đại quang sợi.
Thiết bị khuếch đại quang sợi cho phép thiết lập cấu hình các tuyến truyền dẫn quang mới linh hoạt hơn với quỹ công suất quang cao, khoảng cách giữa các trạm lặp dài hơn. Tuy nhiên bên cạnh những u điểm không thể phủ nhận đợc của khuếch đại quang, chúng ta cần phải xét các hiệu ứng phi tuyến, tán sắc và hiệu ứng phân cực và nhiễm tích lũy khi xuất hiện. Khi ứng dụng công nghệ mới này vào mạng viễn thông, ảnh hởng của việc ứng dụng công nghệ mới này vào các tuyến truyền dẫn nh thế nào còn phụ thuộc vào phạm vi ứng dụng và chất lợng truyền dẫn trong từng trờng hợp cụ thể.
Hai vấn đề chủ yếu mà các nghiên cứu hiện nay đang quan tâm khi xem xét đến khuếch đại quang là:
• Nhiễu tích lũy ( noise acummlation)
Khả năng phát huy hiệu quả trong bộ khuếch đại quang sợi hoàn toàn phụ thuộc vào các giải pháp kỹ thuật tiên tiến nhằm mục đích để khắc phục hai vấn đề chủ yếu nh nói trên.
1.7.1 Tạp âm tích lũy
Trong các hệ thống có sử dụng nhiều bộ khuếch đại quang OFA, nhiễu tự phát ASE từ các bộ OFA đợc khuếch đại lên nhiều lần nh tín hiệu ánh sáng. Do bức xạ ASE đợc khuếch đại tại mỗi bộ OFA và công suất tín hiệu so với mức nhiễu sẽ giảm tơng ứng theo. Công suất nhiễu có thể vợt qua công suất tín hiệu.
Nh vậy nhiễu ASE đợc tích lũy nằm ở cả trong và ngoài dải tần tín hiệu. Nhiễm tích lũy ASE làm giảm hệ số khuếch đại của OSA và tỉ số S/N của hệ thống chính là vì nhiều phách (beat noise) liên quan tới ASE là yếu tố chính làm giảm tỉ số S/N trên thực tế. Nhiễm phách tăng tỉ lệ với số bộ OFA, nh vậy lỗi bít BER cũng tăng theo số lợng các bộ OFA.
Mặc dù nhiều tích lũy trong các hệ thống có sử dụng bộ lọc sẽ giảm đi khi qua các bộ lọc nhng bức xạ ASE nằm trong băng tần tín hiệu thì vẫn tăng tỉ lệ với số bộ OFA.
Nh vậy giả pháp để hạn chế tối đa ảnh hởng của nhiễu tích lũy là giảm khoảng cách giữa các bộ OFA trong khi vẫn duy trì khuếch đại để bù suy hao trên đờng truyền.
Có hai giải pháp làm giảm bức xạ ASE:
• Dùng bộ lọc quang
• Dùng hiệu ứng tự lọc
Hiệu ứng tự lọc sử dụng trong các bộ truyền dẫn có sử dụng từ vài chục bộ OFA trở lên. Hiệu ứng này điều chỉnh bớc sóng tín hiệu thành bớc sóng tự lọc để cho nhiễm ASE thu đợc tại bộ tách sóng bị suy giảm giống nh sử dụng bộ lọc băng hẹp. Để sử dụng phơng pháp này khoảng cách giữa các bộ OFA đợc rút ngắn lại và chọn hệ số khuếch đại OFA nhỏ để cho mức nhiễu ASE ban đầu thấp. Với hệ thống chỉ sử dụng một vài bộ OFA thì phơng pháp tự lọc phát huy hiệu quả thấp.
Hiệu ứng tự lọc phụ thuộc vào dạng phổ tín hiệu, tiết diện ngang bức xạ và hấp thụ, mức độ nghịch đảo độ tích lũy của OFA. Bớc sóng tự lọc có thể thay đổi đợc khi biến đổi thành phần chế tạo EDFA, công suất quang nối vào, suy hao giữa các bộ khuếch đại và bớc sóng bơm cũng nh chiều dài sợi EDFA. Để thực hiện có hiệu quả nhất cần phải làm trùng ba bớc sóng: Bớc sóng tín hiệu, bớc sóng có hệ số tán sắc tối u, bớc sóng tự lọc.
Có một phơng pháp khác có thể cải thiện tỉ số S/N ở phía thu là phơng pháp sử lỗi trớc FEC (Forward error correcting). Thực ra đây là phơng pháp sửa lỗi bít BER trong truyền số liệu. Mỗi quan hệ giữa tỉ số lỗi bít BER và S/N nh sau:
)) ) ( 354 , 0 ( 2 / 1 1/2 N S erfc BER = Trong đó hàm số: Erfc(x)= ( 1/2) 2 π x e−x Với x=0,354(S/N)
Nh vậy theo công thức trên ta có thể thấy rằng khi BER đợc cải thiện nhờ phơng pháp EFC thì tỉ số S/N đợc tăng lên bao nhiêu dB.
Ví dụ, khi sử dụng mã Reed Solomon trong phơng pháp EFC thì:
• Phía phát đợc chèn thêm các bít bổ sung đợc mã hóa vào luồng số liệu để kiểm tra tính chẵn lẻ.
• Phía thu: Giải mã và sửa lỗi các bit.
Nh vậy nếu tốc độ truyền của tuyến là 622Mbps hoặc 2,5 Gbps thì tốc độ đờng truyến sau khi chèn thêm là 710 Mbps hoặc 2,7 Gbps.
Những tính toán cho thấy quỹ công suất của hệ thống cải thiện thêm từ 4-5 dB nh hình:
Hình 1.22 Quan hệ giữa BER và mức thu tín hiệu.
Trên cơ sở đã biết tỉ số S/N, ta có thể tính đợc độ nhạy thu đợc cải thiện trong trờng hợp dùng EFC theo công thức dới đây:
Với giả thiết ta chỉ tính nhiễu nhiệt của bộ thu quang: p = (1/p) {4.K.T.∆f(S/N)/R1}1/2
Trong đó: K là hằng số Bozman T là nhiệt độ Kenvin p là độ nhạy thu A/W
P là công suất quang thu đợc W
∆f là giải thông Rt là giải điện trở tải
1.7.2 Điều chỉnh tán sắc
Kĩ thuật tín hiệu quang cho phép kéo dài khoảng lặp, phục hồi tín hiệu suy hao có hiệu quả. Tuy nhiên vấn đề tán sắc đờng truyền đã hạn chế khả năng ứng dụng của OFA trên mạng lới viễn thông. Chúng ta sẽ nghiên cứu một số giải pháp khắc phục tán sắc một cách có hiệu quả
+ Sử dụng cáp quang có độ tán sắc dịch chuyển theo khuyến nghị G.653 của CCITT, trong đó hệ số tán sắc là 3ps/nm/km tại bớc sóng λ=1550nm
+ Sử dụng cáp sợi quang đơn mode theo khuyến nghị G.652 của CCITT, có hệ số tán sắc là 20 ps/nm/km tại bớc sóng λ=1550nm nhng cần phải lu ý tới một số điều kiện về giao diện quang theo khuyến nghị G.957 của ITU-T,
chẳng hạn độ rộng phổ nguồn Laser phải nhỏ hơn 1nm. Đây là giải pháp có tính khả thi và hiệu quả kinh tế cao vì có thể khai thác tuyến cáp quang đã lắp đặt sẵn dùng sợi quang đơn mode theo khuyến nghị G.652 đang rất phổ biến trên thị trờng và có gía thành thấp hơn hẳn loại cáp quang theo khuyến nghị G.653
+ Sử dụng thiết bị tán sắc thụ động (Passive Dispersion compensator PDC). Đây là thiết bị có tính chất quyết định hệ số tán sắc trong dải bớc sóng lựa chọn. Các hệ thống truyền dẫn SDH có tốc độ 165 Mbps có sử dụng thiết bị PDC và EDFA cho phép nâng cao khoảng cách đầu cuối lên 120 km so với thông thờng là 40 km.
Có một giải pháp khắc phục tối u tuy vẫn đang còn thử nghiệm trong phòng thí nghiệm đó là sử dụng hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang để bù tán sắc của sợi đợc gọi là truyền dẫn siliton. Phơng pháp này cho phép các xung ánh sáng truyền đi không thay đổi dạng xung ban đầu bằng kĩ thuật nén xung.
Những tính toán thử nghiệm cho thấy có thể thiết kế tuyến đờng trục dài hơn 12000 km mà chỉ cần các thiết bị EDFA trên đờng truyền (khoảng cách các EDFA từ 25 – 40 km) mà không cần bất cứ một trạm lắp nào.
Hình 1.23: Sơ đồ bù tán sắc cho hệ thống không có khuếch đại đờng truyền
- Nhiều tích lũy do các bộ khuếch đại gây ra - Điều chỉnh tán sắc
- Các hiệu ứng phi tuyến và các hiệu ứng phân cực
Trên cơ sở đó mà phân bố khoảng cách giữa các EDFA và hệ số khuếch đại của chúng một cách hợp lí nhất. Đối với các hệ thông cáp quang biển đờng dài sử dụng các trạm lặp, ITU phân loại nh sau:
+ Đối với tuyến dài trên 5000 km khoảng cách giữa các bộ OFA vào khoảng 45 km (hạn chế do hiệu ứng phi tuyến phân cực chiếm u thế).
+ Đối với các tuyến dài dới 3000 km khoảng cách giữa các bộ OFA vào khoảng 90 km ( hạn chế do hiệu ứng nhiễu tích lũy và khả năng công suất bơm laser chiếm u thế)
Hệ số khuếch đại của các bộ OFA trên từng tuyến cũng phụ thuộc vào chiều dài tuyến lắp đặt. Ví dụ nh:
G ≈ 12 dB đối với khoảng cách tuyến 9000 km G ≈ 14dB đối với khoảng cách tuyến 6500 km G ≈ 21 dB đối với khoảng cách tuyến 2000 km
Chơng 2