Nghiờn cu k thut WDM trong h thng thụng tin quang Trờng đại học vinh Khoa điện tử viễn thông -------------- đồ án tốt nghiệp đại học Đề tài : Nghiên cứu kỹ thuật Wdm Trong hệ thống thông tin quang Giáo viên hớng dẫn : ThS. nguyễn phúc ngọc Sinh viên thực hiện : nguyễn thị hoa Lớp : 47K - ĐTVT SVTH: Nguyn Th Hoa Lp: 47K - TVT Nghiên cứu kỹ thuật WDM trong hệ thống thông tin quang vinh - 05/ 2011 SVTH: Nguyễn Thị Hoa Lớp: 47K - ĐTVT 2 Nghiên cứu kỹ thuật WDM trong hệ thống thông tin quang Lời nói đầu Bằng việc đi tắt đón đầu những công nghệ mới, tiên tiến trên thế giới, công nghệ thông tin, điện tử viễn thông là những hướng phát triển tiên phong góp phần đưa đất nước ta hướng tới một xã hội thông tin. Nghĩa vụ và trách nhiệm của một sinh viên sắp ra trường thật không nhỏ, vì đối với họ vận hội, và thách thức đang mở ra ở phía trước. Với nhận thức ấy, quyển đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu kỹ thuật WDM trong hệ thống thông tin quang” là báo cáo tổng kết một phần kiến thức Khoa học Công nghệ về chuyên ngành Điện tử Viễn thông mà em được đào tạo sau gần 5 năm học tập tại trường Đại học. Chuẩn bị trở thành một kỹ sư, với những kiến thức bổ ích, sâu rộng về chuyên ngành điện tử - viễn thông như ngày hôm nay, đó là do em đã được sự dìu dắt, giúp đỡ của các thầy cô giáo trong khoa Điện tử- viễn thông, các thầy cô giáo tại Đại Học Vinh, nhất là công lao hướng dẫn của ThS. Nguyễn Phúc Ngọc . Qua đây em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo đã nhiệt tình hướng dẫn và chỉ bảo cho em trong suốt thời gian làm đồ án tốt nghiệp này, và em cũng xin được chân thành cảm ơn tất cả các thầy giáo, cô giáo trong và ngoài khoa đã nhiệt tình giảng dạy trong suốt những năm em được học tập và nghiên cứu tại trường để em có được một vốn hiểu biết mới. Em mong rằng sẽ nhận được nhiều đóng góp của các thầy cô và bạn bè cho quyển đồ án, để các nghiên cứu sâu hơn sau này đạt kết quả tốt hơn nữa.Và tiếp tục nhận được sự dìu dắt và giúp đỡ quý báu đó trong quá trình công tác và học tập sau khi tốt nghiệp. SVTH: Nguyễn Thị Hoa Lớp: 47K - ĐTVT 3 Nghiên cứu kỹ thuật WDM trong hệ thống thông tin quang Sinh viên: Nguyễn Thị Hoa SVTH: Nguyễn Thị Hoa Lớp: 47K - ĐTVT 4 Nghiên cứu kỹ thuật WDM trong hệ thống thông tin quang Tóm tắt đồ án Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ truyền tin, và yêu cầu về thông tin cần được trao đổi trong xã hội, đòi hỏi phải có những mạng mới, những công nghệ mới đưa vào sử dụng để đáp ứng cho những nhu cầu bức thiết đó thì mạng thông tin quang đã được ra đời và đưa vào sử dụng mạnh mẽ trong những năm gần đây. Mạng thông tin quang ra đời đã giải quyết được vấn đề về băng thông đường truyền cho các nghành thông tin truyền thông ở trên thế giới cũng như tại Việt Nam. Đặc biệt là sự ra đời của kỹ thuật WDM, đây là phương thức ghép kênh mà các tín hiệu quang được phân chia thành các bước sóng và sau đó được ghép vào trên cùng một sợi quang và được truyền đi. Với phương thức mới này thì nó đã phần nào đáp ứng được băng thông truyền dẫn tín hiệu. Vì vậy, tác giả đã chọn đề tài “Nghiên cứu kỹ thuật WDM trong hệ thống thông tin quang” làm đồ án tốt nghiệp. Đề tài gồm ba chương: Chương 1. Tổng quan về về hệ thống thông tin quang. Trong chương này tác giả đã giới thiệu lịch sử phát triển của hệ thống thông tin quang, cấu trúc cũng như ưu, nhược ddiemr của hệ thống, các tham số, thành phần cơ bản của nó. Chương 2. Các kỹ thuật ghép kênh trong thông tin quang. Trong chương này tác giả đã giới thiệu các kỹ thuật ghép kênh trong thông tin quang, kỹ thuật khuếch đại quang đang sử dụng. Chương 3. Công nghệ ghép kênh theo bước sóng. Ở chương này tác giả tìm hiểu được nguyên lý ghép kênh theo bước sóng, các thiết bị được sử dụng trong WDM, các vấn đề kỹ thuật cần quan tâm trong WDM. SVTH: Nguyễn Thị Hoa Lớp: 47K - ĐTVT Nghiên cứu kỹ thuật WDM trong hệ thống thông tin quang Mục lục Trang Lời nói đầu Tóm tắt đồ án Danh sách hình vẽ, bảng biểu Danh sách các từ viết tắt . Mở đầu 1 Chương 1. Tổng quan về hệ thống thông tin quang 3 1.1. Giới thiệu chung về hệ thống thông tin quang 3 1.1.1. Lịch sử phát triển .3 1.1.2. Khái niệm .4 1.1.3. Các thành phần chính của tuyến truyền dẫn cáp sợi quang .4 1.2. Phân loại hệ thống thông tin quang .6 1.2.1. Phân loại theo dạng tín hiệu 6 1.2.2. Phân loại theo phương pháp điều chế và giải điều chế tín hiệu .6 1.2.3. Phân loại theo tốc độ và cự ly truyền dẫn .7 1.2.4. Phân loại theo phương thức ghép kênh .7 1.3. Lí thuyết chung về sợi quang 7 1.3.1. Khái niệm và cơ sở quang học .7 1.3.2. Phân loại và cấu trúc sợi quang 9 1.3.3. Các đặc tính của sợi quang . 14 1.3.4. Các yêu cầu kỹ thuật đối với sợi quang . 16 SVTH: Nguyễn Thị Hoa Lớp: 47K - ĐTVT Nghiên cứu kỹ thuật WDM trong hệ thống thông tin quang 1.4. Thiết bị phát quang .17 1.4.1. LED . 17 1.4.2. LASER . 21 1.5. Các thiết bị thu quang 23 SVTH: Nguyễn Thị Hoa Lớp: 47K - ĐTVT 7 Nghiên cứu kỹ thuật WDM trong hệ thống thông tin quang 1.5.1. Photodiode PIN .24 1.5.2.Photodiode thác APD .26 1.6. Các trạm lặp và các trạm xen/rẽ kênh .28 1.6.1. Các trạm lặp 29 1.6.2. Các trạm xen/rẽ kênh 29 1.7. Các tham số của hệ thống thông tin quang 29 1.8. Kết luận chương 32 Chương 2. Các kỹ thật ghép kênh trong thông tin quang .33 2.1. Các kỹ thuật ghép kênh quang .33 2.1.1. Kỹ thuật ghép kênh theo thời gian OTDM 33 2.1.2. Ghép kênh phân chia theo tần số tín hiệu quang OFDM .34 2.1.3. Kỹ thuật ghép kênh theo sóng mang thứ cấp SCM 35 2.1.4. Kỹ thuật ghép kênh theo mã CDM .36 2.1.5. Kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM 37 2.2. Các phương pháp khuếch đại quang .53 2.2.1. Khuếch đại tín hiệu trên miền tín hiệu điện (O/E-E/O) .53 2.2.2. Khuếch đại tín hiệu trên miền tín hiệu quang .54 2.2.3. So sánh khuếch đại điện và khuếch đại quang 57 2.3. Kỹ thuật bù tán sắc 58 2.4. Kết luận chương 58 Chương 3. Công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng WDM59 3.1. Giới thiệu .59 3.2. Các công nghệ trong mạng thông tin quang 60 3.2.1. Mạng quang đồng bộ/phân cấp số đồng bộ 60 3.2.2. Gigabit Ethernet 61 SVTH: Nguyễn Thị Hoa Lớp: 47K - ĐTVT Nghiên cứu kỹ thuật WDM trong hệ thống thông tin quang 3.3. Nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng WDM .62 3.3.1. Định nghĩa .62 3.3.2. Nguyên lý cơ bản của WDM .62 SVTH: Nguyễn Thị Hoa Lớp: 47K - ĐTVT 9 Nghiên cứu kỹ thuật WDM trong hệ thống thông tin quang 3.4. Các thiết bị sử dụng trong hệ thống WDM .64 3.4.1 Bộ ghép/tách tín hiệu (Coupler) 64 3.4.2 Bộ isolator/circulator .66 3.4.3. Bộ lọc quang 68 3.4.4. Bộ ghép/tách kênh bước sóng 71 3.4.5. Bộ chuyển mạch quang .73 3.4.6 Bộ chuyển đổi bước sóng .75 3.5. Những vấn đề kỹ thuật cần quan tâm đối với hệ thống thông tin quang WDM .75 3.5.1. Số kênh được sử dụng và khoảng cách giữa các kênh .76 3.5.2. Vấn đề ổn định nước sóng của nguồn quang và yêu cầu độ rộng phổ của nguồn phát 76 3.5.3. Xuyên nhiễu giữa các kênh tín hiệu quang .77 3.5.4. Suy hao- quỹ công suất của hệ thống WDM 77 3.5.5. Ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến 79 3.6. Ưu điểm và nhuợc điểm của công nghệ WDM 79 3.7. Kết luận chương .81 Kết luận .82 Tài liệu tham khảo .84 SVTH: Nguyễn Thị Hoa Lớp: 47K - ĐTVT . Nghiên cứu kỹ thuật WDM trong hệ thống thông tin quang vinh - 05/ 2011 SVTH: Nguyễn Thị Hoa Lớp: 47K - ĐTVT 2 Nghiên cứu kỹ thuật WDM trong hệ thống thông. Nghiên cứu kỹ thuật WDM trong hệ thống thông tin quang làm đồ án tốt nghiệp. Đề tài gồm ba chương: Chương 1. Tổng quan về về hệ thống thông tin quang. Trong