Ta sẽ sử dụng cụng thức chung về eSNR (5-40) để tớnh toỏn ∆PBER rồi từ đú sẽ suy ra cho từng trường hợp BA, LA, hoặc PA.
5.5.5.2. Tớnh toỏn cụng suất ∆PBER
Cụng suất bự ∆PBER là giỏ trị cụng suất cần thiết để nõng tỷ số lỗi bit BER từ một giỏ trị ban đầu nào đú lờn giỏ trị mới nhằm bảo đảm cho hệ thống cú độ tin cậy cao hơn, vớ dụ từ BER=10-10 lờn BER=10-12 hoặc 10-14.
Nếu coi eSNR là tỷ số tớn hiệu trờn tạp õm ứng với BER=10-10 và eSNRnew cho trường hợp BER bằng giỏ trị theo yờu cầu của thiết kế thỡ:
(5-51) và
(5-52) khi đú:
Nếu đặt: thỡ cụng suất bự BER sẽ là:
∆PBER [dB] = PtxNew [dB] – Ptx [dB] = 10log k (5-54)
Từ (5-52) và (5-53) cú thể rút ra:
(5-55) Giải phương trỡnh (5-54) ta được:
trong đú k<0 đó bị loại.
Thay k vào (5-54) ta sẽ tớnh được phần cụng suất bự để bảo đảm giỏ trị BER theo thiết kế:
Với BA thỡ:
Trong đú:
Với LA thỡ:
Với PA thỡ:
Trong đú:
Từ kết quả tớnh toỏn ta thấy:
Cụng suất bự BER phụ thuộc nhiều vào cụng suất phỏt và nhiểu thụng số khỏc của tuyến chứ khụng phải chỉ đơn giản phụ thuộc vào eSNR như trường hợp chỉ cú tạp õm nhiệt.
Cụng suất bự BER cũn phụ thuộc rất nhiều vào cỏc loại tạp õm, vào cỏch sử dụng bộ khuếch đại làm BA, LA hoặc PA. Cỏc ảnh hưởng này được thể hiện trong cỏc hệ số A, B, C. Việc lựa chọn kiểu khuyếch đại BA, LA hay PA đó được khảo sỏt trong mục 5-5-4 và tuỳ từng loại bộ khuếch đại giỏ trị ∆PBER sẽ khỏc nhau.
Dựa vào phõn tớch cỏc loại tạp õm trong bộ khuếch đại quang sợi EDFA, với hệ số khuếch đại G>10 dB cần phải kể đến cỏc loại tạp õm trội hơn tạp õm nhiệt. Phương phỏp tớnh toỏn trờn đó tớnh đến cỏc loại tạp õm và cỏc kiểu mắc bộ khuếch đại.
Cũng cần lưu ý rằng cỏc kết quả tớnh toỏn trờn chỉ đỳng cho lớp truyền dẫn của hệ thống thụng tin cỏp sợi quang.
5.6. Kết luận.
Trong chương 5 đó nghiờn cứu về hệ thống thụng tin quang đồng bộ SDH. Trờn cơ sở những yờu cầu của hệ thống, những quy chuẩn, những khuyến nghị của ITU-T và những quy định về tiờu chuẩn của ngành Bưu điện Việt nam TCN, luận ỏn đó cú những đúng gúp sau.
1. Trờn cơ sở thống kờ và phõn tớch cỏc thụng số kỹ thuật của thiết bị viễn thụng của cỏc hóng sản xuất lớn như Alcatel, Siemens, ECI, Fujitsu và Nortel Telecom luận ỏn đó phỏt hiện ra rằng: Mặc dự đó cú cỏc quy chuẩn của ITU-T về cỏc giao diện quang ứng với cỏc mó khỏc nhau nhưng thụng số kỹ thuật của cỏc thiết bị SDH của cỏc hóng lại rất khỏc nhau tuy cựng một mó, cú thụng số chờnh lệch nhõu tới 10 lần. Điều này cho thấy khụng thể coi thiết bị của cựng một mó là như nhau và phải xõy dựng phương phỏp tớnh toỏn thiết kế hệ thống dựa trờn cỏc giao diện quang của cỏc thiết bị cụ thể.
2. Luận ỏn đó xõy dựng một khỏi niệm mới về cụng suất bự ∆PBER và phương phỏp tớnh toỏn tỡm giỏ trị ∆PBER từ đú cú thể bảo đảm thiết kế hệ thống với những giỏ BER theo yờu cầu. Điều này sẽ giỳp thiết kế nõng cấp hệ thống nhằm nõng cao độ tin cậy của hệ thống trong gần đỳng tạp õm nhiệt.
3. Luận ỏn đó xõy dựng cỏc bài toỏn thiết kế hệ thống thụng tin quang đồng bộ SDH, trong đú cú bài toỏn tỡm khoảng cỏch trạm lặp lớn nhất cho một Card, tỡm khoảng cỏch trạm lặp lớn nhất cho một nhúm Card và bài toỏn thiết kế tuyến cũng như hệ thống thụng tin quang đồng bộ SDH.
4. Trờn cơ sở phương phỏp tớnh toỏn thiết kế đó được xõy dựng, luận ỏn đó viết phần mềm thiết kế hệ thống thụng tin quang đồng bộ SDH, mang tờn BKOPTIC 3.0.
5. Đó dựng phần mềm tớnh toỏn thiết kế mụ phỏng một số hệ thống thụng tin quang, trong đú cú hệ thống thụng tin quang quốc gia gồm 4 vũng Ring. Kết quả phự hợp với số liệu và thiết bị trờn mạng.
6. Luận ỏn đó khảo xỏt định lượng cỏc kiểu đặt bộ khuếch đại quang sợi dựng làm BA, LA và PA. Đó xõy dựng phương phỏp tớnh tỷ số SNR cho cỏc trường hợp trờn và đó đưa ra những so sỏnh định lượng về eSNR, về cự ly truyền và cụng suất tỏch súng quang.
7. Luận ỏn đó phõn tớch dỏnh giỏ cỏc loại tạp õm của bộ khuếch đại BA, LA và PA và đó xõy dựng được phương phỏp xỏc định cụng suất bự PBER cho từng trường hợp. Từ đú giỳp cỏc nhà thiết kế hệ thống truyền dẫn quang xỏc định chớnh xỏc hơn quỹ cụng suất cũng như BER của hệ thống.
LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tụi xin chõn thành cảm ơn PGS.TS Đỗ Xuõn Thụ và PGS.TS Nguyễn Minh Hiển về những định hướng khoa học và phương phỏp nghiờn cứu trong thời gian làm luận văn thạc sỹ cũng như trong quỏ trỡnh nghiờn cứu để hoàn thành luận ỏn này.
Tụi vụ cựng biết ơn Bố mẹ và anh chị tụi đó luụn động viờn, giỳp đỡ trong quỏ trỡnh hoàn thành và bảo vệ luận ỏn.
Tụi xin trõn trọng cảm ơn cỏc chuyờn gia và cỏc nhà khoa học đó giành thời gian đọc và gúp ý cho bản luận ỏn.
Tụi xin chõn thành cảm ơn trường ĐHBK Hà nội đặc biệt trung tõm đào tạo và bồi dưỡng sau đại học đó giỳp đỡ, tạo nhiều điều kiện thuận lợi cho tụi trong quỏ trỡnh học cao học và chuyển tiếp nghiờn A cứu sinh cũng như trong quỏ trỡnh nghiờn cứu, hoàn thành và bảo vệ luận ỏn.
TỪ VIẾT TẮT
SMSR Side mode suppression ratio D H Double Hecterojunction SLED Surface Light Emitting Diode ELED Edge Light Emitting Diode SLM Single lateral Mode
BH Buried Heterojunction DFB Distributed Feed back DBR Distributed Bragg Reflector
VCSEL Vertical Cavity Surface Emitting Laser LPF Low-pass Electrical Fiber
PIN P-type Instrinsic N-type APD Avanlanche Photodiode
SCLA Semiconductor Laser Amplifier EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier
FDF Erbium Dope Fiber
NA Numberical Aperture
ASE AmplifedSspontaneous Emission
LAN Local Area Network
PON Passive optical Network
CO Central Office
HDT Host Digital Terminal OLT Optical line Terminal ODT Optical Distance Terminal ONU Optical Network Unit
PS Power Spliter
PC Power Combiner
OI Optical Isolator
SDH Synchronous Sigital Hierachy SONET Synchronous optical Network
OC Optical Carrier
STS Synchronous Transport Signal STM Synchronous Transport Mode
OAM Operation Administrator Maintenance MLM Multilongitridinal Mode SLM Singlelongitridinal Mode ORL BA Boot Amplifier LA Line Amplifier PA Pre-Amplifier
APD Avalanche Photodiode
BER Bit Error Rate
DCF Dispersion Compendation Fiber
DD Direct Detect
E/O Electronical-Optical converter SNR Signal Noise Ratio
LD Laser Diode
LED Light Emitting Diode
NA Numerical Aperture
NRZ No Return Zero
OA Optical Amplifier
OAR Optical Amplifier Reciever O/E Optical-Electronical converter OFA Optical Fiber Amplifier
PDH Plesynchronous Digital Hierachy PON Passive Optical Network
RIN Relative Intensity Noise
RMS Root Mean Square
RZ Return Zero
MỤC LỤC
Chương 1. Những xu hướng phỏt triển chớnh của thụng tin cỏp sợi quang...
1.1.Mở đầu...
1.2. Những ưu điểm chớnh của hệ thống thụng tin cỏp sợi quang ...
1.3. Cỏc hệ thống truyền dẫn số bằng cỏp sợi quang trong mạng viễn thụng...
1.3.1 Hệ thống truyền dẫn số bằng cỏp sợi quang điều chế cường độ tỏch súng trực tiếp IMDD...
1.3.2. Hệ thống thụng tin quang kết hợp ( Coherence )...
1.4. Những xu hướng phỏt triển chớnh của thụng tin cỏp sợi quang...
1.5. Phỏt triển cụng nghệ TTCSQ ở Việt Nam...
1.6. Cấu trỳc và nội dung của luận ỏn...
Chương 2. Nghiờn cứu sự mộo dạng tớn hiệu ỏnh sỏng truyền trong sợi quang...
2.1 Những tham số cơ bản của sợi quang...
2.1.1 Mode và tỏn xạ mode...
2.1.1.1 Mode trong sợi quang trũn – Phương phỏp quang học súng...
2.1.1.2 Mode trong sợi quang dẹt – Phương phỏp quang hỡnh...
2.1.2. Sự truyền dẫn ỏnh sỏng trong sợi quang trũn đơn mode...
2.2 Tỏn xạ trong sợi quang...
2.2.1 Tỏn xạ dẫn súng:...
2.2.2 Tỏn xạ vật liệu:...
2.2.3 Tỏn xạ mode...
2.2.4 Mối quan hệ giữa tỏn xạ, độ rộng băng tần và tốc độ truyền dẫn...
2.2.5. Quan hệ giữa tỏn xạ và tốc độ truyền dẫn...
2.3 Suy hao trong sợi quang...
2.3.1 Hệ số suy hao của sợi quang...
2.3.2. Phổ suy hao của sợi quang...
2.5 Kết luận...
Chương 3. Thiết kế tối ưu tuyến truyền dẫn cỏp sợi quang...
3.1. Cỏc cấu kiện cơ bản trong tuyến truyền dẫn cỏp sợi quang...
3.1.1. Nguồn quang ...
3.1.1.1.Tớnh phi tuyến của đặc tuyến cụng suất - dũng bơm...
3.1.1.2Băng tần của nguồn quang...
3.1.1.3.Tạp õm của nguồn quang...
3.1.1.4.Sự phụ thuộc vào nhiệt độ và già hoỏ...
3.1.1.5.Hiệu ứng chirp Laser...
3.1.1.6.Độ rộng phổ bức xạ của nguồn quang...
3.1.1.7.Phõn loại diode Laser đang sử dụng...
3.1.1.8.Tớnh định hướng của nguồn quang...
3.1.2. Bộ tỏch súng quang và bộ thu quang...
3.1.2.1. Bộ tỏch súng photodiode PIN...
3.1.2.2.Bộ tỏch súng dựng photodiode thỏc lũ APD...
3.1.2.3.Tỷ số tớn hiệu trờn tạp õm và độ nhạy thu quang...
3.1.2.4.Tỷ số bit lỗi và độ nhạy thu...
3.1.3. Bộ thu sử dụng khuếch đại sợi quang...
3.1.3.1. Cấu trỳc của bộ khuếch đại quang sợi ...
3.1.3.2.Hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại quang sợi EDFA...
3.1.3.3.Phổ khuếch đại của EDFA...
3.1.3.4. Tạp õm của bộ khuếch đại EDFA...
3.1.3.4.Phạm vi ứng dụng của EDFA trong thụng tin quang...
3.2. Xõy dựng bài toỏn thiết kế tối ưu tuyến truyền dẫn quang theo linh kiện...
3.2.1. Yờu cầu của bài toỏn thiết kế...
3.2.1.1. Thiết kế tuyến thụng tin cỏp sợi quang đũi hỏi nhiều quyết định nhưng về cơ bản phải dựa vào cỏc yờu cầu của bài toỏn đặt ra cho nhà thiết kế:...
3.2.1.2. Từ những điều kiện trờn, người ta phải tớnh toỏn và xỏc định phần tử của hệ thống như:...
3.2.1.3. Với tốc độ bit thấp...
3.2.2. Phương phỏp tớnh toỏn thiết kế tuyến TTCSQ...
3.2.2.1. Đặt vấn đề:...
3.2.2.3. Thiết kế theo quỹ thời gian...
3.2.2.4. Đỏp ứng quang điện...
3.2.2.5. Tạp õm và BER...
3.2.2.6.Tớnh SNR theo BER...
3.2.2.7. Độ nhạy mỏy thu:...
3.2.2.8.Tối ưu theo giỏ thành của tuyến...
3.2.2.9. Cỏc bước thiết kế...
3.3. Phạm vi ứng dụng của phần mềm thiết kế BKOPTIC2.1:...
3.3.1. Phạm vi ứng dụng của phần mềm...
3.3.2 Một thớ dụ về việc sử dụng phần mềm thiết kế BKOPTIC2.1...
3.4 Kết luận...
Chương 4. thiết kế mạng truy nhập thuờ bao...
4.1. Cỏc giải phỏp cải tiến mạng truy nhập thuờ bao cỏp đồng...
4.1.1.Giải phỏp phõn tỏn tổng đài...
4.1.2.Giải phỏp mạch vũng thuờ bao( Digital Loop Carrier )...
4.1.3. Giải phỏp sử dụng cỏc bộ lợi dõy...
4.2. Phương phỏp tớnh toỏn thiết kế mạng truy nhập thuờ bao...
4.2.1. Phõntớch thiết kế mạng truy nhập thuờ bao cỏp đồng...
4.2.2.Thiết kế tối ưu tuyến cỏp đồng...
4.2.2.1.Đặt vấn đề...
4.2.2.2.Nội dung thiết kế...
4.2.2.3.Cỏc số liệu tớnh toỏn...
4.2.2.4.Kết luận...
4.3. Thiết kế mạng truy nhập thuờ bao cỏp sợi quang...
4.3.1. Tổ chức mạng truy nhập thuờ bao cỏp quang...
4.3.1.1. Sợi quang đến vựng dõn cư FTTC(Fiber to the curb )...
4.3.1.2. Sợi quang đến toà nhà FTTB ( Fibre To The Building )...
4.3.1.3. Sợi quang đến tận nhà FTTH ( Fibre To The Home )...
4.3.2. Cỏc thiết bị thụ động...
4.3.3. Phương phỏp tớnh toỏn thiết kế hệ thống truyền dẫn mạng truy nhập thuờ bao cỏp quang...
4.3.3.1. Tớnh toỏn quỹ cụng suất...
4.3.3.2. Lưu đồ thuật toỏn thiết kế tối ưu hệ thống truyền dẫn mạng truy nhập thuờ bao cỏp quang. ...
4.4. Kết luận...
Chương 5. Phương phỏp tớnh toỏn thiết kế hệ thống truyền dẫn quang đồng bộ SDH...
5.1. Hệ thống truyền dẫn quang đồng bộ SDH...
5.1.1. Hệ thống truyền dẫn quang đồng bộ SONET và SDH...
5.1.2. Những đặc điểm của hệ thống truyền dẫn quang đồng bộ SDH...
5-2. Xõy dựng bài toỏn thiết kế hệ thống truyền dẫn quang đồng bộ SDH...
5.2.1. Những đặc điểm cơ bản của việc tớnh toỏn thiết kế hệ thống truyền dẫn quang đồng bộ SDH...
5.2.1.1. Những khuyến nghị của ITU-T...
5.2.1.2. Sự chờnh lệch về cỏc thụng số của thiết bị giữa cỏc hóng sản xuất...
5.2.1.3. Tham số BER...
5.2.2. Phõn tớch cỏc thụng số của Card giao diện quang...
5.2.2.1. Cỏc thụng số chung...
5.2.2.2. Cỏc thụng số đầu phỏt...
5.2.2.3. Thụng số giao diện giữa hai điểm S và R...
5.2.2.4. Thụng số giao diện đầu thu...
5.3. Quỏ trỡnh tỡm và xõy dựng cỏc thụng số của tuyến truyền dẫn quang đồng bộ SDH...
5.3.1. Cỏc yờu cầu thụng số tuyến...
5.3.2. Phõn tớch quỹ thời gian của tuyến...
5.3.3. Thiết lập tớnh toỏn quỹ cụng suất của tuyến...
5.3.4. Cụng suất bự BER và tớnh toỏn BER của tuyến...
5.3.4.1. Tỡm SNR khi biết BER...
5.3.4.2 Tỡm giỏ trị cụng suất bự ∆PBER...
5.3.5. Bài toỏn tỡm BER khi biết SNR...
5.4. Cỏc bài toỏn thiết kế...
5.4.1. Xỏc định khoảng cỏch trạm lặp lớn nhất cho một Card...
5.4.3. Thiết kế tuyến và hệ thống TTCSQ theo Card SDH...
5.4.4. Phần mềm thiết kế hệ thống TTCSQ đồng bộ SDH-BKOptic 3.0...
5.5. Sử dụng tối ưu cỏc bộ khuếch đại quang sợi BA, LA, PA trong truyền dẫn quang...
5.5.1. Đặt vấn đề... 5.5.2. Tớnh toỏn cỏc loại tạp õm... 5.5.2.1. Tạp õm lượng tử... 5.2.2. Tạp õm nhiệt... 5.5.2.3 Tạp õm phỏch... 5.5.3. Tớnh tỷ số tớn hiệu trờn tạp õm...
5.5.4. Kết quả tớnh toỏn và thảo luận...
5.5.5. Phương phỏp tớnh toỏn cụng suất bự BER cho hệ thống truyền dẫn sử dụng khuyếch đại quang sợi EDFA...
5.5.5.1. Tỷ số tớn hiệu trờn tạp õm của cỏc bộ khuếch đại...
5.5.5.2. Tớnh toỏn cụng suất ∆PBER...
5.6. Kết luận...
Phụ lục 1. Kết quả tớnh toỏn thiết kế tối ưu hệ thống CSC bằng phần mềm BKOptic2.1.
Phụ lục 2. Kết quả tớnh toỏn thiết kế tuyến truyền dẫn mạng truy nhập thuờ bao BKOptic.1.2.
Phụ lục 3. Kết quả tớnh toỏn thiết kế hệ thống TTCSQ Bắc nam bằng phần mềm BKOptic3.0.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng việt
1. Trần Quốc Dũng, Lờ Văn Hải, Tớnh toỏn thiết kế tuyến truyền dẫn quang đồng bộ SDH, Tạp chớ Khoa học – Cụng nghệ, Trung tõm KHTN - CNQG, No 4/2000 tập 38, Tr.20ữ27.
2. Trần Quốc Dũng, Lờ Văn Hải, Phương phỏp xỏc định tỷ số lỗi bit trong tớnh toỏn thiết kế truyền dẫn quang. Tạp chớ Khoa học – Cụng nghệ, trung tõm KHTN – CNQG No 6/2000 tập 38 Tr.1 ữ 4.
3. Trần Quốc Dũng, Bựi Việt Khụi, Mụ phỏng ảnh hưởng của tỏn xạ và suy hao trong truyền dẫn quang. Tạp chớ Khoa học và Cụng nghệ, Trung tõm KHTN và CNQG, No 1/2000, tập 38, Tr.56 ữ 62.
4. Trần Đức Hõn, Trần Văn Quyền, Trần Quốc Dũng, Lựa chọn tối ưu thiết bị cho hệ thống thụng tin quang, tuyển tập Hội nghị VTĐT toàn quốc lần thứ ba, 10/1990, Tr.264 ữ 266.
5. Trần Quốc Dũng, Trần Đức Hõn, Nguyễn Minh Hiển, Đỗ Xuõn Thụ, Lờ Văn Hải, Xõy dựng phần mềm thiết kế hệ thống truyền dẫn quang đồng bộ SDH, tuyển tập Hội nghị Khoa học 45 năm ĐHBKHN, 11/2001, tr.13 ữ 19.
6. Trần Quốc Dũng, Trần Đức Hõn, Nguyễn Vũ Sơn, Lờ Văn Hải, Phương phỏp tớnh toỏn tối ưu cỏc bộ khuếch đại quang sợi EDFA, Tuyển tập Hội nghị Khoa học 45 năm ĐHBKHN, 10/2001, Tr.27 ữ 31. 7. Trần Quốc Dũng, Trần Cảnh Dương, Trần Đức Hõn, Dương Quốc
Hoàng, Tối ưu hoỏ việc sử dụng cỏc bộ khuếch đại quang sợi EDFA trong truyền dẫn quang, Tuyển tập Hội nghị Khoa học, 45 năm ĐHBKHN, 10/2001, Tr.91 ữ 96.
8. Trần Quốc Dũng, Trần Đức Hõn, Nguyễn Minh Hiển, Bựi Việt Khụi, Đỗ Xuõn Thụ, Bỏo cỏo tổng kết đề tài NCKH cấp Bộ, B96 - 28 - TĐ - 06, 1997.
9. Trần Quốc Dũng, Trần Đức Hõn, Nguyễn Minh Hiển, Đỗ Xuõn Thụ, Bựi Viết Khụi, Nghiờn cứu mụ phỏng sự mộo dạng tớn hiệu truyền qua
sợi quang, Thụng bỏo Khoa học của trường Đại học, Bộ giỏo dục-Đào tạo chuyờn đề Điện - Điện tử - Tự động hoỏ, 1997, Trang 16 ữ 24. 10.Trần Quốc Dũng, Trần Đức Hõn, Nguyễn Minh Hiển, Bựi Việt Khụi,
Đỗ Xuõn Thụ, Bỏo cỏo tổng kết đề tài cấp Bộ, B99-28-TĐ-51, ĐHBKHN, 2001.
11.Trần Quốc Dũng, Trần Đức Hõn, Nguyễn Minh Hiển, Thiết kế tự động phõn hệ thống thụng tin cỏp sợi quang, Tạp chớ Khoa học và Cụng nghệ 4 trường Đại học, No 13/1997, tr. 3 ữ 7.
12.Trần Quốc Dũng, Nghiờn cứu phương phỏp thiết kế tối ưu hệ thống thụng tin quang, Luận văn tốt nghiệp cao học, ĐHBKHN, 1997.
13.Đinh Văn Hoàng, Trần Đức Hõn, Nguyễn Duy Hựng, Nguyễn Văn Quyền, Trần Quốc Dũng, Vai trũ của cỏc tham số động học trong hoạt động khụng dừng của Laser DFB 2 ngăn. Tuyển tập Hội nghị Khoa học