Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang tốc độ cao

- MAI HÙNG TIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG TỐC ĐỘ CAO LUẬN VĂN THẠC SỸ NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: BÙI VIỆT KHÔI HÀ NỘI – 2010 Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang tốc độ cao Mai Hùng Tiệp 1 Cao học Điện Tử MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG VÀ GHÉP KÊNH QUANG THEO BƯỚC SÓNG .
- Lịch sử phát triển thông tin quang .
- Nguyên lý hoạt động của một hệ thống thông tin quang .
- Các phương pháp ghép kênh quang .
- Kỹ thuật ghép kênh quang tần số .
- Kỹ thuật ghép kênh quang thời gian .
- Kỹ thuật ghép phân bước sóng WDM .
- Công nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM .
- Chức năng của hệ thống WDM .
- Sự phát triển của WDM trong thời gian qua CHƯƠNG 2: CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG DWDM .
- Bộ chuyển đổi bước sóng OUT .
- Nguyên lý hoạt động .
- Ghép kênh quang OMUX và tách kênh quang ODMUX .
- Phương pháp ghép kênh sử dụng các bộ lọc Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang tốc độ cao Mai Hùng Tiệp 2 Cao học Điện Tử .
- Phương pháp ghép kênh sử dụng cách tử nhiễu xạ .
- Công thức cách tử .
- Các bộ tách ghép bước sóng sử dụng cách tử .
- Phương pháp ghép sợi .
- Phương pháp ghép xoắn sợi .
- Phương pháp mài ghép .
- Nhược điểm của phương pháp ghép sợi .
- Các bộ khuếch đại quang .
- Nguyên lý hoạt động của EDFA .
- Các phương pháp khuếch đại EDFA .
- Các vấn đề truyền dẫn trong khuếch đại EDFA .
- Khuếch đại Raman .
- Bộ xen/rẽ kênh quang OADM .
- Các module bù tán sắc DCM .
- Truyền dẫn sợi quang .
- Sợi quang dịch chuyển vị trí tán sắc khác không NZ-DSF .
- Nguyên lý và ứng dụng của sợi quang NZ-DSF .
- Sợi quang bù tán sắc DCF .
- Nguyên lý cơ bản của bù tán sắc .
- Tính năng và kết của của sợi bù tán sắc DCF .
- Sợi quang tán sắc bằng phẳng DFF CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠNG WDM TẠI EVN TELECOM .
- Cấu trúc hệ thống WDM .
- Các yếu tố ảnh hưởng đến việc thiết kế WDM .
- Suy hao của sợi quang và băng thông Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang tốc độ cao Mai Hùng Tiệp 3 Cao học Điện Tử .
- Số kênh bước sóng .
- Tán sắc .
- Hiệu ứng trộn bốn bước sóng FWM .
- Bảo vệ dựa trên bước sóng riêng biệt .
- Hiện trạng hệ thống viễn thông tại EVN Telecom .
- Thiết kế hệ thống đường trục mạch .
- Yêu cầu đối với hệ thống .
- Các tuyến cáp quang sử dụng cho hệ thống DWDM mạch .
- Thiết bị thông tin .
- Sơ đồ chi tiết hệ thống DWDM trên đường trục mạch .
- Tính toán các thông số hệ thống .
- Tính toán tán sắc .
- Bảng thống kê suy hao hệ thống và tỉ số OSNR sau khi tính toán .
- Cấu hình OADM xen rẽ 2 bước sóng .
- Cấu hình OADM xen rẽ 1 bước sóng .
- Cấu hình REG Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang tốc độ cao Mai Hùng Tiệp 4 Cao học Điện Tử .
- Cấu hình OLA CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG TRONG DWDM .131 4.1.
- Mô phỏng tuyến quang từ Hà Nội đến Nho Quan KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang tốc độ cao Mai Hùng Tiệp 5 Cao học Điện Tử LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung được đề cập trong luận văn “Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang tốc độ cao” được viết dựa trên kết quả nghiên cứu theo đề cương của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn của TS.
- Bùi Việt Khôi cùng với kết quả thiết kế hệ thống thông tin quang thực tế của công ty viễn thông điện lực – EVN Telecom Mọi thông tin và số liệu tham khảo đều được trích dẫn dầy đủ nguồn và sử dụng đúng luật bản quyền quy định.
- Học viên Mai Hùng Tiệp Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang tốc độ cao Mai Hùng Tiệp 6 Cao học Điện Tử DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1.
- Sự phân chia các băng sóng Bảng 2.1: Suy hao của các module bù tán sắc Bảng 3.1: Các thông số cơ bản đối với OM Bảng 3.2.
- Bảng phân bố bước sóng band C cho hệ thống DWDM 40 kênh Bảng 3.5.Tốc độ bit và dung lượng của các loại OUT Bảng 3.6: Tính toán tán sắc PMD đối với đường trục mạch Bảng 3.7.
- Tính toán suy hao và tán sắc đối với hệ thống DWDM Bảng 3.8.
- Tính toán phần suy hao hệ thống WDM Bảng 4.1.
- Kết quả kênh 1 sau khi tách Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang tốc độ cao Mai Hùng Tiệp 7 Cao học Điện Tử DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1.
- Sơ đồ khối hệ thống thông tin quang Hình 1.2.
- Sự gia tăng nhu cầu truyền thoại và truyền số liệu Hình 1.3 Sơ đồ tuyến thông tin quang sử dụng kỹ thuật OTDM Hình 1.4 Minh họa kỹ thuật OTDM Hình 1.5 Hệ thống ghép kênh theo bước sóng song hướng và đơn hướng Hình 1.6 Sơ đồ chức năng hệ thống WDM Hình 1.7 Sự phát triển của các hệ thống WDM Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ thống DWDM Hình 2.2: Nguyên lý hoạt động của OUT Hình 2.3: Ứng dụng của OUT Hình 2.4: Nguyên lý ghép/tách bước sóng Hình 2.5: Cấu trúc của bộ lọc điện môi giao thoa Hình 2.6: Cấu trúc bộ tách hai kênh sử dụng bộ lọc giao thoa Hình 2.7: Cấu trúc cơ bản của một bộ tách nhiều bước sóng Hình 2.8: Một bộ tách vi quang 5 kênh thực tế Hình 2.9: Cấu trúc cơ bản của bộ tách nhiều kênh sử dụng bộ lọc giao thoa gắn trực tiếp vào sợi Hình 2.10: Thiết bị OMUX – ODMUX 4 bước sóng Hình 2.11: Thiết bị MUX-DEMUX 3 bước sóng Hình 2.12: Nguyên lý hoạt động của phương pháp sử dụng cách tử phản xạ Hình 2.13: Nguyên lý hoạt động của phương pháp sử dụng cách tử truyền xạ Hình 2.14: Tìm công thức cách tử Hình 2.15: Cách tử pha Hình 2.16 :Sơ đồ bộ ghép kênh sử dụng cách tử của Finke Hình 2.17: Bộ tách Littrow Hình 2.18: Bộ tách sử dụng cách tử nhiễu xạ Planar và gương lòng chảo Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang tốc độ cao Mai Hùng Tiệp 8 Cao học Điện Tử Hình 2.19: Cách tử lòng chảo Hình 2.20: Sơ đồ cấu trúc thiết bị tách kênh quang sử dụng cách tử lòng chảo Hình 2.21: Phương pháp nóng chảy Hình 2.22: Phương pháp mài ghép Hình 2.23: Bộ ghép kênh 4 bước sóng bằng phương pháp nóng chảy nối tiếp các sợi đơn mode Hình 2.24: Giản đồ năng lượng của Erbium Hình 2.25: Cấu trúc cơ sở của bộ khuếch đại EDFA Hình 2.26: Phổ khuếch đại của EDFA Hình 2.27: Khuếch đại EDFA một tầng Hình 2.28: Khuếch đại EDFA với băng tần C sử dụng bộ lọc Hình 2.29: Khuếch đại EDFA hai tầng Hình 2.30: Cấu trúc chung của một bộ OADM Hình 2.31: OADM cố định Hình 2.32: OADM có thể cấu hình lại Hình 2.33: Nguyên lý bù tán sắc của cách tử Bragg Hình 2.34.
- Tán sắc bằng phẳng của sợi quang Hình 3.1: Cấu trúc hệ thống DWDM Hình 3.2.
- Cơ chế bảo vệ 1 : n trong hệ thống DWDM tương tự Hình 3.5.
- Sơ đồ chi tiết hệ thống đường trục DWDM Hình 3.7.
- Cấu hình tuyến quang Hà Nội – Hà Tĩnh Hình 3.8 Cấu hình tuyến quang Hà Tĩnh – Đà Nẵng và Đà Nẵng - Pleiku Hình 3.9.
- Cấu hình tuyến quang Pleiku - HCM Hình 3.10.
- Cấu hình chi tiết cho toàn tuyến quang mạch Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang tốc độ cao Mai Hùng Tiệp 9 Cao học Điện Tử Hình 4.1.
- Sơ đồ mô phỏng chặng Hà Nội – Nho Quan Hình 4.2.
- So sánh phổ tín hiệu quang sau bộ ghép kênh và trước bộ tách kênh Hình 4.3.
- Phổ tín hiệu kênh 1 trước và sau khi qua bộ tách ghép kênh Hình 4.5.
- Đồ thị mắt – Q factor Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang tốc độ cao Mai Hùng Tiệp 10 Cao học Điện Tử DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ADM Add-Drop Multiplexer Bộ xen/rớt kênh ASE Amplified Spontaneous Emission Nhiễu tự phát được khuếch đại APD Avalanche Photo-Diode Photodiode thác lũ APS Automatic Protection Switching Chuyển mạch bảo vệ tự động ASK Amplitude Shift Keying Khoá dịch biên độ ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền không đồng bộ AWG Arrayed-Wavegiude Grating Cách tử ống dẫn sóng ma trận BA Booser Amplifier Bộ khuếch đại công suất đầu phát BER Bit Error Ratio Tỉ lệ lỗi FBG Bragg Fiber Grating Cách tử sợi Bragg BW BandWidth Ðộ rộng dải thông DCF Dispersion Compensated Firber Sợi bù tán sắc DCG Dispersion Compensating Grating Cách tử bù tán sắc DCM Dispersion Compensator Module Module bù tán sắc DEM Dispersion-Equalization Module Module điều chỉnh tán sắc DFA Doped-Fiber Amplifier Bộ khuếch đại quang sợi pha tạp chất DGD Differential Group Delay Trễ nhóm DSF Dispersion Shifted Firber Sợi tán sắc dịch chuyển DWDM Dense Wavelength Division Multiplex Ghép kênh theo bước sóng quang dày đặc Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang tốc độ cao Mai Hùng Tiệp 11 Cao học Điện Tử DXC Digital Cross Connect Bộ kết nối chéo số EDF Erbium Doped Fiber Sợi quang trộn Erbium EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier Bộ khuếch đại quang sợi trộn Erbium FPA Fabry-Perot Amplifier Bộ khuếch đại Fabry-Perot FSK Frequency Shift Keying Khoá dịch tần số FSR Free Spectral Range Dải phổ tự do FTTH Fiber To The Home Quang hóa đến tận nhà FWM Four Wave Mixing Trộn bốn bước sóng IL Insertion Loss Suy hao xen IP Internet Protocol Giao thức mạng Internet LA Line Amplifier: Khuếch đại quang đường truyền LAN Local Area Network: Mạng nội bộ LWPF Long Wavelength Pass Filter: Lọc thông bước sóng dài MOR Multi-Wavelengh Optical Repeater Trạm lặp đa kênh quang MSK Minimum Shift-Keying Khoá dịch tối thiểu MUX Multiplexer Bộ ghép kênh MZF Mach-Zehnder Filter Bộ lọc Mach-Zehnder MZI Mach – Zehnder Interferometer Bộ gia thoa Mach – Zehnder NE Network Element Phần tử mạng NF Noise Figure Hệ số tạp âm NL Non-Linear Phi tuyến NrREG non-regenarative Repeater Trạm lặp quang NRZ Non Return to Zero Mã không trở về 0 OA Optical Amplifier Bộ khuếch đại quang OADM Optical Add-Drop Multiplexer Bộ xen/rớt kênh quang Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang tốc độ cao Mai Hùng Tiệp 12 Cao học Điện Tử OC Optical Channel Kênh quang OCh Optical Channel layer Lớp kênh quang OCh-P Optical Chanel-Path Ðường kênh quang OCh-S Optical Channel-Section Ðoạn kênh quang ODM Optical Demultiplexer Bộ tách bước sóng quang OFA Optical Fiber Amplifier Bộ khuếch đại quang sợi OLT Optical Line Terminal Bộ kết cuối đường quang OM Optical Multiplexer Bộ ghép bước sóng quang OMS Optical Multiplex Section Lớp đoạn ghép kênh quang OPM Optical Performance Monitor Thiết bị giám sát mạng quang OSC Optical Supervision Channel Kênh giám sát quang OSNR Optical Signal to Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên tạp âm quang OTDM Optical Time Division Multiplex Ghép kênh quang phân chia thời gian OTS Optical Transmission Section Ðoạn truyền dẫn quang OTU Optical Transmit Unit Bộ chuyển phát quang OXC Optical Cross-Connect Bộ kết nối chéo quang PA Pre_Amplifier Bộ tiền khuếch đại PDH Plesiochrounous Digital Hierachy Phân cấp số cận đồng bộ PIN Positive Intrinsic Nagative Điốt PIN PLL Phase - Locked Loop Vòng khoá pha PMD Polarization Mode Dispersion Tán sắc mode phân cực PSK Phase Shift Keying Khoá dịch pha RA Raman Amplifier Bộ khuếch đại Raman RL Reflectance/Return Loss Suy hao phản hồi SBS Stimulated Brillouin Scattering Tán xạ do kích thích Brillouin SCM SubCarrier Modulation Ðiều chế sóng mang phụ Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang tốc độ cao Mai Hùng Tiệp 13 Cao học Điện Tử SDH Synchronous Digital Hierachy Phân cấp số đồng bộ SNR Signal to Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên tạp âm SOA Semiconductor Optical Amplifier Bộ khuếch đại quang bán dẫn SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ SPM Self Phase Modulation Tự điều pha SRS Stimulated Ramam Scattering Tán xạ do bị kích thích Raman STM Synchronous Transport Module Môdun truyền tải đồng bộ SWPF Short Wavelength Pass Filter Lọc thông bước sóng ngắn TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh theo thời gian TE Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo bước sóng Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang tốc độ cao Mai Hùng Tiệp 14 Cao học Điện Tử LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, các hệ thống thông tin quang đã chiếm lĩnh hầu hết các tuyến truyền dẫn trọng yếu trên mạng lưới viễn thông và được coi là phương thức truyền dẫn có hiệu quả nhất trên các tuyến vượt biển, xuyên lục địa và được sử dụng như phương thức truyền dẫn chính.
- Để đáp ứng nhu cầu truyền tải lớn do sự bùng nổ thông tin trong xã hội, đặc biệt là sự phát triển của các dịch vụ băng thông rộng, mạng truyền dẫn đòi hỏi phải có sự phát triển mạnh cả về quy mô và trình độ công nghệ nhằm tạo ra các cấu trúc mạng bao gồm các hệ thống truyền dẫn quang hiện đại.
- Các hệ thống thông tin quang trong thời gian tới phải đảm bảo có tốc độ cao, cự ly xa, có cấu trúc hệ thống linh hoạt, độ tin cậy cao… Trong các hệ thống thông tin trước đây sử dụng phương pháp truyền dẫn truyền thống SDH, một sợi quang chỉ truyền dẫn một bước sóng với một nguồn phát quang ở phía phát và một bộ tách sóng quang ở phía thu.
- Với một hệ thống như vậy, dải phổ của tín hiệu quang truyền qua sợi thực tế rất hẹp so với dải thông mà các sợi quang có thể truyền dẫn.
- Nếu muốn tăng dung lượng của hệ thống thì phải thêm sợi quang.
- Thực tế cho thấy, khi tốc độ đường truyền đạt tới một mức nào đó sẽ xuất hiện các hạn chế của các mạch điện trong việc nâng cao tốc độ cũng như kéo dài cự ly truyền dẫn.
- Khi tốc độ đạt tới hàng trục Gbit/s, bản thân các mạch điện tử sẽ không thể đảm bảo đáp ứng được các xung điện cực kỳ hẹp, thêm vào đó chi phí cho các giải pháp trên tuyến truyền dẫn trở nên khá tốn kém.
- Do đó, các kỹ thuật ghép kênh quang như OTDM, OFDM, SCM, WDM đã ra đời nhằm khắc phục được các hạn chế trên.
- Mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm riêng.
- Trong đó nổi trội hơn cả là kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng - WDM, và WDM đã mở ra hướng phát triển mới cho mạng viễn thông.
- Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang tốc độ cao Mai Hùng Tiệp 15 Cao học Điện Tử CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG VÀ GHÉP KÊNH QUANG THEO BƯỚC SÓNG 1.1.
- Lịch sử phát triển thông tin quang: Quá trình phát triển của thông tin quang nó được bắt đầu từ các phương tiện sơ khai là khả năng nhận biết của con người là chuyển động, hình dáng ,màu sắc của sự vật thông qua đôi mắt .
- Tiếp đó một hệ thống thông tin điều chế đơn giản xuất hiện bằng cách sử dụng các đèn hải đăng , các đèn báo hiệu .Sau đó, năm 1971 VC.Chape phát minh ra một máy điện báo quang.Thiết bị này sử dụng khí quyển như là một môi trường truyền dẫn và do đó chịu ảnh hưởng của các điều kiện về thời tiết .Để giải quyết hạn chế này, Marconi đã sáng chế ra máy điện báo vô tuyến có khả năng thực hiện thông tin giữa những người gửi và người nhận ở xa nhau .
- Đầu năm 1880, A.G.Bell-người phát sinh ra hệ thống điện thoaị đã nghĩ ra một thiết bị quang thoại có khả năng biến đổi dao động của máy hút ánh sáng .
- Tuy nhiên, sự phát triển tiếp theo của hệ thông này đã bị bỏ bễ do sự xuất hiện hệ thống vô tuyến .
- Sự nghiên cứu hiện đại về thông tin quang được bắt đầu bằng sự phát minh thành công của Laser năm 1960 và bằng khuyến nghị của Kao và Hockham năm 1966 về việc chế tạo sợi quang có tổn thất thấp.
- Bốn năm sau ,Kapron đã có thể chế tạo các sợi quang trong suốt có độ suy hao truyền dẫn khoảng 20db/km .Được cổ vũ bởi sự thành công này các nhà khoa học và các kỹ sư trên khắp thế giới đã bắt đầu tiến hành các hoạt động và nghiên cứu phát triển và kết quả là các công nghệ mới về giảm suy hao truyền dẫn , về tăng dải thông , về các Laser bán dẫn.
- đã được phát triển thành công trong những năm 70, độ tổn thất của sợi quang đã được giảm đến 0,18db/km .Hơn nữa trong những năm 70, Laser bán dẫn có khả năng thực hiện dao động ở nhiệt độ khai thác đã được chế tạo .
- Dựa trên các công nghệ sợi quang và Laser bán dẫn giờ đây đã có thể gửi một khối lượng lớn các tín hiệu âm thanh/dữ liệu đén các địa điểm cách xa hàng trăm km bằng một sợi quang có

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