Chuyên đề: Nghiên cứu thiết kế hệ thống thông tin quang đơn giản

Chuyên đề: Nghiên cứu thiết kế hệ thống thông tin quang đơn giảnNội dung:I. Cấu trúc hệ thống thông tin quangII. Thiết kế tuyến thông tin quang điểm điểmIII. Một số vấn đề gặp phải khi thiết kế hệ thốngIV.Kết Luận

BÀI THUYẾT TRÌNH Thông tin quang

KHOA VIỄN THÔNG

Chuyên đề: Nghiên cứu thiết kế hệ thống thông tin quang đơn giản

Giảng viên: Trần Thủy Bình Các thành viên: Hà Huy Khiêm

Nguyễn Văn Đức

Vũ Xuân Oánh

Lưu Đình Mạnh Posts and Telecommunications Institute of

Technologies

Address: PTIT- Km10-Nguyen Trai Street, HaDong, HaNoi

Office : (0)84-(0)4-8549352, (0)84-(0)34- 515484

Phát quang

Khuếch đại quang Tách sóng quang

Chuyển đổi tín hiệu

Thiết bị phát quang

Bộ Nối quang Mối hàn sợi

Thiết bị thu quang

Tín hiệu

đầu vào

Hình 1

I.Giới thiệu hệ thống thông tin quang điểm điểm

Hình 2 Sơ đồ bộ ghép kênh điện

iD(t)

1 2

n

Bé ghÐp kªnh điện

I.Giới thiệu hệ thống thông tin quang điểm điểm

 Sơ đồ :

I.Giới thiệu hệ thống thụng tin quang điểm điểm

I.Giới thiệu hệ thống thông tin quang điểm điểm

Hình 4 Cấu trúc của sợi quang

 Chức năng:

Truyền dẫn ánh sáng từ đầu phát đến đầu thu

Trong quá trình truyền trong sợi quang, tín hiệu bị suy hao và méo

 Cấu trúc :

 Sợi quang

 Chức năng:

- Biến đổi ỏnh sỏng tới PT(t) trở thành tớn hiệu điện iT(t)

cú dạng giống như tớn hiệu truyền dẫn ban đầu

- Trong tớn hiệu ra iT(t) cú thể cú nhiễu và mộo kốm theo (đối với truyền dẫn analog) hoặc lỗi bớt (đối với truyền dẫn số)

 Bộ thu quang

Hỡnh 5 Sơ đồ bộ thu quang

Bộ thu quang

iT (t)

PT(t)

 Sơ đồ :

I.Giới thiệu hệ thống thụng tin quang điểm điểm

Hỡnh 6 Sơ đồ bộ tỏch kờnh điện

1 2 n

Bộ tỏch kờnh điện

 Chức năng:

Tách tín hiệu điện có tốc độ cao (SDH/NGSDH) từ

bộ giải điều chế quang thành các kênh tín hiệu

điện (1  n) có tốc độ thấp

 Bộ tỏch kờnh điện

 Sơ đồ :

I.Giới thiệu hệ thống thụng tin quang điểm điểm

 Sơ đồ bộ khuếch đại quang

 Bộ khuếch đại quang

Hỡnh 7 Sơ đồ bộ khuếch đại quang

Pr(t)

Pv(t) Bộ khuếch

đại quang

I.Giới thiệu hệ thống thụng tin quang điểm điểm

II.Thiết kế tuyến thông tin quang điểm-điểm

- Tốc độ truyền dẫn (dung lượng hệ thống),

- Cự ly truyền dẫn,

- Tiêu chuẩn chất lượng cho phép,

- Yêu cầu quỹ công suất dự phòng.

1 Yêu cầu bài toán thiết kế tuyến TTQ điểm-điểm

II.ThiÕt kÕ tuyÕn th«ng tin quang ĐiỂM-ĐiỂM

 Thiết kế tuyến TTQ số đơn kênh điểm – điểm phụ thuộc

vào cả hai yếu tố: suy hao và tán sắc

 Độ dài tuyến lớn nhất cho phép phải thỏa mãn cả hai

yêu cầu về suy hao và tán sắc

 Khoảng cách truyền dẫn cho phép tối đa của hệ thống TTQ = MIN (giới hạn truyền dẫn theo tán sắc, giới hạn truyền dẫn theo suy hao)

2 Các yếu tố ảnh hưởng đến việc thiết kế tuyến TTQ

điểm-điểm

Tính toán thiết kế tuyến

theo phân bổ quỹ công suất

Các tham số Thiết kế tuyến

Tuyến truyền dẫn Quang đọc thiết kế

Số liệu yêu cầu thiết kế hệ thống Lựa cấu kiện cho hệ thống

Tính toán thiết kế tuyến

theo phân bổ tán sắc

Lựa chọn các

Bộ bù tán sắc

Lựa chọn các bộ Khuếch đại

Hình 7

II.ThiÕt kÕ tuyÕn th«ng tin quang ĐiỂM-ĐiỂM

3 Mô hình

toán thiết kế

4.1 Lựa chọn cấu kiện thiết bị cho hệ thống

- Dung lượng/tốc độ hệ thống=> lựa chọn hệ thống

điện ghép kênh điện

- Lựa chọn thiết bị phát quang=> công suất phát quang

- Lựa chọn thiết bị thu quang=> Công suất thu quang

- Lựa chọn sợi quang => Suy hao sợi quang và tán sắc

II.ThiÕt kÕ tuyÕn th«ng tin quang ĐiỂM-ĐiỂM

4 Tính toán thiết kế tuyến TTQ đơn kênh điểm-điểm

• Các tham số dùng để thiết kế:

– Độ nhạy thu: Prec(dBm) – Công suất phát quang đi vào đầu sợi: Pp (dBm) – Hệ số suy hao của sợi: α (dB/km)

– Suy hao mối nối: αcon (dB) – Suy hao dự phòng: αdp (dB)

• Quỹ công suất với giả thuyết sử dụng N bộ khuếch đại được

phân bổ như sau:

n = Lmax(p) / lc

(Pp – Prec)+NxG = α xLmax(P) + (Nx2+2+n)xαcon + αdp(dB)

Trong đó, Lmax(P) là chiều dài cực đại của tuyến theo quỹ công suất,

n là số cuộn cáp được xác định theo công thức:

lc là chiều dài cuộn cáp

(5-1)

(5-2)

4 Tính toán thiết kế tuyến TTQ đơn kênh điểm-điểm

II.ThiÕt kÕ tuyÕn th«ng tin quang ĐiỂM-ĐiỂM

4.2 Tính toán thiết kế tuyến theo quỹ công suất

4.3.Tính toán thiết kế theo tán sắc

(5-3)

 Các tham số trong thiết kế tuyến

ban đầu tại công suất 1/e là T0 (ps)

 Giới hạn truyền dẫn l (km) được xác định thông qua độ rộng xung của tín hiệu khi lan truyền

Với: T(l): độ rộng xung tại l (km), lD: chiều dài tán sắc

1/ 2 2

II.ThiÕt kÕ tuyÕn th«ng tin quang ĐiỂM-ĐiỂM

4 Tính toán thiết kế tuyến TTQ đơn kênh điểm-điểm

 Trong thực tế, độ rộng xung tại nửa biên độ cực đại TFWHM thường

được sử dụng thay thế nửa độ rộng xung tại công suất 1/e Với xung quang dạng Gauss, m ối quan hệ giữa TFWHM và T0 như sau:

 Tùy thuộc vào độ giãn rộng xung cho phép tối đa của độ rộng xung mà

có thể xác định được khoảng cách truyền dẫn tối đa Lmax(D) (km)

(5-5)

II.ThiÕt kÕ tuyÕn th«ng tin quang ĐiỂM-ĐiỂM

4 Tính toán thiết kế tuyến TTQ đơn kênh điểm-điểm

4.3.Tính toán thiết kế theo tán sắc

(5-5)

Giải pháp bù tán sắc đơn giản và hiệu quả nhất là sử dụng sợi bù tán sắc với giá trị tán sắc ngược dấu với giá trị tán sắc trong sợi sử dụng làm đường truyền quang Nguyên tắc thiết kế đoạn sợi bù tán sắc tuân theo biểu thức sau:

L1D1 = - L2D2Với L1, D1 là độ dài và giá trị tán sắc của sợi truyền dẫn; L2, D2 là độ dài

và giá trị tán sắc của sợi bù tán sắc Dấu trừ (-) trong vế phải biểu thức cho biết yêu cầu giá trị tán sắc của hai loại sợi phai ngược dấu nhau Khi

đó, quỹ công suất phải phân bổ cho suy hao của các bộ tán sắc và các mối hàn các bộ tán sắc.

II.ThiÕt kÕ tuyÕn th«ng tin quang ĐiỂM-ĐiỂM

4 Tính toán thiết kế tuyến TTQ đơn kênh điểm-điểm

4.3.Tính toán thiết kế theo tán sắc

4.4 Độ dài tuyến thiết kế

Độ dài tuyến lớn nhất cho phép phải thỏa mãn cả hai yêu cầu về suy hao và tán sắc

 Khoảng cách truyền dẫn cho phép tối đa của hệ thống TTQ = MIN (giới hạn truyền dẫn theo tán sắc, giới hạn truyền dẫn theo suy hao)

4 Tính toán thiết kế tuyến TTQ đơn kênh điểm-điểm

II.ThiÕt kÕ tuyÕn th«ng tin quang ĐiỂM-ĐiỂM

• Trừcáctuyếnthông tin quangcựlyngắn,

thamsốsuyhaocủasợiquangcóvaitròquantrọngtrongviệcthiếtkếhệthống

• XétmộtthiếtbịquangcócôngsuấtpháttrungbìnhPtr

Nếuthiếtbịthucóđộnhạytạitốcđộ bit B

làPrecthìkhoảngcáchtruyềndẫnlớnnhấtđạtđượctínhtheocôngthức

L= log10

• Trongđó: làsuyhaotrungbìnhcủasợiquang (dB/Km)

baogồmcảsuyhaocácmốihànvàsuyhaocác connector

Sựphụthuộccủa L vàotốcđộbítlà do

sựphụthuộctuyếntínhcủaPrectheotốcđộbít

III Một số vấn đề gặp phải khi thiết kế hệ thống

1 Ảnh hưởng của suy hao

• khi khoảng cách truyền dẫn bị giới hạn do hiện tượng tán sắc xảy ra trong sợi quang ngắn hơn khoảng cách truyền dẫn nị hạn chế do suy hao sợi thì hệ thống xem là bị giới hạn do tán sắc.

2 Ảnh hưởng của tán sắc

III Một số vấn đề gặp phải khi thiết kế hệ thống

Hình 8 : Suy hao ( đường liền nét) và tán sắc ( đường ko liên tục)giới hạn cự li

Truyền dẫn L là hàm của tốc độ bit và truyền dẫn

• Mục đích của quỹ công suất là bảo đảm công suất đến máy thu đủ lớn để duy trì hoạt động tin cậy trong suốt thời gian sống của hệ thống công suất thu trung bình nhỏ nhất được yêu cầu để hệ thống có thể hoạt động tin cậy được gọi là độ nhạy thu, kí hiệu là Prec Ptr là công suất thu trung bình của máy phát Khi đó

• Ptr = Prec +CL + MS

• Trong đó CL là tổng suy hao truyền dẫn

• Ms là công suất dự phòng của hệ thống

3 Quỹ công suất quang

III Một số vấn đề gặp phải khi thiết kế hệ thống

• Mục đích của quỹ thời gian lên là đảm bảo rằng hệ thống có khả năng hoạt động đúng ở tốc đọ bit mong muốn

• Khái niệm thời gian lên được sử dụng để phân bổ băng thông giữa các hệ thống thời gian lên

• Tr của một hệ thống được định nghĩa là thời gian trong khoảng

đó đáp ứng tăng từ 10-90%

4 Quỹ thời gian lên

III Một số vấn đề gặp phải khi thiết kế hệ thống

Hình 9 : Thời gian lên Tr trong với hệ thống tuyến tính bị giới hạn dải thông

• Độ nhạy của bộ thu quang trong một hệ thống thông tin quang bị ảnh hưởng bởi một số hiện tượng vật lý mà khi kết hợp với sợi tán sắc trong sợi quang sẽ làm suy giảm SNR tại mạch quyết định trong mạch thu Các hiện tượng làm suy giảm độ nhạy thu đó là: nhiễu mode, dãn xung do tán sắc và giao thoa giữa các ký tự, nhiễu cạnh tranh mode, chirp tần số, nhiễu phản xạ

• Các loại bù công suất:

+ Bù công suất do nhiễu mode

+ Bù công suất do nhiễu phần mode

+ Bù công suất do tán sắc

+ Bù công suất do chirping

+ Bù công suất do nhiễu phản xạ

5 Bù công suất

III Một số vấn đề gặp phải khi thiết kế hệ thống

IV Kết Luận

Thank You!