a. Hiệu ứng SPM
3.3 Đo tuyến quang
Bảng 3.5 Các yêu cầu đối với phép đo cho tuyến quang Tiêu chuẩn
Yêu cầu các phép đo Mục G.975 Mục G.691 Mục G.692
Suy hao 6.3.1 6.3.1 6.4.1
Tán sắc 6.3.2 6.3.2 6.4.2
Suy hao phản xạ quang 6.3.3 6.3.4 6.4.3
Hệ số phản xạ rời rạc 6.3.3 6.3.4 6.4.3
Tán sắc mode phân cực 6.3.2.3
Các tham số tuyến quang liên quan đến sợi quang sử dụng trên hệ thống. Các tham số chính tồn tại qua các hệ thống khác nhau nh: Suy hao, tán sắc và phản xạ.
Trong khi các tham số này luôn đóng vai trò quan trọng đối với hiệu năng của hệ thống thì nay thêm các tham số mới do các hiệu ứng phi tuyến với các hệ thống tốc độ cao. Ngày nay với sự triển khai của các hệ thống 10 Gb/s thì phép đo tán sắc mode phân cực trở thành phép đo tuyến quang rất quan trọng.
Bảng 3.5 liệt kê các phép đo tuyến quang cho các hệ thống đơn kênh và đa kênh. Phép đo tán sắc mode phân cực là yêu cầu mới cho các hệ thống đa kênh tốc độ cao.
3.3.1Đo dải suy hao
Suy hao là một hàm của bớc sóng, đợc đo bằng đơn vị dB. Dải suy hao đợc đo bằng cách sử dụng một nguồn laser điều hởng và một đồng hồ đo công suất. Theo cách này, có thể đo đợc khoảng phổ rất ngắn. Sơ đồ đo kiểm tra nh trên hình 3.15.
Hình 3.15. Sơ đồ đo kiểm tra suy hao
3.3.2 Đo tán sắc chromatic
Tán sắc chromatic là một hàm của độ rộng phổ và các đặc tính truyền dẫn của sợi quang. Tán sắc chromatic là sự thay đổi tốc độ truyền (làm rộng các xung) của các thành phần bớc sóng khác nhau trong dải phổ của tín hiệu, đợc đo bằng picro giây trên nanomet (độ rộng phổ tín hiệu) và kilomet (khoảng cách truyền đi) (ps/nm.km). Tiêu chuẩn ITU-T G.691 chỉ rõ hơn về giá trị cực đại và cực tiểu của tán sắc.
Khoảng thời gian giữa các xung liên tiếp ngắn lại khi tốc độ bit tăng lên, vì vậy tán sắc chromatic gây ra dãn xung khi chúng đợc truyền đi trong sợi quang và nó đặc biệt nghiêm trọng khi tốc độ truyền ≥2,5 Gb/s. Tán sắc chromatic có thể đợc bù bằng nhiều cách hoặc có thể đợc tái tạo lại để loại bỏ ảnh hởng của tán sắc.
Hệ số tán sắc chromatic là sự dãn xung đặc trng của các xung đợc phát ra từ nguồn. Một nguồn thông thờng tại bớc sóng 1550 nm có tán sắc chromatic khoảng 0,075 ps/nm.km. Với thông số này nếu độ rộng phổ là 1 nm (đặc trng cho các laser đơn mode), suy hao sẽ là 7,5 ps cho 100 km chiều dài (0,075ps/nm.km x 1 nm x 100 km= 7,5 ps).
Laser
Một số phơng pháp có thể đợc sử dụng để đo tán sắc chromatic bao gồm: Dịch pha điều chế, dịch pha vi phân, dùng dụng cụ đo giao thoa và phơng pháp trễ xung. Ví dụ: Tín hiều đầu ra của một laser điều hởng băng hẹp đợc điều chế cờng độ dùng để đo kiểm tra sợi quang. Tín hiệu đợc tách ra và pha điều chế đợc đo theo quan hệ với nguồn điều chế điện. Phép đo này đợc lặp lại tại nhiều khoảng trên toàn bộ dải bớc sóng. Tán sắc chromatic đợc định nghĩa là tốc độ thay đổi trễ nhóm theo bớc sóng. Nếu các đặc điểm của sợi quang là nhất quán thì tán sắc chromatic tổng tuyến tính dọc theo chiều dài của sợi quang.
Tán sắc chromatic đợc đo bằng một nguồn laser điều hởng và một đồng hồ đo bớc sóng, một nguồn băng rộng và một máy phân tích phổ quang hoặc một thiết bị đo tán sắc chromatic. Hình 3.16 chỉ ra ba sơ đồ đo khác nhau.
Hình 3.16. Các sơ đồ đo kiểm tra tán sắc
3.3.3 Đo suy hao phản xạ quang
Suy hao phản xạ quang đợc biểu diễn bằng dB, đợc định nghĩa là độ lệch về công suất đầu ra máy phát và công suất phản xạ ngợc trở lại từ phía thiết bị đầu cuối đầu xa và bản thân đờng dẫn quang đó.
Máy phản xạ miền thời gian quang (OTDRs) thờng đợc sử dụng để đo suy hao phản xạ quang. Hình 3.17 là sơ đồ đo suy hao phản xạ quang dùng OTDR.
Hình 3.17. Sơ đồ đo kiểm tra suy hao phản xạ quang và hệ số phản xạ rời rạc
Laser
điều hưởng DUT Dụng cụ đo công suất
Nguồn sáng
băng rộng DUT Máy phân tích phổ quang
Laser
điều hưởng DUT Máy phân tích phổ quang
(1)
(2)
(3)
3.3.4 Đo hệ số phản xạ rời rạc
Hệ số phản xạ rời rạc là hệ số phản xạ rời rạc lớn nhất giữa máy phát và máy thu, đợc tính bằng dB. OTDRs thờng đợc sử dụng để đo hệ số phản xạ.
Sơ đồ đo trên hình 3.17 cũng đợc dùng để đo hệ số phản xạ rời rạc.
3.3.5 Đo tán sắc mode phân cực
Nguyên nhân gây ra tán sắc mode phân cực (PMD) là do tính không đối xứng của sợi quang khi sản xuất, nhiệt độ, uốn cong trong sợi quang.…
PMD là hiệu ứng mà năng lợng tín hiệu tại bớc sóng đã cho chuyển thành hai mode phân cực trực giao với tốc độ khác nhau chút ít. Kết quả của sự khác nhau về thời gian giữa các mode gọi là trễ nhóm sai phân. Trong khi tán sắc chromatic là ổn định thì PMD thay đổi rất nhanh.
Tại các tốc độ lớn hơn STM-64, PMD là đáng kể và phải đợc xem xét để mạng có thể vận hành ổn định. Vì đặc tính của sợi quang là phát các trạng thái phân cực khác nhau tại các tốc độ nhóm khác nhau nên PMD gây ra trễ biến thiên ngẫu nhiên trên tín hiệu quang. Kết quả cũng nh tán sắc chromatic đó là sự méo dạng của xung truyền đi trên đờng dẫn quang. PMD rất khó bù trên các hệ thống thực tế.
Hệ thống đo kiểm tra PMD bao gồm các thành phần:
- Nguồn băng rộng, bộ phân cực, máy phân tích PMD và máy phân tích phổ quang. - Laser điều hởng, bộ lọc phân cực và máy tính với các phần mềm đặc biệt.
- Nguồn laser, bộ lọc phân cực và máy phân tích.
Hình 3.18 chỉ ra một sơ đồ đo kiểm tra cho các phép đo suy hao phụ thuộc phân cực (PDL: Polarization-Dependent Loss measurement).
Hình 3.18. Sơ đồ đo kiểm tra suy hao phụ thuộc vào phân cực
Laser điều hư ởng Đồng hồ đo công suất Máy phân tích phổ quang Điều khiển phân cực/ngẫu nhiên hóa DUT
Ngày nay PDL của rất nhiều thiết bị quang nhỏ hơn 0,1 dB. Vì vậy khi đo kiểm các thiết bị có PDL thấp, thì hệ thống đo phải có khả năng đa ra mức đo chính xác 0,01 dB. Các hệ thống đo tiên tiến hơn có thể cho độ chính xác cao hơn nhờ sự ±
phát triển của các dụng cụ đo công suất mới có PDL thấp.
3.4 Đo bộ khuếch đại quang
Sự phát triển về công nghệ khuếch đại quang đã làm cho ý tởng về ghép kênh theo bớc sóng quang trở thành hiện thực. Trớc kia mỗi kênh đợc tái tạo riêng biệt tại các điểm khác nhau dọc theo tuyến quang. Tại mỗi điểm tái tạo, tín hiệu đợc chuyển đổi từ miền quang sang miền điện, loại bỏ các loại nhiễu khác nhau, định thời lại, tạo lại dạng tín hiệu và cuối cùng là chuyển đổi trở lại miền quang từ miền điện để truyền tiếp trên đờng truyền quang. Với cách làm này sẽ yêu cầu một trạm lặp đối với mỗi kênh tín hiệu vì vậy việc sử dụng nhiều kênh sẽ dẫn đến chi phí rất tốn kém.
Các bộ khuếch đại quang ngày nay sẽ khuếch đại tất cả các kênh truyền qua nó mà không cần bất cứ sự chuyển đổi quang điện nào. Vì vậy chỉ cần một bộ khuếch đại quang đối với mỗi sợi quang tại các điểm trên đờng truyền dẫn quang. Điều này cho phép nhà khai thác cung cấp các dịch vụ rộng rãi, cung cấp các hệ thống đa kênh mà không cần lắp đặt quá nhiều thiết bị và kèm theo nó là chi phí bảo dỡng cũng tăng lên theo.
Bảng 3.6 liệt kê các phép đo bộ khuyếch đại quang đối với các hệ thống đơn kênh và đa kênh. Tất cả các phép đo này là các yêu cầu cho các hệ thống đa kênh tốc độ cao mới.
Bảng 3.6. Yêu cầu đối với các phép đo khuếch đại quang Các tiêu chuẩn
Yêu cầu đối với các phép đo G.692 IEC
6129- G.661
Sự biến thiên khuếch đại 6.5.1 3.2
Độ dốc khuếch đại 6.5.2 3.5
Sai phân khuyếch đại 6.5.3 3.4
Tổng công suất thu 6.5.4
Tổng công suất phát 6.5.5
Hệ số nhiễu tự phát 6.5.6 Có
Các yếu tố cần xem xét đối với phép đo kiểm tra sự biến thiên khuếch đại:
- Nguồn quang ổn định. - Độ phân giải của phép đo. - Khả năng lặp lại của phép đo.
- Khả năng đồng bộ và điều chế của nguồn laser.
Hình 3.19. Sơ đồ đo kiểm tra khuếch đại quang
Hình 3.19 chỉ ra một sơ đồ đo kiểm tra cho bộ khuếch đại đa kênh đối với sự biến thiên khuếch đại, độ dốc khuếch đại, sai phân khuếch đại, tổng công suất thu, tổng công suất phát và hệ số nhiễu tự phát.
3.4.1 Đo sự biến thiên khuếch đại
Sự biến thiên khuếch đại đợc định nghĩa là sự sai khác giữa hệ số khuếch đại của bất cứ hai kênh bất kỳ trong cấu hình đa kênh, biểu diễn bằng đơn vị dB.
3.4.2 Đo độ dốc khuếch đại
Độ dốc khuếch đại đợc định nghĩa là sự thay đổi phổ của bộ khuếch đại xảy ra khi các kênh quang đợc xen vào hay tách ra, tính bằng dB trên dB. Nó là tỷ số của sự thay đổi hệ số khuếch đại của mỗi kênh với sự thay đổi hệ số khuếch đại tại một kênh tham chiếu nh là các điều kiện đầu vào, nó biến thiên bắt đầu từ một tập giá trị của các kênh đầu vào cho đến một tập giá trị khác của các kênh đầu vào thứ hai.
Laser điều hưởng
Laser điều hưởng
Bộ điều khiển phân cực
Máy phân tích phổ quang
Laser điều hưởng
Laser điều hưởng
Coupler
Coupler
Coupler
Khuyếch đại quang
3.4.3 Đo sai phân khuếch đại
Sai phân khuếch đại cho một kênh cụ thể là sự khác biệt về sự thay đổi hệ số khuếch đại trong một kênh đối với sự thay đổi hệ số khuếch đại trong một kênh khác trong tập công suất của các kênh đầu vào.
3.4.4 Đo công suất thu tổng
Công suất thu tổng là công suất trung bình lớn nhất tại đầu vào của máy khuếch đại quang. Nó đợc đo bằng cách sử dụng một đồng hồ đo công suất băng rộng.
3.4.5 Đo công suất phát tổng
Công suất phát tổng là giá trị công suất trung bình lớn nhất tại đầu ra của máy khuếch đại quang. Nó đợc đo bằng cách sử dụng một đồng hồ đo công suất băng rộng.
3.4.6 Đo hệ số nhiễu phát xạ tự phát
Hệ số nhiễu phát xạ tự phát là kết quả của sự tính toán dựa vào sự thay đổi cờng độ gây ra bởi sự giao thoa giữa tín hiệu ánh sáng và phát xạ tự phát khuếch đại (ASE). Nhiễu này là không thể tránh khỏi trong các hệ thống có EDFA và là một trong những loại nhiễu chính đóng góp vào các hệ thống thông tin có khuếch đại quang. Nhiễu phát xạ tự phát tơng tự nh trờng hợp tổng hợp hai tần số trong bộ ghép heterodyne để tạo ra một tần số khác. Kết quả của sự pha trộn phụ thuộc vào phân cực vì vậy tín hiệu sẽ chỉ kết hợp với các thành phần ASE có cùng tính phân cực với tín hiệu.
3.5 Đo giao diện đầu vào máy thu
Hình 3.20. Độ nhạy máy thu (BER trên công suất)
công suất quang trung bình (dBm)
Tỷ số lỗi bit (BER) là tham số chỉ tiêu chất lợng đầu tiên cần đợc xem xét khi lớp quang đợc kết nối và các dịch vụ đợc chuyển phát. Các chỉ tiêu kỹ thuật đầu vào của máy thu quang mới chỉ ra rằng các yêu cầu về lỗi bit phải nằm trong giới hạn từ 10-10 tới 10-12. Điều này nhằm đảm bảo rằng các hệ thống truyền dẫn tốc độ cao hoạt động với chất lợng cao.
Bảng 3.7 liệt kê các phép đo giao diện đầu vào máy thu đối với hệ thống đơn kênh và đa kênh. Các phép đo đối với độ nhạy ứng với tỷ số lỗi bit khoảng 10-12 và 10-10, quá tải ứng với tỷ số lỗi bit 10-12 và 10-10. Xuyên âm quang và OSNR là những yêu cầu mới cho các hệ thống truyền dẫn đa kênh tốc độ cao.
Bảng 3.7. Các yêu cầu đo đối với đầu vào máy thu Các tiêu chuẩn
Yêu cầu với phép đo Mục G.957 Mục G.691 Mục G.692
Độ nhạy với BER=10-10 6.4.1
Độ nhạy với BER=10-12 6.4.1 6.8.1
Quá tải với BER=10-10 6.4.2
Quá tải với BER=10-12 6.4.2 6.8.2
Hệ số phản xạ 6.4.3 6.4.4
Xuyên âm quang 6.7.1
Tỷ số tín hiệu trên tạp
âm quang 6.8.5
3.5.1 Đo độ nhạy
a. Độ nhạy với BER =10-10
Độ nhạy máy thu đợc định nghĩa là giá trị công suất trung bình nhỏ nhất tại đầu vào máy thu mà tỷ số lỗi bit BER chấp nhận đợc theo yêu cầu. Tất cả các hệ thống đa kênh và đơn kênh SONET/SDH chỉ ra giá trị BER yêu cầu là 10-10. Độ nhạy máy thu không quan tâm đến các yếu tố bất lợi về công suất cũng nh các yếu tố nh tán sắc, trôi, trợt hay phản xạ. Có những mô tả riêng trong các yếu tố bất lợi trong đờng truyền dẫn quang. Độ nhạy máy thu đợc biểu diễn bằng dBm và đợc đo bằng cách sử dụng một nguồn quang nh laser điều hởng (điều chế với một máy BERT), một máy kiểm tra truyền dẫn, một bộ suy hao, một dụng cụ đo công suất và một bộ tách lỗi.
b. Độ nhạy với BER =10-12
Mặc dù hầu hết các hệ thống đơn/đa kênh SONET và SDH chỉ ra giá trị BER nhỏ nhất chấp nhận đợc là 10-10. Độ nhạy BER 10-12 vẫn đợc mô tả và đợc đo bằng cách sử dụng một nguồn quang nh laser điều hởng (điều chế cùng với một máy
BERT), một máy kiểm tra truyền dẫn, một bộ suy hao, một dụng cụ đo công suất và một bộ tách lỗi.
Khi miêu tả độ nhạy máy thu bộ suy hao sẽ điều chỉnh đến khi đạt đợc BER theo yêu cầu. Sau khi đã tìm thấy BER theo yêu cầu công suất quang đợc đo và đợc ghi lại. Các bớc này đợc làm lại nhiều lần đến khi cả hai số liệu đợc tìm thấy là đầy đủ để mô tả độ nhạy máy thu.
Những giá trị BER càng cao đợc tím thấy càng nhanh khi thời gian yêu cầu để phát hiện lỗi là càng ngắn. Điều này sẽ cho phép phần trên của đờng cong đợc vẽ nhanh hơn. Tại các giá trị BER thấp hơn thời gian đo tăng đáng kể.
Hình 3.20 chỉ ra mối quan hệ thông thờng của BER và công suất quang trung bình. Một điều cần chú ý là BER đợc vẽ theo thang tỷ lệ log. BER thay đổi nhanh đối với sự thay đổi nhỏ của công suất quang trong vùng BER nhỏ hơn 1E-4.
Bảng 3.8 cung cấp một số ví dụ về các thông số phép đo độ nhạy máy thu quang. Đối với BERmax theo danh sách trong bảng có điểm chú ý là sự biến đổi trong mức công suất nhỏ nhất càng nhỏ khi BERmax càng lớn. Thiết bị trong hệ thống SDH L-16.1 bắt buộc phải hoạt động với BER nhỏ hơn 1E-10 cho mức công suất là -26 dBm. Mức công suất này chỉ khoảng vài microwatts. Tại công suất -13 dBm (Khoảng 50 microwatts), hoạt động tại mức công suất rất cao nhng BER không đợc vợt quá 1E-12.
Bảng 3.8 Các mức độ nhạy máy thu
Tiêu chuẩn Tốc độ
(Mbit/s) ứng dụng BERmax
Công suất nhỏ nhất (dBm) SDH 622 S-4.1 10-10 -28 SDH 2488 S-16.1 10-10 -18 SDH 2488 L-16.1 10-10 -26 SONET 622 SR OC-12 10-10 -18 SONET 2488 IR OC-48 10-10 -18 FC 1063 100-M5-SL-1 10-12 -13 GE 1250 1000 Base-SX 10-12 -17
Với tốc độ bit 622 Mb/s, giá trị của BER nằm giữa 1E-4 và 1E-9 yêu cầu thời gian dừng nhỏ hơn 2 giây. Đối với BER là 1E-10, thời gian để truyền hết 10 tỷ bit là 16 giây. Thời gian này gấp khoảng 10 lần thời gian để có kết quả phép đo với một