.13 Méo XPM theo các tỉ lệ bù tán sắc khác nha- 123docz.net

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 mợt bợ 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 một kết nối NZDSF 5x100 km, các kênh có khoảng cách 100 GHz tại tốc đợ 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 mợt hệ thống trùn 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 gờm 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 mộ độ trễ xuyên kênh DT(λ). Δλ mà không thể bù hoàn toàn bằng độ 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 bợ 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 mợt 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 mơ 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 gồm 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 một XS và một 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 một bộ 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 mợt 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 truyền 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 truyền 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 không 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 mợt bợ bù tổng hợp tại trước bộ thu.

Rõ ràng là khi giảm số lượng các bộ bù tán sắc, mức độ xuyên kênh do XPM dư cao hơn và giá trị bù tán sắc tối ưu gần hơn đến 50% giá trị tán sắc của hệ thống. Chính vì điều này, trong các hệ thống có suy yếu nghiêm trọng do xun kênh thì cần phải bù tán sắc trong mỗi chặng. Tuy nhiên, điều này sẽ làm tăng số lượng bộ bù tán sắc đồng nghĩa với việc tăng chi phí.

Trong tài liệu [8], bù tán sắc thiếu (undercompensation) được chứng minh là có ảnh hưởng đáng kể đến méo do XPM. XPM phát sinh và phân bố dọc chiều dài sợi SSMF dẫn đến méo cường độ tại bộ thu, ngay cả trong trường hợp được bù tán sắc hoàn toàn. Bù thiếu có hiệu quả khá cao trong việc giảm méo cường độ do XPM tại bộ thu. Hình 3.22 biểu diễn các tích lũy méo cường đợ do XPM được tính toán cho hệ thống trong [8].

Hình 3.22 Hệ số mx tích luỹ sau các chặng

Mợt cấu hình bơm – dị cũng được dùng để đặc trưng hóa méo do XPM, với kênh bơm điều chế cường đợ, làm méo mợt kênh dị CW, khoảng cách kênh 0,4 nm. Các xung bơm có đợ rợng 400 ps và thời gian lên – xuống 10-90% là 56 ps. Hệ số đặc trưng cho XPM vẫn là mx. Có thể thấy trong hình 3.22 rằng mx tích lũy theo thời gian

trong mỗi chặng, do tán sắc của sợi quang SSMF biến đổi PM-IM. Bợ bù phía sau giảm do tán sắc âm đảo ngược biến đổi PM-IM. Tuy nhiên vẫn cịn tờn tại điều chế cường độ dư. Giá trị mx đạt cực tiểu tại một số khoảng cách trước điểm cuối mỗi chặng và vì thế, lượng điều chế cường đợ tại bợ thu có thể tối thiểu hóa nhờ bù thiếu tại chặng cuối cùng. Dùng mơ phỏng trong [13] đã có được kết quả là bù thiếu giảm mx từ 0,41 xuống cịn 0,16 sau 10 chặng.

Hình 3.23 Hệ số mx tăng theo khoảng cách

Thí nghiệm cũng được tiến hành với cấu hình bơm-dị dùng vịng quang khép kín tuần hoàn, cơng suất kênh 13 dBm và điều chế với cùng dạng xung . Hình 3.23 cho thấy mx tăng theo khoảng cách truyền dẫn trong trường hợp tán sắc dương hoặc âm có

340

D ps/nm tại bợ thu. Có thể thấy rằng tán sắc dương làm giảm mx mợt cách hiệu

quả. Dạng sóng dị tương ứng cho trong hình 3.24 sau sáu chặng.

3.3 Kết luận

Chương 3 là phần nợi dung chính của đề tài. Trong chương này đã giới thiệu nhiều nghiên cứu về lý thuyết cũng như thực nghiệm đã được tiến hành trên thế giới để trình bày về những ảnh hưởng của XPM đến chất lượng hệ thống WDM. Những hiệu ứng do XPM gây ra như méo dạng xung, biến đổi PM-IM, nhiễu, jitter định thời… đã hạn chế giới hạn truyền dẫn của hệ thống truyền dẫn WDM và làm giảm hệ số phẩm chất Q, gây méo tín hiệu. Sau khi tìm hiểu những ảnh hưởng của XPM đến chất lượng hệ thống WDM, chương 3 cịn đưa ra mợt số biện pháp khắc phục những hạn chế trên bằng cách dùng bộ triệt XPM hoặc sử dụng các sơ đờ tán sắc thích hợp. Do XPM cũng phụ thuộc vào nhiều tham số như cơng suất quang tín hiệu, tán sắc trong sợi quang, tốc đợ bit, khoảng cách kênh… nên chắc chắn vẫn còn nhiều biện pháp cải thiện chất lượng hệ thống đang được nghiên cứu và sẽ được áp dụng trong tương lai.

Kết luận

Các hệ thống truyền dẫn WDM đã và đang được phát triển rộng khắp, là giải pháp tối ưu cho các mạng truyền tải tốc độ cao và đa dạng về loại hình dịch vụ. Nghiên cứu tìm hiểu về những hạn chế của các hệ thống WDM là một vấn đề cần thiết đối với các nhà thiết kế mạng viễn thông nhằm tối ưu hoá chất lượng mạng truyền dẫn. Đồ án của em nghiên cứu về ảnh hưởng của XPM – là hiệu ứng có ảnh hưởng nghiêm trọng nhất đến chất lượng hệ thống truyền dẫn WDM. Chương 1 của đồ án đã giới thiệu cơ bản về hệ thống truyền dẫn WDM, về ưu điểm và các thành phần cũng như các tham số của một hệ thống. Đồng thời, trong chương 2 của đờ án trình bày về XPM và những hiện tượng do XPM gây ra đối với sóng quang lan truyền trong sợi. Từ những kiến thức cơ bản đó, cùng với việc tham khảo nhiều nghiên cứu trên thế giới qua các bài báo và Internet, chương 3 của đờ án đã trình bày về mợt số ảnh hưởng quan trọng của XPM đến chất lượng hệ thống truyền dẫn WDM và một số biện pháp khắc phục khả thi.

Với thời gian nghiên cứu tìm hiểu cịn hạn chế, có rất nhiều vấn đề liên quan mà em chưa đưa được vào đồ án. Trong thời gian sắp tới khi có nhiều thời gian em sẽ tiếp tục tìm hiểu sâu hơn về vấn đề này và tìm hiểu thêm những vấn đề thiết kế mạng viễn thông đặc biệt là mạng đường trục của Việt Nam.

Một lần nữa em xin cảm ơn cô giáo hướng dẫn – Ths. Nguyễn Thị Thu Nga cùng các thầy cô trong bộ môn Thông Tin Quang, Khoa viễn thông I đã hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành đồ án này.

Tài liệu tham khảo

[1]. AGRAWAL, G.P,”Nonlinear Fiber Optics”, second Edition, chapter 7, page 238-315, Academic Press, New York,1995.

[2]. CISCO SYSTEM, “Introduction to DWDM Technology”, 06/2004.

[3]. GIOVANNI BELLOTTI, SEBASTIEN BIGO, STEPHANE GAUCHARD, PIERRE-YVES CORTES, SIOHIE LA ROCHELLE, “10x10 Gb/s cross-phase

.13 Méo XPM theo các tỉ lệ bù tán sắc khác nhau với sơ đồ bù trước

.9 Xuyên kênh theo băng tần điện thu