Bài tập lớn thông tin sợi cáp quang: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ GHÉP KÊNH QUANG THEO BƯỚC SÓNG WDM

Bài tập lớn thông tin sợi cáp quang: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ GHÉP KÊNH QUANG THEO BƯỚC SÓNG WDM TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG WDMƯu nhược điểm so với hệ thống truyền dẫn đơn kênh quangTHIẾT KẾ HỆ THỐNG WDM GHÉP KÊNH 4 BƯỚC SÓNGHệ thống WDM 4 bước sóng sử dụng kỹ thuật bù tán sắc.Thiết kế hệ thống quang WDM ghép kênh 4 bước sóng sử dụng kỹ thuật bù tán sắc.

HỮU NGHỊ VIỆT HÀN

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

BÀI TẬP LỚN THÔNG TIN SỢI QUANG

LỜI MỞ ĐẦU

Ở nước ta hiện nay, thông tin cáp sợi quang đang ngày càng chiếm vị tríquan trọng Với các ưu điểm như băng thông rộng, ít chịu ảnh hưởng bởi môitrường, chất lượng tín hiệu tốt nên thông tin cáp sợi quang ngày càng chiếm ưuthế trên mạng viễn thông của các Công ty viễn thông trong nước Ngày nay, cáctuyến cáp quang được sử dụng rộng khắp, ngoài các tuyến cáp quang đường trụcliên tỉnh còn các tuyến cáp quang nội hạt được kéo đến hầu hết các quận, huyệntrong cả nước

Trong những năm gần đây, lưu lượng qua mạng tăng trưởng đột biến,nhu cầu phát triển các loại hình dịch vụ thoại, các dịch vụ băng thông rộng vàđặc biệt là Internet ngày càng lớn Những nhà cung cấp dịch vụ mà đặc biệt làcác công ty sở hữu và khai thác cơ sở hạ tầng mạng, phải liên tục nâng cấp mạng

để đáp ứng nhu cầu về băng thông và dịch vụ Tuy vậy, hầu như tất cả các dự ángiải quyết về lưu lượng mạng đều chậm hơn so với thực tế Trong tình huốngnày đã có một sự đột phá về công nghệ nhằm giải quyết vấn đề dung lượng vàchất lượng mạng cho xã hội thông tin, đó chính là công nghệ ghép kênh quangtheo bước sóng WDM Với sự tiến bộ nhanh chóng, công nghệ WDM xứngđáng là giải pháp hợp lý cho vấn đề này hiện nay và cả trong tương lai Đây làmục tiêu của các nhà cung cấp dịch vụ mạng thông tin nhằm đáp ứng cho sựtăng trưởng nhanh về lưu lượng qua mạng (như Internet) và đảm bảo cho chấtlượng dịch vụ ngày càng tốt hơn

Với mục đích hiểu rõ hơn về công nghệ từng bước làm chủ thiết bị vàthành thạo trong công tác vận hành, bảo dưỡng thiết bị cho công việc sau này,góp phần giúp thiết bị hoạt động ổn định đảm bảo thông tin và chất lượng tínhiệu, em đã chọn đề tài “CÔNG NGHỆ GHÉP KÊNH QUANG THEO BƯỚCSÓNG WDM”

Qua thời gian học tập tại trường, được sự giúp đỡ của các thầy, các côtrong khoa Công Nghệ Điện Tử Viễn Thông- Trường CĐ CNTT Hữu Nghị ViệtHàn đã giúp em tiếp thu được nhiều kiến thức bổ ích để em vững vàng và tự tinhơn trong công việc sau này Để hoàn thành tốt Đồ án môn học này, em đã được

sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của TS Nguyễn Vũ Anh Quang.

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC HÌNH ẢNH 3

DANH MỤC VIẾT TẮT 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG WDM 5

1.1 C ẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM 5

1.2 N GUYÊN LÝ GHÉP KÊNH THEO BƯƠ ́ C SÓNG WDM 5

1.2.1 Các kết cấu cơ bản của hệ thống WDM 6

1.2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống WDM 7

1.3 C ÁC DẢI BĂNG TẦN HOẠT ĐỘNG TRONG WDM 7

1.4 Ư U NHƯỢC ĐIỂM SO VỚI HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN ĐƠN KÊNH QUANG 7

1.4.1 Ưu điểm 7

1.4.2 Nhược điểm 8

1.5 C ÁC HIỆU ỨNG PHI TUYẾN 8

1.5.1 Hiệu ứng tán xạ: 8

1.5.2 Hiệu ứng Kerr 8

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG WDM GHÉP KÊNH 4 BƯỚC SÓNG 10

2.1 C ÁC THÀNH PHẦN CHÍNH 10

2.2 T HIẾT KẾ 10

2.2.1 Nguồn phát 10

2.2.2 Tuyến truyền dẫn 11

2.2.3 Nguồn thu 11

2.3 H Ệ THỐNG WDM 4 BƯỚC SÓNG SỬ DỤNG KỸ THUẬT BÙ TÁN SẮC 11

2.3.1 Phổ của kênh trước khi truyền 12

2.3.2 Phổ của kênh trên đường truyền 12

2.3.3 Kênh ở phần thu 13

2.4 T HIẾT KẾ HỆ THỐNG QUANG WDM GHÉP KÊNH 4 BƯỚC SÓNG SỬ DỤNG KỸ THUẬT BÙ TÁN SẮC 15

KẾT LUẬN 19

TÀI LIỆU THAM KHẢO 20

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN 21

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình- 1: Các thành phần chính của tuyến truyền dẫn cáp sợi quang 5

Hình-2 : Hệ thống đơn hướng 6

Hình- 3: Hệ thống song hướng 6

Hình- 4: Nguồn phát 10

Hình- 5: Tuyến truyền dẫn 11

Hình- 6: Nguồn thu 11

Hình- 7: Hệ thống WDM 4 bước sóng sử dụng kỹ thuật bù tán sắc 11

Hình- 8: Tần số của các kênh tại bộ Mux 4x1 12

Hình- 9: Phổ của kênh trước khi truyền 12

Hình- 10: Phổ của kênh trên tuyến truyền dẫn hiệu ứng phi tuyến 13

Hình- 11: Tần số các kênh tại bộ Demux 4x1 13

Hình- 12: Phổ tại kênh 1 14

Hình- 13:Phổ tại kênh 2 14

Hình- 14:Phổ tại kênh 3 15

Hình- 15: Phổ của tại kênh 4 15

Hình- 16 : Hình ảnh giản đồ mắt kênh 1 BER=2.25e -12 16

Hình- 17: Hình ảnh giản đồ mắt kênh 2 BER=6.69e -106 17

Hình- 18: Hình ảnh giản đồ mắt kênh 3 BER=9.9e -117 17

Hình- 19: Hình ảnh giản đồ mắt kênh 4 BER= 1.2e -120 18

DANH MỤC VIẾT TẮT

WDM Wavelength Division Multiplexing

S-band Short Wavelength band

TDM Time Division Multiplexing

SRS Stimulated Raman Scrattering

SBS Stimulated Brillouin Scrattering

SPM Self Phase Modulation

XPM Cross Phase Modulation

EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier

DCF Dispersion Compensation Fiber

Các thiết bị khác

Thu quang

Phát quang

Khôi phục tín hiệu Khuếch đại

Bộ thu quang

Tín hiệu điện ra

Nguồn phát quang

Nguồn phát quang

Mạch điều khiển

Mạch điều khiển

Tín hiệu

điện vào

Bộ phát quang

Mối hàn sợi

Bộ nối quang

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GHÉP KÊNH

THEO BƯỚC SÓNG WDM

1.1 Cấu trúc của hệ thống thông tin quang WDM

Hình- 1: Các thành phần chính của tuyến truyền dẫn cáp sợi quang.

Các thành phần chính của tuyến gồm có phần phát quang, cáp sợi quang vàphần thu quang Phần phát quang được cấu tạo từ nguồn phát tín hiệu quang vàcác mạch điện điều khiển liên kết với nhau Cáp sợi quang gồm có các sợi dẫnquang và các lớp vỏ bọc xung quanh để bảo vệ sợi quang khỏi tác động có hại từmôi trường bên ngoài Phần thu quang do bộ tách sóng quang và các mạchkhuếch đại, tái tạo tín hiệu hợp thành Ngoài các thành phần chủ yếu này, tuyếnthông tin quang còn có các bộ nối quang (connector), các mối hàn, bộ chiaquang và các trạm lặp; tất cả tạo nên một tuyến thông tin quang hoàn chỉnh

1.2 Nguyên lý ghép kênh theo bước sóng WDM

Ghép kênh theo bước sóng WDM là công nghệ “trong một sợi quang đồngthời truyền dẫn nhiều bước sóng tín hiệu quang” Ở đầu phát, nhiều tín hiệuquang có bước sóng khác nhau được tổ hợp lại (ghép kênh) để truyền đi trên mộtsợi quang Ở đầu thu, tín hiệu tổ hợp đó được phân giải ra (tách kênh), khôiphục lại tín hiệu gốc rồi đưa vào các đầu cuối khác nhau

1.2.1 Các kết cấu cơ bản của hệ thống WDM

Có hai hình thức cấu thành hệ thống WDM: hệ thống đơn hướng và songhướng

Hệ thống đơn hướng (truyền theo một chiều trên sợi quang): là kết hợp cácbước sóng khác nhau vào sợi tại một đầu và thực hiện tách chúng để chuyển tớicác bộ tách sóng quang ở đầu kia

Hình-2 : Hệ thống đơn hướng

+ Hệ thống WDM song hướng (truyền hai chiều trên một sợi quang): là

có thể phát thông tin theo một hướng theo bước sóng 1 và đồng thời cũng phátthông tin theo hướng ngược lại tại bước sóng 2

Thiết bị WDM

WDM

Thiết bị

WDM Kênh vào

Kênh vào Kênh ra

Kênh ra Một sợi

 1

 2

1.2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống WDM

Ánh sáng đầu ra của bộ LD hoặc LED chiếu vào thiết bị ghép bước sóng(MUX: multiplex) có thể là cách tử G và P thành một luồng chung có n bướcsóng truyền qua sợi quang Tại đầu thu sử dụng bộ tách bước sóng (DEMUX:Demultiplex) để tách riêng rẽ từng bước sóng Mỗi bước sóng được đưa vào mộtdiode tách quang để tách luồng tín hiệu số

1.3 Các dải băng tần hoạt động trong wdm

O-band (Original band): dải băng tần từ 1260nm đến 1360nm

E-band (Extended band): dải băng tần từ 1360nm đến 1460nm

S-band (Short wavelength band): dải băng tần từ 1460nm đến 1530 nmC-band (Conventional band): dải băng tần từ 1530 nm đến 1565 nm

L-band(Long wavelength band): dải băng tần từ 1565 nm đến 1625 nmU-band (Ultra-long wavelength band): dải băng tần từ 1625 nm đến 1675nm

1.4 Ưu nhược điểm so với hệ thống truyền dẫn đơn kênh quang.

 Đáp ứng linh hoạt việc nâng cấp dung lượng hệ thống, kỹ thuật WDMcho phép tăng dung lượng của mạng hiện có mà không cần phải lắp đặt thêm sợi

quang Việc nâng cấp dung lượng đơn giản là cắm thêm card mới trong khi hệthống vẫn hoạt động.

 Quản lý băng tần và cấu hình mềm dẻo, linh hoạt nhờ việc định tuyến

và phân bố bước sóng trong mạng WDM nên có khả năng quản lý hiệu quả băngtần truyền dẫn và cấu hình lại dịch vụ mạng trong chu kỳ sống của hệ thống

 Ngoài ra còn ứng dụng để truyền nhiều chương trình truyền hình chấtlượng cao, cự ly dài

 Giảm chi phí đầu tư mới

1.5 Các hiệu ứng phi tuyến.

Hiệu ứng phi tuyến chia thành hai loại là hiệu ứng tán xạ và hiệu ứng Kerr(khúc xạ)

1.5.1 Hiệu ứng tán xạ:

Gồm hiệu ứng SBS và SRS

- Hiệu ứng SRS (Stimulated Raman Scrattering) là hiện tượng chiếu ánhsáng vào sợi quang sẽ gây ra dao động phân tử trong vật liệu của sợi quang, nóđiều chế tín hiệu quang đưa vào dẫn đến bước sóng ngắn trong hệ thống WDMsuy giảm tín hiệu quá lớn, hạn chế số kênh của hệ thống

- Hiệu ứng SBS (Stimulated Brillouin Scrattering) cúng có hiện tượngnhư SRS nhưng gây ra dịch tần và dải tần tăng ích rất nhỏ và chỉ xuất hiện ởhướng sau chiều tán xạ Ảnh hưởng càn lớn thì ngưỡng công suất càng thấp

- Hiệu ứng XPM (Cross Phase Modulation), có nghĩa là trong hệ thốngnhiều bước sóng vì hiệu suất khúc xạ biến đổi theo cường độ đầu vào dẫn đếnpha của tín hiệu bị điều chế bởi công suất của kênh khác.

- Hiệu ứng FWM (Four Wave Mixing) xuất hiện khi có nhiều tín hiệuquang truyền dẫn hồn hợp trên sợi quang làm xuất hiện bước sóng mới gây nênxuyên nhiễu làm hạn chế số bước sóng được sử dụng Việc nảy sinh các hiệuứng phi tuyến sẽ gây các hiện tượng xuyên âm giữa các kênh, suy giảm mứccông suất tín hiệu của từng kênh dẫn đến suy giảm tỷ số S/N, ảnh hưởng đếnchất lượng hệ thống

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG WDM GHÉP KÊNH 4

 Sợi đơn mod chuẩn SMF (50km) bước sóng là 1550nm

 Bộ khuếch đại ADFA

 Trong tuyến sử dụng kĩ thuật bù tán sắc( bù tán sắc quang sử dụng sợi DCF)

 Bộ WDM Mux 4x1 ở phần phát

 Bộ WDM Demux 1x4 ở phần thu

Bộ phân tích phổ( 7 bộ)

Máy phân tích WDM

Các tham số toàn cục: Tốc độ hoạt động của hệ thống: 2.5 GBit/s

Chiều dài chuỗi bit: 128 bit

64 bit/mẫu

 Lưu ý: Sợi DCF có chiều dài càng ngắn càng tốt Có suy hao

Sợi DCF thương mại có chiều dài 4km bù được cho sợi SMF 50km

2.2 Thiết kế.

2.2.1 Nguồn phát.

Hình- 4: Nguồn phát.

2.3.1 Phổ của kênh trước khi truyền

Do sử dụng phát 4 kênh bước sóng nên ở đây có 4 kênh Nếu phát 4 kênh

mà ta thu không đủ 4 kênh thì sai ở phần bộ WDM Mux 4x1

Hình- 8: Tần số của các kênh tại bộ Mux 4x1

Hình- 9: Phổ của kênh trước khi truyền.

2.3.2 Phổ của kênh trên đường truyền.

Trên kênh truyền nếu có nhiều kênh con mới xuất hiện thì những kênh con

đó là do hiệu ứng phi tuyến tạo thành Và được minh họa như hình vẽ

Hình- 10: Phổ của kênh trên tuyến truyền dẫn hiệu ứng phi tuyến.

Hình- 12: Phổ tại kênh 1.

Hình- 13:Phổ tại kênh 2.

Hình- 14:Phổ tại kênh 3

Hình- 15: Phổ của tại kênh 4.

2.4 Thiết kế hệ thống quang WDM ghép kênh 4 bước sóng sử dụng kỹ thuật bù tán sắc.

Một sợi dây chiều dài sợi dây là 50km( suy hao 0.2 dB/Km) bộ khếch đại

Một sợi dây DCF có chiều dài 4km và có suy hao 0.5dB/km, bộ khuếchđại EDFA để khuếch đại cho sợ dây DCF bù lai suy hoa cho sợi dây.

Thay đổi các tham số của các phần tử trên tuyến để có một kênh đạt BER

Để thay đổi BER ta có thể thay đổi về công suất phát, chiều dài dây, độsuy hao Nhưng bài này sẽ chọn thay đổi công suất phát Power Ta sẽ thaycho 1 công suất phát là: -20,3dBm tần số F= 193THz và 3 công suất phát là -15dBm và có tần số lần lượt là: 193.1, 193.2, 193,3(THz)

 Lưu ý: Khi thay đổi chiều dài của sợi dây đơn mod chuẩn (độ lợi của sợidây đơn mod phải thay đổi để bù lại suy hoa cho nó) thì phải thay đổi chiều dàicủa sợi dây DCF( phụ thuộc vào sợi dây đơn mod SMF) và độ lợi theo sợi để

bù lại suy hoa của sợi dây

Hình- 17: Hình ảnh giản đồ mắt kênh 2 BER=6.69e -106

Hình- 19: Hình ảnh giản đồ mắt kênh 4 BER= 1.2e -120

KẾT LUẬN

Ghép kênh trong WDM là một giải pháp rất hiệu quả trong việc tăng dunglượng truyền dẫn Việc sử dụng các bộ ghép kênh quang theo bước sóng trênmạng đường trục cho phép rẽ nhánh các tuyến đang khai thác ở những điểm khókhăn về mặt cấp nguồn vì bộ ghép bước sóng không cần đến nguồn điện, nângcấp dung lượng tuyến đang khai thác hoặc thiết kế mới Nhưng ở kỹ thuật nàycòn có những hạn chế cần khắc phục như: suy hao, xuyên kênh, hiệu ứng phituyến tán sắc

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 VŨ VĂN SAN

Kỹ thuật thông tin quang

Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật – 1997

2 DƯƠNG ĐỨC TUỆ

Hệ thống ghép kênh theo bước sóng

Nhà suất bản bưu điện – 2001

3.TS VŨ VĂN SAN

Hệ thống thông tin quang, Hà Nội, 2003

4 Web: https://vi.wikipedia.org/wiki/WDM

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2016

Giảng viên