.9 Xuyên kênh theo băng tần điện thu - đồ án :ẢNH- 123docz.net

Hình 3.10. Xuyên kênh theo băng tần điện thu

Cần phải chỉ ra rằng, để đơn giản hoá, trong cả hình 3.9 và hình 3.10, các cơng suất quang của tín hiệu được chọn lựa giống nhau cho các hệ thống có tốc đợ bit khác nhau.Tuy nhiên, trong thực tế thường yêu cầu mức cơng suất cao hơn đối với hệ thống có tốc đợ bit cao. Việc tổng quát hoá các kết quả này trong trường hợp có các mức cơng suất quang tín hiệu khác nhau đạt được khi dùng sự phụ tḥc tuyến tính của xun kênh XPM vào mức cơng suất đưa vào .

Hình 3.11 Xun kênh XPM phụ tḥc vào tán sắc

Mặc dù xuyên kênh XPM thường được coi là chỉ nghiêm trọng trong sợi quang tán sắc thấp, hình 3.11 lại chỉ ra rõ ràng trong các hệ thống không bù tán sắc, trước giới hạn tán sắc của hệ thống thì tán sắc cao tạo ra nhiều xuyên kênh hơn. Nói cách khác, trong các hệ thống quang được bù tán sắc, tán sắc nội cao hơn giúp làm giảm điều chế pha do XPM và tán sắc hệ thống tích luỹ thấp làm giảm biến đổi nhiễu pha thành nhiễu cường độ.

3.1.5 Ảnh hưởng của XPM lên hệ thống WDM được quản lý về tán sắc

Với các hệ thống được quản lý về tán sắc, XPM cũng có những ảnh hưởng nhất định. Tuy nhiên, do XPM phụ thuộc khá nhiều vào tán sắc trong sợi quang nên với các sơ đồ quản lý tán sắc khác nhau, ảnh hưởng của XPM là khác nhau. Có mợt mơ hình nghiên cứu về mặt lý thuyết [13] ảnh hưởng của XPM đến chất lượng hệ thống WDM qua phân tích hàm trùn đạt bợ lọc cường đợ do XPM gây ra. Hàm truyền đạt này trong các sơ đồ quản lý tán sắc khác nhau là khác nhau. Từ nghiên cứu lý thuyết, một số kết quả đã được tính toán, kiểm chứng lại lý thuyết và mở ra hướng khắc phục ảnh hưởng của XPM bằng quản lý tán sắc thích hợp.

Mơ hình lý thuyết này xem xét tia bơm mạnh và tia dò tương đối yếu trong hệ thống gờm hai phần sợi quang có tán sắc khác nhau D1 và D2 với các chiều dài tương ứng L1 và L2. Tia dò là CW còn tia bơm là tín hiệu quang được điều chế có biên đợ biến đổi chậm theo thời gian. Công suất kênh bơm thay đổi là Pp(z,t) và biến đổi Fourier Pp(z,ω). Tính đến cả suy hao của kênh bơm và walk-off giữa kênh bơm và kênh dị, có thể bỏ qua SPM của tia bơm và những dao động cường độ của kênh bơm do kênh dò gây ra. Các phép biến đổi đã dẫn đến kết quả là một công thức hàm truyền

đạt bộ lọc cuờng độ phụ thuộc vào các tham số như hệ số phi tuyến, suy hao, walk-off, tán sắc sợi quang, chiều dài sợi. Công thức này cho phép đánh giá ảnh hưởng của XPM từ một kênh lên một kênh khác, mở ra thêm mợt cách để tính ảnh hưởng của XPM từ nhiều kênh tác động lên một kênh cụ thể bằng cách xếp chồng ảnh hưởng của từng kênh riêng lẻ. Cũng từ lý thuyết này, các kết quả tính toán được đưa ra trong nhiều trường hợp đặc biệt để nghiên cứu ảnh hưởng của quản lý tán sắc đến các hiệu ứng XPM. Các tham số được chọn để tính toán là bước sóng dị 1550 nm. khoảng cách kênh 0,4 nm, hệ số suy hao 0,2 dB/km, hệ số phi tuyến 1,31x10-3m2/W. Dải tần được hạn chế cịn 0-50 GHz vì cho đến hiện tại thì các tốc đợ bit trong các hệ thống vẫn là dưới 40 Gb/s.

Ta tham khảo các kết quả này để thấy được trực quan ảnh hưởng của XPM đối với các hệ thống quản lý tán sắc khác nhau là khác nhau.

Hình 3.12 Hàm truyền đạt của sợi SMF theo các sơ đồ bù tán sắc khác nhauTrong hình 3.12 là hàm truyền đạt của 80 km sợi SMF (D=16 ps/nm/km) khơng Trong hình 3.12 là hàm trùn đạt của 80 km sợi SMF (D=16 ps/nm/km) khơng bù và có bù (trước và sau). Hàm truyền cho thấy đặc điểm bợ lọc thơng cao. Hình 3.13 và hình 3.14 là các hàm truyền đạt với các tỉ lệ bù tán sắc khác nhau trong các hệ thống được bù trước và bù sau. Hình 3.15 so sánh hai cấu hình tán sắc khác nhau của các hệ thống được bù tán sắc hoàn toàn. 80 km sợi DSF có tán sắc -2 ps/nm/km được bù hoàn toàn bằng sợi SMF có tán sắc 16 ps/nm/km; 80 km sợi SMF có tán sắc 16 ps/nm/km được bù hoàn toàn bằng sợi DCF có tán sắc 96 ps/nm/km. Có thể thấy rằng do tán sắc nợi của sợi SMF lớn mà ảnh hưởng của XPM bị loại bỏ, do đó SMF là lựa chọn tối ưu đối với các hệ thống WDM tốc độ cao.

Trong các hệ thống đa chặng, ảnh hưởng của XPM tích luỹ tại điểm cuối của hệ thống. Hình 3.16 khẳng định điều này. Trong mỗi chặng, sợi SMF được bù hoàn toàn bởi sợi DCF và suy hao được bù bằng bộ khuếch đại quang. Như thấy trên hình, ảnh hưởng của XPM càng lớn khi số chặng tăng lên. Trong hình 3.17, các sơ đờ bù thiếu

và bù thừa được nghiên cứu trong mợt hệ thống WDM năm chặng. Có thể thấy rằng, trái ngược với hệ thống một chặng, bù thiếu và bù thừa đều làm giảm ảnh hưởng của XPM trong hệ thống đa chặng.

Hình 3.13 Méo XPM theo các tỉ lệ bù tán sắc khác nhau với sơ đờ bù trước

Hình 3.14 Méo XPM với các tỉ lệ bù tán sắc khác nhau với sơ đờ bù sau

Nói tóm lại, trong hệ thống WDM được quản lý tán sắc, ảnh hưởng của XPM thể hiện như một bộ lọc cường độ với đặc điểm là mợt bợ lọc thơng cao, có nghĩa là XPM là mợt hiệu ứng phi tuyến có tính trợi trong các hệ thống WDM tốc độ cao. Các kết quả trên đây rất hữu ích để tìm ra biện pháp hạn chế ảnh hưởng của XPM, sẽ được trình bày trong phần sau.

Hình 3.15 Hai cấu hình bù tán sắc khác nhau cho kết quả khác nhau

Hình 3.16 Ảnh hưởng của XPM thay đổi theo số chặng m

Hình 3.17 Ảnh hưởng của tỉ lệ bù trong hệ thống năm chặng

3.2 Một số giải pháp khắc phục ảnh hưởng của XPM trong hệ thống WDM

Qua các phần trên ta đã thấy ảnh hưởng của XPM lên chất lượng hệ thống WDM. Để khắc phục những ảnh hưởng này, nhiều thí nghiệm cũng đã được tiến hành bởi

nhiều nhà nghiên cứu và cho những kết quả khả quan. Mợt số biện pháp được tìm ra thực sự hiệu quả và có thể áp dụng trong thực tế để nâng cao chất lượng hệ thống. Phần này trình bày mợt số biện pháp như dùng bộ triệt XPM, sử dụng các sơ đồ bù tán sắc hợp lý.

3.2.1 Dùng bộ triệt XPM

Phần này giới thiệu việc dùng bộ triệt XPM trong một hệ thống cụ thể [3] để hạn chế ảnh hưởng của XPM đối với các kết nối sợi quang đa chặng. Kỹ thuật triệt XPM này gờm việc đưa ra các đợ trễ thời gian thích hợp giữa các kênh kề nhau bên trong một bộ lặp, để thúc đẩy quá trình phá huỷ đóng góp tổng cợng từ các chặng khác nhau vào XPM tổng thể. Một thiết bị thụ động đơn giản, gọi là bộ triệt XPM (XS) dựa trên một loạt các cách tử Bragg băng hẹp trong sợi quang (IFBG). Khi các XS được chèn tuần hoàn vào mợt kết nối NZDSF 5x100 km, các kênh có khoảng cách 100 GHz tại tốc độ 10 Gb/s cho thấy chỉ bị suy giảm 1 dB, trong đó đo được tỉ lệ lỗi sàn 10-7. Ngoài ra, nhờ các bộ triệt XPM, dung sai với tán sắc dư cũng tăng lên ba lần.

Để thiết kế mợt bợ triệt XPM, thí nghiệm [3] xem xét một hệ thống truyền dẫn được quản lý tán sắc có M kênh cách nhau Δλ và gờm có N chặng. Khi mỗi cặp kênh liên tục trải qua giá trị tối ưu giống nhau của độ trễ thời gian giữa các kênh tại điểm đầu mỗi chặng thì sự suy yếu do XPM gây ra cho các cặp kênh này là tối thiểu. Đợ trễ

tD có thể xác định từ mơ hình đánh giá nhiễu cường đợ do XPM trong bợ thu.

Hình 3.18 thí nghiệm với 10 kênh có và khơng có XS

Trong sơ đờ cho trong hình 3.18, bợ triệt XPM (XS) bao gồm một circulator và một loạt cách tử IFBG trong hệ thống M kênh WDM, mỗi kênh k (2≤k≤M) được phản xạ tại mợt vị trí bên trong sợi quang, bị trễ khoảng thời gian tD từ kênh k-1 tại phần bắt đầu mỗi chặng tiếp theo.

Tuy nhiên, trong các hệ thống thực tế, sợi quang có tán sắc được tích luỹ DT(λ) tạo ra mợ đợ trễ xuyên kênh DT(λ). Δλ mà không thể bù hoàn toàn bằng đợ trễ DC(λ). Δλ

tạo ra bởi modul bù có tán sắc tích luỹ DC(λ). Giữa kênh k-1 và kênh k, XS dẫn đến một độ trễ nữa là

) ( ) ( ( ) ( D T k C k s k t D D t = − ∆λ λ + λ (3.17)

Khoảng cách tương đối mà tại đó các gương tương ứng được mô tả là

) 2 /( ) ( .t k n c lk = s

δ với c là vận tốc ánh sáng, n là chiết suất của sợi quang. Để đạt hiệu

quả tối đa, tD cần được điều khiển bởi các XS thêm vào trong mỗi bộ lặp, dọc theo kết nối như trong hình 3.18. Cần chú ý rằng sự phụ tḥc vào bước sóng trong cơng thức (3.17), do sườn tán sắc, giải thích tại sao mợt sơ đờ tán sắc lý tưởng, đơn giản lại không thể thay thế XS để hạn chế những ảnh hưởng của XPM đối với số lượng kênh lớn.

Hình 3.18 cho thấy thiết kế với thiết bị thí nghiệm cho 10 kênh, đợ trễ tD đặt ra ước lượng khoảng 80ps đã đạt được trong một dải ước lượng [-20ps, +20 ps]. Sự xê dịch trong một dải như vậy cũng thích hợp với các yêu cầu về lý thuyết, do quá trình triệt tiêu XPM diễn ra mạnh mẽ. Việc đặt các cách tử IFBG mang tính tương đối phụ tḥc vào kênh là do sườn tán sắc của sợi quang.Qua mợt ví dụ gờm 5 XS có đợ dài 8 cm, băng tần 3 dB trung bình của các bợ lọc IFBG là 0,4 nm với toàn bộ 10 kênh, dẫn đến một băng tần 0,26 nm tương đương khi bốn đơn vị được sắp xếp như được mô tả trong thí nghiệm.

Các XS được đo trong truyền dẫn 10x10 Gb/s qua năm chặng, mỗi chặng 100km biểu diễn trong hình 3.17b. Bợ phát bao gờm 10 laser DFB có các bước sóng nằm trong hệ thống ITU 100 GHz từ 1552 đến 1559 nm. Các kênh chẵn và lẻ đi qua hai bọ điều chế cường độ được điều khiển bởi bộ tạo chuỗi PRBS 231-1 và 223-1, được kết hợp với phân cực song song, là trường hợp xấu nhất cho XPM, và được khuếch đại để đạt được công suât 5dBm/kênh. Kết nối gờm năm chặng, mỗi chặng 100 km sợi NZDSF có tán sắc trung bình 2,8 ps/nm/km tại bước sóng 1550 nm, sườn tán sắc 0,065 ps/nm/km và diện tích hiệu dụng 53 μm2. Suy hao của chặng được chỉnh đến giá trị thực tế 25 dB bằng bộ suy hao, được bù suy hao bằng các bộ khuếch đại hai tầng kết hợp mợt XS và mợt sợi DCF, có tán sắc tích luỹ 309 ps/nm. Các kênh trung tâm được mỗi DCF bù chính xác cho lượng tán sắc trong chặng phía trước nhưng tại bợ thu lại khơng có sợi DCF nào. Sau khi lan trùn, tín hiệu được đưa đến một bộ tiền khuếch đại quang, hai bộ lọc 0,4 nm và mợt bợ thu điện 10 Gb/s.

Hình 3.19 Suy giảm đợ nhạy cho kênh 6

Trong hình 3.19 biểu diễn suy giảm đợ nhạy tại BER=10-10 cho kênh thứ 6. Sự suy giảm này tăng nhanh theo khoảng cách khi khơng có XS, dẫn đến BER sàn là 10-7 sau năm chặng. Ngược lại, khi các XS được thêm vào mợt cách tuần hoàn thì sự suy giảm chỉ cịn 1,2 dB mặc dù có nhiễu bợ khuếch đại và các hiệu ứng lan trùn vẫn cịn, và có thể nhìn thấy trực quan qua hình 3.19. Đối với 9 kênh cịn lại cũng có thể kết luận tương tự. Tác dụng của các XS đối với các kênh ngoài biên ít nhạy hơn do các kênh này chịu ảnh hưởng của XPM ít hơn.

Hình 3.20 So sánh suy giảm khi có và khơng có XS

Thay đổi tán sắc dư trong kết nối đã cho thấy lợi ích rất lớn từ các XS vì tán sắc dư là một tham số để đánh giá ảnh hưởng của XPM. Để làm được điều đó, mợt phần thích hợp của sợi DCF hoặc sợi G.652 đã được chèn thêm vào trước bộ thu. Suy giảm cho kênh 6 sau năm chặng được biểu diễn trong hình 3.20 là mợt hàm của tán sắc dư khi có và khơng có các XS.

Theo như mong đợi từ lý thuyết, khi tán sắc dư gần như bằng khơng thì các XS gần như khơng có tác dụng đến chất lượng và tỉ lệ lỗi sàn không giống như ở trên. Thực sự trong cấu hình này, XPM khơng biến đổi thành nhiễu cường đợ có hại. Tuy nhiên, theo sườn tán sắc sợi quang, cấu hình dung sai XPM này chỉ có thể có được với các hệ thống WDM có số lượng kênh nhỏ và sự suy giảm không thể dưới 3 dB. Ngược lại, khi tán sắc dư tăng lên đến 366 ps/nm (khơng có DCF trong bợ thu) hoặc cao hơn thì nếu khơng có XS sẽ khơng thể có trùn dẫn khơng lỗi, trong khi trùn trong chế đợ tán sắc dị thường có XS có thể cải thiện đáng kể sự suy giảm hệ thống, đến 2 dB. Cuối cùng, dải tán sắc dư tại suy giảm 3 dB, sau khi tách nhiễu lớn hơn gấp ba lần so với khi khơng có XS. Điều này có nghĩa là có thể có dung sai lớn hơn nhiều cho sợi NZDSF được bù khơng đầy đủ.

Thí nghiệm [3] đã cho thấy một biện pháp hiệu quả để hạn chế ảnh hưởng của XPM, không chỉ làm tăng chất lượng và khoảng cách trùn dẫn của các hệ thống WDM điển hình mà cịn cải thiện rất lớn dung sai của hệ thống đối với tán sắc dư, mở đường cho những khả năng lớn hơn.

3.2.2 Các sơ đồ bù tán sắc thích hợp

Nhiều thí nghiệm được trích dẫn ở trên đã cho thấy bù tán sắc là biện pháp hiệu quả để khắc phục những hạn chế mà XPM gây ra.

Trong tài liệu [9] đã trình bày xuyên kênh do XPM trong các hệ thống sợi quang có thể giảm bằng cách bù tán sắc. Ngoài ra, điểm đặt bộ bù tán sắc cũng rất quan trọng. Lượng bù tán sắc nhỏ nhất yêu cầu là khi bộ bù được đặt trước bộ thu. Tại điểm này, bộ bù sẽ bù xuyên kênh do XPM tạo ra trong toàn bộ các chặng. Lượng bù tán sắc tối ưu để giảm xuyên kênh do XPM là khoảng 50% tán sắc trong hệ thống. Mặc dù sơ đồ bù tổng hợp này yêu cầu lượng bù tán sắc nhỏ nhất nhưng vẫn khơng đạt được chất lượng hệ thống tốt nhất.

Hình 3.21 biểu diễn các mức xun kênh cơng suất chuẩn hoá theo tỉ lệ bù tán sắc trong một hệ thống 10 Gb/s sáu chặng, mỗi chặng 100 km NZDSF. Tán sắc trong sợi quang truyền dẫn là 2,9 ps/nm/km và công suất quang đi vào mỗi chặng là 8,5 dBm. Các hiệu ứng phi tuyến trong các sợi quang dùng để bù tán sắc được bỏ qua để đơn giản hoá. Các sơ đồ bù tán sắc khác nhau được so sánh trong hình này. Đường (1) là bù tán sắc trong từng chặng, khi đó xuyên kênh do XPM tạo ra trong mỗi chặng có thể được bù chính xác nên khi bù 100% thì giảm xuyên kênh do XPM rất hiệu quả. Đường (2) là đặt bộ bù tán sắc sau mỗi hai chặng, khi đó giá trị bù tán sắc chỉ có thể được tối ưu hoá cho chặng đầu tiên hoặc chặng thứ hai nhưng không thể tối ưu cho cả hai chặng. Mức xuyên kênh do XPM dư cao hơn trong trường hợp trước. Tương tự như thế, đường (3) trong hình 3.21 là đặt bợ bù tán sắc sau mỗi ba chặng cịn đường (4) là đặt một bộ bù tổng hợp tại trước bộ thu.