i
NGUYỄN HỮU SƠN
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
NGUYỄN HỮU SƠN
KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KHUẾCH ĐẠI QUANG SỢI
TRONG TRUYỀN DẪN QUANG WDM
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG
KHÓA 2013B
Hà Nội – Năm 2014
ii
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
NGUYỄN HỮU SƠN
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KHUẾCH ĐẠI QUANG SỢI
TRONG TRUYỀN DẪN QUANG WDM
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: THÔNGKỸ THUẬT TRUYỀN
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. NGUYỄN QUỐC TRUNG
Hà Nội – Năm 2014
1
M C L C Ụ Ụ
M C L C 1Ụ Ụ ....................................................................................................................
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... 4
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ............................................................................................. 5
DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................................ 8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 8.......................................................................................
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 10
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG ............................... 11
1.1. Quá trình phát triển của hệ thống thông tin quang. ................................................ 11
1.2 Tổng quan về công nghệ WDM. ............................................................................ 13
1.2.1. Giới thiệu ....................................................................................................... 13
1.2.2. Quá trình phát triển mạng truyền dẫn. ............................................................ 16
1.2.3. Công nghệ WDM. .......................................................................................... 17
1.2.4. Các thành phần chính của hệ thống thông tin quang. ...................................... 21
1.2.5. Tính ƣu việt của hệ thống thông tin quang. ..................................................... 22
CHƢƠNG II: CÁC CÔNG NGHỆ KHUẾCH ĐẠI QUANG SỢI 25...............................
2.1. Khái quát chung về khuếch đại quang. .................................................................. 25
2.2. Nguyên lý khuếch đại quang. ................................................................................ 27
2.3. Các thông số chính của sợi quang. ........................................................................ 28
2.3.1. Hệ số độ lợi, hệ số khuếch đại. ....................................................................... 28
2.3.2. Băng thông độ lợi. .......................................................................................... 30
2.3.3. Công suất ngõ ra bão hoà. .............................................................................. 30
2.3.4. Hệ số nhiễu. ................................................................................................... 32
2.4. Phân loại khuếch đại quang. .................................................................................. 32
2.4.1. Khuếch đại quang bán dẫn. ............................................................................ 33
2.4.2. Khuếch đại quang sợi OFA (EDFA). .............................................................. 35
2.4.3. Nguyên lý hoạt động của EDFA. .................................................................... 37
2.5 Các đặc tính kỹ thuật của bộ khuếch đại EDFA...................................................... 42
2.5.1. Đặc tính tăng ích. ........................................................................................... 42
2.5.2. Đặc tính công suất ra. ..................................................................................... 44
2.5.3. Đặc tính tạp âm. ............................................................................................. 45
2
2.6. Kết cấu cơ bản và kết cấu tối ƣu của EDFA. ......................................................... 47
2.6.1. Kết cấu cơ bản của EDFA. ............................................................................. 47
2.6.2. So sánh các đặc tính của ba phƣơng thức bơm. ............................................... 48
2.6.3. Kết cấu EDFA tối ƣu. ..................................................................................... 48
2.6.4. EDFA khuếch đại tín hiệu theo hai chiều........................................................ 49
2.7. Các bộ khuếch đại quang sợi băng rộng. ............................................................... 50
2.7.1. Bộ khuếch đại sợi quang trộn Praseodymium (Pr) PDFA. .............................. 50
2.7.2. EDFA trộn nhôm (Al). ................................................................................... 50
2.7.3. EDFA pha tạp Flo. ......................................................................................... 51
2.7.4. EDFA băng rộng trộn tellurium. ..................................................................... 52
2.7.5. Bộ khuếch đại quang sợi Raman. 53...................................................................
2.7.6. Bộ khuếch đại sợi quang bán dẫn SOA. .......................................................... 53
2.7.7. EDFA mắc song song..................................................................................... 54
2.8. Giải pháp kĩ thuật cho tuyến truyền dẫn sử dụng khuếch đại quang sợi. ................ 55
2.8.1. Nhiễu tích lũy. 55...............................................................................................
2.8.2. Điều chỉnh tán sắc. ......................................................................................... 57
CHƢƠNG III: PHÂN TÍCH CÁC ĐẶC TÍNH, THAM SỐ KỸ THUẬT VÀ ỨNG
DỤNG CỦA BỘ KHUẾCH ĐẠI QUANG SỢI EDFA................................................ 59
3.1. Phƣơng trình cơ bản. ............................................................................................. 59
3.2. Tính toán hệ số tạp âm. ......................................................................................... 59
3.3. Hệ số khuếch đại................................................................................................... 60
3.4. Công suất bơm ngƣỡng. ........................................................................................ 62
3.5. Công suất bão hòa tín hiệu. ................................................................................... 62
3.6. Tính toán công suất bơm ngƣỡng, công suất tới hạn, công suất bão hoà, hệ số
khuếch đại của EDFA. ................................................................................................. 63
3.7. Các ứng dụng PA, BA, LA. 64..................................................................................
3.7.1. Tiền khuếch đại (PA). .................................................................................... 64
3.7.2. Khuếch đại công suất (BA). ........................................................................... 66
3.7.3. Khuếch đại đƣờng truyền (LA)....................................................................... 67
3.7.4. Tính số tín hiệu trên tạp âm. ........................................................................... 69
3.7.5. Tính công suất bù trong từng trƣờng hợp BA, LA, PA để đạt đƣợc một tỷ số lỗi
bit cho trƣớc. ........................................................................................................... 69
3.8. Các tham số của sợi EDF thông dụng. ................................................................... 71
3.9. Các sơ đồ ứng dụng của EDFA. ............................................................................ 71
3
3.10. Các tham số thiết kế hệ thống làm việc ở bƣớc sóng 1550nm. ............................. 72
3.10.1. Tham số của sợi quang. ................................................................................ 74
3.10.2. Nguyên lí làm việc của NZ – DSF. ............................................................... 75
3.10.3. Thiết kế hệ thống. 77........................................................................................
CHƢƠNG IV: KẾT LUẬN ......................................................................................... 85
4.1. Kết quả đạt đƣợc. .................................................................................................. 85
4.2. Hƣớng phát triển đồ án. 85........................................................................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 86
PHỤ LỤC A ................................................................................................................... I
PHỤ LỤC B ..................................................................................................................II
