II ứng dụng khuếch đại quang sợi vào hệ thống ghép kênh quang
b. ảnh h−ởng của hiệu ứng phi tuyến
7.6 Các tham số của EDFA ảnh h−ởng đến hệ thống WDM có sử
đơn mode thông th−ờng G.652 tại vùng b−ớc sóng 1550nm sẽ ít bị ảnh h−ởng của hiệu ứng FWM (do tán sắc của sợi quang G.652 tại vùng này t−ơng đối lớn, khoảng 18ps/nm.km; còn tán sắc của sợi G.653 là ≈0). Nh−ng với hệ thống WDM đ−ợc khuếch đại quang EDFA thì hai hoặc ba b−ớc sóng có tần số khác nhau t−ơng tác với nhau tạo ra các thành phần tần số mới. Ngoài t−ơng tác giữa các b−ớc sóng của tín hiệu trong hệ thống WDM còn có sự t−ơng tác mạnh giữa b−ớc sóng tín hiệu với tạp âm ASE của bộ khuếch đại quang. Hơn nữa, khi thay thế các trạm lặp truyền thống bằng bộ khuếch đại quang cho phép ghép đ−ợc số l−ợng kênh lớn hơn, khi số kênh càng lớn thì ảnh h−ởng của hiệu ứng FWM càng không thể bỏ qua. Và ảnh h−ởng của hiệu ứng FWM càng lớn nếu nh− khoảng cách giữa các kênh trong hệ thống WDM càng nhỏ cũng nh− khi khoảng cách truyền dẫn và mức công suất của mỗi kênh lớn. Vì vậy hiệu ứng FWM sẽ hạn chế dung l−ợng và cự ly truyền dẫn của hệ thống WDM có sử dụng EDFA.
Trong hệ thống WDM, thì mỗi bộ EDFA chỉ cho phép khuếch đại tín hiệu theo một h−ớng do các giao diện sử dụng nên sẽ không xuất hiện hiệu ứng SBS.
Nhìn chung các hiệu ứng này đều gây xuyên âm giữa các kênh, làm suy giảm mức công suất của từng kênh, dẫn đến suy giẩm tỉ số S/N, ảnh h−ởng đến chất l−ợng hệ thống. Hơn nữa, do mức độ ảnh h−ởng của các hiệu ứng này đều phụ thuộc vào mức công suất của từng kênh, số kênh, khoảng cách giứac kênh b−ớc sóng cũng nh− khoảng cách truyền dẫn, vì vậy để giảm ảnh h−ởng của các hiệu ứng này cần phải lựa chọn các tham số trên sao cho phù hợp. Tóm lại trong số các hiệu ứng trên, các hiệu ứng XPM và FWM là các hiệu ứng phi tuyến chủ yếu làm suy giảm công suất tín hiệu, do vậy khi tính toán thiết kế ta phải tính đến ảnh h−ởng của các tham số này.
7.6 Các tham số của EDFA ảnh h−ởng đến hệ thống WDM có sử dụng EDFA EDFA
Khi sử dụng EDFA trong hệ thống WDM thì có một số các tham số liên quan đến EDFA đã làm ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn. Qua nghiên ta có thể rút đ−ợc hai tham số quan trọng nhất mà nó ảnh h−ởng tới quĩ phân bổ công suất trong hệ thống WDM có sử dụng EDFA đó là độ khuếch đại G và hình ảnh nhiễu NF.
ảnh h−ởng của độ khuếch đại quang tới hệ thống truyền dẫn
Trong tuyến thông tin quang có EDFA, tín hiệu đ−ợc truyền từ phía phát tới phía thu sẽ đ−ợc khuếch đại tại mỗi một trạm EDFA. Thực chất EDFA chỉ khuếch đại về mặt biên độ mà không có sự biến đổi về pha cũng nh− làm biến đổi dạng tín hiệu số. Tín hiệu đ−ợc qua EDFA sẽ đ−ợc tăng về mặt biên độ và nh− vậy làm cải thiện độ nhạy thu và cự ly sẽ đ−ợc kéo dài, tốc độ bit sẽ đ−ợc nâng cao. Về nguyên lý có thể thấy dễ dàng nh− vậy. Nh−ng việc cải htiện này có giới hạn của nó. Khi độ khuếch đại G tăng trong khoảng ≤ 20 dB thì cự ly truyền dẫn gần nh− đ−ợc cải thiện tuyến tính với G. Khi G nằm trong khoảng từ 20 đến 30 dB thì cự ly truyền dẫn sẽ không đ−ợc cải thiện.
ảnh h−ởng của hình ảnh nhiễu tới hệ thống truyền dẫn Hình ảnh nhiễu đ−ợc xác định bằng biểu thức sau đây:
out in
SNR SNR NF=
Hình ảnh nhiễu là tham số chính tác động rất mạnh tới cự ly truyền dẫn và tốc độ bit của hệ thống truyền dẫn WDM có sử dụng EDFA. Nhìn chung nhiễu htấp sẽ cho ta có thể kéo dài cự ly truyền dẫn và tăng tốc độ bit một cách đáng kể, nh−ng khi nhiễu của bộ khuếch đại quang mà lớn thì sẽ hạn chế rất nhiều khả năng truyền dẫn. Nhiễu của bộ khuếch đại quang mà lớn sẽ làm suy giảm mạnh đặc tính của hệ thống hạn chế năng lực của tuyến. Khi nhiễu mà nhỏ thì sử dụng bộ khuếch đại G cao sẽ có ý nghĩa. Tuy nhiên nếu nhiễu mà lớn thì dù khuếch đại G cao cũng không cải thiện tốt cho hệ thống.
Ch−ơng III: ứng dụng khuếch đại quang sợi
vμo mạng viễn thông Việt Nam
ở ch−ơng tr−ớc chúng ta đã tìm hiểu kỹ thuật khuếch đại quang sợi và khả năng ứng dụng vào mạng viễn thông nói chung. ở ch−ơng này chúng ta sẽ nghiên cứu về khả năng ứng dụng khuếch đại quang sợi vào mạng viễn thông Việt Nam.
1.Khả năng sử dụng khuếch đại quang trên tuyến đ−ờng trục SDH 2,5Gbit/s ở Việt Việt Nam.
Hiện nay n−ớc ta đang sử dụng tuyến cáp quang đ−ờng trục Hà Nội – Hồ Chí Minh là tuyến SDH tốc độ 2.5Gbit/s sử dụng kỹ thuật TN- 16XADM có thiết bị khuếch đại quang sợi theo cấu hình ở hình vẽ 4.1. Theo thiết kế kỹ thuật của Northern Telecom. Khi nâng cấp tuyến thành 2.5Gbit/s, nhờ có thiết bị khuếch đại quang mà có thể tháo bỏ hầu hết các trạm lặp cũ. (Khi không sử dụng khuếch đại quang ở trên tuyến đ−ờng trục Bắc – Nam chúng ta sử dụng hơn 20 trạm lập để tăng công xuất tín hiệu). Nh− vậy các thiết bị tích cực nằm ngay tại các trung tâm chuyển mạch chính tại các thành phố lớn, tạo điều kiện dễ dàng cho việc khai thác, bảo d−ỡng và quản lý mạng Viễn thông. Khoảng cách giữa các trạm lập đ−ợc nâng lên gần 150 km. Nhờ có thiết bị khuếch đại quang sợi mà có thể linh hoạt trong việc đấu nối giữa các luồng thông tin quang theo tuyến điện lực 500 kv thành mạng ring. Với mạng ring cho phép dễ dàng điều hành mạng phân luồng kênh.
Nguyễn Duy D−ơng 102 http://www.ebook.edu.vn
Nguyễn Duy D−ơng 104 http://www.ebook.edu.vn
2.ứng dụng khuếch đại quang sợi trong mạng nội hạt
Thiết bị khuếch đại quang sợi có thể đ−ợc sử dụng trong mạng thuê
bao quang để tăng c−ờng quỹ công suất quang hoặc cho phép tỷ lệ rẽ
quang cao hơn trong cấu hình mạng điểm - đa điểm. Bởi vậy có thể nói
rằng khuếch đại công suất và khuếch đại đ−ờng truyền có thể đ−ợc sử dụng
trong cấu hình mạng loại OFA trong mạng vòng ngay tr−ớc các thiết bị rẽ
luồng để bù lại suy hao rẽ luồng. Đó là −u điểm chính của OFA trong
mạng thuê bao quang. Vấn đề đặt ra ở đây là sử dụng thiết bị khuếch đại quang sợi trong mạng thuê bao quang cụ thể ra sao? Tức là lắp đặt OFA ở đầu, bao nhiêu bộ OFA là đủ và sử dụng loại khuếch đại nào (BA,LA hoặc PA).
Nh− chúng ta đã biết, theo khuyến nghị G.PONA và G. PONB của
ITV, cấu hình chung của mạng thuê bao quang đ−ợc sơ đồ hoá nh− sau:
AF ONU R w AF ONU R w Rx OD N OD N Rx Chức năng dịch vụ Chức năng điều hành Rm Rz Tuyến truy nhập Ru Phía thuê bao Phía tổng đài
Nguyễn Duy D−ơng 105 http://www.ebook.edu.vn
Trong đó :
OAN (optical access network) đ−ợc gọi là mạng thuê bao quang, đó
là tập hợp các tuyến try nhập có chung giao diện phía tổng đài và các
tuyến này đ−ợc truyền dẫn bởi sợi quang.
OLT (Optical Line Termination) thiết bị đầu cuối quang cung cấp giao diện phía tổng đài cho mạng thuê bao quang .
ONU (Optical Network Unit) khối mạng quang cung cấp trực tiếp
hoặc từ xa giao tiếp với ng−ời sử dụng của mạng thuê bao quang.
ODN (Optical Distribution Network) mạng phân phối quang cung
cấp ph−ơng thức truyền dẫn quang giữa OLT và ONV.
AP (Apotaption Function) cung cấp chức năng thiết lập để kết nối
giữa ONU và phía ng−ời sử dụng.
Để tăng c−ờng quỹ công suất quang, OFA có thể sử dụng trong
mạng thuê bao quang với vai trò la khuếch đại đ−ờng truyền (LA) và
khuếch đại công suất (BA) Các thiết bị OFA có thể hoạt động độc lập
hoặc đ−ợc ghép ngay vào bộ phát quang thành một khối thống nhất. Về
nguyên tắc OFA đ−ợc sử dụng đặt tr−ớc khối ONO chú ý rằng việc sử
dụng OFA đ−ợc nghiên cứu ở đây đ−ợc xem xét theo h−ớng từ tổng đài
đến thuê bao. Còn việc sử dụng OFA theo 2 h−ớng dang đ−ợc nghiên
cứu.
ONU LOA OLT
ODB ODB
BOA POA
ODN3 ODN2 ODN1 ODN0
Nguyễn Duy D−ơng 106 http://www.ebook.edu.vn
Việc bố trí các thiết bị OFA cần phải tuân theo quy tắc sau:
Nếu thiết bị OFA đ−ợc sử dụng nh− là khuếch đại công suất thì
chúng sẽ đ−ợc xem nh− là một phần của thiết bị đầu cuối quang.
Nếu chỉ có một thiết bị OFA (PA,LA hoặc BA) đ−ợc sử dụng thì
mạng phân bố quang đầu tiên ODNO đ−ợc xem nh− là nằm giữa
OLT,OFA và ODN1 đ−ợc xem nh− là nằm giữa ODNn và ONUs.
Tổng quan hơn, nếu có N bộ OFA đ−ợc sử dụng trên một đ−ờng dẫn quang thì ONDO đ−ợc xem nh− là nằm giữa bộ OFA thứ i và bộ OFA thứ i+1 với (i= 1,n-1) và ODNn xẽ đ−ợc xem nh− là nằm giữa thiết bị OA cuối cùng và ONU .
Một trong những ứng dụng rất lý thú của OFA trong mạng thuê bao quang là việc phân bố tín hiệu video.
Hiện nay chủ yếu tín hiệu này có thể là t−ơng tự những rè vẫn biến
đổi thành tín hiệu số. Trong tr−ờng hợp hệ thống video t−ơng tự thì cần
có một số yêu cầu khắt khe hơn để đảm bảo băng tần sóng mang và
tránh hiện t−ợng méo tín hiệu. Với Laser đầu tiên thì yêu cầu đối với
OFA là phổ khuếch đại phải phẳng, công suất bão hoà cao, xuyên kênh
thấp. Có thể sử dụng Laser sóng chạy kết hợp với luồng cộng h−ởng
ngoài để khắc phục hạn chế trên. Và một điều cần phải l−u ý nữa là cần
phải duy trì công suất phát của OFA ở mức cao cho phép để tránh các
hiện t−ợng do hiệu ứng phi tuyến gây nên. Trên hình vẽ cho thấy sơ qua
về ứng dụng OFA trong hệ thống phân bổ tín hiệu video, chẳng hạn nh−
cáp truyền hình. OFA không chỉ tăng khoảng cách truyền dẫn từ 10Km lên tới 80Km mà còn có khả năng tăng các bộ chia quang. Các tính chất tỷ lệ sóng mang trên nhiễu CNR trong các hệ thống AM và FM có sử
dụng OFA nh− là bộ khuếch đại công suất và bộ tiền khuếch đại đã
đ−ợc đánh giá. Khi sử dụng chúng nh− là khuếch đại công suất, sự suy
Nguyễn Duy D−ơng 107 http://www.ebook.edu.vn
thống FM. Khi chúng sử dụng nh− là bộ tiền khuếch đại thì độ nhạy thu
đ−ợc cải thiện rõ rệt.
3.ứng dụng khuếch đại quang trong cáp quang biển.
N−ớc ta bờ biển dài, các trung tâm chuyển mạch lớn cũng đều nằm
dọc bờ biển, bởi vậy giải pháp truyền thông tin bằng cáp quang biển là giải
pháp tất yếu, phù hợp với điều kiện cụ thể trong n−ớc và phù hợp với xu
h−ớng phát triển thông tin quang trên thế giới. Đặc thù của cáp quang biển
so với cáp trên đất liền là đòi hỏi phải có độ tin cậy cao ( khoảng 3 lần sữa chữa trong 25 năm) và các điểm rẽ nhánh cần phải lựa chọn, cân nhắc thật kỹ càng sao cho đảm bảo yêu cầu kỹ thuật thông tin và yêu cầu kinh tế.
Cáp quang biển có sử dụng khuếch đại quang đảm bảo khắc phục đ−ợc hai
hạn chế nêu trên. Hệ thống cáp quang biển có sử dụng khuếch đại quang có thể có hai giải pháp sau:
- Hệ thống cáp quang biển không có trạm lặp;
- Hệ thống cáp quang biển có trạm lặp.
Trên cơ sở đó, để lựa chọn các ph−ơng án sau khi thiết kế cáp quang biển
có sử dụng khuếch đại quang:
- Nối trực tiếp Hà nội ( Hải phòng) đi TP Hồ Chí Minh ( Vũng Tàu ) theo
cấu hình Điểm- Điểm( point to point) nh− hình (3.6)
- Nối trực tiếp Hà Nội (Hải phòng) đi TP Hồ Chí Minh ( Vũng Tàu ) có
điểm rẽ luồng đi quốc tế theo cấu hình rẽ nhánh (Branching).
- Nối giữa các trung tâm chuyển mạch lớn( Hà nội - Đà nẵng- Tp Hồ Chí
Minh ) theo cấu hình rẽ nhánh nh− hình (3.7).
- Nối tất cả các trung tâm chuyển mạch quan trọng dọc theo bờ biển (
Hải phòng – Vinh –Quảng Trị- Đà Nẳng- Quảng Ngãi- Quy nhơn) theo
Nguyễn Duy D−ơng 108 http://www.ebook.edu.vn
- Nối tất cả các trung tâm chuyển mạch có lựa chọn tr−ớc ( Hải Phòng,
Vinh, Huế, Đà Nẵng, Quy nhơn, Nha trang, Vũng tàu) theo cấu hình
hoa cung nh− hình (3.9).
Nh− vậy với thiết bị khuếch đại quang sợi cho phép chúng ta rất linh
hoạt trong việc thiết kế tuyến cáp quang biển vừa đảm bảo nhu cầu sử dụng, khai thác và vừa đảm bảo nhu cầu về độ tin cậy cao của hệ thống.
Ba ph−ơng án đầu tiên là hệ thống cáp quang biển có trạm lặp. Hai
ph−ơng án sau là hệ thống cáp quang biển hình hoa cung không có trạm
lặp d−ới biển. Ph−ơng án cáp quang biển hình hoa cung có −u điểm là các
Nguyễn Duy D−ơng 113 http://www.ebook.edu.vn
Kết luận
Sau một thời gian làm đồ án tốt nghiệp, qua tìm hiểu về tài liệu em đã phần
nào hiểu đ−ợc kỹ thuật khuếch đại quang và khả năng ứng dụng của nó
trong mạng viễn thông nói chung và trong mạng viễn thông Việt Nam nói riêng. Từ đó em thấy rằng kỹ thuật khuếch đại quang này thực sự là kỹ
thuật tiên tiến và cần thiết cho mạng thông tin quang hiện tại và t−ơng lai.
Kỹ thuật khuếch đại giúp nâng cao chất l−ợng của mạng quang và giảm chi
phí lắp đặt, khai thác vận hành và bão d−ỡng nhờ vào việc kỹ thuật khuếch
đại tăng quỹ công xuất của hệ thống lên nhiều lần dẫn đến tiêt kiệm đ−ợc
số l−ợng thiết bị của hệ thống và kéo dài khoảng cách các trạm lặp. Đặc
biệt trong đó có kỹ thuật khuếch đại quang sợi pha tạp Erbium EDFA là một kỹ thuật khuếch đại tiên tiên hiện nay, nó hoạt động có hiệu quả cao nhất. Khi kết hợp bộ khuếch đại EDFA với kỹ thuật ghép kênh quang theo
b−ớc sóng, lúc này sẽ tạo ra một mạng truyền dẫn khá hoàn hảo. EDFA sẽ
giúp cho WDM phát huy tối đa −u điểm của nó. Và với một hệ thống
WDM có kết hợp EDFA sẽ có rất nhiều các lợi điểm trong mạng nh−: quản
lý mạng, giám sát ,ứng dụng, sữa chữa, tăng dung l−ợng và tăng khoang
cách trạm lặp. Trong đề tài này em cũng đi vào tìm hiểu một số khả năng ứng dụng của kỹ thuật khuếch đại quang vào mạng viễn thông và từ đó em
đã d−a ra cấu hình tối −u cho hệ thống truyền dẫn sử dụng khuếch đại
quang. Còn đối với mạng viễ thông Việt Nam em tìm hiễu về ứng dụng
khuếch đại quang vào mạng nội hạt, tuyến đ−ờng trục Bắc – Nam và hệ
thống cáp quang biển sử dụng khuếch đại quang.
Nh−ng với khả năng và thời gian có hạn , do vậy mà trong phạm vi đồ án của mình mặc dù em đã rất cố gắng để hoàn thành công việc đ−ợc giao nh−ng chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót. Em mong nhận đ−ợc sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô cùng toàn thể cấc bạn để em hoàn thành đồ án cua mình tốt hơn.
Nguyễn Duy D−ơng 114 http://www.ebook.edu.vn
Tμi liệu tham khảo
1. Fiber optic Communication Gerard Lachs
2. Journal of Communication Volume 24(12/2003);22(10/2001) ;9(1/2003); 19(1998).
3. Kỹ thuật thông tin sợi quang Vũ Văn San
4. Khuếch đại quang sợi và khả năng ứng dụng trên mạng viễn thông
Vũ Tuấn Lâm. Kết quả NCKH và CN 9(1994)
5. Optical Communication Network Biswanath Mukherjee
6. Multiwavelength Optical Networks Thomas E.stern
8. WDM Optical Network ( concepts, design, Algorithms) : Mohan
gurusamy
9. Nghiên cứu xây dụng ph−ơng án cáp quang biển sử dụng kỹ thuật
khuếch đại quang sợi ở Việt Nam : Vũ Tuấn Lâm Viện KHKT B−u
điện 12-1996