TÌM HIỂU VÀ mô PHỎNG BÙ TÁN sắc TRONG hệ THỐNG TRUYỀN dẫn QUANG

TÌM HIỂU VÀ mô PHỎNG BÙ TÁN sắc TRONG hệ THỐNG TRUYỀN dẫn QUANG TÌM HIỂU VÀ mô PHỎNG BÙ TÁN sắc TRONG hệ THỐNG TRUYỀN dẫn QUANG TÌM HIỂU VÀ mô PHỎNG BÙ TÁN sắc TRONG hệ THỐNG TRUYỀN dẫn QUANG TÌM HIỂU VÀ mô PHỎNG BÙ TÁN sắc TRONG hệ THỐNG TRUYỀN dẫn QUANG

TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN

QUANG

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN

LỜI CẢM ƠN

LỜI MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG

TRUYỀN DẪN THÔNG TIN QUANG.

1.1.1 Giới thiệu chung.

1.1.2 Sơ đồ khối đặc tính hoạt động.

1.1.3 Đặc tính của hệ thống truyền dẫn quang.

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TRUYỀN DẪN QUANG TRÊN PHẦN MỀM OPTISYSTEM.

2.2.1 Giới thiệu chung về phần mềm.

2.2.2 Mô hình truyền dẫn quang của hệ thống.

2.2.3 Nguyên lý hoạt động và chức năng của mô hình.

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC HIỆN.

3.3.1 Kết quả sau khi mô phỏng.

3.3.2 Phân tích kết quả mô phỏng.

3.3.3 Đánh giá kết quả mô phỏng.

CHƯƠNG 4: NHẬN XÉT, KẾT LUẬN VÀ ỨNG DỤNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN.

TÀI LIỆU THAM KHẢO.

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ TỪ VIẾT TẮT.

- Hình 1.1 Tốc độ tăng dung lượng thoại và số liệu theo thời gian

- Hình 1.2 Sơ đồ khối của hệ thống

- Hình 1.3 Hệ thống WDM hai kênh

- Hình 1.4 Màu chứng năng WDM

- Hình 1.5 Cấu trúc bên trong sợi quang

- Hình 1.6 Thiết bị phát quang

- Hình 1.7 Modem wifi ( thiết bị thu đầu cuối )

- Hình 2.1 Phần mềm mô phỏng Opisystem

- Hình 2.2 Mô hình mô phỏng hệ thống truyền dẫn quang

- Hình 3.1 Kết quả BER sau khi mô phỏng

- Hình 3.2 Biểu đồ quang phổ trước và sau khi qua bộ vòng lặp

- Hình 3.3 Thông số công suất phát tại kênh

- Hình 3.4 Đồ thị công suất phát và BER

- DCF Distributed Bragg Reflection Sợi bù tán sác

- DWDM Dense WDM WDM Mật độ cao

- LAN Local Area Network Mạng máy tính cục bộ

- MAN Metropolitan Area Network Mạng kết hợp mạng LAN

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG

TRUYỀN DẪN THÔNG TIN QUANG.

1.1.1 Giới thiệu chung.

Từ thời xa xưa con người đã biết sử dụng các phương phát như:lửa, khối hoặc cờ ám hiệu để truyền tin Ngày nay công nghệ mạng quangWDM ra đợi đã tạo nên những bước phát triển rất lớn cho các mạngtruyền tải Với sự ra đời của công nghệ WDM đã đáp ứng được nhữngnhu cầu tăng lên rất lớn về băng thông

Ngày nay các hệ thống thông tin quang đường trục, các hệ thốngdung lượng lớn đều sử dụng công nghệ WDM, với những tuyến liên kếtđiểm điểm, rồi đến những liên kết cấu trúc mạng phức tạp hơn để phùhợp với những yêu cầu đáp ứng mạng được đặt ra Tuy nhiên, do mốt sốnhững ảnh hưởng lớn tất động đến hệ thống WDM nên những nhà khaithác mạng vẫn chưa tận dụng được hết những ưu điểm vượt trội của hệthống này

Những ảnh hưởng đó phải kể đến đầu tiên chính là các ảnh hưởngcủa tán sắc đối với hệ thống WDM Tán sắc làm hạn chế khoảng cáchtruyền dẫn cũng như tốc độ của hệ thống, gây ra lỗi bit làm xuống cấpnghiêm trọng đặc tính của hệ thống Do đó vấn đề quản lý tán sắc trong

hệ thống WDM đã và đang rất được quan tâm

Hình 1.1 Tốc độ tăng dung lượng thoại và số liệu theo thời gian

1.1.2 Sơ đồ khối đặc tính hoạt động.

Hình 1.2 Sơ đồ khối của hệ thống

1.1.3 Đặc tính của hệ thống truyền dẫn quang.

 Hệ thống WDM đầu tiên được bắt đầu khoảng cuối năm 1980 sửdụng hai bước sóng có khoảng cách rộng trong miền 1310 nm và

1550 nm( hoặc 850 nm và 1310 nm ), thỉnh thoảng được gọi làWDM băng rộng

 Khoảng đầu năm 1990 được thấy hệ thống WDM thế hệ hai, cònđược gọi là hệ thống WDM băng hẹp, trong hệ thống này có từ haiđến tám kênh được sử dụng Khoảng cách giữa các kênh này làkhoảng 400 Ghz ở cửa số bước sóng 1550 nm Vào giữa năm 1990,các hệ thống WDM mật độ cao ( DWDM ) được đưa ra với 16 đến

40 kênh và khoảng cách giữa các kênh là từ 100 đến 200 Ghz.Vàocuối năm 1990 các hệ thống DWDM đã được phát triển có dunglượng lên tới 64 đến 160 kênh song song, khoảng cách giữa cáckênh có mật độ rất dày ở khoảng 50 hoặc thậm chí 25 Ghz

Hình 1.3 Hệ thống WDM hai kênh

 Các chức năng của hệ thống WDM

- Ở lõi của hệ thống WDM gồm có một số nhỏ các chức năng củalớp vật lý Điều này được miêu tả trong hình 1.4, cho thấy mộtWDM màu với bốn kênh thông tin Mỗi kênh quang chiếm mộtbước sóng riêng của chính nó

Hình 1.4 Màu chứng năng WDM

- Hệ thống thực hiện các chức năng chính như phát tín hiệu, cáclaze bán dẫn, phải được cung cấp ổn dịnh với mỗi kênh riêng,độ rộng phổ hẹp để mang dữ liệu số, được điều chế như một tínhiệu tương tự

- Kết hợp tín hiệu các hệ thống WDM hiện đại sử dụng các bộghép kênh để kết hợp các tín hiệu Có một số các suy hao vốncó đi cùng với các bộ ghép và tách kênh Các suy hao này phụthuộc vào số các kênh thông tin nhưng có thể được bù lại bằngcác bộ khuếch đại quang, cái mà khuếch đại tất cả các bướcsóng lên mà không cần phải biến đổi thành điện

- Truyền dẫn tín hiệu các ảnh hưởng của xuyên nhiễu và suygiảm hay suy hao tín hiệu quang cần phải được tính toán trongtruyền dẫn sợi quang Các ảnh hưởng này có thể được giảm bớtbằng cách điều chỉnh các biến như khoảng cách kênh, khoảngbước sóng, và các mức công suất laze Qua một liên kết truyềndẫn, tín hiệu cần phải được khuếch đại quang lên

- Tách các tín hiệu nhận được ở đầu cuối thu, các tín hiệu đượcghép phải được tách ra Mặc dù, thao tác này được đưa ra chỉ làngược lại của phương phát kết hợp tín hiệu nhưng nó thực sự lạilà một công nghệ rất khó

- Nhận tín hiệu đã được giải ghép kênh sẽ được thu bởi các bộtách sóng quang, với các chức năng này, một hệ thống WDMcũng phải được trang bị các giao diện khách để nhận tín hiệuvào Chức năng này được thực hiện bởi các hệ thống nhận và

phát lại tín hiệu Trên WDM khách là các giao diện sợi quangđược liên kết với các hệ thống WDM.

- Nói đến sợi quang không thể không nhắc đến đặc điểm và phânloại sợi quang:

 Đặc điểm sợi quang có băng thông lớn nên có thể truyềnđược một khối lượng thông tin lớn như âm thanh, hìnhảnh, dữ liệu đến những địa điểm cách xa hàng trăm kmmà không cần bộ tái tạo Đường kính sợi nhỏ, trọnglượng nhỏ và không xuyên âm cách điện nên không ảnhhưởng của sóng điện từ và xung điện từ, suy hao thấp, cótính bảo mật cao do ánh sáng không bức xạ ra bên ngoài

 Sợi quang được phân loại theo điện môi như là sợi quangthạch anh nguyên chất ( SiO2 ) sợi quang thủy tinh đavật liệu, sợi quang bằng nhựa Theo mode truyền dẫn làcó sợi đa mode và sợi đơn mode Theo chỉ số chiết suấtkhúc xạ như là sợi quang chiết suất bậc và sợi quangchiết suất liên tục

Hình 1.5 Cấu trúc bên trong sợi quang

 Thiết bị phát quang

- Thành phần: nguồn phát ( đây là thành phần quan trọng nhất )

- Bộ điều chế chuyển đổi dữ liệu từ dạng tín hiệu điện sang dạngtín hiệu quang

- Mode ghép sợi đưa tín hiệu từ cổng phát vào trong sợi quang

- Mạch điện tử cung cấp dòng cho nguồn phát quang

- Chức năng: biển đổi tín hiệu đầu vào thành tín hiệu quangtương ứng và phát tín hiệu quang này vào trong sợi quang đểthực hiện truyền dẫn thông tin

Hình 1.6 Thiết bị phát quang

 Mạch thu quang

- Bộ tiền khuyếch đại chuyển đổi I/V và khuyếch đại đảm bảonhiễu thấp

- Bộ cân băng kết hợp với tiền khuyếch đại đảm bảo băng tần bộthu

- Bộ khuyếch đại khuyếch đại và giữ ổn định tín hiệu điện đầu ra

- Bộ lọc hạn chế bớt nhiễu loại bỏ các thành phần tần số khôngmong muốn

 Thiết bị thu quang

- Nhạy với bước sóng truyền: 850 nm, 1300nm và 1550 nm

- Đáp ứng nhanh làm việc trong hệ thống có tốc độ nhanh

- Độ tin cậy cao, giá thành thấp, điện áp phân cực thấp

- Độ nhạt càng cao càng tốt, có tỉ số lỗi bit thấp, dòng tối nhỏ khichưa có ảnh sáng chiếu vào vẫn có dòng điện nhiễu, và dòngnhiễu này càng nhỏ càng tốt

Hình 1.7 Modem wifi ( thiết bị thu đầu cuối )

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TRUYỀN DẪN QUANG TRÊN PHẦN MỀM OPTISYSTEM.

2.2.1 Giới thiệu chung về phần mềm.

 Cùng với sự bùng nổ về nhu cầu thông tin, các hệ thống thông tinquang ngày càng trở nên phức tạp Để phân tích, thiết kế các hệthống này buộc phải sử dụng các công cụ mô phỏng Optisystem làphần mềm mô phỏng hệ thống thông tin quang Phần mềm này cókhả năng thiết kế, đo kiểm tra và thực hiện tối ưu hóa rất nhiều loạituyến thông tin quang, dựa trên khả năng mô hình hóa các hệ thốngthông tin quang trong thực tế Bên cạnh đó, phần mềm này cũng cóthể dễ dàng mở rộng do người sử dụng có thể đưa thêm các phần tửtự định nghĩa vào

Hình 2.1 Phần mềm mô phỏng Opisystem

 Các ứng dụng của Optisystemcho phép thiết kế tự động hầu hết cácloại tuyến thông tin quang ở lớp vật lý, từ hệ thống đường trục chođến các mạng LAN, MAN quang Các ứng dụng cụ thể bao gồm:

- Thiết kế hệ thống thông tin quang từ mức phần tử đến mức hệ thống ởlớp vật lý

- Thiết kế mạng TDM/WDM và CATV

- Thiết kế mạng FTTx dựa trên mạng quang thụ động ( PON )

- Thiết kế hệ thống ROF ( Radio over fiber )

- Thiết kế bộ thu, bộ phát, bộ khuếch đại quang

- Thiết kế sơ đồ tán sắc, đánh giá BER và penalty của hệ thống với các môhình bộ thu khác nhau, tính toán BER và quĩ công suất tuyến của các hệthống có sử dụng khuếch đại quang

 Mô phỏng phân cấp với các hệ thống con ( subsystem )

- Để việc mô phỏng được thực hiện một cách linh hoạt và hiệu quả,Optisystem cung cấp mô hình mô phỏng tại các mức khác nhau, bao gồmmức hệ thống, mức hệ thống con và mức phần tử

 Thiết kế nhiều lớp ( Multiple layout )

- Trong một file dự án, Optisystem cho phép tạo ra nhiều thiết kế, nhờ đóngười sử dụng có thể tạo ra và sửa đổi các thiết kế một cách nhanh chóngvà hiệu quả Mỗi file dự án thiết kế của Optisystem có thể chứa nhiềuphiên bản thiết kế Mỗi phiên bản được tính toán và thay đổi một cáchđộc lập nhưng kết quả tính toán của các phiên bản khác nhau có thể đượckết hợp lại, cho phép so sánh các phiên bản thiết kế một cách dễ dàng

 Ngôn ngữ scipt mạnh

- Người sử dụng có thể nhập các biểu diễn số học của tham số và tạo ra cáctham số toàn cục Các tham số toàn cục này sẽ được dùng chung cho tấtcả các phần tử và hệ thống con của hệ thống nhờ sử dụng chung ngôn ngữ

VB Script

 Trang báo cáo ( Report page )

- Trang báo cáo của Optisystem cho phép hiển thị tất cả hoặc một phần cáctham số cũng như các kết quả tính toán được của thiết kế tùy theo yêu cầucủa người sử dụng Các báo cáo tạo ra được tổ chức dưới dạng text, dạngbảng tinh, đồ thị 2D và 3D Cũng có thể kết xuất báo cáo dưới dạng fileHTML hoặc dưới dạng các file template đã được định dạng trước

 Quét tham số và tối ưu hóa( Parameter sweeps and optimizations

- Quá trình mô phỏng có thể thực hiện lặp lại một cách tự động với các giátrị khác nhau của tham số để đưa ra các phương án khác nhau của thiếtkế Người sử dụng cũng có thể sử dụng phần tối uu hóa của Optisystemđể thay đổi giá trị của một tham số nào đó để đạt được kết quả tốt nhất,xấu nhât hoặc một giá mục tiêu nào đó của thiết kế

2.2.2 Mô hình truyền dẫn quang của hệ thống.

Hình 2.2 Mô hình mô phỏng hệ thống truyền dẫn quang

 Chức năng hoạt động của các khối mô phỏng:

2.2.3 Chức năng hoạt động của mô hình.

 Pseudo Random bit Sequence Generator: data cần truyền

 NRZ Generator: tạo ra một dãy các xung không trở lại không bởimã số đầu vào

 CW Laser Frequency Power: công suất truyền với tần số là 193.1Thz và tốc độ truyền 1 Gbps

 Mach-Zehnder Modulator: để điều khiển biên độ của sóng quanghọc

 Trong bộ sợi quang gồm Optical Fiber Length cự ly của sợi quang( 100 km )

 Loop Control có Number of Loops (6 ) mô phỏng khoảng cáchtruyền dẫn thay vì phải dùng sợi quang chiều dài quá lớn ta sẽ môphỏng từng chặng và dùng vòng lặp để tăng khoảng cách truyềndẫn lên vì hệ số khuếch đại của mỗi bộ khuếch đại có giới hạn

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 3.3.1 Kết quả sau khi mô phỏng.

Hình 3.1 Kết quả BER sau khi mô phỏng

3.3.2 Phân tích kết quả mô phỏng.

Hình 3.2 Biểu đồ quang phổ trước và sau khi qua bộ vòng lặp

Hình 3.3 Thông số công suất phát tại kênh

Hình 3.4 Đồ thị công suất phát và BER

3.3.3 Đánh giá kết quả mô phỏng.

 Làm trải rộng xung của tín hiệu nên làm máy thu nhầm lẫn giữabit 0 và 1, do đó tỉ lệ BER tăng và SNR giảm, làm ảnh hưởng đếnchất lượng dịch vụ viễn thông Và ảnh hưởng tán sắc trên sợiquang là 1 yếu hạn chế chủ yếu nhất là các hệ thống có tốc độ caothì ảnh hưởng càng rõ nét Như giảm cự ly truyền dẫn,giảm tốcđộ truyền dẫn băng thông, mất mát công suất của hệ thống Làmcho các xung ánh sáng lan truyền trong sợi quang bị dãn rộng ravà điều này gây nên méo tín hiệu sẽ làm xuống cấp đặc tính hệthống, xung tín hiệu dãn quá có thế gây ra hiện tượng xen phủ cácxung kề nhau và khi sự xen phủ vượt quá 1 mức giới hạn nào đóthì thiệt bị thu quang không còn phân biệt nổi các xung này nữavà sẽ dẫn đến xuất hiện lỗi tín hiệu

 Để giảm ảnh hưởng của tán sắc trong quá trình truyền ta dùng cácphần bù tán sắc, thông thường thì các phần bù này được đặt trong

đường truyền quang sau mỗi 100km ( TD/span, thời gian trên 1đoạn đc truyền ) Do xung ánh sáng đi trong sợi quang sau 1kmsẽ dãn ra X ps/km Hệ số CD cho từng bước sóng khác nhau vì

CD phụ thuộc vào bước sóng và phụ thuộc vào linewidth Laser

CHƯƠNG 4: NHẬN XÉT, KẾT LUẬN VÀ ỨNG DỤNG

HƯỚNG PHÁT TRIỂN.

 Theo kết quả chạy mô phỏng với các tham số có bộ lọc như trên thìcông suất kênh gần như đã đồng đều tại giá trị 0 dBm và công suấtsau truyền dẫn cũng đã cân bằng xung quanh giá trị 4 dBm với độsai lệnh công suất lớn nhất giữa bộ lặp là ~ 7 dBm

 Việc ứng dụng sợi quang DCF với phổ khuếch đại rộng trải toàn bộbăng thông, đã bù lại phần suy hoa do sợi quang khi truyền tảitrong hệ thống WDM Tuy vậy mốt vấn đề gây ảnh hưởng lớn tínhiệu đó là đặc tính không cân bằng của phổ khuếch đại giữa cáckênh bước sóng, khi tuyến truyền dẫn sủ dụng nhiều bộ khuếch đạithì chính đặc tính này sẽ gây ra hiện tượng bão hòa đối với một sốbước sóng, trong khi các bước sóng khác vẫn được khuếch đạituyến tính Hiện tượng này dẫn đến tỉ số tín hiệu/ nhiễu bị giảm cókhả năng gây mất tín hiệu