Thiết kế tuyến thông tin quang VinhHà Trung ghép kênh theo bước sóng WDM

Cho tới nay, người ta đã chế tạo được hai loại sợi quang mới dùng khá hiệu quả trong các hệ thống thông tin quang, đó là sợi đơn mode tán sắc dịch chuyển DSF Dispersion-Shifted Fiber và

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn : ThS nguyÔn thÞ minh

Sinh viên thực hiện : nguyÔn v¨n h÷u

Mã số sinh viên : 0851080310

NGHỆ AN - 01/2013

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1 Đầu đề đồ án:

2 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

4 Các bản vẽ, đồ thị (ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

Họ tên giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Thị Minh 1 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: ./ /20

2 Ngày hoàn thành đồ án: ./ /20

Ngày tháng năm 2013

Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm 2013

CÁN BỘ PHẢN BIỆN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

-BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Nguyễn Văn Hữu Số hiệu sinh viên: 0851080310 Ngành: Điện tử - Viễn thông Khoá: 49 Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Thị Minh Cán bộ phản biện: 1 Nội dung thiết kế tốt nghiệp:

2 Nhận xét của cán bộ phản biện:

Ngày tháng năm

Cán bộ phản biện

(Ký, ghi rõ họ và tên)

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2 LỜI NÓI ĐẦU i TÓM TẮT ĐỒ ÁN iii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU iv

MỤC LỤC 2 iv MỤC LỤC 2 2 iv LỜI NÓI ĐẦU i 2 iv TÓM TẮT ĐỒ ÁN iii 2 iv DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU iv 2 iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ v 2 iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT vi 2 iv

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 1 2 iv

Hình 1.1 Hệ thống truyền dẫn sợi quang digital 1 2 iv

Bảng 1.1 Tốc độ truyền dẫn tiêu chuẩn ở Bắc Mỹ, châu Âu và Nhật Bản 2

2 iv Bảng 1.2 Các mức phân cấp tín hiệu SONET [1] 3 2 iv

Hình 1.3 Các thành phần chính của tuyến truyền dẫn cáp sợi quang 4 2 iv Hình 1.5 Sự khúc xạ và phản xạ ánh sáng với góc tới khác nhau 10 2 iv Hình 1.6 Đường đi của ánh sáng qua khối thủy tinh 11 2 iv

Hình 1.7 Tia sáng đi trong ống thủy tinh 12 2 iv 1.2.3 Các sợi dẫn quang đơn mode mới trong thông tin quang 13 2 iv Các mạng quang đều sử dụng môi trường truyền dẫn là sợi quang Sợi quang có đặc tính là suy hao và tán sắc thấp và là môi trường phi dẫn Cho tới nay, người ta đã chế tạo được hai loại sợi quang mới dùng khá hiệu quả trong các hệ thống thông tin quang, đó là sợi đơn mode tán sắc dịch chuyển DSF (Dispersion-Shifted Fiber) và sợi quang đơn mode tán sắc dịch chuyển không bằng không hay tán sắc dịch chuyển khác không NZ - DSF (Non- Zero Dispersion-Shifted Fiber) Sợi quang đơn mode chuẩn cũng như sợi dịch tán sắc, hoặc sợi tán sắc phẳng đã được ITU - T chuẩn hóa 13 2 iv

Sợi DSF là sợi đơn mode có bước sóng λ0 nằm trong vùng bước sóng 1550μm (1525nm ÷ 1575nm) mà tại đó giá trị tán sắc bằng không, và sợi này sử dụng tối ưu cho các bước sóng nằm xung quanh 1550nm, cũng có thể dùng cho vùng bước sóng 1310nm Do sợi quang đơn mode DSF có cả suy hao và tán sắc nhỏ giống như sợi đơn mode SMF nên rất có hiệu quả trong việc ứng dụng vào các hệ thống thông tin quang hoạt động ở vùng bước sóng 1550nm hoặc là các hệ thống sử dụng khuếch đại quang pha tạp Erbium EDFA (Erbium-doped Fiber Amplifier) Như vậy, sợi này có thể xây dùng để xây dựng các hệ thống thông tin quang tốc độ cao, cự ly xa chẳng hạn như các hệ thống thông tin cáp quang biển 13 2 iv

Sợi NZ - DSF là loại sợi quang đơn mode có giá trị tán sắc tuyệt đối của nó nhỏ nhưng không nằm trong vùng bước sóng 1550nm; bước sóng này mà tại đó tán sắc bằng không nằm ở ngoài vùng bước sóng 1500nm ÷ 1600nm Sợi này được coi là tối ưu cho các hệ thống thông tin quang hoạt động ở các bước sóng nằm trong vùng bước sóng 1500nm ÷ 1600nm Khi kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM ra đời thể hiện khả năng truyền nhiều bước sóng trên một sợi quang Khi đó, đáp ứng phi tuyến gây ra thêm một loạt hiệu ứng phi tuyến như: hiệu ứng trộn bốn bước sóng FWM (Four Wave Mixing), tự điều chế pha SPM (Self Phase Modulation), điều chế ngang pha XPM (Cross Phase Modulation) Trong các hiệu ứng này, hiệu ứng FWM gây ra nhiều phiền phức nhất Do hiệu ứng FWM phụ thuộc vào tán sắc của sợi quang cho nên sợi tán sắc dịch chuyển DSF không thích hợp với các hệ thống WDM có dung lượng lớn và cự ly xa Để giải quyết vấn đề này thì sợi NZ - DSF đã ra đời vào năm 1994 Đặc tính suy hao của sợi này tương tự như sợi đơn mode thông thường SMF, nhưng đặc điểm nổi bật của nó là có tán sắc nhỏ nhưng với giá trị tiêu biểu là 0,1 ps/km.nm ≤ Dmin ≤ Dmax ≤ 6 ps/km.nm trong vùng bước sóng 1530 ÷

1560nm [1] 13 3 v Bảng 1.3 Các tham số của một số loại sợi quang đơn mode(theo khuyến

nghị ITU - T, Rec.G.652, G.653 và G.655) 14 3 v

Các tham số 14 3 v

3

Đơn vị 14 3 v G.652 14 3 v G.653 14 3 v G.655 14 3 vi Giá 14 3 vi trị chuẩn 14 3 vi Sai số 14 4 vi Giá trị chuẩn 14 4 vi Sai số 14 4 vi Giá 14 4 vi trị chuẩn 14 4 vi Sai số 14 4 vi Đường kính tại trường mode 1,55μm 14 4 vi

μm 14 4 vi 9÷10 1,3μm 14 4 vi

±10% 14 4 vi 7÷8,3 14 4 vi

±10% 14 4 vi 8÷11 14 4 vi

±10 % 14 4 vi Đường kính vỏ phản xạ 14 4 vi

μm 14 4 vi

≤ 1 14 4 vi

4

≤ 1 14 4 vi

≤ 1 14 4 vi Tính không tròn đều 14 4 vi Trường mode 14 4 vii

% 14 4 vii

Đủ nhỏ không gây ảnh hưởng 14 4 vii

Đủ nhỏ không gây ảnh hưởng 14 5 vii

Đủ nhỏ không gây ảnh hưởng 14 5 vii

Vỏ phản xạ 14 5 vii

< 2 14 5 vii

< 2 14 5 vii

< 2 14 5 vii Bước sóng cắt (chưa bọc cáp) 14 5 vii

nm 14 5 vii

>1100, < 1280 14 5 vii

- 14 5 vii

- 14 5 vii Bước sóng cắt đã được bọc cáp 14 5 vii

nm 14 5 vii

< 1270 14 5 vii

< 1270 14 5 vii

<1480 14 5 vii Suy hao do uốn cong 100 vòng với bán kính uốn cong 37,5nm tại 1550nm

1530nm ≤ λmin≤ λmax ≤ 1650nm 15 6 viii

6

Tán sắc phân cực mode 15 6 viii

ps/km1/2 15 6 viii

- 15 6 viii

- 15 6 ix

< 0,5 15 6 ix Hình 1.8 Mức năng lượng và quá trình chuyển dịch 24 6 ix

25 7 ix Hình 1.9 Cấu trúc dị thế kép tiêu biểu 25 7 ix Hình 1.10 Mạch điện và sơ đồ vùng năng lượng của photodiode p-i-n 28 7

ix Bảng 1.4 Các đặc tính của các photodiode p-i-n 29 7 ix

Hình 1.11 Cấu trúc photodiode thác và trường điện trong vùng trôi 30 7 ix

Bảng 1.5 Các đặc tính của các photodiode thác APD 30 7 ix

Hình 1.12 Sơ đồ khố hệ thống ghép kênh quang OFDM 31 7 ix

Hình 1.13 Sơ đồ hệ thống thông tin quang sử dụng kỹ thuật OTDM 32 7 ix

ghép 4 kênh quang 32 7 ix Hình 1.14 Quá trình ghép và giải ghép kênh WDM 34 7 ix

CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG WDM 35 7

ix Hình 2.1 Vùng bước sóng có suy hao sợi nhỏ cho phép truyền nhiều bước

sóng 36 7 ix Hình 2.2 Mô tả quá trình ghép và giải ghép WDM 37 7 ix

Hình 2.3 Hệ thống ghép bước sóng theo một hướng a) và theo hai hướng b)

37 7 ix Hình 2.4 Mô tả thiết bị ghép/tách hỗn hợp (MUX-DEMUX) 39 7 ix

Hình 2.5 Xuyên kênh ở bộ giải ghép 42 7 ix Hình 2.6 Xuyên kênh ở bộ ghép hỗn hợp 42 7 ix Hình 2.8 Sơ đồ khối các bộ lọc quang 53 7 ix Hình 2.9 Bộ đầu cuối đường quang 55 7 ix Hình 2.10 Sơ đồ khối bộ khuếch đại đường quang 57 7 ix

Hình 2.11 Mô hình OAMD 3 nút 58 7 ix

7

Hình 2.12 Thiết bị nối chéo quang 59 7 ix CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG

TUYẾN THÔNG TIN QUANG VINH - HÀ TRUNG GHÉP KÊNH THEO

BƯỚC SÓNG WDM 60 7 ix Hình 3.1 Suy hao và tán sắc giới hạn cự ly truyền dẫn L là hàm của tốc độ

bit 60 7 x

và bước sóng 60 7 x Hình 3.2 Hệ thống thực nghiệm 10 Gbit/s sử dụng DCF tạo OAR 64 7 x Hình 3.3 Sự liên quan giữa thời gian lên với hệ thống tuyến tính 72 8 x

có giới hạn băng tần 72 8 x Bảng 3.2 Mất mát chèn và các mất mát khác khi hệ hệ thống hoạt động 74

8 x tại bước sóng 1550nm 74 8 x Bảng 3.3 Trình bày độ sự trữ cho các loại tổn hao khác 74 8 x

Bảng 3.4 Các thông số của tuyến 75 8 x Hình 3.4 Tuyến quang Vinh - Hà Trung dọc theo quốc lộ 1A [6] 76 8 x

Bảng 3.5 Thông số tính toán cho tuyến 78 8 x

KẾT LUẬN 89 8 x TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 8 x

LỜI NÓI ĐẦU i x TÓM TẮT ĐỒ ÁN iii x DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU iv x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ xvii x DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT xviii x

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 1 x

Hình 1.1 Hệ thống truyền dẫn sợi quang digital 1 x

Bảng 1.1 Tốc độ truyền dẫn tiêu chuẩn ở Bắc Mỹ, châu Âu và Nhật Bản 2

x Bảng 1.2 Các mức phân cấp tín hiệu SONET [1] 3 x

Hình 1.3 Các thành phần chính của tuyến truyền dẫn cáp sợi quang 4 x Hình 1.5 Sự khúc xạ và phản xạ ánh sáng với góc tới khác nhau 10 x

8

Hình 1.6 Đường đi của ánh sáng qua khối thủy tinh 11 x

Hình 1.7 Tia sáng đi trong ống thủy tinh 12 x 1.2.3 Các sợi dẫn quang đơn mode mới trong thông tin quang 13 x Các mạng quang đều sử dụng môi trường truyền dẫn là sợi quang Sợi quang có đặc tính là suy hao và tán sắc thấp và là môi trường phi dẫn Cho tới nay, người ta đã chế tạo được hai loại sợi quang mới dùng khá hiệu quả trong các hệ thống thông tin quang, đó là sợi đơn mode tán sắc dịch chuyển DSF (Dispersion-Shifted Fiber) và sợi quang đơn mode tán sắc dịch chuyển không bằng không hay tán sắc dịch chuyển khác không NZ - DSF (Non- Zero Dispersion-Shifted Fiber) Sợi quang đơn mode chuẩn cũng như sợi dịch tán sắc, hoặc sợi tán sắc phẳng đã được ITU - T chuẩn hóa 13 x Sợi DSF là sợi đơn mode có bước sóng λ0 nằm trong vùng bước sóng 1550μm (1525nm ÷ 1575nm) mà tại đó giá trị tán sắc bằng không, và sợi này sử dụng tối ưu cho các bước sóng nằm xung quanh 1550nm, cũng có thể dùng cho vùng bước sóng 1310nm Do sợi quang đơn mode DSF có cả suy hao và tán sắc nhỏ giống như sợi đơn mode SMF nên rất có hiệu quả trong việc ứng dụng vào các hệ thống thông tin quang hoạt động ở vùng bước sóng 1550nm hoặc là các hệ thống sử dụng khuếch đại quang pha tạp Erbium EDFA (Erbium-doped Fiber Amplifier) Như vậy, sợi này có thể xây dùng để xây dựng các hệ thống thông tin quang tốc độ cao, cự ly xa chẳng hạn như các hệ thống thông tin cáp quang biển 13 xi

Sợi NZ - DSF là loại sợi quang đơn mode có giá trị tán sắc tuyệt đối của nó nhỏ nhưng không nằm trong vùng bước sóng 1550nm; bước sóng này mà tại đó tán sắc bằng không nằm ở ngoài vùng bước sóng 1500nm ÷ 1600nm Sợi này được coi là tối ưu cho các hệ thống thông tin quang hoạt động ở các bước sóng nằm trong vùng bước sóng 1500nm ÷ 1600nm Khi kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM ra đời thể hiện khả năng truyền nhiều bước sóng trên một sợi quang Khi đó, đáp ứng phi tuyến gây ra thêm một loạt hiệu ứng phi tuyến như: hiệu ứng trộn bốn bước sóng FWM (Four Wave Mixing), tự điều chế pha SPM (Self Phase Modulation), điều chế ngang pha XPM (Cross Phase Modulation) Trong các hiệu ứng này,

9

hiệu ứng FWM gây ra nhiều phiền phức nhất Do hiệu ứng FWM phụ thuộc vào tán sắc của sợi quang cho nên sợi tán sắc dịch chuyển DSF không thích hợp với các hệ thống WDM có dung lượng lớn và cự ly xa Để giải quyết vấn đề này thì sợi NZ - DSF đã ra đời vào năm 1994 Đặc tính suy hao của sợi này tương tự như sợi đơn mode thông thường SMF, nhưng đặc điểm nổi bật của nó là có tán sắc nhỏ nhưng với giá trị tiêu biểu là 0,1 ps/km.nm ≤ Dmin ≤ Dmax ≤ 6 ps/km.nm trong vùng bước sóng 1530 ÷

1560nm [1] 13 xi Bảng 1.3 Các tham số của một số loại sợi quang đơn mode(theo khuyến

nghị ITU - T, Rec.G.652, G.653 và G.655) 14 xii

Các tham số 14 xii Đơn vị 14 xii G.652 14 xii G.653 14 xii G.655 14 xii Giá 14 xii trị chuẩn 14 xii Sai số 14 xii Giá trị chuẩn 14 xii Sai số 14 xii Giá 14 xii trị chuẩn 14 xii Sai số 14 xii Đường kính tại trường mode 1,55μm 14 xii

μm 14 xii 9÷10 1,3μm 14 xii

±10% 14 xii 7÷8,3 14 xii

±10% 14 xii 8÷11 14 xii

±10 % 14 xii

10

μm 14 xiii

≤ 1 14 xiii

≤ 1 14 xiii

≤ 1 14 xiii Tính không tròn đều 14 xiii

Trường mode 14 xiii

% 14 xiii

Đủ nhỏ không gây ảnh hưởng 14 xiii

Đủ nhỏ không gây ảnh hưởng 14 xiii

Đủ nhỏ không gây ảnh hưởng 14 xiii

Vỏ phản xạ 14 xiii

< 2 14 xiii

< 2 14 xiii

< 2 14 xiii Bước sóng cắt (chưa bọc cáp) 14 xiii

nm 14 xiii

>1100, < 1280 14 xiii

- 14 xiii

- 14 xiii Bước sóng cắt đã được bọc cáp 14 xiii

nm 14 xiii

< 1270 14 xiii

11

< 1270 14 xiii

<1480 14 xiii Suy hao do uốn cong 100 vòng với bán kính uốn cong 37,5nm tại 1550nm

-λ=1285÷1330nm 15 xiv -λ=1270÷1340nm 15 xiv -λ=1525÷1575nm 15 xiv ps/km.nm 15 xiv

1530nm ≤ λmin≤ λmax ≤ 1650nm 15 xv Tán sắc phân cực mode 15 xv

ps/km1/2 15 xv

- 15 xv

- 15 xv

< 0,5 15 xv Hình 1.8 Mức năng lượng và quá trình chuyển dịch 24 xv

25 xv Hình 1.9 Cấu trúc dị thế kép tiêu biểu 25 xv Hình 1.10 Mạch điện và sơ đồ vùng năng lượng của photodiode p-i-n 28 xv

Bảng 1.4 Các đặc tính của các photodiode p-i-n 29 xv

Hình 1.11 Cấu trúc photodiode thác và trường điện trong vùng trôi 30 xv

Bảng 1.5 Các đặc tính của các photodiode thác APD 30 xv

Hình 1.12 Sơ đồ khố hệ thống ghép kênh quang OFDM 31 xv

Hình 1.13 Sơ đồ hệ thống thông tin quang sử dụng kỹ thuật OTDM 32 xv

ghép 4 kênh quang 32 xv Hình 1.14 Quá trình ghép và giải ghép kênh WDM 34 xv

CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG WDM 35

xv Hình 2.1 Vùng bước sóng có suy hao sợi nhỏ cho phép truyền nhiều bước

sóng 36 xv

13

Hình 2.2 Mô tả quá trình ghép và giải ghép WDM 37 xv

Hình 2.3 Hệ thống ghép bước sóng theo một hướng a) và theo hai hướng b)

37 xv Hình 2.4 Mô tả thiết bị ghép/tách hỗn hợp (MUX-DEMUX) 39 xv

Hình 2.5 Xuyên kênh ở bộ giải ghép 42 xv Hình 2.6 Xuyên kênh ở bộ ghép hỗn hợp 42 xv Hình 2.8 Sơ đồ khối các bộ lọc quang 53 xv Hình 2.9 Bộ đầu cuối đường quang 55 xvi Hình 2.10 Sơ đồ khối bộ khuếch đại đường quang 57 xvi

Hình 2.11 Mô hình OAMD 3 nút 58 xvi Hình 2.12 Thiết bị nối chéo quang 59 xvi CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG

TUYẾN THÔNG TIN QUANG VINH - HÀ TRUNG GHÉP KÊNH THEO

BƯỚC SÓNG WDM 60 xvi Hình 3.1 Suy hao và tán sắc giới hạn cự ly truyền dẫn L là hàm của tốc độ

bit 60 xvi

và bước sóng 60 xvi Hình 3.2 Hệ thống thực nghiệm 10 Gbit/s sử dụng DCF tạo OAR 64 xvi Hình 3.3 Sự liên quan giữa thời gian lên với hệ thống tuyến tính 72 xvi

có giới hạn băng tần 72 xvi Bảng 3.2 Mất mát chèn và các mất mát khác khi hệ hệ thống hoạt động 74

xvi tại bước sóng 1550nm 74 xvi Bảng 3.3 Trình bày độ sự trữ cho các loại tổn hao khác 74 xvi

Bảng 3.4 Các thông số của tuyến 75 xvi Hình 3.4 Tuyến quang Vinh - Hà Trung dọc theo quốc lộ 1A [6] 76 xvi

Bảng 3.5 Thông số tính toán cho tuyến 78 xvi

KẾT LUẬN 89 xvi TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 xvi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ xvii

MỤC LỤC 2 xvii

14

MỤC LỤC 2 2 xvii LỜI NÓI ĐẦU i 2 xvii TÓM TẮT ĐỒ ÁN iii 2 xvii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU iv 2 xvii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ v 2 xvii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT vi 2 xvii

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 1 2

xvii Hình 1.1 Hệ thống truyền dẫn sợi quang digital 1 2 xvii

Bảng 1.1 Tốc độ truyền dẫn tiêu chuẩn ở Bắc Mỹ, châu Âu và Nhật Bản 2

2 xvii Bảng 1.2 Các mức phân cấp tín hiệu SONET [1] 3 2 xvii

Hình 1.3 Các thành phần chính của tuyến truyền dẫn cáp sợi quang 4 2

xvii Hình 1.5 Sự khúc xạ và phản xạ ánh sáng với góc tới khác nhau 10 2 xvii Hình 1.6 Đường đi của ánh sáng qua khối thủy tinh 11 2 xvii

Hình 1.7 Tia sáng đi trong ống thủy tinh 12 2 xvii 1.2.3 Các sợi dẫn quang đơn mode mới trong thông tin quang 13 2 xvii Các mạng quang đều sử dụng môi trường truyền dẫn là sợi quang Sợi quang có đặc tính là suy hao và tán sắc thấp và là môi trường phi dẫn Cho tới nay, người ta đã chế tạo được hai loại sợi quang mới dùng khá hiệu quả trong các hệ thống thông tin quang, đó là sợi đơn mode tán sắc dịch chuyển DSF (Dispersion-Shifted Fiber) và sợi quang đơn mode tán sắc dịch chuyển không bằng không hay tán sắc dịch chuyển khác không NZ - DSF (Non- Zero Dispersion-Shifted Fiber) Sợi quang đơn mode chuẩn cũng như sợi dịch tán sắc, hoặc sợi tán sắc phẳng đã được ITU - T chuẩn hóa 13 2 xvii Sợi DSF là sợi đơn mode có bước sóng λ0 nằm trong vùng bước sóng 1550μm (1525nm ÷ 1575nm) mà tại đó giá trị tán sắc bằng không, và sợi này sử dụng tối ưu cho các bước sóng nằm xung quanh 1550nm, cũng có thể dùng cho vùng bước sóng 1310nm Do sợi quang đơn mode DSF có cả suy hao và tán sắc nhỏ giống như sợi đơn mode SMF nên rất có hiệu quả

15

trong việc ứng dụng vào các hệ thống thông tin quang hoạt động ở vùng bước sóng 1550nm hoặc là các hệ thống sử dụng khuếch đại quang pha tạp Erbium EDFA (Erbium-doped Fiber Amplifier) Như vậy, sợi này có thể xây dùng để xây dựng các hệ thống thông tin quang tốc độ cao, cự ly xa chẳng hạn như các hệ thống thông tin cáp quang biển 13 2 xvii

Sợi NZ - DSF là loại sợi quang đơn mode có giá trị tán sắc tuyệt đối của nó nhỏ nhưng không nằm trong vùng bước sóng 1550nm; bước sóng này mà tại đó tán sắc bằng không nằm ở ngoài vùng bước sóng 1500nm ÷ 1600nm Sợi này được coi là tối ưu cho các hệ thống thông tin quang hoạt động ở các bước sóng nằm trong vùng bước sóng 1500nm ÷ 1600nm Khi kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM ra đời thể hiện khả năng truyền nhiều bước sóng trên một sợi quang Khi đó, đáp ứng phi tuyến gây ra thêm một loạt hiệu ứng phi tuyến như: hiệu ứng trộn bốn bước sóng FWM (Four Wave Mixing), tự điều chế pha SPM (Self Phase Modulation), điều chế ngang pha XPM (Cross Phase Modulation) Trong các hiệu ứng này, hiệu ứng FWM gây ra nhiều phiền phức nhất Do hiệu ứng FWM phụ thuộc vào tán sắc của sợi quang cho nên sợi tán sắc dịch chuyển DSF không thích hợp với các hệ thống WDM có dung lượng lớn và cự ly xa Để giải quyết vấn đề này thì sợi NZ - DSF đã ra đời vào năm 1994 Đặc tính suy hao của sợi này tương tự như sợi đơn mode thông thường SMF, nhưng đặc điểm nổi bật của nó là có tán sắc nhỏ nhưng với giá trị tiêu biểu là 0,1 ps/km.nm ≤ Dmin ≤ Dmax ≤ 6 ps/km.nm trong vùng bước sóng 1530 ÷

1560nm [1] 13 3 xviii Bảng 1.3 Các tham số của một số loại sợi quang đơn mode(theo khuyến

nghị ITU - T, Rec.G.652, G.653 và G.655) 14 3 xviii

Các tham số 14 3 xviii Đơn vị 14 3 xviii G.652 14 3 xviii G.653 14 3 xviii G.655 14 3 xviii Giá 14 3 xix

16

trị chuẩn 14 3 xix Sai số 14 4 xix Giá trị chuẩn 14 4 xix Sai số 14 4 xix Giá 14 4 xix trị chuẩn 14 4 xix Sai số 14 4 xix Đường kính tại trường mode 1,55μm 14 4 xix

μm 14 4 xix 9÷10 1,3μm 14 4 xix

±10% 14 4 xix 7÷8,3 14 4 xix

±10% 14 4 xix 8÷11 14 4 xix

±10 % 14 4 xix Đường kính vỏ phản xạ 14 4 xix

μm 14 4 xix

≤ 1 14 4 xix

≤ 1 14 4 xix

≤ 1 14 4 xix Tính không tròn đều 14 4 xix

Trường mode 14 4 xix

% 14 4 xx

17

Đủ nhỏ không gây ảnh hưởng 14 4 xx

Đủ nhỏ không gây ảnh hưởng 14 5 xx

Đủ nhỏ không gây ảnh hưởng 14 5 xx

Vỏ phản xạ 14 5 xx

< 2 14 5 xx

< 2 14 5 xx

< 2 14 5 xx Bước sóng cắt (chưa bọc cáp) 14 5 xx

nm 14 5 xx

>1100, < 1280 14 5 xx

- 14 5 xx

- 14 5 xx Bước sóng cắt đã được bọc cáp 14 5 xx

nm 14 5 xx

< 1270 14 5 xx

< 1270 14 5 xx

<1480 14 5 xx Suy hao do uốn cong 100 vòng với bán kính uốn cong 37,5nm tại 1550nm

< 0,35 14 5 xxi

< 0,35 14 6 xxi Bước sóng tán sắc bằng không 15 6 xxi

1530nm ≤ λmin≤ λmax ≤ 1650nm 15 6 xxi

Tán sắc phân cực mode 15 6 xxi

Hình 1.8 Mức năng lượng và quá trình chuyển dịch 24 6 xxii

25 7 xxii Hình 1.9 Cấu trúc dị thế kép tiêu biểu 25 7 xxii Hình 1.10 Mạch điện và sơ đồ vùng năng lượng của photodiode p-i-n 28 7

xxii Bảng 1.4 Các đặc tính của các photodiode p-i-n 29 7 xxii

Hình 1.11 Cấu trúc photodiode thác và trường điện trong vùng trôi 30 7

xxii Bảng 1.5 Các đặc tính của các photodiode thác APD 30 7 xxii

Hình 1.12 Sơ đồ khố hệ thống ghép kênh quang OFDM 31 7 xxii Hình 1.13 Sơ đồ hệ thống thông tin quang sử dụng kỹ thuật OTDM 32 7

xxii ghép 4 kênh quang 32 7 xxii Hình 1.14 Quá trình ghép và giải ghép kênh WDM 34 7 xxii

CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG WDM 35 7

xxii Hình 2.1 Vùng bước sóng có suy hao sợi nhỏ cho phép truyền nhiều bước

sóng 36 7 xxii Hình 2.2 Mô tả quá trình ghép và giải ghép WDM 37 7 xxii

Hình 2.3 Hệ thống ghép bước sóng theo một hướng a) và theo hai hướng b)

37 7 xxii Hình 2.4 Mô tả thiết bị ghép/tách hỗn hợp (MUX-DEMUX) 39 7 xxii

Hình 2.5 Xuyên kênh ở bộ giải ghép 42 7 xxii Hình 2.6 Xuyên kênh ở bộ ghép hỗn hợp 42 7 xxii Hình 2.8 Sơ đồ khối các bộ lọc quang 53 7 xxii Hình 2.9 Bộ đầu cuối đường quang 55 7 xxii Hình 2.10 Sơ đồ khối bộ khuếch đại đường quang 57 7 xxii

Hình 2.11 Mô hình OAMD 3 nút 58 7 xxii Hình 2.12 Thiết bị nối chéo quang 59 7 xxii

20

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG

TUYẾN THÔNG TIN QUANG VINH - HÀ TRUNG GHÉP KÊNH THEO

BƯỚC SÓNG WDM 60 7 xxii Hình 3.1 Suy hao và tán sắc giới hạn cự ly truyền dẫn L là hàm của tốc độ

bit 60 7 xxii

và bước sóng 60 7 xxiii Hình 3.2 Hệ thống thực nghiệm 10 Gbit/s sử dụng DCF tạo OAR 64 7 xxiii Hình 3.3 Sự liên quan giữa thời gian lên với hệ thống tuyến tính 72 8 xxiii

có giới hạn băng tần 72 8 xxiii Bảng 3.2 Mất mát chèn và các mất mát khác khi hệ hệ thống hoạt động 74

8 xxiii tại bước sóng 1550nm 74 8 xxiii Bảng 3.3 Trình bày độ sự trữ cho các loại tổn hao khác 74 8 xxiii

Bảng 3.4 Các thông số của tuyến 75 8 xxiii Hình 3.4 Tuyến quang Vinh - Hà Trung dọc theo quốc lộ 1A [6] 76 8 xxiii

Bảng 3.5 Thông số tính toán cho tuyến 78 8 xxiii

KẾT LUẬN 89 8 xxiii TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 8 xxiii

LỜI NÓI ĐẦU i xxiii TÓM TẮT ĐỒ ÁN iii xxiii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU iv xxiii

MỤC LỤC 2 iv xxiii MỤC LỤC 2 2 iv xxiii LỜI NÓI ĐẦU i 2 iv xxiii TÓM TẮT ĐỒ ÁN iii 2 iv xxiii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU iv 2 iv xxiii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ v 2 iv xxiii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT vi 2 iv xxiii

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 1 2 iv

xxiii Hình 1.1 Hệ thống truyền dẫn sợi quang digital 1 2 iv xxiii

21

Bảng 1.1 Tốc độ truyền dẫn tiêu chuẩn ở Bắc Mỹ, châu Âu và Nhật Bản 2

2 iv xxiii Bảng 1.2 Các mức phân cấp tín hiệu SONET [1] 3 2 iv xxiii

Hình 1.3 Các thành phần chính của tuyến truyền dẫn cáp sợi quang 4 2 iv

xxiii Hình 1.5 Sự khúc xạ và phản xạ ánh sáng với góc tới khác nhau 10 2 iv

xxiii Hình 1.6 Đường đi của ánh sáng qua khối thủy tinh 11 2 iv xxiii

Hình 1.7 Tia sáng đi trong ống thủy tinh 12 2 iv xxiv

1.2.3 Các sợi dẫn quang đơn mode mới trong thông tin quang 13 2 iv xxiv Các mạng quang đều sử dụng môi trường truyền dẫn là sợi quang Sợi quang có đặc tính là suy hao và tán sắc thấp và là môi trường phi dẫn Cho tới nay, người ta đã chế tạo được hai loại sợi quang mới dùng khá hiệu quả trong các hệ thống thông tin quang, đó là sợi đơn mode tán sắc dịch chuyển DSF (Dispersion-Shifted Fiber) và sợi quang đơn mode tán sắc dịch chuyển không bằng không hay tán sắc dịch chuyển khác không NZ - DSF (Non- Zero Dispersion-Shifted Fiber) Sợi quang đơn mode chuẩn cũng như sợi dịch tán sắc, hoặc sợi tán sắc phẳng đã được ITU - T chuẩn hóa 13 2 iv

xxiv Sợi DSF là sợi đơn mode có bước sóng λ0 nằm trong vùng bước sóng 1550μm (1525nm ÷ 1575nm) mà tại đó giá trị tán sắc bằng không, và sợi này sử dụng tối ưu cho các bước sóng nằm xung quanh 1550nm, cũng có thể dùng cho vùng bước sóng 1310nm Do sợi quang đơn mode DSF có cả suy hao và tán sắc nhỏ giống như sợi đơn mode SMF nên rất có hiệu quả trong việc ứng dụng vào các hệ thống thông tin quang hoạt động ở vùng bước sóng 1550nm hoặc là các hệ thống sử dụng khuếch đại quang pha tạp Erbium EDFA (Erbium-doped Fiber Amplifier) Như vậy, sợi này có thể xây dùng để xây dựng các hệ thống thông tin quang tốc độ cao, cự ly xa chẳng hạn như các hệ thống thông tin cáp quang biển 13 2 iv xxiv Sợi NZ - DSF là loại sợi quang đơn mode có giá trị tán sắc tuyệt đối của nó nhỏ nhưng không nằm trong vùng bước sóng 1550nm; bước sóng này mà

22

tại đó tán sắc bằng không nằm ở ngoài vùng bước sóng 1500nm ÷ 1600nm Sợi này được coi là tối ưu cho các hệ thống thông tin quang hoạt động ở các bước sóng nằm trong vùng bước sóng 1500nm ÷ 1600nm Khi kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM ra đời thể hiện khả năng truyền nhiều bước sóng trên một sợi quang Khi đó, đáp ứng phi tuyến gây ra thêm một loạt hiệu ứng phi tuyến như: hiệu ứng trộn bốn bước sóng FWM (Four Wave Mixing), tự điều chế pha SPM (Self Phase Modulation), điều chế ngang pha XPM (Cross Phase Modulation) Trong các hiệu ứng này, hiệu ứng FWM gây ra nhiều phiền phức nhất Do hiệu ứng FWM phụ thuộc vào tán sắc của sợi quang cho nên sợi tán sắc dịch chuyển DSF không thích hợp với các hệ thống WDM có dung lượng lớn và cự ly xa Để giải quyết vấn đề này thì sợi NZ - DSF đã ra đời vào năm 1994 Đặc tính suy hao của sợi này tương tự như sợi đơn mode thông thường SMF, nhưng đặc điểm nổi bật của nó là có tán sắc nhỏ nhưng với giá trị tiêu biểu là 0,1 ps/km.nm ≤ Dmin ≤ Dmax ≤ 6 ps/km.nm trong vùng bước sóng 1530 ÷

1560nm [1] 13 3 v xxiv Bảng 1.3 Các tham số của một số loại sợi quang đơn mode(theo khuyến

nghị ITU - T, Rec.G.652, G.653 và G.655) 14 3 v xxv

Các tham số 14 3 v xxv Đơn vị 14 3 v xxv G.652 14 3 v xxv G.653 14 3 v xxv G.655 14 3 vi xxv Giá 14 3 vi xxv trị chuẩn 14 3 vi xxv Sai số 14 4 vi xxv Giá trị chuẩn 14 4 vi xxv Sai số 14 4 vi xxv Giá 14 4 vi xxv trị chuẩn 14 4 vi xxv Sai số 14 4 vi xxv

23

Đường kính tại trường mode 1,55μm 14 4 vi xxv

μm 14 4 vi xxv 9÷10 1,3μm 14 4 vi xxv

±10% 14 4 vi xxv 7÷8,3 14 4 vi xxv

±10% 14 4 vi xxv 8÷11 14 4 vi xxv

±10 % 14 4 vi xxv Đường kính vỏ phản xạ 14 4 vi xxv

μm 14 4 vi xxvi

≤ 1 14 4 vi xxvi

≤ 1 14 4 vi xxvi

≤ 1 14 4 vi xxvi Tính không tròn đều 14 4 vi xxvi

Trường mode 14 4 vii xxvi

% 14 4 vii xxvi

Đủ nhỏ không gây ảnh hưởng 14 4 vii xxvi

Đủ nhỏ không gây ảnh hưởng 14 5 vii xxvi

Đủ nhỏ không gây ảnh hưởng 14 5 vii xxvi

Bước sóng cắt (chưa bọc cáp) 14 5 vii xxvi

nm 14 5 vii xxvi

>1100, < 1280 14 5 vii xxvi

- 14 5 vii xxvi

- 14 5 vii xxvi Bước sóng cắt đã được bọc cáp 14 5 vii xxvi

nm 14 5 vii xxvi

< 1270 14 5 vii xxvi

< 1270 14 5 vii xxvi

<1480 14 5 vii xxvii Suy hao do uốn cong 100 vòng với bán kính uốn cong 37,5nm tại 1550nm

≤ 1600 15 6 viii xxvii

- 15 6 viii xxvii Giá trị tán sắc bằng không 15 6 viii xxvii

1530nm ≤ λmin≤ λmax ≤ 1650nm 15 6 viii xxviii Tán sắc phân cực mode 15 6 viii xxviii

ps/km1/2 15 6 viii xxviii

- 15 6 viii xxviii

- 15 6 ix xxviii

< 0,5 15 6 ix xxviii Hình 1.8 Mức năng lượng và quá trình chuyển dịch 24 6 ix xxviii

25 7 ix xxviii Hình 1.9 Cấu trúc dị thế kép tiêu biểu 25 7 ix xxviii

Hình 1.10 Mạch điện và sơ đồ vùng năng lượng của photodiode p-i-n 28 7

ix xxviii Bảng 1.4 Các đặc tính của các photodiode p-i-n 29 7 ix xxviii

26

Hình 1.11 Cấu trúc photodiode thác và trường điện trong vùng trôi 30 7 ix

xxviii Bảng 1.5 Các đặc tính của các photodiode thác APD 30 7 ix xxviii Hình 1.12 Sơ đồ khố hệ thống ghép kênh quang OFDM 31 7 ix xxviii Hình 1.13 Sơ đồ hệ thống thông tin quang sử dụng kỹ thuật OTDM 32 7 ix

xxviii ghép 4 kênh quang 32 7 ix xxviii Hình 1.14 Quá trình ghép và giải ghép kênh WDM 34 7 ix xxviii

CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG WDM 35 7

ix xxviii Hình 2.1 Vùng bước sóng có suy hao sợi nhỏ cho phép truyền nhiều bước

sóng 36 7 ix xxviii Hình 2.2 Mô tả quá trình ghép và giải ghép WDM 37 7 ix xxix

Hình 2.3 Hệ thống ghép bước sóng theo một hướng a) và theo hai hướng b)

37 7 ix xxix Hình 2.4 Mô tả thiết bị ghép/tách hỗn hợp (MUX-DEMUX) 39 7 ix xxix

Hình 2.5 Xuyên kênh ở bộ giải ghép 42 7 ix xxix Hình 2.6 Xuyên kênh ở bộ ghép hỗn hợp 42 7 ix xxix

Hình 2.8 Sơ đồ khối các bộ lọc quang 53 7 ix xxix Hình 2.9 Bộ đầu cuối đường quang 55 7 ix xxix Hình 2.10 Sơ đồ khối bộ khuếch đại đường quang 57 7 ix xxix

Hình 2.11 Mô hình OAMD 3 nút 58 7 ix xxix Hình 2.12 Thiết bị nối chéo quang 59 7 ix xxix CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG

TUYẾN THÔNG TIN QUANG VINH - HÀ TRUNG GHÉP KÊNH THEO

BƯỚC SÓNG WDM 60 7 ix xxix Hình 3.1 Suy hao và tán sắc giới hạn cự ly truyền dẫn L là hàm của tốc độ

bit 60 7 x xxix

và bước sóng 60 7 x xxix Hình 3.2 Hệ thống thực nghiệm 10 Gbit/s sử dụng DCF tạo OAR 64 7 x

xxix

27

Hình 3.3 Sự liên quan giữa thời gian lên với hệ thống tuyến tính 72 8 x

xxix

có giới hạn băng tần 72 8 x xxix Bảng 3.2 Mất mát chèn và các mất mát khác khi hệ hệ thống hoạt động 74

8 x xxix tại bước sóng 1550nm 74 8 x xxix Bảng 3.3 Trình bày độ sự trữ cho các loại tổn hao khác 74 8 x xxix

Bảng 3.4 Các thông số của tuyến 75 8 x xxix Hình 3.4 Tuyến quang Vinh - Hà Trung dọc theo quốc lộ 1A [6] 76 8 x xxix

Bảng 3.5 Thông số tính toán cho tuyến 78 8 x xxix

KẾT LUẬN 89 8 x xxix TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 8 x xxix

LỜI NÓI ĐẦU i x xxix TÓM TẮT ĐỒ ÁN iii x xxix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU iv x xxx DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ xvii x xxx DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT xviii x xxx

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 1 x

xxx Hình 1.1 Hệ thống truyền dẫn sợi quang digital 1 x xxx

Bảng 1.1 Tốc độ truyền dẫn tiêu chuẩn ở Bắc Mỹ, châu Âu và Nhật Bản 2

x xxx Bảng 1.2 Các mức phân cấp tín hiệu SONET [1] 3 x xxx

Hình 1.3 Các thành phần chính của tuyến truyền dẫn cáp sợi quang 4 x

xxx Hình 1.5 Sự khúc xạ và phản xạ ánh sáng với góc tới khác nhau 10 x xxx Hình 1.6 Đường đi của ánh sáng qua khối thủy tinh 11 x xxx

Hình 1.7 Tia sáng đi trong ống thủy tinh 12 x xxx 1.2.3 Các sợi dẫn quang đơn mode mới trong thông tin quang 13 x xxx Các mạng quang đều sử dụng môi trường truyền dẫn là sợi quang Sợi quang có đặc tính là suy hao và tán sắc thấp và là môi trường phi dẫn Cho

28

tới nay, người ta đã chế tạo được hai loại sợi quang mới dùng khá hiệu quả trong các hệ thống thông tin quang, đó là sợi đơn mode tán sắc dịch chuyển DSF (Dispersion-Shifted Fiber) và sợi quang đơn mode tán sắc dịch chuyển không bằng không hay tán sắc dịch chuyển khác không NZ - DSF (Non- Zero Dispersion-Shifted Fiber) Sợi quang đơn mode chuẩn cũng như sợi dịch tán sắc, hoặc sợi tán sắc phẳng đã được ITU - T chuẩn hóa 13 x xxx Sợi DSF là sợi đơn mode có bước sóng λ0 nằm trong vùng bước sóng 1550μm (1525nm ÷ 1575nm) mà tại đó giá trị tán sắc bằng không, và sợi này sử dụng tối ưu cho các bước sóng nằm xung quanh 1550nm, cũng có thể dùng cho vùng bước sóng 1310nm Do sợi quang đơn mode DSF có cả suy hao và tán sắc nhỏ giống như sợi đơn mode SMF nên rất có hiệu quả trong việc ứng dụng vào các hệ thống thông tin quang hoạt động ở vùng bước sóng 1550nm hoặc là các hệ thống sử dụng khuếch đại quang pha tạp Erbium EDFA (Erbium-doped Fiber Amplifier) Như vậy, sợi này có thể xây dùng để xây dựng các hệ thống thông tin quang tốc độ cao, cự ly xa chẳng hạn như các hệ thống thông tin cáp quang biển 13 xi xxx

Sợi NZ - DSF là loại sợi quang đơn mode có giá trị tán sắc tuyệt đối của nó nhỏ nhưng không nằm trong vùng bước sóng 1550nm; bước sóng này mà tại đó tán sắc bằng không nằm ở ngoài vùng bước sóng 1500nm ÷ 1600nm Sợi này được coi là tối ưu cho các hệ thống thông tin quang hoạt động ở các bước sóng nằm trong vùng bước sóng 1500nm ÷ 1600nm Khi kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM ra đời thể hiện khả năng truyền nhiều bước sóng trên một sợi quang Khi đó, đáp ứng phi tuyến gây ra thêm một loạt hiệu ứng phi tuyến như: hiệu ứng trộn bốn bước sóng FWM (Four Wave Mixing), tự điều chế pha SPM (Self Phase Modulation), điều chế ngang pha XPM (Cross Phase Modulation) Trong các hiệu ứng này, hiệu ứng FWM gây ra nhiều phiền phức nhất Do hiệu ứng FWM phụ thuộc vào tán sắc của sợi quang cho nên sợi tán sắc dịch chuyển DSF không thích hợp với các hệ thống WDM có dung lượng lớn và cự ly xa Để giải quyết vấn đề này thì sợi NZ - DSF đã ra đời vào năm 1994 Đặc tính suy hao của sợi này tương tự như sợi đơn mode thông thường SMF, nhưng

29

đặc điểm nổi bật của nó là có tán sắc nhỏ nhưng với giá trị tiêu biểu là 0,1 ps/km.nm ≤ Dmin ≤ Dmax ≤ 6 ps/km.nm trong vùng bước sóng 1530 ÷

1560nm [1] 13 xi xxxi Bảng 1.3 Các tham số của một số loại sợi quang đơn mode(theo khuyến

nghị ITU - T, Rec.G.652, G.653 và G.655) 14 xii xxxi

Các tham số 14 xii xxxi Đơn vị 14 xii xxxi G.652 14 xii xxxi G.653 14 xii xxxi G.655 14 xii xxxi Giá 14 xii xxxi trị chuẩn 14 xii xxxi Sai số 14 xii xxxi Giá trị chuẩn 14 xii xxxi Sai số 14 xii xxxi Giá 14 xii xxxi trị chuẩn 14 xii xxxii Sai số 14 xii xxxii Đường kính tại trường mode 1,55μm 14 xii xxxii

μm 14 xii xxxii 9÷10 1,3μm 14 xii xxxii

±10% 14 xii xxxii 7÷8,3 14 xii xxxii

±10% 14 xii xxxii 8÷11 14 xii xxxii

±10 % 14 xii xxxii Đường kính vỏ phản xạ 14 xii xxxii

±3% 14 xiii xxxii

125 14 xiii xxxii

±2% 14 xiii xxxii Sai số đồng tâm đường mode 1550nm 14 xiii xxxii

μm 14 xiii xxxii

≤ 1 14 xiii xxxii

≤ 1 14 xiii xxxii

≤ 1 14 xiii xxxii Tính không tròn đều 14 xiii xxxii Trường mode 14 xiii xxxii

% 14 xiii xxxii

Đủ nhỏ không gây ảnh hưởng 14 xiii xxxii

Đủ nhỏ không gây ảnh hưởng 14 xiii xxxii

Đủ nhỏ không gây ảnh hưởng 14 xiii xxxii

Vỏ phản xạ 14 xiii xxxii

< 2 14 xiii xxxii

< 2 14 xiii xxxiii

< 2 14 xiii xxxiii Bước sóng cắt (chưa bọc cáp) 14 xiii xxxiii

nm 14 xiii xxxiii

>1100, < 1280 14 xiii xxxiii

- 14 xiii xxxiii

- 14 xiii xxxiii Bước sóng cắt đã được bọc cáp 14 xiii xxxiii

nm 14 xiii xxxiii

< 1270 14 xiii xxxiii

< 1270 14 xiii xxxiii

<1480 14 xiii xxxiii Suy hao do uốn cong 100 vòng với bán kính uốn cong 37,5nm tại 1550nm

14 xiii xxxiii

dB 14 xiii xxxiii

31

≤ 6,0 15 xiv xxxiv

≤ 20 15 xv xxxiv

≤ 20 15 xv xxxiv

≤ 3,5 15 xv xxxiv 0,1 ps/km.nm ≤ Dmin ≤ Dmax ≤ 6 ps/km.nm và 15 xv xxxiv

1530nm ≤ λmin≤ λmax ≤ 1650nm 15 xv xxxiv Tán sắc phân cực mode 15 xv xxxiv

ps/km1/2 15 xv xxxiv

- 15 xv xxxiv

- 15 xv xxxiv

< 0,5 15 xv xxxiv Hình 1.8 Mức năng lượng và quá trình chuyển dịch 24 xv xxxiv

25 xv xxxiv Hình 1.9 Cấu trúc dị thế kép tiêu biểu 25 xv xxxiv Hình 1.10 Mạch điện và sơ đồ vùng năng lượng của photodiode p-i-n 28 xv

xxxiv Bảng 1.4 Các đặc tính của các photodiode p-i-n 29 xv xxxiv

Hình 1.11 Cấu trúc photodiode thác và trường điện trong vùng trôi 30 xv

xxxv Bảng 1.5 Các đặc tính của các photodiode thác APD 30 xv xxxv

Hình 1.12 Sơ đồ khố hệ thống ghép kênh quang OFDM 31 xv xxxv Hình 1.13 Sơ đồ hệ thống thông tin quang sử dụng kỹ thuật OTDM 32 xv

xxxv ghép 4 kênh quang 32 xv xxxv Hình 1.14 Quá trình ghép và giải ghép kênh WDM 34 xv xxxv

CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG WDM 35

xv xxxv Hình 2.1 Vùng bước sóng có suy hao sợi nhỏ cho phép truyền nhiều bước

sóng 36 xv xxxv Hình 2.2 Mô tả quá trình ghép và giải ghép WDM 37 xv xxxv

33

Hình 2.3 Hệ thống ghép bước sóng theo một hướng a) và theo hai hướng b)

37 xv xxxv Hình 2.4 Mô tả thiết bị ghép/tách hỗn hợp (MUX-DEMUX) 39 xv xxxv

Hình 2.5 Xuyên kênh ở bộ giải ghép 42 xv xxxv Hình 2.6 Xuyên kênh ở bộ ghép hỗn hợp 42 xv xxxv

Hình 2.8 Sơ đồ khối các bộ lọc quang 53 xv xxxv Hình 2.9 Bộ đầu cuối đường quang 55 xvi xxxv Hình 2.10 Sơ đồ khối bộ khuếch đại đường quang 57 xvi xxxv

Hình 2.11 Mô hình OAMD 3 nút 58 xvi xxxv Hình 2.12 Thiết bị nối chéo quang 59 xvi xxxv CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG

TUYẾN THÔNG TIN QUANG VINH - HÀ TRUNG GHÉP KÊNH THEO

BƯỚC SÓNG WDM 60 xvi xxxv Hình 3.1 Suy hao và tán sắc giới hạn cự ly truyền dẫn L là hàm của tốc độ

bit 60 xvi xxxv

và bước sóng 60 xvi xxxv Hình 3.2 Hệ thống thực nghiệm 10 Gbit/s sử dụng DCF tạo OAR 64 xvi

xxxv Hình 3.3 Sự liên quan giữa thời gian lên với hệ thống tuyến tính 72 xvi

xxxv

có giới hạn băng tần 72 xvi xxxv Bảng 3.2 Mất mát chèn và các mất mát khác khi hệ hệ thống hoạt động 74

xvi xxxv tại bước sóng 1550nm 74 xvi xxxvi Bảng 3.3 Trình bày độ sự trữ cho các loại tổn hao khác 74 xvi xxxvi

Bảng 3.4 Các thông số của tuyến 75 xvi xxxvi Hình 3.4 Tuyến quang Vinh - Hà Trung dọc theo quốc lộ 1A [6] 76 xvi

xxxvi Bảng 3.5 Thông số tính toán cho tuyến 78 xvi xxxvi

KẾT LUẬN 89 xvi xxxvi TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 xvi xxxvi

34

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ xvii xxxvi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT xliii xxxvi

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 1

xxxvi Hình 1.1 Hệ thống truyền dẫn sợi quang digital 1 xxxvi

Bảng 1.1 Tốc độ truyền dẫn tiêu chuẩn ở Bắc Mỹ, châu Âu và Nhật Bản 2

xxxvi Bảng 1.2 Các mức phân cấp tín hiệu SONET [1] 3 xxxvi

Hình 1.3 Các thành phần chính của tuyến truyền dẫn cáp sợi quang 4

xxxvi Hình 1.5 Sự khúc xạ và phản xạ ánh sáng với góc tới khác nhau 10 xxxvi

Hình 1.6 Đường đi của ánh sáng qua khối thủy tinh 11 xxxvi

Hình 1.7 Tia sáng đi trong ống thủy tinh 12 xxxvi 1.2.3 Các sợi dẫn quang đơn mode mới trong thông tin quang 13 xxxvi Các mạng quang đều sử dụng môi trường truyền dẫn là sợi quang Sợi quang có đặc tính là suy hao và tán sắc thấp và là môi trường phi dẫn Cho tới nay, người ta đã chế tạo được hai loại sợi quang mới dùng khá hiệu quả trong các hệ thống thông tin quang, đó là sợi đơn mode tán sắc dịch chuyển DSF (Dispersion-Shifted Fiber) và sợi quang đơn mode tán sắc dịch chuyển không bằng không hay tán sắc dịch chuyển khác không NZ - DSF (Non- Zero Dispersion-Shifted Fiber) Sợi quang đơn mode chuẩn cũng như sợi dịch tán sắc, hoặc sợi tán sắc phẳng đã được ITU - T chuẩn hóa 13 xxxvi Sợi DSF là sợi đơn mode có bước sóng λ0 nằm trong vùng bước sóng 1550μm (1525nm ÷ 1575nm) mà tại đó giá trị tán sắc bằng không, và sợi này sử dụng tối ưu cho các bước sóng nằm xung quanh 1550nm, cũng có thể dùng cho vùng bước sóng 1310nm Do sợi quang đơn mode DSF có cả suy hao và tán sắc nhỏ giống như sợi đơn mode SMF nên rất có hiệu quả trong việc ứng dụng vào các hệ thống thông tin quang hoạt động ở vùng bước sóng 1550nm hoặc là các hệ thống sử dụng khuếch đại quang pha tạp Erbium EDFA (Erbium-doped Fiber Amplifier) Như vậy, sợi này có thể

35

xây dùng để xây dựng các hệ thống thông tin quang tốc độ cao, cự ly xa chẳng hạn như các hệ thống thông tin cáp quang biển 13 xxxvi

Sợi NZ - DSF là loại sợi quang đơn mode có giá trị tán sắc tuyệt đối của nó nhỏ nhưng không nằm trong vùng bước sóng 1550nm; bước sóng này mà tại đó tán sắc bằng không nằm ở ngoài vùng bước sóng 1500nm ÷ 1600nm Sợi này được coi là tối ưu cho các hệ thống thông tin quang hoạt động ở các bước sóng nằm trong vùng bước sóng 1500nm ÷ 1600nm Khi kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM ra đời thể hiện khả năng truyền nhiều bước sóng trên một sợi quang Khi đó, đáp ứng phi tuyến gây ra thêm một loạt hiệu ứng phi tuyến như: hiệu ứng trộn bốn bước sóng FWM (Four Wave Mixing), tự điều chế pha SPM (Self Phase Modulation), điều chế ngang pha XPM (Cross Phase Modulation) Trong các hiệu ứng này, hiệu ứng FWM gây ra nhiều phiền phức nhất Do hiệu ứng FWM phụ thuộc vào tán sắc của sợi quang cho nên sợi tán sắc dịch chuyển DSF không thích hợp với các hệ thống WDM có dung lượng lớn và cự ly xa Để giải quyết vấn đề này thì sợi NZ - DSF đã ra đời vào năm 1994 Đặc tính suy hao của sợi này tương tự như sợi đơn mode thông thường SMF, nhưng đặc điểm nổi bật của nó là có tán sắc nhỏ nhưng với giá trị tiêu biểu là 0,1 ps/km.nm ≤ Dmin ≤ Dmax ≤ 6 ps/km.nm trong vùng bước sóng 1530 ÷

1560nm [1] 13 xxxvii Bảng 1.3 Các tham số của một số loại sợi quang đơn mode(theo khuyến

nghị ITU - T, Rec.G.652, G.653 và G.655) 14 xxxvii

Các tham số 14 xxxvii Đơn vị 14 xxxvii G.652 14 xxxvii G.653 14 xxxvii G.655 14 xxxvii Giá 14 xxxvii trị chuẩn 14 xxxviii Sai số 14 xxxviii Giá trị chuẩn 14 xxxviii

36

Sai số 14 xxxviii Giá 14 xxxviii trị chuẩn 14 xxxviii Sai số 14 xxxviii Đường kính tại trường mode 1,55μm 14 xxxviii

μm 14 xxxviii 9÷10 1,3μm 14 xxxviii

±10% 14 xxxviii 7÷8,3 14 xxxviii

±10% 14 xxxviii 8÷11 14 xxxviii

±10 % 14 xxxviii Đường kính vỏ phản xạ 14 xxxviii

μm 14 xxxviii

≤ 1 14 xxxviii

≤ 1 14 xxxviii

≤ 1 14 xxxviii Tính không tròn đều 14 xxxviii

Trường mode 14 xxxviii

% 14 xxxviii

Đủ nhỏ không gây ảnh hưởng 14 xxxix

Đủ nhỏ không gây ảnh hưởng 14 xxxix

Đủ nhỏ không gây ảnh hưởng 14 xxxix

37