XPM là tính phi tuyến làm giảm khả năng truyền dẫn của hệ thống WDM khi
công suất quang lớn được đưa vào sợi quang. Sự có mặt của tán sắc sợi quang dẫn
đến sự méo xung do XPM xuất phát từ chuyên đôi điều chế pha sang điều chế biên
độ (PM-AM), xảy ra ngay cả khi có bù tán sắc. Ánh hưởng của XPM trong méo xung đã được nghiên cứu chi tiết như một hàm của nhiều tham số khác nhau trong
hệ thống theo các thí nghiệm đường thang và vòng quang.
Đe xem xét sự phụ thuộc của XPM vào khoảng cách kênh, trong phần này trình bày thí nghiệm[7] được tiến hành trong một phần mạng quang LEANET, kết
nối các phòng thí nghiệm BT tại Ipswich và Norwich, UK. Méo XPM được so sánh
với các thí nghiệm tại phòng thí nghiệm của Đại học Luân Đôn, UK, sử dụng mô
Hình 2.6: Kết nối sọi quang của mạng LEANET dùng trong thí nghiệm (a)
Với cả hai thí nghiệm, kết quả đều được xác nhận bằng 1T1Ô phỏng sử dụng
biến đối Fourier. Các nghiên cún ở đây cho thấy độ nhạy cao của méo XPM đối với tốc độ bit, đặc biệt là nếu tính đến đóng góp của nhiều chặng sợi quang đã được khuếch đại.
Có thể mô tả co bản việc thiết lập thí nghiệm như sau: hai chặng sợi quang được khuếch đại của mạng LEANET được sử dụng, mồi chặng gồm 92 km sợi SSMF. Kết nối được bù tán sắc đối xứng sử dụng DCF với xấp xỉ 6 dBm/kênh được
đưa vào mồi cuộn DCF. Các bộ phát và bộ thu được đặt tại Ipswich, với một bộ khuếch đại EDFA tại Norwich kết nối hai chặng, cấu hình pump-probe cho phép tách XPM ra khỏi các hiệu ứng phi tuyến khác. Một laser có thế điều chỉnh và bộ
điều chế Mach-Zehnder, do một bộ tạo chuỗi điều khiển được sử dụng để tạo xung
bơm, gây ra méo XPM trong tia dò là sóng liên tục tù' một laser DFB thứ hai. Các
kênh bơm và kênh dò được kết hợp lại và khuếch đại bằng bộ khuếch đại EDFA của
Corning, đưa công suất 13 dBm/kênh vào trong kết nối. Sợi SSMF trong thí nghiệm
có tán sắc trung bình 16,5 ps/km/nm và hệ số suy hao 0,27 dB/km (a = 0,20 dB/km
cho mô hình kết nối trong phòng thí nghiệm). PMD trung bình của kết nối là 4 ps.
Tín hiệu được khuếch đại thêm thành 9 dBm/kênh tại Nonvich và trở về qua chặng
thứ hai. Phần DCF bao gồm nhiều sợi quang có giá trị tán sắc từ -70 đến -110 ps/km/nm. Kênh dò được lựa chọn bàng một bộ tách kênh sử dụng cách tử, được
tách kênh bằng diode tốc độ cao và được hiến thị qua máy hiện sóng lấy mẫu. Độ
không phải n\ được dùng để mô tả dạng sóng tuần hoàn. Với tất cả các cấu hình, bù
tán sắc và không bù, méo ơ tỉ lệ nghịch với và méo XPM giảm với khoảng cách kênh rộng do walk-off tăng giữa các kênh. Với mẫu bơm PRBS, không có dao động
đáng kế của ơ với AẰ. quan sát được do độ lệch tiêu chuẩn được tính đến với
tất cả
tần số đóng góp vào méo tổng cộng, và dạng sóng kênh bơm không tuần hoàn ngăn 0.20 0.16 ơ 0.12 0.08 0.04 0.00 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 ■ Kểt nối khỏng bù trong phòng thí nghiệm • Kết nối trong phòng thí nghiệm bù với DCF
Hình 2.7: Sự phụ thuộc của méo XPMvào khoảng cách kênh [7]
2.4.2. Tán sắc trong sợi quang
Trong thí nghiệm được trích dẫn trong phần 2.3.1, các kết quả cũng cho thấy
các hiệu ứng do XPM gây ra như méo dạng xung, biến đối nhiễu pha thành nhiễu
cường độ... cũng phụ thuộc rất nhiều vào tán sắc sợi quang.
Trong một thí nghiệm khác[4] đế nghiên cứu sự méo xung do XPM trong sợi
quang tán sắc, kết quả đo được đã chứng minh sự phụ thuộc của XPM vào tán
sắc là
rất lớn.
Thí nghiệm này sử dụng cấu hình bơm - dò, được chọn để cách ly XPM với các
đầu ra sợi quang, kênh dò được chọn bằng bộ tách kênh dùng cách tử free- space,
được tách sóng với một diode tách sóng quang tốc độ cao và được hiện sóng tại một
máy hiện sóng lấy mẫu. Trong thí nghiệm sử dụng nhiều loại sợi quang khác nhau
trong phần đầu tiên có công suất quang cao và do đó cũng có XPM lớn. Các ảnh hưởng kết hợp của XPM và tán sắc được ước lượng cho: sợi DSF
(D=0ps/nm/km, y
= 2,43 ww, a = 0,23 dB/km, L=45 km), sợi SSMF (D=17 ps/nm/km, y = 1,52 W‘1km‘1, a = 0,21 dB/km, L=40 km) và các kết nối được quản lý tán sắc sử
dụng sợi
SSMF và sợi quang bù tán sắc DCF (D=-100 ps/nm/km, y = 4,86 W‘lkm'1, a = 0,5
Hình 2.8: Sơ đồ khối của thí nghiệm [8]
Ket quả thí nghiệm thu được cho thấy sự phụ thuộc của XPM vào tán sắc sợi
quang qua các sơ đồ bù tán sắc khác nhau. Các kết nối bao gồm 40 km sợi SSMF,
được bù chính xác bởi DCF, với bù trước (DCF+SSMF) và bù sau (SSMF+DSF),
được sử dụng như sợi quang đo. Bù trước cho kết quả là một dao động của chỉ số
hoàn của các thành phần XPM. Một hiệu úng tương tự không được quan sát với bù
sau vì tán sắc D thấp hơn xấp xỉ 5 lần so với trong DCF. Với AA,<0,9 nm, có thể
quan sát thấy méo XPM đáng kế và giảm nghiêm trọng với AẰ. >0,9 nm. Các điếm
cực tiếu và cực đại của m* đối với DCF phụ thuộc vào chiều dài xung và độ lớn tương đối của các giá trị này phụ thuộc vào tính tuần hoàn của dạng sóng bơm. Đối
với chuồi PRBS, các điểm này và độ lớn thay đổi theo thời gian. Mức độ méo cao
nhất quan sát được trong sợi quang có tán sắc thấp (DSF) và được phát hiện là rất
quan trọng với khoảng cách kênh lên đến 10 nm. Với tán sắc cao (SSMF, DCF), walk-off tăng lên dẫn đến giảm méo XPM. Điều này cho phép các kênh cách nhau
bởi AẰ, <1 nm, mặc dù với DWDM sử dụng các kết nối được quản lý tán sắc, XPM
có thế dẫn đến tích luỹ tán sắc dư nghiêm trọng gây ra biến đối PM-AM theo khoảng cách.
2.5. Kết luận
Chương 2 này đã nghiên cứu cơ bản về hiệu ứng điều chế pha chéo XPM và
1—Y22Á—1 I
U 'T
> u
CHƯƠNG III. ẢNH HƯỞNG CỦA XPM LÊN CHẢ T L ƯỢNG HỆ THÔNG WDM
3.1.Giới thiệu chương
Trong chương 2 đã giới thiệu về XPM và một số hiện tượng có liên quan đến
XPM. Những hiện tượng do XPM gây ra như các hiệu ứng ghép nối tần số, thay đôi
dạng xung, không ổn định phân cực, giãn rộng phổ bất đối xứng, thay đổi về thời
gian bất đối xứng... đều ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn của hệ thống WDM.
Các hiệu ứng này tác động đến hệ thống qua việc hạn chế một số tham số như khoảng cách truyền dẫn, số lượng kênh, khoảng cách kênh... Chương 3 sẽ trình bày
một số hạn chế đã được nghiên cứu và kiểm chứng bằng kết quả thực nghiệm của
một số nhà nghiên cứu trên thế giới.
3.2.A nh hưởng của XPM lên chât lượng hệ thông WDM tông quát
3.2.1. Giới hạn khoảng cách truyền dẫn
Hạn chế lớn nhất mà XPM gây ra cho hệ thống truyền dẫn WDM là giới hạn
khoảng cách truyền dẫn. vấn đề này đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu và công bố trên thế giới. Cùng với những đánh giá cả về lý thuyết và thực nghiệm, ( M 3
^'■=r-K\ pk+3£i>
V i*k ) (3.1)
Số hạng đầu tiên trong biểu thức này là do SPM phụ thuộc vào công suất của
riêng kênh được tách sóng. Tổng dùng để tính XPM tăng từ công suất quang trong
các kênh lân cận tại đó công suất tích phân trong sợi quang có liên quan đến dịch pha tống cộng. Điều chế tần số của các kênh bơm dẫn đến điều chế pha A^(t) của
D>0 /qthay
đổi
pha cua Av<0 Av>0
Đen: chậm hơn
chirp Tương tác do
XPM
Dịch pha phi
|=> Biến đổi pha thành Méo do tán sắc biên độ
Hình 3.1: Méo xung do XPM
Cấu hình pump - probe trong hình 3.2 được sử dụng để tách XPM từ các hiệu
ứng khác. Laser bơm khả chỉnh phát bước sóng ẰpUmp được điều chế ngoài
bằng một
bộ điều chế hấp thụ điện EAM do bộ tạo chuỗi Anritsu điều khiển (chuồi xung NRZ, 1-10 Gb/s), trong khi tia dò phát từ laser DFB tại có bộ điều chế Mach- Zehnder tích họp. Các kênh được kết họp và được khuếch đại với các bộ khuếch đại
EDFA công suất cao. Trong thí nghiệm méo do XPM gây ra tại Ằpr được
nghiên cứu
cho các sợi quang đo kiểm khác nhau (L=45 km) theo một chặng cố định biến đổi
sợi quang đế có biến đối PM-AM. Một bộ tách kênh dùng cách tử không gian tự do
được dùng đế chọn Xpr (xuyên kênh tốt hơn 30dB với AẰ, >0,5 nm). Tín hiệu được
Hình 3.2: Sơ đồ thí nghiệm nghiên cún XPM trong [8]
Hình 3.3 biểu diễn méo xung do XPM, đạt được trong kết nối tán sắc thấp với
khoảng cách kênh AX, ~0,4 nm và phân cực ngẫu nhiên. Các kênh đều được điều
chế, kênh bom tại 2,5 Gb/s (chuỗi bit 1010...) và kênh dò với chuỗi bit dài hon. Walk-off W^D.A>uLnhỏ hơn 1-bit trong phần sợi DSF. Do đó, chirp gây ra do
Hình 3.3: XPM và SPM vói các kênh đuực điều chế tại 2,5 Gb/s, sọi DSF, có độ trễ ban đầu khác nhau [8]
Hình 3.4: Méo XPMcho kênh dò (a) sợi DSF, (b) sọi SSMF [8]
Biến đối PM-AM trong sợi quang SSMF cho kết quả là chuỗi méo, dễ nhận thấy dạng sóng này chồng lên dạng sóng tín hiệu ban đầu, và tiêu biếu cho trường
họp walk-off. Tại sườn xung kênh dò, các hiệu ứng SPM và XPM có thể quan sát
được, trong khi đó, méo chỉ do XPM gây nên. Bằng cách chỉnh độ trễ kênh bơm ban đầu, méo tại các sườn xung do SPM cũng có thế tăng hoặc giảm do XPM.
nhất với các kết quả mô phỏng. Trong hình 3.4a và hình 3.4b, méo XPM của một
tín hiệu cw đuợc so sánh giữa sợi DSF và sợi SSMF với cùng tốc độ bit và khoảng
cách kênh, mức độ lệch của méo là do walk-off cao trong trường hợp sợi SSMF, làm giảm tích luỹ XPM. chỉ số mx được đo như một hàm của AX, =ẰpUrnp-
Ằpr bằng
cách thay đổi bước sóng bơm. Với sợi DSF, méo nghiêm trọng xảy ra khi A? 1=±20
nm và giá trị mxlớn nhất tại AÀ, nhỏ nhất. Giá trị cực đại thứ hai đạt được khi bước
sóng có tán sắc bằng không của sợi DSF (Ằo~l554 nm) được đặt giữa bước sóng
bơm và bước sóng dò làm giảm walk-off. Méo xung do XPM giảm rất nhiều khi thay thế sợi DSF bằng sợi SSMF với cùng bước sóng. Là kết quả của walk-off cao
trong sợi quang tán sắc, chirp XPM không cục bộ mà phân tán qua xung và méo XPM chỉ có thế quan sát với AẰ. <1,5 nm.
Ảnh hưởng của tốc độ bit lên XPM được nghiên cứu trong cấu hình bơm - dò
dùng sợi SSMF và có khoảng cách kênh 50 GHz. Trong thí nghiệm, độ dài bit của
kênh bơm được thay đôi trong khi thời gian chuyên tiêp xung là không đôi. Chính
vì vậy, mức độ chirp XPM gây ra do mỗi chuyển tiếp là không đối nhung nhiều chuyến tiếp xảy ra trong kênh bơm trong một khoảng cách thời gian. Trong mô phỏng bằng máy tính cho cùng hệ thống thí nghiệm, thời gian lên của xung thay đôi
thêm. Chuyển tiếp xung được tính xấp xỉ như các sườn của một phân phối Gausse
với biến K và T0 = 30 ps. Các giá trị K lớn dẫn đến chuyển tiếp xung nhọn hơn, giá
khuếch đại EDFA có khuếch đại phẳng với công suất đầu ra bão hoà +16 dBm và
hệ số tạp âm 4,5 dB. Bốn tia laser DFB, phát cách đều nhau 50GHz (0,4 nm) trong
dải 1556,4 nm đến 1557,6 nm, được ghép kênh bằng coupler 4x4, được điều chế bằng bộ điều chế hấp thụ điện (EAM) với các chuỗi giả ngẫu nhiên. Tiến hành truyền dẫn đon kênh và 4 kênh vói hai trường hợp bù trước và bù sau với một
C ũ 3 E 'ơ > Ề ữ 7 14 21 2S 36 SỐ chặng (a) SỐ chặng (b)
Hình 3.5: Công suất giảm sau các chặng thay đổi khi thay đổi số lượng chặng [9]
Khi tiến hành thí nghiệm với kênh đơn 10 Gb/s đế xác định ảnh hưởng của SPM,
với kết nối được bù trước, khoảng cách truyền dẫn có thế đạt đến trên 20 và 15 chặng
(<1000 km) trước khi có tốn hao 3 dB với công suất đầu vào lần lượt là +4 và +8
dBm. Các khoảng cách này bị giảm do bốn kết nối bù sau. Trong sơ đồ bù sau, chirp
SPM đạt được làm tăng thêm độ giãn xung với tán sắc âm của DCF. Ngược lại
với sơ
đồ bù trước, chirp SPM gây nén xung trong sợi SSMF tại cuối mỗi chặng.
Dùng sơ đồ có hai EDFA với DCF đặt giữa hai bộ khuếch đại có thể tối thiểu
hoá công suất đưa vào sợi quang, mặc dù điều này làm tăng tính phức tạp khi thiết
10 chặng. Vấn đề này có hai nguyên nhân. Đầu tiên là jitter định thời do XPM
là kết
quả của việc giảm độ dài của xung bị nén. Trong sơ đồ đã được bù tán sắc, dịch pha
do XPM phân phối dọc theo chiều dài sợi quang phi tuyến dẫn đến méo cường độ
do tán sắc còn dư tại phần cuối chặng. Nguyên nhân thứ hai là sự tăng xuyên âm
xảy ra giữa các kênh tại bộ thu do giãn rộng phố mà XPM hoặc SPM gây ra, dẫn
đến chuyển các thành phần phổ từ một kênh sang băng tần của các kênh lân cận. Để
nghiên cứu mức của xuyên âm, phổ của tín hiệu WDM được đo sau 1, 4, 8 và 12
vòng tuần hoàn của vòng quang bằng máy phân tích phổ và bộ lọc FB. Sự giãn rộng
phổ lớn với khoảng cách truyền dẫn được quan sát được ghi trong máy phân tích
0.1* --- --- . 0.11--- —■— •
Qua các kết quả mà thí nghiệm [9] đã đạt được ta thấy rằng nguyên nhân chủ
yếu làm giảm khoảng cách truyền dần của hệ thống WDM là do sự giãn rộng xung
(hoặc nén xung tuỳ thuộc vào sơ đồ bù tán sắc được dùng) và j itter định thời Khoảng cách bước sóng (nm) (a) Bước sóng dịch chuyển (bj
Hình 3.6: Phố của kênh 2 sau 12 chặng bù truức trong thí nghiệm (a)
3.2.2. Méo cường độ do XPM
Nhũng thiệt hại do XPM gây ra trong các hệ thống DWDM tốc độ cao ảnh hưởng đến chất lượng các hệ thống này rất lớn. Đe đánh giá chất lượng hệ thống quang dưới ảnh hưởng của XPM, cần có một mô hình giải tích được thực hiện với
đặc điểm nhanh hơn, đơn giản và càng chính xác càng tốt. Các nghiệm của mô hình
này là đạo hàm của hàm j itter theo thời gian giải tích. Những nghiên cứu trước đây
chỉ đòi hỏi phân tích điều chế cường độ phát sinh tại cuối sợi quang. Các hiệu ứng
cũng chỉ được phân tích cho dạng điều chế NRZ. Công cụ VPI trong [7] cung cấp
cách làm đơn giản và hiệu quả để mô phỏng XPM bao gồm cả méo cường độ và jitter thời gian trong hệ thống WDM.
Đe tính toán méo trường do XPM trong các hệ thống WDM đa chặng không
đòi hỏi biến đổi Fourier. Điều chế pha quang do XPM gây ra và kết quả của hiện
tượng này là tính toán dao động công suất tín hiệu và độ chính xác của mô hình đã
được kiếm nghiệm. Xem xét một hệ thống 5 chặng với độ dài chặng tính đến lOOkm
được xem xét. Mô hình sử dụng tán sắc 17 ps/nm.km và bù tán sắc -102 ps/nm.km.
Mức công suất 3 dBm với dạng sóng được điều chế NRZ 10 Gb/s, ngoài ra, kết