Đánh giá kỹ thuật bù tán sắc lên chất lượng hệ thống thông tin quang wdm

Tán sắc làm hạn chế khoảng cách truyền dẫn cũng như tốc độ của hệ thống WDM, gây ra lỗi bit làm xuống cấp nghiêm trọng đặc tính của hệ thống WDM.Do đó trong đồ án này chúng tôi thiết kế

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

ĐÁNH GIÁ KĨ THUẬT BÙ TÁN SẮC LÊN CHẤT LƯỢNG

HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM

Sinh viên thực hiện : Phạm Hữu Thiết

Mã số sinh viên : 135D5202070035

Lớp : 54K2 KTĐTTT

Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS Nguyễn Thị Quỳnh Hoa

NGHỆ AN, tháng 5 năm 2018

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay thông tin quang được coi là một trong những nghành mũi nhọn trong lĩnh vực viễn thông Ngay từ giai đoạn đầu, khi các hệ thống thông tin cáp sợi quang chính thức đưa vào khai thác trên mạng viễn thông, phương thức truyền dẫn quang đã thể hiện các khả năng to lớn trong việc truyền tải các dịch vụ viễn thông ngày càng phong phú và hiện đại của thế giới Hệ thống thông tin quang có nhiều

ưu điểm hơn hẳn hệ thống cáp đồng truyền thống và hệ thống vô tuyến như:

Băng tần rộng, có cự ly thông tin không bị ảnh hưởng của nhiễu và sóng điện

từ và khả năng bảo mật thông tin cao Các hệ thống này không chỉ phù hợp với các tuyến thông tin lớn như tuyến đường trục, tuyến xuyên đại dương,… mà còn có tiềm năng trong các hệ thống thông tin nội hạt với cấu trúc linh hoạt và khả năng đáp ứng các loại hình dịch vụ trong hiện tại và cả trong tương lai.Một trong những yếu tố mang lại ưu điểm nổi trội cho các hệ thống thông tin quang chính là các phần

tử quang điện cấu thành nên hệ thống Các thành phần tạo nên một tuyến thông tin quang hoàn chỉnh từ phía phát đến phía thu Vì vậy tôi đã lựa chọn nội dung đồ án

tốt nghiệp “ Đánh giá kỹ thuật bù tán sắc lên chất lượng hệ thống thông tin

quang WDM ”

Do kiến thức còn hạn hẹp nên trong quá trình làm không thể tránh được các sai sót, tôi mong được các thầy cô giáo và các bạn góp ý thêm Tôi xin gửi lời cảm

ơn chân thành tới cô giáo PGS.TS Nguyễn Thị Quỳnh Hoa đã tận tình hướng dẫn

tôi hoàn thành tốt bài đồ án này!

Sinh viên Phạm Hữu Thiết

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Công nghệ mạng quang WDM ra đời đã tạo nên những bước phát triển rất lớn

cho các mạng truyền tải Tuy nhiên, do một số những ảnh hưởng lớn tác động đến

hệ thống WDM nên những nhà khai thác mạng vẫn chưa tận dụng được hết những

ưu điểm vượt trội của hệ thống này Những ảnh hưởng đó phải kể đến đầu tiên

chính là các ảnh hưởng của tán sắc đối với hệ thống WDM Tán sắc làm hạn chế

khoảng cách truyền dẫn cũng như tốc độ của hệ thống WDM, gây ra lỗi bit làm

xuống cấp nghiêm trọng đặc tính của hệ thống WDM.Do đó trong đồ án này chúng

tôi thiết kế đánh giá ảnh hưởng của việc sử dụng sợi bù tán sắc lên tuyến thông tin

quang wdm

Abstract

The WDM on the network of the network of the power of the network, the

progress of the progress to the network transport Tuy nhiên, do one of the affect

effect to the WDM system will be do that the network khai thác does not expused

the following the priority of this system The number of the image must be even to

the primary first is the affect effect of the WDM system Encapsing how to

allocating how to the transport mode as the WDM system speed, give the bit error

to determine the special features of the system of WDM.Do it is it is in this

performance use the strip offset colors to up wdm quang information

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Hệ thống WDM cơ bản 12

Hình 1.2 Sơ đồ khối hệ thống WDM đơn hướng 13

Hình 1.3 Sơ đồ khối hệ thống WDM hai hướng 14

Hình 1.4 Phương pháp điều chế ngoài 20

Hình 1.5 Hệ thống điều chế trực tiếp 20

Hình 1.6 Sơ đồ bộ thu quang 21

Hình 1.7 Sơ đồ tổng quát bộ xen rẽ quang OADM 23

Hình 1.8 Cấu hình bộ xen rẽ quang OADM 23

Hình 2.1 Chỉ số chiết suất n và chỉ số nhóm ng thay đổi theo bước sóng ở sợi thủy tinh 27

Hình 2.2 Tham số b và các vi phân của nó d(Vb)/dV và V[d2(Vb)/dV2] thay đổi theo tham số V 29

Hình 2.3 Tán sắc tổng D và các tán sắc vật liệu DM,DW cho sợi mode 29

Hình 2 4 Bước sóng phụ thuộc vào tham số tán sắc D đối với các sợi tiêu chuần, sợi dịch tán sắc, và sợi tán sắc phẳng 31

Hình 2.5 Hiện tượcợng tán sắc mode phân cực PMD 31

Hình 2.6 Sự thay đổi của tham số mở rộng với khoảng cách truyền cho một xung đầu vào Gaussian dịch tần 36

Hình 2.7 Bù tán sắc sử dụng mã FSK: 39

Hình 2.8 Các vạch tuyến dọc của tín hiệu 16 Gb/s được truyền đi 70 km chiều dài sợi tiêu chuần: (a) có và (b) không có SOA gây ra dịch tần.Vạch tuyến đáy cho biết mức nền trong từng trường hợp 40

Hình 2.9 Dịch tần áp dụng ngang xung khuếch đại cho một vài giá trị của Ein/Esat Một xung đầu vào Gaussian được thừa nhận cũng như G0 = 30 dB và βc = 5 42

Hình 2.10 (a) Biểu đồ của một DCF có sử dụng mode bậc cao (HOM) và hai cách tử chu kỳ dài (LPG) (b) Phổ tán sắc của DCF 47

Hình 3.1 Giao diện làm việc phần mềm OptiSystem 49

Hình 3.2 Bắt đầu làm việc với một Project mới 50

Hình 3.3 Tạo một hệ thống con 50

Hình 3.4 Giao diện của một hệ thống con 51

Hình 3.5 Tạo các vòng lặp quang cho hệ thống 52

Hình 3.6 Các khối phía thu quang 52

Hình 3.7 Cài đặt các tham số toàn cục 53

Hình 3.8 Tiến hành chạy mô phỏng 54

Hình 3.9 Hoàn thành chạy mô phỏng hệ thống 54

Hình 3.10 Phổ tín hiệu quang sau khi ghép kênh 55

Hình 3.11 Đồ thị BER đầu ra 55

Hình 3.12 Đồ thị BER kênh 1 56

Hình 3.13 Đồ thị BER kênh 2 56

Hình 3.14 Đồ thị BER kênh 3 57

Hình 3.15 Các mô hình không sử dụng sợi quang bù tán sắc 57

Hình 3.16 Tỷ lệ BER trên khoảng cách truyền dẫn theo 2 phương pháp điều chế RZ và NRZ 59

Hình 3.17 Truyền dẫn theo phương pháp bù sau 59

Hình 3.18 Truyền dẫn theo phương pháp bù trước 60

Hình 3.19 Truyền dẫn theo phương pháp bù đối xứng 60

Hình 3.20 Tỷ lệ BER trên khoảng cách truyền dẫn theo 3 phương pháp bù tán sắc với điều chế NRZ 62

Hình 3.21 Tỷ lệ BER trên khoảng cách truyền dẫn theo 3 phương pháp bù tán sắc với điều chế RZ 64

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Các băng tần sự dụng trong hệ thống WDM 16 Bảng 3.1 Bảng thông số của sợi SMF không sử dụng phương pháp bù tán sắc RZ.58Bảng 3.2 Bảng thông số của sợi SMF không sử dụng phương pháp bù tán sắc NRZ 58Bảng 3.3 Thông số của mô hình sử dụng phương pháp bù sau đối với điều chế NRZ 60Bảng 3.4 Thông số của mô hình sử dụng phương pháp bù trước đối với điều chế NRZ 61Bảng 3.5 Thông số của mô hình sử dụng phương pháp bù đối xứng đối với điều chế NRZ 61Bảng 3.6 Thông số của mô hình sử dụng phương pháp bù sau đối với điều chế RZ 62Bảng 3.7 Thông số của mô hình sử dụng phương pháp bù sau đối với điều chế RZ 63Bảng 3.8 Thông số của mô hình sử dụng phương pháp bù đối xứng đối với điều chế

RZ 64

Standardization Secto

Liên minh Viễn thông quốc tế

- Secto tiêu chuẩn hóa Viễn thông

by Stimulated Emission

of Radiation

Các khuếch đại ánh sáng bằng cách kích thích phát xạ bức xạ

LED Light Emitting Diode điốt phát quang

Multiplexing

Quang thời gian ghép kênh phân chia

PIN Personal Identification Number số nhận dạng cá nhân

SOA Service-Oriented Architecture Kiến trúc hướng dịch vụ

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 2

TÓM TẮT ĐỒ ÁN 3

DANH MỤC HÌNH VẼ 4

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 6

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 7

MỤC LỤC 8

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG WDM 11

1.1 Sự ra đời của hệ thống ghép kênh theo bước sóng WDM[1] 11

1.2 Định nghĩa 12

1.3 Phân tích hệ thống WDM 12

1.3.1 Sơ đồ khối tổng quát 12

1.3.2 Chức năng các khối 12

1.3.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống tách/ghép kênh quang 13

1.3.4 Ưu điểm của hệ thống WDM 15

1.3.5 Các dải băng tần hoạt động trong WDM 16

1.3.6 Những vấn đề kỹ thuật cần quan tâm đối với hệ thống thông tin quang WDM16 1.3.7 Suy hao – Quỹ công suất của hệ thống WDM 18

1.4 Các thành phần chính trong WDM[2] 19

1.4.1 Bộ phát 19

1.4.2 Bộ thu 21

1.4.3 Sợi quang 21

1.4.4 Trạm lặp 21

1.4.5 Khuếch đại quang OA (EDFA) 21

1.4.6 Bộ lọc quang 22

1.4.7 Bộ xen rẽ quang OADM 23

1.4.8 Bộ nối chéo quang OXC 23

1.4.9 Chuyển mạch không gian 24

1.5 Kết luận chương 24

CHƯƠNG 2 TÁN SẮC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP BÙ TÁN SẮC 25

2.1 TÁN SẮC[7] 25

2.1.1 Giới thiệu chung 25

2.1.2 Tán sắc vật liệu 26

2.1.3 Tán sắc dẫn sóng 28

2.1.4 Tán sắc bậc cao 29

2.1.5 Tán sắc mode phân cực PMD 31

2.2 các phương pháp bù tán sắc 33

2.2.1 Sự cần thiết phải quản lý tán sắc 33

2.2.2 Các mô hình bù trước 35

2.2.3 Kỹ thuật dịch tần trước 36

2.2.4 Các kỹ thuật mã hóa mới 38

2.2.5 Các kỹ thuật dịch tần trước phi tuyến 41

2.2.6 Các kỹ thuật bù sau 43

2.2.7 Các sợi bù tán sắc 44

2.3 Kết luận chương 47

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ, ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC LÊN TUYẾN THÔNG TIN QUANG WDM 48

3.1 Thiết kế tuyến thông tin quang WDM 48

3.1.1 Bài toán thiết kế hệ thống 48

3.1.2 Phía phát 49

3.1.3 Phần truyền dẫn 51

3.1.4 Phía thu 52

3.1.5 Đặt thiết bị đo 52

3.1.6 Cài đặt tham số toàn cục 53

3.1.7 Chạy mô phỏng 54

3.1.8 Xem các thông số kết quả 55

3.2 kết luận chương 65

KẾT LUẬN 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG WDM

1.1 Sự ra đời của hệ thống ghép kênh theo bước sóng WDM[1]

Trong những năm gần đây, sự phát triển của các dịch vụ thoại và phi thoại mà đặc biệt là Internet cũng như một số dịch vụ khác đa tạo ra một sự bùng nổ nhu cầu

về dung lượng Điều này đặt lên vai những nhà cung cấp dịch vụ đường trục những khó khăn và thách thức mới Kỹ thuật ghép kênh theo miền thời gian TDM đã giải quyết phần nào các yêu cầu trên nhưng vẫn còn rất hạn chế Trong thực tế, tốc độ của tín hiệu TDM thường nhỏ hơn hoặc bằng 10 Gb/s Do ảnh hưởng của hiện tượng tán sắc, hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang và tốc độ của các thành phần điện

tử nên khi tăng tốc độ bit của một kênh TDM lên quá giới hạn này, chất lượng hệ thống không đảm bảo Để thích ứng với sự tăng trưởng không ngừng đó và thỏa mãn yêu cầu tính linh hoạt của mạng, các công nghệ truyền dẫn khác nhau đã được nghiên cứu, triển khai thử nghiệm và đưa vào ứng dụng, trong số đó phải kể đến công nghệ WDM, OTDM, Soliton…Phương pháp ghép kênh theo bước sóng WDM (Wavelength Division Mutiplexing) đã tận dụng hữu hiệu nguồn tài nguyên băng rộng trong khu vực tổn hao thấp của sợi quang đơn mode Ghép kênh theo bước sóng WDM nâng cao dung lượng truyền dẫn cả hệ thống truyền dẫn mà không phải tăng tốc độ của từng kênh trên mỗi bước sóng Do đó, WDM chính là giải pháp tiên tiến trong kĩ thuật thông tin quang, đáp ứng được nhu cầu truyền dẫn và cả những yêu cầu về chất lượng truyền dẫn của hệ thống

Khái niệm về WDM đã được biết đến từ những năm 1980, khi mà hệ thống quang đã được bắt đầu thương mại hóa Dạng đơn giản nhất của WDM là truyền hai kênh tín hiệu trên hai cửa sổ khác nhau Ví dụ, truyền trên hai bước sóng 1,3µm và 1,55µm Khi đó, khoảng cách giữa các kênh là 250nm Sau đó, khoảng cách giữa các kênh giảm dần đi Năm 1990, khoảng cách giữa các kênh chỉ còn nhỏ hơn 0,1

nm Trong suốt thập kỉ 90, hệ thống WDM đã được nhiều nước trên thế giới quan tâm nghiên cứu Hiện nay, kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng đã được ứng dụng ở nhiều nước trên thế giới Ở nước ta, Tổng công ty bưu chính viễn thông Việt Nam quyết định nâng cấp truyền dẫn Bắc Nam bằng giải pháp ghép kênh theo bước sóng

1.2 Định nghĩa

Một hệ thống truyền dẫn thông tin quang mà ở đó nhiều kênh bước sóng được gép lại và truyền chung trên một đường truyền quang được gọi là hệ thống thông tin quang ghép theo bước sóng WDM (Wavelength Division Mutiplexing)

Phát tín hiệu Ghép tín hiệu Tách tín hiệu Thu tín hiệu

EDFA Khuếch đại tín hiệu

EDFA Khuếch đại tín hiệu

Ghép/tách tín hiệu: Ghép tín hiệu WDM là sự kết hợp một số nguồn sáng khác nhau thành một luồng tín hiệu ánh sáng tổng hợp để truyền dẫn qua sợi quang Tách tín hiệu WDM là sự phân chia luồng ánh sáng tổng hợp đó thành các tín hiệu ánh sáng riêng rẽ tại mỗi cổng đầu ra bộ tách Hiện tại đã có các bộ tách/ghép tín hiệu WDM như: bộ lọc màng mỏng điện môi, cách tử Bragg sợi, cách tử nhiễu xạ, linh

kiện quang tổ hợp AWG, bộ lọc Fabry-Perot… Khi xét đến các bộ tách/ghép WDM,

ta phải xét các tham số như: khoảng cách giữa các kênh, độ rộng băng tần của các kênh bước sóng, bước sóng trung tâm của kênh, mức xuyên âm giữa các kênh, tính đồng đều của kênh, suy ha oxen, suy hao phản xạ Bragg, xuyên âm đầu gần đầu xa…

 Truyền dẫn tín hiệu:

Quá trình truyền dẫn tín hiệu trong sợi quang chịu sự ảnh hưởng của nhiều yếu tố: suy hao sợi quang, tán sắc, các hiệu ứng phi tuyến, vấn đề lien quan đến việc khuếch đại tín hệu… Mỗi vấn đề kể trên đều phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố sợi quang (loại sợi quang, chất lượng sợi…)

Khuếch đại tín hiệu: Hệ thống WDM hiện tại chủ yếu sử dụng bộ khuếch đại sợi EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier) Tuy nhiên bộ huếch đại Raman hiện nay cũng đã được sử dụng trên thực tế Có ba chế độ khuếch tán: khuếch đại công suất, khuếch đại đường và tiền huếch đại

Thu tín hiệu:

Thu tín hiệu trong hệ thống WDM cũng sử dụng các bộ tách sóng quang như trong hệ thống thông tin quang thông thường: PIN, APD

1.3.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống tách/ghép kênh quang

Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống truyền dẫn quang đơn hướng ghép kênh

Tại mỗi bộ phát, tín hiệu điện của mỗi kênh quang được điều chế với sóng mang mang có độ rộng phổ rất hẹp Tín hiệu quang tại đầu ra của mỗi bộ phát có bước sóng khác nhau là λ1, λ2 …λn Các kênh quang này được ghép với nhau nhờ bộ ghép kênh quang OMUX và truyền trên một sợi quang duy nhất đến đầu thu Yêu cầu của bộ ghép kênh là phải có độ suy hao nhỏ để đảm bảo tín hiệu tới đầu ra của

bộ ghép ít bị suy hao, giữa các kênh có khoảng bảo vệ nhất định để tránh gây nhiễu sang nhau Tại phía thu, bộ ODMUX thực hiện quá trình tách tín hiệu thu được thành các kênh khác nhau Mỗi kênh này tương ứng với một bước sóng Mỗi kênh được đưa đến một đầu thu riêng Để tránh xuyên nhiễu giữa các kênh, yêu cầu thiết

Rx 1

Hình 1.3 Sơ đồ khối hệ thống WDM hai hướng

Phía trên trình bày phương án truyền dẫn ghép bước sóng quang một hướng, tức là tín hiệu được ghép tại một đầu và tách tại đầu kia, tín hiệu truyền trên sợi quang theo một hướng ngoài ra người ta có thể thực hiện truyền dẫn ghép bước sóng quang hai hướng trên cùng một sợi quang như hình 1.3

Trong hệ thống truyền dẫn hai hướng, n kênh quang có bước sóng λ1…λn được ghép lại và truyền đi theo một hướng, n kênh quang hác nhau có bước sóng

λn+1 …λ2n được ghép lại và truyền đi theo hứng ngược lại trên cùng sợi quang Phương pháp này yêu cầu rất nghiêm ngặt về độ rộng phổ của từng kênh và chất lượng của bộ tách kênh

Trong hệ thống mà các bước sóng của kênh quang cách xa nhau, thường thuộc các cửa sổ khác nhau, được gọi là ghép thưa SWDM (Sparse Wavelength Division Multipexing) Hệ thống có khoảng cách giữa các kênh quang rất nhỏ, các

kênh quang có bước sóng gần nhau được gọi là hệ thống ghép kênh mật độ cao DWDM ( Dense Wavelength Division Multipexing) Khi đó, vấn đề trở nên phức tạp hơn nhiều và yêu cầu về chất lượng các thành phần trong hệ thống quang rất cao

 So sánh hai hệ thống

+ Về dung lượng: rõ ràng hệ thống WDM song hướng đòi hỏi sự phức tap hơn nhiều với những vấn đề như sự chống xuyên nhiễu (do có nhiều bước sóng trên một sợi quang), đảm bảo định tuyến và phân bố bước sóng cao cho hai chiều trên sợi quangg không dung chung một bước sóng (bước sóng chắn lẻ, bước sóng theo băng…)

+ Về việc giải quyết vấn đề khi có vấn đề xảy ra ở hệ thống: với WDM song hướng thì khi có bất kì sự cố nào xảy ra trên hệ thống, nó không cần đến cơ chế APS (automatic protection switching) để chuyển mạch bảo vệ mà nó có thể tự hiểu đồng thời cả hai hệ thống

+ Bộ khuếch đại quang EDFA ở hệ thống song hướng đơn giản hơn hệ thống đơn hướng, nhưng do số bước sóng ở WDM song hướng bằng 1/2 WDM đơn hướng nên công suất khuếch đại ở đầu ra của hệ thống song hướng sẽ cao hơn hệ thống đơn hướng

=>Tính về độ tối ưu thì WDM song hướng hơn hẳn WDM đơn hướng Tuy nhiên trong một số trường hợp ta vẫn chỉ có thể áp dụng hệ thống đơn hướng vì một số đặc điểm tối ưu trong điều kiện hiện tại Ví dụ: Trong điều kiện khả năng xuyên nhiễu giữa các bước sóng là rất cao, mà hệ thống đòi hỏi phải có dung lượng truyền dẫn lớn Lúc này ta chỉ có thể dùng WDM đơn hướng

1.3.4 Ưu điểm của hệ thống WDM

+ WDM cho phép tăng dung lượng của mạng hiện có mà không phải lắp đặt thêm sợi quang

O-band (Original band) 1260 nm ÷ 1360 nm

E-band (Extended band) 1360 nm ÷ 1460 nm

S-band (Short wavelength band) 1460 nm ÷ 1530 nm

C-band (Conventional band) 1530 nm ÷ 1565 nm

L-band (Long wavelength band) 1565 nm ÷ 1625 nm

U-band (Ultra-long wavelength band) 1625 nm ÷ 1675 nm

1.3.6 Những vấn đề kỹ thuật cần quan tâm đối với hệ thống thông tin quang WDM

Khoảng cách giữa các kênh, một số yếu tố ảnh hưởng đến khoảng cách này:

 Tốc độ truyền dẫn của từng kênh

 Quỹ công suất quang

 Ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến

 Độ rộng phổ của nguồn phát

 Khả năng tách/ghép của các thiết bị WDM

Mặc dù cửa sổ truyền dẫn tại vùng bước sóng 1550 nm có độ rộng khoảng 100

nm nhưng do dải khuếch đại của các bộ khuếch đại quang chỉ có độ rộng khoảng 35

nm (theo khuyến nghị của ITU-T thì dải khuếch đại này là từ bước sóng 1530 nm

đến 1565 nm đối với băng C; hoặc từ 1570 nm đến 1603 nm đối với băng L) chính điều này làm các hệ thống WDM không thể tận dụng hết băng tần của sợi quang, nói cách khác hệ thống WDM chỉ làm việc với dải bước sóng nhỏ hơn nhiều so với toàn bộ dải băng tần bằng phẳng có tổn hao thấp của sợi quang

Khoảng cách kênh là độ rộng tần số tiêu chuẩn giữa các kênh gần nhau Việc phân bổ kênh một cách hợp lí trong giải băng tần có hạn giúp cho việc nâng cao hiệu suất sử dụng tài nguyên dải tần và giảm ảnh hưởng phi tuyến tính giữa các kênh gần nhau Sử dụng khoảng cách kênh không đều nhau để hạn chế hiệu ứng trộn bốn tầng sóng trong cùng một sợi quang Dưới đây chỉ đề cập đến hệ thống có khoảng cách kênh đều nhau

Nếu gọi ∆f = c∆λ

Như vậy, tại bước sóng λ = 1550 nm, với ∆λ = 35 nm xét đối với riêng băng C

thì ta sẽ có ∆f = 4,37.1012 Hz = 4370 GHz Giả sử tốc độ truyền dẫn của từng kênh

là 2,5 GHz, theo định lý Nyquist, phổ cơ sở của tín hiệu là 2.2,5 = 5 GHz Khi đó số

kênh bước sóng cực đại có thể đạt được là N = ∆f /5 = 874 kênh trong dải băng tần

của bộ khuếch đại quang (OFA) Đây là số kênh cực đại tính theo lý thuyết đối với băng C Tuy nhiên đối với mật độ kênh cành lớn đòi hỏi các thành phần quang trên tuyến phải có chất lượng càng cao Để tránh xuyên âm giữa các kênh này cần phải

có các nguồn phát quang rất ổn định và các bộ thu quang có độ chọn lọc bước sóng cao, bất kì sự dịch tần nào của nguồn phát cũng có thể là giãn phổ sang kênh lân cận

Tần số trung tâm danh định là tần số tương ứng với mỗi kênh quang trong hệ thống ghép kênh quang Để đảm bảo tính tương thích giữa các hệ thong WDM khác nhau, cần phải chuẩn hóa tần số trung tâm của các kênh, ITU-T đưa ra quy định về khoảng cách tối thiểu giữa các kênh là 100 GHz (xấp xỉ bằng 0,8 nm) với tần số chuẩn là 193,1 THz (mặc dù đã đưa ra sản phẩm mà khoảng cách giữa các kênh là

50 GHz, song các sản phẩm thương mại vẫn chủ yếu theo quy định của ITU-T đã nêu) Dưới đây là bảng liệt kê các tần số trung tâm danh định lấy 50 GHz và 100 GHz làm khoảng cách giữa các kênh trong khoảng bước sóng từ 1534 nm đến 1560

nm

Trong một hệ thống WDM số lượng bước sóng không thể quá nhiều, bởi vì điều khiển và giám sát đối với các bước sóng này là một vấn đề phức tạp, có thể quy định trị số lớn nhất đối với số lượng bước sóng của hệ thống từ góc độ kinh tế và công nghệ Tất cả các bước sóng đều phải nằm ở phần tương đối bằng phẳng trên đường cong tăng ích của bộ khuếch đại quang, để cho hệ số tăng ích của các kênh khi đi qua bộ khuếch đại quang là gần như nhau, điều này tiện lợi cho thiết kế hệ thống Đối với bộ khuếch đại sợi quang pha trộn erbium, phần tương đối bằng phẳng của đường cong tăng ích là từ 1540 nm đến 1560 nm

1.3.7 Suy hao – Quỹ công suất của hệ thống WDM

Trong bất kỳ hệ thống số nào thì vấn đề quan trọng là phải đảm bảo được tỷ số tín hiệu trên tạp âm (S/N) sao cho đầu thu có thể thu được tín hiệu với một mức BER cho phép Giả sử máy phát tín hiệu đi tới phía thu với một mức công suất pphnhất định, công suất của tín hiệu sẽ bị suy giảm dần trên đường truyền dẫn do rất nhiều nguyên nhân như: suy hao do bản than sợi quang gây ra, suy hao do các thành phần quang thụ động… cự ly truyền dẫn càng dài thì công suất tín hiệu bị suy hao càng nhiều, nếu suy hao quá lớn làm cho công suất tín hiệu đến được máy thu nhỏ hơn công suất ngưỡng thu nhỏ nhất (Pthu min) cho phép thì thì thông tin truyền đi sẽ

bị mất

Công suất thu ở đầu vào máy thu:

PR = PT – LS –LCo – LC + G + Pdự phòng Trong đó:

PR : công suất thu

PT : công suất phát

Pdự phòng : công suất dự phòng

G : hệ số khuếch đại

LS : Suy hao đường truyền

LCo : suy hao nối connector

LC : suy hao hàn nối

Để máy thu thu được thông tin thì công suất tín hiệu đến máy thu phải nằm

trong dải công suất của máy thu

Pmáy phát = Pphát + Pdự trữ

Pthu min < Pphát - Ptổng suy hao < Pth max

Như vậy để đảm bảo được thông tin thì công suất phải càng lớn khi cự ly truyền dẫn càng lớn Để khắc phục điều này người ta sử dụng bộ lặp tín hiệu trên đường truyền Trước đây khi chưa có bộ khuếch đại quang, suy hao tín hiệu trên đường truyền sẽ được bù lại thông qua việc sử dụng các trạm lặp điện 3R, quá trình này được thực hiện tương đối phức tạp Đầu tiên, phải tách tất cả các kênh (nhờ thiết bị DEMUX), biến đổi các kênh tín hiệu quang này thành các kênh tín hiệu điện, thực hiện khuếch đại từng kênh, biến đổi từng kênh trở lại tín hiệu quang, sau

đó mới thực hiện ghép các kênh tín hiệu quang này lại với nhau (nhờ thiết bị MUX), điều này làm cho việc tính toán, thiết kế tuyến thông tin quang gặp nhiều khó khăn Việc sử dụng các trạm lặp điện 3R không những làm cho số lượng thiết bị trên tuyến tăng lên mà còn làm giảm quỹ công suất của hệ thống (do suy hao xen của các thiết bị tách/ghép bước sóng là tương đối lớn) Tuy nhiên khi bộ khuếch đại quang sợi EDFA ra đời, việc đảm bảo quỹ công suất quang cho hệ thống hông còn khó khăn nữa, nó làm giảm bớt số trạm lặp trên tuyến rất nhiều, với khả năng khuếch đại đồng thời nhiều bước sóng, EDFA đặc biệt thích hợp với các hệ thống WDM

1.4 Các thành phần chính trong WDM[2]

1.4.1 Bộ phát

Phần phát quang bao gồm nguồn phát quang và các mạch điều khiển phát quang Các nguồn quang cơ bản sử dụng trong hệ thống thông tin cáp sợi quang có thể là Diode Laser (LD) hoặc Diode phát quang (LED) Tín hiệu quang phát ra từ

LD hoặc LED có các tham số biến đổi tương ứng với các biến đổi của tín hiệu điện vào Tín hiệu điện vào có thể phát ra ở dạng số hoặc tương tự Thiết bị phát quang

sẽ thực hiện biến đổi tín hiệu điện vào thành tín hiệu quang tương ứng bằng cách biến đổi dòng vào qua các nguồn phát quang Bước sóng ánh sáng của nguồn phát quang phụ thuộc chủ yếu vào vật liệu chế tạo phần tử phát Ví dụ GaalAs phát ra bức xạ vùng bước sóng 800 nm đến 900 nm, InGaAsP phát ra bức xạ ở vùng 1100

nm đến 1600 nm

Sử dụng bộ điều chế ngoài để đảm bảo giảm chirp, tốc độ điều biến cao và tạo các định dạng tín hiệu quang khác nhau (NRZ, RZ, CS-RZ, DPSK,…) và đảm bảo tín hiệu quang có độ rộng phổ hẹp tại bước sóng chính xác theo tiêu chuẩn

Tín hiệu quang sau khi đã được điều chế ở khối nguồn phát sẽ lan truyền dọc theo sợi dẫn quang Trong quá trình lan truyền, tín hiệu quang có thể bị suy hao và méo dạng qua các bộ ghép nối, mối hàn sợi và trên sợi do các yếu tố hấp thụ, tán xạ, tán sắc Độ dài của tuyến truyền dẫn tùy thuộc vào mức suy hao sợi quang theo bước sóng

o Điều chế trực tiếp:

Parallel to Serinal Converter

Feedback

Laser Hight speed electrical driver

Hình 1.4 Phương pháp điều chế ngoài

o Điều chế ngoài:

Parallel to Serinal Converter

Feedback

Laser

Hight speed electrical driver

Optical Modutator

Hình 1.5 Hệ thống điều chế trực tiếp

1.4.2 Bộ thu

Bộ thu quang của hệ thống WDM cũng tương tự như bộ thu quang ở hệ thống đơn kênh Chúng thực chất là các photodiode (PD), thực hiện chức năng cơ bản là biến đổi tín hiệu quang thu được thành tín hiệu điện Bộ thu quang phải đảm bảo yêu cầu về tốc độ lớn, độ nhạy thu cao và bước sóng hoạt động thích hợp Hai loại photodiode được sử dụng rộng rãi trong bộ thu quang là photodiode PIN và photodiode thác APD

OE Conversion

Electrical Amplifer

Data Recovery

Clock Recovery

Serial To Parallel

1.4.4 Trạm lặp

Trạm lặp là bộ chuyển đổi tần số quang điện cơ bản bao gồm một bộ thu quang và bộ phát quang Bộ thu quang chuyển đổi tín hiệu quang đầu vào thành tín hiệu điện và được khuếch đại, sửa dạng xung, định thời lại Tín hiệu này sau đó được chuyển thành tín hiệu quang nhờ laser phát

1.4.5 Khuếch đại quang OA (EDFA)

Trên thực tế hiện nay các tuyến thông tin tốc độ cao người ta sử dụng bộ khuếch đại quang làm các trạm lặp, chủ yếu là các bộ khuếch đại đường dây pha tạp Eribum (EDFA) Các bộ khuếch đại này có ưu điểm là không cần quá trình chuyển đổi O/E và E/O mà thực hiện khuếch đại trực tiếp tín hiệu quang

 Lợi ích:

+ Thay thế các bộ lặp đắt tiền trong hệ thống bị giới hạn bởi suy hao + Tăng độ nhạy của bộ thu

+ Nâng cao mức công suất phát

+ Độc lập về tốc độ và định dạng tín hiệu, khuếch đại tín hiệu đa kênh WDM đồng thời

+ Nâng cấp đơn giản

Đặc tính của 1 bộ khuếch đại quang lý tưởng:

+ Hệ số khuếch đại và mức công suất đầu ra cao với hiệu suất chuyển đổi cao

+ Độ rộng băng tần khuếch đại lớn với hệ số khuếch đại không đổi

+ Không nhạy cảm với phân cực

+ Nhiễu thấp

+ Không gây xuyên kênh giữa các tín hiệu WDM

+ Suy hao ghép nối với sợi quang thấp

Phân loại:

+ SOA: giống như laser bán dẫn nhưng được phân cực dưới ngưỡng

+ Bộ khuếch đại quang sợi pha tạp đất hiếm: khuếch đại xảy ra trong sợi quang pha tạp đất hiếm, phổ biến là bộ EDFA

+ RA: khuếch đại xảy ra trong sợi quang nhờ mức công suất bơm cao

= λ0/4 (đối với bộ lọc bậc 0) hoặc ne = 3λ0/4 (đối với bộ lọc bậc 1), với λ0 là bước

sóng trung tâm Các bộ lọc này hoạt động dựa trên nguyên tắc của buồng cộng hưởng Fabry-Perot Đây là bộ lọc cộng hưởng có tính chọn lọc bước sóng Sóng ánh sáng nào đó có thể tạo ra trong khoang cộng hưởng một sóng đứng ( chiều dài khoang cộng hưởng bằng bội số nguyên lần nửa bước sóng) thì sẽ lọt qua được bộ lọc và có công suất cực đại tại đầu ra

1.4.7 Bộ xen rẽ quang OADM

Thiết bị ODAM thực hiện chức năng thêm vào và tách ra một kênh tín hiệu từ tín hiệu WDM mà không gây ra nhiễu với những kênh khác trong sợi Thiết bị này cho phép tách ghép trực tiếp các luồng tín hiệu quang mà không cần thông qua quá trình biến đổi O/E và E/O như trong thiết bị ADM

λ 1,

λ 1,

Hình 1.7 Sơ đồ tổng quát bộ xen rẽ quang OADM

Cấu hình đơn giản:

Các luồng xen/rẽ

Tín hiệu WDM Tín hiệu WDM

Amplifer

Hình 1.8 Cấu hình bộ xen rẽ quang OADM

1.4.8 Bộ nối chéo quang OXC

OXC có hai chức năng chính:

 Chức năng nối chéo của kênh quang

 Chức năng tách ghép đường tại chỗ

1.4.9 Chuyển mạch không gian

Các ma trận chuyển mạch không gian được sử dụng trong các thiết bị OADM và OXC Các thiết bị này dựa vào hoạt động cơ học bao gồm motor, điện tử lĩnh hoặc áp điện làm lệch các vi gương cho chuyển mạch các tín hiệu quang Do yêu cầu chuyển động cơ học của phần tử chuyển mạch thời gian đạt được dải khá rộng từ 30ms đến 50ms Thiết bị dẫn sóng tạo tác dụng của nhiệt năng hoặc hiệu ứng quang-điện là có thời gian chuyển đổi mạch tương đối nhanh, bảng 1.1 bao gồm các đặc tính của ma trận chuyển mạch khác nhau

CHƯƠNG 2 TÁN SẮC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP BÙ TÁN SẮC 2.1 TÁN SẮC[7]

2.1.1 Giới thiệu chung

Ta đã biết khi tín hiệu truyền dọc theo sợi quang sẽ bị méo Méo này là do sự tán sắc bên trong mode và hiệu ứng trễ giữa các mode gây ra Các hiệu ứng tán sắc

ở đây được giải thích nhờ việc khảo sát trạng thái các vận tốc nhóm nhóm của các mode truyền dẫn ( vận tốc nhóm là tốc độ mà tại đó năng lượng ở trong mode riêng biệt lan truyền dọc theo sợi ) Tán sắc bên trong mode chính là sự dãn sung tín hiệu ánh sáng xảy ra trong một mode Vì tán sắc bên trong mode phụ thuộc vào bức sóng cho nên ảnh hưởng của nó tới méo tín hiệu sẽ tăng lên theo sự tăng của độ rộng phổ nguồn phát( độ rộng phổ chính là dải các bước sóng mà nguồn quang phát tín hiệu ánh sáng trên nó) Nó là các xung quang quang lan truyền trong sợi quang bị dãn rộng ra gây méo tín hiệu và làm xuống cấp đặc tính hệ thống xung tín hiệu mà dãn quá rộng sẽ gây ra hiện tựơng phù chờm lên các xung kề nhau, và khi sự phù chờm vượt quá một mức nào đó thì thiết bị thu quang sẽ không còn phân biệt nối các xung này nữa và lúc này sẽ xuất hiện lỗi tín hiệu, đã làm giới hạn năng lực truyền dẫn Như vậy tán sắc tổng cộng trên sợi dẫn quang gồm hai thành phần chính là tán sắc giữa các mode và tán sắc bên trong mode Tán sắc bên trong mode bao gồm có tán sóng vật liệu và tán sắc sóng

Tán sắc mode tồn tại trong các sợi quang đa mode (MM) khi mà các tia sóng truyền lan trong sợi theo các đường khác nhau do đó dẫn đến thời gian lan truyền là khác nhau Tuy nhiên trong thông tin quang chỉ sử dụng sợi quang đơn mode (SM) nên không tồn tại tán sắc mode

Tán sắc vật liệu là một hàm của bước sóng do sự thay đổi chiết xuất của vật liệu làm nên lõi sợi, nên nó tạo ra sự phụ thuộc vận tốc nhóm vào bước sóng ánh sáng

Tán sắc dẫn sóng là do sợi đơn mode chỉ giữ được khoảng 80% năng lượng ở trong lõi vì vậy còn lại 20% ánh sáng truyền trong vỏ nhanh hơn năng lượng ở trong lõi Tán sắc dẫn sóng phụ thuộc vào thiết kế sợi vì hằng số lan truyền mode β thường bỏ qua trong sợi đa mode nhưng lại rất cần được quan tâm trong sợi đơn

mode

Tán sắc tỉ lệ thuận với chiều dài sợi quang và độ rộng phổ của nguồn quang Xung quang ở cuối sợi quang sẽ bị dãn ra một lượng là:

δT = D.∆λ.L (2.1) Trong đó: D là tham số tán sắc, đặc trưng cho tán sắc của sợi có đơn vị là ps/(km.nm)

∆λ: là độ rộng phỏ nguồn quang

L: là chiều dài sợi quang

Có rất nhiều phương pháp để làm giảm thiểu sự ảnh hưởng của tán sắc đến hệ thống WDM sẽ được nghiên cứu kĩ ở chương 3 còn bây giờ ta sẽ xem xét một số loại tán sắc có ảnh hưởng đến chất lượng các hệ thống nói chung và hệ thống WDM nói riêng

2.1.2 Tán sắc vật liệu

Đối với các bước sóng trong phạm vi 1550nm thì tán sắc vật liệu là nguyên nhân chính gây nên hiện tượng tán sắc Tán sắc vật liệu sinh ra là do trong một sợi cáp quang, ánh sáng truyền trong đó không phải đơn sắc mà có độ rộng phổ xác định và ốc độ lan truyền của các thành phần phổ là khác nhau (do chiết suất là hàm của bước sóng) Vì vậy các thành phần có thời gian truyền lệch nhau gây ra tán sắc vật liệu

Tán sắc vật liệu DM xuất hiện là do chỉ số chiết xuất củ thủy tinh, loại vật liệu dùng để chế tạo sợi quang, và những thay đổi của chúng theo tần số quang ω Có thể tính tán sắc vật liệu DM theo công thức sau:

dn2g

dλ (2.2) Với n2g là chỉ số nhóm của vật liệu vỏ sợi Dưới góc độ của vỏ sợi đơn giản, nguồn gốc của tán sắc vật liệu có liên quan tới đặc tính tần số cộng hưởng mà tại đó vật liệu sẽ hấp thụ phát xạ điện tử Chỉ số chiết xuất n(ω) được làm xấp xỉ bằng phương trình Sellmeier:

n2(ω) = 1+ ∑ (2.3)

DM≈ 122( 1- λZD/λ) (2.5) Với giá trị λZD = 1,276 μm chỉ đối với sợi thủy tinh thuần khiết Giá trị này có thể thay đổi trong dải 1,27 ÷ 1,29 μm đối với các sợi quang có lõi và vỏ được pha tạp để thay đổi chỉ số chiết suất Bước sóng có tán sắc bằng không của sợi quang cũng phụ thuộc vào bán kính lõi a và bậc chỉ số ∆ thông qua phần dẫn sóng cho tấn sắc tổng

Hình 2.1 Chỉ số chiết suất n và chỉ số nhóm n g thay đổi theo bước sóng ở sợi

thủy tinh

2.1.3 Tán sắc dẫn sóng

Cũng giống như tán sắc vật liệu, ánh sáng truyền trong sợi quang không đơn sắc mà có độ rộng phổ xác định cùng với sự phụ thuộc của hằng số lan truyền là hàm của a/λ nên vận tốc nhóm của các thành phần phổ là khác nhau Các thành phần phổ có thời gian truyền lệch nhau gây ra tán sắc ống dẫn sóng

Tán sắc dẫn sóng DW là một thành phần đóng góp vào tham số tán sắc D, nó phụ thuộc vào tần số chuẩn hóa V (tham số V) của sợi quang Tán sắc dẫn sóng DWđược tính theo công thức sau:

DW= - 2л∆

λ2 (2.6) Với: n2g là chỉ số của nhóm vật liệu

b là số lan truyền chuẩn

b= β/k0-n2

n1-n2 =

̅̅̅̅̅-n2

n1-n2 ) (2.7) Với ̅= β/k0 là chỉ số mode, có giá trị nằm trong dải n1> ̅ > n2

β= n.k0 là hằng số lan truyền dọc theo trục sợi

k0= 2л/λ là hằng số lan truyền trong khong gian tự do

∆ là giá trị chênh lệch chiết suất Được giả thiết là tham số không phụ thuộc vào tần số, ∆ = ( n1 – n2 )/n1

V là tần số chuẩn hóa hay tham số V hay số V

V= k0a( - )1/2≈ (2л/λ) an1√ (2.8) Ảnh hưởng của tán sắc dẫn sóng lên độ giãn xung có thể được khảo sát trong điều kiện giả thiết rằng: chỉ số chiết suất của vật liệu không phụ thuộc vào bước sóng

Hình 2.2 chỉ ra d(Vb)/dV và Vd2 (Vb)/dV2 thay đổi theo V Do cả hai đạo hàm là dương nên Dw là âm trong toàn bộ vùng bước sóng 0 ÷ 1,6 μm Điều này khác nhiều so với tán sắc vật liệu DM có cả giá trị âm và dương tương ứng với bước sóng thấp hơn hay cao hơn λZD( λZD bước sóng có tán sắc bằng không )

Hình 2.2 Tham số b và các vi phân của nó d(Vb)/dV và V[d 2 (Vb)/dV 2 ] thay đổi

theo tham số V

Trong sợi đơn mode, hệ số tán sắc tổng:

D= DM+ DW (2.9) Tác động chính của tán sắc dẫn sóng là để dịch bước sóng λZD đi một lượng 30

÷ 40 nm nhằm để thu được tán sắc tổng D bằng không tại gần 1310 nm Nó cũng làm giảm D từ giá trị DM trong vùng bước sóng 1,3 ÷ 1,6 μm Vì tán sắc dẫn sóng

DW phụ thuộc vào các tham số sợi quang như bán kính lõi a và sự khác nhau về chỉ

số chiết suất ∆ nên cho phép có thể thiết kế sợi để sao cho λZD được dịch sát tới bước sóng 1,55 μm Các sợi như vậy được gọi là sợi tán sắc dịch chuyển

Hình 2.3 Tán sắc tổng D và các tán sắc vật liệu DM,DW cho sợi mode

2.1.4 Tán sắc bậc cao

Như phân tích ở trên thì ta thấy rằng tích tốc độ và cự ly BL của sợi quang đơn mode có thể tăng vô hạn khi hệ thống hoạt động tại bượcớc sóng có tán sắc bằng

không λZD nơi mà D = 0 Tuy nhiên, các hiệu ứng phân tán vẫn không hoàn toàn mất đi tại λ = λZD Các xung quang vẫn còn phải chịu sự dãn do các hiệu ứng phân tán bậc cao hơn Đặc trưng này có thể hiểu rằng tán sắc D không thể đạt được giá trị bằng không tại tất cả các bước sóng được chứa đựng trong phổ xung có tâm tại λZD

Rõ ràng là sự phụ thuộc của tán sắc D vào bước sóng sẽ tham gia vào quá trình dãn xung Các hiệu ứng phân tán bậc cao hơn được đặc trưng bới độ dốc tán sắc S = dD/dλ hoặc cũng được viết như sau:

S= (2 λ2

)2β3+ (4 λ3)β2 (2.10) Trong đó: S cũng được gọi là tham số tán sắc vi phân

β3= dβ2/dω= d3β/dω3 là tham số bậc 3

Tại λ=λZD, β2=0, và S tỉ lệ với β3

Giá trị số của độ dốc tán sắc S đóng vai trò quan trọng trong thiết kế các hệ thống WDM hiện đại Từ S > 0 cho hầu hết các sợi quang, các kênh khác nhau có các giá trị vận tốc gióm GVD khác nhau không đáng kể Đặc trưng này làm nó khó

để bù tán sắc cho tất cả các kênh đồng thời Để giải quyết vấn đề này, các loại sợi mới đã được phát triển để cho giá trị S hoặc là nhỏ (các sợi giảm độ dốc) hoặc là âm (các sợi tán sắc ngược)

Đối với các nguồn phát có độ rộng phổ ∆λ, giá trị hiệu dụng của tham số tán sắc trở thành D = S ∆λ Tích tốc độ bit B và cự ly truyền dẫn L có thể được xác định bằng biểu thức: B.L.|D|.∆λ = B.L.|S|.(∆λ) 2 < 1 ( 2.11 ) Đối với một laze bán dẫn đa mode có ∆λ = 2 nm và một sợi quang tán sắc dịch chuyển có S = 0,05 ps/km.nm2 tại λ = 1,55 μm, tích BL có thể tiến tới 5 Tbit/s.km Để cải thiện đặc tính này hơn nữa thì có thể sử dụng các laze bán dẫn đơn mode

Hình 2 4 Bước sóng phụ thuộc vào tham số tán sắc D đối với các sợi tiêu

chuần, sợi dịch tán sắc, và sợi tán sắc phẳng

2.1.5 Tán sắc mode phân cực PMD

Tán sắc mode phân cực là một đặc tính cơ bản của sợi quang và các thành phần sợi quang đơn mode trong đó năng lượng tín hiệu tại một bước sóng nào đó bị phân thành hai mode phân cực trực giao Nguyên nhân chính dẫn đến sự phân cực trực giao này là do cấu trúc không hoàn hảo của sợi quang, được gọi là sự chiết quang Sự khác biệt về chiết xuất sẽ sinh ra vận tốc mode khác nhau, vận tốc truyền của hai mode khác nhau nên thời gian truyền cùng khoảng cách là khác nhau gây ra trễ nhóm (GVD) Vì vậy PMD gây nên hiện tượcợng giãn rộng xung tín hiệu làm giảm chất lượng truyền dẫn Về phương diện này ảnh hưởng của PMD cũng giống như ảnh hượcởng của tán sắc ống dẫn sóng Tuy nhiên vẫn có sự khác nhau, tán sắc ống dẫn sóng tương đối ổn định còn PMD trong sợi đơn mode ở bất kì bước sóng nào cũng không ổn định

Hình 2.5 Hiện tượng tán sắc mode phân cực PMD

Sự dãn xung có thể được xác định từ thời gian trễ ∆T giữa hai thành phần trực giao trong khi truyền xung Với sợi quang có độ dài L thì ∆T được tính như sau:

Trong đó: chỉ số phụ x, y dùng để phân biệt hai mode phân cực trực giao

∆β1 được gắn liền với sự khác nhau trong vận tốc nhóm cùng với hai trạng thái chính của sự phân cực

Sự liên hệ giữa vận tốc nhóm vg với hằng số lan truyền β được cho bới công thức sau:

Vg = ( 2.13 )

Do vậy lượng ∆T/L chính là số đo của PMD Đối với các sợi duy trì phân cực thì ∆T/L là hoàn toàn lớn (~ 1 ns/km ) khi hai thành phần phân cực được kích thích bằng nhau tại đầu vào sợi nhưng có thể bị giảm tới không bằng việc phát xạ ánh sáng dọc theo một trong các trục cơ bản

Nhưng công thức (2.13) không thể dùng một cách trực tiếp để xác định PMD đối với các sợi quang tiêu chuẩn trong mạng viễn thống là do tính ghép ngẫu nhiên giữa hai mode được sinh ra từ sự xáo trộn ngẫu nhiên của lưỡng chiết xảy ra dọc theo sợi Việc ghép có khuynh hướng làm cân bằng thời gian lan truyền cho hai thành phần phân cực dẫn đến giảm PMD Trong thực tế thì PMD được đặc trưng bởi giá trị căn trung bình phương RMS của ∆T thu được sau khi lấy trung bình những xáo trộn ngẫu nhiên Kết quả thu được như sau:

mở rộng thu được sử dụng z >> lc Cho độ dài sợi là L, σT được tính xấp xỉ thành:

là tượcơng đối nhỏ so với các hiệu ứng GVD Tuy nhiên PMD có thể trở thành nhân

tố giới hạn cự ly xa của các hệ thống thông tin sợi quang hoạt động trên các khoảng cách dài ở những tốc độ bit cao Ngoài ra trong một số trượcờng hợp PMD có thể làm xuống cấp nghiêm trọng đặc tính hệ thống do dãn xung qua mức

Kết luận: Tán sắc gây ra những ảnh hượcởng rất lớn đến các hệ thống thông tin quang tốc độ cao nói chung và hệ thống WDM nói riêng Chúng làm hạn chế khoảng cách truyền dẫn cũng như tốc độ của hệ thống, thêm nữa chúng có thể gây

ra lỗi bit, gây xuống cấp nghiêm trọng các đặc tính của hệ thống Nhằm hạn chế và loại bỏ chúng, chúng ta cần phải áp dụng những phương pháp bù phù hợp để sao cho có thể bù được toàn diện nhất Đối với các hệ thống WDM chúng ta cần phải chú trọng hơn hết đến các tán sắc bậc cao và tán sắc mode phân cực, chúng là những tán sắc chính gây ra những ảnh hưởng xấu đến chất lượng, cũng như đặc tính của hệ thống này Chúng ta sẽ được nghiên cứu các phương pháp bù tán sắc nói chung và ứng dụng các phương pháp bù tán sắc này vào trong hệ thống WDM

2.2 các phương pháp bù tán sắc

2.2.1 Sự cần thiết phải quản lý tán sắc

Như chúng ta đã xem xét ở mục 2.2 ảnh hưởng của tác sắc có tác động rất lớn đến chất lượng hệ thống thông tin quang nói chung và hệ thống thông tin quang tốc

độ cao WDM nói riêng Tán sắc gây ra hiện tượng dãn rộng xung, gây méo tín hiệu, làm tăng các lỗi bit xảy ra, ảnh hưởng lớn đến tốc độ truyền dẫn của hệ thống Có thể giảm thiểu ảnh hưởng của tán sắc vận tốc nhóm (GVD) nếu sử dụng laser phổ hẹp và khi càng gần với bước sóng tán sắc zero λZD của sợi quang Tuy nhiên không phải lúc nào cũng kết hợp giữa bước sóng hoạt động λ với λZD Có thể lấy ví dụ về

các hệ thống trên mặt đất thuộc thế hệ thứ ba hoạt động gần bước sóng λ = 1,55 μm

và sử dụng các thiết bị phát quang laze hồi tiếp phân tán ( DFB) Những hệ thống như vậy nhìn chung đều sử dụng mạng lưới cáp quang được xây dựng trong những năm 1980 bao gồm hơn 50 triệu km chiều dài của sợi đơn mode “tiêu chuẩn” với