Nhiều thí nghiệm được trích dẫn ở trên đã cho thấy bù tán sắc là biện pháp hiệu quả để khắc phục những hạn chế mà XPM gây ra.
Trong tài liệu [9] đã trình bày xuyên kênh do XPM trong các hệ thống sợi quang có thể giảm bằng cách bù tán sắc. Ngoài ra, điểm đặt bộ bù tán sắc cũng rất quan trọng. Lượng bù tán sắc nhỏ nhất yêu cầu là khi bộ bù được đặt trước bộ thu. Tại điểm này, bộ bù sẽ bù xuyên kênh do XPM tạo ra trong toàn bộ các chặng. Lượng bù tán sắc tối ưu để giảm xuyên kênh do XPM là khoảng 50% tán sắc trong hệ thống. Mặc dù sơ đồ bù tổng hợp này yêu cầu lượng bù tán sắc nhỏ nhất nhưng vẫn không đạt được chất lượng hệ thống tốt nhất.
Hình 3.21 biểu diễn các mức xuyên kênh công suất chuẩn 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 để bù tán sắc được bỏ qua để 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 thể 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 mỗi 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 thể 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 tổng hợp tại trước bộ thu.
Rõ ràng là khi giảm số lượng các bộ bù tán sắc, mức độ xuyên kênh do XPM dư cao hơn và giá trị bù tán sắc tối ưu gần hơn đến 50% giá trị tán sắc của hệ thống. Chính vì điều này, trong các hệ thống có suy yếu nghiêm trọng do xuyên kênh thì cần phải bù tán sắc trong mỗi chặng. Tuy nhiên, điều này sẽ làm tăng số lượng bộ bù tán sắc đồng nghĩa với việc tăng chi phí.
Trong tài liệu [8], bù tán sắc thiếu (undercompensation) được chứng minh là có ảnh hưởng đáng kể đến méo do XPM. XPM phát sinh và phân bố dọc chiều dài sợi SSMF dẫn đến méo cường độ tại bộ thu, ngay cả trong trường hợp được bù tán sắc hoàn toàn. Bù thiếu có hiệu quả khá cao trong việc giảm méo cường độ do XPM tại bộ thu. Hình 3.22 biểu diễn các tích lũy méo cường độ do XPM được tính toán cho hệ thống trong [8].
Hình 3.22 Hệ số mx tích luỹ sau các chặng
Một cấu hình bơm – dò cũng được dùng để 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 đổi PM-IM. Bộ bù phía sau giảm do tán sắc âm đảo ngược biến đổi PM-IM. Tuy nhiên vẫn còn tồn tại điều chế cường độ dư. Giá trị mx đạt cực tiểu tại một số khoảng cách trước điểm cuối mỗi chặng và vì thế, lượng điều chế cường độ tại bộ thu có thể tối thiểu hóa nhờ bù thiếu tại chặng cuối cùng. Dùng mô phỏng trong [13] đã có được kết quả là bù thiếu giảm mx từ 0,41 xuống còn 0,16 sau 10 chặng.
Hình 3.23 Hệ số mx tăng theo khoảng cách
Thí nghiệm cũng được tiến hành với cấu hình bơm-dò dùng vòng quang khép kín tuần hoàn, công suất kênh 13 dBm và điều chế với cùng dạng xung . Hình 3.23 cho thấy mx tăng theo khoảng cách truyền dẫn trong trường hợp tán sắc dương hoặc âm có
340
=
D ps/nm tại bộ thu. Có thể thấy rằng tán sắc dương làm giảm mx một cách hiệu quả. Dạng sóng dò tương ứng cho trong hình 3.24 sau sáu chặng.
3.3 Kết 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 để 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-IM, nhiễu, jitter định thời… đã hạn chế giới hạn truyền dẫn của hệ thống truyền dẫn WDM và làm giảm hệ số phẩm chất Q, gây méo tín hiệu. Sau khi tìm hiểu những ảnh hưởng của XPM đến chất lượng hệ thống WDM, chương 3 còn đưa ra một số biện pháp khắc phục những hạn chế trên bằng cách dùng bộ triệt XPM hoặc sử dụng các sơ đồ tán sắc thích hợp. Do XPM cũng phụ thuộc vào nhiều tham số như công suất quang tín hiệu, tán sắc trong sợi quang, tốc độ bit, khoảng cách kênh… nên chắc chắn vẫn còn nhiều biện pháp cải thiện chất lượng hệ thống đang được nghiên cứu và sẽ được áp dụng trong tương lai.
Kết luận
Các hệ thống truyền dẫn WDM đã và đang được phát triển rộng khắp, là giải pháp tối ưu cho các mạng truyền tải tốc độ cao và đa dạng về loại hình dịch vụ. Nghiên cứu tìm hiểu về những hạn chế của các hệ thống WDM là một vấn đề cần thiết đối với các nhà thiết kế mạng viễn thông nhằm tối ưu hoá chất lượng mạng truyền dẫn. Đồ án của em nghiên cứu về ảnh hưởng của XPM – là hiệu ứng có ảnh hưởng nghiêm trọng nhất đến chất lượng hệ thống truyền dẫn WDM. Chương 1 của đồ án đã giới thiệu cơ bản về hệ thống truyền dẫn WDM, về ưu điểm và các thành phần cũng như các tham số của một hệ thống. Đồng thời, trong chương 2 của đồ án trình bày về XPM và những hiện tượng do XPM gây ra đối với sóng quang lan truyền trong sợi. Từ những kiến thức cơ bản đó, cùng với việc tham khảo nhiều nghiên cứu trên thế giới qua các bài báo và Internet, chương 3 của đồ án đã trình bày về một số ảnh hưởng quan trọng của XPM đến chất lượng hệ thống truyền dẫn WDM và một số biện pháp khắc phục khả thi.
Với thời gian nghiên cứu tìm hiểu còn hạn chế, có rất nhiều vấn đề liên quan mà em chưa đưa được vào đồ án. Trong thời gian sắp tới khi có nhiều thời gian em sẽ tiếp tục tìm hiểu sâu hơn về vấn đề này và tìm hiểu thêm những vấn đề thiết kế mạng viễn thông đặc biệt là mạng đường trục của Việt Nam.
Một lần nữa em xin cảm ơn cô giáo hướng dẫn – Ths. Nguyễn Thị Thu Nga cùng các thầy cô trong bộ môn Thông Tin Quang, Khoa viễn thông I đã hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành đồ án này.
Tài liệu tham khảo
[1]. AGRAWAL, G.P,”Nonlinear Fiber Optics”, second Edition, chapter 7, page 238-315, Academic Press, New York,1995.
[2]. CISCO SYSTEM, “Introduction to DWDM Technology”, 06/2004.
[3]. GIOVANNI BELLOTTI, SEBASTIEN BIGO, STEPHANE GAUCHARD, PIERRE-YVES CORTES, SIOHIE LA ROCHELLE, “10x10 Gb/s cross-phase modulation suppressor using WDM narrowband fiber Bragg gratings”, OFC post-deadline paper PD32, 2000.
[4]. H.J.THIELE, R.I.KILLEY, P.BAYVEL, “Influence of fiber dispersion on XPM pulse distortion in WDM systems”, ECOC98, 09/1998, Madrid, Spain.
[5]. H.J.THIELE, R.I.KILLEY, P.BAYVEL, “Transmission Limitations in Optical WDM Networks due to Cross-Phase Modulation”, Optical Networks Group, Dept. of Electronics and Electrical Engineering, Torrington Palace, University College London, UK.
[6]. 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
[7]. RAGAVENDA ANANTHA PADMANABHAN, “Analytical Modeling to Evaluate the Effect of Cross-Phase Modulation on WDM Networks”, B.E (Electronics and Communication Engineering), 2004, Madras University, India. [8]. ROBERT KILLEY, HANS-JORRG THIELE, VITALY MIKHAILOV,
POLINA BAYVEL, ”Optimization of the Dispersion Map of Compensated Standard-Fiber WDM Systems to Minimize Distortion due to Fiber Nonlinearity”, Optical Networks Group, Dept. of Electronics and Electrical Engineering, Torrington Palace, University College London, UK.
[9]. 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.
[10]. RUBEN S. LUIS, ADOLFO V.T. CARTAXO, “Influence of Dispersion Slope on XPM-induce Degradation in Dispersion Compensated WDM Systems”, 8/7/2004, Banff, Canada
[11]. STEPHAN PACHNICKE and EDGAR VOGES, “Analytical assessment of the Q-factor due to Cross Phase Modulation(XPM)”, University of Dortmund, 44227 Dortmund, Germany
[12]. 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
[13]. Z.LI and K.QIU, “Intensity Filter Caused by Cross Phase Modulation in Dispersion-Managed WDM System”, Proceedings Symposium IEEE/LEOS Benelux Chapter, 2003, Enschede
[14]. TS. VŨ VĂN SAN, TS. HOÀNG VĂN VÕ, “Kỹ thuật thông tin quang”, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 1997.