Luận Văn Tán sắc và các phương pháp bù tán sắc trong hệ thống wdm

MỤC LỤC
CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT 4
DANH MỤC HÌNH VẼ viii
LỜI NÓI ĐẦU 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG WDM . 2
1.1 Giới thiệu về WDM . 2
1.1.1 Nguyên lý cơ bản của WDM . 2
1.1.2 Sự phát triển của công nghệ WDM . 4
1.1.3 Sơ đồ khối hệ thống WDM . 6
1.2 Các cấu hình mạng và cơ chế bảo vệ cho mạng WDM . 8
1.2.1 Cấu hình điểm – điểm 8
1.2.2 Cấu hình vòng Ring. 9
1.2.3 Cấu hình Mesh. 11
CHƯƠNG II: ẢNH HƯỞNG CỦA TÁN SẮC ĐẾN HỆ THỐNG WDM . 13
2.1 Tán sắc. 13
2.1.1 Khái niệm 13
2.1.2 Hiện tượng, nguyên nhân gây ra tán sắc. 14
2.1.3 Ảnh hưởng của tán sắc. 16
2.2 Phân loại tán sắc. 16
2.2.1 Tán sắc vật liệu. 16
2.2.2 Tán sắc mode. 18
2.2.3 Tán sắc dẫn sóng. 21
2.2.4 Tán sắc bậc cao. 23
2.2.5 Tán sắc mode phân cực PMD 24
2.2.6 Tán sắc vận tốc nhóm 26
CHƯƠNG III: CÁC PHƯƠNG PHÁP BÙ TÁN SẮC TRONG HỆ THỐNG WDM . 22
3.1 Sự cần thiết phải quản lý tán sắc. 22
3.2 Các mô hình bù trước. 24
3.2.1 Kỹ thuật dịch tần trước. 24
3.2.2 Các kỹ thuật mã hóa mới 27
3.2.3 Các kỹ thuật dịch tần trước phi tuyến. 30
3.3 Các kỹ thuật bù sau. 32
3.4 Các sợi bù tán sắc. 34
3.5 Các bộ lọc quang. 36
3.6 Các cách tử Bragg sợi 40
3.6.1 Cách tử chu kỳ đều. 40
3.6.2 Cách tử sợi dịch tần. 44
3.6.3 Bộ nối mode dịch tần. 47
3.7 Sự kết hợp pha quang. 48
3.7.1 Nguyên lý hoạt động. 48
3.7.2 Bù của tự điều chế pha SPM . 49
3.7.3 Tín hiệu kết hợp pha. 51
3.8 Các hệ thống sóng ánh sáng đường dài 54
3.8.1 Ánh xạ tán sắc theo chu kỳ. 55
3.8.2 Nguyên lý đơn. 56
3.8.3 Các hiệu ứng phi tuyến trong kênh. 59
3.9 Các hệ thống dung lượng lớn. 61
3.9.1 Bù tán xạ băng rộng. 61
3.9.2 Bù tán sắc điều hướng. 64
3.9.3 Quản lý Tán sắc Bậc Cao. 66
3.9.4 Bù PMD 69
CHƯƠNG IV: MÔ PHỎNG BÙ TÁN SẮC BẰNG PHẦN MỀM OPTISYSTEM . 85
4.1 Tổng quan về phần mềm Optisystem 85
4.1.1 Lợi ích. 85
4.1.2 Ứng dụng. 85
4.2 Mô hình mô phỏng. 86
4.2.1 Yêu cầu thiết kế. 86
4.2.2 Mô phỏng theo phương án thiết kế. 88
KẾT LUẬN 92
TÀI LIỆU THAM KHẢO 87



DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Tốc độ tăng dung lượng thoại và số liệu theo thời gian. 2
Hình 1.2 Ghép kênh theo bước sóng WDM . 4
Hình 1.3 Hệ thống WDM hai kênh. 5
Hình 1.4 Sự phát triển của công nghệ WDM. 5
Hình 1.5 Sự tăng nên của dung lượng sợi. 6
Hình 1.6 Màu chức năng WDM . 6
Hình 1.7 Cấu trúc điểm – điểm. 9
Hình 1.8 Cấu hình mạng Ring. 10
Hình 1.9 UPSR bảo vệ trên vòng ring WDM. 11
Hình 1.10 Các kiến trúc vòng ring, điểm điểm, mesh. 12
Hình 2.1: Minh họa sự mở rộng xung do tán sắc. 13
Hình 2.2 Chỉ số chiết suất n và chỉ số nhóm n[SUB]g[/SUB] thay đổi theo bước sóng ở sợi thủy tinh. 18
Hình 2.3 Tham số b và các vi phân của nó d(Vb)/dV và V[d[SUP]2[/SUP](Vb)/dV[SUP]2[/SUP]] thay đổi theo tham số V22
Hình 2.4 Tán sắc tổng D và các tán sắc vật liệu DM, DW cho sợi đơn mode thông dụng. 23
Hình 2.5 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.24
Hình 2.6 Hiện tượng tán sắc mode phân cực PMD 25
Hình 3.1 Sự thay đổi của tham số mở rộng với khoảng cách truyền cho một xung đầu vào Gaussian dịch tần.25
Hình 3.2 Sơ đồ kỹ thuật dịch tần trước được sử dụng để bù tán sắc: (a) đầu ra FM của laze DFB (b) dạng xung do bộ điều chế ngoài tạo ra c) xung được dịch tần trước được sử dụng trong truyền tín hiệu. 27
Hình 3.3 Bù tán sắc sử dụng mã FSK: (a)Tần số và công suất quang của tín hiệu truyền dẫn.(b) Tần số và công suất của tín hiệu thu và dữ liệu giải mã điện. 28
Hình 3.4 Các vạch tuyến dọc của tín hiệu 16 Gb/s được truyền đi 70km chiều dài sợi tiêu chuẩn: (a) có và (b) không có SOA gây ra dịch tần. Vạch tuyến đáy cho biết mức nên trong từng trường hợp 29
Hình 3.5: Dịch tần áp dụng ngang xung khuếch đại cho một vài giá trị của E[SUB]in[/SUB]/E[SUB]sat[/SUB]. Một xung đầu vào Gaussian được thừa nhận cũng như G0 = 30 dB và βc = 5. 31
Hình 3.6 Tán sắc giới hạn khoảng cách truyền dẫn như là một hàm của công suất phát đối với các xung Gaussian(m=1) và siêu Gaussian ( m=3 ) ở tốc độ bit là 4 và 8 Gb/s. Các đường ngang tương ứng với trường hợp tuyến tính. 33
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. 36
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. Các bộ lọc bù GVD và giảm nhiễu của bộ khuếch đại 37
Hình 3.9 (a) Một mạch sóng ánh sáng phẳng sử dụng chuỗi giao thoa Mach-Zehnder; (b) tổng quan thiết bị trải rộng.39
Hình 3.10: (a) Cường độ và (b) pha của hệ số phản xạ được mô tả thành hàm điều hướng δ Lg trong cách tử sợi đều với κLg = 2 ( đường cong liền ) hoặc κLg = 3. 42
( đường cong đứt quãng ). 42
Hình 3.11: GVD do cách tử tạo ra được mô tả là một hàm của δ cho một vài giá trị của hệ số ghép κ. 42
Hình 3.12: Hệ số truyền (đường nét đứt ) và độ trễ thời gian (đường nét liền) là một hàm của bước sóng đối với cách tử đều trong đó κ(z) biến thiên tuyến tính từ 0 đến 6 cm[SUP]-1[/SUP] trên độ dài 11 cm. 44
Hình 3.13: Bù tán sắc bằng cách tử sợi dịch tần tuyến tính: (a) chỉ số n(z) dọc theo chiều dài cách tử.(b) độ phản xạ tần số cao và thấp tại các vị trí khác nhau trong cách tử do sự biến thiên trong bước sóng Bragg. 45
Hình 3.14: Hệ số phản xạ và độ trễ thời gian của cách tử sợi dịch tần tuyến tính có băng thông 0,12 nm. 46
Hình 3.15: Mô hình bù tán sắc bằng hai bộ lọc truyền dạng sợi: (a) bộ ghép hai mode dịch tần (b) sợi hai lõi thon.47
Hình 3.16: Thiết lập thí nghiệm để bù tán sắc thông qua biến đổi phổ giữa nhịp trong sợi dịch tán sắc dài 21 km.52
Hình 3.17: Vòng lặp sợi xoay vòng được sử dụng để truyền tín hiện 10 Gb/s đi 10.000 km chiều dài sợi tiêu chuẩn trên cơ sở áp dụng DCF theo chu kỳ. Các bộ phận được sử dụng bao gồm laze điốt (LD), bộ điều chế hấp thụ điện (EA), hệ chuyển mạch quang (SW), bộ khuếch đại sợi (EDFA), sợi đơn mode (SMF), và DCF. 56
Hình 3.18: Các cách tử xếp tầng được sử dụng để bù tán sắc. 63
trong hệ thống WDM . 63
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.66
Hình 3.20: Độ nhạy của máy thu trong thí nghiệm 160 Gb/s, là một hàm của tán sắc dự trước có (hình vuông) và không có (hình tròn) cách tử Bragg dạng sợi (CFBG). Sự tăng trong đồ thị theo dõi được mô tả cho 110 ps/nm ở hình bên phải.66
Hình 3.21: Dạng xung sau khi xung đầu vào 2,6 ps được truyền đi 300 km bằng sợi dịch tán sắc (β[SUB]2[/SUB] = 0). Hình trái và phải so sánh sự cải thiện thu được bằng bù tán sắc bậc ba. 67
Hình 3.22: Mô hình của bộ bù PMD quang (a) và điện (b). 70
Hình 3.23: Bù PMD điều hưởng do cách tử sợi dịch tần lưỡng chiết. 71
(a) Căn nguyên của trễ nhóm vi phân (b) Dịch dải dừng dải dừng do căng cách tử. 71
Hình 3.24: Hệ số mở rộng xung là hàm của DGD trung bình trong bốn trường hợp. Đường chấm mô tả sự tăng do sử dụng bộ bù PMD bậc một. Các vòng tròn bôi đen và rỗng mô tả kết quả mô phỏng số. 73
Hình 4.1 Sơ đồ hệ thống WDM khi chưa có sợi bù tán sắc DCF. 88
Hình 4.2 Tỉ lệ lỗi bit BER khi chưa có sợi bù tán sắc DCF. 88
Hình 4.3 Sơ đồ hệ thống WDM khi có sợi bù tán sắc DCF ( kỹ thuật bù trước). 89
Hình 4.4 Tỉ lệ lỗi bit BER (kỹ thuật bù trước). 89
Hình 4.5 Sơ đồ hệ thống WDM khi có sợi bù tán sắc DCF ( kỹ thuật bù sau). 90
Hình 4.6 Tỉ lệ lỗi bit BER (kỹ thuật bù sau). 90

LỜI NÓI ĐẦU Công nghệ mạng quang WDM ra đời đã tạo nên những bước phát triển rất lớn cho các mạng truyền tải. Với sự ra đời của công nghệ WDM đã đáp ứng được những nhu cầu tăng lên rất lớn về băng thông. Ngày nay các hệ thống thông tin quang đường trục, các hệ thống dung lượng lớn đều sử dụng công nghệ WDM, với những tuyến liên kết điểm điểm, rồi đến những liên kết cấu trúc mạng phức tạp hơn để phù hợp với những yêu cầu đáp ứng mạng được đặt ra. Tuy nhiên, do một số những ảnh hưởng lớn tác động đến hệ thống WDM nên những nhà khai thác mạng vẫn chưa tận dụng được hết những ưu điểm vượt trội của hệ thống này. Những ảnh hưởng đó phải kể đến đầu tiên chính là các ảnh hưởng của tán sắc đối với hệ thống WDM. Tán sắc làm hạn chế khoảng cách truyền dẫn cũng như tốc độ của hệ thống WDM, gây ra lỗi bit làm xuống cấp nghiêm trọng đặc tính của hệ thống WDM. Do đó vấn đề quản lý tán sắc trong hệ thống WDM đã và đang rất được quan tâm. Vì vậy em đã lựa chọn đề tài : ” TÁN SẮC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP BÙ TÁN SẮC TRONG HỆ THỐNG WDM ”
Nội dung đồ án bao gồm 4 chương: Chương 1: Tổng quan về hệ thống WDM
Chương 2: Ảnh hưởng của tán sắc đến hệ thống WDM
Chương 3: Các phương pháp bù tán sắc trong hệ thống WDM
Chương 4: Mô phỏng các phương pháp trong hệ thống WDM bằng phần mềm Optisystem
Mặc dù đã có nhiều cố gắng song do thời gian và trình độ có hạn nên đồ án của em không thể tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới cô giáo Lê Thị Huyền Trang đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đồ án.