Bài giảng môn Kỹ thuật thông tin quang - Chương 5: Một số vấn đề trong thiết kế truyền TTQ đơn kênh điểm-điểm

Nội dung text: Bài giảng môn Kỹ thuật thông tin quang - Chương 5: Một số vấn đề trong thiết kế truyền TTQ đơn kênh điểm-điểm

1. HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG BÀI GIẢNG MÔN CƠ SỞ TRUYỀN THÔNG SỢI QUANG Bộ môn: Thông tin quang - Khoa VT1 Năm biên soạn: 2010
2. BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG Nội dung 1 Tổng quan về kỹ thuật thông tin quang 2 Sợi quang Chương 3 Bộ phát quang 4 Bộ thu quang 5 Một số vấn đề trong thiết kế truyền TTQ đơn kênh điểm – điểm www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 2
3. BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG Chương 5- Một số vấn đề trong thiết kế tuyến TTQ số đơn kênh điểm – điểm ✓ Hệ thống thông tin quang số đơn kênh điểm – điểm ✓ Ảnh hưởng của suy hao và thiết kế tuyến có khuếch đại ✓ Ảnh hưởng của tán sắc và thiết kế tuyến có bù tán sắc www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 3
4. BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG Hệ thống TTQ số đơn kênh điểm – điểm Hệ thống TTQ đơn kênh điểm – điểm: a. Sử dụng trặm lặp quang – điện b. Sử dụng bộ khuếch đại quang www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 4
5. BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG Ảnh hưởng của suy hao ❖ Công suất ánh sáng lan truyền trên sợi bị suy giảm dần theo chiều dài sợi → suy hao giới hạn khoảng cách truyền dẫn của hệ thống. ❖ Suy hao của hệ thống TTQ gồm: ▪ Suy hao của sợi quang truyền dẫn ▪ Suy hao giữa các mối nối, mối hàn: kết nối giữa các cuộn cáp, giữa sợi quang và các thiết bị trên hệ thống ▪ Suy hao xen: suy hao khi truyền qua các thiết bị trên hệ thống ▪ Suy hao dự phòng www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 5
6. BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG Ảnh hưởng của suy hao ❖ Giải pháp bù suy hao nhờ trạm lặp quang điện: ▪ Tín hiệu quang cần khuếch đại được chuyển về miền điện sau đó phát lại bằng LED/ Laser và truyền đi ▪ Chức năng 3R: • Tạo lại dạng – Re-shaping • Định thời lại – Re-timing • Khuếch đại – Re-amplifying ▪ Ưu điểm: Bù suy hao đồng thời bù tán sắc ▪ Nhược điểm: Phức tạp www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 6
7. BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG Ảnh hưởng của suy hao ❖ Giải pháp khác: dùng các bộ khuếch đại quang (OA) để khuếch đại trực tiếp tín hiệu quang. ❖ 1980: một số loại bộ OA đã được nghiên cứu chế tạo ▪ SOA : Semiconductor Optical Amplifier ▪ RFA : Raman-based Fiber Amplifier ▪ EDFA : Erbium-doped Fiber Amplifier ❖ 1990: ứng dụng OA để bù suy hao ❖ Với các hệ thống quang: EDFA được sử dụng phổ biến nhất ❖ Đối với các hệ thống cự li dài: RFA hoạt động tốt hơn. www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 7
8. BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG Ảnh hưởng của suy hao ❖ Hầu hết các bộ OA khuếch đại ánh sáng tới thông qua phát xạ kích thích, giống như laser (Tuy nhiên, bộ OA sợi không có hồi tiếp quang). ❖ Nguyên lý cơ bản: sử dụng năng lượng Laser bơm (quang hoặc điện) để thực hiện đảo mật độ. ❖ Hệ số khuếch đại quang phụ thuộc: vào tần số của tín hiệu tới và cường độ ánh sáng bơm (phụ thuộc nhiều hay ít là còn phụ thuộc vào môi trường khuếch đại) ❖ Quỏ trỡnh khuếch đại ỏnh sỏng được diễn ra trong vựng tớch cực. Fiber-to-Amplifier Coupler Active medium Optical Amplified optical input signal onput signal Pump Source www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 8
9. BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG Ảnh hưởng của suy hao Ứng dụng KĐ quang - K§ ®êng truyÒn: bï suy hao truyÒn dÉn - K§ c«ng suÊt: t¨ng c«ng suÊt ®Çu ra bé ph¸t quang. - TiÒn K§: ®Ó t¨ng ®é nh¹y bé thu quang - K§ LAN: bï suy hao do ghÐp nèi. www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 9
10. L() km n =−max 1 BÀI GIẢNG MÔN l() km c KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG Thiết kế tuyến TTQ có khuếch đại ❖ Các tham số dùng để thiết kế: ▪ Độ nhạy thu: Prec(dBm) ▪ Công suất phát quang đi vào đầu sợi: P (dBm) ▪ Hệ số suy hao của sợi: α (dB/km) ▪ Suy hao mối nối: αcon (dB) ▪ Suy hao dự phòng: αdp (dB) ❖ Chiều dài tuyến Lmax với giả thuyết sử dụng N bộ khuếch đại được xác định như sau: P(dBm) - Prec(dBm) = α(dB/km)xLmax(km) + (Nx2+2+n)xαcon(dB) + αdp(dB) – NxG(dB) Với n là số cuộn cáp www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 10
11. BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG Ảnh hưởng của tán sắc ❖ Tán sắc làm giãn rộng xung ánh sáng khi tín hiệu được truyền qua sợi quang ❖ Tán sắc gây ra hiện tượng ISI – Inter-Symbol Interference → không quyết định được bit 0 và 1 chính xác ❖ Với một sợi quang xác định, tán sắc chịu ảnh hưởng của: ▪ Độ rộng phổ của nguồn phát ▪ Chiều dài tuyến truyền dẫn www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 11
12. BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG Ảnh hưởng của tán sắc ❖Các giải pháp bù tán sắc ▪ Sử dụng trạm lặp quang điện • Kết hợp khuếch đai và tạo lại dạng xung ▪ Sử dụng bộ bù tán sắc dựa trên kỹ thuật bù điện ▪ Sử dụng bộ bù tán sắc dựa trên kỹ thuật bù quang • Sử dụng cách tử Bragg sợi • Sử dụng sợi quang có độ tán sắc lớn www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 12
13. 2 1/ 2 l BÀI GIẢNG MÔN T( l )=+ T0 1 l D KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG Thiết kế tuyến TTQ có bù tán sắc ❖ Các tham số trong thiết kế tuyến ▪ Hệ số tán sắc D (ps/km.nm) ▪ Tốc độ bit của hệ thống R → xác định được nửa độ rộng xung ban đầu tại công suất 1/e T0 (ps) ❖ Giới hạn truyền dẫn l (km) được xác định thông qua độ rộng xung của tín hiệu khi lan truyền Với: T(l): độ rộng xung tại l (km), lD: chiều dài tán sắc www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 13
14. 2 2 T 2 c 2 1/ 2 0 BÀI GIẢNG MÔN lD = . 2 l T( l )=+D T0 1 l D KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG Thiết kế tuyến TTQ có bù tán sắc ❖ Mối quan hệ giữa chiều dài tán sắc và hệ số tán sắc D: ❖ Mối quan hệ giữa TFWHM và T0 như sau: 1/ 2 TTTFWHM ==2(ln 2)00 1,665 ❖ Tùy thuộc vào độ giãn rộng xung cho phép tối đa của độ rộng xung mà có thể xác định được khoảng cách truyền dẫn tối đa l(km) www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 14
15. 2 2 T 2 c 2 1/ 2 0 BÀI GIẢNG MÔN lD = . 2 l T( l )=+D T0 1 l D KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG Thiết kế tuyến TTQ ❖ Thiết kế tuyến TTQ số đơn kênh điểm – điểm phụ thuộc vào cả hai yếu tố: suy hao và tán sắc ❖ Độ dài tuyến lớn nhất cho phép phải thỏa mãn cả hai yêu cầu về suy hao và tán sắc → Khoảng cách truyền dẫn cho phép tối đa của hệ thống TTQ = MIN (giới hạn truyền dẫn theo tán sắc, giới hạn truyền dẫn theo suy hao) www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 15