Nghiên cứu bộ khuyếch đại raman trong hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LÊ THỊ CẨM HÀ NGHIÊN CỨU BỘ KHUYẾCH ĐẠI RAMAN TRONG HỆ THỐNG THỐNG THÔNG TIN QUANG GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chuyên ngành : Điện tử viễn thông NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : NGUYỄN CHẤN HÙNG Hà Nội 2007 Mục lục Bảng thuật ngữ viết tắt Danh mục hình vẽ Danh mục bảng Lời nói đầu Ch−¬ng 1: Tổng quan hệ thống thông tin quang Ghép kênh theo b−íc sãng Wdm .10 1.1 CÊu tróc tỉng qu¸t cđa hƯ thèng th«ng tin quang 10 1.2 Công nghệ ghép kênh theo bớc sóng WDM 12 1.2.1 Nguyªn lý ghÐp kªnh quang theo b−íc sãng 13 1.2.2 Các tham số bé ghÐp, gi¶i ghÐp 15 1.3 Các thành phần hệ thống WDM 18 1.3.1 Bé ph¸t quang 18 1.3.2 Bé thu quang 19 1.3.3 Bé ghÐp xen rÏ kªnh quang OADM 20 1.3.4 Bé ®Êu chÐo quang OXC 23 1.3.4 Bộ khuếch đại 26 1.3.5 Sỵi quang 30 1.4 Ưu nhợc điểm công nghệ WDM 32 Ch−¬ng 2: ảnh hởng tán sắc Các hiệu ứng phi tuyÕn hÖ thèng WDM 34 2.1 ¶nh h−ëng tán sắc 34 2.2 ảnh hởng hiệu øng phi tuyÕn 37 2.2.1 HiƯu øng tù ®iỊu chÕ pha (SPM) 38 2.2.2 HiÖu øng ®iÒu chÕ pha chÐo (XPM) 41 2.2.3 HiƯu øng trén b−íc sãng (FWM) 43 2.2.4 HiÖu øng Raman (SRS) 44 2.2.5 HiÖu øng Brillouin (SBS) 50 2.2.6 C¸c giải pháp hạn chế hiệu ứng phi tuyến .50 Chơng 3: khuếch đại raman 53 3.1 Giíi thiƯu chung 53 3.2.1 Nguyên lý khuếch đại Raman 56 3.2.2 Các u điểm khuếch đại Raman 59 3.3 Các phơng trình truyền tín hiệu nguồn bơm 61 3.3.1 Phổ khuếch đại Raman .63 3.3.2 Khuếch đại Raman nguån b¬m .64 3.3.3 Khuếch đại Raman nhiều nguồn bơm 67 C¸c yÕu tè ảnh hởng tới chất lợng khuếch đại Raman 70 3.4.1 Tán xạ Raman tự phát 70 3.4.2 Tán xạ Rayleigh .73 3.4.3 Tạp âm từ nguồn bơm 73 3.4.4 ảnh hởng tán xạ mốt phân cực 73 Ch−¬ng 4: Ph−¬ng pháp thiết kế tuyến dùng toàn khuếch đại Raman 75 4.1 Gíi thiƯu chung .75 4.2 Bài toán thiết kế dùng toàn khuếch đại Raman .77 4.2.1 Mét sè vÊn đề cần quan tâm tính toán thiết kế hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bớc sóng 77 4.2.2 Quy tr×nh thiÕt kÕ hƯ thèng 79 4.2.3 Lựa chọn phơng án khuếch ®¹i quang 79 4.2.4 Lựa chọn phát quang, thu quang sợi quang 80 4.3 KiÓm tra cù ly chặng khuếch đại 81 4.4 Lựa chọn phơng án tính toán bù tán sắc 82 4.5 Tính toán suy hao bù công suất hÖ thèng 85 4.5.1 Suy hao chặng khuếch đại 85 4.5.2 Các suy hao khác vßng .87 4.5.3 Tính toán bù công suất hiệu ứng phi tuyÕn .87 4.5.4 TÝnh to¸n dù phòng thiết bị 88 4.6 Tính toán thông số khuếch đại phát tiền khuếch đại .89 4.7 Phơng pháp tối u khuếch đại Raman phân bè 91 4.7.1 Quy tr×nh thùc hiÖn 92 4.7.2 Lựa chọn dải bớc sóng bơm 93 4.7.3 Xác định số nguồn bơm lựa chọn dải công suất bơm 93 4.7.4 Lựa chọn bớc sóng công suất nguồn bơm .94 4.7.5 Tính toán hệ số khuếch đại Raman 95 4.7.6 TÝnh toán khuếch đại G kênh 96 4.7.7 Tính toán độ kểm tra độ phẳng khuếch đại .98 4.8 Thiết kế vòng khuếch đại LRA .98 4.9 TÝnh to¸n BER thông số đánh giá hiệu hệ thèng: .100 KÕt luËn .103 Tài liệu tham khảo 106 Tóm tắt luận văn 108 Bảng thuật ngữ viết tắt ASE Amplicated Spontaneous Emission Sự phát xạ tự phát đợc khuếch đại BER Bit Error Ratio Tỷ số lỗi bít CW Continuos Wave Sóng liên tục DCF Dispersion Compansate Fiber Sợi bù tán sắc DCU Dispersion Compansate Unit Bộ bù tán sắc DGE Dynamic Gain Equalizer Bộ cân khuếch đại ®éng DPSK DRA DWDM Differential Phase Shift Keying modulation Distributed Raman Amplication Dense Wavelength Division Multiplexing Điều chế khóa dịch pha vi sai Khuếch đại Raman phân bố Ghép kênh b−íc sãng mËt ®é cao EDFA Erbium Dopted Fiber Amplification Khếch đại trộn Erbium FC Frequency Chirping Dịch tần FEC Forward Error Correction Sửa lỗi trớc FWM Four Wave Mixing Trộn bốn sóng GVD Group Velocity Dispersion Tán sắc vận tèc nhãm GFF Gain Flat Filter Bé läc ph¼ng khuÕch đại ITU International Telecommunication Union Hiệp hội viễn thông quốc tÕ LD Laser Diode Diode laser LED Light Emitting Diode Diode phát xạ ánh sáng LRA Lumped Raman Amplication Khuếch ®¹i Raman rêi r¹c PDL Polarization Dependent Losses Suy hao phụ thuộc phân cực PMD Polarization Mode Dispersion Tán xạ Mode ph©n cùc PS Polarization Scrambler Bé trén ph©n cùc RZ Return to Zero format Dạng mà trở không SBS Stimulated Brillouin Scattering Tán xạ Brillouin kích thích SMF Single Mode Fiber Sợi đơm mode SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu tạp âm SOP State of polarization Trạng thái phân cực SPM Shelf Phase Modulation Điều chế tự dịch pha SRS Stimulated Raman Scattering Tán xạ Raman kích thích WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo bớc sóng XPM Cross Phase Modulation Điều chế pha chéo Danh mục hình vẽ Hình 1.1 Mô hình hệ thống thông tin quang Trang 10 Hình 1.2 Nguyên lý ghép kênh theo b−íc sãng 13 H×nh 1.3 HƯ thèng ghÐp b−íc sãng theo mét h−íng theo hai hớng 14 Hình 1.4 Ghép xen rÏ kªnh quang 21 H×nh 1.5 OADM sư dơng BPF 21 Hình 1.6 Bộ OADM sử dụng cách tử sợi xoay vòng 22 Hình 1.7 Cấu hình OADM sử dụng AWG 16 kênh 23 Hình 1.8 Sơ đồ mạch cña bé OXC 24 Hình 1.9 OXCR OXCT 25 Hình 1.10 Cơ chế xạ ba mức møc 26 H×nh 1.11 Cấu trúc khuếch đại quang sợi EDFA 27 Hình 2.1 Hiện tợng tán sắc sợi quang 34 H×nh 2.2 Sù phơ thc cđa FWM vào D sợi quang 43 Hình 2.3 Sự tơng tác photon phonon quang 45 H×nh 2.4 Hiện tợng Raman nghiêng 46 Hình 2.5 Phổ khuếch đại Raman Silic bớc sóng bơm p = 1àm 47 H×nh 3.1 Phỉ trun dÉn cđa DWDM kênh phổ thu đợc sau bị ảnh h−ëng bëi SRS 55 H×nh 3.2 CÊu h×nh cđa khuếch đại Raman 56 Hình 3.3 Phổ lúc truyền thu đợc hệ thống dùng khuếch đại Raman 56 Hình 3.4 Quá trình lợng tử tợng tán xạ Raman 57 Hình 3.5 Phổ khuếch đại Raman ba loại sợi quang 57 Hình 3.6 Mô hình hệ thống truyền dẫn quang có sử dụng khuếch đại Raman 58 Hình 3.7 Hệ thống khuếch đại Raman phân tán hệ thống tơng đơng chặng khuếch đại khuếch đại rời rạc 60 Hình 3.8 Sơ đồ khuếch đại Raman dựa sợi quang theo cấu hình bơm thuận 62 Hình 3.9 Phân bố khuếch đại Raman tổng từ nguồn bơm với công suất bớc sóng bơm khác 68 H×nh 4.1 CÊu tróc cđa hƯ thèng WDM dung l−ỵng lín, cù ly xa sư dụng toàn khuếch đại Raman 76 H×nh 4.2 Quy tr×nh thiÕt kÕ 79 Danh mục bảng Bảng 4.1 Số liệu bù công suất hiệu ứng phi tuyÕn 87 B¶ng 4.2 Danh mục dự phòng công suất quang 88 Lời nói đầu Thông tin liên lạc đóng vai trò quan trọng phát triển đời sống xà hội ngày Xà hội phát triển nhu cầu trao đổi sử dụng dịch vụ thông tin ngày cao mà ngày có nhiều hệ thống thông tin với nhiều hình thức đa dạng khác hệ thống ngày đợc nâng cấp cải tiến quy mô, chất lợng nh công nghệ Từ đời hệ thống truyền dẫn sử dụng cáp quang đà tỏ phơng thức truyền dẫn u việt đợc sử dụng phổ biến giới đặc biệt đợc sử dụng hầu hết tuyến trung kế, vợt biển xuyên lục địa Ngày với việc sử dụng công nghệ ghép kênh quang theo bớc sóng kết hợp với khuếch đại quang thay trạm lặp điện 3R đà góp phần nâng cao dung lợng, tốc độ cự ly truyền dẫn đáng kể Rõ ràng có mặt khuếch đại quang tuyến cã mét ý nghÜa hÕt søc quan träng kĨ c¶ vỊ tÝnh kü tht cịng nh− tÝnh kinh tÕ Trong năm vừa qua ngời ta sử dụng khuếch đại quang sợi EDFA tuyến thông tin quang WDM nh điều tất yếu lợi ích mà đem lại.Tuy nhiên việc sử dụng EDFA hệ thống thông tin quang WDM để truyền dẫn đặc biệt với cự ly xa, dung lợng lớn với mật độ ghép cao đà nảy sinh nhiều vấn đề cần quan tâm đặc biệt phổ khuếch đại EDFA không đồng bớc sóng Thêm vào với thơng mại hóa Laser công suất lớn làm cho việc chế tạo khuếch đại dựa hiệu ứng phi tuyến đặc biệt khuếch đại Raman trở thành thực hớng ®i míi cho viƯc thiÕt kÕ c¸c tun trun dÉn quang cự ly dài, dung lợng lớn u điểm so với EDFA Từ khoảng đầu năm 2000 khuếch đại Raman đợc thơng mại hóa từ năm 2003 khuếch đại Raman đợc sử dụng rộng rÃi tuyến đờng dài thÕ giíi víi cù ly hµng ngµn km cho chÊt lợng thông tin tốt Vì việc tìm hiểu, nghiên cứu khuếch đại Raman hệ thống WDM vấn đề cần đợc quan tâm Sau thời gian nghiên cứu tài liệu, luận văn em với đề tài Nghiên cứu khuếch đại Raman hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bớc sóng WDM đợc chia làm chơng: Chơng 1: Tổng quan hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bớc sóng Chơng 2: ảnh hởng tán sắc hiệu ứng phi tuyến hệ thống WDM Chơng 3: Khuếch đại Raman Chơng 4: Phơng pháp thiết kế hệ thống thông tin quang WDM sử dụng khuếch đại Raman Do trình độ thời gian nhiều hạn chế, nên luận văn chắn không tránh đợc thiếu sót, em mong đợc góp ý thông cảm thầy cô bạn đọc Em xin chân thành cảm ơn hớng dẫn, động viên, giúp đỡ nhiệt tình thầy giáo Nguyễn Chấn Hùng nh tất thầy cô, bạn bè đà tạo điều kiện cho em suốt thời gian học tập hoàn thành luận văn Hà Nội, ngày 25 tháng 10 năm 2007 Học viên Lê Thị Cẩm Hà Chơng 4: Phơng pháp thiết kế tuyến dùng toàn khuếch đại Raman độ phẳng khuếch đại cho dải bớc sóng làm việc Theo kết thực nghiệm hệ thống đà công bố phòng thí nghiệm nh kết tính toán số nguồn bơm đảm bảo độ phẳng khuếch đại (< 1dB) nh lựa chọn đợc bớc sóng công suất bơm phù hợp Sau lựa chọn đợc số nguồn bơm, ta cần xác định dải bớc sóng bơm phù hợp Theo kết qủa thực nghiệm đà công bố kết tính toán phần báo cáo cho thấy, hệ thống có cự ly chặng < 120km, tức hệ số khuếch đại (G) < 24dB công suất bơm khoảng 0,1W tới 0,4W phù hợp Do đó, với toán thiết kế hệ thống chúng Do đó, với toán thiết kế hệ thống lựa chọn tổ hợp công suất nguồn bơm để đa vào tính toán hệ số khuếch đại (Gk) kênh 4.7.4 Lựa chọn bớc sóng công suất nguồn bơm Sau đà lựa chọn đợc dải bớc sóng bơm, số nguồn bơm dải công suất bơm bớc trên.Cần thực việc lựa chọn tổ hợp bớc sóng công suất bơm dải vừa tính theo cách sau: Lựa chọn bớc sóng bơm: chia dải bớc sóng bơm, (p-min - p-max) thành nhiều thành phần nhau, phần P Sau lựa chọn M bớc sóng bơm nh công thức 4.20 dới P1 = λ P − ⎪λ = λ P tb + n.∆λ P ⎪ P2 ⎪⎪λ P = λ P 3tb + m.∆λ P ⎨ ⎪λ P ( M −1) = λ P ( M −1)tb + k ∆λ P ⎪M ⎪ ⎪⎩λ PM = λ P max (4.20) Để đảm bảo việc tìm việc tìm tổ hợp bớc sóng phù hợp độ phẳng khuếch đại với thời gian không lớn không nên chia P nhỏ mà thờng chọn số P 15 để phù hợp với cách lựa chọn bớc sóng bơm Việc lựa chọn thờng sử dụng chơng trình máy tính cách cho giá trị n, m k chạy lần lợt từ - Với tổ hợp bớc sóng bơm bớc 94 Chơng 4: Phơng pháp thiết kế tuyến dùng toàn khuếch đại Raman sóng đa vào công thức để tính toán hệ số khuếch đại Raman (gR) tính toán độ khuếch đại (GK) kênh Lựa chọn công suất bơm: tong tù nh− viƯc lùa chän b−íc sãng b¬m, thiÕt kế khuếch đại DRA nhiều nguồn bơm cần chia dải công suất bơm thành p sau lựa chọn công suất bơm nh sau dựa vào dải công suất bơm (Ppmin - Pp-max): PP1 = PP − + i.∆p ⎪P = P P − + j.∆p ⎪ P2 ⎪⎪ PP = PP − + k ∆p ⎨ ⎪M ⎪ PP ( M −1) = PP − + l.∆p ⎪ ⎩⎪ PPM = PP − + m.∆p (4.21) Víi i, j, l, k vµ m = 0, 1, 2, 3, đảm bảo công suất bơm nhỏ công suất bơm cực đại Với giá trị i, j, k m xác định đợc tổ hợp nguồn bơm đa vào công thức tính toán khuếch đại kênh (GK) 4.7.5 Tính toán hệ số khuếch đại Raman Hệ số khuếch đại Raman thông số quan trọng dặc trng cho khuếch đại Raman phụ thuộc vào chênh lệch tần só bơm tần số kênh tín hiệu Theo lý thuyết khuếch đại Raman, hệ số khuếch đại Raman sợi quang đợc tính nh công thức dới [7] g R (v) = σ (v) λS c h.n(v) (4.22) Trong ®ã: - g R (v) : hệ số khuếch đại Raman tần số bơm - (v) : tiết diện Raman Kelvin (đợc tính tỷ số công suất xạ ánh sáng bớc sóng tín hiệu công suất bơm t¹i T = 00K) - λ S : b−íc sãng tín hiệu 95 Chơng 4: Phơng pháp thiết kế tuyến dùng toàn khuếch đại Raman - c: bớc sóng ánh s¸ng c = 3.108m/s - h: h»ng sè Planck3 - n(v) : chiết suất sợi quang tần số bơm Tuy nhiên, công thức công thức lý thuyết tơng đối khó áp dụng Theo kết thực nghiệm, công thức tính hệ số khuếch đại Raman sợi quang SiO2 có phổ khuếch đại Raman nh− sau: g R ( ∆v ) = 0,155.16π n ⎛ 1 ⎜⎜ + 3.λ p t2 ⎝ t1 ⎞⎛ ω ⎟.⎜ ⎟ ⎜ (k − ω )2 + (2ω t )2 ⎠⎝ ⎞ ⎟ (4.23) ⎟ ⎠ Trong ®ã: - g R (∆v) : hệ số khuếch đại Raman độ lệch tần số ∆v - n2 =2,67.10-20 - t1= 12,2.10-15 (s) - t2= 32.10-15(s) - : độ lệch tần số góc ( = ωp- ωs, ω = 2πf) - K= t1 + t2 Nh ứng với cặp bớc sóng bơm bớc sóng kênh tín hiệu ta tính đợc hệ số khuếch đại Raman làm sở để tính toán khuếch đại G kênh 4.7.6 Tính toán khuếch đại G kênh Theo công thức 3.12 việc tính khuếch đại G kênh trờng hợp m bớc sóng bơm n kênh tín hiệu, ta tính toán G cụ thể nh sau: Trong công thức tổng quát ta thấy công suất tín hiệu kênh liên quan tới tơng tác: nguồn bơm - nguồn bơm; nguồn bơm - kênh tín hiệu; tín hiệu - tÝn hiÖu Trong thùc tÕ, th−êng chØ xÐt hÖ số khuếch đại Raman tơng tác đầu Còn tơng tác kênh tín hiệu theo hiệu ứng tán xạ Raman kích thích 96 Chơng 4: Phơng pháp thiết kế tuyến dùng toàn khuếch đại Raman nhỏ công suất kênh tín hiệu thấp không đủ để xảy tợng tán xạ Raman bỏ qua Nh vậy, công thức 3.12 đợc viết lại nh sau truờng hợp bơm ngợc G( z) = ⎡ ⎛ M +N z ⎞⎤ Pi ( z ) = exp ⎢ µα i ( L − z ) ± ⎜⎜ ∑ g ij ∫ Pj (ξ ).dξ ⎟⎟⎥ Pi (0) ⎝ j =1 ⎠⎦⎥ ⎣⎢ (4.24) Và trờng hợp sử dụng nguồn bơm khuếch đại Raman kênh (Gk) đợc tính theo c«ng thøc sau: [Gk = exp( g1k I + g k I + g 3k I + g k I + g k I ] (4.25) Trong đó: - GK: khuếch đại kênh thứ k - g1k, g2k, g3k , g4k, g5k: lần lợt hệ số khuếch đại Raman nguồn bơm thứ 1,2,3,4 tác động lên kênh thứ k - I1, I2, I3, I4, I5 đợc tÝnh t−¬ng øng nh− sau: L I1 = ∫ P1 ( z )dz = L I = ∫ P2 ( z )dz = L I = ∫ P3 ( z )dz = L I = ∫ P4 ( z )dz = L I = ∫ P5 ( z )dz = P1 (0) αp [− exp(− α L )] p P2 (0) [exp( g P3 (0) [exp( g P4 (0) [exp( g αp αp αp 12 13 ] I1 ) − exp(− α p L + g12 I1 ) ] I1 + g 23 I ) − exp(− α p L + g13 I1 + g 23 I ) 14 (4.26) ] I1 + g 24 I + g 34 I ) − exp(− α p L + g14 I1 + g 24 I + g 34 I ) ⎤ P5 (0) ⎡exp( g15 I + g 25 I + g 35 I + g 45 I ) ⎢− exp(− α L + g I + g I + g I + g I )⎥ αp ⎣ p 15 25 35 45 Trong đó: 97 Chơng 4: Phơng pháp thiết kế tuyến dùng toàn khuếch đại Raman - Pk (z ) : công suất nguồn b¬m thø k = 1, …, theo trơc z đợc tính theo công thức 3.15 - g ij : hệ số khuếch đại Raman nguồn bơm thứ i (1, …, 5) tíi kªnh thø j - α p : hệ số suy hao sợi quang bớc sóng bơm (km-1) 4.7.7 Tính toán độ kểm tra độ phẳng khuếch đại Đối với tổ hợp m bớc sóng m công suất bơm, qua bớc tính đợc hệ số tính đợc hệ số khuếch đại Raman (gr) khuếch đại kênh (Gk) bơc tiến hành tính độ phẳng khuếch đại kiểm tra điều kiện độ phẳng khuếch đại nh sau Để xác định độ phẳng khuếch đại, cần tính toán khuếch đại cực tiểu (GK-min) khuếch đại cực đại (GK-Max) số GK (k = 1, 2, …, n) Sau ®ã kiĨm tra ®iỊu kiƯn ∆G ≤ 1dB nh− ®iỊu kiƯn sau: GK-min [dB] ≥ GSP [dB] -0.5 vµ GK-Max [dB] ≤ GSP [dB] +0.5 Nếu điều kiện thoả mản, tức tổ hợp bớc sóng công suất m nguồn bơm đợc lựa chọn đà thoả mản điều kiện giá trị khuếch đại cho chặng độ phẳng khuếch đại < 1dB theo yêu cầu Sau đó, giá trị GK cúa kênh đợc sử dụng làm sở để tính toán tỷ số lỗi bít hệ thống đầu thu 4.8 Thiết kế vòng khuếch đại LRA Sau đà tính toán đầy đủ thành phần gây suy hao tuyến, tính toán hệ số khuếch đại khuếch đại phát, khuếch đại DRA tiền khuếch đại phía thu cần thiết kế vòng loop LRA sử dụng vòng để bù lại suy hao vòng Tiêu chí phân chia vòng đảm bảo suy hao lại vòng không lớn đủ để sử dụng LRA để bù đảm bảo vòng sử dụng trộn phân cực (PS) cân động (DGE) để đảm bảo chất lợng 98 Chơng 4: Phơng pháp thiết kế tuyến dùng toàn khuếch đại Raman kênh Trong thực tế chọn vòng có cự ly tơng đơng khoảng chặng phù hợp Nguyên tắc tính toán, thiết kế khuếch đại Raman rời rạc vòng đảm bảo hệ số khuếch đại bù hết suy hao lại vòng đảm bảo công suất thu quang mức phù hợp với độ nhạy thu hệ thống Cụ thĨ tÝnh to¸n theo c¸c b−íc sau: TÝnh tỉng suy hao lại vòng bao gồm suy hao lại chặng khuếch đại sau đà bù DRA, suy hao thành phần bổ sung vòng (PS DGE) phân bổ bù công suất vòng Lvong = 8.( Lsp − G sp ) + Lloop + PNL N loop (4.27) Trong đó: - Lvong : Suy hao tổng lại vòng - Lsp : Suy hao chặng - Gsp : Hệ số khuếch đại trung bình chặng - Lloop : Suy hao thành phần khác vòng - PNL : Bù công suất hiệu ứng phi tuyến toàn hệ thống - N loop : Số vòng tuyến Căn vào mức suy hao xác định hệ số khuếch đại LRA nh sau: G LRA = Lvong P − Po ⎛ ⎜ Pch− max − S −⎜ ⎜ N loop ⎜ ⎝ ⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ (4.28) Trong ®ã: - GLRA : Hệ số khuếch đại LRA vòng 99 Chơng 4: Phơng pháp thiết kế tuyến dùng toàn khuếch đại Raman - Lloop : Suy hao lại vòng - PS Po : Công suất thể độ nhạy thu ngỡng tải mạch thu - N loop : Số vòng tuyến Lựa chọn LRA có giá trị G phù hợp sử dụng vòng 4.9 Tính toán BER thông số đánh giá hiệu hƯ thèng: Nh− chóng ta biÕt viƯc tÝnh to¸n tû số lỗi bít phụ thuộc vào hệ số chất lợng Q hệ thống Hệ số tơng ứng phụ thuộc vào giá trị dòng quang đầu thu loại tạp âm tác động tới hệ thống theo c«ng thøc sau: BER = Víi Q= ⎛ Q ⎞ erfc⎜ ⎟= ⎝ 2⎠ I1 − I σ1 − σ ⎛ ⎞ exp⎜ − Q ⎟⎠ ⎝ ∗ Q 2π (4.29) (4.30) Trong đó: - erfc : Hàm lỗi bù - I , I1 : Dòng đầu diode tách quang tơng ứng với trờng hợp bit 0, bít I = Rd ∗ Prec (4.31) I = − I ( DPSK ) - σ , : Tổng loại tạp âm tơng ứng với bít bít , đợc tính cụ thể nh sau (với trờng hợp hệ thống bị ảnh hởng tạp âm lợng tử, tạp âm nhiệt tạp ©m ASE) σ1 = σ s2 + σ T + σ b2 (4.32) σ = σT + b2 100 Chơng 4: Phơng pháp thiết kế tuyến dùng toàn khuếch đại Raman - s , T : Công suất trung bình tạp âm lợng tử tạp âm nhiệt băng tần hệ thống, đợc tính nh sau: s = 2qRd Prec ∆f σT = k B T ∆f RL (4.33) σ b = N sp Rd2 G sp Prec S ase ∆f Trong ®ã: - q : C−êng ®é ®iƯn tÝch - Rd : Hệ số đáp ứng diode thu - RL : Điện trở tải mạch thu - Prec : Công suất quang đầu thu - f : Băng tần ®iƯn cđa bé thu - Gsp : Khch ®¹i cđa chặng theo kênh - k B : Hằng số Boltzman - T : NhiƯt ®é Kenvin (th−êng lÊy 3000K) - N sp : Số chặng khuếch đại - S ase : Mật độ phổ công suất tạp âm ASE L m ⎡ ⎛ − exp(−α p L ⎞⎤ ⎟⎥dz S ase ( L) = ∑ n sp hvC Ri Ppi (0) ∫ exp ⎢− (α s + α p ) z + C Ri Ppi (0)⎜ ⎜ ⎟⎥ α i =1 ⎢⎣ p ⎝ ⎠⎦ (4.34) Trong đó: - nsp : Hệ số phát xạ tự phát (1.5) - C Ri : Hệ số khuếch đại Raman ( C Ri = g R (∆v) / Aeff ) 101 Chơng 4: Phơng pháp thiết kế tuyến dùng toàn khuếch đại Raman - s , p : Hệ số suy hao sợi bớc sóng tín hiệu bớc sóng bơm - Ppi (0) : Công suất nguồn bơm thứ I khuếch đại - L: Cự ly chặng khuếch đại Đối với toán thiết kế cụ thể, sau thay số vào công thức trên, tính đợc BER Q cho kênh Đối với hệ thống thông tin quang dung lợng lớn, cự ly xa thờng dùng kỹ thuật sửa lỗi FEC để nâng cao chất lợng truyền dẫn.Ví dụ sử dụng FEC với độ d 7% tơng ứng với Q>8.5dB (giới hạn FEC) đạt BER