Suy hao sợi quang được xem như là nhân tố lớn nhất giới hạn chiều dài của một kênh quang; tuy nhiên, do tốc độ dữ liệu tăng lên và các xung chiếm giữ
khe thời gian nhỏ hơn và tính phi tuyến GVD, SPM, XPM, FWM trở thành vấn đề quan trọng cần phải quan tâm
Trong các mạng quang WDM thực tế, yêu cầu BER là 10-12 (~ 10-9 tới 10-12), có nghĩa rằng BER lớn nhất bằng 1012 bit thì sẽ làm gián đoạn đường truyền; do đó, BER được xem như giá trị quan trọng đối với mạng WDM, tất cả các thiết kế đều dựa trên chỉ tiêu chất lượng này
Phân tích BER cho thấy, BER là tỷ số chênh lệch mức (công suất) bit cao và thấp với chênh lệch trong độ lệch chuẩn của mức bit cao và thấp
Giải thích khác về BER như sau: Để một bộ tách sóng quang phân biệt đúng bit 1 (giả thiết điều chế không trở về 0/ trở về 0 hoặc NRZ/ RZ), nó cần phải
5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)
Nếu NTP là số lượng Photon khởi đầu ở bộ phát, p số lượng Photon mất đi (giả thiết) do suy hao, hấp thụ, tán sắc và suy hao khác trong khi truyền, nếu NTP - p < Np, bộ thu không thể giải mã tín hiệu đúng; để duy trì thông tin, buộc phải bảo đảm NTP - p > Np trên chiều dài kênh truyền mong muốn “L” Từ những lý giải trên cho thấy rõ rằng tại sao khi thiết kế hệ thống quang lại
coi trọng đối với quỹ công suất và dự trữ công suất (dự trữ an toàn cho thiết kế
tin cậy được) cũng như vấn đề tán sắc phù hợp
Như đã biết, tán sắc là sự giãn rộng xung trong miền thời gian, nói chung do sự khác nhau lớn của lĩnh vực phổ (nhiều thành phần phổ khác nhau tồn tại trong một xung, mỗi đường truyền ở tốc độ khác nhau), điều đó có nghĩa là tán sắc gây nên giãn xung
Tác động giãn rộng xung có hại nhất là ISI, ngay cả nếu như giả định rằng ISI không bao giờ xảy ra (do thiết kế đủ tin cậy), vẫn còn một lượng nhỏ tán sắc có hiệu ứng bất lợi
5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)
giãn rộng xung thấp hơn lượng công suất của nó, có nghĩa rằng p tăng lên, nói cách khác, số lượng Photon sẽ tác động làm giảm tách sóng quang
Do vậy, khi nghiên cứu hệ thống giới hạn tán sắc, cần phải xét tới công suất bất lợi do tán sắc, công suất bất lợi này có thể xác định một cách định tính là suy hao thực của công suất do tán sắc trong khi truyền tín hiệu trong hệ thống bị ảnh hưởng/ bị hạn chế tán sắc
Công suất bất lợi cũng có thể xem như công suất thực phụ thêm đòi hỏi để
bơm tín hiệu vì rằng nó đến bộ thu (tách sóng quang) trong khi vẫn duy trì yêu cầu BER tối thiểu của hệ thống; công suất bất lợi đặc trưng của hầu hết các mạng trong khoảng từ 2 - 3 dB
Bằng cách đưa vào bộ khuếch đại quang, có thể tăng công suất tín hiệu quang tới bộ tách sóng quang; bây giờ sẽ xem xét thiết kết hệ thống khác nữa đó là phi tuyến thực trong sợi quang thủy tinh, cường độ của sóng điện từ trường truyền qua sợi làm tăng tính phi tuyến, chiết suất khúc xạ có thành phần phi
5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)
tuyến mạnh phụ thuộc vào mức công suất tín hiệu; tính phi tuyến gây ra dịch pha phi tuyến biểu thị bởi NL như sau:
(5.3) Trong đó, hệ số phi tuyến xác định như sau:
(5.4)
n2 là chiết suất vỏ, Aeff là vùng mặt cắt của lõi; NL phụ thuộc vào Pin nhưng Pin lại chính là dáp ứng thay đổi theo thời gian, do đó, dịch pha phi tuyến gây ra ở xung di chuyển nhanh là hoàn toàn động; điều đó có nghĩa là tần số chirp kết hợp với dịch pha này, hay nói cách khác, xung ở tần số 0 đến đúng lúc có các thành phần tần số trong phạm vi: (5.5) NL Pin 1 e L eff 0 2 cA n NL 0
5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)
Trong (5.5) NL động, kết quả là xung giãn rộng do dịch pha gây ra; vì vậy, để
kiểm soát dịch pha công suất lớn nhất của xung, buộc phải đặt ngưỡng công suất đầu vào lớn nhất, dịch pha phi tuyến này là tự điều chế pha (SPM)
Trong thông tin quang, ánh sáng cần thiết kế sao cho dịch pha lớn nhất có thể
chấp nhận được NL < 1, do đó, công suất lớn nhất Pin-max(NL<1) có thể hạn chế dịch pha nhỏ hơn yêu cầu của hệ thống
Có thể thiết kế mạng đúng đắn nhờ cân nhắc đến tất cả các yếu tố tác động và sử dụng thực thể liên quan tới bù các yếu tố đó; sử dụng phương pháp này, phân tích hai tác động đồng thời miền tần số bằng cách chia nhỏ (vi phân) sợi dẫn sóng hình trụ thành các đoạn chồng lấn vô cùng nhỏ, như vậy, SPM được giả định hoạt động trên các đoạn trống và GVD thiết lập hoạt động trên các
đoạn phẳng; tính phi tuyến đã xét chỉ trên một kênh, vậy những gì sẽ xảy ra khi có một hệ thống WDM ?
5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)
Hai hoặc nhiều kênh có ảnh hưởng phi tuyến lên mỗi kênh khác: XPM và FWM; XPM xảy ra do tần số mang các kênh độc lập khác nhau bao gồm cả
dịch pha kết hợp trên kênh khác nữa, XPM gây táv hại rất mạnh và nó gấp hai lần PSM; dịch pha gây ra bởi tác động của hai xung ở tốc độ bit khác nhau hoặc có vận tốc nhóm khác nhau xuyên chéo lẫn nhau
Toàn bộ dịch pha phụ thuộc vào công suất thực của tất cả các kênh và vào bit
đầu ra của kênh; dịch pha lớn nhất xảy ra khi hai bit 1 xuyên chéo lẫn nhau bởi công suất cao trong cả hai bit (ngược với mức công suất thấp khi cả hai bit không ở mức logic 1), dịch pha như sau:
(5.6)
Trong đó w là tổng số kênh, Pk là công suất của kênh thứ k, dịch pha lớn nhất như sau: (5.7) w k i L NL i 1 e P 2 P i NL max 2w1 P
5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)