B khu chi quang ộế đạ

CHƯƠNG 2 CÁC PH NT TRON GH TH NG WDM ỆỐ

2.9 B khu chi quang ộế đạ

quang Bộ cỏch ly quang EDF Bộ lọc quang 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

Hỡnh 2.18. 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 hồ 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

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 Bơm quang Bộ phối ghộp quang

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.

Một trong những hạn chế của EDFA đối với hệ thống WDM là phổ khuếch đại khụng đồng đều (được chỉ ra trong hỡnh 2.19), 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).

Hỡnh 2.19. Phổ khuếch đại của EDFA

Hiện nay, cú cỏc phương phỏp cõn bằng hệ số khuếch đại của EDFA là:

Sử dụng bộ lọc để suy hao tớn hiệu đỉnh khuếch đại xung quanh bước súng 1530 nm và xung quanh bước súng 1558 nm (trong trường hợp cú sử dụng nhiều EDFA liờn tiếp trờn đường truyền).

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 EDFA liờn tiếp trờn đường truyền cần phải xem xột đến tạp õm trong cỏc bộ khuếch đại quang, tạp õm 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 làm cho tỷ số S/N của hệ thống suy giảm nghiờm trọng. Nếu mức cụng suất tớn hiệu vào là quỏ thấp, tạp õm cú thể làm cho tỷ số S/N bị

Bước súng (nm) Đ ộ lợ i ( dB )

giảm xuống dưới mức cho phộp. Nếu mức cụng suất tớn hiệu vào là quỏ cao thỡ tớn hiệu này kết hợp với tạp õm cú thể gõy hiện tượng bóo hồ ở bộ khuếch đại.

 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 hồ 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 WDM 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 WDM 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 WDM 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.

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 WDM 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 2.20).

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).

Hỡnh 2.20. Cỏc loại ứng dụng chớnh của EDFA sử dụng trờn mạng

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 WDM 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: Tx Rx Tx Rx Tx Rx Thu quang Phỏt quang PA BA LA

- 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 hồ ở bộ khuếch đại.

CHƯƠNG 3