Báo cáo chuyên đề: WDM và phần mềm Optisystem

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

Thêm vào BST

Báo xấu

239
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:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

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

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
Báo cáo chuyên đề WDM và phần mềm optisystem Nhóm thực hiện: Nhóm 2 2
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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