Loại sợi Tỏn sắc tại bƣớc súng 1550nm (ps/nm-km)
Sợi đơn mode (SMF) 17
Sợi cú vựng hiệu quả E rộng (ELEAF) 4
TrueWave RS (TW-RS) 4.2
Sợi quang dịch chuyển tỏn sắc -0.33
Khi cỏc bộ DCU bị đƣợc lắp đặt vào thỡ sẽ gõy ra một lƣợng suy hao tại cỏc mối ghộp. Đú là do sự khỏc nhau khi ghộp cỏc sợi truyền dẫn với DCU. Thờm vào nữa, cỏc profile tỏn sắc khỏc nhau sẽ tạo ra sự khụng tƣơng ứng về pha mà điều này sẽ làm hạn chế hiện FWM xẩy ra. Đõy là một lợi thế của DCU trong việc hạn chế hiện tƣợng khụng tuyến tớnh. Hỡnh 3.6 biểu diễn bản đồ tỏn sắc cho cấu trỳc bự sau.
1 2 W 1 2 W D C U D C U D C U D C U T á n s ắ c Khoảng cách Chặng 1 Chặng 2 Chặng 3 Chặng 4 Chặng 1 Chặng 2 Chặng 3 Chặng 4
Hình 3.6Giản đồ tán sắc cho sơ đồ bù tán sắc sau
Postline amplifier
3.4 THIẾT KẾ DỰA VÀO OSNR VÀ TÁN SẮC
Với một mạng đó cho, việc quan trọng là phải tớnh toỏn OSNR và đảm bảo việc thiết kế dựa vào cả OSNR và giới hạn tỏn sắc. Thực hiện bự OSNR cần phải cú cỏc bộ phỏt lại 3R mà thiết bị này thƣờng rất đắt và do đú bự OSNR là khụng thể khả thi đối với hệ thống WDM đa kờnh. Do đú khi thiết kế cỏc tuyến WDM trƣớc tiờn ta phải xem xột giới hạn OSNR. Thiết kế dựa vào OSNR cú nghĩa là ta phải xem xột OSNR ở tầng cuối cú phự hợp với OSNR để đạt đƣợc hệ số BER theo yờu cầu khụng. Tiếp theo thiết kế dựa vào OSNR , tỏn sắc là vấn đề tiếp theo mà ta cần bự khi thiết kế. Cỏc bộ bự tỏn sắc cú sẵn trờn thị trƣờng tuy nhiờn vấn đề ở đõy là đặt chỳng ở đõu cho phự hợp. Rất nhiều cỏc thuật toỏn đó đƣa ra để giải quyết vấn đề này cho cỏc cấu trỳc mạng, độ dài truyền dẫn và tốc độ bớt cụ thể. Trong hầu hết cỏc thiết kế, cỏc vị trớ tối ƣu hoỏ thƣờng ỏp dụng cho cỏc chặng truyền dẫn. Việc tớnh toỏn OSNR để phục vụ cho thiết kế cú thể tham khảo mục 3.2.
3.5 ẢNH HƢỞNG CỦA FWM VÀ XPM TRONG VIỆC THIẾT KẾ CÁC TUYẾN TRUYỀN DẪN ĐƢỜNG DÀI TUYẾN TRUYỀN DẪN ĐƢỜNG DÀI
FWM cũng gõy ra bởi hiện tƣợng khụng tuyến tớnh và nú cú thể so sỏnh với suy hao xuyờn điều chế trong cỏc hệ thống điện. FWM là rất tồi tệ cho cỏc hệ thống WDM cú khoảng cỏch kờnh bằng nhau và tại cụng suất cao.[10] Khi 3 kờnh quang ở cỏc tần số i, j, k đƣợc truyền đi sao cho chỳng gần với bƣớc súng tỏn sắc bằng khụng thỡ chỳng sẽ trộn lẫn vào nhau và tạo ra tớn hiệu thứ tƣ cú tần số cho bởi
ijk = i j k (3-12)
Tần số ijk cú thể trộn với kờnh WDM khỏc và gõy ra hiện tƣợng xuyờn kờnh. Với W bƣớc súng trong sợi quang thỡ số kờnh FWM (N) cho bởi cụng thức sau
N=W2(W+1)/2 (3-13)
Hỡnh 3.7 chỉ ra ảnh hƣởng của FWM trong hệ thống cú khoảng cỏch cỏc kờnh là cõn bằng và cụng suất cao cũn hỡnh 3.8 chỉ hiện tƣợng trờn trong cỏc hệ thống cú khoảng cỏch cỏc kờnh là khỏc nhau. C ơ n g s u ấ t w113 w112 w123 w 223 w132 w221 w231 w332 w331 Tần số
Hình 3.7 Hiện t-ợng FWM khi khoảng cách các kênh bằng nhau
w1 w2 w3
Giải phỏp để giảm thiểu hiện tƣợng FWM là sử dụng cỏc kờnh cú khoảng cỏch khỏc nhau khi đú cỏc bƣớc súng mới đƣợc sinh ra sẽ khụng gõy nhiễu đối với cỏc kờnh tớn hiệu. Cũng cú thể sử dụng loại sợi tỏn sắc phẳng NZDSF để giảm thiểu ảnh hƣởng của FWM.
w113 w112 w123 w223 w132 w 221 w332 w231 w331 Tần số C ơ n g s u ấ t w1 w2 w3
Hình 3.8 Hiện t-ợng FWM khi khoảng cách các kênh không bằng nhau
Suy hao hệ thống giới hạn ch-a ?
Tính số chặng; NF của mỗi chặng; OSNR của toàn bộ hệ
thống với kênh xấu nhất
OSNR hệ thống giới hạn ch-a ?
Tối -u hố vị trí đặt các bộ khuếch đại và đảm bảo OSNR
Tán sắc hệ thống giới hạn ch-a?
Tính suy hao chặng: thêm các tầng khuếch đại
Suy hao hệ thống giới hạn
ch-a?
Thêm bộ phát lặp 3R
(khơng khuyến khích)
Thêm các bộ bù tán sắc
và tối -u vị trí đặt chúng
Kết thúc
yes
No
No
yes
yes
yes
No
Cho tr-ớc: khoảng cách truyền dẫn, OSNR yêu cầu, tán sắc tối đa cho phép, tốc độ dữ liệu, số kênh, đặc tính kênh xấu nhất
Trong cỏc hệ thống đa kờnh WDM, XPM gõy ra hiện tƣợng điều chế cƣờng độ đối với cỏc cỏc kờnh tần số liền kề. XPM gõy ra hiện tƣợng thăng giỏng sự lan truyền xung do ảnh hƣởng của cỏc kờnh khỏc. Hơn nữa, nếu kờnh liền kề đƣợc truyền với cựng tốc độ bớt thỡ XPM càng nghiờm trọng. Một phƣơng phỏp để trỏnh hiện tƣợng XPM là lựa chọn cẩn thận tốc độ bớt của kờnh liền kề sao cho nú khỏc với tốc độ bớt của kờnh hiện tại. Khi thiết kế cỏc tuyến WDM, thƣờng thỡ ngƣời ta đặt dự trữ cụng suất cỡ khoảng 0.5dB cho cả FWM và XPM.
Hỡnh 3.9 chỉ ra giản đồ thiết kế mạng quang dựa vào nguyờn lý thiết kế hệ thống. Phần tiếp theo sau đõy sẽ thực hiện việc thiết kế cho một số trƣờng hợp cụ thể.
3.6 THIẾT KẾ MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG Cể SỬ DỤNG CÁC THIẾT BỊ NỐI CHẫO QUANG BỊ NỐI CHẫO QUANG
Với kỹ thuật WDM ta cú thể truyền tải nhiều bƣớc súng trờn một sợi quang đơn mode. Tuy nhiờn khi đú việc kết nối chộo cỏc luồng quang là vấn đề quan trọng. Mạng cú khả năng chuyển mạch cỏc kết nối dựa trờn bƣớc súng cú thể gọi là mạng định tuyến bƣớc súng. Cấu trỳc mạng nhƣ vậy cú thể tiến tới mạng toàn quang khi mà cỏc kết nối khụng tồn tại biến đổi quang điện. Khi thiết kế mạng WDM, vấn đề kết nối mạng là hết sức quan trọng và cần thiết. Tuy nhiờn, vấn đề này cú tớnh phức tạp và cú nhiều khớa cạnh cần phải quan tõm trong đú bao gồm việc xỏc định suy hao từ phớa phỏt tới phớa thu. Cỏc tuyến WDM sử dụng cỏc thiết bị kết nối định tuyến cú đặc thự riờng của nú. Khi xỏc định đƣợc suy hao của cỏc thiết bị nối chộo trờn tuyến, ta cú thể xỏc định đƣợc quỹ cụng suất tổng thể của toàn mạng.
3.6.1 Mụ hỡnh xỏc định
Trong mạng thụng tin toàn quang sử dụng cụng nghệ WDM cú nhiều thiết bị quang sử dụng, trong đú cỏc thiết bị kết nối chộo quang đúng vai trũ chủ yếu cú tớnh quyết định cấu hỡnh mạng cũng nhƣ khả năng truyền tải lƣu lƣợng. Lƣu lƣợng ở đõy thƣờng đƣợc phõn nhúm thành cỏc đoạn, trong đú đoạn truyền dẫn thƣờng đƣợc xỏc định nhƣ là tập hợp của cỏc trạm. Nếu ta gọi N là số cỏc trạm thỡ số đoạn
truyền tải lƣu lƣợng cú thể biến đổi từ 1 tới N-1. Trong cỏc nghiờn cứu gần đõy, ngƣời ta thƣờng coi trƣờng hợp cú một đoạn gọi là truyền đơn và cú thể ỏp dụng cho cỏc trƣờng hợp truyền tớn hiệu quảng bỏ. Nhƣ vậy trong trƣờng hợp này việc định tuyến cỏc luồng quang giữa hai trạm với một bƣớc súng đƣợc sử dụng trờn một loạt cỏc tuyến cỏp sợi quang truyền từ phớa phỏt tới phỏi thu là đơn giản. Trong mạng WDM hoàn toàn quang, trƣờng hợp thƣờng gặp là truyền nhiều đoạn; mỗi bƣớc súng cú thể đƣợc truyền trờn nhiều đoạn trong đú cú sự thay đổi về luồng trờn sợi quang hoặc theo bƣớc súng đƣợc định tuyến. Nhƣ vậy vấn đề quan trọng ở đõy là định tuyến gỏn bƣớc súng RWA. Việc RWA đối với cỏc tuyến đơn đoạn đó đƣợc tiến hành tốt trong cỏc ứng dụng mạng; nú cú liờn quan tới việc lựa chọn giải phỏp kết hợp luồng tớn hiệu và bƣớc súng cho mỗi kết nối, chẳng hạn nhƣ số kết nối lớn nhất đƣợc lựa chọn là bao nhiờu và việc sử dụng chung một bƣớc súng nhƣ thế nào. Đối với trƣờng hợp truyền nhiều đoạn, tại cỏc nỳt mạng thụng thƣờng sẽ cú cỏc thiết bị quang nhƣ bộ ghộp, bộ chia,… ở đõy cỏc thiết bị quang sẽ tập hợp một lƣợng cụng suất từ sợi quang lại và tiếp tục truyền tớn hiệu đi với suy hao khụng đỏng kể. Bộ chia quang n đƣờng thực hiện việc chia tớn hiệu cho n đầu ra và vỡ vậy cụng suất tớn hiệu ra sẽ giảm đi 1/n so với tớn hiệu gốc. Do đú mạng toàn quang đú cần phải cú lƣợng cụng suất nhiều hơn mạng cú thiết bị điện nhằm duy trỡ tớn hiệu tốt hơn nhất là khi thực hiện truyền nhiều đoạn.
Trong cỏc trƣờng hợp trờn, việc xỏc định cụng suất mạng chủ yếu tập chung vào việc xỏc định cụng suất quang qua cỏc thiết bị nối chộo luồng quang. Vấn đề này cú liờn quan chặt chẽ tới chất lƣợng dịch vụ QoS quang vỡ quỹ cụng suất quang trờn toàn mạng là một trong cỏc yếu tố quan trọng nhất. Đối với mạng toàn quang truyền dẫn cú thể đạt cụng suất quang tối ƣu bằng cỏch giảm số cỏc bộ chia quang trờn toàn mạng. Mặc dự cỏc thiết bị khuếch đại quang EDFA luụn cần thiết cho mạng, nhƣng suy hao của cỏc thiết bị trờn mạng phải càng nhỏ càng tốt. Cỏc thiết bị EDFA nhƣ đó núi ở cỏc phần trƣớc dựng để duy trỡ mức cụng suất trờn một ngƣỡng nào đú nhằm bảo đảm tỷ lệ lỗi bớt BER cho trƣớc.
Để xỏc định suy hao của cỏc thiết bị nối chộo luồng quang trờn mạng WDM hoàn toàn quang thỡ cần xỏc định sự mất mỏt cụng suất của cỏc thành phần thiết bị quan trọng. Trong bộ nối chộo luồng quang là bộ chia tớn hiệu quang DEMUX, bộ ghộp tớn hiệu MUX và thiết bị chuyển mạch luồng quang SD nhằm chuyển mạch và phõn phối luồng tớn hiệu. Hỡnh 3.10 mụ tả cấu trỳc tiờu biểu của một thiết bị nối chộo luồng NxN cú M bƣớc súng truyền qua. Trƣớc hết ta xem xột trƣờng hợp này, tức là bộ nối chộo sử dụng thụng qua SD. Đõy là thiết bị cú N đầu vào N đầu ra bao gồm một tập hợp M chuyển mạch SD. Nhƣ vậy sẽ cú N bộ giải ghộp tớn hiệu quang để tỏch kờnh quang thành cỏc luồng cú bƣớc súng riờng rẽ, tức là ta cú thiết bị chuyển mạch luồng (NxN)SD bao gồm N bộ chia và N2
cổng quang. Cỏc thành phần thiết bị sẽ suy hao khỏc nhau, nhƣ vậy cụng suất suy hao của thiết bị sẽ đƣợc tớnh nhƣ sau: MUX ins c DEM SD L N L NL L P 10log10( ) 2 (3-14) 1 2 N 1 2 N DEMUX SD MUX
m 1 m 1 m 1 m 1 m 1 m 1 1 2 mTrong đú LDEM làsuy hao tớn hiệu của bộ giải ghộp, Lc là suy hao ghộp của cỏc thiết bị chuyển mạch, Lins là suy hao xen của thiết bị chuyển mạch và LMUX là suy hao của tớn hiệu qua bộ ghộp.
Đối với trƣờng hợp nối chộo sử dụng định tuyến bƣớc súng trong mạng nhiều đoạn truyền dẫn WDM nhƣ trờn hỡnh 3.11, ta sẽ cú bộ nối chộo (NxN)MSD với M là bƣớc súng sẽ bao gồm (N-1) bộ chia để tỏch cỏc kờnh tớn hiệu, N-1 bộ ghộp và M chuyển mạch. Thiết bị kết nối loại này sẽ khụng chặn cỏc kết nối đơn đoạn. Tuy nhiờn đối với tuyến truyền dẫn thỡ lại khỏc và cú thể xẩy ra xung đột cỏc luồng, và thƣờng gọi là xung đột đoạn. Trong trƣờng hợp này mất mỏt cụng suất đi qua thiết bị chuyển mạch cú định tuyến đƣợc xỏc định nhƣ sau đối với đơn đoạn.
MUX c ins DEM S MSD L N L L L P [2(log2( )) 1] 4 (3-15)
Đối với nhiều đoạn:
MUX c ins DEM m MSD L N L L N L P [2(log2( )) 1] 4 10log10( ) (3-16)
Trong cỏc diễn giải ở trờn thỡ đại lƣợng 10log10(N) đƣợc ỏp dụng trong mạng cú truyền dẫn WDM nhiều đoạn.
1 m 1 m Tx Trạm nội hạt Rx 1 m 1 2 m 1 N m 1 S S B S S B 1 2 N m 1 m 1 m 1
Hình 3.11 Bộ nối chéo (NxN) MSD với M b-ớc sóng
1 m
3.6.2 Kết quả.
Từ việc xỏc định suy hao tớn hiệu khi đi qua cỏc thiết bị nối chộo luồng quang trong mạng WDM hoàn toàn quang ở trờn, ta cú thể thu đƣợc cỏc giỏ trị quỹ cụng suất của cỏc hệ thống trong mạng nếu biết cỏc giỏ trị thiết kế thụng thƣờng khỏc nhƣ cỏc tham số về cụng suất tại cỏc giao diện phỏt, thu quang trong cỏc giao diện quang điện, cỏc giỏ trị khuếch đại của EDFA, suy hao sợi quang và suy hao của cỏc thiết bị khỏc. Hỡnh 3.12 là kết quả tớnh toỏn suy hao của tớn hiệu khi đi qua thiết bị nối chộo sử dụng chuyển mạch luồng quang. Ở đõy cú thể thấy rằng số nỳt nối chộo tăng làm cho suy hao tăng dần gần nhƣ tuyến tớnh. Hỡnh 3.13 là kết quả tớnh toỏn suy hao tớn hiệu khi đi qua thiết bị nối chộo cú định tuyến. Sự mất mỏt trong trƣờng hợp này là ớt hơn. Đú là cấu trỳc của thiết bị MSD cú thể cho phộp chỉ dựng M bộ chia tỏch cụng suất. Việc cải thiện đặc tớnh cụng suất cú thể đƣợc so sỏnh trong hỡnh 3.14 , ta thấy rằng giải phỏp tốt hơn sẽ cho phộp cải thiện đặc tớnh truyền dẫn của mạng nếu nhƣ cỏc yếu tố khỏc là nhƣ nhau.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 10 20 30 40 50 60 70
So tram (nut mang) N
S u y h a o t h ie u ( d B ) S u y h a o t ín h iệ u ( d B ) Số trạm (nút) N
Hình 3.12 Suy hao phụ thuộc vào số nút mạng sử dụng SD
Từ vấn đề trờn, cũng cú thể nhận thấy trong cấu trỳc kết nối SD, hầu nhƣ toàn bộ tớn hiệu phải chịu ảnh hƣởng lớn của quỏ trỡnh chia tỏch cụng suất quang tại cỏc thiết bị giải ghộp dự c ho thiết bị này là loại nào. Đú cũng là lý do làm cho suy hao tăng nhiều hơn, nhƣ đƣợc chỉ ra trong hỡnh 3.15 . Ngoài ra, với cấu trỳc mới
chứa SD, cần phải sử dụng một lƣợng lớn cỏc bộ tỏch cụng suất trong cấu hỡnh này và nhƣ vậy sẽ là rất khú trong việc chế tạo thiết bị khiến cho giỏ thành thiết bị tăng lờn. 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
So cac tram (nut mang) N
S
u
y
h
a
o
t
in
h
ie
u
(
d
B
)
Use MSD-S
Use MSD-M
S
u
y
h
a
o
t
ín
h
iệ
u
(
d
B
)
Số trạm (nút) N
Hình 3.13 Suy hao phụ thuộc vào
số nút mạng sử dụng MSD 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 10 20 30 40 50 60 70
So cac tram (nut mang) N
S u y h a o t in h ie u ( d B ) Use SD Use MSD-S Use MSD-M S u y h a o t ín h iệ u ( d B ) Số trạm (nút) N Hình 3.14 So sánh hai tr-ờng hợp sử dụng SD và MSD 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50 60 S u y h a o t ín h iệ u ( d B )
Suy hao bộ giải ghép (dB) Số trạm (nút) N
Hình 3.15 Suy hao khi có sự thay đổi của bộ giải ghép
SD
3.7 CÁC TRƢỜNG HỢP CỤ THỂ
Trƣờng hợp 1: Thiết kế tuyến WDM 4 chặng, suy hao chặng là 25dB, cỏc bộ
khuếch đại cú hệ số khuếch đại 22dB bằng NF=5dB. Tớnh OSNR cuối cựng biết rằng cụng suất vào là 0dB. Tớnh cụng suất tớn hiệu tại bộ thu. Hệ thống cú làm việc đƣợc khụng nếu độ nhạy thu của bộ thu tối thiểu là -25dB? Hệ thống cú hoạt động đƣợc khụng nếu cụng suất lối vào là 10dB?
