Đang tải... (xem toàn văn)
quang hoc
ÔN LÝ THUYẾT 1. Suy hao vượt mức: 1 32 log10)( P PP dBP EX + −= Chú ý: phải đổi các đơn vị của 321 ,, PPP ra mW trong quá trình tính toán: Ví dụ: nếu cho 321 ,, PPP là dB ta phải đổi sang mW theo công thức sau: 10 )( 10)( dBP mWP − = 2. Suy hao xen (TL): Là tỉ số công suất tín hiệu ngõ ra so với ngõ vào tại một bước sóng cụ thể - suy hao xen: là suy hao mà coupler thêm vào ngõ vào và ngõ ra: 1 2 12 log10)( P P dBIL −= 3. Tỉ số ghép CR: 32 2 log10)( PP p dBCR + −= 100.(%) 32 2 PP p CR + = EX PCRIL += 4. Tính đồng nhất: 2 3 log10.)( P P ILILdBU MinMax −= Các trường hợp thông dụng: - Coupler ghép: 50:50 là coupler 3dB và có: P 2 =P 3 ; k=0 - Coupler lý tưởng: 321 PPP += - Coupler 3dB: 32 PP = - Coupler lý tưởng + Coupler 3dB: 2321 2PPPP =+= 2x2 coupler P 1 P 2 P 3 BÀI TẬP COUPLER + DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG WDM Bài 1: Cho coupler 3dB, có công suất ngõ vào P 1 =1mW, có độ đồng nhất là U, suy hao xen P ex =0,5dB, tính: a. Nếu U = 0, thì P 2 và P 3 =? b. Nếu U = 0,2 dB thì IL 1 và IL 2 =? Giải: Ta có: 10 5.0 1 32 1 32 10log105,0)( − = + => + −== P PP P PP dBdBP EX CHÚ Ý: ba ab 10log ==>= ; )(10)(log10)( 10 mWNmWNdBn n − ==>−= )(891,010 05,0 1 32 mW P PP == + => − )(891,01.891,0891,0 132 mWPPP ===+=> (1) Câu a: Nếu U=0: Theo đề: nếu 32 0 PPU ==>= (2) Thay (2) và0 (1) ta có: 3222 )(445,0 2 981,0 981,0 PmWPPP ====>=+ Câu b: 05,110102,0log10)( 02,0 10 2,0 2 3 2 3 ====>== P P P P dBU 23 05,1 PP ==> (3) Từ (1), (3) suy ra: = =+ 23 32 05,1 891,0 PP PP )(434,0 05,11 891,0 891,005,1 222 mWPPP = + ==>=+=> )(456,005,1 23 mWPP ===> )(62,3 1 434,0 log10log10)( 1 2 12 dB P P dBIL =−=−==> )(410,3 1 456,0 log10log10)( 1 3 13 dB P P dBIL =−=−==> Bài 2: Cho tuyến truyền dẫn quang WDM 4 bước sóng: 4321 ,,, λλλλ Biết: 1 λ truyền STM16, 2 λ truyền STM4, 43 , λλ truyền STM1. Tính số kênh thoại tối đa (64Kpbs) có thể truyền trên hệ thống WDM này. Giải: Ta có: STM1=63E1 STM4 = 4xSTM1 = 4 x 63E1 = 252E1 STM16 = 16xSTM1 = 16x 63E1 = 1008E1 Ta có: ∑ = N i iWDM BB 1 λ : Truyền bước sóng STM16 truyền được 1008.E1 2 λ : Truyền bước sóng STM4 truyền được 252.E1 43 , λλ : Truyền bước sóng STM1 truyền được 2x63.E1 ( ) 1386.116322521008 EExBB N i iWDM =++===> ∑ Trong đó: 1E1= 30 kênh thoại (64Kbps) 580,41301386 ===> XN kênh Tóm lại: hệ thống WDM trên có thể truyền tối đa được 580,41 kênh thoại Bài 3: Cho slipter 1:2 có các thông số sau: Excess loss: P EX =0,06 dB Hệ số tách: C R =40:60 Tại ngõ ra của Slipter, công suất quang đo được là 1mW. Hãy xác định công suất ngõ vào của slipter này? Giải Theo đề bài ta có: Hệ số tách: 40:60 = = <=>=== )2( 2 3 )1( 3 2 3 2 6 4 60 40 23 32 3 2 PP PP P P Ta có: 06,0log10 1 32 = + −= P PP P EX Áp dụng công thức: 10 10log1010log b aba abab − ==>=−=>==>= suy ra: )3( 986,0 986,01010 32 1 006,0 10 06,0 1 32 PP P P PP + ==> === + − − theo đề bài ta có: Tại ngõ ra của Slipter, công suất quang đo được là 1mW, tuy nhiên do Slipter trên có 02 ngõ ra, nên không biết ngõ ra nào có công suất là 1mW, do đó ta phải thực hiện 2 trường hợp sau: TH1: nếu P 2 =1mW Từ (2)=> )(5.1)(1. 2 3 2 3 23 mWmWPP === Từ (3) suy ra: )(535,2 986,0 )(5,1)(1 1 mW mWmW P = + = TH2: nếu P 3 =1mW Từ (1)=> )(66,0)(1. 3 2 3 2 32 mWmWPP === Từ (3) suy ra: )(689,1 986,0 )(1)(66,0 1 mW mWmW P = + = Vậy công suất ngõ vào của slipter trên là 2,535(mW) nếu P 2 =1mW và 1,689 (mW) nếu P 3 =1(mW) 1x2 Slipter P 1 P 2 P 3 Bài 4: Cho coupler 3dB, có công suất ngõ vào P 1 =2mW, có độ đồng nhất là U=0,09dB, suy hao xen P ex =0,15dB, tính P 2 và P 3 ? Giải: Ta có công thức tính suy hao xen: 15,0log10 1 32 = + −= P PP P EX Áp dụng công thức: 10 10log1010log b aba abab − ==>=−=>==>= suy ra: )1(932,1 )(932,1966,0).(2 966,0 2 966,0 966,01010 32 32 3232 1 015,0 10 15,0 1 32 PP mWmWPP PP mW PP P P PP −==> ==+=> + =<=> + ==> === + − − Công thức tính độ đồng nhất: 09,0log10)( 2 3 == P P dBU Áp dụng công thức: 10 10log1010log b aba abab − ==>=−=>==>= 23 009,0 10 09,0 2 3 .02,102,11010 PP P P ==>====> (2) Thay (1) vào (2) ta được: 3323 .02,197,1)932,1.(02,1.02,1 PPPP −=−== Suy ra: )3)((975,0 02,2 97,1 97,1)02,11(97,102,1 3333 mWPPPP ===>=+=>=+ Thay (3) vào (1) ta có: )(956,0975,0932,1932,1 32 mWPP =−=−= Vậy công suất ngõ ra của coupler trên là: 0,975 (mW) và 0,956 (mW) . 1x2 coupler P 1 P 2 P 3 Bài 5: Cho coupler 3dB, có công suất ngõ vào P 1 =2dBm, có độ đồng nhất là U=0,09dB, suy hao xen P ex =0,15dB, tính P 2 và P 3 ? Giải: Trước hết ta đổi P 1 =2dBm sang mW: Áp dụng công thức: 10 )( 10)(log10)( n mW mWNNdBmn − ==>−= Ta có: )(63,0102 )( 10 2 mWdBm mW == − Ta có công thức tính suy hao xen: 15,0log10 1 32 = + −= P PP P EX Áp dụng công thức: 10 10log1010log b aba abab − ==>=−=>==>= suy ra: )1(608,0 )(608,0966,0).(63,0 966,0 )(63,0 966,0 966,01010 32 32 3232 1 015,0 10 15,0 1 32 PP mWmWPP PP mW PP P P PP −==> ==+=> + =<=> + ==> === + − − Công thức tính độ đồng nhất: 09,0log10)( 2 3 == P P dBU Áp dụng công thức: 10 10log1010log b aba abab − ==>=−=>==>= 23 009,0 10 09,0 2 3 .02,102,11010 PP P P ==>====> (2) Thay (1) vào (2) ta được: 3323 .02,162,0)608,0.(02,1.02,1 PPPP −=−== Suy ra: )3)((306,0 02,2 62,0 62,0)02,11(62,002,1 3333 mWPPPP ===>=+=>=+ Thay (3) vào (1) ta có: )(302,0306,0608,0608,0 32 mWPP =−=−= Vậy công suất ngõ ra của coupler trên là: 0,306 (mW) và 0,302 (mW) . 1x2 coupler P 1 P 2 P 3 ÔN LÝ THUYẾT KHUẾCH ĐẠI QUANG 1. Thông số đặc trưng của bộ khuếch đại quang: )( )( )( mWP mWP mWG in out = hoặc in out P P dBG log10)( = )(. mWPGPp ASEinout += Trong đó: - ASE P : công xuất nhiễu (mW) - Gpp outin ,, : (mW) - NF: Hệ số nhiễu: out in SNR SNR NF = - in SNR : tỷ số tín hiệu trên nhiễu tại ngõ vào - out SNR : tỷ số tín hiệu trên nhiễu tại ngõ ra )( )( mWN mWP SNR in in in = ; )( )( mWN mWP SNR out out out = Ví dụ: Ghi chú: cáp có suy hao KmdB /3,0 = λ , tính độ lợi của OA 1 (G 1 ) và OA 2 (G 2 )? Giải Ta có công suất tại máy thu Rx: TR PP = - Tổng suy hao tuyến + tổng độ lợi ( ) )3,080()3,080(3,080 21 xGxGxPP TR −+−+−==> 21 )243( GGxPP TR ++−= dBxxPPGG TR 55)243()3(20)243( 21 =+−−−=+−=+=> Do khoảng cách các bộ khuếch đại cách đều nhau,nên có thể sử dụng các bộ khuếch đại có độ lợi bằng nhau: Suy ra: dB dB GG 5,27 2 55 21 === Vậy: độ lợi của 02 bộ khuếch đại OA 1 và OA 2 bằng nhau và bằng 27,5dB G P in NF P ASE P out T x R x O A 1 O A 2 L 1 =80 Km L 2 =80 Km L 3 =80 Km EDFA EDFAP T = -3 dB P R = -20 dB BÀI TẬP KHUẾCH ĐẠI QUANG Bài 1: Cho tuyến truyền dẫn quang WDM sử dụng 2 bộ khuếch đại quang EDFA (OA 1 +OA 2 ) như hình vẽ. Với: OA 1 và OA 2 có hệ số khuếch đại: G 1 =G 2 =25dB. Công suất nhiễu ASE. P ASE1 =P ASE2 = -30dBm. Biết sợi quang có suy hao trung bình bằng 0,2dB/Km tại nm1550 = λ . Máy phát (Tx) có công suất phát P T =1mW, tỷ số SNR tại ngõ ra máy phát là 30dB. Bỏ qua suy hao do hàn nối và nhiễu do sợi quang gây ra a. Tuyến quang trên có thể lắp đặt được hay không nếu máy thu có độ nhạy là -28dBm b. Tính SNR tại ngõ vào máy thu?. Giải * Tóm tắt các dữ kiện đề bài: P T = 1mW = 0dBm; dBSNR outTx 30 = ; G 1 =G 2 =25dB; KmdB/2,0 = α ; nm1550 = λ ; P ASE1 =P ASE2 = -30dBm. Câu a. Độ nhạy của máy thu – 28dBm đ/n: độ nhạy là công suất nhỏ nhất mà máy thu có thể thu được (hoạt động được). ta có: - Suy hao từ T x đến OA 1 là: dBxxL 252,0125 1 == α - Suy hao từ OA 1 đến OA 2 là: dBxxL 262,0130 2 == α - Suy hao từ OA 2 đến R x là: dBxxL 252,0125 3 == α Trong đó: α là suy hao trung bình trên 1 Km ( KmdB /2,0 = α ) Suy ra tổng suy hao toàn tuyến: dBdBdBdB 76252625 =++ Ta có: TR PP = - Tổng suy hao tuyến + tổng độ lợi dBmdBdBdBdBmP R 262525760 −=++−==> Ghi chú: - Công suất: đơn vị dBm - Suy hao, độ lợi: đơn vị dB - Có thể cộng trừ giữa dBm với dB Kết luận: ta có P R = -26dBm > -26dBm (độ nhạy máy thu). Vậy tuyến quang trên có thể lắp đặt được. Câu b. Tính SNR tại ngõ vào máy thu? Ta có công thức tính SNR như sau: )( )( mWN mWP SNR inRx inRx inRx = - Xét tại ngõ ra Tx (1): T x R x O A 1 O A 2 L 1 =125 Km L 2 =130 Km L 3 =125 Km EDFA EDFAP T =1 mW TxTxoutTxoutTxTxTx outTx Tx Tx SNRdBmPNdBNdBmPSNR mWN mWP SNR −==>−==>= )()()( )( )( dBmdBdBmN outTx 30300 −=−= - Công suất nhiễu tại ngõ vào OA1: dBmdBdBmLNN dBdBmoutTxdBminOA 552530. )(1)()( 1 −=−−=−= α - Công suất nhiễu tại ngõ ra OA1 (đã qua OA1): )()(1)( 111 . mWASEmWmWinOAoutOA PGNN += Ta có công thức sau: mWdBm log10 = ; ba abLog log10 ==>= Đổi các đơn vị từ dB và dBm sang mW: )(10.162,31055 6 )( 10 55 1 mWdBmN mW inOA − − ==−= 2,3161025 10 25 1 === dBG )(101030 3 10 30 1 mWdBmP ASE − − ==−= )(10.21010.82,999 102,316.10.162,3. 336 36 )(1)( 111 mW PGNN mWASEmWinOAoutOA −−− −− =+= +=+= - Công suất nhiễu tại ngõ vào OA 2 : )(2)()( . 12 dBdBmoutOAdBminOA LNN α −= Ta có: )(98,2610.2log10 3 )( 1 dBmN dBmoutOA −== − dBmdBdBmLNN dBdBmoutOAdBminOA 98,5226)(98,26. )(2)()( 12 −=−−=−==> α - Công suất nhiễu tại ngõ ra OA 2 (đã qua OA 2 ): )(2)( 222 . mWASEmWinOAoutOA PGNN += Ta có: )(10.035,51098,52 6 10 98,52 2 mWdBmN inOA − − ==−= 2,3161025 10 25 2 === dBG )(101030 3 10 30 )( 2 mWdBmP mWASE − − ==−= )(10.59,2)(102,316).(10.035,5 . 336 )(2)( 222 mWmWmW PGNN mWASEmWinOAoutOA −−− =+= +==> - Công suất nhiễu tại ngõ vào máy thu: )(3)()( . 2 dBdBmoutOAdBminRx LNN α −= Ta có: )(8,2510.59,2log10)(10.59,2 33 )( 2 dBmmWN dBmoutOA −=== −− )(8,50)(25)(8,25. )(3)()( 2 dBmdBdBmLNN dBdBmoutOAdBminRx −=−−=−==> α Vậy: dBmdBmdBmdBmNdBmP dBmN dBmP SNR inRxinRx inRx inRx inRx 8,24)8,50(26)()( )( )( =−−−=−== Kết luận: SNR tại máy thu là: 24,8 dBm Bài 2: Cho tuyến truyền dẫn quang WDM sử dụng 2 bộ khuếch đại quang EDFA (OA 1 +OA 2 ) như hình vẽ. Với: OA 1 và OA 2 có hệ số khuếch đại: G 1 =26dB. Công suất nhiễu ASE. P ASE1 =P ASE2 = -30dBm. Biết sợi quang có suy hao trung bình bằng 0,2dB/Km tại nm1550 = λ . Máy phát (Tx) có công suất phát P T =0,5mW, tỷ số SNR tại ngõ ra máy phát là 28dB. Bỏ qua suy hao do hàn nối và nhiễu do sợi quang gây ra, cho độ nhạy máy thu là -30dBm. a. Hệ số khuếch đại của OA 2 bằng bao nhiêu để tuyến quang trên có thể lắp đặt được. b. Tính SNR tại ngõ vào máy thu? Giải a. Để tuyến quang trên có thể hoạt động được thì công suất ngõ vào máy thu (P R ) lớn hơn hoặc bằng độ nhạy máy thu. Do đó ta có: dBmP R 30 −≥ (1) - Suy hao từ T x đến OA 1 là: dBxxL 282,0140 1 == α - Suy hao từ OA 1 đến OA 2 là: dBxxL 272,0135 2 == α - Suy hao từ OA 2 đến R x là: dBxxL 252,0125 3 == α Trong đó: α là suy hao trung bình trên 1 Km ( KmdB /2,0 = α ) Suy ra tổng suy hao toàn tuyến: dBdBdBdB 80252728 =++ Ta có: dBmmWP T 35,0log105,0 −=== TR PP = - Tổng suy hao tuyến + tổng độ lợi dBGGdBdBP R )(803 21 ++−−==> dBGGdBGdBdBGG dBmdBGGdBdB 2726535353)( 30)(803)1( 21221 21 =−≥=>−≥=>≥+=> −≥++−−=> Kết luận: để tuyến quan có thể lắp đặt được thì dBG 27 2 ≥ Câu b. Tính SNR tại ngõ vào máy thu: Ta có công thức tính SNR như sau: )( )( mWN mWP SNR inRx inRx inRx = - Xét tại ngõ ra Tx (1): TxTxoutTxoutTxTxTx outTx Tx Tx SNRdBmPNdBmNdBmPSNR dBmN dBmP SNR −==>−==>= )()()( )( )( dBmdBdBmN outTx 31283 −=−−= - Công suất nhiễu tại ngõ vào OA1: dBmdBdBmLNN dBdBmoutTxdBminOA 592831. )(1)()( 1 −=−−=−= α T x R x O A 1 O A 2 L 1 =140 Km L 2 =135 Km L 3 =125 Km EDFA EDFAP T =0.5 mW [...]... thu Do đó ta có: Pnhaythu ≤ PR (1) - Suy hao từ Tx đến OA1 là: L1 xα = 150 x0,2 = 30dB - Suy hao từ OA1 đến OA2 là: L2 xα = 140 x0,2 = 28dB - Suy hao từ OA2 đến Rx là: L3 xα =155 x0,2 = 31dB Trong đó: α là suy hao trung bình trên 1 Km ( α = 0,2dB / Km ) Suy ra tổng suy hao toàn tuyến: 30dB + 28dB + 31dB = 89dB Ta có: PT = 2mW = 10 log 2 = 3dBm PR = P - Tổng suy hao tuyến + tổng độ lợi T => PR = 3dB... O A L3=155 Km Rx 2 Với: OA1 và OA2 có hệ số khuếch đại: G1=28dB, G2=29dB Công suất nhiễu ASE PASE1=PASE2= -30dBm Biết sợi quang có suy hao trung bình bằng 0,2dB/Km tại λ = 1550nm Máy phát (Tx) có công suất phát PT=2mW, tỷ số SNR tại ngõ ra máy phát là 32dB Bỏ qua suy hao do hàn nối và nhiễu do sợi quang gây ra a Hỏi độ nhạy máy thu bằng bao nhiêu để tuyến quang trên có thể lắp đặt được? b Tính SNR . đó: α là suy hao trung bình trên 1 Km ( KmdB /2,0 = α ) Suy ra tổng suy hao toàn tuyến: dBdBdBdB 76252625 =++ Ta có: TR PP = - Tổng suy hao tuyến +. động được). ta có: - Suy hao từ T x đến OA 1 là: dBxxL 252,0125 1 == α - Suy hao từ OA 1 đến OA 2 là: dBxxL 262,0130 2 == α - Suy hao từ OA 2 đến R