XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ TỐI ƯU CHO
TUYẾN THÔNG TIN SỢI QUANG WDM SỬ DỤNG EDFA
DETERMINATION OF THE OPTIMAL PARAMETERS IN WDM OPTIC
FIBER COMMUNICATION LINK USING EDFA

NGUYỄN VĂN TUẤN
Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng
TRẦN NHẬT LINH
Trung tâm Dịch vụ Viễn thông khu vực 3 - GPC Đà Nẵng

TÓM TẮT
Bài báo xây dựng thuật toán, tính toán mô phỏng nhằm xác định các thông số tối ưu như
công suất của nguồn phát, hệ số khuếch đại và vị trí đặt bộ khuếch đại EDFA trên tuyến thông
tin sợi quang đa kênh ghép kênh theo bước sóng (WDM) có khoảng cách truyền dẫn 250km
sử dụng khuếch đại quang sợi EDFA sao cho tỉ số tín hiệu trên nhiễu quang OSNR tại đầu
máy thu lớn nhất. Sau đó, xây dựng bảng kết quả và vẽ đồ thị cho phép xác định ngay các
thông số tối ưu tương ứng với các khoảng cách truyền dẫn khác nhau từ 100km đến 250km.
Kết quả này có thể được sử dụng hiệu quả trong công tác thiết kế tuyến và khai thác mạng.
ABSTRACT
In this paper, we built the algorithm, simulated fiber optic communication link using WDM and
EDFA for determination optimal parameters such as power of optical source, gain of EDFA
and its location on the link in order to achieve the maximum of OSNR at the receiver. We then
calculated and found out the set of optimal parameters corresponding to the different
distances (from 100km to 250km) and presented the results through tables and the graphs.
The results can be applied effectively in designing fiber optic communication link as well as in
exploitation its operation.

1. Giới thiệu
Công nghệ ghép kênh quang phân chia theo bước sóng WDM kết hợp với bộ khuếch
đại quang sợi EDFA cho phép tăng dung lượng truyền dẫn lên đáng kể mà không cần sử dụng
thêm sợi quang, nên được sử dụng hiệu quả và rộng rãi trên thế giới và được ứng dụng bước


BA

DEMUX

PA

LA

RX1

n

RXn

Hình 1. Sơ đồ khối tuyến WDM điển hình có EDFA

Trong đó: TX1...TXn, RX1...RXn, lần lượt là các máy phát quang và máy thu quang.
MUX, DEMUX là bộ ghép và giải ghép bước sóng. 1... n: là các bước sóng của các kênh
được ghép theo WDM.
Vì tuyến truyền dẫn đang xét chỉ sử dụng một bộ khuếch đại EDFA trên đường truyền
nên có 3 trường hợp đặt bộ khuếch đại EDFA là đặt ngay sau bộ ghép kênh (BA), đặt trên
đường truyền (LA) và đặt ngay trước bộ giải ghép kênh (PA) như hình 1. Ta xét trường hợp
tổng quát là đặt bộ EDFA trên đường truyền (LA) cách máy phát một khoảng L1 và máy thu
một khoảng L2 (với L1=L1(1)+L2(1); L2=L1(2)+L2(2) ), khi đó BA và LA là 2 trường hợp đặc biệt:
BA tương ứng với L1 = 0, L2 = L và PA tương ứng với L1 = L, L2 = 0.
Sơ đồ khối của tuyến truyền dẫn quang xét đối với từng kênh thông tin được biểu diễn
như hình 2 sau đây:
Pin (fh)
Máy



(4)

+ Công suất nhiễu FWM gây ra trên kênh thông tin (cũng bị suy hao trên đường
truyền và tại các mối nối) được suy ra từ [1], [2], với một bộ EDFA trên tuyến:

PFWM ( f h ) 



P

pqr

fk  fi  f j  f h

fi

( fh )

(5)

fj

Với:
 .L

3
 2
1024 6




 1  exp(  1  i.  1 ) L1(1)
1  exp (  1  i  2 ) L(21) 
 
G .
 exp (  1  i 1 ) L1(1)
 1  i.  1
 1  i 2


(2)
 1  exp (  1  i. 1 ) L1


  i. 1
3
(1)
(1)
(1) 
 G . exp   1 ( L1  L2 )  i.  .
( 2)
  exp (   i.  ) L( 2 ) . 1  exp (  1  i. 2 ) L 2
1
1
1

 1  i.  2


n0: chiết suất của sợi; : bước sóng [m]; L0: chiều dài mỗi cuộn cáp quang [m];
c: vận tốc ánh sáng [m/s]; Pl (l=i, j, k): công suất của các kênh được đưa vào đầu sợi quang
[W];
d: hệ số suy giảm (d =3 nếu i = j  k, d = 6 nếu i  j  k); G: hệ số khuếch đại EDFA [lần];

: độ nhạy cảm phi tuyến bậc 3 [m3/W.s];2: suy hao mối hàn [dB];
Aeff: diện tích hiệu dụng của lõi sợi [m2], cho gần đúng bằng diện tích thật của lõi;

1: suy hao của 2 loại sợi [1/m], 2 loại sợi có tán sắc khác nhau nhưng có cùng suy hao.
D1,2(k): tán sắc của 2 loại sợi tại bước sóng k [s/m2];


3.Thuật toán tính toán các thông số hệ thống
Dựa vào các biểu thức từ (2) đến (6) chúng tôi tiến hành xây dựng thuật toán xác định
các thông số tối ưu như công suất của nguồn phát, hệ số khuếch đại và vị trí đặt EDFA như
hình 6.
4. Kết quả tính toán mô phỏng và thảo luận
Ðể kết quả tính toán lý thuyết sát với thực tế nhưng không làm mất tính tổng quát của
bài toán, giá trị của các tham số tính toán được lựa chọn dựa vào các giá trị tiêu biểu của
chúng trong thực tế. Phần mềm tính toán mô phỏng được sử dụng là Mathcad2001 và Excel.
L1(1), L2(1) là chiều dài của 2 loại sợi quang có tán sắc khác nhau được sử dụng trong phân
đoạn đường truyền đặt trước EDFA và L1 (2), L2(2) đặt sau. Chúng tương ứng với sợi quang đơn
mode SMF có tán sắc D1=18ps/nm.km và sợi dịch chuyển tán sắc DSF có tán sắc D2 = 2ps/nm.km với tỉ lệ chiều dài của 2 loại sợi này trong mỗi phân là 4,76/45,24 [2] để thực hiện
bù tán sắc tại bước sóng 1550nm. Độ biến thiên tán sắc theo bước sóng của 2 loại sợi là
dD1,2()=0,07ps/nm.km.
Các tham số cơ bản của tuyến truyền dẫn được trình bày trong bảng 1 sau đây
[1][2],[3],[4]:
Tham số
8 bước sóng được đưa vào sử dụng
Phạm vi hệ số khuếch đại của EDFA


Kết quả tính toán và mô phỏng được thể hiện như sau:
Vị trí đặt EDFA tối ưu trên tuyến là đặt cách bộ phát quang 56km tương ứng với mức
công suất phát quang từng kênh (sau bộ MUX) là 2dBm, hệ số khuếch đại của EDFA là 13dB
và khi đó tỉ số OSNR thu được của kênh thấp nhất (kênh số 4) trong 8 kênh là 42,9dB (hình
1).


Ti so OSNR (dB)

43.05

43

42.95

42.9
1

2

3

4
5
Vi tri kenh

6

7


62.5

.

81.25
100
0

.

0

10

20
30
He so khuech dai (dB)

40

Cong suat nhieu FWM
Cong suat nhieu ASE
Cong suat tin hieu

Hình 4. Quan hệ giữa công suất nhiễu FWM, ASE
và công suất tín hiệu của kênh 4 với Ptx=2dBm
theo hệ số khuếch đại G

0

OSNRdB(m,L1,Ptx,G)
_Tính OSNRdB nhỏ nhất trong các kênh:
OSNRdBmin(L1,Ptx, G)

_Bắt đầu với Ptx = -1dBm; G = 10dB; L1 =50km
_Tính OSNRdBmin(50,-1,10) K

For L1 = 0,1, 2..L
For Ptx = -10, -9..2
For G = 1, 2..40

No

(G+Ptx-0,21.L1-0,1.L/4) 2
-25 < G+Ptx-0,21.L-7,7 K?

_Vị trí đặt EDFA: L1 _Công suất phát: Ptx
_Hệ số khuếch đại G _Tỉ số OSNR
_Công suất tín hiệu thu được.

Kết thúc


10

9

8

7

6
5
4 3
2
Cong suat phat (dBm)

1

0

1

30

2

Cong suat nhieu FWM
Cong suat nhieu ASE
Cong suat tin hieu

10

trong khi đó trong đoạn G = 1dB22dB, nhiễu ASE là nhiễu trội so với nhiễu FWM nên tác
động chính đến tỉ số OSNR, loại nhiễu này có tốc độ tăng tương tự như đối với tín hiệu nên
OSNR trong đoạn này giảm không đáng kể. Trong đoạn còn lại G = 23dB 40dB, công suất
nhiễu FWM tăng nhanh và lớn hơn nhiều so với nhiễu ASE nên nó là nhiễu trội và làm OSNR
giảm đi đáng kể. Như vậy, OSNR lớn nhất đạt tại G = 1dB. Tuy nhiên hệ số khuếch đại này
làm công suất tín hiệu thu được tại máy thu quá nhỏ (không nằm trong dải công suất làm việc
của máy thu) nên phải tăng G đến 13dB.
Đồ thị hình 7 và 8 cho thấy công suất tín hiệu và công suất nhiễu FWM đều tăng
theo Ptx, công suất nhiễu ASE không thay đổi theo Ptx, tuy nhiên công suất nhiễu FWM dù
tăng lên vẫn nhỏ hơn nhiều so với nhiễu ASE do đó tổng công suất nhiễu ảnh hưởng đến hệ
thống chủ yếu là nhiễu ASE gần như không đổi vì vậy tỉ số OSNR tăng lên theo Ptx. Như trên
đồ thị ta thấy tỉ số OSNR lớn nhất đạt tại mức Ptx = 2dBm.
Tiến hành các bước tính toán tương tự như trên cho các tuyến có chiều dài thay đổi từ
100km đến 250km với bước thay đổi là 10km, chúng tôi xác định được các thông số tối ưu, từ
đó lập thành bảng 2 và vẽ đồ thị như hình 9. Từ đây ta có thể kết luận hệ số khuếch đại và vị
trí đặt EDFA tối ưu tăng tỉ lệ với chiều dài tuyến, trong khi đó tỉ số tín hiệu trên nhiễu OSNR
tối ưu thì lại giảm khi khoảng cách tuyến truyền dẫn tăng lên.
Bảng 2. Các thông số tối ưu ứng với các tuyến truyền dẫn có chiều dài khác nhau.
Chiều dài
tuyến (km)
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190

13
26
35
43
56
64
73
86
94

Tỉ số OSNR
tối ưu (dB)
57,72
53,48
50,13
48,03
46,04
42,92
40,98
38,83
35,76
33,87


200
210
220
230
240
250


Tỉ số OSNR tối ưu
Hệ số khuếch đại G tối ưu

Hình 9. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hệ số khuếch đại G,
OSNR và vị trí đặt EDFA tối ưu theo chiều dài các tuyến truyền dẫn
khác nhau.

5. Kết luận
Kết quả nghiên cứu này có thể được sử dụng hiệu quả trong công tác thiết kế và khai
thác mạng. Ứng với mỗi tuyến truyền dẫn cụ thể có chiều dài khác nhau ta có thể xác định
ngay được mức công suất phát, hệ số khuếch đại của EDFA và vị trí đặt EDFA tối ưu trên
tuyến để thông tin truyền đi đạt chất lượng tốt nhất.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]

[2]

[3]
[4]

Nguyễn Văn Tuấn, Nguyễn Tấn Hưng, "Tính toán số kênh truyền cực đại trong hệ
thống WDM có EDFA mắc chuỗi dưới tác dụng của hiệu ứng FWM và nhiễu ASE
tích luỹ", Chuyên san tạp chí Bưu chính Viễn thông, số 12, tháng 8 năm 2004, trang
25-32.
Wolgang Zeiler, Fabrizio Di Pasquale, member IEEE, Polina Bayvel, Member IEEE,
and John E. Midwinter, IEEE, “Modeling of Four-Wave Mixing and Gain Peaking in
Amplified WDM Optical Communication Systems and Networks”, Journal of
Lightwave Technology, Vol. 14, No. 9, September 1996.
Nortel Networks Optera Long Haul 1600G, December 2002.