Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

Bao cao quang

  • Login to see the comments

Bao cao quang

  1. 1. BÁO CÁO THỰC HÀNH Kỹ Thuật Thông Tin Quang Nâng CaoĐề Tài: Xây dựng hệ thống thông tin quang sử dụng khuếchđại quang EDFA. Giảng viên hướng dẫn: Lê Thanh Thủy Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 – L10CQ VT03 B
  2. 2. Danh sách sinh viên nhóm 2: 1. Nguyễn Anh Sơn 2. Trần Trung Vinh 3. Nguyễn Bá Việt 4. Nguyễn Thị Nga 5. Đỗ Thành Huân 6. Vũ Đăng Trường 7. Dương Thanh Tú 8. Nguyễn Quang Vinh 9. Trần Huyền Trang 10. Phạm Văn Công 11. Vũ Văn Quyền 12. Nguyễn Văn Vĩ
  3. 3. I. Tổng quan hệ thống WDM1. Định nghĩa Một hệ thống truyền dẫn thông tin quang mà ở đó nhiều kênh bước sóngđược ghép lại và truyền chung trên một đường truyền quang được gọi là hệthống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng (WDM – WavelenghtDivision Multiplexing)2. Các dải băng tần hoạt động trong WDM O-band (Original band):Dải băng tần từ 1260 nm ÷ nm. E-band (Extended band): Dải băng tần từ 1360 nm ÷ 1460 nm. S-band (Short wavelength band)Dải băng tần từ 1460 nm ÷ 1530 nm. C-band (Conventional band):Dải băng tần từ 1530 nm ÷ 1565 nm L-band (Long wavelength band):Dải băng tần từ 1565 nm ÷ 1625 nm
  4. 4. 3. Phân loại hệ thống WDM Theo hướng truyền dẫn: Gồm 2 loạiHệ thống đơn hướng • Đặc điểm : - Chỉ truyền theo một chiều trên sợi quang. - Khả năng cung cấp dung lượng cao gấp đôi so với hệ thốngsong hướng. - Số sợi quang cần dùng gấp đôi so với hệ thống song hướng.
  5. 5.  Hệ thống song hướng • Đặc điểm: - Khi có sự cố, hệ thống song hướng không cần đến cơ chế chuyển mạch bảo vệ tự động APS. - Thiết kế hệ thống song hướng khó hơn. - Các hệ thống khuếch đại trong hệ thống song hướng có cấu trúc phức tạp hơn so với hệ thống đơn hướng nhưng có công suất quang đầu ra lớn hơn so với hệ thống đơn hướng.
  6. 6. 4. Ưu nhược điểm hệ thống WDM * Ưu điểm - Tăng băng thông truyền trên sợi quang số lần tương ứng số bước sóng đượcghép vào để truyền trên 1 sợi quang - Tính trong suốt - Khả năng mở rộng Hiện tại chỉ duy nhất công nghệ WDM cho phép xây dựng mô hình mạngtruyền tải quang OTN (Optical Transport Network) * Nhược điểm - Chưa khai thác hết băng tần hoạt động có thể của sợi quang - Quá trình khai thác, bảo dưỡng phức tạp hơn gấp nhiều lần - Nếu hệ thộng sợi quang đang sử dụng là sợi DSF theo chuẩn G.653 thì rấtkhó triển khai WDM vì xuất hiện hiện tượng trộn 4 bước sóng khá gay gắt.
  7. 7. 5. Các thành phần cơ bản trong hệ thống WDMSơ đồ khối và chức năng các khốiChức năng của các khối:• Phát tín hiệu: Trong hệ thống WDM, nguồn phát quang được dùng là Laservới các yêu cầu như là có độ rộng phổ hẹp, bước sóng phát ra ổn định, mứccông suất phát đỉnh, bước sóng trung tâm, độ rộng phổ, độ rộng chip phải nằmtrong giới hạn cho phép.• Ghép / tách tín hiệu: Ghép tín hiệu WDM là sự kết hợp một số nguồn sángkhác nhau thành một luồng tín hiệu ánh sáng tổng hợp để truyền qua sợiquang. Tách tín hiệu WDM là sự phân chia luồng ánh sáng tổng hợp đó thànhcác tín hiệu ánh sáng riêng rẽ tại mỗi cổng đầu ra bộ tách. Hiện tại đã có cácbộ tách/ghép tín hiệu WDM như: bộ lọc màng mỏng điện môi, cách tử Braggsợi, cách tử nhiễu xạ, linh kiện quang tổ hợp AWG, bộ lọc Fabry-Perot...
  8. 8. • Truyền dẫn tín hiệu: Quá trình truyền dẫn tín hiệu trong sợi quang chịu sựảnh hưởng của nhiều yếu tố: suy hao sợi quang, tán sắc, các hiệu ứng phituyến, vấn đề liên quan đến khuếch đại tín hiệu ... Mỗi vấn đề kể trên đều phụthuộc 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 khuếchđại quang sợi EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier). Tuy nhiên bộ khuếchđại Raman hiện nay cũng đã được sử dụng trên thực tế. Có ba chế độ khuếchđại: khuếch đại công suất, khuếch đại đường và tiền khuếch đại.• Thu tín hiệu: Sử dụng các bộ tách sóng quang như trong hệ thống thông tinquang thông thường : PIN, APDCác thành phần cơ bản trong hệ thống WDM - Bộ phát quang - Bộ thu quang - OMUX / ODEMUX - Sợi quang - Bộ khuếch đại quang (OA) - Bộ xen rẽ bước sóng (OADM)…
  9. 9. 6. Các vấn đề cần quan tâm trong hệ thống WDM Khoảng cách giữa các kênh: Khoảng cách kênh là độ rộng tần số tiêuchuẩn giữa các kênh gần nhau. Việc phân bổ kênh một cách hợp lý trong dảibăng tần có hạn giúp cho việc nâng cao hiệu suất sử dụng tài nguyên dải tầnvà giảm ảnh hưởng phi tuyến tính giữa các kênh gần nhau. Một số yếu tố ảnhhưởng đến khoảng cách này: • Tốc độ truyền dẫn của từng kênh • Quỹ công suất quang • Ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến • Độ rộng phổ của nguồn phát • Khả năng tách/ghép của các thiết bị WDM Suy hao quỹ công suất của hệ thống WDMTrong bất kỳ hệ thống số nào thì vấn đề quan trọng là phải đảm bảo được tỷ sốtín hiệu trên tạp âm (S/N) sao cho đầu thu có thể thu được tín hiệu với mộtmức BER cho phép
  10. 10. Để máy thu thu được thông tin thì công suất tín hiệu đến máy thu phải nằm trong dải công suất của máy thu. Pmáy phát = Pphát + Pdự trữ Pthu min < P phát - Ptổng suy hao < Pthu max Như vậy để đảm bảo được thông tin thì công suất phát phải càng lớn khicự ly truyền dẫn càng lớn. Để khắc phục điều này người ta sử dụng bộ khuếchđại quang sợi EDFAẢnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến trong hệ thống WDM Trong hệ thống thông tin quang, các hiệu ứng phi tuyến sẽ xảy ra khi côngsuất của tín hiệu trong sợi quang vượt quá một mức nào đó. Đối với các hệthống WDM thì mức công suất này cao hơn nhiều so với các hệ thống đơnkênh. Các hiệu ứng phi tuyến ảnh hưởng đến chất lượng của hệ thống WDMchủ yếu gồm: Hiệu ứng SPM, XPM, FWM, SBS và SBR. Các hiệu ứng này cóthể chia thành hai loại: - Hiệu ứng tán xạ: Bao gồm các hiệu ứng SBS và SBR. - Các hiệu ứng liên quan đến hiệu ứng Kerr: Bao gồm hiệu ứng SPM,XPM và FWM
  11. 11. II. Bộ khuếch đại quang EDFA 1. Cấu trúc bộ khuếch đại quang EDFA silica d=1,25µm Er3+ Ge d=250µ d=3-6µm mΔn=0,01- 0,05 quang Cấu trúc tổng quát bộ khuếch đại EDFA - Mặt cắt ngang của một loại sợi quang pha ion Erbium - EDFA có thành phần chình gồm một đoạn ngắn cáp quang có lõi pha tạpkhoảng 0,1% Erbium. - Ngoài ra EDFA còn có một laser bơm để cung cấp năng lượng cho đoạnEDF, một bộ ghép bước sóng WDM để ghép bước sóng ánh sáng tín hiệu vàbước sóng ánh sáng bơm vào đoạn EDF và bộ phân cách để hạn chế ánh sángphản xạ từ hệ thống.
  12. 12. 2. EDFA trong hệ thống ghép kênh theo bước sóng Để nâng cao chất lượng của hệ thống truyền dẫn WDM, kỹ thuật khuếchđại quang sự dụng trong hệ thống WDM cần phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Băng tần đủ tăng ích bằng phẳng, hệ số tạp âm thấp và công suất đưara cao. Đặc biệt là tăng ích bằng phẳng vì đây là yêu cầu đặc biệt của hệ thốngtruyền dẫn WDM đối với EDFA. - Phổ khuếch đại đồng đều đối với tất cả các kênh bước sóng. - Sự thay đổi số lượng kênh bước sóng làm việc không được gây ảnhhưởng đến mức công suất đầu ra của các kênh. - EDFA phải có khả năng phát hiện sự chênh lệch mức công suất đầuvào và điều chỉnh lại hệ số khuếch đại nhằm đảm bảo đặc tuyến khuếch đạiđối với tất cả các kênh
  13. 13. 3. Các vị trí đặt EDFA trong tuyến cápsợi quang• Trường hợp BA (đặt ngay sau máyphát): Cho tỷ số SNR lớn hơn trongtrường hợp khoảng cách truyền dẫnngắn, dễ giám sát và điều khiển. Tuynhiên, công suất ngõ ra không được caoquá 15dBm do điều kiện kết nối với sợiquang. Điều này giới hạn độ khuếch đạicủa EDFA và công suất phát.• Trường hợp PA (đặt ngay trước máythu): Có thể cho công suất đến máy thulớn. Tuy nhiên, nhiễu tại đầu ra củaEDFA sẽ có giá trị lớn tại đầu vào máythu do ít bị suy giảm. Điều này giới hạntỷ số SNR.• Trường hợp PA (đặt giữa đườngtruyền): Ở trường hợp này, ta có thể tăngcông suất phát và hệ số khuếch đạiEDFA một cách hợp lý để đạt được côngsuất tín hiệu và SNR thích hợp.
  14. 14. 4. Các ưu điểm của EDFA - EDFA không có mạch tái tạo thời gian, mạch phục hồi nên mạch sẽtrở nên linh hoạt hơn. - EDFA có cấu trúc nhỏ nên có thể lắp đặt nhiều EDFA trong cùngmột trạm, do đó có thể làm cho hệ thống linh hoạt hơn. - Có thể hạ thấp được giá thành của hệ thống do có cấu trúc đơn giảncủa EDFA, cáp có trọng lượng nhỏ nâng cao được khoảng cách lặp và dunglượng truyền dẫn. - Đối với bộ khuếch đại sợi quang EDFA, bước sóng bơm 1480nm chohiệu quả tốt hơn đối với bước sóng tín hiệu đang được dùng phổ biến hiện naylà 1550nm. - Các hệ thống thông tin sợi quang đường dài có thể sử dụng chuỗiEDFA trong truyền dẫn. Cự ly truyền dẫn có thể đạt được xa hơn nhờ sử dụngcác EDFA, có nhiễu thấp và độ khuếch đại cao.
  15. 15. III. Sợi quang đơn mode chuẩn G.6521. Cấu tạo sợi quang Sợi quang sử dụng là loại đơn mode. Lõi của sợi quang làm bằng SiO2 vàcác chất phụ gia khác, đảm bảo có chỉ số chiếc suất của lõi sợi quang lớn hơnchỉ số chiếc suất của lớp vỏ phản xạ. Lớp vỏ phản xạ của sợi quang làm bằngSiO2. Lớp bảo vệ sơ cấp làm bằng vật liệu chống được tia cực tím, đảm bảosợi quang không bị suy hao do uốn cong và trầy xước.
  16. 16. 2. Các yếu tố ảnh hưởng Có 3 yếu tố cơ bản của sợi quang ảnh hưởng đến khả năng của các hệthống thông tin quang, bao gồm : Tán sắc, suy hao, hiệu ứng phi tuyến Đốivới các hệ thống khác nhau thì mức độ ảnh hưởng của các yếu tố này cũngkhác nhau:+ Đối với các hệ thống cự ly ngắn, dung lượng thấp thì yếu tố chủ yếu cầnquan tâm là suy hao.+ Đối với các hệ thống tốc độ cao, cự ly tương đối lớn thì yếu tố chủ yếu cầnquan tâm là suy hao và tán sắc.+ Đối với các hệ thống cự ly dài và dung lượng rất lớn thì ngoài hai yếu tốtrên cần phải xem xét đến cả các hiệu ứng phi tuyến Sợi quang đang được sử dụng rộng rãi hiện nay trong các hệ thống là sợiđơn mode SMF-28, G.652. Các đặc tính truyền dẫn của sợi quang này theochuẩn của sợi quang đơn mode chuẩn. Các đường cong mô tả tán sắc và suyhao của sợi đơn mode cho thấy rằng suy hao của sợi đạt giá trị nhỏ nhất ởvùng bước sóng 1550 nm nhưng tán sắc có giá trị thấp nhất lại ở bước song1300 nm.
  17. 17. 3. Thông số kĩ thuật Thông số kĩ thuật Tiêu chuẩn1 Tiêu chuẩn áp dụng ITU-T G.652 D2 Biên dạng chỉ số chiết suất Dạng bậc thang3 Đường kính trường mode tại bước sóng 9.2 mm ± 0.4 mm 1310nm4 Đường kính trường mode tại bước sóng 10.4 mm ± 0.5 mm 1550nm5 Chỉ số khúc xạ hiệu dụng của dải quang 1.4676 phổ Neff (bước sóng 1310nm)6 Chỉ số khúc xạ hiệu dụng của dải quang 1.4682 phổ Neff (bước sóng 1550nm)7 Bước sóng tán sắc không 1310 nm - 1324 nm8 Hệ số suy hao tối đa tại bước sóng 1310nm ≤ 0.36 dB/km9 Hệ số suy hao tối đa tại bước sóng 1550nm ≤ 0.22 dB/km10 Hệ số tán sắc tại bước sóng 1550nm ≤ 18 ps/nm.km11 Độ dốc tán sắc không ≤ 0.092 ps/nm2.km12 Hệ số tán sắc mode phân cực PMD ≤ 0.2 ps/km1/2
  18. 18. IV. Thiết kế hệ thống WDM bằng Optisystem1. Bài toán: Xây dựng phương án thiết kế hệ thống thông tin quang WDM cósử dụng khuếch đại quang EDFA với các yêu cầu thiết kế như sau:Tốc độ bit: 10 Gbit/s- Chiều dài chuỗi: 128 bits- Số mẫu trong 1 bit: 64- Cự ly truyền dẫn: 300 kmSố lượng kênh bước sóng: 4 kênhSử dụng:- Loại sợi: Sợi quang đơn mode chuẩn(G.652)- Nguồn phát: - Loại nguồn: Laser.- Phương thức điều chế: điều chế ngoài- Bộ thu: Sử dụng PIN kết hợp với bộ lọc thông thấp BesselSử dụng các thiết bị đo cơ bản:- Thiết bị đo công suất quang- Thiết bị phân tích phổ quang- Thiết bị đo BER
  19. 19. 2. Thiết kế hệ thốngPhía phát- Nguồn phát quang lazer CW lazer array- Bộ phát xung RZ pulse genarator- Bộ phát bít điện User Defined Bit- Điều chế Mach-zehnder Modulator. Do hệ thống WDM ghép 4 kênh tín hiệu nên phía đầu phát sẽ bao gồm có 4 bộ phát. Thiết bị được sắp xếp như trên được goi là phương pháp điều chế ngoài. Do ghép 4 kênh tín hiệu nên bộ WDM Mux sử dụng là Mux 4x1
  20. 20.  Phía thu- Bộ tách kênh Demux 1x4- PIN kết hợp bộ lọc thông thấp Bessel- Ngoài ra để quan sát chất lượng tín hiệu đầu thu còn có thiết bị đo Ber, genarator 3R được đặt ở vị trí thích hợp.
  21. 21.  Do sợi G655 có độ tán sắc nhỏ nên việc giảm tán sắc được thực hiện bằngsợi bù tán sắc DCF. Như vậy việc bù tán sắc là cần thiết để đạt chất lượng tínhiệu đầu ra cao, và BER có giá trị nhỏ. - Thông số sợi bù tán sắc DCF: Biết D1(hệ số tán sắc G.652)=16.75 ps/nm/km, 1(hệ số suy hao G.652)=0.2dB/km, S1(độ dốc tán sắc G.652)=0.075ps/nm2/km D2(hệ số tán sắc DCF)= -85 ps/nm/km, 2(hệ số suy hao DCF)=0.5,dB/km Mà: S2 = - S1*(L1/L2) = - S1*(D2/D1)=> S2= -0.075ps/nm2/km (-85 ps/nm/km : 16.75 ps/nm/km)=0.38ps/nm2/km=> L2= | -(L1*D1)/D2 | . Chọn L1=50 km => L2=9.8 km. Để đáp ứng yêucầu đề bài với cự ly truyền dẫn là 300 km thì phải chọn L2= 10 km=> Số vòng Loop cần dùng là: 300/(50+10) = 5 - Vòng lặp (hạn chế sự cồng kềnh cho hệ thống mà vẫn đảm bảo cự lytruyền dẫn)
  22. 22.  Do tín hiệu được truyền trên sợi quang với cự ly truyền dẫn dài , nên gây rasuy hao sợi quang, và làm suy giảm công suất phát tín hiệu. Để khắc phục hiệntượng suy giảm công suất và suy hao tín hiện nên khi thiết kế hệ thống WDMsử dụng thêm bộ khuếch đại EDFA. Với hệ số khuếch đại G đúng bằng lượngsuy hao trên tuyến. + Gọi G1 là hệ số khuếch đại của EDFA1 G2 là hệ số khuếch đại của EDFA 2 Công thức: G2 = |G1 – α1 × L1 – L2 × α2| => Chọn G1= 10 dB thì G2 = |10 – 0.2 ×50 - 0.5 × 10 |= 5 dB
  23. 23.  Sơ đồ hệ thống hoàn chỉnh
  24. 24.  Các tham số toàn cục bao gồm có:-Tốc độ bit (Bit rate)= 10Gbit/s-Chiều dài chuỗi bit (Bit Sequence length)= 128 bit.-Số lượng mẫu trên mỗi bit (Number of samples per bit)= 64. Các tham số trên được sử dụng để tính toán:- Cửa sổ thời gian (Time Window)= chiều dài chuỗi bit * 1/ tốc độ bit- Cửa sổ thời gian = 128*1/ 10000000000= 1.28* 10^-8(s).- Số lượng mẫu (Number of samples)= chiều dài chuỗi bít* số mẫu trên một bit- Số lượng mẫu = 128* 64=8192.- Tốc độ lấy mẫu (sample rate)= số lượng mẫu / cửa sổ thời gian.- Tốc độ lấy mẫu = 8192/ 1.28*10^- 8=640000000000 (Hz).
  25. 25.  Thay đổi thông số để đạt Ber bằng 10^-12 theo yêu cầu. - Có rất nhiều cách thay đổi chỉ số BER của hệ thống: + Thay đổi tốc độ bit + Thay đổi công suất phát + Thay đổi hệ số khuếch đại + Thay đổi cự ly truyền dẫn - Trong phần mô phỏng theo yêu cầu đề bài, để chuyển Ber = 10-12 ta chọn phương pháp thay đổi công suất nguồn phát. - Đối tượng chủ yếu cần thay đổi thông số trong mạch đó công suất phát quang laser - 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. Tương đương dải tần của laser ở đơn vị THz cho 4 laser đầu vào lần lượt 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
  26. 26. Thiết lập tham số quét: Mục đích của việc này là tìm ra mức công suất phátphù hợp để đo được chỉ số BER hợp lý trên đường truyền. Với 14 lần quét cácmức công suất khác nhau sẽ thu được các giá trị BER khác nhau và từ đó tìmra mối liên hệ giữa công suất phát và BER. - Chọn dải quét từ 0 -10
  27. 27.  Sau khi chạy xong ta vào phần REPORT để xem,chọn thông số Ber vàcông suất phù hợp. - Vào CW Laser array>Parameter>Power kéo thả vào trục X của đồ thị. - Vào BER Analyzer>Result> Min. log of BER. Kéo thả vào trục Y của đồthị, ta được kết quả : - Ta chọn được thông số công suất phát là :-7.89dBm thì sẽ cho ra Ber theoyêu cầu của bài toán là :10^-12.
  28. 28.  Chúng ta lấy công suất phát là :-7.89 dBm và chạy lại chương trình 1 lầnnữa. - Ber sau quá trình chạy của kênh 1 là : - Tiến hành tương tự cho các kênh còn lại
  29. 29.  Xem các thông số qua các thiết bị đo: - Đo công suất đầu ra máy phát - Đo công suất đầu vào máy thu - Phổ tín hiệu vào - Phổ tín hiệu ra
  30. 30.  Thông số của các kênh ( CH1,CH2,CH3,CH4). G.652 DCF
  31. 31. Kết Luận Do nhu cầu ngày càng gia tăng về dung lượng truyền dẫn, hệ thống WDMsẽ đáp ứng được nhu cầu hiện nay. Tuy nhiên, nếu sử dụng các bộ khuếch đạiEDFA thông thường vào hệ thống WDM thì số lượng kênh của WDM lại bịhạn chế.Trong hệ thống thông tin quang WDM cự ly dài cần phải có bộkhuếch đại chuyển tiếp đối với tín hiệu quang. Yêu cầu quan trọng đối với bộkhuếch đại trong hệ thống WDM là bộ khuếch đại quang phải sử dụng côngnghệ tăng ích bằng phẳng. Hiện nay người ta thường sử dụng bộ khuếch đạiquang pha trộn Erbium (EDFA) vì nó có cùng một tăng ích như nhau đối vớitín hiệu quang có bước sóng khác nhau.Bộ khuếch đại EDFA khắc phục đượcnhiều hạn chế của trạm lặp như: hạn chế về băng tần truyền dẫn, cấu trúc phứctạp…thể hiện rõ tính ưu việt của kỹ thuật dẫn trên cáp sợi quang. Trong quá trình làm báo cáo, nhóm em đã cố gắng hết sức nhưng khôngtránh khỏi những sai sót rất mong nhận được sự góp ý, từ cô giáo cũng nhưcủa các bạn để bài báo cáo của chúng em được tốt hơn.

×