(TIỂU LUẬN) báo cáo THỰC HÀNH CHUYÊN sâu khảo sát đặc tính bộ phát quang LD sử dụng điều chế trực tiếp

- Kiểm tra và hiệu chỉnh các tham số dòng kích thích laser trước khi chạy mô phỏng.- Sử dụng các khối phân tích phổ quang Optical Spectrum Analyzer, máy hiệnsóng tín hiệu quang Optical T

KHOA VIỄN THÔNG I

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2

BÀI THỰC TẬP CHUYÊN SÂU OPTISYSTEM 3

Bài 1: 3

a Khảo sát đặc tính bộ phát quang LD sử dụng điều chế trực tiếp 3

b Khảo sát đặc tính bộ phát quang LD sử dụng điều chế ngoài 5

Nhận xét 8

Bài 2: 8

a Khảo sát độ nhạy bộ thu quang sử dụng PIN 8

b Khảo sát độ nhạy bộ thu quang sử dụng APD 13

Bài 3: 17

a Khảo sát tuyến truyền dẫn sợi quang sử dụng sợi đơn mode chuẩn (SSMF) 18

b Khảo sát tuyến truyền dẫn sợi quang có sử dụng sợi bù tán sắc (DCF) 21 Bài 4: 24

a. Khảo sát hiệu năng hệ thống truyền dẫn quang WDM, xác định công suất phát tối ưu 24

b. Khảo sát hiệu năng hệ thống truyền dẫn quang WDM và xác định giới hạn khoảng cách truyền dẫn 27

BÀI THỰC HÀNH CHUYÊN SÂU OPTISYSTEM Bài 1:

a Khảo sát đặc tính bộ phát quang LD sử dụng điều chế trực tiếp

- Xây dựng bộ phát theo sơ đồ khối dưới đây:

OTDV: Máy hiện sóng tín hiệu quang

OSA

Bộ thu quang Rx

OTDV

Mô hình mô phỏng trong phần mềm Optisystem:

- Kiểm tra và hiệu chỉnh các tham số dòng kích thích laser trước khi chạy mô phỏng.

- Sử dụng các khối phân tích phổ quang (Optical Spectrum Analyzer), máy hiệnsóng tín hiệu quang (Optical Time Domain Visualizer) và tín hiệu điện (OscilloscopeVisualizer) để quan sát và phân tích tín hiệu

- Chạy mô phỏng và thu thập kết quả cho phân tích đặc tính điều chế bộ phátquang trong 2 trường hợp dòng định thiên (bias) nhỏ hơn và lớn hơn dòng ngưỡng củalaser + Trường hợp dòng Bias nhỏ hơn dòng ngưỡng (18 mA và 33.457 mA)

Min BER = 10-6

+ Trường hợp dòng Bias lớn hơn dòng ngưỡng (36 mA và 33.457 mA)

Min BER = 10-44

- Có thể sử dụng thêm bộ thu quang (Rx) và khối phân tích mẫu mắt để quan sát biểu đồ mắt tín hiệu thu được.

- Quan sát các kết quả để phân tích và nhận xét: phổ quang, dạng sóng và chirp tầncủa tín hiệu quang điều biến trong miền thời gian, so sánh với dạng sóng tín hiệu điệnkích thích

b Khảo sát đặc tính bộ phát quang LD sử dụng điều chế ngoài

- Xây dựng bộ phát sử dụng bộ điều chế Mach-Zehnder theo sơ đồ khối dưới đây:

Chuỗi PRBS

Laser CW

OSA: Máy phân tích phổ quang

OTDV: Máy hiện sóng tín hiệu quang

OTDV

Mô hình mô phỏng trong phần mềm Optisystem:

- Thiết lập các tham số cơ bản cho các khối hoạt động tại tốc độ 2,5 Gbit/s, độ dài

- Chạy mô phỏng và thu thập kết quả cho phân tích đặc tính điều chế bộ phát quang trong 2 trường hợp hệ số đối xứng (symmetry factor) bằng -1 và 0.

* Trường hợp Symmetry factor = 0

- Phổ quang và chirp

* Trường hợp Symmetry factor = -1 - Dạng sóng:

- Phổ quang và chirp:

Quan sát các kết quả để phân tích và nhận xét: phổ quang, dạng sóng và chirp tầncủa tín hiệu quang điều biến trong miền thời gian, so sánh với dạng sóng tín hiệuđiện kích thích.

c Thu thập kết quả và viết báo cáo

Xây dựng bộ thu quang sử dụng PIN và khảo sát độ nhạy thu

Xây dựng bộ thu quang sử dụng APD và khảo sát độ nhạy thu

3 Nội dung:

a Khảo sát độ nhạy bộ thu quang sử dụng PIN

- Xây dựng bộ thu quang sử dụng diode thu quang PIN theo sơ đồ khối dưới đây:

Laser

MZM CW

PD: Diode thu quang

Bộ suy

PD PIN hao

Bộ lọc Bessel thông thấp

Máy đo công

suất quang

Bộ phân tích BER

Mô hình mô phỏng trong phần mềm Optisystem

- Thiết lập các tham số cơ bản cho các khối trong sơ đồ hoạt động tại các tốc độ 2,5 Gbit/s và 10 Gbit/s, độ dài chuỗi bit bằng 128 bit, số mẫu 64 mẫu/mỗi bít.

- Kiểm tra và hiệu chỉnh các tham số suy hao của bộ suy hao trước khi chạy mô phỏng

- Sử dụng máy đo công suất quang để đo công suất quang đi vào bộ thu và khối phân tích BER để quan sát biểu đồ mắt và ước tính BER tín hiệu thu được

- Chạy mô phỏng và thu thập kết quả tại các giá trị suy hao quang khác nhau (Có thể sử dụng chế độ quét để quét giá trị suy hao)

- Các tham số bộ suy hao và tham số hệ thống

- Thực hiện quét các giá trị suy hao khác nhau

- Công suất quang đi vào bộ thu và biểu đồ mắt ước tính BER thu được

- Kết quả mô phỏng tại các giá trị suy hao khác nhau và đồ thị đường cong BER là hàm của công suất thu

- Vẽ đường cong BER là hàm của công suất thu và xác định độ nhạy bộ thu tại mức BER = 10-10 ở hai tốc độ khác nhau

- Độ nhạy thu tại BER = 10-10 tại tốc độ 2.5 Gbit/s

- Độ nhạy thu tại BER = 10-10 tại tốc độ 10 Gbit/s

b Khảo sát độ nhạy bộ thu quang sử dụng APD

- Xây dựng bộ thu quang sử dụng diode thu quang PIN theo sơ đồ khối dưới đây:

Laser

MZM CW

PD: Diode thu quang

Mô hình mô phỏng trong Optisystem

- Kiểm tra và hiệu chỉnh các tham số suy hao của bộ suy hao trước khi chạy mô phỏng.

- Sử dụng máy đo công suất quang để đo công suất quang đi vào bộ thu và khối phân tích BER để quan sát biểu đồ mắt và ước tính BER tín hiệu thu được

- Chạy mô phỏng và thu thập kết quả tại các giá trị suy hao quang khác nhau (Có thể sử dụng chế độ quét để quét giá trị suy hao)

- Vẽ đường cong BER là hàm của công suất thu và xác định độ nhạy bộ thu tại mức

- Các tham số bộ suy hao và tham số hệ thống

- Thực hiện quét các giá trị suy hao khác nhau

- Công suất quang đi vào bộ thu và biểu đồ mắt ước tính BER thu được

- Kết quả mô phỏng tại các giá trị suy hao khác nhau và đồ thị đường cong BER là hàm của công suất thu

- Vẽ đường cong BER là hàm của công suất thu và xác định độ nhạy bộ thu tại mức BER = 10-10 ở hai tốc độ khác nhau

- Độ nhạy thu tại BER = 10-10 tại tốc độ 2.5 Gbit/s

- Độ nhạy thu tại BER = 10-10 tại tốc độ 10 Gbit/s

Bài 3:

1 Mục đích:

Khảo sát tuyến truyền dẫn sợi quang

2 Yêu cầu:

3 Nội dung:

a Khảo sát tuyến truyền dẫn sợi quang sử dụng sợi đơn mode chuẩn (SSMF)

- Xây dựng tuyến truyền dẫn sợi quang theo sơ đồ dưới đây:

Bộ phát

quang

1 chặng (span)

SSMF EDFA

Máy đo công suất quang

OSA: Máy phân tích phổ quang

x N lần

OSA

Mô hình mô phỏng trong Optisystem

Trong đó tuyến truyền dẫn quang bao gồm N chặng (span) có cấu hình giốngnhau Mỗi span gồm một đoạn sợi quang đơn mode chuẩn cho truyền dẫn và một

bộ EDFA sử dụng để bù suy hao truyền dẫn của sợi trên mỗi chặng Do cấu hìnhmỗi chặng giống nhau nên có thể sử dụng khối điều khiển vòng lặp (LoopControl) để thay đổi số chặng trên tuyến Các bộ phát quang và thu quang có thể

sử dụng cấu trúc xây dựng ở các bài trước

- Thiết lập các tham số phù hợp cho các khối trong sơ đồ, hệ thống hoạt động tạitốc độ 2,5 Gbit/s, độ dài chuỗi bit bằng 128 bit, số mẫu 64 mẫu/mỗi bít Chiều dài sợiquang mỗi chặng là 80 km Bộ khuyếch đại EDFA có hệ số nhiễu NF = 5 dB

- Kiểm tra và hiệu chỉnh tham số vòng lặp trước khi chạy mô phỏng

- Sử dụng các máy đo công suất quang, máy hiện sóng tín hiệu quang và tín hiệuđiện để giám sát tín hiệu tại các điểm cần thiết trên hệ thống, khối phân tích BER để quansát biểu đồ mắt và ước tính BER tín hiệu thu được, máy phân tích phổ quang để đo phổ

và ước tính tham số OSNR tại điểm cuối của tuyến truyền dẫn Tham số OSNR được xácđịnh qua phổ quang đo được như cho thấy trong hình dưới đây tại độ rộng băng tầnquang tham chiếu (độ phân giải phổ) là 0,1 nm

- Chạy mô phỏng và thu thập kết quả tại các khoảng cách tuyến truyền dẫn khác nhau (bằng cách thay đổi số chặng hay số vòng lặp của tuyến)

- Tham số hệ thống và vòng lặp

- Vẽ đường cong BER và tham số OSNR là hàm của khoảng cách truyền dẫn và xác định giới hạn khoảng cách của hệ thống tại mức BER = 10-10.

Giới hạn khoảng cách của hệ thống tại mức BER = 10-10

b Khảo sát tuyến truyền dẫn sợi quang có sử dụng sợi bù tán sắc (DCF)

- Xây dựng tuyến truyền dẫn sợi quang theo sơ đồ dưới đây:

suất quang

Bộ phân tích BER

OSA

Mô hình mô phỏng trong Optisystem

Trong đó tuyến truyền dẫn quang bao gồm N chặng (span) có cấu hình giốngnhau Mỗi span gồm một đoạn sợi quang đơn mode chuẩn cho truyền dẫn, mộtđoạn sợi bù tán sắc và hai bộ EDFA sử dụng để bù suy hao truyền dẫn của sợi trênmỗi chặng Do cấu hình mỗi chặng giống nhau nên có thể sử dụng khối điều khiểnvòng lặp (Loop Control) để thay đổi số chặng trên tuyến Các bộ phát quang và thuquang có thể sử dụng cấu trúc xây dựng ở các bài trước

hoàn toàn tán sắc trên mỗi chặng Sợi DCF có hệ số suy hao cỡ 0,5 dB/km và diện tích hiệu dụng là 20 m2 Bộ khuyếch đại EDFA có hệ số nhiễu NF = 5 dB.

- Kiểm tra và hiệu chỉnh tham số vòng lặp trước khi chạy mô phỏng

- Sử dụng các máy đo công suất quang, máy hiện sóng tín hiệu quang và tín hiệu điện

để giám sát tín hiệu tại các điểm cần thiết trên hệ thống, khối phân tích BER để quan sát biểu

đồ mắt và ước tính BER tín hiệu thu được, máy phân tích phổ quang

để đo phổ và ước tính tham số OSNR tại điểm cuối của tuyến truyền dẫn

- Chạy mô phỏng và thu thập kết quả tại các khoảng cách tuyến truyền dẫn khác nhau (bằng cách thay đổi số chặng hay số vòng lặp của tuyến)

- Tham số hệ thống và vòng lặp

- Kết quả mô phỏng tại các khoảng cách truyền dẫn khác nhau (thay đổi số vòng lặp)

- Đồ thị đường cong BER và tham số OSNR là hàm của khoảng cách truyền dẫn

- Giới hạn của khoảng cách truyền dẫn để đạt BER = 10-10

- Vẽ đường cong BER và tham số OSNR là hàm của khoảng cách truyền dẫn và xácđịnh giới hạn khoảng cách và OSNR của hệ thống tại mức BER = 10-10 ở hai tốc độ

khác nhau

- Đồ thị đường cong BER và tham số OSNR là hàm của khoảng cách truyền dẫn

- Giới hạn của khoảng cách truyền dẫn để đạt BER = 10-10

Bộ thu quang

EDFA

Bộ phân tích BER

Bộ phân tích BER

x N lần

Mô hình mô phỏng trong Optisystem

Trong đó tuyến truyền dẫn sợi quang có cấu hình đã xây dựng trong bài 3 có sử dụng sợi DCF

- Thiết lập các tham số phù hợp cho các khối trong sơ đồ, lựa chọn một trong các kiểu hệ thống WDM sau:

lập tham số độ rộng băng tần quang bộ ghép/tách cho phù hợp đảm bảo hiệu năng tốt nhất cho hệ thống Các kênh bước sóng hoạt động trong băng tần C.

- Thiết lập số vòng lặp N = 10 và hiệu chỉnh tham số công suất phát mỗi kênh trước khi chạy mô phỏng

- Sử dụng các máy đo công suất quang, máy hiện sóng tín hiệu quang và tínhiệu điện để giám sát tín hiệu tại các điểm cần thiết trên hệ thống, khối phân tích BER đểquan sát biểu đồ mắt và ước tính BER tín hiệu thu được, máy phân tích phổ quang để đophổ và ước tính tham số OSNR tại điểm cuối của tuyến truyền dẫn

- Chạy mô phỏng và thu thập kết quả tại các mức công suất phát khác nhau

Min BER theo các mức công suất:

- Vẽ đường cong BER của kênh tồi nhất là hàm của công suất phát và xác định mức công suất phát tối ưu cho hệ thống

Đường cong BER của kênh tồi nhất:

26

Mức công suất phát tối ưu của hệ thống: -11.2 dBm

b Khảo sát hiệu năng hệ thống truyền dẫn quang WDM và xác định giới hạn khoảng cách truyền dẫn

- Sử dụng cấu hình hệ thống tương tự phần trên, thiết lập công suất tại mức tối ưu và hiệu chỉnh tham số vòng lặp trước khi chạy mô phỏng

- Chạy mô phỏng và thu thập kết quả tại các khoảng cách tuyến truyền dẫn khác nhau (bằng cách thay đổi số chặng hay số vòng lặp của tuyến)

- Vẽ đường cong BER và tham số OSNR của hai kênh tốt nhất và tồi nhất làhàm của khoảng cách truyền dẫn và xác định giới hạn khoảng cách và OSNR của hệthống tại mức BER = 10-10 ở hai tốc độ khác nhau

- Vẽ đường cong BER và tham số OSNR của hai kênh tốt nhất và tồi nhất:

( Màu nâu là Kênh tốt nhất, màu đỏ là kênh tồi nhất )

- Giải thích và nhận xét các kết quả thu được trong hai trường hợp khảo sát trên