THIẾT KÊ HỆ THỐNG DWDM
2.4.Quỹ thừi gian của hệ thống [7][ 10J
Mục đích của việc xem xét quỹ thời gian lên của hệ thống là để đảm bảo rằng hệ thống có thể hoạt động được tại tốc độ bit dự kiến. Ngay cả khi độ rộng băng của từng phần tử lớn hơn tốc độ bit, hệ thốns vẫn có thể không hoạt động được tại tốc độ bit đó. Khái niệm thời gian lên dùng để xác định độ rộng băng của hệ thống được hợp thành từ những phần tử khác nhau. Thời gian lên của hệ Ihống tuyến tính được định nghĩa là khoảng thời gian mà đáp ứng tăng từ 10% đến 90% giá trị đầu ra cuối cùns của nó khi đầu vào thay đổi nhảy bậc (Xem hình 2.2).
Vin Vout Ạ T 0 ,9 - Hệ thốnơ tuyến tính 0,1 1 0 0
H ìn h 2.2 M in h h o ặ k h á i niệm thời gian lên của hệ thống T sỵs
Giữa độ rộng băng A/ và thời gian lên Tsvs trong hệ thống tuyến tính có mối quan hệ tỷ lệ nghịch với nhau, và được biểu diễn theo công thức nổi tiếng sau[ 10]:
0 35
T, s = ~ - (2-1)
Mối quan hệ giữa độ rộng bãng A / v à tốc độ bít B phụ thuộc vào dang của tín hiệu số. Trong trường hợp sử dụng mã RZ, A / = B và BTsys=0,35. Trong trường hợp NRZ, A/ ~ B/2 và BTSVS = 0,7. Trong cả hai trường họp, tốc độ bít này xác định giới hạn trên thời gian lên lớn nhất có thể của hệ thống. Thường trong hệ thống viễn thôns, Tsys phải được thiết k ế để đảm bảo nhỏ hơn giá trị cực đại, có nehĩa là[ 10]:
Trong hệ ihống truyền dẫn quang, ba phần tử chính là đầu thu. đầu phát và sợi quang đều có thời gian lên tương ứng của nó. Thời gian lên tổng của toàn bộ hệ thống liên quan đến Ihời gian lên của từng phần tử, có thể biểu diễn theo công thức dưới đây:
T (2.2)
- 30 -
Trong đó Ttr, Tfí và T là thời gian lên tương ứng của các phần tử: đầu thu, sợi
quang, đầu phát. Thường thời gian lên của đầu phát T" cỡ vài ns đối với nguồn phát
là LED. và cỡ o .ln s đối với nguồn phát LASER. Thời gian lén của đầu thu Tre nằm
trong phạm vi khoảng 0,05 -ỉ- 0,5ns, có thể ước tính từ phương trình (2.1) và (2.3) khi
biết thời gian lên của nguồn và sợi quang. Thời gian lên của sợi Tfị thường bao gồm
tán sắc mode và tán sắc màu thông qua mối quan hệ sau:
T Ì - ĩ L + T ; * , (2-4)
Đối với sợi đơn mode, T mod=0, và Tfi = Tchr Tmod có thể tính xấp xỉ theo công thức
dưới đây đối với sợi đa mode chiết suất bậc:
Tmoi* ụ hM c )L (2.5)
Trong đó, sử dụng n x ~ n2. Đối với sợi chiết suất biến đổi đều, Tmod có thể tính theo công thức sau:
r mod«(»,A2/8c)Z (2.6)
Tán sắc màu Tchr có thể tính bằng công thức sau đây:
Tchr * DLAẰ (2.7)
Trong đó À X là độ rộng phổ của nguồn quans(độ rộng sụt đỉnh một nửa). Tham số
tán sắc D có thể thav đổi dọc theo đường truyền nếu các phần khác nhau có các thông số tán sắc khác nhau.
Hê thốn2 DWDM thường sử dụng sợi đơn mode. Do vậy, khôna có thành phần tán
sắc mode, và thời gian lên Tmod=0. Lúc này trong, hệ thống ta chỉ quan tâm đến thời gian lên do tán sắc màu gây ra mà thôi Tdir[7]| 10].
Trên đây chúng ta đã có được cơ sở về mặt lí thuyết để có thể kiểm tra, kiểm soát được thời gian lên của hệ thống hay chính là độ rộng băng của hệ thống. Như trên ta đã biết mối quan hệ tỷ ]ệ nghịch giữa độ rộng băng và thời gian lên của hệ thông theo công thức(2.1). Điều này có nghĩa là để tăng độ rộng băng của hệ thống cần phải giảm thời gian lên của hệ thống. Theo công thức (2.3) ta nhận thấv sự phụ thuộc thời sian lên của hệ thốna vào thời gian lên của từng phần tử trong hệ thống. Do vậy, từ mối quan hệ theo hai công thức trên, công việc kiểm tra thời gian lên của hệ thống có thể tiến hành theo các bước sau đây:
1. Xác định thời gian lên lớn nhất của hệ thống để hệ thông có thể hoạt động được với tốc độ bít B và loại mã đường truyền cho trước tương ứng theo công thức (2.1). Thực chất của bước nàv là tìm ra giới hạn trên thời gian lên của hệ thống
T ...A sys-max* (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2. Xác định thời gian lên thực tế của hệ thống từ thời gian lên của từng phần tử trong hệ thống. Nếu thời gian lên thực tế của hệ thống nhỏ hơn giới hạn trên thì hệ thống có thể xem là đạt về mặt quỹ thời gian. Nếu không chúng ta sẽ phải xem xét cân nhắc, điều chỉnh, lựa chọn các thông số thời gian lên của từng phần tử cho phù họp, đảm bảo yêu cầu nhỏ hơn hoặc bằng giới hạn trên Tsys.max đã tìm ra ở bước 1.
Ta nhận thấy trong hai bước xác định thời gian lên của hệ thống như trên, khi thời gian lên của hệ thống không đạt, ta có thể tiến hành việc lựa chọn, điều chỉnh ngay từ bước 1. Do tại bước này nếu hệ thống sử dụng loại mã đườns truyền là RZ, chúno ta có thể sử dụng loại mã N RZ để tăng thời gian lên của hệ thống. Trong trường hợp vẫn chưa đảm được yêu cầu về thời gian lên của hệ thống, hoặc không thể đổi loại mã đường truyền, hoặc đã dùns loại mã này rồi, chúns ta phải tiến hành việc điều chỉnh thời gian lên của hệ thống liên quan đến bước thứ 2. Trong bước thứ hai này, chúng ta đã biết thời gian lên của hệ thống được tính toán theo còna thức:
- 32 -
Theo công thức này thời gian lên của hệ thống Tsys có thể coi là một hàm phụ thuộc
vào 3 biến số là Ihời gian lên của đầu phát Ttr, thời gian lên của đầu thu Trc, và thời
gian lên của sợi quang Tfi. Vậy nên việc điểu chỉnh thời gian lên của hệ thống sao cho nhỏ hơn thời gian gian lên lớn nhất của hệ thống Tsys.max có thể tiến hành theo các phươns án hoặc kết họp giữa chúng như sau:
1. Điều chỉnh, lựa chọn cả 3 thông số Ttr, Tfị và Tre để đạt được Tsys < Tsys_max.
2. Cố định thời gian lên 2 trong 3 phần tử của hệ thống, dựa vào thời gian lên Tsys_max và phươns trình (2.3) để tìm ra giới hạn trên lớn nhất thời gian lên của phần tử còn lại(Tmax,). Dựa vào kết quả này, chúng ta lựa chọn thời gian lên của phần tử còn lại
sao cho phù hợp, thoả mãn điều kiện T; < Tmax i (Tị thời gian lên của phần tử i trong
hệ thống, Tmax j là thời gian lên lớn nhất của phần tử ấy). Giả sử trường hợp ta biết thời gian lên của nguồn phát và đường truyền. Chúng ta sẽ lựa chọn thời gian lên của đầu thu thoả mãn phương trình sau:
T„ í Tr,_m = JtỊ ~ Ỡ T + Ỉ Ĩ ) (2.8)
Việc lựa chọn các phần tử có thời gian lên nhỏ, có nghĩa là độ rộng băng của các phần tử này rất lớn, cũng đồng nghĩa với việc phải chi phí tài chính nhiều hơn cho các phần tử này. Vậy nên việc lựa chọn các phần tử này mang tính nhạy cảm cao và cần phải có sự cân đối giữa yêu cầu về kỹ thuật và giá thành của hệ thống.
Đối với những hệ thống có cự li truyền dẫn ]ớn(xuyên đại dương) sử dụng các trạm lặp khuếch đại quang, mặc dù đã lựa chọn đầu thu và đầu phát có chất lượng rất cao song vẫn không đảm bảo được quỹ thời gian lên của hệ thống do thời gian lên của sợi quang lớn(cự li truyền dẫn lớn). Cụ thể ở đây thời gian lên của sợi quang liên quan đến tán sắc của sợi, theo công thức (2.7). Do vậy đặt ra vấn đề là việc quản lí tán sắc của hệ thốnơ như thế nào đê đảm bảo cho hệ thốnạ có thể hoạt động được với cự li truyền dẫn lớn như vậy.
Thường đối với hệ thống khi mà đầu phát và đầu thu xác định, thì ta cũng xác định được luốn tán sắc cho phép của hệ thống. Khi tán sắc trong quá trình truyền đạt đến mức ngưỡng tán sắc cho phép của hệ thống, chúng ta phải tiến hành các biện pháp
bù tán sắc cho hệ thống. Việc bù tán sắc cho hệ thống thườn2 có thể sử dụng sợi
DCF hay NZ-DSF. Việc bù tán sắc này dựa trên nguyên tắc sử dụng những phần tử có tán sắc âm/dương xen kẽ nhau trên đường truyền để bù cho nhau. Tuy nhiên đối với hệ thống DWDM, việc bù tán sắc này cũng không thể tiến hành tốt đối với tất cả các bước sóng mà chỉ có thể tiến hành bù tán sắc tối ưu ở một bước sóns nào đó, các bước sóng khác sẽ chịu một lượng tích luv về tán sắc nhất định trong quá trình truyền, do độ dốc đường đặc tính tán sắc của sợi quane được sử đụng. Do vậy xét về mặt tán sắc, chúng ta không thể kéo dài cư li truyền dẫn của hệ thốna mãi được mà chỉ có thể tối đa hoá cự li truyền dẫn này. Để truyền xa hơn nữa, hệ thống có thể cần phải có trạm lặp điện để loại bỏ hết tán sắc dư không bù lại được của các bước sóng trong hộ thốns. Côn« việc bù tán sắc nàv có thể mô tả theo hình vẽ sau đây [ố]:
K h o ả n g cá ch tru y ề n d ẫ n (k m )
0
H ìn h 2.3 - S ơ đồ bù tán sắc sử d ụ n g sợi N Z -D S F và sợi S M F
Hình trên là việc bù tán sắc bằng cách sử dụng sợi có tán sắc âm và dương xen kẽ
nhau, sợi NZ-DSF và SMF. Trên từng khoảng cách nhất định, bước sóng Ấị sẽ được
- 34 -
phụ thuộc vào bước sóng, nên các bước sóng khác Ằ| không được bù tán sắc hoàn toàn, do vậy còn lượng tán sắc dư tích lũv trên từng đoạn. Ví dụ trong hình vẽ trên là các bước sóng Ằ.n. Đến một khoảng cách nhất định, hệ thống có thể sẽ phải sử dụng bộ lặp điện để loại bỏ tán sắc tích luv này.
Đế xác định được lượng tán sắc cho phép của hệ thống DWDM, thông qua mối quan hệ giữa thời gian lên lớn nhất của sợi quang, và mối quan hệ giữa thời gian lên của sợi với tán sắc màu, được biểu diễn thông qua mối quan hệ của các phương trình như sau:
Đối với sợi đơn mode, Tchr= T,j.
Thay Tfi = Tchr ~ DLAÃ , rút gọn công thức theo tích DL ta thu được tán sắc cho phép
đối với hệ thống như sau:
Khi thời gian lên của đầu thu và đầu phát xác định, theo công .thức (2.10) ta xác định được tán sắc cho phép của hệ thống.
Tán sắc mode phân cực(PMD)\l]: Ta có: Tchr * DLAĂ và tương tự (2.8): (2.9) (2.10)
Đối với những hệ thống có tốc độ bít thấp (nhỏ hơn hoặc bằng 2.5Gb/s) thì ảnh hưởng của tán sắc mode phân cực là không đáng kể và có thể bỏ qua trong công thức tính toán thời gian lên của sợi quang, cũng như của hệ thống. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tuv nhiên đối với hệ thống có tốc độ lớn, việc tính toán thời gian lên của sợi quang do tán sắc mode phân cực gây ra có thể tính theo cón° thức sau:
Tmo = DmD4 i (2.11)
Thời gian lên TpMD tỷ lệ với căn bậc hai của chiều dài, hệ số tán sắc mode phán cực
Dpmd có thứ nguvên là p s /4krn , thườne có giá trị khoảng từ 0,2 -ỉ- 0,5ps/yfkm , giá trị
tốt nhất là 0 , l p s / V ^ . Nguyên nhân gây ra tán sắc mode phân cực là do độ không tròn đều của sợi trong quá trình chế tạo, cho nên nó mang tính ngẫu nhiên cao và khó khống chế. Một điểm quan,trọng của PMD là không phụ thuộc vào bước sóng.
Nhìn chung độ dãn rộng xung do tán sắc mode phân cực là nhỏ, thường ảnh hưởng lớn đến các hệ thống truvền dẫn quang có tốc độ cao, để tiện cho việc tính toán đối với tốc độ bít thấp có thể bỏ qua thành phần này (< 2,5Gb/s). Tuy nhiên đối với nhữns hệ thống có tốc độ bít trên kênh lớn, tán sắc mode phân cực cần được xem xét kỹ càng trong quá trình tính toán thời gian lên của sợi quang.