4.1 Hệ thống truyền dẫn soliton
Trong những năm gần đây, kỹ thuật thông tin quang đã được đưa vào khai thác trên mạng viễn thông đáp ứng nhu cầu gia tăng các dịch vụ Viễn thông ngày càng phong phú và hiện đại của nhân loại. Truyền thông soliton quang qua quá trình nghiên cứu lâu dài đã được thừa nhận là một kỹ thuật tiên tiến giúp tăng dung lượng và tính mềm dẻo của các đặc tính truyền thông đang tồn tại, đáp ứng nhu cầu truyền dẫn cao và đường dài.
Tuy nhiên việc sử dụng nó yêu cầu những thay đổi cần thiết trong thiết kế hệ thống so với hệ thống không soliton thông thường. Trong phần này chúng ta sẽ tìm hiểu các vấn đề đó.
4.1.1. Mô hình hệ thống chung.
Cũng như hệ thống thông tin quang thông thường, hệ thống soliton thông thường bao gồm phần phát, kênh truyền dẫn và phần thu được mô tả như sau:
Hình 4.1. Mô hình chung của hệ thống truyền dẫn soliton
- Máy phát quang là một diode laser điều chế các xung quang trực tiếp, vì vậy sự lệch tần ở đầu ra laser là không đáng kể. Tín hiệu đầu vào là các bit 0 hoặc 1, mỗi bit 1 là một soliton cơ bản.
- Kênh truyền dẫn là các đoạn sợi quang đơn mode, mỗi đoạn theo sau là một bộ khuyếch đại quang sợi EDFA dùng để bù suy hao sợi, tuy nhiên lại sinh ra nhiễu phát xạ tự phát được khuyếch đại
Đầu ra Bộ phát
quang
Bộ thu quang
ASE (amplified spontaneous emission) làm ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn.
- Bộ thu quang bao gồm một photodiode, một bộ lọc điện và một bộ lọc quang. Tín hiệu quang thu thường được chuyển đổi trực tiếp thành tín hiệu điện. Các bộ lọc quang đặt trước photodiode để làm giảm nhiễu ASE do các bộ khuyếch đại đưa ra.
3.1.2 Truyền thông tin với các soliton
Trong hệ thống thông tin quang, mã NRZ thường được sử dụng để truyền dẫn thông tin vì độ rộng băng tần tín hiệu của nó nhỏ hơn khoảng 50% so với mã RZ. Tuy nhiên trong truyền dẫn soliton, mã NRZ không được sử dụng vì độ rộng soliton phải là một phần nhỏ của khe bit để chắc chắn rằng các soliton lân cận nhau được tách riêng. Để đảm bảo khả năng lan truyền không méo, các soliton phải có dạng “sech” như hàm (2.13). Tuy nhiên, nghiệm soliton này chỉ đúng khi nó chiếm giữ toàn bộ cửa sổ thời gian từ τ →∞. Giá trị này có thể được đảm bảo gần đúng cho một dãy
soliton chỉ khi các soliton riêng được đặt cách ly. Vì vậy người ta sử dụng mã RZ để mã hóa thông tin trong truyền dẫn soliton. Yêu cầu này được dùng để biễu diễn mối quan hệ giữa độ rộng soliton (T0) và tốc độ bít (B):
B= 0 0 2 1 1 T q TB = (3.1)
Trong đó: Tb là độ rộng khe bit 2q0 =
0
TTB TB
là khoảng cách giữa 2 soliton lân cận. Hình vẽ sau mô tả dãy bit soliton ở dạng mã RZ:
TB
Soliton
của khe bit sao cho các soliton lân cận được đặt xa nhau
Trong đơn vị vật lý biên độ của xung là:
A(0,t)= sec ( ) 0 0 T t h P (3.2)
P0 là công suất đỉnh thõa mãn điều kiện:
2 0 2 0 0 1 T P L P D γ β γ ⇒ = = (3.3)
Độ rộng đầy đủ ở nửa giá trị max (FWHM: full width at half maximum) của soliton là:
TS=2T0ln(1+ 2)≈1.763T0 (3.4) Năng lượng xung của soliton cơ bản thu được là: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
ES=+∞∫ =∞ ∞ − dt t A(0, )2 2P0T0 (3.5)
Nếu giả thiết số bit 1 và 0 xảy ra bằng nhau, công suất trung bình của tín hiệu RZ là: PS =ES( 2 B )= 0 0 0 0 2 2 2 q P T P B = (3.6) 4.1.3 Tương tác soliton
Khoảng cách TB giữa các xung lân cận xác định tốc độ bit B của hệ thống truyền thông (B=1/TB). Vấn đề đặt ra là các soliton đặt gần nhau như thế nào mà không gây ra sự tương tác lẫn nhau giữa chúng. Nhiều nghiên cứu đã chứng tỏ rằng tương tác soliton không chỉ phụ thuộc vào khoảng cách 2q0 giữa các soliton lân cận mà còn phụ thuộc vào pha và biên độ tương đối của 2 soliton. Nếu các giá trị này không được lựa chọn đúng, một sự va chạm tuần hoàn giữa các soliton sẽ xẩy ra.
Ta có thể giải hàm NSE bao hàm cả sự tương tác soliton với điều kiện xung đầu vào gồm một cặp soliton:
u(0,t)=sech(τ −q0)+rsech[r(τ +q0)]exp(iθ) (3.7)
Với r : biên độ tương đối của 2 soliton θ : pha tương đối giữa 2 soliton lân cận 2q0 : khoảng cách ban đầu của 2 soliton
Hình 3.3 miêu tả tiến trình của một cặp soliton với q0=3.5 với các giá trị r,θ khác nhau. Ta thấy rõ ràng sự tương tác này phụ thuộc mạnh vào cả pha và biên độ tương đối.
Hình 4.3. Tiến trình một cặp soliton qua 90 lần chiều dài tán sắc có sự tương tác soliton với khoảng cách bước ban đầu q0=3.5 trong tất cả bốn trường hợp.