BÁO cáo TIỂU LUẬN tên đề tài THÔNG TIN QUANG

HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG HÀNG KHÔNG

BÁO CÁO TIỂU LUẬN
TÊN ĐỀ TÀI:

THÔNG TIN QUANG
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TS. TRỊNH HOÀNG DUY
SINH VIÊN: LÊ KHÁNH DUY
MSSV: 1853020009
LỚP: 18ĐHĐT01

Thành phố Hồ Chí Minh – 12/2021

1

download by :


HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO TIỂU LUẬN
TÊN ĐỀ TÀI:

THÔNG TIN QUANG
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TS. TRỊNH HOÀNG DUY
SINH VIÊN: LÊ KHÁNH DUY
MSSV: 1853020009
LỚP: 18ĐTĐT01

Thành phố Hồ Chí Minh - 12/2021

2

download by :


HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIẸT NAM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ BÁO CÁO TIỂU LUẬN
Họ và tên sinh viên: Lê Khánh Duy
MSSV: 1853020009
Lớp: 18ĐHĐT01
1.

Nhiệm vụ của tiểu luận: Làm Bài Tập Lớn Thông Tin Quang

2.

Ngày giao tiểu luận: 10/12/2021

3.

Ngày hoàn thành tiểu luận: 24/12/2021

4.

Họ tên người hướng dẫn: TS. Trịnh Hồng Duy
T/p Hồ Chí Minh, ngày 24

tháng 12 năm

2021
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên)

3

download by :


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
.................................................................................................
.................................................................................................
.................................................................................................
.................................................................................................
.................................................................................................
.................................................................................................
Phần đánh giá:
Ý thức thực hiện:
Nội dụng thực hiện:
Hình thức trình bày:
Tổng hợp kết quả:
Điểm bằng số:

Điểm bằng chữ:

(Quy định về thang điểm và lấy điểm tròn theo quy định của Học viện)
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20…
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên)

TS. TRỊNH HOÀNG DUY

4

download by :


CHƯƠNG II : Sợi Quang

Bài 1: Độ tán sắc của vật liệucáp thủy tinh cho bởi
a.

.

Xác định thông số tán sắc vật liệu ở bước sóng 0,85

và độ

dãn xung hiệu dụng trên mỗi Kilomet đối với nguồn LED có độ rông
hiệu dụng 20 .
b.

Cho độ rộng xung tương đối

là 0,0012 ở bước sóng 0,85

. Xác định đơ dãn xung hiệu dụng
Giải
Câu a)
Thơng số tán sắc vật liệu ở bước sóng 0,85

M =
Độ trải rộng xung rms được đưa ra là :

σm≅

≅
Do đó σ m σ λ × L ×M
Độ dãn xung hiệu dụng trên mỗi km là:
σ

 σ´

≈ σλ LM
ns

m

=20 ×1 ×98,1 ×10−12=1.96 (
m(1 km)

Câu b)
Ta có độ rộng xung tương đối:

5

)
km

là:


download by :


= 0,0012 với λ = 0,85.

10−6

=> σ λ=0.0012 × λ=0.0012 ×0,85 .10−6 =1.02(nm)
Độ dãn xung hiệu dụng trên mỗi km là:
σ



m≈

σλ LM

ns

σ m=1.02 ×10−12 ×1× 98,1=0,10( km

)

Bài 2:
a. Xây dựng biểu thức độ tán sắc mode
b.

Áp dụng cho 1 tuyến cáp quang 6 Km chiết suất bước đa

mode với chiết suât lõi là 1,5 và tủ số chiết suất tương đối là 1%.
Tính:
(i) Thời gian trễ giữa mode nhanh nhất và mode chậm nhất ở đầu ra
của cáp quang.
(ii) Độ dãn xung hiệu dụng do tán sắc mode trên tuyến cáp quang
này
(iii)
mode)
c.

Tốc độ bit tối đa mà nó đạt được (giả sử chỉ có tán sắc

So sánh với độ dãn xung hiệu dụng cho cáp quang chiết

suất cong parabole với cùng chiết suất lõi và cùng tỷ số tương đối
Giải
Câu a)
Nguyên nhân xuất hiện tán sắc mode là do khi phóng ánh sáng
vào sợi đa mode, năng lượng ánh sáng phân thành nhiều mode. Mỗi
mode lan truyền với vận tốc nhóm khác nhau nên thời gian lan truyền
của chúng trong sợi khác nhau. Chính sự khác nhau về thời gian lan
truyền của các mode nên gây ra tán sắc mode.
Xây dựng biểu thức độ tán sắc mode:

Trong sợi đa mode SI thì mọi tia sáng đi cùng với một vận tốc:


6

download by :


v=

c
n1

Để xác định độ tán sắc mode trong sợi đa mode SI, ta xét độ chênh lệch
thời gian lan truyền giữa hai mode ngắn nhất và dài nhất trong sợi
quang dài L(km). Đó là tia 1 và tia 2 như hình dưới đây
r

Tia 1( tia ngắn nhất) đi trùng với trục của sợi quang
+

Độ dài lan truyền: d1=L

+ Thời gian lan truyền:

T =
1

Tia 2( tia dài nhất) là tia ứng với góc tới (bằng góc tới hạnθc
+ Độ dài lan truyền:

d=

+ Thời gian lan truyền: T 1=

2

cosθ

d2

cosθ

=

v

L
L

=

L n1

=T

max

(n )
c1

c . cosθ

Áp dụng đinh luật khúc xạ tại điểm A ta có:
n 2
sin θc= n 1 =cosθ
L n2
 T 2=T max= c n1
2

Do đó thời gian chênh lệch giữa 2 tia là:

7

download by :


∆T

=T
mode (SI)

Độ chênh lệch này chính là tán sắc mode:
D

mode (SI)=∆

với :

n

2

1

Tmode

−

n22

2n21

(SI)

≈

L n1
c × ∆(Khi ∆ ≪1)

−
≈ n1 n2 (Vì ∆≪1)

n2

Bên cạnh đó có thể tính độ tán sắc mode theo khẩu độ số:

Do đó:
Với sợi quang là sợi đa mode GI:
DmodGI ≈

Câu b) Chọn sợi quang là sợi SI
I. Thời gian chênh lệch giữa mode nhanh nhất và mode chậm
nhất là:

∆ T= Ln

1

mode ( SI )

∆

3
=6 × 10 × 1.5 ×0.01

c2.998× 108
¿ 300(ns )

II.

Độ dãn xung hiệu dụng do tán sắc mode trên tuyến cáp quang này
là:

σ
mode(SI)

III. Tốc độ bit tối đa mà nó đạt được (giả sử chỉ có tán sắc mode)
là:
B

t ( max)

download by :


Câu c)
Độ dãn xung hiệu dụng do tán sắc mode trên tuyến cáp quang này với
chiết suất cong Parabol là:

σ

s

( 1km)

=86 ,603 =14 , 433 ns

L6Km

Độ dãn xung hiệu dụng trên mỗi km đối với sợi chiếc suất bước
đa mode:

σ

g

2
3

2
(1km)= Ln√1 ∆ =10 . 1, 5 . 0 , 01 =14 , 44367 ρs

20 3 c 20

√3 .3 . 108Km

9

download by :


CHƯƠNG III:
Bài 1: Một tuyến cáp quang DIM chiều dài 2 Km sử dụng đèn LED có cơng
suấtt quang trung bình là -10dBm phóng vào cáp quang đa mode. Cáp quang
suy hao 3,5dB/Km và suy hao đầu chia 0,7dB/Km. Suy hao do đầu nối ở đầu
thu là 1,6 dB. Đầu thu là Diode quang loại PIN có độ nhạy là -25dBm đối với
SNR là 50dB với hệ số điều chế là 0,5. Cho độ dự trữ an toàn là 4dB.
a. Thực hiện quỹ công suất quang cho hệ thống mà vẫn bảo đảm độ tồn tại
của nó.
b. Xác định chiều dài tuyến tăng thêm trong trường hợp tăng độ dự trữ an
tồn cáp quang lên thành 7dB
Giải
Câu a)
Ta có:
+

LED có cơng suất quang trung bình: −10dBm

+

Cơng suất trung bình cần thiết tại diode quang PIN có độ nhạy: −
25dBm
+

Tỷ lệ tín hiệu – nhiễu SNR: 50dB

+

Hệ số điều chế: 0,5

+

Tổng biên độ hệ thống: 15 dB

+

Suy hao do đầu nối ở đầu thu: 1,6dB

+

Độ dự trữ an toàn: 4dB

+

Tổng cộng tổn hao hệ thống: 14dB

+

Công suất biên vượt mức: 1dB

+

Suy hao tổng cáp quang là 2 . 3,5 = 7dB

+

Suy hao mối nối 2 . 0,7 = 1,4dB

Vậy thực hiện quỹ công suất quang cho hệ thống với các dữ kiện trên mà
vẫn đảm bảo độ tồn tại của nó.
Câu b)
10


download by :


Theo giả thuyết đề bài thì:
+ Cơng suất trung bình cần thiết tại diode quang PIN có độ nhạy: Po =¿−
25dBm
+

Suy hao do đầu nối ở đầu thu: α cr=¿ 1,6dB

+

Suy hao tổng cáp quang là M a=¿ 2 . 3,5 = 7dB

+

Suy hao đầu chia là α j =¿0,7dB/Km

+

Suy hao cáp quang αfc =¿3,5dB/Km

Trường hợp tăng độ dự trữ an tồn cáp quang lên thành 7dB, ta có:
Pi=Po+ (α

<=>

P

fc

+α j ) L+α

cr

+M

a

(αfc + α j ) L+ αcr + M a (dB)

i−Po=

<=> 0 dBm − (−25 dBm) =
<=> + 7.0 25 =

4,2L

<=> L = (25 – 8,6)

(3,5+0,7 ) L

+ 1.6

+ 8,6

≅
4,2
3,904 km
Vậy trong trường hợp tăng độ dự trữ an tồn cáp quang lên thành 7dB thì
chiều dài tuyến tăng thêm là ∆ L=¿3,904 – 2 = 1,904 km
÷

11

download by :


Bài 2: Đường truyền cáp quang đơn mode đường dài hoạt đơng ở bước sóng
. Có cơng suất trung bình từ bộ phát là -3dBm.; Suy hao sợi cáp là
0,4dB/Km. Suy hao do mối nối 0,1 dB/Km. Suy hao so bộ kết nối ờ đầu thu và
nhận là 1dB/đầu. Công suất trung bình ở đầu thu APD hoạt động ở tốc độ

35Mbits/s (

) là -55dBm và tốc độ 400Mbits/s (

) là -44dBm.

Độ dự trữ an toàn là 7dB. Xác định:
(a) Chiều dài tuyến cáp tối đa mà không dung bộ lập ở tốc độ 35MBits/s.
(b)Chiều dài tuyến cáp tối đa mà không dùng bộ lập ở tốc độ 400MBits/s.
Giải
Câu a)
3
Tỷ số chiết suất tương đối là 3 %= 100 =0.03
Độ chênh lệch chiết suất tương đối: ∆= 1

n2−n2
22

2 n1

<=> n22 =n21−2 ∆ n21
<=> n2 =1,52−2 . 0,03. 1,52
2

Vậy bán kính cong tới hạn của cáp quang đa mode là:
Rc ≅
4

π (n¿¿12 −n22)2 ¿

<=> Rc ≅ 3 . 1,5

2

.0,82 . 10−63

4 π .(2,25−2,115)2

<=> Rc ≅8,879 . 10−6 μm

Câu b)
3
Tỷ số chiết suất tương đối là 0,3 %= 100 =0,003
Độ chênh lệch chiết suất tương đối: ∆=

n2−n2
1 22

2 n1

12

download by :


<=> n22 =n21−2 ∆ n21
<=> n2 =1,52−2 . 0,003. 1,52
2

Vậy n2 =√2,2365 ≅1,495

Bước sóng cắt của sợi quang đơn mode là: λc=
Trong đó, chỉ số bước sóng: V c=2,405 (II)

Thay (II) vào cơng thức (I), ta có: λc=
2 π .4.10

<=> λc=
2,405
<=> λc ≅1,214 μm

Vậy bán kính cong tới hạn của cáp quang đơn mode là:
20 λ

Rcs ≅

(n1−n2 )
<=>

R ≅
cs

<=> Rcs ≅0,027 m=27 mm


13

download by :


CHƯƠNG IV:
Bài 1: Tuyến cáp quang số có tổng chiều dài 7Km và hoạt động ở 20 Mbits/s sử
dụng mã RZ. Đèn LED hoạt động ở 0,85
có khả năng cho cơng suất

quang trung bình là 100
(bao gồm suy hao đầu mối) phóng vào cáp quang
chiết suất bước GI với đường kính 50 Các suy hao do mối nối quang có độ
suy hao 2,6dB/Km và suy hao chẻ nhánh là 0,5dB/Km cho mỗi đầu chẻ. Suy
hao do đầu nối nơi thu là 1,5dB. Công suất quang tới ở đầu thu là -41dBm với

BER

. Độ dự trữ an toàn là 6dB.

Hãy xác định độ tồn tại của hệ thống
Giải
Ta có:
Cơng suất quang trung bình từ máy phát:
P

i=100

μW =10log (10. 10−6 .1000)=−10 dBm

Cơng suất quang tới ở đầu thu ở 20 Mbit/s (BER 10−10) :
Po =−41 dBm

Tổng chênh lệch hệ thống:
Pi−Po=−10 dBm−(−41 dBm)=31 dB

Suy hao sợi quang: 7 . 2,6

dB

km=18,2 dB

Suy hao mối nối: 6 . 0,5 dB=3 dB
Suy hao máy thu: 1 .1,5 dB=1,5 dB
Đô dự trữ: 6dB
Tổng suy hao kênh hệ thống: 18,2dB + 3dB + 1,5dB + 6dB = 28,7dB
Năng lượng còn tồn tại khi sử dụng hệ thống: 31dB - 28,7dB = 2,3dB
Dựa trên các số liệu được đưa ra, hệ thống là khả thi và cung cấp
lượng công suất vượt quá 2,3 dB. Điều này có thể cung cấp thêm một
lượng an toàn để cho phép các mối nối có thể xảy ra trong tương lai
nếu chúng khơng được tính đến trong biên độ an tồn ban đầu.

14

download by :


Bài 2: Đường truyền cáp quang đơn mode đường dài hoạt đơng ở bước sóng
. Có cơng suất trung bình từ bộ phát là -3dBm.; Suy hao sợi cáp là
0,4dB/Km. Suy hao do mối nối 0,1 dB/Km. Suy hao so bộ kết nối ờ đầu thu
và nhận là 1dB/đầu. Công suất trung bình ở đầu thu APD hoạt động ở tốc độ
35Mbits/s (
) là -55dBm và tốc độ 400Mbits/s (
Độ dự trữ an toàn là 7dB. Xác định:

) là -44dBm.

a.
Chiều dài tuyến cáp tối đa mà không dung bộ lập ở tốc độ
35MBits/s.

b.
Chiều dài tuyến cáp tối đa mà không dùng bộ lập ở tốc độ
400MBits/s.
Giải
Ta có:
+

Cơng suất trung bình từ bộ phát là Pi=¿–3dBm

+

Suy hao sợi cáp là αfc =¿ 0,4dB/Km

+

Suy hao do mối nối là α j =¿0,1dB/Km

+

Suy hao kết nối ở đầu thu và nhận là 1dB/đầu nên α cr =2 .1 dB=2 dB

+

Độ dự trữ an tồn là M a=¿7dB

Câu a)
Ở tốc độ 35MBits/s, ta có:
Pi=Po1 +( αfc +α j ) L+ α

<=> Pi−Po1 =(α fc + αj ) L+αcr + M a (dB)

cr

+M

a

(I)

Thay Pi=¿–3dBm ; Po 1=¿–55dBm vào phương trình (I), có:
–3dBm – (–55dBm) = (αfc + α j ) L+ αcr + M a

<=> 52dB = (α
<=>

fc

+α

j

) L+ αcr + M a

(α fc + α j ) L=¿52 – (α ¿¿ cr + M a )¿

<=> (0,4+0,1) L=52−(2+7)
<=> 0,5. L=43
<=> L=43 ÷0,5=86 (km)
Vậy chiều dài tuyến cáp tối đa mà không dung bộ lập ở tốc độ 35MBits/s là
86 km

15


download by :


Câu b)
Ở tốc độ 400MBits/s, ta có:
P

<=>

P −P
i

o2

i=Po2

+( α

fc

+α j ) L+ αcr+ Ma

= α + α L+α + M
( fc
j )
cr
a (dB) (II)

Thay Pi=¿–3dBm ; Po 2=¿– 44dBm vào phương trình (I), có:
–3dBm – (–44dBm) = (αfc + α j ) L+ αcr + M a

<=> 41dB = (α
<=>

fc

+α

j

) L+ αcr + M a

(α fc + α j ) L=¿41 – (α ¿¿ cr + M a )¿

<=> (0,4+0,1) L=41−(2+7)
<=> 0,5. L=32
<=> L=32 ÷ 0,5=64 (km)
Vậy chiều dài tuyến cáp tối đa mà không dung bộ lập ở tốc độ 400MBits/s là
64 km

16

download by :


CHƯƠNG V: BÀI TẬP LỚN
Một tuyến quang dài L=15km, dùng sợi quang SI (50/125 m) có độ chênh

lệch chiết suất tương đối =1%, chiết suất lõi n1=1,48, Sợi quang có suy hao
trung bình =4dB/km (tại =850nm) hoặc =2,4dB/km (tại =1300nm), hệ số tán
sắc chất liệu M=130ps/nm.km (tại =850nm) hoặc M=10ps/nm.km (tại
=1300nm). Nguồn quang được sử dụng LED phát ra ánh sáng có bước sóng
850nm có cơng suất phát quang 4mW, độ rộng phổ A=35nm. Bộ thu quang sử
dụng PIN có độ nhạy -45dBm Biết rằng cứ 2km có một mối hàn có suy hao
0,1dB/mối hàn Suy hao ghép quang ở đầu phát là 13dB, đầu thu là 10dB
a. Tính cơng suất quang tại điểm 1km, 7km và 12km kể từ đầu phát
b. Tuyến quang trên có cần trạm lập hay khơng? Nếu có hãy tín số trạm
lập cần sử dụng, khoảng cách giữa các trạm lập. Vẽ hình minh hoạ và chú
thích.
c. Với chiều dài trên, tốc đơ bit cực đại có thể truyền được của tuyến
quang là bao nhiêu? Bỏ qua ảnh hưởng của tán sắc ống dẫn sóng. Mã đường
truyền là NRZ.
d. Thay nguồn quang LED phát ra ánh sáng có bước sóng 1300nm, cơng
suất phát quang 1mW, An=35nm, Hỏi tuyến quang trên có thể hoạt động được
khơng? Tại sao?
e. Nhận xét kết quả ở hai câu b và d.
Giải
o

Tóm tắt :
o L=15km
o sợi quang SI (50/125 m)
o độ chênh lệch chiết suất tương đối =1%
o chiết suất lõi n1=1.48
o hệ số tán sắc chất liệu
 M=130ps/nm.km (tại =850nm).
 M=10ps/nm.km (tại =1300nm).
o suy hao trung bình

 =4dB/km (tại =850nm)
 =2,4dB/km (tại =1300nm)
o Nguồn quang được sử dụng LED phát ra ánh
sáng có :
 bước sóng 850nm
17

download by :



o
o
o
o

Đơ công suất phát quang 4mW

 ä rộng phổ =35nm
Bộ thu quang sử dụng PIN có độ nhạy -45dBm
Cứ 2 km là có một mối hàn
 Suy hao mối hàn : 0,1dB/mối hàn
Suy hao ghép quang ở đầu phát là 13dB
Suy hao ghép quang ở đầu thu là 10dB

Câu a)
Ta có :
Suy hao tại một điểm có chiều dài L bất kì là :
Suy hao = Suy hao ghép quang tại đầu phát + α.L + Suy hao tại các mối hàn

= 10.logCông suất phát quang banđầu
P1

α

là hệ số suy hao trung bình

L là khoảng cách
Độ suy hao tại khoảng cách là 1km :
SH1km= Suy hao ghép quang tại đầu phát + α.L + Suy hao tại các mối hàn.
=13+4.1+0=17dB
Ta xét : Suy

hao = 10.log

17=10.log
Độ suy hao tại khoảng cách là 7km :
SH7km= Suy hao ghép quang tại đầu phát + α.L + Suy hao tại các mối hàn.
=13 + 4.7 + 0,1.3 = 41,3 dB

Ta xét : Suy hao = 10.logCông suất phát quang ban đầu
P

1

41,3=10.log
Độ suy hao tại khoảng cách là 12km :
SH12km= Suy hao ghép quang tại đầu phát + α.L + Suy hao tại các mối hàn.
= 13 +4.12 + 0,1.5 = 61,5 dB
18

download by :