Khóa luận Nghiên cứu một số kỹ thuật điều chế tốc độ cao trong thông tin quang (Phần 1)

Nội dung text: Khóa luận Nghiên cứu một số kỹ thuật điều chế tốc độ cao trong thông tin quang (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG NGHIÊN CỨU MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ TỐC ĐỘ CAO TRONG THÔNG TIN QUANG GVHD: ThS. HUỲNH TẤN DŨNG SVTH: LÂM TRẦN Ý VINH MSSV: 11141325 S K L 0 0 3 8 1 2 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015
2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Báo cáo đồ án tốt nghiệp KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ TỐC ĐỘ CAO TRONG THÔNG TIN QUANG GVHD: THS. HUỲNH TẤN DŨNG SVTH : LÂM TRẦN Ý VINH MSSV : 11141325 Khoá : 2011-2015 Ngành : Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử, Truyền Thông Trang 1 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2015
3. Báo cáo đồ án tốt nghiệp CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên Sinh viên: Lâm Trần Ý Vinh MSSV: 11141325 Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử, Truyền Thông Lớp: 11141CLVT Giáo viên hướng dẫn: ĐT: Ngày nhận đề tài: Ngày nộp đề tài: 1. Tên đề tài: 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: 3. Nội dung thực hiện đề tài: 4. Sản phẩm: TRƯỞNG NGÀNH GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Trang i
4. Báo cáo đồ án tốt nghiệp CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ và tên Sinh viên: Lâm Trần Ý Vinh MSSV: 11141325 Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử, Truyền Thông Tên đề tài: Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: NHẬN XÉT 1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: 2. Ưu điểm: 3. Khuyết điểm: 4. Đề nghị (Cho phép SV được bảo vệ hay không được bảo vệ) 5. Đánh giá loại: 6. Điểm: .(Bằng chữ: ) Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên). Trang ii
5. Báo cáo đồ án tốt nghiệp CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên Sinh viên: Lâm Trần Ý Vinh MSSV: 11141325 Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử, Truyền Thông. Tên đề tài: Họ và tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT 1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: 2. Ưu điểm: 3. Khuyết điểm: 4. Đề nghị (Cho phép SV được bảo vệ hay không được bảo vệ) 5. Đánh giá loại: 6. Điểm: .(Bằng chữ: ) . Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20 Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) Trang iii
6. Báo cáo đồ án tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Đầu tiên xin được gửi lời cám ơn chân thành và sâu sắc đến Thầy, Cô bộ môn Điện tử viễn thông nói riêng và khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao nói chung đã tạo điều kiện và giúp đỡ trong quá trình học tập cũng như quá trình thực hiện đề tài ở trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM. Kế tiếp là lời cám ơn chân thành đến Thầy trưởng ngành là Thầy: Nguyễn Ngô Lâm đã chấp nhận và tạo điều kiện tốt nhất trong quá trình thực hiện đề tài. Đặc biệt là lời cám ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn là Thầy: Huỳnh Tấn Dũng đã quan tâm giúp đỡ tận tình và tạo điều kiện tốt nhất trong quá trình thực hiện đề tài cũng như đưa ra các giải pháp và công nghệ giúp cho việc tiếp cận với mục tiêu và định hướng đề ra trở nên dễ dàng hơn. Tuy nhiên, thời gian thực hiện không nhiều và kiến thức có hạn. Vì thế, trong quá trình thực hiện và viết báo cáo không tránh được những thiếu sót. Vì vậy, cần những ý kiến đóng góp, bổ sung cho hoàn thiện hơn từ sự góp ý chân thành của các Thầy, Cô và các bạn để bài báo cáo được hoàn thiện hơn. Một lần nữa xin cám ơn chân thành. Tp. Hồ Chí Minh, Tháng Năm (Sinh viên thực hiện) Trang iv
7. Báo cáo đồ án tốt nghiệp TÓM TẮT TIẾNG VIỆT Đề tài nghiên cứu về vấn đề điều chế trong thông tin quang tốc độ cao. Cụ thể là các dạng điều chế quang như NRZ, RZ, CSRZ, DB, MD-RZ, DPSK, QPSK. Từ những dạng điều chế trên thì được đánh giá qua các ảnh hưởng tuyến tính và phi tuyến; ảnh hưởng tuyến tính như: tán sắc CD, tán sắc phân cực mode và ảnh hưởng phi tuyến như: Hiệu ứng phi tuyến liên quan đến chiết suất gồm: điều biến trị pha (SPM) điều biến pha chéo (XPM) và trộn bốn bước sóng (FWM). Cùng với đó, đề tài nghiên cứu còn đề cập đến vấn đề truyền dẫn sử dụng kỹ thuật ghép là DWDM và các ảnh hưởng tuyến tính và phi tuyến đến chất lượng hệ thống. Ngoài ra, các kỹ thuật điều chế mà các nhà cung cấp thiết bị hiện nay sử dụng cũng được giới thiệu. Trang v
8. Báo cáo đồ án tốt nghiệp TÓM TẮT TIẾNG ANH The objective of the proposed research is investigate the performance advanced modulation formats. This research focues on different modulation formats such as: NRZ, RZ, CSRZ, DB, MD-RZ, DPSK, QPSK and the transmission modulated signals over SMF has attracted significant attention due to a multitude of factors including high tolerance to linear and nonlinear impairments be come worse. These linear impairments include chromatic dispersion (CD) and polarization mode dispersion (PMD); nonlinear impairments include self phase modulation (SPM), cross phase modulation (XPM) and four-wave mixing (FWM). In addition, the research also introduce about DWDM systems, linear and nonlinear impairment quality system; the technologies of corporations has used advanced modulation formats to transmission solution. Trang vi
9. Báo cáo đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP I BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN II BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN III LỜI CẢM ƠN IV TÓM TẮT TIẾNG VIỆT V TÓM TẮT TIẾNG ANH VI MỤC LỤC VII DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT IX DANH MỤC BẢNG, BIỂU ĐỒ XI DANH MỤC HÌNH XII CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1 1.1. LỜI MỞ ĐẦU 1 1.2. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1 1.3. MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI 1 1.4. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 2 1.5. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2 1.5.1. Đối tượng đề tài 2 1.5.2. Phạm vi đề tài 2 1.6. PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN VÀ TÍNH THỰC TIỄN ĐỀ TÀI 2 1.6.1. Phương pháp tiếp cận 2 1.6.2. Tính thực tiễn 2 1.6.3. Kết quả mong muốn 2 1.7. BỐ CỤC TRÌNH BÀY 3 1.8. KẾT LUẬN 3 CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG. 5 2.1. GIỚI THIỆU CHUNG 5 2.2. HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG TỐC ĐỘ CAO DWDM 5 2.2.1. Tổng quang về truyền dẫn cơ bản của mạng DWDM 5 2.2.2. Các thành phần chính của hệ thống DWDM 7 2.2.3. Một số yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống DWDM 18 2.2.4. Một số công nghệ áp dụng cho các hệ thống WDM đường trục 33 2.3. KẾT LUẬN VÀ TRÍCH DẪN TÀI LIỆU 36 CHƯƠNG 3 KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ QUANG. 38 3.1. GIỚI THIỆU CHUNG 38 3.2. CÁC DẠNG ĐIỀU CHẾ QUANG 39 3.2.1. Ask 39 3.2.2. FSK 40 3.2.3. PSK 42 3.2.4. PolSK 43 3.3. CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ 43 3.3.1. Điều chế điện – quang 43 3.3.2 Điều chế phase sử dụng MZM 47 3.4. CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU QUANG 52 3.4.1. Giới thiệu chung 52 3.4.2. Điều chế Non-return-to-zero On-Off Key (NRZ-OOK) 52 3.4.3. Điều chế Single SideBand và Vestigial Sideband 54 3.4.4. Điều chế Doubinary (DB, PSBT) 55 Trang vii
10. Báo cáo đồ án tốt nghiệp 3.4.5. Điều chế Modified duobinary (MDRZ) 57 3.4.6. Return-to-Zero On-Off Keying (RZ-OOK) 59 3.4.7. Điều chế Carier-Suppressed Return-to-Zero (CSRZ) 60 3.4.8. Điều chế Chirped Return-to-Zero (CRZ) 61 3.4.9. Điều chế Differential Binary Phase Shift Keying ( DBPSK or DPSK) 62 3.4.10. Điều chế Differential Quadrature Phase Shift Keying (DQPSK) 64 3.5. KẾT LUẬN VÀ TRÍCH DẪN 66 CHƯƠNG 4 KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ QUANG CỦA CÁC NHÀ CUNG CẤP THIẾT BỊ NỔI TIẾNG 67 4.1. GIỚI THIỆU CHUNG 67 4.2. FUJITSU 67 4.3. CIENA 68 4.4. ALCATEL 68 4.5. HUAWEI 69 4.6. KẾT LUẬN VÀ TRÍCH DẪN 69 CHƯƠNG 5 MÔ PHỎNG KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ QUANG TỐC ĐỘ CAO. 70 5.1. GIỚI THIỆU CHUNG 70 5.2. GIỚI THIỆU CHUNG PHẦN MỀM OPTISYSTEM 70 5.1.1. Hướng dẫn sử dụng phần mềm 71 5.1.2. Giao diện người sử dụng 72 5.1.3. Yêu cầu 73 5.1.4. Công cụ thiết kế và chức năng 73 5.3. MÔ PHỎNG CÁC DẠNG TÍN HIỆU QUANG 76 5.3.1. Giới thiệu 76 5.4. ẢNH HƯỞNG CỦA TÁN SẮC 91 5.4.1. Tán sắc màu 91 5.4.2. Tán sắc phân cực mode 93 5.5. LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 94 5.5. KẾT LUẬN 95 CHƯƠNG 6 SO SÁNH ĐÁNH GIÁ KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ QUANG TỐC ĐỘ CAO. 96 6.1. ẢNH HƯỞNG CỦA TÁN SẮC 96 6.2. KHOẢNG CÁCH TRUYỀN DẪN 97 6.3. ẢNH HƯỞNG CỦA TÁN SẮC PHÂN CỰC MODE 98 6.4. NHẬN XÉT 99 6.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 100 CHƯƠNG 7 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO 101 PHỤ LỤC 104 Trang viii
11. Báo cáo đồ án tốt nghiệp DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ACRZ Alternate-Chirp VSB Vestigial Sideband Return-to-Zero BER bit error rate SBS Stimulated Brillouin scattering CD Chromatic DB Duobinary Dispersion CGM Cross-gain DML Directly modulated Modulation lasers COOFDM Coherent optical XPM Cross Phase frequency division Modulation multiplexing CRZ Chirp Return-to- MDRZ Modified duobinary Zero Return-to-Zero CW Continuous Wave PASS Phased Amplitude Shift Signaling DST Dispersion CSRZ Carier-Suppressed Supported Trans- Return-to-Zero mission DWDM Dense Wavelength DCF Dispersition Division Compensation Fiber Multiplexing EDFA Erbium Dope Fiber MSK Minimimum Shift- Amplifier Keying FEC Forward Error SSB Single SideBand Correction LPF Low Pass Filter DQPSK Differential Quadrature Phase Shift Keying Trang ix
12. Báo cáo đồ án tốt nghiệp MUX/ Multiplexer/ EML Electroabsorption DEMUX DEMultiplexer modulator OADM Optical Add/Drop PMD Polarization-Mode Multiplexer Dispersion OLA Optical Line DGD Different Group Amplifier Delay OLT Optical Line SRS stimulated Raman Terminal scattering OSC Optical Supervisory ASK Amplitude-shift Channel keying OXC Optical Cross IM intensity modulation connect WDM Wavelength DCM Dispersion Division Compensation Multiplexing Module PSBT Phase Shaped OSNR Optical signal-to Binary noise ratio Transmission RF Radio Frequency PSK phase-shift keying SC- single OADM NRZ Non-return-to-zero OADM SOA Semiconductor CPFSK Continous Phase optical amplifiers Frequency Shift- Keying SPM Self – Phase RZ Return-to-zero Modulation TDM Time division WGR Wavelength Grating multiplexing Router Trang x
13. Báo cáo đồ án tốt nghiệp DANH MỤC BẢNG, BIỂU ĐỒ Trang Bảng 2.1 Phân chia băng tần quang. 05 Bảng 2.2 So sánh giữa các cấu trúc OADM. 17 Bảng 2.3 Các thí nghiệm của hệ thống WDM dung lượng lớn. 30 Bảng 3.1 Chuyển đổi tín hiệu thành Doubinary. 55 Bảng 5.1 Chuyển dữ liệu thành dạng DB. 80 Bảng 6.1 Đánh giá các loại điều chế từ kết quả mô phỏng. 98 Trang xi
14. Báo cáo đồ án tốt nghiệp DANH MỤC HÌNH Trang Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống DWDM. 06 Hình 2.2 Mô hình OLT. 08 Hình 2.3 Các loại chuyển đổi bước sóng quang điện: (a) 1R; (b) 2R; (c) 3R. 09 Hình 2.4 Nguyên lý hoạt động của bộ chuyển đổi bước sóng chế tạo theo phương pháp cửa quang. 10 Hình 2.5 Biến đổi sóng bằng điều chế xuyên pha sử dụng bộ khuếch đại quang bán dẫn có gắn bộ lọc Mach-Zender bên trong. 11 Hình 2.6 Chuyển đổi bước sóng bằng cách trộn bốn bước sóng trong bộ khuếch đại quang. 12 Hình 2.7 Bộ tách/ghép kênh bước sóng quang. (a) Sơ đồ khối bộ ghép kênh bước sóng (MUX). (b) Sơ đồ khối bộ tách ghép kênh bước sóng (DEMUX). (c) Các thông số đặc trưng của bộ MUX/DEMUX. 12 Hình 2.8 Ghép tầng để tăng dung lượng ghép/tách các kênh bước sóng. (a) Ghép tầng theo từng bước băng bước sóng. (b) Ghép tầng đan xen chẵn lẻ. 13 Hình 2.9 Sơ đồ khối của một bộ khuếch đại đường dây quang điển hình. 14 Hình 2.10 Mô hình OADM. (a) Giải pháp dùng cho hệ thống điểm nối điểm. (b) OADM tại B. 15 Hình 2.11 Các kiến trúc khác nhau cho OADM. (a) Dạng song song (b) Dạng song song theo băng (c) dạng nối tiếp (d) Dạng tách băng. 16 Hình 2.12 Giới hạn công suất quang do ảnh hưởng phi tuyến. 24 Hình 2.13 Các vấn đề cần xem xét trong thiết kế hệ thống dung lượng cao, khoảng cách xa. 29 Hình 3.1. Điều chế sóng mang theo các dạng điều chế (a) Điều chế ASK (b) Điều chế FSK (c) Điều chế PSK. 37 Hình 3.2. Phổ công suất của tín hiệu ASK. 38 Hình 3.3 Cấu hình bộ phát sử dụng điều chế FSK. 39 Hình 3.4 Phổ công suất tín hiệu điều chế MSK. 40 Hình 3.5 Phổ của tín hiệu FSK. 40 Hình 3.6 Phổ tín hiệu PSK. 41 Trang xii
15. Báo cáo đồ án tốt nghiệp Hình 3.7 Electroabsorption modulators. 43 Hình 3.8 Các loại công nghệ điều chế sử dụng cho các dạng điều chế: (a) EAM, (b) MZM, (c) Điều chế Quadrature hay nested MZM. 44 Hình 3.9 Bộ điều chế QM. 46 Hình.3.10 Điều chế sử dụng MZM. 47 Hình 3.11 Biểu diễn pha được điều chế bởi dual MZM. 47 Hình 3.12 Phân cực điện áp cho MZM dùng cho điều chế CSRZ. 48 Hình 3.13 Pha tín hiệu CSRZ. 48 Hình 3.14 Phân cực điện áp cho MZM dùng cho điều chế RZ. 49 Hình 3.15 Pha tín hiệu RZ. 50 Hình 3.16 Dpsk pre-coder (b) pha tín hiệu được điều chế DPSK. 51 Hình 3.17 Sơ đồ điều chế NRZ: (a) sơ đồ khối của NRZ, (b) dạng sóng, (c) phase. 51 Hình 3.18 Tổng quang điều chế NRZ-OOK, DB(PSBT) và NRZ-DPSK. 52 Hình 3.19 Sơ đồ khối tạo tín hiệu DB. 54 Hình 3.20 Delay với xung clock. 54 Hình 3.21 Phân cực điện áp cho MZM làm việc tại E=0. 54 Hình 3.22 Chuyển đổi dữ liệu thành dạng DB. 55 Hình 3.23 Sơ đồ khối tạo tín hiệu MD. 56 Hình 3.24 Tạo tín hiệu dạng MD-RZ. 56 Hình 3.25 Sơ đồ điều chế RZ: (a) sơ đồ khối máy phát RZ, (b) dạng sóng RZ, (c) phase RZ. 57 Hình 3.26 Tạo tín hiệu RZ, CSRZ điều chế từ MZM. 58 Hình 3.27 Mô hình điều chế CSRZ (a): sơ đồ khối, (b) dạng tín hiệu. 59 Hình 3.28 So sánh điều chế OOK và DPSK. 60 Hình 3.29 Đầu thu DPSK (a) thu trực tiếp (b) thu bằng điều chế cân bằng. 60 Hình 3.30 Điều chế NRZ-DPSK. 61 Hình 3.31 Điều chế RZ-DPSK. 61 Hình 3.32 Điều chế MZM (a) điều chế MZM và (b) điều chế MZM lồng vào nhau. 62 Hình 3.33 Sơ đồ khối điều chế và giải điều chế DQPSK. 63 Hình 3.34 Pha các dạng điều chế. 63 Hình 4.1 FLASHWAVE 7500 ROADM và FLASHWAVE 9500. 65 Hình 4.2 Ciena Family 6500. 66 Hình 4.3 The Alcatel-Lucent 1626. 66 Hình 4.4 Optix OSN 8800. 67 Trang xiii
16. Báo cáo đồ án tốt nghiệp Hình 5.1 Thư viện Optisystem. 69 Hình 5.2 Project trong Optisystem. 70 Hình 5.3 Layout trên Optisystem. 70 Hình 5.4 Thiết lập thông số cho hệ thống. 71 Hình 5.5 Sơ đồ khối tín hiệu NRZ-OOK. 75 Hình 5.6 Điều chế NRZ-OOK trên phần mềm Optisystem. 75 Hình 5.7 Phổ tín hiệu NRZ-OOK. 75 Hình 5.8 Sơ đồ nguyên lý điều chế RZ-OOK. 76 Hình 5.9 Điều chế RZ-OOK trên Optisystem. 77 Hình 5.10 Phổ tín hiệu RZ-OOK. 77 Hình 5.11 Sơ đồ nguyên lý điều chế CSRZ-OOK. 78 Hình 5.12 Điều chế CSRZ-OOK trên Optisystem. 78 Hình 5.13 Phổ tín hiệu CSRZ-OOK. 79 Hình 5.14 Phân cực cho MZM tại 0. 79 Hình 5.15 Sơ đồ nguyên lý điều chế DB. 80 Hình 5.16 Điều chế DB trên Optisystem. 81 Hình 5.17 Phổ tín hiệu DB. 81 Hình 5.18 Sơ đồ nguyên lý điều chế MD-RZ. 82 Hình 5.19 Điều chế MD-RZ trên Optisystem. 82 Hình 5.20 Phổ tín hiệu MD-RZ. 83 Hình 5.21 Sơ đồ nguyên lý Điều chế DPSK. 84 Hình 5.22 Điều chế RZ-DPSK trên Optisystem. 84 Hình 5.23 Phổ tín hiệu RZ-DPSK. 85 Hình 5.24 Điều chế CSRZ-DPSK trên Optisystem. 86 Hình 5.25 Phổ tín hiệu CSRZ-DPSK. 86 Hình 5.26 Sơ đồ nguyên lý DQPSK. 87 Hình 5.27 Điều chế RZ-DQPSK trên Optisystem. 88 Hình 5.28 Phổ tín hiệu RZ-DQPSK. 88 Hình 5.29 Mô hình hệ thống quang. 89 Hình 5.30 Mô hình truyền dẫn quang với N chặn được bù tán sắc bằng DCF. 90 Hình 5.31 Tán sắc phân cực mode. 91 Hình 5.32 Lưu đồ giải thuật hệ thống. 92 Hình 5.33 Phổ tín hiệu quang. 93 Hình 6.1 So sánh ảnh hưởng tán sắc đối với các mã điều chế. 94 Hình 6.2 So sánh khoảng cách truyền dẫn đối với các mã điều chế. 95 Hình 6.3 So sánh ảnh hưởng 2k của PMD bậc 2. 96 Trang xiv
17. Báo cáo đồ án tốt nghiệp Hình 6.4 So sánh ảnh hưởng  ' của PMD bậc 2. 96 Trang xv
18. Báo cáo đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1. LỜI MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây mạng viễn thông Việt Nam có nhiều phát triển đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các dịch vụ viễn thông. Tuy nhiên sự tăng trưởng đột biến trong nhu cầu về dịch vụ viễn thông nói riêng và cũng như dịch vụ viễn thông truyền tải mạng trục nói chung đang đặt ra những thách thức to lớn đối với hạ tầng mạng truyền dẫn hiện nay. Để đáp ứng yêu cầu đó thì mạng truyền dẫn quang đang và là thử thách đối với cơ sở hạ tầng truyền dẫn hiện nay. Sau sự ra đời của sợi quang đơn mode và các công nghệ liên quan trong truyền dẫn quang vào đầu những năm 1980, các mạng truyền dẫn quang đã có những phát triển lớn, đánh dấu là sự phát triển của các hệ thống truyền dẫn quang là nhằm đáp ứng cho sự tăng trưởng đột biến của lưu lượng viễn thông đáp ứng cho toàn cầu trong nhiều năm qua. Từ đó, vấn đề được đặt ra cho hệ thống quang luôn được nghiên cứu và khai thác. Vì thế các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ hay dung lượng (đo bằng bit/s), và khoảng cách truyền của hệ thống (đo bằng tích hệ số khoảng cách L và dung lượng B). Trong hệ thống truyền dẫn thì để đáp ứng được chất lượng đường truyền với tốc độ cao thì ngoài yếu tố chất lượng sợi quang thì còn phụ thuộc vào nhà sản xuất cũng như kỹ thuật về vật liệu chế tạo. Vì thế, các thành phần trong hệ thống truyền dẫn luôn được nghiên cứu và phát triển để đáp ứng được cho nhu cầu hiện nay. Để đáp ứng được vấn đề đặt ra thì việc nghiên cứu về công nghệ điều chế tín hiệu quang nhằm mục đích đón đầu công nghệ với ưu điểm phù hợp với cơ sở hạ tầng viễn thông có sẵn đồng thời đáp ứng được các công nghệ mơi thích hợp, hiệu quả đảm bảo chất lượng và hiệu quả cho các thiết bị truyền dẫn quang. 1.2. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Kỹ thuật điều chế tín hiệu quang mới giúp nâng cao tốc độ bit, dung lượng nhằm tăng hiệu quả ứng dụng trong các mạng truyền dẫn quang. Từ đó, áp dụng các kỹ thuật này vào hệ thống truyền dẫn cáp quang thực tế sẽ tận dụng được nhiều ưu điểm và hiệu quả tốt hơn cho từng loại điều chế. Đánh giá được ưu-nhược điểm của các loại điều chế quang. 1.3. MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI Đề tài tìm hiểu một số kỹ thuật điều chế tín hiệu quang và một số kỹ thuật truyền dẫn tiên tiến ứng dụng trong các hệ thống thông tin sợi quang thế hệ mới. Trang 1
19. Báo cáo đồ án tốt nghiệp - Hệ thống hóa những vấn đề lý thuyết cơ bản về điều chế và giải điều chế tín hiệu quang. - Phân tích các đặc trưng kỹ thuật của các loại điều chế tín hiệu. - Ứng dụng các kỹ thuật điều chế và giải điều ché trong hệ thống thông tin quang. 1.4. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU Nhiệm vụ nghiên cứu trong đề tài xoay quanh hai vấn đề sau: - Mô hình kỹ thuật điều chế tín hiệu quang tốc độ cao. - Các kết quả mô phỏng, đánh giá chất lượng của các kỹ thuật này. 1.5. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.5.1. Đối tượng đề tài Tìm hiểu các kỹ thuật điều chế trong hệ thống truyền dẫn sợi quang. 1.5.2. Phạm vi đề tài Nghiên cứu các hệ thống thông tin sợi quang tốc độ cao. Đề tài tập trung về vấn đề kỹ thuật điều chế và giải điều chế tín hiệu quang trong hệ thống thông tin sợi quang tốc độ cao. Nghiên cứu các kỹ thuật điều chế tốc độ cao trong hệ thống thông tin thực tiễn. 1.6. PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN VÀ TÍNH THỰC TIỄN ĐỀ TÀI 1.6.1. Phương pháp tiếp cận Phương pháp sử dụng trong đề tài là kết hợp lý thuyết và mô phỏng để làm rõ nội dung đề tài với sự hỗ trợ của phần mềm. - Tìm hiểu phân tích các kỹ thuật của việc điều chế và giải điều chế tín hiệu quang tốc độ cao. - Tìm hiểu một số kỹ thuật điều chế sử dụng trong thực tiễn. - Sử dung phần mềm (Optisystem, Matlab, ) mô phỏng và đánh giá. 1.6.2. Tính thực tiễn Kỹ thuật điều chế tín hiệu quang mới giúp nâng cao tốc độ bit, dung lượng nhắm tăng hiệu quả ứng dụng trong các mạng truyền dẫn quang thế hệ mới. Từ đó, áp dụng các kỹ thuật này vào hệ thống truyền dẫn cáp quang thực tế sẽ tận dụng được nhiều ưu điểm và hiệu quả tốt hơn. 1.6.3. Kết quả mong muốn - Mô hình kỹ thuật điều chế tín hiệu quang tốc độ cao. - Các kết quả mô phỏng, đánh giá chất lượng của các kỹ thuật này. Trang 2
20. Báo cáo đồ án tốt nghiệp 1.7. BỐ CỤC TRÌNH BÀY Đề tài được chia làm 7 chương chính như sau sau: Chương 1: TỔNG QUAN Chương 2: HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG. Giới thiệu tổng quan về các khái niệm sử dụng trong thông tin quang DWDM. Chương này cho ta cái nhìn tổng quát về tán sắc, định nghĩa, phân loại và những ảnh hưởng chất lượng hệ thống như tán sắc, phi tuyến, xuyên kênh. Chương 3: KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ QUANG. Giới thiệu những kỹ thuật điều chế tín hiệu quang, bắt đầu từ những kỹ thuật đơn giản nhất trong những hệ thống truyền dẫn quang đầu tiên cho đến những kỹ thuật hiện đại và phức tạp, trong đó chú trọng vào các kỹ thuật tiên tiến được ứng dụng cho các mạng truyền dẫn quang thế hệ mới có dung lượng lớn, khoảng cách truyền tải dài và cực dài. Chương 4: KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ QUANG CỦA CÁC NHÀ CUNG CẤP THIẾT BỊ NỔI TIẾNG Giới thiệu kỹ thuật điều chế quang trong tầm nhìn và lộ trình của các nhà cung cấp thiết bị nổi tiếng trên thế giới, với trọng tâm hướng vào những kỹ thuật tiên tiến đảm bảo tốc độ truyền dẫn lớn cho từng kênh, tổng dung lượng lớn cho toàn hệ thống và khoảng cách truyền dẫn lớn. Chương này cũng phân tích những đặc điểm của các hệ thống truyền dẫn quang với góc độ là điều chế tín hiệu quang. Chương 5: MÔ PHỎNG KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ QUANG TỐC ĐỘ CAO. Mô hình hóa các kỹ thuật điều chế từ lý thuyết sang mô hình phần mềm. Chương 6: SO SÁNH ĐÁNH GIÁ KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ QUANG TỐC ĐỘ CAO. Xem xét ảnh hưởng của tán sắc, tán sắc phân cực mode và yếu tố phi tuyến đến các loại điều chế. Từ đó, đánh giá ưu-nhược điểm của các loại điều chế. Chương 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. 1.8. KẾT LUẬN Trong phần này đề tài trình bày các vấn đề sau: - Tính cấp thiết của đề tài. - Mục đích đề tài. - Nhiệm vụ nghiên cứu. - Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. - Phương pháp tiếp cận và thực tiễn - Bố cục trình bày. Trang 3
21. Báo cáo đồ án tốt nghiệp Với các nội dung đề ra thì phần này mang tính định hướng cho nội dung xuyên suốt đề tài cũng như phương pháp tiếp cận đề tài. Ngoài ra, việc giới hạn đề tài cũng là một hướng mở để phát triển trong tương lai. Trang 4
22. S K L 0 0 2 1 5 4