1  

Bài thí nghiệm môn học Lưu ý, phần đầu của báo cáo thí nghiệm phải có mục sau: “Lời cam đoan: Đây là báo cáo do tôi tự làm. Nếu sao chép từ bài của người khác, tôi xin nhận 0 điểm.” I. Chiều dài sợi quang giới hạn bởi suy hao I.1) Mục đích: Tính toán chiều dài sợi quang giới hạn bởi suy hao của hệ thống truyền dẫn quang sử dụng phương trình quỹ công suất. Mô phỏng hệ thống và kiểm định các chỉ tiêu chất lượng.

I.2) Lý thuyết: Theo phương trình quỹ công suất, quỹ công suất của hệ thống bằng tổng toàn bộ các suy hao cộng với dự trữ công suất. Quỹ công suất là hiệu giữa công suất đầu ra máy phát và độ nhạy máy thu tính theo đơn vị dBm:

T R F C AP S A L L L M− = × + + + trong đó, TP = công suất đầu ra máy phát (dBm) RS = độ nhạy máy thu (dBm) A = độ suy hao của cáp (dB/km) FL = độ dài cáp (km) CL = suy hao ghép nối (dB) AL = suy hao khác (dB) M = lượng dự trữ công suất (dB) Trong bài thí nghiệm này, toàn bộ các tham số trong phương trình trên sẽ được cung cấp ngoại trừ độ dài cáp, là tham số cần được tính. Độ nhạy máy thu trong trường hợp này được định nghĩa là công suất tối thiểu cần thiết để đạt được tỉ lệ lỗi bit 10-9, tương đương với hệ số Q xấp xỉ bằng 6. Độ nhạy máy thu phụ thuộc vào tốc độ bit (băng thông). Suy hao cáp phụ thuộc vào bước sóng công tác.

I.3) Tính toán trước thí nghiệm Sử dụng phương trình quỹ công suất trên và các tham số cho trong bảng dưới để xác định độ dài cáp giới hạn bởi suy hao.

Công suất đầu ra máy phát 0 dBm Bước sóng công tác 1550 nm Tốc độ bit 2.5 Gb/s Độ nhạy máy thu -46 dBm Độ suy hao của cáp theo data sheet (0.21) Số đầu nối 2

2  

Suy hao của 1 đầu nối 0.5 dB Các suy hao khác 0 dB Dự trữ công suất 8 dB

Lưu ý: có thể lấy số liệu về độ suy hao của cáp từ các bộ chỉ tiêu data sheet của nhà sản xuất, trong trường hợp này cần chỉ rõ tài liệu, địa chỉ trang web đã tham khảo.

I.4) Triển khai: Sử dụng file mẫu trong OptiSystem samples có sẵn máy phát/cáp quang/máy thu hoặc tự xây dựng hệ thống với thư viện Component Library. Thiết lập công suất đầu ra laser sao cho công suất đầu ra máy phát ở mức như yêu cầu. Thiết lập tổn hao ghép nối như đã cho, đặt chiều dài cáp theo kết quả tính toán. Đặt một bộ suy hao quang giữa sợi quang và máy thu và thiết lập độ suy hao bằng đúng mức dự trữ công suất. Đặt các đồng hồ đo công suất quang và các thiết bị hiển thị cần thiết khác.

I.5) Mô phỏng: 1. Chạy mô phỏng và ghi lại các số liệu sau:

* Các mức công suất quang (dBm) tại: hai đầu cáp quang và đầu vào máy thu * Phân tích BER: BER, hệ số Q, mẫu mắt

2. Thay đổi chiều dài cáp bằng 50, 75, 125, 150% giá trị tính toán, lặp lại mô phỏng và ghi lại các kết quả như ở bước 1. 3. Đặt lại chiều dài cáp về giá trị cũ, tăng tốc độ bit lên 10 Gb/s, lặp lại mô phỏng và ghi lại các kết quả như ở bước 1.

I.6) Phân tích:

3  

So sánh kết quả từ các lần mô phỏng với giá trị tính toán trước thí nghiệm, ghi lại các quan sát, phân tích diễn giải các khác biệt và trình bày kết luận trong báo cáo thí nghiệm. II. Chiều dài sợi quang giới hạn bởi tán sắc II.1) Mục đích: Tính toán chiều dài sợi quang giới hạn bởi tán sắc của hệ thống truyền dẫn quang sử dụng cáp quang đơn mode tiêu chuẩn và máy phát điốt laser đơn mode điều chế trực tiếp. Mô phỏng hệ thống và kiểm định các chỉ tiêu chất lượng.

II.2) Lý thuyết: Lượng tán sắc (độ trải của xung) cực đại cho phép maxtΔ được xác định theo tốc độ truyền dẫn R theo quy tắc:

max1

4t

RΔ = .

Quy tắc này cho phép bảo đảm xuyên nhiễu giữa các dấu (ISI) do trải xung gây ra không lớn quá đáng. Đối với cáp quang đơn mode truyền dẫn tín hiệu từ máy phát điốt laser điều chế trực tiếp, độ trải xung do tán sắc màu được xác định bởi:

( )t L D λ λΔ Δ= × × trong đó, tΔ = độ trải xung (ps) L = chiều dài cáp (km) ( )D λ = hệ số tán sắc màu (ps/nm-km) λ = bước sóng công tác (nm) λΔ = độ rộng vạch phổ đảu ra máy phát (nm). Hệ số tán sắc màu có thể được tính như sau:

    4

0 03( )

4S

Dλ

λ λλ

⎛ ⎞⎜ ⎟= −⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠ 

trong đó, 0S = độ dốc điểm không tán sắc (ps/nm2-km) 0λ = bước sóng không tán sắc (nm) Chiều dài cáp giới hạn bởi tán sắc là giá trị L sao cho maxt tΔ Δ= . Lưu ý là ngoài trải trễ gây bởi tán sắc màu, hệ thống còn có thể phải chịu thêm lượng trải xung phụ gây bởi độ dốc sườn xung của máy phát và máy thu. Các tính toán thiết kế hệ thống thận trọng phải kể đến lượng trải phụ này và kết qủa mô phỏng cần được kiểm tra để bảo đảm đáp ứng các chỉ tiêu của hệ thống.

II.3) Tính toán trước thí nghiệm Các chỉ tiêu của hệ thống được tóm tắt trong bảng dưới.

Máy phát Tốc độ phát 2.5 Gb/s

4  

Công suất ra 0 dBm Bước sóng công tác 1550 nm Độ rộng vạch phổ 0.6 nm

Cáp quang Độ dốc điểm không tán sắc xem data sheet (0.09)

ps/nm2-km

Bước sóng không tán sắc xem data sheet(1312)

nm

Suy hao cáp 0 dB/km Hệ số ghép đầu vào/ra 0 dB

Hệ số suy hao cáp và hiệu suất ghép được đặt bằng 0 dB để cách ly ảnh hưởng của tán sắc khỏi ảnh hưởng của suy hao. Sử dụng dữ liệu trong bảng (hoặc dữ liệu trong bộ chỉ tiêu kỹ thuật data sheet của nhà sản suất cáp quang nếu không dùng dữ liệu trong bảng, trong trường hợp này cần chỉ rõ tài liệu, địa chỉ trang web trích dẫn) để xác định chiều dài cáp giới hạn bởi tán sắc.

II.4) Triển khai: Xây dựng hệ thống mô phỏng từ các khối máy phát/sợi quang/máy thu lấy từ thư viện hoặc trong các file mẫu. Thay thế laser CW và bộ điều chế Mach-Zehnder bằng điốt laser điều chế trực tiếp. Sử dụng mô hình Laser Rate Equations với các tham số mặc định.

Đặt các tham số của cáp quang theo các kết quả tính toán trước thí nghiệm. Đặt tham số chiều dài cáp trong chế độ quét “sweep mode” để quét qua năm giá trị sau:

5  

Lượt quét Chiều dài cáp 1 Chiều dài cáp giới hạn bởi tán sắc2 25 km 3 50 km 4 75 km 5 100 km

Đặt các thiết bị hiển thị phù hợp để thu được các kết quả trên miền thời gian và miền tần số của đầu ra máy phát, kết quả trên miền thời gian của đầu vào máy thu, và kết quả trên miềm thời gian của đầu ra bộ lọc.

II.5) Mô phỏng: Chạy mô phỏng. Với mỗi lượt quét:

a. Sử dụng máy phân tích phổ quang để quan sát phổ vạch tại đầu ra máy phát. b. Sử dụng thiết bị phân tích BER (BER analyser) để xác định hệ số Q, tỉ lệ lỗi bit

và mẫu mắt. c. Sử dụng các thiết bị phân tích trên miền thời gian để so sánh độ rộng xung tại đầu vào và đầu ra của sợi quang.

d. Thử nghiệm hệ thống với các tốc độ bit cao hơn để đánh giá ảnh hưởng của tốc độ truyền tới lượng tán sắc và mức độ suy lạc tín hiệu.

e. Các thí nghiệm trên được thực hiện với giả thiết cáp không chịu suy hao (0 dB/km). Hãy lặp lại các thí nghiệm với cáp có hệ số suy hao thực tế và ghi lại các kết quả.

II.6) Phân tích: So sánh kết quả của các lần mô phỏng với kết quả tính toán trước thí nghiệm, ghi lại các quan sát, nhận xét, lập luận diễn giải kết quả và đưa ra kết luận trong báo cáo thí nghiệm.