Đồ án tốt nghiệp Ảnh hưởng của XPM lên chất lượng hệ thống WDM
Mục lục
Danh mục hình vẽ ii
Thuật ngữ viết tắt iv
Lời nói đầu vi
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN WDM 1
1.1 Nguyên lý cơ bản về WDM 1
1.1.1 WDM là gì? 1
1.1.2 Sơ đồ tổng quát hệ thống WDM 2
2.3 Quan hệ giữa khoảng cách kênh và tán sắc với XPM 45
2.3.1 Khoảng cách kênh 45
2.3.2 Tán sắc trong sợi quang 48
2.4 Kết luận 50
CHƯƠNG III. ẢNH HƯỞNG CỦA XPM LÊN CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG WDM
51
3.1 Ảnh hưởng của XPM lên chất lượng hệ thống WDM tổng quát 51
3.1.1 Giới hạn khoảng cách truyền dẫn 51
3.1.2 Méo cường độ do XPM 56
3.1.4 Giảm hệ số phẩm chất Q 62
3.1.5 Xuyên kênh giữa các kênh có tốc độ bit khác nhau do XPM 65
3.1.5 Ảnh hưởng của XPM lên hệ thống WDM được quản lý về tán sắc 67
3.2 Một số giải pháp khắc phục ảnh hưởng của XPM trong hệ thống WDM 70
3.2.1 Dùng bộ triệt XPM 71
3.2.2 Các sơ đồ bù tán sắc thích hợp 74
3.3 Kết luận 77
Kết luận 78
Tài liệu tham khảo 79
Lê Bật Thắng – D04VT2 HVCNBCV
i
Đồ án tốt nghiệp Ảnh hưởng của XPM lên chất lượng hệ thống WDM
Danh mục hình vẽ
ii
Đồ án tốt nghiệp Ảnh hưởng của XPM lên chất lượng hệ thống WDM
Hình 3.12 Hàm truyền đạt của sợi SMF theo các sơ đồ bù tán sắc khác nhau 68
Hình 3.13 Méo XPM theo các tỉ lệ bù tán sắc khác nhau với sơ đồ bù trước 69
Hình 3.14 Méo XPM với các tỉ lệ bù tán sắc khác nhau với sơ đồ bù sau 69
Hình 3.15 Hai cấu hình bù tán sắc khác nhau cho kết quả khác nhau 70
Hình 3.16 Ảnh hưởng của XPM thay đổi theo số chặng m 70
Hình 3.17 Ảnh hưởng của tỉ lệ bù trong hệ thống năm chặng 70
Hình 3.18 thí nghiệm với 10 kênh có và không có XS 71
Hình 3.19 Suy giảm độ nhạy cho kênh 6 73
Hình 3.20 So sánh suy giảm khi có và không có XS 73
Hình 3.21 Xuyên kênh thay đổi theo bù tán sắc 74
Hình 3.22 Hệ số mx tích luỹ sau các chặng 75
Hình 3.23 Hệ số mx tăng theo khoảng cách 76
Lê Bật Thắng – D04VT2 HVCNBCV
iii
Đồ án tốt nghiệp Ảnh hưởng của XPM lên chất lượng hệ thống WDM
Thuật ngữ viết tắt
Thuật ngữ Tiếng Anh Tiếng Việt
ADM Add/Drop Multiplexer Bộ ghép xen/rẽ
APD Avalanche PhotoDetector Photodiode thác
ASE Amplified Spontaneous Emission Phát xạ tự phát được khuếch đại
AWG Arrayed Waveguide Grating Cách tử ống dẫn sóng dạng mảng
CWDM Coarse WDM WDM mật độ thấp
DBR Distributed Bragg Reflector laser Laser phản xạ Bragg phân tán
DCF Dispersion Compensating Fiber Sợi quang bù tán sắc
DFB Distributed FeedBack laser Laser phản hồi phân tán
DGD Differential Group Delay Trễ nhóm vi sai
DR Distributed Reflector Phản xạ phân tán
DSF Dispersion Shifted Fiber Sợi quang dịch tán sắc
SONET Synchronous Optical NETwork Mạng quang đồng bộ
SPM Self Phase Modulation Tự điều chế pha
Lê Bật Thắng – D04VT2 HVCNBCV
iv
Đồ án tốt nghiệp Ảnh hưởng của XPM lên chất lượng hệ thống WDM
SRS Stimulated Raman Scaterring Tán xạ Raman kích thích
SSMF Standard Single Mode Fiber Sợi quang đơn mode tiêu chuẩn
WDM Wavelength Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo bước
sóng
XPM Cross Phase Modulation Điều chế pha chéo
XS XPM Suppressor Bộ triệt XPM
Lê Bật Thắng – D04VT2 HVCNBCV
v
Đồ án tốt nghiệp Ảnh hưởng của XPM lên chất lượng hệ thống WDM
Lời nói đầu
Sự phát triển mạnh mẽ của kinh tế kéo theo xu hướng toàn cầu hóa. Thế giới đang
bước vào kỉ nguyên thông tin. Nhu cầu trao đổi thông tin giữa người với người, giữa
quốc gia vùng lãnh thổ này với các quốc gia vùng lãnh thổ khác… bức thiết hơn lúc
nào khác. Vì thế những cách thức trao đổi thông tin cũ kĩ và lạc hậu dần chìm vào quá
khứ. Thế giới luôn luôn chuyển động, phát triển và nghành viễn thông, công nghệ
thông tin cũng vậy.
Trước nhu cầu ngày càng tăng về tính đa dạng và chất lượng dịch vụ của người
dùng, mạng thế hệ sau NGN đang là xu hướng phát triển của viễn thông trên thế giới.
Trong cấu trúc NGN, mạng truyền tải lưu lượng là khâu quan trọng nhất có nhiệm vụ
truyền thông suốt lưu lượng lớn trên mạng, trong đó mạng truyền dẫn được xem là
huyết mạch chính. Mạng truyền tải quang với công nghệ ghép kênh quang WDM có
những ưu điểm vượt trội được xem là ứng cử quan trọng nhất làm nền tảng cho mạng
NGN. Trên thực tế, công nghệ ghép kênh quang WDM được đánh giá là một công
nghệ đã chín muồi và có nhiều tiến bộ trong thiết kế mạng viễn thông. Công nghệ
WDM đã và đang cung cấp cho mạng lưới khả năng truyền dẫn cao trên băng tần lớn
Lê Bật Thắng
Lê Bật Thắng – D04VT2 HVCNBCV
vii
Đồ án tốt nghiệp Chương I. Giới thiệu hệ thống truyền dẫn WDM
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN WDM
1.1 Nguyên lý cơ bản về WDM
1.1.1 WDM là gì?
WDM là từ viết tắt của Wavelength Division Multiplexing – ghép kênh phân
chia theo bước sóng.
Theo lý thuyết thì sợi quang có độ rộng băng tần cực lớn (khoảng 25 THz) trong dải
tần suy hao thấp 1550 nm; băng tần này rộng gấp 1000 lần so với độ rộng của băng tần
radio trên trái đất. Tuy nhiên tốc độ dữ liệu đạt được mới chỉ đến hàng chục Gb/s vì
tốc độ truy cập mạng của một thiết bị đầu cuối còn bị giới hạn bởi tốc độ đáp ứng của
mạch điện tử. Sự chênh lệch giữa băng tần điện và băng tần quang gây ra hiện tượng
nút cổ chai, do đó không thể tận dụng hết băng tần khổng lồ này . Các bước đột phá
mới đây (dung lượng cỡ Tb/s) là kết quả của sự kết hợp giữa WDM và EDFA.
Khái niệm về WDM cũng tương tự như FDM, các tín hiệu mang tin khác nhau
điều chế các tín hiệu quang tại các bước sóng khác nhau và kết hợp rồi truyền đi trên
một sợi quang. Lăng kính và cách tử nhiễu xạ được dùng để kết hợp (ghép) hoặc phân
chia (tách) các tín hiệu có màu (bước sóng ) khác nhau.
Nguyên lý ghép WDM như sau:
Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý ghép kênh theo bước sóng
Các tín hiệu quang được phát trên các bước sóng khác nhau
λ
1
,
λ
2
, ,
λ
khác nhau thành các kênh riêng rẽ rồi đưa đến một
máy thu. Trên mỗi sợi quang, tín hiệu phát tại một đầu và thu tại một đầu, mang tính
đơn hướng.
Ngoài hệ thống truyền dẫn ghép bước sóng sử dụng hai sợi còn có sơ đồ ghép
sử dụng một sợi như trong hình 1.3. Các sóng mang có bước sóng
λ
1
…
λ
N
được điều
biến bởi các tín hiệu điện từ N kênh và phát theo một hướng. Các sóng mang có bước
sóng
λ
N+1
…
λ
2N
cũng được điều biến bởi tín hiệu điện từ N kênh và phát theo hướng
ngược lại. Phương pháp này đòi hỏi các bộ khuếch đại quang phải có khả năng khuếch
đại trên cả hai chiều và yêu cầu nghiêm ngặt về độ rộng phổ của từng kênh và chất
lượng của bộ tách kênh.
Hình 1.2. Sơ đồ hệ thống WDM sử dụng hai sợi
Lê Bật Thắng – D04VT2 HVCNBCV
2
Đồ án tốt nghiệp Chương I. Giới thiệu hệ thống truyền dẫn WDM
Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống WDM sử dụng một sợi
1.1.3 WDM và DWDM
Các hệ thống WDM được chia thành hai loại: WDM thông thường và DWDM
(Dense WDM – ghép mật độ cao). Các hệ thống có trên 8 bước sóng tích cực trên một
thống chính được đặt bên trong băng tần khuếch đại sợi quang nhưng có thể mở rộng
cho các băng tần rộng hơn. Các hệ thống DWDM ngày nay sử dụng khoảng cách kênh
50 GHz hoặc thậm chí là 25 GHz và có thể có đến 160 kênh. Các hệ thống DWDM đắt
hơn rất nhiều so với WDM vì các bộ phát laser cần phải ổn định hơn so với WDM
thông thường. Các hệ thống DWDM yêu cầu điều khiển nhiệt độ chính xác trong các
laser phát để tránh sự “kéo trôi” bước sóng trung tâm rất hẹp. Thêm vào đó, DWDM
có xu hướng sử dụng trong các mức cao của hệ thống truyền thông, chẳng hạn như
đường trục Internet và do đó được kết hợp với các tốc độ điều chế cao, tuy nhiên thị
trường cho các thiết bị DWDM cũng có mức hiệu năng cao, tương ứng với giá thành
cao. Nói cách khác, các thiết bị DWDM chỉ cần với số lượng nhỏ. Những đổi mới gần
đây trong các hệ thống truyền tải DWDM bao gồm các module thu phát có khả năng
điều chỉnh phần mềm, hoạt động với 40 hoặc 80 kênh.
1.2 Các thành phần cơ bản trong hệ thống WDM
Ta xét các thành phần cơ bản trong hệ thống truyền dẫn WDM: bộ phát quang,
bộ thu quang, bộ lọc quang, các bộ tách/ghép kênh quang, bộ khuếch đại quang và sợi
quang.
1.2.1 Bộ phát quang
Bộ phát quang là thiết bị tích cực phía phát. Các bộ phát quang hiện nay thường sử
dụng nguồn quang là laser phản hồi phân tán DFB (Distributed Feedback laser) và
laser phản xạ Bragg phân bố (Distributed Bragg Reflector Laser). Laser sợi quang pha
tạp chất hiếm cũng đang được nghiên cứu, ưu điểm của nguồn loại này là phổ hẹp và
ổn định tần số cao. Nhìn chung các nguồn quang phải đảm bảo một số yêu cầu như
sau: độ chính xác của bước sóng phát, độ rộng đường phổ hẹp, dòng ngưỡng thấp, có
khả năng điều chỉnh được bước sóng, tính tuyến tính và nhiễu thấp. Các yêu cầu trên
đối với nguồn quang đều nhằm tránh các loại nhiễu, đảm bảo tính ổn định, giảm ảnh
hưởng của các hiệu ứng phi tuyến, tỉ lệ lỗi BER thấp và đảm bảo chất lượng truyền
dẫn của hệ thống.
Để đáp ứng các yêu cầu trên, nguồn quang sử dụng trong các bộ phát thường là
các laser đơn mode. Laser loại này có laser phát mặt (SEL – Surface Emitting Laser)
và các cấu trúc có hốc cộng hưởng lựa chọn tần số. Ở cấu trúc laser phát mặt, độ dày
đầu ra lớn.
Các loại laser này có độ rộng phổ rất hẹp (0,1 – 0,3 nm) và hoạt động rất ổn
định. Chúng thường được ổn định nhiệt độ bằng các bộ làm lạnh Peltier có điều khiển.
Tuy nhiên cần lưu ý là trong laser DFB phải có ống dẫn sóng suy hao thấp để đạt được
độ phản xạ cao, tính chọn lọc mode tốt. Hiệu suất ghép công suất giữa vùng tích cực
và thụ động là yếu tố chủ yếu quyết định đến chất lượng của laser. Nhìn chung, trong
laser DFB không có yêu cầu ghép công suất giữa vùng tích cực và thụ động nên vật
liệu chế tạo dễ dàng hơn laser DBR. Do cấu trúc DFB và DBR khác nhau nên chúng
có một số đặc tính khác nhau. Điểm khác biệt quan trọng giữa hai loại laser này là đặc
tính phụ thuộc nhiệt độ: khi nhiệt độ tăng trong laser DBR có sự chuyển đổi từ mode
này sang mode khác, còn DFB thể hiện đặc tính ổn định trong một dải nhiệt độ rộng.
Một bộ phát của một kênh (một bước sóng) thường gồm một laser DFB, sau đó
là một bộ điều chế, thường ở bên ngoài máy phát laser, đặc biệt là khi tốc độ điều chế
cao. Sự phát triển của các mạch quang tích hợp gần đây đã giảm giá thành của các máy
phát, trong đó chip laser, bộ khuếch đại quang được tích hợp trong một gói. Các gói
này có thể cho công suất đầu ra là 40 dBm cho dòng kích thích khoảng 40 mA. Ánh
sáng từ nguồn quang phải được điều chế với dòng bit mang thông tin cần truyền bằng
Lê Bật Thắng – D04VT2 HVCNBCV
5
Đồ án tốt nghiệp Chương I. Giới thiệu hệ thống truyền dẫn WDM
phương pháp điều biến cường độ. Quá trình điều biến phải có độ tuyến tính cao để
tránh sự phát sinh các hài không cần thiết và sự méo dạng tín hiệu do điều biến qua lại,
gây nhiễu cho quá trình giải điều chế ở phía thu. Các gói DFB kết hợp với các bộ điều
chế trên một chip làm cho cả khối có độ di tần thấp, tốc độ điều chế cao. Tuy nhiên
chúng cũng có một số hạn chế như độ rộng phổ hẹp làm cho chúng dễ bị ảnh hưởng
bởi nhiễu do sự phản hồi từ các liên kết.
1.2.2 Bộ tách/ghép kênh quang
Chức năng bộ tách kênh quang là nhận tín hiệu từ sợi quang – một tia sáng bao
gồm nhiều tần số sóng quang khác nhau. Bộ tách kênh quang có nhiệm vụ tách tín
hiệu nhận được thành các tín hiệu tại tần số khác nhau. Nhiệm vụ của bộ ghép kênh
Waveguide Grating) cũng đang được sử dụng khá nhiều. Một thiết bị AWG còn gọi là
bộ định tuyến dẫn sóng quang hoặc bộ định tuyến cách tử dẫn sóng, gồm một mảng
các kênh ống dẫn sóng cong có sự khác nhau cố định trong độ dài đường đi giữa các
kênh lân cận. Các ống dẫn sóng được nối đến một khoang tại đầu vào và đầu ra. Khi
ánh sáng đi vào khoang phía đầu vào nó sẽ nhiễu xạ và đến mảng ống dẫn sóng. Tại đó
sự khác nhau về đường đi giữa các ống dẫn sóng sẽ dẫn đến sự trễ pha tại phía đầu ra.
Lê Bật Thắng – D04VT2 HVCNBCV
7
Đồ án tốt nghiệp Chương I. Giới thiệu hệ thống truyền dẫn WDM
Các sợi quang phía đầu ra đã được nhân lên nhiều lần. Kết quả là các bước sóng khác
nhau được giao thoa tối đa tại các vị trí khác nhau tương ứng với các cổng đầu ra.
Một kỹ thuật khác dùng các bộ lọc giao thoa trong các thiết bị và được gọi là bộ
lọc màng mỏng hoặc bộ lọc giao thoa nhiều lớp. Bằng cách định vị các bộ lọc có
những màng mỏng trong các tuyến quang có thể phân loại (tách kênh) các bước sóng.
Đặc tính của mỗi bộ lọc là nó phát một kênh (bước sóng) trong khi khúc xạ các kênh
(bước sóng khác). Bằng cách xếp tầng các thiết bị này có thể tách kênh cho nhiều bước
sóng.
Trong các kỹ thuật nói trên, AWG và các bộ lọc màng mỏng đang tăng lên đáng
kể. Các bộ lọc cho độ ổn định và độ cách ly giữa các kênh rất tốt với chi phí vừa phải,
tuy nhiên chúng có nhược điểm là suy hao xen khá cao. AWG là thiết bị phụ thuộc
phân cực (có thể bù được), cho đáp ứng phổ bằng phẳng cùng với suy hao xen thấp.
Trở ngại lớn nhất của thiết bị này là nhạy cảm với nhiệt độ nên không thể hoạt động
trong tất cả các môi trường. Ưu điểm lớn nhất là có thể được thiết kế đồng thời cho cả
ghép kênh và tách kênh. Với số lượng kênh lớn thì sử dụng AWG sẽ tốt hơn vì khi đó
việc sử dụng các bộ lọc màng mỏng xếp tầng là không thực tế.
Giữa các điểm ghép và tách kênh trong hệ thống có một vùng có nhiều bước
sóng tồn tại. Việc thêm hoặc tách một hoặc nhiều bước sóng tại một số điểm trên
đường truyền là rất cần thiết. Do đó cần có các bộ ghép xen/rẽ để thực hiện các chức
năng này. Ngoài các chức năng kết hợp hoặc phân chia các bước sóng, các OADM còn
có khả năng gỡ bỏ một số kênh trong khi chuyển tiếp các kênh còn lại. OADM là một
- là bước sóng có suy hao thấp với sợi quang sử dụng
trong các hệ thống WDM. Một tín hiệu khá yếu đến sợi quang được pha tạp Erbium,
sợi quang được bơm với bước sóng 980 nm hoặc 1480 nm bằng một laser bơm. Ánh
sáng bơm này kích thích các phân tử Erbium để giải phóng năng lượng dự trữ của
chúng và phát ánh sáng có bước sóng 1550 nm. Khi quá trình này tiếp tục dọc theo sợi
quang thì tín hiệu sẽ mạnh dần lên. Bơm ở bước sóng 1480 nm có hiệu suất thấp hơn
so với bơm ở bước sóng 980 nm nhưng lại có công suất bơm cao hơn. Các phát xạ tự
phát trong EDFA cũng dẫn đến tạp âm cho tín hiệu và xác định hệ số tạp âm trong một
bộ khuếch đại.
Các tham số quan trọng trong bộ khuếch đại EDFA bao gồm: hệ số khuếch đại,
độ phẳng khuếch đại, mức tạp âm và công suất đầu ra. Các bộ khuếch đại này có khả
năng cho độ khuếch đại đến 45 dB (10500 lần) và khuếch đại dải bước sóng từ 30 nm
đến 35 nm (1535 nm – 1565 nm). Theo lý thuyết thì hệ số nhiễu của EDFA đạt được
giới hạn lượng tử (giới hạn này gây ra do phát xạ tự phát). Thực nghiệm cho thấy hệ số
nhiễu của bộ khuếch đại đạt được xấp xỉ 3 dB, giá trị thực tế từ 3.5 đến 6 dB. Một ưu
điểm của EDFA là bộ khuếch đại có độ nhạy phân cực thấp, do đó có thể mắc chuỗi
các bộ khuếch đại. EDFA có các đặc tính bão hoà tốt do công suất bão hoà tăng tuyến
tính với công suất bơm.Thời gian sống dài ở trạng thái kích thích của các ion Er
3+
là
ưu điểm lớn nhất của EDFA so với các loại bộ khuếch đại khác. Trạng thái kích thích
có thể tích luỹ công suất bơm trong một thời gian dài, do đó công suất bơm trong yêu
cầu để giữ được mức năng lượng đủ lớn trong một bộ khuếch đại thường rất thấp, chỉ
10 mW đến 20 mW để đạt đến hệ số khuếch đại tín hiệu 30 dB. Với các tín hiệu ở các
bước sóng khác nhau sự xuyên nhiễu đa kênh trong bộ khuếch đại rất thấp do thời gian
sống ở các trạng thái kích thích dài, mật độ hạt ở trạng thái kích thích không thể đáp
ứng những thay đổi tín hiệu quá nhanh từ bước sóng này xuyên qua bước sóng khác.
Cũng vì lý do này, EDFA là bộ khuếch đại không méo thậm chí trong trường hợp bão
hoà sâu. Hiển nhiên EDFA có thể tích hợp trong một mạng quang vì có cấu tạo dựa
trên một đoạn sợi Silic. Nhược điểm chính của EDFA là phổ khuếch đại không bằng
loại photodiode là PIN và APD. Photođioe PIN yêu cầu công suất thấp nhưng kém
nhạy cảm, chỉ hoạt động trên một dải tần số hẹp và cần có bộ khuếch đại phía trước.
APD do có hiệu ứng nhân thác nên dòng quang điện được khuếch đại ngay trong
diode, cho tín hiệu lớn nên không cần bộ tiền khuếch đại và thường được sử dụng
trong các tuyến thông tin quang đường dài.
Cấu tạo của một photodiode thông thường bao gồm một lớp tiếp giáp p-n phân
cực ngược tạo ra một vùng nghèo hấp thụ photon, sinh ra các cặp điện tử - lỗ trống đi
về hai phía p hoặc n tạo thành dòng điện chạy trên mạch ngoài. Photodiode PIN có
thêm một lớp bán dẫn i (nguyên chất) giữa hai lớp p-n, chiều rộng của lớp bán dẫn I
được xác định sao cho tất cả photon đi vào đều được hấp thụ tại lớp bán dẫn i. APD có
cấu tạo gồm bốn lớp p
+
-i-p-n
+
. Lớp i hấp thụ photon đi vào, lớp p-n
+
có điện trở suất
lớn nhất hình thành vùng nhân điện tử để xảy ra hiệu ứng nhân thác, cho phép khuếch
đại dòng quang điện ngay trong APD.
Lê Bật Thắng – D04VT2 HVCNBCV
10
Đồ án tốt nghiệp Chương I. Giới thiệu hệ thống truyền dẫn WDM
Trong bộ thu có một số tham số quan trọng như đáp ứng phổ, thời gian lên, độ
rộng băng tần nguồn thu, các loại nhiễu, tỉ số tín hiệu trên tạp âm và độ nhạy máy thu.
Đáp ứng phổ là một hàm của bước sóng, liên quan mật thiết đến bộ tách sóng được
dùng. Các loại nhiễu gồm có nhiễu nhiệt và nhiễu lượng tử. Độ nhạy máy thu là mức
công suất nhỏ nhất của tín hiệu tới mà máy thu vẫn thu được tín hiệu với tỉ số lỗi bit
BER yêu cầu.
1.2.5 Sợi quang
Nhiệm vụ chính của sợi quang là dẫn sóng ánh sáng với một lượng suy hao nhỏ
Lê Bật Thắng – D04VT2 HVCNBCV
11
Đồ án tốt nghiệp Chương I. Giới thiệu hệ thống truyền dẫn WDM
quang thích hợp để xây dựng các mạng WDM đô thị. Sợi quang này có khả năng ứng
dụng trong các đường trung kế khoảng cách lớn cũng như các mạng đô thị. Người ta
dự đoán sợi quang này sẽ được sử dụng rộng rãi trong nhiều hệ thống WDM thông
thường và DWDM.
1.3 Các tham số trong hệ thống truyền dẫn WDM.
1.3.1 Các tham số trong các bộ tách ghép kênh
1.3.1.1Dải kênh
Hiệu suất của một bộ tách/ghép kênh phụ thuộc vào khả năng cách ly các kênh
đầu vào và các kênh đầu ra. Mỗi dải kênh được đặc trưng bởi các tham số sau:
a. Bước sóng trung tâm kênh
Bước sóng trung tâm đo được thường dùng để đặc trưng cho một kênh của bộ
lọc hoặc bộ tách /ghép kênh. Bước sóng trung tâm là bước sóng trung bình của bước
sóng cắt trên và dưới, không nhất thiết phải là bước sóng truyền dẫn lớn nhất.
Tham số bước sóng trung tâm rất có ý nghĩa với những bộ lọc có dạng phổ đối
xứng hoặc gần đối xứng. Nhìn chung, bước sóng trung tâm được định nghĩa như điểm
giữa của các bước sóng có sườn giảm xuống 3 dB trên hai bên của bước sóng truyền
dẫn đỉnh. Với một phân phối hoàn toàn đối xứng, bước sóng trung tâm có thể là bước
sóng truyền dẫn đỉnh nhưng đây là trường hợp hiếm có. Trong thực tế, những thay đổi
tương đối nhỏ trong hình dạng phổ cũng dẫn đến những thay đổi đáng kể trong bước
sóng trung tâm. Bộ phát của kênh hoạt động gần bước sóng nhỏ, thường là một trong
các bước sóng theo chuẩn của ITU. Do đó bước sóng trung tâm cũng phải càng gần
các bước sóng này càng tốt, chẳng hạn như các bước sóng kênh của ITU. Các bước
sóng cắt trên và dưới là các bước sóng mà tại đó suy hao xen đạt đến một giá trị nhất
định, thường là 3dB.
b. Khoảng cách kênh
Trong các hệ thống mạng hiện có, người ta sử dụng cả các kênh có khoảng cách
đều và các kênh có khoảng cách không đều. Các kênh có khoảng cách đều được dùng
phải đủ độ tin cậy để đối phó với các mức công suất tín hiệu thấp thì cần phải có sự
cách ly cao hơn. Cũng vì lý do đó, sự cách ly giữa các kênh không liền kề cũng phải
được tính đến khi thiết kế hệ thống, mặc dù trước đây có thể bỏ qua tham số này.
e. Gợn sóng tại đỉnh công suất kênh theo bước sóng
Đáp ứng phổ của một thiết bị WDM không bao giờ được phẳng hoàn toàn. Các
đặc điểm về suy hao xen đã cho thấy suy hao tại một giá trị riêng lẻ nhưng không mô
tả được sự biến đổi của suy hao qua dải thông hoặc kênh ITU. Sự biến đổi hay là sự
khác biệt giữa giá trị suy hao nhỏ nhất và lớn nhất qua một dải thông, được gọi là gợn
sóng (người ta cũng dùng một đại lượng ngược lại là độ phẳng để mô tả đặc điểm
này). Độ gợn sóng trong một kênh cho người thiết kế hệ thống thông tin về những thay
đổi có thể xảy ra trong công suất phát khi bước sóng truyền dẫn thay đổi trong một dải
thông nhỏ. Trong nhiều ứng dụng, độ gợn sóng quá mức là không thể chấp nhận được.
Một tham số quan trọng khác là sườn gợn sóng lớn nhất, tính bằng sự thay đổi suy hao
trên sự thay đổi bước sóng. Sử dụng tham số này người thiết kế hệ thống có thể quyết
định công suất kênh thay đổi bao nhiêu cho một sự thay đổi nhỏ trong bước sóng phát.
1.3.1.2 Các hiệu ứng phụ thuộc phân cực
Tại một điểm bất kỳ trong mạng quang, trạng thái phân cực của năng lượng
quang về cơ bản là không được biết. Nó phụ thuộc vào hình dạng đường đi của sợi
quang, vào sự lưỡng chiết do sự không đối xứng trong môi trường truyền dẫn – do bản
Lê Bật Thắng – D04VT2 HVCNBCV
13
Đồ án tốt nghiệp Chương I. Giới thiệu hệ thống truyền dẫn WDM
chất hoặc do nhiệt, sức căng, sức nén - cũng như nhiều hiệu ứng quang khác trong các
thành phần mạng.
Vì các đặc điểm của nhiều thành phần được sử dụng trong các mạng quang thay
đổi như một hàm của trạng thái phân cực nên các đặc điểm của kênh như suy hao xen,
tần số trung tâm, băng tần cũng thay đổi theo phân cực. Chính vì vậy, để đảm bảo độ
tin cậy, một nhà thiết kế mạng cần phải xem xét đến trường hợp xấu nhất khi phụ
thuộc phân cực của tất cả các thành phần được sử dụng trong hệ thống. Suy hao, băng
tần và tần số trung tâm đặc biệt rất nhạy với trạng thái phân cực. Mỗi thông số trên
14
Đồ án tốt nghiệp Chương I. Giới thiệu hệ thống truyền dẫn WDM
thiết bị). Do vậy mà thành phần PMD thường được tính đơn giản theo đơn vị thời gian
(ps).
1.3.1.3 Suy hao xen IL (Insertion Loss)
Suy hao xen của một thành phần là độ lệch giữa công suất đầu vào và đầu ra
của thành phần mạng đó. IL xác định suy hao công suất trong thiết bị tại một bước
sóng cụ thể hoặc qua một dải phổ và được tính theo công suất sau:
)/)lg((10)(
inoutin
PPPdBIL −=
(1.1)
Đối với một thành phần mạng DWDM, IL thường được tính theo băng tần
truyền dẫn của thiết bị. Tất nhiên đây là tham số có giá trị càng nhỏ càng tốt.
Phép đo hữu ích nhất của IL là giá trị tại bước sóng mà suy hao là lớn nhất. Sử
dụng giá trị này người thiết kế có thể tính toán một cách an toàn quỹ suy hao áp dụng
cho bất cứ bước sóng truyền dẫn nào. Trong thực tế, đây là cách mà hầu hết các nhà
sản xuất sử dụng để xác định suy hao xen của kênh. Cần phải chú ý rằng bước sóng
ITU đưa ra không nhất thiết phải là bước sóng trung tâm của dải thông. Phương pháp
này được áp dụng khi đã biết trước độ rộng kênh, nhưng một số linh kiện có xu hướng
sử dụng cho các ứng dụng chung nên không thể xác định trước các điều kiện làm việc
cụ thể. Trong tình huống này thì cách tốt nhất để mô tả IL là tính toán bước sóng trung
tâm của dải thông sau đó tính IL tại bước sóng đó. Phương pháp này được áp dụng
trong các thiết bị đơn kênh hoặc các thiết bị có dải thông đối xứng.
Chưa có một chuẩn nào được chấp nhận khi đưa ra định nghĩa về IL với sự có
mặt của PDL. Một định nghĩa khá hợp lý đã được các tổ chức chuẩn hoá đề xuất. Đầu
tiên cần phải đo IL với một nguồn đã được khử phân cực. PDL biến thiên từ max tới
min theo giá trị này. Khi đó IL có thể được định nghĩa như một trường hợp suy hao tốt
nhất khi trạng thái phân cực tại đầu vào thiết bị kiểm tra đo thử (DUT) của một nguồn
phân cực hoàn toàn (laser) đã được điều chỉnh. Trường hợp suy hao xấu nhất là tổng
tại các bề mặt rời rạc (connector, adapter…), là hệ quả của các lỗ hổng không khí, sự
mất liên kết và những chiết suất không phù hợp với nhau.
Người ta không mong muốn công suất quang phản hồi do một số lý do như sau:
• Tham số này đóng góp vào suy hao công suất tổng
• Các bộ phát laser hiệu suất cao dùng trong các hệ thống DWDM rất nhạy với
ánh sáng phản xạ, vì ánh sáng này có thể làm giảm nghiêm trọng độ ổn định của laser
và đến tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR của hệ thống. Trong những trường hợp nhất định,
công suất phản hồi lớn có thể phá huỷ bộ phát laser.
• Ánh sáng phản xạ có thể bị phản xạ trong hướng đi. Những phản xạ truyền theo
hướng đi này làm chậm tín hiệu ban đầu, gây ra các vấn đề tại phần giải điều chế. Hiện
tượng này được gọi là giao thoa đa đường (MPI).
• Sự phản xạ xảy ra bên trong một bộ khuếch đại EDFA có thể dẫn đến MPI cộng
và đóng góp tạp âm bộ khuếch đại rất lớn.
Xem xét đến tất cả các khía cạnh trên thì một thành phần có hệ số phản xạ -55 dB sẽ
thích hợp hơn một thành phần có hệ số phản xạ -50 dB.
1.3.2 Các tham số trong sợi quang
1.3.2.1 Tán sắc sắc thể
Tất cả thuỷ tinh, bao gồm cả thuỷ tinh dùng làm sợi quang, đều có tán sắc vật
liệu vì chiết suất thay đổi theo bước sóng. Ngoài ra, khi kéo thuỷ tinh thành sợi quang
Lê Bật Thắng – D04VT2 HVCNBCV
16
Đồ án tốt nghiệp Chương I. Giới thiệu hệ thống truyền dẫn WDM
đơn mode thì hình dạng và chiết suất gây ra sự phụ thuộc vào bước sóng rất lớn của sự
lan truyền các xung mang tin dọc theo sợi, và đó là tán sắc ống dẫn sóng. Tán sắc vật
liệu và tán sắc ống dẫn sóng được gọi chung là tán sắc sắc thể của sợi quang.
Tán sắc sắc thể không phải là một vấn đề nếu một kênh quang được đặc trưng
bởi một bước sóng, nhưng ngay cả các kênh hẹp nhất cũng có băng tần hạn chế. Thậm
chí một nguồn đơn sắc lý tưởng cũng không thể có độ rộng đường phổ bằng không khi
được điều chế vì thực tế nguồn này đang mang tín hiệu. Thêm vào đó, một số hiện
tượng trong thực tế, ví dụ như hiện tượng chirp, có thể dẫn đến việc nới rộng xung,
tác động trong lõi và vỏ sợi được cố định lại, bao gồm cả tính lưỡng chiết không thể
dự đoán của sợi quang. Ngoài ra, các tác động cơ học của việc quấn các sợi quang
trong cáp đôi dẫn đến sức căng bất đối xứng, sức căng này tăng lên khi cáp lại được
uốn quang một trục. Mỗi lần ra khỏi phạm vi ban đầu, cáp tiếp tục chịu các sức ép lớn
hơn khi nó được lắp đặt cũng như khi tăng các khoảng trống, các connector…. Tất cả
các tác động cơ học này đều dẫn đến kết quả là xuất hiện sự biến dạng giả ngẫu nhiên
bên trong sợi quang, sự biến dạng này làm nhiễu loạn hình dạng tròn hoặc tính đồng
tâm của lõi bên trong vỏ, hoặc kéo dài hay uốn nhọn phần lõi.
Tán sắc mode phân cực là cơ chế cơ bản mà qua đó các hiện tượng trên ảnh
hưởng đến hiệu suất. Tại một điểm bất kỳ dọc theo sợi quang, một xung ánh sáng đã
được phân cực có thể bị phân chia thành các thành phần được sắp xếp theo hai trục
trực giao của sợi quang: một trục nhanh và một trục chậm. Cần chú ý là các trục này
không nhất thiết phải tương ứng với một trạng thái phân cực tuyến tính. Trong cáp
quang thực tế, tính định hướng của các trục này và sự khác nhau tương đối về tốc độ
truyền tương ứng với mỗi trục (liên quan trực tiếp đến độ lớn của sự lưỡng chiết bên
trong) thay đổi dọc theo đường dẫn quang. Trong mỗi đoạn của sợi quang, hướng của
các trục lưỡng chiết thay đổi (có thể coi là ghép mode). Trong mỗi đoạn xuất hiện thời
gian trễ giữa các phần của ánh sáng theo trục nhanh và ánh sáng theo trục chậm. Vì
tính hướng tương đối của các trục này trong các phần là khác nhau nên xung tín hiệu
trải rộng theo thời gian.
Lê Bật Thắng – D04VT2 HVCNBCV
18
Copyright: Tài liệu đại học ©