intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE

Báo cáo chuyên đề: WDM và phần mềm Optisystem

Chia sẻ: Huỳnh Thị Thùy Dương | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:41

236
lượt xem
44
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Báo cáo chuyên đề "WDM và phần mềm Optisystem" có cấu trúc gồm 4 phần: Phần 1 giới thiệu chung về hệ thống thông tin quang WDM, phần 2 khuếch đại quang EDFA, phần 3 sợi quang G652, phần 4 giới thiệu và tìm hiểu phần mềm mô phỏng Optisystem.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Báo cáo chuyên đề: WDM và phần mềm Optisystem

  1. ­ ­Báo cáo chuyên đề WDM và phần mềm optisystem                               LỜI NÓI ĐẦU Chúng ta đang sống trong một nền kinh tế  hết sức năng động và sáng   tạo, đòi hỏi con người phải luôn luôn tìm tòi học hỏi và phát huy hết khả năng   của mình.  Chính  vì vậy  nhu  cầu  trao  đổi thông  tin ngày  càng lớn,   với  chất   lượng dịch vụ  ngày càng cao. Nhu cầu con người ngày càng tăng cao, đòi hỏi   phải có một công nghệ  mạng viễn thông tiến tiến. Yêu cầu tốc độ  truyền dẫn   lớn, băng thông rộng, đa phương tiện, đáp ứng mọi nhu cầu trao đổi thông tin   của con người.  Đáp ứng những nhu cầu này, công nghệ ghép kênh theo bước sóng quang   (WDM) là một giải pháp hoàn hảo cho phép tận dụng hiệu quả băng thông cực   lớn của sợi quang, nâng cao được dung lượng truyền dẫn và làm giảm giá   thành sản phẩm. Sự  phát triển này sẽ  mang lại những  ưu điểm vượt trội về   chất lượng truyền dẫn cao, đặc biệt là băng thông rộng.  Cấu  trúc của bài báo cáo bao gồm 4 phần như sau: Phần I: Giới thiệu chung về hệ thống thông tin quang WDM Phần II: Khuếch đại quang EDFA Phần III: Sợi quang  G 652 Phần IV: Giới thiệu và tìm hiểu phần mềm mô phỏng OPTISYSTEM  Nhóm thực hiện: Nhóm 2 1
  2. ­ ­Báo cáo chuyên đề WDM và phần mềm optisystem                               Nhóm thực hiện: Nhóm 2 2
  3. ­ ­Báo cáo chuyên đề WDM và phần mềm optisystem                               THUẬT NGỮ VIẾT TẮT. Viết tắt Tiếng anh Tiếng việt ADM Add/drop multiplexer Bộ ghép kênh xen kẽ AG Auxiliary Graph Dựng một đồ thị phụ AN Acces Node Nút truy nhập AOTF Acousto Optic Turnable Filter Bộ lọc thanh quang có điều chỉnh APD Avalanche Photodiode Điốt quang thác AWGM Arrayed ­ Wavelength Bộ ghép kênh lưới quang dẫn  Grating Multiplexer sóng kiểu dàn ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền không đồng  bộ ADP Avalanche Photo Diode Điốt quang thác AW Available Wavelength Bước sóng khả dụng C Core Đường trục DCA Distinct Channel Assignment Gán kênh riêng biệt DEMUX Demultiplexer Bộ giải ghép kênh DSF Dispersion Shifted Fiber Sợi dịch tán sắc DXC Digital Cross Connect Nối chéo số DLE Dynamic Lightpath Establishment Thiết lập luồng quang DWDM Differential Wavelength Division Multiplexer FBG Fibre Grating EDFA Erbium doped fiber amplifer FDM Division Multiplexer FFWF Fibre Grating GMPLS Erbium doped fiber amplifer GW Frequency Division Multiplexing IP First Fit Wavelength First ISDN Generalized Multiple Protocol LAN Label Swithching LC Gateway LCP Internet Protocol LCG Integrated service digital network LF Local Area Network LEC Logical Connection LL Least Congested Path LSP Logical Connection Graph ADM Largest First AG Least Converter First AN Least Loaded AOTF Label Swithched Path APD Add/drop multiplexer AWGM Auxiliary Graph ATM Acces Node Nhóm thực hiện: Nhóm 2 3
  4. ­ ­Báo cáo chuyên đề WDM và phần mềm optisystem                               ADP Acousto Optic AW Turnable Filter C Avalanche Photodiode DCA Arrayed ­ Wavelength DEMUX Grating Multiplexer Nhóm thực hiện: Nhóm 2 4
  5. ­ ­Báo cáo chuyên đề WDM và phần mềm optisystem                               Phần I: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ WDM 1. Định nghĩa Một hệ  thống truyền dẫn thông tin quang mà  ở  đó nhiều kênh bước sóng  được ghép lại và truyền chung trên nột đường truyền quang được gọi là hệ  thống  thông   tin   quang   ghép   kênh   theo   bước   sóng   (WDM   –   Wavelenght   Division  Multiplexing) Trong điều kiện các dịch vụ truyền số liệu ngày càng tăng nhanh đặc biệt là  Internet, truyền hình số, vệ tinh… và khi mà IP nổi lên như là nền tảng cho các dịch  vụ ứng dụng trong tương lai, các nhà quản lý cung cấp dịch vụ truyền dẫn lúc này   sẽ  phải suy nghĩ lại về  hệ  thống truyền dẫn truyền thống TDM (time division   multiplexing), hệ thống vốn tối  ưu cho truyền thoại nhưng lại kém hiệu quả  trong   sử dụng băng thông. 2. Các dải băng tần hoạt động trong WDM. ­ O­band (Original band):Dải băng tần từ 1260 nm   1360 nm. ­  E­band (Extended band): Dải băng tần từ 1360 nm   1460 nm.  ­  S­band (Short wavelength band)Dải băng tần từ 1460 nm   1530 nm. ­  C­band (Conventional band):Dải băng tần từ 1530 nm   1565 nm ­  L­band (Long wavelength band):Dải băng tần từ 1565 nm   1625 nm ­  U­band (Ultra­long wavelength band):Dải băng tần từ 1625 nm   1675 nm II. SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CHỨC NĂNG CÁC KHỐI 1. Sơ đồ khối tổng quát 2. Chức năng các khối Phát tín hiệu:  Trong hệ thống WDM, nguồn phát quang được dùng là laser. Hiện tại đã có  một số  loại nguồn phát như: Laser điều chỉnh được bước sóng (Tunable Laser),   Laser đa bước sóng (Multiwavelength Laser)... Yêu cầu đối với nguồn phát laser là  phải có độrộng phổ hẹp, bước sóng phát ra ổn định, mức công suất phát đỉnh, bước   sóng trung tâm, độ rộng phổ, độ rộng chirp phải nằm trong giới hạn cho phép. Ghép/tách tín hiệu: Ghép tín hiệu WDM là sự  kết hợp một số  nguồn sáng  khác nhau thành một luồng tín hiệu ánh sáng tổng hợp để truyền dẫn qua sợi quang.   Nhóm thực hiện: Nhóm 2 5
  6. ­ ­Báo cáo chuyên đề WDM và phần mềm optisystem                               Tách tín hiệu WDM là sự  phân chia luồng ánh sáng tổng hợp đó thành các tín hiệu   ánh sáng riêng rẽ tại mỗi cổng đầu ra bộ  tách. Hiện tại đã có các bộ  tách/ghép tín   hiệu WDM như: bộ lọc màng mỏng điện môi, cách tử Bragg sợi, cách tử nhiễu xạ,  linh kiện quang tổ  hợp AWG, bộ  lọc Fabry­Perot... Khi xét đến các bộ  tách/ghép   WDM, ta phải xét các tham số như: khoảng cách giữa các kênh, độ  rộng băng tần   của các kênh bước sóng, bước sóng trung tâm của kênh, mức xuyên âm giữa các   kênh, tính đồng đều của kênh, suy hao xen, suy hao phản xạ Bragg, xuyên âm đầu  gần đầu xa... Truyền dẫn tín hiệu:  Quá trình truyền dẫn tín hiệu trong sợi quang chịu sự ảnh hưởng của nhiều yếu tố:   suy hao sợi quang, tán sắc, các hiệu ứng phi tuyến, vấn đề liên quan đếnkhuếch đại  tín hiệu ... Mỗi vấn đề kể trên đều phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố sợi quang (loại  sợi quang, chất lượng sợi...) Khuếch đại tín hiệu: Hệ thống WDM hiện tại chủ yếu sử dụng bộ khuếch   đại quang sợi EDFA  (Erbium­Doped Fiber Amplifier). Tuy nhiên bộ  khuếch đại  Raman hiện nay cũng đã được sử  dụng trên thực tế. Có ba chế  độ  khuếch đại:  khuếch đại công suất, khuếch đại đường và tiền khuếch đại. Khi dùng bộ  khuếch   đại EDFA cho hệ thống WDM phải đảm bảo các yêu cầu sau: Thu tín hiệu: Thu tín hiệu trong các hệ thống WDM cũng sử dụng các bộ tách sóng quang như trong hệ thống thông tin quang thông thường: PIN, APD. 3. Phân loại hệ thống WDM: ­ Gồm 2 loại: đơn hướng và song hướng. Nhóm thực hiện: Nhóm 2 6
  7. ­ ­Báo cáo chuyên đề WDM và phần mềm optisystem                               + Về  dung lượng: WDM song hướng Tính về  độ  tối  ưu thì WDM song hướng hơn hẳn WDM đơn hướng. Tuy nhiên  trong 1 số trường hợp ta vẫn chỉ có thể  áp dụng hệ  thống đơn hương vì 1 số  đặc  điểm tối ưu trong điều kiện hiện tại. Ví dụ: Trong điều kiện khả năng xuyên nhiễu   giữa các bước sóng là rất cao, mà hệ thống đòi hỏi phải có dung lượng truyền dẫn   lớn. Lúc này ta chỉ có thể dùng WDM đơn hướng. III. CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG WDM 1. Bộ phát Phần phát quan trọng nhất là laser diode. Yêu cầu nguồn quang trong hệ  thống WDM là phải có độ  rộng phổ  hẹp,  ổn định tần số. Tuy nhiên laser diode có  khoang cộng hưởng Fabry Perot có nhiều ưu điểm hẳn so với LED nhưng chưa thật   sự là các nguồn đơn mode. Vẫn còn các mode khác ngoài mode cơ bản trong nguồn  này. Trong hệ thống WDM nhất là hệ thống ghép bước sóng có mật độ cao DWDM   cần có những laser đơn mode tạo ra một mode dọc chính, còn lại các mode bên cần  được loại bỏ. Laser đơn mode có nhiều loại, điển hình là laser hồi tiếp phân tán  (DFB )và laser phản xạ Bragg phân tán (DBR 2. Bộ thu Nhóm thực hiện: Nhóm 2 7
  8. ­ ­Báo cáo chuyên đề WDM và phần mềm optisystem                               Bộ  thu quang của hệ  thống WDM cũng tương tự  như  bộ  thu quang  ở  hệ  thống đơn kênh. Chúng thực chất là các photodiode (PD), thực hiện chức năng cơ  bản là biến đổi tín hiệu quang thu được thành tín hiệu điện. Bộ thu quang phải đảm   bảo yêu cầu về tốc độ lớn, độ nhạy thu cao và bước sóng hoạt động thích hợp. Hai  loại photodiode được sử  dụng rộng r ãi trong bộ  thu quang là photodiode  PIN và  photodiode thác APD. 3. Sợi quang Các mạng quang đều sử  dụng môi trường truyền dẫn là các sợi quang. Sợi   quang có đặc tính là suy hao và tán sắc thấp và là môi tr ường phi dẫn. Sợi quang  đơn mode chuẩn cũng như sợi dịch tán sắc, hoặc sợi tán sắc phẳng đã được ITU­T  chuẩn hoá. 4. Trạm lặp Trạm lặp là bộ  chuyển đổi tần số  quang điện cơ  bản bao gồm một bộ  thu   quang và bộ phát quang. Bộ thu quang chuyển đổi tín hiệu quang đầu vào thành tín   hiệu điện và được khuếch đại, sửa dạng xung, định thời lại. Tín hiệu này sau đó   được chuyển thành tín hiệu quang nhờ laser phát.  5. Bù tán sắc Bên cạnh suy hao của sợi là một hiệu  ứng tán sắc mà giới hạn chính của  khoảng cách các trạm lặp trong tuyến thông tin quang. Trễ  nhóm là một hiệu  ứng   chính gây ra bởi tán sắc. Trong truyền dẫn quang hiệu  ứng tán sắc tăng tuyến tính   với độ dài và độ rộng phổ  nguồn quang và là nguyên nhân làm méo xung và nhiễu  giữa các kí tự. 6. Khuếch đại quang OA (EDFA) Khuếch đại quang sợi pha Erbium là chìa khoá xây dựng nên hệ thống WDM.  Hệ  thống này có đặc tính: tính tăng ích cao, băng tần rộng, tạp âm thấp. Đặc tính  tăng ích không có quan hệ  với phân cực, trong suốt với tốc độ  số  và khuôn dạng.   Đây là các đặc tính rất có lợi trong thông tin quang nói chung và WDM nói riêng.  Tăng ích được tính toán như là tỷ số công suất ra trên công suất vào bộ khuếch đại.   Giá trị này xác định trực tiếp suy hao tối đa cho phép giữa hai bộ EDFA liên tiếp. Nó   phụ thuộc vào số kênh và độ dài của tuyến. Trong các tuyến thực tế giá trị này biến  đổi từ dưới 20 dB đến 30dB. Công suất đầu ra của bộ khuếch đại khi đầu vào công  suất cao. Hiện nay đã được thương mại hóa các bộ khuếch đại EDFA với dải đầu  vào từ 13 – 17 dB cho đầu ra công suất tới 30 dBm 7. Bộ lọc quang Trong kỹ thuật WDM có nhiều loại bộ lọc quang được sử dụng, nhưng phổ  biến nhất là bộ lọc màng mỏng điện môi (TFF). TFF làm việc theo nguyên tắc phản  xạ  tín hiệu  ở  một dải phổ nào đó và cho phần dải phổ  còn lại đi qua. Bộ  lọc này   thuộc loại bộ lọc bước sóng cố định. Cấu trúc của nó gồm một khoang cộng hưởng   bằng điện môi trong suốt, hai đầu khoang có các gương phản xạ  được chiết suất   thấp (MgF2 có n = 1,35 hoặc SiO2 có n = 1,46) xen kẽ nhau. Mỗi lớp có bề dày ne =  λ0/4 (đối với bộ  lọc bậc 0) hoặc n e  = 3λ0/4 (đối với bộ  lọc bậc 1), với λ0 là bước  sóng trung tâm. Hình 1.14 mô tả  cấu tạo bộ lọc màng mỏng điện môi. Các bộ  lọc  này hoạt động dựa trên nguyên tắc của buồng cộng h ưởng Fabry­Perot. Đây là bộ  lọc cộng hưởng có tính chọn lọc bước sóng. Sóng ánh sáng nào có thể  tạo ra trong   Nhóm thực hiện: Nhóm 2 8
  9. ­ ­Báo cáo chuyên đề WDM và phần mềm optisystem                               khoang cộng hưởng một sóng đứng (chiều dài khoang cộng hưởng bằng bội số  nguyên lần nửa bước sóng) thì sẽ lọt qua được bộ lọc và có công suất cực đại tại  đầu ra. 8.  Bộ xen rẽ quang OADM Thiết bị  ODAM thực hiện chức năng thêm vào và tách ra một kênh tín hiệu   từ tín hiệu WDM mà không gây ra nhiễu với những kênh khác trong sợi. 9. Bộ nối chéo quang OXC OXC có hai chức năng chính : • Chức năng nối chéo của kênh quang • Chức năng ghép tách đường tại chỗ 10. Chuyển mạch không gian Các   ma   trận   chuyển   mạch   không   gian   được   sử   dụng   trong   các   thiết   bị  OADM và OXC. Các thiết bị này dựa vào hoạt động cơ học bao gồm motor, điện tử  tĩnh hoặc áp điện làm lệch các vi gương cho chuyển mạch các tín hiệu quang. Do  yêu cầu chuyển động cơ học của phần tử chuyển mạch thời gian đạt được dải khá   rộng từ 30ms đến 500ms. Thiết bị dẫn sóng tạo tác dụng của nhiệt năng hoặc hiệu  ứng quang­ điện là có thời gian chuyển mạch tương đối nhanh, bảng 1.1 bao gồm   các đặc tính của các ma trận chuyển mạch khác nhau. IV. ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG WDM 1.  Ưu điểm: + Hệ thống WDM có dung lượng truyền dẫn lớn hơn nhiều so với hệ thống TDM. + Không giống như  TDM phải tăng tốc độ  số  liệu khi lưu lượng truyền dẫn tăng,   WDM chỉ cần mang vài tín hiệu, mỗi tín hiệu  ứng với mỗi bước sóng riêng (kênh  quang)  + WDM cho phép tăng dung lượng của mạng hiện có mà không cần phải lắp đặt  thêm sợi quang 2.  Nhược điểm: + Dung lượng hệ thống còn nhỏ, chưa khai thác triệt để băng tần rộng lớn của sợi  quang. + Chi phí cho khai thác, bảo dưỡng tăng do có nhiều hệ thống cùng hoạt động PHẦN   II:   KHUẾCH   ĐẠI   QUANG   SỬ   DỤNG   SỢI   PHA   ERBIUM   (EDFA) I. CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ KHUẾCH ĐẠI EDFA Nhóm thực hiện: Nhóm 2 9
  10. ­ ­Báo cáo chuyên đề WDM và phần mềm optisystem                               1. cấu trúc Soi pha Er3+     Bộ cách li Bộ cách li coupler Laser bơm Cấu trúc tổng quát của một bộ khuếch đại EDFA  . Trong đó bao gồm: ­ Sợi quang pha ion đất hiếm Erbium EDF (Erbium­Doped Fiber): là nơi xảy ra quá trình khuếch đại (vùng tích cực) của EDFA.  ­ Laser bơm (pumping laser): cung cấp năng lượng ánh sáng để tạo ra trạng thái nghịch đạo nồng độ trong vùng tích cực. Laser bơm phát ra ánh sáng có bước sóng 980nm hoặc 1480nm ­ WDM Coupler: Ghép tín hiệu quang cần khuếch đại và ánh sáng từ laser bơm vào trong sợi quang. Loại coupler được sử dụng là WDM coupler cho phép ghép các tín hiệu có bước sóng 980/1550nm hoặc 1480/1550nm. ­ Bộ cách ly quang (Optical isolator): ngăn không cho tín hiệu quang được khuếch  đại phản xạ ngược về phía đầu phát hoặc các tín hiệu quang trên đường truyền phản  xạ ngược về EDFA.  2. Nguyên lý hoạt động của EDFA Nguyên lý khuếch đại của EDFA được dựa trên hiện tượng phát xạ  kích  thích Quá trình khuếch đại tín hiệu quang trong EDFA có thể  được thực hiện  theo các bước như sau (xem hình 1.4) Nhóm thực hiện: Nhóm 2 10
  11. ­ ­Báo cáo chuyên đề WDM và phần mềm optisystem                               Quá trình khuếch đại tín hiệu xảy ra EDFA với hai bước sóng bơm 980   nm và 1480 nm ­ Khi sử  dụng nguồn bơm laser 980nm, các ion Er3+  ở  vùng nền sẽ  hấp  thụ  năng lượng tử  từ  các photon (có năng lượng Ephoton  = 1.27eV) và  chuyển sang trạng thái năng lượng cao hơn ở vùng bơm (pumping band)   (1) ­ Tại vùng bơm các Er3+  phân rã không bức xạ rất nhanh (khoảng 1micro   s) và chuyển xuống vùng giả bền (2) ­ Khi sử dụng nguồn bơm laser 1480 nm, các ion Er3+  ở vùng nền sẽ hấp  thụ  năng lượng từ  các photon (có năng lượng E photon  = 0.841 eV) và  chuyển sang trạng thái năng lượng cao hơn ở đỉnh của vùng giả bền (3) ­ Các ion Er trong vùng giả  bền luôn có khuynh hướng chuyển xuống   vùng năng lượng thấp (vùng có mật độ điện tử cao) (4) ­ Sau khoảng thời gian sống (khoảng 10ms), nếu không được kích thích  bởi các photon có năng lượng thích hợp (phát xạ kích thích) các ion Er3+  sẽ  chuyển sang trạng thái năng lượng thấp hơn  ở vùng nền và phát xạ  ra photon (phát xạ tự phát) (5). Khi cho tín hiệu ánh sáng đi vào EDFA,  sẽ xả đồng thời hai hiện tượng sau: ­ Các photon tín hiệu bị hấp thụ bởi các ion Er  ở vùng nền (6). Tín hiệu  ánh sáng bị suy hao ­ Các photon tín hiệu kích thích các ion Er 3+  ở  vùng giả  bền (7) . Hiện   tượng phát xạ  kích thích xảy ra. Khi đó, các ion Er3+  bị  kích thích sẽ  chuyển sang trạng thái năng lượng từ mức năng lượng cao  ở  vùng giả  bền xuống mức năng lượng thấp ở vùng nền và phát xạ photon mới có   cùng hướng truyền, cùng phân cực, cùng pha và cùng bước sóng. Tín  hiệu ánh sáng được khuếch đại. Nhóm thực hiện: Nhóm 2 11
  12. ­ ­Báo cáo chuyên đề WDM và phần mềm optisystem                               Độ  rộng giữa vùng giả  bền và vùng nền cho phép sự  phát xạ  kích thích  xảy ra trong khoảng bước sóng 1530 nm – 1565nm. Đây cũng là vùng bước   sóng hoạt động của  EDFA. Độ  lợi khuếch đại giảm nhanh chóng tại các   bước sóng lớn hơn 1565 nm và bằng 0 dB tại bước sóng 1616 nm. II. TÍNH TOÁN SỐ BỘ  KHUẾCH ĐẠI EDFA VÀ VỊ  TRÍ ĐẶT CHÚNG  TRONG   TUYẾN   CÁP   SỢI   QUANG   SỬ   DỤNG   CHUỖI   EDFA,   TÌM  HIỂU TÍCH LŨY VÀ BER TẠI MÁY THU CỦA HỆ THỐNG NÀY Khi sử  dụng EDFA để  thay thế  bộ  lặp trong hệ  thống thông tin sợi   quang, vấn đề quan tâm nhất là ảnh hưởng của các nhiễu giao thoa tại đầu ra  của bộ khuếch đại đến đầu vào của máy thu. Nếu thiết kế tuyến truyền dẫn  có độ dài lớn thì cần phải sử dụng nhiều EDFA, nhiễu tạo bởi các EDFA này  sẽ  hợp thành nhiễu tích lũy có giá trị  lớn. Nhiễu tích lũy có  ảnh hưởng lớn  đến tỷ số tín hiệu trên nhiễu eSNR và đặc tính BER của tín hiệu tại đầu vào  máy thu. 1. Tuyến thông tin sợi quang sử dụng hệ thống EDFA mắc chuỗi: Về  mặt lý thuyết, thì cự  ly truyền dẫn rất dài có thể  thực hiện được  bằng cách xen nhiều bộ khuếch đại quang theo phương pháp LA. Tuy nhiên,   khi có nhiều bộ khuếch đại được mắc chuỗi trên tuyến, đặc tính hệ thống sẽ  bị  giảm do có sự  xuất hiện nhiễu tích lũy từ  các EDFA và các hiệu  ứng phi  tuyến. EDFA 1          EDFA 2                                EDFA k n0,l0 n1,l1 nk,lk TX RX Hình 1.5 Cấu hình các bộ khuếch đại EDFA mắc chuỗi Khuếch đại tổng G và suy hao tổng L của hệ thống được xác định như sau: Nhóm thực hiện: Nhóm 2 12
  13. ­ ­Báo cáo chuyên đề WDM và phần mềm optisystem                               k k G Gi L Li i 1 i 1 Ở đây Gi và Li là bộ khuếch đại EDFA thứ i và suy hao quang của phân đoạn   thứ i. Do có tích lũy nhiễu, công suất phát xạ tự phát tổng được xác định như  sau: k k k Psp Pspi Gj Li i 1 j i 1 i 1 Với Pspi như ta đã biết là công suất phát xạ  tự  phát của EDFA thứ i nó   được tính bằng công thức:                                          Pspi = mthvnspi(Gi ­ 1)B0                   (*) Với mt, hv, nspi lần lượt là số  mode truyền dẫn, năng lượng photon và  hệ số bức xạ tự phát của EDFA. 2 Tính toán Nhiễu trong trường hợp hệ thống sử dụng một EDFA:   EDFA           ,d0                                           ,d1 Ptx                                    Pin               Pout                               Ps Hình 1.6 Cấu trúc một hệ thống LA a. Nhiễu lượng tử: Nhiễu lượng tử  còn gọi là nhiễu bắn (shot) do dòng tín hiệu vào và   dòng phát xạ tự phát sinh ra. Suy ra nhiễu lượng tử sinh ra trong trường hợp   LA là: 2 GPtx mV ới:                                   s t nsp h (G 1) B0 12 ố lầ (pA 2 n suy hao trên đoạn d0. )         (1) sh 2eBe 10 n0 n1 n1                                           số lần suy hao trên đoạn d1. Nhóm thực hiện: Nhóm 2 13 d0                                        : hệ số chuyển đổi quang điện n0 10 10              = e /h            :h/suất l/tử,  : t/số t/h quang
  14. ­ ­Báo cáo chuyên đề WDM và phần mềm optisystem                               d1 n1 10 10 b. Nhiễu nhiệt: Nhiễu nhiệt được tính như sau: 2 4 KTBe 12 (pA2)                                     (2) th 10 RL c. Nhiễu phách: + Mật độ công suất tương đương của nhiễu phách tín hiệu ­ tự phát là: 2 2 4 2 N 0 GPtx Be 4 n sp h G (G 1) Ptx Be s sp n1 n 22 n1 n 22 2 2 4 n sp h G (G 1) Ptx Be s sp 2 1012(pA2)                            (3) nn 1 2 + Thành phần nhiễu phách tự phát ­ tự phát là: 2 2mt nsp2 (h ) 2 (G 1) 2 B0 Be 2)             2 sp sp 2 1012 (pA (4) n 2 d. Nhiễu tổng tại ngõ ra của bộ tách sóng là: 2 2 2 2 2  =  tot th  +  sh  +  s­sp + sp­sp   (5) 3.  Tính   toán   nhiễu   trong   trường   hợp   hệ   thống   sử   dụng   k   bộ  EDFA: a. Nhiễu phách tín hiệu ­ tự phát: 2 4 Be 2 Gk Gk 1 ...G1 Ptx Pspk Psp ( k 1) Gk Psp1Gk Gk 1 ...G2 (6) s sp . .( ... )1012 ( pA 2 ) mt B0 n0 n1n2 ...nk nk nk 1nk n1n2 ...nk Nhóm thực hiện: Nhóm 2 14
  15. ­ ­Báo cáo chuyên đề WDM và phần mềm optisystem                                                                                b. Nhiễu lượng tử: G1G2 ...Gk Ptx Pspk Psp ( k 1) Gk Psp1G2 G3 ...Gk 2 sh 2eBe ( ... 1012 ( pA 2 )(7) n0 n1n2 ...nk nk nk 1 n k n1n2 ...nk c. Nhiễu phách tự phát ­ tự phát: 2 2 2 Be 2 Pspk Psp ( k 1) Psp1G2 G3 ...Gk (8) sp sp ... 1012 ( pA 2 ) B0 mt nk nk 1 nk n1n2 ...nk          Để  tiện tính toán, giả  thiết rằng có k EDFA giống nhau   tức là: G=G j,  nsp=nspj, Psp=Pspj; lúc này ta có công thức tính các nhiễu trong trường hợp sử  dụng k bộ EDFA (4.6), (4.7) và (4.8) được rút gọn như sau: 2 4 Be 2 Ptx kPsp 12 (9) s sp . . 10 ( pA 2 ) mt B0 n0 nk 2 Ptx kPsp (10) (11) sh 2eBe 1012 ( pA 2 ) n0 nk 2 2 2 Be 2 kPsp sp sp 1012 ( pA 2 ) (12) B0 mt nk 2 4 KTBe th 1012 ( pA 2 ) R1 4. Tỷ  số  tín hiệu trên nhiễu trong các trường hợp sử  dụng k bộ  EDFA giống nhau: Nhóm thực hiện: Nhóm 2 15
  16. ­ ­Báo cáo chuyên đề WDM và phần mềm optisystem                               Công thức trên được dùng để tính tỷ số tín hiệu trên nhiễu (điện) trong  trường hợp tổng quát, đối với hệ  thống thông tin sợi quang sử  dụng k bộ  EDFA mắc chuỗi và bộ  lọc quang đặt sau nó khác nhau. Như  đã nói  ở  trên,  đây là một quá trình tính toán phức tạp. Trong khuôn khổ đồ án này, công thức  tính tỷ số tín hiệu trên nhiễu ở trường hợp này là: ( Ptx / n0 ) 2 SNR (dB) 4 Be 2 Ptx kPsp Ptx Psp . . 2eBe (13) mt B0 n0 nk n0 nk 2 2 Be 2 kPsp 4 KTBe B0 mt nk R1 Ta có công thức tính BER khi biết eSNR như sau: 2 1 e x (14) BER 2 .x Với x 0,354 eSNR 5. Bài toán mô phỏng: Tìm số bộ khuếch đại cần thiết khi cho trước: Khoảng cách truyền dẫn   AB, Công suất phát Ptx, tốc độ bit của hệ thống Rb, tỷ lệ lỗi bit BER, Suy hao  trung bình toàn tuyến  , hệ  số  khuếch đại G của các bộ  khuếch đại EDFA,  Các thông số khác có liên quan. + Công suất phát tối đa của máy phát là 9dBm, công suất dự  phòng   6dBm. Vậy công suất phát Ptx là: 9 ­ 6=3dBm. + Độ  nhạy thu là một hàm của tỷ  lệ  lỗi bit BER và tốc độ  Rb. Nếu ta  chọn Be = 2,5Ghz, yêu cầu BER=10­12 thì độ nhạy thu bằng ­27,5dBm. Gọi l0 là khoảng truyền dẫn mà hệ thống làm việc tốt (máy thu vẫn thu  tốt tín hiệu từ máy phát) mà không cần EDFA. Nhóm thực hiện: Nhóm 2 16
  17. ­ ­Báo cáo chuyên đề WDM và phần mềm optisystem                               Ta có:   l0 = (Ptx ­ Pr)/ Như vậy khoảng cách truyền dẫn cần bù lượng tổn hao do nó gây ra: AB ­ l0 Suy hao do khoảng cách này gây ra: (AB ­ l0)                                        (AB ­ l0)   Như vậy số EDFA cần sử dụng là: k =                                                                                                                     G Nếu ta chọn độ  nhạy máy thu Pr = ­27,5 dBm. Công suất tới bộ  tách sóng Ps  phải lớn hơn độ nhạy thu này. Ta chọn Ps = ­25dBm. Ta có Ptx = 3 dBm. Vậy:                                                    3 ­ (­25)                                            l0 =   = 130km,     Chọn l0 = 100km                                                       0,21 Tính tỷ số eSNR khi biết các thông số khác: Các thông số được cho như sau: Công suất phát Ptx = 3dBm; Tốc độ bit  Rb = 2,5Ghz; Tỷ lệ lỗi bit BER = 10­12; Băng tần điện Be = Rb = 2,5 (5 và 7,5)  Ghz; Suy hao trung bình toàn tuyến   = 0,21dB/km; Băng tần quang B0:                         c B0 =   =                                2 Chọn   = 0,4nm ta có B0 = 50Ghz Các thông số khác: Hiệu suất lượng tử   = 0,9; Bước sóng của tín hiệu  quang   = 1550nm; Số mode phân cực: do dùng sợi đơn mode nên chỉ có một  mode phân cực ngang mt = 1; Trở kháng tải của bộ  tách sóng Rl = 50 ; Tốc  độ ánh sáng c = 3.108 m/s; Nhiệt độ tuyệt đối T = 3000K. Với các thông số đã cho ở trên thế vào (*), (9), (10),(11),(12) tính được: 2                             sp­sp  = 8,22.10­6k2(pA2) 2 0,8984.10 3 Ptx sh 7,2575.10 6 k ( pA 2 ) n0 2 2,035.10 3 Ptx s sp k ( pA 2 ) n0 2                             th  = 0,828(pA2)                           S = 1,26.1012(Ptx/n0)2 Thế vào công thức (13) ta có:  1,26.1012 ( Ptx2 n0 ) 2 eSNR 2,035.10 3 Ptx 6 2 0,8984.10 3 Ptx k 8,22.10 k 0,828 7,2575.10 6 k n0 Nhóm thực hiện: Nhóm 2 17 n0
  18. ­ ­Báo cáo chuyên đề WDM và phần mềm optisystem                               Áp dụng công thức (14) tính BER khi biết eSNR. Lưu đồ thuật toán Bắt  đầu Nhập khoảng cách, công  suất phát P và độ khuếch  đại. Chọn tốt độ bit thế công suất  Thay phát P=Pđạt Tính số bộ EDFA  cần thiết Tính tỷ số tín hiệu trên nhiễu  eSNR, tỷ lệ lỗi bit BER Tính công suất phát Pđạt để BER = 10­12 Hiển thị các thông số tính  được Y 12 N BER   10­ Thiết kế thành  Thiết kế chưa thành  công. Bạn muốn  công. Bạn muốn  thử lại không thử lại không N Thử lại Y Hiện thị hình vẽ Nhóm thực hiện: Nhóm 2 18 Kết thúc
  19. ­ ­Báo cáo chuyên đề WDM và phần mềm optisystem                               III. Ưu khuyết điểm của EDFA 1. Ưu điểm: ­ Nguồn laser bơm bán dẫn có độ tin cậy cao, gọn và công suất cao. ­ Cấu hình đơn giản: hạ giá thành của hệ thống. ­ Cấu trúc nhỏ gọn: có thể lắp đặt nhiều EDFA trong cùng một trạm, dễ vận  chuyển và thay thế. ­ Công suất nguồn nuôi nhỏ: thuận lợi khi áp dụng cho các tuyến thông tin quang  vượtbiển. ­ Không có nhiễu xuyên kênh khi khuếch đại các tín hiệu WDM như bộ khuếch đại  quangbán dẫn. ­ Hầu như không phụ thuộc vào phân cực của tín hiệu. 2. khuyết điểm: ­ Phổ độ lợi của EDFA không bằng phẳng. ­ Băng tần hiên nay bị giới hạn trong băng C và băng L. ­ Nhiễu được tích lũy qua nhiều chặng khuếch đại gây hạn chế cự ly truyền dẫn. Nhóm thực hiện: Nhóm 2 19
  20. ­ ­Báo cáo chuyên đề WDM và phần mềm optisystem                               PHẦN 3:  TÌM HIỂU SỢI QUANG ĐƠN MODE G652 I. GIỚI THIỆU CHUNG Khuyến nghị ITU­T G.652 mô tả các thuộc tính hình học, cơ khí và một chế độ  cáp quang và cáp, có bước sóng không phân tán xung quanh 1310 nm. Sợi ITU­T  G.652 đã được tối ưu hóa cho sử dụng trong khu vực bước sóng 1310 nm, nhưng  cũng có thể được sử dụng trong khu vực nm 1550. Đây là phiên bản mới nhất của  một Khuyến nghị lần đầu tiên được tạo ra vào năm 1984 và những giao dịch với  một số sửa đổi tương đối nhỏSửa đổi này là nhằm duy trì sự thành công thương  mại của các sợi này trong thế giới phát triển hệ thống truyền dẫn quang hiệu suất  cao 1. Cấu tạo Sợi quang sử dụng là loại đơn mode. Lõi của sợi quang làm bằng SiO2 và các  chất phụ gia khác, đảmbảo có âchỉ số chiếc suất của lõi sợi quang lớn hơn chỉ số  chiếc suất của lớp vỏ phản xạ. Lớp vỏ phản xạ của sợi quang làm bằng SiO2. Lớp  bảo vệ sơ cấp làm bằng vật liệu chống được tia cực tím, đảm bảo sợi quang không  bị suy hao do uốn cong và trầy xước. Lớp bảo vệ sơ cấp dễ dàng được bóc ra bằng  dụng cụ cơ khícầm tay (không dùng đến hoá chất) mà không gây ảnh hưởng đến  sợi quang. Sợi quang được mã hoá màu dễ dàng được phân biệt nhau bằng mắt thường,  không được phai màu trong suốt thời gian sử dụng của cáp.                         vỏ sợi Nhóm thực hiện: Nhóm 2 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2