Luận Văn Hệ thống ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, mặc dù các hệ thống thông tin quang đơn mode đã là một mạng thông tin tiên tiến, nhưng nó chưa tận dụng được băng thông lớn của sợi quang một cách hữu hiệu, do mỗi sợi quang chỉ truyền được 1 kênh. Vì thế, cần phải cải thiện các hệ thống thông tin quang có sẵn bằng các kỹ thuật tiến tiến với chi phí thấp. Kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM (Wavelengh Division Multiplexer) ra đời, cho phép nâng cao dung lượng truyền dẫn của hệ thống lên rất lớn mà không cần phải tăng thêm sợi quang và tận dụng được băng tần lớn của sợi quang do có thể ghép nhiều kênh bước sóng trên cùng một sợi quang. Kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong các mạng viễn thông. Sự phát triển của công nghệ WDM cùng với công nghệ khuếch đại quang và chuyển mạch quang sẽ tạo nên một mạng thông tin thế hệ mới: mạng thông tin toàn quang.
Xuất phát từ mong muốn tìm hiểu hệ thống thông tin quang sử dụng kỹ thuật WDM và được sự đồng ý của Thầy hướng dẫn, em đã thực hiện đề tài tốt nghiệp: “Hệ thống ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng” .

Đề tài gồm 4 chương được khái quát như sau:

Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin quang.
Chương này trình bày khái quát về quá trình phát triển của hệ thống thông tin quang, sơ đồ nguyên lý, đặc điểm, những vấn đề còn tồn tại và xu thế phát triển của hệ thống quang hiện nay.

Chương 2: Hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng WDM.
Trong đó, nghiên cứu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM, các công nghệ và thiết bị, các kỹ thuật cần quan tâm trong hệ thống ghép kênh quang theo bước sóng.

Chương 3: Biện pháp khắc phục các ảnh hưởng đến chất lượng của hệ thống.
Nội dung chương này gồm các phương pháp khắc phục ảnh hưởng của tán sắc sợi, ảnh hưởng và cách khắc phục ảnh hưởng của hiệu ứng quang phi tuyến.

Chương 4: Ứng dụng của WDM.
Hệ thống WDM được ứng dụng trong các hệ thống điểm-điểm dung lượng lớn, mạng phân bố và quảng bá, mạng WDM đa truy nhập đơn chặng và đa chặng.

Mặc dù em đã cố gắng hết sức trong quá trình làm đề tài, nhưng do thời gian và trình độ còn hạn chế, nên không tránh được có những sai sót nhất định trong cuốn đồ án này. Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của Quý Thầy, Cô cùng toàn thể các bạn để nội dung đồ án được hoàn thiện hơn.

MỤC LỤC

Tờ bìa Trang
Nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp
Lời mở đầu i
Mục lục iii
Thuật ngữ viết tắt vii
Danh mục hình vẽ x
Danh mục bảng biểu xiii
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG
1.1. Quá trình phát tiển của hệ thống thông tin quang 1
1.2. Sơ đồ nguyên lý và các phần tử cơ bản của hệ thống thông tin quang 3
1.2.1. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống thông tin quang 3
1.2.2. Các phần tử cơ bản của hệ thống thông tin quang 4
1.3. Đặc điểm của hệ thống thông tin quang 6
1.3.1. Ưu điểm của hệ thống thông tin quang 6
1.3.2. Nhược điểm của hệ thống thông tin quang 7
1.4. Những tồn tại và xu hướng phát triển của hệ thống thông tin quang 8
1.4.1. Những tồn tại của hệ thống quang 8
1.4.2. Xu hướng phát triển của hệ thống quang 9
1.5. Kết luận 12
CHƯƠNG 2
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG WDM
2.1. Nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng 13
2.1.1 Nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng 13
2.1.2 Các phương pháp truyền dẫn sử dụng ghép kênh quang theo bước sóng 18
2.1.2.1. Phương pháp truyền dẫn WDM song hướng 18
2.1.2.2. Phương pháp truyền dẫn WDM đơn hướng 19
2.2. Các công nghệ và thành phần thiết bị WDM 20
2.2.1. Công nghệ WDM vi quang 21
2.2.1.1. Phần tử lọc quang cho thiết bị WDM 21
2.2.1.2. Phần tử quang phân tán góc của thiết bị WDM 24
2.2.2. Công nghệ WDM ghép sợi 25
2.3. Các thiết bị sử dụng trong hệ thống WDM 27
2.3.1. Thiết bị xen rẽ quang OADM 27
2.3.1.1. Cấu trúc song song 28
2.3.1.2. Cấu trúc nối tiếp 30
2.3.1.3. Cấu trúc OADM cấu hình lại 33
2.3.2. Bộ ghép tín hiệu 34
2.3.2.1. Nguyên lý hoạt động 35
2.3.2.2. Ứng dụng 36
2.3.3. Bộ định tuyến bước sóng 36
2.3.4. Thiết bị đấu nối chéo quang OXC 37
2.3.4.1. Chức năng của bộ đấu nối chéo OXC 37
2.3.4.2. Cấu trúc của bộ đấu nối chéo OXC 38
2.3.4.3. Phân loại bộ đấu nối chéo OXC 39
2.3.5. Bộ biến đổi bước sóng 40
2.3.5.1 Chế tạo bằng phương pháp quang điện 41
2.3.5.2 Chế tạo bằng phương pháp cửa quang 42
2.3.5.3 Chế tạo bằng phương pháp giao thoa 43
2.3.5.4 Chế tạo bằng phương pháp trộn bốn bước sóng 44
2.3.6. Bộ khuếch đại quang 45
2.3.7. Bộ lọc 47
2.3.7.1. Bộ lọc chọn bước sóng 48
2.3.7.2. Bộ lọc điều chỉnh được 48
2.4. Các vấn đề kỹ thuật cần quan tâm trong hệ thống WDM 51
2.4.1. Số kênh sử dụng và khoảng cách ghép giữa các kênh 51
2.4.2. Việc ổn định bước sóng và độ rộng phổ của nguồn phát 54
2.4.3. Nhiễu xuyên kênh 55
2.4.4. Suy hao 56
2.4.5. Tán sắc 56
2.4.6. Ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến 57
2.5. Ưu, nhược điểm của hệ thống WDM 58
2.6. Kết luận 60
CHƯƠNG 3
BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC CÁC ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG
3.1. Việc khắc phục ảnh hưởng của tán sắc sợi quang đối với truyền dẫn 61
3.1.1. Kỹ thuật bù tán sắc bằng điều chế tự dịch pha SPM 62
3.1.2. Kỹ thuật bù tán sắc thụ động PDC 64
3.1.3. Kỹ thuật bù tán sắc bằng dịch tần trước PCH 65
3.1.4. Phương pháp bù tán sắc bằng truyền dẫn hỗ trợ tán sắc DST 67
3.1.5. Phương pháp bù tán sắc bằng sợi tán sắc cao DCF 68
3.1.6. Phương pháp bù tán sắc bằng bộ lọc cân bằng quang 70
3.1.6.1. Giao thoa kế Fabry-Perot 72
3.1.6.2. Giao thoa kế Mach-Zehnder 73
3.2. Việc khắc phục ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến đến truyền dẫn 74
3.2.1. Các hiệu ứng phi tuyến trong hệ thống WDM 75
3.2.1.1. Hiệu ứng tự điều chế pha SPM 77
3.2.1.2. Hiệu ứng điều chế chéo pha XPM 79
3.2.1.3. Hiệu ứng trộn bốn bước sóng FWM 80
3.2.1.4. Hiệu ứng tán xạ Raman kích thích SRS 83
3.2.1.5. Hiệu ứng tán xạ Brillionin kích thích SBS 85
3.2.2. Giải pháp khắc phục hiệu ứng phi tuyến của sợi quang 87
3.3. Kết luận 87
CHƯƠNG 4
ỨNG DỤNG CỦA WDM
4.1. Tổng quan 89
4.2. Hệ thống điểm-điểm dung lượng lớn 89
4.3. Mạng phân bố và quảng bá 93
4.4. Mạng WDM đa truy nhập 97
4.4.1. Mạng WDM đa truy nhập đơn chặng 98
4.4.2. Mạng WDM đa truy nhập đa chặng 101
4.5. Kết luận 103
Kết luận và hướng phát triển của đồ án 104
Lời cảm ơn 105
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn 106
Nhận xét của giáo viên đọc duyệt 106
Tài liệu tham khảo 107