3.1.1.1 Khoảng cách kênh bớc sóng
Một trong các yếu tố quan trọng cần phải xem xét là hệ thống sẽ sử dụng bao nhiêu kênh bớc sóng và điều cần lu ý là số kênh bớc sóng cực đại có thể sử dụng đợc phụ thuộc vào khả năng của công nghệ hiện có đối với các thành phần quang của hệ thống, cụ thể là:
• Băng tần của sợi quang.
• Khả năng tách - ghép của các thiết bị WDM.
Khoảng cách giữa các kênh bớc sóng: Một số yếu tố ảnh hởng đến khoảng cách này bao gồm:
• Tốc độ truyền dẫn của từng kênh. • Quỹ công suất quang.
• ảnh hởng của các hiệu ứng phi tuyến. • Độ rộng phổ của nguồn phát.
• Khả năng tách - ghép của các thiết bị WDM.
Mặc dù cửa sổ truyền dẫn tại vùng bớc sóng 1550 nm có độ rộng khoảng 100nm nhng do dải khuyếch đại của các bộ khuyếch đại quang chỉ có độ rộng khoảng 35nm (theo qui định của ITU-T thì dải khuyếch đại này từ bớc sóng 1530nm đến 1565nm) đối với băng C; hoặc băng L từ 1570nm đến 1630nm với các thiết bị WDM gần đây; nên trong thực tế các hệ thống WDM không thể tận dụng hết băng tần của sợi quang.
Nếu gọi ∆λ là khoảng cách giữa các kênh bớc sóng thì tơng ứng ta sẽ có: 2 λλ ∆ ∗ = ∆f c (3.1)
Nh vậy, tại bớc sóng 1550nm, với ∆λ = 35nm xét đối với riêng băng C; thì ta sẽ có ∆ f = 4,37. 1012 Hz. Giả sử tốc độ truyền dẫn của từng kênh bớc sóng là 2,5 GHz, theo định lý Nyquist, với phổ cơ sở của tín hiệu là 2. 2,5 = 5 GHz, thì số kênh bớc sóng cực đại có thể đạt đợc là N = ∆ f / 5 = 874 kênh trong dải băng tần của một bộ khuyếch đại quang, đây là số kênh cực đại tính theo lý thuyết đối với băng C. Tuy nhiên với mật độ kênh càng lớn đòi hỏi các thành phần quang trên tuyến phải có chất lợng càng cao.
Dựa trên khả năng của công nghệ hiện nay, ITU-T đa ra qui định về khoảng cách tối thiểu giữa các kênh bớc sóng là 100 Ghz (0,8nm) với tần số chuẩn là 193.1 Thz. Mặc dù đã công bố một số loạt sản phẩm mà khoảng cách giữa các kênh bớc sóng là < 50 GHz, song các sản phẩm thơng mại vẫn chủ yếu theo chuẩn của ITU-T đã nêu.
(*) Chirp: Là hiện tợng thay đổi đặc tích tần số quang theo thời gian. Trong hiện tợng này tần số trung tâm sẽ bị xê dịch hoặc suy giảm. Việc điều chế trực tiếp xung quang bới các bộ laser bán dẫn là nguyên nhân đáng kể gây ra hiện tợng chirp. Quá trình này gây ra sự xê dịch tần số, mở rộng phổ của xung quang đợc điều chế tại đầu ra. Có thể hiểu và dịch "chirp" là sự dịch tần, hoặc xê dịch, mở rộng phổ của xung quang. Tuy nhiên trong khuôn khổ tài liệu này, chúng tôi xin giữ nguyên bản thuật ngữ kỹ thuật này: chirp hoặc chirping.
Bảng 3.1: Tiêu chuẩn ITU-TG.652 về khoảng cách kênh bớc sóng
Tần số trung tâm (THz) Bớc sóng tơng
ứng (nm) Khoảng cách kênh =100GHz 200GHz 300GHz 400GHz 500GHz 195.9 * * 1530.33 195.8 * 1531.11 195.7 * 1531.89 195.6 * 1532.68 195.5 * * * 1533.46 195.4 1534.25 195.3 * 1535.03 195.2 * 1535.82 195.1 * * * 1536.61 195.0 1537.39 194.9 * * 1538.18 194.8 1538.97 194.7 * * 1539.76 194.6 * * 1540.55 194.5 * 1541.35 194.4 1542.14 194.3 * * * 1542.93 194.2 1543.73 194.1 * * 1544.52 194.0 * 1545.32 193.9 * * 1546.11 193.8 1546.91 193.7 * * 1547.71 193.6 * 1548.51 193.5 * * 1549.31 193.4 * 1550.11 193.3 * 1550.91 193.2 1551.72 193.1 * * * * 1552.52 193.0 1553.32 192.9 * 1554.13 192.8 * 1554.94 192.7 * * 1555.74 192.6 * 1556.55 192.5 * * 1557.36 192.4 1558.17 192.3 * * 1558.98 192.2 * 1559.79 192.1 * * 1560.6 192.0 1561.41 191.9 * * * 1562.23 191.8 1563.04 191.7 * 1563.86
3.1.1.2. Xác định độ rộng phổ yêu cầu của nguồn phát
Việc chọn độ rộng phổ của nguồn phát nhằm đảm bảo cho các kênh bớc sóng hoạt động một cách độc lập với nhau, hay nói cách khác là tránh hiện t- ợng chồng phổ ở phía thu giữa các kênh lân cận. Khoảng cách giữa các kênh này phụ thuộc vào đặc tính của các thiết bị WDM nh MUX / DEMUX, bộ lọc,
độ rộng phổ nguồn phát và độ dung sai cũng nh mức độ ổn định của các thiết bị này.
Về bản chất, việc ghép các bớc sóng khác nhau trên cùng một sợi quang là dựa trên nguyên tắc ghép kênh theo tần số. Các kênh khác nhau làm việc ở các tần số quang khác nhau trong cùng băng thông của sợi quang. Theo lý thuyết băng thông của sợi quang rất rộng nên số lợng kênh bớc sóng ghép đợc rất lớn (ở cả hai cửa sổ truyền dẫn). Tuy nhiên trong thực tế các hệ thống WDM thờng đi liền với các bộ khuyếch đại quang sợi và làm việc chỉ ở cửa sổ sóng 1550nm. Nên băng tần của sợi quang bị giới hạn bởi băng tần của bộ khuyếch đại (từ 1530nm đến 1565nm cho băng C; từ 1570nm đến 1630nm cho băng L). Nh vậy, một vấn đề đặt ra khi ghép là khoảng cách kênh giữa các bớc sóng phải thoả mãn đợc yêu cầu tránh cộng phổ của các kênh lân cận ở phía thu. Khoảng cách này phụ thuộc vào đặc tính phổ nguồn phát và các ảnh hởng khác nhau trên đờng truyền nh tán sắc sợi, hiệu ứng phi tuyến.
Một cách lý tởng có thể xem hệ thống WDM nh là sự xếp chồng của các hệ thống truyền dẫn đơn kênh khi mà khoảng cách giữa các kênh bớc sóng đủ lớn và công suất phát hợp lý. Mối quan hệ giữa phổ công suất phía thu với phổ công suất nguồn phát đợc thể hiện bởi tham số đặc trng cho sự giãn phổ, ký hiệu ∆, băng tần ký hiệu B và tán sắc D. Nếu gọi ε là hệ số đặc trng cho sự tơng tác giữa nguồn phát và sợi quang, chúng ta sẽ có công thức:
ε = B.D. ∆RMS (3.2)
ở đây:
• B là độ rộng băng tần tín hiệu truyền dẫn(Mbps).
• D là độ tán sắc tơng ứng với khoảng cách truyền dẫn (ps/nm). • ∆RMS là độ giãn rộng phổ.
Đối với mã hệ thống khác nhau thì hệ số ε cũng khác nhau. Từ công thức trên có thể tính đợc độ rộng phổ nguồn phát ứng với độ tán sắc D:
∆RMS = ε / B.D (3.3)
Nh vậy, từ độ rộng phổ này và khoảng cách kênh bớc sóng chọn theo bảng trên, với tốc độ băng tần tín hiệu, giá trị tán sắc xác định thì dễ dàng có thể tính đợc độ rộng phổ yêu cầu của nguồn phát.
3.1.1.3. Vấn đề xuyên kênh
Một trong các yếu tố có ảnh hởng lớn đến chất lợng của các hệ thống WDM là xuyên nhiễu giữa các kênh bớc sóng. Trong hệ thống WDM, xuyên kênh có thể do một số nguyên nhân gây ra, nhng có thể chia ra làm hai loại chính sau:
Xuyên kênh tuyến tính: do đặc tính không lý tởng của các thiết bị tách
kênh. Mức độ xuyên âm này chủ yếu phụ thuộc vào kiểu thiết bị tách sóng đợc sử dụng cũng nh khoảng cách giữa các kênh. Thực tế thì khoảng cách giữa các kênh lại đợc xác định bởi thiết bị tách kênh và mức xuyên âm cho phép.
Xuyên kênh phi tuyến: chủ yếu do các hiệu ứng phi tuyến gây nên.
Để khắc phục xuyên nhiễu giữa các kênh này đòi hỏi phải có những nguồn phát rất ổn định, các bộ thu có độ chọn lọc bớc sóng cao cũng nh hạn chế ảnh hởng của các yếu tố phi tuyến.