Khảo sát và so sánh đặc tính điều biến trong các kỹ thuật điều biến khác nhau được sử dụng trong bộ phát quang.
Xây dựng bộ phát quang Laser diode sử dụng kỹ thuật điều biến trực tiếp và khảo sát đặc tính.
Xây dựng bộ phát quang Laser diode sử dụng kỹ thuật điều biến ngoài dùng bộ điều chế Mach-Zehnder và khảo sát đặc tính.
3 Nội dung: a Khảo sát đặc tính bộ phát quang LD sử dụng điều chế trực tiếp
- Xây dựng bộ phát theo sơ đồ khối dưới đây:
Mô hình mô phỏng trong phần mềm Optisystem:
- Kiểm tra và hiệu chỉnh các tham số dòng kích thích laser trước khi chạy mô phỏng.
Utilize Optical Spectrum Analyzers, Optical Time Domain Visualizers, and Oscilloscope Visualizers to effectively observe and analyze optical and electrical signals.
Chạy mô phỏng và thu thập kết quả cho phân tích đặc tính điều chế của bộ phát quang trong hai trường hợp: dòng định thiên nhỏ hơn và lớn hơn dòng ngưỡng của laser.
+ Trường hợp dòng Bias nhỏ hơn dòng ngưỡng (18 mA và 33.457 mA)
+ Trường hợp dòng Bias lớn hơn dòng ngưỡng (36 mA và 33.457 mA)
Chuỗi PRBS Bộ tạo xung NRZ
OSA: Máy phân tích phổ quang OTDV
OTDV: Máy hiện sóng tín hiệu quang
MZM: Bộ điều chế Mach-Zehnder
Bộ thu quang Rx Laser CW
- Có thể sử dụng thêm bộ thu quang (Rx) và khối phân tích mẫu mắt để quan sát biểu đồ mắt tín hiệu thu được.
Quan sát và phân tích các kết quả bao gồm phổ quang, dạng sóng và chirp tần của tín hiệu quang điều biến trong miền thời gian So sánh các đặc điểm này với dạng sóng tín hiệu điện kích thích Khảo sát đặc tính của bộ phát quang LD sử dụng phương pháp điều chế ngoài để hiểu rõ hơn về hiệu suất và ứng dụng của nó.
- Xây dựng bộ phát sử dụng bộ điều chế Mach-Zehnder theo sơ đồ khối dưới đây:
Mô hình mô phỏng trong phần mềm Optisystem:
- Thiết lập các tham số cơ bản cho các khối hoạt động tại tốc độ 2,5 Gbit/s, độ dài chuỗi bit bằng 32 bit, số mẫu 32 mẫu/mỗi bít.
- Kiểm tra và hiệu chỉnh các tham số bộ điều chế MZM trước khi chạy mô phỏng.
- Sử dụng các khối phân tích phổ quang và máy hiện sóng tín hiệu quang và tín hiệu điện để quan sát và phân tích tín hiệu.
- Chạy mô phỏng và thu thập kết quả cho phân tích đặc tính điều chế bộ phát quang trong 2 trường hợp hệ số đối xứng (symmetry factor) bằng -1 và 0.
Quan sát và phân tích kết quả của phổ quang, dạng sóng và chirp tần của tín hiệu quang điều biến trong miền thời gian, đồng thời so sánh với dạng sóng của tín hiệu điện kích thích Cuối cùng, thu thập các kết quả và biên soạn báo cáo.
Dòng định thiên (Bias) có ảnh hưởng trực tiếp đến tỷ lệ lỗi bit (BER) của tín hiệu thu được Cụ thể, khi dòng Bias vượt quá dòng ngưỡng của laser, tỷ lệ BER đạt được là 10^-44, trong khi khi dòng Bias thấp hơn dòng ngưỡng, tỷ lệ BER rơi vào khoảng 10^-6 Do đó, việc tăng cường dòng Bias sẽ dẫn đến sự giảm tỷ lệ BER, từ đó cải thiện hiệu suất của hệ thống.
Hệ số đối xứng của bộ MZD khi thay đổi sẽ ảnh hưởng tới chirp tần của tín hiệu sau điều chế.
Khảo sát độ nhạy bộ thu quang sử dụng thành phần diode thu quang khác nhau.
Xây dựng bộ thu quang sử dụng PIN và khảo sát độ nhạy thu.
Xây dựng bộ thu quang sử dụng APD và khảo sát độ nhạy thu.
3 Nội dung: a Khảo sát độ nhạy bộ thu quang sử dụng PIN
- Xây dựng bộ thu quang sử dụng diode thu quang PIN theo sơ đồ khối dưới đây:
Chuỗi PRBS Bộ tạo xung NRZ
Máy đo công suất quang PD: Diode thu quang
Bộ suy hao PD PIN
Laser CW Bộ lọc Bessel thông thấp Bộ phân tích BER
Mô hình mô phỏng trong phần mềm Optisystem
Thiết lập các tham số cơ bản cho các khối trong sơ đồ hoạt động ở tốc độ 2,5 Gbit/s và 10 Gbit/s, với độ dài chuỗi bit là 128 bit và số mẫu đạt 64 mẫu cho mỗi bít.
- Kiểm tra và hiệu chỉnh các tham số suy hao của bộ suy hao trước khi chạy mô phỏng.
Sử dụng máy đo công suất quang giúp đo công suất quang vào bộ thu, đồng thời phân tích BER để quan sát biểu đồ mắt và ước tính tỷ lệ lỗi bit (BER) của tín hiệu thu được.
Chạy mô phỏng và thu thập kết quả với các giá trị suy hao quang khác nhau là một bước quan trọng trong nghiên cứu Bạn có thể sử dụng chế độ quét để dễ dàng thu thập và phân tích các giá trị suy hao.
- Các tham số bộ suy hao và tham số hệ thống
- Thực hiện quét các giá trị suy hao khác nhau
- Công suất quang đi vào bộ thu và biểu đồ mắt ước tính BER thu được
- Kết quả mô phỏng tại các giá trị suy hao khác nhau và đồ thị đường cong BER là hàm của công suất thu
- Vẽ đường cong BER là hàm của công suất thu và xác định độ nhạy bộ thu tại mức BER = 10 -10 ở hai tốc độ khác nhau.
- Độ nhạy thu tại BER = 10 -10 tại tốc độ 2.5 Gbit/s
- Độ nhạy thu tại BER = 10 -10 tại tốc độ 10 Gbit/s
Chuỗi PRBS Bộ tạo xung NRZ
Máy đo công suất quang PD: Diode thu quang
Bộ suy hao PD APD
Laser CW Bộ lọc Bessel thông thấp Bộ phân tích BER b Khảo sát độ nhạy bộ thu quang sử dụng APD
- Xây dựng bộ thu quang sử dụng diode thu quang PIN theo sơ đồ khối dưới đây:
Mô hình mô phỏng trong Optisystem
- Kiểm tra và hiệu chỉnh các tham số suy hao của bộ suy hao trước khi chạy mô phỏng.
Sử dụng máy đo công suất quang giúp đo lường công suất quang đi vào bộ thu, đồng thời kết hợp với khối phân tích BER để quan sát biểu đồ mắt và ước tính tỷ lệ lỗi bit (BER) của tín hiệu thu được.
Chạy mô phỏng và thu thập kết quả ở các giá trị suy hao quang khác nhau, có thể áp dụng chế độ quét để khảo sát các giá trị suy hao này.
- Vẽ đường cong BER là hàm của công suất thu và xác định độ nhạy bộ thu tại mức BER = 10 -10 ở hai tốc độ khác nhau.
- Các tham số bộ suy hao và tham số hệ thống
- Thực hiện quét các giá trị suy hao khác nhau
- Công suất quang đi vào bộ thu và biểu đồ mắt ước tính BER thu được
- Kết quả mô phỏng tại các giá trị suy hao khác nhau và đồ thị đường cong BER là hàm của công suất thu
- Vẽ đường cong BER là hàm của công suất thu và xác định độ nhạy bộ thu tại mức BER = 10 -10 ở hai tốc độ khác nhau.
- Độ nhạy thu tại BER = 10 -10 tại tốc độ 2.5 Gbit/s
- Độ nhạy thu tại BER = 10 -10 tại tốc độ 10 Gbit/s
Khảo sát tuyến truyền dẫn sợi quang
- Xây dựng tuyến truyền dẫn sợi quang sử dụng sợi đơn mode chuẩn và khảo sát đặc tính.
Máy đo công suất quang
OSA: Máy phân tích phổ quang
Bộ phát quang Bộ phân tích BER x N lần OSA
3.Nội dung: a Khảo sát tuyến truyền dẫn sợi quang sử dụng sợi đơn mode chuẩn (SSMF)
- Xây dựng tuyến truyền dẫn sợi quang theo sơ đồ dưới đây:
Mô hình mô phỏng trong Optisystem
Tuyến truyền dẫn quang bao gồm N chặng (span) đồng nhất, mỗi chặng được cấu thành từ một đoạn sợi quang đơn mode chuẩn và một bộ EDFA để bù suy hao truyền dẫn Với cấu hình giống nhau của các chặng, có thể áp dụng khối điều khiển vòng lặp (Loop Control) nhằm thay đổi số lượng chặng trên tuyến Các bộ phát quang và thu quang được sử dụng để hỗ trợ quá trình truyền dẫn hiệu quả.
Sử dụng máy đo công suất quang, máy hiện sóng tín hiệu quang và điện để giám sát tín hiệu tại các điểm quan trọng trong hệ thống Khối phân tích BER cho phép quan sát biểu đồ mắt và ước tính tỷ lệ BER của tín hiệu thu được Đồng thời, máy phân tích phổ quang được sử dụng để đo phổ và ước tính tham số OSNR tại điểm cuối của tuyến truyền dẫn Tham số OSNR được xác định thông qua phổ quang đo được, với độ rộng băng tần quang tham chiếu (độ phân giải phổ) là 0,1 nm.
- Chạy mô phỏng và thu thập kết quả tại các khoảng cách tuyến truyền dẫn khác nhau (bằng cách thay đổi số chặng hay số vòng lặp của tuyến)
- Tham số hệ thống và vòng lặp
- Vẽ đường cong BER và tham số OSNR là hàm của khoảng cách truyền dẫn và xác định giới hạn khoảng cách của hệ thống tại mức BER = 10 -10
Giới hạn khoảng cách của hệ thống tại mức BER = 10 -10
Máy đo công suất quang
OSA: Máy phân tích phổ quang
Bộ phát quang Bộ phân tích BER x N lần OSA
DCF EDFA b Khảo sát tuyến truyền dẫn sợi quang có sử dụng sợi bù tán sắc (DCF)
- Xây dựng tuyến truyền dẫn sợi quang theo sơ đồ dưới đây:
Mô hình mô phỏng trong Optisystem
Tuyến truyền dẫn quang bao gồm N chặng (span) đồng nhất, mỗi chặng được cấu thành từ một đoạn sợi quang đơn mode chuẩn, một đoạn sợi bù tán sắc và hai bộ EDFA để bù suy hao truyền dẫn Với cấu hình giống nhau, có thể áp dụng khối điều khiển vòng lặp (Loop Control) để điều chỉnh số chặng trên tuyến Các bộ phát và thu quang có thể sử dụng cấu trúc đã được trình bày trong các bài viết trước.
Thiết lập các tham số cho các khối trong sơ đồ hệ thống là rất quan trọng, với tốc độ hoạt động 2,5 Gbit/s và 10 Gbit/s Độ dài chuỗi bit được định nghĩa là 128 bit, trong khi số mẫu đạt 64 dB/km và diện tích hiệu dụng là 20 μm² Bộ khuyếch đại EDFA có hệ số nhiễu NF, góp phần vào hiệu suất tổng thể của hệ thống.
- Kiểm tra và hiệu chỉnh tham số vòng lặp trước khi chạy mô phỏng.
Để giám sát tín hiệu hiệu quả trong hệ thống truyền dẫn quang, cần sử dụng máy đo công suất quang, máy hiện sóng tín hiệu quang và điện tại các điểm quan trọng Bên cạnh đó, khối phân tích BER giúp quan sát biểu đồ mắt và ước tính tỷ lệ lỗi bit (BER) của tín hiệu thu được Ngoài ra, máy phân tích phổ quang cũng được sử dụng để đo phổ và ước tính tham số OSNR tại điểm cuối của tuyến truyền dẫn.
- Chạy mô phỏng và thu thập kết quả tại các khoảng cách tuyến truyền dẫn khác nhau (bằng cách thay đổi số chặng hay số vòng lặp của tuyến)
- Tham số hệ thống và vòng lặp
- Kết quả mô phỏng tại các khoảng cách truyền dẫn khác nhau (thay đổi số vòng lặp)
- Đồ thị đường cong BER và tham số OSNR là hàm của khoảng cách truyền dẫn
- Giới hạn của khoảng cách truyền dẫn để đạt BER = 10 -10
Đường cong BER và tham số OSNR phụ thuộc vào khoảng cách truyền dẫn, xác định giới hạn khoảng cách và OSNR của hệ thống tại mức BER = 10^-10 ở hai tốc độ khác nhau.
- Đồ thị đường cong BER và tham số OSNR là hàm của khoảng cách truyền dẫn
- Giới hạn của khoảng cách truyền dẫn để đạt BER = 10 -10
Khảo sát hệ thống truyền dẫn quang ghép kênh theo bước sóng WDM
- Xây dựng hệ thống truyền dẫn quang WDM và khảo sát hiệu năng của hệ thống.
3 Nội dung: a Khảo sát hiệu năng hệ thống truyền dẫn quang WDM, xác định công suất phát
Bộ phân tích BER x N lần
Bộ thu quang Bộ phân tích BER
Mô hình mô phỏng trong Optisystem
Trong đó tuyến truyền dẫn sợi quang có cấu hình đã xây dựng trong bài 3 có sử dụng sợi DCF
- Thiết lập các tham số phù hợp cho các khối trong sơ đồ, lựa chọn một trong các kiểu hệ thống WDM sau:
Hệ thống quang học bao gồm 4 kênh bước sóng với khoảng cách 50 GHz, mỗi kênh đạt tốc độ 10 Gbits/s, cùng với 4 kênh bước sóng khoảng cách 100 GHz, mỗi kênh có tốc độ 20 Gbits/s Việc thiết lập tham số độ rộng băng tần quang bộ ghép/tách là cần thiết để đảm bảo hiệu năng tối ưu cho hệ thống, với các kênh bước sóng hoạt động trong băng tần đã định.
- Thiết lập số vòng lặp N = 10 và hiệu chỉnh tham số công suất phát mỗi kênh trước khi chạy mô phỏng.
Sử dụng máy đo công suất quang, máy hiện sóng tín hiệu quang và điện để giám sát tín hiệu tại các điểm quan trọng trong hệ thống Khối phân tích BER cho phép quan sát biểu đồ mắt và ước tính tỷ lệ lỗi bit (BER) của tín hiệu thu được Ngoài ra, máy phân tích phổ quang được dùng để đo phổ và ước tính tham số tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu quang (OSNR) tại điểm cuối của tuyến truyền dẫn.
- Chạy mô phỏng và thu thập kết quả tại các mức công suất phát khác nhau. Min BER theo các mức công suất:
Đường cong BER của kênh tồi nhất được xác định bởi hàm công suất phát, giúp xác định mức công suất phát tối ưu cho hệ thống Việc vẽ đường cong này là rất quan trọng để đánh giá hiệu suất truyền dẫn trong điều kiện kém.
Mức công suất phát tối ưu của hệ thống: -11.2 dBm b Khảo sát hiệu năng hệ thống truyền dẫn quang WDM và xác định giới hạn khoảng cách truyền dẫn
Để chạy mô phỏng hiệu quả, hãy sử dụng cấu hình hệ thống tương tự như phần trước, thiết lập công suất ở mức tối ưu và điều chỉnh các tham số vòng lặp trước khi bắt đầu.
- Chạy mô phỏng và thu thập kết quả tại các khoảng cách tuyến truyền dẫn khác nhau (bằng cách thay đổi số chặng hay số vòng lặp của tuyến).
Đường cong Bit Error Rate (BER) và tham số Optical Signal-to-Noise Ratio (OSNR) của hai kênh tốt nhất và tồi nhất phụ thuộc vào khoảng cách truyền dẫn Nghiên cứu này xác định giới hạn khoảng cách và OSNR của hệ thống tại mức BER = 10^-10 ở hai tốc độ khác nhau.
- Vẽ đường cong BER và tham số OSNR của hai kênh tốt nhất và tồi nhất: