HomeWork 1 các thành phần cơ bản của hệ thống thông tin sợi quang

Báo Cáo Giữa Kì Môn Thông Tin Sợi Quang GVHD Nguyễn Tấn Hưng Sinh Viên Tôn Thất Thắng MSSV 106180049 Lớp 18DT1 HomeWork 1 Các Thành Phần Cơ Bản Của Hệ Thống Thông Tin Sợi Quang I Sơ đồ tổng quát của h[.]

Báo Cáo Giữa Kì Môn: Thông Tin Sợi Quang GVHD: Nguyễn Tấn Hưng

Sinh Viên: Tôn Thất Thắng MSSV: 106180049 Lớp: 18DT1

HomeWork 1 Các Thành Phần Cơ Bản Của Hệ Thống Thông Tin Sợi Quang.

I Sơ đồ tổng quát của hệ thống thông tin quang:

 Gồm 3 phần chính:

- Optical Transmitter: Chuyển đổi dữ liệu điện thành dòng bit quang để truyền

dữ liệu đi ra thông qua máy phát quang

- Communication Channel: Các sợi quang được sử dụng để truyền các dòng bit

quang dữ liệu đi tới các máy thu quang để thu tín hiệu dữ liệu

- Optical Receiver: Chuyển đổi dòng bit quang về lại tín hiệu điện ban đầu.

1 Optical Transmitter:

- Nguồn phát quang thường được dùng để cung cấp sóng mang quang là Led hoặc Lazer

- Có một số nguồn phát quang Lazer thường dùng: Lazer điều chỉnh được bước sóng (Tunable Laser), Laser đa bước sóng (Multiwavelength Laser)

- Yêu cầu đối với nguồn phát lazer là phải có độ rộng phổ hẹp, bước sóng phát

ra ổn định, mức công suất phát đỉnh, bước sóng trung tâm, độ rộng phổ, độ rộng chip phải nằm trong giới hạn cho phép

- Tần số sóng mang quang thay đổi từ 185 - 200 (THZ) (1520 -`1620 nm)

- Băng tần C: 1530 – 1570 (nm), Băng tần L: 1570 – 1610 (nm)

- Modulator Optical: Bộ điều chế quang tạo ra dòng bit quang bằng cách điều

chế tín hiệu dữ liệu điện và sóng mang quang để truyền đi

2 Optical Receiver:

- Trong máy thu quang sẽ có bộ tách sóng quang ( Photodetector ) giống như

các máy thu thông thường, bộ tách sóng quang được sử dụng để chuyển đổi tín hiệu quang thành dữ liệu tín hiệu điện

- Electrical Demodulator: Bộ giải điều chế trong máy thu quang chế tạo lại các

dòng bit dữ liệu điện

- Thông tin quang vẫn có nhiễu trong quá trình truyền và tại máy thu nên sẽ

3 Communication Channal

 Trong quá trình truyền dẫn tín hiệu quang sẽ bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố:

- Suy hao sợi quang

- Tán sắc

- Các hiệu ứng phi tuyến

- Các vấn đề liên quan đến khuếch đại

- Vấn đề của sợi quang như: vật liệu, chất lượng, …

II Nguyên lí hoạt động của hệ thống thông tin sợi quang:

- Tại phía phát tín hiệu thông tin cần truyền đi sẽ đi qua bộ biến đổi thành tín hiệu điện, sau đó đi vào bộ phát quang Sau đó điệu chế với tín hiệu sóng mang quang với tín hiệu dữ liệu điện tạo thành dòng bit quang được điều chế trong sóng mang quang để truyền tín hiệu quang đi đến máy thu quang

- Có nhiều phương pháp điều chế: Điều chế trực tiếp cường độ ánh sáng, Điều chế gián tiếp, …

- Sau khi điều chế ra tín hiệu quang từ máy phát quang thì sẽ đưa vào sợi quang

để truyền đi xa Khi truyền tín hiệu đi xa thì tín hiệu quang sẽ bị suy hao tín hiệu, tán sắc,… Ta sẽ dùng bộ khuếch đại và các trạm lặp để có thể khôi phục lại các tín hiệu bị suy hao, mất mát

- Tín hiệu thu được từ máy thu quang sẽ đưa vào bộ thu quang tiếp nhận và biến đổi các tín hiệu quang về các tín hiệu dữ liệu điện ban đầu, sau đó sẽ xử líthành tín hiệu cơ bản lan truyền

 Nguyên lí hoạt động của cáp quang:

- Sợi quang học là một sợi thủy tinh tinh khiết rất mỏng, hoạt động như một ống dẫn sóng hình trụ tròn cho phép ánh sáng truyền với khoảng cách xa

- Sợi quang dùng phương pháp phản xạ toàn phần giữa hai môi trường có chiết xuất n1 và n2.

- n1; n2: Chiết xuất môi trường nước và không khí

HomeWork 2 Transmitter: Thiết Lập Máy Phát 10Gb/s, NRZ

I Sơ đồ mạch nguyên lí mô phỏng Optisystem:

- Chọn Power = 15(dBm)

II Kết quả mô phỏng máy phát 10Gb/s:

1 Dạng phổ của tín hiệu điện:

 Nhận xét:

o Khi tần số càng tăng đồ thị phổ có công suất giảm dần về âm

o Phổ tín hiệu hiển thị theo từng búp năng lượng, tần số càng cao thì búp năng lượng có công suất càng giảm và về âm

2 Dạng phổ của búp năng lượng 10G:

 Nhận xét:

o Búp năng lượng 10G và những búp năng lượng nhỏ dần có hình dạng phổ giống nhau, những búp năng lương 10G ở tần số càng cao thì công suất càng giảm

o Các búp năng lượng 10G không có tính đối xứng, các búp năng lượng giảm dần khi tần số tăng dần

o Tần số càng cao thì búp năng lượng 10G có công suất càng thấp

3 Dạng phổ của búp năng lượng tín hiệu quang:

 Nhận xét:

o Dạng phổ có tính dối xứng ở bước sóng: => f = 180.3 (THz)

o Càng xa tần số trung tâm, mức năng lượng của các búp càng giảm dần

o Các búp năng lượng đối xứng xung quanh tần số f = 180.3 (THz)

o Mức năng lượng của tần số trung tâm f = 180.3 (THz) cao nhất

HomeWork 3 Group Velocity

 Tìm công thức vận tốc nhóm Vg:







 Như hình trên ta thấy sóng chồng chập của hai sóng ban đầu được điều chế biên

độ bởi một hình sin biến đổi chậm của tần số

 Chọn một điểm trên biên đã điều chế nơi có pha không thay đổi

 Ta có:

 Với m = 0 



 Vậy vận tốc nhóm là:

HomeWork 4 Dispersion

I Mối liên hệ giữa vận tốc nhóm và chiết xuất nhóm:

 Công thức liên hệ:





 Giải thích mối liên hệ giữa vận tốc nhóm và chiết suất nhóm:

- Vận tốc nhóm bằng vận tốc ánh sáng c chia cho chiết suất nhóm Ng.

- Chiết suất nhóm Ng là hàm phụ thuộc vào chiết xuất n và bước sóng lamda.

- Vậy chiết suất nhóm Ng phụ thuộc vào bước sóng lamda

II Mối liên hệ giữa chiết suất nhóm và tán sắc:

 Chiết suất nhóm Ng là một hàm phụ thuộc vào bước sóng lamda và chiết xuất n,

mà bước sóng lamda phụ thuộc vào tần số f do đó chiết suất nhóm Ng phụ thuộc vào tần số f

 VD: Xét sự thay đổi của chiết suất nhóm Ng theo bước sóng của silica nóng chảy.

 Nhận xét:

- Chiết suất nhóm Ng sẽ thay đổi theo hai hướng là âm hoặc dương

- Với chiết suất nhóm dương, ta xét 2 nhóm xung ánh sáng có bước sóng là

tăng thì vận tốc nhóm càng giảm

- Với chiết suất nhóm âm, ta xét 2 nhóm xung ánh sáng có bước sóng là

tăng thì vận tốc nhóm càng tăng

- Chính vì sự thay đổi của chiết xuất nhóm làm thay đổi vận tốc nhóm nên

đã tạo ra hiện tượng không mong muốn là tán sắc làm cho tín hiệu dễ bị nhiễu xuyên âm, nhiễu liên kí tự.

- Vậy chiết suất nhóm có mối liên hệ mật thiết với tán sắc.

III Định nghĩa tán sắc:

 Đây là hiện tượng một xung ánh sáng bị dãn rộng ra về mặt thời gian sau khi truyền đi với khoáng cách nào đó trong sợ cáp quang được gọi là hiện tượng tán sắc

 Ở trong sợi quang, những tần số ánh sáng khác nhau và những mode khác có vận tốc nhóm truyền khác nhau nên cần khoảng thời gian khác nhau để truyền trên cũng một khoảng cách đã tạo ra sự dãn xung ánh sáng theo thời gian khi truyền tín hiệu

 Hiện tượng tán sắc đã làm cho mỗi tín hiệu truyền đi một khoảng cách nào đó nhưng với khoảng thời gian khác nhau đã gây ra sự chậm trễ giữa các tín hiệu khi truyền đi đã gây nên hiện tượng méo tín hiệu, nhiễu xuyên âm,…

IV Phương pháp bù tán sắc:

 Ba phương pháp bù tán sắc:

 Electronic Dispersion Compensation

 Fiber Bragg Grating

 Dispersion Compensation Fiber

1. Electronic Dispersion Compensation:

- Là phương pháp bù tán sắc điện tử sử dụng lọc điện tử để đạt được bù tán sắc trong các liên kết thông tin quang

- Là thực hiện mã hóa lọc ngay từ kênh truyền thông để bù cho sự suy giảm tín hiệu do môi trường truyền dẫn gây ra

2 Fiber Bragg Grating:

- Là một thiết bị phản xạ bao gồm các sợi quang có thể điều chỉnh chiết suất lõi của nó trong khoảng thời gian nhất định

- Khi các xung ánh sáng truyền qua thiết bị này, những xung ánh sáng có bước sóng thỏa mãn điều chế của nó mới bị phản xạ và các xung còn lại sẽ đi qua cách tử và tiếp tục truyền đi

3 Dispersion Compensation Fiber:

- Ta có thể bù thêm sợi có độ tán sắc âm và tán sắc dương vào sợi thông thường

- Sợi quang thông thường có giá trị tán sắc rất lớn, và độ tán sắc D là dương, bằng cách thêm một sợi bù tán sắc âm vào nó có thể đảm bảo rằng tổng độ phân tán của toàn bộ đường sợi quang xấp xỉ bằng không

- Đây là phương pháp được học trong chương trình thông tin quang

- Tổng suy hao

HomeWork 5

Khảo sát Q Factor (dB) theo Residual Dispersion

I Sơ đồ nguyên lí mô phỏng Optisystem:

II Kết quả mô phỏng Optisystem

1 Tính toán hệ số tán sắc:

- Ta chọn:



2 Kết quả mô phỏng:

- Ta quét Dispersion: Chạy từ -100 đến 100 (ps/nm/km) với 20 điểm quét.

 Nhận xét:

- Khi ta thay đổi tán sắc bù từ -100(dB) đến 100(dB) với 20 điểm quét thì hệ số

Q Factor(Trục Y) cũng thay đổi theo và thay đổi từ 0 – 52.

- Khi ta bù tán sắc âm quét từ -100 về 0 thì hệ số Q Factor đạt đỉnh ở Q xấp xỉ 43,6 sau đó giảm dần đến khi về 0

- Khi bù tán sắc dương quét từ 0 đến 100 thì hệ số Q Factor giảm về min khi Q xấp xỉ 8.4

- Khi Dispersion = 36,8 (ps/nm/km) thì hệ số Q Factor Max lớn nhất với Q gần bằng 43,6 và có giá trị min Q = 8.4 khi Dispersion = 26.3 (ps/nm/km)

- Vậy để hệ số Q Factor max thì ta nên bù tán sắc âm để với Dispersion = 36.8 (ps/nm/km)