kênh Ghép tầng để tạo ghép kênh dung lượng cao: Ghép tầng nối tiếp đơn kênh Ghép tầng Ghép tầng theo băng sóng Ghép tầng đan xen chẵn lẻ 1.4.5.Bộ chuyển đổi bước sóng Bộ chuyển đổi bước sóng thiết bị chuyển đổi tín hiệu có bước sóng đầu vào thành tín hiệu có bước sóng khác đầu Đối với hệ thống WDM, chuyển đổi bước sóng cho nhiều ứng dụng hữu ích khác Tín hiệu vào mạng với bước sóng khơng thích hợp truyền WDM Bộ chuyển đổi trang bị cấu hình nút mạng WDM giúp sử dụng tài nguyên bước sóng hiệu hơn, linh động Có phương pháp chế tạo chuyển đổi bước sóng: Phương pháp quang điện Phương pháp cửa quang Phương pháp giao thoa Phương pháp trộn bước sóng 1.5 Các tham số gép kênh quang theo bước sóng 1.5.1 Suy hao xen Được xác định lượng công suất tổn hao tuyến truyền dẫn quang điểm ghép nối thiết bị WDM với sợi suy hao thân thiết bị ghép gây Vì vậy, thực tế thiết kế phải tính cho vài dB đầu Suy hao xen biểu diễn qua cơng thức sau Trong Li suy hao bước sóng thiết bị ghép xen vào tuyến truyền dẫn Các tham số nhà chế tạo cho biết kênh quang thiết bị 1.5.2 Xuyên kênh Xuyên kênh có mặt kênh kênh kế cận làm tăng nhiễu giảm t số tín hiệu nhiễu kênh xét Trong hệ thống ghép kênh quang, xuyên kênh xuất do: - Các viền phổ kênh vào băng thông tách kênh lọc kênh khác Khi sóng mang quang điều chế tín hiệu, điều chế cơng suất viền phổ điều chế cơng suất băng kênh kế cận - Xuất phát từ giá trị hữu hạn thực tế độ chọn lọc độ cách ly bộlọc - Tính phi tuyến sợi quang mức công suất cao hệ thống đơn mode Cơ chế tán xạ Raman, hiệu ứng tán xạ kích thích phi tuyến làm cho cơng suấtquang bước sóng tác động đến tán xạ công suất quang, bước sóng khác 1.5.3 Độ rộng kênh Một vấn đề quan trọng hệ thống việc phân chia bước sóng Hiện hệ thống viễn thông dùng 1550nm khuếch đại EDFA Băng EDFA khoản 30nm Nếu ta muốn xếp khoảrộng kênh 30nm/16 kênh hay 1,8 tần số bước sóng Tải FULL (30 trang): https://bit.ly/2Xy7diN Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net 1.6 Ưu nhược điểm hệ thống WDM a.Ưu điểm - Hệ thống WDM có dung lượng truyền dẫn lớn nhiều so với hệ thống - TDM Không giống TDM phải tăng tốc độ số liệu lưu lượng truyền dẫn tăng, WDM cần mang vài tín hiệu, tín hiệu ứng với bước - sóng riêng (kênh quang) WDM cho phép tăng dung lượng mạng có mà khơng cần phải lắp đặt thêm sợi quang b Nhược điểm: - Dung lượng hệ thống nhỏ, chưa khai thác triệt để băng tần rộng lớn - sợi quang Chi phí cho khai thác, bảo dưỡng tăng có nhiều hệ thống hoạt động 1.7 Bộ khuếch đại quang EDFA 1.7.1 Các cấu trúc EDFA Tải FULL (30 trang): https://bit.ly/2Xy7diN Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net Cấu trúc khuếch đại quang sợi pha trộn Erbium EDFA (Erbium-Doped FiberAmplifier) minh họa hình 2.9 Trong bao gồm: Sợi quang pha ion đất Erbium EDF (Erbium-Doped Fiber): nơi xảy Qtrình khuếch đại (vùng tích cực) EDFA Nguyên lý hoạt động EDFA Nguyên lý khuếch đại EDFA dựa tượng phát xạ kích thích Q trình khuếch đại tín hiệu quang EDFA thực hiện: Khi sử dụng nguồn bơm laser 980nm, ion Er3+ vùng hấp thụ lượng từcác photon (có lượng Ephoton =1.27eV) chuyển lên trạng thái lượng cao ởvùng bơm (pumping band) (1) Tại vùng bơm, ion Er3+ phân rã không xạrất nhanh (khoảng 1μs) chuyểnxuống vùng giả bền (2) Khi sử dụng nguồn bơm laser 1480nm, ion Er3+ vùng hấp thụ lượng từcác photon (có lượng Ephoton =0.841eV) chuyển sang trạng thái lượng cao ởđỉnh vùng giả bền (3) CHƯƠNG II – MÔ PHỎNG TUYẾN THÔNG TIN QUANG WDM BẰNG PHẦN MỀM OPTISYSTEM 2.1 Tuyến phát quang: chọn cửa sổ truyền 1550nm EDFA băng C Mỗi kênh quang bao gồm nguồn phát quang lazer CW lazer, phát xung RZ pulsegenarator, phát bit điện pseudom-Radom Bit sequence Genarator, 3558379 ... (WDM) Tuy nhiên khn khổ tập lớn chúng em tập trung sâu vào hai kỹ thuật ghép kênh chúng em chọn đề tài ? ?xây dựng phương án thiết kế hệ thống thông tin quang WDM có sử dụng khuếch đại quang EDFA? ??... sợi ) Khuếch đại tín hiệu: Hệ thống WDM chủ yếu sử dụng khuếch đại quang sợi EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier) Tuy nhiên khuếch đại Raman sử dụng thực tế Có ba chế độ khuếch đại: khuếch đại cơng... tách sóng quang hệ thống thông tin quang thông thường: PIN, APD 1.3 Phân loại hệ thống WDM Hệ thống WDM chia làm hai loại: hệ thống đơn hướng song hướng hình minh hoạ hình 1.2 Hệ thống đơn hướng
