TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ WDM TỐC ĐỘ CAO

Đồ án tốt nghiệp



1.1.



Giới thiệu

Kỹ thuật mạng ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM (Wavelangth

Division Mutiplexing) được coi là một cách mạng về băng thông trong mạng xương

sống Internet. Nhu cầu sử dụng băng thông gia tăng ngày một nhanh chóng với nhiều

ứng dụng mới phong phú, ví dụ như thương mạng điện tử, video theo yêu cầu và sự ra

đời của mạng quang WDM đã đưa ra hứa hẹn hết sức ý nghĩa cho nhu cầu bức thiết

trên.Khi sợi quang được đưa vào sử dụng để truyền thông tin thì thách thức đặt ra cho

chúng ta là như cầu sử dụng thông tin này càng mạnh mẽ của con người. khi ngày

càng có nhiều người sử dụng các mạng dữ liệu và mỗi lần sử dụng đó nó đã chiếm một

lượng băng thông đáng kể trong các ứng dụng thông tin của họ vi dụ như lướt web, các

ứng dụng Java, hội nghị truyền hình,…Từ đó nhận thấy như cầu thông tin băng rộng

hết sức bức thiết, và nhu cầu này còn vượt và hơn nữa trong tương lai.

Để thích ứng với sự phát triển không ngừng và thoả mãn yêu cầu về tính linh

hoạt về thay đổi mạng, các công nghệ truyện dẫn khác nhau đã được nghiên cứu, triển

khai thử nghiệm và đưa vào ứng dụng như kĩ thuật TDM, WDM. Trong đó công nghệ

ghép kênh phân chia theo bước sóng được sử dụng một cách rộng rãi. Điều này là do

công nghệ TDM có chi phí kĩ thuật và thiết bị lắm đặt hệ thống tương đối cao, đặc biết

trong TDM gây lãng phí một số kênh thông tin khi mỗi khe thơi gian đươc dữ trữ ngay

cả khi không có dữ liệu để gửi và phía thu khó khăn khi phân biệt các khe thời gian

thuộc về kênh nào để giải ghép kênh tín hiệu. WDM là tiến bộ rất lớn trong công nghệ

truyền thông sợi quang, nó cho phép tăng dung lượng kênh mà không cần tăng tốc độ

bit đường truyền cũng như không cần dùng thêm sợi dẫn quang.

Với WDM, mỗi kênh với một bước song khác nhau và bước sóng ánh sáng này

không anh hưởng lẫn nhau bởi vì chu kỳ dao đông của các kênh khác nhau là hoàn

toàn đập lập với nhau. Khác với hệ thông TDM, mỗi phần tử kênh WDM có thể hoạt

động ở tốc độ bit bất kì và mỗi kênh cũng có thể mang đầy dung lượng của mỗi bước

sóng, chương trình này sẽ bày rõ nguyên lý hoạt động của hệ thống WDM và các

thành phần của nó.

1.1.



Nguyên lý ghép kênh theo bước sóng quang WDM



1.1.1. Sơ đồ khối tổng quát

a) Định nghĩa

Ghép kênh theo bước sóng WDM (Wavelength Devision Multiplexing) là công

nghệ“trong một sợi quang đồng thời truyền dẫn nhiều bước sóng tín hiệu quang”. Ở

đầu phát, nhiều tín hiệu quang có bước sóng khác nhau được tổ hợp lại (ghép kênh) để

truyền đi trên một sợi quang, ở đầu thu, tín hiệu tổ hợp đó được phân giải ra (tách

kênh), khôi phục lại tín hiệu gốc rồi đưa vào các đầu cuối khác nhau.

b) Sơ đồ khối chức năng

Như minh hoạ trên hình 2.1, để đảm bảo việc truyền nhận nhiều bước sóng trên

một sợi quang, hệ thống WDM phải thực hiện các chức năng sau:

SVTH: Nguyễn Thạc Hùng, lớp D08-VT5



Đồ án tốt nghiệp



 Phát tín hiệu: Trong hệ thống WDM, nguồn phát quang được dùng là laser.

Hiện tại đã có một số loại nguồn phát như: Laser điều chỉnh được bước sóng

(Tunable Laser), Laser đa bước sóng (Multiwavelength Laser)... Yêu cầu đối

với nguồn phát laser là phải có độ rộng phổ hẹp, bước sóng phát ra ổn định,

mức công suất phát đỉnh, bước sóng trung tâm, độ rộng phổ, độ rộng chirp phải

nằm trong giới hạn cho phép.



 Ghép/tách tín hiệu: Ghép tín hiệu WDM là sự kết hợp một số nguồn sáng khác

nhau thành một luồng tín hiệu ánh sáng tổng hợp để truyền dẫn qua sợi quang.

Tách tín hiệu WDM là sự phân chia luồng ánh sáng tổng hợp đó thành các tín

hiệu ánh sáng riêng rẽ tại mỗi cổng đầu ra bộ tách. Hiện tại đã có các bộ

tách/ghép tín hiệu WDM như: bộ lọc màng mỏng điện môi, cách tử Bragg sợi,

cách tử nhiễu xạ, linh kiện quang tổ hợp AWG, bộ lọc Fabry-Perot... Khi xét

đến các bộ tách/ghép WDM, ta phải xét các tham số như: khoảng cách giữa các

kênh, độ rộng băng tần của các kênh bước sóng, bước sóng trung tâm của kênh,

mức xuyên âm giữa các kênh, tính đồng đều của kênh, suy hao xen, suy hao

phản xạ Bragg, xuyên âm đầu gần đầu xa...

 Truyền dẫn tín hiệu: Quá trình truyền dẫn tín hiệu trong sợi quang chịu sự ảnh

hưởng của nhiều yếu tố: suy hao sợi quang, tán sắc, các hiệu ứng phi tuyến, vấn

đề liên quan đến khuếch đại tín hiệu ... Mỗi vấn đề kể trên đều phụ thuộc rất

nhiều vào yếu tố sợi quang (loại sợi quang, chất lượng sợi...).

 Khuếch đại tín hiệu: Hệ thống WDM hiện tại chủ yếu sử dụng bộ khuếch đại

quang sợi EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier). Tuy nhiên bộ khuếch đại

Raman hiện nay cũng đã được sử dụng trên thực tế, có ba chế độ khuếch đại:

khuếch đại công suất, khuếch đại đường và tiền khuếch đại. Khi dùng bộ

khuếch đại EDFA cho hệ thống WDM phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Ðộ lợi khuếch đại đồng đều đối với tất cả các kênh bước sóng (mức chênh

lệch không quá 1 dB).

- Sự thay đổi số lượng kênh bước sóng làm việc không được gây ảnh hưởng

đến mức công suất đầu ra của các kênh.



SVTH: Nguyễn Thạc Hùng, lớp D08-VT5



Đồ án tốt nghiệp



-



Có khả năng phát hiện sự chênh lệch mức công suất đầu vào để điều chỉnh

lại các hệ số khuếch đại nhằm đảm bảo đặc tuyến khuếch đại là bằng phẳng

đối với tất cả các kênh.

 Thu tín hiệu: Thu tín hiệu trong các hệ thống WDM cũng sử dụng các bộ tách

sóng quang như trong hệ thống thông tin quang thông thường: PIN, APD.

c) Phân loại hệ thống

Với cùng một nguyên lý hoạt động có hai loại truyền dẫn trong WDM, đó là:

truyền dẫn đơn hướng và truyền dẫn song hướng.

Hệ thống WDM đơn hướng: Có nghĩa là tất cả các kênh cùng trên một sợi

quang truyền dẫn theo cùng một chiều (Hình 2.2(a)).

Hệ thống WDM song hướng: Có nghĩa là các kênh cùng trên một sợi quang

truyền theo hai hướng khác nhau, dùng các bước sóng tách rời để thông tin hai chiều

(Hình 2.2(b)).



So với hệ thống WDM một chiều thì hệ thông WDM hai chiều giảm được số

lượng bộ khuếch đại và đường dây, tuy nhiên hệ thống WDM hai chiều thường bị can

nhiễu nhiều kênh, ánh hưởng phản xạ quang, vẫn để cách ly giữa các kênh hai chiều,

trị số và loại hình xuyên âm, đồng thời phải sử dụng bộ khuếch đại quang hai chiều.

Cả hai hệ thống đều có những ưu nhược điểm riêng, giả sử rằng công nghệ hiện

tại chỉ cho phép truyền N bước sóng trên một sợi quang, so sánh hai hệ thống ta thấy:

 Xét về dung lượng, hệ thống đơn hướng có khả năng cung cấp dung lượng cao

gấp đôi so với hệ thống song hướng. Ngược lại, số sợi quang cần dùng gấp đôi

so với hệ thống song hướng.



SVTH: Nguyễn Thạc Hùng, lớp D08-VT5



Đồ án tốt nghiệp



 Khi sự cố đứt cáp xảy ra, hệ thống song hướng không cần đến cơ chế chuyển

mạch bảo vệ tự động APS (Automatic Protection-Switching) vì cả hai đầu của

liên kết đều có khả năng nhận biết sự cố một cách tức thời.

 Ðứng về khía cạnh thiết kế mạng, hệ thống song hướng khó thiết kế hơn vì còn

phải xét thêm các yếu tố như: vấn đề xuyên nhiễu do có nhiều bước sóng hơn

trên một sợi quang, đảm bảo định tuyến và phân bố bước sóng sao cho hai

chiều trên sợi quang không dùng chung một bước sóng.

 Các bộ khuếch đại trong hệ thống song hướng thường có cấu trúc phức tạp hơn

trong hệ thống đơn hướng. Tuy nhiên, do số bước sóng khuếch đại trong hệ

thống song hướng giảm ½ theo mỗi chiều nên ở hệ thống song hướng, các bộ

khuyếch đại sẽ cho công suất quang ngõ ra lớn hơn so với ở hệ thống đơn

hướng.

1.1.2. Ưu điểm của hệ thống WDM

Thực tế nghiên cứu và triển khai WDM đã rút ra được những ưu nhược điểm

của công nghệ WDM như sau:

a) Ưu điểm của công nghệ WDM:

- Tăng băng thông truyền trên sợi quang số lần tương ứng số bước sóng được

ghép vào để truyền trên một sợi quang.

- Tính trong suốt: Do công nghệ WDM thuộc kiến trúc lớp mạng vật lý nên nó có

thể hỗ trợ các định dạng số liệu và thoại như: ATM, Gigabit Ethernet, ESCON,

chuyển mạch kênh, IP ...

- Khả năng mở rộng: Những tiến bộ trong công nghệ WDM hứa hẹn tăng băng

thông truyền trên sợi quang lên đến hàng Tbps, đáp ứng nhu cầu mở rộng mạng

ở nhiều cấp độ khác nhau.

- Hiện tại, chỉ có duy nhất công nghệ WDM là cho phép xây dựng mô hình mạng

truyền tải quang OTN (Optical Transport Network) giúp truyền tải trong suốt

nhiều loại hình dịch vụ, quản lý mạng hiệu quả, định tuyến linh động ...

b) Nhược điểm của công nghệ WDM:

- Vẫn chưa khai thác hết băng tần hoạt động có thể của sợi quang (chỉ mới tận

dụng được băng C và băng L).

- Quá trình khai thác, bảo dưỡng phức tạp hơn gấp nhiều lần.

- Nếu hệ thống sợi quang đang sử dụng là sợi DSF theo chuẩn G.653 thì rất khó

triển khai WDM vì xuất hiện hiện tượng trộn bốn bước sóng khá gay gắt.

1.2.



Thành phần trong hệ thống WDM



Các linh kiện được sử dụng trong các mạng quang hiện đại bao gồm các bộ

ghép/tách (couplers), bộ phát tín hiệu quang, bộ thu tín hiệu quang, bù tán sắc, khuếch

đại quang. Mục này sẽ tập trung xem xét nguyên lý hoạt động của các linh kiện nằm

trong các thành phần hệ thống như trình bày ở dưới. Ðối với mỗi linh kiện trước tiên

sẽ đưa ra mô hình mô tả đơn giản sau đó là các mô hình toán học chi tiết.

1.2.1. Bộ ghép/tách tín hiệu (Coupler)

a) Định nghĩa

SVTH: Nguyễn Thạc Hùng, lớp D08-VT5



Đồ án tốt nghiệp



Bộ ghép/tách tín hiệu (Coupler) là thiết bị quang dùng để kết hợp các tín hiệu

truyền đến từ các sợi quang khác nhau, nếu coupler chỉ cho phép ánh sáng truyền qua

nó theo một chiều, ta gọi là coupler có hướng (directional coupler). Nếu nó cho phép

ánh sáng đi theo 2 chiều, ta gọi là coupler song hướng (bidirectional coupler).

Coupler thông dụng nhất là coupler FBT (Fused Binconical Taper), Coupler

này được chế tạo bằng cách đặt 2 sợi quang cạnh nhau, sau đó vừa nung chảy để

chúng kết hợp với nhau vừa kéo dãn ra để tạo thành một vùng ghép (coupling region).

Một coupler 2 x 2 đặc trưng bởi tỉ số ghép α (0 <α < 1), α là tỉ lệ công suất ánh sáng

ngõ vào 1 đến ngõ ra 1 so với tổng công suất ánh sáng vào ngõ vào 1. Phần tỉ lệ 1-α

công suất ánh sáng còn lại của ngõ vào 1 sẽ được truyền đến ngõ ra 2. Hình 1.9 là một

coupler FBT 2 x 2 có hướng.



Coupler có thể là chọn lựa bước sóng (wavelength selective) hay không phụ

thuộc vào bước sóng, tương ứng với α phụ thuộc hay không phụ thuộc vào bước sóng.

Trường hợp α=1/2, coupler được dùng để chia công suất tín hiệu ngõ vào thành

hai phần bằng nhau ở hai ngõ ra, Coupler trong trường hợp này được gọi là coupler 3

dB, Coupler hình sao NxN có thể được tạo bằng cách kết nối các coupler 3dB.

b) Nguyên lý hoạt động

Khi hai sợi quang được đặt cạnh nhau, ánh sáng sẽ được ghép từ sợi này sang

sợi kia vàngược lại. Ðó là do quá trình truyền mốt ánh sáng trên sợi quang qua vùng

ghép sẽ khác so vớitruyền trên sợi quang đơn. Khi đó, toàn bộ ánh sáng thuộc một sợi

quang sẽ được ghép hoàn toànsang sợi quang ghép với nó, phần ánh sáng này lại tiếp

tục được ghép ngược trở lại sang sợi quangban đầu theo một chu kì tuần hoàn khép

kín. Kết quả ta có cường độ trường điện từ ở đầu ra củabộ ghép Eo1, Eo2 được tính

theo cường độ trường điện từ đầu vào Ei1, Ei2 theo công thức [1]:

 E 01 ( f ) 

 cos(kl ) isin(kl)  E i1 ( f ) 



 = e −iβl 

 isin(kl) cos(kl)  E ( f ) 



 E ( f )





 i 2

 02







Trong đó:

β là hệ số pha của sự truyền ánh sáng trong sợi quang.



SVTH: Nguyễn Thạc Hùng, lớp D08-VT5



(1.1)



Đồ án tốt nghiệp



κ là Hệ số ghép. κ phụ thuộc vào chiều rộng của sợi quang, chiết suất của lõi

sợi và đến khoảng cách gần nhau của hai sợi quang khi thực hiện nung chảy.

Nếu chỉ cho ánh sáng vào ngõ 1 (cho Ei2=0), khi đó công thức (1.1) được

viết lại là:

E 01 ( f ) = e − iβl cos(kl ) Ei1 ( f )

E 02 ( f ) = e −iβl e i (π / 2) cos( kl ) E i1 ( f )



(1.2)



Ta nhận xét rằng ở 2 đầu ngõ ra có sự lệch phaπ/2. Cũng trong điều kiện này,

ta tính được hàm truyền đạt công suất:

2

 T11 ( f )   cos (kl ) 





= 2

T ( f )  

sin (kl ) 

 12

 





(1.3)



Ở đây hàm truyền đạt công suất Tij được định nghĩa:

Tij =



E Eoj

E ii



2

2



(1.4)



Từ công thức (1.3) để có coupler 3 dB độ dài coupler phải được chọn sau cho

κl = (2k +1)π/ 4 với k là số không âm.

c) Các thông số cơ bản

Bộ coupler WDM được đặc trưng bởi các thông số sau [2]:

• Suy hao vượt mức Pex (Excess Loss): được định nghĩa:



Hình 1.4: Các thông số đặc trưng của Coupler



 

Pex (dB ) = −10 log  ∑ Pj  / Pi 





 j

 







(1.5)



Ở đây:

Pj: công suất tại ngõ ra j,

Pi: công suất tại ngõ vào

Theo hình 1.5, Pex được tính:

Pex (dB) = −10 log[ ( P2 + P3 ) / P1 ]

SVTH: Nguyễn Thạc Hùng, lớp D08-VT5



(1.6)



Đồ án tốt nghiệp



• Suy hao xen IL (Insertion Loss): là tỉ số của công suất tín hiệu ngõ ra so với

ngõ vào tại một bước sóng cụ thể. Suy hao xen là suy hao mà coupler thêm vào

ngõ vào và ngõ ra.

IL12 (dB) = −10 log[ P2 / P1 ]



(1.7)



• Tỉ số ghép CR (Coupling Ratio): được định nghĩa

 P2 

CR (dB ) = −10 log 



 P2 + P3 



(1.8a)



CR có thể được biểu diễn theo %:

 P2 

CR (%) = 

 x 100

 P2 + P3 



(1.8b)



Dễ thấy

IL = CR + Pex



(1.9)



• Tính đồng nhất U (Uniformity): Đặc trưng cho coupler dùng trong trường

hợp chia đôi công suất (50:50). Hệ số này để chỉ độ đồng nhất giữa 2 nhánh của

coupler (bằng 0 trong trường hợp coupler lí tưởng).

U(dB) = ILmax - ILmin = 10log[P3/P2]



(1.10)



• Suy hao do phân cực PDL (Polarization-dependent Loss): Là dao động lớn

nhất của suy hao xen do sự thay đổi phân cực ánh sáng đầu vào. Thường chỉ số

này không vượt quá 0.15dB.

• Tính định hướng D (Directivity): Là phần công suất tín hiệu ngõ vào xuất

hiện tại ngõ ra không mong muốn.

D(dB) = -10log[P4/P1]



(1.11)



• Xuyên kênh đầu gần (near-end crosstalk): Dùng để đánh giá tính định hướng

NEC(dB) = -10log[P3(λ1)/P1(λ1)]

(1.12)

• Suy hao phản hồi RL (Return Loss): Được định nghĩa

RL(dB) = -10log[P1out/P1in]



(1.13)



• Ðộ cách ly (Isolator): Dùng đánh giá phần ánh sáng trên một đường bị ngăn

không đạt đến một đường khác. Ví dụ λ1 là bước sóng truyền từ cổng 1 đến

cổng 2, truyền đến cổng 4 là không mong muốn. Tương tự λ2 truyền từ cổng 1

đến cổng 4, truyền đến cổng 2 là không mong muốn. Khi đó độ cách ly được

định nghĩa như sau:

I41(dB) = -10log[P4(λ1)/P1(λ1)]



(1.14)



I21(dB) = -10log[P2(λ2)/P1(λ2)]



(1.15)



d) Ứng dụng



SVTH: Nguyễn Thạc Hùng, lớp D08-VT5



Đồ án tốt nghiệp



Coupler là linh kiện quang linh hoạt và có thể cho nhiều ứng dụng khác

nhau:Bộ coupler với tỉ số ghép α ≈ 1 được dùng để trích một phần nhỏ tín hiệu quang,

phục vụ cho mục đích giám sát.

• Coupler còn là bộ phận cơ bản để tạo nên các thành phần quang khác, chẳng

hạn như: các bộ chuyển mạch tĩnh, các bộ điều chế, bộ giao thoa Mach-Zehnder

MZI... MZI có thể được chế tạo hoạt động như bộ lọc, MUX/DEMUX, chuyển

mạch và bộ chuyển đổi bước sóng.

• Thực hiện ghép/tách bước sóng trên sợi quang. Nhờ điều chỉnh chiều dài ghép

thích hợp khi chế tạo, coupler 2 x 2 ghép 50:50 phân bố công suất ánh sáng từ

một đầu vào ra làm 2 phần bằng nhau ở 2 ngõ ra. Coupler này còn được gọi là

coupler 3 dB, ứng dụng phổ biến nhất.Từ coupler 3 dB, có thể tạo nên bộ

coupler n x n ghép n tín hiệu khác nhau vào một sợi quang.

1.2.2. Bộ phát tín hiệu quang

Vai trò và việc thực hiện của các bộ phát quang càng trở nên quan trọng với

việc gia tăng tốc độ dữ liệu kênh trong hệ thống. Trong khi các bộ phát quang trong

các kênh tốc độ thấp là ít phức tạp và dễ dàng thực hiện bằng phương pháp điều chế

laser trực tiếp, việc thực hiện trở nên phức tạp hơn khi tăng tốc độ dữ liệu, vì vậy yêu

cầu các thành phần quang và điện của hệ thống phải được nâng lên. Các bộ phát quang

truyền thống như hình 1.5, Cần cấp thiết điều chế biên độ/cường độ của ánh sáng laser

tốt hơn được biết như OOK, bởi vì các mức tín hiệu khác nhau cho các dấu và khoảng

cách là được mô tả bởi sự hiện diện của công xuất quang.



Hình 1.5: Thiết lập bộ phát quang điều chế ngoài

Điều chế biên độ có thể thực hiện trực tiếp hoặc điều chế ngoài (giám tiếp) của

diode laser, cho việc thực hiện các hệ thống truyền dẫn với tốc độ dữ liệu kênh lớn hơn

10Gb/s, điều chế ngoài thể hiện một giải pháp tốt hơn bởi vì nó làm cho tác động của

chirp nội laser lên tín hiệu quang suy giảm rất hiệu quả, nhưng tăng tính phức tạp của

bộ phát quang, nó là được thực hiện bởi sự điều chế ánh sáng laser trong một bộ điều

chế ngoài, điều này có thể là một bộ điều chế Mach-Zehnder (MZM) hoặc bộ điều chế

hấp thụ điện (EAM) và được điều khiển bởi tín hiệu điện tương ứng với tốc độ dữ liệu

kênh.

Trong phân này em sử dụng bộ điều chế Mach-Zehnder:



SVTH: Nguyễn Thạc Hùng, lớp D08-VT5



Đồ án tốt nghiệp



Bộ điều chế Mach-Zehnder:

Nguyên lý hoạt động của MZM là dựa cơ sở trên hiệu ứng điện-quang, chúng

được mô tả bởi sự biến đổi của trường điện được đưa vào (V m) gây ra sự thay đổi chỉ

số khúc xạ trong các nhánh được điều chế gây ra sự thay đổi hằng số lan truyền vật

liệu β dẫn đến các pha khác nhau trong hai nhánh điều chế. Tín hiệu quang đưa vào E0

là được phân chia bởi một coupler 3dB chia tín hiệu quang E0 làm hai phần bằng nhau

E1 = E2và lan truyền trong nhánh trên và nhánh dưới của MZM (hình 1.6).



Hình 1.6: Nguyên lý điều chế Mach-Zehnder; a) Cấu trúc b) Chức năng truyền dẫn

E1 = E 2 =



E0

2



exp( jωt )



(1.16)



Nếu Vm = 0(volt) thì không có sự thay đổi pha của hai nhánh tại đầu ra của

MZM và có cấu trúc giao thao. Nếu V m≠ 0 và > 0(volt) thì tín hiệu trong hai nhánh là

bị dịch pha đối xứng tới mỗi nhánh khác nhau và tín hiệu ra MZM (E out) là được cho

bởi:

E out =



1

2



( E1 exp( j∆Φ 1 ) + E 2 exp( j∆Φ 2 ))



= E 0 cos(



∆Φ

∆Θ

) exp( j (ωt −

))

2

2



(1.17)



Với:

∆Φ = ∆Φ 2 − ∆Φ 1

∆Θ = ∆Φ 2 + ∆Φ 1



(1.18)



Phụ thuộc vào sự khác biệt pha ∆Φ giữa các nhánh MZM có thể có hoặc không

có cấu trúc giao thao, dẫn đến điều chế biên độ của tín hiệu đầu vào bộ điều chế. P out

tại đầu ra của MZM là:

Pout = P0 cos 2



∆Φ 1

= P0 (1 + cos ∆Φ)

2

2



(1.19)



Mối liên hệ Pout/Pin cho biết chức năng chuyển đổi công suất của MZM (hình

1.6) được mô tả bởi công suất phụ thuộc trên sự khác biệt pha ∆Φ. Bởi vậy ∆Φ diễn

giải các đặc tính hoạt động (bias-point) của MZM. MZM thông thường là được phân

cực (bias) tại điểm cầu phương “quadrature” ∆Φ=π/2, trong khi phân cực tại điểm

SVTH: Nguyễn Thạc Hùng, lớp D08-VT5



Đồ án tốt nghiệp



“zero” ∆Φ=2π cho phép phát các định dạng điều chế được cải thiện. Xem xét một

trường điện được đưa vào tại MZM, ∆Φ có thể được xác định như:

∆Φ =



πVm

Vπ



(1.20)



Ở đây: Vmlà điện áp được đưa vào điều chế, Vπ là điện áp yêu cầu để đạt được

sự khác biệt pha nội π. Gía trị Vπ điển hình MZM 40Gb/s là nhỏ hơn 3v (volt). Điều

chế biên độ trong MZM xảy ra cùng bởi một sự điều chế pha. Chúng đưa đến một

chirp điều chế nội được cho bởi:

dΘ α 1 dPout

= .

.

dt

2 Pout dt



(1.21)



Với α (α-thông số của MZM) xác định số lượng và dấu của chirp tần số. Bởi

một sự kết hợp của thông số αvà chức năng chuyển đổi MZM, giá trị khác biệt của

chirp nội có thể được thực hiện, nếu thông số α là dương, chirp tần số là dương tại

sườn chính của xung, dẫn đến dịch tần số (blue-shift).

Thông số α là được xác định như:

α=



πV

∆n1 + ∆n 2

. cos( m )

∆n1 − ∆n 2

2Vπ



(1.22)



Ở đây: ∆n1 và ∆n2thể hiện sự thay đổi chỉ số cho mỗi volt, số hạng đầu tiên của

phương trình (1.22) diễn giải bản chất đối xứng của chức năng điều chế và số hạng thứ

hai diễn giải α phụ thuộc điểm hoạt động (hình 1.6). Phần thực của phương trình

(1.22) cũng được biết như là tham số chirp δ:

δ=



∆n1 + ∆n2

∆n1 − ∆n2



(1.23)



Chirp nội của MZM có thể được sử dụng để giảm tán sắc nguyên nhân gây ra

penalty trong tuyến truyền dẫn, bởi vậy chirp nội điều chế phải có dấu đối xứng để

chirp nội làm suy giảm tán sắc. Gía trị chirp điển hình α cho MZM là 0.7 hoặc -0.7.

Điều chế ngoài MZM 40Gb/s là được mô tả bởi tỷ lệ phân biệt lớn (15-25dB), tổn hao

xen thấp (<6dB) và băng tần tương đối lớn (>20GHz), trở ngại của MZM là luôn luôn

phụ thuộc vào sự phân cực mạnh của thiết bị, với hệ quả là sợi quang duy trì phân cực

(PMF) phải được sử dụng để kết nối bộ điều chế tới nguồn laser.

1.2.3. Bù tán sắc

Tán sắc trong các sợi quang truyền dẫn đơn mode thể hiện là một trong các giới

hạn hoạt động truyền dẫn quan trọng nhất trong các hệ thống truyền dẫn ngày nay, dẫn

đến sự suy giảm khoảng cách truyền dẫn cực đại và giảm chất lượng của tín hiệu trên

đường truyền. Tác động của tán sắc trở nên lớn với một hệ thống nâng cấp lên các tốc

độ bit kênh cao hơn 10Gb/s. Một sự giới hạn tán sắc khác là độ dốc tán sắc, chúng thể

hiện một vấn đề trong các hệ thống WDM với một số kênh lớn, dẫn đến giá trị tán sắc

được tích luỹ khác nhau trên mỗi kênh.

SVTH: Nguyễn Thạc Hùng, lớp D08-VT5



Đồ án tốt nghiệp



Tuỳ thuộc vào khoảng cách và việc thực hiện, ở đây bù tán sắc là được làm

trong hệ thống, nó có thể được phân biệt ba phương pháp bù khác nhau: a) kỹ thuật

pre-chirp đặt tại máy phát b) bù tán sắc trong tuyến truyền dẫn (bù in-line) và c) bù tán

sắc đặt tại phía thu (post-chirp) như hình 1.7. Ở sau ý tưởng pre-chirp đặt tại phía phát

là sự bổ xung chirp với dấu đối xứng với chirp sợi quang để chống lại hiệu ứng tán sắc

tốc độ nhóm (GVD) trong sợi quang. Pre-chirp là được thực hiện bởi một vài phương

pháp, vd: khai thác chirp nội của nguồn laser hoặc một bộ điều chế ngoài và bổ xung

cấu trúc phát kết hợp sử dụng đưa thêm các thành phần như là điều chế pha hoặc tạo

mã-pre điện. Thành phần bổ xung chủ yếu của công nghệ này là hiệu quả chi phí, các

hệ thống quang phạm vi truyền dẫn ngắn với các tốc độ bit kênh nhỏ hơn, nhưng trong

việc kết hợp với các kỹ thuật bù tán sắc khác, nó có thể cho phép cải tiến hiệu xuất

ngay cả trong hệ thống truyền dẫn tốc độ bit cao đối với khoảng cách dài.



Hình 1.7: Một số phương pháp bù tán sắc

Bù tán sắc in-line thể hiện giải pháp cho phép công nghệ cho thực hiện hệ thống

truyền dẫn rất dài., bù tán sắc là được thực hiện trong miền quang mà không có sự

chuyển đổi tín hiệu quang-điện, cho phép bù tốt hơn tín hiệu bởi vì pha quang là được

duy trì. điển hình, bù tán sắc là được sử dụng trong tuyến truyền dẫn trên cơ sở từng

span. Việc bù tán sắc in-line có thể thực hiện bởi các thành phần quang khác nhau

như: sợi quang bù tán sắc (DCF), cách tử Bragg sợi quang (FBG), các bộ bù mode bậc

cao hơn (HOM). Nguyên lý hoạt động và đặc tính cơ bản của sợi quang DCF là được

trình bày vì nó được sử dụng cho nghiên cứu truyền dẫn 40Gb/s.

Kỹ thuật post-chirp tại phía thu là được mô tả bởi bù tán sắc trong miền điện,

thông qua sử dụng thuật toán xử lý phức tạp như: tách sóng hợp lý tối đa, tán sắc dư

tích luỹ trong xung quang được phát hiện có thể bù được hiệu quả, phương pháp bù

này là hiệu quả chi phí và kết hợp với bù in-line cho phép nâng cao hoạt động truyền

dẫn.

Sợi quang bù tán sắc DCF

Việc bổ xung thiết bị bù in-line trong tuyến truyền dẫn làm ảnh hưởng hoạt

động truyền dẫn của hệ thống bởi vì sự tương tác của ánh xạ tán sắc với các nhiễu loạn



SVTH: Nguyễn Thạc Hùng, lớp D08-VT5