Đồ án công nghệ ghép kênh quang bước sóng WDM dùng nguyên lý tán sắc góc

Các tham số cơ bản

Nhng nhìn chung, phải đảm bảo mức xuyên kênh nhỏ hơn (-30dB) trong mọi trờng hợp. Trong một bộ tách kênh lý tởng, sẽ không có sự dò công suất tín hiệu từ kênh thứ i có bớc sóng λi sang các kênh khác có bớc sóng khác với λi. Nhng trong thực tế, luôn luôn tồn tại một mức xuyên kênh nào đó, và làm giảm chất lợng truyền dẫn của thiết bị. Khả năng để tách các kênh khác nhau đợc diễn giải bằng suy hao xuyên kênh và đợc tính bằng dB nh sau:. Theo sơ đồ đơn giản mô tả bộ tách kênh ở hình 1.6 a) thì Ui(λk) là lợng tín hiệu không mong muốn ở bớc sóng λk do có sự dò tín hiệu ở cửa ra thứ i, mà. đúng ra chỉ có tín hiệu ở bớc sóng λi. Trong thiết bị ghép/tách hỗn hợp nh ở hình 1.6 b), việc xác định suy hao xuyên kênh cũng đợc xác định nh ở bộ tách. Để đơn giản khi xem xét các thiết bị WDM, chúng ta chủ yếu lấy bộ tách kênh theo bớc sóng để phân tích, bởi vì nếu xét ở một mức độ nào đó thì nguyên lý các thiết bị WDM có tính thuận nghịch về cấu trúc, do đó hoạt động của các bộ ghép kênh cũng đợc giải thích tơng tự bằng cách đơn giản là thay đổi hớng tín hiệu.

Các bộ lọc trong thiết bị WDM

Nếu bề dày của lớp đệm là số nguyên lần của nửa bớc sóng ánh sáng tới thì giao thoa xếp chồng xảy ra và công suất quang của bớc sóng đạt giá trị cực đại và bớc sóng đó sẽ đợc truyền dẫn thông suốt nhất. Bộ lọc thông giải đợc sử dụng trong WDM khi nguồn quang có phổ hẹp (LASER). Đối với bộ lọc thông giải có một vài yêu cầu: đó là độ dốc sờn. Kính lọc ThÊu kÝnh. đờng cong hàm truyền đạt phải đủ lớn để tránh xuyên âm giữa các kênh kề nhau, mặt khác độ rộng giải ∆λ có dung sai cho phép để đề phòng dịch bớc sóng trung tâm của nguồn quang khi nhiệt độ thay đổi. Dới đây ta xem xét một số thiết bị tách bớc sóng dùng bộ lọc màng mỏng:. Cấu trúc cơ bản của bộ tách hai kênh nh ở hình 2.6a, trong khi đó việc thực hiện thực tế cấu trúc này chỉ đơn giản nh ở hình 2.6b. Các phần tử chuẩn trực và hội tụ là các lăng kính GRIN 1/4 chu kỳ P. Bộ lọc đợc thiết kế để phát đi λ1 và phản xạ λ2 sẽ đợc đặt giữa hai lăng kính. Cấu trúc bộ tách hai kênh sử dụng bộ lọc giao thoa a) Cấu hình cơ bản và b) Cấu hình khi thực hiện trong thực tế.

Thiết bị WDM làm việc theo nguyên lý tán sắc góc

Dùng cách tử làm phần tử tán sắc góc

Nói chung, các bộ ghép kênh hoặc tách kênh sử dụng cách tử bao gồm 3 phần chính: các phần tử vào và ra (là mảng sợi hoặc một sợi truyền dẫn với các thành phần thu - phát); phần tử hội tụ quang; phần tử tán sắc góc grating. Hình 2.17 là cấu hình đơn giản của một bộ ghép kênh của Finke. Trong đó, mảng đầu sợi quang đợc đặt tại tiêu cự của một thấu kính tròn, phần tử tán sắc góc grating đợc đặt tại tiêu cự bên kia của thấu kính đó. Bộ tách kênh thực tế loại này. Sơ đồ bộ ghép kênh Grating của Finke. Bộ tách Littrow: a) Cấu trúc cơ bản, b) Cấu trúc thực tế sử dông. Với những u thế nh vậy, thiết bị bù tán sắc bằng cách tử sợi Bragg đã đợc chế tạo hàng loạt nhờ quá trình chế tạo cách tử điều khiển bằng phần mềm máy tính, chúng sẽ trở thành các module không thể thiếu trong các thiết bị WDM thế hệ thứ hai nh OADM, khuếch đại EDFA hai tầng có bù tán sắc.

Bộ ghép bớc sóng dùng công nghệ phân phối chức năng quang học SOFT

Giả sử máy phát phát tín hiệu đi tới phía thu với một mức công suất Pph nhất định, công suất của tín hiệu sẽ bị suy giảm dần trên đờng truyền dẫn do rất nhiều nguyên nhân nh: suy hao do bản thân 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 đợc máy thu nhỏ hơn công suất ngỡng thu nhỏ nhất (Pthu min) cho phép thì thông tin truyền đi sẽ bị mất. 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.

Hiệu ứng SRS (Stimulated Raman Scattering)

Đối với hệ thống thông tin sợi quang, công suất quang không lớn, sợi quang có tính năng truyền dẫn tuyến tính, sau khi dùng EDFA, công suất quang tăng lên, trong điều kiện nhất định sợi quang sẽ thể hiện đặc tính truyền dẫn phi tuyến tính, hạn chế rất lớn tính năng của bộ khuếch đại EDFA và hạn chế cự ly truyền dẫn dài không có trạm lặp. Tuy nhiên trong hệ thống WDM thì mức công suất này sẽ thấp hơn nhiều vì có hiện tợng khuếch đại đối với các bớc sóng lớn, trong khi đó công suất của các kênh có bớc sóng ngắn hơn lại bị giảm đi (do đã chuyển một phần năng lợng cho các bớc sóng lớn) làm suy giảm hệ số SNR, ảnh hởng đến chất lợng hệ thống.

Hiệu ứng SBS (Stilmulated Brillouin Scattering)

Qua tính toán cho thấy, đối với hệ thống đơn kênh để hiệu ứng SRS có thể ảnh hởng đến chất lợng hệ thống thì mức công suất phải lớn hơn 1W (nếu nh hệ thống không sử dụng khuếch đại quang trên đờng truyền). Nh vậy trong hệ thống WDM hiệu ứng này làm hạn chế số kênh, khoảng cách giữa các kênh, công suất của từng kênh và tổng chiều dài của hệ thống.

Hiệu ứng SPM (Self Phase Modulation)

Điều này cũng có nghĩa là phổ của tín hiệu đã bị dãn trong quá trình truyền, đặc biệt khi khoảng cách giữa các kênh gần nhau, hiện tợng dãn phổ do SPM có thể dẫn đến giao thoa gây xuyên nhiễu giữa các kênh. Sự biến đổi công suất quang càng nhanh thì sự biến đổi tần số quang cũng càng lớn, làm ảnh hởng lớn đối với xung hẹp, khó khăn trong việc nâng cao tốc độ trong hệ thống.

Hiệu ứng XPM (Cross Phase Modulation)

Hiện tợng này còn gọi là hiện tợng dịch tần phi tuyến làm cho sờn sau của xung dịch đến tần số f<f0 và sờn trớc của xung dịch đến tần số f>f0. Nếu xét đến ảnh hởng của tán sắc thì sẽ thấy dạng xung bị biến đổi dọc theo sợi (tán sắc tích luỹ theo sự tăng lên của chiều dài tuyến).

Hiệu ứng FWM (Four Wave Mixing)

Điều này dẫn tới pha của tín hiệu bị điều chế bởi cờng độ ánh sáng của các kênh khác và gây ra xuyên nhiễu giữa các kênh.

Phơng hớng giải quyết ảnh hởng của các hiệu ứng phi tuyến

EDFA (Ebrium Doped Fiber Amplifier) là bộ khuếch đại quang sử dụng sợi quang có pha trộn nguyên tố đất hiếm Ebrium với nồng độ ít hơn 0,1%; nguồn bơm laser để kích thích các ion Er3+; ngoài ra còn có các bộ phối ghép, bộ cách ly. EDFA đợc sử dụng tại đầu phát (gọi là bộ khuếch đại công suất) để bù vào tổn hao của bộ ghép kênh bớc sóng, nâng cao công suất đa vào sợi quang (vì bộ ghép kênh bớc sóng có tổn hao cố hữu không thể khắc phục đợc, mà tổn hao này sẽ tăng nhanh tróng theo số kênh tín hiệu đợc ghép).

Tăng ích động có thể điều chỉnh của EDFA

Khi có đột biến mức tín hiệu đầu vào, phần mềm sẽ phải có đáp ứng điều khiển một vài các thông số của thiết bị để đạt đợc sự hiệu chỉnh mức khuếch đại phù hợp, làm sao để đầu ra bộ khuếch đại vẫn có đợc. Với sự gia tăng số bớc sóng đợc chuyển qua và đợc khuếch đại (đã lên tới 160 kênh) thì số bơm laser cần thiết để đảm bảo yêu cầu về công suất cho một lợng lớn các kênh sẽ càng nhiều, mỗi bơm laser đó đều cần đợc giám sát về dòng bơm, nhiệt độ làm việc.., và luôn cần đợc giám sát, hiệu chỉnh để đạt đợc độ bằng phẳng của phổ khuếch đại.

Tăng ích bằng phẳng của EDFA

Điều này đòi hỏi các bộ khuếch đại quang phải có tính năng mới đó là hệ số khuếch đại G sẽ là một hàm đa biến với các biến số là b- ớc sóng và công suất vào của các bớc sóng đó. Hàm này sẽ đợc thiết kế, điều khiển bằng phần mềm , có đáp ứng thời gian thực đối với các thông số của bộ khuếch.

Tích luỹ tạp âm khi sử dụng bộ khuếch đại EDFA

Nhiễu tự phát đợc khuếch đại ASE (Amplifier Spontaneous Emission) gây nên tạp âm lớn trong các bộ khuếch đại quang, đặc biệt là trong trờng hợp sử dụng nhiều EDFA liên tiếp trên đờng truyền. Tuy nhiên, nếu mức công suất tín hiệu vào quá cao thì tín hiệu này kết hợp với ASE có thể gây nên hiện tợng bão hoà ở bộ khuếch đại.

Mạng WDM

WDM và SDH

Đơng nhiên ngoài việc giải quyết những vấn đề đã phát hiện, việc thực hiện mạng thông tin quang then chốt nhất là thực hiện và hoàn thiện công nghệ tái sinh tín hiệu quang một cách thực sự, ngoài ra hàm ý của trong suốt toàn quang là gì; có cần thiết truyền dẫn và xử lý tất cả các tín hiệu đều trong suốt trên miền quang hay không, loại trong suốt tuyệt đối nh vậy có thể thực hiện đợc chăng; có phải là cần thiết nh vậy không..đều là vấn đề tranh luận hiện nay. Tín hiệu quang đi vào bộ chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện (O/E). Tín hiệu điện. đi vào bộ tách để chuyển tốc độ bít STM-N thành tốc độ bít thấp của các luồng nhánh và đa vào tổng đài hoặc thiết bị tách PDH. Tốc độ bít truyền trên sợi quang bằng n lần tốc độ bít của mỗi thiết bị ghép SDH, trong đó n là số lợng bớc sóng. đầu vào WDM. Bộ khuếch đại quang đợc sử dụng khi khoảng cách các nút vợt quá cự ly cho phép. Bộ ghép SDH tại mối nút bằng M-1, trong đó M là tổng số nút trong mạng Ring. Trong sơ đồ mỗi nút còn phải sử dụng một bộ ghép SDH, đó là thiết bị. đầu cuối quang dự phòng. c) Quan hệ giữa số lợng nút và số lợng bớc sóng.