Đồ án Công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng trong mạng đường trục Việt Nam

ợng cực lớn một cách mềm dẻo, phục vụ cho nhu cầu tiến tới mạng truyền dẫn quang hoàn toàn. CHƯƠNG 3 NHỮNG VẤN ĐỀ KỸ THUẬT CẦN QUAN TÂM ĐỐI VỚI HỆ THỐNG WDM Bất cứ một công nghệ nào cũng tồn tại những giới hạn và những vấn đề kỹ thuật. Khi triển khai công nghệ WDM vào mạng thông tin quang, cần phải lưu ý một số vấn đề sau: Số kênh được sử dụng và khoảng cách giữa các kênh. Vấn đề ổn định bước sóng của nguồn quang. Vấn đề xuyên nhiễu giữa các kênh. Vấn đề tán sắc, bù tán sắc. Quỹ công suất của hệ thống. Ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến. Một số vấn đề khi sử dụng EDFA trong mạng WDM Chương này sẽ lần lượt đề cập đến từng vấn đề, đồng thời đưa ra các phương án giải quyết cho từng trường hợp. 3.1. Số kênh được sử dụng và khoảng cách giữa các kênh Một trong các yếu tố quan trọng cần phải xem xét là hệ thống sẽ sử dụng bao nhiêu kênh và số kênh cực đại có thể sử dụng là bao nhiêu. Số kênh cực đại của hệ thống phụ thuộc vào: Khả năng công nghệ hiện có đối với các thành phần quang của hệ thống, cụ thể là: Băng tần của sợi quang. Khả năng tách/ghép của các thiết bị WDM. Khoảng cách giữa các kênh, một số yếu tố ảnh hưởng đến khoảng cách này là: Tốc độ truyền dẫn của từng kênh. Quỹ công suất quang. Ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến. Độ rộng phổ của nguồn phát. Khả năng tách/ghép của các thiết bị WDM. Mặc dù cửa sổ truyền dẫn tại vùng bước sóng 1550 nm có độ rộng khoảng 100 nm nhưng do dải khuếch đại của các bộ khuếch đại quang chỉ có độ rộng khoảng 35 nm (theo khuyến nghị của ITU-T thì dải khuếch đại này là từ bước sóng 1530 nm đến 1565 nm đối với băng C; hoặc từ 1570 nm đến 1603 nm đối với băng L). Chính điều này làm các hệ thống WDM không thể tận dụng hết băng tần của sợi quang, nói cách khác hệ thống WDM chỉ làm việc với dải bước sóng nhỏ hơn nhiều so với toàn bộ dải tần bằng phẳng có tổn hao thấp của sợi quang. Khoảng cách kênh là độ rộng tần số tiêu chuẩn giữa các kênh gần nhau. Việc phân bổ kênh một cách hợp lý trong dải băng tần có hạn giúp cho việc nâng cao hiệu suất sử dụng tài nguyên dải tần và giảm ảnh hưởng phi tuyến tính giữa các kênh gần nhau. Sử dụng khoảng cách kênh không đều nhau để hạn chế hiệu ứng trộn tần bốn sóng trong sợi quang. Dưới đây chỉ đề cập đến hệ thống có khoảng cách kênh đều nhau. Nếu gọi Dl là khoảng cách giữa các kênh, ta có: = Như vậy, tại bước sóng l = 1550 nm, với Dl = 35 nm xét đối với riêng băng C thì ta sẽ có = 4,37.1012 Hz = 4370 GHz. Giả sử tốc độ truyền dẫn của từng kênh là 2,5 GHz, theo định lý Nyquist, phổ cơ sở của tín hiệu là 2 × 2,5 = 5 GHz. Khi đó số kênh bước sóng cực đại có thể đạt được là N = /5 = 874 kênh trong dải băng tần của bộ khuếch đại quang (OFA). Đây là số kênh cực đại tính theo lý thuyết đối với băng C. Tuy nhiên với mật độ kênh càng lớn đòi hỏi các thành phần quang trên tuyến phải có chất lượng càng cao. Để tránh xuyên âm giữa các kênh này cần phải có các nguồn phát quang rất ổn định và các bộ thu quang có độ chọn lọc bước sóng cao, bất kỳ sự dịch tần nào của nguồn phát cũng có thể làm giãn phổ sang kênh lân cận. Tần số trung tâm danh định là tần số tương ứng với mỗi kênh quang trong hệ thống ghép kênh quang. Để đảm bảo tính tương thích giữa các hệ thống WDM khác nhau, cần phải chuẩn hoá tần số trung tâm của các kênh, ITU-T đưa ra quy định về khoảng cách tối thiểu giữa các kênh là 100 GHz (xấp xỉ bằng 0,8 nm) với tần số chuẩn là 193,1 THz (mặc dù đã đưa ra các sản phẩm mà khoảng cách giữa các kênh là 50 GHz, song các sản phẩm thương mại vẫn chủ yếu theo quy định của ITU-T đã nêu). Dưới đây là bảng liệt kê các tần số trung tâm danh định lấy 50 GHz và 100 GHz làm khoảng cách giữa các kênh trong khoảng bước sóng từ 1534 nm đến 1560 nm. Bảng 3.1. Tần số trung tâm danh định Số thứ tự Tần số trung tâm danh định với khoảng cách là 50GHz (THz) Tần số trung tâm danh định với khoảng cách là 100 GHz (THz) Bước sóng trung tâm danh định (nm) 1 195,40 195,40 1534,25 2 195,35 - 1534,64 3 195,30 195,30 1535,04 4 195,25 - 1535,43 5 195,20 195,20 1535,82 6 195,15 - 1536,22 7 195,10 195,10 1536,61 8 195,05 - 1537,00 9 195,00 195,00 1537,40 10 194,95 - 1537,79 11 194,90 194,90 1538,19 12 194,85 - 1538,58 13 194,80 194,80 1538,98 14 194,75 - 1539,37 15 194,70 194,70 1539,77 16 194,65 - 1540,16 17 194,60 194,60 1540,56 18 194,55 - 1540,95 19 194,50 194,50 1541,35 20 194,45 - 1541,75 21 194,40 194,40 1542,14 22 194,35 - 1542,54 23 194,30 194,30 1542,94 24 194,25 - 1543,33 25 194,20 194,20 1543,73 26 194,15 - 1543,93 27 194,10 194,10 1544,53 28 194,05 - 1544,92 29 194,00 194,00 1545,32 30 193,95 - 1545,72 31 193,90 193,90 1546,12 32 193,85 - 1546,52 33 193,80 193,80 1546,92 34 193,75 - 1547,32 35 193,70 193,70 1547,72 36 193,65 - 1548,11 37 193,60 193,60 1548,51 38 193,55 - 1548,91 39 193,50 193,50 1549,32 40 193,45 - 1549,72 41 193,40 193,40 1550,12 42 193,35 - 1550,52 43 193,30 193,30 1550,92 44 193,25 - 1551,32 45 193,20 193,20 1551,72 46 193,15 - 1552,12 47 193,10 193,10 1552,52 48 193,05 - 1552,93 49 193,00 193,00 1553,33 50 192,95 - 1553,73 51 192,90 192,90 1554,13 52 192,85 - 1554,54 53 192,80 192,80 1554,94 54 192,75 - 1555,34 55 192,70 192,70 1555,75 56 192,65 - 1556,15 57 192,60 192,60 1556,55 58 192,55 - 1556,96 59 192,50 192,50 1557,36 60 192,45 - 1557,77 61 192,40 192,40 1558,17 62 192,35 - 1558,58 63 192,30 192,30 1558,98 64 192,25 - 1559,39 65 192,20 192,20 1559,79 Trong một hệ thống WDM số lượng bước sóng không thể quá nhiều, bởi vì điều khiển và giám sát đối với các bước sóng này là một vấn đề phức tạp, có thể quy định trị số lớn nhất đối với số lượng bước sóng của hệ thống từ góc độ kinh tế và công nghệ. Tất cả các bước sóng đều phải nằm ở phần tương đối bằng phẳng trên đường cong tăng ích của bộ khuếch đại quang, để cho hệ số tăng ích của các kênh khi đi qua bộ khuếch đại quang là gần như nhau, điều này tiện lợi cho thiết kế hệ thống. Đối với bộ khuếch đại sợi quang pha trộn erbium, phần tương đối bằng phẳng của đường cong tăng ích là từ 1540 nm đến 1560 nm. Một hệ thống WDM 16 kênh và 8 kênh trên thực tế có bảng phân phối kênh như dưới đây: Bảng 3.2. Tần số trung tâm của hệ thống WDM có 16 kênh và 8 kênh Thứ tự Tần số trung tâm (THz) Bước sóng (nm) 1 192 1560,61 * 2 192 1559,79 3 192 1558,98 * 4 192 1558,17 5 192 1557,36 * 6 192 1556,55 7 192 1555,75 * 8 192 1554,94 9 192 1554,13 * 10 193 1553,33 11 193 1552,52 * 12 193 1551,72 13 193 1550,92 * 14 193 1550,12 15 193 1549,32 * 16 193 1548,51 (Bước sóng trung tâm của 8 kênh trong hệ thống 8 kênh chọn các giá trị bước sóng có dấu *). 3.2. Vấn đề ổn đinh bước sóng của nguồn quang và yêu cầu độ rộng phổ của nguồn phát 3.2.1. Ổn định bước sóng của nguồn quang Trong hệ thống WDM, phải quy định và điều chỉnh chính xác bước sóng của nguồn quang, nếu không, sự trôi bước sóng do các nguyên nhân sẽ làm cho hệ thống không ổn định hay kém tin cậy. Hiện nay chủ yếu dùng hai phương pháp điều khiển nguồn quang: thứ nhất là phương pháp điều khiển phản hồi thông qua nhiệt độ chip của bộ kích quang để điều khiển giám sát mạch điện điều nhiệt với mục đích điều khiển bước sóng và ổn định bước sóng; thứ hai là phương pháp điều khiển phản hồi thông qua việc giám sát bước sóng tín hiệu quang ở đầu ra, dựa vào sự chênh lệnh trị số giữa điện áp đầu ra và điện áp tham khảo tiêu chuẩn để điều khiển nhiệt độ của bộ kích quang, hình thành kết cấu khép kín chốt vào bước sóng trung tâm. 3.2.2. Yêu cầu độ rộng phổ của nguồn phát Việc chọn độ rộng phổ của nguồn phát nhằm đảm bảo cho các kênh hoạt động một cách độc lập với nhau hay nói cách khác là tránh hiện tượng chồng phổ ở phía thu giữa các kênh lân cận. Băng thông của sợi quang rất rộng nên số lượng kênh ghép được rất lớn (ở cả hai cửa sổ truyền dẫn). Tuy nhiên, trong thực tế các hệ thống WDM thường đi liền với các bộ khuếch đại quang sợi, làm việc chỉ ở vùng cửa sổ 1550 nm, nên băng tần của hệ thống WDM bị giới hạn bởi băng tần của bộ khuếch đại (từ 1530 nm đến 1565 nm cho băng C; từ 1570 đến 1603 nm cho băng L). Như vậy một vấn đề đặt ra khi ghép là khoảng cách ghép giữa các bước sóng phải thoả mãn được yêu cầu tránh chồng phổ của các kênh lân cận ở phía thu, khoảng cách này phụ thuộc vào độ rộng phổ của nguồn phát, phụ thuộc vào các ảnh hưởng như: tán sắc sợi, các hiệu ứng phi tuyến... Có thể xem hệ thống WDM như là sự xếp chồng của các hệ thống truyền dẫn đơn kênh khi khoảng cách giữa các kênh đủ lớn và công suất phát hợp lý. Mối quan hệ giữa phổ của tín hiệu phía thu với phổ của tín hiệu phía phát được thể hiện bởi tham số đặc trưng cho sự giãn phổ, ký kiệu là D; độ rộng băng tần tín hiệu truyền dẫn ký hiệu là B; độ tán sắc tương ứng với khoảng cách truyền ký hiệu là D. Gọi x là hệ số đặc trưng cho sự tương tác giữa nguồn phát và sợi quang, ta có: x = B.D.D. Từ công thức trên có thể tính được độ giãn rộng phổ nguồn phát: D = x/B.D. Với độ giãn rộng phổ này và khoảng cách kênh bước sóng cho theo bảng tần số trung tâm (bảng 3.1) ta tìm được độ rộng phổ yêu cầu của nguồn phát. 3.3. Xuyên nhiễu giữa các kênh tín hiệu quang Xuyên nhiễu giữa các kênh trong sợi quang ảnh hưởng tới độ nhạy của máy thu, chính vì vậy có ảnh hưởng lớn đến chất lượng của hệ thống WDM. Có thể chia ra làm hai loại xuyên nhiễu chính sau đây: - Xuyên nhiễu tuyến tính: do đặc tính không lý tưởng của các thiết bị tách kênh, mức xuyên nhiễu này chủ yếu phụ thuộc vào kiểu thiết bị tách kênh được sử dụng cũng như khoảng cách giữa các kênh. - Xuyên nhiễu phi tuyến: chủ yếu do các hiệu ứng phi tuyến của sợi quang gây nên. 3.4. Suy hao - quỹ công suất của hệ thống WDM Trong bất kỳ hệ thống số nào thì vấn đề quan trọng là phải đảm bảo được tỷ số tín hiệu trên tạp âm (S/N) sao cho đầu thu có thể thu được tín hiệu với một mức BER cho phép. Giả sử máy phát phát tín hiệu đi tới phía thu với một mức công suất Pph nhất định, công suất của tín hiệu sẽ bị suy giảm dần trên đường truyền dẫn do rất nhiều nguyên nhân như: suy hao do bản thân sợi quang gây ra, suy hao do các thành phần quang thụ động...cự ly truyền dẫn càng dài thì công suất tín hiệu bị suy hao càng nhiều, nếu suy hao quá lớn làm cho công suất tín hiệu đến được máy thu nhỏ hơn công suất ngưỡng thu nhỏ nhất (Pthu min) cho phép thì thông tin truyền đi sẽ bị mất. Để máy thu thu được thông tin thì công suất tín hiệu đến máy thu phải nằm trong dải công suất của máy thu. Pmáy phát = Pphát + Pdự trữ Pthu min < P phát - Ptổng suy hao < Pthu max Như vậy để đảm bảo được thông tin thì công suất phát phải càng lớn khi cự ly truyền dẫn càng lớn. Để khắc phục điều này người ta sử dụng bộ lặp tín hiệu trên đường truyền. Trước đây khi chưa có bộ khuếch đại quang, suy hao tín hiệu trên đường truyền sẽ được bù lại thông qua việc sử dụng các trạm lặp điện 3R, quá trình này được thực hiện tương đối phức tạp. Đầu tiên, phải tách tất cả các kênh (nhờ thiết bị DEMUX), biến đổi các kênh tín hiệu quang này thành các kênh tín hiệu điện, thực hiện khuếch đại từng kênh, biến đổi từng kênh trở lại tín hiệu quang, sau đó mới thực hiện ghép các kênh tín hiệu quang này lại với nhau (nhờ thiết bị MUX), điều này làm cho việc tính toán, thiết kế tuyến thông tin quang gặp nhiều khó khăn. Việc sử dụng các trạm lặp điện 3R không những làm cho số lượng thiết bị trên tuyến tăng lên mà còn làm giảm quỹ công suất của hệ thống (do suy hao xen của các thiết bị tách/ghép bước sóng là tương đối lớn). Tuy nhiên, khi bộ khuếch đại quang sợi EDFA ra đời, việc đảm bảo quỹ công suất quang cho hệ thống tốt hơn rất nhiều, nó làm giảm bớt số trạm lặp trên tuyến rất nhiều, với khả năng khuếch đại đồng thời nhiều bước sóng, EDFA đặc biệt thích hợp với các hệ thống WDM. 3.5. Tán sắc - bù tán sắc Sau khi sử dụng EDFA trên tuyến thì vấn đề suy hao đã được giải quyết, cự ly truyền dẫn được nâng lên rõ rệt, nhưng tổng tán sắc cũng tăng lên. Do đó, yêu cầu phải giải quyết vấn đề tán sắc nếu không sẽ không thực hiện được việc truyền thông tin tốc độ cao và truyền dẫn cự ly dài. Nếu tốc độ càng cao thì ảnh hưởng của hiệu ứng tán sắc của sợi quang càng lớn. Ví dụ như sợi quang G. 652 tán sắc ở tốc độ 2,5 Gbit/s cự ly bị hạn chế ở khoảng 928 km, nếu tốc độ tăng lên 10 Gbit/s thì cự ly truyền dẫn bị hạn chế chỉ còn 58 km. Bảng 3.3. Cự ly bị hạn chế bởi tán sắc khi không có trạm lặp (trị số lý thuyết) Tốc độ 1550 nm (G.652) 1550 nm (G.655) 1310 nm (G.652) 2,5 Gbit/s 928 km 4528 km 6400 km 10 Gbit/s 58 km 283 km 400 km 20 Gbit/s 14,5 km 70 km 100 km 40 Gbit/s 3,6 km 18 km 25 km Bản chất của tán sắc là sự giãn rộng xung tín hiệu khi truyền dẫn trên sợi quang. Tán sắc tổng cộng bao gồm: tán sắc mode, tán sắc vật liệu, và tán sắc dẫn sóng: Tán sắc mode: là tán sắc chỉ phụ thuộc vào kích thước sợi, đặc biệt là đường kính lõi của sợi, tán sắc mode tồn tại ở các sợi đa mode vì các mode trong sợi này lan truyền theo các đường đi khác nhau, có cự ly đường truyền khác nhau và do đó thời gian lan truyền giữa các mode khác nhau. Tán sắc vật liệu: chỉ số chiết suất trong sợi quang thay đổi theo bước sóng đã gây ra tán sắc vật liệu, vận tốc nhóm Vnhóm của mode là một hàm số của chỉ số chiết suất, cho nên các thành phần phổ khác nhau của mode đã cho sẽ lan truyền đi ở các tốc độ khác nhau, phụ thuộc vào bước sóng, vì thế tán sắc vật liêu là một hiệu ứng tán sắc bên trong mode, và là yếu tố quan trọng đối với các sợi đơn mode và các hệ thống sử dụng nguồn phát quang là diode phát quang LED. Tán sắc dẫn sóng: do sợi đơn mode chỉ giữ được khoảng 80% năng lượng ở trong lõi, còn 20% năng lượng ánh sáng truyền trong vở sợi nhanh hơn năng lượng truyền trong lõi. Tán sắc dẫn sóng phụ thuộc vào hằng số lan truyền b (b là hàm của a/l, với a là bán kĩnh lõi sợi). Tán sẵc dẫn sóng thường được bỏ qua trong sợi đa mode nhưng lại cần được quan tâm ở sợi đơn mode. 3.6. Ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến Đối với hệ thống thông tin sợi quang, công suất quang không lớn, sợi quang có tính năng truyền dẫn tuyến tính, sau khi dùng EDFA, công suất quang tăng lên, trong điều kiện nhất định sợi quang sẽ thể hiện đặc tính truyền dẫn phi tuyến tính, hạn chế rất lớn tính năng của bộ khuếch đại EDFA và hạn chế cự ly truyền dẫn dài không có trạm lặp. Hiệu ứng phi tuyến của sợi quang chủ yếu do ảnh hưởng của hiệu ứng tán xạ bao gồm: Tán xạ bị kích Brillouin (SBS) Tán xạ bị kích Raman (SRS) Do ảnh hưởng của hiệu suất khúc xạ bao gồm: Tự điều chế pha (SPM) Điều chế pha chéo (XPM) Trộn tần bốn sóng (FWM) Những hiệu ứng này phần lớn đều liên quan đến công suất đưa vào sợi quang. 3.6.1. Ảnh hưởng của hiệu ứng tán xạ a. Hiệu ứng SRS (Stimulated Raman Scattering) Hiệu ứng Raman là do quá trình tán xạ mà trong đó photon của ánh sáng tới chuyển một phần năng lượng của mình cho dao động cơ học của các phần tử cấu thành môi trường truyền dẫn và phần năng lượng còn lại được phát xạ thành ánh sáng có bước sóng lớn hơn bước sóng của ánh sáng tín hiệu tới (ánh sáng với bước sóng mới này được gọi là ánh sáng Stocke). Khi ánh sáng tín hiệu truyền trong sợi quang (ánh sáng này có cường độ lớn), quá trình này trở thành quá trình kích thích mà trong đó ánh sáng tín hiệu đóng vai trò sóng bơm (gọi là bơm Raman) làm cho một phần năng lượng của tín hiệu được chuyển tới bước sóng Stocke. Trong hệ thống DWDM, SRS sẽ sinh ra năng lượng chuyển đổi những kênh có bước sóng ngắn hơn thành các kênh có bước sóng dài hơn do đó tạo ra phổ nghiêng. Sự suy hao năng lượng trong các kênh có bước sóng nhỏ hơn sẽ làm giảm hiệu suất truyền của chúng. Tuy nhiên, do hệ số khuếch đại Raman nhỏ nên phổ nghiêng này có thể được bù bằng cách sử dụng kỹ thuật cân bằng phù hợp như hình 3.1. EDFA f f Hình 3.1. Hiệu ứng tán xạ SRS b. Hiệu ứng SBS (Stilmulated Brillouin Scattering) Hiệu ứng SBS tương tự như hiệu ứng SRS, tức là có một phần ánh sáng bị tán xạ và bị dịch tới bước sóng dài hơn bước sóng tới, ánh sáng có bước sóng dài hơn này gọi là ánh sáng Stocke. Điểm khác nhau của hai hiệu ứng này là độ dich tần xảy ra trong hiệu ứng SBS nhỏ hơn độ dịch tần xảy ra trong hiệu ứng SRS (độ dịch tần trong hiệu ứng SBS là khoảng 11 GHz tại bước sóng 1550 nm). Trong hiệu ứng SBS chỉ có phần ánh sáng bị tán xạ theo chiều ngược lại (tức là ngược chiều với chiều tín hiệu) mới có thể truyền đi ở trong sợi quang. Vì vậy trong hệ thống WDM khi tất cả các kênh cùng truyền theo một hướng thì hiệu ứng SBS không gây xuyên nhiễu giữa các kênh. Các hiệu ứng ngược của SBS trên mạng quang là đáng kể. SBS làm suy yếu năng lượng tín hiệu tới, năng lượng này làm giảm khoảng cách khẩu độ sợi quang cho phép. Hệ số khuếch đại Brillouin cao hơn nhiều so với các hiệu ứng phi tuyến khác. Do đó, trong điều kiện thuận lợi, SBS có thể xuất hiện ở năng lượng thấp. Nhưng việc mở rộng phổ thực sự làm giảm SBS khi năng lượng được trải rộng tới phạm vi phổ rộng hơn. 3.6.2. Ảnh hưởng của hiệu suất khúc xạ a. Hiệu ứng SPM (Self Phase Modulation) Hiệu ứng SPM là hiện tượng khi cường độ quang đưa vào thay đổi thì hiệu suất khúc xạ của sợi quang cũng biến đổi theo, gây ra sự biến đổi pha của sóng quang, sau khi kết hợp với tán sắc của sợi quang sẽ dẫn đến tần phổ giãn rộng và tích lũy theo sự tăng lên của chiều dài, sự biến đổi công suất quang càng nhanh thì biến đổi tần số quang cũng càng lớn, ảnh hưởng lớn đối với xung hẹp, tốc độ cao trong hệ thống. Hiện tượng này còn gọi là hiện tượng dịch tần phi tuyến làm cho sườn sau của xung dịch đến tần số f f0. Điều này cũng có nghĩa là phổ của tín hiệu đã bị giãn trong quá trình truyền. Nếu xét đến ảnh hưởng của tán sắc thì sẽ thấy dạng xung bị biến đổi theo dọc sợi. Gọi D là hệ số tán sắc của sợi thì: Với D f0) sẽ lan truyền nhanh hơn thành phần tần số thấp (f < f0). Do đó xung bị giãn ra. Với D > 0: thành phần tần số cao (f > f0) sẽ lan truyền chậm hơn thành phần tần số thấp (f < f0) làm cho xung bị co lại. b. Hiệu ứng XPM (Cross Phase Modulation) XPM là sự dịch pha của tín hiệu gây ra bởi sự thay đổi cường độ của một tín hiệu truyền ở một bước sóng khác. XPM làm cho phổ mở rộng không đối xứng và kết hợp với SPM và tán sắc,cùng có thể ảnh hưởng đến hình dạng xung. Mặc dù XPM có thể làm hạn chế việc thực hiện các hệ thống sợi quang, nhưng nó cũng có một số ứng dụng quan trọng. XPM có thể dùng để điều chế một tín hiệu ”bơm” ở một bước sóng từ một tín hiệu được điều chế trên một bước sóng khác. Các kỹ thuật này có thể được dùng trong các thiết bị chuyển đổi bước sóng. Hiệu ứng FWM (Four Wave Mixing) Hiện tượng chiết suất phi tuyến còn gây ra một hiệu ứng khác trong sợi đơn mode, đó là hiệu ứng FWM. Trong hiệu ứng này, nhiều tín hiệu quang có cường độ tương đối mạnh sẽ tương tác với nhau tạo ra các thành phần tần số mới. Sự tương tác này có thể xảy ra giữa các bước sóng của tín hiệu trong hệ thống WDM, hoặc giữa bước sóng tín hiệu với bức xạ tự phát được khuếch đại ASE (Amplifier Spontaneous Emission) của các bộ khuếch đại quang, cũng như giữa mode chính và mode bên của một kênh tín hiệu. Giả sử có 3 bước sóng với tần số wi, wj, wk tương tác với nhau thì tần số mới tạo ra có bước sóng là wijk. Việc tạo ra các tần số mới là do sự tương tác của các tần số tín hiệu, nên hiệu ứng FWM sẽ làm giảm công suất của các kênh tín hiệu trong hệ thống WDM. Nếu khoảng cách giữa các kênh là bằng nhau thì những tần số mới được tạo ra có thể rơi vào các kênh tín hiệu, gây xuyên nhiễu cho kênh, làm suy giảm chất lượng của hệ thống. Sự suy giảm công suất làm giảm tỉ số S/N dẫn đến làm tăng BER của hệ thống. Các hệ thống WDM chủ yếu làm việc ở vùng cửa sổ bước sóng 1550 nm, tán sắc của sợi quang đơn mode thông thường (sợi G.652) tại cửa sổ này là khoảng 18 ps/nm.km, còn tán sắc của sợi tán sắc dịch chuyển (sợi G.653) là nhỏ hơn 3 ps/nm.km. Từ đó ta thấy, hệ thống WDM làm việc với sợi đơn mode chuẩn thông thường (SSMF) sẽ ít bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng FWM hơn hệ thống WDM sử dụng sợi dịch tán sắc DSF (Dispersion Shifted Fiber). Do suy hao trong hiệu ứng FWM tăng khi tán sắc giảm đi trên đường truyền. Ảnh hưởng của hiệu ứng FWM càng lớn nếu như khoảng cách giữa các kênh trong hệ thống WDM càng nhỏ cũng như khi khoảng cách truyền dẫn và mức công suất của mỗi kênh lớn. Vì vậy, hiệu ứng FWM sẽ hạn chế dung lượng và cự ly truyền dẫn của hệ thống WDM. Phương hướng giải quyết ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến Với xu thế phát triển công nghệ và linh kiện quang học, hệ thống WDM hiện nay đã tìm được một số phương pháp giải quyết hữu hiệu để khắc phục ảnh hưởng của những hiệu ứng trên đối với truyền dẫn, nhất là hệ thống WDM có số lượng kênh quang tương đối ít (nhỏ hơn 16 kênh). Hiệu ứng tán xạ SRS, do tổng công suất truy nhập sợi quang thường không lớn hơn +17 dBm, nhỏ hơn nhiều so với trị số ngưỡng gây ra hiệu ứng SRS, do đó sẽ không có ảnh hưởng của SRS. Hiệu ứng SBS sử dụng công nghệ điều chế ngoài của bộ kích quang và công nghệ dao động tần số thấp có thể khắc phục ảnh hưởng của hiệu ứng băng hẹp SBS. Hiệu suất trộn tần bốn sóng (FWM) có quan hệ rất lớn đối với tán sắc của sợi quang, sử dụng sợi quang G.655 có thể khắc phục được hiệu ứng FWM, hơn nữa giảm tán sắc của sợi quang, là lựa chọn tốt trong hệ thống WDM tốc độ cao. Điều chế pha chéo (XPM) thường phát sinh trong hệ thống WDM có nhiều hơn 32 kênh tín hiệu, có thể khắc phục bằng phương pháp tăng tiết diện hữu dụng vùng lõi của sợi quang G.652. Tự điều chế pha (SPM) sẽ làm hẹp độ rộng xung quang truyền dẫn, ngược lại với hiệu ứng dãn xung của tán sắc, ở mức độ nhất định, có thể lợi dụng SPM để bù sự dãn xung do tán sắc. 3.7. Một số vấn đề khi sử dụng EDFA trong mạng WDM 3.7.1. Tăng ích động có thể điều chỉnh của EDFA Hiện nay băng tần khuếch đại của EDFA đạt 35 ~ 40 nm, độ bằng phẳng của tăng ích trong băng tần không hoàn toàn lý tưởng, do công suất truyền dẫn của các kênh tín hiệu có thể biến đổi lên xuống, làm cho các kênh tín hiệu ứng với mỗi bước sóng khác nhau được khuếch đại với các mức độ khác nhau. Để đạt được độ đồng nhất về phổ khuếch đại đối với mọi bước sóng cần được khuếch đại, các bộ khuếch đại sử dụng bộ lọc để làm giảm bớt các kênh bước sóng có mức sông suất vào lớn hơn, nhằm đạt được độ cân bằng về khuếch đại giữa các kênh. Bên cạnh đó yêu cầu công suất ra vẫn phải lớn cho toàn bộ băng được khuếch đại, do vậy phải yêu cầu có một công suất bơm đủ lớn để đạt được sự hài hoà về độ phẳng khuếch đại giữa các kênh và mức khuếch đại yêu cầu. Vấn đề là đặt bộ làm phẳng ở đâu trong module khuếch đại. Nếu đặt ở đầu ra của bộ khuếch đại thì sẽ có sự lãng phí về công suất bơm, nếu đặt ở đầu vào bộ khuếch đại thì lại làm tăng hệ số tạp âm của thiết bị. Nếu một số kênh bước sóng nào đó đã đi qua các bộ định tuyến, OADM... thì công suất của kênh đó sẽ khác với công suất của các kênh khác tại đầu vào bộ khuếch đại. Nhưng yêu cầu tại đầu ra của bộ khuếch đại là công suất của các kênh được khuếch đại phải xấp xỉ nhau và không được phụ thuộc vào mức công suất vào của từng kênh hay số kênh được khuếch đại, để đảm bảo tỉ số S/N của hệ thống. Do đó các bộ khuếch đại sử dụng trong hệ thống WDM cần phải có độ khuếch đại điều chỉnh được mà không gây ảnh hưởng chéo lên các kênh khác. Nếu công suất của kênh đưa vào biến đổi, hay mất hẳn công suất trên một hoặc một vài kênh thì công suất bơm của EDFA sẽ được phân phối lại cho các kênh còn lại, dẫn đến tăng ích của các kênh đó ở đầu ra sẽ biến đổi nhảy vọt, nếu công suất của các kênh còn lại này có giá trị lớn hơn công suất ngưỡng thu lớn nhất (Pthu max) thì thông tin sẽ bị mất. Cho nên EDFA trong hệ thống WDM phải có chức năng điều chỉnh tăng ích. Với số bước sóng được chuyển qua và được khuếch đại ngày càng tăng (đã lên tới 160 kênh) thì số bơm laser cần thiết để đảm bảo yêu cầu về công suất cho một lượng lớn các kênh sẽ càng nhiều, mỗi bơm laser đó đều cần được giám sát về dòng bơm, nhiệt độ làm việc..., và luôn cần được giám sát, hiệu chỉnh để đạt được độ bằng phẳng của phổ khuếch đại. 3.7.2. Tăng ích bằng phẳng của EDFA EDFA được sử dụng vào trong hệ thống WDM có bước sóng của các kênh tín hiệu khác nhau, nên thay vì chỉ khuếch đại một tín hiệu như các hệ thống khuếch đại quang sợi SONET/SDH trước đây; thì nay, vẫn một sợi khuếch đại quang erbium đó phải được chia sẻ cho toàn bộ các kênh bước sóng của hệ thống truyền dẫn WDM. Những kênh bước sóng này là độc lập với nhau. Nhưng do sự cạnh tranh giữa các kênh bước sóng đối với số lượng giới hạn các photon được bơm vào bộ khuếch đại nên nó làm ảnh hưởng đến tính độc lập giữa các kênh. Kênh bước sóng nào kích thích được nhiều photon từ mức siêu bền xuống mức cơ bản của chúng thì sẽ đạt được độ khuếch đại lớn nhất. Chính vì vậy mà làm cho độ phẳng của phổ khuếch đại trên các kênh không đều nhau. Nhưng đối với các ứng dụng WDM, cần phải đạt được độ khuếch đại và mức tập âm đều nhau cho mọi kênh bước sóng qua module khuếch đại. Cho nên các module này phải được thiết kế s