Đang tải... (xem toàn văn)
xây dựng phương án thiết kế hệ thống thông tin quang WDM có sử dụng khuếch đại quang EDFA
Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn MỤC LỤC THUT NG V T VIT TT Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 1 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Danh mục hình vẽ Hình 1.1: Sơ đồ chức năng hệ thống WDM 6 Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 2 !" #$"%& ' #() # *+$,- * ./ 0'12& ' 34 '5- 67-8 (9: " #$/; 6) 6' *<=;> (4 (-5- 5 ?@+0& '7& '$ (- 4A 4. "' BC'$-' D6() D' - 5 ?@+0'E-C"0 /== 9: " #$'F/; 4 5' 1> 6#6 6 - ' *"0/==# 3* 3 - 3 D* #$+G+HE'& ' 63 ?;'+HE'& ' (4 (-5- 67 & ' +I @ (- :3 #$/@F& ' J J BKL J6 .' 3M0-2L+$' J J ./ 0'& 'N+$' A A '"' F/;-H%' 64 6'5- 67+O * *"' #$'F/;K E ' 6J 65 BC'L+1@P Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Hình 1.2: Hệ thống ghép bước sóng đơn hướng và song hướng 6 Hình 1.3 : Sơ đồ bộ điều chế ngoài 8 Hình 1.4 : Sơ đồ khối bên thu 9 Hình 1.5 : Cấu trúc tổng quát sợi quang 10 Hình 1.6. Sơ đồ khối bộ ghép/ tách kênh bước sóng 11 Hình 1.7 Cấu trúc song song 12 Hình 1.8 : Cấu trúc song song theo băng 12 Hình 1.9 : Cấu trúc nối tiếp 13 Hình 1.10 : Cấu trúc xen rớt theo băng sóng 13 Hình 1.11 : Sơ đồ kết nối OXC 14 Hình 1.12 : Khuếch đại quang OLA 15 Hình 1.13: Xuyên kênh ở bộ giải ghép 18 Hình 1.14: Xuyên kênh ở bộ ghép hỗn hợp 18 Hình 1.15 : Cấu trúc mạng Ring 21 Hình 1.16 : Cấu trúc mạng Mesh 21 Hình 1.17 : Cấu trúc mạng hình sao đơn 22 Hình 1.18: Cấu trúc mạng hình sao kép 22 Hình 1.19 : Cấu trúc mạng hình Ring hai lớp 23 Hình 1.20: Cấu trúc tổng quát của một bộ khuếch đại EDFA 24 Hình 1.21: Mặt cắt ngang của một loại sợi quang pha ion Erbium 25 Hình 1.22: Giản đồ phân bố năng lượng của ion Er3+ trong sợi silica 26 Hình 1.23 Phổ hấp thụ 27 Hình 1.24: Quá trình khuếch đại tín hiệu 28 Hình 1.25: Cấu hình bộ khuếch đại EDFA được bơm kép [11] 30 Hình 1.26 Cấu hình của một bộ khuếch băng L 31 Hình 1.27: Đồ thị biểu diễn công suất ra bão hoà 33 Hình 1.28 (a) Hệ số nhiễu FN và (b) Độ lợi của EDFA 34 Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 3 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Hình 2.1: Thành phần trình diễn 42 Hình 2.2: Thư viện các phần tử 42 Hình 2.3: Giao diện thư viện 44 Hình 2.4. Giao diện người sử dụng 44 Hình 2.5: Project Browser 45 Hình 2.6: Description 45 Hình 2.7: Status bar 46 Hình 2.8: Menu bar 46 Hình 2.9: Pan window 4 6 Hình 2.10: Tool bars 47 Hình2.11. Cửa số Project layout 47 Hình 2.12. Đặt phần tử vào Main layout 48 Hình 2.13: Kích hoạt kết nối tự động 48 Hình 2.14:Hủy bỏ chế độ kết nối tự động 4 8 Hình 2.15 :màn hình Parameters 49 Hình 2.16 :Chọn trường thay đổi tốc độ bít 50 Hình 2.17 : Nhập tốc độ bít muốn thay đổi 51 Hình2.18 : Thiết lập cửa sổ thời gian thực 52 Hình 2.19 : Thay đổi công suất phát quang 53 Hình 2.20: Giao diện màn hình chạy mô phỏng 55 Hình 2.21 : Chạy chương trình 56 Hình 2.22: Đo tỉ số BER của kênh 57 Hình 2.23 : Kết quả mô phỏng 58 Hình 2.24: Thiết lập tham số quyét 59 Hình 2.25: Chuyển đổi số lần quét 60 Hình 2.26: Hộp thoại chuyển sang chế độ quét cho tham số 61 Hình 2.27: Chọn chế độ của tham số 61 Hình 2.28:. Các bước để hiển thị kết quả mô phỏng quét tham số 63 Hình 2.29: Thiết lập tham số toàn cục 65 Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 4 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Hình 2.30: Nguồn Laser phát CW Laser 66 Hình 2.31: Bộ tạo xung RZ 66 Hình 2.32. Bộ tạo chuỗi bít 66 Hình 2.33: Bộ điều chế Mach-Zehnder 67 Hình 2.34: Bộ ghép kênh MUX 4×1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Hình 2.35: Tuyến phát quang 68 Hình 2.36. Tuyến truyền dẫn quang 68 Hình 2.37. Bộ lặp 69 Hình 2.38. Thông số sợi bù tán sắc DCF 70 Hình 2.39. Tuyến thu WDM 71 Hình 2.40. Thiết bị đo BER 71 Hình 2.41. Tuyến WDM thiết kế theo yêu cầu 72 Hình 2.42. Quang phổ tín hiệu phát 73 Hình 2.43. Quang phổ tín hiệu đầu thu kênh thứ 3 73 Hình 2.44. Tổng công suất phát 74 Hình 2.45. Công suất thu của kênh 4 74 Hình 2.46. Hiển thị mắt quang 75 Hình 2.47. BER của kênh thứ nhất là 10 -13 75 Hình 2.48. Thay đổi công suất Laser phát 76 Hình 2.49. Hệ số suy hao sợi quang thay đổi 76 Hình 2.50. BER của kênh thứ nhất đạt 10 -12 77 Hình 2.51. BER đạt 10 -12 khi thay đổi một số tham số 77 LỜI NÓI ĐẦU %LMQ8'0RS Q''Q''T/U V>Q';'WGPN>Q'MI 0 L'TT' +%X''H7'Q'W38'%LMS /U Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 5 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn VM0Y/UV1Z['/Q''\'+0+H7]'TL %Y+^-T/UV1Z;QHE'7& 'W*HO' 7 & '+H7_N'$'`;0'>Q'T+H7HT$QHE' 1ZaHb'T/Q'$QHE'1ZTM @+H7W 3'Q'& '%H+M-X'Q'$'YL" Y/Q'2 Hb'S >T/2X'-2V Y87%@Q'";N +P +HE'NT1X'%'LCX'S 0' $0%Ic0T+C'd0ePN0THO' W* MI0'Q'& ' Zf$0@1I H7'1Z-X'Q'fgY/2'1Z'Ye@;G +^ T2X'IH7'['HL+HE'1@+$Q'& ' W2+H7+H b+KTQ'''F/;-H%'AY F'F1-H%';8'$7& '+MX'' H7'+HE'1T/Q'GX';7& 'W %-Thi"KL'HO'@/@'Q'& 'A _N'/@+0& '(4Wj"e-Tk'& 1' Q'& 'A_N'/@+0(4Y"KL'QeQl' 'Q'& 'AHO'+`@/@W 3c'"+H7'_E2OKT%G'Th.s Cao Hồng SơnY+`H%'ZY'c+m'E' & W ^8+`''I1YH'e+$f0@;R/Q' /l]'@"W)I'V+H7]'a/@+''S GY-0 +M-TVS c'+H7TOW Chúng Em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM 1.1. Giới thiệu chung Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 6 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn F/;-H%'AnA '"'oTQ' 'i'$7& '+p'E1Z1-H%'=& 'jW q+GY1=& '-H%'/ +H7k70n'F /;o+M1+;$7& 'Wq+GY=k7++H7K'2 n/;oY/QN0='p+H T+G/ W 1.2. Sơ đồ khối tổng quát J=h*''AY'p& '+H78'T W B0+`$0'pHhD +1<+H7-H%' n* -D oYD + -H%'n. 'D oWWWr;G+% 'p T2+$$'kgY-H%' k+PYCQ' I+<Y-H%''KY+$$'kY+$$'2s' '%0FW F!=hF=ATL/@7$'p'/ T$p'='k'7+M1Z& 7& 'W *=ATLK p''k'7+T= ';'R0,k'+G -$WB0+`-$!'F= AHh-$dT'l'+QY_# ''7Y_>"0Y /& 'k7AY-$d4 -tJWWW?"F+@-$!'F AY 2"F Hh/2''] /;Y+$$'-X'G S /;-H%'Y-H%''KS /;YC";K'] /;Y=+p'+1S /;Y "Y 2"0# ''Y";K+G 'G+G" WWW *1Z=hue1Z='7& 'PL2 Hb'S 1@h 7& 'YYC'@YI+1 ;& +@/@+0=WWW,I+1/M;+1N$I1T @7& 'n07& 'YIH7'7WWWoW ?@+0=hB'A0S@_N'-$/@+0 & ' 7 (4 n(-t 4- 5oW * ; -$ /@ +0 ) ['+`+H7_N';L@W3- @+$/@+0h /@+0Q'IY/@+0+HE'T1/@+0W?8'-$/@ +0(4'A2+2-2;G h Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 7 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn - v$7/@+0+p'+1+%I2/;-H%'nC; /Q'&w#oW - 6L +kH7'/;-H%'T/Q'+H7'K2Hb' +@CQ'I+G S /;W - 3/2X'L;CQ'I+GT+M+1< 0/@+0s+2-2+^@/@+0T-s'x' +%I2/;W *=h*=''A['_N'-$ '& 'H''Q'& 'Q'HE'hJyYJW BewWwh6O+pCX''A 1.3 Phân loại hệ thống WDM BewWzhB''F-H%'+OH%'T'H%' B'A1O-2 T 0h'+OH%'T'H%'H 0;ewWzWB'+OH%'<1$1;7& 'W VY+M1Q''] +MG 7& 'WB'A'H%'Y Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 8 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn 'H70Y1 1;$7& ';<Gw7& '+MM +k Q''] z+MW 32 '+1]'HH7+M;'W2_s'Q''0 <F1-H%';$7& 'Y ' Ih - :F1'H7'Y'+OH%'/2X''I'H7' 'I+Q %''H%'W'H70Y7& 'G8''I+Q%' 'H%'W - ?L+C"2 Y''H%'/Q'G+@O@M0-2 L+$'J6n Jt6.'oe2 +GS ;/@+1/2 X'V-@L$CEW - vC'1/= 0@/@0'Y''H%'/@/@Oef2"F ;@HhI+1";>1-H%'O;$7& 'Y +2-2+P@TK--H%' 1;7& '/Q'8' '$-H%'W - 3-$/@+0'''H%'HE'IcC0O' '+OH%'W*;Y-H%'/@+0'''H%' '2{,1;b''H%'Y-$/@+0RQ'I & ''| %O%b'+OH%'W 1.4 Các phần tử cơ bản trong hệ thống WDM 1.4.1 Bộ phát quang 3'p& 'O-2_N'''Q'7& 'MT D nDo^& 'nD(oW D iD' -6 (5) j?@+0' E-C"0/==WB0+$'S D L ; H7'=ThBH7' -C"0/==TH7'$'Hb'S ''/ 1'D W *=& ' \D^D( -@+kHO'C'%-@+k S =+TW*=+TMb0'^HO'LW*@-P & 'RL-@+k=+TT=& 'HO'C'-s' -@+kf'T& 'p& 'W#H%''S 'p& ' N$S@TV@0G_W=N -C"08' -H%'}}+@~}}Yy J -C"0b8'ww}}+@w•}}W 6_N'-$+1-@'T+M'2Y+$+1-@ T0+P0'= & '/ n)€Y)€Y36t)€YJ6?•oT+2-2=& '+$ $'kg0-%'=";‚W • Qe+1@'T Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 9 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn BewWh6O+p-$+1@'T • r;G%'p& 'h - Độ chính xác của bước sóng phát:ƒKT;G/;&@$' A0+$'W'Y-H%'+G Q-P +$'@/ H+$Yf'+P;Y+$'T/WWW'T Y+M"; >['H0+1/= >T'+c'-H%'eI@+$ k+PG= 2V W - Độ rộng đường phổ hẹphƒ$$'+HE'k+H7+P'„ T+$$'kS 'p& '=-H%#WƒMMX'1/;;$2G H%Y$'%;G/2'/;l;+$$'+HE'kT'g T'Y@/Q'Y";>/;KV"2 /@,-=X' Y' /Q'+2-2IH7'W+0+H7+1Te'p 2T'p +OnH0 p@K-Y / '$'Hb'Y 2 pK-oW - Dòng ngưỡng thấphƒ1TT'2-%I+1`'=Q'I' /== ['H'2-%+H7Q'I1/Q' 'T P2Hb'S >1nQ'I1%oW - Khả năng điều chỉnh được bước sónghƒMVN'T-$-X'G7& 'Y 'p& '2M;22w}}WBO] Y%'L /;+$' T'G/2X'M+1<+H7-H%'W - Tính tuyến tínhhƒ%1Q'& 'YL/Q'@=S 'p& ' RZ'T OY0 ";>'] /;W Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 10 [...]... 1.4.7 Bộ khuếch đại quang: (OA - Optical Amplifier): Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang WDM sử dụng phần mềm Optisystem 16 Nhóm 2 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn λ1 ,λ2 ,…,λW λOSC λOSC Bộ bù tán sắc Chặng độ lợi Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang WDM sử dụng phần mềm Optisystem 17 Chặng độ lợi Nhóm 2 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Hình 1.12: Khuếch đại quang. .. Phân loại : + Vào : giống như laser bán dẫn nhưng được phân cực dưới ngưỡng + Bộ khuếch đại quang sợi pha tạp đất hiếm: khuếch đại xảy ra trong sợi quang pha tạp đất hiếm, phổ biến là bộ EDFA + Ra : khuếch đại xảy ra trong sợi quang nhờ mức công suất bơm cao Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang WDM sử dụng phần mềm Optisystem 18 Nhóm 2 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Bộ chuyển đổi... công suất bơm cao nhất cóthể đạt được Hình dưới đây thể hiện một EDFA được bơm kép Giá trị các đặc tính của bộ khuếch đại EDFA được trình bày trong bảng 2.2 Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang WDM sử dụng phần mềm Optisystem 32 Nhóm 2 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Hình 1.25: Cấu hình bộ khuếch đại EDFA được bơm kép [11] 1.8.4 Phổ khuếch đại Phổ độ lợi của EDFA được trình bày trong... chậm Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang WDM sử dụng phần mềm Optisystem 25 Nhóm 2 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn 1.6.4 Cấu trúc mạng Mesh và Ring hai lớp Tương tự như mạng ring hai lớp mạng mesh và mang ring hai lớp tạo kết nối giữa mang nội bộ với các mang nội bộ khác 1.7 Ưu nhược điểm của hệ thống WDM a Ưu điểm : Hệ thống WDM có dung lượng truyền dẫn lớn hơn nhiều so với hệ thống. .. độ quang đưa vào thay đổi, hiệu suất khúc xạ của sợi quang cũng thay đổi theo gây ra sự biến pha của sóng quang Khi kết hợp với tán sắc của sợi quang sẽ dẫn đến phổ tần dãn rộng và tích lũy theo sự tăng lên của chiều dài Sự biến đổi công suất quang càng nhanh thì biến đổi tần số quang càng lớn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang WDM sử dụng phần mềm Optisystem 22 Nhóm 2 Bộ môn Thông tin quang. .. tâm phải có khả năng truyền và sử lý với dung lượng lớn b Cấu trúc mạng hình sao kép Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang WDM sử dụng phần mềm Optisystem 24 Nhóm 2 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Hình 1.18: Cấu trúc mạng hình sao kép Tương tự như mang sao đơn nhưng ngoài node trung tâm còn có các thiết bị đầu xa Cấu trúc kép cho phép sư dụng hiệu quả vì mỗi nhánh có thể có nhiều... lớp: Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang WDM sử dụng phần mềm Optisystem 11 Nhóm 2 Bộ môn Thông tin quang 2 - Th.s Cao Hồng Sơn Lớp trong cùng có dạng hình trụ tròn, có đường kính d = 2a, làm bằng thủy tinh có chiết suất n1, được gọi là lõi (core) sợi Lớp thứ hai cũng có dạng hình trụ bao quanh lõi nên được gọi là lớp bọc (cladding), có đường kính D = 2b, làm bằng thủy tinh hoặc plastic, có. .. thấp hơnbao quanh vùng lõi.Lớp phủ (coating) bảo vệ bao quanh sợi quang tạo bán kính Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang WDM sử dụng phần mềm Optisystem 27 Nhóm 2 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn sợiquang tổng cộng là 250 μm Lớp phủ này có chiết suất lớn hơn so với lớp bọc dùngđể loại bỏ bất kỳ ánh sáng không mong muốn nào lan truyền trong sợi quang Nếukhông kể đến chất pha erbium,... Amplifier (EDFA) khuếch đại các tín hiệu quang trong cửa sổ C, điều này lý tưởng cho loại sợi quang NZDS (non-zero dispersion-shifted) Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang WDM sử dụng phần mềm Optisystem 12 Nhóm 2 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn 1.4.4 Bộ tách / ghép bước song: ( OMUX/ODEMUX) Định nghĩa :Bộ ghép/ tách kênh bước sóng, cùng với vộ kết nối chéo quang, là thiết bị quan... ra khi công suất tín hiệu vào EDFA lớn gây ra sự giảm hệ số khuếch đại Sự bão hoà hệ số khuếch đại này xuất hiện khi công suất tín hiệu tăng cao và gây ra Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang WDM sử dụng phần mềm Optisystem 35 Nhóm 2 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn sự phát xạ kích thích ở một tỷ lệ cao và do đó làm giảm sựnghịch đảo nồng độ Điều đó có nghĩa là số các ion erbium . ơn! CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM 1.1. Giới thiệu chung Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 6 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng. Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn MỤC LỤC THUT NG V T VIT TT Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 1 Bộ môn Thông tin quang 2. 3^'+$7 #$-8 •63•63 •wY•zY•Y•A Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 17 Bộ môn Thông tin quang 2 Th.s Cao Hồng Sơn BewWwzh?@+0&