Trong các mạng quang WDM, tốc độ bit của các kênh bước sóng khác nhau có thế không giống nhau. Ảnh hưởng của tốc độ bit kênh dò đến độ nhạy với xuyên kênh XPM có thế xác định được dựa vào băng tần bộ thu. Hình 3.9 biếu diễn các mức xuyên kênh công suất đã chuấn hoá theo băng tần điện bộ thu với các kênh bơm có tốc độ bit là 2,5, 10 và 40 Gb/s. Hình này biếu diễn trường hợp một chặng gồm 100 km sợi tán sắc với D=2,9 ps/nm/km, công suất đưa vào sợi là 11,5 dBm và khoảng cách kênh 0,8 nm. Trong hệ thống cụ thế này, với tốc độ bit cao hơn 10 Gb/s, xuyên kênh do XPM ít nhạy hơn với sự tăng của tốc độ bit. Điều này là do hàm truyền đạt công suất XPM chuấn hoá đạt đến đỉnh tại xấp xỉ 15 GHz. Khi phố của kênh bơm rộng hơn 15 GHz, ảnh hưởng của xuyên kênh XPM giảm đi rất nhiều. Đây là lý do giải thích tại sao xuyên kênh do XPM giữa các hệ thống 40 và 10 Gb/s lại nhỏ hơn rất nhiều xuyên kênh giữa hệ thống 10 và 2,5 Gb/s.
Các băng tần bộ thu điển hình cho các hệ thống 2,5, 10 và 40 Gb/s lần lượt là
1,75, 7,5 và 30 GHz. Từ hình 3.9 có thế thấy rằng khi băng tần bộ thu vượt quá băng tần của kênh bơm, mức độ xuyên kênh do XPM không tăng theo băng tần
với điều này là các hệ thống WDM lai ghép có các tốc độ bit khác nhau xen kẽ, chẳng hạn nhu các kênh 1, 3, 5 có tốc độ bit cao và các kênh 2, 4, 6 có tốc độ bit thấp. Các mức xuyên kênh do XPM trong cả các kênh tốc độ cao và các kênh tốc
độ thấp đều tuơng tự nhu nhau và không cao hơn mức xuyên kênh trong hệ thống
có tốc độ bit thấp. Tuy nhiên, khi khoảng cách kênh là quá thấp, xuyên kênh XPM
từ kênh 3 đến kênh 1 có thể lớn hơn xuyên kênh từ kênh 2 có tốc độ bit thấp. Tương tự như hình 3.9, hình 3.10 biểu diễn các mức xuyên kênh đã chuẩn hoá
theo băng tần điện trong một hệ thống dùng NZDSF năm chặng, 1 OOkm trên một
chặng. Tán sắc sợi quang là 2,9 ps/nm/km và công suất quang đưa vào mỗi
chặng là
8,5 dBm. Tại đây có sự khác biệt nhỏ trong các mức xuyên kênh giữa hệ thống 10
Gb/s và hệ thống 40 Gb/s. Nguyên nhân là do trong hệ thống có tán sắc tích luỹ cao
Hình 3.10: Xuyên kênh theo băng tần điện thu
Cần phải chỉ ra rằng, đế đơn giản hoá, trong cả hình 3.9 và hình 3.10, các công
suất quang của tín hiệu đuợc chọn lựa giống nhau cho các hệ thống có tốc độ bit khác nhau.Tuy nhiên, trong thực tế thường yêu cầu mức công suất cao hơn đối với
hệ thống có tốc độ bit cao. Việc tông quát hoá các kết quả này trong trường hợp có
Hình 3.11: Xuyên kênh XPM phụ thuộc vào tán sắc
Mặc dù xuyên kênh XPM thường được coi là chỉ nghiêm trọng trong sợi quang
giới hạn tán sắc của hệ thống thì tán sắc cao tạo ra nhiều xuyên kênh hon. Nói cách
khác, trong các hệ thống quang được bù tán sắc, tán sắc nội cao hon giúp làm giảm
điều chế pha do XPM và tán sắc hệ thống tích luỳ thấp làm giảm biến đôi nhiễu pha
thành nhiễu cường độ.
3.2.5. Anh hưởng của XPM lên hệ thong WDM được quản lý vể tán sắc
Với các hệ thống được quản lý về tán sắc, XPM cũng có những ảnh hưởng nhất
định. Tuy nhiên, do XPM phụ thuộc khá nhiều vào tán sắc trong sợi quang nên với
các so đồ quản lý tán sắc khác nhau, ảnh hưởng của XPM là khác nhau. Có một mô
hình nghiên cứu về mặt lý thuyết [9] ảnh hưởng của XPM đến chất lượng hệ thống
WDM qua phân tích hàm truyền đạt bộ lọc cường độ do XPM gây ra. Hàm truyền
đạt này trong các so đồ quản lý tán sắc khác nhau là khác nhau. Từ nghiên cứu lý
thuyết, một số kết quả đã được tính toán, kiểm chứng lại lý thuyết và mở ra hướng
khắc phục ảnh hưởng của XPM bằng quản lý tán sắc thích hợp.
Mô hình lý thuyết này xem xét tia bơm mạnh và tia dò tương đối yếu trong hệ
thống gồm hai phần sợi quang có tán sắc khác nhau D| và D2 với các chiều dài tương ứng L] và L2. Tia dò là cw còn tia bơm là tín hiệu quang được điều chế có
biên độ biến đối chậm theo thời gian. Công suất kênh bơm thay đối là Pp(z,t) và biến đối Fourier Pp(z,co). Tính đến cả suy hao của kênh bơm và walk-off giữa kênh
Tần số (GHz)
Hình 3.12: Hàm truyền đạt của sọi SMF theo các SO’ đồ bù tán sắc khác nhau
Trong hình 3.12 là hàm truyền đạt của 80 km sợi SMF (D=16 ps/nm/km) không bù và có bù (trước và sau). Hàm truyền cho thấy đặc điểm bộ lọc thông cao. Hình 3.13 và hình 3.14 là các hàm truyền đạt với các tỉ lệ bù tán sắc khác nhau trong các hệ thống được bù trước và bù sau. Hình 3.15 so sánh hai cấu hình tán sắc khác nhau của các hệ thống được bù tán sắc hoàn toàn. 80 km sợi DSF có tán sắc -2 ps/nm/km được bù hoàn toàn bằng sợi SMF có tán sắc 16 ps/nm/km; 80 km sợi SMF có tán sắc 16 ps/nm/km được bù hoàn toàn bằng sợi DCF có tán sắc 96 ps/nm/km. Có thế thấy rằng do tán sắc nội của sợi SMF lớn mà ảnh hưởng của XPM bị loại bỏ, do đó SMF là lựa chọn tối ưu đối với các hệ thống WDM tốc độ cao.
Trong các hệ thống đa chặng, ảnh hưởng của XPM tích luỹ tại điếm cuối
của hệ
thống. Hình 3.16 khang định điều này. Trong mỗi chặng, sợi SMF được bù hoàn toàn bởi sợi DCF và suy hao được bù bằng bộ khuếch đại quang. Như thấy trên hình, ảnh hưởng của XPM càng lớn khi số chặng tăng lên. Trong hình 3.17, các sơ
đồ bù thiếu và bù thừa được nghiên cứu trong một hệ thống WDM năm chặng. Có
cu
Tần số (GHz)
Hình 3.13: Méo XPM theo các ti lệ bù tán sắc khác nhau vói sơ đồ bù truức
Tần số (GHz)
Hình 3.14 Méo XPM vói các tỉ lệ bù tán sắc khác nhau
vói SO’ đồ bù sau
Nói tóm lại, trong hệ thống WDM được quản lý tán sắc, ảnh hưởng của XPM
thế hiện như một bộ lọc cường độ với đặc điếm là một bộ lọc thông cao, có
nghĩa là
XPM là một hiệu ứng phi tuyến có tính trội trong các hệ thống WDM tốc độ cao.
co >> en p Q_ X o "ơ <o- •ơ cnc 'b S3 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Tần số (GHz)
Hình 3.15: Hai cấu hình bù tán sắc khác nhau cho kết quả khác nhau
Tần số (GHz)
Hình 3.16: Ảnh huửng của XPMthay đổi theo số chặng m
Tần số (GHz)
3.3.Một sổ giải pháp khắc phục ảnh hưởng của XPM trong hệ thống WDM
Qua các phần trên ta đã thấy ảnh hưởng của XPM lên chất lượng hệ thống WDM. Đê khắc phục những ảnh hưởng này, nhiều thí nghiệm cũng đã được tiến hành bởi nhiều nhà nghiên cứu và cho những kết quả khả quan. Một số biện pháp
được tìm ra thực sự hiệu quả và có thế áp dụng trong thực tế để nâng cao chất lượng
hệ thống. Phần này trình bày một số biện pháp như dùng bộ triệt XPM, sử dụng các
so đồ bù tán sắc hợp lý.
3.3.1. Dùng bộ triệt XPM
Phần này giới thiệu việc dùng bộ triệt XPM trong một hệ thống cụ thế [11]
để hạn
chế ảnh hưởng của XPM đối với các kết nối sợi quang đa chặng. Kỹ thuật triệt XPM
này gồm việc đưa ra các độ trễ thời gian thích hợp giữa các kênh kề nhau bên trong
một bộ lặp, để thúc đấy quá trình phá huỷ đóng góp tống cộng tù' các chặng
khác nhau
vào XPM tổng thể. Một thiết bị thụ động đon giản, gọi là bộ triệt XPM (XS) dựa cặp kênh liên tục trải qua giá trị tối ưu giống nhau của độ trễ thời gian giữa các kênh tại điểm đầu mỗi chặng thì sự suy yếu do XPM gây ra cho các cặp kênh này
là tối thiểu. Độ trễ tD có thế xác định từ mô hình đánh giá nhiễu cường độ do XPMa) kênh 10 kênh 9 kênh 8 kênh 7 . » , _ Oh- Í.s min kênh 6 . . . 5L =8-4 mm kênh 5^ = : 51,3=6. 6 mm Slg =7.1 mm ôlg =7.5 mm b) vào chặng #1 ra chặng #1 ra chặng #1+xs vào
Trong sơ đồ cho trong hình 3.18, bộ triệt XPM (XS) bao gồm một
circulator và
một loạt cách tử IFBG trong hệ thống M kênh WDM, mỗi kênh k (2<k<M) được
phản xạ tại một vị trí bên trong sợi quang, bị trễ khoảng thời gian tD từ kênh k-
1 tại
phần bắt đầu mỗi chặng tiếp theo.
Tuy nhiên, trong các hệ thống thực tế, sợi quang có tán sắc được tích luỳ
Dj(X)
tạo ra mộ độ trễ xuyên kênh Dj(k). Ak mà không thế bù hoàn toàn bằng độ trễ
Dc(k).
AX tạo ra bởi modul bù có tán sắc tích luỳ Dc(k). Giữa kênh k-1 và kênh k, xs dẫn
đến một độ trễ nữa là
t,(k) = tD - |AA(DT ( Ãk) + Dc(Ãt)| (3.17)
Khoảng cách tương đối mà tại đó các gương tương ứng được mô tả là
ãk = c.ts (k)/(2n) với c là vận tốc ánh sáng, n là chiết suất của sợi quang. Đe đạt
hiệu
quả tối đa, tD cần được điều khiến bởi các xs thêm vào trong mỗi bộ lặp, dọc theo
kết nối như trong hình 3.18. cần chú ý rằng sự phụ thuộc vào bước sóng trong công
thức (3.17), do sườn tán sắc, giải thích tại sao một sơ đồ tán sắc lý tưởng, đơn giản
lại không thế thay thế xs để hạn chế những ảnh hưởng của XPM đối với số lượng
kênh lớn.
Hình 3.18 cho thấy thiết kế với thiết bị thí nghiệm cho 10 kênh, độ trễ tD
đặt ra
ước lượng khoảng 80ps đã đạt được trong một dải ước lượng [-20ps, +20 ps].
Sự xê
dịch trong một dải như vậy cũng thích hợp với các yêu cầu về lý thuyết, do quá 80
0,065 ps/nm/km và diện tích hiệu dụng 53 ỊAin2. Suy hao của chặng đuợc chỉnh đến
giá trị thực tế 25 dB bằng bộ suy hao, đuợc bù suy hao bằng các bộ khuếch đại hai
tầng kết hợp một xs và một sợi DCF, có tán sắc tích luỹ 309 ps/nm. Các kênh trung
tâm đuợc mỗi DCF bù chính xác cho lượng tán sắc trong chặng phía trước
nhưng tại
Khoảng cách (km)
Hình 3.19: Suy giảm độ nhạy cho kênh 6
Trong hình 3.19 biểu diễn suy giảm độ nhạy tại BER=10‘I() cho kênh thứ
6. Sự
suy giảm này tăng nhanh theo khoảng cách khi không có xs, dẫn đến BER sàn là
10'7 sau năm chặng. Ngược lại, khi các xs được thêm vào một cách tuần hoàn thì
sự suy giảm chỉ còn 1,2 dB mặc dù có nhiễu bộ khuếch đại và các hiệu ứng lan truyền vẫn còn, và có thế nhìn thấy trực quan qua hình 3.19. Đối với 9 kênh còn
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0
Số krợng kênh
Thay đôi tán săc dư trong kêt nôi đã cho thây lợi ích rât lớn từ các xs vì tán săc
dư là một tham số để đánh giá ảnh hưởng của XPM. Đe làm được điều đó, một phần
thích hợp của sợi DCF hoặc sợi G.652 đã được chèn thêm vào trước bộ thu. Suy giảm cho kênh 6 sau năm chặng được biếu diễn trong hình 3.20 là một hàm của tán
sắc dư khi có và không có các xs.
Theo như mong đợi từ lý thuyết, khi tán sắc dư gần như bằng không thì các xs
gần như không có tác dụng đến chất lượng và tỉ lệ lỗi sàn không giống như ở trên.
Thực sự trong cấu hình này, XPM không biến đổi thành nhiễu cường độ có hại. Tuy
nhiên, theo sườn tán sắc sợi quang, cấu hình dung sai XPM này chỉ có thế có được
với các hệ thống WDM có số lượng kênh nhỏ và sự suy giảm không thế dưới 3 dB.
Ngược lại, khi tán sắc dư tăng lên đến 366 ps/nm (không có DCF trong bộ thu) hoặc
cao hơn thì nếu không có xs sẽ không the có truyền dẫn không lỗi, trong khi truyền
trong chế độ tán sắc dị thường có xs có thế cải thiện đáng kế sự suy giảm hệ thống,
đến 2 dB. Cuối cùng, dải tán sắc dư tại suy giảm 3 dB, sau khi tách nhiễu lớn hơn
gấp ba lần so với khi không có xs. Điều này có nghĩa là có thể có dung sai lớn hơn
nhiều cho sợi NZDSF được bù không đầy đủ.
Thí nghiệm [11] đã cho thấy một biện pháp hiệu quả đe hạn chế ảnh hưởng của
Hình 3.21: Xuyên kênh thay đối theo bù tán sắc
Hình 3.21 biếu diễn các mức xuyên kênh công suất chuấn hoá theo tỉ lệ bù tán
sắc trong một hệ thống 10 Gb/s sáu chặng, mỗi chặng 100 km NZDSF. Tán sắc trong sợi quang truyền dẫn là 2,9 ps/nm/km và công suất quang đi vào mỗi
chặng là
8,5 dBm. Các hiệu ứng phi tuyến trong các sợi quang dùng đế bù tán sắc được bỏ
qua đế đơn giản hoá. Các sơ đồ bù tán sắc khác nhau được so sánh trong hình này.
Đường (1) là bù tán sắc trong từng chặng, khi đó xuyên kênh do XPM tạo ra trong
mỗi chặng có thế được bù chính xác nên khi bù 100% thì giảm xuyên kênh do XPM
rất hiệu quả. Đường (2) là đặt bộ bù tán sắc sau mồi hai chặng, khi đó giá trị bù tán
sắc chỉ có thể được tối ưu hoá cho chặng đầu tiên hoặc chặng thứ hai nhưng không
thế tối ưu cho cả hai chặng. Mức xuyên kênh do XPM dư cao hơn trong trường hợp
trước. Tương tự như thế, đường (3) trong hình 3.21 là đặt bộ bù tán sắc sau mỗi ba
chặng còn đường (4) là đặt một bộ bù tống họp tại trước bộ thu. 83
tại bộ thu. Hình 3.22 biểu diễn các tích lũy méo cường độ do XPM đuợc tính toán
cho hệ thống trong [10].
Hình 3.22: Hệ số m* tích luỹ sau các chặng
Một cấu hình bơm - dò cũng được dùng đe đặc trưng hóa méo do XPM, với kênh bơm điều chế cường độ, làm méo một kênh dò cw, khoảng cách kênh 0,4 nm.
Các xung bơm có độ rộng 400 ps và thời gian lên - xuống 10-90% là 56 ps. Hệ số
đặc trưng cho XPM vẫn là mx. Có thể thấy trong hình 3.22 rằng mx tích lũy theo
thời gian trong mỗi chặng, do tán sắc của sợi quang SSMF biến đối PM-IM. Bộ bù
phía sau giảm do tán sắc âm đảo ngược biến đổi PM-IM. Tuy nhiên vẫn còn tồn tại
Hình 3.23: Hệ số n\ tăng theo khoáng cách
Thí nghiệm cũng được tiến hành với cấu hình bơm-dò dùng vòng quang khép
cho thấy mx tăng theo khoảng cách truyền dẫn trong trường họp tán sắc dưong hoặc
âm có |D| = 340ps/nm tại bộ thu. Có thế thấy rằng tán sắc dương làm giảm mx một
Thời gian(100 ps/div)
Hình 3.24: Dạng sóng sau 6 chặng
3.4.Ket luận
Chương 3 là phần nội dung chính của đề tài. Trong chương này đã giới thiệu
nhiều nghiên cứu về lý thuyết cũng như thực nghiệm đã được tiến hành trên thế giới
đế trình bày về những ảnh hưởng của XPM đến chất lượng hệ thống WDM. Những
hiệu ứng do XPM gây ra như méo dạng xung, biến đổi PM-ĨM, nhiễu, jitter định
thời... đã hạn chế giới hạn truyền dẫn của hệ thống truyền dẫn WDM và làm giảm
hệ số phấm chất Q, gây méo tín hiệu. Sau khi tìm hiếu những ảnh hưởng của XPM
đến chất lượng hệ thống WDM, chương 3 còn đưa ra một số biện pháp khắc