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 năng của mô hình.

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC HIỆN.
3.3.1
3.3.2
3.3.3

Kết quả sau khi 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 năng WDM
Hình 1.5 Cấu trúc bên trong 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 khi mô phỏng
Hình 3.2 Biểu đồ quang phổ trước và sau khi 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 con người đã biết sử dụng các phương phát như:
lửa, khối hoặc cờ ám hiệu để truyền tin. Ngày nay công nghệ mạng quang
WDM ra đợi đã tạo nên những bước phát triển rất lớn cho các mạng
truyền tải. Với sự ra đời của công nghệ WDM đã đáp ứng được những
nhu cầu tăng lên rất lớn về băng thông.

Ngày nay 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, rồi đến những liên kết cấu trúc mạng phức tạp hơn để phù
hợp với những yêu cầu đáp ứng mạng được đặt ra. Tuy nhiên, do 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 đối với hệ thống WDM. Tán sắc làm hạn chế khoảng cách
truyền dẫn cũng như tốc độ của hệ thống, gây ra lỗi bit làm xuống cấp
nghiêm trọng đặc tính của hệ thống. Do đó vấn đề quản lý tán sắc trong
hệ thống WDM đã và đang 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 trong 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, trong 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 ra 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 năng của hệ thống WDM
- Ở lõi của hệ thống WDM gồm có một số nhỏ các chức năng của
lớp vật lý. Điều này được miêu tả trong 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 năng WDM
-

Hệ thống thực hiện các chức năng chính như 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 như 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 hiện đại sử dụng các bộ
ghép kênh để kết hợp các tín hiệu. Có một số các suy hao vốn
có đi cùng với các bộ ghép và tách kênh. Các suy hao này phụ
thuộc vào số các kênh thông tin nhưng 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 trong truyền
dẫn sợi quang. Các ảnh hưởng này có thể được giảm bớt bằng
cách điều chỉnh các biến như 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 ra. Mặc dù, thao tác này được đưa ra chỉ là
ngược lại của phương phát kết hợp tín hiệu nhưng 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 năng này, một hệ thống WDM
cũng phải được trang bị các giao diện khách để nhận tín hiệu
vào. Chức năng này được thực hiện 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 như 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 do ánh sáng không bức xạ ra bên ngoài.
• Sợi quang được phân loại theo điện môi như 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 như 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 trong sợi quang.


Thiết bị phát quang
- Thành phần: nguồn phát ( đây 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 trong 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 trong sợi quang để
thực hiện 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 ra.
- 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 trong 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 khi
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 năng thiết kế, đo kiểm tra và thực hiện tối ưu hóa rất nhiều loại
tuyến thông tin quang, dựa trên khả năng mô hình hóa các hệ thống
thông tin quang trong thực tế. Bên cạnh đó, phần mềm này cũng có
thể dễ dàng mở rộng do 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 trên 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 con ( subsystem )
Để việc mô phỏng được thực hiện 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 con 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 ra nhiều thiết kế, nhờ đó
người sử dụng có thể tạo ra 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 nhưng kết quả tính toán của các phiên bản khác nhau có thể được
kết hợp lại, cho phép so sánh các phiên bản thiết kế một cách dễ dàng.
• Ngôn ngữ scipt mạnh
Người sử dụng có thể nhập các biểu diễn số học của tham số và tạo ra các
tham số toàn cục. Các tham số toàn cục này sẽ được dùng chung cho tất
cả các phần tử và hệ thống con 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 như các kết quả tính toán được của thiết kế tùy theo yêu cầu
của người sử dụng. Các báo cáo tạo ra được tổ chức dưới dạng text, dạng
bảng tinh, đồ thị 2D và 3D. Cũng có thể kết xuất báo cáo dưới dạng file
HTML hoặc dưới 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 hiện lặp lại một cách tự động với các giá
trị khác nhau của tham số để đưa ra các phương án khác nhau 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 năng hoạt động của các khối mô phỏng:
Chức năng hoạt động của mô hình.
Pseudo Random bit Sequence Generator: data cần truyền

NRZ Generator: tạo ra 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 1 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 khi mô phỏng.

Hình 3.1 Kết quả BER sau khi mô phỏng

3.3.2

Phân tích kết quả mô phỏng.


Hình 3.2 Biểu đồ quang phổ trước và sau khi 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 0 và 1, do đó tỉ lệ BER tăng và SNR giảm, làm ảnh hưởng đến
chất lượng dịch vụ viễn thông. Và ảnh hưởng tán sắc trên sợi
quang là 1 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 trong sợi quang bị dãn rộng ra
và điều này gây nên méo tín hiệu sẽ làm xuống cấp đặc tính hệ
thống, xung tín hiệu dãn quá có thế gây ra hiện tượng xen phủ các
xung kề nhau và khi sự xen phủ vượt quá 1 mức giới hạn nào đó
thì thiệt bị thu quang không còn phân biệt nổi các xung này nữa
và sẽ dẫn đến xuất hiện lỗi tín hiệu.
 Để giảm ảnh hưởng của tán sắc trong quá trình truyền ta dùng các
phần bù tán sắc, thông thường thì các phần bù này được đặt trong
đường truyền quang sau mỗi 100km. ( TD/span, thời gian trên 1


đoạn đc truyền ). Do xung ánh sáng đi trong sợi quang sau 1km
sẽ dãn ra X ps/km. Hệ số CD cho từng bước sóng khác nhau 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 như trên thì
công suất kênh gần như đã đồng đều tại giá trị 0 dBm và công suất
sau truyền dẫn cũng đã cân bằng xung quanh giá trị 4 dBm với độ
sai lệnh công suất lớn nhất giữa bộ lặp là ~ 7 dBm.
Việc ứng dụng sợi quang DCF với phổ khuếch đại rộng trải toàn bộ
băng thông, đã bù lại phần suy hoa do sợi quang khi truyền tải
trong 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, khi tuyến truyền dẫn sủ dụng nhiều bộ khuếch đại
thì chính đặc tính này sẽ gây ra hiện tượng bão hòa đối với một số
bước sóng, trong khi các bước sóng khác vẫn được khuếch đại
tuyến tính. Hiện tượng này dẫn đến tỉ số tín hiệu/ nhiễu bị giảm có
khả năng gây mất tín hiệu.

TÀI LIỆU THAM KHẢO.
 />t=9562








/>CmVBO4FUnj3pHrqITaYAtlrDZGOoZiI2H5o8/e
dit#slide=id.g169ee2cedc_4_287

[Govind_P._Agrawal]_FiberOptic_Communication_Syst(BookFi)
/>v=MYWTJiJsA6M