Tinh thể PhC là loại vật liệu mới mà cấu trúc của nó l à sự sắp xếp tuần hoàn của vật liệu điện môi trong không gian. Dựa vào tuần hoàn ta có đƣợc 3 loại tinh thể PhC: là tinh thể PhC 1D, 2D v à 3D. Hay nói cách khác, tinh thể PhC là loại vật liệu có khả năng điều khiển đƣợc ánh sáng bởi loại vật liệu này có vùng cấm PhC,là vùng không có m ột trạng thái điện từ nào tồn tại, hay mật độ trạng thái bằng không.
Cấu trúc PhC có rất nhiều ứng dụng trong thông tin quang nhƣ bộ lọc, bộ tạo ảnh quang, bộ chia quang... Một ứng dụng nổi bật là bộ bù tán sắc sử dụng cấu trúc PhC.
Các ống dẫn sóng PhC hai chiều có khả năng sử dụng cả những tính chất của tán sắc không gian và tán sắc sắc thể. Bằng cách thay đổi cấu trúc hình học của hƣớng truyền dẫn, ta có thể điều khiển tán sắc dễ dàng.
Xét một hệ thống thông tin tốc độ cực cao OTDM gồm 16 kênh mỗi kênh có tốc độ 40Gb/s. Xung phát dạng RZ có độ rộng phổ tại mức nửa công suất FWHM là 0,5ps. Cấu trúc bù tán sắc dài 20mm. Đƣờng truyền dài 10km sử dụng sợi đơn mode tiêu chuẩn SSMF có tần số sóng mang gần bƣớc sóng tán sắc bằng 0. Tán sắc đƣợc bù một phần sử dụng sợi RDF. Cuối đƣờng truyền ta đặt bộ bù tán sắc PhC có độ dài hiệu dụng 20mm.
80
Hình 3. 11. Bù tán sắc tại tốc độ bit 640Gb/s. Bù hoàn toàn trên toàn tuyến với bộ bù tán sắc có góc nghiêng 2 độ.
81
CHƢƠNG IV: MÔ PHỎNG PHƢƠNG PHÁP BÙ TÁN SẮC TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN THÔNG TIN QUANG BẰNG PHẦN MỀM
OPTISYSTEM 4.1. Tổng quan về phần mềm Optisystem
Cùng với sự bùng nổ về nhu cầu thông tin, các hệ thống thông tin quang ngày càng trở nên phức tạp. Để phân tích, thiết kế các hệ thống ta phải sử dụng công cụ là phần mềm mô phỏng hệ thống thông tin quang - OptiSystem. Phần mềm này có khả năng thiết kế, đo kiểm tra và thực hiện tối ƣu hóa rất nhiều loại tuyến thông tin quang, dựa trên khả năng mô hình hóa các hệ thống thông tin quang trong thực tế. Bên cạnh đó, phần mềm này cũng có thể dễ dàng mở rộng do ngƣời sử dụng có thể đƣa thêm các phần tử tự định nghĩa vào. Phần mềm có giao diện thân thiện, khả năng hiển thị trực quan.
OptiSystem có thể giảm thiểu các yêu cầu thời gian và giảm chi phí liên quan đến thiết kế của các hệ thống quang học, và các thành phần. Phần mềm OptiSystem là một công cụ thiết kế hữu hiệu cho phép ngƣời dùng lập kế hoạch, kiểm tra, và mô phỏng gần nhƣ tất cả các loại liên kết quang học trong lớp truyền dẫn của một quang phổ rộng của các mạng quang học từ mạng LAN, SAN, MAN tới mạng ultra-long-haul. Nó cung cấp lớp truyền dẫn, thiết kế và quy hoạch hệ thống thông tin quang từ các thành phần tới mức hệ thống. Hội nhập của nó với các sản phẩm Optiwave khác và các công cụ thiết kế của ngành công nghiệp điện tử hàng đầu phần mềm thiết kế tự động góp phần vào OptiSystem đẩy nhanh tiến độ sản phẩm ra thị trƣờng và rút ngắn thời gian hoàn vốn.
4.1.1. Ưu điểm của phần mềm
- Cung cấp cái nhìn toàn cầu vào hiệu năng hệ thống;
- Đánh giá sự nhạy cảm tham số giúp đỡ việc thiết kế chi tiết kỹ thuật; - Trực quan trình bày các tùy chọn thiết kế và dự án khách hàng tiềm năng; - Cung cấp truy cập đơn giản để tập hợp rộng rãi các hệ thống đặc tính dữ liệu; - Cung cấp các tham số tự động quét và tối ƣu hóa;
82
4.1.2. Ứng dụng của phần mềm
Phần mềm Optisystem đƣợc tạo ra để đáp ứng nhu cầu của các nhà khoa học nghiên cứu, kỹ sƣ viễn thông quang học, nhân viên tích hợp hệ thống, sinh viên và một loạt các ngƣời dùng khác.
OptiSystem cho phép ngƣời dùng lập kế hoạch, kiểm tra, và mô phỏng: - Thiết kế mạng WDM /TDM hoặc CATV;
- Thiết kế mạng vòng SONET/SDH;
- Thiết kế bộ phát, kênh, bộ khuếch đại, và bộ thu thiết kế bản đồ phân tán; - Đánh giá BER và penalty của hệ thống với các mô hình bộ thu khác nhau; - Tính toán BER và quỹ công suất tuyến của các hệ thống có sử dụng khuếch đại quang;
- Thay đổi hệ thống tham số BER và tính toán khả năng liên kết;
Khi hệ thống quang học trở nên nhiều hơn và phức tạp hơn, các nhà khoa học và kỹ sƣ ngày càng phải áp dụng các phần mềm kỹ thuật mô phỏng tiên tiến, quan trọng hỗ trợ cho việc thiết kế. Phần mềm OptiSystem linh hoạt, tạo điều kiện thuận lợi và tính hiệu quả cao trong việc thiết kế nguồn sáng.
4.2. Mô hình mô phỏng
Thiết kế hệ thống thông tin quang có sử dụng sợi bù tán sắc DCF với các thông tin nhƣ sau:
- Tốc độ bit: 10 Gbit/s - Cự ly truyền dẫn: 300 km
- Số lƣợng kênh bƣớc sóng:4 kênh - Chiều dài chuỗi: 128 bits
- Số lƣợng mẫu trên mỗi bit: 64
- Loại sợi: Sợi quang đơn mode chuẩn (G.652) - Nguồn phát: Nguồn Laser.
- Phƣơng thức điều chế: Điều chế ngoài
- Bộ thu: Sử dụng PIN kết hợp với bộ lọc thông thấp Bessel
83 - Thiết bị đo công suất quang
- Thiết bị phân tích phổ quang - Thiết bị đo BER
Thiết kế hệ thống tuyến phát:
84
Hình 4. 2. Sơ đồ tuyến thu quang
Tuyến truyền dẫn sử dụng sợi quang G652 với các thông số đặc trƣng theo tiêu chuẩn ITU-T G652:
- Hệ số suy hao tối đa tại bƣớc sóng 1550nm: 0.2 dB/km - Hệ số tán sắc tại bƣớc sóng 1550nm: 16.75ps/nm/km
- Độ dốc tán sắc không: 0.075ps nm/ 2/km2
85
Thông số sợi bù tán sắc DCF:
- Hệ số tán sắc sơi DCF : -85 ps/nm/km - Hệ số suy hao sợi DCF: 0.5 dB/km Tìm độ dốc và chiều dài sợi DCF: Ta có: S2 S D1( 2/D1) S L L1( 1/ 2)
Trong đó:
- S1: Độ dốc tán sắc sợi G652 - L1: Chiều dài sợi G652
- D1: Hệ số tán sắc sợi G652
- S2: Độ dốc tán sắc sợi DCF - L2: Chiều dài sợi DCF
- D2: Hệ số tán sắc sợi DCF Khi đó ta tính đƣợc 2 2 0.38 / / S ps nm km 2 ( .1 1) / 2 L L D D
. Chọn chiều dài L1 = 50 km, suy ra L2 = 9.8 km. Để đáp ứng với cự ly truyền dẫn là 300km thì ta chọn L2 = 10 km
86
Khi đó ta có sơ đồ của hệ thống:
Hình 4. 5. Sơ đồ hệ thống thông tin quang khi chưa có bù tán sắc
Hình 4. 6. Sơ đồ hệ thống thông tin quang có sợi bù tán sắc DCF ( kỹ thuật bù sau)
87
Thiết lập các tham số cho hệ thống:
Hình 4. 7. Tham số toàn cục
Do hệ thống WDM thực hiện tốc độ 10Gbit/s có dải tần 100Ghz. Nên khoảng cách của các băng tần này là 0.8nm (Băng C).
Giả sử chọn frequency của CW lazer = 1552.52nm thì các kênh tiếp theo có giá trị hơn kém nhau là 0.8nm.
Tƣơng đƣơng dải tần của laser ở đơn vị THz cho 4 laser đầu vào lần lƣợt là: - Kênh 1 chọn tần số 193,1 THz
- Kênh 2 chọn tần số 193,2 THz - Kênh 3 chọn tần số 193,3 THz - Kênh 4 chọn tần số 193,4 THz
88
Tiến hành thiết lập tham số quét
Hình 4. 8. Thiết lập tham số quét
89
Tiến hành chạy mô phỏng và thu kết quả
Hình 4. 10. Chạy mô phỏng chưa có bù tán sắc
90
Hình 4. 12. Tin hiệu xung thu được khi có sợi bù tán sắc DCF
91
Hình 4. 14. Đồ thị BER
Kết quả thu đƣợc ở hình 4.11 và hình 4.12, cho ta thấy khi chƣa có sợi bù tán sắc DCF thì xung ánh sáng bị dãn rộng ra, gây méo tín hiệu, làm tăng tỉ lệ lỗi bít BER, gây ảnh hƣởng lớn đến tốc độ truyền dẫn và bên thu sẽ thu đƣợc tín hiệu khác tín hiệu bên phát. Khi sử dụng sợi bù tán sắc DCF vào hệ thống truyền dẫn thông tin quang thì sau khi tín hiệu ánh sáng truyền qua sợi quang, xung ánh sáng bị dãn rộng ra và đến khi truyền qua sợi DCF vì sợi DCF có hệ số tán sắc âm nên xung ánh sáng sẽ bị co lại, tín hiệu sẽ không bị méo, tỉ lệ lỗi bít–BER giảm xuống còn BER =10-12 dẫn đến bên thu sẽ thu đƣợc tín hiệu tƣơng tự tín hiệu bên phát.
Với việc sử dụng sợi bù tán sắc DCF để bù cho tuyến truyền dẫn trong hệ thống thông tin quang còn một vài nhƣợc điểm: do đƣờng kính trƣờng mode của sợi DCF nhỏ, do đó mật độ công suất trong sợi lớn là nguyên nhân của hiệu ứng phi tuyến, đồng thời suy hao của DCF cũng khá lớn và việc sử dụng kết hợp với các OA truyền trên tuyến quang đƣờng dài sẽ làm tăng nhiễu ASE. Với tốc độ phát triển công nghệ nhƣ hiện nay, thì những nhƣợc điểm trên đang đƣợc nghiên cứu để làm giảm tối đa những nhƣợc điểm đó.
92
4.3. Mô phỏng ứng dựng bù tán sắc tuyến truyền dẫn Hà nội – Thái Nguyên của Tập đoàn Viễn thông Quân đội - Viettel có sử dụng sợi bù tán sắc DCF. của Tập đoàn Viễn thông Quân đội - Viettel có sử dụng sợi bù tán sắc DCF.
Hiện nay, Tập đoàn Viễn thông Quân đội – Viettel đang sử dụng sợi bù tán sắc DCF của hãng sản xuất ECI. Thông số các sợi bù tán sắc DCF của ECI:
Khối bù tán sắc Insert
loss (dB)
Chức năng
DCF-20 2.7 Khối bù tán sắc cho 350ps/nm DCF-40 4.1 Khối sợi bù tán sắc cho 700ps/nm DCF-60 5.5 Khối bù tán sắc cho 1050ps/nm DCF-80 6.9 Khối sợi bù tán sắc cho 1400ps/nm DCF-95 8 Khối bù tán sắc cho 1600ps/nm DCF-120 9.8 Khối bù tán sắc cho 2100ps/nm
DCF-40-LF 4.8 Khối bù tán sắc cho 160ps/nm (dùng cho sợi Leaf) DCF-80-LF 6.5 Khối bù tán sắc cho 360ps/nm (dung cho sợi Leaf) DCF-120-LF 8.2 Khối bù tán sắc cho 485ps/nm (dùng cho sợi Leaf)
Bảng 4. 1. Thông số các sợi bù tán sắc DCF của ECI
Tuyến Khoảng cách tuyến
main (Km)
Tổng suy hao trên toàn tuyến (dB) HNI – B.BNH 39.1 24 B.BNH – HNI 39.1 24 HNI – TNN 99 38.2 TNN – HNI 99 37.23 BNH – B.BGG 21.9 16.16 B.BGG – BNH 21.9 9.85 BGG – LSN 114.2 28.36 LSN – BGG 114.2 26.25 B.LSN –LSN09 76 21.53 LSN09 – B.LSN 76 19.49 LSN09 – B.TNN 91.6 24.48 B.TNN – LSN09 91.6 30.2 TNN – B.BKN 93.6 24.56
93
Bảng 4. 2. Tổng hợp báo cáo suy hao cáp DWDM các tuyến phía Bắc
Ta chọn tuyến Hà Nội – Thái Nguyên để tiến hành mô phỏng với các thông số sau: Hiện tại Tập đoàn viễn thông quân đội – Viettel đang sử dụng sợi quang có hệ số tán sắc 18ps/nm/km. Do vậy đặc tính của sợi quang khi mô phỏng sẽ là:
- Hệ số suy hao tối đa tại bƣớc sóng 1550nm: 0.38 dB/km - Hệ số tán sắc tại bƣớc sóng 1550nm: 18ps/nm/km
- Độ dốc tán sắc không: 0.075ps nm/ 2/km2
- Chiều dài của sợi quang: chọn 49.5 km( do chiều dài của tuyến là 99km chƣa có sợi bù tán sắc DCF và ta sử dụng vòng lặp Loops = 2).
Do tuyến Hà Nội – Thái Nguyên đang đƣợc sử dụng sợi bù tán sắc có mã DCF-80, khi đó ta sẽ có sợi bù tán sắc với đặc tính nhƣ sau:
- Hệ số suy hao tối đa tại bƣớc sóng 1550nm: 6.9 dB/km - Hệ số tán sắc tại bƣớc sóng 1550nm: - 1400ps/nm/km
- Độ dốc tán sắc không: 5.8ps nm/ 2/km2 - Chiều dài của sợi quang là: L2 ( .L D1 1) /D2
. Do chọn chiều dài L1 = 49.5 km, suy ra L2 = 0.63 km. Với các đặc tính truyền dẫn : - Tốc độ bit: 10 Gbit/s - Cự ly truyền dẫn: 9 km - Số lƣợng kênh bƣớc sóng:4 kênh B.BKN – TNN 93.6 25.12 BKN – B.CBG 98.5 27.65 B.CBG – BKN 98.5 25.26 CBG – CBG02 95.1 24.35 CBG02 – CBG 95.1 23.22 CBG02 – HGG 109 30.33 HGG – CBG02 109 27.15 HGG01- HGG14 83.8 22.17 HGG14- HGG01 83.8 23.3 HGG14 – B.TQG 74.96 18.37 B.TQG – HGG14 74.96 18.52
94 - Chiều dài chuỗi: 128 bits
- Số lƣợng mẫu trên mỗi bit: 64
Đầu phát tại Hà Nội
95
Đầu thu tại Thái Nguyên
96
Hình 4. 17. Sơ đồ bước sóng mạng
Qua sơ đồ trên ta sẽ có dải tần của nguồn laser ở đơn vị THz cho 4 laser đầu vào lần lƣợt là:
- Kênh 1 chọn tần số 192,2 THz - Kênh 2 chọn tần số 192,8 THz - Kênh 3 chọn tần số 194,6 THz - Kênh 4 chọn tần số 194,8 THz
97
Hình 4. 18. Sơ đồ tuyến Hà Nội – Thái Nguyên
Tiến hành chạy mô phỏng ta thu đƣợc kết quả của tín hiệu xung đầu ra.
98
KẾT LUẬN
Luận văn đã giới thiệu về hiện tƣợng tán sắc cũng nhƣ các ảnh hƣởng của nó đến hệ thống thông tin quang và các phƣơng pháp bù tán sắc nhƣ: kỹ thuật bù trƣớc, bù sau hay bù đƣờng dây và tập trung nghiên cứu về kỹ thuật bù tán sắc bằng sợi DCF.
Luận văn vẫn còn nhiều hạn chế do chỉ tập trung đi sâu vào nghiên cứu và mô phỏng một phƣơng pháp bù có sử dụng sợi bù tán sắc DCF vào hệ thống truyền dẫn thông tin quang và mới chỉ mô phỏng lại đƣợc một tuyến truyền dẫn thông tin quang Hà Nội – Thái Nguyên của Tập đoàn Viễn thông Quân đội Viettel. Do đó, các phƣơng pháp khác chƣa đƣợc trình bày và mô phỏng chi tiết trong luận văn, cũng nhƣ các tuyến truyền dẫn khác của Tập đoàn Viễn thông Quân đội Viettel chƣa đƣợc mô phỏng lại.
Trong quá trình hoàn thành luận văn, tôi đã cố gắng hết sức nhƣng không tránh khỏi những sai sót trong nội dung. Rất mong nhận đƣợc sự góp ý từ các thầy, cô giáo để luận văn của em đƣợc hoàn thiện tốt hơn.
99
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Remigius Zengerle and Phuong Chi Hoang “Photonic Crystal Structures for Potential Dispersion Management in Optical Telecommunication Systems”
University of Kaiserslautern, Erwin-Schroedinger-Str., Kaiserslautern, Germany D-67663
2. Lê Quốc Cƣờng, Đỗ Văn Việt Em, Phạm Quốc Hợp. Hệ thống Thông tin Quang 1. NXB Thông Tin và Truyền Thông, 2009.
3. Lê Quốc Cƣờng, Đỗ Văn Việt Em, Phạm Quốc Hợp, Nguyễn Huỳnh Minh Tâm. Hệ Thống Thông tin Quang 2. NXB Thông tin và Truyền Thông, 2009.
4. Phạm Quốc Hợp “Slide Bài giảng Thông Tin Quang 1”. Học viện Công nghệ Bƣu Chính Viễn Thông TPHCM, 2007.
5. Đinh Thị Thu Phong, Vũ Văn San “Xác định ảnh hưởng của tán sắc trong hệ thống thông tin quang tốc độ cao” ngày nhận bài 4/8/2005.
6. Vũ Văn San “Hệ thống thông tin quang sử dụng kỹ thuật WDM” Tạp chí Bƣu chính, Viễn thông tháng 9/1999.