Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Hệ thống Truyền dẫn Quang Tốc độ Cao - Đoàn Thị Hồng

Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN Đoàn Thị Hồng TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP --------------------------------------- LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN QUANG TỐC ĐỘ CAO KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ ĐOÀN THỊ HỒNG TN 2012 THÁI NGUYÊN 2012 HV: Đoàn Thị Hồng Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.vn/ Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP --------------------------------------- LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN QUANG TỐC ĐỘ CAO Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Học viên: ĐOÀN THỊ HỒNG Người HD Khoa học: PGS. LẠI KHẮC LÃI THÁI NGUYÊN – 2012 HV: Đoàn Thị Hồng Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.vn/ Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài luận văn thạc sỹ khoa học: "Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao” là do tôi thực hiện với sự hướng dẫn của PGS. Đây không phải là bản sao chép của bất kỳ một cá nhân, tổ chức nào. Các số liệu, kết quả trong luận văn đều do tôi làm thực nghiệm, xác định và đánh giá.

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những nội dung mà tôi đã trình bày trong Luận văn này. Thái Nguyên, ngày. năm 2012 HỌC VIÊN Đoàn Thị Hồng HV: Đoàn Thị Hồng Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.vn/ Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ………………………………………………………………….1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG. Khái quát chung.

Ƣu nhƣợc điểm của hệ thống thông tin quang. Nhược điểm. Cấu hình hệ thống thông tin quang. Các thông số truyền dẫn quang cơ bản.

Các sợi quang đơn mode dùng trong hệ thống quang tốc độ cao. Suy hao tín hiệu truyền trong sợi quang. Hấp thụ tín hiệu trong sợi quang. Suy hao do tán xạ.

Suy hao uốn cong sợi. Tán sắc tín hiệu truyền trong sợi quang. Tán sắc vật liệu. Tán sắc dẫn sóng.

Tán sắc vận tốc nhóm. Tán sắc bậc cao .Tán sắc phân cực mode. 16 CHƢƠNG 2: TUYẾN TRUYỀN DẪN QUANG TỐC ĐỘ CAO…………. Nguồn phát quang tốc độ cao (dùng cho hệ thống 40Gbit/s).

Laser phản hồi phân tán DFB. Phương thức điều chế nguồn phát quang tốc độ cao(hệ thống 40Gb/s). Ưu điểm của nguồn điều chế ngoài. Nguyên lý điều chế ngoài.

Bộ thu quang tốc độ cao (dùng cho hệ thống quang 40Gbit/s). 25 CHƢƠNG 3: ẢNH HƢỞNG CỦA NHIỄU TRONG TUYẾN TRUYỀN DẪN QUANG TỐC ĐỘ CAO. Khuêch đại đƣờng truyền. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động.

Các đặc tính cơ bản của EDFA. Hệ số khuếch đại. Bão hoà hệ số khuếch đại. 36 HV: Đoàn Thị Hồng Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.vn/ Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao 3.

Hấp thụ và bức xạ giữa các phần:. Các phương trình tốc độ hạt mang và khuếch đại. Độ đài tối ưu của EDFA:. Tạp âm và hệ số tạp âm.

Các ứng dụng của EDFA. Bộ khuếch đại công suất (BA-Booster Amplifier):. Tiền khuếch đại (PA: Pre-Amplifer). Khuếch đại đường dây(LA-Line Amplifier).

Lựa chọn hệ thống sử dụng EDFA. Một số hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao (40Gb/s)………………. Sơ lược về hệ thống. Phương pháp đánh giá hoạt động của hệ thống.

Hệ thống truyền dẫn 40Gb/s RZ trên tuyến có độ tán sắc được quản lý (DM line). Giải pháp xung ổn định (DM soliton). Các đặc trưng truyền dẫn của hệ thống 40Gb/s với giải pháp xung DM. Hệ thống truyền dẫn 40Gb/s RZ với điều chế đồng bộ thông thường.Cấu trúc hệ thống 40Gb/s sử dụng giải pháp điều chế đồng bộ thông thường.

Đặc trưng của hệ thống truyền dẫn 40Gb/s với điều chế đồng bộ thông thường. Hệ thống truyền dẫn RZ 40Gb/s với điều chế đồng bộ cải tiến. Cấu trúc của hệ thống 40Gb/s sử dụng công nghệ điều chế đồng bộ cải tiến. Đặc trưng truyền dẫn của hệ thống 40Gb/s với điều chế đồng bộ cải tiến.

62 CHƢƠNG 4: ẢNH HƢỞNG CỦA TÁN SẮC VÀ BÙ TÁN SẮC TRONG HỆ THỐN QUANG TỐC ĐỘ CAO. Ảnh hƣởng của tán sắc đến hệ thống. Các xung Gaussian bị lệch tần (chirp). Tán sắc giới hạn tốc độ truyền dẫn.

Ảnh hưởng của chirp tần số. Bù tán sắc trong hệ thống. Bù tán sắc bằng sùi tán sắc cao. Kỹ thuật bù trước.

Ảnh hƣởng của các hiệu ứng phi tuyến đến hệ thống thông tin quang. Các hiệu ứng liên quan đến hiệu ứng KERR. Hiệu ứng Self-phase ModulatioD (SPM). 76 HV: Đoàn Thị Hồng Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.vn/ Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao 4.

Hiệu ứng Cross-phase Modulation (XPM). Hiệu ứng Four-wave Mixing (FWM). Các hiệu ứng liên quan đến tán xạ. Hiệu ứng Raman (SRS).

Hiệu ứng Brillouin (SBS). 86 CHƢƠNG 5: MÔ PHỎNG TÍNH TOÁN CHO TUYẾN TRUYỀN DẪN QUANG. Sơ đồ thuật toán của chƣơng trình. Các chức năng chính của phần mềm:.

Các chức năng chính của phần mềm:. Các form chính của phần mềm. Các hàm thiết kế chính:. Hàm nhập thiết bị EDFA:.

Hàm xoá thiết bị EDFA. Hàm thiết kế tuyến. Hàm tính toán thông số hệ thống. Hàm mô phỏng hệ thống trình bày trong chương 6.103 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

104 HV: Đoàn Thị Hồng Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.vn/ Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao CÁC TỪ VIẾT TẮT APD : Avalanche Photodiode ASE : Amplified Spontaneous Emission BA : Booster Amplifier BER : Bit Error Rate DFB : Distributed Feedback DM : Dispersion Management DSF : Dispersion Shifted Fiber EDFA : Erbium Doped Fiber Amplifier ESA : Excited State Absorption FWHM : Full Width Half Max FWM : Four Wave Mixing GVD : Group Velocity Dispersion LA : Line Ampifier LD : Laser Diode LEAF : Lerger Effective Area Fiber MZ : Mach - Zehnder MMF : Multi-Mode Fiber NRZ : Non_Return to Zero NZ-DSF : Nonzero Dispersion Shifted Fiber NEP : Noise Equivalent Power NF : Noise Figure O/E : Optical- Electric converter OEIC : Optoelectronic Intergrated Circuit PA : Power Amplifier PMD : Polarization Mode Dispersion PRBS : Psedo-Random Bit Sequences PIN : P_type Intrinsic N_type HV: Đoàn Thị Hồng Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.vn/ Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao SBS : Simulated Brilium Scattering SOA : Semiconductor Optical Amplifier SNR : Signal to Noise Rate SMF : Single Mode Fiber SPM : Self Phase Modulation SRS : Stimulated Raman Scattering TL : Teralight RZ : Return to Zero WDM : Wavelength Division Multiplexing XPM : Cross Phase Modulation HV: Đoàn Thị Hồng Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.vn/ Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. Tán sắc của các loại sợi SMF. DSF và NZ-DSF .2 Các đặc tính suy hao theo bước sóng của sợi dẫn quang với các cơ chế. Sự suy hao do uốn cong thay đổi theo bán kính R.

Chỉ số chiết suất và chỉ số nhóm. Tham số b và các vi phân của nó d (Vb) và Vd2 thay đổi theo V. Các loại tán sắc cho sợi đơn mode. M: tán sắc vật liệu G: tán sắc dẫn sóng; T: tán sắc tổng P: tán sắc do mặt cắt gây ra, R: tán sắc dư.

Tán sắc phân cực mode trong sợi quang. Cấu trúc của DFB. 2 Nguồn phát sử dụng kĩ thuật điều chế ngoài. Bộ điều chế Mach-zehnder.

Sơ đồ nguyên lý của một bộ biến điệu điện quang Mach-zehnder. Bộ điều chế âm quang. Cấu trúc bộ thu quang tổ hợp OEICs .1: Các cấu trúc cơ bản của bộ khuếch đại quang EDFA .2: Các mức năng lượng trong EDFA. Giản đồ năng lương của Er3+qe.

Bơm 1540nm, do ảnh hưởng Stark nên xảy ra sự tách biệt trong mức cơ bản và mức gần ổn định ra nhiều mức nhỏ riêng biệt. Hai loại bơm (a)bơm dọc (b) bơm ngang. Tính năng của 3 phương thức bơm. Phổ khuếch đại của EDFA ở bước sóng bơm 980nm.

Quan hệ giữa hệ số khuếch đai và nồng độ trộn Er3+ .9 miêu tả sự thay đổi hệ số khuếch đại, mức nhiễu, công suất bão hòa. Đặc tuyến vào ra của EDFA .Phổ hấp thụ của Er ở bước sóng 1540 nm. độ dài sợi EDF. Hàm mật độ phổ công suất của tạp âm ASE.

Minh họa cách tính NF. Hệ số tạp âm của EDFA. 44 Hình 3 16: Các ứng dụng của EDFA. 45 HV: Đoàn Thị Hồng Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.vn/ Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao Hình 3.

Cấu hình của hệ thống 40Gb/s RZ trên tuyến Dm gồm SMF và DCF. Sự phát triển của độ rộng xung quang phổ và Dchirp được đo tại EDFA (a) Độ rộng phổ; (b) Dchirp. Độ rộng phổ và Dchirp xung DM đươc đo ở một EDFA như một hàm của năng lương xung. Khoảng cách truyền dẫn qua đó hệ số Q>7 trong hệ thống 40Gb/s trong tuyến DM gồm SMF.

Cấu trúc của hệ thống 40Gb/s RZ dùng công nghệ điều chế đồng bộ đội tuyến thông thường và cấu trúc cua bộ điều chế đồng bộ. Chỉ ra khoảng cách truyền dẫn cho hệ số Q >7 trong hệ thống 40Gb/s với sự điều chế đồng thông thường như được chỉ ra ở hình 5. Dạng sóng của xung.Cấu trúc của hệ thống 40 Gb/s RZ sử dụng công nghệ điều chế đồng bộ nội tuyến cải tiến. Khoảng cách truyền dẫn của hệ thống 40Gb/s RZ với Q> 7 trên tuyến.

Sự phát triển độ rộng xung, độ rộng phổ và Dchirp khi một xung đơn được truyền trên tuyến DM với điều chế đồng bộ cải tiến. Sự phát triển dạng sóng của xung trên tuyến DM với điều chế đồng bộ cái tiến (a)sự truyền dẫn xung đơn; truyền dẫn 2 xung …………………………………. Hệ số giãn xung phụ thuộc vào cự ly truyền dẫn đối với các xung Gaussian. 2 Giới hạn tốc độ bít của sợi đơn mode phụ thuộc vào cự ly.

Đặc tính tán sắc của hai sợi DCF. Thông số các sợi quang và sợi bù tương ứng.4 Sự phụ thuộc của FWM vào D trong sợi quang. Sự tương tác giữa photon và phonon quang. Hiện tượng Raman nghiêng.

Phổ khuếch đại Ra man của silic ở bước sóng bơm p 1 m. 86 HV: Đoàn Thị Hồng Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.vn/ Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1. Một số loại sợi NZ-DSF .So sánh các công nghệ ghép bước sóng:. Thông số các sợi quang và sợi bù tương ứng.

74 HV: Đoàn Thị Hồng Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.