Thiết kế tuyến thông tin quang

Thông tin quang 2

Thiết kế tuyến thông tin quang

NỘI DUNG BÁO CÁO
1. Bài toán.................................................................................................................
2. Yêu cầu..................................................................................................................
3. Phương án thiết kế................................................................................................
4.Thiết kế mạng DWDM.........................................................................................
4.1.Thiết kế phía phát:..........................................................................................
4.2.Thiết kế bộ thu quang:....................................................................................
4.3 Thiết kế môi trường truyền dẫn:.....................................................................
4.4 Thiết kế sợi bù tán sắc:..................................................................................
4.5 .Thiết lập thông số toàn cục...........................................................................
5. Kết quả mô phỏng………………………………………………………………

PTIT - H10VT5

1

Nhóm 11


Thông tin quang 2

Thiết kế tuyến thông tin quang

1. Bài toán.
Xây dựng phương án thiết kế hệ thống thông tin quang WDM có sử dụng khuếch đại
quang EDFA, với các yêu cầu thiết kế như sau:
• Tốc độ bit:

•

10 Gbit/s

Cự ly truyền dẫn

600Km

• Số lượng kênh bước sóng: 4 kênh
2. Yêu cầu
b. Sử dụng phần mềm Optisystem xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống thông tin quang
WDM theo phương án đã thiết kế.
Lưu ý: các tham số toàn cục (global parameters để mô phỏng) được thiết lập như
sau
• Tốc độ bit: 10 Gbit/s
• Chiều dài chuỗi: 128 bits
• Số mẫu trong 1 bit: 64
b. Đưa các thiết bị đo vào mô hình mô phỏng. Các thiết bị đo trên tuyến được đặt tại các
vị trí phù hợp để xác định được chất lượng tín hiệu tại các điểm cần thiết trên tuyến. Các
thiết bị đo cơ bản:
- Thiết bị đo công suất quang
- Thiết bị phân tích phổ quang
- Thiết bị đo BER
d. Hiển thị kết quả mô phỏng bằng các thiết bị đo đặt trên tuyến
e. Thay đổi các tham số của các phần tử trên tuyến để đạt được BER = 10-12
3. Phương án thiết kế

• Loại sợi: Sợi quang dịch tán sắc khác không (G.655)
• Nguồn phát: - Loại nguồn: Laser.
-Phương thức điều chế: điều chế ngoài

• Bộ thu: Sử dụng PIN kết hợp với bộ lọc thông thấp Bessel
4.Thiết kế mạng DWDM
4.1.Thiết kế phía phát:
• Nguồn phát quang lazer CW lazer

PTIT - H10VT5

2

Nhóm 11


Thông tin quang 2

Thiết kế tuyến thông tin quang

• Bộ phát xung NRZ pulse genarator
•

Bộ phát bít điện pseudom-Radom Bit sequence Genarator, điều chế Mach-zehnder
Modulator.

Do hệ thống WDM ghép 4 kênh tín hiệu nên phía đầu phát sẽ bao gồm có 4 bộ phát.
Thiết bị được xắp xếp như trên được gọi là phương pháp điều chế ngoài.
Do ghép 4 kênh tín hiệu nên bộ WDM Mux sử dụng là Mux 4x1
4.2.Thiết kế bộ thu quang:
- Bộ tách kênh Demux 1x4
- PIN kết hợp bộ lọc thông thấp Bessel
Ngoài ra để quan sát chất lượng tín hiệu đầu thu còn có thiết bị đo Ber, genarator 3R
được đặt ở vị trí thích hợp.

PTIT - H10VT5

3

Nhóm 11


Thông tin quang 2

Thiết kế tuyến thông tin quang

4.3 Thiết kế môi trường truyền dẫn:
Do môi trường truyền dẫn sử dụng sợi quang G655 ( sợi quang dịch tán sắc khác không)
như vậy cần phải thiết kế sợi quang G655 với các thông số đặc trưng.
Truy nhập thư viện : Defaults-> optical fibers library-> optical fibers. Kích đúp vào
sợi cáp và thay đổi các thông số của sợi.
Khi kích đúp vào sợi quang thì xuất hiện bảng:
Mục Main
• Label : cho phép ta thay đổi tên của sợi quạng (Đặt là G655).
• Length : cho phép thay đổi chiều dài của sợi quang.
• Attenuation: cho phép thay đổi suy hao sợi quang : với sợi này tại cửa sổ 1550 có
suy hao là 0.35dB/km.
Mục Disp cho thay đổi giá trị của tán sắc và độ dốc tán sắc .
• Dispersion: Nhập giá trị 6 ps/nm/km
• Dispersion Slope: Nhập giá trị độ dốc tán sắc chọn giá trị 0.09 ( hoặc 0.07, 0.05
tùy ta dùng sợi dịch tán săc nào) ps/nm2/km.
Thường thì ta chọn giá trị là 0.09ps/nm2/km.

PTIT - H10VT5

4

Nhóm 11


Thông tin quang 2

Thiết kế tuyến thông tin quang

Mục PMD hệ số tán sắc mode phân cực có giá trị lớn nhất là 0.1ps/km1/2
Nhập giá trị này và tích vào mục Disp, kết thúc bằng OK.
• Ta đi tính chiều dài cực đại của từng chặng theo phương pháp tinh thời gian
tăng của xung
Ta có thời gian tăng sườn xung của laser diode là t LD = 0,1ns
Thời gian tăng sườn xung của diode tách quang là tPS = 0,2ns
STM – 4= 622,08 Mb/s = 0.62208 Mb/s
Sợi G655 sử dụng mã NRZ
tNRZ = 0,7/ 0,62208 = 1,125 ns
Giả sử chọn Lmax = 60km.
ttb = D∑ = D * Lmax * ∆λ
( Theo bài ra sử dụng sợi G655 hoạt động tại λ = 1550nm có hệ số tán sắc tổng
D = 20 ps/(nm.km)
Suy ra ttb = 20 ps/(nm.km) * 60km * 1nm = 1200 ps = 1,2 ns
tht =

(t2LD + t2PS + t2tb) =

( 0,12 + 0.22 + 1.22) = 1,22 ns

Suy ra tht > tNRZ không thỏa mãn
Chọn Lmax = 50km khi đó ttb = 20 ps/(nm.km) * 50km * 1nm = 1000 ps = 1ns
tht =

(t2LD + t2PS + t2tb) =

( 0,12 + 0.22 + 1 2) = 1,014 ns

tht < tNRZ thỏa mãn
Vậy chiều dài cực đại là Lmax = 50km.
• Thiết kế sợi bù tán sắc:
Do sợi G655 có độ tán sắc nhỏ nên việc giảm tán sắc được thực hiện bằng sợi bù tán
sắc DCF.
Theo tính toán tính chất của sợi bù tán sắc ta thấy cứ 1km sợi DCF có thể bù tán
sắc cho 5km sợi SMF. Vậy với sợi có Lmax = 50km suy ra chọn sợi DCF có chiều dài là
50/5 = 10km.
+ Tính toán thông số của sợi bù tán sắc:
• Sợi G655 có chiều dài là L1= 50km.
• Độ tán sắc là : D1= 4.4 ps/nm.km.
• Độ dốc tán sắc : 0.05ps/nm^2.km.
• Chiều dài sợi bù tán sắc ( DCF) là L2 =10km
• Thì độ bù tán sắc D2= -D1×L1/L2.= -70×4.4/10=-30.8 ps/nm.km.

PTIT - H10VT5

5

Nhóm 11

Thông tin quang 2

Thiết kế tuyến thông tin quang

• Độ dốc tán sắc : 0.075ps/nm^2.km.
Do khoảng cách đường truyền lớn để thuận tiện cho việc mô phỏng chúng ta sử
dụng bộ Sloop đóng vai trò như một bộ nhân các vòng lặp.
Việc thay đổi giá trị Loop cho phép ta thay đổi số vòng lặp tùy theo chiều dài của
sợi sử dụng, và nếu như hệ thống truyền tốc độ cao có sự suy hao tán sắc thì cần dùng
thêm bộ bù tán sắc DCF hợp lý. Với cụ ly truyền dẫn là 600km: Nếu ta chọn Sợi G655
dài 50Km, sợi DCF dài 10km thì ta sẽ Loop= 600/(50 + 10)=10 lần. Việc thay đổi Loop
cũng được thực hiện bởi việc kích đúp Loop control và thay đổi thông số, kết thúc
bằng OK.

+ Khuếch đại tín hiệu (EDFA): Defaults-> Amplifiers otipcal-> EDFA ->
Optical Amplifier.
Do tín hiệu được truyền trên sợi quang với cự ly truyền dẫn dài , nên gây ra suy hao sợi
quang, và suy giảm công suất phát tín hiệu. Để khắc phục hiện tượng suy giảm công suất
và suy hao tín hiện đối với hệ thống WDM sử dụng bộ khuếc đại EDFA. Với hệ số
khuếch đại G đúng bằng lượng suy hao trên tuyến.
Trong hệ thống G=
PTIT - H10VT5

6

Nhóm 11


Thông tin quang 2

Thiết kế tuyến thông tin quang

4.4 Mô hình mô phỏng toàn hệ thống

4.5 .Thiết lập thông số toàn cục
Các tham số toàn cục bao gồm có:
• Tốc độ bít ( bít rate)= 10Gbit/s
• Chiều dài chuỗi bít (Bít Sequence length)= 128 bít.
• Số lượng mẫu trên mỗi bít ( Number of samples per bit)= 64.
Các thông số toàn cục này sẽ ảnh hưởng tới tất cả các thành phần trong thiết kế có sử
dụng. Các tham số trên được sử dụng để tính toán :
• Cửa sổ thời gian (Time Window)= chiều dài chuỗi bít × 1/ tốc độ bít= -> cửa sổ
thời gian = 128×1/ 10000000000= 12.8×10-9(s).
• Số lượng mẫu (Number of samples)= chiều dài chuỗi bít* số mẫu trên một bít
Số lượng mẫu = 128×64=8192.
• Tốc độ lấy mẫu (sample rate)= số lượng mẫu / cửa sổ thời gian.
Tốc độ lấy mẫu = 8192/ 12.8×10^-9=640000000000(Hz).
Cách Thiết lập thông số toàn cục
- Để thiết lập thông số toàn cục thực hiện như sau:
• Cách 1: kích đúp vào màn hình Layout.
• Cách 2:Layout -> Parameters từ công cụ Menu.
Khi đó màn hình parameters xuất hiện:

PTIT - H10VT5

7

Nhóm 11

Thông tin quang 2

Thiết kế tuyến thông tin quang

Thay đổi các thông số của các phần tử trong dự án
•

Thực hiện kích đúp vào phần tử cần thay đổi tham số -> hộp thoại về các tham số
của phần tử xuất hiện .
• Di chuyển con trỏ đến các giá trị thích hơp.
• Tiến hành nhập giá trị cần thay đổi.
Quan tâm tới ba chế độ của tham số là Norman, Script và Sweep:
+ Trong đó chế độ Scrip được thực hiện khi tham số này là tham số toàn cục, nó có liên
quan đến tất cả các phần tử khác trong hệ thống.
+ Chế độ Sweep được sử dụng khi thực hiện quét tham số.

PTIT - H10VT5

8

Nhóm 11


Thông tin quang 2

Thiết kế tuyến thông tin quang

• Hệ thống sử dụng có băng tần:∆f= 100 Ghz.
• Bước sóng trung tâm sử dụng: λ=1552.52 nm.
• Vận tốc ánh sáng : C=3*10 8m/s.

• Khoảng cách các bước sóng: ∆λ=( ∆f ˣλ2 )/ C= 0.8nm.
Giả sử chọn frequency của CW lazer = 1552 nm.
Thì các kênh tiếp theo có giá trị hơn kém nhau là 0.8nm.
Tại mục Power cho phép ta nhập công suất phát quang có giá trị phù hợp với từng kênh

PTIT - H10VT5

9

Nhóm 11


Thông tin quang 2

Thiết kế tuyến thông tin quang

Quy tắc thay đổi giá trị của các tham số hệ thống
Thông số quan tâm đó là :
•

Chiều dài sợi G655 L1(Km), độ tán sắc D1(Ps/nm.km), Độ dốc tán sắc
S1(ps/nm2.km), và hệ số tán sắc mode phân cực (PMD ) <= 0,2 ps/km1/2 .
Để bù tán sắc cho một kênh thì yêu cầu là :
D1×L1 + D2×L2=0
D2=-(L1×D1)/L2.
Để bù tán sắc cho nhiều kênh thì yêu cầu là:
D1( λn)L1 +D2(λ2)L2= 0.
Trong đó : λ(n) là bước sóng của kênh n.
Nếu dùng DCF cho tất cả các kênh thì đường bao tán sắc S2 nên có “ giá trị âm”.
S2= -S1(L1/L2)=-S1(D2/D1)

PTIT - H10VT5

10

Nhóm 11


Thông tin quang 2

Thiết kế tuyến thông tin quang

5. Kết quả thực hành
5.1 Các tham số mô phỏng chi tiết
Thông số nguồn Laser

 Thông số bộ ghép kênh quang WDM:

 Thông số sợi quang:

PTIT - H10VT5

11

Nhóm 11


Thông tin quang 2

Thiết kế tuyến thông tin quang

 Thông số bộ khuếch đại EDFA:

5.2. Kết quả mô phỏng
5.2.1. Kết quả mô phỏng theo phương án thiết kế ban đầu
 Quang phổ tín hiệu phát:

PTIT - H10VT5

12

Nhóm 11


Thông tin quang 2

Thiết kế tuyến thông tin quang

 Quang phổ tín hiệu thu:

 Công suất tín hiệu phát:

PTIT - H10VT5

13

Nhóm 11


Thông tin quang 2

Thiết kế tuyến thông tin quang

 Công suất tín hiệu thu:

 Tỉ lệ lỗi bit BER:
•

Kênh 1

• Kênh 2

PTIT - H10VT5

14

Nhóm 11


Thông tin quang 2

Thiết kế tuyến thông tin quang

Kênh 3

PTIT - H10VT5

15

Nhóm 11

Thông tin quang 2

Thiết kế tuyến thông tin quang

Kênh 4

PTIT - H10VT5

16

Nhóm 11


Thông tin quang 2

Thiết kế tuyến thông tin quang

5.2.2. Sự thay đổi của các tham số để đạt được BER = 10-12:

Kết luận:Bài báo cáo chúng em xin được kết thúc tại đây.Mặc dù rất cố gắng
trong quá trình thiết kế,tuy nhiên vẫn còn một số hạn chế và thiếu sót,rất mong được sự
góp ý của thầy giáo và các bạn.
PTIT - H10VT5

17

Nhóm 11

Thông tin quang 2

Thiết kế tuyến thông tin quang

Em xin chân thành cảm ơn!

PTIT - H10VT5

18

Nhóm 11