Luận Văn Nghiên cứu hệ thống thông tin sợi quang WDM và tính toán nâng cao tỉ số tín hiệu trên nhiễu tuyến Vi

LỜI MỞ ĐẦU​
​

Trong những năm qua, sự ra đời của thông tin sợi quang đã tạo nên là cuộc cách mạng lớn trong ngành Viễn thông. Với những ưu điểm như ít nhiễu, băng thông rộng, lưu lượng lớn thông tin sợi quang đã trở thành bộ phận cốt lõi trong hệ thống đường trục nhiều khu vực trên thế giới.
Đáp ứng được nhu cầu tăng dung lượng trong hệ thống thông tin quang đòi hỏi những giải pháp khuếch đại tín hiệu quang trên đường truyền cần được chú trọng trong tính toán và thiết kế. Với những ưu điểm của bộ khuếch đại EDFA, giải pháp sử dụng các bộ khuếch đại EDFA mắc chuỗi hiện rất phổ biến và hiệu quả.
Trong hệ thống ghép kênh theo bước sóng WDM sử dụng các EDFA mắc chuỗi, khi số kênh truyền và được truyền đi với khoảng cách xa hàng ngàn km thì nhiễu phát xạ tự phát ASE sẽ tăng lên rất lớn dưới sự tác động của số lượng lớn các bộ EDFA mắc chuỗi, cùng với hiệu ứng trộn bước sóng FWM – hiệu ứng phi tuyến sợi đóng vai trò lớn nhất – cũng tăng lên rất lớn gây ảnh hưởng ngiêm trọng tới chất lượng hệ thống. Vì vậy, vấn đề tính toán xác định các thông số hệ thống : các hệ số khuếch đại, công suất phát nhằm nâng cao tỉ số tín hiệu trên nhiễu là rất quan trọng, nhằm nâng cao chất lượng hệ thống WDM. Do đó, đồ án lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu hệ thống thông tin sợi quang WDM và tính toán nâng cao tỉ số tínhiệu trên nhiễu tuyến Vinh–Hà nội”.
Nội dung chính của đồ án này tiến hành xây dựng thuật toán tính toán các loại nhiễu chính trong hệ thống, tính tỉ số tín hiệu trên nhiễu OSNR và từ đó xây dựng thuật toán tối ưu nhằm xác định các thông số của hệ thống tương ứng với tỉ số OSNR lớn nhất, ứng dụng vào tính toán tối ưu cho tuyến cáp quang Vinh-Hà nội.Các thuật toán được thực hiện trên phần mềm Matlab.
Với mục tiêu nêu trên, nội dung đồ án sẽ bao gồm bốn chương sau: - Chương 1: Tổng quan về hệ thống WDM
- Chương 2: Bộ khuếch đại quang sợi EDFA
- Chương 3: Khảo sát nhiễu và ảnh hưởng của tán sắc trong hệ thống WDM
- Chương 4: Ứng dụng thuật toán tính toán nâng cao tỉ số tín hiệu trên nhiễu cho tuyến cáp quang Vinh-Hà nội.
Kết thúc nội dung đồ án, cần đạt được những kết quả:- Tích lũy được kiến thức lý thuyết về khái niệm, nguyên lý hoạt động, các thành phần cơ bản và những đặc điểm của hệ thống WDM - Hiểu cơ sở lý thuyết về bộ khuếch đại quang sợi EDFA và các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu hệ thống thông tin WDM khi sử dụng các EDFA mắc chuỗi.
- Nắm vững nguyên tắc thực hiện thuật toán nâng cao tỉ số tín hiệu trên nhiễu cho tuyến cáp quang.
NOte: Bản đồ án TN *hot *gồm các file đính kèm ( Ly Thuyet + Tom Tat DA + Slide BV + CodeMatlab )
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i
MỤC LỤC ii
CÁC TỪ VIẾT TẮT v
MỞ ĐẦU vi
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG WDM 10

1. Giới thiệu chương .10
   [*]Hệ thống ghép kênh theo bước sóng WDM . 10
   

1.2.1 Sự ra đời của hệ thống ghép kênh theo bước sóng WDM .10

1. Sơ đồ khối của hệ thống WDM . 12
   [*]Các thành phần cơ bản của hệ thống WDM .13
   
   1. Sợi quang 13
      [*][FONT=times new roman]Bộ phát quang 14
      [*][FONT=times new roman]Bộ thu quang 16
      [/FONT][/FONT]
   [FONT=times new roman]
   [/font]

[FONT=times new roman]1.2.3.4 Bộ tách/ghép kênh – MUX/DEMUX 19
1.2.3.5 Bộ tách ghép tín hiệu quang – Couplers . 19
1.2.3.6 Bộ cách ly Isolators/Circulators .19

[LIST=1]
[*][FONT=times new roman]Bộ lọc quang .20
[*][FONT=times new roman]Ưu điểm ghép kênh theo bước sóng WDM .21
[/FONT][/FONT][/LIST][FONT=times new roman][FONT=times new roman]
[FONT=times new roman]1.2.4.1 Ưu điểm . 21
1.2.4.2 Nhược điểm 21

[LIST=1]
[*][FONT=times new roman]Kết luận chương . 22
[/FONT][/LIST][FONT=times new roman]
[B][FONT=times new roman][COLOR=#0000FF]CHƯƠNG 2 BỘ KHUẾCH ĐẠI QUANG SỢI EDFA[/COLOR] 23[/FONT][/B][FONT=times new roman]
[FONT=times new roman]2.1 Giới thiệu chương .23
2.2 Tổng quan về bộ khuếch đại quang sợi pha tạp Erbium – EDFA 23
2.2.1 Nguyên lý khuếch đại quang 23
2.2.2 Khái niệm bộ khuếch đại quang sợi pha tạp Erbium – EDFA .25
2.2.3 Cấu tạo bộ khuếch đại quang sợi pha tạp Erbium – EDFA .26
2.2.4 Sự phân bố năng lượng của ion Er[SUP]+3[/SUP] .28
2.2.5 Nguyên lí hoạt động của bộ khuếch đại EDFA 29
2.2.5.1 Nguyên lí hoạt động của bộ EDFA .29
2.2.5.2 Đặc điểm nguồn bơm 31
2.2.6 Các đặc tính của bộ khuếch đại EDFA 31
2.2.6.1 Dải khuếch đại 31
2.2.6.2 Hệ số khuếch đại 33
2.2.6.3 Công suất ra bão hoà 34
2.2.6.4 Hệ số nhiễu 35
2.2.7 Các yêu cầu về nguồn bơm 36
2.2.7.1 Bước sóng bơm .36
2.2.7.2. Hướng bơm . 37
2.2.7.3. Công suất bơm .38
2.2.7.4. Đặc tính về sự bão hòa 38
2.2.8 Ưu nhược điểm của bộ khuếch đại EDFA .39
2.2.8.1 Ưu điểm 39
2.2.8.2 Nhược điểm 39
2.3 Kết luận chương 39
[COLOR=#0000FF][B]CHƯƠNG 3 KHẢO SÁT NHIỄU VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA TÁN SẮC TRONG HỆ THỐNG WDM[/B][/COLOR] 41
3.1 Giới thiệu chương .41
3.2 Các yếu tố ảnh hưởng của sợi quang ảnh hưởng đến hệ thống WDM
41
3.2.1 Suy hao trong sợi quang 41
3.2.1.1 Khái niệm 41

[LIST=1]
[*][FONT=times new roman]Các nhân tố gây suy hao 42
[/FONT][/LIST][FONT=times new roman]
[FONT=times new roman]3.2.2 Tán sắc 42

[LIST=1]
[*][FONT=times new roman]Khái niệm 42
[/FONT][/LIST][FONT=times new roman]
[FONT=times new roman]3.2.2.2 Các loại tán sắc .43
3.2.2.3 Vấn đề bù tán sắc cho tuyến DWDM 43
3.2.3 Các hiệu ứng phi tuyến .43
3.2.3.1 Khái niệm 43
3.2.3.2 Phân loại các hiệu ứng phi tuyến .43
3.3 Khảo sát nhiễu phát xạ tự phát ASE 44
3.3.1 Khái niệm 44
3.3.2 Nhiễu ASE trong hệ thống WDM có các EDFA mắc chuỗi 45
3.3.3 Nhiễu ASE tích lũy trong hệ thống WDM .47
3.3.4 Mô phỏng và thảo luận về nhiễu phát xạ tự phát ASE . 48
3.3.3.1 Xây dựng hệ thống khảo sát .49
3.3.3.2 Các kết quả mô phỏng và thảo luận .49
3.4 Hiệu ứng trộn bốn bước sóng FWM 51
3.4.1 Khái niệm .51
3.4.2 Khảo sát nhiễu FWM 53
3.4.3 Khảo sát công suất nhiễu FWM trong hệ thống WDM sử dụng EDFA mắc chuỗi 55
3.4.4 Mô phỏng và thảo luận về hiệu ứng trộn bước sóng FWM .57
3.4.4.1 Xây dựng hệ thống khảo sát 57
3.4.4.2 Các kết quả mô phỏng và thảo luận 58
3.5 Tỉ số tín hiệu trên nhiễu quang OSNR .64
3.5.1 Khái niệm .64
3.5.2 Khảo sát tỉ số OSNR 64
3.5.3 Mô phỏng và thảo luận về sự biến thiên tỉ số tín hiệu trên nhiễu OSNR
65
3.6 Kết luận chương .66[COLOR=#0000FF][B]
CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG VÀO TÍNH TOÁN TỐI ƯU TUYẾN THÔNG TIN VINH – HÀ NỘI[/B][/COLOR] . 68
4.1 Giới thiệu chương .68
4.2 Xây dựng lưu đồ thuật toán .68
4.2.1 Lưu đố thuật toán tính nhiễu phát xạ tự phát ASE 70
4.2.2 Lưu đồ thuật toán tính nhiễu bốn bước sóng FWM 71

[LIST=1]
[*][FONT=times new roman]Lưu đồ thuật toán tính tỉ số OSNR 73
[/FONT][/LIST][FONT=times new roman]
[FONT=times new roman]4.3 Ứng dụng tính toán tối ưu tuyến cáp quang Vinh – Hà nội 74
4.3.1 Sơ đồ tổng quan tuyến cáp quang Vinh – Hà nội 74

[LIST=1]
[*][FONT=times new roman]Kết quả mô phỏng tính toán tối ưu .74
[/FONT][/LIST][FONT=times new roman]
[FONT=times new roman]4.4 Kết luận chương . 77
[COLOR=#0000FF][B]KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI[/B][/COLOR] .79
[COLOR=#0000FF][B]TÀI LIỆU THAM KHẢO[/B][/COLOR] . 81
[COLOR=#0000FF][B]PHỤ LỤC[/B][/COLOR] 82[COLOR=#141414][/COLOR][/FONT][/font][/FONT][/font][/FONT][/font][/FONT][/font][/FONT][/font][/font][/FONT][/font][/font][/FONT]