tối ưu tín hiệu quang WDM-EDFA

LỜI CẢM ƠN 1 MỤC LỤC 2 DANH MỤC VIẾT TẮT 5 DANH MỤC BẢNG 6 DANH MỤC HÌNH VẼ 7 LỜI MỞ ĐẦU 9 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG WDM 11 1.1 GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT 11 1.2 SƠ ĐỒ HOẠT ĐỘNG 12 1.2.1 Khái niệm 12 1.2.2 Chức năng của các thành phần trong mô hình WDM 12 CHƯƠNG 2: BỘ KHUẾCH ĐẠI EDFA 14 2.1 HOẠT ĐỘNG 14 2.1.1 Cấu trúc 14 2.1.2 Giản đồ năng lượng 16 2.1.3 Nguyên lý 17 2.2 ĐẶC TÍNH CỦA BỘ EDFA 18 2.2.1 Độ lợi 18 2.2.2 Nhiễu ASE 19 2.2.3 Sự bão hòa công suất 21 2.3 NGUỒN BƠM 22 2.3.1 Vai trò của nguồn bơm 22 2.3.2 Kỹ thuật bơm 23 2.3.2.1 Bơm cùng hướng với tín hiệu 23 2.3.2.2 Bơm ngược hướng với tín hiệu 23 2.3.2.3 Bơm lưỡng hướng 24 CHƯƠNG 3: TỐI ƯU TÍN HIỆU EDFA - WDM 25 3.1 Ý NGHĨA PHỔ KHUẾCH ĐẠI 25 3.2 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG PHỔ 26 3.2.1 Phương pháp tiền cân bằng (PE) 26 3.2.2 Phương pháp tối ưu chiều dài và công suất nguồn bơm (OLP) 27 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG 28 4.1 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MÔ PHỎNG 28 4.1.1 Giới thiệu về các khối cơ bản trong Optisystem 28 4.2 MÔ PHỎNG CÁC PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG PHỔ 31 4.2.1 Phương pháp OLP 31 4.2.1.1 Optimize 32 4.2.1.2 Không optimize 37 4.2.2 Phương pháp PE 39 4.2.2.1 Optimize 40 4.2.2.2 Không optimize 44 4.3 SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG PHỔ 46 4.3.1 Sử Dụng 1 Bộ Khuếch Đại EDFA 46 4.3.1.1 Phương pháp PE 46 4.3.1.2 Phương pháp OLP 47 4.3.2 Sử Dụng 2 Bộ Khuếch Đại EDFA 48 4.3.2.1 Phương pháp PE 48 4.3.2.2 Phương pháp OLP 49 4.3.3 Sử Dụng 3 Bộ Khuếch Đại EDFA 51 4.3.3.1 Phương pháp PE 51 4.3.3.2 Phương pháp OLP 52 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 54 5.1 KẾT LUẬN 54 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

Tối Ưu Tín Hiệu EDFA - WDM

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, em xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến quý Thầy Cô ở khoa Điện Tử - Viễn Thông, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên đã cùng với tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tại trường

Đặc biệt, em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến Giảng Viên Th.s Nguyễn Anh Vinh đã nhiệt tình hướng dẫn, giải đáp khúc mắc, cho em những lời khuyên quý

giá trong quá trình thực hiện Seminar

Xin cảm ơn các bạn cùng khóa đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình học tập, nghiên cứu và chia sẻ những kinh nghiệm quý báu của mình

Và cuối cùng quan trọng nhất là lời cảm ơn dành cho gia đình, nguồn động viên và giúp đỡ to lớn cả về vật chất lẫn tinh thần cho tôi trong suốt quá trình học tập

Em xin chân thành cám ơn!

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng 7 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Hoàng Đức Lâm

SVTH: Nguyễn Hoàng Đức Lâm 1120086 Trang 1

Tối Ưu Tín Hiệu EDFA - WDM

MỤC LỤC

DANH MỤC VIẾT TẮT

SVTH: Nguyễn Hoàng Đức Lâm 1120086 Trang 2

Tối Ưu Tín Hiệu EDFA - WDM

DANH MỤC BẢNG

SVTH: Nguyễn Hoàng Đức Lâm 1120086 Trang 3

Tối Ưu Tín Hiệu EDFA - WDM

DANH MỤC HÌNH VẼ

LỜI MỞ ĐẦU

Trong thời đại số hóa ngày nay, tiến bộ của khoa học kĩ thuật đã đưa con người đến những tầm cao mới, con người không hề nhỏ bé mà bây giờ họ có thể chinh phục những đỉnh núi cao nhất, thám hiểm những đại dương sâu thẳm, loài người dần khám phá những bí mật của trái đất, họ còn có thể tham gia những chuyến du hành không gian ngoài trái đất, hay tìm kiếm sự sống trên những hành tinh khác, những vấn đề đó trước đây người ta thường tưởng tượng và chỉ là những dự đoán không có cơ sở Đất nước ta đang trên đà phát triển cùng với sự hội nhập thế giới cũng là một thách thức không hề nhỏ, đòi hỏi mỗi người chúng ta phải nổ lực hết sức để sánh kịp với nền khoa học Là một sinh viên năm cuối ngành viễn thông em muốn làm một điều gì đó

dù là rất nhỏ trong bài báo cáo Tốt nghiệp của mình

SVTH: Nguyễn Hoàng Đức Lâm 1120086 Trang 4

Tối Ưu Tín Hiệu EDFA - WDM

Như mọi người cũng đã biết sự ra đời của mạng quang là bước đột phá trong nhu cầu truyền tải dữ liệu Tín hiệu trong sợi quang được hiểu là những hạt photon ánh sáng có vận tốc

83.10 (m/s)

chuyển động theo nguyên lý phản xạ toàn phần, vì vậy tín hiệu đến đầu thu rất nhanh Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) từ

đó cũng được ra đời Ngày nay, các tuyến thông tin quang trong thực tế phải được cải tiến để đáp ứng nhu cầu truyền tải dữ liệu lớn, truyền xa hơn và nhanh hơn Để giải quyết được những nhu cầu này thì khái niệm trạm lặp và bộ khuếch đại quang được ra đời Sử dụng hai cơ chế khác nhau khuếch đại tín hiệu

• Trặm lặp: gồm bộ chuyển đổi tín hiệu quang sang điện (E/O), bộ khuếch đại tín hiệu điện và bộ chuyển đổi tín hiệu điện sang quang (O/E)

• Bộ khuếch đại: khuếch đại tín hiệu trực tiếp trong miền quang

Sử dụng trạm lặp: ở mỗi chặng để khuếch đại tín hiệu của 1 hệ thống n kênh các bước sóng khác nhau, cần n trạm lặp điều đó dẫn tới kênh truyền phức tạp hơn, tốn nhiều chi phí hơn, tốc độ sẽ chậm hơn vì phải chuyển đổi nhiều quá trình, nhiễu điện cũng được khuếch đại qua mỗi trạm khiến băng thông tín hiệu giảm

Sử dụng bộ khuếch đại: ở mỗi chặng chỉ cần 1 bộ khuếch đại, giảm được các tác động nhiễu điện, tiết kiệm chi phí, tăng tốc độ hệ thông, tăng dung lượng kênh truyền

Bộ Khuếch Đại thường dùng là EDFA ứng dụng nguyên lý phát xạ kích thích, tín hiệu qua bộ khuếch đại EDFA sẽ được khuếch đại lên, giúp tín hiệu được truyền đi xa

hơn Cùng một công suất phát nhưng Độ Lợi ứng với mỗi kênh bước sóng lại khác

nhau Dẫn đến sự chênh lệch giữa các độ lợi, chất lượng của kênh truyền sẽ phụ thuộc

vào sự chênh lệch đó Muốn kênh truyền tốt hơn, truyền xa hơn, cần làm phẳng phổ tín hiệu.

Nội dung của tiểu luận sẽ nói rõ hơn bằng việc giải thích và mô phỏng các phương pháp làm cân bằng phổ Cụ thể nội dung tiểu luận được chi tiết hóa trong chương như sau:

SVTH: Nguyễn Hoàng Đức Lâm 1120086 Trang 5

Tối Ưu Tín Hiệu EDFA - WDM

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG WDM

Chương này sẽ nói tổng quát về hệ thống ghép kênh phân chia theo bước sóng

và những thành phần cơ bản trong hệ thống

CHƯƠNG 2: BỘ KHUẾCH ĐẠI EDFA

Nội dung chương này giúp chúng ta sẽ tìm hiểu về cấu trúc bộ khuếch đại EDFA cũng như một số lý thuyết khuếch đại, độ lợi, nhiễu, các vị trí nguồn bơm khi khuếch đại tín hiệu trong hệ thống WDM Từ đó đưa ra các phương pháp cân bằng phổ độ lợi trong hệ thống WDM

CHƯƠNG 3: TỐI ƯU TÍN HIỆU EDFA-WDM

Có thể nói đây là chương trọng tâm của tiểu luận, chương này sẽ phân tích rõ hơn

ý nghĩa của việc cân bằng phổ tín hiệu và các phương pháp cân bằng phổ độ lợi trong

1.1 GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT

SVTH: Nguyễn Hoàng Đức Lâm 1120086 Trang 6

1.2 Thế giới công nghệ không ngừng phát triển, công nghệ thông tin thâm nhập vào

từng lĩnh vực đời sống Nhu cầu dữ liệu tăng cao, đòi hỏi phải hình thành một hệ thống mạng lưới các máy tính, máy chủ, để đáp ứng điều đó chúng

ta cần một cơ sở hạ tầng lớn, những người có trình độ chuyên môn cao để quản lý, điều khiển và phát triển nghiên cứu ra những công nghệ mới Trong khi đó băng thông là một tài nguyên vô cùng quý giá mà ngày nay đang trong tình trạng khan hiếm vì vậy chúng ta phải không ngừng cải tiến các kỹ thuật với mục đích truyền tải dung lượng lớn, tốc độ cao và bảo mật thông tin cao Mạng quang ra đời là một bước ngoặc mới cho ngành viễn thông, tín hiệu được truyền đi dưới dạng bước sóng ánh sáng giải quyết được vấn đề rò rĩ thông tin như khi truyền tín hiệu điện, còn đảm bảo truyền với tốc độ cao với dung lượng lớn, bên cạnh đó các kỹ thuật đi kèm với mạng quang cũng ra đời nổi bật là công nghệ ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM

Trước đây, hệ thống WDM hoạt động ở băng C (do EDFA hoạt động trong khoảng băng này) Về sau, EDFA có khả năng hoạt động ở cả băng C và băng L nên hệ thống WDM hiện tại dùng EDFA có thể hoạt động ở cả băng C và băng L Nếu ta dùng khoảng cách giữa các kênh là 100 Ghz (0.8 nm) hoặc là 200 GHz (1.6 nm) thì sẽ đạt được số lượng kênh rất lớn trong mỗi băng sóng Như vậy, chỉ cần giữ nguyên tốc độ bit trên mỗi kênh truyền thì ta có thể đạt được mức băng thông rất lớn chỉ đối với một sợi quang

Bên cạnh những ưu điểm của mạng quang cũng như kỹ thuật WDM mang lại, thì những nhà nghiên cứu khoa học luôn tìm kiếm những phương pháp để khắc phục những hạn chế của hệ thống EDFA-WDM Đề tài này sẽ nghiên cứu cách khắc phục hạn chế của hệ thống EDFA-WDM để góp phần xây dựng một hệ thống truyền tải có dung lượng lớn lẫn chất lượng tốt hơn

1.3 SƠ ĐỒ HOẠT ĐỘNG

1.3.1 Khái niệmTrong hệ thống WDM, tín hiệu điện được biến đổi thành các tín hiệu quang khác nhau trải dài từ bước sóng nhìn thấy đến vùng hồng ngoại, công nghệ WDM cho phép khai thác được tiềm năng băng thông to lớn của sợi quang Ghép hàng trăm kênh 10Gbps truyền trên cùng một sợi quang Khoảng cách giữa các kênh khoảng 50GHz, tín hiệu được truyền qua sợi quang và đến phía thu, quá trình tách kênh diễn ra sau đó

và tín hiệu quang ở mỗi máy thu sẽ biến đổi ngược lại thành tín hiệu điện

1.3.2 Chức năng của các thành phần trong mô hình WDM

Hình 1: Mô hình tổng quát của hệ thống WDM

o Phát tín hiệu: Tín hiệu điện trước khi đưa vào sợi quang phải qua bộ E/O, các bộ E/O thường sử dụng là Led, Laser Hiện nay đã có một số laser điều chỉnh được bước sóng (tunable laser), laser đa bước sóng (Multiwavelength Laser)

o Thu tín hiệu: Tín hiệu quang đến thiết bị đầu cuối cần đi qua bộ O/E, các

bộ O/E thường dùng là Pin, ADP

o Ghép kênh: một tín hiệu điện có băng thông và tốc độ lớn, ta không thể biến đổi hoàn toàn tín hiệu đó từ điện sang quang, vì sự giới hạn về chất liệu không đáp ứng được, do đó ta sẽ ghép nhiều luồng tín hiệu băng

thông nhỏ trở thành một luồng tín hiệu băng thông lớn truyền đi trên sợi quang.

o Tách kênh: quá trình ngược lại của ghép kênh, phân chia luồng ánh sáng tổng hợp đó thành các tín hiệu ánh sáng riêng rẽ, mỗi tín hiệu ánh sáng

đó sẽ được biến đổi thành tín hiệu điện

o Tín hiệu: Là những hạt photon ánh sáng hoạt động theo nguyên lý phản

xạ toàn phần trong lõi sợi quang, vì vậy tín hiệu cũng chịu ảnh hưởng bởi suy hao, tán sắc, phi tuyến, ngoải ra còn có những vấn đề về khuếch đại mà chúng ta cần phát huy cũng như hạn chế

Khi dùng bộ khuếch đại ta có thể đặt ở các vị trí như bảng sau:

Các vị trí Sau máy phát (BA) Trên đường dây (LA) Trước máy thu (PA)

Mục đích Tăng công suất tín hiệu

cao nhất để truyền

khoảng cách xa.

Bù mất mát công suất gây

ra bởi suy hao trên đường dây.

Khuếch đại tín hiệu ngay trước khi tín hiệu được đưa vào thiết bị Yêu cầu Công suất đầu ra cực

đại.

Nhiễu cực tiểu Độ nhạy lớn, độ lợi lớn

và nhiễu thấp.

Lợi thế Công suất ngõ ra không

được cao quá 15dBm do

điều kiện kết nối với sợi

quang

Có thể lắp đặt nhiều bộ KĐ nối tiếp trên đường dây.

Hoạt động tốt ở tốc độ bit lớn.

Bảng 1: Vị trí của bộ khuếch đại EDFA

CHƯƠNG 2: BỘ KHUẾCH ĐẠI EDFA

2.1 HOẠT ĐỘNG

2.1.1 Cấu trúc

Hình 2: Các thành phần của bộ khuếch đại EDFA

o Laser bơm (Pump Power): cung cấp năng lượng cho sợi quang EDF để tạo ra trạng thái nghịch đảo nồng độ trong vùng tích cực Các bước sóng hoạt động của Laser bơm là 980nm và 1480nm

o Bộ ghép tín hiệu quang (Coupler): ghép tín hiệu quang cần khuếch đại

và ánh sáng từ laser bơm vào trong sợi quang, ghép tín hiệu có bước sóng 1550 nm với nguồn bơm 980nm hoặc 1480 nm

o Sợi quang pha ion đất hiếm

3+

Er( EDF): có chiều dài trong khoảng 10m-20m và lõi có pha khoảng 0,1%

3+

Er(SiO2, SiO - Al O2 2 3) là nơi xảy ra quá trình khuếch đại (vùng tích cực của EDFA) Sợi tích cực này có khả năng khuếch đại tín hiệu hoặc khôi phục nếu có kích thích Cấu trúc sợi EDF giống với sợi đơn mode tiêu chuẩn trong viễn thông

Hình 2: Cấu trúc sợi quang

3+

Er

o Bộ cách ly quang (Isolator): giảm phản xạ tín hiệu ánh sáng khuếch đại lẫn cả nhiễu nhiễu ngược về phía đầu phát hoặc các tín hiệu quang trên đường truyền phản xạ ngược về bộ khuếch đại EDFA

2.1.2 Giản đồ năng lượng

o Vùng năng lượng cao: Thời gian các ion

3+

Er

có trạng thái năng lượng trong các vùng này rất ngắn (khoảng 1μs)

Hình 2: Giản đồ phân bố năng lượng

3+

Er

2.1.3 Nguyên lýNguyên lý Khuếch đại của bộ EDFA được dựa trên hiện tượng phát xạ kích thích

Bảng 2: Phương thức hoạt động của nguồn bơm

Hình 2: Các quá trình chuyển hóa năng lượng ion Er 3+

Trong khoảng thời gian sống (timelifes=10ms), nếu được kích thích bởi các photon tín hiệu thì ion

3+

Er

sẽ bức xạ tạo photon chuyển động cùng phương, cùng chiều, cùng pha với tín hiệu và tạo ra sự khuếch đại, ngược lại nếu không được kích thích bởi các photon tín hiệu thì ion

3+

Ercũng vẫn có khuynh hướng bức xạ nhưng lúc này nó sẽ chuyển động không phương hướng bởi vì không có photon tín hiệu nào định hướng cho nó và điều đó gây ra nhiễu trong bộ khuếch đại

2.2 ĐẶC TÍNH CỦA BỘ EDFA

2.2.1 Độ lợi (Gain)Hàm phân bố mật độ ion

3+

Er theo phương z:

(a) (a)

3+

Er

ở trạng thái kích thích và ở trạng thái nền tại vị trí

z trong đoạn sợi quang pha

: hệ số chồng lắp tại bước sóng bơm

A: diện tích tiết diện ngang hiệu dụng

: mật độ ion

3+

Er tổng cộng

ở mức năng lượng nền và mức năng lượng

kích thích trung bình Ta có thể tính N1, N2 theo các công thức sau:

2.2.2 Nhiễu phát xạ tự phát (ASE)Nhiễu là một thông số quan trọng sau độ lợi nhằm giúp chúng ta kiểm soát những hạn chế của bất kì một hệ thống nào Dựa vào những yếu tố gây ảnh hưởng đến nhiễu

ta có thể tìm ra phương pháp để khắc phục Nhiễu ASE gây tác động trực tiếp đến tín hiệu qua bộ khuếch đại EDFA

Trong Bộ khuếch đại quang hiện tượng phát xạ tự phát luôn xảy ra đồng thời với hiện tượng phát xạ kích thích như Hình 2 , tạo ra những photon không có phương hướng, lệch pha nhau gây nhiễu loạn đến các photon tín hiệu Thay vì chúng ta chỉ khuếch đại tín hiệu cần thiết, nhưng vô tình nhiễu cũng được tạo ra Vì vậy, ngõ ra của

bộ khuếch đại công suất quang bao gồm: công suất tín hiệu đã khuếch đại lẫn nhiễu phát xạ tự phát

BW: là băng thông của bộ khuếch đại

Ta cũng có tổng công suất trung bình của nhiễu phát xạ tự phát được khuếch đại là:

2 sp

Một là nhiễu sinh ra do 2 hay nhiều photon phát xạ tự phát kết hợp lại, hay nói cách khác là “nhiễu+nhiễu” tạo ra nhiễu Loại này có thể loại bỏ được nhờ bộ lọc.Hai là photon tự phát kết hợp với photon tín hiệu, hay là “nhiễu+tín hiệu”, loại này trong các bộ khuếch đại EDFA khó bị lọc loại bỏ, vì nó nằm trong băng thông của tín hiệu

Hình 2 Công suất ngõ ra phụ thuộc vào nhiễu

2.2.3 Sự bão hòa công suấtTrong bộ khuếch đại, công suất tín hiệu vào cao dẫn đến số lượng rất nhiều các photon vào sợi quang trộn

3+

Er làm kích thích các ion

3+

Erđang ở mức năng lượng kích thích ở vùng giả bền xuống mức nền tạo ra các photon bức xạ kích thích Rõ ràng công suất vào càng tăng, lượng ion

3+

Ertham gia bức xạ càng nhiều, điều đó khiến nồng độ

3+

Er

ở vùng giả bền giảm đi nhanh chóng trở thành vùng nghèo Theo nguyên

lý phát xạ kích thích, độ lợi liên quan đến chênh lệch nồng độ ion

Từ đặc tính này giúp ta có thể xác định được công suất ra một cách lớn nhất, và

đó là công suất ra bão hòa của bộ khuếch đại

2.3 NGUỒN BƠM

2.3.1 Vai trò của nguồn bơmTheo nguyên lý phát xạ kích thích, trong sợi EDF các Ion

3+

Er

ở vùng giả bền sẽ bức xạ tạo ra photon và di chuyển xuống mức nền, khiến nồng độ ion

3+

Er

ở vùng giả bền ngày càng giảm Điều đó giới hạn yêu cầu kênh truyền, hạn chế cự ly đến phía đầu thu Tuy là sợi quang khuếch đại, nhưng cũng phải cần sử dụng đến những nguồn bơm

để cung cấp năng lượng nhằm tạo ra sự chênh lệch nồng độ ion

3+

Er.Quan sát trên giản đồ năng lượng

3+

Er, có rất nhiều bước sóng nhỏ như 520nm, 543nm, 650nm, 800nm tương ứng với năng lượng lớn, nhưng nếu sử dụng những bước sóng này trong nguồn bơm thì hiệu suất bơm không cao, do các ion

3+

Er phải trải qua nhiều giai đoạn phân rã không bức xạ để rơi xuống vùng giả bền và sau đó mới bức xạ tạo ra photon ánh sáng Trong thực tế, người ta chỉ dùng bước sóng 980nm và 1480nm cho nguồn bơm Tùy theo mục đích sử dụng mà phân loại bơm bước sóng 980nm dùng cho tiền khuếch đại và bơm bước sóng 1480nm dùng cho khuếch đại công suất

Bước sóng bơm 980nm 1480nm

Độ lợi Cao hơn Thấp hơn

Độ lợi công suất bơm Thấp hơn Cao hơn

Suy hao công suất bơm Cao hơn Thấp hơn

Hệ số nhiễu Thấp hơn Cao hơn

Ứng dụng Tiền khuếch đại Khuếch đại công suất

3+

Er

có giới hạn

2.3.2 Kỹ thuật bơm

2.3.2.1 Bơm cùng hướng với tín hiệu

Sử dụng bước sóng bơm 1480nm, hướng bơm cùng chiều với tín hiệu nên công suất bơm suy hao ít, độ lợi công suất bơm cao

Hình 2: Mô hình bơm cùng hướng tín hiệu (1480nm)

2.3.2.2 Bơm ngược hướng với tín hiệu

Sử dụng bước sóng bơm 980nm, hướng bơm ngược chiều với tín hiệu nên ít bị hấp thụ ngược nên công suất tín hiệu ra cao

Hình 2: Mô hình bơm ngược hướng tín hiệu (980nm)

2.3.2.3 Bơm lưỡng hướng

Khi kết hợp cả hai cấu hình trên ta sẽ được các ưu điểm nổi bật như công suất quang ở lối ra cao nhiễu tương đối thấp

Hình 2: Mô hình bơm lưỡng hướng

CHƯƠNG 3: TỐI ƯU TÍN HIỆU EDFA - WDM

3.1 Ý NGHĨA PHỔ KHUẾCH ĐẠI

Khi thực hiện quá trình khuếch đại bù suy hao cho tín hiệu quang WDM, lý tưởng công suất vào ở mỗi kênh ở phía phát giống nhau thì ở phía thu nhận được công suất có giá trị bằng nhau ở các bước sóng Dựa vào công thức (2.), (2.) và (2.) ta thấy

độ lợi mỗi kênh đều phụ thuộc vào mỗi bước sóng, nên độ lợi của các bước sóng khác nhau sẽ có giá trị khác nhau sau khi qua bộ khuếch đại, dẫn đến công suất ngõ ra trên từng kênh khác nhau, tạo ra sự chênh lệch giữa kênh có công suất lớn và kênh có công suất nhỏ, chúng ta có thể quan sát sự chênh lệch đó dựa vào phổ công suất ngõ ra Cứ qua mỗi bộ EDFA thì tín hiệu được khuếch đại lên nhưng sự chênh lệch công suất cũng ngày càng lớn và rõ rệt hơn, điều này dẫn đến hệ quả là tín hiệu qua nhiều bộ khuếch đại sẽ có 1 số kênh biến đổi tăng vọt khiến đầu thu không đáp ứng được, cũng

có một số kênh trở nên quá yếu và không thể khôi phục được, dẫn đến hiện tượng tín hiệu trên kênh bị mất

Hình 3: Tín hiệu không được tối ưu

Như ta đã biết, chất lượng của một kênh truyền được đánh giá dựa vào thông số Ber (tỉ lệ bit lỗi trên bit truyền) hoặc Q (hệ số phẩm chất) của kênh truyền đó và hệ thống đạt chất lượng khi Q=6 hoặc

-9

Ber =10

Tuy nhiên để đánh giá chính xác chất lượng của cả một hệ thống điển hình là WDM thì ta phải dựa vào kênh truyền xấu nhất hay nói cách khác đó là kênh có Ber cao nhất hoặc Q thấp nhất trong hệ thống

Từ những lập luận logic trên ta có thể hiểu: sự chênh lệch công suất ngõ ra càng lớn thì chất lượng hệ thống sẽ càng giảm, muốn cải thiện hệ thống ta cần phải cân bằng phổ tín hiệu

Hệ thống EDFA-WDM sử dụng các kênh trong khoảng bước sóng

1546nm-1558nm, ở vùng bước sóng này độ lợi của các kênh có tính phẳng hơn các vùng khác

và đây cũng là vùng bước sóng chịu ảnh hưởng tán sắc và suy hao nhất Đây là sự kết

hợp mầu nhiệm giữa khoa học và tự nhiên

Hình 3: Suy hao và tán sắc theo bước sóng 3.2 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG PHỔ

3.2.1 Phương pháp tiền cân bằng (PE)Dựa vào độ lợi và phổ công suất ngõ ra sau bộ khuếch đại của từng kênh, ta thiết lập công suất ngõ vào cho từng kênh sao cho khi qua bộ khuếch đại EDFA tín hiệu được khuếch đại sẽ có phổ phẳng

Hình 3: Phương pháp tiền cân bằng

Khi thông tin công suất lối ra tại node đích được phản hồi về node nguồn bằng các phương pháp truyền tải (quang, vô tuyến…), thì một cơ chế điều chỉnh tại node

nguồn sẽ điều chỉnh lại công suất lối vào cho từng kênh để đạt được phổ khuếch đại tối ưu tại node đích.

3.2.2 Phương pháp tối ưu chiều dài và công suất nguồn bơm (OLP)Đây là phương pháp hiện nay đang được các nhà khoa học chuyên nghiên cứu về lĩnh vực truyền dẫn thông tin quang trên thế giới đánh giá là một phương pháp hứa hẹn Theo công thức (2.) độ lợi cũng phụ thuộc vào Chiều dài sợi pha trộn EDF và công suất nguồn bơm Ý tưởng của phương pháp này là tối ưu hóa chiều dài và công suất nguồn bơm của bộ khuếch đại EDFA với công suất phát ban đầu của hệ thống WDM nhỏ và bằng nhau trên từng kênh để đạt được công suất ngõ ra như mong muốn

Hình 3: Phương pháp tối ưu bộ EDFA

Yêu cầu đặt ra cho bộ khuếch đại EDFA-WDM là: Tỉ số giữa Độ lợi lớn nhất và

Độ lợi nhỏ nhất phải nhỏ hơn 0.5dB, để phổ công suất ngõ ra gần như ngang bằng

nhau

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG

4.1 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MÔ PHỎNG

Trước khi bắt đầu vào nội dung chính, ta giới thiệu sơ nét về phần mềm Optisystem Phần mềm dễ sử dụng, giao diện đơn giản, khả năng hiển thị trực quang,

có khả năng thiết kế mô phỏng lại các tuyến thông tin quang trong thực tế, ngoài ra người dùng cũng có thể tự thiết kế tạo ra những mô hình mới phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu Bản mới nhất của phần mềm này là Optisystem 13.0

4.1.1 Giới thiệu về các khối cơ bản trong Optisystem

Hình 4: Thông số Global

Thông số toàn hệ thống (Global) là những thông số về tốc độ bit, tốc độ lấy mẫu, chiều dài chuỗi kí tự (Hình 4 ) và những thông số này được áp dụng cho tất cả những

mô phỏng trong đề tài

Khối WDM có bước sóng trải dài từ (1546nm-1558nm), khoảng cách kênh 0.8nm, công suất phát cố định cho từng kênh là -26dBm, sử dụng xung NRZ và tốc độ bit bằng tốc độ của mô hình (Global) Sử dụng bộ Mux Ideal (ghép kênh lý tưởng)

Hình 4: Khối WDM

Khối khôi phục các kênh tín hiệu và khảo sát chất lượng hệ thống gồm: bộ lọc tín hiệu quang (BOF), bộ chuyển đổi tín hiệu O/E, bộ lọc tín hiệu điện (LPBF), bộ khôi phục tín hiệu (3 Regenerator) và bộ khảo sát Ber (Ber Analyzer)