Trong các nguyên nhân làm giới hạn khoảng cách truyền dẫn, nhiễu là một thông số đóng vai trò quyết định.
Giai đoạn đầu trong việc thiết kế kênh truyền bằng sợi bao gồm nhiều chặng là xác định cấu trúc cơ bản của tùng chặng. Yêu cầu cơ bản của giai đoạn này là đưa chiều dài của chặng đến cự ly lớn nhất tùy thuộc vào mức suy hao của sợi và tốc độ
bit truyền dẫn. Công thức (4.3.4) và (4.3.5) cho thấy mối liên hệ giữa các đại lượng này [2]-p.182. 10 1 10 log t rec f P L P α = (4.3.4) rec p P =N h Bν (4.3.5) Trong đó, Pt là công suất phát trung bình phát vào sợi quang.
Prec là công suất tín hiệu quang trung bình nhỏ nhất tại đầu vào bộ thu quang.
B là tốc độ bit truyền dẫn. L chiều dài truyền dẫn.
f
α là hệ số suy hao của sợi.
Np là số photon trung bình trên bit.
hν là năng lượng photon.
Hình 4.3.1 cho thấy mối liên hệ giữa cự ly truyền dẫn và tốc độ truyền ứng với các thông số đầu vào là Pt = 0 dBm (=1mW), αf=0.23dB/km, Np=500,
1550nm
Hình 4.3.1: Cự ly truyền dẫn phụ thuộc vào tốc độ bit
Hình 4.3.1 cho thấy tại tốc độ bit 100Gb/s, cự ly truyền dẫn lớn nhất có thể
đạt được là 90km. Để thuận tiện trong mô phỏng, chiều dài của mỗi chặng được chọn là 80km.
Vị trí lắp đặt EDFA trong mỗi chặng có ý nghĩa quan trọng và quyết định đến toàn bộ chiều dài truyền dẫn của hệ thống dùng bộ khuếch đại quang. Thực tế
có 2 cấu trúc kênh truyền được mô tả qua Hình 4.3.2.
Hình 4.3.2: Mô hình các phương pháp thiết lập các chặng dùng bộ khuếch đại EDFA [11]
Ứng với mỗi mô hình, mối liên hệ giữa tỷ số tín hiệu trên nhiễu và số chặng [11] được cho bởi các công thức (4.3.6) và (4.3.7).
/ 4 ( 1) in A sp e P L SNR Nn h B Gν = − (4.3.6) 4 ( 1) in B sp e P SNR Nn h B Gν = − (4.3.7)
Trong đó, Pin là công suất ngõ vào chặng 1.
L (Loss) là công suất bị tiêu hao sau khi truyền qua một chặng.
SNRA, SNRB là tỉ số tín hiệu trân nhiễu cho trường hợp A và B tương
ứng. nsp là số photon với ( ) 2nsp(G 1) NF G −
= , NF là hệ số nhiễu noise figure. G là độ lợi của bộ khuếch đại EDFA.
hν là năng lượng photon Be là băng thông bộ nhận. N là số lượng chặng với Max Span L N L
= , LMax và LSpan lần lượt là khoảng cách lớn nhất có thể truyền và chiều dài mỗi chặng.
Công thức (4.3.6) và (4.3.7) cho thấy, với cùng tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR thì số chặng hay tổng chiều dài của tuyến đường tỉ lệ thuận với công suất phát của laser. Trong mô hình Hình 4.3.2.A, tín hiệu được khuếch đại trước khi đi qua sợi quang ngược lại, khuếch đại quang được dùng để bù lại tín hiệu quang sau khi truyền đi một khoảng cách nào đó. Hai công thức (4.3.6) và (4.3.7) cho thấy, khoảng cách lớn nhất của toàn tuyến đường khi dùng cách thiết lập chặng như Hình 4.3.2.B là lớn hơn khoảng cách như trong Hình 4.3.2.A. Trong mô phỏng, đề tài chọn cách thiết lập chặng như Hình 4.3.2.B.
1051,5km là khoảng cách truyền dẫn lớn nhất của hệ thống với các đòi hỏi như sau: tỉ số lỗi bit (bit error rate - BER) = 10-12, NF = 3dB, chiều dài chặng Lspan = 80 km, công suất phát của laser Pin = 0 dBm (1 mW). Như vậy, ứng với khoảng cách này, 13,1435 chặng 80km được ghép nối tiếp với nhau. Trong mô phỏng, đề
tài chọn 13 chặng, 80km nên khoảng cách truyền dẫn lớn nhất có thể đạt đến là 1040km.
Cấu trúc của mỗi chặng được cho thấy ở Hình 4.3.3.
Hình 4.3.3: Cấu trúc mô phỏng của mỗi chặng
Mỗi chặng được thiết lập gồm 40 km sợi đơn mode chuẩn SSMF + 40 km sợi bù tán sắc DCF + 1 bộ khuếch đại quang EDFA. Suy hao trên toàn chặng (0.2 x 80 = 16dB) được bù hoàn toàn nhờ vào EDFA với độ lợi G = 16 dB. Nhiễu ASE được sinh ra cùng với việc khuếch đại có mức độ được thể hiện qua hệ số nhiễu (noise figure – NF) là 3 dB. Với cấu trúc này, tán sắc được bù hoàn toàn trong mỗi chặng:
( ) ( ) ( ( )) ( ) SSMF SSMF DCF DCF D L + D L 17 ps / nm.km x40 km 17 ps / nm.km x40 km 0 = + − = (4.3.8)
Trong đó, độ tán sắc cho sợi SSMF DSSMF và sợi DCF DDCF lần lượt là 17 ps/nm.km và -17 ps/nm.km; chiều dài của SSMF và DCF đều bằng 40km.
Cấu trúc của kênh truyền được mô tả như Hình 4.3.4. Ngoài 13 chặng được bù tán sắc và mất mát hoàn toàn, một chặng cuối cùng được bù mất mát hoàn toàn, và có tán sắc được bù không khớp giữa SSMF và DCF (mismatching span). Mục đích của việc chèn thêm chặng cuối cùng này nhằm khảo sát độ tán sắc cho phép (dispersion tolerance) của hệ thống. Phần này sẽ được nhắc đến nhiều trong chương 5 - trình bày về kết quả mô phỏng.