GIẢM ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC HIỆU ỨNG PHI TUYẾN
KHI KẾT HỢP GHÉP KÊNH QUANG THEO BƯỚC SÓNG
VÀ KHUẾCH ĐẠI QUANG SỢI TRONG HỆ THỐNG
THÔNG TIN SỢI QUANG
ThS. CHU CÔNG CẨN
Bộ môn Kỹ thuật thông tin
Khoa Điện – Điện tử
Trường Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Thông tin quang đã dần trở thành phương tiện truyền dẫn chủ đạo trên mạng
viễn thông của các quốc gia và xuyên quốc gia. Ngày nay, các hệ thống thông tin sợi quang đã
truyền tải trên 85% nhu cầu dung lượng thông tin mà con người tạo ra.
Mục tiêu nâng cao năng lực của thông tin quang đã thúc đẩy việc nghiên cứu và đưa vào
ứng dụng nhiều công nghệ và kỹ thuật mới. Trong các công nghệ đó thì công nghệ ghép kênh
quang theo bước sóng và công nghệ khuếch đại quang sợi được quan tâm nhất. Tuy nhiên khi
kết hợp hai công nghệ này vào hệ thống thông tin sợi quang đòi hỏi phải giải quyết nhiều vấn
đề kỹ thuật để đáp ứng yêu cầu của hệ thống thông sợi quang.
Bên cạnh vấn đề kỹ thuật cần giải quyết về sự khuếch đại không đồng đều giữa các kênh
quang và mở rộng phổ của EDFA thì các giải pháp làm giảm nhỏ ảnh hưởng của các hiệu ứng
phi tuyến là hết sức quan trọng khi áp dụng đồng thời hai công nghệ trên vào các hệ thống
thông tin quang.
ĐT
Summary: The optical communication has become a major transmitting means in the
national and international telecommunication network. Nowadays, the optical communication
systems have transmitted over 85% of the total information capacity created by Man.
The target of improving capacity of optical communication system has pushed up the

không đồng đều làm cho có kênh quang thì công suất đỉnh rất lớn, có kênh quang thì công suất
đỉnh lại nhỏ. Các vấn đề này dẫn tới ảnh hưởng phi tuyến không những tăng lên mà còn có
chiều hướng phức tạp và khó kiểm soát hơn. Các ảnh hưởng phi tuyến này trong hệ thống có sử
dụng nhiều bộ EDFA luôn được tích lũy và lại gây ra xuyên nhiễu lớn hơn. Bởi vậy đòi hỏi cần
có các biện pháp để tối ưu các tham số: Công suất phát, khoảng cách giữa các kênh, số bộ khếch
đại EDFA… để cho các ảnh hưởng phi tuyến này là nhỏ nhất mà vẫn đáp ứng được yêu cầu
tăng năng lực của hệ thống thông tin quang.
ĐT
Các hiệu ứng phi tuyến trong hệ thống kết hợp WDM và EDFA có ảnh hưởng rất lớn đến
chất lượng của hệ thống, đặc biệt là hệ thống ghép kênh quang với mật độ cao. Cho nên, để tạo
ra được các hệ thống kết hợp WDM và EDFA có năng lực lớn thì vấn đề tối ưu các ảnh hưởng
này là rất cần thiết. Các hiệu ứng đó bao gồm: các hiệu ứng tán xạ Brillouin kích thích
(Stimulated Brillouin Scattering – SBS), tán xạ Raman kích thích (Stimulated Raman
Scattering- SRS), hiệu ứng trộn bốn bước sóng (Four Wave Mixing -FWM) và các hiệu ứng liên
quan đến hiệu ứng Kerr như hiệu ứng tự điều chế pha (Self-Phase Modulation – SPM), điều chế
pha chéo (Cross-Phase Modulation - XPM).
Trong đó, với các hiệu ứng tán xạ thì hiệu ứng SBS chỉ ảnh hưởng lớn khi ta sử dụng các
bộ nguồn laser có độ rộng phổ rất hẹp (hiện tại các laser này chưa được dùng nhiều đối với cả
các hệ thống có tốc độ rất cao). Nói cách khác chưa cần phải xét đến ảnh hưởng của hiệu ứng
SBS tới chất lượng hệ thống.
Với các hiệu ứng phi tuyến liên quan đến hiệu ứng Kerr trong các hệ thống WDM có N
kênh, nếu các kênh có các công suất phát như nhau thì hiệu ứng XPM có ảnh hưởng lớn gấp N
lần hiệu ứng SPM cho nên có thể bỏ qua việc phân tích SPM mà tập trung vào phân tích ảnh
hưởng của hiệu ứng XPM. II. GIẢM ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆU ỨNG XPM
Hiệu ứng XPM không chỉ gây ra các ảnh hưởng tới tán sắc của hệ thống mà còn gây ra sự
giãn rộng phổ của kênh quang. Với sự ảnh hưởng tới tán sắc thì hiệu ứng này tạo ra các tán sắc
âm, tức là làm co hẹp độ rộng các xung, điều này không gây ảnh hưởng gì lớn đến chất lượng hệ

exp(P)L,(P
'
k,Xk,X0
0
2
0
k
k,X
0k,X
ω+ω
α
−≈
α−−
⎟
⎟
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎜
⎜
⎝
⎛
α
−
ω
α
−=ωΔ

ω−
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
α
−γ
−≈ω
(2)

Méo cường độ của kênh bất kỳ do hiệu ứng XPM của kênh thứ k là :
(3)
Trong đó M là số bộ khuếch đại của một tuyến, N là số kênh của tuyến.
() ( )()
(
)
()
ωωΔβ+α
ω
ωα−γ≈ωΔ
kj
2/Dsin
0,PLexpP4L,P
2
2
k
0k,X
Như vậy ta phải bù công suất của hiệu ứng XPM do méo cường độ cho mỗi kênh là :

T
1
+L
2
là khoảng cách cần phải bù cho suy hao công suất tín hi
1
ần được bù tán sắc, L
2
là đoạn sợi dùng để bù tán sắc.
Hiệu ứng FWM có khả năng gây ra suy giảm công suất của tín hiệu quang và gây ra xuyên
nhiễu cho các kênh của hệ thống WDM. Thực tế thì chỉ có
Các sợi có tán sắc thường có ảnh hưởng của FWM nhỏ. Khi tổn hao công suất kênh do
hiệu ứng FWM cho các kênh là không đáng kể thì hiệu ứng FWM có thể được coi như chỉ có
ảnh hưởng xuyên nhiễu tới các kênh của hệ thống.
Hiệu ứng FWM với sự tương tác của 3 kênh f
1
, f
2
, f
3
là có ảnh hưởng lớn tới hệ thống sử
dụng WDM và EDFA vì nó có thể tạo ra các bước sóng
ijk
P
=
ijk
)LL(
1e
kji
2

: Bướ
c : vận tốc ánh sáng.
χ
: là độ cảm ph
2e1e
A,A : là vùng hi i
11
L,L
.
ijk
: là hệ số FWM.
η
Bộ phát
Bộ thu
EDFA
1 M
Bộ lọc
EDFA
L
2

L
1

L
1
L
2
L


1
ijk
1
βΔ−α
−
+
βΔ−
=η
βΔα−
(6)
Vớ là hệ số mất kết hợp pha của các sợ và .
(7)

m = 1 hoặc 2.
Với h g suất của
FWM tạ
1
α
i
)2(
ijk
)1(
ijk
, βΔβΔ
i
1
L
2
L
[]

=βΔ
ệ thống N kênh bước sóng có khoảng cách kênh đồng đều thì tổng côn
o ra tại bước sóng
n
f
là :
∑
−+=
kjin
ffff
ijkijk0n
Đây cũng chính là mứ trung
α+α−
η
2211
2
)LL(
32
dePbM
n, i, j, k = 1,2,….,N (8)
c bình mà FWM gây ra trong dải tần của hệ thống WDM. Bởi
vì, các kênh được phát với độ rộng phổ nhất định, tứ (đ ộn
các kênh với Laser là cỡ ~ 0.1 nm) do đó FWM cũng tạo ra chùm các bước sóng ảnh hưởng.
hư vậ n nhiễu trong một kênh khi công suất phát đã bù cho
nhiễu ASE là:

=P
c là chùm các bước sóng ộ r g phổ của
Với các hệ thống kết hợp WDM và EDFA nhiễu ASE là thành phần cố hữu vì thế cách tốt
nhất là phải bù công suất cho nó. Như vậy, công suất phát yêu cầu để đảm bảo tỉ số tín hiệu trên

d
(11)
−+=
α+α−
α+α−
kjin
2211
11
ffff
ijkijk
LL(
3
0
2
)LL(
0
ePbM
eP
Trong đó M là số bộ khuếch đại EDFA
21
LL
L
M
+
=
.
Thay từ phương trình (9) vào (11) ta có :
0
P
()

LL +
Trong tường hợp tối ưu cho tuyến thì ta có :
2/1
2/1
2
ijkijk
N, ,2,1
n
FWM
LL
0sp0
bSNR()1e(BhvnSNR2
2211
⎢
⎢
⎜
⎜
−
=
α+α
21
dmin
⎥
⎥
⎦
⎤
⎣
⎡
⎟
⎟

ông suất phát như nhau ở mỗi kênh là:
()
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
Δ
⎟
⎞
⎜
⎛
Δ
1e
1e0
2'
1
1e0
'
1
A4
LPfNg
sinh
LfNPg
sinh

⎟

−
−=

Trong đó:
: tương ứng là suy hao của các sợ
: tương ứng là vùng hiệu dụng của các sợ
: t Rama ủa các sợi ;
i
1
L
,
2
L
.
1
α
,
2
α
i
1
L
,
2
L
.

A ,
A
1e

Từ phương trình trên (14) ta thấy công suất vào của đoạn thứ 2 (sợi bù tán sắc) là khác
1
L
/)e1(L
11
α
α−
đặc trưng cho độ dài ảnh hưởng của đoạn sợi đ c tá
1e
fΔĐT
nhau do đó theo [D.N.Christodoulides] ta có công suất tại đầu vào bộ khuếch đại EDFA là:
⎥
⎦
⎤
⎢
⎡
−Δ
⎥
⎦
⎢
⎣
=+
∑
2e0
'
2
N

Khi tín hiệu các kê
n
Tiếp tục áp dụng công thức (15) cho tới khi tới bên nhận ta sẽ có được công suất của các
kênh
tối đa của tán x aman là :
∑
=
=
N
1m
1m
)L(P
∑
=
−−=
N
1m
0
)1Nm2exp(aP
0
J
2
L
2e
/)e1(L
22
α−=
α−
Công thức (14) à an tới công suất của các kênh
nh được khuếch đại tại EDFA thì công suất của đầu ra là

, tuy n
công thức này rất phức tạp.
Để đơn giản ta có thể sử dụng sợi thay thế cho hai sợi trên với các tham số tương ứng được
định
)LL(P
21m
+
và c suất
Để bù SE thì công suất phát yêu cầu đảm bảo tỉ số tín hiệu trên nhiễu
0
SNR
là:
).LL/(L)1e(BhvnSNR2P
21
)LL
0sp00
2211
+−=
α+α

Thay (18) vào (17) ta có thể tính được ảnh hưởng của nhiễu do tán xạ Raman hiên
nghĩa:
∫∫
+
−α−
α−
α−
+=
⎟
⎟

dze
A
ePg
dze
A
Pg
A
Lg
P
(19) Do đó:
eff
'
A
Lg
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
2
L
L
2e
'

g
'
g== ; AAA
2e1e
=
= ) thì ta có độ dài ảnh hưởng của sợi thay thế là
1
2
L
L
1
L
22
11
11
e1
e
e1
α
−
+
α
−
=
α−
α−
α−
eff
L (21)
Từ phương trình (14) ta có công suất tại đầu vào bộ khuếch đại EDFA là:

⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
Δ
=+
α+α−
eff
0
eff
'
0
)LL(
021n
A4
sinh
A4
sinh
n2
A
Lg
4
fNP
expeNP)LL(P
2211

(22)

2
eff
Lg
PfN
1N
21
eff
'
0
2
eff
'
0
eff
'
0
LL
L
A
Lg
4
PfN
sinh
A
Lg
4
fNP
sinh
A
Lg

⎜
⎜
⎝
⎛
Δ
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
Δ
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡

⎠
⎜
⎜
⎝
−−
⎜
⎜
⎝
⎟
⎟
⎠
⎜
⎜
⎝
⎟
⎟
⎟
⎟
⎠
⎞
⎝
⎞⎛
−Δ
⎞
⎜
⎜
⎛
⎜
⎜
⎛

eff
eff
0
Lg
PfN
si
A4
expN1
xếp
eff
'
0
A
Lg
fP
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
Δ
<< 1 do vậy biểu
thức xuyên âm tối đa trở thành: 21
eff

⎟
⎟
⎠
⎜
⎜
⎝
'
LL
0sp0
21max
Lg
1ef)1N(NBhvnSNR
)TX1(2
2211
⎥
⎥
⎥
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
⎞⎛
−Δ−
−
α+α
(26)
hoảng cách tuyến và
khoả ứng SRS.

h
Vận tải 6/2008.
[3]. Rajiv Ramaswami, Kumar N. Sivarajan. Optical Networks: A Practical Perspective. Academic Press
2002.
[4]. Djafa K. Mybaev,
2001.
[5]. Ivan B. Djor
compensated lin
[6]. Stu