Nghiên cứu các kỹ thuật bù tán sắc trong hệ thống thông tin quang

Nghiên cứu tập trung vào phương pháp bù tán sắc sử dụng sợi quang cách tử FBG. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của FBG trong hệ thống thông tin quang được trình bày, phần mềm OptiSystem được sử dụng để mô phỏng và đánh giá các hệ số chất lượng Q và tỷ số lỗi bit BER của hệ thống thông tin quang.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu các kỹ thuật bù tán sắc trong hệ thống thông tin quang TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGHIÊN CỨU CÁC KỸ THUẬT BÙ TÁN SẮC TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Đức Toàn Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Mỹ Hải Hoàng Thị Mai Lớp: Kỹ thuật TT&TT K56 Tóm tắt: Tán sắc là một trong những thành phần chính ảnh hưởng tới chất lượngtruyền dẫn tín hiệu và do đó hạn chế cự ly truyền dẫn của hệ thống thông tin quang.Trong nghiên cứu này trình bày các nghiên cứu về tán sắc, ảnh hưởng của tán sắc vàcác kỹ thuật bù tán sắc trong hệ thống thông tin quang. Nghiên cứu tập trung vàophương pháp bù tán sắc sử dụng sợi quang cách tử FBG. Cấu tạo, nguyên lý hoạt độngvà ứng dụng của FBG trong hệ thống thông tin quang được trình bày, phần mềmOptiSystem được sử dụng để mô phỏng và đánh giá các hệ số chất lượng Q và tỷ số lỗibit BER của hệ thống thông tin quang. Từ khóa: Tán sắc, bù tán sắc, sợi cách tử FBG, mô phỏng OptiSystem.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Truyền dẫn quang là một phương thức truyền thông vô cùng quan trọng trongmạng lưới viễn thông. Các hệ thống thông tin quang sở hữu những ưu điểm nổi trội hơnhẳn các hệ thống trước đó về băng tần, cự ly thông tin… do đó có khả năng to lớn trongviệc chuyển tải các dịch vụ viễn thông có nội dung phong phú, hiện đại. Tuy nhiên, mộtvấn đề cần phải xem xét phải đối với các hệ thống thông tin quang là hiện tượng tán sắc.Tán sắc gây ảnh hưởng rất lớn tới hệ thống như làm méo tín hiệu, giao thoa giữa các kítự, làm suy giảm chất lượng truyền dẫn, gây nhiều khó khăn cho việc thiết kế hệ thôngthông tin quang tốc độ cao, cự ly xa. Vì vậy, việc xác định tán sắc và làm thế nào đểgiảm tán sắc trong hệ thống thông tin quang là rất cần thiết.Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2019 51TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI2. CÁC NỘI DUNG CHÍNH2.1. Tán sắc và các phương pháp bù tán sắc2.1.1. Tán sắc Tán sắc là hiện tượng xung bị biến dạng khi nó di chuyển dọc theo chiều dàisợi quang. Trong sợi quang, nguyên nhân gây ra tán sắc được chia làm bốn loại: tán sắcmode, tán sắc vật liệu, tán sắc ống dẫn sóng và tán sắc phân cực mode. Các loại tán sắcnày được thể hiện trong hình vẽ sau: Hình 1. Tán sắc mode, tán sắc vật liệu, tán sắc ống dẫn sóng và tán sắc mode phân cực52 Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI Tán sắc do sự khác biệt về thời gian lan truyền của các tia sáng có các đườngtruyền khác nhau trong quá trình truyền, làm cho các mode truyền trong sợi quang có độtrễ khác nhau tại đầu cuối sợi quang dẫn tới hiện tượng chồng lấn xung và gây khó khăntrong việc phân tích tín hiệu đầu ra. Hình 2. Sự ảnh hưởng của dãn rộng xung quang do tán sắc gây ra Sự dãn xung theo thời gian và cự ly truyền trong sợi dẫn tới hiện tượng giao thoatín hiệu, làm cho các xung đầu ra chồng lên nhau dẫn tới bộ quyết định trong đầu thuquyết định sai và khi đó tỉ số BER tăng lên, tỷ số S/N giảm và do đó chất lượng hệthống giảm.2.1.2. Các phương pháp bù tán sắc Do bản chất của tán sắc là sự chênh lệch thời gian của các thành phần ánh sángnên bản chất của việc bù tán sắc là làm trễ các thành phần này một lần nữa sao cho tổngthời gian trễ của chúng là như nhau khi đến bộ thu. Thiết bị bù tán sắc chủ yếu gồm ba loại: chip xử lý tín hiệu số DSP (Digital signalprocessing), sợi bù tán sắc DCF (Dispersion compensating fiber) và sợi chirp cách tửBragg CFBG (chirp fiber Bragg grating). Thiết bị DCF và CFBG thực hiện việc này trênmiền quang dựa vào thời gian di chuyển khác nhau của các bước sóng. Thiết bị chip DSPthực hiện việc này trên miền điện dựa vào nghịch đảo hàm truyền tín hiệu quang. Hiện nay, hướng nghiên cứu chủ yếu là sử dụng các sợi quang có lõi là các cáchtử Bragg để bù tán sắc, đặc biệt là các tán sắc màu (chromatic dispersion). Ưu điểm củaKỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2019 53TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢIphương pháp này là thiết bị có kích thước nhỏ gọn, chế tạo đơn giản và hoạt động rất cóhiệu quả. Vì vậy bài báo này xin được trình bày về phương pháp bù tán sắc bằng sợicách tử Bragg chu kỳ biến đổi CFBG: Hình 3. Nguyên lý bù tán sắc của quang sợi cách tử Bragg chu kỳ biến đổi (CFBG) Trong sợi CFBG, tính chu kỳ của các chiết suất thay đổi dọc theo chiều dài cáchtử. Khi chu kỳ thay đổi dọc theo trục, các bước sóng khác nhau được phản xạ bởi cácphần khác nhau cảu cách tử và do đó bị trễ ở các khoảng thời gian khác nhau. Kết quả làhiện tượng nén (hay dãn xung) của các xung ...