Chuyên đề: Nghiên cứu thiết kế hệ thống thông tin quang đơn giản

BÀI THUYẾT TRÌNH
Thông tin quang
KHOA VIỄN THÔNG
Hà nội: 15/04/2014
Chuyên đề: Nghiên cứu
thiết kế hệ thống thông tin
quang đơn giản
Giảng viên: Trần Thủy Bình
Các thành viên: Hà Huy Khiêm
Nguyễn Văn Đức
Vũ Xuân Oánh
Lưu Đình Mạnh
Posts and Telecommunications Institute of
Technologies
Address: PTIT- Km10-Nguyen Trai Street,
HaDong, HaNoi
Office : (0)84-(0)4-8549352, (0)84-(0)34- 515484
Nội Dung Chính
II. Thiết kế tuyến thông tin quang điểm điểm
III. Một số vấn đề gặp phải khi thiết kế hệ thống
IV.Kết Luận
I. Cấu trúc hệ thống thông tin quang
4
1
3
Hà nội: 02/04/2014
Kỹ thuật thông tin quang
Sợi quang
Mạch diều khiển Nguồn phát
quang
Bộ chia

quang
Thu quang
Mạch điện
Phát quang
Khuếch
đại quang
Tách sóng
quang
Chuyển đổi
tín hiệu
Thiết bị phát quang
Bộ
Nối
quang
Mối hàn sợi
Xen rẽ kênh
Các thiết bị khác
Trạm lặp
Mối hàn sợi
Bù tán sắc
Tín hiệu
điện ra
Khuếch đại điện
Thiết bị thu quang
Tín hiệu
đầu vào
Hình 1
I.Giới thiệu hệ thống thông tin quang điểm điểm
1. Cấu trúc tuyến truyền dẫn quang điểm điểm
Hình 2. Sơ đồ bộ ghép kênh điện

iD(t)
1
2
n
Bé
ghÐp
kªnh
i nđ ệ

Chức năng:
Ghép các kênh tín hiệu điện(1÷n) có tốc độ thấp thành tín hiệu
điện có tốc độ cao (SDH/NGSDH) để đưa vào điều chế quang

Bé ghÐp kªnh ®iÖn

Sơ đồ:
2. Các thành phần chính trong tuyến truyền dẫn quang điểm-điểm
I.Giới thiệu hệ thống thông tin quang điểm điểm
Hình 3. Sơ đồ bộ phát quang

Chức năng:
Biến đổi tín hiệu vào iD (t) thành tín hiệu ánh
sáng Pp (t) để ghép vào sợi quang.

Bé ph¸t quang
Bé ph¸t
quang
iD(t)
Pp(t)


S¬ ®å :
I.Giới thiệu hệ thống thông tin quang điểm điểm
2. Các thành phần chính trong tuyến truyền dẫn quang điểm-điểm
I.Giới thiệu hệ thống thông tin quang điểm điểm
2. Các thành phần chính trong tuyến truyền dẫn quang điểm-điểm
Hình 4. Cấu trúc của sợi quang

Chức năng:
Truyền dẫn ánh sáng từ đầu phát đến đầu thu.
Trong quá trình truyền trong sợi quang, tín hiệu bị suy hao và méo

C u ấ trúc :

Sợi quang

Chøc n¨ng:
-
Biến đổi ánh sáng tới PT(t) trở thành tín hiệu điện iT(t)
có dạng giống như tín hiệu truyền dẫn ban đầu.
-
Trong tín hiệu ra iT(t) có thể có nhiễu và méo kèm theo
(đối với truyền dẫn analog) hoặc lỗi bít (đối với truyền
dẫn số).

Bé thu quang
Hình 5. Sơ đồ bộ thu quang
Bé thu quang
iT (t)
PT(t)


S¬ ®å :
I.Giới thiệu hệ thống thông tin quang điểm điểm
2. Các thành phần chính trong tuyến truyền dẫn quang điểm-điểm
Hỡnh 6. S b tỏch kờnh in
1
2
n
B
tỏch
kờnh
i n

Chức năng:
Tách tín hiệu điện có tốc độ cao (SDH/NGSDH) từ bộ giải điều
chế quang thành các kênh tín hiệu điện (1 ữ n) có tốc độ thấp

B tỏch kờnh i n

Sơ đồ :
I.Gii thiu h thng thụng tin quang im im
2. Cỏc thnh phn chớnh trong tuyn truyn dn quang im-im

S b khu ch i quangơ đồ ộ ế đạ

B khu ch đ i quangộ ế ạ
Hình 7. Sơ đồ bộ khuếch đại quang
Pr(t)
Pv(t)
Bé
khuÕch ®¹i

quang
I.Giới thiệu hệ thống thông tin quang điểm điểm
2. Các thành phần chính trong tuyến truyền dẫn quang điểm-điểm
II.Thiết kế tuyến thông tin quang điểm-điểm
-
Tốc độ truyền dẫn (dung lượng hệ thống),
-
Cự ly truyền dẫn,
-
Tiêu chuẩn chất lượng cho phép,
-
Yêu cầu quỹ công suất dự phòng.
1. Yêu cầu bài toán thiết kế tuyến TTQ điểm-điểm
II.ThiÕt kÕ tuyÕn th«ng tin quang i M- i MĐỂ ĐỂ

Thiết kế tuyến TTQ số đơn kênh điểm – điểm phụ thuộc
vào cả hai yếu tố: suy hao và tán sắc

Độ dài tuyến lớn nhất cho phép phải thỏa mãn cả hai
yêu cầu về suy hao và tán sắc
 Khoảng cách truyền dẫn cho phép tối đa của hệ thống
TTQ = MIN (giới hạn truyền dẫn theo tán sắc, giới hạn
truyền dẫn theo suy hao)
2. Các yếu tố ảnh hưởng đến việc thiết kế tuyến TTQ điểm-
điểm
Tính toán thiết kế tuyến
theo phân bổ
quỹ công suất
Các tham số
Thiết kế tuyến

Tuyến truyền dẫn
Quang đọc thiết kế
Số liệu yêu cầu thiết kế hệ thống
Lựa cấu kiện cho hệ thống
Tính toán thiết kế tuyến
theo phân bổ
tán sắc
Lựa chọn các
Bộ bù tán sắc
Lựa chọn các bộ
Khuếch đại
Hình 7
II.ThiÕt kÕ tuyÕn th«ng tin quang i M- i MĐỂ ĐỂ
3. Mô hình
toán thiết kế
4.1 Lựa chọn cấu kiện thiết bị cho hệ thống
-
Dung lượng/tốc độ hệ thống=> lựa chọn hệ thống
điện ghép kênh điện
-
Lựa chọn thiết bị phát quang=> công suất phát quang
-
Lựa chọn thiết bị thu quang=> Công suất thu quang
-
Lựa chọn sợi quang => Suy hao sợi quang và tán sắc
II.ThiÕt kÕ tuyÕn th«ng tin quang i M- i MĐỂ ĐỂ
4. Tính toán thiết kế tuyến TTQ đơn kênh điểm-điểm
•
Các tham số dùng để thiết kế:
–

Độ nhạy thu: Prec(dBm)
–
Công suất phát quang đi vào đầu sợi: Pp (dBm)
–
Hệ số suy hao của sợi: α (dB/km)
–
Suy hao mối nối: αcon (dB)
–
Suy hao dự phòng: αdp (dB)
•
Quỹ công suất với giả thuyết sử dụng N bộ khuếch đại được
phân bổ như sau:
n = Lmax(p) / lc
(Pp – Prec)+NxG = α xLmax(P) + (Nx2+2+n)xαcon +
αdp(dB)
Trong đó, Lmax(P) là chiều dài cực đại của tuyến theo quỹ công suất,
n là số cuộn cáp được xác định theo công thức:
lc là chiều dài cuộn cáp
(5-1)
(5-2)
4. Tính toán thiết kế tuyến TTQ đơn kênh điểm-điểm
II.ThiÕt kÕ tuyÕn th«ng tin quang i M- i MĐỂ ĐỂ
4.2 Tính toán thiết kế tuyến theo quỹ công suất
4.3.Tính toán thiết kế theo tán sắc
(5-3)

Các tham số trong thiết kế tuyến

Hệ số tán sắc D (ps/km.nm)


Tốc độ bit của hệ thống R  xác định được nửa độ rộng xung
ban đầu tại công suất 1/e là T0 (ps)

Giới hạn truyền dẫn l (km) được xác định thông qua độ rộng xung
của tín hiệu khi lan truyền
Với: T(l): độ rộng xung tại l (km), lD: chiều dài tán sắc
1/ 2
2
0
( ) 1
D
l
T l T
l
 
 
 
= +
 ÷
 
 
 
II.ThiÕt kÕ tuyÕn th«ng tin quang i M- i MĐỂ ĐỂ
4. Tính toán thiết kế tuyến TTQ đơn kênh điểm-điểm
(5-4)

Mối quan hệ giữa chiều dài tán sắc và hệ số tán sắc D:
2
2
0

2
2
.
D
T
c
l
D
π
λ
=

Trong thực tế, độ rộng xung tại nửa biên độ cực đại TFWHM thường
được sử dụng thay thế nửa độ rộng xung tại công suất 1/e. Với xung
quang dạng Gauss, mối quan hệ giữa TFWHM và T0 như sau:
1/ 2
0 0
2(ln 2) 1,665
FWHM
T T T
= =

Tùy thuộc vào độ giãn rộng xung cho phép tối đa của độ rộng xung mà
có thể xác định được khoảng cách truyền dẫn tối đa Lmax(D) (km)
(5-5)
II.ThiÕt kÕ tuyÕn th«ng tin quang i M- i MĐỂ ĐỂ
4. Tính toán thiết kế tuyến TTQ đơn kênh điểm-điểm
4.3.Tính toán thiết kế theo tán sắc
(5-5)
Giải pháp bù tán sắc đơn giản và hiệu quả nhất là sử dụng sợi bù tán sắc

với giá trị tán sắc ngược dấu với giá trị tán sắc trong sợi sử dụng làm
đường truyền quang. Nguyên tắc thiết kế đoạn sợi bù tán sắc tuân theo
biểu thức sau:
L1D1 = - L2D2
Với L1, D1 là độ dài và giá trị tán sắc của sợi truyền dẫn; L2, D2 là độ dài
và giá trị tán sắc của sợi bù tán sắc. Dấu trừ (-) trong vế phải biểu thức
cho biết yêu cầu giá trị tán sắc của hai loại sợi phai ngược dấu nhau. Khi
đó, quỹ công suất phải phân bổ cho suy hao của các bộ tán sắc và các
mối hàn các bộ tán sắc.
II.ThiÕt kÕ tuyÕn th«ng tin quang i M- i MĐỂ ĐỂ
4. Tính toán thiết kế tuyến TTQ đơn kênh điểm-điểm
4.3.Tính toán thiết kế theo tán sắc
4.4 . Độ dài tuyến thiết kế
Độ dài tuyến lớn nhất cho phép phải thỏa mãn cả hai yêu
cầu về suy hao và tán sắc
 Khoảng cách truyền dẫn cho phép tối đa của hệ thống
TTQ = MIN (giới hạn truyền dẫn theo tán sắc, giới hạn
truyền dẫn theo suy hao)
4. Tính toán thiết kế tuyến TTQ đơn kênh điểm-điểm
II.ThiÕt kÕ tuyÕn th«ng tin quang Đi M-Đi MỂ Ể
•
Trừcáctuyếnthông tin quangcựlyngắn,
thamsốsuyhaocủasợiquangcóvaitròquantrọngtrongviệcthiếtkế
hệthống
•
XétmộtthiếtbịquangcócôngsuấtpháttrungbìnhPtr.
Nếuthiếtbịthucóđộnhạytạitốcđộ bit B
làPrecthìkhoảngcáchtruyềndẫnlớnnhấtđạtđượctínhtheocôngth
ức
L= log10

•
Trongđó: làsuyhaotrungbìnhcủasợiquang (dB/Km)
baogồmcảsuyhaocácmốihànvàsuyhaocác connector.
Sựphụthuộccủa L vàotốcđộbítlà do
sựphụthuộctuyếntínhcủaPrectheotốcđộbít
•

III. Một số vấn đề gặp phải khi thiết kế hệ thống
1. Ảnh hưởng của suy hao
•
khi khoảng cách truyền dẫn bị giới hạn do hiện tượng tán sắc
xảy ra trong sợi quang ngắn hơn khoảng cách truyền dẫn nị
hạn chế do suy hao sợi thì hệ thống xem là bị giới hạn do tán
sắc.
2. Ảnh hưởng của tán sắc
III. Một số vấn đề gặp phải khi thiết kế hệ thống
Hình 8 : Suy hao ( đường liền nét) và tán sắc ( đường ko liên tục)giới hạn cự li
Truyền dẫn L là hàm của tốc độ bit và truyền dẫn
•
Mục đích của quỹ công suất là bảo đảm công suất đến máy
thu đủ lớn để duy trì hoạt động tin cậy trong suốt thời gian
sống của hệ thống. công suất thu trung bình nhỏ nhất được
yêu cầu để hệ thống có thể hoạt động tin cậy được gọi là độ
nhạy thu, kí hiệu là Prec. Ptr là công suất thu trung bình của
máy phát. Khi đó
•
Ptr = Prec +CL + MS
•
Trong đó CL là tổng suy hao truyền dẫn
•

Ms là công suất dự phòng của hệ thống
3. Quỹ công suất quang
III. Một số vấn đề gặp phải khi thiết kế hệ thống
•
Mục đích của quỹ thời gian lên là đảm bảo rằng hệ thống có khả
năng hoạt động đúng ở tốc đọ bit mong muốn
•
Khái niệm thời gian lên được sử dụng để phân bổ băng thông
giữa các hệ thống. thời gian lên
•
Tr của một hệ thống được định nghĩa là thời gian trong khoảng
đó đáp ứng tăng từ 10-90%
4. Quỹ thời gian lên
III. Một số vấn đề gặp phải khi thiết kế hệ thống
Hình 9 : Thời gian lên Tr trong với hệ thống tuyến tính bị giới hạn dải thông
•
Độ nhạy của bộ thu quang trong một hệ thống thông tin quang bị
ảnh hưởng bởi một số hiện tượng vật lý mà khi kết hợp với sợi
tán sắc trong sợi quang sẽ làm suy giảm SNR tại mạch quyết định
trong mạch thu. Các hiện tượng làm suy giảm độ nhạy thu đó là:
nhiễu mode, dãn xung do tán sắc và giao thoa giữa các ký tự,
nhiễu cạnh tranh mode, chirp tần số, nhiễu phản xạ
•
Các loại bù công suất:
+ Bù công suất do nhiễu mode
+ Bù công suất do nhiễu phần mode
+ Bù công suất do tán sắc
+ Bù công suất do chirping
+ Bù công suất do nhiễu phản xạ
5. Bù công suất

III. Một số vấn đề gặp phải khi thiết kế hệ thống
IV. K t Lu nế ậ
L/O/G/O
Thank You!