Đang tải... (xem toàn văn)
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 Trang 2/24 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 1.1.2 1.1.3 Giới thiệu chung Sơ đồ khối đặc tính hoạt động Đặc tính của hệ thống truyền dẫn quang CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TRUYỀN DẪN QUANG TRÊN PHẦN MỀM OPTISYSTEM 2.2.1 2.2.2 2.2.3 Giới thiệu chung về phần mềm Mô hình truyền dẫn quang của hệ thống Nguyên lý hoạt động và chức của mô hình CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 3.3.1 3.3.2 3.3.3 Kết quả sau mô phỏng Phân tích kết quả mô phỏng Đánh giá kết quả mô phỏng CHƯƠNG 4: NHẬN XÉT, KẾT LUẬN VÀ ỨNG DỤNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN TÀI LIỆU THAM KHẢO Tìm hiểu và mô phỏng bù tán sắc Trong hệ thống truyền dẫn quang Trang 3/24 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 WDM Hình 1.5 Cấu trúc bên 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 mô phỏng Hình 3.2 Biểu đồ quang phổ trước và sau 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 Tìm hiểu và mô phỏng bù tán sắc Trong hệ thống truyền dẫn quang Trang 4/24 Giới thiệu chung Từ thời xa xưa người đã biết sử dụng các phương phát như: lửa, khối hoặc cờ ám hiệu để truyền tin Ngày công nghệ mạng quang WDM đợi đã tạo nên những bước phát triển rất lớn cho các mạng truyền tải Với sự đời của công nghệ WDM đã đáp ứng được những nhu cầu tăng lên rất lớn về băng thông Ngày các hệ thống thông tin quang đường trục, các hệ thống dung lượng lớn đều sử dụng công nghệ WDM, với những tuyến liên kết điểm điểm, đến những liên kết cấu trúc mạng phức tạp để phù hợp với những yêu cầu đáp ứng mạng được đặt Tuy nhiên, mốt số những ảnh hưởng lớn tất động đến hệ thống WDM nên những nhà khai thác mạng vẫn chưa tận dụng được hết những ưu điểm vượt trội của hệ thống này Những ảnh hưởng đó phải kể đến đầu tiên chính là các ảnh hưởng của tán sắc hệ thống WDM Tán sắc làm hạn chế khoảng cách truyền dẫn cũng tốc độ của hệ thống, gây lỗi bit làm xuống cấp nghiêm trọng đặc tính của hệ thống Do đó vấn đề quản lý tán sắc hệ thống WDM đã và rất được quan tâm 1.1.1 Hình 1.1 Tốc độ tăng dung lượng thoại và số liệu theo thời gian Tìm hiểu và mô phỏng bù tán sắc Trong hệ thống truyền dẫn quang Trang 5/24 Sơ đồ khối đặc tính hoạt động 1.1.2 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 sử dụng hai bước sóng có khoảng cách rộng miền 1310 nm và 1550 nm( hoặc 850 nm và 1310 nm ), thỉnh thoảng được gọi là WDM băng rộng Khoảng đầu năm 1990 được thấy hệ thống WDM thế hệ hai, còn được gọi là hệ thống WDM băng hẹp, hệ thống này có từ hai đến tám kênh được sử dụng Khoảng cách giữa các kênh này là khoảng 400 Ghz ở cửa số bước sóng 1550 nm Vào giữa năm 1990, các hệ thống WDM mật độ cao ( DWDM ) được đưa với 16 đến 40 kênh và khoảng cách giữa các kênh là từ 100 đến 200 Ghz.Vào cuối năm 1990 các hệ thống DWDM đã được phát triển có dung lượng lên tới 64 đến 160 kênh song song, khoảng cách giữa các kênh có mật độ rất dày ở khoảng 50 hoặc thậm chí 25 Ghz Tìm hiểu và mô phỏng bù tán sắc Trong hệ thống truyền dẫn quang Trang 6/24 Hình 1.3 Hệ thống WDM hai kênh Các chức của hệ thống WDM - Ở lõi của hệ thống WDM gồm có một số nhỏ các chức của lớp vật lý Điều này được miêu tả hình 1.4, cho thấy một WDM màu với bốn kênh thông tin Mỗi kênh quang chiếm một bước sóng riêng của chính nó Hình 1.4 Màu chứng WDM - Hệ thống thực các chức chính phát tín hiệu, các laze bán dẫn, phải được cung cấp ổn dịnh với mỗi kênh riêng, độ rộng phổ hẹp để mang dữ liệu số, được điều chế một tín hiệu tương tự Tìm hiểu và mô phỏng bù tán sắc Trong hệ thống truyền dẫn quang Trang 7/24 - - - - - Kết hợp tín hiệu các hệ thống WDM đại sử dụng các bộ ghép kênh để kết hợp các tín hiệu Có một số các suy hao vốn có cùng với các bộ ghép và tách kênh Các suy hao này phụ thuộc vào số các kênh thông tin có thể được bù lại bằng các bộ khuếch đại quang, cái mà khuếch đại tất cả các bước sóng lên mà không cần phải biến đổi thành điện Truyền dẫn tín hiệu các ảnh hưởng của xuyên nhiễu và suy giảm hay suy hao tín hiệu quang cần phải được tính toán truyền dẫn sợi quang Các ảnh hưởng này có thể được giảm bớt bằng cách điều chỉnh các biến khoảng cách kênh, khoảng bước sóng, và các mức công suất laze Qua một liên kết truyền dẫn, tín hiệu cần phải được khuếch đại quang lên Tách các tín hiệu nhận được ở đầu cuối thu, các tín hiệu được ghép phải được tách Mặc dù, thao tác này được đưa chỉ là ngược lại của phương phát kết hợp tín hiệu nó thực sự lại là một công nghệ rất khó Nhận tín hiệu đã được giải ghép kênh sẽ được thu bởi các bộ tách sóng quang, với các chức này, một hệ thống WDM cũng phải được trang bị các giao diện khách để nhận tín hiệu vào Chức này được thực bởi các hệ thống nhận và phát lại tín hiệu Trên WDM khách là các giao diện sợi quang được liên kết với các hệ thống WDM Nói đến sợi quang không thể không nhắc đến đặc điểm và phân loại sợi quang: • Đặc điểm sợi quang có băng thông lớn nên có thể truyền được một khối lượng thông tin lớn âm thanh, hình ảnh, dữ liệu đến những địa điểm cách xa hàng trăm km mà không cần bộ tái tạo Đường kính sợi nhỏ, trọng lượng nhỏ và không xuyên âm cách điện nên không ảnh hưởng của sóng điện từ và xung điện từ, suy hao thấp, có tính bảo mật cao ánh sáng khơng bức xạ bên ngoài • Sợi quang được phân loại theo điện môi là sợi quang thạch anh nguyên chất ( SiO2 ) sợi quang thủy tinh đa vật liệu, sợi quang bằng nhựa Theo mode truyền dẫn là có sợi đa mode và sợi đơn mode Theo chỉ số chiết suất khúc xạ là sợi quang chiết suất bậc và sợi quang chiết suất liên tục Tìm hiểu và mô phỏng bù tán sắc Trong hệ thống truyền dẫn quang Trang 8/24 Hình 1.5 Cấu trúc bên sợi quang Thiết bị phát quang - Thành phần: nguồn phát ( là thành phần quan trọng nhất ) - Bộ điều chế chuyển đổi dữ liệu từ dạng tín hiệu điện sang dạng tín hiệu quang - Mode ghép sợi đưa tín hiệu từ cổng phát vào sợi quang - Mạch điện tử cung cấp dòng cho nguồn phát quang - Chức năng: biển đổi tín hiệu đầu vào thành tín hiệu quang tương ứng và phát tín hiệu quang này vào sợi quang để thực truyền dẫn thông tin Tìm hiểu và mô phỏng bù tán sắc Trong hệ thống truyền dẫn quang Trang 9/24 Hình 1.6 Thiết bị phát quang Mạch thu quang - Bộ tiền khuyếch đại chuyển đổi I/V và khuyếch đại đảm bảo nhiễu thấp - Bộ cân băng kết hợp với tiền khuyếch đại đảm bảo băng tần bộ thu - Bộ khuyếch đại khuyếch đại và giữ ổn định tín hiệu điện đầu - Bộ lọc hạn chế bớt nhiễu loại bỏ các thành phần tần số không mong muốn Thiết bị thu quang - Nhạy với bước sóng truyền: 850 nm, 1300nm và 1550 nm - Đáp ứng nhanh làm việc 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 chưa có ảnh sáng chiếu vào vẫn có dòng điện nhiễu, và dòng nhiễu này càng nhỏ càng tốt Tìm hiểu và mô phỏng bù tán sắc Trong hệ thống truyền dẫn quang Trang 10/24 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 tin quang ngày càng trở nên phức tạp Để phân tích, thiết kế các hệ thống này buộc phải sử dụng các công cụ mô phỏng Optisystem là Tìm hiểu và mô phỏng bù tán sắc Trong hệ thống truyền dẫn quang Trang 11/24 phần mềm mô phỏng hệ thống thông tin quang Phần mềm này có khả thiết kế, đo kiểm tra và thực tối ưu hóa rất nhiều loại tuyến thông tin quang, dựa khả mô hình hóa các hệ thống thông tin quang thực tế Bên cạnh đó, phần mềm này cũng có thể dễ dàng mở rộng người sử dụng có thể đưa thêm các phần tử tự định nghĩa vào Hình 2.1 Phần mềm mô phỏng Opisystem Các ứng dụng của Optisystemcho phép thiết kế tự động hầu hết các loại tuyến thông tin quang ở lớp vật lý, từ hệ thống đường trục cho đến 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 ở lớp vật lý - Thiết kế mạng TDM/WDM và CATV - Thiết kế mạng FTTx dựa 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 mô hình bộ thu khác nhau, tính toán BER và quĩ công suất tuyến của các hệ thống có sử dụng khuếch đại quang Mô phỏng phân cấp với các hệ thống ( subsystem ) Để việc mô phỏng được thực một cách linh hoạt và hiệu quả, Optisystem cung cấp mô hình mô phỏng tại các mức khác nhau, bao gồm • - mức hệ thống, mức hệ thống và mức phần tử Tìm hiểu và mô phỏng bù tán sắc Trong hệ thống truyền dẫn quang Trang 12/24 Thiết kế nhiều lớp ( Multiple layout ) Trong một file dự án, Optisystem cho phép tạo nhiều thiết kế, nhờ đó người sử dụng có thể tạo và sửa đổi các thiết kế một cách nhanh chóng và hiệu quả Mỗi file dự án thiết kế của Optisystem có thể chứa nhiều phiên bản thiết kế Mỗi phiên bản được tính toán và thay đổi một cách độc lập kết quả tính toán của các phiên bản khác có thể được kết hợp lại, cho phép so sánh các phiên bản thiết kế mợt cách dễ dàng • Ngơn ngữ scipt mạnh Người sử dụng có thể nhập các biểu diễn số học của tham số và tạo các tham số toàn cục Các tham số toàn cục này sẽ được dùng chung cho tất cả các phần tử và hệ thống 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 các tham số cũng các kết quả tính toán được của thiết kế tùy theo yêu cầu của người sử dụng Các báo cáo tạo được tổ chức dạng text, dạng bảng tinh, đồ thị 2D và 3D Cũng có thể kết xuất báo cáo dạng file HTML hoặc 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 lặp lại một cách tự động với các giá trị khác của tham số để đưa các phương án khác của thiết kế Người sử dụng cũng có thể sử dụng phần tối uu hóa của Optisystem để 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 • - - - - Tìm hiểu và mô phỏng bù tán sắc Trong hệ thống truyền dẫn quang 2.2.2 Mô hình truyền dẫn quang của hệ thống 2.2.3 Hình 2.2 Mô hình mô phỏng hệ thống truyền dẫn quang Chức hoạt động của các khối mô phỏng: Chức hoạt động của mô hình Pseudo Random bit Sequence Generator: data cần truyền NRZ Generator: tạo một dãy các xung không trở lại không bởi mã số đầu vào CW Laser Frequency Power: công suất truyền với tần số là 193.1 Thz và tốc độ truyền Gbps Mach-Zehnder Modulator: để điều khiển biên độ của sóng quang học 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 cách truyền dẫn thay vì phải dùng sợi quang chiều dài quá lớn ta sẽ mô phỏng từng chặng và dùng vòng lặp để tăng khoảng cách truyền dẫn 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 mô phỏng Hình 3.1 Kết quả BER sau mô phỏng 3.3.2 Phân tích kết quả mô phỏng Hình 3.2 Biểu đồ quang phổ trước và sau 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 giữa bit và 1, đó tỉ lệ BER tăng và SNR giảm, làm ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ viễn thông Và ảnh hưởng tán sắc sợi quang là yếu hạn chế chủ yếu nhất là các hệ thống có tốc độ cao thì ảnh hưởng càng rõ nét Như giảm cự ly truyền dẫn,giảm tốc độ truyền dẫn băng thông, mất mát công suất của hệ thống Làm cho các xung ánh sáng lan truyền sợi quang bị dãn rộng và điều này gây nên méo tín hiệu sẽ làm xuống cấp đặc tính hệ thống, xung tín hiệu dãn quá có thế gây tượng xen phủ các xung kề và sự xen phủ vượt quá mức giới hạn nào đó thì thiệt bị thu quang không còn phân biệt nổi các xung này nữa và sẽ dẫn đến xuất lỗi tín hiệu Để giảm ảnh hưởng của tán sắc quá trình truyền ta dùng các phần bù tán sắc, thông thường thì các phần bù này được đặt đường truyền quang sau mỗi 100km ( TD/span, thời gian đoạn đc truyền ) Do xung ánh sáng sợi quang sau 1km sẽ dãn X ps/km Hệ số CD cho từng bước sóng khác 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 thì công suất kênh gần đã đồng đều tại giá trị dBm và công suất sau truyền dẫn cũng đã cân bằng xung quanh giá trị dBm với độ sai lệnh công suất lớn nhất giữa bộ lặp là ~ dBm Việc ứng dụng sợi quang DCF với phổ khuếch đại rộng trải toàn bộ băng thông, đã bù lại phần suy hoa sợi quang truyền tải hệ thống WDM Tuy vậy mốt vấn đề gây ảnh hưởng lớn tín hiệu đó là đặc tính không cân bằng của phổ khuếch đại giữa các kênh bước sóng, tuyến truyền dẫn sủ dụng nhiều bộ khuếch đại thì chính đặc tính này sẽ gây tượng bão hòa một số bước sóng, các bước sóng khác vẫn được khuếch đại tuyến tính Hiện tượng này dẫn đến tỉ số tín hiệu/ nhiễu bị giảm có khả gây mất tín hiệu TÀI LIỆU THAM KHẢO https://vntelecom.org/diendan/showthread.php? t=9562 https://docs.google.com/presentation/d/1FRRoy45 CmVBO4FUnj3pHrqITaYAtlrDZGOoZiI2H5o8/e dit#slide=id.g169ee2cedc_4_287 [Govind_P._Agrawal]_FiberOptic_Communication_Syst(BookFi) https://www.youtube.com/watch? v=MYWTJiJsA6M ... vào sợi quang để thực truyền dẫn thông tin Tìm hiểu và mô phỏng bù tán sắc Trong hệ thống truyền dẫn quang Trang 9/24 Hình 1.6 Thiết bị phát quang Mạch thu quang - Bộ... dụng các công cụ mô phỏng Optisystem là Tìm hiểu và mô phỏng bù tán sắc Trong hệ thống truyền dẫn quang Trang 11/24 phần mềm mô phỏng hệ thống thông tin quang Phần mềm này... là sợi quang chiết suất bậc và sợi quang chiết suất liên tục Tìm hiểu và mô phỏng bù tán sắc Trong hệ thống truyền dẫn quang Trang 8/24 Hình 1.5 Cấu trúc bên sợi quang