Hc vin Cụng ngh Bu chớnh Vin thụng Ging viờn: Trn Thin Chớnh MễN HC THễNG TIN QUANG z z z z Phn I: C s k thut thụng tin quang Ging viờn: Trn Thin Chớnh - Hc vin CNBCVT Ph II Phn II: Thnh Th h phn h c b bn ca mng quang Ging viờn: Trn Thin Chớnh - Hc vin CNBCVT Phn III: H thng g thụng g tin qquang g Ging viờn: Trn Thin Chớnh - Hc vin CNBCVT Phn IV: Thit k mng quang WDM Gi viờn: Ging i Trn Thin hi Chớ Chớnhh - Hc vin i CNBCVT C C NI DUNG MễN ễ HC 15/05/2010 z z z z z Thi gian: T ngy / / n ngy / / Phn I: C s k thut thụng tin quang Thi gian: T h n h ngy / / / / Phn II: Thnh phn c bn ca mng quang Thi gian: T h n h ngy / / Phn III: H thng thụng tin quang Thi gian: T h n h ngy / / Phn IV: Thit k mng quang WDM Thi gian: T h n h ngy / / LCH HC 15/05/2010 IV.1IV.2IV.3IV.4IV IV.5- M u Cỏc yu t nh hng ti thit k h thng hng ca tỏn sc nh lờn chiu di truyn dn Thit k tuyn im - im Yờ cu Yờu d d tr t IV/ THIT K MNG QUANG WDM 15/05/2010 z Cỏc t vit tt: + OSNR: T s tớn hiu trờn õm quang + FWM: Trn bn bc súngg ((hiu ng) g) + XPM: T iu ch pha chộo + PMD: Tỏn sc phõn cc Mode + DGD: Tr nhúm vi sai + BER: T l bit li + APD: i t tỏch súng thỏc + ISI: Giao thoa gia cỏc ký hiu + DSF: Si quang tỏn sc dch chuyn + DCF: Si quang bự tỏn sc + SMF: Si quang n mode IV/ THIT K MNG QUANG WDM 15/05/2010 z 15/05/2010 nh ngha cỏc thut ng chuyờn mụn: + PIN: Photodiot PIN gm vựng p v n cỏch mt lp t dn i + Vn tc nhúm l t l nghch g o ca tc thayy i hng g s truyn y súng E vi tn s liờn quan + Chirp: Xung gi l Chirp nu tn s súng mang ca nú thay i theo thi gian hay dch chuyn tn s ph thuc vo thi gian, ph ca xung Chirp Chi rng hn h ph h ca xung khụng khụ Chirp Chi IV/ THIT K MNG QUANG WDM 15/05/2010 IV.1- M u: z K hoch mng cn phi c ti u vi cỏc tham s in v quang khỏc bo m hot ng ca mng ghộp bc súng (WDM); cu trỳc hỡnh hc ca mng cú th l tuyn im - im, vũng hoc mng li, vic thit k h thng c xem xột trờn hai phn: thit k h thng quang v thit k h thng in hoc lp cao hn z i vi mng ton cu, cu lp WDM nh l lp vt lý n thun, thun chc nng ca nú l truyn ti cỏc bit thụ tc bit cao vi suy hao rt nh z Tuy nhiờn, vỡ tc bit v chiu di truyn dn tng lờn, cỏc tham s quangg nyy cú kh nng qu g b mt o g mng, g, cchoo nờn quy hoch oc mng g cn phi xem xột tỏc ng ca cỏc tham s v xõy dng mng vi cỏc tham s quang gim xung thớch hp z Xột tớn hiu quang dng chm cú biờn A(W,t) l hm ca khong cỏch W v thi gian t, cỏc tham s khỏc tỏc ng tt c thi gian IV/ THIT K MNG QUANG WDM z z z 15/05/2010 Tớn hiu quang truyn qua si cú hng s truyn súng E, tớn hiu quang ny b suy hao bi thuc tớnh mụi trng truyn súng ca si Silica v c t bi h s suy hao D (dB/km) Vy ti tham s suy hao li quan trng ? th nht, nu nh tng suy hao tớch ly ln hn cụng sut tớn hiu u vo Pin, thỡ tớn hiu s khụng th thu c u cui, iu ny rt quan trng bo m phõn bit c tớn hiu b thu; th hai, hai i vi thụng tin quang xy b thu (thc cht l tỏch súng quang PIN hoc APD) cn phi cú cụng sut ti thiu phõn bit c v t tớn hiu quang thụ u vo Cụng sut ti thiu yờu cu u vo b thu gi l nhy thu R, õy cn phi bo m rng cụng sut phỏt phi cao cú th gi cho cụng sut tớn hiu > R u b thu, mc dự cú s suy hao dc ng truyn, iu ú khụng cú ngha rng nu tng cụng sut phỏt mc cao cú th gi cỏc bit i trờn khong cỏch xa IV.1 M u IV.1 z z z 15/05/2010 Cụng sut u vo cao lm suy yu tớn hiu bi cỏc hiu ng phi tuyn nh XPM, SPM, FWM, hn na, gii hn trờn tn ti vi mi b thu (APD hoc PIN) thu cụng sut quang, iu ny cho bi di ng ca b thu th v núú thit lp l di cụng ụ sut t ln l nht, ht nh h nht ht i vi i b thu, th vớớ d -7 dBm ti -28 dBm l di ng cụng sut c trng ca b thu Do vy, cụng sut u vo ln nht cú th a vo si quang b gii hn v cng hn ch khong cỏch truyn ln nht L; nu Pin-max l cụng sut i vo ln nht, pr l cụng sut thu nh nht, cụng sut vo ln nht cú th a vo si v khong cỏch truyn ln nht xỏc nh nh sau: Pin max dB DL  Pr dB (IV.9) z I1  I0 V1 V0 (IV.10) 21 15/05/2010 I1 l giỏ tr dũng bit 1, I0 l giỏ tr dũng bit 0, V1 l lch chun dũng bit 1, V0 l lch chun dũng bit 0; quan h ca Q v BER nh sau: Q IV.4- Thit k tuyn im - im: z thit k mng, buc phi thit k h thng vi yờu cu BER ca mng; h s phm cht Q cung cp cht lng ca b thu bi vỡ nú l mt hm ca tớn hiu trờn õm quang; h s Q ỏm ch SNR ti thiu ũi hi t c BER c trng vi tớn hiu ó cho z Hỡnh v IV.2 cho thy quan h gia h s Q vi BER; hỡnh v IV.3 th hin bt li ca h s Q cỏc hiu ng phi tuyn bng cỏch tng cụng qquang g cho bi: sut u vo;; h s Q ca tớn hiu 16 O D O2 D hoc L B L  16 2Sc B 2Sc IV/ THIT K MNG QUANG WDM Hỡnh IV.2: Mi quan h ca Q vi BER IV.4 Thit k tuyn im - im IV.4 22 15/05/2010 Hỡnh IV.3: H s Q bt li IV.4 Thit k tuyn im - im IV.4 23 15/05/2010 Đ Q ã erfcă 2 â (IV.11) z z 20 log OSNR B0 Bc (IV.12) QdB OSNR  10 log B0 Bc (IV.13) 24 15/05/2010 Trong (IV.12), B0 l di rng bng quang ca thit b, Bc l di rng bng in ca b lc thu, vy, Q(dB) cho thy nh sau: QdB i vi thit k ó cho BER (vớ d 10-12 v tc ng dõy OC3 155 Mbps), p ), mng g s cú mt li xyy trongg vũngg 10 ngy g y hoc IV.4.1- Tớnh toỏn h s Q t OSNR: z OSNR l tham s quan trng nht kt hp vi tớn hiu quang ó cho, nú cú kh nng o lng v mt lng i vi mt mng v cú th c tớnh h toỏn ỏ t cỏc ỏ tham h s h thng h ó cho; h giỏ iỏ tr Loga L ca Q (dB) liờn liờ quan ti OSNR cho bi: BER IV.4 Thit k tuyn im - im IV.4 z 25 15/05/2010 Núi cỏch khỏc, Q t l mt phn vi OSNR, nhỡn chung, tớnh toỏn õm thc hin bi mỏy phõn tớch ph quang (OSA) hoc mỏy hin súng mu v nhng o c ny c truyn i trờn phm vi o c chi tit ca Bm; giỏ iỏ tr t Bm c trng t xp x 0,1 nm hay h 12,5 12 GHz GH i vi i OSA z T (IV.13) cho thy, Q (dB) cỏc s hng ca OSNR, iu ú cú th hiu rng nu B0 < Bc thỡ OSNR (dB) > Q (dB); i vi nhng thit k trờn thc t thỡ OSNR (dB) > Q (dB) ớt nht - dB; thit k h thng tc bit cao, d tr b thu xp x dB, chng hn nh Q nh hn OSNR khong dB IV.4.2- Tớnh toỏn OSNR i vi tuyn im - im: z Xột tuyn vt lý AB nh hỡnh v IV.4, gi thit ú l tuyn WDM si quang ng di (khong vi trm km), cỏc b khuch i c b trớ mt cỏch nh k nhng khong lp tng cng cụng sut tớn hiu; ú, ú tớn hiu hi cú th truyn tr n i xaa hn, hn suy s hao tớch ly l cho phộp ln nht vi si quang l DL IV.4 Thit k tuyn im - im IV.4 IV.4 Thit k tuyn im - im IV.4 26 15/05/2010 z z z z Pin NFstage hQ'f (IV 14) (IV.14) 27 15/05/2010 Trong (IV.14), NFstage l h s nhiu ca tng, h l hng s Plng ((6,6260 u 10-34)), Q l tn s qquang, g 'f l di rngg o c NF ((thngg bng 0,1 nm) OSNR Tuy nhiờn, mi tng khuch i thờm vo nú thnh phn õm ASE v lm gim phm cht ca OSNR, hn na, mi b khuch i ó khuch i vi s cú mt ca õm Lu ý õm cú khp ni trờn ton b vựng ph v hu nh khụng th loi b i c; ú, cn phi tớm cỏch tớnh toỏn OSNR (u ra) kt cui ca h thng khuch i tng N v nu xem giỏ tr N chc chn Trong thit k trờn c s OSNR, OSNR phi chc chn rng OSNR ca tng cui cựng ỳng theo yờu cu OSNR h thng v yờu cu BER; OSNR ca mi tng nh sau: IV.4 Thit k tuyn im - im IV.4 z z z z 1    OSNR1 OSNR2 OSNRN i Ư 1 OSNRi N (IV.16) (IV.15) Pin PASE Pin nsp G  hQ'f (IV 17) (IV.17) N2  N1 28 15/05/2010 nsp l tham s nghch o nng xỏc nh phng trỡnh (IV.18) di õy, nú l t l in t trng thỏi cao hn v thp hn: N2 (IV.18) nsp OSNR Phõn tớch chi tit a c phng trỡnh gn ỳng i vi OSNR, b khuch i cú h s khuch i G, OSNR xỏc nh nh sau: OSNR final i vi h thng N tng, Tng OSNR nh sau: OSNR final Tng OSNR ca h thng cú th nghiờn cu bng phng phỏp tng h v cho thy nh phng trỡnh sau: IV.4 Thit k tuyn im - im IV.4 z z z ,5 u 10 (IV.19) Pin NF*hQ'fN (IV.20) OSNRdB 58  Pin  * dB  NFdB  10 log N (IV.22) Theo Logarit v vi 'f = 0,1 nm hay 12,5 12 GHz s thu c: OSNRdB 158 ,93  Pin  * dB  NFdB  10 log N  10 log 'f (IV.21) OSNR final 29 15/05/2010 i vi h thng N tng khuch i, mi b khuch i bự li suy hao ca on trc, õy suy hao trờn on truyn dn l * (dB), ny quan h vi i OSNR tng t cui i cựng ự nh h sau: nsp NF 10 N2 l s lng in t trng thỏi cao, N1 l s lng in t trng thỏi thp; tham s nghch o nng nsp cng cú th xỏc nh nh sau: IV.4 Thit k tuyn im - im IV.4 z 30 15/05/2010 Gi thit nh sau: + NF ca mi b khuch i l ging + Suyy hao trờn mi on truyn y dn * l nh + Tp õm c tng cng trờn c hai trng thỏi phõn cc, nú l õm khụng c phõn cc z Phng trỡnh (IV.22) cung cp cỏch tớnh toỏn thc t OSNR, phng phỏp tớnh toỏn ny gn ỳng nhng thu c OSNR cú chớnh xỏc cao; h thng WDM nhiu kờnh, thit k cn phi cõn nhc OSNR cho cỏc kờnh yu nht (thng l kờnh u tiờn hoc cui cựng ca ph tn s) IV.4.3- Ci thin OSNR bng khuch i Raman: z T phng trỡnh (IV.22) cho thy h s khuch i G ca EDFA khụng cn xột ti, bi vỡ OSNR l mt t l v h s khuch i nh hng nh vi tớn hiu v õm, nờn ó loi b G c t s v mu s IV.4 Thit k tuyn im - im IV.4 z z 31 15/05/2010 Núi cỏch khỏc, mc dự EDFA gim bt phm vi chiu di truyn dn suy hao, nhng bi mt chui cỏc tng EDFA, OSNR liờn tc suy gim theo chiu di truyn dn v ASE (t EDFA) Suy gim ny cú th nh hn nh khuch i Raman c phõn b (DRA), vỡ nú cú th l kt qu ca tỏn x kớch thớch Raman ca tớn hiu bm cng cao tn s khỏc (so vi tn s tớn hiu) IV.4 Thit k tuyn im - im IV.4 z z z NFi hQ'f (IV.24) (IV.23) 32 15/05/2010 T (IV.24), h s GRA trờn t s thc s gia tng OSNR ca h thng, hỡnh v IV.6 cho thy s thay i ca h s khuch i Raman theo cụng sut bm OSNRi ( Stage ) Pini G RAi N 1 Ư Ư i OSNRi ( Stage ) i OSNRi ( RA ) N Giỏ tr OSNR ca mi tng nh sau: OSNRtotal T cỏc h thng cú trc, OSNR ca tng cui cựng nh sau: IV.4 Thit k tuyn im - im IV.4 IV.4 Thit k tuyn im - im IV.4 33 15/05/2010 34 15/05/2010 IV.5- Yờu cu d tr: z Trong tuyn WDM a mode, thnh phn suy hao chớnh ca h thng khụng phi l suy gim tuyn truyn dn, m l suy hao kt hp vi cỏc phõn h khỏc nhau; tuyn truyn dn c trng gm nhiu nỳt, mi nỳt c gm nhiu phn t khỏc nhau, suy hao bi mi phn t cao dn ti bt li cho thit k h thng z Nỳt WDM c trng t cúú th cúú y cỏc ỏ phn h ghộp hộ quang (OMS) bao b gm cỏc dn súng mng (AWG) v mt ma trn chuyn mch; AWG trờn c s cỏch t cú suy hao xen vo dB, tớn hiu quang truyn qua nỳt cú hai AWG (p (phn gghộp p v tỏch gghộp p kờnh)) b suy y hao 10 dB mt thờm vo cựng vi suy hao ca chuyn mch z Xột hai nỳt, mi nỳt cú cỏc AWG (cú suy hao dB) v chuyn mch (cú suy hao dB), cựng vi suy hao u ni (khong dB), hai nỳt cỏch h 50 km k v suy hao h trờn t sii quang n mode d (SMF) l 0,2 dB/km dB/k IV/ THIT K MNG QUANG WDM [...]... tớn hiu 2 16 O 2 D O2 D hoc L 2 B L  16 2Sc B 2Sc IV/ THIT K MNG QUANG WDM Hỡnh IV.2: Mi quan h ca Q vi BER IV .4 Thit k tuyn im - im IV .4 22 15 /05/2 010 Hỡnh IV.3: H s Q bt li IV .4 Thit k tuyn im - im IV .4 23 15 /05/2 010 1 Đ Q ã erfcă á 2 2 â ạ (IV .11 ) z z 20 log OSNR B0 Bc (IV .12 ) QdB OSNR  10 log B0 Bc (IV .13 ) 24 15 /05/2 010 Trong (IV .12 ), B0 l di rng bng quang ca thit b, Bc l di rng bng in ca... yờu cu OSNR h thng v yờu cu BER; OSNR ca mi tng nh sau: IV .4 Thit k tuyn im - im IV .4 z z z z 1 1 1    OSNR1 OSNR2 OSNRN i Ư 1 1 OSNRi N (IV .16 ) (IV .15 ) Pin PASE Pin 2 nsp G  1 hQ'f (IV 17 ) (IV .17 ) N2  N1 28 15 /05/2 010 nsp l tham s nghch o nng xỏc nh trong phng trỡnh (IV .18 ) di õy, nú l t l in t trong trng thỏi cao hn v thp hn: N2 (IV .18 ) nsp OSNR Phõn tớch chi tit a ra c phng trỡnh gn ỳng i... kờnh trong min quang, vỡ vy b khuch i quang cú th tng khong cỏch khuch i Tuy nhiờn, ngoi vic khuch i tớn hiu, kh ch i quang khuch q ang cng li gõy gõ ra nhiu nhi ca bn thõn nú, nú ú l bc x t phỏt c khuch i (ASE) IV .1 M u IV .1 Hỡnh IV.1b: Tớch ly nhiu gõy nờn t nhiu tng khuch i Hỡnh IV.1a: Bn cht ngu nhiờn ca nhiu v nú tớch ly mi tng khuch i IV .1 M u IV .1 11 15/05/2 010 z z z z 12 15 /05/2 010 Nhiu khuch... ng ny n IV .1 M u IV .1 14 15 /05/2 010 IV.2- Cỏc yu t nh hng ti thit k h thng: z Suy hao si quang c xem nh l nhõn tc ln nht gii hn chiu di ca mt kờnh quang; tuy nhiờn, do tc d liu tng lờn v cỏc xung chim hi gi i khe kh thi gian i nh h hn h mt t chỳt, hỳt GVD, GVD SPM, SPM XPM, XPM FWM tr thnh vn quan trng cn phi quan tõm z Trong cỏc mng quang WDM thc t, yờu cu BER l 10 -12 (~ 10 -9 ti 10 -12 ), ) cú ngha... nh sau: 1 OSNR final i vi h thng N tng, Tng OSNR nh sau: 1 OSNR final Tng OSNR ca h thng cú th nghiờn cu bng phng phỏp tng h v cho thy nh trong phng trỡnh sau: IV .4 Thit k tuyn im - im IV .4 z z z 0 ,5 u 10 (IV .19 ) Pin NF*hQ'fN (IV.20) OSNRdB 58  Pin  * dB  NFdB  10 log N (IV. 22) Theo Logarit v vi 'f = 0 ,1 0 1 nm hay 12 ,5 12 5 GHz s thu c: OSNRdB 15 8 ,93  Pin  * dB  NFdB  10 log N  10 log 'f... sc trong xung quang to ra gión rng xung, nh vy xung tri rng sang khe (trong min thi gian) ca cỏc xung khỏc; iu ny khụng ch gõy nờn ISI v cũn gõy ra bt li cụng sut, iu ny cú th lm suy gim cht lng SNR ca h thng z Bt li cụng sut do tỏn sc nh sau: IV/ THIT K MNG QUANG WDM (IV.9) z I1  I0 V1 V0 (IV .10 ) 21 15/05/2 010 I1 l giỏ tr dũng bit 1, I0 l giỏ tr dũng bit 0, V1 l lch chun dũng bit 1, V0 l lch... vi si quang l DL IV .4 Thit k tuyn im - im IV .4 IV .4 Thit k tuyn im - im IV .4 26 15 /05/2 010 z z z z Pin NFstage hQ'f (IV 14 ) (IV. 14 ) 27 15 /05/2 010 Trong (IV. 14 ) , NFstage l h s nhiu ca tng, h l hng s Plng ((6,6260 u 10 - 34) ), Q l tn s qquang, g 'f l di rngg o c NF ((thngg bng 0 ,1 nm) OSNR Tuy nhiờn, mi tng khuch i thờm vo nú thnh phn tp õm ASE v lm gim phm cht ca OSNR, hn na, mi b khuch i ó khuch i... IV .4 z z z NFi hQ'f (IV. 24) (IV.23) 32 15 /05/2 010 T (IV. 24) , h s GRA trờn t s thc s gia tng OSNR ca h thng, hỡnh v IV.6 cho thy s thay i ca h s khuch i Raman theo cụng sut bm 1 OSNRi ( Stage ) Pini G RAi N 1 1 Ư Ư i 1 OSNRi ( Stage ) i 1 OSNRi ( RA ) N Giỏ tr OSNR ca mi tng nh sau: 1 OSNRtotal T cỏc h thng cú trc, OSNR ca tng cui cựng nh sau: IV .4 Thit k tuyn im - im IV .4 ... (vớ d 10 -12 v tc ng dõy OC3 15 5 Mbps), p ), mng g s cú mt li xyy ra trongg vũngg 10 ngy g y hoc IV .4. 1- Tớnh toỏn h s Q t OSNR: z OSNR l tham s quan trng nht kt hp vi tớn hiu quang ó cho, nú cú kh nng o lng v mt lng i vi mt mng v cú th c tớnh ớ h toỏn ỏ t cỏc ỏ tham h s h thng h ó cho; h giỏ iỏ tr Loga L ca Q (dB) liờn liờ quan ti OSNR cho bi: BER IV .4 Thit k tuyn im - im IV .4 z 25 15 /05/2 010 Núi... log N  10 log 'f (IV. 21) 1 OSNR final 29 15 /05/2 010 i vi h thng N tng khuch i, mi b khuch i bự li suy hao ca on trc, õy suy hao trờn on truyn dn l * (dB), khi ny quan h vi i OSNR tng t cui i cựng ự nh h sau: nsp NF 10 N2 l s lng in t trng thỏi cao, N1 l s lng in t trng thỏi thp; tham s nghch o nng nsp cng cú th xỏc nh nh sau: IV .4 Thit k tuyn im - im IV .4 z 30 15 /05/2 010 Gi thit nh sau: + NF