1. Trang Chủ
  2. Điện-Điện tử-Viễn thông
  3. Đồ án tốt nghiệp: Ảnh hưởng XDM lên chất lượng hệ thống - Lê Bật Thắng

Đồ án tốt nghiệp: Ảnh hưởng XDM lên chất lượng hệ thống - Lê Bật Thắng

Đồ án tốt nghiệp: Ảnh hưởng XDM lên chất lượng hệ thống trình bày các nội dung chính: tổng quan về hệ thống truyền dẫn WDM, điều chế pha chéo XPM, ảnh hưởng của XPM lên chất lượng hệ thống WDM. 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.......................................................................................

Thể loại Tài liệu miễn phí Điện-Điện tử-Viễn thông

Số trang 87

Ngày tạo 8/30/2018 4:30:31 AM +00:00

Loại tệp DOC

Kích thước 0.91 M

Tên tệp

Tải Đồ án tốt nghiệp: Ảnh hưởng XDM lên chất lượng hệ ... (.docx) Tải Đồ án tốt nghiệp: Ảnh hưởng XDM lên chất lượng hệ ... (.pdf)

Xem mẫu

  1. 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....................................................46 2.3.1 Khoảng cách kênh......................................................................................................... 47 2.3.2 Tán sắc trong sợi quang................................................................................................ 49 2.4 Kết luận........................................................................................................................... 51 CHƯƠNG III. ẢNH HƯỞNG CỦA XPM LÊN CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG WDM ............................................................................................................................................. 52 3.1 Ảnh hưởng của XPM lên chất lượng hệ thống WDM tổng quát..................................52 3.1.1 Giới hạn khoảng cách truyền dẫn............................................................................... 52 3.1.2 Méo cường độ do XPM................................................................................................ 57 3.1.4 Giảm hệ số phẩm chất Q.............................................................................................63 3.1.5 Xuyên kênh giữa các kênh có tốc độ bit khác nhau do XPM.......................................66 3.1.5 Ảnh hưởng của XPM lên hệ thống WDM được quản lý về tán sắc........................ 68 3.2 Một số giải pháp khắc phục ảnh hưởng của XPM trong hệ thống WDM..................72 3.2.1 Dùng bộ triệt XPM ...................................................................................................... 72 3.2.2 Các sơ đồ bù tán sắc thích hợp.....................................................................................75 3.3 Kết luận........................................................................................................................... 78 Kết luận............................................................................................................................ 79 Tài liệu tham khảo......................................................................................................... 80 Lê Bật Thắng – D04VT 2 i HVCNBCV
  2. Đồ án tốt nghiệp Ảnh hưởng của XPM lên chất lượng hệ thống WDM Danh mục hình vẽ Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý ghép kênh theo bước sóng......................................................1 Hình 1.2. Sơ đồ hệ thống WDM sử dụng hai sợi............................................................2 Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống WDM sử dụng một sợi...........................................................3 Hình 1.4 Tách kênh sử dụng lăng kính..............................................................................7 Hình 1.5 Tách /ghép các bước sóng bằng cách tử nhiễu xạ............................................7 Hình 1.8 Bước sóng có tán sắc bằng không, λ0 và sườn tại tán sắc không, S0..........17 Hình 1.9 Tán sắc thay đổi như một hàm theo bước sóng với một vật liệu cho trước18 Hình 2.1 Minh hoạ một lá chắn Kerr............................................................................... 33 Hình 2.2 Tp thay đổi theo hàm của góc phân cực đầu vào θ với..................................38 Hình 2.3 Mức truyền của sợi lưỡng chiết có độ dài L=LB..........................................39 Hình 2.4 Dạng xung và phổ của các xung bơm và dò, nét đứt là vị trí xung đầu vào. 43 Hình 2.5 Nén xung do XPM trong vùng tán sắc thường................................................45 Hình 2.6 Kết nối sợi quang của mạng LEANET dùng trong thí nghiệm (a) và sơ đồ khối thí nghiệm (b)...........................................................................................................47 Hình 2.7 Sự phụ thuộc của méo XPM vào khoảng cách kênh......................................49 Hình 2.8 Sơ đồ khối của thí nghiệm [4].........................................................................50 Hình 3.1 Méo xung do XPM.............................................................................................53 Hình 3.2 Sơ đồ thí nghiệm nghiên cứu XPM trong [5]..................................................53 Hình 3.3 XPM và SPM với các kênh được điều chế tại 2,5 Gb/s, sợi DSF, có độ trễ ban đầu khác nhau............................................................................................................. 54 Hình 3.4 Méo XPM cho kênh dò (a)sợi DSF, (b) sợi SSMF..........................................54 Hình 3.5. Công suất giảm sau các chặng thay đổi khi thay đổi số lượng chặng........56 Hình 3.6 Phổ của kênh 2 sau 12 chặng bù trước trong thí nghiệm (a) và mô phỏng (b) ............................................................................................................................................. 57 Hình 3.7 Hệ số Q theo tán sắc dư.................................................................................... 64 Hình 3.8 Sự phụ thuộc của WM vào số lượng kênh.....................................................64 Hình 3.9 Xuyên kênh theo băng tần điện thu..................................................................67 Hình 3.10. Xuyên kênh theo băng tần điện thu...............................................................67 Hình 3.11 Xuyên kênh XPM phụ thuộc vào tán sắc.......................................................68 Lê Bật Thắng – D04VT 2 ii HVCNBCV
  3. 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............69 Hình 3.13 Méo XPM theo các tỉ lệ bù tán sắc khác nhau với sơ đồ bù trước..............70 Hình 3.14 Méo XPM với các tỉ lệ bù tán sắc khác nhau với sơ đồ bù sau...................70 Hình 3.15 Hai cấu hình bù tán sắc khác nhau cho kết quả khác nhau..........................71 Hình 3.16 Ảnh hưởng của XPM thay đổi theo số chặng m..........................................71 Hình 3.17 Ảnh hưởng của tỉ lệ bù trong hệ thống năm chặng.....................................71 Hình 3.18 thí nghiệm với 10 kênh có và không có XS...................................................72 Hình 3.19 Suy giảm độ nhạy cho kênh 6........................................................................74 Hình 3.20 So sánh suy giảm khi có và không có XS.......................................................74 Hình 3.21 Xuyên kênh thay đổi theo bù tán sắc..............................................................75 Hình 3.22 Hệ số mx tích luỹ sau các chặng....................................................................76 Hình 3.23 Hệ số mx tăng theo khoảng cách...................................................................77 Lê Bật Thắng – D04VT 2 iii HVCNBCV
  4. 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 laserLaser 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 DUT Device Under Test Thiết bị kiểm tra đo thử DWDM Dense WDM WDM mật độ cao EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier Bộ khuếch đại sợi quang pha tạp Erbium FWM Four Wave Mixing Trộn bốn sóng GVD Group Velocity Dispersion Tán sắc vận tốc nhóm HDSF Half - Dispersion Shifted Fiber Sợi quang nửa tán sắc đã dịch ICI Inter-Channel Interference Nhiễu kênh lân cận IFBG In-Fiber Bragg Grating Cách tử Bragg trong sợi quang IL Insertion Loss Suy hao xen ITU International Telecommunications Liên minh Viễn thông quốc tế Union MFD Mode Field Diameter Đường kính trường mode MPI MultiPath Interference Giao thoa đa đường NF Noise Figure Hệ số tạp âm NZ-DSF Non-Zero Dispersion Shifted Sợi quang tán sắc đã dịch không về Fiber không OADM Optical Add/Drop Multiplexer Bộ ghép xen/rẽ quang ODMUX Optical DeMultiplexer Bộ tách kênh quang OMUX Optical Multiplexer Bộ ghép kênh quang PDL Polarization Dependent Loss Suy hao phụ thuộc phân cực PMD Polarization Mode Dispersion Tán sắc mode phân cực PRBS Pseudo-Random Bit Sequence Chuỗi bit giả ngẫu nhiên RIN Relatively Intensity Noise Nhiễu cường độ tương đối SBS Stimulated Brillouin Scaterring Tán xạ Brillouin kích thích SEL Surface Emitting Laser Laser phát xạ mặt SNR Signal to Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên tạp âm SONET Synchronous Optical NETwork Mạng quang đồng bộ Lê Bật Thắng – D04VT 2 iv HVCNBCV
  5. Đồ án tốt nghiệp Ảnh hưởng của XPM lên chất lượng hệ thống WDM SPM Self Phase Modulation Tự điều chế pha 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 – D04VT 2 v HVCNBCV
  6. 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 truy ền dẫn cao trên băng tần lớn sợi đơn mode, nhiều kênh quang truyền đồng thời trên một sợi, trong đó mỗi kênh tương đương một hệ thống truyền dẫn độc lập với tốc đ ộ cao nhiều Gb/s. Để đáp ứng nhu cầu dung lượng ngày càng tăng hiện nay, xu hướng của các hệ thống thông tin quang là hướng tới tốc độ và khoảng cách không lặp lớn hơn, cũng như tăng số lượng kênh bước sóng trên một sợi quang. Tuy nhiên khi tiến đ ến các giới hạn lớn về tốc độ như vậy thì một số đặc tính của môi trường truy ền dẫn trở nên càng quan trọng. Hạn chế do suy hao gây ra không còn là vấn đ ề với các h ệ thống truyền dẫn WDM với sự xuất hiện của các bộ khuếch đại EDFA nhưng các hiệu ứng phi tuyến trong môi trường sợi quang vẫn là một vấn đề lớn thách thức các nhà thiết kế. Trong đó, điều chế pha chéo XPM là hiệu ứng phi tuyến có ảnh hưởng lớn nhất đến chất lượng hệ thống WDM. Đồ án tốt nghiệp của em tập trung tìm hiểu về những hạn chế mà XPM gây ra đối với một hệ thống truyền dẫn WDM tổng quát, bao gồm ba chương chính: Chương I. Tổng quan về hệ thống truyền dẫn WDM Chương II. Điều chế pha chéo XPM Lê Bật Thắng – D04VT 2 vi HVCNBCV
  7. Đồ án tốt nghiệp Ảnh hưởng của XPM lên chất lượng hệ thống WDM Chương III. Ảnh hưởng của XPM lên chất lượng hệ thống WDM Do thời gian làm đồ án có hạn và kiến thức còn hạn hẹp nên chắc chắn đ ồ án còn nhiều thiếu sót và cần bổ sung. Do vậy em rất mong các thầy cô chỉ bảo và b ổ sung thêm, các bạn đọc quan tâm đến vấn đề này đóng góp ý kiến đ ể báo cáo này hoàn thiện hơn. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô giáo hướng dẫn – Ths. Nguyễn Thị Thu Nga, người đã hết sức tận tình chỉ bảo, bổ sung kiến thức cho em, giúp em hoàn thành tốt đồ án theo. Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn thông tin quang, các thầy cô trong Khoa Viến thông I đã hết sức tạo điều kiện giúp đỡ em trong thời gian làm đồ án. Hà Nội, ngày 12 tháng 11 năm 2008 Sinh viên Lê Bật Thắng Lê Bật Thắng – D04VT 2 vii HVCNBCV
  8. 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: λ1 λ1 TX 1 O RX1 O D M M U (λ1,……,λN ) U λN X λN TXN X RXN λ1 λN Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý ghép kênh theo bước sóng Các tín hiệu quang được phát trên các bước sóng khác nhau λ1, λ2, ..., λN sẽ được ghép vào cùng một sợi dẫn quang nhờ bộ ghép (MUX – Multiplexer). Các bộ ghép phải đảm bảo có suy hao nhỏ. Tín hiệu sau khi ghép được truyền trên sợi quang tới đầu thu. Phía thu thực hiện tách các luồng tín hiệu qua bộ giải ghép DEMUX sau đó các bộ tách sóng quang sẽ nhận lại các luồng tín hiệu từ các bước sóng riêng rẽ. Lê Bật Thắng – D04VT 2 1 HVCNBCV
  9. Đồ án tốt nghiệp Chương I. Giới thiệu hệ thống truyền dẫn WDM 1.1.2 Sơ đồ tổng quát hệ thống WDM Ta xem xét hai sơ đồ truyền dẫn WDM: hệ thống truyền dẫn quang ghép bước sóng đơn hướng và hệ thống truyền dẫn quang ghép bước sóng song hướng. Sơ đồ hệ thống hai sợi thể hiện trong hình 1.2. Tại mỗi bộ phát, tín hiệu điện của từng kênh được điều biến với một sóng mang quang λi (i = 1, 2,...N ) có độ rộng phổ rất hẹp. Bộ ghép OMUX thực hiện ghép các tín hiệu này rồi truy ền trên một s ợi quang duy nhất đến đầu thu. Tín hiệu trên đường truyền được khuếch đ ại nhờ bộ khuếch đại quang. Bộ ghép phải có suy hao nhỏ để đảm bảo tín hiệu đến đầu ra còn đủ lớn. Giữa các kênh có khoảng bảo vệ để tránh xuyên nhiễu. Tại phía thu, ODMUX thực hiện tách các tín hiệu có bước sóng λi (i = 1, 2,...N , i j ) 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 λ1…λN được điều biến bởi các tín hiệu điện từ N kênh và phát theo một hướng. Các sóng mang có bước sóng λN+1…λ2N 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. Kênh 1 λ1 , λ2 ,....λN Kênh 1 Tx1 Rx1 λ1 λ1 OMUX OA ODMUX S ợi Sợi Kênh N λN λN Kênh N TxN quang quang RxN Kênh 1 Kênh 1 Rx1 λ1 , λ2 ,....λN Tx1 λ1 λ1 ODMUX OA OMUX Kênh N S ợi Sợi λN Kênh N λN RxN quang quang TxN OA : bộ khuếch đại quang ODMUX: bộ gi ải ghép kênh quang OMUX: bộ ghép kênh quang Hình 1.2. Sơ đồ hệ thống WDM sử dụng hai sợi Lê Bật Thắng – D04VT 2 2 HVCNBCV
  10. Đồ án tốt nghiệp Chương I. Giới thiệu hệ thống truyền dẫn WDM Kênh 1 Kênh 1 Tx1 Rx1 λ1 λ1 , λ2 ,....λN λ1 Kênh N Kênh N TxN λN OMUX/ OMUX/ λN RxN OA ODMUX ODMUX λN +1 S ợi Sợi RxN+1 TxN+1 Kênh N+1 quang quang λN +1 Kênh N+1 λ2 N λ N +1 ,..........λ2 N λ2 N Tx Rx2N 2N Kênh 2N Kênh 2N 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 sợi quang thường được coi là DWDM còn các hệ thống có ít hơn 8 bước sóng tích cực trên một sợi quang được coi là WDM thông thường. WDM theo chuẩn của ITU về thuật ngữ có nghĩa là hai (hoặc nhiều hơn) tín hiệu ghép trên cùng một sợi quang, trong đó một tín hiệu trong dải 1550 nm và một tín hiệu trong dải 1310 nm. Mới đây, ITU đã chuẩn hoá hệ thống có khoảng cách kênh 20 nm để sử dụng cho WDM, dùng các bước sóng giữa 1310 nm và 1610 nm. Nhiều bước sóng WDM dưới 1470 nm được coi là không thể sử dụng với sợi quang theo khuyến nghị G.652 do có suy hao lớn trong dải 1310-1470 nm. Những sợi quang mới theo các khuyến nghị G.652. C và G.652.D đã gần như loại bỏ được một số đỉnh suy hao và cho phép hoạt động trên toàn bộ 20 kênh WDM của ITU trong các mạng nội thị. Đặc điểm chính của WDM theo chuẩn ITU là các tín hiệu chưa có khoảng cách thích hợp cho khuếch đại bằng EDFA. Nguyên nhân là do khoảng cách truyền hạn chế của WDM, chỉ khoảng 60 km với tín hiệu 2,5 Gb/s, chỉ đủ cho các ứng dụng mạng nội thị. Việc giảm các yêu cầu về mặt quang đã kéo theo việc giảm chi phí cho các linh kiện WDM, xấp xỉ chi phí cho các linh kiện không WDM. WDM cũng đ ược sử dụng cho các mạng cáp TV, tại đó các bước sóng khác nhau được sử dụng cho các tín hiệu luồng lên và xuống. Trong các hệ thống này, các bước sóng thường đ ược phân chia rộng, chẳng hạn tín hiệu luồng xuống tại 1310 nm trong khi tín hiệu luồng lên tại 1550 nm. DWDM – WDM mật độ cao, chỉ những tín hiệu quang được ghép trong dải 1550 nm, tận dụng được khả năng khuếch đại của EDFA (hiệu quả lớn nhất với các bước sóng từ 1530 – 1560 nm). Một hệ thống DWDM cơ bản có những thành phần Lê Bật Thắng – D04VT 2 3 HVCNBCV
  11. Đồ án tốt nghiệp Chương I. Giới thiệu hệ thống truyền dẫn WDM chủ yếu như sau: một bộ ghép kênh đầu cuối, bộ khuếch đại EDFA có thể tích hợp vào trong bộ ghép này hoặc tách riêng, một thiết bị đầu cuối quang trung gian, còn gọi là bộ ghép quang xen/rẽ, một bộ tách kênh đầu cuối, kênh giám sát quang. Các bước sóng WDM được đặt trong hệ thống có khoảng cách kênh chính xác là 100GHz (khoảng 0,8 nm), với tần số tham khảo cố định khoảng 190,10 THz (1552,52 nm). Hệ 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 đ ộ 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 truy ền thông, chẳng hạn như đường trục Internet và do đó được kết hợp với các tốc đ ộ điều ch ế 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, đ ộ dày vùng tích cực nhỏ hơn 10 µ m và giống như một hốc thẳng đứng ngắn. Bức xạ Lê Bật Thắng – D04VT 2 4 HVCNBCV
  12. Đồ án tốt nghiệp Chương I. Giới thiệu hệ thống truyền dẫn WDM quang được hướng về phía mặt nhờ các gương 45 0 hoặc các bộ phản xạ Bragg cấp hai[14]. Bộ phản xạ lựa chọn tần số là các cách tử nhăn, chính là l ớp ống dẫn sóng thụ động nằm kề vùng tích cực. Sóng quang lan truyền song song với cách tử. Hoạt động của các laser dựa trên nguyên lý bộ phản xạ cách tử Bragg phân tán. Các laser loại này thể hiện hoạt động mode dọc đơn khá tốt, ít nhạy cảm với nhiệt độ và dòng điều khiển. Trong loại laser phản hồi phân tán, cách tử để chọn bước sóng bao phủ toàn bộ vùng tích cực. Tại một bước sóng cụ thể, các mode phát của laser đặt đối xứng nhau qua bước sóng phản xạ Bragg. Biên độ của các mode phát laser cấp cao hơn giảm một cách đáng kể so với biên độ bậc 0. Mode cấp 1 thường có biên độ giảm hơn 30 dB so với biên độ của mode cấp 0. Cách tử của laser DFB được khắc vào một trong các lớp để tạo ra chiết suất thay đổi theo chu kỳ. Thường tránh khắc cách tử trực tiếp vào lớp tích cực vì nó có thể làm tăng mức độ tái hợp không bức x ạ. Về mặt lý thuyết, laser DFB có lớp chống phản xạ ở hai đầu. Hai mode bậc 0 ở hai bên bước sóng Bragg có hệ số khuếch đại giống nhau và nếu cấu trúc hoàn toàn đ ối xứng thì hai đỉnh này đồng thời được phát. Như vậy để laser làm việc ở chế độ đơn mode, đặc tính cộng hưởng là không đối xứng. Muốn vậy có thể dịch cách tử đi khoảng 1/4 hoặc đơn giản là sử dụng lớp vỏ phản xạ có hệ số phản xạ cao ở một đầu và đầu kia là lớp chống phản xạ. Đối với laser phản xạ Bragg phân tán, các cách tử được đặt ở các đầu của các lớp tích cực của laser để thay thế cho các gương được dùng trong hốc cộng hưởng Fabry-Perot. Trong laser phản xạ phân tán (DR – Distributed Reflector) gồm có các bộ phản xạ phân tán tích cực và thụ động. Cấu trúc này cải thiện được các đặc tính phát laser của laser DFB và DBR thông thường, hoạt động có hiệu quả cao, công suất 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. Lê Bật Thắng – D04VT 2 5 HVCNBCV
  13. Đồ án tốt nghiệp Chương I. Giới thiệu hệ thống truyền dẫn WDM 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 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 quang thì ngược lại: nó nhận tín hiệu từ nhiều nguồn khác nhau và kết hợp chúng vào trong một tia sáng để truyền vào sợi quang. Có hai loại thiết bị tách/ghép kênh là thiết bị tách/ghép kênh thụ động và thiết bị tách/ghép kênh tích cực. Thiết bị tách/ghép kênh thụ động hoạt động dựa trên nguyên lý của lăng kính, cách tử nhiễu xạ và các bộ lọc. Các thiết bị tách/ghép kênh tích cực hoạt động dựa trên nguyên tắc kết hợp các thiết bị thụ động với các bộ lọc điều hưởng trong đó mỗi bộ lọc cộng hưởng với một tần số nhất định. Trong phần này ta xem xét một số kỹ thuật tách/ghép kênh quang[1] và các bộ ghép xen/rẽ quang. Một kỹ thuật đơn giản để tách/ghép ánh sáng là sử dụng một lăng kính (hình 1.4). Đặt chùm tia sáng gồm nhiều bước sóng ra khỏi sợi quang tại tiêu điểm một thấu kính hội tụ. Ra khỏi thấu kính sẽ là một chùm sáng trắng song song chiếu vào bề mặt một lăng kính, mỗi bước sóng thành phần khúc xạ theo một góc khác nhau do chiết suất lăng kính phụ thuộc vào bước sóng. Đặt tiếp một thấu kính sau lăng kính, các tia cùng màu khi ra khỏi lăng kính song song với nhau sẽ được hội tụ đ ến một điểm. Các sợi quang riêng lẻ đặt tại tiêu điểm của thấu kính sẽ thu được ánh sáng theo các màu khác nhau (hay có bước sóng khác nhau) mang tín hiệu. Trường hợp ghép các kênh tín hiệu vào một sợi quang cũng sử dụng các linh kiện trên nhưng thực hiện theo quy trình ngược lại. Lê Bật Thắng – D04VT 2 6 HVCNBCV
  14. Đồ án tốt nghiệp Chương I. Giới thiệu hệ thống truyền dẫn WDM n2 > n1 n1 λ1 λ1 , λ 2 ,...λn λ2 n2 λn Sợ i Thấu Thấu Các sợi Lăng kính kính quang quang kính Hình 1.4 Tách kênh sử dụng lăng kính Một kỹ thuật khác là sử dụng cách tử nhiễu xạ, kỹ thuật này dựa trên các nguyên lý về nhiễu xạ của giao thoa quang. Khi một nguồn sáng đa sắc chiếu vào một cách tử nhiễu xạ, mỗi bước sóng sẽ bị nhiễu xạ theo một góc khác nhau và chiếu đến những điểm khác nhau trong không gian. Sử dụng thấu kính hội tụ ta có thể hội tụ các bước sóng này vào các sợi quang riêng biệt. Trên hình 1.5 biểu diễn cách tử dùng để tách sóng. Các bướ c sóng nhiễu xạ Sợi quang λ1 λ2 λn Chùm tia tới λ1 + λ2 + ... + λn Thấu kính Cách tử nhiễu xạ Hình 1.5 Tách /ghép các bước sóng bằng cách tử nhiễu xạ Ngoài hai kỹ thuật phổ biến trên, cách tử dẫn sóng dạng mảng (AWG – Arrayed 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 đ ường 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. Các sợi quang phía đầu ra đã được nhân lên nhiều lần. Kết quả là Lê Bật Thắng – D04VT 2 7 HVCNBCV
  15. Đồ án tốt nghiệp Chương I. Giới thiệu hệ thống truyền dẫn WDM 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 đ ược 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 v ừa 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 đ ược 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 phần quan trọng để tiến đến mục tiêu của mạng toàn quang. OADM cũng tương tự như một bộ ghép xen/rẽ SONET (ADM) về nhiều chi tiết, ngoại trừ đặc điểm chỉ xen hoặc rẽ các bước sóng quang và không có sự chuyển đổi quang - điện nào. Có hai loại thiết bị OADM. Thế hệ đầu tiên là một thiết bị cố định được cấu hình vật lý để rẽ một số bước sóng cụ thể đã định trước trong khi xen thêm các bước sóng khác. Thế hệ thứ hai có khả năng cấu hình lại và có thể chọn lựa linh hoạt các bước sóng để xen/rẽ. Các bộ lọc màng mỏng đã phát triển thành một công nghệ được chọn lựa cho OADM trong các hệ thống WDM đô thị hiện nay vì chúng có giá thành thấp và độ ổn định cao. Để phát triển thế hệ thứ hai của OADM, các công nghệ khác như cách tử và bộ truyền vòng sợi quang khả chỉnh cũng đang được phát triển. 1.2.3 Bộ khuếch đại quang Suy hao đã hạn chế độ dài mà sợi quang có thể truyền tín hiệu nguyên vẹn trước khi phải tái tạo. Trước khi có các bộ khuếch đại quang người ta đã phải s ử dụng các bộ lặp cho mỗi tín hiệu phát đi. Bộ khuếch đại quang có khả năng khuếch đại tất cả các bước sóng cùng lúc mà không cần chuyển đổi quang - điện - Lê Bật Thắng – D04VT 2 8 HVCNBCV
  16. Đồ án tốt nghiệp Chương I. Giới thiệu hệ thống truyền dẫn WDM quang(OEO). Ngoài việc sử dụng trong các kết nối quang, các bộ khuếch đại còn được dùng để khuếch đại công suất tín hiệu sau khi ghép kênh hoặc trước khi tách kênh vì cả hai trường hợp này đều gây ra suy hao trong hệ thống. Ngày nay trong tất cả các hệ thống WDM đều sử dụng bộ khuếch đại EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier: bộ khuếch đại quang sợi pha tạp Erbium). Nó đóng vai trò quan trọng giúp cho hệ thống có khả năng mang những trọng tải lớn trên những khoảng cách dài. Phần này trình bày một số đặc điểm cơ bản của EDFA. Erbium là một nguyên tố đất hiếm, khi được kích thích nó phát ra ánh sáng có bước sóng khoảng 1.54 µm - 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 tr ữ c ủa 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 đ ịnh 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 đ ại 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 Er3+ 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 b ộ 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 đ ộ 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 phẳng mà xuất hiện các đỉnh khuếch đại, hệ số khuếch đại không như nhau đối với mọi bước sóng. Lê Bật Thắng – D04VT 2 9 HVCNBCV
  17. Đồ án tốt nghiệp Chương I. Giới thiệu hệ thống truyền dẫn WDM Tuỳ thuộc yêu cầu hệ thống mà bộ khuếch đại có thể ở các vị trí khác nhau trên tuyến và có yêu cầu kỹ thuật riêng, có thể chia làm ba loại: BA, LA và PA. BA (Booster Amplifier) là bộ khuếch đại công suất có công suất vào lớn, được sử dụng ngay sau bộ phát để tăng mức công suất tín hiệu. Do công suất đầu ra khá cao nên có thể bỏ qua tạp âm ASE. Bộ khuếch đại đường dây LA (Line Amplifier) là thiết bị EDFA có mức tạp âm thấp, được sử dụng trên đường truyền (giữa hai đoạn sợi quang) để tăng chiều dài khoảng lặp. Yêu cầu đối với bộ khuếch đ ại loại này là có công suất vào nhỏ, công suất ra lớn và nhiễu gây ra nhỏ nhất. Bộ tiền khuếch đại PA (Pre-Amplifier) là thiết bị EDFA có mức tạp âm thấp, được sử dụng ngay trước bộ thu để tăng độ nhạy thu. Để đạt được mức tạp âm ASE thấp người ta sử dụng các bộ lọc quang băng hẹp có thêm chức năng điều chỉnh bước sóng trung tâm theo bước sóng nguồn phát. Bản thân bộ khuếch đại gây ra nhiễu cho hệ thống. Sau mỗi bộ khuếch đại tỉ số tín hiệu trên tạp âm SNR giảm nên thông thường sau ba bộ khuếch đại phải đặt thêm bộ lặp để khôi phục tín hiệu. 1.2.4 Bộ thu quang Bộ thu quang thực hiện chức năng biến đổi tín hiệu quang thành điện. Bộ thu phải thích hợp với bộ phát cả về bước sóng sử dụng và phương thức điều chế, đồng thời phải được thiết kế để đưa ra mức tín hiệu phù hợp. Cấu trúc bộ thu quang gồm có bộ tách sóng quang, các bộ khuếch đại tín hiệu và các mạch xử lý tín hiệu. Toàn bộ cấu trúc này thực hiện chuyển đổi tín hiệu quang phát ở đầu sợi từ phía phát tới thành tín hiệu điện, khuếch đại tín hiệu này tới mức đủ lớn để nó có thể tạo thuận lợi cho các bước xử lý tiếp theo như quá trình tái tạo tín hiệu. Độ phức tạp của mạch giải điều chế phụ thuộc vào phương pháp điều chế được sử dụng. Bộ thu quang thường sử dụng photodiode làm phần tử tách sóng quang. Có hai 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 c ủa lớp bán dẫn I được xác định sao cho tất cả photon đi vào đều đ ược hấp thụ tại l ớp bán dẫn i. APD có cấu tạo gồm bốn lớp p +-i-p-n+. Lớp i hấp thụ photon đi vào, lớp p-n + Lê Bật Thắng – D04VT 2 10 HVCNBCV
  18. Đồ án tốt nghiệp Chương I. Giới thiệu hệ thống truyền dẫn WDM 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. 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 đ ược tín hiệu v ới t ỉ số lỗi bit BER yêu cầu. 1.2.5 Sợi quang Nhiệm vụ chính của sợi quang là dẫn sóng ánh sáng với một l ượng suy hao nhỏ nhất. Trong hệ thống truyền dẫn quang, sợi quang đóng vai trò là phương tiện truyền dẫn. Hiện nay, sợi quang đơn mode tuân theo khuyến nghị G.652 được sử dụng nhiều nhất. Giá trị tán sắc bằng không nằm ở bước sóng 1310 nm, tán s ắc tại vùng 1550 nm rất lớn, cỡ 18 ps/nm/km. Tuy nhiên, suy hao ở vùng bước sóng 1550 nm nhỏ hơn trong vùng 1310 nm và bộ khuếch đại EDFA làm việc tại vùng này nên người ta sử dụng sợi quang tán sắc đã dịch (DSF – Dispersion Shifted Fiber). S ợi quang DSF tuân theo khuyến nghị G.653, có tán sắc bằng không tại bước sóng 1550 nm, thích hợp sử dụng trong các hệ thống WDM thông thường. Tuy nhiên do hiệu ứng trộn bốn sóng xảy ra mạnh nên nó không được sử dụng trong các hệ thống kênh mật độ dày đặc DWDM. Trong các hệ thống DWDM người ta sử dụng sợi NZ-DSF (Non-zero DSF), loại sợi này có mức tán xạ thấp tại cửa sổ thứ ba. Một loại sợi mới cũng đang được phát triển cho truyền dẫn WDM là sợi HDSF (Half-Dispersion – shifted Single-mode Fiber). Loại sợi này có bước sóng cắt nhỏ hơn 1500 nm, bước sóng có tán sắc bằng không lớn hơn 1450 nm và nhỏ hơn 1500 nm, tại bước sóng hoạt động 1560 nm thì tán sắc còn khoảng 6 đến 11 ps/nm/km. Gần đây, tập đoàn điện tử Sumitomo của Nhật đã tuyên bố vừa phát triển được loại sợi quang mới sử dụng cho các hệ thống WDM có tên gọi PureMetro[15]. Đây là sợi NZ-DSF đa chức năng, có các đặc điểm rất tốt cho cả các hệ thống WDM đô thị và các đường trung kế. Dải bước sóng sử dụng cho truy ền dẫn DWDM trong các đường trung kế là băng C (1530 nm -1565 nm) và băng L (1565 nm – 1625 nm) tại phía bước sóng dài. Các đặc điểm về tán sắc của sợi PureMetro tại dải bước sóng này được xác định thận trọng để cho phép sử dụng PureMetro trong các mạng WDM trung kế hiện có. Các ứng dụng của sợi PureMetro đối với các thiết bị truy ền dẫn hiện có cho phép truyền dẫn DWDM với khoảng cách kênh 1 nm hoặc nhỏ hơn. Trong các mạng đô thị, truyền dẫn ở khoảng cách ngắn và trung bình sử dụng WDM đã trở thành xu thế. Xuất phát từ quan điểm của dải truyền dẫn và chi phí, các bộ khuếch đại quang và các sợi quang bù tán sắc sẽ không được sử dụng nữa. Vì vậy đường truyền dẫn cần phải có suy hao nhỏ và tán sắc nhỏ trên một dải rộng. Để đạt Lê Bật Thắng – D04VT 2 11 HVCNBCV
  19. Đồ án tốt nghiệp Chương I. Giới thiệu hệ thống truyền dẫn WDM được những yêu cầu này, PureMetro được thiết kế là sợi NZ-DSF đầu tiên có suy hao hấp thụ OH thấp và có tán sắc thấp, cân bằng trong dải bước sóng từ 1280 nm đến 1625 nm. Đây là loại sợi 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 nhiều nhất trong các hệ thống ITU, khoảng cách là 100GHz. Khoảng cách kênh không đều được dùng để tối thiểu hoá và dự đoán các hiệu ứng phi tuyến như tr ộn bốn sóng. FWM phát sinh khi hai hoặc nhiều hơn hai bước sóng tương tác để sinh ra bước sóng mới. Với khoảng cách kênh đều hiện tượng FWM sẽ gây ra nhiễu giữa các kênh. c. Băng thông tại -3 dB và một số giá trị khác Lê Bật Thắng – D04VT 2 12 HVCNBCV
  20. Đồ án tốt nghiệp Chương I. Giới thiệu hệ thống truyền dẫn WDM Băng thông là độ rộng phổ mà qua đó mức truyền dẫn vượt ra ngoài một số giá trị cố định. Băng thông sẽ không còn nhiều ý nghĩa nếu không kể đến một mức ngưỡng cụ thể. Băng thông xác định dải phổ mà qua đó thiết bị có thể hoạt động có hiệu quả. Biết được băng tần tại hai mức hoặc nhiều hơn có thể chỉ ra dạng đường viền của dải. Các giá trị có suy hao cao (-20 dB hoặc -30dB) rất có ích trong việc dự đoán xuyên âm có thể xảy ra trong các kênh DWDM liền kề. Mức ngưỡng cụ thể được sử dụng phụ thuộc vào sự cách ly các kênh liền kề, tuỳ theo nhu c ầu c ủa một ứng dụng mạng cụ thể. d. Sự cách ly và xuyên kênh Nói một cách rộng rãi, sự cách ly kênh và xuyên âm mô tả sự loại bỏ tín hi ệu từ một kênh liền kề hoặc các kênh khác trong một thiết bị đa kênh. Phép đo thực hiện lấy đặc điểm băng thông của mỗi kênh vào trong báo cáo và thường đ ược ghi rõ trong các điều kiện xấu nhất. Cách giải thích về sự cách ly và xuyên âm chỉ khác nhau rất ít. Trong khi sự cách ly kênh mô tả sự loại bỏ công suất tín hi ệu t ừ ho ặc đến một kênh khác thì xuyên kênh mô tả công suất bị rò gỉ qua một dải kênh t ừ các kênh khác. Sự cách ly là giá trị nhỏ nhất tính theo dBm mà tại đó thiết bị đo kiểm loại bỏ các tín hiệu bên ngoài còn xuyên kênh chỉ sự khác biệt giữa công suất đầu vào lớn nhất với công suất rò gỉ nhỏ nhất, tính theo dB. Ngoài việc đo đạc và đánh giá các trường hợp xuyên kênh xấu nhất giữa hai hay nhiều kênh trong một hệ thống WDM, người dùng còn phải xác định các mức xuyên kênh có thể chấp nhận được. Thông thường, cách ly các kênh liền kề với giá trị 25 dB trở lên là đủ. Tuy nhiên, khi mạng ngày càng trở nên phức tạp và các bộ thu cần 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 l ẻ 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 đ ộ phẳng đ ể 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 l ớn nhất, tính bằng sự thay đổi suy hao trên sự thay đổi bước sóng. Sử dụng tham số này Lê Bật Thắng – D04VT 2 13 HVCNBCV
nguon tai.lieu . vn
Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học Công nghệ thông tin Kinh tế - Thương mại Tài chính - Ngân hàng Kiến trúc - Xây dựng Điện-Điện tử-Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Công nghệ - Môi trường Báo cáo khoa học Quản trị kinh doanh Khoa học xã hội Khoa học tự nhiên Nông - Lâm - Ngư Y khoa - Dược