Tớn hiệu quang và tớn hiệu bơm được đưa vào sợi quang pha Erbium trờn cựng một hướng.
Hỡnh 2.11. Bơm cựng chiều 2.2.6.2 .Bơm ngược chiều:
Tớn hiệu quang và tớn hiệu bơm được đưa vào sợi quang pha Erbium từ hai hướng khỏc nhau, cũn gọi là bơm sau.
Hỡnh 2.12. Bơm ngược chiều 2.2.6.3 Bơm hai chiều:
Kết cấu đồng thời bơm cựng chiều và ngược chiều. Đầu vào tớn hiệu
quang
bộ phối ghộp quang Đầu ra
tớn hiệu quang Bơm quang Bộ cỏch ly quang Bộ cỏch ly quang EDF Bộ lọc quang Đầu vào tớn hiệu quang Bộ phối ghộp quang Đầu ra tớn hiờu Bơm quang Bộ cỏch ly quang Bộ cỏch ly quang EDF Bộ lọc quang Bơm quang Bộ phối ghộp quang Đầu vào tớn hiệu quang Bộ phối ghộp quang Đầu ra tớn hiệu Bơm quang Bộ cỏch ly quang Bộ cỏch ly quang EDF Bộ lọc quang
Hỡnh 2.13. Bơm hai chiều
EDFA cú ba ứng dụng chớnh là: Khuếch đại cụng suất (BA), tiền
khuếch đại (PA) và khuếch đại đường truyền (LA).
+) BA là thiết bị EDFA cú cụng suất bóo hoà lớn được sử dụng ngay sau bộ phỏt (Tx) để tăng mức cụng suất tớn hiệu. Do mức cụng suất ra tương đối cao nờn BA khụng cú cỏc yờu cầu nghiờm ngặt đối với nhiễu và bộ lọc quang. Tuy nhiờn với mức cụng suất cao, việc sử dụng BA cú thể gõy nờn một số hiệu ứng phi tuyến. Cỏc chức năng khai thỏc, quản lý và bảo dưỡng (OAM) đối với BA cú thể tỏch riờng hoặc chung với thiết bị phỏt quang. BA cú thể tớch hợp với Tx (gọi là OAT), hoặc tỏch riờng với Tx.
+) PA là thiết bị EDFA cú mức tạp õm thấp, được sử dụng ngay trước bộ thu (Rx) để tăng độ nhạy thu. Sử dụng PA, độ nhạy thu được tăng lờn đỏng kể. Cỏc chức năng OAM đối với BA cú thể tỏch riờng hoặc chung với Rx. Để đạt mức tạp õm thấp, người ta thường sử dụng cỏc bộ lọc quang băng hẹp (nờn sử dụng loại bộ lọc cú khả năng điều chỉnh bước súng trung tõm theo bước súng của nguồn phỏt). PA cú thể thớch hợp với Rx (gọi là OAR), hoặc tỏch riờng với Rx.
+)LA là thiết bị EDFA cú mức tạp õm thấp được sử dụng trờn đường truyền (giữa hai đoạn sợi quang) để tăng chiều dài khoảng lặp. Tuỳ theo chiều dài tuyến mà LA cú thể được dựng để thay thế một số hay tất cả cỏc trạm lặp trờn tuyến. Đối với cỏc hệ thống cú sử dụng LA đũi hỏi phải cú một kờnh thụng tin riờng để thực hiện việc cảnh bỏo, giỏm sỏt, và điều khiển cỏc LA (OSC). Kờnh giỏm sỏt này khụng được quỏ gần với bước súng bơm cũng như kờnh tớn hiệu để trỏnh ảnh hưởng giữa cỏc kờnh này. Tại mỗi LA, kờnh giỏm sỏt này được chốn thờm cỏc thụng tin mới (về trạng thỏi của LA,
cỏc thụng tin về cảnh bỏo), sau đú lại được phỏt lại vào đường truyền. Về mặt lý thuyết, khoảng cỏch truyền dẫn lớn (cỡ vài nghỡn km) cú thể đạt được bằng cỏch chốn thờm cỏc LA vào đường truyền. Tuy nhiờn, trong trường hợp trờn tuyến cú nhiều LA liờn tiếp nhau chất lượng hệ thống cú thể suy giảm nghiờm trọng do cỏc hiện tượng như: Tớch luỹ tạp õm, ảnh hưởng của tỏn sắc, phõn cực và cỏc hiệu ứng phi tuyến. Đặc biệt là việc hỡnh thành đỉnh khuếch đại xung quanh một bước súng nào đú dẫn đến việc thu hẹp dải phổ của LA.
Hỡnh 2.14 Phổ khuyếch đại của EDFA
Một trong những hạn chế của EDFA đối với hệ thống DWDM là phổ khuếch đại khụng đồng đều (được chỉ ra trong hỡnh 2.14), cỏc bước súng khỏc nhau sẽ được khuếch đại với cỏc hệ số khỏc nhau, đặc biệt là sự tồn tại của đỉnh khuếch đại tại bước súng 1530 nm. Hơn nữa, trong trường hợp trờn tuyến cú sử dụng nhiều EDFA liờn tiếp thỡ sẽ hỡnh thành một đỉnh khuếch đại khỏc xung quang bước súng 1558 nm. Như vậy với nhiều EDFA liờn tiếp trờn đường truyền dải phổ khuếch đại sẽ bị thu hẹp lại (cú thể là từ 35 nm giảm xuống cũn 10 nm hoặc nhỏ hơn nữa, tuỳ thuộc vào số bộ khuếch đại quang mắc liờn tiếp nhau).
Bơm Laser
Một thành phần quan trọng của bộ EDFA là bơm laser (thiết bị cung cấp nguồn năng lượng mà bộ khuếch đại cộng vào với tớn hiệu). Năng lượng bơm được phõn chia vào giữa tất cả cỏc kờnh trong bộ EDFA. Do đú khi số lượng cỏc kờnh tăng lờn thỡ cụng suất bơm laser cũng phải tăng. Cỏc bộ EDFA cú khả năng xử lý được nhiều kờnh thường được thiết kế để sử dụng nhiều hơn một bơm laser.
Cả laser 980 nm và 1480 nm đều phự hợp với việc bơm EDFA bởi vỡ cả hai bước súng này tương ứng với cỏc mức năng lượng ion kớch thớch và do đú được sợi quang pha Erbium hấp thụ dễ dàng. Cỏc hệ thống cú nhiều kờnh và cỏc bộ tiền khuếch đại PA thớch hợp với bơm laser ở bước súng 980 nm vỡ cỏc laser này cú tạp õm thấp hơn tại cỏc bước súng 1480 nm. Tuy nhiờn, bước súng1480 nm lại cho phộp cụng suất cao hơn và giỏ thành thấp hơn. Việc chọn lựa hai bước súng này là rất khú khăn bởi vỡ việc bơm laser phải được lựa chọn lỳc đầu khi xõy dựng mạng, trước khi biết số lượng kờnh cuối cựng trong mạng.
Một bộ EDFA bơm một trạng thỏi cú thể cho cụng suất đầu ra lớn nhất khoảng +16 dBm. Cả hai mỏy bơm cú thể được dựng đồng thời để cú cụng suất đầu ra cao nhất, mỏy bơm EDFA kộp cú thể cung cấp cụng suất +26 dBm trong vựng bơm cụng suất cao nhất. Vựng thấp hơn, gần hệ số tạp õm giới hạn lượng tử cần cho cỏc ứng dụng tiền khuếch đại cú thể cú được bằng việc thiết kế khuếch đại quang nhiều tầng.
Ngoài ra cũn cú cỏc kỹ thuật khuếch đại quang khỏc như khi khuếch đại quang sợi pha Praseodymium (PDFA), trong đú Praseo dymium thay thế Erbium để khuếch đại tớn hiệu trong vựng bước súng 1310 nm. Nú cho phộp nhiễu thấp mặc dự khụng hiệu quả về mặt năng lượng như EDFA. Mặc dự
sợi quang cú sự suy hao lớn hơn ở vựng bước súng 1310 nm so với vựng bước súng 1550 nm, tỏn sắc thấp hơn ở vựng bước súng 1310 nm và cú thể cho cụng suất laser cao hơn. Tuy nhiờn, sợi quang pha Praseodymium nhỏ hơn nhiều sợi quang tiờu chuẩn. Điều này gõy ra suy hao tại cỏc mối ghộp bởi vỡ khú mà cú được ghộp nối cơ khớ chớnh xỏc mà khụng kốm theo chi phớ rất cao. Do vậy, việc sử dụng bộ khuếch đại này cũn rất hạn chế. Một loại khuếch đại khỏc cũng dựng việc cấy ghộp thờm hoạt chất là bộ khuếch đại quang sợi pha Thulium (TDFA). Ưu điểm của nú là cụng suất đầu ra bóo hoà cao, hệ số khuếch đại khụng phụ thuộc phõn cực và hệ số tạp õm thấp. Mặc dự EDFA đó cú rất nhiều triển vọng và ứng dụng trong mạng quang hiện nay, nhưng chỳng vẫn chưa thể đỏp ứng được hết cỏc yờu cầu về độ rộng băng phổ và độ phẳng của phổ khuếch đại.
Nhỡn chung, chỳng cú độ rộng phổ hầu hết khoảng 35 nm (từ 1530 ữ1565 nm), nờn gọi băng phổ này là băng C. Với những cụng nghệ mới ra đời trong thị trường DWDM như: Cỏc module laser DFB độ rộng phổ cực hẹp, cỏc module quang mới (sợi tỏn sắc san bằng, tỏn sắc dịch chuyển O),... tất cả đều đũi hỏi tới một xu hướng vụ cựng về độ rộng băng phổ tần khuếch đại. Điều này đũi hỏi phải cho ra đời cỏc EDFA thế hệ mới với phổ rộng hơn. Sự ra đời của EDFA băng L (băng rộng) đó phỏ bỏ rào cản về băng tần và mở ra một cửa sổ truyền dẫn DWDM mới tại vựng bước súng 1590 nm. Loại thiết bị khuếch đại mới này đó giỳp giảm thiểu đi cỏc vấn đề nảy sinh đối với mạng truyền dẫn DWDM dựng sợi tỏn sắc dịch chuyển, mà ở đú, vấn đề xuyờn kờnh tăng rất nhanh bởi tỏn sắc và khoảng cỏch kờnh bước súng gần nhau tại vựng bước súng 1550 nm. Nú cũng tạo thờm một cửa sổ truyền dẫn mới với 80 kờnh bước súng và khoảng cỏch kờnh bước súng là 50 GHz cho hệ thống truyền dẫn DWDM.
Tx Rx Tx Rx Tx Rx Thu quang Phỏt quang PA BA LA
Như trờn đó phõn tớch, những tham số quan trọng của một module EDFA là độ khuếch đại G và mức tạp õm NF. Khụng thể trỏnh khỏi việc cỏc bộ khuếch đại gõy ra nhiễu và tớch lũy dọc theo hệ thống. Độ suy giảm tỷ số SNR gõy ra bởi cỏc bộ khuếch đại cần được xem xột một cỏch nghiờm ngặt, đặc biệt là khi khuếch đại tớn hiệu thấp. Một bộ khuếch đại cú mức tạp õm NF bằng 4 dB sẽ gõy ra sự suy giảm tỷ số SNR bằng một nửa so với sự suy giảm gõy ra bởi bộ khuếch đại cú mức tạp õm 7 dB. Khi đú, do nhiều yếu tố về chất lượng hệ thống, một module khuếch đại cho hệ thống truyền dẫn DWDM sẽ cú thể thờm module bự tỏn sắc, module xen rẽ.
ứng dụng
Cú ba ứng dụng chớnh của EDFA là: Khuếch đại cụng suất BA, tiền khuếch đại PA và khuếch đại đường truyền LA (như chỉ ra trong hỡnh 2.15).
Hỡnh 2.15. Cỏc loại ứng dụng chớnh của EDFA sử dụng trờn mạng
So với thiết bị đầu cuối thụng thường, việc sử dụng cỏc thiết bị khuếch đại quang (BA, LA, PA) sẽ tăng quỹ cụng suất lờn đỏng kể. Với phổ khuếch đại tương đối rộng (khoảng 35 nm) khả năng khuếch đại khụng phụ thuộc vào tốc độ và dạng tớn hiệu, sử dụng khuếch đại quang rất thuận lợi trong việc nõng cấp tuyến (tăng tốc độ hoặc thờm kờnh bước súng).
Nhỡn chung, sử dụng khuếch đại quang cú thể bự lại suy hao trong hệ thống và như vậy những hệ thống trước đõy bị hạn chế về suy hao thỡ nay cú thể lại bị hạn chế về tỏn sắc. Trong trường hợp đú, phải sử dụng một số phương phỏp để giảm bớt ảnh hưởng của tỏn sắc, vớ dụ như sử dụng sợi bự tỏn sắc hay sử dụng cỏc nguồn phỏt cú độ rộng phổ hẹp kết hợp với điều chế ngoài…
Do đặc điểm khỏc nhau của cỏc loại thiết bị khuếch đại quang nờn mức ưu tiờn sử dụng đối với từng loại cũng cú khỏc nhau:
LA đũi hỏi phải cú một kờnh giỏm sỏt riờng, hơn nữa thờm cỏc điểm trung gian vào trờn đường truyền cũng làm cho việc bảo dưỡng trở lờn phức tạp hơn. Do đú, mức ưu tiờn sử dụng đối với LA là thấp nhất, chỉ trong trường hợp khi mà dựng cả BA và PA mà vẫn khụng đỏp ứng nổi yờu cầu về quỹ cụng suất thỡ mới yờu cầu sử dụng LA trong hệ thống.
Đơn giản nhất là sử dụng BA và PA để tăng quỹ cụng suất. Tuy nhiờn, do cấu hỡnh của PA phức tạp hơn BA (vỡ phải sử dụng cỏc bộ lọc quang băng hẹp để loại bỏ bớt tạp õm ASE) nờn giữa BA và PA thỡ BA vẫn được ưu tiờn sử dụng hơn.
Một trong cỏc hạn chế của EDFA đối với hệ thống DWDM là phổ khuếch đại khụng đồng đều, cỏc bước súng khỏc nhau sẽ được khuếch đại với cỏc hệ số khỏc nhau, đặc biệt là sự tồn tại của đỉnh khuếch đại tại bước súng 1530 nm. Hơn nữa, trong trường hợp trờn tuyến cú sử dụng nhiều EDFA liờn tiếp thỡ sẽ hỡnh thành một đỉnh khuếch đại khỏc xung quanh bước súng 1558 nm. Như vậy, với nhiều EDFA liờn tiếp trờn đường truyền, dải phổ khuếch đại sẽ bị thu hẹp lại.
Hiện nay, để cõn bằng hệ số khuếch đại của EDFA cú thể sử dụng một số phương phỏp sau:
Sử dụng bộ lọc để suy hao tớn hiệu tại đỉnh khuếch đại: Xung quanh bước súng 1558 nm (trong trường hợp cú sử dụng nhiều EDFA liờn tiếp trờn đường truyền).
Hoặc điều chỉnh mức cụng suất đầu vào của cỏc bước súng sao cho tại đầu thu, mức cụng suất của tất cả cỏc bước súng này là như nhau. Ngoài ra, trong trường hợp sử dụng nhiều EDFA liờn tiếp trờn đường truyền, một vấn đề nữa cũng cần phải xem xột là tạp õm ASE trong cỏc bộ khuếch đại quang: Tạp õm ASE trong bộ khuếch đại quang phớa trước sẽ được khuếch đại bởi bộ khuếch đại quang phớa sau. Sự khuếch đại và tớch luỹ tạp õm này sẽ làm cho tỷ số S/N bị suy giảm nghiờm trọng. Nếu mức cụng suất tớn hiệu vào là quỏ thấp, tạp õm ASE cú thể làm cho tỷ số S/N bị giảm xuống dưới mức cho phộp. Tuy nhiờn, nếu mức cụng suất tớn hiệu vào là quỏ cao thỡ tớn hiệu này kết hợp với ASE cú thể gõy hiện tượng bóo hoà ở bộ khuếch đại.
2.3 Kết luận:
Trong toàn bộ chương 2 chỳng tụi tỡm hiểu và nghiờn cứu những vấn đề sau:
-Khỏi niệm về hệ thống ghộp kờnh DWDM, mụ hỡnh và nguyờn lý hoạt động của hệ thống, cỏc đặc điểm của hệ thống.
-Cỏc phần tử cú trong hệ thống: phần tử phỏt, phần tử thu, bộ khuyếch đại đường truyền và phương tiện truyền thụng tin là sợi quang giống như một hệ thống thụng tin quang cơ bản. Ngoài ra trong hệ thống ghộp kờnh DWDM cũn cú cỏc phần tử đặc trưng khỏc như: Phần tử tỏch ghộp cỏc bước súng cần truyền ( nguyờn lý làm việc của lăng kớnh, cỏch tử), bộ xen rẽ quang(OADM), phần tử đấu chộo (OXC), bộ chuyển bước súng.
Nghiờn cứu một số cỏc ảnh hưởng và hạn chế, cỏc nguyờn nhõn gõy ra hạn chế đú trong khi truyền thụng tin của hệ thống DWDM – Tỡm hiểu cỏch khắc phục cỏc hạn chế đú chớnh là nhiệm vụ của chương 3_ “Hạn chế của hệ thống DWDM và một vài giải phỏp khắc phục "
Chơng 3
MộT Số VấN Đề HạN CHế CủA CÔNG NGHệ Dwdm
Hệ thống DWDM có ý nghĩa to lớn đối với thiết lập mạng thông tin nhng hiện nay vẫn còn tồn tại một số vấn đề công nghệ. Nó ảnh hởng đến chất lợng cũng nh khả năng của công nghệ DWDM.
3.1 Khoảng cách kênh bớc sóng - Vấn đề xuyên âm giữa các kênh
Một trong các yếu tố quan trọng cần phải xem xét là hệ thống sẽ sử dụng bao nhiêu kênh bớc sóng, và cần lu ý rằng số kênh bớc sóng cực đại có thể sử dụng đợc phụ thuộc vào các yếu tố sau:
3.1.1.1) 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 DWDM 3.1.1.2) 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 DWDM
Mặc dù cửa sổ truyền dẫn tại vùng bớc sóng 1550nm có độ rộng khoảng 100nm, nhng do dải khuếch đại của các bộ khuếch đại quang chỉ có độ rộng khoảng 35nm (theo quy định của ITU – T thì dải khuếch đại này là từ bớc sóng 1530nm đến 1565nm) đối với băng C; hoặc băng L từ 1570nm đến 1603nm với các thiết bị DWDM gần đây; nên trong thực tế, các hệ thống DWDM không thể tận dụng hết băng tần của sợi quang.
Với mật độ kênh càng lớn đòi hỏi các thành phần quang trên tuyến phải có chất lợng càng cao. Để tránh xuyên âm giữa các kênh này đòi hỏi phải có những nguồn phát rất ổn định và các bộ thu có độ chọn lọc bớc sóng cao. Bất kì sự dịch tần (chirping) nào của nguồn phát cũng có thể làm dãn phổ sang kênh lân cận.
Việc chọn độ rộng phổ của nguồn phát nhằm đảm bảo cho các kênh bớc sóng hoạt động một cách độc lập với nhau, nói khác đi là tránh hiện tợng chồng phổ ở phía thu giữa các kênh lân cận. Khoảng cách giữa những kênh này phụ thuộc vào đặc tính của các thiết bị DWDM nh Mux/ DEMux, bộ lọc, độ rộng phổ của nguồn phát 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 số quang khác nhau trong cùng băng thông của sợi quang. Theo lý thuyết