Thiết kế hệ thống thông tin quang

Chương 5: Thiết kế tuyến thông tin quang số đơn kênh điểm – điểm  Hệ thống thông tin quang số đơn kênh điểm – điểm  Ảnh hưởng của suy hao và thiết kế tuyến có khuếch đại  Ảnh h

Trang 1

Chương 5: Thiết kế hệ thống thông tin quang

Giảng viên: Phạm Thành Nam

Trang 2

Chương 5: Thiết kế tuyến thông tin

quang số đơn kênh điểm – điểm

 Hệ thống thông tin quang số đơn kênh điểm – điểm

 Ảnh hưởng của suy hao và thiết kế tuyến có khuếch đại

 Ảnh hưởng của tán sắc và thiết kế tuyến có bù tán sắc

Trang 3

5.1 Hệ thống TTQ số đơn kênh điểm – điểm

Hệ thống TTQ đơn kênh điểm – điểm:

a Sử dụng trặm lặp quang – điện

b Sử dụng bộ khuếch đại quang

Trang 4

5.1 Hệ thống TTQ số đơn kênh

điểm – điểm

Ảnh hưởng của suy hao

 Công suất ánh sáng lan truyền trên sợi bị suy giảm dần theo chiều dài sợi  suy hao giới hạn khoảng cách truyền dẫn của hệ thống

 Suy hao của hệ thống TTQ gồm:

 Suy hao của sợi quang truyền dẫn

 Suy hao giữa các mối nối, mối hàn: kết nối giữa các

cuộn cáp, giữa sợi quang và các thiết bị trên hệ thống

 Suy hao xen: suy hao khi truyền qua các thiết bị trên hệ thống

 Suy hao dự phòng

Trang 5

5.1 Hệ thống TTQ số đơn kênh

 Giải pháp bù suy hao nhờ trạm lặp quang điện:

 Tín hiệu quang cần khuếch đại được chuyển về miền điện sau đó phát lại bằng LED/ Laser và truyền đi

 Chức năng 3R:

 Tạo lại dạng – Re-shaping

 Định thời lại – Re-timing

 Khuếch đại – Re-amplifying

 Ưu điểm: Bù suy hao đồng thời bù tán sắc

 Nhược điểm: Phức tạp

Trang 6

5.1 Hệ thống TTQ số đơn kờnh

 Giải pháp khác: dùng các bộ khuếch đại quang (OA) để

khuếch đại trực tiếp tín hiệu quang

 1980: một số loại bộ OA đã đợc nghiên cứu chế tạo

 SOA : Semiconductor Optical Amplifier

 RFA : Raman-based Fiber Amplifier

 EDFA : Erbium-doped Fiber Amplifier

 1990: ứng dụng OA để bù suy hao

 Với các hệ thống quang: EDFA đợc sử dụng phổ biến nhất

 Đối với các hệ thống cự li dài: RFA hoạt động tốt hơn

Trang 7

5.1 Hệ thống TTQ số đơn kờnh

 Hầu hết các bộ OA khuếch đại ánh sáng tới thông qua phát xạ kích thích, giống nh laser (Tuy nhiên, bộ OA sợi không có hồi tiếp quang)

 Nguyên lý cơ bản: sử dụng năng lợng Laser bơm (quang hoặc điện) để thực hiện đảo mật độ

 Hệ số khuếch đại quang phụ thuộc: vào tần số của tín hiệu tới và c-ờng độ ánh sáng bơm (phụ thuộc nhiều hay ít là còn phụ thuộc vào môi trờng khuếch đại)

 Quỏ trỡnh khuếch đại ỏnh sỏng được diễn ra trong vựng tớch cực

Active medium

Pump Source

Amplified optical onput signal

Optical input signal

Fiber-to-Amplifier Coupler

Trang 8

5.1 Hệ thống TTQ số đơn kờnh điểm – điểm

Ứng dụng KĐ quang

- KĐ đờng truyền: bù suy

hao truyền dẫn

- KĐ công suất: tăng công

suất đầu ra bộ phát

quang

- Tiền KĐ: để tăng độ nhạy

bộ thu quang

- KĐ LAN: bù suy hao do

ghép nối

Trang 9

5.1 Hệ thống TTQ số đơn kênh điểm – điểm

Thiết kế tuyến TTQ có khuếch đại

 Các tham số dùng để thiết kế:

 Độ nhạy thu: Prec(dBm)

 Công suất phát quang đi vào đầu sợi: P (dBm)

 Hệ số suy hao của sợi: α (dB/km)

 Suy hao mối nối: αcon (dB)

 Suy hao dự phòng: αdp (dB)

 Chiều dài tuyến Lmax với giả thuyết sử dụng N bộ khuếch đại được xác định như sau:

Với n là số cuộn cáp

P(dBm) – Prec(dBm) = α(dB/km)xLmax(km) +

(Nx2+2+n)xαcon(dB) + αdp(dB) – NxG(dB)

ax( )

1 ( )

m c

n

l km

Trang 10

Ảnh hưởng của tán sắc

 Tán sắc làm giãn rộng xung ánh sáng khi tín hiệu được truyền qua sợi quang

 Tán sắc gây ra hiện tượng ISI – Inter-Symbol

Interference  không quyết định được bit 0 và 1 chính xác

 Với một sợi quang xác định, tán sắc chịu ảnh hưởng của:

 Chiều dài tuyến truyền dẫn

Trang 11

Ảnh hưởng của tán sắc

Các giải pháp bù tán sắc

 Sử dụng trạm lặp quang điện

• Kết hợp khuếch đai và tạo lại dạng xung

 Sử dụng bộ bù tán sắc dựa trên kỹ thuật bù điện

 Sử dụng bộ bù tán sắc dựa trên kỹ thuật bù quang

• Sử dụng sợi quang có độ tán sắc lớn

Trang 12

Thiết kế tuyến TTQ có bù tán

sắc

 Các tham số trong thiết kế tuyến

xung ban đầu tại công suất 1/e 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

0

D

l

Trang 13

Thiết kế tuyến TTQ có bù tán

sắc

 Mối quan hệ giữa chiều dài tán sắc và hệ số tán sắc D:

 Mối 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 l(km)

0

2

D

l

D







1/ 2

2(ln 2) 1, 665

FWHM

Trang 14

Quỹ công suất

Quỹ công suất: là để đảm bảo công suất đến máy thu đủ lớn để duy trì hoạt động tin cậy trong suốt thời gian sống của hệ thống

Quỹ công suất thường được tính theo đơn vị decibel (dB), còn công suất quang biểu thị theo đơn vị dBm

P t =P r + A L + M s

Trong đó AL là suy hao kênh tổng cộng, MS là độ dự phòng của hệ thống M được thiết kế khoảng 4-6 dB

Ms để dành một lượng công suất nhất định để duy trì thời gian sống của hệ thống khi xảy ra sự cố

AL = fL + con + splice

Suy hao tổng:

Trang 15

Quỹ thời gian lên

Quỹ thời gian lên: là để đảm bảo hệ thống hoạt động ở đúng tốc

độ bit mong muốn

Thời gian lên Tr với hệ thống tuyến tính bị giới hạn dải thông

Mối quan hệ giữa dải thông B và Tr được cho bởi:

B B

T r 0.35

2





Trang 16

Quan hệ giữa giải thông B và tốc độ bit B phụ thuộc vào mã sử dụng:

+ Trường hợp mã trở về không (RZ), B = BT và BTTr = 0.35

Tốc độ bit cụ thể quyết định thời gian lên mà hệ thống có thể chấp nhận được, khi thiết kế hệ thống phải đảm bảo Tr nhỏ hơn giá trị tối đa:









NRZ cho

B

RZ cho B

T

T r

/ 7 0

/ 35 0

Trang 17

Thời gian lên tổng cộng của toàn hệ thống:

2 / 1 2 2

2

) ( tr fiber rec

Thời gian lên của máy phát Ttr được xác định bởi các phần tử của mạch điều khiển và các phần tử ký sinh điện của nguồn quang Ttr

thường vài ns với nguồn LED, <0,1ns với LASER

Thời gian lên của máy thu: Trec =(ln 9)(Tdiff + TRC)

mod

2

chr e

+ Với sợi đơn mode Tmode = 0, Tfiber = Tchr

+ Với sợi đa mode (SI): Tmode  (n1 / c)L , sợi đa mode (GI): Tmode (n1 / 8c)L Tmode  L  với  là độ rộng phổ của nguồn quang (độ rộng nửa công suất)

Trang 18

Thiết kế tuyến TTQ

 Thiết kế tuyến TTQ số đơn kênh điểm – điểm phụ thuộc vào các yếu tố: suy hao, tán sắc, quỹ công suất, thời

gian lên

 Độ dài tuyến lớn nhất cho phép phải thỏa mãn các yêu cầu về suy hao, tán sắc, quỹ công suất và thời gian lên

 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)

Trang 19

Thiết kế tuyến TTQ

 Ví dụ: Xét hệ thống hoạt động ở bước sóng 1,3µm được thiết kế để hoạt động ở tốc độ

1Gb/s trên sợi đơn mode với khoảng trạm

lặp là 50km Thời gian lên cho máy phát và

máy thu được xác định là Ttr = 0,25 ns và

Trec = 0,35ns Độ rộng phổ của nguồn quang

là λ= 3nm, hệ số tán sắc màu là

2ps/(nm.km) tại bước sóng công tác Tính

thời gian lên của hệ thống

Trang 20

End Chapter 5

Định dạng
Số trang	20
Dung lượng	351,96 KB