Đề tài một số phương pháp tính toán trong thiết kế tuyến thông tin quang tốc độ cao

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
--------o0o--------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài: Một số phương pháp tính toán trong thiết
kế tuyến thông tin quang tốc độ cao
Giáo viên hướng dẫn: TS Bùi Trung Hiếu
ThS Vũ Hoàng Sơn
Sinh viên thực hiện

: Lê Đức Vượng


Tổng quan về thiết kế tuyến thông tin quang
Một số phương pháp tính toán trong thiết kế tuyến thông
tin quang
Tính toán theo giá trị xấu nhất của các tham số

Tính toán theo số liệu thống kê


Mô hình tuyến thông tin quang

Tổng quan về thiết kế tuyến thông
tin quang
Tuyến thông tin bao gồm các thành phần
 Phần phát quang
 Phần truyền dẫn
 Phần thu quang

Tổng quan về thiết kế tuyến thông
tin quang

Các tham số ảnh hưởng đến thiết kế tuyến thông
tin quang
Suy hao
Tán sắc
Nhiễu
Quỹ thời gian
Các hiệu ứng phi tuyến


Tổng quan về thiết kế tuyến thông
tin quang
Suy hao
Lmax

Pt
1
= 10 log(
)
α
Prec

Lmax: chiều dài cực đại tuyến quang
α : Hệ số suy hao sợi quang
Pt: Công suất đầu vào sợi quang
Prec: Độ nhạy thu

Tán sắc

Tổng quan về thiết kế tuyến thông
tin quang
Hiệu ứng phi tuyến
Khái niệm: Hiệu ứng được gọi là phi tuyến nếu các tham số của
nó phụ thuộc vào cường độ ánh sáng
Tự điều chế pha

Điều chế pha chéo

Hiệu ứng trộn bốn sóng


Tổng quan về thiết kế tuyến thông
tin quang
 Tổng quan về các phương pháp thiết kế
 Quỹ công suất
cT = PT − prec = 2lc + α f L + lsp + M s

lc
αf
l sp
Ms

 Quỹ thời gian lên
Điều kiện:
Thời gian lên:
Với

0.35 / B
Tr ≤ 
0.7 / B

2
2
Tr = Ttr2 + T fib
+ Trec

2 +T2
T fib = Tmod
GVD ≈ D L∆λ

Suy hao bộ nối quang
Hệ số suy hao sợi
Tổng suy hao các mối hàn
Dự phòng hệ thống


Tổng quan về thiết kế tuyến thông tin
quang
Thiết kế theo cách tiếp cận tiêu chuẩn
Thiết kế trong trường hợp xấu nhất
Là phương pháp mà tất cả các tham số quang được
tính tại điều kiện hết thời gian sử dụng của thiết bị

Thiết kế với giá trị thống kê
Là phương pháp mà khi tính toán thì các tham số hệ
thống được biểu diễn bằng phân bố thống kê.

 Tính toán theo các giá trị xấu nhất của các tham số
 Tính toán với tán sắc

Một số1.819
phương
phá
p
n
h
n
trong
D:tí
Hệ
số
tátoá
n sắc (ps/nm.km)
.650 ε
L: Chiều dài (km)
DL =
thiế
t kế
tuyế
ε : phầntin
chu kìquang
bít được mở rộng tối đa
 1.932
 n thông
B
0.5

2

λ2 B 


f

 + Γν2



B: Tốc độ bít (Gbps)
Γv: Phổ tần số (GHz)
f : Chu trình làm việc

- Trường hợp tốc độ bít thấp/phổ rộng
DLBλ2 Γv ≈ 1.819.650ε

hoặc

DLBΓλ ≈ 6.069.7ε

- Trường hợp tốc độ bít cao/phổ hẹp
D L B 2 λ2 ≈ 941.826ε f


Tính toán theo các giá trị xấu nhất của
các tham số
Tính toán giá trị epsilon (ε) thông qua công thức

- Đối với lase đơn mode
P (dB)

ε

0.5

0.2

1

0.3

2

0.48

- Đối với lase đa mode
PMPN

2

 1 
−π2ε2  
= −10 log10 1 − 2 kQ 1 − e
 

 






Khi bù công suất là 1dB, hệ số Q=6.36, k = 0.7 thì ε = 0.115


Tính toán theo các giá trị xấu nhất
của các tham số
Thiết kế sử dụng bù tán sắc: Có hai kĩ thuật sử dụng để bù tán sắc
Kĩ thuật bù trước
Kĩ thuật bù sau


Tính toán theo các giá trị xấu nhất
của các tham số
Tính toán OSNR cho tuyến điểm điểm
Việc thiết kế dựa vào OSNR thì phải đảm bảo OSNR tầng cuối cùng nằm trong
giới hạn cho phép của hệ thống và vì thế đáp ứng được tỉ số lỗi bít.
Với hệ thống:

OSNR cho mỗi tầng
OSNR hệ thống:

OSNR =

Pin
NFstage hv∇f

N
1

1
1
1
1
1
=
+
+
+ ... +
=∑
OSNR final OSNR1 OSNR2 OSNR3
OSNRN i =1 OSNRi


Tính toán theo các giá trị xấu nhất
của các tham số
 Tính toán OSNR cho tuyến điểm điểm
 Với hệ thống N tầng khuếch đại, suy hao mỗi chặng Г (dB), thì
OSNR tầng cuối cùng được cho bởi biểu thức:
OSNR =

Pin
NFΓhv∇fN

 Loga hai vế: OSNR = 158.93 + Pin − Γ(dB) − NFdB − 10 log N − 10 log ∇f
Với ∇f = 0.1nm

thì

OSNR = 58 + Pin − Γ(dB ) − NFdB − 10 log N

Tính toán theo các giá trị xấu nhất
của các tham số

 Tính toán với xuyên âm quang
 Xuyên âm liên kênh
CC = d − I + 10 log10 (k − 1)
Tổng quát:

dB

-I A
-I NA

CC = d + 10 log10  2 × 10 10 + (k − 3)10 10



Trường hợp đơn kênh gây nhiễu:
Trường hợp đa kênh gây nhiễu:






dB

CC


r + 1 

10
PC = 10 log10 1 − 10

r −1 



dB

2CC


2
 10 10
 r +1  
PC = − 5 log10 1 −
Q 2

k −1
r −1  







Tính toán theo các giá trị xấu nhất của
các tham số
 Tính toán với xuyên âm
- Xảy ra khi kênh gây nhiễu và kênh sử dụng tại cùng
bước sóng danh định.
- Bù xuyên âm được tính toán
Trường hợp đơn kênh gây nhiễu:

Trường hợp đa kênh gây nhiễu



r −1

r +1
PI = 10 log10 
C
CI
I
 r −1
r

+ 10 10 − 4
10 10
r +1
 r +1










dB


1 

CI
1
+

r 
PI = − 5 log10 1 − 4 × 10 10 Q' 2
2
 1 

1 −  

 r 


dB


Tính toán theo số liệu thống kê
 Một số khái niệm

Xác suất ngừng hoạt động của hệ thống: Là xác
−12
10
suất tỉ số lỗi bít BER lớn hơn

Mức ý nghĩa hệ thống: được xác định khi xác suất
tham số hệ thống vượt quá một giá trị x nào đó.
Ngưỡng xác suất hoạt động Pth :là mức ý nghĩa tối
đa của mỗi tham số hệ thống còn có thể chấp nhận
được


Tính toán theo số liệu thống kê
 Các bước tính toán


Tính toán theo số liệu thống kê
Suy hao thống kê
A = α L + α s x + αc y

α: Hệ số suy hao của sợi quang
αs : Suy hao ghép nối trung bình
αc: Suy hao trung bình connector
x: số mối ghép nối
y: Số connector
L: Chiều dài tuyến

Tán sắc màu thống kê
- Khi các sợi quang khác nhau được kết nối với nhau thì tán sắc màu
kết hợp là tổng của các tán sắc riêng rẽ.

- Các thống kê hệ số tán sắc: Giá trị trung bình µ và độ lệch chuẩn σ


Tính toán theo số liệu thống kê
Tán sắc màu thống kê
Các thống kê dạng chuỗi đối với sợi quang
- Hệ số tán sắc trung bình:

D ( λ) =

1
∑ D( λ ) i
n i

DTot ( λ ) = µ( λ ) ±

- Sử dụng định lí giới hạn trung tâm:

3
σ( λ )
n

- Với chiều dài đoạn cực đại là Lseg, chiều dài tuyến Ltot thì:
 LSeg
DTot ( λ ) = µ( λ ) ± 3
 LTot

- Khi đó tán sắc tổng:

1/ 2





σ( λ )

(

CDTot ( λ ) = LTot µ( λ ) ± 3 LSeg LTot

) 1 / 2 σ( λ )

Với tuyến quang nhiều loại sợi quang: Thì các giới hạn xác suất
được tính lại với xác suất giống nhau, kết hợp với độ lệch Gausse ±3σ,
nhưng các phương trình được chia thành các phần thành phần trung bình và
độ lệch chuẩn trước khi chúng kết hợp lại với nhau.


Thiết kế tuyến thông tin quang là một công việc khó khăn và
phức tạp. Sau một thời gian nghiên cứu, đồ án đã trình bày một
số vấn đề sau:
Nêu một số tham số ảnh hưởng đến thiết kế tuyến quang. Trình
bày tổng quát các phương pháp thiết kế và phương pháp thiết kế
theo giới hạn và theo giá trị thống kê.
Đưa ra các công thức tính toán của các tham số trong phương
pháp thiết kế xấu nhất và phương pháp thống kê.
Hướng nghiên cứu: Trong đồ án mới chỉ đề cập được đến một
tham số hệ thống được tính toán thống kê trong phương pháp tính
toán theo giá trị thống kê, còn các tham số khác giống với trường

hợp tính toán theo giá trị giới hạn. Việc tính toán nhiều tham số
thống kê vẫn tiếp tục được nghiên cứu.