Tín hiệu quang truyền qua sợi có hằng số truyền sóng , tín hiệu quang này bị
suy hao bởi thuộc tính môi trường truyền sóng của sợi Silica và đặc tả bởi hệ
số suy hao (dB/km)
Vậy vấn đề đặt ra là tại sao tham số suy hao lại quan trọng ?
+ Thứ nhất, nếu như tổng suy hao tích lũy lớn hơn công suất tín hiệu đầu vào Pin, thì tín hiệu sẽ không thể thu được ở đầu cuối, điều này rất quan trọng để bảo
đảm phân biệt được tín hiệu ở bộ thu
+ Thứ hai, ở bộ thu (thực chất là tách sóng quang PIN hoặc APD) cần phải bảo
đảm công suất tối thiểu để phân biệt được 0 và 1 từ tín hiệu quang yếu ở đầu vào Công suất tối thiểu yêu cầu ở đầu vào bộ thu gọi là độ nhạy thu R, ở đây cần
phải bảo đảm rằng công suất phát phải đủ cao để có thể giữ cho công suất tín hiệu > R ở đầu bộ thu, mặc dù có sự suy hao dọc đường truyền, điều đó không có nghĩa rằng nếu tăng công suất phát ở mức cao có thể truyền các bit đi xa
5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)
Công suất đầu vào cao làm suy yếu tín hiệu bởi các hiệu ứng phi tuyến như
XPM, SPM, FWM, ... hơn nữa, giới hạn trên tốn tại với mọi bộ thu (APD hoặc PIN) để thu công suất quang, điều này cho bởi dải động của bộ thu và nó thiết lập dải công suất lớn nhất, nhỏ nhất đối với bộ thu, ví dụ -7 dBm tới -28 dBm là dải động công suất đặc trưng của bộ thu
Do vậy, công suất đầu vào lớn nhất có thể đưa vào sợi quang bị giới hạn và cũng hạn chế khoảng cách truyền lớn nhất L; nếu Pin-max là công suất vào lớn nhất, pr là công suất thu nhỏ nhất, công suất vào lớn nhất có thể đưa vào sợi và khoảng cách truyền lớn nhất xác định như sau:
(5.1) (5.2)
Trong tính toán trên đã bỏ qua tán sắc, phi tuyến, phân cực, mở rộng phổ, chirp (nguồn mở rộng), suy hao thiết lập sợi (đầu nối, hàn nối, già hóa), ... nếu xét tới các hiệu ứng này thì chiều dài truyền dẫn giảm xuống
dB L P dBPinmax r Pinmax r r max in P P L
5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)
Vấn đề đặt ra là làm thế nào để có được hệ thống truyền dẫn cực xa ? bằng cách đặt các tầng lặp có thể tăng khoảng cách truyền dẫn
Có hai loại bộ lặp đó là: Bộ lặp điện quang - điện - quang (OEO), ở đó tách sóng, tạo dạng, khôi phục thời gian và phát lại (3R) tín hiệu; bộ lặp quang sợi (sợi pha chất kích hoạt, Raman, SOA) khuếch đại mức công suất tín hiệu hoàn toàn trong miền quang
Bộ lặp điện thực hiện tái tạo lại tín hiệu và phát lại nhờ chuyển đổi quang -
điện, để làm được như vậy, tín hiệu WDM ghép lại cần phải được tách ghép hoàn toàn, nhưng sẽ hoặc chi phí cao hoặc không hiệu quả; bộ khuếch đại quang đã làm dịu bớt vấn đề nhờ khuếch đại tất cả các kênh trong miền quang, vì vậy bộ khuếch đại quang có thể tăng khoảng cách khuếch đại Tuy nhiên, ngoài việc khuếch đại tín hiệu, khuếch đại quang cũng lại gây ra tạp ân của bản thân nó, đó là bức xạ tự phát được khuếch đại (ASE)
5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)
Nhiễu khuếch đại gây nên vấn đề trong thiết kế hệ thống đó là tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu quang (OSNR), OSNR là tỷ số của hai công suất (tín hiệu và nhiễu); do vậy, nếu cả tín hiệu và nhiễu được khuếch đại, thì OSNR của hệ
thống cho biết chất lượng của tín hiệu
Thiết kế hệ thống dựa trên cơ sở OSNR là công cụ thiết kế quan trọng; tán sắc gây ra giãn rộng xung, tán sắc quan trong nhất là tán sắc vận tốc nhóm (GVD) Vận tốc nhóm là tỷ lệ nghịch đảo của hằng số truyền sóng với tần số liên
quan, phụ thuộc vào hệ số phi tuyến và công suất tín hiệu P, chiết suất nhóm
Do vậy, tán sắc gây ra giãn xung và dẫn tới giao thoa giữa các ký hiệu (ISI), tham số GVD 2 là vi phân bậc hai của với thay đổi liên quan trong tần số
quang cuối cùng; lưu ý rằng tán sắc GVD còn gọi là tán sắc màu đối lập với tán sắc phân cực mode (PMD)
5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)
Sợi quang tán sắc cân bằng hoặc tán sắc dịch chuyển (DSF) có bước sóng tán sắc bằng 0 dịch chuyển trong dải băng hoạt động; hơn nữa, kỹ thuật sử dụng sợi quang bù tán sắc (DCF) được bố trí ở vị trí quan trọng trong mạng, vì nó có thể tái tạo lại dạng xung đã bị giãn rộng; kỹ thuật khác sử dụng cách tử
quang Bragg (FBG) trên cơ sở bù tán sắc
Một loại thiết kế khác đó là dựa trên cơ sở phân cực, giả thiết sợi quang phân cực không lý tưởng, các trạng thái phân cực khác nhau tạo nên các mức PMD khác nhau, sắp xếp và bù PMD để bảo đảm các tín hiệu tốc độ bit cao đủ mạnh Cuối cùng sẽ cần phải nghiên cứu sợi quang phi tuyến; tự điều chế pha và điều chế pha chéo là hai vấn đề ghép nối chung; FWM, SRS, SBS cũng bảo đảm cho tốc độ bit cao và công suất cao
Thiết kế hệ thống có thể đạt được tối ưu bằng cách cân nhắc tính toán tới các hiệu ứng này
5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)