TUYẾN TRUYỀN dẫn QUANG tốc độ CAO

1 LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, hệ thống thông tin quang đã nổi lên và là các hệ thống thông tin tiên tiến bậc nhất. Trong tương lai, cáp sợi quang được sử dụng rộng rãi và là môi trường truyền dẫn lí tưởng. Thế hệ quang thứ nhất được thương mại hóa từ năm 1980, hoạt động ở bước sóng 800nm và sử dụng laser bán dẫn GaAs. Tốc độ dữ liệu của hệ thống khoảng 45Mb/s với khoảng lặp là 10km. Thế hệ quang thứ 2 được thương mại hóa từ sau những năm 1980, hoạt động ở bước sóng gần l.3 m µ , trong đó suy hao quang <l dB/km và sợi quang có tán sắc nhỏ nhất trong vùng này. Năm 1987, hệ thống truyền dẫn quang thế hệ 2 đã có tốc độ bít 1.7 Gb/s và khoảng lặp 50km. Hệ thống quang thế hệ 3 có tốc độ bít 2.5Gb/s và được thương mại hóa từ năm 1990. Nó được biết đến với sợi quang silic có suy hao tối thiểu (0.2dB/km) ở gần bước sóng 1550nm. Không may là sợi quang lại có tán sắc lớn ở vùng bước sóng 1550nm. Để giải quyết vấn đề này, người ta đã đưa ra loại sợi quang tán sắc dịch chuyển và laser đơn mode dọc. Mặt hạn chế của mạng quang thế hệ 3 là tín hiệu phải được phát lại một cách tuần hoàn bằng điện khi qua các bộ lặp với khoảng cách lặp tiêu biểu là 60 -70km. Việc sử dụng EDFA và WDM là một đặc điểm nổi bật của mạng quang thế hệ thứ 4 được phát triển từ những năm 1985 và được thương mại hóa từ năm 1990. EDFA làm cho cho tín hiệu quang có thể truyền tới khoảng cách hàng nghìn km mà không cần sử dụng bộ tái tạo điện. Việc phát minh ra kỹ thuật WDM đã mở ra một cuộc cách mạng về dung lượng truyền dẫn quang. Thời gian này, người ta đã có thể truyền qua khoảng cách 11.300km sử dụng cáp quang vượt biển ở tốc độ dữ liệu 5Gb/s. Mạng quang thế hệ tiếp theo, thế hệ 5, hệ thống quang lại tiếp tục phát triển và tập trung vào 2 nội dung chính sau. Một là để tăng bước sóng đến dải L (1570nm 1610nm) và dải S (1485nm - 1520nm) để tăng số kênh WDM. Hiện nay, hệ thống sóng quang được hoạt động ở cửa sổ bước sóng truyền thống là dải C (1530nm - 1565nm). Hai là tập trung vào việc tăng tốc độ dữ liệu của mỗi kênh. Rất nhiều thí nghiệm đã thành công ở tốc độ 10 Gb/s và 40 Gb/s từ năm 2000. Ở tốc độ cao như thế, việc quản lý bù tán sắc và chống lại các hiệu ứng phi tuyến như SPM, XPM và FWM là rất quan trọng. Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong quá trình nghiên cứu, hoàn thành đề tài song do trình độ và thời gian có hạn nên không tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận được ý kiến đóng góp quý báu của các thầy cô giáo, chuyên gia chuyên nghành, đồng nghiệp. 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 1.1. Khái quát chung Cuộc sống ngày nay ngày càng phụ thuộc nhiều vào thông tin, yêu cầu chúng ta phải luôn nắm thông tin trong tay mình bất cứ lúc nào, bất cứ dạng thông tin nào chúng ta cần. Thông tin được cung cấp thông qua mạng lưới có phạm vi toàn cầu của các mạng truyền tin, chúng được bổ xung liên tục hàng ngày bằng mạng internet và mạng truyền tin chế độ đồng bộ (ATM), nhưng thật không may, không đử năng lực để chứa dung lượng (dải thông) đòi hỏi. 1.2. Ưu nhược điểm của hệ thống thông tin quang 1.2.1. Ưu điểm + Dải thông lớn + Độ suy giảm tín hiệu nhỏ + Méo tín hiệu nhỏ + Yêu cầu công suất nhỏ + Yêu cầu công suất nhỏ + Sử dụng vật liệu thấp + Yêu cầu về khoảng không nhỏ + Giá thành thấp… 1.2.2. Nhược điểm Hệ thống thông tin quang yêu cầu công nghệ chế tạo các linh kiện rất tinh vi và đòi hỏi độ chính xác tuyệt đối đặc biệt là trong việc hàn nối sợi quang là rất phức tạp. Việc cấp nguồn điện cho trạm trung gian là khó vì không lợi dụng luôn được đường truyền như ở trong các hệ thống thông tin điện. 1.3. Cấu hình hệ thống thông tin quang Thông tin quang có thể tổ chức hệ thống cũng tương tự như các hệ thống thông tin khác, vì thế mà thành phần cơ bản nhất của hệ thống thông tin quang luôn tuân thủ theo một hệ thống thông tin chung như hình 1. Hình 1.1. Các thành phần cơ bản của một hệ thống thông tin 1.4. Các thông số truyền dẫn quang cơ bản 1.4.1. Các sợi quang đơn mode dùng trong hệ thống quang tốc độ cao. Có hai loại sợi NZ-DSF. Loại sợi +NZ-DSF có điểm tán sắc bằng không nằm ở Nơi tín hiệu phát đi Thiết bị phát Môi trường truyền dẫn Thiết bị thu Nơi tín hiệu đến Phía phát tín hiệu Phía thu tín hiệu 3 vùng bước sóng < 1500nm như được thể hiện trong hình 2.4. Loại sợi -NZ- DSF có điểm tán sắc bằng không nằm ở vùng bước sóng > 1600nm. Ngoài ra còn có loại sợi NZ-DSF có hai điểm tán sắc bằng không thuộc loại sợi tán sắc phẳng. Hình 1.2. Tán sắc của các loại sợi SMF. DSF và NZ-DSF Ngoài các ưu điểm về suy hao và tán sắc như đã phân tích ở trên, sợi NZ-DSF còn có các đặc điểm rất mạnh khác như khả năng giảm ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến và giảm tán sắc phân cục mode. Nhìn chung các sợi quang được thiết kế để dịch chuyển tán sắc thường có diện tích hiệu dụng Aeff khoảng 50-60 2 mµ . Trong khi đó ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến tại tỉ lệ nghịch với Aeff đối với các hiệu ứng tán xạ Brillouin được kích thích SBS(Stimulated Brillouin Scattering), tán xạ Raman được kích thích SRS (Stimulate Raman Scattering), SPM, FWM. Còn các ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến lại tỉ lệ nghịch với (Aeff) 2 đối với hiệu ứng XPM. Do đó để giảm ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến thì phải tăng diện tích hiệu dụng của sợi. Các sợi NZ-DSF đã sử dụng cơ chế này để nâng cao năng lực ứng dụng của chúng. Cũng vì vậy mà sợi quang cho phép có thể tiếp nhận công suất tín hiệu quang lớn hơn và làm cự ly truyền dẫn càng dài thêm, làm giảm tổng số thiết bị sử dụng trên tuyến. Bảng 1.1. Một số loại sợi NZ-DSF Loại sợi SMF- LS NS- DSF Submarine SMF-LS NS-DSF LEAF LEAF Enhanced Teralight ultra Thời điểm ra đời 4/1997 2/1998 9/1998 1999 Đường kính vỏ phản xạ, mµ 125,0 1± 125,0 1± 125,0 1± 125,0 1± 125,0 1± Đường kính vỏ phản xạ, mµ ngoài, mµ 245 5 ± 245 5 ± 245 5 ± 245 5 ± 245 7 ± Đường kính trường mode tại 1550nm, mµ 8,4 ± 0,5 7,9 ± 8,9 9,0 ± 9,6 9,0 ± 9,6 9,2 ± 0,5 Độ đồng tâm của trường mode tại 1550nm, mµ ≤ 0,5 ≤ 0,5 ≤ 0,5 ≤ 0,5 ≤ 0,5 4 Độ không tròn đều, % Trường mode Rất nhỏ Rất nhỏ Rất nhỏ Rất nhỏ Rất nhỏ Vỏ phản xạ Hệ số tán sắc vùng 1550nm, ps/nm 2 . km 4,4 4,4 3,7 3,7 8 Độ dốc tán sắc, ps/km.nm ≤ 0,12 ≤ 0,07 ≤ 07 07 ≤ 0,052 PMD, ps/km 1/2 ≤ 0,5 ≤ 0,1 ≤ 0,1 ≤ 0,08 ≤ 0,1 Hệ số suy hao tại 1550nm, dB/km ≤ 0,25 ≤ 0,22 ≤ 0,23 ≤ 0,23 ≤ 0,22 Suy hao uốn cong tại 1550nm với bán kính 37,5nm, Db ≤ 0,05 ≤ 0,05 ≤ 0,05 ≤ 0,5 05 Diện tích hiệu dụng 2 mµ 55 70 70 ÷ 120 70 ÷ 120 63 1.4.2. Suy hao tín hiệu truyền trong sợi quang. Sự suy hao trong sợi quang dẫn đến việc giảm công suất tín hiệu khi lan truyền qua một khoảng cách nào đó. Để xác định khoảng cách lớn nhất mà một tín hiệu có thể truyền đối với một công suất phía phát đưa ra và độ nhạy máy thu thì phải xét tới sự suy giảm tín hiệu. Độ nhạy của máy thu là công suất nhỏ nhất mà máy thu yêu cầu để nhận được tín hiệu. Gọi P(L) là công suất của xung quang, L là khoảng cách (km) từ đầu phía phát và A là hệ số suy giảm của sợi (dB/km). Sự suy giảm được đặc trưng bởi phương trình: P(L) = P(0) 10 -AL/10 (1.1) Tại P(0) là công suất quang ở đầu phát. Đối với một tuyến dài L (km) thì P(L) phải lớn hoặc bằng ( ) MAX 10 r P 0 10 L log A P = (1.2) Khoảng cách lớn nhất giữa đầu phát và đầu thu (hay khoảng cách giữa các bộ khuyếch đại) phụ thuộc vào suy hao chung A nhiều hơn công suất đưa ra của đầu phát như trước chúng ta đã nói suy hao thấp nhất = 0,2dB/km xảy ra ở 1550nm. 5 CHƯƠNG 2: TUYẾN TRUYỀN DẪN QUANG TỐC ĐỘ CAO 2.1. Nguồn phát quang tốc độ cao (dùng cho hệ thống 40Gbit/s) Nguồn phát là một trong những thiết bị quan trọng nhất trong mạng truyền dẫn quang. Đặc biệt đối với mạng truyền dẫn quang tốc độ 40Gbit/s đòi hỏi phải có nguồn phát có thông số vượt trội, thoả mãn được yêu cầu của hệ thống. Một số điều kiện được cân nhắc khi đưa ra quyết định lựa chọn nguồn phát cho hệ thống quang sợi là: - Đơn mode: Vì các lý do không tốt do các nguồn quang đa mode mang lại, rất nhiều laser đơn mode được chế tạo như laser phản hồi phân phối (DFB) và laser phản xạ Bragg phân phối. - Nhiễu thấp: Có nhiều loại nhiễu trong thông tin quang như nhiễu pha, nhiễu cường độ và nhiễu mode. Nhiễu thấp rất quan trọng để giảm hệ số BER trong thông tin. - Phổ hẹp: Phổ hẹp sẽ làm giảm nhiễu pha, từ đó dẫn đến giảm hiện tượng giãn xung ánh sáng do đó tăng được tốc độ truyền. - Công suất ra lớn: Công suất ra lớn làm tăng tỷ số (tín hiệu/tạp âm) và cho phép truyền được cự ly xa hơn. - Dòng ngưỡng nhỏ: Đối với diode laser, hiện tượng laser chỉ xảy ra khi dòng thiên áp lớn hơn một giá trị min gọi là dòng ngưỡng. Bước sóng: Các sóng ánh sáng tại các bước sóng khác nhau sẽ có các đặc tính lan truyền khác nhau. - Độ rộng phổ điều chế lớn: Trong thông tin quang có hai phương pháp điều chế: điều chế trực tiếp và điều chế ngoài. Với mạng tốc độ cao phải thực hiện phương pháp điều chế ngoài. - Độ giãn phổ nhỏ: Giãn phổ là do chiết suất khúc xạ ánh sáng của nguồn quang. Phổ lớn sẽ làm tăng hiện tượng tán xạ xung nên cần phải hạn chế nó. - Độ tuyến tính: Đối với thông tin tương tự, độ méo tín hiệu do sự không tuyến tính của nguồn sáng cần được giảm thiểu. Độ không tuyến tính sẽ gây ra hiện tượng sóng hài và xuyên âm. - Độ điều chỉnh được: Đối với các ứng dụng như ghép kênh theo bước sóng, khả năng điều chỉnh được bước sóng của diode laser là rất cần thiết. Một diode laser điều chỉnh được cô hai đầu mối hoặc nhiều hơn cho phép người sử dụng điều chỉnh bước sóng ra. Một diode laser điều chỉnh được gọi là tôi cần có vùng điều chỉnh tới vài nghìn GHZ. 2.1.2. Phương thức điều chế nguồn phát quang tốc độ cao(hệ thống 40Gb/s) Đối với các hệ thống tốc độ l0Gb/s trở lên người ta sử dụng nguồn điều chế ngoài. Vì vậy, đối với mạng truyền dẫn quang tốc độ 40Gb/s, nguồn phát được sử dụng là nguồn phát được điều chế ngoài. Nguồn phát trong hệ thống thông tin quang sử dụng kỹ thuật điều chế ngoài bao gồm các phần tử chính là: Bộ tạo xung, bộ điều chế xung mã, laser, bộ điều chế ngoài, các bộ lọc quang và điện. Sơ đồ khối nguyên lí của nguồn phát được biểu diễn trên hình 2.2: 6 Hình 2.2. Nguồn phát sử dụng kĩ thuật điều chế ngoài. 2.2. Bộ thu quang tốc độ cao (dùng cho hệ thống quang 40Gbit/s) Bộ thu quang là một trong những bộ phận quan trọng nhất trong hệ thống thông tin quang. Sở dĩ như vậy vì bộ phận này là nơi thu nhận mọi đặc tính tác động trên toàn tuyến đưa tới, hoạt động của nó có ảnh hưởng quan trọng tới chất lượng của toàn bộ hệ thống truyền dẫn. Chức năng chính của bộ thu quang là biến đổi tín hiệu quang thu được thành tín hiệu điện. Bộ thu quang cần phải có độ nhạy thu cao, đáp ứng nhanh, nhiễu thấp, giá thành hạ và độ tin cậy cao. Bộ tạo xung Bộ điều chế xung Bộ lọc điện Laser Điều chế Bộ lọc quan g Nguồn nhiễu 7 CHƯƠNG 3: ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỄU TRONG TUYẾN TRUYỀN DẪN QUANG TỐC ĐỘ CAO 3.1. Khuêch đại đường truyền. 3.1.1. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động. Ba dạng cấu trúc khác nhau của EDFA được mô tả qua hình (3.1). Sợi quang có pha trộn nguyên tố EDFA được ghép nối với sợi quang thông thường và có thể ghép với các thiết bị khác. Ánh sáng bơm được kết hợp với tín hiệu và nhờ sử dụng bộ ghép bước sóng quang WDM trên hệ thống. Ánh sáng bơm được truyền dọc theo sợi có pha tạp Ethium và bị hấp thụ khi các ion Erbium được đưa lên trạng thái kích thích. Khi tín hiệu được truyền vào EDFA, nó kích thích sự phát xạ của ánh sáng từ các ion ở trạng thái kích thích, do vậy nó khuếch đại công suất tín hiệu. EDFA là một thiết bị được bơm quang học, do đó năng lượng được cung cấp bởi một nguồn quang (một LD), để phun năng lượng vào sợi quang pha tạp ở bước sóng phù hợp với các đặc tính của Erbium (980 hoặc l480nm). Việc bơm có thể thực hiện theo hướng thuận (hình a), hướng ngược (hình b ) hoặc theo cả 2 hướng (hình c). Khuếch đại xảy ra bởi sự truyền năng lượng từ sóng bơm đến sóng tín hiệu khi nó truyền xuống sợi quang pha tạp. Với hình (a) kết cấu này đưa tín hiệu quang và bơm quang vào sợi quang trộn Erbium trên cùng một chiều, còn gọi là bơm phía trước. Còn bơm ngược thì tín hiệu quang và bơm quang đưa vào sợi quang trộn Erbium từ hai hướng khác nhau. Hình (c) là kết cấu đồng thời bơm cùng chiều và ngược chiều EDFA hoạt động thông qua hệ thống 3 mức năng lượng. Hình vẽ (3.2) miêu tả quá trình này. Hình 3.1. Các cấu trúc cơ bản của bộ khuếch đại quang EDFA 8 3.1.2. Các đặc tính cơ bản của EDFA 3.1.2.1. Nguồn bơm quang Để kích thích các hạt mang lên mức năng lượng cao hơn để có phát xạ kích thích, cần phải có một nguồn bơm quang ngoài, hoạt động ở tần số cao hơn tần số của tín hiệu cần khuếch đại. Sự hồi tiếp từ hiện tượng phản xạ ở 2 mặt của bộ khuếch đại có hệ số khuếch đại cao có thể sinh ra dao động và làm giảm khả năng chống nhiễu của hệ thống. Nếu đặt vào đường truyền này một bộ cách li quang (Isolator) thì có thể triệt tiêu được sự phản xạ này. Các bộ cách li quang thường làm giảm ánh sáng phản xạ đi khoảng 35 dB trong khi đó chỉ tổn hao cho tín hiệu truyền qua là 1 dB. 3.2. Các ứng dụng của EDFA. Hình 3.16. Các ứng dụng của EDFA 3.2.1. Bộ khuếch đại công suất (BA-Booster Amplifier): (Xem hình 3.16.b) Khuếch đại công suất là bộ khuếch đại quang sợi EDFA công suất bão hoà cao được đặt ngay sau nguồn phát ánh sáng để tăng cường công suất tín hiệu truyền đi. Nó được sử dụng khi nguồn ánh sáng bị giới hạn bởi công suất ra. 3.2.2. Tiền khuếch đại (PA: Pre-Amplifer) (Xem hình 3.16.c) Tiền khuếch đại (PA) là thiết bị khuếch đại quang sợi EDFA có tạp âm rất thấp, nó khuếch đại những tín hiệu có công suất bé, trước khi qua bộ photo-detector (nó được dùng ngay trước bộ thu) để nâng cao độ nhạy thu. Với mục đích này thì bão hoà khuếch đại là không đáng kể nhờ công suất tín hiệu yếu. Tuy nhiên, còn phải kể 9 đến lượng công suất tạp âm bức xạ tự phát (ASE), nhưng ta có có thể giảm nó tới mức cần thiết bằng cách sử dụng một số bộ lọc quang hẹp. Sư dụng PA kết hợp với BA nâng cao đáng kể quỹ công suất. Với các hệ thống có tốc độ truyền dẫn lớn hơn 10Gbps (STM-64) hoặc tốc độ cao hơn, việc sử dụng các bộ PA là giải pháp hợp lý để loại trừ vấn đề do hiệu ứng phi tuyến của sợi gây ra. 3.2.3. Khuếch đại đường dây(LA-Line Amplifier) (Xem hình 3.16.a) Là bộ khuếch đại quang sợi có tạp âm thấp được sử dụng khi khoảng cách truyền lớn. Khi đó các bộ khuếch đại quang sẽ được đặt kế tiếp nhau trên đường truyền để tăng chiều dài tái tạo hay khoảng cách giữa 2 trạm lặp. Trong mạng thuê bao quang theo cấu hình điểm đa điểm, khuếch đại đường dây được sử dụng để bù các suy hao tại các điểm rẽ nhánh trong mạng truy nhập quang. Nó có thể thay thế các trạm tái tạo quang đang sử dụng trên các tuyến đường trục. Với ưu điểm như vậy, người tạp âm có thể giảm bớt các thiết bị trên đường truyền dẫn. Như vậy trên các mạng đường trục thì LA đóng vai trò bù suy hao tín hiệu, còn các trạm lặp thông thường thì có chức năng sửa méo tín hiệu. 3.3. Một số hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao (40Gb/s) 3.3.1. Sơ lược về hệ thống Trong phần này sẽ phân tích 1 cách chi tiết hệ thống truyền dẫn 40Gb/s RZ qua khoảng cách truyền dẫn lớn trong đường truyền có thể quản ly được tán sắc (DM line) mà bao gồm các sợi đơn mode tiêu chuẩn SMF và các sợi bù tán sắc DCF. Hệ thống bắt nguồn từ các xung trạng thái ổn định tuần hoàn (xung quanh DM) trong tuyến DM. Bởi độ rộng của xung trạng thái ổn định là quá lớn cho các hệ thống 40Gb/s cho nên công nghệ điều chế đồng bộ nội tuyến thông thường không thể nâng cao được chất lượng của hệ thống, tuy nhiên người ta đã tìm ra phương pháp điều chế đồng bộ nội tuyến cải tiến có thể kéo dài có hiệu quả khoảng cách truyền ngay cả trên tuyên có DM mạnh. Trong phòng thí nghiệm, người ta đã đưa ra cơ chế của công nghệ điều chế đồng bộ cải tiến với sự lưu tâm đặc biệt đến sự ổn định xung trong tuyến truyền dẫn, và chỉ ra rằng 1 tín hiệu RZ 40Gb/s có thể truyền được qua 1 khoảng cách lên tới 20.000km. Sự truyền dẫn quang sử dụng đường truyền dẫn quản lý tán sắc gồm sợi chuẩn đơn mode SMF và sợi bù tán sắc DCF là rất quan trọng trong trường hợp phát triển các hệ thống ghép kênh phân chia thời gian và ghép kênh phân chia bước sóng TDM, WDM. Tuyến truyền dẫn WDM dung lượng cao hơn 1 Tb/s, truyền dẫn WDM qua một khoảng cách vượt biển, và truyền dẫn đơn kênh 40Gb/s qua khoảng cách lớn hơn 1000 khi đã được thực hiện trên tuyến DM gồm sợi tán sắc dịch chuyển DSF và sợi bù tán sắc DCF. Tuy nhiên, rất khó để truyền các tín hiệu đơn kênh 40Gb/s qua 1 khoảng cách lớn (khoảng cách vượt biển) như vậy với SMF và DCF vì tương tác phi tuyến giữa các xung kề nhau là lớn và sẽ giới hạn khoảng cách truyền dẫn. 3.3.2. Phương pháp đánh giá hoạt động của hệ thống. 10 Hình 3.17. Cấu hình của hệ thống 40Gb/s RZ trên tuyến Dm gồm SMF và DCF. Ở đây đưa ra hệ thống một kênh đơn 40Gb/s bao gồm các sợi tiêu chuẩn đơn mode (có tán sắc mode bằng O) SMF và sợi bù tán sắc DCF. Sử dụng phương pháp Fourier để tính toán phương trình phi tuyến Strodinger. Phương trình này sẽ cho ra sự lan truyền của xung trong sợi quang và bao gồm các ảnh hưởng của suy hao sợi vả tán sắc bậc ba. Hình 5.1 đưa ra cấu hình của hệ thống trên đường truyền DM mạnh gồm SMF và DCF. Các xung 40Gb/s được tạo ra ở bộ phát Tx. Các xung dạng Gaussian hay dạng Sech với toàn độ rộng ở nửa lớn nhất (FWHM) 5ps và chiều dài bít tuần tự giả ngẫu nhiên (PRBS) là 27-1 các Xung được tạo ra sẽ bị chirp bởi sợi có độ tán sắc Dpre được oặt Sau bộ phát (prechirp). SMF có độ dài 50km với độ tán sắc là 16ps/km.tim. Suy hao sợi, tán sắc bậc 3, hệ số phi tuyến Ken vùng mode ảnh hưởng là 0.25 db/km, 0.07ps/km/nm2, 2.24*10 -20 m 2 /w Và 78 2 m µ . Một sợi bù tán sắc DCF được đặt sau mỗi sợi SMF. Chúng ta coi như chỉ xét ảnh hưởng tán sắc của DCF và không tính tới ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến, tán sắc bậc 3 và suy hao của DCF, bởi vậy sự bù tán sắc có thể sử dụng khối bù tán sắc thay cho DCF. Độ tán sắc trung bình được tính như sau: ave DCF d (16x50 D ) / 50= + (3.24) Trong đó D DCF là độ tán sắc DCF, đơn vị là ps/nm. Tạp âm của khuếch đại sợi pha tạp Erbium là 6 do và có các bộ lọc quang được đặt sau mỗi một bộ khuếch đại EDFA. Chấp của xung phát được bù bởi một sợi có độ tán sắc DPOS được oặt ở trước bộ thu (post chirp). Tín hiệu quang thu được bởi một photodiode lý tưởng (bộ tách bậc 2) và được lọc bởi bộ lọc Butterworth bậc hai loại bộ lọc điện thông thấp với băng thông 26GHZ. Chúng ta sử dụng hệ số chất lượng Q để đánh giá chất lượng của dữ liệu nhận được. Q được định nghĩa như sau ( ) 1 0 0 1 0 e I I B SNR Q B 2SNR 1 1 − = ≈ σ + σ + + , Hay: 2 1 Q BER exp 2 2 Q   − ≈  ÷ π   Với: SNR là tỷ Số tín hiệu trên nhiễu, B o : dải thông của bộ lọc quang và Be là dải thông của bộ lọc điện tại bộ thu. Khoảng cách truyền dẫn của tuyến được xác định giá trị tại hệ số Q lớn hơn 7 và chúng ta tính toán khoảng cách cho những điều kiện thay đổi chẳng hạn như đầu ra công suất của EDFA và độ tán sắc trung bình. Hình 3.21 chỉ ra cấu trúc công nghệ điều chế đồng bộ nội tuyến thông thường [...]... thức biên độ ban đầu: 1/2   2 πT02  ω2 T02  A ( 0, ω) = A 0  exp  −  ÷  2 ( 1 + iC )   1 + iC    Nửa độ rộng tại điểm cường độ 1/e được cho là: ∆ω = 1 + iC 2 T0 4.1.2 Tán sắc giới hạn tốc độ truyền dẫn Tán sắc làm hạn chế đặc tính của hệ thống và trước hết cần thấy rằng ảnh hưởng đáng cân nhắc nhất là làm hạn chế tốc độ truyền dẫn của hệ thống Đối với hệ thống truyền dẫn tốc độ cao 40Gb/s... σ = ( β L) 1/2 Giới hạn tốc độ bít có thể nhận được khi sử dụng 4Bσ ≤ 1 và dẫn tơi điều kiện: B β2 L ≤ 1 / 4 Hình 4.2 so sánh sự giảm tốc độ bit B khi tăng cự ly L bằng cách chọn D = 16 ps/km.nm đối với σλ = 0,1 và 5nm Biểu thức trên cho trường hợp σλ = 0 tương ứng với trường hợp mà nguồn phát quang có độ rộng phổ nhỏ hơn nhiều tốc độ bít truyền dẫn Hình 4.2 Giới hạn tốc độ bít của sợi đơn mode phụ... của hệ thống là 800ps/nm ở tốc độ 10Gb/s sẽ giảm xuống còn 50ps/nm ở tốc độ 40Gb/s Vì vậy, để có thể truyền dẫn ở tốc độ 40Gb/s hay lớn hơn nữa, phải tìm ra những phương pháp bù tán sắc cao 15 4.2.1 Bù tán sắc bằng sùi tán sắc cao Một vài kỹ thuật bù tán sắc có những ưu điểm về bản chất tuyến tính và cho khả năng bù hoàn toàn tán sắc vận tốc nhóm GVD của sợi nếu như công suất quang trung bình đủ thấp... tán sắc, và các dạng biến điệu Luận văn đã đề cập đến các thành phần của hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao (như: sợi quang, bộ phát, bộ thu, bộ khuếch đại quang) và các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống (tán sắc, phi tuyến, suy hao, .) Các hệ thống 40 Gb/s đã được tiến hành trong phòng thí nghiệm và là hệ thống truyền dẫn quang đầy hứa hẹn nhằm giải quyết những yêu cầu mà một xã hội thông tin đòi hỏi...11 sử dụng trong tuyến DM Hình 3.21b đưa ra cấu trúc của bộ điều chế đồng bộ Xung truyền dẫn được điều chế trong một bộ điều chế cường độ mạnh bởi tín hiệu clock băng cơ bản lấy ra từ một phần của xung truyền dẫn Hình 3.21a chỉ ra hệ thống truyền dẫn trong một tuyến DM gồm sợi SMF dùng một bộ điều chế đồng bộ nội tuyến Trong phân tích đưa ra, bộ điều chế đồng bộ nội tuyến được đặt ở mỗi khoảng... Ldispersion > L Đ Bù tán sắc Kết thúc 18 5.2 Các chức năng chính của phần mềm: - Thiết kế tuyến truyền dẫn quang với các thông số đầu vào là: công suất phát, chiều dài tuyến, độ suy hao và tán sắc của tuyến truyền dẫn, OSNR yêu cẩu; kết quả là số bộ khuếch đại và bù tán sắc cho hệ thống - Tính toán thông số cho tuyến như: độ suy hao, tán sắc, OSNR… - Mô phỏng bài toán chương 6 cho hệ thống 10 Gb/s và 40 Gb/s... xung khi lan truyền trong sợi 2  quang Những giải pháp bù tán sắc đều nhằm xoá bỏ thừa số pha này để tín hiệu đầu vào có thể được khôi phục Việc này có thể thực hiện tại máy thu, máy phát hay dọc theo tuyến sợi quang Ở mạng truyền dẫn tốc độ cao 40Gb/s, việc bù tán sắc phải được thực hiện một cách thật chính xác Sự suy giảm của hệ thống ảnh hưởng bởi tán sắc tỷ lệ nghịch với bình phương tốc độ của tín... khuếch đại tuyến tính để bù suy hao sợi quang Hơn nữa, nếu tốc độ bit tăng lên trên 10Gb/s thì khoảng cách truyền dẫn bị giới hạn bởi GVD giảm còn nhỏ hơn 30km, đây là một giá trị quá thấp không thể áp dụng trong thực tế GVD tương đối của những sợi quang đơn mode tiêu chuẩn sẽ giới hạn hoạt động của những hệ thống tại bước sóng 1550nm mà những hệ thống này sử dụng mạng viễn thông hiện tại với tốc độ bit... đồng bộ đội tuyến thông thường và cấu trúc cua bộ điều chế đồng bộ 12 CHƯƠNG 4: ẢNH HƯỞNG CỦA TÁN SẮC VÀ BÙ TÁN SẮC TRONG HỆ THỐNG QUANG TỐC ĐỘ CAO 4.1 Ảnh hưởng của tán sắc đến hệ thống Phương trình truyền dẫn cơ bản chi phối sự tiến triển của xung bên trong sợi đơn mode: ∂A ∂A i ∂ 2 A 1 ∂ 3A + β1 + β2 − β3 =0 ∂z ∂z 2 ∂z 2 6 ∂z 3 4.1.1 Các xung Gaussian bị lệch tần (chirp) Phân tích sự lan truyền của... đầu vào trong sợi quang bằng cách thiết lập biên độ ban đầu như sau:  1 + iC  t 2  A ( 0, t ) = A 0 exp  −  ÷ 2  T0      A0: biên độ đỉnh T0 biểu thị một nửa độ rộng tại điểm cường độ 1/e Nó có mối liên hệ với độ rộng toàn phần tại nửa lớn nhất FWHM (Full Width at Half Maximum) của xung: TFWHM = 2 1n2T0 ≈ 1.665T0 Tham số C sẽ tạo nên sự lệch pha tần số tuyến tính tác động vào xung Xung . 1550nm. 5 CHƯƠNG 2: TUYẾN TRUYỀN DẪN QUANG TỐC ĐỘ CAO 2.1. Nguồn phát quang tốc độ cao (dùng cho hệ thống 40Gbit/s) Nguồn phát là một trong những thiết bị quan trọng nhất trong mạng truyền dẫn quang. Đặc. điều chế nguồn phát quang tốc độ cao( hệ thống 40Gb/s) Đối với các hệ thống tốc độ l0Gb/s trở lên người ta sử dụng nguồn điều chế ngoài. Vì vậy, đối với mạng truyền dẫn quang tốc độ 40Gb/s, nguồn. thống truyền dẫn quang tốc độ cao (40Gb/s) 3.3.1. Sơ lược về hệ thống Trong phần này sẽ phân tích 1 cách chi tiết hệ thống truyền dẫn 40Gb/s RZ qua khoảng cách truyền dẫn lớn trong đường truyền