Bài Tập Lớn Thông Tin Quang

Bài Tập Lớn Thông Tin Quang, Bài Tập Lớn Thông Tin Quang, Bài Tập Lớn Thông Tin Quang

HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG HÀNG KHÔNG

BÁO CÁO TIỂU LUẬN

TÊN ĐỀ TÀI:

THÔNG TIN QUANG

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TS TRỊNH HOÀNG DUY SINH VIÊN: LÊ KHÁNH DUY

MSSV: 1853020009 LỚP: 18ĐHĐT01

Thành phố Hồ Chí Minh – 12/2021

HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO TIỂU LUẬN

TÊN ĐỀ TÀI:

THÔNG TIN QUANG

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TS TRỊNH HOÀNG DUY SINH VIÊN: LÊ KHÁNH DUY

MSSV: 1853020009

LỚP: 18ĐTĐT01

Thành phố Hồ Chí Minh - 12/2021

HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIẸT NAM

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ BÁO CÁO TIỂU LUẬN

Họ và tên sinh viên: Lê Khánh Duy

MSSV: 1853020009

Lớp: 18ĐHĐT01

1 Nhiệm vụ của tiểu luận: Làm Bài Tập Lớn Thông Tin Quang

2 Ngày giao tiểu luận: ……/……/……

3 Ngày hoàn thành tiểu luận: ……/……/……

4 Họ tên người hướng dẫn: TS Trịnh Hoàng Duy

T/p Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20…

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Phần đánh giá:

Điểm bằng số: Điểm bằng chữ:

(Quy định về thang điểm và lấy điểm tròn theo quy định của Học viện)

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20…

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ tên)

TS TRỊNH HOÀNG DUY

CHƯƠNG II : Sợi Quang

Bài 1: Độ tán sắc của vật liệucáp thủy tinh cho bởi

a Xác định thông số tán sắc vật liệu ở bước sóng 0,85 và độ dãn xung hiệu dụng trên mỗi Kilomet đối với nguồn LED có độ rông hiệu dụng

20

b Cho độ rộng xung tương đối là 0,0012 ở bước sóng 0,85 Xác định đô dãn xung hiệu dụng

Tóm Tắt:

λ=0,85 μm

𝜎𝜆=20nm

= 0,0012

λ =0,85 μm

a, M=? σ m =?

b, σ m =?

Giải Câu a)

Thông số tán sắc vật liệu ở bước sóng 0,85 là:

M= λ c|d2n1

d λ2|= 1cλ|λ2d2n1

d λ2|

 M= 0.025

2.998 ×105×850=98,1 (ps/nm.km)

Độ dãn xung hiệu dụng trên mỗi km là:

σ m ≈ σ λ LM

 σ m =20×10−12×1×98,1=1.96( ns km)

Câu b)

Ta có độ rộng xung tương đối:

= 0,0012

=> σ λ =0.0012 × λ=0.0012 ×0,85 10−6=1.02(nm)

Độ dãn xung hiệu dụng trên mỗi km là:

σ m ≈ σ λ LM

 σ m =1.02 ×10−12×1× 98,1=0,10( ns

km)

Bài 2:

a Xây dựng biểu thức độ tán sắc mode

b Áp dụng cho 1 tuyến cáp quang 6 Km chiết suất bước đa mode với chiết suât lõi là 1,5 và tủ số chiết suất tương đối là 1% Tính:

(i) Thời gian trễ giữa mode nhanh nhất và mode chậm nhất ở đầu ra của cáp quang

(ii) Độ dãn xung hiệu dụng do tán sắc mode trên tuyến cáp quang này (iii) Tốc độ bit tối đa mà nó đạt được (giả sử chỉ có tán sắc mode)

c So sánh với độ dãn xung hiệu dụng cho cáp quang chiết suất cong parabole với cùng chiết suất lõi và cùng tỷ số tương đối

Tóm tắt:

L=6 Km

n1=1,5

∆=1

Giải Câu a)

Nguyên nhân xuất hiện tán sắc mode là do khi phóng ánh sáng

vào sợi đa mode, năng lượng ánh sáng phân thành nhiều mode Mỗi mode lan truyền với vận tốc nhóm khác nhau nên thời gian lan truyền của chúng trong sợi khác nhau Chính sự khác nhau về thời gian lan truyền của các mode nên gây ra tán sắc mode

Xây dựng biểu thức độ tán sắc mode:

Trong sợi đa mode SI thì mọi tia sáng đi cùng với một vận tốc:

v= c n

1

Để xác định độ tán sắc mode trong sợi đa mode SI, ta xét độ chênh lệch thời gian lan truyền giữa hai mode ngắn nhất và dài nhất trong sợi quang dài L(km) Đó là tia 1 và tia 2 như hình dưới đây

r

Tia 1( tia ngắn nhất) đi trùng với trục của sợi quang

+ Độ dài lan truyền: d1=L

+ Thời gian lan truyền: T1 =d v1= L

( c n

1 )=

L n1

c =T min

Tia 2( tia dài nhất) là tia ứng với góc tới (bằng góc tới hạnθ c

+ Độ dài lan truyền: d2= L cosθ

+ Thời gian lan truyền: T1 =d2

v =

L cosθ

( c

n1)=c.cosθ L n1 =T max

Áp dụng đinh luật khúc xạ tại điểm A ta có:

sin θ c = n 2 n 1 =cosθ

 T2=T max=L n12

c n2

Do đó thời gian chênh lệch giữa 2 tia là:

∆ T mode(SI) =T max −T min=Ln12

c n2−

L n1

c =

Ln1

c ×

(n1−n2 )

n2

Độ chênh lệch này chính là tán sắc mode:

D mode(SI) =∆ T mode (SI) ≈ L n1

c × ∆(Khi ∆ ≪1)

với : n12−n22

2n12 ≈

n1−n2

n2 (Vì ∆≪1)

Bên cạnh đó có thể tính độ tán sắc mode theo khẩu độ số:

NA=n1√2∆

¿>∆=¿¿

Do đó: D mode (SI) =T mode (SI) ≈ L(NA) 2

2cn1

Câu b)

Thời gian chênh lệch giữa mode nhanh nhất và mode chậm nhất là:

∆ T mode(SI)=Ln1∆

c =6× 10

3× 1.5×0.01

2.998× 108

¿300(nm)

Độ dãn xung hiệu dụng do tán sắc mode trên tuyến cáp quang này là:

σ mode(SI)=L n1∆

2√3c=6.10

3×1.5×0.01

2√3× 3×108 =86,603(ns)

Tốc độ bit tối đa mà nó đạt được (giả sử chỉ có tán sắc mode) là:

B t(max)= 0,2σ

mode(SI)

86,603 ×10−9=2,3094(Mps)

Câu c)

Độ dãn xung hiệu dụng do tán sắc mode trên tuyến cáp quang này với chiết suất cong Parabol là:

CHƯƠNG III:

Bài 1: Một tuyến cáp quang DIM chiều dài 2 Km sử dụng đèn LED có công

suấtt quang trung bình là -10dBm phóng vào cáp quang đa mode Cáp quang suy hao 3,5dB/Km và suy hao đầu chia 0,7dB/Km Suy hao do đầu nối ở đầu thu là 1,6 dB Đầu thu là Diode quang loại PIN có độ nhạy là -25dBm đối với SNR là 50dB với hệ số điều chế là 0,5 Cho độ dự trữ an toàn là 4dB

a Thực hiện quỹ công suất quang cho hệ thống mà vẫn bảo đảm độ tồn tại của nó

b Xác định chiều dài tuyến tăng thêm trong trường hợp tăng độ dự trữ an toàn cáp quang lên thành 7dB

Giải Câu a)

Ta có:

+ LED có công suất quang trung bình: −10dBm

+ Công suất trung bình cần thiết tại diode quang PIN có độ nhạy: − 25dBm + Tỷ lệ tín hiệu – nhiễu SNR: 50dB

+ Hệ số điều chế: 0,5

+ Tổng biên độ hệ thống: 15 dB

+ Suy hao do đầu nối ở đầu thu: 1,6dB

+ Độ dự trữ an toàn: 4dB

+ Tổng cộng tổn hao hệ thống: 14dB

+ Công suất biên vượt mức: 1dB

+ Suy hao tổng cáp quang là 2 3,5 = 7dB

+ Suy hao mối nối 2 0,7 = 1,4dB

Vậy thực hiện quỹ công suất quang cho hệ thống với các dữ kiện trên mà vẫn đảm bảo độ tồn tại của nó

Câu b)

Theo giả thuyết đề bài thì:

+ Công suất trung bình cần thiết tại diode quang PIN có độ nhạy: P o= ¿− 25dBm

+ Suy hao do đầu nối ở đầu thu: α cr= ¿ 1,6dB

+ Suy hao tổng cáp quang là M a= ¿ 2 3,5 = 7dB

+ Suy hao đầu chia là α j= ¿0,7dB/Km

+ Suy hao cáp quang α fc= ¿3,5dB/Km

Trường hợp tăng độ dự trữ an toàn cáp quang lên thành 7dB, ta có:

P i =P o+(α fc +α j)L+α cr +M a

<=> P i −P o=(α fc +α j)L+α cr +M a (dB)

<=> 0 dBm − (−25 dBm) = (3,5+0,7 )L + 1.6 + 7.0

<=> 25 = 4,2 L + 8,6

<=> L = (25 – 8,6) ÷ 4,2 ≅ 3,904 km

Vậy trong trường hợp tăng độ dự trữ an toàn cáp quang lên thành 7dB thì chiều dài tuyến tăng thêm là ∆ L=¿3,904 – 2 = 1,904 km

Bài 2: Đường truyền cáp quang đơn mode đường dài hoạt đông ở bước sóng

Có công suất trung bình từ bộ phát là -3dBm.; Suy hao sợi cáp là 0,4dB/Km Suy hao do mối nối 0,1 dB/Km Suy hao so bộ kết nối ờ đầu thu

và nhận là 1dB/đầu Công suất trung bình ở đầu thu APD hoạt động ở tốc độ

Độ dự trữ an toàn là 7dB Xác định:

(a) Chiều dài tuyến cáp tối đa mà không dung bộ lập ở tốc độ 35MBits/s (b)Chiều dài tuyến cáp tối đa mà không dùng bộ lập ở tốc độ 400MBits/s

Giải Câu a)

Tỷ số chiết suất tương đối là 3%= 3100=0.03

Độ chênh lệch chiết suất tương đối: ∆= n12−n22

2n12

<=> n22=n12−2∆ n12

<=> n22=1,5 2−2 0,03.1,52

<=> n22=2,115

Vậy bán kính cong tới hạn của cáp quang đa mode là:

R c≅ 3n12λ

4 π(n¿¿ 1 2−n22 )32 ¿

<=> R c ≅ 3.1,52.0,82 10−6

4 π (2,25−2,115)

3 2

<=> R c ≅8,879.10−6μm

Câu b)

Tỷ số chiết suất tương đối là 0,3%= 3100=0,003

Độ chênh lệch chiết suất tương đối: ∆= n12−n22

2n12

<=> n22=n12−2∆ n12

<=> n22=1,5 2−2 0,003.1,52

<=> n22 =2,2365

Vậy n2 =√2,2365 ≅1,495

Bước sóng cắt của sợi quang đơn mode là: λ c=2 πan1

V c (2∆)

1

2 (I)

Trong đó, chỉ số bước sóng: V c=2,405 (II)

Thay (II) vào công thức (I), ta có: λ c=2 πan1

2,405 (2∆)

1 2

<=> λ c =2 π 4.102,405−6.1,5 (2.0,003)12

<=> λ c ≅1,214 μm

Vậy bán kính cong tới hạn của cáp quang đơn mode là:

R cs ≅ 20 λ

(n1−n2)32(2,748−0,996 λ λ

c)−3

<=> R cs ≅ 20 1,55.10−6

( 1,5−1,495 )32 (2,748−0,996 1,55 10−6

1,214 10−6)−3

<=> R cs ≅0,027 m=27mm

CHƯƠNG IV:

Bài 1: Tuyến cáp quang số có tổng chiều dài 7Km và hoạt động ở 20 Mbits/s

sử dụng mã RZ Đèn LED hoạt động ở 0,85 có khả năng cho công suất quang trung bình là 100 (bao gồm suy hao đầu mối) phóng vào cáp quang chiết suất bước GI với đường kính 50 Các suy hao do mối nối quang có độ suy hao 2,6dB/Km và suy hao chẻ nhánh là 0,5dB/Km cho mỗi đầu chẻ Suy hao do đầu nối nơi thu là 1,5dB Công suất quang tới ở đầu thu là -41dBm với BER Độ dự trữ an toàn là 6dB

Hãy xác định độ tồn tại của hệ thống

Giải

Ta có:

Công suất quang trung bình từ máy phát:

P i =100 μW =10log(10 10 −6 1000)=−10 dBm

Công suất quang tới ở đầu thu ở 20 Mbit/s (BER 10 −10) :

P o =−41 dBm

 Tổng chênh lệch hệ thống:

P i −P o =−10dBm−(−41dBm)=31dB

Suy hao sợi quang: 7.2,6 dB km =18,2 dB

Suy hao mối nối: 6.0,5dB=3dB

Suy hao máy thu: 1.1,5dB=1,5dB

Đô dự trữ: 6dB

 Tổng suy hao kênh hệ thống: 18,2dB + 3dB + 1,5dB + 6dB = 28,7dB

 Năng lượng còn tồn tại khi sử dụng hệ thống: 31dB - 28,7dB = 2,3dB

 Dựa trên các số liệu được đưa ra, hệ thống là khả thi và cung cấp lượng công suất vượt quá 2,3 dB Điều này có thể cung cấp thêm một lượng

an toàn để cho phép các mối nối có thể xảy ra trong tương lai nếu chúng không được tính đến trong biên độ an toàn ban đầu

Bài 2: Đường truyền cáp quang đơn mode đường dài hoạt đông ở bước sóng

Có công suất trung bình từ bộ phát là -3dBm.; Suy hao sợi cáp là 0,4dB/Km Suy hao do mối nối 0,1 dB/Km Suy hao so bộ kết nối ờ đầu thu

và nhận là 1dB/đầu Công suất trung bình ở đầu thu APD hoạt động ở tốc độ

Độ dự trữ an toàn là 7dB Xác định:

a Chiều dài tuyến cáp tối đa mà không dung bộ lập ở tốc độ 35MBits/s

b Chiều dài tuyến cáp tối đa mà không dùng bộ lập ở tốc độ 400MBits/s

Giải

Ta có:

+ Công suất trung bình từ bộ phát là P i= ¿–3dBm

+ Suy hao sợi cáp là α fc= ¿ 0,4dB/Km

+ Suy hao do mối nối là α j= ¿0,1dB/Km

+ Suy hao kết nối ở đầu thu và nhận là 1dB/đầu nên α cr =2.1dB=2dB

+ Độ dự trữ an toàn là M a= ¿7dB

Câu a)

Ở tốc độ 35MBits/s, ta có:

P i =P o1+(α fc +α j)L+α cr +M a

<=> P i −P o1=(α fc +α j)L+α cr +M a (dB) (I)

Thay P i= ¿–3dBm ; P o1= ¿–55dBm vào phương trình (I), có:

–3dBm – (–55dBm) = (α fc +α j)L+α cr +M a

<=> 52dB = (α fc +α j)L+α cr +M a

<=> (α fc +α j)L=¿52 –(α¿¿cr+M a) ¿

<=> ( 0,4+0,1 )L=52−(2+7)

<=> 0,5 L=43

<=> L=43÷0,5=86(km)

Vậy chiều dài tuyến cáp tối đa mà không dung bộ lập ở tốc độ 35MBits/s là

86 km

Câu b)

Ở tốc độ 400MBits/s, ta có:

P i =P o2+(α fc +α j)L+α cr +M a

<=> P i −P o2=(α fc +α j)L+α cr +M a (dB) (II)

Thay P i= ¿–3dBm ; P o2= ¿– 44dBm vào phương trình (I), có:

–3dBm – (–44dBm) = (α fc +α j)L+α cr +M a

<=> 41dB = (α fc +α j)L+α cr +M a

<=> (α fc +α j)L=¿41 –(α¿¿cr+M a) ¿

<=> ( 0,4+0,1 )L=41−(2+7)

<=> 0,5 L=32

<=> L=32÷ 0,5=64(km)

Vậy chiều dài tuyến cáp tối đa mà không dung bộ lập ở tốc độ 400MBits/s là

64 km