MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH HỆ THỐNG WDMPON SỬ DỤNG LASER ĐA MODE

Hệ thống sử dụng laser đa mode FabryPerot kết hợp sử dụng bộ khuếch đại RSOA để điều chế tín hiệu hướng xuống và sử dụng bộ khuếch đại WSOA kết hợp với bộ điều chế EAM để điều chế tín hiệu hướng lên mục đích giảm chi phí so với cấu trúc WDMPON truyền thống.Hệ thống sử dụng laser đa mode FabryPerot kết hợp sử dụng bộ khuếch đại RSOA để điều chế tín hiệu hướng xuống và sử dụng bộ khuếch đại WSOA kết hợp với bộ điều chế EAM để điều chế tín hiệu hướng lên mục đích giảm chi phí so với cấu trúc WDMPON truyền thống.

Trang 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN VIỄN THÔNG

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH HỆ THỐNG WDM-PON SỬ

DỤNG LASER ĐA MODE

GVHD: TS Phạm Quang Thái

SVTH: Lê Quang Phan An 41100009

Dương Nguyễn Thành Thái 41103164

Tp.Hồ Chí Minh, 05/01/2016 1

Trang 2

Nội dung

Giới thiệu đề tài

Lý thuyết

Hệ thống WDM-PON sử dụng laser đa mode

Kết luận - Hướng phát triển

2

Trang 3

Giới thiệu đề tài

WDM-PON là một giải pháp hoàn hảo nhờ dung lượng lớn, tính bảo mật cao và rất linh hoạt Tuy nhiên vẫn còn khó khăn và thách thức trong việc

triển khai

Trang 4

Hệ thống sử dụng laser đa mode Fabry-Perot kết hợp sử dụng bộ khuếch đại RSOA để điều chế tín hiệu hướng

xuống và sử dụng bộ khuếch đại WSOA kết hợp với bộ

điều chế EAM để điều chế tín hiệu hướng lên mục đích

giảm chi phí so với cấu trúc WDM-PON truyền thống.

4

Hình 1: sơ đồ hệ thống

Trang 5

Đóng góp luận văn:

 Đề xuất giải pháp giảm thiểu chi phí trong việc triển khai

hệ thống WDM-PON trong thực tế.

 Thiết kế và mô phỏng thành công hệ thống WDM-PON

sử dụng laser đa mode Fabry-perot kết hợp tái điều chế

tín hiệu đường xuống sử dụng WSOA và EAM.

 Phân tích sự ảnh hưởng của chiều dài, tốc độ

downstream, tốc độ upstream lên BER dùng phương pháp

Factorial.

5

Trang 6

Hệ thống WDM-PON Laser Fabry-perot

SOA

Trang 7

Hệ thống WDM-PON

● Sự kết hợp của công nghệ WDM và PON

● Mỗi ONU sẽ sử dụng một bước sóng riêng cho cả uplink

và downlink.

7

Hình 2: Hệ thống WDM-PON

Trang 8

→ Phương pháp sử dụng laser đa mode kết hợp sử dụng bộ

khuếch đại RSOA.

8

Trang 9

Hình 3: Cấu tạo laser Fabry Perot

Trang 10

Laser Fabry perot

● Đặc tính phổ

○ Ánh sáng ở ngõ ra của laser Fabry-Perot chỉ giới hạn

trong các mode nằm trong độ rộng phổ của đường cong khuếch đại

10

Hình 4:Phổ của Laser Fabry Perot

Trang 11

● Cấu trúc và nguyên lý hoạt động:

○ Tương tự như laser bán dẫn

11

Hình 5: Cấu trúc của SOA

Trang 12

RSOA: Có cấu trúc tương tự như SOA nhưng 1 mặt của lớp tích

cực có phủ chất làm tăng hệ số phản xạ tương tự như ở laser

Trang 13

SOA

Đ c tính đ l i ph thu c vào đi n áp đi u khi n: ặc tính độ lợi phụ thuộc vào điện áp điều khiển: ộ lợi phụ thuộc vào điện áp điều khiển: ợi phụ thuộc vào điện áp điều khiển: ụ thuộc vào điện áp điều khiển: ộ lợi phụ thuộc vào điện áp điều khiển: ện áp điều khiển: ều khiển: ển:

Hình 7: Đặc tính độ lợi của RSOA

Trang 14

o Kết quả mô phỏng với 1 trường hợp cụ thể

 Phân tích đáp ứng của hệ thống WDM-PON 2 kênh sử

dụng mã NRZ

o Thu thập số liệu

o Mô hình toán của hệ thống

o Tối ưu hệ thống

Trang 16

Hệ thống WDM-PON 2 channel

● Sơ đồ nguyên lý

16

Hình 9: Sơ đồ nguyên lý

Trang 18

● Sơ đồ mô phỏng

18

Hình 11: Sơ đồ mô phỏng

Trang 19

● Đầu vào của các thiết bị mô phỏng trong chương

trình:

Laser:Công suất 8dBm, 2 bước sóng là 1554.94nm và 1555.47nm

Bộ lọc Bessel: Băng thông 2.5G, bậc 8

Mux và Demux: kiệu lọc là Bessel, băng thông là 20G

Cáp: suy hao 0.2dB/km, tán sắc 18ps/(nm.km)

EAM: hệ số điều chế =0.95

RSOA: suy hao đầu vào=3dB, suy hao đầu ra=3dB

WSOA:dòng tiêm 0.09A, suy hao đầu vào=3dB, suy hao đầu ra =3dB

19

Trang 20

● Kết quả phân tích với một trường hợp cụ thể:

Hệ thống mô phỏng dùng mã đường truyền NRZ, tốc độ

downlink là 2.5Gbps, tốc độ uplink là 1.25Gbps chiều dài cáp là 20km.(GPON ITU-T G.984)

20

Trang 21

• Tín hiệu downlink channel 1 trước và sau khi điều

chế bằng RSOA ở miền thời gian

21

Hình 12: tín hiệu channel 1 trước và sau bộ điều chế RSOA

Trang 22

● Tín hiệu downlink channel 2 trước và sau khi điều

chế bằng RSOA ở miền thời gian

22

Hình 13: tín hiệu channel 2 trước và sau bộ điều chế RSOA

Trang 23

• Tín hiệu downlink channel 1 nhận được tại ONU

so sánh với tín hiệu dowlink1 sau khi điều chế:

23

Hình 14: Tín hiệu channel 1 sau bộ RSOA và tín hiệu thu được bên ONU

Trang 24

• Tín hiệu downlink channel 2 nhận được tại

ONU so sánh với tín hiệu dowlink 2 trước khi điều chế:

24

Hình 15: Tín hiệu channel 2 sau bộ RSOA và tín hiệu thu được bên ONU

Trang 29

Phân tích đáp ứng của hệ thống

WDM-PON 2 kênh sử dụng mã NRZ

• Bảng số liệu

29

Trang 30

• Ở đây luận văn sẽ xét BER đến 10 đây lu n văn sẽ xét BER đ n 10ận văn sẽ xét BER đến 10 ến 10 -3 d a theo tiêu chu n ựa theo tiêu chuẩn ẩn

International TelecommunicationUnion -

TelecommunicationnStandardization Sector (ITU -T), G.709:

Interfaces for the optical transport network, 2012[11]

• Trong chương trình Optisystem, ở mỗi lần mô phỏng ta sẽ mô ng trình Optisystem, m i l n mô ph ng ta sẽ mô ở mỗi lần mô phỏng ta sẽ mô ỗi lần mô phỏng ta sẽ mô ần mô phỏng ta sẽ mô ỏng ta sẽ mô

ph ng chu i bit có chi u dài 1024 bit V i m t b y u t đ u ỏng ta sẽ mô ỗi lần mô phỏng ta sẽ mô ều khiển: ới một bộ yếu tố đầu ộ lợi phụ thuộc vào điện áp điều khiển: ộ lợi phụ thuộc vào điện áp điều khiển: ến 10 ố đầu ần mô phỏng ta sẽ mô

vào (Lengh, BitrateDown, BitrateUp) ta sẽ ch y 10 l n và sau ạy 10 lần và sau ần mô phỏng ta sẽ mô

đó l y trung bình, do đó trong quá trình mô ph ng n u chu i ấy trung bình, do đó trong quá trình mô phỏng nếu chuỗi ỏng ta sẽ mô ến 10 ỗi lần mô phỏng ta sẽ mô

bit thu đượi phụ thuộc vào điện áp điều khiển:c b sai 1 bit so v i chu i bit truy n (tị sai 1 bit so với chuỗi bit truyền (tương ứng ới một bộ yếu tố đầu ỗi lần mô phỏng ta sẽ mô ều khiển: ương trình Optisystem, ở mỗi lần mô phỏng ta sẽ mô ng ng ứng

v i BER thu đới một bộ yếu tố đầu ượi phụ thuộc vào điện áp điều khiển:c là 10-3) thì đ tin c y c a k t qu BER là ộ lợi phụ thuộc vào điện áp điều khiển: ận văn sẽ xét BER đến 10 ủa kết quả BER là ến 10 ả BER là

r t cao (kho ng 95%) Còn n u giá tr BER thu đấy trung bình, do đó trong quá trình mô phỏng nếu chuỗi ả BER là ến 10 ị sai 1 bit so với chuỗi bit truyền (tương ứng ượi phụ thuộc vào điện áp điều khiển:c nh h n ỏng ta sẽ mô ơng trình Optisystem, ở mỗi lần mô phỏng ta sẽ mô

10-3 thì đ tin c y c a BER th p Do đó đ đ m b o tính th c ộ lợi phụ thuộc vào điện áp điều khiển: ận văn sẽ xét BER đến 10 ủa kết quả BER là ấy trung bình, do đó trong quá trình mô phỏng nếu chuỗi ển: ả BER là ả BER là ựa theo tiêu chuẩn

t , các giá tr BER nh h n 10ến 10 ị sai 1 bit so với chuỗi bit truyền (tương ứng ỏng ta sẽ mô ơng trình Optisystem, ở mỗi lần mô phỏng ta sẽ mô -4 ta đ u quy v 10ều khiển: ều khiển: -4 30

Phân tích đáp ứng của hệ thống

WDM-PON 2 kênh sử dụng mã NRZ

Trang 31

Mô hình toán của hệ thống

Việc thực hiện mô hình toán để đưa ra 1 hàm số tương quan giữa BER từng kênh và sự phụ thuộc của nó dưa

vào 3 biến là: tốc độ down, tốc độ up và chiều dài của

cáp tương ứng:

BERchannel = f (BitrateUp,Bitratedown, L)

Dựa vào phương trình và mục tiêu BER của từng kênh

mà ta có thể dung hòa và tìm được tốc độ bit và chiều

Trang 32

• Mô hình toán của hệ thống

Trang 33

• Mô hình toán của hệ thống

Trang 34

Phân tích đáp ứng của hệ thống WDM-PON

Trang 35

Trang 36

2 kênh sử dụng mã NRZ

• Mô hình toán của hệ thống

• Downlink channel 2

Với tất cả các dữ liệu đầu vào thì BER của Downlink

channel 2 có giá trị nhỏ hơn 10-4 Mà ở phân tích trên ta đã

nói các giá trị BER nhỏ hơn 10-4 có độ tin cậy thấp nên ta

quy về 10-4 Do đó trong trường hợp này, ta coi như BER

Downlink channel 2 luôn thỏa mãn điều kiện khảo sát với

mọi sự thay đổi của yếu tố đầu vào trong khoảng khảo sát.

36

Trang 37

Trang 38

Trang 39

2 kênh sử dụng mã NRZ

• Tối ưu hệ thống

Việc tối ưu hệ thống ở đây tương tự như việc kiểm tra lại

phương trình ta đã xây dưng lại có chính xác hay không

bằng cách ta sẽ dưa vào chương trình minitab tính toán

thông số BERchannel= 10-3 (theo tiêu chuẩn International

Telecommunication Union -Telecommunication

Standardization Sector (ITU -T), G.709 : Interfaces for the

optical transport network, 2012 ) thì các yếu tố bitrateup,

bitratedown và length sẽ là bao nhiêu rồi sau đó ta lấy giá trị của 3 thông số mô phỏng lại trên optisystem Nếu BER ta

nhận được gần bằng 10-3 thì có nghĩa là phương trình ta đã

Trang 40

Trang 41

Phân tích đáp ứng của hệ thống WDM-PON 2

Trang 42

Trang 43

Trang 44

Phân tích đáp ứng của hệ thống WDM-PON 2

Trang 45

Trang 46

Nội dung

Giới thiệu đề tài

Lý thuyết

Hệ thống WDM-PON sử dụng laser đa mode

Kết luận - Hướng phát triển

46

Trang 47

Kết luận

➢ Đề xuất, phân tích một phương pháp thiết kế một mạng

WDM-PON mới bằng việc thực hiện laser đa mode kết

hợp với bô lọc Bessel => hệ thống hoàn toàn có thể thay thế hệ thống TDM-PON hiện nay.

➢ Giúp nhà cung cấp có thể tìm được tốc độ bit và chiều

dài tương ứng thông qua phương trình tối ưu của từng

kênh.

➢ Cho thấy được với từng kênh và từng luồng tín hiệu thì

yếu tố nào sẽ ảnh hưởng lớn nhất hay nhỏ nhất lên hệ

thống

Ưu điểm:

47

Trang 50

TÀI LI U THAM KH O ỆU THAM KHẢO ẢO

[1] N Ansari and J Zhang, Media Access Control and Resource Allocation: For Next

Generation Passive Optical Networks, SpringerBriefs in Applied Sciences

and Technology, DOI 10.1007/978-1-4614-3939-4 2, 2013.

[2] High Performance, Low Cost, Colorless ONU for WDM-PON, Ryohei Urata, Cedric

Lam, Hong Liu, and Chris Johnson.

[3] Quang Minh, “Công nghệ và chuẩn hóa mạng quang thụ động”, 2006.

[4] Cedric F Lam, “Passive optical networks: principles and practice”, Academic Press,

ISBN-13: 978-0-12-373853-0, 2007.

[5] Đỗ Sinh Trường, Luận văn thạc sĩ khoa học ngành “Xử lý thông tin và truyền thông

chất lượng dịch vụ trong mạng IP trên WDM”, 2008.

[6] Kỹ thuật thông tin quang 1, TS Lê Quốc Cường, THS Đổ Văn Việt Em, THS Phạm

Quốc Hợp.

[7] KEYMILE International GmbH, “White Paper AON vs PON – A comparison of two

optical access network technologies and the different impact on operations”, Europaring

F15 202 2345 Brunn am Gebirge, Austria, 2008-05-26.

[8] Arrayed Waveguide Gratings- Research Centre for Microtechnology.

[9] Electroabsorption Modulators-R.Sankaralingam EE 698.

[10] Franz Keldysh effect C Kittel, "Introduction to Solid State Physics", Wiley (1996).

[11] A G.709 Optical Transport Network Tutorial by Guylain Barlow

50

Trang 51