Nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu ứng điều chế pha chéo liên hệ thống wdm

TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ===== ===== đồ án tốt nghiệp đại học Đề tài: nghiên cứu ảnh h-ởng hiệu ứng điều chế pha chÐo lªn hƯ thèng wdm N Sn v nt n d n : ThS Phạm mạnh toàn c n : trần võ hiếu L p : 49K - ĐTVT Mó số s n v n : 0851080329 NGHỆ AN - 01/2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH CỘNG HÕA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Trần Võ Hiếu Số hiệu sinh viên: 0851080329 Ngành: Điện tử - Viễn thơng Khố: 49 Đầu đề đồ án: Các số liệu liệu ban đầu: Nội dung phần thuyết minh tính tốn: Các vẽ, đồ thị (ghi rõ loại kích thƣớc vẽ): Họ tên giảng viên hướng dẫn: ThS Phạm Mạnh Toàn Ngày giao nhiệm vụ đồ án: / /20 Ngày hoàn thành đồ án: / /20 TRƯỞNG BỘ MÔN Ngày tháng năm 2013 NGƯỜI HƯỚNG DẪN Sinh viên hoàn thành nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm 2013 CÁN BỘ PHẢN BIỆN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH - BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Trần Võ Hiếu Số hiệu sinh viên: 0851080329 Ngành: Điện tử - Viễn thơng Khố: 49 Giảng viên hướng dẫn: ThS Phạm Mạnh Toàn Cán phản biện: Nội dung thiết kế tốt nghiệp: Nhận xét cán phản biện: Ngày tháng năm Cán phản biện (Ký, ghi rõ họ tên) MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU i TÓM TẮT ĐỒ ÁN iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN WDM 1.1 Giới thiệu chương .1 1.2 Nguyên lý WDM 1.2.1 Khái niệm 1.2.2 Sơ đồ tổng quát hệ thống WDM .2 1.2.3 WDM DWDM .3 1.3 Các thành phần hệ thống WDM 1.3.1 Bộ phát quang 1.3.2 Bộ tách/ghép kênh quang 1.3.3 Bộ khuếch đại quang 10 1.3.4 Bộ thu quang 12 1.3.5 Sợi quang 13 1.4 Các tham số hệ thống truyền dẫn WDM 14 1.4.1 Các tham số tách ghép kênh .14 1.4.2 Các tham số sợi quang 19 1.4.3 Các tham số khuếch đại 26 1.5 Kết luận 28 CHƢƠNG II ĐIỀU CHẾ PHA CHÉO XPM 29 2.1 Giới thiệu chương 29 2.2 Tổng quan XPM 29 2.3 Một số tượng XPM gây .29 2.3.1 Ghép nối phi tuyến 29 2.3.2 Lưỡng chiết phi tuyến 36 2.3.3 Các hiệu ứng quang phổ thời gian 44 2.4 Quan hệ khoảng cách kênh tán sắc với XPM 51 2.4.1 Khoảng cách kênh 52 2.4.2 Tán sắc sợi quang 54 2.5 Kết luận 56 CHƢƠNG III ẢNH HƢỞNG CỦA XPM LÊN CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG WDM 57 3.1 Giới thiệu chương 57 3.2 Ảnh hưởng XPM lên chất lượng hệ thống WDM tổng quát 57 3.2.1 Giới hạn khoảng cách truyền dẫn 57 3.2.2 Méo cường độ XPM 63 3.2.3 Giảm hệ số phẩm chất Q 69 3.2.4 Xuyên kênh kênh có tốc độ bit khác XPM .72 3.2.5 Ảnh hưởng XPM lên hệ thống WDM quản lý tán sắc 75 3.3 Một số giải pháp khắc phục ảnh hưởng XPM hệ thống WDM 79 3.3.1 Dùng triệt XPM 79 3.3.2 Các sơ đồ bù tán sắc thích hợp .82 3.4 Kết luận 85 KẾT LUẬN 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 LỜI NĨI ĐẦU Trước nhu cầu thơng tin ngày tăng tính đa dạng chất lượng dịch vụ người dùng Mạng hệ sau NGN (Next Generation Network) xu hướng phát triển viễn thông giới Trong cấu trúc NGN, mạng truyền tải lưu lượng khâu quan trọng có nhiệm vụ truyền thông suốt lưu lượng lớn mạng, mạng truyền dẫn xem huyết mạch Mạng truyền tải quang với công nghệ ghép kênh quang WDM (Wavelength Division Multiplex) có ưu điểm vượt trội xem tảng cho mạng NGN Trên thực tế, công nghệ ghép kênh quang WDM đánh giá cơng nghệ chín muồi có nhiều tiến thiết kế mạng viễn thông Công nghệ WDM cung cấp cho mạng lưới dung lượng 20Gb/s, 40Gb/s, 80Gb/s, 240Gb/s… với nhiều kênh quang truyền đồng thời sợi, tốc độ kênh 2,5Gb/s, 10Gv/s… Để đáp ứng nhu cầu dung lượng ngày tăng nay, xu hướng hệ thống thông tin quang hướng tới tốc độ khoảng cách không lặp lớn hơn, tăng số lượng kênh bước sóng sợi quang Tuy nhiên tiến đến giới hạn lớn tốc độ số đặc tính mơi trường truyền dẫn trở nên quan trọng Hạn chế suy hao gây khơng cịn vấn đề với hệ thống truyền dẫn WDM với xuất khuếch đại EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) hiệu ứng phi tuyến môi trường sợi quang vấn đề lớn thách thức nhà thiết kế Trong đó, điều chế pha chéo XPM (Cross Phase Modulation) hiệu ứng phi tuyến có ảnh hưởng lớn đến chất lượng hệ thống WDM Đề tài “N n cứu ản ởn u ứn đ ều c ế p a c éo l n t ốn WDM” tập trung nghiên tìm hiểu hạn chế giải pháp khắc phục mà XPM gây hệ thống truyền dẫn WDM tổng quát, gồm chương: Chương I Tổng quan hệ thống truyền dẫn WDM Chương II Điều chế pha chéo XPM Chương III Ảnh hưởng XPM lên chất lượng hệ thống WDM Do hạn chế lực nên đồ án khơng tránh sai sót Em mong nhận ý kiến đóng góp q thầy, bạn để bổ sung hoàn thiện đồ án i Em xin trân trọng cảm ơn giảng viên hướng dẫn - Ths PHẠM MẠNH TOÀN, người tận tình bảo, bổ sung kiến thức cho em, giúp em hoàn thành tốt đồ án Trân trọng cảm ơn các thầy cô Khoa Điện Tử Viễn thông tạo điều kiện giúp đỡ trong suốt thời gian học tập hồn thành chương trình đào tạo Nghệ An, tháng 01 năm 2013 Sinh viên Trần Võ Hiếu ii TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án vào tìm hiểu tổng quan cơng nghệ WDM,trình bày nguyên lý hoạt động hệ thống WDM, tìm hiểu thành phần hệ thống WDM, tham số ảnh hưởng đến tuyến tryền dẫn sử dụng công nghệ WDM Đồ án nghiên cứu ảnh hưởng hiệu ứng XPM, nghiên cứu số tượng XPM hệ thống WDM Đồ án sâu nghiên cứu ảnh hưởng XPM lên hệ thống truyền dẫn WDM giới hạn khoảng cách truyền dẫn,gây méo cường độ, giảm hệ số phẩm chất gây tượng xuyên kênh Bên cạnh đồ án trình bày số giải pháp khắc phục ảnh hưởng XPM lên WDM dùng triệt tiêu XPM sử dụng sơ đồ bù tán sắc thích hợp ABSTRACT This thesis was studied an overview of WDM technology, presents the basic principle of operation of a WDM system, learn the basic components in WDM systems, the parameters affecting online tryenuse technology WDM Do project to study the effects of XPM effects, study a number of phenomena by XPM WDM system Do system project also studied in depth the effects of XPMWDM transmission system to limit the transmission distance, causing distortion intensity, reduce the quality factor and cause cross kenh The program also presents some solutions to overcome ofXPM effect on WDM as using and eliminating XPM using appropriate dispersion compensation scheme iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý ghép kênh theo bước sóng Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống WDM sử dụng hai sợi Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống WDM sử dụng sợi Hình 1.4: Tách kênh sử dụng lăng kính Hình 1.5: Tách /ghép bước sóng cách tử nhiễu xạ Hình 1.6: Bước sóng có tán sắc không, λ0 sườn tán sắc khơng, S0 20 Hình 1.7: Tán sắc thay đổi hàm theo bước sóng với vật liệu cho trước 21 Hình 2.1: Minh hoạ chắn Kerr 36 Hình 2.2: Tp thay đổi theo hàm góc phân cực đầu vào θ với đỉnh công suất khác 41 Hình 2.3: Mức truyền sợi lưỡng chiết có độ dài L=LB 43 Hình 2.4: Dạng xung phổ xung bơm dị, nét đứt vị trí xung đầu vào 48 Hình 2.5: Nén xung XPM vùng tán sắc thường 50 Hình 2.6: Kết nối sợi quang mạng LEANET dùng thí nghiệm (a) sơ đồ khối thí nghiệm (b) 52 Hình 2.7: Sự phụ thuộc méo XPM vào khoảng cách kênh 54 Hình 2.8: Sơ đồ khối thí nghiệm 55 Hình 3.1: Méo xung XPM 58 Hình 3.2: Sơ đồ thí nghiệm nghiên cứu XPM 58 Hình 3.3: XPM SPM với kênh điều chế 2,5 Gb/s, sợi DSF, có độ trễ ban đầu khác 59 Hình 3.4: Méo XPM cho kênh dò (a) sợi DSF, (b) sợi SSMF 59 Hình 3.5: Cơng suất giảm sau chặng thay đổi thay đổi số lượng chặng 61 Hình 3.6: Phổ kênh sau 12 chặng bù trước thí nghiệm (a) mơ (b) 62 Hình 3.7: Hệ số Q theo tán sắc dư 70 Hình 3.8: Sự phụ thuộc WM vào số lượng kênh 71 iv Hình 3.9: Xuyên kênh theo băng tần điện thu 73 Hình 3.10: Xuyên kênh theo băng tần điện thu 74 Hình 3.11: Xuyên kênh XPM phụ thuộc vào tán sắc 74 Hình 3.12: Hàm truyền đạt sợi SMF theo sơ đồ bù tán sắc khác 76 Hình 3.13: Méo XPM theo tỉ lệ bù tán sắc khác với sơ đồ bù trước 77 Hình 3.14: Méo XPM với tỉ lệ bù tán sắc khác với sơ đồ bù sau 77 Hình 3.15: Hai cấu hình bù tán sắc khác cho kết khác 78 Hình 3.16: Ảnh hưởng XPM thay đổi theo số chặng m 78 Hình 3.17: Ảnh hưởng tỉ lệ bù hệ thống năm chặng 78 Hình 3.18: Thí nghiệm với 10 kênh có khơng có XS 79 Hình 3.19: Suy giảm độ nhạy cho kênh 81 Hình 3.20: So sánh suy giảm có khơng có XS 81 Hình 3.21: Xuyên kênh thay đổi theo bù tán sắc 83 Hình 3.22: Hệ số mx tích luỹ sau chặng 84 Hình 3.23: Hệ số mx tăng theo khoảng cách 84 Hình 3.24: Dạng sóng sau chặng 85 v với điều hệ thống WDM lai ghép có tốc độ bit khác xen kẽ, chẳng hạn kênh 1, 3, có tốc độ bit cao kênh 2, 4, có tốc độ bit thấp Các mức xuyên kênh XPM kênh tốc độ cao kênh tốc độ thấp tương tự khơng cao mức xun kênh hệ thống có tốc độ bit thấp Tuy nhiên, khoảng cách kênh thấp, xuyên kênh XPM từ kênh đến kênh lớn xuyên kênh từ kênh có tốc độ bit thấp Tương tự hình 3.9, hình 3.10 biểu diễn mức xuyên kênh chuẩn hoá theo băng tần điện hệ thống dùng NZDSF năm chặng, 100km chặng Tán sắc sợi quang 2,9 ps/nm/km công suất quang đưa vào chặng 8,5 dBm Tại có khác biệt nhỏ mức xuyên kênh hệ thống 10 Gb/s hệ thống 40 Gb/s Nguyên nhân hệ thống có tán sắc tích luỹ cao hơn, hàm truyền đạt công suất XPM đạt đỉnh tần số thấp thành phần tần số cao bị suy hao mạnh Hình 3.11 biểu diễn xuyên kênh chuẩn hoá theo tán sắc sợi quang cho hệ thống hình 3.10 Các băng tần thu biết trường hợp xuyên kênh xấu xảy tán sắc thấp với tốc độ bit cao Đáng ý hệ thống 10 Gb/s, trường hợp xuyên kênh xấu xảy với D=2,5 ps/nm/km tán sắc tích luỹ tổng cộng hệ thống 1250 ps/nm, giống giới hạn tán sắc cho hệ thống 10 Gb/s không bù -10 Xuyên kênh chuyển hóa(dB) 40GHz -15 10GHz -20 -25 2.5GHz -30 -35 20 10 15 Băng tần điện thu(GHz) 25 Hình 3.9: Xuyên kênh theo băng tần điện thu 73 30 -5 Xuyên kênh chuyển hóa(dB) 40GHz 10GHz -10 -15 -20 2.5GHz -25 -30 20 10 15 Băng tần điện thu(GHz) 25 30 Hình 3.10: Xuyên kênh theo băng tần điện thu Cần phải rằng, để đơn giản hoá, hình 3.9 hình 3.10, cơng suất quang tín hiệu chọn lựa giống cho hệ thống có tốc độ bit khác nhau.Tuy nhiên, thực tế thường yêu cầu mức công suất cao hệ thống có tốc độ bit cao Việc tổng qt hố kết trường hợp có mức cơng suất quang tín hiệu khác đạt dùng phụ thuộc tuyến tính xuyên kênh XPM vào mức cơng suất đưa vào Hình 3.11: Xuyên kênh XPM phụ thuộc vào tán sắc Mặc dù xuyên kênh XPM thường coi nghiêm trọng sợi quang tán sắc thấp, hình 3.11 lại rõ ràng hệ thống không bù tán sắc, trước 74 giới hạn tán sắc hệ thống tán sắc cao tạo nhiều xuyên kênh Nói cách khác, hệ thống quang bù tán sắc, tán sắc nội cao giúp làm giảm điều chế pha XPM tán sắc hệ thống tích luỹ thấp làm giảm biến đổi nhiễu pha thành nhiễu cường độ 3.2.5 Ản ởn XPM l n t ốn WDM đ ợc quản lý tán sắc Với hệ thống quản lý tán sắc, XPM có ảnh hưởng định Tuy nhiên, XPM phụ thuộc nhiều vào tán sắc sợi quang nên với sơ đồ quản lý tán sắc khác nhau, ảnh hưởng XPM khác Có mơ hình nghiên cứu mặt lý thuyết [9] ảnh hưởng XPM đến chất lượng hệ thống WDM qua phân tích hàm truyền đạt lọc cường độ XPM gây Hàm truyền đạt sơ đồ quản lý tán sắc khác khác Từ nghiên cứu lý thuyết, số kết tính tốn, kiểm chứng lại lý thuyết mở hướng khắc phục ảnh hưởng XPM quản lý tán sắc thích hợp Mơ hình lý thuyết xem xét tia bơm mạnh tia dò tương đối yếu hệ thống gồm hai phần sợi quang có tán sắc khác D1 D2 với chiều dài tương ứng L1 L2 Tia dò CW cịn tia bơm tín hiệu quang điều chế có biên độ biến đổi chậm theo thời gian Công suất kênh bơm thay đổi Pp(z,t) biến đổi Fourier Pp(z,ω) Tính đến suy hao kênh bơm walk-off kênh bơm kênh dò, bỏ qua SPM tia bơm dao động cường độ kênh bơm kênh dò gây Các phép biến đổi dẫn đến kết công thức hàm truyền đạt lọc cuờng độ phụ thuộc vào tham số hệ số phi tuyến, suy hao, walk-off, tán sắc sợi quang, chiều dài sợi Công thức cho phép đánh giá ảnh hưởng XPM từ kênh lên kênh khác, mở thêm cách để tính ảnh hưởng XPM từ nhiều kênh tác động lên kênh cụ thể cách xếp chồng ảnh hưởng kênh riêng lẻ Cũng từ lý thuyết này, kết tính tốn đưa nhiều trường hợp đặc biệt để nghiên cứu ảnh hưởng quản lý tán sắc đến hiệu ứng XPM Các tham số chọn để tính tốn bước sóng dị 1550 nm khoảng cách kênh 0,4 nm, hệ số suy hao 0,2 dB/km, hệ số phi tuyến 1,31x10-3m2/W Dải tần hạn chế cịn 0-50 GHz tốc độ bit hệ thống 40 Gb/s Ta tham khảo kết để thấy trực quan ảnh hưởng XPM hệ thống quản lý tán sắc khác khác 75 Bộ lọc cường độ XPM gây 102 101 100 10-1 10-2 10-3 10-4 Bù trước Bù sau Bù thiếu 10-5 10-6 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Tần số (GHz) Hình 3.12: Hàm truyền đạt sợi SMF theo sơ đồ bù tán sắc khác Trong hình 3.12 hàm truyền đạt 80 km sợi SMF (D=16 ps/nm/km) khơng bù có bù (trước sau) Hàm truyền cho thấy đặc điểm lọc thông cao Hình 3.13 hình 3.14 hàm truyền đạt với tỉ lệ bù tán sắc khác hệ thống bù trước bù sau Hình 3.15 so sánh hai cấu hình tán sắc khác hệ thống bù tán sắc hoàn tồn 80 km sợi DSF có tán sắc -2 ps/nm/km bù hồn tồn sợi SMF có tán sắc 16 ps/nm/km; 80 km sợi SMF có tán sắc 16 ps/nm/km bù hồn tồn sợi DCF có tán sắc 96 ps/nm/km Có thể thấy tán sắc nội sợi SMF lớn mà ảnh hưởng XPM bị loại bỏ, SMF lựa chọn tối ưu hệ thống WDM tốc độ cao Trong hệ thống đa chặng, ảnh hưởng XPM tích luỹ điểm cuối hệ thống Hình 3.16 khẳng định điều Trong chặng, sợi SMF bù hoàn toàn sợi DCF suy hao bù khuếch đại quang Như thấy hình, ảnh hưởng XPM lớn số chặng tăng lên Trong hình 3.17, sơ đồ bù thiếu bù thừa nghiên cứu hệ thống WDM năm chặng Có thể thấy rằng, trái ngược với hệ thống chặng, bù thiếu bù thừa làm giảm ảnh hưởng XPM hệ thống đa chặng 76 Bộ lọc cường độ XPM gây 1.2 Bù 99.8% Bù 99.9% Bù hoàn toàn Bù 100.1% Bù 100.2% 0.8 0.6 0.4 0.2 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Tần số (GHz) Hình 3.13: Méo XPM theo tỉ lệ bù tán sắc khác Bộ lọc cường độ XPM gây với sơ đồ bù trước 0.015 99.8%bù 99.9%bù Bù đủ 100.1%bù 100.2%bù 0.01 0.005 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Tần số (GHz) Hình 3.14 Méo XPM với tỉ lệ bù tán sắc khác với sơ đồ bù sau Nói tóm lại, hệ thống WDM quản lý tán sắc, ảnh hưởng XPM thể lọc cường độ với đặc điểm lọc thông cao, có nghĩa XPM hiệu ứng phi tuyến có tính trội hệ thống WDM tốc độ cao Các kết hữu ích để tìm biện pháp hạn chế ảnh hưởng XPM, trình bày phần sau 77 Bộ lọc cường độ XPM gây X 10-4 DSF+SMF SMF+DCF 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Tần số (GHz) Hình 3.15: Hai cấu hình bù tán sắc khác cho kết khác Bộ lọc cường độ XPM gây 0.7 m=1 m=4 m=7 m=10 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Tần số (GHz) Hình 3.16: Ảnh hưởng XPM thay đổi theo số chặng m Bộ lọc cường độ XPM gây 0.35 bù 100% bù 101% bù 98% 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Tần số (GHz) Hình 3.17: Ảnh hưởng tỉ lệ bù hệ thống năm chặng 78 3.3 Một số giải pháp khắc phục ảnh hƣởng XPM hệ thống WDM Qua phần ta thấy ảnh hưởng XPM lên chất lượng hệ thống WDM Để khắc phục ảnh hưởng này, nhiều thí nghiệm tiến hành nhiều nhà nghiên cứu cho kết khả quan Một số biện pháp tìm thực hiệu áp dụng thực tế để nâng cao chất lượng hệ thống Phần trình bày số biện pháp dùng triệt XPM, sử dụng sơ đồ bù tán sắc hợp lý 3.3.1 Dùn tr t XPM Phần giới thiệu việc dùng triệt XPM hệ thống cụ thể [11] để hạn chế ảnh hưởng XPM kết nối sợi quang đa chặng Kỹ thuật triệt XPM gồm việc đưa độ trễ thời gian thích hợp kênh kề bên lặp, để thúc đẩy q trình phá huỷ đóng góp tổng cộng từ chặng khác vào XPM tổng thể Một thiết bị thụ động đơn giản, gọi triệt XPM (XS) dựa loạt cách tử Bragg băng hẹp sợi quang (IFBG) Khi XS chèn tuần hoàn vào kết nối NZDSF 5x100 km, kênh có khoảng cách 100 GHz tốc độ 10 Gb/s cho thấy bị suy giảm dB, đo tỉ lệ lỗi sàn 10-7 Ngồi ra, nhờ triệt XPM, dung sai với tán sắc dư tăng lên ba lần Để thiết kế triệt XPM, thí nghiệm [11] xem xét hệ thống truyền dẫn quản lý tán sắc có M kênh cách Δλ gồm có N chặng Khi cặp kênh liên tục trải qua giá trị tối ưu giống độ trễ thời gian kênh điểm đầu chặng suy yếu XPM gây cho cặp kênh tối thiểu Độ trễ tD xác định từ mơ hình đánh giá nhiễu cường độ XPM thu kênh kênh kênh kênh kênh kênh kênh vào chặng chặng chặng vào chặng kênh kênh kênh vào chặng vào chặng vào chặng Hình 3.18: Thí nghiệm với 10 kênh có khơng có XS [11] 79 Trong sơ đồ cho hình 3.18, triệt XPM (XS) bao gồm circulator loạt cách tử IFBG hệ thống M kênh WDM, kênh k (2≤k≤M) phản xạ vị trí bên sợi quang, bị trễ khoảng thời gian tD từ kênh k-1 phần bắt đầu chặng Tuy nhiên, hệ thống thực tế, sợi quang có tán sắc tích luỹ DT(λ) tạo mộ độ trễ xuyên kênh DT(λ) Δλ mà bù hoàn toàn độ trễ DC(λ) Δλ tạo modul bù có tán sắc tích luỹ DC(λ) Giữa kênh k-1 kênh k, XS dẫn đến độ trễ t s (k )  t D  (DT (k )  DC (k ) (3.17) Khoảng cách tương đối mà gương tương ứng mô tả l k  c.t s (k ) /(2n) với c vận tốc ánh sáng, n chiết suất sợi quang Để đạt hiệu tối đa, tD cần điều khiển XS thêm vào lặp, dọc theo kết nối hình 3.18 Cần ý phụ thuộc vào bước sóng cơng thức (3.17), sườn tán sắc, giải thích sơ đồ tán sắc lý tưởng, đơn giản lại thay XS để hạn chế ảnh hưởng XPM số lượng kênh lớn Hình 3.18 cho thấy thiết kế với thiết bị thí nghiệm cho 10 kênh, độ trễ tD đặt ước lượng khoảng 80ps đạt dải ước lượng [-20ps, +20 ps] Sự xê dịch dải thích hợp với yêu cầu lý thuyết, trình triệt tiêu XPM diễn mạnh mẽ Việc đặt cách tử IFBG mang tính tương đối phụ thuộc vào kênh sườn tán sắc sợi quang.Qua ví dụ gồm XS có độ dài cm, băng tần dB trung bình lọc IFBG 0,4 nm với toàn 10 kênh, dẫn đến băng tần 0,26 nm tương đương bốn đơn vị xếp mơ tả thí nghiệm Các XS đo truyền dẫn 10x10 Gb/s qua năm chặng, chặng 100km biểu diễn hình 3.17b Bộ phát bao gồm 10 laser DFB có bước sóng nằm hệ thống ITU 100 GHz từ 1552 đến 1559 nm Các kênh chẵn lẻ qua hai bọ điều chế cường độ điều khiển tạo chuỗi PRBS 231-1 223-1, kết hợp với phân cực song song, trường hợp xấu cho XPM, khuếch đạt công suât 5dBm/kênh Kết nối gồm năm chặng, chặng 100 km sợi NZDSF có tán sắc trung bình 2,8 ps/nm/km bước sóng 1550 nm, sườn tán sắc 80 0,065 ps/nm/km diện tích hiệu dụng 53 μm2 Suy hao chặng chỉnh đến giá trị thực tế 25 dB suy hao, bù suy hao khuếch đại hai tầng kết hợp XS sợi DCF, có tán sắc tích luỹ 309 ps/nm Các kênh trung tâm DCF bù xác cho lượng tán sắc chặng phía trước thu lại khơng có sợi DCF Sau lan truyền, tín hiệu đưa đến tiền khuếch đại quang, hai lọc 0,4 nm thu điện 10 Gb/s Hình 3.19: Suy giảm độ nhạy cho kênh Trong hình 3.19 biểu diễn suy giảm độ nhạy BER=10-10 cho kênh thứ Sự suy giảm tăng nhanh theo khoảng cách khơng có XS, dẫn đến BER sàn 10-7 sau năm chặng Ngược lại, XS thêm vào cách tuần hồn suy giảm cịn 1,2 dB có nhiễu khuếch đại hiệu ứng lan truyền cịn, nhìn thấy trực quan qua hình 3.19 Đối với kênh cịn lại kết luận tương tự Tác dụng XS kênh ngồi biên nhạy kênh chịu ảnh hưởng XPM Hình 3.20: So sánh suy giảm có khơng có XS 81 Thay đổi tán sắc dư kết nối cho thấy lợi ích lớn từ XS tán sắc dư tham số để đánh giá ảnh hưởng XPM Để làm điều đó, phần thích hợp sợi DCF sợi G.652 chèn thêm vào trước thu Suy giảm cho kênh sau năm chặng biểu diễn hình 3.20 hàm tán sắc dư có khơng có XS Theo mong đợi từ lý thuyết, tán sắc dư gần khơng XS gần khơng có tác dụng đến chất lượng tỉ lệ lỗi sàn không giống Thực cấu hình này, XPM khơng biến đổi thành nhiễu cường độ có hại Tuy nhiên, theo sườn tán sắc sợi quang, cấu hình dung sai XPM có với hệ thống WDM có số lượng kênh nhỏ suy giảm khơng thể dB Ngược lại, tán sắc dư tăng lên đến 366 ps/nm (khơng có DCF thu) cao khơng có XS khơng thể có truyền dẫn khơng lỗi, truyền chế độ tán sắc dị thường có XS cải thiện đáng kể suy giảm hệ thống, đến dB Cuối cùng, dải tán sắc dư suy giảm dB, sau tách nhiễu lớn gấp ba lần so với khơng có XS Điều có nghĩa có dung sai lớn nhiều cho sợi NZDSF bù không đầy đủ Thí nghiệm [11] cho thấy biện pháp hiệu để hạn chế ảnh hưởng XPM, không làm tăng chất lượng khoảng cách truyền dẫn hệ thống WDM điển hình mà cịn cải thiện lớn dung sai hệ thống tán sắc dư, mở đường cho khả lớn 3.3.2 Các sơ đồ bù tán sắc t íc ợp Nhiều thí nghiệm trích dẫn cho thấy bù tán sắc biện pháp hiệu để khắc phục hạn chế mà XPM gây Trong tài liệu [10] trình bày xuyên kênh XPM hệ thống sợi quang giảm cách bù tán sắc Ngoài ra, điểm đặt bù tán sắc quan trọng Lượng bù tán sắc nhỏ yêu cầu bù đặt trước thu Tại điểm này, bù bù xuyên kênh XPM tạo toàn chặng Lượng bù tán sắc tối ưu để giảm xuyên kênh XPM khoảng 50% tán sắc hệ thống Mặc dù sơ đồ bù tổng hợp yêu cầu lượng bù tán sắc nhỏ không đạt chất lượng hệ thống tốt 82 Hình 3.21: Xuyên kênh thay đổi theo bù tán sắc Hình 3.21 biểu diễn mức xuyên kênh công suất chuẩn hoá theo tỉ lệ bù tán sắc hệ thống 10 Gb/s sáu chặng, chặng 100 km NZDSF Tán sắc sợi quang truyền dẫn 2,9 ps/nm/km công suất quang vào chặng 8,5 dBm Các hiệu ứng phi tuyến sợi quang dùng để bù tán sắc bỏ qua để đơn giản hoá Các sơ đồ bù tán sắc khác so sánh hình Đường (1) bù tán sắc chặng, xuyên kênh XPM tạo chặng bù xác nên bù 100% giảm xun kênh XPM hiệu Đường (2) đặt bù tán sắc sau hai chặng, giá trị bù tán sắc tối ưu hoá cho chặng chặng thứ hai tối ưu cho hai chặng Mức xuyên kênh XPM dư cao trường hợp trước Tương tự thế, đường (3) hình 3.21 đặt bù tán sắc sau ba chặng đường (4) đặt bù tổng hợp trước thu Rõ ràng giảm số lượng bù tán sắc, mức độ xuyên kênh XPM dư cao giá trị bù tán sắc tối ưu gần đến 50% giá trị tán sắc hệ thống Chính điều này, hệ thống có suy yếu nghiêm trọng xun kênh cần phải bù tán sắc chặng Tuy nhiên, điều làm tăng số lượng bù tán sắc đồng nghĩa với việc tăng chi phí Trong tài liệu [10], bù tán sắc thiếu (undercompensation) chứng minh có ảnh hưởng đáng kể đến méo XPM XPM phát sinh phân bố dọc chiều dài sợi SSMF dẫn đến méo cường độ thu, trường hợp bù tán sắc hoàn toàn Bù thiếu có hiệu cao việc giảm méo cường độ XPM 83 thu Hình 3.22 biểu diễn tích lũy méo cường độ XPM tính tốn cho hệ thống [10] Hình 3.22: Hệ số mx tích luỹ sau chặng Một cấu hình bơm - dị dùng để đặc trưng hóa méo XPM, với kênh bơm điều chế cường độ, làm méo kênh dò CW, khoảng cách kênh 0,4 nm Các xung bơm có độ rộng 400 ps thời gian lên - xuống 10-90% 56 ps Hệ số đặc trưng cho XPM mx Có thể thấy hình 3.22 mx tích lũy theo thời gian chặng, tán sắc sợi quang SSMF biến đổi PM-IM Bộ bù phía sau giảm tán sắc âm đảo ngược biến đổi PM-IM Tuy nhiên tồn điều chế cường độ dư Giá trị mx đạt cực tiểu số khoảng cách trước điểm cuối chặng thế, lượng điều chế cường độ thu tối thiểu hóa nhờ bù thiếu chặng cuối Dùng mơ [10] có kết bù thiếu giảm mx từ 0,41 xuống 0,16 sau 10 chặng Hình 3.23: Hệ số mx tăng theo khoảng cách Thí nghiệm tiến hành với cấu hình bơm-dị dùng vịng quang khép kín tuần hồn, cơng suất kênh 13 dBm điều chế với dạng xung Hình 3.23 84 cho thấy mx tăng theo khoảng cách truyền dẫn trường hợp tán sắc dương âm có D  340 ps/nm thu Có thể thấy tán sắc dương làm giảm mx cách hiệu Dạng sóng dị tương ứng cho hình 3.24 sau sáu chặng Hình 3.24: Dạng sóng sau chặng 3.4 Kết luận Chương phần nội dung đề tài Trong chương giới thiệu nhiều nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm tiến hành giới để trình bày ảnh hưởng XPM đến chất lượng hệ thống WDM Những hiệu ứng XPM gây méo dạng xung, biến đổi PM-IM, nhiễu, jitter định thời… hạn chế giới hạn truyền dẫn hệ thống truyền dẫn WDM làm giảm hệ số phẩm chất Q, gây méo tín hiệu Sau tìm hiểu ảnh hưởng XPM đến chất lượng hệ thống WDM, chương đưa số biện pháp khắc phục hạn chế cách dùng triệt XPM sử dụng sơ đồ tán sắc thích hợp Do XPM phụ thuộc vào nhiều tham số cơng suất quang tín hiệu, tán sắc sợi quang, tốc độ bit, khoảng cách kênh… nên chắn nhiều biện pháp cải thiện chất lượng hệ thống nghiên cứu áp dụng tương lai 85 KẾT LUẬN Các hệ thống truyền dẫn WDM phát triển rộng khắp, giải pháp tối ưu cho mạng truyền tải tốc độ cao đa dạng loại hình dịch vụ Nghiên cứu tìm hiểu hạn chế hệ thống WDM vấn đề cần thiết nhà thiết kế mạng viễn thông nhằm tối ưu hoá chất lượng mạng truyền dẫn Đồ án em nghiên cứu ảnh hưởng XPM - hiệu ứng có ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng hệ thống truyền dẫn WDM Kiến thức em thu nhận sau trình thực đồ án là: - Nắm vững cấu trúc, thành phần, tham số ảnh hưởng tới hệ thống WDM - Hiểu tường tận chất tượng XPM ảnh hưởng XPM gây sóng quang lan truyền sợi quang hệ thống WDM - Tìm hiểu số biện pháp khắc phục khả thi nhằm hạn chế ảnh hưởng XPM,nâng cao chất lượng hệ thống Bên cạnh đó, việc nghiên cứu cơng nghệ mạng viễn thông triển khai rộng rãi giúp e đúc rút tích luỹ nhiều kinh nghiệm quý nghiên cứu khoa học có định hướng tốt hơn, vững tin chặng đường Do hạn chế thời gian lực, có nhiều vấn đề liên quan mà em chưa đưa vào đồ án Trong thời gian tới có nhiều thời gian em tiếp tục tìm hiểu sâu vấn đề tìm hiểu thêm vấn đề thiết kế mạng viễn thông đặc biệt mạng đường trục Việt Nam Một lần em xin cảm ơn giảng viên hướng dẫn - Ths Phạm Mạnh Tồn tận tình hướng dẫn giúp em hoàn thành đồ án 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vũ Văn San, Hệ thống thông tin quang (Tập 1,2), Nhà xuất Bưu điện, Hà Nội 2008 [2] TS.Vũ Văn San, TS Hồng Văn Võ “Kỹ thuật thơng tin quang”, NXB KHKT 12/1997 [3] Hồng Văn Võ, Mạng thơng tin quang hệ sau, Nhà xuất Bưu điện, Hà Nội 2008 [4] Đỗ Văn Việt Em, Kỹ thuật thơng tin quang 2, Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng, Hà Nội 2007 [5] Hồng Ứng Huyền, Kỹ thuật thông tin quang, Ban thông tin kỹ thuật, Tổng cục Bưu điện, Hà Nội 1993 [6] AGRAWAL, G.P, “Nonlinear Fiber Optics”, second Edition, chapter 7, page 238-315, Academic Press, New York,1995 [7] H.J.THIELE, R.I.KILLEY, P.BAYVEL, “Investigation of XPM Distortion in Transmission Installed Fiber”, IEEE Photonics Technology Letters, vol.12, No.6, 06/2000 [8] H.J.THIELE, R.I.KILLEY, P.BAYVEL, “Influence of fiber dispersion on XPM pulse distortion in WDM systems”, ECOC98, 09/1998, Madrid, Spain [9] V MIKHAILOV, R.I.KILLEY, J.PRAT, P.BAYVEL, “Limitation to WDM Transmission Distance due to XPM Induced Spectral Broadening in Dispersion Compensated Standard Fiber System”, IEEE photonics technology letters, vol.11, no.8, 8/1999 [10] RONGQIG HUI, KENNETH R DEMAREST, CHRISTOPHER T ALLEN, senior Members, IEEE, “XPM in Multispan WDM Optical Fiber Systems”, Journal of Lighwave Technology, Vol.17, No.6, 06/1999 [11] GIOVANNI BELLOTTI, SEBASTIEN BIGO, STEPHANE GAUCHARD, PIERRE-YVES CORTES, SIOHIE LA ROCHELLE, “10x10 Gb/s crossphase modulation suppressor using WDM narrowband fiber Bragg gratings”, OFC post-deadline paper PD32, 2000 [12] Các website tham khảo: www.Vntelecom.org, truy cập ngày cuối 05/01/2013 www.Tapchibcvt.org, truy cập ngày cuối 05/01/2013 www.Tailieu.vn, truy nhập ngày cuối 05/01/2013 87 ... động hệ thống WDM, tìm hiểu thành phần hệ thống WDM, tham số ảnh hưởng đến tuyến tryền dẫn sử dụng công nghệ WDM Đồ án nghiên cứu ảnh hưởng hiệu ứng XPM, nghiên cứu số tượng XPM hệ thống WDM Đồ... đề tài đưa hạn chế hệ thống WDM hiệu ứng điều chế pha chéo XPM gây Những nét XPM đề cập chương 28 CHƢƠNG II ĐIỀU CHẾ PHA CHÉO XPM 2.1 Giới thiệu chƣơng Trong phần 1.4.1.4 - hiệu ứng phi tuyến... Trong đó, điều chế pha chéo XPM (Cross Phase Modulation) hiệu ứng phi tuyến có ảnh hưởng lớn đến chất lượng hệ thống WDM Đề tài “N n cứu ản ởn u ứn đ ều c ế p a c éo l n t ốn WDM? ?? tập trung nghiên