PHÂN TÍCH bù tán sắc TRONG hệ THỐNG dẫn QUANG

PHÂN TÍCH BÙ TÁN SẮC TRONG HỆ
THỐNG DẪN QUANG


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.........................................................................................VIII
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT...................................................................................IX
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG..................................................................................1
1.1

GIỚI THIỆU..................................................................................................................1

CHƯƠNG 2. CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN
QUANG……...........................................................................................................................3
2.1

SỢI QUANG.................................................................................................................3

2.2

BỘ PHÁT QUANG.........................................................................................................4

2.3

BỘ THU QUANG..........................................................................................................4

CHƯƠNG 3. KHÁI NIỆM TÁN SẮC, PHƯƠNG PHÁP BÙ TÁN SẮC BẰNG SỢI
QUANG DCF.........................................................................................................................5
3.1

KHÁI NIỆM TÁN SẮC...................................................................................................5

3.1.1
3.2

Các loại tán sắc..................................................................................................7

PHƯƠNG PHÁP BÙ TÁN SẮC BẰNG SỢI QUANG DCF...................................................8

3.2.1

Cơ sở toán học....................................................................................................9

3.2.2

Các thông số kỹ thuật của sợi quang DCF.......................................................10

3.2.3

Bù tán sắc đơn kênh..........................................................................................13

CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ THỰC HIỆN............................................................................14
4.1

SƠ ĐỒ KHỐI..............................................................................................................14

4.2

MÔ HÌNH...................................................................................................................15

CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN..................................................................................................22

5.1

KẾT LUẬN.................................................................................................................22

TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................................23


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
HÌNH 3-1: MINH HỌA MỞ RỘNG XUNG DO TÁN SẮC...............................6
HÌNH 3-2: SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA DÃN RỘNG XUNG QUANG DO TÁN
SẮC GÂY RA..........................................................................................................6
HÌNH 3-3: CÁC LOẠI TÁN SẮC CƠ BẢN XẢY RA TRONG SỢI QUANG.7
HÌNH 3-4: SƠ ĐỒ CÁC LOẠI TÁN SẮC TRONG SỢI QUANG.....................8
HÌNH 3-5: SỬ DỤNG SỢI DCF ĐỂ BÙ TÁN SẮC............................................9
HÌNH 3-6: HIỆN TƯỢNG BÙ TÁN SẮC BẰNG SỢI DCF.............................11
HÌNH 3-7: PHỔ TÁN SẮC CỦA SỢI DCF........................................................12
HÌNH 3-8: BẢNG THAM SỐ CỦA SỢI SMF VÀ DCF....................................13
HÌNH 3-9: BÙ TÁN SẮC TRƯỚC......................................................................14
HÌNH 3-10: BÙ TÁN SẮC SAU..........................................................................14
HÌNH 3-11: BÙ TÁN SẮC ĐỐI XỨNG..............................................................14
HÌNH 4-1: SƠ ĐỒ KHỐI.....................................................................................14
HÌNH 4-2: TUYẾN TRUYỀN QUANG ĐƠN KÊNH KHI CHƯA BÙ TÁN
SẮC......................................................................................................................... 15
HÌNH 4-3: PHỔ TRƯỚC KHI QUA SỢI QUANG...........................................17
HÌNH 4-4: PHỔ SAU KHI QUA SỢI QUANG..................................................17
HÌNH 4-5: SƠ ĐỒ BER.......................................................................................18
HÌNH 4-6: TUYẾN TRUYỀN QUANG ĐƠN KÊNH KHI ĐƯỢC BÙ TÁN
SẮC......................................................................................................................... 19
HÌNH 4-7: PHỔ TRƯỚC KHI QUA SỢI QUANG...........................................19
HÌNH 4-8: PHỔ SAU KHI QUA SỢI QUANG..................................................20

HÌNH 4-9: PHỔ ĐÃ ĐƯỢC BÙ TÁN SẮC........................................................20
HÌNH 4-10: SƠ ĐỒ BER.....................................................................................21


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BER

Bit Error Rate

DCF

Dispersion Compensation Fiber

GVD

Group Velocity Dispersion

NRZ

Non Return To Zero

SMF

Single Mode Fiber


Trang 1/23

CHƯƠNG 1.

GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Giới thiệu
Viễn thông Việt Nam đang có những bước phát triển mạnh mẽ và vượt bậc, trở
thành một trong những ngành kinh tế kỹ thuật mũi nhọn, đóng góp mãnh mẽ vào
sự phát triển kinh tế xã hội nói chung của đất nước. Ngành viễn thông cũng là
ngành đi tiên phong và đã đạt được những thành công lớn trong việc “mang chuông
đi đánh xứ người” bằng việc Tập đoàn viễn thông Quân đội Viettel mở rộng đầu tư
kinh doanh ở các thị trường nước ngoài như Lào, Campuchia, Mozambique, Haiti,
Peru và sắp tới là Ucraina, Argentina, Cuba…. Vai trò của ngành viễn thông rất
quan trọng trong cả việc phát triển kinh tế và đảm bảo an ninh quốc phòng.
Cuộc sống càng ngày càng được nâng cao, nhu cầu trao đổi thông tin công việc và
giải trí của con người ngày càng cao, không chỉ đơn giản là việc truyền thoại truyền
thống, nhu cầu truyền dữ liệu càng ngày càng đòi hỏi về băng thông và dung lượng
đường truyền. Trong viễn thông, hệ thống truyền dẫn có hai dạng là vô truyền và
hữu tuyến. Do hệ thống vô tuyến có những hạn chế đặc thù nên truyền dẫn hữu
tuyến vẫn là hình thức truyền dẫn hiệu quả và quan trọng nhất. Trong truyền dẫn
hữu tuyến sử dụng cáp đồng và cáp quang. Cáp đồng không thể đảm trách được
băng thông và dung lượng đường truyền rất lớn từ nhu cầu của con người. Truyền
thông sợi quang ra đời đánh dấu một bước phát triển mạnh mẽ của công nghệ truyền
dẫn, với những ưu điểm nổi trội như băng thông lớn, tốc độ cao, suy hao thấp…,
truyền dẫn quang đã trở thành công nghệ truyền dẫn chính trong các ứng dụng tốc
độ cao và mạng truyền dẫn đường trục. Truyền dẫn thông tin quang bằng cáp sợi
quang từ khi ra đời đến nay đã trải qua nhiều thời kì phát triển. Ban đầu là sợi quang
đa mode có suy hao cao, với cự ly truyền dẫn vài km đến sợi quang đơn mode có
suy hao thấp với cự ly truyền dẫn tăng lên hàng chục, thậm chí hàng trăm km.
Cáp quang là giải pháp ưu tiên cho hệ thống viễn thông đường dài và quốc tế có tốc
độ truyền dẫn cao và rất cao, sử dụng trên đất liền và vượt đại dương.

Phân Tích Bù Tán Sắc Trong Hệ Thống Dẫn Quang

Trang 2/23

Tuy nhiên, hệ thống thông tin quang dung lượng lớn sẽ gặp phải 3 vấn đề lớn cần
quan tâm như: suy hao, tán sắc, hiệu ứng phi tuyến, làm giảm chất lượng và cự ly
truyền dẫn của hệ thống. Vấn đề suy hao có thể được giải quyết đơn giản bằng việc
sử dụng bộ khuếch đại quang EDFA trong mạng WDM. Ngày nay, hầu hết các hệ
thống truyền dẫn quang được thiết kế hoạt động trong băng C, vùng bước sóng
1530nm – 1565nm, bởi ưu điểm suy hao rất thấp trong vùng này. Các hiệu ứng phi
tuyến có thể bỏ qua đối với các hệ thống thông tin quang hoạt động ở mức công
suất vừa phải khoảng vài mW với tốc độ bit lên đến 2,5 Gbps. Tuy nhiên ở các tốc
độ bit cao hơn như 10 Gbps thì chúng ta phải xem xét các ảnh hưởng của hiệu ứng
phi tuyến. Các ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến có thể giảm đi khi sử dụng sợi
quang có diện tích lõi hiệu dụng lớn. Vì vậy, vấn đề tán sắc là vấn đề lớn nhất của
các hệ thống thông tin quang. Khi chúng ta sử dụng bộ khuếch đại quang

EDFA

để bù suy hao thì nó lại gia tăng sự tán sắc, một bộ khuếch đại quang không khôi
phục tín hiệu được khuếch đại thành tín hiệu góc ban đầu. Do đó tán sắc được tích
lũy qua các bộ khuếch đại làm giảm khả năng truyền tín hiệu.
Như chúng ta đã biết, ảnh hưởng của tán sắc đến tốc độ bit truyền tối đa của sợi
quang như sau:
Với Dt là tán sắc của sợi quang. Từ công thức trên ta dễ dàng nhận thấy mối quan
hệ nghịch đảo giữa tốc độ bit và cự ly truyền dẫn khi một sợi quang có tán sắc là Dt.
Do đó để tăng tốc độ bit truyền dẫn và tăng cự ly truyền dẫn thì phải giảm thông số
tán sắc Dt xuống mức thấp nhất có thể. Trong đề tài này sẽ sử dụng phương pháp
dùng sợi DCF để bù tán sắc, mặc dù phương pháp dùng sợi bù tán sắc DCF bị hạn
chế về suy ghép kênh khá lớn, công suất trong sợi quang phải đảm bảo đủ nhỏ để

các hiệu ứng phi tuyến không xảy ra và giá thành để lắp đặt cao.
Tuy nhiên DCF vẫn được sử dụng rộng rãi vì dải bước sóng hoạt động rộng hay
khắc phục thời gian trễ tốt, đặc biệt là tính đơn giản của phương pháp này.

Phân Tích Bù Tán Sắc Trong Hệ Thống Dẫn Quang


Trang 3/23

CHƯƠNG 1.

CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG
THÔNG TIN QUANG

1.1 Sợi quang
. Để truyền tải tín hiệu quang từ bộ phát tới bộ thu mà tránh làm méo dạng tín hiệu.
Sợi quang làm bằng thủy tinh truyền dẫn ánh sáng với suy hao nhỏ cỡ 0.2dB/km.
Ngày nay người ta sử dụng sợi đơn mode vì độ dãn xung nhỏ hơn (<0.1ns/km), còn
đa mode độ dãn xung cỡ xấp xỉ 10ns/km.
Ưu điểm của sợi quang:
 Suy hao thấp hơn: sợi quang có độ suy hao thấp hơn sợi cáp đồng do vậy cho
phép truyền dữ liệu xa hơn.
 Băng tần truyền dẫn rộng: các sợi quang có độ rộng băng tần truyền dẫn rộng
nên một dung lượng lớn thông tin có thể được truyền qua hệ thống giúp làm
giảm số đường truyền vật lý cần thiết.
 Kích thước nhỏ và trọng lượng nhẹ: dễ dàng lắp đặt, cho thấy quang sợi cũng
dễ khai triển dễ dàng trong các hệ thống quân sự, hàng không, vệ tinh,…
 Không bị can nhiễu điện từ: do sợi quang được làm từ vật liệu điện môi
không dẫn điện, nên sợi quang không bị ảnh hưởng bới các hiệu ứng giao
thoa điện từ cũng như không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện có thể ghép cặp

với đường truyền.
 Độ an toàn được tăng cường: các sợi quang cho mức độ an toàn cao khi vận
hành vì chúng không có các vấn đề về đấu đất, đánh tia lửa điện và điện thế
cao như trong hệ thống cáp đồng.
 Bảo mật thông tin cao: xợi quang cho phép một mức độ bảo mật thông tin
cao vì tín hiệu quang bị giam hãm tốt bên trong sợi quang khi truyền mà
không bức xạ ra ngoài gây rò rỉ thông tin.
Nhược điểm của sợi quang:
 Các chi phí lắp đặt cao, nên khi triển khai các mạng khoảng lớn và dung
lượng cao phải đảm bảo về chi phí đầu tư.
 Do sợi quang nhỏ và mỏng được làm từ thủy tin nên rất khó khăn trong việc
hàn và chất lượng của mối hàn.
 Sợi quang dễ bị tác động bởi ứng suất căng, uốn cong nên đòi hỏi cần phải
chú ý cẩn thận trong khi triển khai sử dụng.

Phân Tích Bù Tán Sắc Trong Hệ Thống Dẫn Quang


Trang 4/23

1.2 Bộ phát quang
Ở bộ phát quang có vai trò là chuyển đổi tín hiệu điện thành dạng tín hiệu quang,
trong đó có những thành gồm nguồn quang, một bộ điều chế, một bộ ghép nối với
sợi quang. Có hai phương thức điều biến: điều chế trực tiếp và điều chế ngoài.
Điều chế trực tiếp tín hiệu điện được đưa vào để biển đổi dòng bơm trực tiếp nguồn
quang thông qua mạch kích thích mà không cần sử dụng bộ điều biến ngoài, tuy
nhiên phương pháp này hiểu quả về chi phí nhưng bị giới hạn về tính năng. Nên ở
đây sử dụng phương pháp điều chế ngoài, thường hay sử dụng cho hệ thống tốc độ
cao đó là bộ Mach-Zehnder dùng để điều chế ngoài.
Các nguồn Laser hoặc diode phát quang (LED) được dùng như những nguồn quang.

Nhưng ở đây sử dụng nguồn quang là Laser vì công suất lớn, suy hao ít vì Laser tia
sáng tập trung vào một điểm. Còn LED thì suy hao nhiều hơn do anh sáng tỏa rộng,
và sử dụng cho nhu cầu không cao.
Pseudo Random bit Sequence Generator giống như digital signal, đó là tín hiệu đi
vào, khi qua bộ NRZ Pulse thì bộ này sẽ điều chế tín hiệu digital thành tín hiệu
điện, bộ Mach sẽ chuyển đổi tín hiệu điện sang tín hiệu quang.

1.3 Bộ thu quang
Bộ thu quang thực hiện chức năng là chuyển đổi tín hiệu quang thụ được thành tín
hiệu điện.
Các diode thu quang bán dẫn được sử dụng như một bộ tách sóng quang để chuyển
đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện.
Các hệ thống thông tin quang sợi hiện hầu hết đều xử dụng phương thức điều biến
cường độ thu trực tiếp (IM/DD) thì quá trình giải điều chế được thực hiện bởi mạch
quyết định để xác định các bit thông tin thu được là bit 1hay 0 phụ thuộc vào biên
độ tín hiệu điện thu được.
Phương thức điều biến cường độ thu trực tiếp (IM/DD - Intensity Modulation with
Direct Detection) là hệ thống truyền dẫn thông tin quang điều chế cường độ, tách
sóng trực tiếp. Tại đầu thu, tín hiệu quang được biến đổi trực tiếp thành tín hiệu ban

Phân Tích Bù Tán Sắc Trong Hệ Thống Dẫn Quang


Trang 5/23

đầu thông qua các bộ PIN, APD(các bộ thu quang). Tín hiệu điện thu được tỷ lệ với
cường độ ánh sáng thu được tại đầu cuối của sợi quang. Tốc độ truyền dẫn của
phương pháp này không cao lắm nên chưa tận dụng được hết khả năng truyền dẫn
của sợi quang. Tốc độ càng cao, độ nhạy máy thu quang có xu hướng giảm.

CHƯƠNG 2.

KHÁI NIỆM TÁN SẮC, PHƯƠNG PHÁP BÙ TÁN SẮC
BẰNG SỢI QUANG DCF

2.1 Khái niệm tán sắc
Tán sắc là hiện tượng méo dạng tín hiệu quang khi lan truyền trong sợi quang. Khi
một xung quang lan truyền trong sợi, xung quang sẽ bị dãn rộng trong quá trình lan
truyền. Sự mở rộng xung gây ra bởi tán sắc do sự khác nhau về vận tốc lan truyền
của các thành phần trong xung quang. Sự khác biệt về vận tốc lan truyền làm cho
các thành phần trong xung quang có độ trễ khác nhau tại đầu cuối sợi quang nên
xung quang đầu ra tổ hợp từ các thành phần này sẽ bị dãn rộng ra.
Tán sắc là hiện tượng tín hiệu quang truyền qua sợi quang bị giãn ra. Nếu xung giãn
ra lớn hơn chu kì bit sẽ dẫn tới sự chồng lấp giữa các bit lân cận nhau. Kết quả là
đầu thu k nhận diện được bit 1 hay 0 đã được truyền đi ở đầu phát, dẫn tới bộ quyết
định trong đầu thu sẽ quyết định sai, và khi đó tỉ số BER tăng lên, tỷ số S/N giảm và
chất lượng hệ thống giảm.

Hình 3-1: Minh họa mở rộng xung do tán sắc

Trong hệ thống truyền dẫn tín hiệu tương tự, tán sắc làm cho tín hiệu quang tại đầu
thu bị méo dạng so với tín hiệu ban đầu. Còn đối với truyền dẫn số, tín hiệu quang
được điều biến dưới dạng xung quang thì sự dãn rộng xung do tán sắc gây ra sự

Phân Tích Bù Tán Sắc Trong Hệ Thống Dẫn Quang


Trang 6/23

giao thoa giữa các ký hiệu (ISI) như mô tả trong hình 3-1, điều này có thể dẫn đến

lỗi tại bộ thu. Tại hệ thống hoạt động ở tốc độ càng cao thì sự ảnh hưởng của tán sắc
càng nghiêm trọng.

Hình 3-2: Sự ảnh hưởng của dãn rộng xung quang do tán sắc gây ra

Tùy thuộc vào loại thành phần của xung quang mà có thể phân thành các loại tán
sắc khác nhau xảy ra trong sợi quang như cho trong hình 3-2 . Nếu thành phần là
mode truyền dẫn ta có tán sắc mode, còn khi thành phần của xung là các thành phần
tần số hay bước sóng quang trong phổ xung quang ta có tán sắc sắc thể hay tán sắc
mầu. Đối với loại tán sắc này có hai thành phần đóng góp là tán sắc vật liệu và PTIT
45 tán sắc ống dẫn sóng. Còn nếu thành phần là các thành phần mode phân cực thì
ta có tán sắc mode phân cực. Đối với sợi đa mode có thể có đầy đủ tất cả các loại
tán sắc cơ bản đề cập ở trên. Một tín hiệu quang điều biến sẽ kích thích tất cả các
mode truyền dẫn tại đầu vào sợi quang. Mỗi mode sẽ mang một phần năng lượng
của tín hiệu truyền qua sợi. Thêm nữa, mỗi mode chứa tất cả các thành phần phổ
trong băng tần phát xạ của nguồn quang.

Phân Tích Bù Tán Sắc Trong Hệ Thống Dẫn Quang


Trang 7/23

Hình 3-3: Các loại tán sắc cơ bản xảy ra trong sợi quang

2.1.1 Các loại tán sắc
Trong thông tin quang người ta chia ra làm thành 3 loại tán sắc như sau: tán sắc
mode, tán sắc phân cực mode, tán sắc sắc thể (trong đó tán sắc sắc thể bao gồm tán
sắc ống dẫn sóng và tán sắc vật liệu). Khi sợi truyền dẫn là đa mode (tức loại sợi
quang có thể truyền cùng lúc nhiều mode sóng khác nhau trong lõi) thì ta có tất cả
các loại tán sắc nói trên. Nhưng khi công nghệ chế tạo sợi đã phát triển thì sợi đơn

mode ra đời và nó khắc phục được tán sắc mode của sợi đa mode. Tuy nhiên, vì bản
chất chiết suất Silica là phụ thuộc vào bước sóng, hơn nữa nguồn phát không thể
phát ra ánh sáng đơn sắc (ánh sáng chỉ có một bước sóng) mà là một chùm tia sáng
với độ rộng phổ nào đó. Chính vì thế trong sợi đơn mode vẫn còn tồn tại tán sắc, đó
là tán sắc phân cực mode và tán sắc sắc thể. Ngày nay, với công nghệ chế tạo phát
triển mạnh mẽ người ta có thể chế tạo ra được các loại sợi quang mới có mức tán
sắc giảm đáng kể. Nhưng sợi này được dùng để lắp đặt trong các mạng mới cần tốc
độ bit vào và cự ly lớn.

Phân Tích Bù Tán Sắc Trong Hệ Thống Dẫn Quang


Trang 8/23

Hình 3-4: Sơ đồ các loại tán sắc trong sợi quang

2.2 Phương pháp bù tán sắc bằng sợi quang DCF
Kỹ thuật bù tán sắc gồm:
 Kỹ thuật bù tán sắc trước.
 Kỹ thuật bù tán sắc đối xứng.
 Kỹ thuật bù tán sắc sau.
Trong phương pháp bù tán sắc bằng sợi quang DCF được sử dụng kỹ thuật bù tán
sắc sau.

Phân Tích Bù Tán Sắc Trong Hệ Thống Dẫn Quang


Trang 9/23

2.2.1 Cơ sở toán học

Ta xem xét trường hợp mỗi xung quang được truyền qua hai phần sợi: phần thứ nhất
là qua sợi đơn mode, phần thứ hai là sợi bù tán sắc.
Phương trình truyền sóng trong sợi quang:

Trong đó A(0,w) là biến đổi Fourier của biên độ xung, L=+và là hệ số GVD đối với
phần có chiều dài sợi (j=1,2).
: chiều dài sợi quang đơn mode.
:chiều dài sợi DCF.
Nếu sợi bù tán sắc được chọn sao cho số hạng về pha có chứa biến mất thì xung sẽ
được khôi phục thành hình dạng ban đầu tại cuối sợi bù tán sắc. Vậy điều kiện để bù
tán sắc hoàn toàn là: =0 hay =0.
Vậy từ phương trình trên ta thấy là sợi bù tán sắc phải có tán sắc vận tốc nhóm
(GVD) tại bước sóng 1,55µm là phải nhỏ hơn 0 vì đối với sợi chuẩn đã lớn hơn 0.
Và chiều dài sợi bù tán sắc phải thỏa: .
phải càng nhỏ càng tốt nên suy ra giá trị tuyệt đối càng lớn càng tốt.

Hình 3-5: Sử dụng sợi DCF để bù tán sắc

2.2.2 Các thông số kỹ thuật của sợi quang DCF
Kỹ thuật bù bằng cách sử dụng các bộ bù tán sắc quang điện tử có thể tăng khoảng
cách truyền lên 2 lần, tuy nhiên nó lại không phù hợp với các hệ thống đường dài,
hệ thống này yêu cầu GVD phải được bù liên tục theo chu kỳ dọc theo đường
truyền. Đặc biệt trong các hệ thống toàn quang việc sử dụng các bộ bù tán sắc

Phân Tích Bù Tán Sắc Trong Hệ Thống Dẫn Quang


Trang 10/23

quang điện tử là không phù hợp. Vì thế người ta đã nghĩ ra một sợi quang đặc biệt

gọi là sợi quang bù tán sắc (DCF: Dispersion Compensating Fiber).
Việc sử dụng sợi DCF cho các hệ thống toàn quang có thể bù GVD một cách đáng
kể nếu công suất quang trung bình được giữ đủ nhỏ để các hiệu ứng phi tuyến bên
trong sợi quang là không đáng kể.
Việc sử dụng sợi DCF để bù tán sắc hết sức đơn giản chỉ là cần đặt một sợi DCF
xen vào giữa, do đặc điểm của sợi DCF là có độ tán sắc âm, nghĩa là khi tín hiệu
xung ánh sáng đi qua sợi này thì xung ánh sáng đó sẽ co lại dần, hiện tượng này
ngược với sợi SMF, xung ánh sáng sẽ bị giãn ra do tán sắc, do đó việc xung ánh
sáng bị giãn ra đã giải quyết được.

Hình 3-6: Hiện tượng bù tán sắc bằng sợi DCF

Phân Tích Bù Tán Sắc Trong Hệ Thống Dẫn Quang


Trang 11/23

Sợi quang DCF phải có hệ số tán sắc GVD (Group Velocity Dispersion) ở 1,55µm
là <0 còn trong sợi quang thông thường >0. Hơn nữa chiều dài sợi quang cũng được
lựa chọn thỏa điều kiện: . Trong thực tế người ta cố gắng để chọn nhỏ nhất nếu có
thể, trường hợp này xảy ra khi sợi DCF có giá trị âm rất nhỏ (hay || rất lớn).
Hệ số tán sắc D có giá trị -420ps/(nm.km) ở bước sóng 1550nm và thay đổi nhiều ở
các bước sóng khác. Đây là một đặc tính quan trọng cho phép bù tán sắc băng rộng.
Nói một cách tổng quát sợi DCF được thiết kế để D tăng theo bước sóng. Sự phụ
thuộc vào bước sóng của hệ số tán sắc D là một đặc tính quan trọng để DCF có thể
hoạt động trong các hệ thống WDM.

Hình 3-7: Phổ tán sắc của sợi DCF

Đây là phương pháp đơn giản nhất để quản lý tán sắc trong các hệ thống WDM

dung lượng cao với số lượng kênh lớn của đường bao tán sắc được hiểu từ điều
kiện:
Nhưng chỉ áp dụng cho một kênh, khi có nhiều kênh để thỏa mãn cho tất cả các
kênh thì cần điều kiện:
Trong đó là bước sóng của kênh thứ n.
tăng với bước sóng tăng cho cả hai sợi chuẩn và sợi dịch tán sắc, kết quả là tán sắc
tích lũy là khác nhau cho mỗi kênh. Nếu cùng một DCF phải làm việc cho tất cả
các kênh, đường bao tán sắc của nó nên âm và có giá trị để thỏa mãn cho tất cả các
kênh. Đường bao của tán sắc DCF:

Phân Tích Bù Tán Sắc Trong Hệ Thống Dẫn Quang


Trang 12/23

Trong đó S là đường bao tán sắc, tỷ số S/D là đường bao tán sắc quan hệ (1/nm).
Với sợi chuẩn D
thế, cho DCF với D

16ps/nm.km và S

0.5ps/nm.km, tí số này khoảng 0.003. Vì

-100ps/nm.km thì đường bao tán sắc khoảng -0.3ps/.km.

Hình 3-8: Bảng tham số của sợi SMF và DCF

2.2.3 Bù tán sắc đơn kênh
Một giải pháp cho việc nâng cấp các hệ thống quang hiện tại bằng cách sử dụng các
sợi chuẩn cộng thêm các bộ DCF (~10km) và các bộ khuếch đại quang đặt cách

nhau 50 – 60km. DCF bù tán sắc vận tốc nhóm trong khi khuếch đại bù suy hao.
Đây được xem như kỹ thuật quản lý tán sắc chu kỳ. Ngụ ý của kỹ thuật này là sự
trộn lẫn giữa GVD âm và dương trong một chu kỳ sau cho tán sắc tổng cộng trên
chu kỳ này gần bằng 0. Mạch đơn giản nhất là sử dụng 2 sợi có tán sắc đối nghịch
và chiều dài tán sắc trung bình.

Trong đó là hệ số tán sắc của sợi SMF. là hệ số tán sắc của sợi DCF. là chiều dài
của sợi SMF. là chiều dài của sợi DCF. là chu kỳ bù tán sắc.
Nếu D gần bằng 0, tán sắc được bù hoàn toàn trên chu kỳ. Chiều dài thường được
chọn là khoảng cách của khuếch đại. Chiều dài DCF được chọn thỏa điều kiện để
việc bù tán sắc là hoàn toàn (D=0).
Trong thực tế để nâng cấp các hệ thống thông tin quang sử dụng sợi chuẩn hiện có,
người ta thêm vào một đoạn bù tán sắc (với chiều dài từ 6 đến 8km sợi bù tán sắc)

Phân Tích Bù Tán Sắc Trong Hệ Thống Dẫn Quang


Trang 13/23

đối với các bộ khuếch đại quang đặt cách 60 đến 80km. Sợi DCF bù tán sắc vận tốc
nhóm, trong khi đó bộ khuếch đại sẽ đảm bảo nhiệm vụ bù suy hao cho sợi.
Người ta thường sử dụng sợi DCF kết hợp với các bộ khuếch đại OA (thường sử
dụng bộ EDFA) để bù tán sắc trên tuyến quang, và tùy vào vị trí đặt DCF mà có các
kiểu bù như sau:

Hình 3-9: Bù tán sắc trước

Hình 3-10: Bù tán sắc sau

Hình 3-11: Bù tán sắc đối xứng

CHƯƠNG 3.

KẾT QUẢ THỰC HIỆN

1.2 Sơ đồ khối

Phân Tích Bù Tán Sắc Trong Hệ Thống Dẫn Quang


Trang 14/23

Hình 4-12: Sơ đồ khối

1.3 Mô hình

Tuyến truyền quang đơn kênh .
Hệ thống tuyến truyền quang đơn kênh khi chưa có bù tán sắc.

Hình 4-13: Tuyến truyền quang đơn kênh khi chưa bù tán sắc

Ở bộ phát cung cấp nguồn là -10dBm, tốc độ bit là 10Gbps với chiều dài đường
truyền là 500km. DCF có L= 4km thì bù được cho 50km sợi quang, có độ suy hao
là từ 0,4dB đến 1dB/1km.
Ở bộ phát quang có vai trò là chuyển đổi tín hiệu điện thành dạng tín hiệu quang,
trong đó có những thành gồm nguồn quang, một bộ điều chế, một bộ ghép nối với
sợi quang. Có hai phương thức điều biến: điều chế trực tiếp và điều chế ngoài. Điều
chế trực tiếp tín hiệu điện được đưa vào để biển đổi dòng bơm trực tiếp nguồn
quang thông qua mạch kích thích mà không cần sử dụng bộ điều biến ngoài, tuy

Phân Tích Bù Tán Sắc Trong Hệ Thống Dẫn Quang


Trang 15/23

nhiên phương pháp này hiểu quả về chi phí nhưng bị giới hạn về tính năng. Nên ở
đây sử dụng phương pháp điều chế ngoài, thường hay sử dụng cho hệ thống tốc độ
cao đó là bộ Mach-Zehnder dùng để điều chế ngoài.
Các nguồn Laser hoặc diode phát quang (LED) được dùng như những nguồn quang.
Nhưng ở đây sử dụng nguồn quang là Laser vì công suất lớn, suy hao ít vì Laser tia
sáng tập trung vào một điểm. Còn LED thì suy hao nhiều hơn do anh sáng tỏa rộng,
và sử dụng cho nhu cầu không cao.
Pseudo Random bit Sequence Generator giống như digital signal, đó là tín hiệu đi
vào, khi qua bộ NRZ Pulse thì bộ này sẽ điều chế tín hiệu digital thành tín hiệu
điện, bộ Mach sẽ chuyển đổi tín hiệu điện sang tín hiệu quang.
Lúc này trong quá trình truyền có thể xảy ra hiện tượng tán sắc. Là hiện tượng méo
dạng tín hiệu quang khi lan truyền trong sợi quang. Khi một xung quang lan truyền
trong sợi, xung quang sẽ bị dãn rộng trong quá trình lan truyền. Sự mở rộng xung
quang gây ra bởi tán sắc là do sự khác nhau về vận tốc lan truyền của các thành
phần trong xung quang. Sự khác biệt về vận tốc lan truyền làm cho các thành phần
trong xung quang có độ trễ khác nhau tại đầu cuối sợi quang nên xung quang đầu ra
tổ hợp từ các thành phần này sẽ bị dãn ra.

Trong bộ phát quang gồm:
 Pseudo Random bit Sequence Generator: data cần truyền.
 NRZ Generator: tạo ra một dãy các xung không trở lại không bởi mã số
đầu vào.
 CW Laser Frequency Power: công suất truyền.
 Mach-Zehnder Modulator: để điều khiển biên độ của sóng quang học.
Trong bộ sợi quang gồm:

 Optical Fiber Length: cự ly của sợi quang.
Trong bộ thu quang gồm:
 Photodetector Pin: dụng cụ dùng để phân tích.
 Low Pass Bessel Filter: dùng để lọc thông thấp.

Phân Tích Bù Tán Sắc Trong Hệ Thống Dẫn Quang


Trang 16/23

Kết quả:
Phổ trước khi qua sợi quang:

Hình 4-14: Phổ trước khi qua sợi quang

Phổ sau khi qua sợi quang:

Hình 4-15: Phổ sau khi qua sợi quang

Phân Tích Bù Tán Sắc Trong Hệ Thống Dẫn Quang


Trang 17/23

Lúc này do tín hiệu quang bị tán sắc trên đường truyền dài 500km nên tín hiệu k
còn nguyên dạng. Khi đến đầu thu không nhận dạng được tín hiệu nên bộ BER
không hiển thị được tín hiệu.

Hình 4-16: Sơ đồ BER

Phân Tích Bù Tán Sắc Trong Hệ Thống Dẫn Quang


Trang 18/23

Hệ thống tuyến truyền quang đơn kênh khi được bù tán sắc.

Hình 4-17: tuyến truyền quang đơn kênh khi được bù tán sắc

Kỹ thuật bù tán sắc không phù hợp với các hệ thống đường dài, nên hệ thống đồi
hỏi phải được bù liên tục theo chù kỳ dọc theo đường truyền nên em dùng vòng lập
Loop 10 lần cho 50km để có thể đáp ứng được cự ly 500km.
Kết quả:
Phổ trước khi qua sợi quang:

Hình 4-18: Phổ trước khi qua sợi quang

Phân Tích Bù Tán Sắc Trong Hệ Thống Dẫn Quang


Trang 19/23

Phổ sau khi qua sợi quang:

Hình 4-19: Phổ sau khi qua sợi quang

Tín hiệu bị biến dạng. Sau khi được bù tán sắc thì tín hiệu trở lại như ban đầu.

Hình 4-20: Phổ đã được bù tán sắc

Phân Tích Bù Tán Sắc Trong Hệ Thống Dẫn Quang


Trang 20/23

Sơ đồ BER:

Hình 4-21: Sơ đồ BER

Khi tín hiệu quang đi qua sợi quang sẽ xảy ra hiện tượng tán sắc do tốc độ truyền
của các tín hiệu khác nhau bởi sự ảnh hưởng của các chiết suất. Vì vậy hiện tượng
tán sắc xảy ra làm cho tín hiệu bị dãn và biến dạng, khi đó tín hiệu truyền đến bộ
thu sẽ không được nguyên dạng như lúc phát đi. Để khắc phục tình trạng đã được
giải quyết bằng phương pháp bù tán sắc bằng sợi DCF kỹ thuật bù sau. Ở phần mềm
mô phỏng trên đã chứng tỏ cho thấy hiện tượng tán sắc đã được khắc phục.

Phân Tích Bù Tán Sắc Trong Hệ Thống Dẫn Quang


Trang 21/23

CHƯƠNG 2.

KẾT LUẬN

1.4 Kết luận
Do kỹ thuật bù bằng cách sử dụng các bộ bù tán sắc quang điện tử không phù hợp
với các hệ thống đường dài, vì vậy phải bù 1 cách liên tục do đó đối với đường
truyền 500km thì cứ 50km sẽ bù 1 lần cho nên hệ thống sẽ được bù 10 lần bằng
cách sử dụng vòng loop cho hết 500km để khi tín hiệu quang đến đầu thu được

nguyên vẹn như tín hiệu ban đầu truyền đi.
Các phương pháp bù tán sắc trước và bù tán sắc sau có những hạn chế khi chiều dài
tuyến quang lớn, chính vì vậy phương pháp bù tán sắc đường dây đã được sử dụng
phổ biến nhất và hiệu quả nhất trong thực tế, nổi bật nhất là hai phương pháp sử
dụng DCF và sử dụng cách tử Bragg.
Với việc bù tán sắc cho tuyến quang sử dụng sợi DCF có một vài khuyết điểm, do
đường kính truyền mode của sợi DCF nhỏ, do đó mật độ công suất trong sợi lớn là
nguyên nhân của hiệu ứng phi tuyến, đồng thời suy hao của DCF cũng khá lớn và
việc sử dụng kết hợp với các OA (OA ở đây là các bộ khuếch đại) truyền trên tuyến
quang đường dài sẽ làm tăng nhiễu ASE và nhược điểm của DCF đó là khi cần bù
một lượng tán sắc lớn thì phải cần chiều dài sợi tỉ lệ với lượng tán sắc đó, dẫn đến
cồng kềnh và khó khăn cho việc thi công và lắp đặt.
Khi phương pháp dùng sợi bù tán sắc (DCF) bị hạn chế về suy hao ghép khá lớn,
công suất trong sợi quang phải đảm bảo đủ nhỏ để các hiệu ứng phi tuyến không
xảy ra và giá thành để lắp đặt cao, thì phương pháp dùng cách tử Bragg tỏ ra khá
hiệu quả khi nó khắc phục được những nhược điểm của phương pháp bù tán sắc
dùng sợi DCF.
Hiện tại kỹ thuật bù tán sắc bằng cách tử Bragg đang là chủ đề nghiên cứu hấp dẫn
vì nhiều tính yêu việt của nó như: kích thước nhỏ gọn (nằm hoàn toàn trong một sợi
quang) phù hợp cho hệ thống quang đa kênh, có khả năng điều chỉnh độ bù tán sắc
một cách linh động. Tuy nhiên phương pháp bù tán sắc bằng sợi DCF vẫn sử dụng
phổ biến vì tính đơn giản của nó.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt:

Phân Tích Bù Tán Sắc Trong Hệ Thống Dẫn Quang