V. Thực trạng thông tin quang trên thế giới:
2.Kết quả nghiêncứu và thử nghiệm:
Với các kết quả nghiên cứu thử nghiệm trước đây của các nước và các hãng viễn thông trên thế giới, thì hệ thống thông tin quang coherent thể hiện các tham số có nhiều sức thuyết phục như là: Cự li và tốc độ. Điều quan tâm ở đây là tất cả các hệ thống để làm việc ở bước sóng 1550nm, tốc độ bit tối thiểu là 140Mbit/s. Vào những năm 90 hãng BRTL đã thực hiện xây dựng một tuyến thông tin quang trên hiện trường, bằng cách xây dựng một hệ thống DPSK cáp sợi quang dài 56,3km nối giữa Cambridge và Bedford. Các sợi quang này được nối với nhau để tạo ra độ dài là 176km. Hãng KDD cũng xây dựng một hệ thống thử nghiệm FSK – ND dưới biển với độ sâu là 6000m, cáp dài 45km và các sợi được nối với nhau tạo ra tuyến dài 90km.
Vài năm sau, với khả năng mới cho bởi mạch số tốc độ cao, được quan tâm trong hệ thống thông tin quang kết hợp. Xét riêng độ nhạy thu ta thấy rằng, sự ra tăng của hiệu quả trải phổ tốt như là hiệu tán sắc trong bộ lặp dung sai và tính phi tuyến của sợi. Hệ thống điều chế cường độ và tách sóng trực tiếp IM – DD có thể đạt được hiệu quả trải phổ lớn nhất là 1b/s/Hz. Các hệ thống kết hợp cho phép sử dụng các dạng điều chế cấp như là QPSK và QAM, hệ thống có thể nâng hiệu quả trải phổ lên vài tăm b/s/Hz. Ngày nay để hướng tới một hệ thống truyền thông kết hợp thời gian thực đạt 40Gbit/s. Đầu tiên phải kể đến khả năng của công nghệ được chứng minh bằng các kết quả chính từ phòng thí nghiệm coherent. Sau đó là các thiết bị được sử dụng trong hệ thống thời gian thực. Với các kết quả của phòng thí nghiệm đã chứng minh về khả năng của hệ thống thông tin quang kết hợp. Với ghép kênh phân cực QPSK, dữ liệu được truyền với khoảng cách >6400km với cửa sổ quang đơn mode, sự bù tán sắc tín hiệu điện hoàn toàn. Hiện nay, khoảng cách truyền dẫn có thể đạt được xa hơn cùng với sự bù tán sắc khoảng 10Gbaud.
2.1. Các thiết bị truyền dẫn kết hợp thời gian thực QPSK:
Dưới đây là bộ phận DSP được mô tả chủ yếu trong thực tế của một bộ thu quang kết hợp thời gian thực:
a. Bộ chuyển đổi tốc độ cao tương tự →số:
Bộ thu kết hợp yêu cầu một bộ chuyển đổi tương tự sang số nhanh với tốc độ lấy mẫu tương đương với tốc độ kí tự để số hoá tín hiệu đến. Nên bù CD hoặc bù PMD. Tốc độ lấy mẫu bằng hai lần tốc độ kí tự được giới thiệu. Một kỹ thuật tốt như là ADC tốc độ cao là mô hình ánh sáng đầy đủ. Ở dây, bộ so sánh song song (2N – 1) được sử dụng để số hoá tín hiệu với cách giải N bit trong một bước. Cách giải này giống như bộ ADC được giới hạn từ 4→6 bit vì nhận tín hiệu đầu vào bộ đệm 2N – 1, mà giới hạn đạt được là băng tần rộng và tốc độ lấy mẫu.
Bảng một biểu diễn các bộ chuyển đổi ADC đặc biệt với 5 bit kí tự,tốc độ lấy mẫu 10Gs/s được phát triển ở Châu Âu với điều chế đồng bộ QPSK. Công nghệ cao cần hoàn thành yêu cầu về tốc độ lấy mẫu >10Gs/s.
Bảng 1. Biểu diễn các bộ chuyển đổi ADC đặc biệt với 5 bit kí tự SiGe ADC CMOS chip
Công nghệ 0,25µm SiGe: C BicMos.
ft=120GHz,fmax=140GHz
Công nghệ 120nm CMOS fT=90GHz, VT=0,3V độ phân giải 5bit Tín hiệu
vào vi sai 2x5bit Tốc độ lấy mẫu >15Gs/s Khoá tần số vào 0,5÷5,0GHZ số bít hiệu quả 4,5 @ 15 Gs/s Tốc độ dữ liệu vào 1 – 10bit/s SINAD 28,9dB @ 15Gs/s tốc độ truyền 100Gbit/s giới hạn thước đo 500mV Biên độ vào 400mW
điện áp cung cấp -4V, +1,8V điện áp cung cấp 1,2V;1,8V;3,3V số truyền dẫn 3296 Số truyền dẫn 5145 Cỡ chíp 6,4mm2 cỡ chíp 7,2mm2
b. Khối dữ liệu tín hiệu số:
Mẫu tín hiệu để khôi phục lại sóng mang, điều kiện phân cực và bù CD hoặc PMD. Tính chất cơ bản của công nghệ CMOS là tốt vì nó có khả năng tổt hợp cao và yêu cầu công suất thấp so với công nghệ lưỡng cực. Quay lại thiết kế chuẩn CMOS được giới hạn có thể đạt được tốc độ dữ liệu. Tuy nhiên một thiết bị phân chia nhanh phải được xây dựng từ khối DSP cho phép giao diện tốc độ cao với tín hiệu đầu vào từ ADC. Nó phải được thực hiện với mạch phân chia đầy đủ, tổ hợp cùng với chuẩn cell cho một đơn chip. Bộ chia kênh đầy đủ có thể sử dụng như cấu hình mạch vi sai để đạt được tốc độ dữ liệu cần thiết cho giao diện tốc độ cao.
2.2: Thực nghiệm truyền dẫn kết hợp thời gian thực gần đây:
Truyền dẫn đồng bộ QPSK kết hợp thời gian thực bắt đầu được nghiên cứu vào năm 1991. Tốc độ truyền QPSK 100Mbit/s được thu trong một bộ thu số sử dụng PLL để bù cho khoảng giữa tần số và bù pha giữa tín hiệu laser và laser dao động nội. PLL có thể chỉ khoá nếu tỉ lệ tốc độ kí tự so với mạch laser rộng < 0,0001. Hệ thống truyền kết hợp thời gian thực sử dụng loại bộ thu được chứng minh vào năm 1992 với tốc độ 565Mbit/s, dạng điều chế PSK. Dữ liệu được khôi phục đồng bộ trong bộ thu kết hợp với khôi phục sóng mang tương tự và laser DFB chuẩn.
Vào tháng 6 – 2006 truyền dẫn QPSK thời gian thực với laser DFB chuẩn được đưa ra. Thời gian này một bộ thu kết hợp đồng bộ số với sóng mang được khôi phục trở lại được sử dụng tốc độ dữ liệu 800Mbit/s. Hệ thống thực hiện sử dụng kinh tết với khả năng nối ADC với FPGA cho xử lý tín hiệu. vào tháng 11 – 2006 tốc độ truyền dữ liệu lớn nhất QPSK kết hợp đạt
4,4Gbit/s. Sau đó vào tháng 7 năm 2007 Nortl giới thiệu hệ thống truyền ghép phân cực QPSK với tốc độ 40Gbit/s.
2.3. Lắp đặt thử nghiệm:
Bộ truyền sử dụng một tín hiệu laser DFB với một vạch phổ rộng đặc biệt 1MHz và một bộ điều chế QPSK chạy với tốc độ 1400Mbit/s. 80 km với sợi quang đơn mode chuẩn. Tín hiệu ở bộ tiền khuếch đại quang và được lọc bởi bộ lọc thông dải băng tần 20GHz. Đặc điểm của thu kết hợp là laser DFB giống như bộ dao động nội, và được điều khiển phân cực 2 tín hiệu quang được xếp chồng và đưa tới coupler 3x3 và được phân tách với 3 photodiode. Kết quả tín hiệu điện I và Q được khuếch đại trước khi lấy mẫu với 6 bit chuyển đổi tương tự sang số. Nối ADC với 1 Xilinx Virtex 4FPGA, khôi phục lại sóng mang và dữ liệu. EPGA cũng tạo dao động như một tín hiệu sai số khoá pha và một tín hiệu sai số tần số dao động nội để khôi phục NRZ và điều kiện tần số dao động nội.
Hình 4.10. lắp đặt truyền QPSK kết hợp 1.4 Gbit/s với coupler 3x3 sử dụng trong bộ thu
2.4. Kết quả phép đo:
Hình 4.11 biểu diễn BER trung bình của thu kênh I và Q tương phản với công suất đầu vào bộ tiền khuếch đại tại đầu thu BER min = 2.8.10-5 cho cấu trúc bộ thu với đường truyền cố định. Truyền phối hợp kết hợp với phép
đo BER tốt nhất là 7.3.10-5. Tất cả bộ thu PRBS có thể được hcia cho bộ tiền khuếch đại với công đầu vào dưới -52dBm.
Hình 4.11. kết quả đo BER công suất khuếch đại đầu vào cho truyền dẫn đồng bộ QPSK 1,4Gbit/s
dạng điều chế hãng tốc độ Mbps Bước sóng Laser phát Dao động nội BL (MHz) Độ nhạy (dBm) độ dài trung kế ASK – Hom* BRTL 140 1,523 He, Ne+ InGaAsP HeNe - - - ASK AT&T 400 1,500 DBF DBF - (-43) - FSK- WD NEC 140 1,550 DBF DBF 17 (-52) 243 FSK- WD Bellcore 560 1,550 DBF DBF 50 (-36) - FSK- WD Fujitsu 600 1,550 DBF DBF 40 (-39) 140
DPSK AT&T 400 1,530 ECL ECL 0,01 (-56) 260 DPSK* BRTL 565 1,534 ECL ECL 0,01 (-47) 260 FSK- ND BRTL 140 1,540 ECL ECL 0,01 (-55) 200 FSK- ND NTT 400 1,540 ECL ECL 0,5 (-50) 290 FSK- ND AT&T 400 1,550 DBF ECL - (-50) 80 FSK- ND** KDD 560 1,560 ECL ECL 0,5 (-42) 150
DPSK NEC 1,2 1540 ECL ECL 1,8 (-45) 170 DPSK AT&T 1 1530 ECL ECL 0,01 (-45,2 200 DPSk Fujitsu 1,2 1540 ECL ECL - (-43) 190 DPSK AT&T 2 1530 ECL ECL 0,02 (-39) 170 FSK- ND Bellcore 1 1550 DBF ECL 8 (-37) 100 FSK- ND NTT 2 1550 EC ECL 1 (-35) 197
ND FSK- ND NTT 4 1550 DBF DBF - (-31) 155 FSK- ND NTT 2,5 1540 DBF DBF 8 (-45) 290
ECL: laser cộng hưởng ngoài (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 2. thông số chính của một HTTTQKH thử nghiệm với tốc độ trung bình
Kết Luận
Những ưu điểm có được của hệ thống coherent so với các hệ thống khác, không thể không nhắc đến các kỹ thuật coherent tiên tiến như là: Kỹ thuật ghép kênh quang theo thời gian OTDM, kỹ thuật tuyền dẫn phân cực đa mức, kỹ thuật ghép kênh quang theo tần số. Với kỹ thuật OFDM thì tần số ánh sáng được phân chia thành nhiều kênh riêng rẽ và các kênh quang được truyền đi trên cùng một lúc trên sợi dẫn quang. Được mô tả trong hình 4.4. Việc xử lý thành công các tham số quan trọng của sóng ánh sáng như biên độ
tần số, pha, và các thành phần phân cực là một tiến bộ vượt bậc của hệ thống thông tin quang coherent. Nó đã góp phần tạo ra một hệ thốn có năng lực truyền dẫn cao, tận dụng được băng tần rất rộng của sóng ánh sáng nói chung và sợi quang single mode, cho phép truyền một số lượng lớn kênh, cho khả năng lựa chọn độ nhạy thu. Những tiế bộ kỹ thuật công nghệ nhằm tạo ra tham số hệ thống, tham số thiết bị và các tham số thành phần điện tử và quang điện. Những tiến bộ kỹ thuật công nghệ được kể đến: làm hẹp độ rộng phổ, ổn định tần số, và công suất phát, các thiết bị quang thụ động. Đã có nhiều kết quả nghiên cứu thử nghiệm trên các hệ thống của các hãng viễn thông chứng tỏ ưu điểm vượt trội của hệ thống thông tin quang kết hợp, như hiện nay ta đang nghiên cứu hệ thống truyền thông kết hợp thời gian thực đạt 40Gbit/s. Hệ thống đã được lắp đặt thử nghiệm với mô hình 4.10. Từ các ưu điểm và kết quả nghiên cứu thử nghiệm ta thấy được khả năng lớn lao của hệ thống thông tin quang kết hợp trong mạng thông tin quang sắp tới. Đó là khả nằng đáp ứng linh hoạt cho một tuyến thông tin quang dù là đường trục hay thuê bao, trên đất liền hay dưới biển. Tuy nhiên, hệ thống thông tin quang vẫn còn một số tồn tại trước mắt làm cản trở khả năng áp dụng vào thực tế của hệ thống: Công nghệ hệ thống chưa hoàn thiện, hệ thống có cấu trúc phức tạp, hệ thốn đòi hỏi chi phí lớn.
Phụ Lục I: Các tham số của sợi đơn mode theo CCITT
G.652. sợi tối ưu tại 1,3µm
G653. sợi tối ưu tại 1,55µm
Các tham số Đơn vị GTchuẩn Sai số GTchuẩn Sai số Đường kính trường
mode
Đường kính vỏ phản xạ µm 125 ±3 125 ±3
Tính đồng tâm µm ≤ 1 ≤ 1
Tính không tròn vỏ % bước sóng (chưa được bọc thành cáp)
nm
bước sóng (đã được bọc thành cáp)
Nm
Suy hao do uốn cong 100 lần với bán kính uốn cong 37,5nm tại 1550nm
dB
Suy hao tại 1300nm dB/Km Suy hao tại 1550nm dB/km bước sóng có tán sắc = 0 nm Giá trị tán sắc = 0 Ps/(nm.Km) ≤0,095 ≤0,085 Hệ số tán sắc tuyệt đối λ = 1258÷1330nm λ = 1270÷1340nm λ = 1525÷1575nm Ps/(nm.Km) Ps/(nm.Km) Ps/(nm.Km) ≤ 3,5 ≤ 6,0 ≤ 20 ≤ 3,5
Phụ Lục II. Cấu trúc của bộ khuếch đại quang sợi
Kết Luận Chung
Qua quá trình nghiên cứu và tìm hiểu hệ thống thông tin quang kết hợp em thấy được các tính năng ưu việt của hệ thống là nâng cao độ nhạy thu và tăng khả năng truyền dẫn… Tuy nhiên do cấu trúc phức tạp chi phí thiết bị cao nên hệ thống vẫn đang ở trong giai đoạn thử nghiệm và chưa được áp dụng rộng rãi vào tuyến thông tin liên lạc ở các nước trên thế giới. trong tương lai khi hệ thống được áp dụng vào thực tế sẽ khắc phục được nhược
Trong quá trình làm đồ án, em đã cố gắng tìm hiểu công nghệ ứng dụng thực tế. Tuy nhiên do hạn chế về trình độ và giới hạn mặt tài liệu nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong sự chỉ bảo đóng góp của các thầy cô và các bạn sinh viên để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin cảm ơn thầy Chu Công Cẩn đã tận tình hướng dẫn em hoàn thiện đồ án tốt nghiệp này.
Tài Liệu Tham Khảo
1. Hệ thống thông tin quang kết hợp – TS. Vũ Văn San, Nhà xuất bản bưu điện, Hà Nội 7 – 2003.
2. Hệ Thống Thông Tin Sợi Quang – (Phùng Văn Vận, Trần Hồng Quân, Nguyễn Cảnh Tuấn, Phạm Hồng Ký, Nguyễn Hoài Nam), Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, Hà Nội – 2002.
3. Bài giảng các hệ thống thông tin quang – GV Chu Công Cẩn, Hà Nội 2007.
4. Kỹ thuật thông tin quang – Hoàng Ứng Huyền, Ban thông tin kỹ thuật, Tổng cục bưu điện1993.
5. Gerard Lachs, “Fiber Optic Communication” McGraw-Hill,1998.