Nghiên cứu bù tán sắc trong truyền dẫn thông tin quang

- ĐỖ NAM KHÁNH NGHIÊN CỨU BÙ TÁN SẮC TRONG TRUYỀN DẪN THÔNG TIN QUANG Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện Tử LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS.
- HOÀNG PHƯƠNG CHI Hà Nội - 2010 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ kỹ thuật “Nghiên cứu bù tán sắc trong truyền dẫn thông tin quang” là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
- Những số liệu, thông tin được sử dụng trung thực.
- 21 CHƯƠNG 2 MỘT SỐ THAM SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG Tán sắc.
- 22 2.1.2 Tán sắc vận tốc nhóm.
- 25 2.1.3 Tán sắc vật liệu.
- 27 2.1.4 Tán sắc ống dẫn sóng.
- 29 2.1.5 Tán sắc bậc cao.
- 31 2.1.6 Tán sắc mode phân cực PMD.
- 33 2.2 Ảnh hưởng của tán sắc đến hệ thống thông tin.
- 37 2.2.3 Tán sắc giới hạn tốc độ truyền dẫn.
- 54 CHƯƠNG 3 CÁC PHƯƠNG PHÁP BÙ TÁN SẮC VÀ ỨNG DỤNG BÙ TÁN SẮC TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN TRUYỀN DẪN TỐC ĐỘ CAO Sự cần thiết phải quản lý tán sắc.
- 66 3.4 Các sợi bù tán sắc.
- 86 Luận văn tốt nghiệp Học viên: Đỗ Nam Khánh 33.8 Các hệ thống sóng ánh sáng đường dài.
- 91 3.8.1 Ánh xạ tán sắc theo chu kỳ.
- 96 3.9 Các hệ thống dung lượng lớn.
- 98 3.9.2 Bù tán sắc điều hướng.
- 101 3.9.3 Quản lý tán sắc bậc cao.
- 113 3.10.3 Tán sắc.
- 114 3.10.4 Độ tán sắc qua thực nghiệm.
- 116 CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP BÙ TÁN SẮC TRONG MẠNG TRUYỀN DẪN THÔNG TIN QUANG CỦA VTN.
- 117 4.1 Giải pháp bù tán sắc trên mạng đường trục backbone của VTN.
- 117 4.2 Thông số bù tán sắc trên mạng truyền dẫn ring phía bắc của VTN.
- 129 4.2.1 Thông số bù tán sắc trên mạng ring WDM miền bắc của VTN.
- 129 4.2.2 Thông số bù tán sắc trên mạng WDM metrolink Hà Nội của VTN 130 KẾT LUẬN.
- 134 Luận văn tốt nghiệp Học viên: Đỗ Nam Khánh 4Danh mục các hình vẽ Hình 1.1 Nhu cầu về băng thông Internet trong những năm gần đây.
- Hình 1.2 Cấu tạo của một sợi quang thông thường.
- Hình 1.3 Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng.
- Hình 1.4 Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang.
- Hình 1.5 Sợi đa mode chiết suất nhảy bậc Hình 1.6 Sợi đa mode chiết suất liên tục.
- Hình 1.7 Sợi đơn mode chiết suất nhảy bậc sử dụng nguồn phát laser.
- Hình 1.8 Sợi đơn mode.
- Hình 1.9 Sợi đa mode.
- Hình 2.1 Khi ánh sáng trắng truyền qua lăng kính, các bước sóng khác nhau sẽ bị uốn cong với các góc khác nhau tạo thành hiện tượng cầu vồng Hình 2.2 Ánh sáng lan truyền trong sợi quang bị tán sắc Hình 2.3 Chỉ số chiết suất n và chỉ số ng thay đổi theo bước sóng ở sợi thủy tinh.
- ..28 Hình 2.4 Tán sắc ống dẫn sóng.
- Hình 2.5 Tham số b và các vi phân của nó thay đổi theo tham số V.
- Hình 2.6 Tán sắc tổng D và các tán sắc DM, DW cho sợi đơn mode thông dụng.
- .....31 Hình 2.7 Bước sóng phụ thuộc vào tham số tán sắc D đối với các sợi tiêu chuẩn, sợi dịch tán sắc, và sợi tán sắc phẳng Hình 2.8 Hiện tượng tán sắc mode phân cực PMD.
- Hình 2.9 Hệ số giãn xung phụ thuộc vào cự ly truyền dẫn đối với các xung Gaussian đầu vào bị chirp.
- Hình 2.10 Giới hạn tốc độ bit của sợi đơn mode phụ thuộc vào cự ly.
- Hình 2.11 Ảnh hưởng của hiệu ứng tự điều chế pha SPM.
- Hình 2.12 Ảnh hưởng của hiệu ứng điều chế xuyên pha XPM.
- Hình 2.13 Hiệu ứng FWM.
- Hình 2.14 Giản đồ năng lượng của quá trình tán xạ Raman.
- Hình 2.15 Phổ khuếch đại Raman của sợi Silic ở bước sóng bơm λp = 1μm.
- Hình 2.16 Ảnh hưởng của tán xạ Raman.
- Hình 3.2 Sơ đồ kỹ thuật dịch tần trước được sử dụng để bù tán sắc Hình 3.3 Bù tán sắc sử dụng mã FSK Hình 3.4 Các vạch tuyến dọc của tín hiệu 16Gb/s được truyền đi 70km chiều dài sợi tiêu chuẩn Hình 3.5 Dịch tần áp dụng ngang xung khuếch đại cho một vài giá trị của Ein/Esat..
- 65 Hình 3.6 Tán sắc giới hạn khoảng cách truyền dẫn như là một hàm của công suất phát đối với các xung Gaussian và siêu Gaussian ở tốc độ bit là 4Gb/s và 8Gb/s.
- ...67 Hình 3.7 (a) Biểu đồ của một DCF có sử dụng sợi mode bậc cao (HOM) và hai cách tử chu kỳ dài (LPG) (b) Phổ tán sắc của DCF.
- Hình 3.8 Quản lý tán sắc trong đường truyền sợi đường dài có sử dụng các bộ lọc quang sau mỗi bộ khuếch đại.
- Hình 3.9 (a) Một mạch sóng ánh sáng phẳng sử dụng chuỗi giao thoa Mach -Zehnder.
- Hình 3.12 Hệ số truyền và độ trễ thời gian là một hàm của bước sóng đối với cách tử đều trong đó κ(z) biến thiên tuyến tính từ 0 đến 6cm-1 trên độ dài 11cm.
- Hình 3.13 Bù tán sắc bằng cách tử sợi dịch tần tuyến tính Hình 3.14 Hệ số phản xạ và độ trễ thời gian của cách tử sợi dịch tần tuyến tính có băng thông 0,12nm.
- Hình 3.15 Mô hình bù tán sắc bằng hai bộ lọc truyền dạng sợi Hình 3.16 Thiết lập thí nghiệm để bù tán sắc thông qua biến đổi phổ giữa nhịp trong sợi dịch tán sắc dài 21km Hình 3.17 Vòng lặp sợi xoay vòng được sử dụng để truyền tín hiện 10Gb/s đi 10000km chiều dài sợi tiêu chuẩn trên cơ sở áp dụng DCF theo chu kỳ.
- Luận văn tốt nghiệp Học viên: Đỗ Nam Khánh 6Hình 3.18 Các cách tử xếp tầng được sử dụng để bù tán sắc trong hệ thống WDM.100 Hình 3.19 (a) Mô tả phổ phản xạ và (b) toàn bộ GVD như một hàm của điện áp cho cách tử sợi với gradient nhiệt độ.
- 103 Hình 3.20 Độ nhạy của máy thu trong thí nghiệm 160Gb/s, là một hàm của tán sắc có (hình vuông) và không có (hình tròn) cách tử Bragg dạng sợi (CFBG.
- 104 Hình 3.21 Dạng xung sau khi xung đầu vào 2,6 ps được truyền đi 300km bằng sợi dịch tán sắc (β2 = 0.
- 105 Hình 3.22 Mô hình của bộ bù PMD quang (a) và điện (b.
- 108 Hình 3.23 Bù PMD điều hưởng do cách tử sợi dịch tần lưỡng chiết.
- 109 Hình 3.24 Hệ số mở rộng xung là hàm của DGD trung bình trong bốn trường hợp.
- 111 Hình 3.25 Sợi quang tinh thể PCF.
- 112 Hình 3.26 Mặt cắt một số loại sợi quang tinh thể.
- 113 Hình 3.27 Một số dạng cấu trúc sắp xếp các lỗ khí trong PCFs.
- 114 Hình 3.28 Tán sắc của sợi PCFs có các tinh thể quang sắp xếp theo hình tam giác và lõi chiết suất cao khi cố định Λ = 2,3 µm.
- 115 Hình 3.29 Tán sắc của sợi PCFs có các tinh thể quang sắp xếp theo hình tam giác.116 Hình 3.30 Cửa sổ kết quả tán sắc.
- 116 Hình 4.1 Sơ đồ khối bộ lọc FIR và IIR của bộ bù tán sắc trước trong miền điện.
- 118 Hình 4.2 Chế độ tự động quét tán sắc trên hai đầu thiết bị thu và phát.
- 119 Hình 4.3 Công cụ TR control dùng để quét tán sắc trên card WT.
- 119 Hình 4.4 Bản tin trao đổi thông tin bù tán sắc giữa hai thiết bị.
- 120 Hình 4.5 Hiệu quả bù tán sắc phía phát.
- 120 Hình 4.6 Sơ đồ khối của bộ bù tán sắc phía thu bước sóng tốc độ 40Gbps trong miền điện.
- 121 Hình 4.7 Hiệu quả bù tán sắc phía thu.
- 121 Hình 4.8 Sơ đồ mạng lưới backbone của VTN.
- 121 Hình 4.9 Sơ đồ mạng lưới ring miền bắc của VTN.
- 129 Hình 4.10 Sơ đồ mạng lưới Metrolink tại Hà Nội của VTN.
- 130 Luận văn tốt nghiệp Học viên: Đỗ Nam Khánh 7 Danh mục các bảng Bảng 4.1 Bảng một số giá trị bù tán sắc tại bước sóng tốc độ 10,7Gbps trên mạng truyền dẫn backbone của VTN.
- 125 Bảng 4.2 Bảng một số giá trị bù tán sắc tại bước sóng tốc độ 44,5Gbps trên mạng truyền dẫn backbone của VTN.
- 128 Bảng 4.3 Bảng một số giá trị bù tán sắc tại bước sóng tốc độ 10,7Gbps trên mạng truyền dẫn ring phía bắc của VTN sử dụng thiết bị Huawei.
- 130 Bảng 4.4 Bảng một số giá trị bù tán sắc tại bước sóng 1546nm tốc độ 40Gbps trên mạng truyền dẫn metrolink Hà Nội của VTN sử dụng thiết bị Alcatel - Lucent.
- 131 Luận văn tốt nghiệp Học viên: Đỗ Nam Khánh 8Danh mục các ký hiệu các chữ viết tắt AM Amplitude Modulation Điều chế biên độ BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit BPF Bandpass filter Bộ lọc thông dải CD Chromatic Dispersion Tán sắc sắc thể DCF Dispersion Compensating Fiber Sợi bù tán sắc DCM Dispersion Compensation Module Khối bù tán sắc DFB Distributed Feedback Hồi tiếp phân tán DSCM Dispersion Static Compensation Module Khối bù tán sắc cố định EA Electroabsorption Modulator Bộ điều chế hấp thụ điện EDFA Erbium Dopped Fibre Amplifier Bộ khuếch đại quang sợi Ebrium eDOC Electric Domain Optical Controller Miền điều khiển quang - điện FBG Fiber Gragg Grating Cách tử Bragg sợi FM Frequency Modulation Điều tần FP Fabry-Perot Khoang cộng hưởng FSK Frequency Shift Keying Khóa dịch pha tần số FTTH Fiber to The Home Đường quang tốc độ cao FWHM Full width at Half Maximum Độ rộng tối đa tại nửa cực đại FWM Four-Wave Mixing Trộn bốn sóng GI Graded Index Sợi đa mode chiết suất liên tục GVD Group Velocity Dispersion Tán sắc vận tốc nhóm IPTV Internet Protocol Television Mạng truyền hình trên Internet ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số liên kết đa dịch vụ LAN Local Area Network Mạng nội bộ Luận văn tốt nghiệp Học viên: Đỗ Nam Khánh 9MMF Multimode Fibre Sợi đa mode MZ Mach-Zehnder Interferometer Bộ giao thoa kế Mach-Zehner NLS Nonlinear Schroedinger Schroedinger phi tuyến OPC Optical Phase Conjugation Kết hợp pha quang PC Polarization Controller Bộ điều khiển phân cực POF Plastic Optical Fiber Cáp sợi quang bằng chất dẻo PMD Polarization Mode Dispersion Tán sắc mode phân cực PSP Principal State of Polarization Trạng thái phân cực chính RMS Root-Mean-Square Trị hiệu dụng RZ Return to Zero Trở về không SBS Stimulated Brillouin Scattering Tán xạ Brillouin kích thích SI Step Index Sợi đa mode chiết suất nhảy bậc SMF Single Mode Fibre Sợi quang đơn mode SOA Semiconductor Optical Amplifier Bộ khuếch đại quang bán dẫn SOP State of Polarization Trạng thái phân cực SPM Self of Polarization Tự điều chế pha SRS Stimulated Raman Scattering Tán xạ Raman kích thích SW Optical Switch Hệ chuyển mạch quang VoD Video on Demand Truyền hình theo yêu cầu VoIP Voice over Internet Protocol Thoại qua giao thức Internet VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo VTN Vietnam Telecom National Công ty Viễn thông liên tỉnh Việt Nam WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo bước sóng WT Wavelength transponder Biến đổi bước sóng XPM Cross Phase Modulation Điều chế xuyên pha ZD Zero - Dispersion Tán sắc bằng không Luận văn tốt nghiệp Học viên: Đỗ Nam Khánh 10LỜI NÓI ĐẦU Công nghệ mạng truyền dẫn thông tin quang tốc độ cao ra đời đã tạo nên những bước phát triển mạnh mẽ cho ngành viễn thông.
- Ngày nay các hệ thống thông tin quang đường trục, các hệ thống truyền dẫn dung lượng lớn đều sử dụng công nghệ WDM, với những tuyến liên kết điểm - điểm, những liên kết cấu trúc mạng phức tạp phù hợp với những yêu cầu mà mạng thông tin đặt ra.
- Một trong những ảnh hưởng đó phải kể đến đầu tiên chính là các ảnh hưởng của tán sắc đối với hệ thống truyền dẫn.
- Tán sắc làm hạn chế khoảng cách truyền thông cũng như tốc độ của hệ thống, gây ra lỗi bit làm xuống cấp nghiêm trọng đặc tính của hệ thống truyền dẫn.
- Do đó, vấn đề quản lý tán sắc trong hệ thống WDM nói riêng và hệ thống thông tin quang nói chung đã và đang rất được quan tâm.
- Đây chính là một đề tài hay cuốn hút em khám phá và tìm hiểu, nên em quyết định nghiên cứu tán sắc và các phương pháp bù tán sắc trong mạng thông tin truyền dẫn quang.
- Hoàng Phương Chi đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện giúp đỡ em hoàn thành luận văn tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu bù tán sắc trong truyền dẫn thông tin quang.
- Hình 1.1 Nhu cầu về băng thông Internet trong những năm gần đây.
- 1.2 Giới thiệu chung về sợi quang Hệ thống thông tin truyền thông tin từ nơi này đến nơi khác mà khoảng cách giữa các nơi có thể từ vài trăm mét tới hàng trăm km, thậm chí tới hàng chục ngàn km.
- Hệ thống thông tin quang sử dụng tần số sóng mang cao trong vùng nhìn thấy hoặc gần hồng ngoại của phổ sóng điện từ.
- Hệ thống thông tin quang sợi là hệ thống thông tin bằng ánh sáng, và sử dụng các sợi quang để truyền thông tin.
- Trong những năm gần đây, các hệ thống thông tin quang sợi - hay thường là các hệ thống thông tin quang - chính là các hệ thống truyền dẫn chủ đạo, là nền tảng của công cuộc hiện đại hóa các mạng lưới viễn thông trên thế giới.
- 1.2.1 Lịch sử phát triển sợi quang Các hệ thống thông tin quang chỉ khác về nguyên lý so với các hệ thống viba ở dải tần số sóng mang dùng để mang thông tin.
- Tuy nhiên, hệ thống thông tin quang có thể cho phép con người thực hiện thông tin với lượng kênh rất lớn vượt gấp nhiều lần các hệ thống viba.
- Cho tới đầu những năm 1980, các hệ thống thông tin trên sợi dẫn quang đã được phổ biến khá rộng với vùng bước sóng làm việc 1300nm.
- 1.2.2 Ưu điểm của sợi quang Cùng với công nghệ chế tạo các nguồn phát và thu quang, sợi dẫn quang đã tạo ra các hệ thống thông tin quang với nhiều ưu điểm trội hơn hẳn so với các hệ thống thông tin cáp kim loại.
- Hiện tại, giá trị băng thông của hệ thống sợi quang chưa sử dụng hết nhưng sợi quang có thể truyền tải thông tin ở tốc độ một vài Ghz qua khoảng cách hàng trăm km và hàng trăm Mhz qua khoảng cách hàng ngàn km mà không cần sự can thiệp về điện (dùng bộ lặp).
- Vì thế, dung lượng mang thông tin của hệ thống thông tin quang lớn hơn nhiều so với hệ thống cáp đồng tốt nhất.
- Sợi quang được chế tạo với độ suy hao 0,2dB/km và đặc tính này trở thành lợi thế chính của thông tin quang.
- Vì thế hoạt động của hệ thống thông tin quang không bị ảnh hưởng khi truyền qua môi trường nhiễu điện.
- Hơn nữa, đặc tính này làm cho việc truyền thông tin của sợi quang trở nên phù hợp những môi trường có điện lớn hay sát nguồn điện.

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt