ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------- TRẦN HỮU TRUNG GIẢM CHI PHÍ CHO WDM-PON BẰNG NGUỒN TỰ PHÁT XẠ Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện Tử Mã số: 605270 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2012 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học :. (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 1 :.
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2 :. (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1. Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA………… ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên:. Ngày, tháng, năm sinh:. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : (Ghi theo trong QĐ giao đề tài).
NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (Ghi theo trong QĐ giao đề tài). CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên):. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) TRƯỞNG KHOA….……… (Họ tên và chữ ký) Lôøi caûm ôn i TÓM TẮT LUẬN VĂN Sự bùng nổ của các loại hình dịch vụ thông tin, đặc biệt là sự phát triển nhanh chóng của Internet và World Wide Web làm gia tăng không ngừng nhu cầu về dung lượng mạng. Ðiều này đòi hỏi phải xây dựng và phát triển các mạng quang mới dung lượng cao.
Công nghệ ghép kênh theo bước sóng quang DWDM là một giải pháp hoàn hảo cho phép tận dụng hữu hiệu băng thông rộng lớn của sợi quang, nâng cao rõ rệt dung lượng truyền dẫn đồng thời hạ giá thành sản phẩm. Sự phát triển của hệ thống WDM cùng với công nghệ chuyển mạch quang sẽ tạo nên một mạng thông tin thế hệ mới - mạng thông tin toàn quang. Để làm giảm chi phí sử dụng các nguồn phát laser đắt tiền như Tuneable Laser, Fabry-Peròt laser diodes… có thể thay thế bằng nguồn phát xạ tự phát được khuếch đại trong các thiết bị quang như là khuếch đại quang bán dẫn, khuếch đại sợi quang pha tạp chất Erbium. Đây là một hướng nghiên cứu mới gần đây, hệ thống mạng quang không sử dụng nguồn phát quang như trước đây, mà sẽ sử dụng nguồn phát xạ tự phát do nhiễu ngẫu nhiên của thiết bị gây ra, sao đó được khuếch đại lên thành nguồn phát quang cho thiết bị đầu cuối còn được gọi là “self seeding”.
“Due to the outburst of the information services, especially the rapidlly development of Internet and World Wide Web, the needs of network's capacity increase day by day. So, building and developing new high capacity optical network become an urgent requirement. Wavelength-division multiplexing technology (DWDM) is a perfect solution for effecially taking advantage of optical fiber's broad bandwidth, obviously increase transmission's capacity as well as decrease the price of services. The development of WDM systems and optical switching technology will create a new generation of information network - optical information network.
There is a solution to decrease the cost of using expensive optical source (Tuneable Laser, Fabry-Perot Laser diodes): using spontaneous emission source, which is amplified in the optical equipments as semiconductor optical amplifier SOA, doped optical (Erbium) amplifier. This is a new research direction recently, optical network, which doesn't use traditional optical source, but use spontaneous emission source (that's noise which is emmitted by equipment, amplified and used as optical source for terminal equipment) is called "self seeding". ii LỜI CAM KẾT Tôi xin cam đoan: Bản luận văn tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân, được thực hiện trên cơ sở cứu lý thuyết, kiến thức học được ở trường, nghiên cứu khảo sát, mô phỏng hệ thống dưới sự hướng dẫn khoa học của Tiến sĩ: Phạm Quang Thái. Các số liệu và những kết quả trong luận văn là trung thực, chưa từng được công bố dưới bất cứ hình thức nào trước khi trình, bảo vệ.
Một lần nữa, tôi xin khẳng định về sự trung thực của lời cam kết trên. iii MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN. ii LỜI CAM KẾT. iii MỤC LỤC.
iv DANH MỤC HÌNH VẼ. vi BẢNG DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT. MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG. GIỚI HẠN VÀ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU.
CẤU TRÚC HỆ THỐNG QUANG THỤ ĐỘNG. Nguồn laser điều chỉnh được bước sóng. Dùng nguồn phát dải rộng phân chia. Cơ chế phản xạ.
TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG NGUỒN PHÁT XẠ TỰ PHÁT. Cấu trúc phản xạ sử dụng bộ lọc băng thông BPF. Cấu trúc phản xạ RSOA sử dụng gương phản xạ. Sử dụng gương thường.
Sử dụng gương Faraday. Cấu trúc phản xạ FP-LD sử dụng gương phản xạ. GIỚI THIỆU BỘ KHUẾCH ĐẠI BÁN DẪN. NGUYÊN LÝ KHUẾCH ĐẠI QUANG.
PHÂN LOẠI KHUẾCH ĐẠI QUANG. CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT. Băng thông độ lợi. Công suất ngõ ra bão hòa.
Hệ số nhiễu. BỘ KHUẾCH ĐẠI QUANG BÁN DẪN. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động. Đặc tính của bộ khuếch đại FPA và TWA.
Sự khác nhau về độ lợi giữa FPA và TWA. Sự khác nhau về băng thông FPA và TWA. Ưu khuyết điểm và ứng dụng của SOA. BỘ ĐIỀU CHẾ MACH-ZEHNDER.
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHẦN MỀM OPTISYSTEM. CÁC ỨNG DỤNG CỦA OPTISYSTEM. NHỮNG CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ TÍN HIỆU QUANG. Xác suất lỗi bit (BER).
Hệ số chất lượng tín hiệu (Q factor). GIẢM CHI PHÍ CHO HỆ THỐNG DÙNG NGUỒN TỰ PHÁT XẠ. HỆ THỐNG GHÉP KÊNH QUANG SỬ DỤNG SOA VÀ MZM. Quá trình hình thành khe cộng hưởng.
Sơ đồ khối toàn hệ thống trong phần mềm Opticsystem 7. Kết quả phổ tín hiệu thu được khi hệ thống hoạt động. Kết quả về tỉ lệ bit lỗi. HỆ THỐNG GHÉP KÊNH QUANG SỬ DỤNG NGUỒN TRỰC TIẾP.
Mô tả hệ thống. Kết quả về tỉ lệ bit lỗi. NHẬN XÉT CHUNG. SO SÁNH GIÁ CỦA MỘT SỐ THIẾT BỊ QUANG.
59 Tài liệu tham khảo. 60 v DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.2: Sơ đồ cơ bản WDM-PON .1: Sơ đồ cấu trúc phản xạ WDM-PON .2: Cấu trúc WDM-PON với nguồn laser điều chỉnh bước sóng trong ONU .3: Cấu trúc WDM-PON với nguồn quang phổ uplink ở ONU .4: Cấu trúc WDM-PON với Injection locked FP như là bộ phát ONU.5: Sơ đồ bộ phát laser Fabry-Perot .6: Cấu trúc WDM-PON với RSOA phân cực đơn trong bộ phát ONU.7: WDM-PON với RSOA độc lập phân cực trong bộ phát ONU .8: Cấu trúc phản xạ sử dụng REAM .9: Cấu trúc WDM-PON điều chế trực tiếp luồng dữ liệu sử dụng nguồn phát xạ tự phát của RSOA tại đầu ONU.10: Cấu trúc WDM-PON sử dụng gương thường tại đầu xa RN .11: Cấu trúc WDM-PON sử dụng gương Faraday thường tại đầu xa RN.12: Cấu trúc WDM sử dụng nguồn self-seeding của thiết bị FP-LD .13: Trạng thái phân cực của ánh sáng khi đi qua gương Faraday .14: Các hiện tượng biến đổi quang điện .15: Mô hình tổng quát của một bộ khuếch đại quang .16: Biểu diễn mối quan hệ độ lợi và công suất .17: Nhiễu phát xạ tự phát ASE .18: Bộ khuếch đại quang bán dẫn .19: Cấu trúc của một bộ khuếch đại quang bán dẫn SOA .20: Fabry-Perot Amplifier và Traveling wave amplifier .21: Quá trình khuếch đại tín hiệu xảy ra trong FPA.22: Băng thông củaFPA và TWA .23: Độ lợi của FPA thay đổi theo tần số với R = 0.24: Bộ điều chế MACH-ZEHNDER .1: Sơ đồ hệ thống ghép kênh quang sử dụng SOA và MZM .2: Sơ đồ hệ thống sử dụng SOA+MZM .3: Khối phát quang Upstream tại đầu ONU .4: Khối phát quang Downstream tại đầu OLT .5: Khối tách ghép kênh quang WDM .6: Khối thu quang .7: Phổ của nhiễu phát xạ tự phát ASE .8: Phổ trong quá trình được khuếch đại .9: Phổ tín hiệu khi đạt đến trạng thái bảo hòa .10: Bảng thống kê kết quả luồng Upstream Kênh 1 .11: Bảng thống kê kết quả luồng Upstream Kênh 2 .12: Bảng thống kê kết quả luồng Downstream Kênh 1 .13: Bảng thống kê kết quả luồng Downstream Kênh 2 .14: Sơ đồ tổng quát hệ thống .15: Sơ đồ hệ thống trong Opticsystem .18: Bảng thống kê kết quả luồng Downstream Kênh 1 .19: Bảng thống kê kết quả luồng Downstream Kênh 2 .20: Bảng thống kê kết quả luồng Upstream Kênh 1 .21: Bảng thống kê kết quả luồng Upstream Kênh 2 .1: So sánh các cấu trúc Upstream WDM-PON.1: Giá thiết bị quang trong bộ phát quang. 56 vii BẢNG DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ASE Amplified Spontaneous Emission AWG Array waveguide grating BPON Broadband PON CO Central office EDFA Erbium-doped fiber amplifier ONU Optical network unit OLT Optical line terminal PON Passive optical network SOA Semiconductor optical amplifier SLED Superliminescent light emitting diode EPON Ethernet PON GPON Gigabit PON TDMA Time division multiplexed access WDM Wavelength division multiplexing viii GIẢM CHI PHÍ CHO WDM-PON BẰNG NGUỒN TỰ PHÁT XẠ GVHD: TS. PHẠM QUANG THÁI 1.
MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG Mạng quang thụ động (PON) được phát triển đầu tiên vào những năm 1980, như là một phương pháp chi phí hiệu quả cho việc chia sẻ cơ sở hạ tầng cáp quang cho các dịch vụ thoại băng hẹp (TPON) đến khách hàng. Sau đó, ngày càng nhiều các ứng dụng của PONs trong mạng băng rộng như BPON, EPON và hiện tại là GPON .1: Sơ đồ cơ bản PON [1] Tất cả những hệ thống trên dựa trên cùng một phương pháp đa truy cấp phân chia kênh thời gian trong truyền dẫn quang gọi là TDMA. Tuy nhiên, sau đó việc sử dụng phương pháp phân chia theo bước sóng WDM đã dần thay thế phương pháp cũ với ưu điểm về dung lượng, các tiềm năng và dịch vụ. Việc sử dụng WDM trong PON đang được nghiên cứu và được vào thương mại.
HVTH: Trần Hữu Trung Trang - 1 - GIẢM CHI PHÍ CHO WDM-PON BẰNG NGUỒN TỰ PHÁT XẠ GVHD: TS. PHẠM QUANG THÁI Hình 1.2 Sơ đồ cơ bản WDM-PON [2] Ưu điểm WDM-PON - Hệ thống phân bố thiết bị quang thụ động. - Bảo mật dữ liệu tốt do sử dụng nhiều bước sóng riêng biệt. - Kết nối điểm-điểm giữa OLT và ONU ở miền bước sóng rõ ràng.
- Tốc độ và giao thức kết nối ổn định. Nhược điểm WDM-PON - Thành phần trong hệ thống WDM chi phí cao. - Ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường. - Thiết bị đầu cuối ONU vận hành ở bước sóng cố định “colorless”.
