Đồ Án Nghiên cứu hệ thống thông tin sợi quang WDM sử dụng các EDFA mắc chuỗi, nâng cao chất lượng tín hiệu

LỜI MỞ ĐẦU
Từ năm 1980 hệ thống thông tin cáp sợi quang chính thức đưa vào khai thác trên mạng viễn thông. Chúng ta phải thừa nhận rằng phương thức truyền dẫn quang đã thể hiện khả năng to lớn trong công việc truyền tải các dịch vụ viễn thông ngày càng phong phú và hiện đại của nhân loại, các hệ thống thông tin quang với những ưu điểm
về băng tần rộng, có cự ly truyền dẫn xa, tốc độ cao, suy hao thấp . Đã có sức hấp dẫn
mạnh đối với các nhà khai thác. Các hệ thống thông tin quang không chỉ đặc biệt phù
hợp với các tuyến thông tin xuyên lục địa, đường trục và trung kế mà còn có tiềm năng
to lớn trong việc thực hiện các chức năng của mạng nội hạt với cấu trúc linh hoạt và đáp ứng mọi loại hình dịch vụ hiện tại và tương lai.
Bước vào thiên niên kỷ mới, chúng ta đã thấy những thay đổi lớn trong ngành công nghiệp viễn thông. Ngành công nghiệp viễn thông đã phát triển vượt bậc cho ra
đời nhiều loại hình dịch vụ mới đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng cao của con người. Hiện nay, số lượng người sử dụng các dịch vụ viễn thông ngày càng tăng nhanh. Xu hướng phát triển của viễn thông là các loại hình mạng với dung lượng cao, băng thông
rộng, phạm vi hoạt động lớn và có khả năng chống nhiễu, bảo mật tốt. Để làm được điều này mạng truyền dẫn cần phải có sự phát triển mạng cả về qui mô và trình độ công nghệ.
Một trong những nhân tố quan trọng tạo nên bước phát triển đột phá cho viễn thông quốc tế là kỹ thuật truyền dẫn trên môi trường cáp sợi quang và công nghệ ghép
kênh theo bước sóng quang. Hệ thống thông tin quang với nhiều ưu điểm vượt trội, hiện đang là loại dịch vụ được sử dụng phổ biến, nó ngày càng được phát triển hoàn
thiện và có thể đáp ứng được mọi loại hình dịch vụ hiện tại và tương lai. Trong đó việc
ra đời và ứng dụng của các bộ khuếch đại trên miền tín hiệu quang dần thay thế các bộ
khuếch đại điện trước đó. Gần đây đã thực hiện thành công việc khuếch đại trực tiếp tín hiệu quang mà không cần phải thông qua bất kỳ một quá trình biến đổi về điện nào.
Điều đáng chú ý là bộ khuếch đại quang trộn đất hiếm Erbium EDFA có thể khuếch đại toàn bộ bước sóng quang trong băng C hoặc băng L mà không cần phải tách từng bước sóng. Bộ khuếch đại quang EDFA được ứng dụng trên các hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng WDM. Ngoài ra bộ khuếch đại EDFA còn được ứng dụng trọng nhiều hệ thống khác. Trong tương lai, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ hứa hẹn sẽ phát triển hệ thống thông tin quang trở nên mạnh mẽ hơn, ngày càng phát triển hơn. Tuy nhiên bộ khuếch đại EDFA vẫn còn có một vài nhược điểm, trong đó nhiễu được cho là vấn đề quan tâm nhất của chất lượng các bộ khuếch đại nói chung và bộ khuếch đại EDFA nói riêng. Để hiểu rõ hơn về nhiễu và nâng cao chất lượng tín hiệu của hệ thống, vì vậy em chọn đề tài “Nghiên cứu hệ thống thông tin sợi quang WDM sử dụng các EDFA mắc chuỗi, nâng cao chất lượng tín hiệu tuyến Hà Nội – Vinh”.
Đồ án gồm có 4 chương:
· Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin sợi quang đa kênh sử dụng khuếch đại quang.
· Chương 2: Khuếch đại quang sợi EDFA.
· Chương 3: Khảo sát nhiễu và tỷ số tín hiệu trên nhiễu trong hệ thống WDM có các EDFA mắc chuỗi.
· Chương 4: Nghiên cứu các lưu đồ thuật toán tối ưu các thông số hệ thống.
Với việc sử dụng phần mềm Matlab, đồ án đã tiến hành mô phỏng và tìm ra được các thông số tối ưu và kết quả OSNR tốt nhất, qua đó nâng cao chất lượng tín hiệu truyền dẫn của tuyến thông tin.

Note: -Đồ án tốt nghiệp hot bản full, có mã nguồn đầy đủ và đặc biệt là viết bằng chương trình Matlab, để cho đồ án tốt nghiệp tốt hơn các bạn có thể so sánh tính toán trênMathcad 14 và mô phỏng trên Optiwave ./
- Đồ án gồm các File ( Lý Thuyết + Tóm Tắt DA + SlideBV + CodeMatlab )

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN 1
MỤC LỤC 2
CÁC TỪ VIẾT TẮT 5
LỜI MỞ ĐẦU 8
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANG ĐA KÊNH SỬ DỤNG KHUẾCH ĐẠI QUANG.. 10
1.1 Giới thiệu chương. 10
1.2 Khái quát về hệ thống thông tin sợi quang WDM . 10
1.3 Các thành phần cơ bản của hệ thống thông tin sợi quang. 12
1.3.1 Bộ phát quang. 13
1.3.2 Bộ thu quang. 13
1.3.3 Cáp sợi quang. 14
1.3.4 Bộ khuếch đại quang EDFA 14
1.3.5 Các thành phần khác. 15
1.4 Nguyên lý truyền ánh sáng trong sợi quang. 15
1.4.1 Cấu tạo sợi quang. 15
1.4.2 Truyền dẫn ánh sáng trên sợi quang. 16
1.5 Ưu và nhược điểm của mạng quang WDM . 18
1.5.1 Ưu điểm 18
1.5.2 Nhược điểm 20
1.6 Kết luận chương. 20
CHƯƠNG 2 KHUẾCH ĐẠI QUANG SỢI EDFA 20
2.1 Giới thiệu chương. 20
2.2 Tổng quan về khuếch đại quang. 20
2.2.1 Nguyên lý khuếch đại quang. 20
2.2.2 Phân loại các bộ khuếch đại quang. 22
2.2.3 Các thông số kỹ thuật của khuếch đại quang. 24
2.3 Bộ khuếch đại quang sợi pha tạp Erbium EDFA 26
2.3.1 Khái niêm 26
2.3.2Cấu trúc cơ bản của bộ khuếch đại quang EDFA 26
2.3.3 Nguyên lý hoạt động của EDFA 39
2.3.4 Yêu cầu đối với nguồn bơm 30
2.3.5 Tính toán hệ số khuếch đại của EDFA 35
2.3.6 Nhiễu trong bộ khuếch đại quang sợi pha tạp EDFA 37
2.4 Kết luận chương. 40
CHƯƠNG 3 KHẢO SÁT NHIỄU VÀ TỶ SỐ TÍN HIỆU TRÊN NHIỄU TRONG HỆ THỐNG WDM CÓ CÁC EDFA MẮC CHUỖI 42
3.1 Giới thiệu chương. 42
3.2 Nhiễu trong EDFA 42
3.3 Nhiễu ASE trong hệ thống WDM có các EDFA mắc chuỗi 43
3.4 Hiệu ứng trộn bốn bước sóng FWM trong hệ thống WDM . 45
3.4.1 Tổng quan về các hiệu ứng phi tuyến trong hệ thống WDM . 45
3.4.2 Hiệu ứng trộn bốn bước sóng FWM . 46
3.5 Xác định tỉ số tín hiệu trên nhiễu quang (OSNR) trong hệ thống WDM có các bộ khuếch đại quang mắc chuỗi 49
3.5.1 Công suất nhiễu trộn bước sóng FWM trong hệ thống WDM có các EDFA mắc chuỗi 49
3.5.2 Tỉ số tính hiệu trên nhiễu quang trong hệ thống FWM có các EDFA mắc chuỗi 51
3.6 Khảo sát nhiễu .52
3.6.1 Khảo sát nhiễu FWM . 52
3.6.3 Khảo sát nhiễu ASE 56
3.7 Khảo sát tỷ số tín hiệu trên nhiễu trong hệ thống WDM có các EDFA mắc chuỗi 60
3.9 Kết luận chương. 61
CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU CÁC LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN TỐI ƯU CÁC THÔNG SỐ HỆ THỐNG 63
4.1 Giới thiệu chương. 63
4.2 Yêu cầu bài toán tối ưu. 63
4.3 Nội dung thuật toán tối ưu. 64
4.3.1 Lưu đồ thuật toán tính công suất nhiễu ASE 65
4.3.2 Lưu đồ thuật toán tính công suất nhiễu FWM . 66
4.3.4 Lưu đồ thuật toán tối ưu OSNR 67
4.4 Kết quả nhận được trên phần mềm mô phỏng Matlab. 68
4.5 Kết luận chương. 70
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 72
Kết luận. 72
Hướng phát triển đề tài. 73
TÀI LIỆU THAM KHẢO 73
PHỤ LỤC 75