Mô tả toán học và các phương pháp mô phỏng 12 quá trình truyền dẫn xung quang sợi đơn mode

g gần đúng với xung đầu vào. Một thí nghiệm sau đó được chứng minh sự truyền dẫn soliton qua 4000km sử dụng sơ đồ khuyếch đại Raman. Thí nghiệm này sử dụng vòng lặp sợi 42km mà suy hao của nó đã được bù chính xác bằng việc tiêm vào ánh sáng bơm CW từ laser dải màu trung tâm . Các soliton được cho lưu thông nhiều lần dọc theo vòng lặp sợi đến 96 lần mà không tăng độ rộng xung là mấy, cho thấy sự khôi phục xung qua khoảng cách 4000km. Khoảng cách này có thể tới 6000km. Thí nghiệm này được chứng minh năm 1988 mở ra các khả năng truyền các soliton qua đại dương. Trở ngại chính ở đây là sự khuyếch đại Raman yêu cầu các laser bơm phát công suất CW>500mW ở bước sóng 1,46. Sẽ là khó khăn để có thể đạt được một công suất cao như vậy từ các laser bán dẫn và laser dải màu trung tâm. Cho đến năm 1989, với sự ra đời của các bộ lọc khuyếch đại quang sợi EDFA, khó khăn này đã được giải quyết. EDFA có thể thay thế các bộ khuyếch đại thông thường với nhiều ưu điểm: - Mạch đơn giản, linh hoạt (không có mạch tái tạo thời gian, mạch phục hồi). - Có cấu trúc nhỏ, dễ lắp đặt và có thể lắp nhiều EDFA trong cùng một trạm làm cho hệ thống linh hoạt hơn. - Công suất nguồn nuôi nhỏ nên khi áp dụng cho các tuyến thông tin quang vượt biển, cáp có cấu trúc nhỏ nhẹ hơn. - Giá thành rẻ, trọng lượng nhỏ, nâng cao khoảng cách lặp và dung lượng truyền dẫn. Các thí nghiệm sau này đều sử dụng EDFA để khuyếch đại soliton và các soliton có thể duy trì hình dạng qua khoảng cách dài bất kể bản chất bơm của tiến trình khuyếch đại. 4.2 Thiết kế hệ thống soliton Hệ thống thông tin quang sợi tốc độ cao thường bị hạn chế bởi tán sắc vận tốc nhóm mà mở rộng xung và suy hao năng lượng. Các soliton ra đời đã giúp cho cải tiến hiệu năng hệ thống, hạn chế tán sắc duy trì độ rộng xung nhờ việc cân bằng ảnh hưởng của GVD và hiện tượng phi tuyến SPM. Tuy nhiên, trong thiết kế hệ thống soliton, nhiều yếu tố giới hạn không tránh được và cần được xem xét để tối giản ảnh hưởng của nó. Các nhân tố chính giới hạn khoảng cách truyền dẫn soliton gồm suy hao sợi, tương tác soliton và jitter timing. Khi xem xét vấn đề suy hao sợi, để chống lại ảnh hưởng của nó người ta sử dụng các cơ chế khác nhau tùy thuộc vào suy hao trên chiều dài tán sắc () và khoảng cách bộ khuyếch đại LA. Nếu >LD, soliton có thể sửa suy hao năng lượng đoạn nhiệt, cơ chế này được gọi là cơ chế tựa đoạn nhiệt và sẽ được thảo luận ở chương kế tiếp. Còn nếu LA<<LD hình dạng soliton không bị méo nhiều dù có suy hao năng lượng. Trong hệ thống đó, soliton có thể được khuyếch đại hàng trăm lần mà vẫn duy trì hình dạng của nó. Vì tiến trình soliton thường được chi phối bởi năng lượng soliton trung bình trên các khoảng khuyếch đại LA nên chế độ vận hành này được gọi là cơ chế soliton trung bình. Trong phần này chúng ta sẽ xem xét các vấn đề cần chú ý khi thiết kế hệ thống truyền thông soliton theo cơ chế trung bình. 4.2.1 Cơ chế soliton trung bình Sự khuyếch đại định kỳ của soliton có thể được tính toán bằng việc thêm một số hạng khuyếch đại vào phương trình (3.13) và NSE khi đó có dạng như sau [7]: (3.16) Với NA là số bộ khuyếch đại; là hệ số khuyếch đại cần để bù suy hao sợi; Hàm delta tính cho bản chất tập trung của sự khuyếch đại ở vị trí ; Hệ số trình bày sự thay đổi biên độ trong suốt quá trình khuyếch đại. Vì sự thay đổi nhanh của năng lượng soliton được đưa ra bởi sơ đồ khuyếch đại tập trung, ta thực hiện chuyển đổi sau: (3.17) tương ứng là hàm biến thiên nhanh và chậm của . Thay vào phương trình (3.16) ta có: (3.18) và (3.19) Để ý số hạng cuối trong phương trình (3.19) là tuần hoàn và chỉ góp phần tại , là hàm tuần hoàn của . Trong mỗi chu kỳ giảm theo hàm mũ và trở về giá trị đầu ở cuối chu kỳ đó. thay đổi nhanh với một chu kỳ . Vì các soliton tiến triển ít qua một khoảng cách ngắn , người ta có thể thay thế bằng một giá trị trung bình của nó qua một chu kỳ. Sự xấp xỉ này có thể được chứng minh bằng việc sử dụng với là soliton trung bình thõa mãn hàm NSE chuẩn: i (3.20) và là một sự dao động của theo tương đối nhỏ khi . Công suất đỉnh đầu vào Pin của soliton trung bình được lựa chọn sao cho . Suy ra: Pin = (3.21) Với G=, P0 là công suất đỉnh trong sợi không suy hao. Hình 3.7 miêu tả tiến trình soliton trung bình trong cơ chế soliton trung bình qua khoảng cách 10000km, LA=50km. Khi LD=200km, độ rộng soliton được duy trì tốt thậm chí sau 200 lần khuyếch đại vì điều kiện <<1 được thõa mãn. Tuy nhiên nếu chiều dài tán sắc giảm xuống 25km, soliton bị phá hủy vì nó không lan truyền lâu trong cơ chế soliton trung bình. Hình 4.7. Tiến trình soliton trong cơ chế soliton trung bình qua khoảng cách 10000km với LA=50km, a=0,22dB/km và và a) LD=200km, b)LD=25km Điều kiện hay LA<<LD  được yêu cầu để cơ chế vận hành trong cơ chế soliton trung bình. Sử dụng LD=, điều kiện đó trở thành: T0>> (3.22) Tốc độ bit B= (3.23) Dựa vào phương trình (3.23) ta thấy rõ ràng sử dụng cơ chế soliton trung bình giới hạn cả về tốc độ lẫn khoảng cách bước bộ khuyếch đại của một hệ thống soliton. 4.2.2. Sự khuyếch đại phân bố. Điều kiện LA<<LD được áp đặt lên các soliton được quản lý tán sắc khi các bộ khuyếch đại tập trung được sử dụng thực tế làm cho khó khăn tăng lên để đáp ứng được các tốc độ truyền dẫn cỡ 10Gb/s. Điều kiện này có thể được xem xét khắc phục khi sự khuyếch đại phân bố được sử dụng. Kỹ thuật khuyếch đại phân bố vốn là mạnh hơn khuyếch đại tập trung do việc sử dụng nó cung cấp sợi gần như không bị suy hao nhờ sự bù tổn thất cục bộ tại mọi điểm dọc trên tuyến sợi. Thực tế, kỹ thuật này được sử dụng vào năm 1985 nhờ sử dụng độ tăng ích phân bố được cung cấp bởi sự khuyếch đại Raman khi sợi quang mang tín hiệu được tập trung tại bước sóng có chiều dài khoảng 1,46 micromet nhờ sử dụng laser màu trung tâm. Thông thường, sợi quang truyền dẫn có thể được kích tạp ánh sáng với các ion erbium và được tập trung định kỳ để tăng ích khuyếch đại. Một vài thực nghiệm đã mô tả rằng các soliton có thể được truyền trong các sợi quang tích cực trên các khoảng cách tương đối dài. Ưu điểm của sự khuyếch đại phân bố có thể thấy trong phương trình (9.3.7) mà có thể được viết dưới dạng các đơn vị vật lý như sau: (9.3.11) Nếu g(z)= với mọi z, công suất đỉnh hoặc năng lượng soliton duy trì không đổi dọc theo tuyến sợi quang. Đây là một trường hợp lý tưởng mà sợi quang thực sự không bị tổn thất. Thực tế, sự tăng ích được thực hiện bằng cách bơm tập trung công suất một cách định kỳ vào trong tuyến sợi quang. Do công suất tập trung không duy trì hằng số vì các tổn thất sợi và sự suy yếu tập trung, g(z) không thể duy trì không đổi dọc theo sợi. Tuy nhiên, mặc dù các tổn thất sợi không thể được bù tại mọi nơi bên trong sợi, chúng có thể được bù đầy đủ trên khoảng cách LA được cho: (9.3.12) Kỹ thuật khuyếch đại phân bố được thiết kế để thõa mãn phương trình (9.3.12). Khoảng cách LA được xem như là khoảng cách bước trạm khuyếch đại. Một câu hỏi quan trọng là có bao nhiêu năng lượng soliton biến đổi trong một vòng tổn thất khuyếch đại. Sự mở rộng dung sai đỉnh công suất phụ thuộc vào LA và kỹ thuật tập trung. Sự tập trung về phía sau được sử dụng cho sự khuyếch đại Raman phân bố bởi vì cấu hình cung cấp tăng ích cao nơi mà tín hiệu tương đối yếu. Nếu bỏ qua sự suy giảm tập trung hệ số tăng ích trong (9.3.11) được tính là , tính cho chiều dài tổn thất sợi tại chiều dài bước sóng tập trung. Phương trình kết quả có thể được tích phân để thu được: (9.3.13) g0 được chọn để đảm bảo p(LA)=1. Hình 9.12 cho thấy p(z) biến đổi như thế nào dọc theo sợi quang LA=50km sử dụng . Trường hợp cho sự khuyếch đại tập trung cũng được biểu diễn cho sự so sánh. Trái với năng lượng soliton biến đổi với hệ sô 10 trong trường hợp tập trung, nó biến đổi ít hơn hệ số 2 trong trường hợp khuyếch đại phân bố. Giải biến đổi năng lượng có thể được giảm hơn nhờ sử dụng kỹ thuật tập trung hai hướng. Hệ số tăng ích g(z) trong trường hợp này có thể được xấp xỉ bởi (9.3.14) Các hằng số g1, g2 liên quan với công suất tập trung được phun tại hai đầu cuối. Giả sử rằng các công suất tập trung bằng nhau và tính tích phân phương trình (9.3.11), năng lượng soliton tìm được biến đổi như sau: (9.3.15) Trường hợp này được chỉ ra trong hình 9.12 bởi đường nét đứt. Rõ ràng, kỹ thuật tập trung hai hướng là tốt nhất vì nó giảm dung sai năng lượng xuống dưới 15%. Giải mà p(z) biến đổi tăng với LA. Tuy nhiên, nó duy trì nhỏ hơn trong trường hợp khuyếch đại tập trung. Một ví dụ, năng lượng soliton biến đổi bởi hệ số 100 hoặc lớn hơn khi LA=100km nếu sự khuyếch đại tập trung được sử dụng bởi ít hơn hệ số 2 khi kỹ thuật khuyếch đại hai hướng được sử dụng cho sự khuyếch đại phân bố. Ảnh hưởng của sự chệch năng lượng trên các soliton phụ thuộc vào tỉ số , khi sự sửa dạng lại một ít hình dạng soliton xảy ra. Đối với các soliton tiến triển đoạn nhiệt với một số sự bức xạ của dạng sóng rời rạc (cơ chế tựa đoạn nhiệt). Một số các giá trị của hoạt động phức tạp hơn xẩy ra. Thực tế, các sóng phân tán và các soliton được khuyếch đại cộng hưởng xẩy ra khi . Một sự cộng hưởng có thể dẫn tới hoạt động không ổn định và hỗn độn. Vì lý do này, trong thực tế sự khuyếch đại phân bố được sử dụng với . Mô hình của các hệ thống truyền thông soliton sử dụng sự khuyếch đại phân bố yêu cầu thêm vào hệ số tăng ích đối với phương trình NLS, như trong phương trình (9.3.4). Trong trường hợp các hệ thống soliton hoạt động tại các tốc độ bít B> 20Gb/s bởi vậy T010ps nhưng trở nên rất đáng xem xét đối với các soliton ngắn (T0<5ps). Với sự có mặt của SSFS và TOD phương trình (9.3.4) có dạng (9.3.16) với tham số TOD và tham số Raman được định nghĩa như sau (9.3.17) Đại lượng TR liên quan với độ dốc phổ hệ số tăng ích Raman và có giá trị khoảng 3fs đối với sợi silica. Các kết quả mô phỏng số dựa trên (9.3.16) cho thấy rằng kỹ thuật khuyếch đại phân bố tạo ra các lợi ích đáng xem xét trong các hệ thống truyền thông soliton dung lượng cao. Chẳng hạn, khi LD=50km nhưng các bộ khuyếch đại được đặt ở các khoảng cách 100km, các soliton cơ bản với T0=5ps được triển khai sau 500km trong trường hợp các bộ khuyếch đại tập trung nhưng có thể truyền lan trên các khoảng cách lớn hơn 5000km khi sự khuyếch đại phân bố được sử dụng. Đối với các độ rộng soliton dưới 5ps sự dịch phổ gây ra bởi tán xạ Raman dẫn tới các thay đổi đáng xem xét trong tiến trình soliton khi nó hiệu chỉnh hệ số tăng ích và tán sắc trải qua bởi các soliton. May thay, độ rộng băng thông có hạn của các bộ khuyếch đại giảm tổng dịch phổ và làm ổn định tần số sóng mang soliton đối với đỉnh tăng ích. Dưới các điều kiện cụ thể, dịch phổ có thể trở nên rất lớn bởi vậy nó không thể được bù và soliton di chuyển ra ngoài cửa sổ tăng ích, mất tất cả năng lượng của nó. 4.2.3.Nhiễu bộ khuyếch đại Các soliton là một loại xung quang đặc biệt có khả năng lan truyền qua khoảng cách hàng chục ngàn kilômét mà không gây méo tín hiệu. Như đã biết, trong quá trình truyền dẫn, tín hiệu trsoliton cũng bị suy hao làm giảm công suất đỉnh, xung sẽ bị mở rộng để đảm bảo đúng đặc tính của một soliton. Để tránh tín hiệu này tín hiệu này tín hiệu phải được khuyếch đại định kỳ để bù chính xác suy hao sợi. Tuy nhiên các bộ khuyếch đại lại sinh nhiễu ASE (amplified spontaneous emission: sự phát xạ tự phát được khuyếch đại) làm ảnh hưởng quan trọng đến hệ thống. Mật độ phổ của ASE phụ thuộc vào chính hệ số khuyếch đại G. Để hiểu ASE ảnh hương như thế nào tới tiến trình một soliton, ta xem xét dạng chung nhất của một soliton cơ bản [6]: (3.15) Trong đó tương ứng là biên độ, vị trí, tần số, pha của xung vào tại biên độ Ảnh hưởng của ASE làm thay đổi ngẫu nhiên các giá trị 4 tham số ở đầu ra mỗi bộ khuyếch đại. Phương sai của 4 tham số soliton có thể được tính toán bằng việc xem ASE như một sự dao động. Theo thuyết nhiễu loạn đoạn nhiệt phát triển cho soliton, tiến trình của 4 tham số vì sự nhiễu loạn soliton là [5]: (3.16) (3.17) (3.18) (3.19) Các hàm trên đóng vai trò quan trọng trong thiết kế hệ thống vì chúng có thể được thiết kế với dạng tùy ý của hàm dao động. Với ASE hàm dao động có dạng: (3.20) Trong đó n() là nhiễu ngẫu nhiên, bao gồm cả sự dao động biên độ và pha. Phương sai của nó liên quan đến mật độ phổ tạp âm như sau: (3.21) (3.22) (3.23) (3.24) Trong đó: nsp hệ số phát xạ tự phát. FG= NS là số photon được chứa trong một soliton cơ bản có năng lượng ES(NS=ES/) Sự dao động biên độ làm giảm tín hiệu trên tạp (SNR) của dòng bit soliton. Sự dao động tần gây ra một jitter timing ảnh hưởng đến hiệu năng của hệ thống truyền thông soliton mà giới hạn khoảng cách truyền dẫn. Vấn đề jitter timing sẽ được nói đến ngay sau đây. 4.2.4. Tiến trình thực nghiệm. Hình 4.8. Thí nghiệm thiết lập truyền dẫn soliton 2 bộ EDFA đặt sau bộ điều chế LiNO3 hoạt động như một bộ tăng thế công suất. Hình 3.12 biễu diễn một thí nghiệm sử dụng bộ điều chế cường độ LiNO3 để tác động đến tín hiệu trên dãy xung. Dãy bit soliton được truyền qua nhiều đoạn sợi với suy hao mỗi đoạn được bù bởi một bộ EDFA. Khoảng cách bộ khuyếch đại được lựa chọn thỏa mãn điều kiện LA<<LD và thường từ 25-40km. Trong một thí nghiệm năm 1991, các soliton đã truyền qua 1000km ở tốc độ 100Gb/s. Các soliton rộng 45ps cho phép khoảng cách bộ khuyếch đại là 50km trong cơ chế soliton trung bình. Từ năm 1991 trở đi hầu hết các thí nghiệm truyền thông soliton đều sử dụng cấu hình vòng lặp sợi tuần hoàn để tiết kiệm chi phí. Cũng trong một thí nghiệm năm 1991, các soliton 2,5Gb/s đã truyền qua được khoảng cách 12000km sử dụng vòng lặp sợi 75km chứa ba bộ khuyếch đại EDFA, đặt cách nhau 25km (hình 3.13). Hình 4.8. Cấu hình vòng lặp tuần hoàn truyền dẫn qua 12000km ở tốc độ 2,5Gb/s. Trong thí nghiệm này, BL=30(Tb/s)km, bị giới hạn chính bởi jitter timing cảm ứng bộ khuyếch đại. Vấn đề jitter sau đó được giải quyết bằng các bộ lọc quang. 4.3. Các soliton được quản lý tán sắc. 4.3.1. Các sợi giảm tán sắc. Một kỹ thuật hấp dẫn được đề ra năm 1987 đáp ứng hoàn toàn điều kiện khắt khe LA<<LD được áp đặt đối với sợi quản lý suy hao bằng cách giảm GVD dọc theo tuyến sợi. Các sợi đó được gọi là sợi giảm tán sắc (DDF) và được thiết kế sao cho giảm GVD làm dung hòa SPM bị giảm trải qua bởi các soliton bị làm yếu bởi các sợi suy hao. Vì quản lý tán sắc được sử dụng kết hợp với quản lý suy hao, tiến trình soliton trong một DDF được mô tả bởi phương trình (9.3.6) với hệ số đạo hàm bậc hai có một tham số mới d là hàm của do các biến đổi của GVD dọc theo chiều dài sợi. Phương trình NLS có dạng như sau: (9.4.1) với , và lý giải các sự biến đổi công suất đỉnh được giới thiệu bởi quản lý suy hao. Khoảng cách được chuẩn hóa đối với chiều dài tán sắc, , được xác định nhờ sử dụng GVD tại đầu vào sợi quang. Vì phụ thuộc vào các hệ số thứ hai và ba, phương trình (9.4.1) không phải là một phương trình NLS chuẩn. Tuy nhiên nó có thể được giảm đến chỉ phụ thuộc vào hệ số thứ nhất nếu chúng ta giới thiệu biến truyền lan mới như sau: (9.4.2) giá trị này chuẩn hóa lại phạm vi khoảng cách đối với giá trị cục bộ của GVD. Trong các hệ số của phương trình (9.4.1) trở thành (9.4.3) Nếu dạng GVD được chọn bởi vậy d()=p()=exp(-). Phương trình (9.4.3) giảm phương trình NLS chuẩn đã thu được với sự có mặt của các tổn thất sợi quang. Kết quả các tổn thất quang không ảnh hưởng trên soliton mặc dù năng lượng bị suy giảm khi các DDF được sử dụng. Các bộ khuyếch đại tập trung có thể được đặt tại một số khoảng cách và không bị hạn chế bởi điều kiện LA<<LD. Sự phân tích trên cho thấy rằng các soliton cơ bản có thể được duy trì trong sợ bị tổn thất đã cung cấp cho GVD của nó sự giảm theo hàm mũ: (9.4.4) kết quả có thể dễ hiểu bởi lưu ý rằng công suất đỉnh soliton P0 giảm theo hàm mũ trong sợi suy hao một cách chính xác như trên. Dễ dàng suy ra từ phương trình (9.1.4) rằng yêu cầu N=1 có thể được duy trì mặc dù suy hao công suất, nếu cả giảm theo hàm mũ ở cùng một tốc độ. Sau đó soliton cơ bản duy trì dạng và độ rộng xung của nó thậm chí trong sợi suy hao. 4.3.2. Tiến trình thực nghiệm. Các soliton quản lý tán sắc có thể tạo ra một số lợi ích cho hệ thống truyền dẫn soliton, chẳng hạn như cải thiện tỉ số tín hiệu trên nhiễu, giảm jitter timing. Các kỹ thuật quản lý tán sắc đã được sử dụng cho các soliton đầu năm 1992 mặc dù liên quan đến các tên như truyền thông soliton thành phần và sự phân bố tán sắc. Trong dạng đơn giản nhất của quản lý tán sắc, một phần tương đối ngắn của sợi bù tán sắc (DCF) được thêm vào định kỳ đối với sợi truyền dẫn tạo ra biểu đồ tán sắc tương tự như đã được sử dụng cho các hệ thống không phải soliton. Một thí nghiệm năm 1995 đã nhận thấy rằng việc sử dụng các DCF đã giảm jitter timing một cách đáng kể. Thực tế, trong thí nghiệm 20Gb/s này, jitter timing trở nên đủ thấp khi tán sắc trung bình được giảm tới gần với giá trị -0,025 mà ở đó tín hiệu 20Gb/s có thể được truyền vượt đại dương. Từ năm 1996, nhiều thí nghiệm đã cho thấy các lợi ích của các soliton quản lý tán sắc đối với hệ thống sóng ánh sáng. Trong một thí nghiệm việc sử dụng biểu đồ tán sắc theo định kỳ đã cho phép truyền dẫn luồng bít soliton 20Gb/s trên tuyến sợi quang 5520km gồm các bộ khuyếch đại được đặt ở các khoảng cách 40km. Trong một thí nghiệm khác các soliton 20Gb/s có thể truyền trên khoảng cách 9000km mà không sử dụng các bộ lọc quang trong đường vì việc sử dụng định kỳ các DCF đã giảm jitter timing hơn 3 lần. Một thí nghiệm đã tập trung vào truyền dẫn các soliton được quản lý tán sắc nhờ sử dụng các biểu đồ tán sắc mà các soliton được truyền hầu hết thời gian trong cơ chế GVD bình thường. Thí nghiệm 10Gb/s này đã truyền các tín hiệu trên 28Mm nhờ sử dụng nhờ sử dụng một vòng lặp sợi quay vòng gồm 100km sợi GVD thông thường và 8km sợi GVD dị thường bởi vậy GVD trung bình là dị thường (khoảng ). Các biến đổi định kỳ độ rộng xung cũng được quan sát trong một vòng lặp sợi quang. Một thí nghiệm nữa trong đó vòng lặp đã được hiệu chỉnh để tạo ra giá trị GVD trung bình không hoặc lớn hơn không một mức không đáng kể. Truyền dẫn ổn định của các soliton 10Gb/s trên 28Mm vẫn được quan sát. Trong tất cả các thí nghiệm các kết quả rất phù hợp với các mô phỏng số. Một ứng dụng quan trọng của quản lý tán sắc gồm nâng cấp các mạng mặt đất đang tồn tại đã thiết kế với các sợi chuẩn. Một thí nghiệm năm 1997 đã sử dụng các cách tử cho sự bù tán sắc và đã thực hiện truyền dẫn soliton trên khoảng cách 1000km. Khoảng cách truyền dẫn dài hơn được thực hiện nhờ sử dụng vòng lặp sợi quang quay vòng gồm 102km sợi chuẩn với GVD dị thường () và 17,3 km của DCF với GVD bình thường (). Chiều dài biểu đồ S tương đối lớn trong thí nghiệm này khi các xung 30ps(FWHM) được triển khai trong vòng. Cho đến năm 1999, các soliton được quản lý tán sắc 10Gb/s có thể được truyền trên 16Mm của sợi chuẩn khi các soliton được cực tiểu hóa nhờ chọn vị trí các bộ khuyếch đại truyền lan. CHƯƠNG V HỆ THỐNG SOLITON WDM Để tăng dung lượng hệ thống mà không cần tăng tốc độ bít đường truyền cũng như dùng thêm các sợi dẫn quang, người ta sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng. Hệ thống soliton WDM truyền qua cùng một sợi với nhiều dòng bít soliton có các tần số sóng mang khác nhau. Trong chương này chúng ta sẽ nghiên cứu các vấn đề liên quan đến một hệ thống như vậy. 5.1. Các xung đột xuyên kênh. Một đặc tính mới mà trở nên quan trọng đối với hệ thống WDM là khả năng xung đột giữa các soliton thuộc về các kênh khác nhau và các vận tốc nhóm truyền lan khác nhau. Để hiểu được sự quan trọng của các sự xung đột một cách tốt nhất, trước hết chúng ta tập trung vào sự truyền lan các soliton chuẩn trong các DDF và sử dụng phương trình (9.4.3) khi tính đến các ảnh hưởng của cả suy hao và tán sắc. Bỏ dấu phẩy trên ta có phương trình: (1) với , dạng hàm của phụ thuộc chi tiết vào kỹ thuật quản lý suy hao và tán sắc. Ảnh hưởng của sự xung đột xuyên kênh vào hiệu suất của các hệ thống WDM có thể được hiểu tốt nhất bằng cách xem xét trường hợp đơn giản nhất 2 kênh WDM được phân tách bởi fch. Trong các đơn vị được chuẩn hóa, các soliton được phân tách trong tần số bởi , thay v=u1+u2 trong (1) và bỏ qua các hệ số FWM các soliton trong mỗi kênh phát triển theo hai phương trình sau: (2) (3) Lưu ý rằng hai soliton được truyền ở các tốc độ khác nhau do các tần số của chúng khác nhau. Cuối cùng, hệ số XPM chỉ quan trọng khi các soliton thuộc về các kênh khác nhau chồng nhau trong suốt thời gian một xung đột. Điều quan trọng là xác định chiều dài xung đột Lcoll mà hai soliton tương tác với nhau trước khi chúng tách ra. Cái khó là chỉ ra cụ thể điểm bắt đầu và kết thúc một xung đột. Thường sử dụng 2Ts cho khoảng thời gian một xung đột xẩy ra, giả sử rằng xung đột bắt đầu và kết thúc khi hai soliton chồng nhau tại các điểm nửa công suất của chúng. Vì tốc độ tương đối của hai soliton là , chiều dài xung đột được cho bởi : Lcoll= (4) với Ts=1,763T0 và B=1/(2q0T0) Vì XPM gây ra một sự dịch pha độc lập về mặt thời gian dẫn tới dịch tần soliton trong khoảng thời gian một xung đột. Có thể sử dụng kỹ thuật bù nhiễu hoặc phương pháp mômen để tính toán sự dịch tần này. Nếu chúng ta giả sử rằng trước khi xung đột hai soliton giống nhau, u1, u2 được cho bởi: (5) với với m=1 và với m=2. Sử dụng phương pháp mômen, dịch tần của kênh đầu tiên biến đổi theo khoảng cách là: (6) Quá trình biến đổi tính toán cho ta kết quả: (7) với Z=. Phương trình này cung cấp các thay đổi trong tấn số soliton trong suốt thời gian nhiễu xuyên kênh, dưới các điều kiện tương đối tổng quát. Hình5.1. (a) dịch tần trong khoảng thời gian xung đột của hai soliton độ rộng 50ps với độ rộng kênh 75GHz (b) độ dư dịch tần sau xung đột do các bộ khuyếch đại tập trung LA=20 và 40km đối với các trường hợp đường cong theo trình tự thấp hơn. Kết quả mô phỏng số được cho bởi các chấm đen tròn. Hình (a) cho thấy tần số của soliton di chuyển chậm thay đổi như thế nào trong khoảng thời gian xung đột của hai soliton 50ps khi độ rộng kênh là 75GHz. Sự dịch tần vượt ra ngoài phạm vi chiều dài một soliton khi hai soliton tiếp cận nhau đạt tới giá trị công suất đỉnh xấp xỉ 0.6GHz tại điểm chồng xung cực đại va sau đó giảm trở lại không khi hai soliton tách ra. Sự dịch tần cực đại phụ thuộc vào độ rộng kênh . Vì vận tốc của soliton thay đổi theo tần số của nó, xung đột có thể tăng tốc hoặc giảm tốc một soliton, phụ thuộc vào sự tăng hay giảm tần số. Tại đầu cuối của xung đột mỗi soliton khôi phục lại tần số và tốc độ vốn có của nó trước khi xảy ra xung đột, nhưng vị trí của nó trong khe bit thì đã bị thay đổi hay jitter timing đã xẩy ra. Nếu tất cả các khe bít bị chiếm, các dịch thời không phải gây ra bởi xung đột vì tất cả các soliton sẽ bị dịch cùng một lượng như nhau. Tuy nhiên các bít 1 và 0 biến đổi một cách ngẫu nhiên trong chuỗi bít thực. Vì các soliton khác nhau của một kênh dịch khác nhau, các xung đột xuyên kênh bao gồm một số jitter timing thậm chí trong các sợi không suy hao. CHƯƠNG VI JITTER TRONG HỆ THỐNG SOLITON 6.1. Khái niệm jitter timing Tốc độ bit của hệ thống truyền thông là số bit thông tin được truyền qua trong một đơn vị thời gian nhất định. Bộ thu quang phải lấy mẫu tín hiệu ở trung tâm mỗi khe bit và xác định xem đó là bit 0 hay 1 dựa trên biên độ tín hiệu đo được ở giữa khe bit. Sự hiện diện của soliton trong khe bit nghĩa là bit được xác định bằng 1, ngược lại được xác định là 0. Chuỗi bit đến bộ thu phải được tìm đúng để xây dựng lại dữ liệu đã gửi ở phía phát. Trong trường hợp lý tưởng (không có jitter), các soliton có thể đến chính xác ở giữa khe bit tương ứng của nó và sẽ không có lỗi khi nhận dạng bit. Khe bít Thời gian Bít được xác định là 1 Biên độ Hình 6.1. Một soliton không bị jitter timing, biên độ đỉnh ở giữa khe bít Trong thực tế luôn luôn có sự dao động ở thời gian đến của các soliton ở phía thu được gọi jitter timing. Bit Slot Time Amplitde jitter Detects “1” Amplitde Timing jitter Hình 6.2. Jitter timing dịch soliton khỏi điểm giữa khe bít và gây ra jitter biên độ ở phía thu. Nếu jitter không quá lớn phía thu vẫn có thể nhận dạng đúng bít. Sự khác nhau về khe thời gian giữa đỉnh của soliton và điểm giữa khe bit được gọi là jitter timing của khe đó. Bộ thu sẽ lấy mẫu tín hiệu ở giữa khe bit tuy nhiên biên độ quan sát sẽ nhỏ đi nhiều. Sự khác nhau về biên độ đo được và biên độ đỉnh của soliton được gọi là jitter biên độ của xung. Nếu jitter không lớn, bộ thu vẫn xác định là “1” (công suất đỉnh của xung vẫn ở trong khe bít). Khi xung di chuyển ra ngoài khe bit, jitter lớn, xung sẽ bị nhận dạng sai. Vì vậy jitter timing phải đủ nhỏ để không ảnh hưởng tới hiệu năng hệ thống. Timing jitter Bit Slot Time Amplitde jitter Detects “0” Amplitde Hình 6.3. Một lỗi xẩy ra nếu siliton dịch ngoài khe bit vì biên Vì biên độ thu được đủ thấp để soliton được nhận dạng là 0 hơn là 1 6.2. Jitter trong các hệ thống soliton. 6.2.1. Jitter timing trong hệ thống đơn kê